JP6920711B2 - 杭の接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、地中に打ち込んだ杭の上端に続いて打ち込む杭の下端を接続するための接続構造等に関する。

建物の地盤強化などのために、鋼管杭を地面に打ち込むことが行われる。鋼管杭を深く打ち込むために、一定の長さの杭を打ち込んだ後、その杭の上端に新たな杭を接続して打ち込みを続ける。このとき、既に打ち込んだ杭（先杭）の上端に続いて打ち込む杭（後杭）の下端を接続するための接続作業が行われる。先杭と後杭の接続構造としては、溶接を用いる方法とスリーブやボルトナットを用いて機械的に接続する構造が知られている。

特許５６１６１５９号公報 特許４８７８３６０号公報

上記のような既知の杭の接続構造には解決すべき課題があった。即ち、先杭よりも太い外径の後杭を接続して杭打ちを続けようとする場合には、従来のスリーブやボルトナットの接続では部品点数が増加して構造が複雑になる。また、テーパー状の筒状部品を使用して溶接するような構造では必要な強度を得るために接続用部品が高価になるという問題かあった。
本発明は、十分な強度を有し、かつ、簡素な構造を有する接続用部品や、現場での接続作業を簡便にして作業員の負荷を軽減した杭の接続構造と接続方法と接続用ブロックを提供することを目的とする。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。

＜構成１＞
地中に打ち込んだ先杭の上端に新たに打ち込む後杭の下端を接続するための接続構造であって、
上端が後杭の筒内に嵌まり込む後杭側小径部と、下端が先杭の上端に固定した接続スリーブ内に嵌まり込む先杭側小径部とを有し、上記後杭の下端に溶接接続された接続用ブロックと、
上記先杭の上端の外側を包囲するように固定され、上記接続用ブロックの先杭側小径部の外周面全体を包囲するように構成された接続スリーブとを備え、
上記接続スリーブには、その上縁から下方に向かって先杭の長手方向に平行な部分と、この平行な部分の下端に連続させた先杭の周方向に平行な部分とを備えたＬ字状の切り欠きが設けられ、
上記接続スリーブのＬ字状の切り欠きを包囲して補強するように接続スリーブの外周面に補強バンドが巻き付けられ、
上記後杭の下端を上記接続スリーブの上端から嵌め込んで下降させたときに、上記Ｌ字状の切り欠きの上記先杭の長手方向に平行な部分を通過し、上記後杭を杭による掘削動作時の回転方向もしくは反対方向に回転させたときに、上記切り欠きの先杭の周方向に平行な部分に移動するような形状の突起が後杭の先杭側小径部の外周面に固定されており、かつ、この突起は、上記切り欠きの先杭の周方向に平行な部分に嵌まり込む形状をしており、
上記接続スリーブに嵌め込まれた後杭の先杭側小径部と上記補強バンドの間に形成された上記Ｌ字状の切り欠きの先杭の長手方向に平行な部分には、Ｌ字状の切り欠きの空隙を埋めるための楔が打ち込まれていることを特徴とする杭の接続構造。

＜構成２＞
地中に打ち込んだ先杭の上端に新たに打ち込む後杭の下端を接続するための接続構造であって、
下端が先杭の筒内に嵌まり込む先杭側小径部と、上端が後杭の下端に固定した接続スリーブ内に嵌まり込む後杭側小径部とを有し、上記先杭の上端に溶接接続された接続用ブロックと、
上記後杭の下端の外側を包囲するように固定され、上記接続用ブロックの後杭側小径部の外周面全体を包囲するように構成された接続スリーブとを備え、
上記接続スリーブには、その下縁から上方に向かって後杭の長手方向に平行な部分と、この平行な部分の上端に連続させた後杭の周方向に平行な部分とを備えたＬ字状の切り欠きが設けられ、
上記接続スリーブのＬ字状の切り欠きを包囲して補強するように接続スリーブの外周面に補強バンドが巻き付けられ、
上記先杭の上端を上記接続スリーブの下端から嵌め込んで、上記後杭を下降させたときに、上記Ｌ字状の切り欠きの上記後杭の長手方向に平行な部分を通過し、上記後杭を杭による掘削動作時の回転方向もしくは反対方向に回転させたときに、上記切り欠きの後杭の周方向に平行な部分に移動するような形状の突起が先杭の後杭側小径部の外周面に固定されており、かつ、この突起は、上記切り欠きの後杭の周方向に平行な部分に嵌まり込む形状をしており、
上記接続スリーブに嵌め込まれた先杭の後杭側小径部と上記補強バンドの間に形成された上記Ｌ字状の切り欠きの後杭の長手方向に平行な部分には、Ｌ字状の切り欠きの空隙を埋めるための楔が打ち込まれていることを特徴とする杭の接続構造。

＜構成５＞
後杭を吊り下げる装置により、
後杭の下端に固定した接続用ブロックの先杭側小径部を、先杭に固定した接続スリーブの上端から嵌め込んで後杭を下降させ、
上記先杭側小径部に固定した突起を、上記接続スリーブのＬ字状の切り欠きの、杭の長手方向に平行な部分に通過させ、
そのまま後杭を下降させて、上記突起を、Ｌ字状の切り欠きの下縁に突き当てて後杭の下降を停止し、
杭による掘削のために後杭を回転させる装置により、後杭を杭による掘削動作時の回転方向もしくは反対方向に回転させて、上記突起をＬ字状の切り欠きの杭の周方向に平行な部分に嵌め込み、
その後、Ｌ字状の切り欠きの杭の長手方向に平行な部分と補強バンドの間に生じた空隙を埋めるように、楔を打ち込むことを特徴とする構成１に記載の接続構造部分の接続方法。

＜構成６＞
後杭を吊り下げる装置により、
後杭の下端に固定した接続スリーブに、先杭に固定した接続用ブロックの後杭側小径部を嵌め込んで後杭を下降させ、
上記後杭側小径部に固定した突起を、上記接続スリーブのＬ字状の切り欠きの、杭の長手方向に平行な部分に通過させ、
そのまま後杭を下降させて、上記突起を、Ｌ字状の切り欠きの上縁に突き当てて後杭の下降を停止し、
杭による掘削のために後杭を回転させる装置により、後杭を杭による掘削動作時の回転方向もしくは反対方向に回転させて、上記突起をＬ字状の切り欠きの杭の周方向に平行な部分に嵌め込み、
その後、Ｌ字状の切り欠きの杭の長手方向に平行な部分と補強バンドの間に生じた空隙を埋めるように、楔を打ち込むことを特徴とする構成２に記載の接続構造部分の接続方法。

本発明の接続構造を採用した場合に、図２に示したような手順で簡単に迅速に先杭１８と後杭２０の接続作業ができる。また、後杭２０を降下させた後、降下が止まったら回転させるという操作なので作業が容易である。楔４０を打ち込む作業も容易である。

実施例１の杭の接続構造を示し、（ａ）は主要部縦断面図（ｂ）は主要部斜視図である。 先杭１８と後杭２０とを接続する２種類の作業工程の斜視図である。 実施例２の接続構造に使用する部品分解斜視図である。 実施例２の先杭１８と後杭２０とを接続する作業工程の斜視図である。 実施例２の接続構造の縦断面図である。 実施例３の接続構造の縦断面図である。 杭を打ち込むための装置の一列を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１は、実施例１の杭の接続構造を示し、（ａ）は主要部縦断面図（ｂ）は主要部斜視図である。
先杭１８は既に地中に打ち込まれている。この先杭１８の上端に後杭２０の下端を接続する。後杭２０は先杭１８よりも外径が太い。いずれも筒状の杭である。

先杭１８と後杭２０とは、図に示すような接続用ブロック１２により接続する。接続用ブロック１２は、例えば、後杭２０の外径とほぼ等しい外径を有する金属円柱を切削加工して製造されたものである。この接続用ブロック１２は後杭側小径部１３と先杭側小径部１４とを有している。後杭側小径部１３は、後杭２０の筒内に嵌まり込む外径を有する。先杭側小径部１４は、先杭１８の筒内に嵌まり込む外径を有する。

接続完了後は、図１（ａ）の縦断面図に示すように、先杭１８も後杭２０も、接続用ブロック１２の小径部外面に筒状部の内面を密着させ、端面を小径部と大径部の境界に密着させて溶接接続されることが好ましい。即ち、後杭２０は後杭側小径部１３の外周面全体を包囲し、先杭１８は先杭側小径部１４の外周面全体を包囲するように接続されることが好ましい。外側には大径部のみが露出している。

これにより、掘削時に加わる上下方向の圧力と、杭全体を回転させる回転力に対して十分な強度を確保できる。なお、接続用ブロック１２の外径は後杭２０の外径よりやや太くても構わないが、強度を保つため、少なくとも後杭２０の外径以上であることが好ましい。

上記の接続用ブロック１２は、金属塊の切削加工ばかりでなく、鋳型加工により製造されてもよい。接続用ブロック１２をこうした方法で加工すると、テーパー状の筒構造よりも精度良く安価に製造できる。しかも、先杭１８と後杭２０の接続部を他の部分よりも容易に高い強度にすることができる。なお、十分に厚肉のパイプを入手することができれば、それを切削加工してもよい。即ち、接続用ブロック１２は必ずしも孔や空隙の無い金属塊である必要は無い。

図２は、先杭１８と後杭２０とを接続する２種類の作業工程の斜視図である。
図２（ａ）は、接続用ブロック１２を、杭の打ち込み工事以前に、予め先杭１８に溶接接続しておく例である。工事現場では、接続用ブロック１２の先杭側小径部１４を先杭１８の上端に嵌め込んで溶接すれば接続が完了する。これにより、現場作業を最小限にすることができる。

図２（ｂ）は、接続用ブロック１２を、杭の打ち込み工事以前に、予め後杭２０に溶接接続しておく例である。工事現場では、接続用ブロック１２の後杭側小径部１３を後杭２０の下端に嵌め込んで溶接すれば接続が完了する。実施例１の接続構造によれば、簡単な構造の接続用ブロック１２を利用して強固で作業性の良い杭の接続工事ができる。

図３は、実施例２の接続構造に使用する部品の分解斜視図である。
図３（ａ）の図面で、先杭１８は、すでに地中に打ち込んだ杭の上端を示す。後杭２０は、新たに打ち込む杭の下端を示す。ここには予め接続用ブロック１２が溶接接続されている。先杭１８と後杭２０を接続するために接続スリーブ２２を使用する。接続スリーブ２２には、この例では、二箇所にＬ字状の切り欠き２４が設けられている。即ち、上記先杭１８の上端に固定した接続スリーブ２２には、その上縁から下方に向かって先杭１８の長手方向に平行な部分２８と、この平行な部分の下端に連続させた先杭１８の周方向に平行な部分３２とを備えたＬ字状の切り欠き２４が設けられている。

突起３６は、接続用ブロック１２の後杭側小径部１４の側面に削り出し等よってあらかじめ形成されている。Ｌ字状の切り欠き２４は鋼管の太さ等に応じて３箇所や４箇所に増やして構わない。Ｌ字状の切り欠き２４が２箇所ある場合には、突起３６はその対応する位置に２箇所形成される。接続スリーブ２２と先杭１８とは、あらかじめ溶接あるいはボルト締め等によって固定一体化されている。接続用ブロック１２と接続スリーブ２２の固定は、予め工場で行えばよいから、以下に説明するように、現場作業を十分に軽減できる。

接続用ブロック１２に取り付けられた突起３６を、後で説明する要領で、Ｌ字状の切り欠き２４にはめ込むことによって、後杭２０の下端を接続スリーブ２２に固定することができる。ここで、接続スリーブ２２にＬ字状の切り欠き２４を設けると、この部分の強度が低下する。そこで図４（ｃ）に示したように、Ｌ字状の切り欠き２４の周囲を包囲するように、補強バンド３４を設ける。この補強バンド３４は図のような筒状でもよいし、この部分に巻き付けるバンド状のものでもよい。補強バンド３４や接続スリーブ２２の、杭の長手方向の長さや厚みや取付位置は求められる接続強度に応じて自由に選定できる。

図３（ｄ）には、接続スリーブ２２の外側に補強バンド３４をはめた状態を示した。図４（ｂ）に示した楔４０は、接続スリーブ２２を補強バンド３４で包囲したときに、Ｌ字状の切り欠き２４に生じる空隙を埋めるためのものである。図４（ｂ）に示したように楔４０は、そのビス孔４３に、補強バンド３４に設けられたビス孔４４を通じてビス４２をねじ込んで脱落が防止される。なお、楔４０を接続用ブロック１２の小径部１４に固定するようにしても構わない。

図４は、実施例２の先杭１８と後杭２０とを接続する作業工程の斜視図である。
これらの図において、接続スリーブ２２の外側には補強バンド３４をはめ込んだ状態で接続作業が開始されるが、図面を見やすくするために、補強バンド３４の部分は破線で示した。

まず、図４（ａ）に示すように、接続用ブロック１２の先杭側小径部１４を接続スリーブ２２の上端に嵌め込んで、矢印４６の方向に下降させる。このとき、接続用ブロック１２の先杭側小径部１４側面に固定した突起３６は、Ｌ字状の切り欠き２４の先杭１８の長手方向に平行な部分２８を通過する。そのまま後杭２０を下降させると、突起３６がＬ字状の切り欠き２４の下縁に突き当たって下降が停止する。

その後、図４（ｂ）に示すように、後杭２０を杭による掘削動作時の回転方向（矢印４８の方向）に回転させる。杭の掘削装置は、後で図７を用いて説明するように、杭を吊り下げて下降させ、かつ、掘削をしながら杭を打ち込むために杭を矢印４８方向に回転させる機構を備える。この機構の駆動力をそのまま利用して、突起３６をＬ字状の切り欠き２４の周方向に平行な部分３２に嵌め込むことができる。

このとき、接続スリーブ２２に嵌め込まれた接続用ブロック１２の先杭側小径部１４側面と補強バンド３４の間に空隙が形成される。Ｌ字状の切り欠き２４の先杭１８の長手方向に平行な部分２８による空隙である。この空隙に矢印５０の方向に楔４０を打ち込むことにより、空隙を埋めて接続スリーブ２２を補強する。同時に、突起３６が周方向に移動しないように固定する。こうして高い強度で先杭１８と後杭２０とを接続することができる。

図５は、実施例２の接続構造の縦断面図である。
この図の実施例では、後杭２０は外径が約２７０ｃｍ、先杭１８は外径が約２１０ｃｍ厚さが約１ｃｍのものを使用した。接続用ブロック１２は外径が３００ｃｍで長さが約２０ｃｍの丸棒を切削加工したものである。接続用ブロック１２の上部の後杭側小径部１３は、後杭２０の内面にほぼ密着する外径約２６８ｃｍで長さを約２ｃｍにした。

図５に示すように、後杭２０の下端で接続用ブロック１２の後杭側小径部１３全体を包囲するように両者を嵌め合わせた後、両者の境界部分を溶接接続した。これにより、十分な強度で両者を一体化できた。図１に示した実施例の場合には、現場において、先杭側小径部１４の部分を外径約２０８ｃｍで長さを約２ｃｍとし、先杭１８の上端に嵌め込んで溶接をした。これで後杭２０と先杭１８の接続は完了する。

図５の実施例では、現場での溶接作業は無い。予め先杭１８に接続スリーブ２２が溶接接続されている。現場では、接続用ブロック１２の先杭側小径部１４を接続スリーブ２２に嵌め込んで、突起３６を位置決めした後に、図４で説明した楔４０を打ち込んでから補強バンド３４で包囲する。接続用ブロック１２の先杭側小径部１４の外径と長さは、接続スリーブ２２内に隙間無く嵌まり込むように選定するとよい。

なお、接続用ブロック１２の先杭側小径部１４の外周面全体を接続スリーブ２２で包囲し、先杭側小径部１４の下端面と先杭１８の上端面が接するように構成すると、後杭２０から接続用ブロック１２を通じて下方に加わる応力が先杭１８に直接伝わるので接続部分の強度を高くすることができる。

図６は、実施例３の接続構造の縦断面図である。
この実施例では先杭１８の上端に予め接続用ブロック１２を溶接接続しておく。先杭１８と先杭側小径部１４との関係は既に説明したとおりである。後杭２０には接続スリーブ２２を予め溶接しておく。現場では、接続スリーブ２２に接続用ブロック１２の上部の後杭側小径部１３を嵌め込んで、突起３６を位置決めした後に、図４で説明した楔４０を打ち込んでから補強バンド３４で包囲する。接続用ブロック１２の上部の後杭側小径部１３の外径と長さは、接続スリーブ２２内に隙間無く嵌まり込むように選定するとよい。

この実施例では、後杭２０の下端面が後杭側小径部１３の上面に接し、先杭１８の上端面が先杭側小径部１４の下面に接するように構成されているので、後杭２０から接続用ブロック１２を通じて下方に加わる応力が先杭１８に直接伝わり、接続部分の強度を高くすることができる。

図７は、上記の杭を打ち込むための装置の一列を示す側面図である。
本発明を実施するには、例えば、この図のような杭打ち装置６０を使用する。回転機（オーガ）６２は後杭２０を矢印４８のように正転あるいは逆転させることができる装置である。地中に打ち込まれた杭の下端には掘削用の先端翼が設けられており、回転機６２が杭を回転させて杭をさらに深く地中に打ち込む。杭打ち装置６０は、油圧や電動機構により後杭２０を昇降させ回転駆動することができる。

この機能を使用すると、実施例２の接続構造を採用した場合に、図４に示したような手順で簡単に迅速に先杭１８と後杭２０の接続作業ができる。また、後杭２０を降下させた後、降下が止まったら回転させるという操作なので作業が容易である。楔４０を打ち込む作業も容易である。しかも、予め工場で接続スリーブ２２と長手方向に平行な部分２８とが取り付けられた状態で先杭１８や後杭２０が現場に搬入されるから、現場で上記以外の作業を必要としない。接続スリーブ２２や長手方向に平行な部分２８の取付といった複雑な作業を現場で行わなくてよいから、現場作業を大きく軽減できるという効果がある。

なお、上記Ｌ字状の切り欠き２４の杭の長手方向に平行な部分２８に突起３６を挿入する場合には、その幅Ｗが突起３６の同じ方向の幅よりもやや広い方が良い。これで、突起３６をＬ字状の切り欠き２４の長手方向に平行な部分２８に容易に挿入できる。一方、杭の周方向に平行な部分３２に突起３６を挿入する場合には、Ｌ字状の切り欠き２４の下端に沿って突起３６を移動させれば良いから、周方向に平行な部分３２の幅に大きなゆとりは不要である。むしろ、突起３６を周方向に平行な部分３２に隙間なく嵌め込むことによって杭の接続強度を保つことができる。

また、杭の長手方向に平行な部分２８に図４で示した楔４０を打ち込むことによって、Ｌ字状の切り欠き２４の空隙を完全に埋めることができる。こうして突起３６の戻りを防ぎ、接続部分の強度を高めることができる。

１２ 接続用ブロック
１３ 後杭側小径部
１４ 先杭側小径部
１８ 先杭
２０ 後杭
２２ 接続スリーブ
２４ Ｌ字状の切り欠き
２８ 長手方向に平行な部分
３２ 周方向に平行な部分
３４ 補強バンド
３６ 突起
４０ 楔
４２ ビス
４３ ビス孔
４４ ビス孔
４６ 矢印
４８ 矢印
５０ 矢印
５２ 矢印
５４ 溶接部
６０ クレーン
６２ 回転機

Claims (4)

1. 地中に打ち込んだ先杭の上端に新たに打ち込む後杭の下端を接続するための接続構造であって、
   上端が後杭の筒内に嵌まり込む後杭側小径部と、下端が先杭の上端に固定した接続スリーブ内に嵌まり込む先杭側小径部とを有し、上記後杭の下端に溶接接続された接続用ブロックと、
   上記先杭の上端の外側を包囲するように固定され、上記接続用ブロックの先杭側小径部の外周面全体を包囲するように構成された接続スリーブとを備え、
   上記接続スリーブには、その上縁から下方に向かって先杭の長手方向に平行な部分と、この平行な部分の下端に連続させた先杭の周方向に平行な部分とを備えたＬ字状の切り欠きが設けられ、
   上記接続スリーブのＬ字状の切り欠きを包囲して補強するように接続スリーブの外周面に補強バンドが巻き付けられ、
   上記後杭の下端を上記接続スリーブの上端から嵌め込んで下降させたときに、上記Ｌ字状の切り欠きの上記先杭の長手方向に平行な部分を通過し、上記後杭を杭による掘削動作時の回転方向もしくは反対方向に回転させたときに、上記切り欠きの先杭の周方向に平行な部分に移動するような形状の突起が後杭の先杭側小径部の外周面に固定されており、かつ、この突起は、上記切り欠きの先杭の周方向に平行な部分に嵌まり込む形状をしており、
   上記接続スリーブに嵌め込まれた後杭の先杭側小径部と上記補強バンドの間に形成された上記Ｌ字状の切り欠きの先杭の長手方向に平行な部分には、Ｌ字状の切り欠きの空隙を埋めるための楔が打ち込まれていることを特徴とする杭の接続構造。
2. 地中に打ち込んだ先杭の上端に新たに打ち込む後杭の下端を接続するための接続構造であって、
   下端が先杭の筒内に嵌まり込む先杭側小径部と、上端が後杭の下端に固定した接続スリーブ内に嵌まり込む後杭側小径部とを有し、上記先杭の上端に溶接接続された接続用ブロックと、
   上記後杭の下端の外側を包囲するように固定され、上記接続用ブロックの後杭側小径部の外周面全体を包囲するように構成された接続スリーブとを備え、
   上記接続スリーブには、その下縁から上方に向かって後杭の長手方向に平行な部分と、この平行な部分の上端に連続させた後杭の周方向に平行な部分とを備えたＬ字状の切り欠きが設けられ、
   上記接続スリーブのＬ字状の切り欠きを包囲して補強するように接続スリーブの外周面に補強バンドが巻き付けられ、
   上記先杭の上端を上記接続スリーブの下端から嵌め込んで、上記後杭を下降させたときに、上記Ｌ字状の切り欠きの上記後杭の長手方向に平行な部分を通過し、上記後杭を杭による掘削動作時の回転方向もしくは反対方向に回転させたときに、上記切り欠きの後杭の周方向に平行な部分に移動するような形状の突起が先杭の後杭側小径部の外周面に固定されており、かつ、この突起は、上記切り欠きの後杭の周方向に平行な部分に嵌まり込む形状をしており、
   上記接続スリーブに嵌め込まれた先杭の後杭側小径部と上記補強バンドの間に形成された上記Ｌ字状の切り欠きの後杭の長手方向に平行な部分には、Ｌ字状の切り欠きの空隙を埋めるための楔が打ち込まれていることを特徴とする杭の接続構造。
3. 後杭を吊り下げる装置により、
   後杭の下端に固定した接続用ブロックの先杭側小径部を、先杭に固定した接続スリーブの上端から嵌め込んで後杭を下降させ、
   上記先杭側小径部に固定した突起を、上記接続スリーブのＬ字状の切り欠きの、杭の長手方向に平行な部分に通過させ、
   そのまま後杭を下降させて、上記突起を、Ｌ字状の切り欠きの下縁に突き当てて後杭の下降を停止し、
   杭による掘削のために後杭を回転させる装置により、後杭を杭による掘削動作時の回転方向もしくは反対方向に回転させて、上記突起をＬ字状の切り欠きの杭の周方向に平行な部分に嵌め込み、
   その後、Ｌ字状の切り欠きの杭の長手方向に平行な部分と補強バンドの間に生じた空隙を埋めるように、楔を打ち込むことを特徴とする請求項１に記載の接続構造部分の接続方法。
4. 後杭を吊り下げる装置により、
   後杭の下端に固定した接続スリーブに、先杭に固定した接続用ブロックの後杭側小径部を嵌め込んで後杭を下降させ、
   上記後杭側小径部に固定した突起を、上記接続スリーブのＬ字状の切り欠きの、杭の長手方向に平行な部分に通過させ、
   そのまま後杭を下降させて、上記突起を、Ｌ字状の切り欠きの上縁に突き当てて後杭の下降を停止し、
   杭による掘削のために後杭を回転させる装置により、後杭を杭による掘削動作時の回転方向もしくは反対方向に回転させて、上記突起をＬ字状の切り欠きの杭の周方向に平行な部分に嵌め込み、
   その後、Ｌ字状の切り欠きの杭の長手方向に平行な部分と補強バンドの間に生じた空隙を埋めるように、楔を打ち込むことを特徴とする請求項２に記載の接続構造部分の接続方法。

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