JP7184007B2 - 鋼管杭 - Google Patents

Description

本発明は、地中に障害物がある地盤に施工する鋼管杭に関する。

構造物を支える機能を有する鋼管杭は、様々な地盤に施工されるため、施工途中の地盤にコンクリートや岩等の大型の障害物が存在する場合がある。土中の障害物は、事前の調査により、そのおおよその深度や大きさが判明していることがほとんどである。

障害物が地中の浅い位置に存在し、大きさが小さい場合には、事前に地表面からプレボーリングして、障害物を取り除いたり、砕いたりする。他方、障害物が地中深い位置に存在し、またはその大きさが大きい場合には、事前にケーシング方式によって障害物の撤去作業が行われる。この作業は、ケーシングを地盤内に施工して周面地盤を保護した上で、ケーシング内の土砂および障害物を取り除いた後、ケーシング内に土砂を埋戻した後、ケーシングを引き抜くというものであり、その後に杭の施工が行われる。

このケーシング方式の場合には、障害物撤去と杭施工の機械が異なることが多く、機械の入れ替えで工期、工費が増えること、ケーシングの径は杭径に比べて大きくする必要があり、施工能率が悪くなるといった問題がある。

これに対し、特許文献１に開示されているように、ケーシングの代わりに鋼管杭を用いる工法がある。この工法は、鋼管の先端部に脱着及び回収可能とした掘削ビットを設けて、鋼管杭を回転圧入し、掘削ビットの効果で障害物のある層を打ち抜いた後、掘削ビットを回収して鋼管杭を所定の深度まで埋設するものである（特許文献１の請求項１参照）。

特開平10-140565号公報

特許文献１に開示された方法では、コストの高い掘削ビットを回収できるような機構が組み込まれている。しかし、実際の障害物撤去にはハンマーグラブ等を用いることが多く、ハンマーグラブ等を用いるとワイヤーなどの回収機構が損傷してしまう可能性が高い。
この点を詳細に説明する。
鋼管の内側から取り除く障害物は、地表から数メートルの位置、場合によっては１０メートル以上の位置にあることもある。ハンマーグラブも地表から障害物の位置まで降ろされるが、ハンマーグラブが横揺れすると鋼管の内面に衝突する可能性がある。このような場合、鋼管を損傷して支持力に悪影響を与えることも考えられる。

また、ハンマーグラブが障害物を回収する時には、鋼管の内面の中心付近に到達するとは限らない。ハンマーグラブが鋼管の先端付近に落下した場合は、鋼管の先端ばかりでなく、掘削ビットを破損してしまう恐れがある。ケーシングの代わりに鋼管杭を使用した場合は、障害物を取り除いた後に、さらに鋼管杭を所定の深さまで掘り進めるが、掘削ビットが破損すると、地盤内を掘り進めることが困難になる。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、低コストで確実な施工と必要な支持力を確保することができる鋼管杭を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る鋼管杭は、鋼管の内面に保護突起を有するものであって、前記鋼管の一方の先端に、杭径方向内面側に突出した掘削ビットを有し、前記保護突起は、その高さが前記掘削ビットの内面側突出量よりも大きいことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記鋼管の外径をＤとして、前記保護突起は、前記鋼管の先端から、Ｄ～２Ｄの範囲に設けられていることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記保護突起は、前記鋼管の内周面の全周に亘って、連続的又は離散的に設けられている特徴とするものである。

本発明に係る鋼管杭は、鋼管の先端に、杭径方向内面側に突出した掘削ビットを有する鋼管杭であって、前記鋼管の内面において前記掘削ビット以上に杭径方向内面側に突出する保護突起を有することにより、鋼管内の障害物を取り除くために、ハンマーグラブ等の障害物を除去する器具を鋼管内の先端近傍部まで入れた場合でも鋼管内面や掘削ビットに損傷を与えることがなく、低コストで確実な施工と必要な支持力を確保することができる。また、保護突起は鋼管内面に設けられるため、杭周面の地盤を乱すことがなく、杭の支持力に影響を与えることもない。

本発明の実施の形態１に係る鋼管杭の杭軸方向の断面図である。 図１に示した鋼管杭の下端側から見た状態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る鋼管杭の施工方法の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る鋼管杭の他の態様の杭軸方向の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る鋼管杭の杭軸方向の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る鋼管杭の施工方法の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る鋼管杭の他の態様の杭軸方向の断面図である。 図７に示した鋼管杭の下端側から見た状態を示す図である。

［実施の形態１］
本実施の形態に係る鋼管杭１は、図１、図２に示すように、鋼管３の先端に、杭径方向内面側に突出した掘削ビット５と、鋼管３の内面において掘削ビット５以上に杭径方向内面側に突出する保護突起７を有することを特徴とするものである。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜鋼管＞
鋼管３は、例えば外径が800mm～2000mmで、肉厚は特に規定はないが、8mm～25mm程度のものが想定される。なお、鋼管３は、鋼管杭として使用可能であれば、特に種類を規定する必要はなく、鋼管の製造方法も限定されない。

＜掘削ビット＞
掘削ビット５は、鋼管３の一方の先端、すなわち地中に進行する側の先端に、周方向に所定の間隔を空けて複数溶接等によって取り付けられている。掘削ビット５は、地盤の掘削と、地盤中に存在する障害物を破砕する機能を有している。
掘削ビット５は、杭径方向内面側に突出しており、鋼管の内面側への突出量は数十mm程度、好ましくは１０～２０mm程度である。ここで、掘削ビット５を鋼管径内方向に突出させる理由は、掘削によって発生した土砂の、鋼管の内面方向への移動を容易にし、また外へ搬出しやすくするためである。

なお、鋼管３の先端近傍の外面に補強用バンド等が無い場合は、掘削ビット５は、鋼管３の外面よりも外方に突出しないように取り付ける。このように取り付けることで、掘削ビット５が杭の周囲の地盤を乱すことを抑え、鋼管杭１が周囲の地盤を支持することができる。

＜保護突起＞
保護突起７は、鋼管３の内面に取り付けられている。保護突起７によって、ハンマーグラブ１５が揺れた場合でも、鋼管３の内面や先端に衝突することが防止される。
また、保護突起７は、図１に示すように、杭軸方向断面が直角三角形になるように形成されている。このように、保護突起７の形状は、内面側の上部から下部に向かって内側に向かって傾斜する傾斜面９を有するようにするのが好ましい。このようにすれば、ハンマーグラブ１５等の上方からの落下物に対して、保護突起７が障害になりにくく、また保護突起７の損傷も防止できる。なお、保護突起７は、上記のような直角三角形ばかりでなく、鈍角が無い三角形であれば、同様の効果がある。

保護突起７の高さは、掘削ビット５の鋼管内面への突出量よりも大きく設定されている。掘削ビット５の高さが掘削ビット５の鋼管内面への突出量よりも小さいと、ハンマーグラブ１５の鋼管３の内面や掘削ビット５への衝突防止効果が十分に発揮されない。この高さの一例として、例えば５０ｍｍ程度を挙げることができる。高さが大きすぎると、鋼管３の内径が小さくなってしまい、ハンマーグラブ１５の衝突頻度が高くなり、逆効果である。

後述するように、本発明による鋼管杭１を施工する場合は、地盤中の障害物を除去した後に、鋼管杭１をさらに地盤中に掘り進める。ハンマーグラブ１５の衝突によって鋼管３に変形が生じると、鋼管杭１が、地盤中を掘り進むことが出来なくなるなどの施工上の問題や、鋼管杭１の強度が低下するなどの問題が発生する。
さらに、地盤中の障害物を除去しながら掘削を継続的に行う場合、掘削ビット５が損傷していると、障害物を破砕することが出来なくなる。
この点、本発明によれば、鋼管３の変形や、掘削ビット５の損傷を防止できるので、このような問題が発生することを抑止することができる。

また、保護突起７を設ける杭軸方向の位置は、鋼管３の外径をＤ、鋼管３の先端から保護突起７の上端までの距離をＬとすれば、Ｌ＝Ｄ～２Ｄの範囲内に設けるのが望ましい。このように、保護突起７を鋼管３の先端から所定の範囲に設けるようにするのは、破砕した障害物１３（図３参照）を除去する際に用いるハンマーグラブ１５等の衝突による破損を防止するためである（図３参照）。保護突起７の位置が鋼管３の先端から離れすぎていると、ハンマーグラブ１５等の揺れを効果的に抑えることができない。一方、保護突起７の位置が鋼管３の先端に近すぎると、掘削ビット５が掘削した土砂の移動を妨げることになる。

また、保護突起７は、図２に示すように、鋼管３の内周面の全周に亘るリングのように連続的に設けてもよいが、鋼管周方向の位置が掘削ビット５の位置と一致するように所定の間隔を離して離散的に設けてもよい。

保護突起７の材質は、鋼材やステンレスであることが好ましい。鋼管３に溶接することが出来れば、材質は特に制限はない。しかし、ハンマーグラブ１５が衝突しても、損傷しない、あるいは損傷が少ない材質であることが必要である。
なお、保護突起７の杭軸方向の長さは適宜設定すればよく、また杭軸方向の段数は１段に限らず、適宜設定してもよい。

上記のように構成された本実施の形態の鋼管杭１の施工方法を図３に基づいて説明する。なお、図３では、保護突起７の図示を省略している。
図３（ａ）に示すように、鋼管杭１の胴体部分を掴んで回す全周回転機１１を用いて地表から鋼管杭１の回転圧入を行い、地盤中に存在する障害物１３を掘削ビット５により破壊する。
その後、図３（ｂ）に示すように、破砕した障害物１３を管内から除去する。この障害物１３の除去は、ハンマーグラブ１５を杭先端近傍まで落下させて行うことになるが、本実施の形態では、保護突起７を設けているので、鋼管３の内面や掘削ビット５に損傷が生じることなく施工することが可能である。なお、破砕した障害物１３の除去を、鋼管杭１の回転圧入と並行して行うようにしてもよい。

その後、図３（ｃ）に示すように、必要に応じて施工機械を切り替えて杭頭を打撃あるいは振動することにより杭を施工する。
なお、施工機械を、全周回転機１１から図３（ｃ）に示すような３点式の杭打機１７のような杭頭を掴むものに切り替える場合には、地表面から長い杭が突出しないように、あらかじめ鋼管長を調整しておくことが望ましい。
その後、杭打機１７によって杭の打設を進め、図３（ｄ）に示すように、鋼管杭１が所定の深度に到達すれば施工を完了する。

以上のように、本実施の形態によれば、掘削ビット５は埋没するものの、杭内面を上方から平面視したときに掘削ビット５が完全に保護突起７に覆われた状態となる。このため、鋼管３内の障害物１３を取り除くために、ハンマーグラブ１５のようなものを鋼管３内の先端近傍部まで入れた場合でも掘削ビット５に損傷を与える可能性がほとんどない。

なお、図４に示すように、鋼管３の先端近傍の外面に補強用バンド１９を巻き付けるようにしてもよく、この場合には、掘削ビット５の鋼管外面側への突出は補強用バンド１９の外面よりも突出しないようにするのが好ましい。この理由は、上述と同様に、杭周辺の地盤を乱さないようにするためである。なお、補強バンド１９は、リブ状であってもよい。

［実施の形態２］
実施の形態１は、バイブロ杭又は打撃杭を想定したものであるが、本実施の形態の鋼管杭は中掘り根固め杭に関するものである。

本実施の形態を図５に基づいて説明する。なお、図５において、実施の形態１を示した図１～図３と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態の鋼管杭２１は、先端近傍の内外面に根固め球根２９（図６参照）と一体化して支持力を発現するための内面突起２３及び外面突起２５を有している。そして、鋼管３の先端に取り付けられた掘削ビット５は、その外面側への突出は外面突起２５以下で、内面側への突出は内面突起２３と同程度に設定されている。
このような構造の場合、掘削ビット５は内面突起２３及び外面突起２５によって保護されるが、内面突起２３がハンマーグラブ１５の落下によって損傷する可能性がある。
そこで、本実施の形態では、内面突起２３の近傍かつ上方に内面突起２３を保護するための保護突起７を設けている。

本実施の形態の鋼管杭２１の施工方法を図６に基づいて説明する。
地表から図６（ａ）に示すように、全周回転機１１を用いて鋼管３の回転圧入を行い、中間層に存在する障害物１３を掘削ビット５により破壊する。その後あるいは回転圧入と並行して図６（ｂ）に示すように、ハンマーグラブ１５を鋼管内部に落下させて、障害物１３を管内から除去する。この際、保護突起７の効果により、ハンマーグラブ１５を先端近傍まで落下させても内面突起２３や掘削ビット５に損傷が生じることなく施工することが可能である。

その後、鋼管３内に掘削オーガー２７を差込むとともに必要に応じて施工機械を切り替えて、図６（ｃ）のように掘削オーガー２７を回転させながら中掘り杭施工を実施する。なお、工法によっては同時に杭を回転させながら施工するものもある。
そして、最終的には図６（ｄ）のように根固め球根２９が築造され、施工が完了する。
鋼管３の内面、特に内面突起２３が損傷すると、根固め球根２９を築造した時に、鋼管杭２１に支持力が正しく伝わらずに、強度上の問題が発生することがあるが、本実施の形態によれば、このような問題の発生を防止できる。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、掘削ビット５は埋没するものの、杭内面を上方から平面視したときに内面突起２３及び掘削ビット５が完全に保護突起７に覆われた状態となる。このため、鋼管３内の障害物１３を取り除くために、ハンマーグラブ１５のようなものを鋼管３内の先端近傍部まで入れた場合でも内面突起２３及び掘削ビット５に損傷を与える可能性がほとんどない。
また、掘削ビット５が鋼管杭２１の外面に設けた外面突起２５よりも突出していないので、杭周辺の地盤を乱すことが少なく、鋼管杭２１が周囲の地盤を支持することができる。

なお、掘削オーガー２７を差込む際には、地表面から長い杭が突出していると困難であるため、オーガーを差し込む際には地表面からの突出が少なくなるようにあらかじめ鋼管長を調整しておくことが望ましい。

内面突起２３が複数段設けられる場合は、図７に示すように（２段の場合を例示する）、保護突起７はすべての内面突起２３を覆うような形状にするのが好ましい。
また、図５に示した保護突起７は、実施の形態１と同様に鋼管内面の全周に連続的に亘るものであったが、図８に示すように、掘削ビット５の位置を含むように離散的に設けてもよい。

１ 鋼管杭(実施の形態１)
３ 鋼管
５ 掘削ビット
７ 保護突起
９ 傾斜面
１１ 全周回転機
１３ 障害物
１５ ハンマーグラブ
１７ 杭打機
１９ 補強用バンド
２１ 鋼管杭（実施の形態２）
２３ 内面突起
２５ 外面突起
２７ 掘削オーガー
２９ 根固め球根

Claims (3)

1. 鋼管内にハンマーグラブを挿入した場合に、前記ハンマーグラブによって前記鋼管の内面や先端が破損するのを防止するための保護突起を、鋼管の内面に有する鋼管杭であって、
   前記鋼管は、その外周面に翼を有しておらず、前記鋼管の一方の先端に、杭径方向内面側に突出した掘削ビットを有し、
   前記保護突起は、内側に向かって傾斜する傾斜面を有し、その高さが前記掘削ビットの内面側突出量よりも大きいことを特徴とする鋼管杭。
2. 前記鋼管の外径をＤとして、前記保護突起は、前記鋼管の先端から、Ｄ～２Ｄの範囲に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
3. 前記保護突起は、前記鋼管の内周面の全周に亘って、連続的又は離散的に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管杭。

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