JP7376854B2 - ねじ込み式鋼管杭、およびその設計方法、施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管の先端または鋼管周面に、円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼を、周方向に２枚以上連続して設けたねじ込み式鋼管杭、およびその設計方法、施工方法に関する。

構造物を支持するための鋼管杭として、鋼管外径よりも大きな螺旋状の回転翼が杭先端または杭周面に取り付けたねじ込み式鋼管杭が多数提案されている。このようなねじ込み式鋼管杭は、施工機械からの回転トルクによって回転させ、その回転により回転翼が杭より下方の土砂を掘削して上方へ押し上げ、その反力として杭が推進力を得ることにより地中に貫入する。

ねじ込み式鋼管杭を用いることによって、杭施工中に発生する騒音と振動を他工法よりも比較的低減でき、また施工中の排土も無いため、施工現場の環境に配慮した施工を行うことができる。
また、施工完了後は、回転翼により大きな支持力を得ることができる。

上記のようなねじ込み式鋼管杭の推進力は主に、回転翼と土砂の回転接触における鉛直方向の分力によって得られ、そのため回転翼上面に載る土砂が多いほど多くの推進力が得られる。
また、回転トルクは主に、回転翼の始端部付近と土砂の回転接触における摩擦抵抗により生じる。
回転翼がこのような機能を有しているねじ込み式鋼管杭においては、施工時において以下のような施工性悪化の問題がある。
例えば、軟弱な地盤においては、施工時に十分な回転抵抗が得られず、推進力が低下して杭が貫入しなくなる場合がある。
他方、硬い地盤においては、施工時に回転抵抗が大きくなりすぎ、作用トルクが杭体のねじり耐力を超えて杭体がねじ切れて破断してしまう場合がある。

上記の問題が施工中に発生した場合、杭の回転を停止する、逆回転と正回転をある程度繰り返す、杭を引き上げるなど、杭先端の地盤状況を変えるような措置が取られることがある。
しかしこのような問題の対処方法は施工時間の増大となり、さらに地盤が不適当に乱されることによる支持力の低下を引き起こす可能性がある。したがって、施工方法を工夫することによる施工性改善手法には限界がある。

杭施工前にはボーリング調査等によって施工する地盤の状況をある程度把握することができることから、施工性改善手法ではなく、回転翼形状を工夫することにより施工性向上を図るという手法がある。具体的には、回転翼と土砂との接触角度を適正化することにより、回転接触における鉛直方向の分力を増減させて回転抵抗の低減あるいは貫入性の向上を実現させることができる。
また、回転翼上に載る土砂の量を増減させることによっても、回転抵抗の低減あるいは貫入性の向上を実現させることができる。

例えば特許文献１に開示されたものでは、扇形状平板に形成された切り欠き部の切り欠き角度により、回転翼と杭下方の土砂との食い込み範囲を変えることによって、回転接触における鉛直方向の分力と回転翼上に載る土砂の量を調節し、施工性を向上させている。

また、特許文献２に開示されたものでは、円錐面をなす円盤状の回転翼を、回転翼の張り出し方向が下向きから水平あるいは上方に漸変するように取り付けることにより、大きな推進力を得ることができる。

特許第５２００９４１号公報 特許第４２３２７４３号公報

しかし、特許文献１に開示された技術は、回転翼に切り欠き部を設けるため、回転翼の有効面積が減少し、支持力に影響が出る恐れがある。
また、特許文献２に開示された技術は、円錐面をなす円盤状の回転翼を用いるものであるが、円錐面をなす円盤状の回転翼の製作は平板状の回転翼の製作よりもコストがかかるという問題がある。

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、回転翼の有効面積の減少による支持力への影響が少なく、経済的に優れており、軟弱地盤や硬い地盤といった地盤の態様に適合した施工ができるねじ込み式鋼管杭、およびその設計方法、施工方法を提供することを目的としている。

［１］本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、鋼管の先端に、該鋼管の外径より大きい円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼が、周方向に２枚以上連続して設けられたものであって、
前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である中間点交差角が、以下の（１）から（３）の条件を満たすことを特徴とするものである。
（１）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角が、９０°未満である。
（２）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の中間点交差角が、前記第１中間点交差角以下である。
（３）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の中間点交差角が回転貫入時の入側の中間点交差角以下である。

［２］また、鋼管の先端に、該鋼管の外径より大きい円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼を、周方向に２枚以上連続して設けられたねじ込み式鋼管杭であって、
前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である中間点交差角が、以下の（４）から（６）の条件を満たすことを特徴とするものである。
（４）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角が、９０°超である。
（５）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の中間点交差角が、前記第１中間点交差角以下である。
（６）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の中間点交差角が、回転貫入時の入側の中間点交差角以下である。

［３］また、鋼管の先端に、該鋼管の外径より大きい円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼を、周方向に２枚以上連続して設けられたねじ込み式鋼管杭であって、
前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である中間点交差角が、以下の（７）から（９）の条件を満たすことを特徴とするものである。
（７）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角が、９０°である。
（８）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の中間点交差角が、９０°未満である。
（９）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の中間点交差角が、回転貫入時の入側の中間点交差角以下である。

［４］また、鋼管の先端に上記（２）に記載の回転翼を有し、該回転翼の上方に上段翼を１段以上有する多段翼式のねじ込み式鋼管杭であって、
前記上段翼は、前記鋼管の外径より大きいドーナツ状の円盤を分割してなる円弧状の回転翼を、周方向に２枚以上連続して設けられており、
前記上段翼について、前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である上段中間点交差角が、以下の（１０）から（１２）の条件を満たすことを特徴とするものである。
（１０）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼における上段中間点交差角である上段第１中間点交差角が、９０°未満である。
（１１）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の上段中間点交差角が、前記上段第１中間点交差角以下である。
（１２）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の上段中間点交差角が、回転貫入時の入側の中間点交差角以下である。

［５］また、本発明に係るねじ込み式鋼管杭の設計方法は、鋼管の先端に、該鋼管の外径より大きい円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼が、周方向に２枚以上連続して設けられたねじ込み式鋼管杭の設計方法であって、
前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である中間点交差角を、以下の（１３）から（１５）の条件を満たすように設定することを特徴とするものである。
（１３）施工対象である地盤の硬さが予め定めた硬さ未満の場合には最も回転貫入時の入側に配置される回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角を９０°未満とし、前記地盤の硬さが予め定めた硬さ以上の場合には前記第１中間点交差角を９０°超とする。
（１４）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の中間点交差角を、前記第１中間点交差角以下とする。
（１５）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の中間点交差角が回転貫入時の入側の中間点交差角以下とする。

［６］また、本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法は、上記［１］～［４］のいずれかに記載のねじ込み式鋼管杭の施工方法であって、
施工対象となる地盤の硬さを調査し、この調査結果に基づいて上記［１］～［４］のいずれかのねじ込み式鋼管杭を選択し、該選択したねじ込み式鋼管杭の鋼管の上端を把持して前記地盤中に回転貫入させることを特徴とするものである。

本発明に係るねじ込み式鋼管杭においては、（１）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角が９０°未満で、（２）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の中間点交差角が前記第１中間点交差角以下であり、（３）隣接する回転翼同士では回転貫入時の出側に配置されている回転翼の中間点交差角が回転貫入時の入側の中間点交差角以下であることにより、土砂が鋼管に向かう方向の分力が大きく、回転翼上に多くの土砂を載せることができ、高い推進力が得られる。そのため、このようなねじ込み式鋼管杭は、軟弱で推進力が得にくい地盤を施工する際に好適である。

本発明の実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。 図１の矢印Ｆ方向の投影図である。 図１に示したねじ込み式鋼管杭が回転貫入する際の回転翼上の土砂の動きの説明図である。 本発明の実施の形態２に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。 図４の矢印Ｆ方向の投影図である。 図４に示したねじ込み式鋼管杭が回転貫入する際の回転翼上の土砂の動きの説明図である。 本発明の実施の形態３に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。 図７の矢印Ｆ方向の投影図である。 本発明の実施の形態４に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。 図９の矢印Ｆ方向の投影図である。 図９に示したねじ込み式鋼管杭が回転貫入する際の回転翼上の土砂の動きの説明図である。 本発明の実施の形態５に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。 図１２の矢印Ｆ方向の投影図である。 実施例１の回転翼の機能分担範囲の説明図である。 実施例２の回転翼の機能分担範囲の説明図である。 実施例３のねじ込み式鋼管杭の説明図である。 図１６に示したねじ込み式鋼管杭における回転翼の機能分担範囲の説明図である。 実施例４のねじ込み式鋼管杭の説明図である。 図１８に示したねじ込み式鋼管杭における回転翼の機能分担範囲の説明図である。 実施例５の回転翼の機能分担範囲の説明図である。 従来のねじ込み式鋼管杭の説明図である。 図２１の矢印Ｆ方向の投影図である。 図２１の矢印Ｇ方向の投影図である。 図２１に示したねじ込み式鋼管杭の回転翼の回転方向の位置を示した図である。 図２４で示した位置での回転翼の断面図であり、ねじ込み式鋼管杭が回転貫入する際の回転翼上の土砂の動きを説明する図である。

＜発明に至った経緯＞
本発明の一実施の形態に係るねじ込み式鋼管杭を説明するに先立って、従来のねじ込み式鋼管杭の構造とその課題を図２１～図２５に基づいて説明する。
従来のねじ込み式鋼管杭２１の一例は、図２１に示すように、鋼管３の先端に対して、下側翼７ａと、下側翼７ａにほぼ連続して取り付けられた上側翼７ｂとを備えている。また、下側翼７ａと上側翼７ｂは鋼管３の外周面に取付けられている。下側翼７ａと上側翼７ｂは、両方とも、鋼管３の外径より大きい円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の平板である。下側翼７ａと上側翼７ｂは交差部１９を有し、上下の翼全体でほぼ螺旋状の回転翼７を形成している。なお、図２１～図２４において、８は回転翼７の上面、９は回転翼７の回転翼始端部、１０は回転翼終端部である。

図２２、図２３は、図２１に示したねじ込み式鋼管杭２１の矢印Ｆ、Ｇ方向の投影図である。図２２に示すように、ねじ込み式鋼管杭２１の下側翼７ａは、鋼管３の外周面と下側翼７ａの上面８とが成す交差角であるとともに、下側翼７ａにおける円弧の中間点における交差角でもある中間点交差角βが、９０°となるように取り付けられている。この点は、上側翼７ｂも同様である。
また、図２３に示すように、ねじ込み式鋼管杭２１は、下側翼７ａと上側翼７ｂは、翼全体でほぼ螺旋状の回転翼７となるために、鋼管軸直角方向に対して角度α（以下、「傾斜角度α」という）だけ傾けて取り付けられている。
また、地中へのねじ込み式鋼管杭２１の回転貫入時には、下側翼７ａが先に地中へ貫入し、下側翼７ａから交差部１９を経由して、上側翼７ｂを最後にして地中に貫入する。つまり、回転貫入時の入側が下側翼７ａであり、回転貫入時の出側が上側翼７ｂとなる。これは、後述するように、回転翼７の枚数が増え、中間翼７ｃがあっても同じ考え方をする。つまり、下側翼７ａ、中間翼７ｃ、上側翼７ｂの順で、回転貫入することになる。その為、回転翼７の内、下側翼７ａの配置側を回転貫入時の入側、上側翼７ｂの配置側を回転貫入時の出側と呼ぶ。

図２４は、図２１に示したねじ込み式鋼管杭２１の杭頭側から見た平面図であり、図中Ａ～Ｅは下側翼７ａにおける上面８の回転方向の位置を示している。ねじ込み式鋼管杭２１が地中に回転貫入する際、図２４のＡ位置（回転翼始端部９）により杭下方の土砂が掘削されてほぐされる。ほぐされた土砂は回転翼７の回転に伴って下側翼７ａの上面８上のＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅの位置に順に回転翼７と土砂との接触位置が変化していき、土砂が上方に押し付けられることにより杭の推進力を生みだす。

図２５は、上記ねじ込み式鋼管杭２１が回転貫入する際の、下側翼７ａ上の土砂と下側翼７ａの接触状態を、鋼管３の直径箇所での断面図で説明した図である。図２５（ａ）～（ｅ）は、回転施工中において、下側翼７ａの上面８のＡ～Ｅ断面での土砂と回転翼７の接触状態をそれぞれ示し、黒丸は下側翼７ａ上の土砂を示し、図中の矢印は、土砂に作用する力とその分力を示す。図２５（ａ）～（ｅ）において、実線の矢印ｆ０は、下側翼７ａと土砂との接触により、下側翼７ａから土砂に作用する力を示し、点線の矢印はその分力を示す。点線の矢印の内ｆ１は、下側翼７ａから土砂に対して、鋼管３から離れる方向、あるいは鋼管３に近づく方向に作用する分力を示す。一方、点線の矢印の内ｆ２は、下側翼７ａから土砂に対して、鋼管３に平行な方向に作用する分力を示す。また、分力ｆ１と分力ｆ２のなす角は、下側翼７ａのＡ～Ｅのそれぞれの位置における断面において、直角である。
図２５に示すように、図２１に示した従来のねじ込み式杭鋼管杭では、図２５（ａ）のＡ断面と図２５（ｂ）のＢ断面では、鋼管３の外周面と下側翼７ａの上面８とが成す交差角が９０°よりも大きくなる。図２５（ｃ）のＣ断面では中間交差角βとなるため、交差角は９０°である。逆に図２５（ｄ）のＤ断面と図２５（ｅ）のＥ断面では、鋼管３の外周面と下側翼７ａの上面８とが成す交差角が９０°よりも小さくなる。その結果、Ａ断面からＣ断面に至る範囲では下側翼７ａ上の土砂に鋼管３から離れていく方向に分力f1が働き、Ｃ断面では分力が働かず、Ｃ断面以降Ｅ断面までの範囲では鋼管３に向かう方向に分力f1が働く。
これらの状態は、回転翼７を「ほぼ」螺旋状に鋼管３の先端に取り付けているとはいえ、回転翼７が平板であるため、回転翼７が完全な螺旋を描いていないことに起因する。回転翼７が完全な螺旋状態で取り付けられている螺旋翼を備えたねじ込み杭の場合は、鋼管３の外周面と下側翼７ａの上面８とが成す交差角が、図２５（ａ）～（ｅ）において常に９０°となり、上記状態は発生しない。

下側翼７ａ上の土砂に鋼管３から離れていく方向に分力f1が働く場合、翼面上から土砂が離脱しやすくなり、十分な推進力が得られなくなる。
したがって、回転翼７上の土砂に鋼管３に向かう方向へ分力f1が働く範囲を多くすることでより多くの推進力が得られ、軟弱な地盤において施工性向上に寄与することになる。
もっとも、回転翼７上の土砂は回転抵抗を生み出す原因にもなり、硬い地盤においては施工時に回転抵抗が大きくなりすぎ、作用トルクが杭体のねじり耐力を超えて杭体がねじ切れて破断してしまう場合がある。
なお、回転翼７の表面上の土砂と回転翼７の接触状態については上側翼７ｂ上においても同様である。

上記の観点からすると従来の平板を用いたねじ込み式鋼管杭２１の回転翼７では、半分の面積が作用トルクが大きく推進力を大きく発揮でき、他の半分の面積が作用トルクが小さく推進力の発揮が小さいものと言える。
したがって、ねじ込み式鋼管杭２１において、推進力を得たい部分では回転翼７の形状を作用トルクが大きく推進力が大きく発揮できる形状にし、逆に、作用トルクを大きくしたくない部分では推進力が小さくなる形状にすればよい。
すなわち、鋼管３の外径より大きい円盤またはドーナツ板を分割してなる円弧状の平板回転翼を、鋼管３に対して所定の角度をつけて取り付けることによって、回転翼７と杭下方の土砂との接触角度を適正化することができ、土砂との回転接触における鉛直方向の分力を増減させて貫入性の向上あるいは回転抵抗の低減を実現し、軟弱地盤及び硬い地盤における施工性低下を防止することができる。
本発明はかかる知見に基づくものであり、具体的には以下の実施の形態１～４に示すものである。

［実施の形態１］
実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭を図１～図３に基づいて説明する。なお、図１～図３において、従来例を示した図２１～図２５と同一部分及び対応する部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態に係るねじ込み式鋼管杭１は、図１、図２に示すように、鋼管３の先端に、鋼管３の外径より大きいドーナツ状の円盤を径方向に２分割してなる円弧状の下側翼７ａと上側翼７ｂが周方向に連続して設けられている。また、回転翼７は全体として、完全ではないが「ほぼ」螺旋状になっている。その為、先に説明した通り、回転貫入する際に、下側翼７ａ上または上側翼７ｂ上の土砂との接触状態において、下側翼７ａ上または上側翼７ｂから、下側翼７ａ上または上側翼７ｂ上の土砂への分力が働く場合がある。
そして、鋼管３の外周面と回転翼７（下側翼７ａと上側翼７ｂ）の上面８とが成す交差角であり、かつ下側翼７ａと上側翼７ｂにおける円弧の中間点における交差角でもある中間点交差角βが、以下の条件（１－１）～（１－３）を満たす。
（１－１）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼７である下側翼７ａにおける中間点交差角である第１中間点交差角β１が、９０°未満（本例では７０°）である。
（１－２）下側翼７ａよりも回転貫入時の出側に配置された上側翼７ｂの中間点交差角β２が、第１中間点交差角β１以下（本例では第１中間点交差角β１と同一）である。
（１－３）隣接する回転翼である下側翼７ａと上側翼７ｂ同士では、回転貫入時の出側に配置されている上側翼７ｂの中間点交差角β２が、回転貫入時の入側である下側翼７ａの中間点交差角β１以下である。
本実施の形態において、回転翼７は下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚で構成されるため、条件（１－３）は、下側翼７ａと上側翼７ｂとの関係だけを考えればよい。また、回転翼７は下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚で構成されており、下側翼７ａと上側翼７ｂの態様は同じなので、以下の説明は下側翼７ａについて説明する。
なお、下側翼７ａの傾斜角度α１と上側翼７ｂの傾斜角度α２は、両方とも１０°である。

図３は、実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭において、従来例で示した図２５に対応する図である。具体的には、実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭において、図２４に示したＡ～Ｅの位置での断面図における回転翼７の表面上の土砂と回転翼７の接触状態を示している。本実施の形態では、下側翼７ａにおける第１中間点交差角β１が９０°未満（本例では７０°）に設定されている（図３（ｃ）参照）。なお、これらの点は上側翼７ｂにおいても同様である。

上記のようなねじ込み式鋼管杭１においては、図３（ａ）～（ｂ）に示すＡ～Ｂ断面の範囲では下側翼７ａ上の土砂には鋼管３から離れていく方向に分力f1が働き、図３（ｂ）～（ｅ）に示すＢ～Ｅ断面の範囲では鋼管３に向かう方向に分力f1が働く。なお、図３（ｂ）に示すＢ断面では、鋼管３の外周面と下側翼７ａの上面８とが成す交差角は大体９０°となり、何れの方向にも分力は働かない。すなわち回転翼７の半分以上の面積が土砂を鋼管３に近づけることに寄与しており、回転翼７上の土砂量を図２１の従来例よりも増大させることになるため、図２１の従来のねじ込み式鋼管杭２１よりもより高い推進力が得られる。また図３（ａ）においては、下側翼７ａから土砂が離れていくので、推進力は出ないが、回転翼７上の土砂を少なくでき、その結果、回転翼始端部９付近で発生する作用トルクを低減できる。

このように、本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１によれば、土砂が鋼管３に向かう方向の分力が大きく、回転翼７上に多くの土砂を載せることができ、高い推進力が得られる。
このようなねじ込み式鋼管杭１は、軟弱で推進力が得にくい地盤を施工する際に好適である。

また、本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１は、回転翼７の有効面積を基本的には減じないため、杭体の支持力性能への影響がない。さらに、加工が容易な平板翼を用いているため、螺旋板を用いた回転翼７や円錐面をなす円盤状の回転翼７のような曲げ加工が不要であり、また施工する地盤の状況に合わせて回転翼７の溶接取り付け角度の変更を容易に行うことができるため、低コストで回転杭の施工性を向上できる。これらの点は、以下の実施の形態２～５においても同様である。

本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１において、下側翼７ａの上面８と鋼管３とがなす第１中間点交差角β１をβ１＝０°に近づければ近づけるほど、回転翼７上の土砂に鋼管３に向かう方向に分力ｆ1が働く範囲を増やすことができ、より多くの推進力を得られるため施工性を向上させることができる。
しかし、β１を小さくしすぎた場合、回転翼７表面が急な角度で地盤に接触するため、回転施工時に大きな抵抗となる恐れがある。また、β１を小さくしすぎた場合、鋼管３への回転翼７の溶接取り付けが困難となる。したがって、回転翼７の取りつけ角度であるβ１に関しては、施工地盤の状況に合わせて４５°≦β１＜９０°の範囲となることが望ましい。
なお、上記の点は、上側翼７ｂの上面８と鋼管３とがなす第２中間点交差角β２についても同様である。

［実施の形態２］
実施の形態２に係るねじ込み式鋼管杭１１を図４～図６に基づいて説明する。なお、図４～図６において、従来例を示した図２１～図２５と同一部分及び対応する部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態に係るねじ込み式鋼管杭１１は、図４、図５に示すように、鋼管３の先端に、鋼管３の外径より大きいドーナツ状の円盤を径方向に２分割してなる円弧状の下側翼７ａと上側翼７ｂが周方向に連続して設けられている。また、回転翼７は全体として完全ではないが「ほぼ」螺旋状となっている。その為、先に説明した通り、回転貫入する際に、下側翼７ａ上または下側翼７ａ上の土砂との接触状態において、下側翼７ａ上または上側翼７ｂから、下側翼７ａ上または上側翼７ｂ上の土砂に分力f１が働く場合がある。この点は、実施の形態１と同様である。
そして、鋼管３の外周面と下側翼７ａと上側翼７ｂの上面８とが成す交差角であり、かつ下側翼７ａと上側翼７ｂにおける円弧の中間点における交差角でもある中間点交差角βが、以下の条件（２－４）～（２－６）を満たす。
（２－４）最も回転貫入時の入側に配置された下側翼７ａにおける中間点交差角である第１中間点交差角β１が、９０°超（本例では１１０°）である。
（２－５）下側翼７ａよりも回転貫入時の出側に配置された上側翼７ｂの中間点交差角β２が、第１中間点交差角β１以下（本例では第１中間点交差角β１と同一）である。
（２－６）隣接する回転翼である下側翼７ａと上側翼７ｂ同士では、回転貫入時の出側に配置されている上側翼７ｂの中間点交差角β２が、回転貫入時の入側である下側翼７ａの中間点交差角β１以下である。
本実施の形態において、回転翼７は下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚であるため、条件（２－６）は、下側翼７ａと上側翼７ｂとの関係だけを考えればよい。また、回転翼７は下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚であり、これらの態様は同じなので、以下の説明は下側翼７ａについて説明する。
なお、下側翼７ａの傾斜角度α１と上側翼７ｂの傾斜角度α２は、両方とも１０°である。

図６は、実施の形態２に係るねじ込み式鋼管杭１１において、従来例で示した図２５に対応する図である。具体的には、実施の形態２に係るねじ込み式鋼管杭１１において、図２４に示したＡ～Ｅの位置での断面図における回転翼７の表面上の土砂と回転翼７の接触状態を示している。本実施の形態では、下側翼７ａにおける第１中間点交差角β１が９０°超（本例では１１０°）に設定されている（図６（ｃ）参照）。なお、上側翼７ｂにおいても同様である。
上記のようなねじ込み式鋼管杭１１においては、図６（ａ）～（ｄ）に示すＡ～Ｄ断面の範囲では下側翼７ａ上の土砂には鋼管３から離れていく方向に分力ｆ1が働き、図６（ｄ）～（ｅ）に示すＤ～Ｅ断面の範囲では鋼管３に向かう方向に分力ｆ1が働く。なお、図６（ｄ）に示すＤ断面では、鋼管３の外周面と下側翼７ａの上面８とが成す交差角は大体９０°となり、何れの方向にも分力は働かない。すなわち回転翼７の半分以上の面積が土砂を鋼管３から離すことに寄与しており、回転翼７上の土砂量が減少することになるため、図２１に示した従来のねじ込み式鋼管杭２１の形態よりも作用トルクがより小さいことを示している。

このように、本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１１によれば、図２１の従来のねじ込み式鋼管杭２１よりも、土砂が鋼管３に向かう方向の分力ｆ1が小さく、回転翼７上の土砂を少なくでき、その結果作用トルクをより低減できる。
このようなねじ込み式鋼管杭１１は、掘削が困難となるような硬い地盤を施工する際に好適である。

本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１１において、下側翼７ａの上面８と鋼管３とがなす第１中間点交差角β１をβ１＝１８０°に近づければ近づけるほど、回転翼７上の土砂に鋼管３から離れていく方向に分力ｆ1が働く範囲を増やすことができ、より小さな回転抵抗で施工が可能となる。
しかし、β１を大きくしすぎた場合、翼面上の推進力に寄与する面積が小さくなりすぎて十分な推進力が得られない恐れがある。またβ１を大きくしすぎた場合、鋼管３への回転翼７の溶接取り付けが困難となる。したがって、翼の取りつけ角度であるβ１に関しては、施工地盤の状況に合わせて９０°＜β≦１３５°の範囲となることが望ましい。
なお、上記の点は、上側翼７ｂの上面８と鋼管３とがなす第２中間点交差角β２についても同様である。

［実施の形態３］
実施の形態１、２においては下側翼７ａと上側翼７ｂの鋼管３に対する取付態様を同一にしたものであった。すなわち、実施の形態１では、下側翼７ａ及び上側翼７ｂともに第１中間点交差角β１が９０°未満であり、実施の形態２では、下側翼７ａ及び上側翼７ｂともに第１中間点交差角β１が９０°超である。また、これらの構成によって、実施の形態１のものは軟弱で推進力が得にくい地盤を施工する際に好適であり、実施の形態２のものは掘削が困難となるような硬い地盤を施工する際に好適であった。
このように、実施の形態１、２は対象としている地盤に回転翼７の形状を適合させるというものであった。

しかし、同じ地盤であっても、ねじ込み式鋼管杭の掘削のメカニズムに着目すると、回転翼始端部９付近において地盤を掘削し、回転翼７のその他の部分において掘削した土砂を上方に押し上げて推進力を得ている。
すなわち、施工中の回転トルクは回転翼始端部９の近傍の寄与が最も大きく、施工中の推進力は回転翼７の中間あるいは終端部分の推進力の寄与が最も大きい。
そこで、本実施の形態においては、ほぼ螺旋状の回転翼７を形成する下側翼７ａおよび上側翼７ｂを同一態様にするのではなく、より回転貫入時の入側にあり回転抵抗が作用しやすい下側翼７ａを、翼面上の土砂を積極的に離脱させる面積を多く有する態様とし、より回転貫入時の出側にあり推進力を生みだしている上側翼７ｂを、土砂を鋼管３に近づける面積を多く有する態様にしたものである。これにより、従来例よりも回転抵抗を低減しながら、従来よりも高い推進力を有するねじ込み式鋼管杭を得ることができる。
本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１３は、実施の形態１の変形例としての態様と、実施の形態２の変形例としての態様があるが、以下においては実施の形態２の変形例の態様を図７、図８に基づいて説明する。

本実施の形態に係るねじ込み式鋼管杭１３は、図７、図８に示すように、鋼管３の先端に、鋼管３の外径より大きいドーナツ状の円盤を径方向に２分割してなる円弧状の下側翼７ａと上側翼７ｂが、周方向に２枚連続して設けられ、回転翼７は全体として完全ではないが「ほぼ」螺旋状になっている。その為、先に説明した通り、回転貫入する際に、下側翼７ａ上または下側翼７ａ上の土砂との接触状態において、下側翼７ａ上または上側翼７ｂ上の土砂には分力ｆ1が働く場合がある。
そして、鋼管３の外周面と下側翼７ａと上側翼７ｂの上面８とが成す交差角であり、かつ下側翼７ａと上側翼７ｂにおける円弧の中間点における交差角である中間点交差角βが、以下の（３－４）～（３－６）の条件をみたす。
（３－４）最も回転貫入時の入側に配置された下側翼７ａにおける中間点交差角である第１中間点交差角β１が、９０°超（本例では１１０°）である。
（３－５）回転翼７よりも回転貫入時の出側に配置された上側翼７ｂの第２中間点交差角β２が、９０°未満（本例では８５°）である。すなわち、上側翼７ｂの中間点交差角β２が、第１中間点交差角β１以下である。
（３－６）隣接する回転翼である下側翼７ａと上側翼７ｂ同士では、回転貫入時の出側に配置されている上側翼７ｂの中間点交差角β２が、回転貫入時の入側である下側翼７ａの中間点交差角β１以下である。本実施の形態において、回転翼７は下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚でるため、条件（３－６）は、下側翼７ａと上側翼７ｂとの関係だけを考えればよい。
なお、下側翼７ａの傾斜角度α１と上側翼７ｂの傾斜角度α２は、両方とも１０°である。

本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１３においては、回転翼７における回転トルクに大きく影響する下側翼７ａの第１中間点交差角β１を９０°超（１１０°）とし、回転翼７における推進力に大きく影響する上側翼７ｂの第２中間点交差角β２を９０°未満（８５°）としたので、回転抵抗を低減しながら、推進力を有することができる。

なお、上記の例は、実施の形態２の変形例の態様であったが、実施の形態１の場合も同様であり、この場合には、最も回転貫入時の入側に配置された下側翼７ａにおける中間点交差角である第１中間点交差角β１が９０°未満（例えば、７０°）で、回転翼７よりも回転貫入時の出側に配置された上側翼７ｂの第２中間点交差角β２が第１中間点交差角β１よりも小さい角度（例えば６５°）に設定することになる。

なお、本実施の形態は、最も回転貫入時の入側に配置された回転翼７（下側翼７ａ）における中間点交差角である第１中間点交差角β１が９０°の場合であってもよく、この場合には、第２中間点交差角β２が９０°未満となる。

［実施の形態４］
実施の形態４に係るねじ込み式鋼管杭を、図９～図１１に基づいて説明する。なお、図９～図１１において、従来例を示した図２１～図２５と同一部分及び対応する部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態に係るねじ込み式鋼管杭１４は、図９、図１０に示すように、鋼管３の先端に、鋼管３の外径より大きいドーナツ状の円盤を径方向に２分割してなる円弧状の下側翼７ａと上側翼７ｂが周方向に連続して設けられている。また、回転翼７は全体として、完全ではないが「ほぼ」螺旋状になっている。その為、先に説明した通り、回転貫入する際に、下側翼７ａ上または下側翼７ａ上の土砂との接触状態において、下側翼７ａ上または上側翼７ｂ上の土砂に分力f１が働く場合がある。
そして、鋼管３の外周面と回転翼７（下側翼７ａと上側翼７ｂ）の上面８とが成す交差角であり、かつ下側翼７ａと上側翼７ｂにおける円弧の中間点における交差角でもある中間点交差角βが、以下の条件（４－７）～（４－９）を満たす。
（４－７）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼７である下側翼７ａにおける中間点交差角である第１中間点交差角β１が、９０°である。
（４－８）下側翼７ａよりも回転貫入時の出側に配置された上側翼７ｂの中間点交差角β２が、９０°未満（本例では７０°）である。
（４－９）隣接する回転翼である下側翼７ａと上側翼７ｂ同士では、回転貫入時の出側に配置されている上側翼７ｂの中間点交差角β２が、回転貫入時の入側である下側翼７ａの中間点交差角β１以下である。
本実施の形態において、回転翼７は下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚で構成されるため、条件（４－９）は、下側翼７ａと上側翼７ｂとの関係だけを考えればよい。また、回転翼７は下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚で構成されており、下側翼７ａと上側翼７ｂの態様は同じなので、以下の説明は下側翼７ａについて説明する。
なお、下側翼７ａの傾斜角度α１と上側翼７ｂの傾斜角度α２は、両方とも１０°である。

本実施の形態において、下側翼７ａは従来例で示した図２５と、上側翼７ｂは実施の形態１の下側翼７ａで示した図３と同じ挙動を示す。
具体的には、図２４に示したＡを１８０°回転させた位置をＡ´、Ｂを１８０°回転させた位置をＢ´、Ｃを１８０°回転させた位置をＣ´、Ｄを１８０°回転させた位置をＤ´、Ｅを１８０°回転させた位置をＥ´とする。本実施の形態に係るねじ込み式鋼管杭１４においては、Ａ´～Ｂ´断面の範囲では上側翼７ｂ上の土砂には鋼管３から離れていく方向に分力ｆ１が働き（図３（ａ）～（ｂ）に相当）、Ｂ´～Ｅ´断面の範囲では鋼管３に向かう方向に分力ｆ１が働く（図３（ｂ）～（ｅ）に相当）。なお、Ｂ´断面では、鋼管３の外周面と下側翼７ａの上面８とが成す交差角は大体９０°となり、何れの方向にも分力は働かない（図３（ｂ）に相当）。すなわち回転翼７の半分以上の面積が土砂を鋼管３に近づけることに寄与しており、回転翼７上の土砂量を図２１の従来例よりも増大させることになるため、図２１の従来のねじ込み式鋼管杭２１よりも高い推進力が得られる。

このように、本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１４によれば、土砂が鋼管３に向かう方向の分力ｆ１が大きく、回転翼７上に多くの土砂を載せることができ、高い推進力が得られる。
このようなねじ込み式鋼管杭１４は、軟弱で推進力が得にくい地盤を施工する際に好適である。
なお、回転翼７上の土砂を鋼管３に引き寄せる面積としては、実施の形態１程ではないため（具体的には後述する実施例で説明する）、実施の形態１に対しては、若干推進力が弱くなる。その為、軟弱度がより弱い地盤に使用することが望ましい。

また本実施の形態において、下側翼７ａは、第１中間点交差角β１が９０°となるように鋼管３に取り付けられるため、実施の形態１における下側翼７ａよりも容易に鋼管３に溶接取り付けでき、実施の形態１に対して低コストで製作することができる。

本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１４において、上側翼７ｂの上面８と鋼管３とがなす第１中間点交差角β２をβ２＝０°に近づければ近づけるほど、上側翼７ｂ上の土砂に鋼管３に向かう方向に分力が働く範囲を増やすことができ、より多くの推進力を得られるため施工性を向上させることができる。
しかし、β２を小さくしすぎた場合、上側翼７ｂ表面が急な角度で地盤に接触するため、回転施工時に大きな抵抗となる恐れがある。また、β２を小さくしすぎた場合、鋼管３への上側翼７ｂの溶接取り付けが困難となる。したがって、上側翼７ｂの取りつけ角度であるβ２に関しては、施工地盤の状況に合わせて４５°≦β２＜９０°の範囲となることが望ましい。

［実施の形態５］
実施の形態１～４は、鋼管３の先端に回転翼を１段取り付けた例であったが、本実施の形態のねじ込み式鋼管杭は、回転翼を多段（本例では３段）備えたものである。
回転翼７が多段の場合には、最下方に位置する１段目の回転翼は、回転施工時において、地盤を掘削してほぐす役割を主に果たし、２段目と３段目の回転翼はほぐされた土を上方に移動させて鋼管杭に推進力を与える役割を主に果たす。
そこで、本実施の形態では、１段目の回転翼とこれよりも上段の回転翼の役割の違いに着目して、各回転翼の取り付け態様を最適化したものであり、具体的には以下の態様からなるものである。

本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１５は、図１２、図１３に示すように、１段目の回転翼７が下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚で形成され、同様に２段目、３段目の上段回転翼７´が上段下側翼７´ａと上段上側翼７´ｂの２枚で形成された多段翼回転杭である。
そして、鋼管３の先端となる１段目に実施の形態２と同態様の回転翼７を有している。すなわち、１段目の回転翼７は、鋼管３の先端に、円弧状の下側翼７ａと上側翼７ｂが周方向に連続して設けられており、さらに以下の条件（５－１－４）～（５－１－６）を満たす。
（５－１－４）下側翼７ａにおける中間点交差角である第１中間点交差角β１が９０°超（本例では１００°）である。
（５－１－５）下側翼７ａよりも回転貫入時の出側に配置された上側翼７ｂの中間点交差角β２が、第１中間点交差角β１以下（本例では第１中間点交差角β１と同一）である。
（５－１－６）隣接する下側翼７ａと上翼側７ｂ同士では、回転貫入時の出側に配置されている上側翼７ｂの中間点交差角β２が回転貫入時の入側にある下側翼７ａの中間点交差角β１以下である。本実施の形態において、回転翼７は下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚で構成されるため、条件（５－１－６）は、下側翼７ａと上側翼７ｂとの関係だけを考えればよい。
また、２段目以降の上段回転翼７´については、鋼管３の外周面と上段回転翼７´の上面８とが成す交差角であり、かつ上段回転翼７´における円弧の中間点における交差角でもある上段中間点交差角β´が、以下の（５－２－１０）から（５－２－１２）を満たす。
（５－２－１０）最も回転貫入時の入側に配置された上段下側翼７´ａにおける中間点交差角である上段第１中間点交差角β´１が、９０°未満（本例では８０°）である。
（５－２－１１）上段下側翼７´ａよりも回転貫入時の出側に配置された上段上側翼７´ｂの中間点交差角β´２が、上段第１中間点交差角β´１以下（本例では、β´１＝β´２）である。
（５－２－１２）上段回転翼７´の内、任意の１段において、隣接する回転翼である上段下側翼７´ａと上段上側翼７´ｂ同士では、回転貫入時の出側に配置されている上段上側翼７´ｂの上段中間点交差角β´２が、回転貫入時の入側である上段下側翼７´ａの上段中間点交差角β´１以下である。本実施の形態において、上段回転翼７´は上段下側翼７´ａと上段上側翼７´ｂの２枚で構成されるため、条件（５－２－１２）は、上段下側翼７´ａと上段上側翼７´ｂとの関係だけを考えればよい。
なお、１段目の下側翼７ａ、上側翼７ｂ、２段及び３段の上段下側翼７´ａ、上段上側翼７´ｂのそれぞれの傾斜角度α１、α２、α´１、α´２は全て１０°である。

上記のように構成された本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１５においては、１段目の回転翼７上の土粒子の動きは、実施の形態２を示した図６と同様になる。この場合、回転翼７の４分の３の面積において、翼面上の砂を積極的に離脱させる作用が働き、地盤を掘削してほぐす際に回転抵抗を低減することができる（図１５参照）。

２段目と３段目の上段回転翼７´上の土粒子の動きは、実施の形態１を示した図３と同様になる。この場合、上段回転翼７´の４分の３の面積において、翼上の土砂を鋼管３に引き寄せる作用が働き、翼上の土砂量が増大し推進力が増大する（図１４参照）。

以上のように、本実施の形態のねじ込み式鋼管杭１５によれば、多段翼回転杭において、各段の役割に適した中間点交差角β、β´を定めることにより施工性向上を実現できる。

上記の実施の形態１～５においては、各段の回転翼７が２枚で構成されていたが、本発明はこれに限られず、各段の回転翼７は複数枚で構成されればよく、例えば３枚以上であってもよい。

なお、上記の実施の形態１～５においては、回転翼７としてドーナツ状の平板翼を例にあげたが、本発明の回転翼７の形状はこれに限られるものではなく、２枚の半円形または半楕円形の板を備えたものであってもよい。言い替えると、回転翼７を備える鋼管の外径より大きい円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼７としてもよい。この場合も、各段の回転翼７は３枚以上で構成してもよい。
なお、上記の実施の形態１～４においては、回転翼７は、交差部１９を介し、上下の翼全体でほぼ螺旋状となるように、鋼管３の外周面に備えられている例をあげたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、鋼管３の中心で実際にまたは仮想的に交差するように備えられても良い。
なお、中間点交差角β（β１、β２等）及び上段中間点交差角β´（β´１、β´２等）は上記で例示したものに限られず適宜設定すればよい。
なお、鋼管先端は閉塞していても開口していてもよい。

以下においては、回転翼７が１段の場合におけるより具体的な態様について、回転翼７上における土粒子に作用する分力が鋼管に近づく方向の分力ｆ１（以下、「内方向分力」という）か、鋼管３から離れる方向の分力ｆ１（以下、「外方向分力」という）かについての回転翼７の面積割合について具体例を示す。
［実施例１］
実施例１は、鋼管３の先端にある回転翼７が、下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚の回転翼７からなり、下側翼７ａと上側翼７ｂの上面８と鋼管３の外周面とがなす中間点交差角β１、β２が８０°で同一であり、各回転翼７ａ、７ｂの傾斜角度α１、α２が、１０°である。
この場合は、下側翼７ａと上側翼７ｂは、以下の（１）～（３）の条件を全て満たしている。
（１）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼（下側翼７ａ）における中間点交差角である第１中間点交差角が９０°未満である。
（２）該回転翼（下側翼７ａ）よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼（上側翼７ｂ）の中間点交差角が前記第１中間点交差角以下である。
（３）隣接する回転翼（下側翼７ａと上側翼７ｂ）同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼（上側翼７ｂ）の中間点交差角が回転貫入時の入側（下側翼７ａ）の中間点交差角以下である。この場合の分力ｆ１が、回転翼７上で作用する範囲の割合を、回転翼７を平面視した図１４に示す。図１４において、斜線部分は、回転翼７上の土粒子に鋼管３に向かう方向に分力ｆ１（内方向分力）が働く範囲を示し、それ以外の部分は、回転翼７上の土粒子に鋼管３から離れていく方向に分力ｆ１（外方向分力）が働く範囲を示す。

図１４に示すように、本実施例では、回転翼７の４分の３の面積において、翼上の土砂を鋼管３に引き寄せる作用が働き、翼上の土砂量が増大し、大きな推進力が得られる例である。

［実施例２］
実施例２は、鋼管３の先端にある回転翼７が、下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚の回転翼７からなり、下側翼７ａと上側翼７ｂの上面８と鋼管３の外周面とがなす中間点交差角β１、β２が１００°で同一であり、各回転翼７ａ、７ｂの傾斜角度α１、α２が、１０°である。
この場合は、下側翼７ａと上側翼７ｂは、以下の（４）～（６）の条件を全て満たしている。
（４）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼（下側翼７ａ）における中間点交差角である第１中間点交差角が９０°超である。
（５）該回転翼（下側翼７ａ）よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼（上側翼７ｂ）の中間点交差角が前記第１中間点交差角以下である。
（６）隣接する回転翼（下側翼７ａと上側翼７ｂ）同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼（上側翼７ｂ）の中間点交差角が回転貫入時の入側（下側翼７ａ）の中間点交差角以下である。
この場合の分力ｆ１が、回転翼７上で作用する範囲の割合を図１５に示す。図１５において図１４と同様に、斜線部分は、内方向分力が働く範囲を示し、それ以外の部分は外方向分力が働く範囲を示す。
本実施例では、回転翼７の４分の３の面積において、翼面上の砂を積極的に離脱させる作用が働き、回転抵抗を低減することができる例である。

［実施例３］
実施例３のねじ込み式鋼管杭１７は、図１６に示すように、鋼管３の先端にある回転翼７が下側翼７ａと中間翼７ｃと上側翼７ｂの３枚の回転翼７からなり、下側翼７ａの上面８と鋼管３の外周面とがなす中間点交差角β１が１００°であり、中間翼７ｃと上側翼７ｂの上面８と鋼管３の外周面とがなす中間点交差角β２、β３が８０°であり、下側翼７ａと中間翼７ｃと上側翼７ｂの傾斜角度α１、α２、α３が、すべて１０°である。
この場合は、下側翼７ａと中間翼７ｃと上側翼７ｂは、以下の（４）～（６）の条件を全て満たしている。
（４）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼（下側翼７ａ）における中間点交差角である第１中間点交差角が９０°超である。
（５）該回転翼（下側翼７ａ）よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼（中間翼７ｃ）の中間点交差角が前記第１中間点交差角以下である。
（６）隣接する回転翼（下側翼７ａと中間翼７ｃ）同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼（中間翼７ｃ）の中間点交差角が回転貫入時の入側（下側翼７ａ）の中間点交差角以下である。さらに、隣接する回転翼（中間翼７ｃと上側翼７ｂ）同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼（上側翼７ｂ）の中間点交差角が回転貫入時の入側（中間翼７ｃ）の中間点交差角以下である。

この場合の分力ｆ１が、回転翼７上で作用する範囲の割合を図１７に示す。図１７において図１４、図１５と同様に、斜線部分は、内方向分力が働く範囲を示し、それ以外の部分は外方向分力が働く範囲を示す。
本実施例では、回転施工時に地盤を掘削してほぐす回転杭始端部９に近い回転翼７の約３分の１範囲において翼面上の砂を積極的に離脱させる作用が働き、回転抵抗を低減する。また、それ以外の回転翼７の約３分の２の範囲において回転翼７上の土砂量を増大させることにより、推進力を増大させる。

［実施例４］
実施例４のねじ込み式鋼管杭１９は、図１８に示すように、回転翼７が下側翼７ａと中間翼７ｃと中間翼７ｄと上側翼７ｂの４枚の回転翼７からなり、下側翼７ａと中間翼７ｃの上面８と鋼管３とがなす中間点交差角β１、β２を１００°とし、中間翼７ｄと上側翼７ｂの上面８と鋼管３とがなす中間点交差角β３、β４を８０°とし、下側翼７ａと中間翼７ｃと中間翼７ｄと上側翼７ｂの傾斜角度α（α１～α４）をすべて１０°としたものである。

この場合の分力ｆ１が、回転翼７上で作用する範囲の割合を図１９に示す。図１９において図１４、図１５、図１７と同様に、斜線部分は、内方向分力が働く範囲を示し、それ以外の部分は外方向分力が働く範囲を示す。
本実施例では、回転施工時に地盤を掘削してほぐす回転杭始端部９に近い回転翼７の約２分の１範囲において翼面上の砂を積極的に離脱させる作用が働き、回転抵抗を低減する。またそれ以外の回転翼７の約２分の１の範囲において回転翼７上の土砂量を増大させることにより、推進力を増大させる。

［実施例５］
実施例５は、鋼管３の先端にある回転翼７が、下側翼７ａと上側翼７ｂの２枚の回転翼７からなり、下側翼７ａの上面８と鋼管３の外周面とがなす中間点交差角β１を９０°、上側翼７ｂの上面８と鋼管３の外周面とがなす中間点交差角β２を７０°とし、各回転翼７ａ、７ｂの傾斜角度α１、α２を１０°としたものである。
この場合は、下側翼７ａと上側翼７ｂは、以下の（７）～（９）の条件を全て満たしている。
（７）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼（下側翼７ａ）における中間点交差角である第１中間点交差角β１が、９０°である。
（８）該回転翼（下側翼７ａ）よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼（上側翼７ｂ）の中間点交差角β２が、９０°未満である。
（９）隣接する回転翼（下側翼７ａと上側翼７ｂ）同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼（下側翼７ａ）の中間点交差角が、回転貫入時の入側（下側翼７ａ）の中間点交差角以下である。
この場合の分力ｆ１が、回転翼７上で作用する範囲の割合を、回転翼７を平面視した図２０に示す。図２０において、斜線部分は、回転翼７上の土粒子に鋼管３に向かう方向に分力ｆ１（内方向分力）が働く範囲を示し、それ以外の部分は、回転翼７上の土粒子に鋼管３から離れていく方向に分力ｆ１（外方向分力）が働く範囲を示す。

図２０に示すように、本実施例は、回転翼７の８分の５の面積において、翼上の土砂を鋼管３に引き寄せる作用が働き、翼上の土砂量が増大し、大きな推進力が得られる例である。もっとも、本実施例における回転翼７上の土砂を鋼管３に引き寄せる面積は、実施例１程ではないため、実施例１に対しては、若干推進力が弱くなる。その為、軟弱度がより弱い地盤に使用することが望ましい。

なお、以上の説明から、本発明に係るねじ込み式鋼管杭を設計するには、地盤の硬度を考慮して設計することが好ましく、このためには、あらかじめ基準となる地盤硬度を設定しておき、この基準となる地盤の硬さとの関係で最も回転貫入時の入側に配置される回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角を設定するようにすればよい。
具体的には、以下のような設計方法となる。
鋼管の先端に、該鋼管の外径より大きい円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼が、周方向に２枚以上連続して設けられたねじ込み式鋼管杭の設計方法であって、
前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である中間点交差角を、以下の（１３）から（１５）の条件を満たすように設定することを特徴とするねじ込み式鋼管杭の設計方法。
（１３）施工対象である地盤の硬さが予め定めた硬さ未満の場合には最も回転貫入時の入側に配置される回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角を９０°未満とし、前記地盤の硬さが予め定めた硬さ以上の場合には前記第１中間点交差角を９０°超とする。
（１４）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の中間点交差角を、前記第１中間点交差角以下とする。
（１５）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の中間点交差角が回転貫入時の入側の中間点交差角以下とする。

上記のように設計することで、施工対象の地盤に最も適したねじ込み式鋼管杭を設計することができる。

また、ねじ込み式鋼管杭を施工する場合にも地盤の硬度を考慮することが好ましく、施工対象となる地盤の硬さを調査し、この調査結果に基づいて、実施の形態１～５のいずれかのねじ込み式鋼管杭を選択するようにすればよい。
具体的には、実施の形態１乃至５のいずれかに記載のねじ込み式鋼管杭の施工方法であって、
施工対象となる地盤の硬さを調査し、この調査結果に基づいて実施の形態１乃至５のいずれかのねじ込み式鋼管杭を選択し、該選択したねじ込み式鋼管杭の鋼管の上端を把持して前記地盤中に回転貫入させるようにする。

上記のように施工することで、施工対象の地盤に最も適したねじ込み式鋼管杭の施工ができる。

なお、上記の説明における傾斜角度αは、一般的には取付角度と呼ばれるものであり、翼全体が鋼管に対してどの程度傾斜して取り付けられているかを示す角度である。例えば、本実施の形態や実施例で説明したように、円弧状の翼が鋼管先端の外周面に取り付けられている場合、傾斜角度αは、翼が鋼管に接合されている円弧状の接合線を含む平面の鋼管軸に対する傾斜角度のことであり、本明細書においては前記平面の傾斜方向に沿った直線と鋼管軸が成す角度のうち鋭角側の角度である。

発明に至った経緯と実施の形態１～４と実施例１～２と実施例５においては説明を容易にするために、下側翼７ａの傾斜角度α１と上側翼７ｂの傾斜角度α２とが同じ場合について説明した。
また、実施の形態５においては説明を容易にするために、１段目の下側翼７ａ、上側翼７ｂ、２段及び３段の上段下側翼７´ａ、上段上側翼７´ｂのそれぞれの傾斜角度α１、α２、α´１、α´２が、全て同じ場合について説明した。
また、実施例３において説明を容易にするために、下側翼７ａと中間翼７ｃと上側翼７ｂの傾斜角度α１、α２、α３が、全て同じ場合について説明した。
また、実施例４において説明を容易にするために、下側翼７ａと中間翼７ｃと中間翼７ｄと上側翼７ｂの傾斜角度α（α１～α４）が、全て同じ場合について説明した。
しかし、本発明において傾斜角度αは上記の態様に限定されるものではなく、傾斜角度α（α１～α４およびα’１～α’２を含む）は、全てが同じでなくてもよい。具体的には、同じ傾斜角度αの回転翼の組が１つ以上あってもよいし、全ての回転翼の傾斜角度が異なっていてもよい。

１ ねじ込み式鋼管杭（実施の形態１）
３ 鋼管
７ 回転翼
７ａ 下側翼
７ｂ 上側翼
７ｃ 中間翼
７ｄ 中間翼
７´ 上段回転翼
７´ａ 上段下側翼
７´ｂ 上段上側翼
８ 回転翼の上面
９ 回転翼始端部
１０ 回転翼終端部
１１ ねじ込み式鋼管杭（実施の形態２）
１３ ねじ込み式鋼管杭（実施の形態３）
１４ ねじ込み式鋼管杭（実施の形態４）
１５ ねじ込み式鋼管杭（実施の形態５）
１７ ねじ込み式鋼管杭（実施例３）
１９ ねじ込み式鋼管杭（実施例４）
２１ ねじ込み式鋼管杭（従来例）

Claims (6)

1. 鋼管の先端に、該鋼管の外径より大きい円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼が、周方向に２枚以上連続して設けられたねじ込み式鋼管杭であって、
   前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である中間点交差角が、以下の（１）から（３）の条件を満たすことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
   （１）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角が、９０°未満である。
   （２）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の中間点交差角が、前記第１中間点交差角以下である。
   （３）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の中間点交差角が回転貫入時の入側の中間点交差角以下である。
2. 鋼管の先端に、該鋼管の外径より大きい円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼を、周方向に２枚以上連続して設けられたねじ込み式鋼管杭であって、
   前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である中間点交差角が、以下の（４）から（６）の条件を満たすことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
   （４）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角が、９０°超である。
   （５）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の中間点交差角が、前記第１中間点交差角以下である。
   （６）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の中間点交差角が、回転貫入時の入側の中間点交差角以下である。
3. 鋼管の先端に、該鋼管の外径より大きい円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼を、周方向に２枚以上連続して設けられたねじ込み式鋼管杭であって、
   前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である中間点交差角が、以下の（７）から（９）の条件を満たすことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
   （７）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角が、９０°である。
   （８）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の中間点交差角が、９０°未満である。
   （９）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の中間点交差角が、回転貫入時の入側の中間点交差角以下である。
4. 鋼管の先端に請求項２に記載の回転翼を有し、該回転翼の上方に上段翼を１段以上有する多段翼式のねじ込み式鋼管杭であって、
   前記上段翼は、前記鋼管の外径より大きいドーナツ状の円盤を分割してなる円弧状の回転翼を、周方向に２枚以上連続して設けられており、
   前記上段翼について、前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である上段中間点交差角が、以下の（１０）から（１２）の条件を満たすことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
   （１０）最も回転貫入時の入側に配置された回転翼における上段中間点交差角である上段第１中間点交差角が、９０°未満である。
   （１１）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の上段中間点交差角が、前記上段第１中間点交差角以下である。
   （１２）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の上段中間点交差角が、回転貫入時の入側の中間点交差角以下である。
5. 鋼管の先端に、該鋼管の外径より大きい円盤またはドーナツ状の円盤を径方向に分割してなる円弧状の回転翼が、周方向に２枚以上連続して設けられたねじ込み式鋼管杭の設計方法であって、
   前記鋼管の外周面と前記回転翼の上面とが成す交差角であり、かつ前記回転翼における円弧の中間点における交差角である中間点交差角を、以下の（１３）から（１５）の条件を満たすように設定することを特徴とするねじ込み式鋼管杭の設計方法。
   （１３）施工対象である地盤の硬さが予め定めた硬さ未満の場合には最も回転貫入時の入側に配置される回転翼における中間点交差角である第１中間点交差角を９０°未満とし、前記地盤の硬さが予め定めた硬さ以上の場合には前記第１中間点交差角を９０°超とする。
   （１４）該回転翼よりも回転貫入時の出側に配置される回転翼の中間点交差角を、前記第１中間点交差角以下とする。
   （１５）隣接する回転翼同士では、回転貫入時の出側に配置されている回転翼の中間点交差角が回転貫入時の入側の中間点交差角以下とする。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のねじ込み式鋼管杭の施工方法であって、
   施工対象となる地盤の硬さを調査し、この調査結果に基づいて請求項１乃至４のいずれかのねじ込み式鋼管杭を選択し、該選択したねじ込み式鋼管杭の鋼管の上端を把持して前記地盤中に回転貫入させることを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施工方法。

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