JP6388336B2 - 杭の継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、地盤中に回転貫入させる鋼管杭や軸中心に回転施工する杭などの継手構造に関する。

地盤の支持層に杭を貫入させて地上構造物の基礎を構築する場合、支持層までの深さに応じて複数本の杭を継ぎ足しながら行う。杭の継ぎ足しには、溶接により杭どうしを接合するのが一般的であるが、溶接には高度な溶接技術を要し、また屋外で行われることが多いので天候に左右されやすく、さらに杭の径が大きくなると溶接量が増え時間がかかる等の課題がある。

上記課題を解決するために溶接を行わずに杭を接合する技術が種々開発されている。例えば、接合すべき上下の杭の各端部にそれぞれフランジを設け、これら上下のフランジを杭長手方向に締め付けて一体化する２つ割りの内リングを上下のフランジに外嵌し、この内リングの外周面に円筒テーパを設け、この円筒テーパに外嵌する内径テーパを有する外リングを外嵌して前記内リングを締め付けて上下の杭を接合する杭の無溶接継手構造が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。

また、上記無溶接継手構造において、せん断力に対抗できるように改良した継手構造（特許文献３、特許文献４参照）も提案されている。

上述した何れの無溶接継手構造も、杭の施工時に杭の軸方向にのみ外力が作用する場合に好適であったが、回転貫入する杭に関しては補助的に回転伝達具（例えば回転伝達ピン）を装備しているものの強度的に脆弱なもので、回転トルク伝達する機能としては十分なものではなかった。

そこで、地中に回転貫入させる鋼管杭に適した無溶接継手構造が提案されている（特許文献５参照）。この無溶接継手構造では、接合すべき上下の鋼管杭の各端部にフランジをそれぞれ設け、フランジの外周部に、円周２つ割りの第１のリングとその外径テーパに外嵌して締めつける第２のリングによる杭結合構造を備えると共に、各フランジの内周部に円弧状片を溶接により杭軸方向に突出させてかつ円周に沿って固定し（特許文献５中の図１、図２参照）、上下のフランジにそれぞれ固定された円弧状片の周方向端面が互いに細隙を介して対面するように配置した構成になっている。

実開平３−８３２２４号公報 実用新案登録第２５７２７５３号公報 特開平１１−１９００２０号公報 特開２００７−１６４４６号公報 特開２００９−１９１５２２号公報

しかし、上記無溶接継手構造は、杭の施工時において地盤への回転貫入に際し、円弧状片を介して回転トルクを確実に伝達するために高品質の溶接加工が求められる。また、上下の鋼管杭の円弧状片の周方向端面が互いに細隙を介して対面するように円弧状片を各フランジの内周部に精度よく配置して溶接することが求められる。このため製造コストが高騰化する課題を有している。仮に円弧状片の溶接位置誤差が細隙の寸法を僅かに越えただけでも上下の鋼管杭の円弧状片の周方向端面どうしがぶつかってしまい、上下の鋼管杭の接合が出来なくなる事態に陥るおそれがある。そうすると、施工現場で円弧状片の固定位置を修正する等の措置を講じる必要もある。

本発明は、高いせん断抵抗力を有し、コスト高にならずに確実な回転トルク伝達機能を有する、杭の継手構造を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の杭の継手構造は、接合する杭の各接合端部に設けられた継手端板と、前記杭の径方向外側に突出する前記継手端板の外周部分どうしを杭の軸方向で互いに連結する連結部材と、前記継手端板の各突合せ面に設けられた、中心が前記杭の軸心と一致する、全体形状が平面視で楕円形状の溝部と、前記溝部にそれぞれ嵌め込まれる、中心が前記杭の軸心と一致する楕円形状のトルク伝達リング部材と、を備えたことを特徴とする。本発明の請求項２に記載の杭の継手構造では、全体形状が平面視で楕円形状の溝部の代わりに六角形状の溝部を採用し、また楕円形状のトルク伝達リング部材の代わりに六角形状のトルク伝達リング部材を採用する。

本発明の請求項３に記載の杭の継手構造は、接合する杭の各接合端部に設けられた継手端板と、前記杭の径方向外側に突出する前記継手端板の外周部分どうしを杭の軸方向で互いに連結する連結部材と、前記継手端板の各突合せ面の一方に設けられた、中心が前記杭の軸心と一致する、全体形状が平面視で楕円形状の溝部と、前記各突合せ面の他方に設けられた、前記溝部に嵌め込まれる、中心が前記杭の軸心と一致する楕円形状のトルク伝達突条部と、を備えたことを特徴とする。本発明の請求項４に記載の継手構造では、全体形状が平面視で楕円形状の溝部の代わりに六角形状の溝部を採用し、また楕円形状のトルク伝達突条部の代わりに六角形状のトルク伝達突条部を採用する。

本発明によれば、全体形状が平面視で楕円形状や六角形状の溝部に楕円形状や六角形状のトルク伝達リング部材、トルク伝達突条部を嵌め込むという極めて簡単な構造であり、トルクは溝部とトルク伝達リング部材、トルク伝達突条部との接触部分全体で受け止め、トルク伝達力が局部的に集中作用するのを回避でき、トルクに対して高いせん断抵抗力を有し、コスト高にならずに確実なトルク伝達機能を発揮することが可能である。また、杭に作用する軸曲げ外力により継手個所に発生する軸せん断力に対して溝部に嵌め込んだトルク伝達リング部材あるいはトルク伝達突条部が継手個所に大きなせん断抵抗力を付与するので、高いせん断抵抗力を有する継手構造を提供することが可能である。

本発明の杭の継手構造の第一実施例を示し、（ａ）は上下の杭のうち下方の杭の接合端部である杭頭に設けた継手端板の突合せ面を示す平面図、（ｂ）は上下の杭の継手個所を示す縦断面図、（ｃ）は継手端板の各突合せ面に設けた溝部にトルク伝達リング部材を嵌め込んだ状態を示す拡大部分断面図である。 図１に示す杭の継手構造の変形例を示し、（ａ）は上下の杭のうち下方の杭の接合端部である杭頭に設けた継手端板の突合せ面を示す平面図、（ｂ）は上下の杭の継手個所を示す縦断面図、（ｃ）は継手端板の各突合せ面に設けた溝部にトルク伝達リング部材を嵌め込んだ状態を示す拡大部分断面図である。 本発明の杭の継手構造の第二実施例を示し、（ａ）は上下の杭のうち下方の杭の接合端部である杭頭に設けた継手端板の突合せ面を示す平面図、（ｂ）は上下の杭の継手個所を示す縦断面図、（ｃ）は継手端板の一方の突合せ面に一体に設けたトルク伝達突条部を他方の突合せ面に設けた溝部に嵌め込んだ状態を示す拡大部分断面図である。

本発明の杭の継手構造の第一実施例について、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して説明する。本第一実施例の継手構造は、下方に位置する鋼管杭１０の杭頭（接合端部）とこの鋼管杭１０の杭頭に接合される（継ぎ合わされる）上方に位置する鋼管杭１１の先端部（接合端部）にそれぞれ設けられた継手端板２０，２１と、これら継手端板２０，２１の鋼管杭１０，１１の径方向外側に突出する外周部分２０ａ，２１ａをその軸方向で互いに連結する連結部材３０と、継手端板２０，２１の各突合せ面２０ｂ、２１ｂに設けられた、中心が鋼管杭１０，１１の軸心Ｃと一致する、全体形状が平面視で楕円形状の溝部２０ｃ，２１ｃと、これら溝部２０ｃ，２１ｃに嵌め込まれる、同じく中心が鋼管杭１０，１１の軸心Ｃと一致する楕円形状のトルク伝達リング部材４０とを備える。

下方に位置する前記鋼管杭１０の先端部外周面には、例えば、略一巻の螺旋翼（図示せず）が設けられていて、この螺旋翼により鋼管杭１０が地盤中に回転推進する。

前記継手端板２０，２１は鋼板製で、継手端板２０は前記鋼管杭１０の杭頭に、継手端板２１は前記鋼管杭２１の先端部にそれぞれ溶接などにより固定される。前記溝部２０ｃは継手端板２０の前記突合せ面２０ｂに、前記溝部２１ｃは継手端板２１の前記突合せ面２１ｂにそれぞれ切削加工（溝切り加工）などにより形成される。前記トルク伝達リング部材４０は、例えば鋼製リングを成形加工などして楕円形状に形成される。トルク伝達リング部材４０の軸方向長さ（高さ）は、溝部２０ｃ，２１ｃの深さを合計した寸法と略等しい寸法に設定され、突合せ面２０ｂ，２１ｂを互いに対向させた状態で継手端板２０，２１を重ね合わせたとき、それらの突合せ面２０ｂ、２１ｂ間に隙間が生じないようしてある。楕円形状のトルク伝達リング部材４０を同じく楕円形状の溝部２０ｃ，２１ｃ内に嵌め込むことにより、トルク伝達リング部材４０が鋼管杭１０，１１の軸心Ｃを中心とした円周方向回転力のせん断抵抗キーの役目を果たし、鋼管杭１１から鋼管杭１０に確実に回転力（トルク）を伝達することが可能となる。

前記連結部材３０は、その周方向において２分割された内リング３１，３１と外リング３２との組み合わせで構成される。各内リング３１の内周面には、前記継手端板２０，２１の外周部分２０ａ，２１ａを重ね合わせた状態で挟み込む周溝３３が設けられる。各内リング３１の外周面には、鋼管杭１０側（下方）に向かって外径が小さく、鋼管杭２０側（上方）に向かって外径が大きくなるテーパが付される。外リング３２の内周面には内リング３１，３１の外周面に嵌め込まれるテーパが設けられる。各周溝３３に外周部分２０ａ，２１ａを挟み込んだ状態で２分割された内リング３１，３１に外リング３２を嵌め込むことにより、鋼管杭１０，１１がその軸方向において互いに連結される。なお、本第一実施例では連結部材３０を２分割した内リング３１，３１と外リング３２との組み合わせで構成した場合を示したが、これに限定されるものではない。

上記第一実施例の杭の継手構造では、鋼管杭１０と鋼管杭１１との接合（継ぎ合せ）に際して、例えば、地盤中に回転貫入される鋼管杭１０の杭頭に固定された継手端板２０の周溝２０ｃにトルク伝達リング部材４０を嵌め込む。嵌め込まれたトルク伝達リング部材４０は、その軸方向の一部が突合せ面２０ｂから突出した状態になる。そして、鋼管杭１１の先端部に固定された継手端板２１をその溝部２１ｃ内に突合せ面２０ｂから突出したトルク伝達リング部材４０の部分が嵌め込まれるように鋼管杭１１を位置決めして、鋼管杭１１の先端部を鋼管杭１０の杭頭上に下ろす。これにより、トルク伝達リング部材４０が溝部２１ｃ内にも嵌め込まれて突合せ面２０ｂ，２１ｂが隙間なく重ね合わされる。この後、各内リング３１の周溝３３に継手端板２０，２１の外周部分２０ａ，２１ａを嵌め込み、内リング３１，３１の外周面に外リング３２を嵌め込む。この結果、鋼管杭１０，１１は、連結部材３０でその軸方向において互いに接合される他に、トルク伝達リング部材４０と溝部２０ｃ，２１ｃを介して鋼管杭１１から鋼管杭１０に確実に回転力（トルク）を伝達することが出来るようになる。

上記第一実施例の杭の継手構造によると、トルク伝達に際し、鋼管杭１１のトルクは溝部２１ｃとトルク伝達リング部材４０との接触部分を介してトルク伝達リング部材４０に作用し、そしてトルク伝達リング部材４０と溝部２０ｃとの接触部分を介して鋼管杭１０に作用するようになっており、トルク伝達力をこれら接触部分全体で受け止める構成で、トルク伝達力が局部的に集中作用するのを回避でき、またトルクに対して高いせん断抵抗力を発揮する。また、鋼管杭１０，１１に作用する軸曲げ外力により継手個所に発生する軸せん断力に対しても溝部２０ｃ，２１ｃに嵌め込んだトルク伝達リング部材４０が大きなせん断抵抗力を発揮し、高いせん断抵抗力を有する継手構造となる。さらに、高品質の溶接加工を必要とせず、溝部２０ｃ，２１ｃやトルク伝達リング部材４０は予め工場で加工して準備することができ、施工現場では溝部２０ｃ，２１ｃにトルク伝達リング部材４０を嵌め込むだけであり、製造コストの低廉化だけではなく、施工コストの低廉化を図ることも可能となる。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、上記第一実施例の杭の継手構造の変形例を示している。図中、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す部分と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

本変形例では、図２（ａ）に示すように、継手端板２０，２１の突合せ面２０ｂ、２１ｂに形成される溝部２００ｃ，２１０ｃは中心が鋼管杭１０，１１の軸心Ｃと一致する、全体形状が平面視で六角形状であり、これら溝部２００ｃ，２１０ｃに嵌め込まれるトルク伝達リング部材４１も同じく中心が鋼管杭１０，１１の軸心Ｃと一致する六角形状である。これら以外の部分については第一実施例の杭の継手構造と同一である。

トルク伝達リング部材４１の軸方向長さは、溝部２００ｃ，２１０ｃの深さを合計した寸法と略等しい寸法に設定され、突合せ面２０ｂ，２１ｂを互いに対向させた状態で継手端板２０，２１を重ね合わせたとき、それらの突合せ面２０ｂ、２１ｂ間に隙間が生じないようしてある。六角形状のトルク伝達リング部材４１を、同じく六角形状の溝部２００ｃ，２１０ｃ内に嵌め込むことにより、トルク伝達リング部材４１が鋼管杭１０，１１の軸心Ｃを中心とした円周方向回転力のせん断抵抗キーの役目を果たし、鋼管杭１１から鋼管杭１０に確実に回転力（トルク）を伝達することが可能となる。

本変形例でも上述した第一実施例の杭の継手構造と同様に、トルク伝達に際し、鋼管杭１１のトルクは溝部２１０ｃとトルク伝達リング部材４１との接触部分を介してトルク伝達リング部材４１に作用し、そしてトルク伝達リング部材４１と溝部２００ｃとの接触部分を介して鋼管杭１０に作用するようになっており、トルク伝達力をこれら接触部分全体で受け止める構成で、トルク伝達力が局部的に集中作用するのを回避でき、またトルクに対して高いせん断抵抗力を発揮する。また、鋼管杭１０，１１に作用する軸曲げ外力により継手個所に発生する軸せん断力に対しても溝部２００ｃ，２１０ｃに嵌め込んだトルク伝達リング部材４１が大きなせん断抵抗力を発揮し、高いせん断抵抗力を有する継手構造となる。さらに、高品質の溶接加工を必要とせず、溝部２００ｃ，２１０ｃやトルク伝達リング部材４１は予め工場で加工して準備することができ、施工現場では溝部２００ｃ，２１０ｃにトルク伝達リング部材４１を嵌め込むだけであり、製造コストの低廉化だけではなく、施工コストの低廉化を図ることも可能である。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の杭の継手構造の第二実施例を示している。図中、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す部分と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

本第二実施例の杭の継手構造では、前記継手端板２０，２１の突合せ面２０ｂ，２１ｂのうち、例えば継手端板２０の突合せ面２０ｂに中心が前記鋼管杭１０，１１の軸心Ｃと一致する楕円形状のトルク伝達突条部２０ｄを設け、このトルク伝達突条部２０ｄを継手端板２１の前記溝部２１ｃに嵌め込んでトルク伝達するようにして、前記トルク伝達リング部材４０を省略している点が上述した第一実施例の杭の継手構造と相違し、これ以外の部分については同一である。

前記トルク伝達突条部２０ｄは、例えば継手端板２０の突合せ面２０ｂに予め切削加工を施して継手端板２０に一体に形成される。トルク伝達突条部２０ｄの突合せ面２０ｂからの高さは溝部２１ｃの深さに略等しく設定され、突合せ面２０ｂ上に突合せ面２１ｂを重ね合わせたとき突合せ面２０ｂ，２１ｂ間に隙間が生じないようにしてある。楕円形状のトルク伝達突条部２０ｄを同じく楕円形状の溝部２１ｃ内に嵌め込むことにより、トルク伝達突条部２０ｄが鋼管杭１０，１１の軸心Ｃを中心とした円周方向回転力のせん断抵抗キーの役目を果たし、鋼管杭１１から鋼管杭１０に確実に回転力（トルク）を伝達することが可能となる。

本第二実施例の杭の継手構造では、鋼管杭１０，１１の接合に際して、例えば地盤中に回転貫入される鋼管杭１０の杭頭に固定された継手端板２０の突合せ面２０ｂに、鋼管杭１１の先端部に固定された継手端板２１を、その溝部２１ｃ内に突合せ面２０ｂから突出したトルク伝達突条部２０ｄが嵌め込まれるように鋼管杭１１を位置決めして、鋼管杭１１の先端部を鋼管杭１０の杭頭上に下ろす。この後、上記第一実施例の場合と同様に各内リング３１の周溝３３に継手端板２０，２１の外周部分２０ａ，２１ａを嵌め込み、内リング３１，３１の外周面に外リング３２を嵌め込む。これにより、鋼管杭１０，１１は、連結部材３０によりその軸方向において互いに接合される他に、トルク伝達突条部２０ｄと溝部２１ｃとを介して鋼管杭１１から鋼管杭１０に確実に回転力（トルク）を伝達することが出来るようになる。

本第二実施例の杭の継手構造によると、トルク伝達に際し、鋼管杭１１のトルクは溝部２１ｃとトルク伝達突条部２０ｄとの接触部分を介して鋼管杭１０に作用するようになっており、トルク伝達力をこの接触部分全体で受け止める構成で、上記第一実施例の場合と同様にトルク伝達力が局部的に集中作用するのを回避でき、またトルクに対して高いせん断抵抗力を発揮する。また、鋼管杭１０，１１に作用する軸曲げ外力により継手個所に発生する軸せん断力に対しても溝部２１ｃに嵌め込んだトルク伝達突条部２０ｄが大きなせん断抵抗力を発揮し、高いせん断抵抗力を有する継手構造となる。さらに、継手端板２０の突合せ面２０ｂにトルク伝達突条部２０ｄを一体に形成しており、前記トルク伝達リング部材４０を省略して部品点数を減らすことが出来る上に、せん断力に対して十分な抵抗耐力（機械的強度）を有する。さらにまた、高品質の溶接加工を必要とせず、溝部２１ｃやトルク伝達突条部２０ｄは予め工場で加工して準備することができ、施工現場では溝部２１ｃにトルク伝達突条部２０ｄを嵌め込むだけであり、製造コストや施工コストのさらなる低廉化を図ることが可能である。

上記第一実施例と第二実施例の杭の継手構造では、中心が鋼管杭１０，１１の軸心Ｃと一致する全体形状が平面視で楕円形状の溝部２０ｃ，２１ｃ、トルク伝達リング部材４０、トルク伝達突条部２０ｄを介してトルクを伝達する場合を示し、また変形例では中心が鋼管杭１０，１１の軸心Ｃと一致する全体形状が平面視で六角形状の溝部２００ｃ，２１０ｃ、トルク伝達リング部材４１を介してトルクを伝達する場合を示したが、これらに限定されるものではない。

本発明の杭の継手構造は、トルクを確実に伝達することが要求される場合や、継手個所に大きなせん断力が作用する場合に適用される。

１０，１１ 鋼管杭
２０，２１ 継手端板
２０ａ，２１ａ 外周部分
２０ｂ，２１ｂ 突合せ面
２０ｃ，２１ｃ 溝部
２００ｃ，２１０ｃ 溝部
２０ｄ トルク伝達突条部
３０ 連結部材
４０，４１ トルク伝達リング部材

Claims (4)

1. 接合する杭の各接合端部に設けられた継手端板と、
   前記杭の径方向外側に突出する前記継手端板の外周部分どうしを杭の軸方向で互いに連結する連結部材と、
   前記継手端板の各突合せ面に設けられた、中心が前記杭の軸心と一致する、全体形状が平面視で楕円形状の溝部と、
   前記溝部にそれぞれ嵌め込まれる、中心が前記杭の軸心と一致する楕円形状のトルク伝達リング部材と、を備えたことを特徴とする杭の継手構造。
2. 接合する杭の各接合端部に設けられた継手端板と、
   前記杭の径方向外側に突出する前記継手端板の外周部分どうしを杭の軸方向で互いに連結する連結部材と、
   前記継手端板の各突合せ面に設けられた、中心が前記杭の軸心と一致する、全体形状が平面視で六角形状の溝部と、
   前記溝部にそれぞれ嵌め込まれる、中心が前記杭の軸心と一致する六角形状のトルク伝達リング部材と、を備えたことを特徴とする杭の継手構造。
3. 接合する杭の各接合端部に設けられた継手端板と、
   前記杭の径方向外側に突出する前記継手端板の外周部分どうしを杭の軸方向で互いに連結する連結部材と、
   前記継手端板の各突合せ面の一方に設けられた、中心が前記杭の軸心と一致する、全体形状が平面視で楕円形状の溝部と、
   前記各突合せ面の他方に設けられた、前記溝部に嵌め込まれる、中心が前記杭の軸心と一致する楕円形状のトルク伝達突条部と、を備えたことを特徴とする杭の継手構造。
4. 接合する杭の各接合端部に設けられた継手端板と、
   前記杭の径方向外側に突出する前記継手端板の外周部分どうしを杭の軸方向で互いに連結する連結部材と、
   前記継手端板の各突合せ面の一方に設けられた、中心が前記杭の軸心と一致する、全体形状が平面視で六角形状の溝部と、
   前記各突合せ面の他方に設けられた、前記溝部に嵌め込まれる、中心が前記杭の軸心と一致する六角形状のトルク伝達突条部と、を備えたことを特徴とする杭の継手構造。