JP7261629B2 - 土中埋設鋼管用蓋体、土中埋設鋼管、および継手部材 - Google Patents

Description

本発明は、土中埋設鋼管用蓋体、土中埋設鋼管、および継手部材に関する。

従来、土中に鋼管を埋設することにより、杭構造を施工したり、地盤補強を行う技術が知られている。
特許文献１には、オーガー等の掘削機を用いて地盤に掘削穴を開けた後、埋設方向先端面を蓋体（先端シューともいう）で塞いだ角形鋼管を掘削穴に挿入し、鋼管の上端から圧力を加えて鋼管杭、鋼管地盤補強材等を圧入する技術が開示されている。先端シューは、圧入時先端面に衝突した土砂を鋼管側面に排土し、鋼管に作用する周面摩擦力を向上させる。

特許文献１に記載の先端シューは、鋼板の裏面（鋼管の内側に配置される面）に屈曲した鉄筋を溶接し、鉄筋の屈曲部を角形鋼管の角隅部に摩擦力を生じさせた状態で摺動させることにより、鋼管先端の開口面を先端シューで塞ぐ。圧入の際には土砂等によって先端シューに抵抗力が生じるため、先端シューは脱落することなく、鋼管とともに土中に埋設される。この結果、先端シューに抵抗された土砂等は鋼管の周面に押し上げられ、鋼管に作用する周面摩擦力が向上する。

特開２０１７－２４９８号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術では、鉄筋の曲げ加工精度と、鋼板と鉄筋の溶接精度を確保しづらく、先端シューの製造が困難であるという課題がある。
また、鋼板に鉄筋を溶接するに際して、溶接熱によって先端シューの鋼板部分に熱変形が発生するという課題がある。

本発明の目的は、鋼管の埋設方向先端面の開口を簡単な構造で塞ぐことができ、かつ鋼管の先端を塞ぐ蓋体に熱変形の生じにくい土中埋設鋼管用蓋体、土中埋設鋼管、および継手部材を提供することにある。

本発明の土中埋設鋼管用蓋体は、土中に埋設される鋼管本体の端部に設けられる土中埋設鋼管用蓋体であって、前記鋼管本体の端面と同一形状とされ、前記鋼管本体の端面の開口を塞ぐ底面部と、前記底面部の外周縁に沿って面外方向に起立する摺接部とを備え、前記摺接部は、前記底面部の外周縁の法線よりも内側に傾斜する。

本発明によれば、土中埋設鋼管用蓋体の摺接部が底面部の外周縁の法線よりも内側に傾斜している。したがって、鋼管本体に装着されたときに、摺接部が鋼管本体の外面との間で摩擦力が生じた状態で摺接するので、鋼管本体に土中埋設鋼管用蓋体を装着した後、クレーン等で搬送したり、土中に埋設しても脱落することがない。よって、鋼管本体の埋設方向先端の端面を簡単な構造で塞ぐことができ、かつ摺接部を折り曲げ形成すれば、溶接工程を省略できるので、土中埋設鋼管用蓋体に熱変形が生じることもない。
また、摺接部が鋼管本体の外面に摺接しているため、鋼管本体との摺接面を大きく確保でき、鋼管本体に対する土中埋設鋼管用蓋体の保持力を向上できる。

本発明では、前記鋼管は角形鋼管であり、前記摺接部は、前記底面部よりも大きな鋼板を、前記底面部の外周縁に沿って折り曲げて起立させるのが好ましい。
この発明によれば、プレス加工等によって鋼板の端部を折り曲げるだけで土中埋設鋼管用蓋体を製造できるので、土中埋設鋼管用蓋体の製造を簡単にすることができる上、溶接作業を行うことなく製造できるため、土中埋設鋼管用蓋体に熱変形が生じることを防止できる。

本発明では、前記鋼板は、前記底面部の角隅部が内接する矩形状の鋼板とされ、前記摺接部は、前記底面部の外側を面外方向に折り曲げて形成され、互いに隣接する角隅部のいずれか一方から他方に向かうにしたがって、起立する寸法が次第に大きくなっているのが好ましい。

この発明によれば、摺接部の起立寸法が、互いに隣接する角隅部の一方の角隅部から他方の角隅部に向かうにしたがって、次第に大きくなっている。そして、土中埋設鋼管用蓋体を鋼管本体に取り付ける際、起立寸法の大きな角隅部を鋼管本体の内部に挿入し、押し込むことにより起立寸法の小さな部分を鋼管本体内部に挿入することができる。したがって、鋼管本体に土中埋設鋼管用蓋体を挿入し易くなる。

本発明では、前記鋼板は、前記底面部の外側に突出する突出部を有し、前記摺接部は、前記突出部を前記底面部の面外方向に折り曲げて形成されるのが好ましい。
この発明によれば、突出部を底面部の各辺と同じ大きさに形成することができるため、鋼管本体の内面に摺接させる面積を同じにすることができる。したがって、鋼管本体に対する摺接部の各辺の摩擦力を均一にすることができるため、土中埋設鋼管用蓋体を均等な摩擦力で鋼管本体に取り付け、安定して保持させることができる。

本発明の土中埋設鋼管は、鋼管本体と前述したいずれかの土中埋設鋼管用蓋体とを備え、前記土中埋設鋼管用蓋体が前記鋼管本体の端部に設けられている。
この発明によっても、前述した作用および効果と同様の作用および効果を享受できる。

本発明の継手部材は、土中に埋設される土中埋設鋼管同士を連結する継手部材であって、一方の土中埋設鋼管と係合する第１係合部と、前記第１係合部と結合し、他方の土中埋設鋼管と係合する第２係合部とを備え、前記第１係合部および前記第２係合部のぞれぞれは、前述したいずれかの土中埋設鋼管用蓋体から構成され、前記第１係合部と前記第２係合部とは、前記摺接部が起立する面とは反対側の面で前記底面部同士が結合される。

この発明によれば、前述した土中埋設鋼管用蓋体を２つ用いれば、第１係合部および第２係合部を備えた継手部材を構成することができる。したがって、土中埋設鋼管に使用する部品点数を軽減することができる。
また、２つの土中埋設鋼管用蓋体の底面部同士を溶接やボルトナットで結合するだけで継手部材を形成できるため、継手部材の製造コストを低減することができる。
さらに、継手部材を鋼管本体内部に挿入するだけで土中埋設用鋼管に鋼管本体を連結することができるため、土中埋設鋼管の施工手間を軽減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る土中埋設鋼管の構造を示す鉛直方向断面図。 前記実施の形態における土中埋設鋼管用蓋体の構造を示す側面図。 前記実施の形態における土中埋設鋼管用蓋体の展開図。 前記実施の形態における継手部材の構造を示す鉛直方向断面図。 前記実施の形態における継手部材の構造を示す側面図。 前記実施の形態における土中埋設鋼管の施工手順を示す模式図。 本発明の第２の実施の形態に係る土中埋設鋼管の構造を示す鉛直方向断面図。 前記実施の形態における土中埋設鋼管用蓋体の展開図。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
［１］第１の実施の形態
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る土中埋設鋼管１の鉛直方向断面図が示されている。
土中埋設鋼管１は、砂質地盤、粘土質地盤等の軟弱地盤に複数本埋設され、地盤の長期許容鉛直支持力を補強する地盤補強材として機能する。土中埋設鋼管１は、鋼管本体２および土中埋設鋼管用蓋体３を備える。

鋼管本体２は、幅寸法が５０ｍｍから１５０ｍｍ、厚さ寸法が２．３ｍｍから６ｍｍの断面矩形状の角形鋼管から構成され、具体的には一般構造用角形鋼管のＳＴＫＲ４００、ＳＴＫＲ４９０等が用いられる。
土中埋設鋼管用蓋体３は、鋼管本体２の鉛直下方側の端面を塞ぐ部材であり、底面部３１および摺接部３２を備える。土中埋設鋼管用蓋体３は、たとえばＳＭ４９０Ａ、ＳＳ４００等の一般構造用圧延鋼板から構成され、厚さ寸法が４．５ｍｍから１２ｍｍの鋼板が用いられる。

底面部３１は、鋼管本体２の開口を塞ぐ部分であり、鋼管本体２の端面と同一形状の矩形状とされる。
摺接部３２は、図２の側面図にも示されるように、底面部３１の矩形の各辺から４箇所で面外方向に起立し、それぞれの摺接部３２は、側面視で三角形に形成される。
摺接部３２は、底面部３１の外周縁の法線よりも内側に傾斜する。摺接部３２の折り曲げの基点は中間部分の折曲部３２Ａとされ、側面視で底面部３１と摺接部３２とがなす角度は８９°以下（底面部３１の外周縁の法線に対して１°以上内側）とされる。また、摺接部３２の起立方向の先端は外側に湾曲し、鋼管本体２を挿入し易くしている。

底面部３１を挟んで互いに対向する一対の摺接部３２の折曲部３２Ａ間の寸法Ｄ１は、底面部３１の矩形の１辺の寸法Ｄ２に対して、土中埋設鋼管用蓋体３に用いられる鋼板の板厚寸法ｔの４倍（２ｔ×２）だけ大きくなっている。また、折曲部３２Ａ間の寸法Ｄ１は、鋼管本体２の端面寸法よりも大きくなっていて、鋼管本体２を挿入できるようになっている。
これにより、図１に示すように、土中埋設鋼管用蓋体３が鋼管本体２に装着されると、摺接部３２が外側に開きつつ、鋼管本体２の外面に摺接する。そして、摺接部３２が鋼管本体２の外面を押さえつける力が作用することに伴い、摺接部３２の内側と鋼管本体２の外面との間に摩擦力が作用し、鋼管本体２から土中埋設鋼管用蓋体３が脱落することが防止される。

図３には、本実施の形態の土中埋設鋼管用蓋体３の展開図が示されている。土中埋設鋼管用蓋体３は、底面部３１よりも大きな鋼板３Ａを、底面部３１の外周縁に沿って折り曲げて摺接部３２を形成している。具体的には、鋼板３Ａは、底面部３１の矩形の角隅部が内接する寸法Ｌの矩形状の鋼板を用い、底面部３１から外側に突出する三角形の部分を面外方向に折り曲げることにより摺接部３２を形成する。

したがって、摺接部３２は、底面部３１の互いに隣接する角隅部３１Ａ、３１Ｂの一方の角隅部３１Ａから他方の角隅部３１Ｂに向かうにしたがって、起立する寸法が次第に大きくなる三角形状となる。
摺接部３２の鋼板３Ａの角隅部からの折り曲げ位置Ｄ３は、鋼板３Ａの板厚寸法ｔに対してＤ３＝３～４×ｔ（ｍｍ）とされ、たとえば鋼管本体２の幅寸法（底面部３１の１辺の寸法Ｄ２）に応じて、２１ｍｍから７５ｍｍに設定される。

このような土中埋設鋼管用蓋体３は、寸法Ｌの矩形の鋼板３Ａをプレス加工機等によってプレス加工することにより、簡単に製造することができる。
土中埋設鋼管用蓋体３を鋼管本体２に装着する際には、摺接部３２の間に鋼管本体２を挿入し、ハンマー等の打撃工具で底面部３１を叩くことにより、鋼管本体２の外面および摺接部３２の間に所定の摩擦力を生じさせた状態で摺接させ、土中埋設鋼管１を製造する。
鋼管本体２および摺接部３２の間に摩擦力が生じているため、土中埋設鋼管１をクレーン等で揚重、搬送しても土中埋設鋼管用蓋体３が鋼管本体２から脱落することがなく、圧入時に土砂等が衝突しても土中埋設鋼管用蓋体３が脱落することもない。

次に、本実施の形態の継手部材４について説明する。図４には、継手部材４の施工後の鉛直方向断面図が示され、図５には、継手部材４の側面図が示されている。
継手部材４は、前述した土中埋設鋼管１を埋設したが、長期許容鉛直支持力が十分でない場合、土中埋設鋼管１の上にさらに鋼管本体２を連結して埋設するために、土中埋設鋼管１の上端部の開口に装着される。継手部材４の上部には、鋼管本体２が装着され、鋼管本体２の２本分が土中に埋設することにより、軟弱地盤における長期許容鉛直支持力を確保する。

継手部材４は、既に埋設された土中埋設鋼管１の上端部とその上に設けられる鋼管本体２とを連結する部材であり、第１係合部４Ａおよび第２係合部４Ｂを備える。
第１係合部４Ａおよび第２係合部４Ｂは、前述した土中埋設鋼管用蓋体３と同様の構成を有し、底面部３１、摺接部３２を備える。ただし、底面部３１には土圧が作用せず、上部の鋼管本体２の荷重を下部の土中埋設鋼管１に伝達すればよいので、第１係合部４Ａおよび第２係合部４Ｂには、たとえば厚さ寸法２ｍｍのＳＳ４００鋼板が採用される。

第１係合部４Ａおよび第２係合部４Ｂは、底面部３１の摺接部３２が起立する面とは反対側の底面部３１の面で突き合わされ、図５に示すように、溶接部４１によって結合される。溶接部４１は、底面部３１の矩形の各辺の略中央の側面でビード状に設けられ、第１係合部４Ａおよび第２係合部４Ｂの間の動きを拘束する。

次に、前述した土中埋設鋼管１の施工手順について、図６の模式図に基づいて説明する。
図６（Ａ）に示すように、杭打ち機５の圧入機５１にオーガー５２を装着した状態で、杭打ち機５を移動させ、地盤補強材を埋設する杭芯にオーガー５２の回転軸をセットする。
杭芯がセットされたら、図６（Ｂ）に示すように、オーガー５２を回転駆動させながら、圧入機５１によりオーガー５２を地盤に圧入して掘削を行う。
オーガー５２による掘削が終了したら、図６（Ｃ）に示すように、オーガー５２を上方に移動させる。

オーガー５２を取り外し、土中埋設鋼管１を圧入機５１に装着し、図６（Ｄ）に示すように、土中埋設鋼管１の上端の頭部に圧力を加えて、土中埋設鋼管１を掘削穴に挿入する。
土中埋設鋼管１が所定寸法埋設されたら、土中埋設鋼管１の杭頭部に継手部材４を装着する。この際、必要に応じてハンマー等の打撃工具で継手部材４を打撃して、継手部材４の底面部３１を土中埋設鋼管１の杭頭部に密着させる。
圧入機５１に鋼管本体２を装着し、鋼管本体２を継手部材４の摺接部３２の間に挿入した後、図６（Ｅ）に示すように、圧入機５１により鋼管本体２を圧入する。
図６（Ｆ）に示すように、土中埋設鋼管１および鋼管本体２の埋設が終了したら、圧入力を確認して施工を完了する。

このような本実施の形態によれば、以下のような効果がある。
土中埋設鋼管用蓋体３が底面部３１の外周縁に沿って起立する摺接部３２を備えている。摺接部３２が底面部の外周縁の法線よりも内側に傾斜しているので、鋼管本体２を挿入したときに、摺接部３２が外側に開いた状態で鋼管本体２の外面と摺接する。したがって、摺接部３２が鋼管本体２の外面を押さえつける力が作用することに伴い、摺接部３２と鋼管本体２の外面と間に所定の摩擦力が作用するため、鋼管本体２に土中埋設鋼管用蓋体３を装着した後、杭打ち機５による移動や、土中に埋設して圧入している間に脱落することがない。したがって、簡単な構造で高精度に土中埋設鋼管１を製造することができ、かつ摺接部３２を折り曲げにより形成されているので、溶接工程を省略でき、土中埋設鋼管用蓋体３に熱変形が生じることもない。
また、摺接部３２が鋼管本体２の外面に摺接しているため、鋼管本体２と所定の摩擦力で摺接する部分を長く確保でき、鋼管本体２に対する土中埋設鋼管用蓋体３の保持力を向上できる。

摺接部３２の起立寸法が、互いに隣接する角隅部の一方の角隅部３１Ａから他方の角隅部３１Ｂに向かうにしたがって、次第に大きくなっている。そして、土中埋設鋼管用蓋体３を鋼管本体２に取り付ける際、起立寸法の大きな角隅部３１Ｂに鋼管本体２を挿入し、押し込むことにより起立寸法の小さな角隅部３１Ａに鋼管本体２を挿入することができる。したがって、鋼管本体２に土中埋設鋼管用蓋体３を挿入し易くなるため、土中埋設鋼管１の製造を一層簡単化することができる。

継手部材４は、２つの土中埋設鋼管用蓋体３を第１係合部４Ａおよび第２係合部４Ｂとして構成することができる。したがって、土中埋設鋼管１に使用する部品点数を軽減することができる。
また、継手部材４は、第１係合部４Ａおよび第２係合部４Ｂの底面部３１同士を溶接やボルトナットで結合するだけで形成できるため、継手部材４の製造コストを低減することができる。
さらに、継手部材４の間に鋼管本体２を挿入するだけで土中埋設鋼管１に鋼管本体２と連結することができるため、地盤補強材の施工手間を軽減することができる。

［２］第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分とは同一の部分等については、同一符号を付して説明を省略する。
前述の第１の実施の形態では、土中埋設鋼管用蓋体３の摺接部３２が側面視で三角形状に形成されていた。
これに対して、本実施の形態では、図７に示すように、土中埋設鋼管用蓋体７の摺接部７２が矩形状に形成されている点が相違する。

本実施の形態の土中埋設鋼管６は、鋼管本体２および土中埋設鋼管用蓋体７を備える。鋼管本体２は、第１の実施の形態と同様に角形鋼管から構成される。
土中埋設鋼管用蓋体７は、鋼管本体２の端部の開口と同一形状の矩形の底面部７１と、底面部７１の矩形の各辺から起立する摺接部７２とを備える。摺接部７２の中間部分には、折曲部７２Ａが形成される。摺接部７２の折曲部７２Ａから上部は、底面部７１の外周縁の法線よりも内側に傾斜し、鋼管本体２の外面と当接したときに、所定の摩擦力をもって摺接する。
底面部７１を挟んで互いに対向する一対の摺接部７２の折曲部７２Ａ間の寸法Ｄ１は、底面部７１の矩形の１辺の寸法Ｄ２に対して、土中埋設鋼管用蓋体７に用いられる鋼板の板厚寸法ｔの４倍だけ大きくなっている。また、折曲部７２Ａ間の寸法Ｄ１は、鋼管本体２の端部の幅寸法よりも大きくなっている。

図８には、土中埋設鋼管用蓋体７の展開図が示されている。土中埋設鋼管用蓋体７を構成する鋼板は、底面部７１の各辺の寸法Ｄ２よりも一回り大きな矩形状の鋼板の角隅部を寸法Ｄ４だけ矩形状に切り欠いたものである。そして、この寸法Ｄ４だけ切り欠いた残りの突出部が、底面部７１の面外方向に折り曲げられて摺接部７２が形成される。
このような本実施の形態においても、土中埋設鋼管用蓋体７の底面部７１同士を、摺接部７２が起立する面と反対側の面で結合することにより、第１の実施の形態と同様に継手部材を形成することができる。

このような本実施の形態によっても、前述した第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
また、突出部を底面部７１の各辺と同じ大きさに形成することができるため、鋼管本体２の内面に摺接させる面積を同じにすることができる。したがって、鋼管本体２に対する摺接部７２の各辺の摩擦力を均一にすることができるため、土中埋設鋼管用蓋体７を均等な摩擦力で鋼管本体２に取り付け、安定して保持させることができる。

［３］実施の形態の変形
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形を含むものである。
前述の実施の形態では、本発明を、軟弱地盤を補強する地盤補強材に適用していたが、本発明はこれに限られない。中小型の建築物の荷重を支持する杭に本発明を適用してもよい。ただし、杭として利用した場合、鉛直支持力のみならず水平方向に作用する水平支持力に対しても長期許容支持力に耐える必要がある。このため、継手部材としては、形状そのものは第１の実施形態の継手部材４と同じであってもよいが、継手部材を構成する第１係合部、第２係合部に使用される鋼板の厚さ寸法は、第１の実施の形態よりも大きい鋼板を採用するのが好ましい。

前述の実施の形態では、土中埋設鋼管１、６は、角形鋼管であったが本発明はこれに限られない。円形鋼管、多角形鋼管等の他の断面形状を有する土中埋設鋼管に本発明を適用してもよい。
前述の実施の形態では、土中埋設鋼管用蓋体３、７の摺接部３２、７２は、プレス加工機等による折り曲げ加工により形成されていたが、本発明はこれに限られない。たとえば、底面部を鋼管本体の端面の開口と同じ大きさ、形状の鋼板で形成し、底面部の各辺に沿って摺接部を溶接等により接合してもよい。なお、この場合であっても溶接部位が底面部の外周に限られるため、溶接による底面部の熱変形を少なくすることができる。
その他、本発明の実施の際の具体的構造および形状は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造としてもよい。

１…土中埋設鋼管、２…鋼管本体、２ｍｍ…寸法、３…土中埋設鋼管用蓋体、３Ａ…鋼板、４…継手部材、４Ａ…第１係合部、４Ｂ…第２係合部、５…杭打ち機、６…土中埋設鋼管、７…土中埋設鋼管用蓋体、３１…底面部、３１Ａ…角隅部、３１Ｂ…角隅部、３２…摺接部、３２Ａ…折曲部、４１…溶接部、５１…圧入機、５２…オーガー、７１…底面部、７２…摺接部、７２Ａ…折曲部、Ｄ１…寸法、Ｄ２…寸法、Ｄ３…折り曲げ位置、Ｄ４…寸法、Ｌ…寸法、ｔ…板厚寸法。

Claims (4)

1. 土中に埋設される鋼管本体の端部に設けられる土中埋設鋼管用蓋体であって、
   前記鋼管本体の端面と同一形状とされ、前記鋼管本体の端面の開口を塞ぐ底面部と、
   前記底面部の外周縁に沿って面外方向に起立する摺接部とを備え、
   前記摺接部は、前記底面部の外周縁の法線よりも内側に傾斜し、
   前記鋼管本体は角形鋼管であり、
   前記摺接部は、前記底面部よりも大きな鋼板を、前記底面部の外周縁に沿って折り曲げて起立させたものであり、
   前記鋼板は、前記底面部の角隅部が内接する矩形状の鋼板とされ、
   前記摺接部は、前記底面部の外側を面外方向に折り曲げて形成され、互いに隣接する角隅部のいずれか一方から他方に向かうにしたがって、起立する寸法が次第に大きくなる土中埋設鋼管用蓋体。
2. 土中に埋設される鋼管本体の端部に設けられる土中埋設鋼管用蓋体であって、
   前記鋼管本体の端面と同一形状とされ、前記鋼管本体の端面の開口を塞ぐ底面部と、
   前記底面部の外周縁に沿って面外方向に起立する摺接部とを備え、
   前記摺接部は、前記底面部の外周縁の法線よりも内側に傾斜し、
   前記鋼管本体は角形鋼管であり、
   前記摺接部は、前記底面部よりも大きな鋼板を、前記底面部の外周縁に沿って折り曲げて起立させたものであり、
   前記鋼板は、矩形状の前記底面部の四辺からそれぞれ外側に突出する突出部を有し、
   前記摺接部は、前記突出部を前記底面部の面外方向に折り曲げて形成される土中埋設鋼管用蓋体。
3. 鋼管本体と、請求項１または請求項２に記載の土中埋設鋼管用蓋体とを備え、前記土中埋設鋼管用蓋体が前記鋼管本体の端部に設けられた土中埋設鋼管。
4. 土中に埋設される土中埋設鋼管同士を連結する継手部材であって、
   一方の土中埋設鋼管と係合する第１係合部と、
   前記第１係合部と結合し、他方の土中埋設鋼管と係合する第２係合部と
   を備え、
   前記第１係合部および前記第２係合部のそれぞれは、
   請求項１または請求項２に記載の土中埋設鋼管用蓋体から構成され、
   前記第１係合部と前記第２係合部とは、前記摺接部が起立する面とは反対側の面で前記底面部同士が結合される継手部材。

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