JP6902984B2 - 鋼管連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数の鋼管を上下に連結して構成される鋼管杭に設けられ、前記複数の鋼管のうち上側鋼管の下端部に設けられた下向継手の外周面の下端縁に備えられた下向切欠部と、前記上側鋼管に連結される下側鋼管の上端部に設けられた上向継手の外周面の上端縁であって、前記下向切欠部に対応する位置に備えられた上向切欠部とから構成されたキー配設部に回転抑止キーを配設し、該回転抑止キーを前記キー配設部にボルトを用いて固定することによって、連結された前記上側鋼管と前記下側鋼管とが管軸周りに相対的に回転することが抑止されるように構成された鋼管連結構造に関する。

従来、橋梁、港湾構造物、建築構造物などの基礎構造として鋼管杭が広く用いられている。このような鋼管杭は、油圧ハンマ等による打撃によって地中に設置する打撃工法、バイブロハンマによって振動を付与しつつ地中に設置する振動工法、杭体の中空部を掘削しながら地中に設置する中堀工法、先端部に羽根を取り付け回転させながら地盤に圧入する回転圧入工法などにより建て込みされる。

鋼管杭は、資材搬入や建て込みの都合から工場製作された数メートル程度の定尺の複数の鋼管を、現場で地中に建て込みながら、鋼管連結構造によって順次連結することで、軟弱な地盤より下にある硬い地盤である支持層まで到達するような数十メートルもの長さを確保している。

鋼管連結構造の一例として、特許文献１には、施工の省力化、工期短縮の観点から、施工現場での鋼管杭の継杭作業の効率化を図ることができる機械式継手が開示されている。

該機械式継手は、上側鋼管の下端に設けられた雌型のボックス継手に、下側鋼管の上端に設けられた雄型のピン継手を差し込んだ後、ボックス継手内のキー溝に内蔵されている荷重伝達キーをピン継手側の溝にまで押出すことによって、ボックス継手とピン継手とを抜け止め状態に固定する構造となっている。

さらに、該機械式継手は、上側鋼管と下側鋼管との継ぎ目に跨るように回転抑止キーが配設され、上側鋼管と下側鋼管とが互いに管軸周りに相対回転することが抑止された構造となっている。なお。回転抑止キーはボルトを用いて鋼管杭に対して固定される。

建て込み施工時に鋼管杭に作用する強い衝撃や振動によって、回転抑止キーを固定しているボルトが緩んで脱落したり、ボルトが破断したりして、回転抑止キーを鋼管杭に対して固定できなくなって、回転抑止キーが脱落する虞があった。

特に、回転圧入工法においては、回転抑止キーは上側鋼管の回転トルクを下側鋼管に伝達するために重要な役割を果たしており、回転抑止キーの脱落は施工の不能を招くため、回転抑止キーの脱落を防止する必要があった。

特開２０００−３１９８７４号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、鋼管杭の建て込み施工時に、回転抑止キーを鋼管に固定するボルトが緩んで脱落したり破断したりしても、該回転抑止キーが鋼管から脱落することない鋼管連結構造を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するための、本発明に係る鋼管連結構造の特徴構成は、複数の鋼管を上下に連結して構成される鋼管杭に設けられ、前記複数の鋼管のうち上側鋼管の下端部に設けられた下向継手の外周面の下端縁に備えられた下向切欠部と、前記上側鋼管に連結される下側鋼管の上端部に設けられた上向継手の外周面の上端縁であって、前記下向切欠部に対応する位置に備えられた上向切欠部とから構成されたキー配設部に回転抑止キーを配設し、該回転抑止キーを前記キー配設部にボルトを用いて固定することによって、連結された前記上側鋼管と前記下側鋼管とが管軸周りに相対的に回転することが抑止されるように構成された鋼管連結構造であって、前記キー配設部は、管軸方向又は管周方向において対向する一対の内周面のそれぞれに、該管軸方向又は該管周方向に沿って第一キー溝が備えられ、前記回転抑止キーは、前記管軸方向又は前記管周方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、前記第一キー溝に対応する位置に前記管軸方向又は前記管周方向に沿って第二キー溝が備えられ、前記第一キー溝と前記第二キー溝とに跨って、前記回転抑止キーが前記キー配設部から脱落することを防止する脱落防止キーが差し込み可能に構成されている点にある。

上述の構成によると、ボルトが緩んで脱落したり、ボルトが破断したりして、回転抑止キーを鋼管杭に対して固定できなくなったとしても、キー配設部に備えられた第一キー溝と回転抑止キーに備えられた第二キー溝とに跨って差し込まれた脱落防止キーによって、回転抑止キーはキー配設部から脱落することがなくなる。したがって、上側鋼管及び下側鋼管の相対的な回転が確実に抑止される。

上側鋼管から下側鋼管への回転トルクの伝達は、キー配設部と回転抑止キーとの管周方向における接触面であるトルク伝達面において行われる。つまり、回転抑止キーは、上側鋼管から下側鋼管に伝達される大きな回転トルクに耐えうる高強度の材料で構成する必要がある。これに対して、脱落防止キーは、ボルトに不具合が発生して初めて回転抑止キーの脱落防止機能が発揮できればよく、その際も回転抑止キーほど大きな力に耐える必要はない。上述のように、回転抑止キーと脱落防止キーとが別体に構成されていることから、回転抑止キーはこれに適した材料から構成し、脱落防止キーはこれに適した材料から構成することができる。

第一キー溝を、キー配設部において管軸方向において対向する一対の内周面のそれぞれに、該管軸方向に沿って備え、第二キー溝を、回転抑止キーにおいて、管軸方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、第一キー溝に対応する位置に管軸方向に沿って備える場合は、脱落防止キーは、キー配設部と回転抑止キーとのトルク伝達面でない箇所に配設されることとなる。したがって、トルク伝達面は回転トルクの伝達に必要な十分の大きさを確保することができる。

第一キー溝を、キー配設部において管周方向において対向する一対の内周面のそれぞれに、該管周方向に沿って備え、第二キー溝を、回転抑止キーにおいて、管周方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、第一キー溝に対応する位置に管周方向に沿って備える場合は、脱落防止キーは、キー配設部と回転抑止キーとのトルク伝達面に配設されることとなる。したがって、上側鋼管と下側鋼管とが抜き差し移動しても、脱落防止キーはその影響を受けずに安定的に回転抑止キーの脱落を防止し続けることができる。

本発明においては、少なくとも前記第一キー溝又は前記第二キー溝のいずれかと、前記脱落防止キーとのクリアランスは、前記キー配設部と前記回転抑止キーとのクリアランスより大きく構成されていると好適である。

第一キー溝及び第二キー溝と脱落防止キーとのクリアランスが、キー配設部と回転抑止キーとのクリアランスより小さいと、キー配設部と回転抑止キーとの接触よりも先に脱落防止キーに大きな負荷がかかり壊れる虞がある。したがって、第一キー溝及び第二キー溝に対して余裕をもって差し込まれていることが好ましい。上述の構成によれば、脱落防止キーは、第一キー溝及び第二キー溝に緩嵌されることとなる。脱落防止キーは、不具合によってボルトがキー配設部から脱落したときに初めて機能し、回転抑止キーのキー配設部からの脱落を防止する際に、キー配設部と回転抑止キーとの接触よりも大きな負荷が脱落防止キーにかかることがないため壊れる虞がない。

本発明においては、前記脱落防止キーは、前記回転抑止キーよりも強度が高く構成されていると好適である。

第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーは、上側鋼管から下側鋼管への回転トルクの伝達には寄与しない。第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーをトルク伝達面に配設する場合には、それらの存在により、トルク伝達面の有効面積が減ってしまう。つまり、第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーはトルク伝達面における占有面積が小さい方が好ましい。

一方、脱落防止キーは、ボルトに不具合が発生したときに回転抑止キーの脱落防止機能が発揮できるだけの強度が必要である。そこで、脱落防止キーを、回転抑止キーよりも強度が高く構成するのである。これにより、第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーのトルク伝達面における占有面積を小さくしながらも、回転抑止キーの脱落を防止するのに十分な強度を有することができる。また、第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーを小さくできることから、加工範囲を少なくすることができ、これにより加工時間も短くできるため、加工コストを下げることができる。

回転抑止キーの個数は、トルク伝達面の総面積と鋼管杭の建て込みに必要な回転トルクとから算出される。上述のように第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーのトルク伝達面における占有面積を小さくすることによって、回転抑止キーは少ない個数で必要なトルク伝達面の面積を確保することができる。

鋼管連結構造を備えた鋼管杭の説明図 鋼管連結構造の説明図 キー配設部、回転抑止キー及び脱落防止キーの説明図 キー配設部、回転抑止キー及び脱落防止キーの説明図 キー配設部、回転抑止キー及び脱落防止キーの説明図 キー配設部、回転抑止キー及び脱落防止キーの説明図

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分又は対応する部分には、同一符号を付してある。

図１には、本発明に係る鋼管連結構造１２が設けられた鋼管杭１０が示されている。

鋼管杭１０は複数の鋼管１１が上下に連結されて構成されるが、各鋼管１１は同一の構成であり、各鋼管１１どうしの鋼管連結構造１２は全ての連結箇所において同一の構成である。なお、上下に連結される二本の鋼管１１のうち、上側に位置する鋼管１１が本発明における上側鋼管１１Ａであり、下側に位置する鋼管１１が本発明における下側鋼管１１Ｂである。

鋼管連結構造１２に、上側鋼管１１Ａの下端に溶接された雌型のボックス継手１３と、下側鋼管１１Ｂの上端に溶接された雄型のピン継手１４とが備えられている。ボックス継手１３が本発明における下向継手で、ピン継手１４が本発明における上向継手である。

上側鋼管１１Ａ及び下側鋼管１１Ｂは、ボックス継手１３にピン継手１４を差し込んだ後、ボックス継手１３に内蔵されている荷重伝達キー１５を、セットボルト１６を操作してピン継手１４側に噛み合うまで押出すことによって、抜け止め状態に固定される。

図２に示すように、ボックス継手１３の外周面の下端縁に下向切欠部１７が備えられている。ピン継手１４の外周面の上端縁であって、下向切欠部１７に対応する位置に上向切欠部１８が備えられている。ボックス継手１３にピン継手１４を差し込んだときに、下向切欠部１７と上向切欠部１８とによって正面視及び断面視矩形状のキー配設部１９が構成される。

上側鋼管１１Ａ及び下側鋼管１１Ｂは、キー配設部１９に回転抑止キー２０を配設することによって管軸周りに相対的に回転することが抑止される。なお、該回転抑止キー２０は、キー配設部１９にボルト２１によって固定される。

図３に示すように、回転抑止キー２０は、正面視及び断面視矩形状に構成されている。

回転抑止キー２０には、回転抑止キー２０を鋼管杭１０、本実施形態においてはピン継手１４に対して固定するボルト２１用の座ぐり付きのボルト穴２２が穿設されている。なお、ボルト２１は、ピン継手１４に備えられた上向切欠部１８内に設けられたボルト穴２３に螺合される。

さらに、キー配設部１９は、管周方向において対向する一対の内周面のそれぞれの、本実施形態においてはピン継手１４の外周面の上端縁に沿った位置に、該管周方向に沿って第一キー溝２４が備えられている。

回転抑止キー２０は、管周方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、第一キー溝２４に対応する位置に管周方向に沿って第二キー溝２５が備えられている。第一キー溝２４は、ピン継手１４の外周面の上端縁に沿って備えられていることから、第二キー溝２５は、回転抑止キー２０の高さ方向中央やや下に備えられることとなる。

ただし、第一キー溝２４は、ピン継手１４の外周面の上端縁に沿った位置にのみ備えられる構成に限らず、ボックス継手１３の外周面の下端縁に沿った位置にのみ備えられる構成であってもよいし、ピン継手１４の外周面の上端縁に沿った位置及びボックス継手１３の外周面の下端縁に沿った位置に備えられる構成であってもよい。そして、回転抑止キー２０に備えられる第二キー溝２５は第一キー溝２４に対応する位置に備えられる。

第一キー溝２４と第二キー溝２５とに跨って、回転抑止キー２０がキー配設部１９から脱落することを防止する脱落防止キー２６が差し込み可能に構成されている。本実施形態においては、脱落防止キー２６は、第一キー溝２４に差し込まれる側が先端が円弧形の平板状であり、第二キー溝２５に差し込まれる側が丸棒状に構成されている。ただし、脱落防止キー２６は全部が平板状であってもよいし、丸棒状であってもよい。いずれにせよ第一キー溝２４及び第二キー溝２５は脱落防止キー２６形状に対応し、脱落防止キー２６を抜き差し可能な形状に構成されている。

第一キー溝２４及び第二キー溝２５と、脱落防止キー２６とのクリアランスは、キー配設部１９と回転抑止キー２０とのクリアランスより大きく構成されている。本実施形態においては、第一キー溝２４及び第二キー溝２５と、脱落防止キー２６とのクリアランスは例えば１ｍｍであるのに対して、キー配設部１９と回転抑止キー２０とのクリアランスはそれより有意に小さい。

回転抑止キー２０がボルト２１によって正常に固定されているときは、脱落防止キー２６は第一キー溝２４及び第二キー溝２５に対して余裕をもって差し込まれる。脱落防止キー２６はボルト２１に不具合が発生して初めて回転抑止キー２０の脱落防止機能が発揮できればよい。その際に、キー配設部１９と回転抑止キー２０との接触よりも大きな負荷が脱落防止キー２６にかかることがないため壊れる虞がない。

上側鋼管１１Ａから下側鋼管１１Ｂへの回転トルクの伝達は、キー配設部１９と回転抑止キー２０との管周方向における接触面であるトルク伝達面において行われる。したがって、回転抑止キー２０は、上側鋼管１１Ａから下側鋼管１１Ｂに伝達される大きな回転トルクに耐えうる高強度の材料で構成する必要がある。

これに対して、脱落防止キー２６は、上述のようにボルト２１に不具合が発生して初めて回転抑止キー２０の脱落防止機能が発揮できればよく、その際も回転抑止キー２０ほど大きな力に耐える必要はない。回転抑止キー２０と脱落防止キー２６とが別体に構成されていることから、回転抑止キー２０はこれに適した材料から構成し、脱落防止キー２６はこれに適した材料から構成することができる。

ところで、第一キー溝２４及び第二キー溝２５並びに脱落防止キー２６は、上側鋼管１１Ａから下側鋼管１１Ｂへの回転トルクの伝達には寄与しない。第一キー溝２４及び第二キー溝２５並びに脱落防止キー２６をトルク伝達面に配設する場合には、それらの存在により、トルク伝達面の有効面積が減ってしまう。つまり、第一キー溝２４及び第二キー溝２５並びに脱落防止キー２６はトルク伝達面における占有面積が小さい方が好ましい。

一方、脱落防止キー２６は、ボルト２１に不具合が発生したときに回転抑止キー２０の脱落防止機能が発揮できるだけの強度が必要である。そこで、脱落防止キー２６を、回転抑止キー２０よりも強度が高く構成されている。

これにより、第一キー溝２４及び第二キー溝２５並びに脱落防止キー２６のトルク伝達面における占有面積を小さくしながらも、回転抑止キー２０の脱落を防止するのに十分な強度を有することができる。また、第一キー溝２４及び第二キー溝２５並びに脱落防止キー２６を小さくできることから、加工範囲を少なくすることができ、これにより加工時間も短くできるため、加工コストを下げることができる。

回転抑止キー２０の個数は、トルク伝達面の総面積と鋼管杭１０の建て込みに必要な回転トルクとから算出される。上述のように第一キー溝２４及び第二キー溝２５並びに脱落防止キー２６のトルク伝達面における占有面積を小さくすることによって、回転抑止キー２０は少ない個数で必要なトルク伝達面の面積を確保することができる。

以上説明したとおり、ボルト２１が緩んで脱落したり、ボルト２１が破断したりして、回転抑止キー２０を鋼管杭１０に対して固定できなくなったとしても、キー配設部１９に備えられた第一キー溝２４と、回転抑止キー２０に備えられた第二キー溝２５とに跨って差し込まれた脱落防止キー２６によって、回転抑止キー２０はキー配設部１９から脱落することがなくなる。したがって、上側鋼管１１Ａ及び下側鋼管１１Ｂの相対的な回転が確実に抑止される。

なお、本実施形態においては、キー配設部１９は、鋼管杭１０の周方向において等間隔で８箇所に設けられ、各キー配設部１９に回転抑止キー２０が配設されている。しかし、キー配設部１９及び回転抑止キー２０の数、形状、配置箇所等は、鋼管杭１０の直径や、建て込み工法等に基づいて設計によって適正に定めることができる。

図１から図４を参照しながら、本発明に係る鋼管連結構造１２によって上側鋼管１１Ａと下側鋼管１１Ｂとを連結する手順について説明する。まず、地面に対して下側鋼管１１Ｂをある程度建て込んだ後に、図２から図４に示すように、下側鋼管１１Ｂのピン継手１４に備えられている上向切欠部１８に、第二キー溝２５に脱落防止キー２６を接着剤等を用いて差し込み固定した状態の回転抑止キー２０を、脱落防止キー２６が第一キー溝２４に差し込まれる態様によって配設する。そして、回転抑止キー２０をボルト２１を用いてピン継手１４に固定する。

上側鋼管１１Ａをクレーンで吊り上げ、既に地中に立て込まれた下側鋼管１１Ｂの直上に運んで、回転抑止キー２０が、上側鋼管１１Ａのボックス継手１３に備えられている下向切欠部１７に合うように上側鋼管１１Ａに吊り下ろし、ボックス継手１３にピン継手１４を差し込ませる。

ボックス継手１３の外側からセットボルト１６を操作し、図１に示すように、荷重伝達キー１５をボックス継手１３とピン継手１４との抜け止め位置に移動させる。以上の手順によって、上側鋼管１１Ａと下側鋼管１１Ｂとは、ボックス継手１３とピン継手１４とによって連結される。この作業を鋼管杭１０が所定の長さとなるまで繰り返すことで、複数の鋼管１１が抜け止め状態かつ回り止め状態で上下に連結された鋼管杭１０が構成される。

本発明に係る鋼管連結構造の別実施形態について説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態と対応する構成については同じ符号を付して説明する。

本実施形態においては、第一キー溝２４は、図５に示すように、キー配設部１９のうち管軸方向において対向する一対の内周面のそれぞれの、ボルト２１用のボルト穴２２を避けるため例えば中央を除いた左右二カ所に、管軸方向に沿って設けられている。第二キー溝２５は、回転抑止キー２０のうち管軸方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、第一キー溝２４に対応する位置に設けられている。脱落防止キー２６は、図６に示すように、第一キー溝２４及び第二キー溝２５に対して、管軸方向に沿って差し込まれる。

したがって、脱落防止キー２６は、キー配設部１９及び回転抑止キー２０の、上側鋼管１１Ａの回転トルクを下側鋼管１１Ｂに伝達する際のトルク伝達面でなない箇所に配設されることとなる。したがって、トルク伝達面は回転トルクの伝達に必要な十分の大きさを確保することができる。

上述したいずれの実施形態においても、第一キー溝２４及び第二キー溝２５と、脱落防止キー２６とのクリアランスは、キー配設部１９と回転抑止キー２０とのクリアランスより大きく構成されている場合について説明したが、これに限らない。両クリアランスは、同じであってもよい。

上述したいずれの実施形態においても、鋼管連結構造は、ボックス継手及びピン継手が鋼管とは別体のものを鋼管に取り付けられる構成について説明したが、これに限らない。ボックス継手及びピン継手は鋼管と一体的に形成されていてもよい。

上述したいずれの実施形態においても、上向継手がピン継手１４であり、下向継手がボックス継手１３である構成について説明したが、これに限らない。上向継手がボックス継手１３であり、下向継手がピン継手１４であってもよい。

上述したいずれの実施形態においても。脱落防止キー２６は、回転抑止キー２０よりも強度が高い材料から構成される場合について説明したが、これに限らない。脱落防止キー２６は、回転抑止キー２０と、例えば、同じ材質から構成されていてもよい。

上述した実施形態は、いずれも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能である。

１０ ：鋼管杭
１１ ：鋼管
１１Ａ ：上側鋼管
１１Ｂ ：下側鋼管
１２ ：鋼管連結構造
１３ ：ボックス継手（下向継手）
１４ ：ピン継手（上向継手）
１５ ：荷重伝達キー
１６ ：セットボルト
１７ ：下向切欠部
１８ ：上向切欠部
１９ ：キー配設部
２０ ：回転抑止キー
２１ ：ボルト
２４ ：第一キー溝
２５ ：第二キー溝
２６ ：脱落防止キー

Claims (3)

1. 複数の鋼管を上下に連結して構成される鋼管杭に設けられ、
   前記複数の鋼管のうち上側鋼管の下端部に設けられた下向継手の外周面の下端縁に備えられた下向切欠部と、前記上側鋼管に連結される下側鋼管の上端部に設けられた上向継手の外周面の上端縁であって、前記下向切欠部に対応する位置に備えられた上向切欠部とから構成されたキー配設部に回転抑止キーを配設し、該回転抑止キーを前記キー配設部にボルトを用いて固定することによって、連結された前記上側鋼管と前記下側鋼管とが管軸周りに相対的に回転することが抑止されるように構成された鋼管連結構造であって、
   前記キー配設部は、管軸方向又は管周方向において対向する一対の内周面のそれぞれに、該管軸方向又は該管周方向に沿って第一キー溝が備えられ、
   前記回転抑止キーは、前記管軸方向又は前記管周方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、前記第一キー溝に対応する位置に前記管軸方向又は前記管周方向に沿って第二キー溝が備えられ、
   前記第一キー溝と前記第二キー溝とに跨って、前記回転抑止キーが前記キー配設部から脱落することを防止する脱落防止キーが差し込み可能に構成されている鋼管連結構造。
2. 少なくとも前記第一キー溝又は前記第二キー溝のいずれかと、前記脱落防止キーとのクリアランスは、前記キー配設部と前記回転抑止キーとのクリアランスより大きく構成されている請求項１に記載の鋼管連結構造。
3. 前記脱落防止キーは、前記回転抑止キーよりも強度が高く構成されている請求項１又は２に記載の鋼管連結構造。
   

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