JP7497710B2 - 流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法、流体供給管付き鋼管杭 - Google Patents

Description

本発明は回転接合される鋼管杭の回転接合方法に関し、特に杭軸方向に配設されて杭内面及び／または杭先端に流体を供給する流体供給管を備えた流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法、流体供給管付き鋼管杭に関する。

鋼管杭の接合には溶接継手が使われることが一般的であるが、火気が使えない場合や、接合時間を短縮する必要がある場合など、継ぎ部に機械式継手を用いるケースが増えてきており、このような機械式継手のひとつにねじ継手がある（特許文献１参照）。

また、鋼管杭を打設する場合、施工性を向上させるため、流体供給管を鋼管杭の上端から下端まで鋼管杭内面に沿って配管し、流体供給管に水、掘削液、空気等を供給して杭下端等から吐出することが行われる（特許文献２、３参照）。

流体供給管は、通常、工場や現場で事前に鋼管内面に取り付けられている（固定バンドや溶接等で固定）。（特許文献３：下杭側のパイプ固定）
鋼管杭に継ぎ（現場縦継ぎ溶接部または、置き場での横継溶接部）がある場合、上杭位置決め後、継ぎ部位置での流体供給管はソケットやジョイントパイプなどの部材を介して接続（連結）し、その後に上杭と下杭を溶接する。

特許第6575553号公報 特許第4242251号公報 特開2018-123670号公報 特許6354911号公報

鋼管杭を継杭しながら打設するに際して、流体供給管を鋼管杭の内面に配設する場合、打設時に鋼管内部に流入する土の土圧などに流体供給管が耐え切れず、破損してしまう可能性がある。そのため、流体供給管は鋼管杭の打設前に鋼管杭の内面に固定する必要がある。
また、打設されている下杭に上杭を接合する際には、上杭内に流体供給管を挿通した状態で、下杭と上杭を接合する前に、下杭側の流体供給管の上端と上杭側の流体供給管の下端を接合し、その後、下杭と上杭を接合することになる。

このため、上杭と下杭の接合をねじ継手で行う場合、上杭への流体供給管を固定した状態で上杭を回転すると流体供給管がねじれてしまうため、上杭の回転接合ができないという問題があった。
なお、上記の問題は回転接合する機構としてねじ継手を用いたものに限られず、例えば特許文献４に開示された継手のように、外側継手管に内側継手管を挿入完了位置まで挿入して、挿入完了状態で外側継手管又は内側継手管を所定角度回転することで両者が係合して回転接合されるものでも同様の問題がある。

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、回転接合されると共に杭内面及び／または杭先端に流体を供給する流体供給管を備えた流体供給管付き鋼管杭において、流体供給管にねじれを発生することなく回転接合が可能な流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法を提供することを目的としている。
また、このような回転接合を可能とする流体供給管付き鋼管杭を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法は、回転接合されると共に杭軸方向に配設されて杭内面及び／または杭先端に流体を供給する流体供給管を備えた流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法であって、
下杭側流体供給管が取り付けられて地盤に打設された下杭の上方に、上杭側流体供給管が仮り取付された上杭を吊り支持する工程と、前記上杭側流体供給管を前記下杭側流体供給管に接続する流体供給管接続工程と、上杭側流体供給管を上杭の回転に追従しない状態で保持して上杭を下杭に回転接合する杭回転接合工程と、上杭が下杭に回転接合された状態で前記上杭側流体供給管が前記上杭内面に対して周方向に移動するのを規制する上杭側流体供給管周方向移動規制工程と、を備えたことを特徴とするものである。

（２）また、回転接合されると共に杭軸方向に配設されて杭内面及び／または杭先端に流体を供給する流体供給管を備えた流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法であって、
下杭側流体供給管が取り付けられて地盤に打設された下杭の上方に上杭を吊り支持する工程と、吊り支持された上杭の内部に上杭側流体供給管を挿入して前記下杭側流体供給管に接続する流体供給管接続工程と、上杭側流体供給管を上杭の回転に追従しない状態で保持して上杭を下杭に回転接合する杭回転接合工程と、上杭が下杭に回転接合された状態で前記上杭側流体供給管が前記上杭内面に対して周方向に移動するのを規制する上杭側流体供給管周方向移動規制工程と、を備えた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、前記上杭側流体供給管周方向移動規制工程は、上杭内面に設けた係合部に前記上杭側流体供給管が杭回転接合完了時に係合することで、前記上杭側流体供給管の周方向移動が規制されることを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記係合部は、杭軸方向に延びて前記上杭側流体供給管が挿入される溝部と、該溝部に向かって登り傾斜となる傾斜面部とを備えてなり、
前記杭回転接合工程は、前記上杭側流体供給管の上端部を、回転方向の移動を規制しつつ径方向の移動を許容して保持し、
上杭側流体供給管周方向移動規制工程は、前記上杭側流体供給管が径方向に移動することで前記傾斜面部を乗り越えて前記溝部に挿入されることを特徴とするものである。

（５）本発明に係る流体供給管付き鋼管杭は、鋼管と、該鋼管の端部に設けられた継手部と、前記鋼管の管軸方向に配設されて鋼管内面及び／または鋼管先端に流体を供給する流体供給管を備えた流体供給管付き鋼管杭であって、
前記鋼管内面に設けられて前記流体供給管に係合して該流体供給管の周方向の移動を規制する係合部を備え、
該係合部は、鋼管を回転接合したときに回転嵌合完了時点で前記流体供給管が係合する位置に設けられていることを特徴とするものである。

（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、前記係合部は、杭軸方向に延びて前記上杭側流体供給管が挿入される溝部と、該溝部に向かって登り傾斜となる傾斜面部とを備えてなることを特徴とするものである。

本発明によれば、回転接合されると共に杭先端に流体を供給する流体供給管を備えた鋼管杭において、流体供給管にねじれを発生させることなく上杭と下杭の回転接合とを容易にかつ効率よく行うことができる。

本発明の実施の形態に係る流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法の施工手順の説明図である。 実施の形態における上杭を吊り支持する工程で用いる部材の説明図である。 実施の形態における上杭を吊り支持する工程の一例の説明図である。 実施の形態における上杭を吊り支持する工程で用いる三又部材の設置方法の説明図である。 実施の形態における流体供給管接続工程で用いる接続部材の説明図である。 実施の形態における上杭側流体供給管周方向移動規制工程で用いる係合部の説明図である。 実施の形態における杭回転接合工程と上杭側流体供給管周方向移動規制工程における流体供給管、上杭及び下杭の相対関係の説明図である。 実施の形態の上杭を吊り支持する工程に用いる部材の他の態様の説明図であって、ねじ接合前の状態を示す図である。 実施の形態の上杭を吊り支持する工程に用いる部材の他の態様の要部を説明する図である（その１）。 実施の形態の上杭を吊り支持する工程に用いる部材の他の態様の説明図であって、ねじ接合後の状態を示す図である。 実施の形態の上杭を吊り支持する工程に用いる部材の他の態様の要部を説明する図である（その２）。

本実施の形態では、杭を回転接合するための機構として、杭端部にねじ継手を用いる場合を例に挙げて説明する。
本実施の形態は、図１に示すように、ねじ継手１で回転接合されると共に杭軸方向に配設されて杭内面及び／または杭先端に流体を供給する流体供給管３を備えた流体供給管付き鋼管杭５の回転接合方法であって、下杭側流体供給管３ｂが取り付けられて地盤に打設された下杭５ｂの上方に、上杭側流体供給管３ａが仮り取付された上杭５ａを吊り支持する工程（図１（ａ）参照）と、上杭側流体供給管３ａを下杭側流体供給管３ｂに接続する流体供給管接続工程（図１（ｂ）参照）と、上杭側流体供給管３ａを上杭５ａの回転に追従しない状態で保持して上杭５ａを下杭５ｂに回転接合する杭回転接合工程（図１（ｃ）参照）と、上杭５ａが下杭５ｂに回転接合された状態で上杭側流体供給管３ａが上杭内面に対して周方向に移動するのを規制する上杭側流体供給管３ａ周方向移動規制工程（図１（ｄ）参照）と、を備えている。
以下、各工程と各工程に用いる機器について説明する。
なお、本発明においては外径が、φ300mm～φ2000mm程度の鋼管杭を対象としている。

＜上杭を吊り支持する工程＞
この工程は、下杭側流体供給管３ｂが取り付けられて地盤に打設された下杭５ｂの上方に、上杭側流体供給管３ａが仮り取付された上杭５ａを吊り支持する工程である（図１（ａ）参照）。
この工程を実現するための部材としては、例えば図２に示す、吊天秤７（図２（ａ））と三又部材９（図２（ｂ））が挙げられる。

吊天秤７は、図３に示すように、ねじ継手１を有する上杭５ａを２箇所で吊り、上杭５ａは吊天秤７で吊られることで、吊天秤７と共に回転できる。
三又部材９は、上杭側流体供給管３ａを上杭５ａ内に配置した状態で、上杭５ａとは独立して保持するための部材である。

三又部材９は、図２（ｂ）に示すように、１２０度の間隔で配置された３つの辺部９ａの基端部が中央で接合され、各辺部９ａの先端には上杭側流体供給管３ａを挿通するための長穴９ｂ（図４参照）が設けられている。三又部材９を用いることで、３本の上杭側流体供給管３ａを保持することができる。
三又部材９は、長穴９ｂに上杭側流体供給管３ａを挿通して保持した状態で上杭５ａに仮り取付（着脱可能な固定具で一時的に固定すること）し、図３に示す吊天秤７の中央部に設けたチェーン１１などで吊り下げて、上杭５ａの上端面近傍に配置する。

上記のようにすれば、上杭５ａと共に吊天秤７が回転しても、三又部材９は回転することなく上杭５ａとは独立した動きをすることができる。このため、三又部材９に保持された上杭側流体供給管３ａは、上杭５ａの回転に追従することなく保持される。
なお、三又部材９に設けた長穴９ｂは径方向に長いので、長穴９ｂに挿通されている上杭側流体供給管３ａは長穴９ｂ内を径方向に移動することができる。

上記の例は上杭側流体供給管３ａが仮り取付された上杭５ａを吊り支持するものであったが、上杭５ａを吊り支持した後で上杭側流体供給管３ａを上杭５ａ内に挿入するようにしてもよい。

＜流体供給管接続工程＞
流体供給管接続工程は、上杭側流体供給管３ａを下杭側流体供給管３ｂに接続する工程である（図１（ｂ）参照）。
ねじ継手接合部付近の流体供給管３は、回転接合する継手付鋼管杭の鋼管内面形状に対応できるように、例えば、図５に示すように、ねじ継手１を避けるように鋼管内側に向けて屈曲する形状にする。上杭側流体供給管３ａの下端や下杭側流体供給管３ｂの上端の接続部は例えばカプラー１３によって接続する。接続用の部材としては、カプラー１３の他、ソケットやジョイントパイプ等でもよい。
なお、図５では、ねじ継手１の接続後の配置関係を示している。

＜杭回転接合工程＞
杭回転接合工程は、上杭側流体供給管３ａを上杭５ａの回転に追従しない状態で保持して上杭５ａを下杭５ｂに回転接合する工程である（図１（ｃ）参照）。
上杭５ａを回転する方法としては、特に限定されるものではないが、回転バンド１４を使った人力による回転や、牽引工具を用いた回転、施工機械の回転機構を利用した回転などが想定できるが、現場の状況に応じて適切なものを選択すればよい。
本実施の形態では、上杭５ａは図３に示すように吊天秤７に吊られているので、簡単に回すことができる。また、流体供給管３ａは下杭側流体供給管３ｂと接続され、かつ三又部材９で保持されているので、上杭５ａの回転には追従しない。

＜上杭側流体供給管周方向移動規制工程＞
上杭側流体供給管周方向移動規制工程は、上杭５ａが下杭５ｂに回転接合された状態で上杭側流体供給管３ａが上杭５ａ内面に対して周方向に移動するのを規制する工程である（図１（ｄ）参照）。
本工程の一つの態様として、上杭５ａ内面に設けた係合部１５に上杭側流体供給管３ａが、上杭５ａの杭回転接合完了時に係合することで、上杭側流体供給管３ａの周方向移動が規制されるようにする態様が挙げられる。

係合部１５の例としては、図６（ａ）に示すように、平面視で直角三角形の２つのブロック体１５ａを、各部材の直角を挟む辺部９ａを所定の間隔（流体供給管３の外径より少し大きい間隔）離して対向配置することで溝部１５ｂを形成して上杭５ａ内面に固定したものや、図６（ｂ）に示すように、ブロック体１５ａとＬ字片１５ｃを組み合わせたものであって、Ｌ字片１５ｃの開口側を上杭５ａの周方向の片側に向けて上杭５ａ内面に固定し、上杭５ａの内周面であってＬ字片１５ｃの開口側にブロック体１５ａを固定したものが挙げられる。
係合部１５の上杭周方向の個数は、流体供給管３の本数に合わせて設定する。また、係合部１５の上杭軸方向の個数や設置位置は、上杭５ａの寸法（径や長さ）や、杭施工機の仕様に合わせて選択すればよい。もっとも、杭頭付近とねじ継手近傍などには、軸方向の間隔を狭くして複数個設けるようにしてもよい。

なお、図６においては、上杭５ａの回転に伴い流体供給管３が上杭周方向に相対移動する様子を図示しており、図６（ａ）の態様では、上杭側流体供給管３が径方向に相対移動することで係合部１５であるブロック体１５ａの傾斜面部を乗り越えて溝部１５ｂに挿入され係止され、図６（ｂ）の態様では、上杭側流体供給管３が径方向に相対移動して係合部１５を構成するブロック体１５ａの傾斜面部を乗り越えてＬ字片１５ｃとブロック体１５ａで形成される溝部１５ｂに入って係止される。

ねじ継手１の回転接合が完了して流体供給管３の移動規制がなされると接合が完了する。
なお、接合完了後に逆回転を防止するためのピンを設置してもよい。
係合部１５によって、流体供給管３の周方向の移動を規制することで、杭貫入時に杭内に流入する土によって流体供給管３が移動するのを効果的に防止でき、杭貫入時の流体供給管３の変形や外れを防止することができる。

上述した杭回転接合工程と上杭側流体供給管周方向移動規制工程における流体供給管３、上杭５ａ及び下杭５ｂの相対関係について図７に基づいて説明する。図７（Ａ）は上杭５ａの内面を、図７（Ｂ）は下杭５ｂの内面をそれぞれ示している。
また、図中のＡ、Ｂに付した数字は、図７（Ａ-１）のねじ継手接合前の状態から上杭５ａの時計回りへの回転が、数字が大きくなるにしたがって進み、図７（Ａ-５）のねじ継手完了の状態に至ることを示したものである。

図７（Ａ-１）の状態から上杭５ａが時計回りに回転すると、流体供給管３が係合部１５に徐々に近づき（図７（Ａ-２）～図７（Ａ-３））、さらに回転すると、流体供給管３が係合部１５の傾斜面部に乗り上げて（図７（Ａ-４））、その後、係合部１５の溝部１５ｂに嵌り込む（図７（Ａ-５））。これによって、流体供給管３の周方向への移動が規制される。
一連の流れの中で、図７（Ｂ-１）～図７（Ｂ-５）に示されるように、下杭５ｂは回転せず、また下杭５ｂと流体供給管３の相対位置は変わらない。

図７（Ａ-４）に示すように、流体供給管３が係合部１５の傾斜面部を乗り越える際には流体供給管３が上杭５ａの径内方向に移動しているが、これは図４に示すように、流体供給管３を保持している三又部材９の長穴９ｂが径方向に延びていることでこの動きの円滑化を図っている。もっとも、仮に長穴９ｂによる径内方向への移動を許容していなくても、流体供給管３はある程度の長さを有しており撓むことができるので、この撓みによって係合部１５の山を乗り越えることもできる。

本実施の形態によれば、ねじ継手１で回転接合されると共に杭先端に流体を供給する流体供給管３を備えた鋼管杭において、上杭５ａと下杭５ｂの接合時において流体供給管３の接合と鋼管杭の回転接合と容易にかつ効率よく行うことができる。

なお、上記の実施の形態の上杭５ａを吊り支持する工程においては、流体供給管３を上杭５ａの回転に追従しないように保持するための部材として三又部材９を用いた例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、以下に他の態様について説明する。

＜他の態様＞
他の態様としては、図８、図９に示すように、上杭５ａの内径よりも若干小径のリング部材１７の内側に上杭側流体供給管３ａをサドルバンド１９で固定し、リング部材１７を上杭５ａの内周面の４箇所に設置したストッパー２１上に載置した態様である。

ストッパー２１は、図９の部分拡大図に示すように、上杭５ａの内周面から径内方向に突出してリング部材１７を載置する横片部２１ａと、横片部２１ａの先端から上方に立ち上がるように設けられてリング部材１７の径内方向への移動を規制する縦片部２１ｂを備えている。
また、リング部材１７の外周部には、リング部材１７と上杭５ａの内周面との摩擦を低減するための摩擦低減部材としてのボールキャスター２３を４箇所設けている。ボールキャスター２３を設けることで、上杭５ａが回転する際に、リング部材１７が上杭５ａに追従して回転するのを効果的に防止することができる。

上記の他の態様によれば、流体供給管３を保持したリング部材１７をストッパー２１上に載置し、かつ流体供給管３を下杭側流体供給管３ｂと連結した状態で上杭５ａを回転すれば、リング部材１７はストッパー２１に載置されているだけであり、上杭５ａの回転に追従せず、上杭５ａの回転接合が進むと上杭５ａが下降するのでリング部材１７はストッパー２１から離れる。このとき、上杭側流体供給管３ａはリング部材１７を介して互いに支え合うことで上杭５ａの内周面に近接した位置を保持している。
そして、ねじ継手１の接合が完了した時点では、上記の実施の形態で説明したように、流体供給管３が係合部１５に係止する。

図８はねじ継手１の接合前の状態を示し、図１０はねじ継手１の接合完了状態を示している。
図１０の状態では、リング部材１７がストッパー２１から離れ、流体供給管３が係合部１５に係止している。

なお、流体供給管３をリング部材１７に保持する部材として、図１１に示すように、Ｕボルト２５を用いることもできる。Ｕボルト２５を、Ｕ字の開口側を径内方向に向けると、Ｕ字の屈曲部が鋼管内面側となり、ボールキャスター２３を設けなくても鋼管内面との摩擦低減効果が得られる。

上記の実施の形態は、杭を回転接合するための機構として、杭端部にねじ継手を用いたものを例示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、接合時に回転を伴う継手部を用いるものであれば適用可能である。このような継手部の例としては、外側継手管に内側継手管を挿入完了位置まで挿入して、挿入完了状態で外側継手管又は内側継手管を所定角度回転することで両者が係合して回転接合されるものが挙げられる。

１ ねじ継手
３ 流体供給管
３ａ 上杭側流体供給管
３ｂ 下杭側流体供給管
５ 流体供給管付き鋼管杭
５ａ 上杭
５ｂ 下杭
７ 吊天秤
９ 三又部材
９ａ 辺部
９ｂ 長穴
１１ チェーン
１３ カプラー
１４ 回転バンド
１５ 係合部
１５ａ ブロック体
１５ｂ 溝部
１５ｃ Ｌ字片
１７ リング部材
１９ サドルバンド
２１ ストッパー
２１ａ 横片部
２１ｂ 縦片部
２３ ボールキャスター
２５ Ｕボルト

Claims (5)

1. 回転接合されると共に杭軸方向に配設されて杭内面及び／または杭先端に流体を供給する流体供給管を備えた流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法であって、
   下杭側流体供給管が取り付けられて地盤に打設された下杭の上方に、上杭側流体供給管が仮り取付された上杭を吊り支持する工程と、前記上杭側流体供給管を前記下杭側流体供給管に接続する流体供給管接続工程と、上杭側流体供給管を上杭の回転に追従しない状態で保持して上杭を下杭に回転接合する杭回転接合工程と、上杭が下杭に回転接合された状態で前記上杭側流体供給管が前記上杭内面に対して周方向に移動するのを規制する上杭側流体供給管周方向移動規制工程と、を備え、
   前記上杭側流体供給管周方向移動規制工程は、上杭内面に設けた係合部に前記上杭側流体供給管が杭回転接合完了時に係合することで、前記上杭側流体供給管の周方向移動が規制されることを特徴とする流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法。
2. 回転接合されると共に杭軸方向に配設されて杭内面及び／または杭先端に流体を供給する流体供給管を備えた流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法であって、
   下杭側流体供給管が取り付けられて地盤に打設された下杭の上方に上杭を吊り支持する工程と、吊り支持された上杭の内部に上杭側流体供給管を挿入して前記下杭側流体供給管に接続する流体供給管接続工程と、上杭側流体供給管を上杭の回転に追従しない状態で保持して上杭を下杭に回転接合する杭回転接合工程と、上杭が下杭に回転接合された状態で前記上杭側流体供給管が前記上杭内面に対して周方向に移動するのを規制する上杭側流体供給管周方向移動規制工程と、を備え、
   前記上杭側流体供給管周方向移動規制工程は、上杭内面に設けた係合部に前記上杭側流体供給管が杭回転接合完了時に係合することで、前記上杭側流体供給管の周方向移動が規制されることを特徴とする流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法。
3. 前記係合部は、杭軸方向に延びて前記上杭側流体供給管が挿入される溝部と、該溝部に向かって登り傾斜となる傾斜面部とを備えてなり、
   前記杭回転接合工程は、前記上杭側流体供給管の上端部を、回転方向の移動を規制しつつ径方向の移動を許容して保持し、
   上杭側流体供給管周方向移動規制工程は、前記上杭側流体供給管が径方向に移動することで前記傾斜面部を乗り越えて前記溝部に挿入されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体供給管付き鋼管杭の回転接合方法。
4. 鋼管と、該鋼管の端部に設けられた継手部と、前記鋼管の管軸方向に配設されて鋼管内面及び／または鋼管先端に流体を供給する流体供給管を備えた流体供給管付き鋼管杭であって、
   前記鋼管内面に設けられて前記流体供給管に係合して該流体供給管の周方向の移動を規制する係合部を備え、
   該係合部は、鋼管を回転接合したときに回転嵌合完了時点で前記流体供給管が係合する位置に設けられていることを特徴とする流体供給管付き鋼管杭。
5. 前記係合部は、杭軸方向に延びて前記流体供給管が挿入される溝部と、該溝部に向かって登り傾斜となる傾斜面部とを備えてなることを特徴とする請求項４に記載の流体供給管付き鋼管杭。

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