JP6302734B2

JP6302734B2 - 杭の施工治具及び杭の施工方法

Info

Publication number: JP6302734B2
Application number: JP2014089241A
Authority: JP
Inventors: 昌敏和田; 栄丸山; 公博中澤
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2034-04-23
Also published as: JP2015206251A

Description

本発明は、構造物を支持する杭、及び、杭を地盤に圧入する際に用いる施工治具に関する。

例えば、構造物を支持するために、地盤に圧入されて設置される単純なストレート鋼管からなる鋼管杭が知られている。そして、例えば太陽光パネル等の構造物については、このようなストレート鋼管からなる鋼管杭が単に地盤に打設されるだけの簡易な構造、手法で設置されて、支持されていることが一般的である。

ところで、このように地盤への打設とは異なる手法で設置される杭が、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１の杭は、いわゆる「根固め工法」を用いて杭を設置している。即ち、地盤を削孔してセメントを充填し、その中に杭を挿入して固定している。

特開平７−７６８３０号公報

しかしながら、上述したような単純なストレート鋼管杭を打設するだけでは、地中深くまで杭を設置することが難しいため、十分な支持力を得ることができない可能性がある。特に、杭に引き抜き方向に対する粘り強さが小さく、杭に引っ張り荷重が作用した際には、急に杭が引き抜けてしまう可能性がある。また、杭の外径は地盤の地表面付近の水平耐力に応じて決定されるものであるが、杭の径に応じて打設される深さに限界がある。さらに、特許文献１の手法では地中深くまで杭を設置することは可能であるように思われるが、地盤の削孔が必要となるため杭の設置に手間を要するといった問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、容易に地盤内に設置でき、十分な支持耐力を得ることが可能な杭、及び、杭の施工治具を提供する。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、本発明の参考例に係る杭は、地盤に回転圧入されて設置され、構造物を支持する杭であって、回転方向に向かって、前記地盤に圧入される圧入方向に捩れる螺旋状をなすコイル状部を備えることを特徴としている。

このような杭によれば、コイル状部を備えていることで、このコイル状部を回転して圧入することでねじ込むようにして杭を設置することができる。従って、杭を地盤に打ち込んで設置する場合に比べ、設置が容易である。さらに、コイル状部がコイルバネとして機能し、杭に引き抜き方向、又は、押込み方向の荷重が作用した場合であっても、このような荷重に対する抗力として、コイル状部の弾性変形による復元力が作用する。よって、この復元力によって、杭に引き抜き方向、又は、押込み方向に力が作用して杭の基端部（杭頭）の変位量が大きくなるにつれて、引き抜き、押し込み荷重が漸増していく。従って、杭が急に地盤から引き抜けたり、地盤に押し込まれたりすることがなくなり、杭の引き抜き耐力、押し込み耐力を大きくでき、杭を安定的に地盤内に保持することができる。

さらに、上記の杭は、前記圧入方向に延びて、該圧入方向における先端側の端部から突出するように前記コイル状部を支持する管状部をさらに備えていてもよい。

このような管状部を備えることで、コイル状部だけでなく管状部も地盤内に圧入することで、杭の圧入方向に交差する方向に作用する力に対する耐力、即ち、水平耐力を向上することができる。

さらに、上記の杭では、前記コイル状部は、一部が前記管状部の前記圧入方向における先端側の外周に巻き付けられて固定されていてもよい。

このような構造とすることで、コイル状部と管状部とを別々に製作した後に、コイル状部を管状部に巻き付けて接合することで、これらコイル状部と管状部とを強固に固定して杭を形成することができる。

さらに、上記の杭では、前記コイル状部は、前記管状部の前記圧入方向における先端側の端面に固定されていてもよい。

このような構造とすることで、コイル状部と管状部とを別々に製作した後に、コイル状部を管状部に突き合わせて接合することができる。

さらに、上記の杭では、前記管状部は、前記圧入方向における先端側の端部が、前記圧入方向に対して交差する方向に斜めに切り欠かれた形状をなしていてもよい。

このように、管状部の先端が切り欠き形状をなしていることで、管状部を容易に、地盤深い位置まで圧入することが可能となる。

さらに、本発明の一の態様に係る杭の施工治具は、上記の杭を前記地盤に回転圧入する際に用いる杭の施工治具であって、前記コイル状部を外周側から覆うとともに、前記圧入方向に延びて該圧入方向の両端部が開口する筒状をなし、前記圧入方向の端部が前記地盤に圧入される筒状部を備え、前記筒状部には、内面に、前記コイル状部が外力を受けない状態で該コイル状部が入り込んで案内される螺旋状の溝が形成されていることを特徴としている。
また、本発明の一の態様に係る杭の施工方法は、上記の杭の施工治具を用いて前記杭を前記地盤に回転圧入する方法であって、前記筒状部の前記圧入方向の先端側の端部を前記地盤に圧入した状態で、前記筒状部の前記圧入方向の基端側の端部から前記コイル状部をねじ込むようにして前記杭を挿入していき、前記コイル状部を前記地盤に回転圧入させることを特徴としている。

このような施工治具によって、コイル状部が螺旋状の溝に案内されるため、杭を地盤に圧入する際にコイル状部が弾性変形して圧入方向に延び縮みしてしまうことを抑制できる。

第１参考例の杭によれば、コイル状部を備えることで、容易に地盤内に設置でき、十分な支持耐力を得ることが可能である。

また、第２参考例の杭によれば、管状部をさらに備えることで、杭をさらに安定的に地盤内に保持することができる。

また、第３参考例の杭によれば、コイル状部と管状部とを別々に製作でき、容易に杭を形成することができる。

また、第４参考例の杭によれば、コイル状部と管状部とを別々に製作でき、容易に杭を形成することができる。

また、第５参考例の杭によれば、杭をさらに安定的に地盤内に保持することができる。

また、請求項１の杭の施工治具によれば、十分な支持耐力を得ることが可能なコイル状部を備える杭を、より容易に地盤内に設置することができる。

本発明の第一実施形態に係る杭を示す全体側面図である。本発明の実施形態に係る杭と、従来のストレート鋼管杭とを引き抜き荷重と杭頭変位との関係を示す試験結果のグラフである。本発明の第一実施形態に係る杭を施工する際に用いられる施工治具、及び、施工治具によって施工される杭を示す全体側面図である。本発明の第一実施形態の第一変形例に係る杭を示す全体側面図である。本発明の第一実施形態の第二変形例に係る杭を示す全体側面図である。本発明の第二実施形態に係る杭を示す全体側面図である。

〔第一実施形態〕
以下、本実施形態の杭１について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、杭１は、大規模な太陽光発電を行うメガソーラーのフレーム等の構造物を支持するものである。

この杭１は、地盤Ｇに回転圧入されるコイル状部１０と、コイル状部１０を上方から支持し、地盤Ｇに圧入される管状部１１とを備えている。

管状部１１は、例えば鋼管よりなっており、構造物に固定されて構造物を支持している。またこの管状部１１の長さは、地盤Ｇの質や支持する構造物の重量等に応じて必要な水平耐力を得ることができる程度の寸法となっている。

コイル状部１０は、鉄筋等によって形成され、管状部１１によって支持されている。また、このコイル状部１０は、地盤Ｇに回転圧入される際の回転方向Ｒに向かって、圧入される方向（以下、圧入方向Ｄとする）に捩れる螺旋状をなしている。即ち、コイルバネのような形状をなしている。

さらに、このコイル状部１０は、管状部１１の圧入方向Ｄの先端側で、管状部１１の外周に巻き付けられて（本実施形態では３巻分）、溶接等によって管状部１１の外周面に固定されている。このようにコイル状部１０が、管状部１１の先端側の端部から突出するように設けられている。

このような杭１によると、コイル状部１０によって、このコイル状部１０を回転して圧入することでねじ込むようにして杭１が設置される。従って、単純な鋼管からなるストレート鋼管杭を地盤Ｇに打ち込んで設置する場合に比べ、設置が容易である。

さらに、コイル状部１０がコイルバネとして機能し、杭１に引き抜き方向、又は、押込み方向の力が作用した場合であっても、このような荷重に対する抗力として、コイル状部１０の弾性変形による復元力が作用する。

ここで、図２には、本実施形態の杭１と、ストレート鋼管杭（本実施形態の管状部１１のみを備える杭）との比較試験を行った結果を示す。
試験条件として、管状部１１には直径６０．５ｍｍ鋼管を用いた。またコイル状部１０には、直径２２ｍｍの鉄筋をコイル状に形成したものを用いた。また、管状部１１が地盤内に圧入される長さ寸法を１４００ｍｍとするとともに、コイル状部１０が管状部１１から突出する部分の長さ寸法が１０００ｍｍとなるように形成した。

図２に示すように、このコイル状部１０における復元力によって、杭１に引き抜き方向の力が作用して、杭１の基端部となる管状部１１の基端側（杭頭）の変位量が大きくなると、引き抜き荷重が漸増していくことがわかる。
その一方で、ストレート鋼管杭の場合には、杭頭の変位量がある一定値Ａを超えると、引き抜き荷重が低下していくことがわかる。

即ち、本実施形態のように、コイル状部１０を杭１が備えていることで、引き抜き方向の力に対して粘り強く抵抗することができ、引き抜きを抑制することができる。その一方で、コイル状部１０を備えていない場合には、一定値Ａ以上の力が付与されると、杭が急に地盤Ｇから引き抜けてしまう可能性が大きくなる。

従って、本実施形態の杭１では、杭１の引き抜き耐力を大きくでき、杭１を安定的に地盤Ｇ内に保持することができる。
なお、図２には引き抜きの場合のみを示しているが、杭１に対して押し込み方向に力が作用した場合にも同様に、コイル状部１０によって、押し込み耐力を大きくすることが可能となる。

また、杭１が管状部１１を備え、管状部１１が地盤Ｇ内に圧入されることで、杭１の圧入方向Ｄに交差する方向に作用する力に対する耐力、即ち、杭１の水平耐力の向上も可能となる。そして、コイル状部１０と管状部１１とについて各々独立に、材質、径寸法、長さ寸法等が設定されることで、杭１の引き抜き耐力（押し込み耐力）、及び、水平耐力を任意の値に設定することができる。

また、コイル状部１０は、その一部が管状部１１の先端側の外周に巻き付けられて固定されている。このため、コイル状部１０と管状部１１とを別々に製作した後に、コイル状部１０を管状部１１に巻き付けて、溶接等によって接合することで、これらコイル状部１０と管状部１１とを強固に固定して杭１を形成することができる。よって、杭１を容易に形成することができる。

本実施形態の杭１によると、コイル状部１０を備えていることで、容易に地盤Ｇ内に設置でき、構造物の支持耐力を、十分に得ることが可能である。

ここで、図３に示すように、杭１を地盤Ｇに回転圧入する際に施工治具２０を用いてもよい。
施工治具２０は、杭１の施工の際、コイル状部１０を外周から覆う鋼管等よりなる部材である。即ち、施工治具２０は、圧入方向Ｄに延びて圧入方向Ｄの両端部が開口する筒状部２１を備えている。この筒状部２１の内面には、コイル状部１０が入り込むようにコイル状部１０の外面の形状に対応する螺旋状の溝２１ａが形成されている。即ち、溝２１ａは、杭１の回転方向Ｒに向かって、圧入方向Ｄに捩れる螺旋状をなしている。そして、溝２１ａのピッチは、コイル状部１０に外力が作用しない状態でのコイルのピッチと同等となっている。

このような施工治具２０を用いて杭１を地盤Ｇに回転圧入する際には、まず、施工治具２０を地盤Ｇの地表面に載置するか、もしくは、少しだけ地盤Ｇに圧入する。その後、施工治具２０（筒状部２１）における圧入方向Ｄの基端側となる一端の開口、即ち上部の開口から、コイル状部１０ねじ込むようにして杭１を挿入していく。そして、そのままコイル状部１０を地盤に回転圧入させる。

このようにして杭１を回転圧入することで、溝２１ａにコイル状部１０が入り込んで案内されながら、地盤Ｇにコイル状部１０を回転圧入することが可能となる。従って、杭１の回転圧入の際に、コイル状部１０が弾性変形して圧入方向Ｄに延び縮みしてしまうことを抑制できる。よって、コイル状部１０を備える杭１を、より容易に地盤Ｇ内に設置することができる。

また、図４に示すように、本実施形態では、図１に示す場合と異なり、コイル状部３０が、管状部１１の先端側の端面に固定されていてもよい。即ち、コイル状部３０の圧入方向Ｄにおける基端側の端面が管状部１１の先端側の端面に突き合わされて、溶接等によって接合されて固定されている。
このような場合にも、コイル状部３０と管状部１１とを別々に製作して杭１Ａを形成することができる。

さらに、図５に示すように、本実施形態では、図１に示す場合と異なり、管状部４１の先端側の端部が、圧入方向Ｄ、即ち、管状部４１の延在方向に対して交差する方向に斜めに切り欠かれた切欠部４１ａを有していてもよい。このような切欠部を形成することで、管状部４１の先端を鋭角に尖らせることができるため、管状部４１を容易に、地盤Ｇの深い位置まで圧入することができる。従って、コイル状部１０も地盤Ｇのより深い位置に設置することができ、杭１Ｂをさらに安定的に地盤Ｇ内に保持することができ、さらなる支持耐力を得ることができる。

〔第二実施形態〕
以下、図６を参照して、本発明の第二実施形態に係る杭１Ｃについて説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、杭１Ｃは、コイル状部１０のみを備えている。

本実施形態の杭１Ｃによると、コイル状部１０を回転して圧入することでねじ込むようにして杭１Ｃが設置される。従って、単純な鋼管からなるストレート鋼管杭を地盤Ｇに打ち込んで設置する場合に比べ、設置が容易である。また、杭１Ｃに引き抜き方向、又は押し込み方向の力が作用した際には、コイルバネとしての復元力が作用するため、引き抜き耐力、押し込み耐力を大きくすることができる。従って、容易に地盤Ｇ内に設置でき、構造物の支持耐力を、十分に得ることが可能である。

ここで、本実施形態の杭１Ｃを回転圧入する際にも、上述した施工治具２０を用いることが可能である。

以上、本発明の杭の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態で示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
例えば、コイル状部１０、３０は、コイルの一周分よりも少ない量が、管状部１１、４１の先端側の端部から突出しているのみであってもよい。即ち、コイル状部１０、３０が管状部１１、４１から少しでも突出して設けられていればよい。

また、コイル状部１０、３０、管状部１１、４１は必ずしも金属でなくともよく、これらを固定する際には、接着材等、溶接以外の方法で固定することも可能である。

さらに、施工治具２０の先端側の端部が、管状部４１と同様に圧入方向Ｄに対して交差する方向に斜めに切り欠かれていてもよい。この場合、施工治具２０の先端側の端部を地盤Ｇに差し込み易くなり、より安定して杭１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃを施工することができる。

また、杭１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、コイル状部１０、３０と管状部１１、４１とが一体に成形されてなるものであってもよい。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…杭
１０、３０…コイル状部
１１、４１…管状部
４１ａ…切欠部
２０…施工治具
２１…筒状部
２１ａ…溝
Ｇ…地盤
Ｄ…圧入方向
Ｒ…回転方向

Claims

地盤に回転圧入されて設置され構造物を支持する杭であって、回転方向に向かって、前記地盤に圧入される圧入方向に捩れる螺旋状をなすコイル状部を備える杭を、前記地盤に回転圧入する際に用いる杭の施工治具であって、
前記コイル状部を外周側から覆うとともに、前記圧入方向に延びて該圧入方向の両端部が開口する筒状をなし、前記圧入方向の端部が前記地盤に圧入される筒状部を備え、
前記筒状部には、内面に、前記コイル状部が外力を受けない状態で該コイル状部が入り込んで案内される螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする杭の施工治具。
前記杭は、前記圧入方向に延びて、該圧入方向における先端側の端部から突出するように前記コイル状部を支持する管状部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の杭の施工治具。
前記コイル状部は、一部が前記管状部の前記圧入方向における先端側の外周に巻き付けられて固定されていることを特徴とする請求項２に記載の杭の施工治具。
前記コイル状部は、前記管状部の前記圧入方向における先端側の端面に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の杭の施工治具。
前記管状部は、前記圧入方向における先端側の端部が、前記圧入方向に対して交差する方向に斜めに切り欠かれた形状をなしていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の杭の施工治具。
請求項１から５のいずれか一項に記載の杭の施工治具を用いて前記杭を前記地盤に回転圧入する方法であって、
前記筒状部の前記圧入方向の先端側の端部を前記地盤に圧入した状態で、前記筒状部の前記圧入方向の基端側の端部から前記コイル状部をねじ込むようにして前記杭を挿入していき、前記コイル状部を前記地盤に回転圧入させることを特徴とする杭の施工方法。