JP6709464B2

JP6709464B2 - 鋼管杭

Info

Publication number: JP6709464B2
Application number: JP2016181400A
Authority: JP
Inventors: 榎本隆彦
Original assignee: 株式会社シグマベース
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: JP2018044400A

Description

この発明は、杭本体である鋼管を回転圧入することにより地盤に貫入させる回転圧入工法に用いられる鋼管杭に関する。

この種の鋼管杭として、杭本体である鋼管の先端に、鋼管外径より外側に張り出した鍔部を持つ円形の端面板が固定され、前記鍔部に、回転圧入時に地盤に食い込んで推進力を高めるための、切込み加工による上向きと下向きの一対の傾斜面部を形成した円形の端面板を固定したものがある。
例えば特許文献１の拡底鋼管杭は、杭本体である鋼管１の先端に、下向き羽根（下向き傾斜面部）と上向き羽根（上向き傾斜面部）とを持つ拡径円板２を固定している（なお、符号は特許文献１中の符号である）。

特許文献２は、鋼管からなる杭本体５の先端に、鍔部に切除部９を挟んで上向き傾斜面部１３と下向き傾斜面部１５とを形成した鋼製翼３を固定した構成である（なお、符号は特許文献２中の符号である）。

前記特許文献１及び特許文献２の鋼管杭における端面板はいずれも、平坦な円板の鋼管外径から外側に張り出した鍔部に切込み加工による上向きと下向きの一対の傾斜面部を形成したものであるが、本願出願人のもとで、杭本体である鋼管の先端に固定する端面板として、鍔部に上向き傾斜面部と下向き傾斜面部とを形成した円形板の中央部に、下面側から見て杭頭側にへこんだ凹部を形成した端面板を用いる鋼管杭を開発し特許出願をした（特許文献３）。
端面板の中央部に杭頭側にへこんだ凹部を形成するという簡単な手段により、安価に、そして施工性を損なうこともなく杭の支持力を高めることが可能となった。

特開２００６−９３５４特開２０１０−２８１２０５特願２０１５−１９５４８６

特許文献３の鋼管杭は、端面板の中央部に凹部を有するので、地盤に貫入した時に凹部に土がつまっていることで地盤との接触面が有効に働き、支持力を確実に確保できるものであるが、回転貫入の時点では、土が凹部に囲い込まれ押し込まれることで、掘削推進に対する抵抗が大きくなるという現象が生じることが分かった。
すなわち、回転貫入の際、土が特に下向き傾斜面部で凹部に囲い込まれ押し込まれるので、凹部につまった土からの下向き傾斜面部の回転に対する抵抗が増し、また、鉛直方向の抵抗も増す。

本発明は上記背景のもとになされたもので、中央部に凹部を有する端面板を杭本体の先端に固定した鋼管杭を地盤に貫入する際に、貫入後は地盤に対する支持力を確実に確保できるとともに、回転貫入の際には、鋼管杭の掘削推進に対する抵抗が増すことを防止可能な鋼管杭を提供することを目的とする。

上記課題を解決する請求項１の発明は、杭本体である鋼管の先端面に、直径Ｄ_０が鋼管直径ｄより大で、かつ中央部に、下面側から見て杭頭側にへこんだ直径Ｄ_１の円形輪郭の凹部が形成された円形の端面板が溶接固定され、前記端面板における前記凹部より外側に張り出した鍔部に、前記端面板周縁から中央に向かう切欠き部を有し、前記切欠き部の端面板周方向両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部が形成された鋼管杭において、前記凹部に、その中心側から前記切欠き部の近傍に向かって延びる棒状の細長部材を溶接固定したことを特徴とする。

請求項２は請求項１の鋼管杭において、前記端面板の下面に溶接固定され、かつ、下向きに傾斜した傾斜面部における端面板中心側の側端面に溶接固定された傾斜面部補強部材を設けたことを特徴とする。

請求項１の発明の鋼管杭によれば、端面板の裏面の凹部に、その中心側から前記切欠き部の近傍に向かって延びる細長部材を溶接固定したことにより、鋼管杭の掘削推進に対する抵抗が大きくなることを抑制できる。
すなわち、回転貫入の際、特に下向き傾斜面部は掘削する土を凹部に囲い込み押し込むように作用するが、端面板の裏面の凹部に、その中心側から切欠き部の近傍に向かって延びる細長部材が掘削推進補助バーとして存在するので、この細長部材が凹部に囲い込まれ押し込まれる土を切欠き部より排出する作用をする。したがって、掘削推進中に土が凹部につまり過ぎることは抑制され、凹部につまった土からの下向き傾斜面部の回転に対する抵抗は軽減され、また、鉛直方向の抵抗が増すことも軽減される。

下向き傾斜面部には土を掘削する作用に対して大きな抵抗を受けるので、その大きな抵抗により変形する恐れがあるが、請求項２によれば、その下向き傾斜面部が傾斜面部補強部材を介して端面板に結合されているので、下向き傾斜面部が変形することは防止される。

本発明の一実施例の鋼管杭の正面図である。図１の平面図である（但し、杭本体である鋼管は断面で示している）。図２のＡ−Ａ断面図である。図１の底面図である。（イ）は図２のＢ矢印方向からみた要部の拡大図、（ロ）は（イ）の傾斜面部補強部材における下向き傾斜面部との接合部（砂地ハッチングの部分）を説明する図である。上記端面板を製作する工程で、円板に傾斜面部を形成するために切りこみを入れた状態を示すもので、円板の底面図（図４に対応する図）である。本発明の鋼管杭を家屋の基礎杭として施工する態様の一例を説明する図である。

以下、本発明の鋼管杭を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例の鋼管杭の正面図、図２は図１の平面図である（但し、杭本体である鋼管は断面で示している）、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図１の底面図である。
この鋼管杭１は、杭本体である鋼管２の先端面に、直径Ｄ_０が鋼管直径ｄより大で、かつ中央部に、下面側から見て杭頭側にへこんだ直径Ｄ_１の円形輪郭の凹部８が形成された円形の端面板３を溶接固定している。図示例の凹部８はすり鉢状をなしている。凹部８の円形輪郭を図４にＳで示す。凹部８の外側部分（上面部分）を８’で示す。凹部８の外側部分８’の上から見た円形輪郭をＳ’で示す。
前記端面板３における前記凹部８より外側に張り出した鍔部４に、前記端面板３の周縁から中央に向かう切欠き部５を有し、前記切欠き部５の端面板周方向両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部６、７（上向き傾斜面部６及び下向き傾斜面部７）が形成されている。
そして、前記凹部８に、その中心側から前記切欠き部５の近傍に向かって延びる掘削推進補助バーとして機能する細長部材１０が溶接固定されている。実施例の細長部材１０は、縦横１８ｍｍの正方形断面で長さが１３０ｍｍの角棒（角形部材）である。

この実施例ではさらに、端面板３の下面に下向き傾斜面部７を補強する傾斜面部補強部材２１を溶接固定している。
図示例の傾斜面部補強部材２１は、縦横１８ｍｍの正方形断面で長さが４０ｍｍの角棒であり、その下端を端面板３に、下向き傾斜面部７における端面板中心側の側端面に接するように位置させて溶接固定し、上部の側面を下向き傾斜面部７の端面板中心側の側端面に溶接固定している。図５（ロ）の砂地ハッチングで示した部分が傾斜面部補強部材２１と下向き傾斜面部７の端面板中心側の側端面とが接合される領域である。溶接はその領域の周囲において行う。図２において溶接部をＱで示す。
図示例の傾斜面部補強部材２１が端面板３に固定される位置は、凹部８の円形輪郭Ｓと円弧状切りこみｍとの間の平坦な部分である。
なお、端面板３の直径が小径の場合は、傾斜面部補強部材２１の位置が凹部８の傾斜面になる場合もあるが、その場合は傾斜面部補強部材２１の下端面を傾斜面にする。

鋼管杭１の杭本体である鋼管２は通常、板厚ｔが４．２ｍｍ、５．５ｍｍ、５．７ｍｍ、６．０ｍｍ等であり、直径ｄが８９．１ｍｍ、１０１．６ｍｍ、１１４．３ｍｍ等である。材質はＳＴＫ４００である。
端面板３は通常、板厚Ｔ＝９ｍｍ、１２ｍｍ等であり、直径Ｄ_０＝３００ｍｍ、４００ｍｍ、５８０ｍｍ等である。材質はＳＳ４００又はＳＳ４９０である。凹部８の高さは通常、Ｈ＝４５ｍｍ、６０ｍｍ、７５ｍｍ等であり、凹部８の円形輪郭Ｓの直径Ｄ_１は通常、１７５ｍｍ、２２０ｍｍ、２８０ｍｍ、３６０ｍｍ等である。
実施例で説明する鋼管杭の各サイズ等については、鋼管２は板厚ｔ＝４．５ｍｍ、直径ｄ＝１１４．３ｍｍ、材質ＳＴＫ４００である。端面板３は板厚Ｔ＝９ｍｍ、直径Ｄ_０＝４００ｍｍ、凹部８の高さＨ＝４５ｍｍである。凹部８の円形輪郭Ｓの直径Ｄ_１は２２０ｍｍ、材質はＳＳ４００又はＳＳ４９０である。

端面板３を製作する方法は特に限定されないが、鋼板の平坦な円板に凹部８を形成した後に傾斜面部６、７を形成してもよいし、平坦な円板に、傾斜面部６、７を形成するための切り込みを入れた段階で凹部８を形成してもよい。また、平坦な円板に、切り込みを入れかつ傾斜面部を形成した後に、凹部を形成することも考えられる。
図４に対応する底面図として示した図６では、円板９に凹部８を形成した後に傾斜面部を形成する場合として示している。同図において、傾斜面部が形成される前の段階の端面板を３’で示し、傾斜面部６、７となる部分を６’、７’で示す。
図示例では、凹部８の円形輪郭Ｓより若干半径方向外側の位置に円弧状の切込みｍを入れ、その円弧状の切り込みｍの中央位置から半径方向外側に延びる切込みｎを入れた後、前記切込みｎの円周方向両側をそれぞれ上下逆向きに傾斜させて、図１、図３、図５のような互いに上下逆向きの傾斜面部６、７を形成する。底面図である図６において、傾斜面部６、７を形成する際の谷折り部を１点鎖線、山折り部を２点鎖線で示す。
なお、端面板３の直径Ｄ_０と凹部８の円形輪郭Ｓの直径Ｄ_１との寸法差にも関係するが、前記円弧状の切り込みｍと円形輪郭Ｓとの間に、前記傾斜面部補強部材２１の下端を端面板３に溶接固定する平坦なスペースが確保されるようにするのが望ましい。

上述の鋼管杭１を地盤に打設する場合、回転圧入駆動部を持つ杭打ち機にて、回転圧入により地盤に貫入する。
この場合、先端の端面板３が、その傾斜面部６、７が土に食い込む態様で推進力を発揮する。そして、端面板３が支持層に到達した状態では、下面の凹部８に土がつまっていることで地盤との接触面が有効に働き、支持力の高いものとなる。

鋼管杭１を回転圧入により地盤に貫入する際、端面板３の中央部に凹部８を有するので、上記のように、地盤に貫入した時に凹部３に土がつまっていることで地盤との接触面が有効に働き、支持力を確実に確保できるものであるが、回転貫入の際には、特に下向き傾斜面部７で土が凹部８に囲い込まれ押し込まれることが、掘削推進に対する抵抗が大きく要因となる。すなわち、回転貫入の際、土が特に下向き傾斜面部７で凹部８に強く押し込まれ過ぎると、凹部８につまった土からの下向き傾斜面部７の回転に対する抵抗が増し、また、鉛直方向の抵抗も増す。
しかし、上述した鋼管杭１では、端面板３の裏面の凹部８に、その中心側から切欠き部５の近傍に向かって延びる細長部材１０が存在するので、掘削推進中にこの細長部材１０が凹部８に囲い込まれ押し込まれる土を排出する作用をする。したがって、土が凹部８につまり過ぎることは抑制され、凹部８につまった土からの下向き傾斜面部７の回転に対する抵抗は軽減され、また、鉛直方向の抵抗が増すことも軽減される。このように、細長部材１０は掘削推進補助部材として機能する。

上記のように端面板３の特に下向き傾斜面部７には土を掘削する作用に対して大きな抵抗を受ける。したがって、その抵抗により下向き傾斜面部７が変形する恐れがあるが、その下向き傾斜面部７が前記傾斜面部補強部材２１を介して端面板３に結合されていので、下向き傾斜面部７がその傾斜角度がさらに大となるように変形することは防止される。

図７は上述の鋼管杭１を、家屋等の建築物の基礎杭として施工する態様の一例を説明するもので、鋼管杭１は建築物の基礎コンクリート２０を支持する態様で地盤に設置される。この鋼管杭１によれば、地盤支持力が向上するので、従来より少ない本数の杭にて、所望の支持力を確保することができる。
また、鋼管杭１を地盤に貫入する際には、上述の通り、端面板３の下面に固定した細長部材１０により、鋼管杭１の掘削推進に対する抵抗が軽減される。

上述の実施例では細長部材として、正方形断面の角形部材を用いたが、正方形断面に限らず長方形断面でもよいし、角形部材に限らず円形断面その他の断面でもよい。さらに、棒状部材と言える範囲内で幅寸法より高さ寸法が大なる部材であってもよい。
また、凹部８における細長部材１０の配置（位置）は、凹部の中心側から切欠き部５の近傍に向かって延びる態様で配置固定されるが、端面板３が回転して掘削推進してく際の土の挙動は複雑なので、厳格に位置が定められるものではない。したがって、種々の配置に対して実験を行って適切な細長部材の形状及び配置が得られるものである。
実施例の凹部８はすり鉢状をなしているが、椀状であってもよい。この場合、細長部材１０の全長が凹部８の面に接触しないが、若干の隙間があることは、細長部材の機能として特に問題ではない。

図示は省略するが、端面板３の下面に板状の掘削刃を垂直に溶接固定することもできる。この場合の掘削刃は、その先端側（下端側）が三角形状に尖った刃部で、基部（上端側）が凹部の面に合わせた形状であり、前記基部を凹部８に垂直に溶接固定する。この掘削刃が土を攪拌することで、鋼管杭の圧入に必要な力を軽減することができる。
また、図示は省略するが、鋼管杭１における端面板３の位置より適宜上方位置（例えば端面板直径の５０〜６０％程度上方位置）に、補助ウイングを取り付けることができる。この場合の補助ウイングは、先端の端面板３における細長部材１０及び傾斜面部補強部材２１を除いた形状で、サイズは例えば２０％程度大きくする。

１鋼管杭
２鋼管（杭本体）
３端面板
３’ 傾斜面部が形成される前の段階の端面板
４鍔部
５切欠き部
６上向き傾斜面部
６’ 上向きの傾斜面部となる部分
７下向き傾斜面部
７’ 下向きの傾斜面部となる部分
８凹部
８’凹部の外側部分
１０細長部材（掘削推進補助バー）
２１傾斜面部補強部材
Ｓ凹部の円形輪郭
Ｓ’ 凹部の外側部分を上から見た円形輪郭
Ｔ（端面板の）板厚
ｔ（鋼管の）板厚
ｄ鋼管の直径
Ｄ_０端面板の直径
Ｄ_１凹部の円形輪郭の直径
Ｈ凹部の高さ

Claims

杭本体である鋼管の先端面に、直径Ｄ_０が鋼管直径ｄより大で、かつ中央部に、下面側から見て杭頭側にへこんだ直径Ｄ_１の円形輪郭の凹部が形成された円形の端面板が溶接固定され、前記端面板における前記凹部より外側に張り出した鍔部に、前記端面板周縁から中央に向かう切欠き部を有し、前記切欠き部の端面板周方向両側に、互いに上下逆向きに傾斜した傾斜面部が形成された鋼管杭において、前記凹部に、その中心側から前記切欠き部の近傍に向かって延びる棒状の細長部材を溶接固定したことを特徴とする鋼管杭。
前記端面板の下面に溶接固定され、かつ、下向きに傾斜した傾斜面部における端面板中心側の側端面に溶接固定された傾斜面部補強部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の鋼管杭。