JPH08184037A - 二重管式鋼管杭 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 地滑り抑止用杭または土留め用杭として使用
される鋼管杭であって、外側鋼管１と内側鋼管２とが同
一軸線に沿って互いに同心円状に配置され、そして、外
側鋼管１と内側鋼管２との間の環状間隙内にはコンクリ
ート３が充填されている二重管構造であり、外側鋼管１
の内径と内側鋼管２の外径との差は20cm以上である。 【効果】 建て込みに際し、吊り能力の大きいクレーン
を要せず、掘削残土量が少なくて済み、外側鋼管と内側
鋼管との間に充填されるコンクリートを強度部材とする
ことができ、耐荷量が大であって、しかもスパイラル鋼
管のような通常の造管法で製造し得る板厚の鋼管を使用
することができ、経済的である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、地滑り抑止用杭また
は土留め用杭として使用される二重管式鋼管杭に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】地山の地滑り抑止または土留めのため
に、地中に打ち込まれる杭として、従来次のような構造
の杭が使用されている。 小径鋼管杭 この杭は、図９に垂直断面図で、図10に図９のＡ−Ａ線
断面図で示すように、外径が通常30〜50cm最大でも70cm
である小径鋼管杭11からなっており、地層中への埋め込
みは、次のようにして行われる。地すべり地帯の移動層
６および不動層７からなる地層中に、上記小径鋼管杭11
の挿入孔10を、ロータリー式ボーリングマシンやダウン
ザホールハンマにより掘削して形成し、形成された挿入
孔10に上記小径鋼管杭11を建込む。そして、挿入孔10の
鋼管杭11の外側に形成された空隙内に、セメントモルタ
ルまたはセメントミルク８を充填し、また、鋼管杭11内
にコンクリートまたはセメントモルタル５を充填する
（以下、先行技術１という）。先行技術１の鋼管杭11は
小径であるから、地層中への杭挿入孔10の形成は、ロー
タリー式ボーリングマシンやダウンザホールハンマ等の
専用掘削機によって容易に行うことができる。

【０００３】 コンクリート杭 この杭は、図11に垂直断面図で、図12に図11のＡ−Ａ線
断面図で示すように、外径が約３〜５ｍの鉄筋場所打ち
コンクリート杭12からなっており、地層中への埋め込み
は、次のようにして行われる。地すべり地帯の移動層６
および不動層７からなる地層中に挿入孔10を人力により
掘削して形成し、形成された挿入孔10に鉄筋かご12を建
込み、その後、掘削孔内にコンクリート３を充填する
（以下、先行技術２という）。先行技術２のコンクリー
ト杭は、一般にシャフト杭または深礎杭と称されてお
り、その外径が約３〜５ｍであって大径であるから、杭
１本当たりの耐荷力は極めて大である。

【０００４】 大径鋼管杭 この杭は、図13に垂直断面図で、図14に図13のＡ−Ａ線
断面図で示すように、外径が約１〜３ｍの大径鋼管杭13
からなっており、地層中への打ち込みは次のようにして
行われる。地すべり地帯の移動層６および不動層７から
なる地層中に、上記大径鋼管杭13の挿入孔10を、硬質地
盤用掘削機により掘削して形成し、形成された挿入孔10
に上記大径鋼管杭13を建込む。そして、挿入孔10内の鋼
管杭13の外側に形成された空隙内に、セメントモルタル
またはセメントミルク８を充填し、また、鋼管杭13内に
コンクリートまたはセメントモルタル５を充填する（以
下、先行技術３という）。先行技術３の杭の径および耐
荷力は、先行技術１の杭と先行技術２の杭の中間であ
り、地中への杭挿入孔10の形成は、最近実用化された硬
質地盤用掘削機を使用することにより、先行技術２より
も短期間に行うことができ、その信頼性も高い。

【０００５】 補強材入り鋼管杭 この杭は、図15に垂直断面図で、図16に図15のＡ−Ａ線
断面図で示すように、その中にＨ型鋼や小径鋼管等の補
強材14が挿入された、外径が約45cm位の小径の鋼管杭15
からなっており、地層中への杭の打ち込みは、次のよう
にして行われる。地すべり地帯の移動層６および不動層
７からなる地層中に、上記鋼管杭15の挿入孔10を掘削
し、掘削された挿入孔10に上記鋼管杭15を建込み、更
に、鋼管杭15内にＨ型鋼や小径鋼管等の補強材14を挿入
する。そして、鋼管杭15と補強材14との間隙内にセメン
トモルタルまたはセメントミルク８を充填し、また、挿
入孔10内の鋼管杭15の外側に形成された空隙内に、セメ
ントモルタルまたはセメントミルク８を充填する（以
下、先行技術４という）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】先行技術１には、次の
ような問題がある。 杭が小径であるために、先行技術２および３の杭に
比べて杭１本毎の耐荷力が小さく、従って、この鋼管杭
11を多数本埋設しても、大規模な地すべりに対しては効
果が薄い。 杭内に充填されるコンクリートまたはセメントモル
タル５は、強度の信頼性が薄いために、設計上では存在
しないものとして無視され不経済である。

【０００７】先行技術２には、次のような問題がある。 地層中に先行技術２のような杭の挿入のための、大
径の挿入孔10を形成し得る掘削機がなく、従って、挿入
孔は、孔壁をライナープレートで保護しながらブレーカ
ーや小型爆薬を使用し、人力での掘削によって形成せざ
るを得ず、そのために、工事に長期間を要する。 杭打ち現場が山間地の斜面等のような劣悪な作業環
境の場合には、打設するコンクリートの品質の信頼性が
低い。 挿入孔の掘削に伴い発生する残土の量が多く、これ
を近辺に廃棄すると環境衛生上問題が生じ、遠方に運搬
するためには多額の運搬費が必要になる。

【０００８】先行技術３には、次のような問題がある。 掘削費用が高くなり、これを補うために杭１本当り
の耐荷力の増大が要求される。従って、鋼管の肉厚を大
にしなければならず、鋼管を、プレスペンデイング法の
ような特殊な造管法で製造することが必要になる。その
ために、スパイラル造管法やUOE 造管法などによって製
造された一般の鋼管杭に比べて、重量当りの製造価格が
約1.5 〜２倍程度に高騰する。 鋼管の肉厚が大になるに従って、複数本の管体同士
を縦継ぎする突合わせ溶接時間が増大する。 鋼管１本当りの重量が大になるために、これを吊る
すクレーンを大型化する必要が生じ、且つ、狭隘な場所
には鋼管を搬入することができない場合がある。 挿入孔の掘削に伴い発生する残土の量が、先行技術
２ほどではないが多くなる。 杭内に充填されるコンクリートまたはセメントモル
タル５は、強度の信頼性が薄いために、設計上では存在
しないものとして無視され不経済である。

【０００９】先行技術４には、次のような問題がある。 鋼管杭15の外径が約45cm位で小径のために、管内に
挿入された補強材14との間隙が狭く、従って、鋼管杭15
と補強材14との間隙にコンクリートを打設することがで
きず、セメントモルタルまたはセメントミルク８を注入
せざるを得ない。 補強材14とセメントモルタル８との付着力は小さい
ために、鋼管杭15の変形にセメントモルタル８の変形が
追従せず、且つ、セメントモルタルはコンクリートに比
べて強度が小さいために割れが生じやすい。その結果、
管体と補強材との間の伝達即ち、セメントモルタル８に
よる両者の合成効果が不十分になり、補強材14が本来有
している断面性能を十分に発揮させることができない。 設計耐荷力に近い大きな曲げモーメントやせん断力
が作用したときに、管体および補強材の変形量が同じに
ならない。

【００１０】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、地層の地滑り抑止または土留めのために、地
中に打ち込まれる杭として、効率よく削孔し得る掘削機
を使用することができ、吊り能力の大きいクレーンを要
せず、掘削残土量が少なくて済み、管内に充填されるコ
ンクリートを強度部材とすることができ、耐荷力が大で
あって、しかも、スパイラル鋼管のような通常の造管法
で製造し得る板厚の鋼管を使用することができる、経済
的で性能の優れた二重管式鋼管杭を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の鋼管杭は、外
側鋼管と内側鋼管とが同一軸線に沿って互いに同心円状
に配置され、そして、前記外側鋼管と前記内側鋼管との
間の環状間隙内にはコンクリートが充填されている二重
管構造であって、前記外側鋼管の内径と前記内側鋼管の
外径との差は20cm以上であることに特徴を有するもので
ある。

【００１２】

【作用】この発明の鋼管杭においては、スパイラル鋼管
のような通常の造管法で製造される、外径100 cm以上、
厚さ25mm以下の鋼管を外側鋼管および内側鋼管として使
用し、外側鋼管の内径と内側鋼管の外径との差を20cm以
上となし、両者間に形成された環状間隙内にはコンクリ
ートが充填されている。従って、先行技術３の大径鋼管
杭と同等程度の耐荷力を有する鋼管杭を経済的に得るこ
とができる。

【００１３】外側鋼管の内径と内側鋼管の外径との差は
20cm以上であることが必要であり、このような差がある
ことによって、両者間に形成された環状間隙内に、トレ
ミー管を使用して容易にコンクリートを打設することが
できる。上記差が20cm未満では狭すぎて、コンクリート
の打設が困難になる。外側鋼管および内側鋼管の外径
は、100 cm以上であることが好ましい。なお、外側鋼管
の内面および内側鋼管の外面の各々に、例えばスパイラ
ル状の連続したリブを形成すれば、外側鋼管と内側鋼管
とを、その環状間隙内に充填されたコンクリートによっ
て、より強固に一体化させることができる。

【００１４】図１は、この発明の二重管式鋼管杭の第１
実施態様を示す垂直断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面
図である。図面に示すように、この発明の二重管式鋼管
杭は、同一軸線に沿って互いに同心円状に配置された、
例えば外径1500mm、厚さ25mm、長さ50m の外側鋼管１
と、外径1200mm、厚さ19mm、長さ50m の内側鋼管２とか
らなっており、外側鋼管１と内側鋼管２との間の環状間
隙内にはコンクリート３が充填され、内側鋼管２の管内
には残土４が充填されている。

【００１５】地すべり地帯の移動層６および不動層また
は地山７からなる地層中に、外側鋼管１の挿入孔10を、
例えば、硬質地盤用掘削機により掘削して形成する。そ
の際、軟弱地盤等のために孔壁が崩壊するおそれのある
場合には、その崩壊を防止するために、先ず挿入孔10内
にケーシング管（図示せず）を挿入する。挿入孔10内ま
たはケーシング管内に、クレーンによって外側鋼管１を
吊り降ろし建込む。その後、ケーシング管を挿入した場
合には、これを引き抜く。なお、外側鋼管１の１本の長
さが構築すべき鋼管杭の長さよりも短い場合には、複数
本の鋼管１を溶接により接合して長尺化する。

【００１６】挿入孔10の孔壁と外側鋼管１との間の間隙
にセメントミルクまたはセメントモルタル８を充填した
後、外側鋼管１内に、内側鋼管２を同一軸線に沿って互
いに同心円状に挿入する。なお、内側鋼管２の１本の長
さが構築すべき鋼管杭の長さよりも短い場合には、複数
本の鋼管２を溶接により接合して長尺化する。次いで外
側鋼管１と内側鋼管２との間の環状間隙内にコンクリー
ト３を充填し、内側鋼管２の管内に残土４を充填する。

【００１７】図３は、この発明の二重管式鋼管杭を土留
め用として使用した場合の状態を示す垂直断面図、図４
はその水平断面図である。図面に示すように、傾斜地の
土留め部分に土留め用壁体９を埋め込み、埋め込まれた
土留め用壁体９に沿い、上述した手順により、所定間隔
をあけて、複数本の外側鋼管１とその各々内に内側鋼管
２とを建て込み、外側鋼管１と内側鋼管２との間の環状
間隙内にはコンクリート３を充填し、そして、内側鋼管
２の管内に残土４を充填する。かくして、上記土留め用
壁体９に沿って建て込まれた複数本の二重管式鋼管杭に
よって、適確な土留めが行われる。

【００１８】図５は、この発明の二重管式鋼管杭の第２
実施態様を示す垂直断面図、図６は、図５のＡ−Ａ線断
面図である。図面に示すように、この実施態様は、内側
鋼管２の管内にコンクリート５を充填したこと除いて、
他は第１実施態様の鋼管杭と同じである。

【００１９】このように、この発明の二重管式鋼管杭の
施工においては、外側鋼管１と内側鋼管２とをそれぞれ
別個に建込むので、建込みに使用するクレーンは、鋼管
杭全体の吊り上げに要する能力の約半分の能力の小型で
よい。特に、この鋼管杭を図示したような地すべり防止
用杭として使用する場合には、施工現場が山間地の斜面
上で足場や運搬道路が脆弱で狭いために、その建込みを
上記のような小型クレーンの使用で行い得ることは、施
工上および工費上大きなメリットである。

【００２０】通常、地すべり防止用鋼管杭の内部には、
鋼管の腐食およびその断面変形の防止のために、コンク
リートまたはセメントモルタルが充填されるが、設計上
その強度は考慮されていない。一方、鋼管杭の内部は地
下水が移動しないので、杭内に土砂が充填されている場
合でも、実用上問題となるような腐食は生じないことが
確認されている。また、本発明の鋼管杭の場合には、外
側鋼管１と内側鋼管２との間の環状間隙内にコンクリー
ト３が充填されているので、鋼管の断面変形による強度
低下のおそれもない。

【００２１】従って、外側鋼管１の挿入孔形成のための
掘削時に生成した残土４を内側鋼管２の管内に充填して
も、何ら不都合の生ずることはない。掘削残土は、これ
を現地に放置しておくと環境破壊の問題が発生し、他所
に運搬して廃棄するには多額の費用を必要とする。従っ
て、このような掘削残土を内側鋼管２の管内に充填し得
ることは、環境破壊問題および残土廃棄コストの軽減
上、極めて有効である。

【００２２】外側鋼管１は、地山掘削時に、挿入孔の孔
壁を保護するためのケーシングとして利用することがで
きる。この場合には、挿入孔の孔壁と外側鋼管１の間隙
への充填とケーシングの引き抜きが不要になり、施工を
著しく簡略化することができる。

【００２３】図７は、この発明の二重管式鋼管杭の第３
実施態様を示す垂直断面図、図８は、図７のＡ−Ａ線断
面図である。図面に示すように、この実施態様において
は、内側鋼管２の長さが外側鋼管１の長さよりも短く形
成されている。即ち、本発明の鋼管杭を地すべり防止用
杭として使用する場合、杭に発生する曲げモーメントや
せん断力などは、通常杭先端や杭頭付近で小さくなるの
で、この部分は内側鋼管２を省略し、杭に作用する力の
大きい部分だけを二重管構造としてもよい。即ち、この
場合には、内側鋼管の長さが外側鋼管の長さよりも短く
なる。

【００２４】

【実施例】表１に、本発明の二重管式鋼管杭の、各部の
寸法と、せん断耐力の基準となる断面積、曲げ耐力の基
準となる断面係数、重量、鋼材単価および鋼材費を、先
行技術３の大径鋼管杭と比較して示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１から明らかなように、せん断耐力の基
準となる断面積、曲げ耐力の基準となる断面係数を、先
行技術３の大径鋼管杭と同等以上にした本発明の二重管
式鋼管杭の場合には、鋼材重量において先行技術３の大
径鋼管杭よりもやや多くなるが、鋼材費は大幅に低下
し、極めて経済的であった。なお、杭を長尺化するため
の溶接時間も先行技術３の大径鋼管杭に比較して短くな
った。即ち、溶接部の開先を35度のレ型開先とすると、
継手１か所当たりの溶着金属量は、先行技術３の大径鋼
管杭の場合が650cm³であるのに対し、本発明の二重管式
鋼管杭の場合には外側鋼管および内側鋼管を合わせて42
0cm³であり、従って、溶接時間が７割弱に減少した。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の二重管式
鋼管杭によれば、地層の地滑り抑止または土留めのため
に、地中に打ち込まれる杭として、効率よく削孔し得る
掘削機を使用することができ、吊り能力の大きいクレー
ンを要せず、掘削残土量が少なくて済み、管内に充填さ
れるコンクリートを強度部材とすることができ、耐荷力
が大であって、しかも、スパイラル鋼管のような通常の
造管法で製造し得る板厚の鋼管を使用することができ
て、極めて経済的である等、多くの工業上有用な効果が
もたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の二重管式鋼管杭の第１実施態様を示
す垂直断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】第１実施態様の二重管式鋼管杭を土止め用杭と
して使用した状態を示す垂直断面図である。

【図４】図３の水平断面図である。

【図５】この発明の二重管式鋼管杭の第２実施態様を示
す垂直断面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。

【図７】この発明の二重管式鋼管杭の第３実施態様を示
す垂直断面図である。

【図８】図７のＡ−Ａ線断面図である。

【図９】先行技術１の小径鋼管杭の垂直断面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ線断面図である。

【図１１】先行技術２のコンクリート杭の垂直断面図で
ある。

【図１２】図１１のＡ−Ａ線断面図である。

【図１３】先行技術３の大径鋼管杭の垂直断面図であ
る。

【図１４】図１３のＡ−Ａ線断面図である。

【図１５】先行技術４の補強材入り鋼管杭の垂直断面図
である。

【図１６】図１５のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１ 外側鋼管、 ２ 内側鋼管、 ３ コンクリート、 ４ 残土、 ５ コンクリートまたはセメントモルタル、 ６ 移動層、 ７ 不動層または地山、 ８ セメントモルタルまたはセメントミルク、 ９ 土留め用壁体、 10 挿入孔、 11 小径鋼管杭、 12 鉄筋かご、 13 大径鋼管杭、 14 補強材、 15 鋼管杭。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外側鋼管と内側鋼管とが同一軸線に沿っ
   て互いに同心円状に配置され、そして、前記外側鋼管と
   前記内側鋼管との間の環状間隙内にはコンクリートが充
   填されている二重管構造であって、前記外側鋼管の内径
   と前記内側鋼管の外径との差は20cm以上であることを特
   徴とする二重管式鋼管杭。
2. 【請求項２】 前記外側鋼管の内面および前記内側鋼管
   の外面の各々に、前記コンクリートによる外側鋼管と内
   側鋼管との合成効果を高めるためのリブが形成されてい
   る、請求項１記載の二重管式鋼管杭。
3. 【請求項３】 前記内側鋼管の管内には、掘削により発
   生した残土を充填する、請求項１記載の二重管式鋼管
   杭。