JP6316246B2 - 回転圧入治具 - Google Patents

Description

本発明は回転圧入治具に関し、特に、鋼管を地盤に回転圧入する回転圧入装置において、回転ロッドの回転と圧入力を鋼管に伝達する回転圧入治具に関する。

回転圧入治具に関する従来技術として、特許文献１には、杭本体の頭部外周に複数の掛止駒を突設してなる鋼管と、該鋼管の掛止駒と係脱自在に係合するスリットを設けた回転圧入治具が開示されている。
補強体を挿入した鋼管の頭部にこの回転圧入治具を被せ、鋼管の掛止駒と回転圧入治具のスリットを係合し、回転圧入治具を回転させながら押圧することで、鋼管を地盤に貫入することができるとしている。

また、他の従来技術として、鋼管の頭部の外周から鋼管の横断方向にピンを連通し、鋼管に内挿可能な外径の回転圧入治具の先端に、鋼管内のピンに係合可能なスリットを設け、スリットに挟んだピンを介して鋼管へ回転ロッドの回転と圧入力を伝達する技術がある。スリットの最奥部には、鋼管の周方向に沿って鋼管の脱落を防止するための鍵溝が設けられる（図８）。

特開平７−１２７０５５号公報

しかし、従来の技術には次のような問題点があった。
＜１＞鋼管の外周へ掛止駒を溶接したりピンを挿通するには、工場での加工が必要となり不経済である。
＜２＞治具に係止用のスリット等を設けることで治具の強度が低下する。
＜３＞鋼管の圧入後、鋼管と治具との連結を解除するためには、回転ロッドを僅かに回転させてスリットから鋼管のピンなどを離脱させる必要がある。これには、回転の微調整が必要であり作業が難しい。
＜４＞掛止駒やピンに回転ロッドの回転と圧入力が集中するため、応力集中により破損することがある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消可能な回転圧入治具を提供することにある。

上記のような課題を解決するための本発明の回転圧入治具は、鋼管を地盤に回転圧入する回転圧入装置において、頭部の外径が均一でない鋼管を用いて、回転ロッドの回転と圧入力を鋼管に伝達する回転圧入治具であって、回転ロッドと連結する、連結部と、鋼管を回転ロッドと同軸に内挿可能な収容空間を有し、一端が連結部に接続し、他端が収容空間に連通した開口を有する、伝達部と、を備え、収容空間の最大幅は鋼管の頭部の最大外径より大きく、収容空間の最小幅は鋼管の頭部の最大外径より小さいことを特徴とする。

本発明の回転圧入治具は、収容空間の形状が、回転圧入治具の軸方向における断面視にて、多角形状または楕円形状であるのが望ましい。

本発明の回転圧入治具は、鋼管の頭部に内挿して押圧または打込みによって鋼管の頭部の外径を拡げる楔材を有するのが望ましい。

本発明の回転圧入治具は、伝達部の開口近傍の内面に、鋼管の頭部の最大外径部が収容空間から脱落することを防止する脱落防止部を突設するのが望ましい。

本発明の回転圧入治具は、以上説明した構成を有するため、次のような効果を備える。
＜１＞鋼管頭部の形状を僅かに変形させるだけで加工が完了する。よって、現場で容易に加工できるため、施工性が良く経済的である。
＜２＞治具にスリットなどの欠損部分がなく構造が簡単なため、破損しにくい。
＜３＞鋼管の頭部に治具を被せる構造なので、鋼管の取り外しが容易である。
＜４＞回転ロッドの回転と圧入力を治具の内面全体で鋼管に伝達するため、丈夫で破損しにくい。

本発明に係る回転圧入治具の説明図。 本発明に係る回転圧入治具の透視図。 鋼管に楔材を打ち込んだ状態の説明図。 楔材の説明図。 本発明に係る回転圧入治具の実施例の説明図。 本発明に係る回転圧入治具の他の実施例の説明図。 本発明に係る回転圧入治具の他の実施例の説明図。 従来技術の説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の回転圧入治具について詳細に説明する。

［回転圧入治具］
＜１＞全体の構成（図１、２）。
本発明の回転圧入治具１０は、公知の回転圧入装置の回転ロッドの先端に下向きに連結され、回転ロッドの回転と圧入力を鋼管Ａに伝達するための治具である。
回転圧入治具１０は、連結部１１と伝達部１２とを有する。

＜１．１＞連結部。
連結部１１は、回転ロッドと連結するための部材である。
連結部１１には、各種の連結機構を採用することができる。例えば、回転ロッドとの接合用の通し穴などを設けてもよいが、連結機構は本発明の要点ではないためここでは詳述しない。

＜１．２＞伝達部（図１）。
伝達部１２は、収容空間１２ｓを有する中空の筒状体である。
本例では、伝達部１２は、収容空間１２ｓに連通する開口１２ａ、収容空間１２ｓの側部を区画する４枚の側壁１２ｂ、収容空間１２ｓの上部を区画する天板１２ｃ、とからなる、一面が開放された直方体形状の鋼管を採用する。
伝達部１２の天板１２ｃは外側で連結部１１と接続する。
伝達部１２の側壁１２ｂの厚みは、回転圧入治具１０の回転によって生じる、側壁１２ｂを内側から押し拡げようとする力に変形しない程度の厚みとする。

＜１．３＞収容空間。
収容空間１２ｓは、伝達部１２の内部空間であって、鋼管Ａを回転ロッドと同軸に内挿可能な空間である。
本例では、収容空間１２ｓは直方体形状を呈し、開口１２ａを下に向けた状態の底面視において、収容空間１２ｓの対角間の幅が収容空間１２ｓの最大幅ＷＬであり、対向する二辺の間に引いた垂直線の長さが収容空間１２ｓの最小幅ＷＳである（図５（ｂ））。

＜２＞鋼管（図３）。
鋼管Ａは本発明の回転圧入治具１０を介して地盤に回転圧入される杭材である。
本発明の回転圧入治具１０は、頭部の外径が均一でない鋼管Ａを用いる（図５（ｃ））。
本例では鋼管Ａの頭部に加工を施し、軸方向における頭部の断面形状を楕円形状とする。頭部の加工には後述するように楔材２０の挿入による拡径や、側方からの圧潰等がある。
なお、「鋼管の頭部の外径が均一でない」とは鋼管Ａ頭部の断面形状が楕円形状である場合に限られない。例えば、後述するように鋼管Ａ頭部の側周にピン頭などの突起を有することにより最大外径と最小外径が異なる場合も含む。

＜３＞楔材（図４）。
楔材２０は、鋼管Ａの頭部の外径を楕円形状に変形させるための板状の鋼材である。
楔材２０は、上辺が下辺より長く、上辺に接し均一の幅を有する支持部２１と、支持部２１の下端部から下辺に向けて徐々に幅が狭くなるテーパ部２２と、からなる。
楔材２０の上辺の幅は加工前の鋼管Ａの内径より大きく、下辺の幅は加工前の鋼管Ａの内径より小さい。
楔材２０の下端部を鋼管Ａの内部に挿入し、上端部をセットハンマ等で打込むことで、鋼管Ａの周壁を外向きに押し拡げ、頭部の形状を楕円形状に変形させることができる（図３）。
また、支持部２１が、変形後の鋼管Ａの最大外径部分を内側から支持するため、回転圧入時にも鋼管Ａの形状が変形しない。

＜４＞収容空間の幅と鋼管の外径の関係（図５）。
本発明の回転圧入治具１０は、回転圧入装置による回転を伝達部１２の内面と鋼管Ａの周面との接触を介して鋼管Ａに伝達する。よって、回転圧入治具１０の収容空間１２ｓの幅と鋼管Ａの外径とが以下の関係を備えるように構成する。
[収容空間の最大幅（ＷＬ）＞鋼管の最大外径（ＤＬ）]
[収容空間の最小幅（ＷＳ）＜鋼管の最大外径（ＤＬ）]
換言すると、収容空間１２ｓは、鋼管Ａを内挿することはできるが、内部で鋼管Ａを回転させることはできない形状となる。
よって、回転圧入治具１０を回転させると鋼管Ａが伝達部１２内に拘束され、回転圧入治具１０と連動して回転する。

［回転圧入治具による回転圧入方法］
引き続き、本発明の回転圧入治具を用いて鋼管を回転圧入する方法について説明する。

＜１＞回転圧入装置。
本例で用いる回転圧入装置は、基台から上方へ延出するクレーンと、クレーンの先端から地盤へ向けて鉛直に垂下するリーダと、リーダに沿って上下に移動可能な回転圧入機と、回転圧入機の先端に下向きに取り付けられる回転ロッドと、を備える。
なお、回転圧入装置の機構は公知技術であり、本例の構造に限られるものではない。本例は、工程の説明の便宜上例示したものである。

＜２＞回転圧入治具の取り付け。
回転ロッドの先端に回転圧入治具１０の連結部１１を連結する。

＜３＞リーダの定位。
リーダの下端を鋼管Ａの貫入地点に接地させる。続いて、クレーンを操作してリーダの姿勢を鉛直にする。

＜４＞鋼管の建て込み。
回転圧入機をリーダに沿って上方へ移動させ、回転圧入治具１０の開口１２ａから収容空間１２ｓ内に鋼管Ａの頭部を挿入する。鋼管Ａの杭頭を伝達部１２の天板１２ｃに当接させる。
鋼管Ａの下端部を貫入地点に合わせ、回転圧入機をリーダに沿って下方へ下ろすことで、鋼管Ａを地盤に鉛直に建て込む。

＜５＞回転圧入。
回転ロッドを回転させながらリーダに沿って下方に押下げる。
回転ロッドの回転に伴い、伝達部１２の側壁１２ｂの内面が鋼管Ａの最大外径付近で鋼管Ａの外周に当接することで、鋼管Ａが回転圧入治具１０と連動して回転する。
回転ロッドから与えられる圧入力は伝達部１２の天板１２ｃを介して鋼管Ａへ伝達され、回転ロッドの回転は側壁１２ｂを介して鋼管Ａへと伝達される。
こうして鋼管Ａは回転しながら地盤へ圧入される。

＜６＞回転圧入治具の取り外し。
打設後の鋼管Ａの頭部から回転圧入治具１０を取り外す。
本発明の回転圧入治具１０は、従来の治具のように鋼管の突設部にスリットを掛合させて連結する構造ではないため、上方に引き上げるだけで回転圧入治具１０を鋼管Ａの頭部からそのまま取り外すことができる。よって、一度圧入した鋼管Ａを誤って引き抜いてしまうなどのミスが起きない。

[伝達部に脱落防止部を設ける例]
伝達部の開口付近に脱落防止部を設ける他の実施例について説明する（図１）。
脱落防止部１３は、鋼管Ａが伝達部１２の内部から脱落することを防止するための部材である。
鋼管Ａの圧入前、鋼管Ａを回転圧入治具１０に内挿したまま、貫入地点まで吊り上げて搬送することがある。また、鋼管Ａの圧入深さの調整のため、地盤に圧入した鋼管Ａを上方へ引き上げることがある。
このような場合には、回転圧入装置の操作により、鋼管Ａの杭頭を回転圧入治具１０内に保持したまま上方へ持ち上げる必要が生ずる。
本例では、伝達部１２の対向する２つの側壁１２ｂの内側の開口１２ａ付近に、それぞれ突起状の脱落防止部１３を設ける。
脱落防止部１３間の幅を鋼管Ａの最大外径ＤＬより狭く構成することで、収容空間１２ｓ内に挿入した鋼管Ａの頭部が脱落防止部１３の上部に掛止され、鋼管Ａの伝達部１２からの脱落を防ぐことができる。
回転圧入治具１０から鋼管Ａを取り外したい時は、鋼管Ａの下方を押さえるなどして供廻りを制限した上で、回転圧入装置を僅かに反転させる。すると、鋼管Ａの最大外径部分が脱落防止部１３による掛止位置からずれるため、鋼管杭Ａを回転圧入治具１０から抜くことができる。
また、鋼管Ａを圧入深さまで貫入した後に回転圧入治具１０から鋼管Ａを取り外す場合には、鋼管Ａは地盤との摩擦力によって供廻りが制限されるので回転圧入装置を僅かに反転させれば同様に取り外すことができる。

[収容空間が楕円形状を呈する例]
回転圧入治具の収容空間が楕円形状を呈する他の実施例について説明する（図６（ａ））。
実施例１では、回転圧入治具１０の収容空間１２ｓは直方体形状であったが、本例では回転圧入治具１０の軸方向における断面視が楕円形状を呈する。
すなわち本発明の回転圧入治具１０は、収容空間１２ｓの幅と鋼管Ａの最大外径ＤＬとの間に前述した関係さえあれば、接続治具１０の内面を鋼管Ａの外周に当接させ、これを介して回転ロッドの回転を鋼管Ａに伝達することができる。
よって、収容空間１２ｓが楕円形状であっても、収容空間１２ｓの内壁で鋼管Ａの外周を押して鋼管Ａを回転圧入させることができる。

[ピン加工がされた鋼管を使用する例]
ピンが接続された鋼管を使用する他の実施例について説明する（図６（ｂ））。
実施例１では、頭部を楕円形に形成した鋼管Ａを使用したが、本例では鋼管Ａの頭部にピンａを連通した鋼管Ａを使用する。
すなわち、鋼管杭貫入工法において、鋼管Ａを連続して地中に貫入する場合、後続する鋼管Ａの下端部に連結可能とするために、鋼管Ａ頭部の横断方向にピンを連通した鋼管Ａを用いる場合がある。
この場合であっても本発明の回転圧入治具１０を使用可能である。
本例において鋼管Ａ自体の断面形状は略正円形であるが、ピンａの両端部が鋼管Ａの外周から突出するため、これを最大外径ＤＬとして前述のように回転圧入装置の回転と圧入力を鋼管Ａに伝達できる。

[鋼管の頭部を予め変形させた例]
予め頭部を変形させた鋼管を使用する他の実施例について説明する（図７）。
実施例１では、現場で楔材２０を打ち込んで鋼管Ａの頭部形状を変形させたが、本例では予め工場などで鋼管Ａの頭部形状を楕円形に変形させておく。
この場合の鋼管Ａは、楔材２０による内部からの支持がないため、回転圧入時、回転圧入治具１０から加えられる力により鋼管Ａの頭部が変形するおそれがある。
よって、本例では伝達部１２の天板１２ｃから開口１２ａ側に向かって、鋼管Ａの最大内径に対応する幅の支持片１４を突設する。支持片１４は、天板１２ｃに取り付けられた回転可動部１５によって、回転圧入治具１０と同軸に回動可能とする。
鋼管Ａを伝達部１２の内部に挿入する際、鋼管Ａ頭部の最大内径部分を伝達部１２内の支持片１４の幅方向にあわせて、鋼管Ａ内に支持片１４を挿入させる。
なお、天板１２ｃの開口１２ａ側に、支持片１４の回動範囲を制限するためのストッパー１６を設けてもよい。これによって、支持片１４と鋼管Ａの頭部の位置合わせが容易になる。
回転圧入治具１０の回転圧入時、支持片１４が鋼管Ａを内側から支持するため、鋼管Ａを変形させずに回転圧入することができる。

１０ 回転圧入治具
１１ 連結部
１２ 伝達部
１２ａ 開口
１２ｂ 側壁
１２ｃ 天板
１２ｓ 収容空間
１３ 脱落防止部
１４ 支持片
１５ 回転可動部
１６ ストッパー
２０ 楔材
２１ 支持部
２２ テーパ部
Ａ 鋼管
ａ ピン
ＤＬ 鋼管の最大外径
ＤＳ 鋼管の最小外径
ＷＬ 収容空間の最大幅
ＷＳ 収容空間の最小幅

Claims (4)

1. 鋼管を地盤に回転圧入する回転圧入装置において、頭部が楕円形の鋼管を用いて、回転ロッドの回転と圧入力を前記鋼管に伝達する、回転圧入治具であって、
   前記回転ロッドと連結する、連結部と、
   前記鋼管を前記回転ロッドと同軸に内挿可能な収容空間を有し、一端が前記連結部に接続し、他端が前記収容空間に連通した開口を有する、伝達部と、を備え、
   前記収容空間の最大幅は前記鋼管の頭部の最大外径より大きく、
   前記収容空間の最小幅は前記鋼管の頭部の最大外径より小さいことを特徴とする、
   回転圧入治具。
2. 前記収容空間の形状が、前記回転圧入治具の軸方向における断面視にて、多角形状または楕円形状であることを特徴とする、請求項１に記載の回転圧入治具。
3. 円形鋼管の頭部に内挿して押圧または打込みによって前記円形鋼管の頭部の形状を楕円形に変形可能な楔材を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の回転圧入治具。
4. 前記伝達部の開口近傍の内面に、前記鋼管の頭部の最大外径部が前記収容空間から脱落することを防止する脱落防止部を突設したことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転圧入治具。

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