JPH1193158A - 円筒形既製杭部材の継手構造及び継手方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円筒形既製杭部材同士を接続する場合の能率
の向上と、コストの低減を図り、接続を確実にする。 【解決手段】 ２本の円筒形の既製杭部材１，１の端部
に固定されたフランジ２，２を互いに突き合わせ、両フ
ランジ２，２の外周に、両フランジ２，２に外接し、両
フランジ２，２を既製杭部材１の軸方向に挟み込む複数
個の円弧状の鎹３を配置すると共に、鎹３の外周に形状
記憶合金製の円筒４を配置し、円筒４を加熱処理し、収
縮させて鎹３を既製杭部材１に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は遠心力成型による
既製コンクリート杭や鋼管杭，または鋼管矢板である円
筒形既製杭部材を互いに接続した継手構造と、接続する
継手方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】円筒形
既製杭部材同士の接続の方法は信頼性と簡便性から、図
20に示すように溶接継手が一般的であるが、最近ではね
じ式の継手や楔式の無溶接継手も行われる。

【０００３】一方、円筒形既製杭は施工機械の大型化に
伴い、大径化する傾向があるが、溶接継手の場合、杭径
の拡大と共に溶接に要する時間がかかり、施工能率が低
下する。また杭長が大きくなる程、杭の施工時間に占め
る溶接作業の割合が増すため、能率の低下に加え、コス
トの上昇を招く。

【０００４】ねじ式の無溶接継手は下杭の軸心に上杭の
軸心を合わせ、上杭を回転させることにより行われる
が、大径になる程、軸心合わせが困難になり、施工能率
が落ちるため、比較的小径の杭にしか適用されていな
い。

【０００５】この発明は大口径杭の場合にも能率の低下
を招かず、確実に接続を行える継手構造と継手方法を提
案するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では２本の円筒形
の既製杭部材の端部に固定されたフランジを互いに突き
合わせ、複数個の円弧状の鎹と、形状記憶合金製の円筒
を用いて両フランジを接合することにより継手作業を単
純化し、施工能率の向上を図る。

【０００７】複数個の円弧状の鎹は両フランジの外周
に、両フランジに外接し、両フランジを既製杭部材の軸
方向に挟み込むように配置される。円筒は鎹の外周に配
置され、加熱処理されることにより収縮して鎹を既製杭
部材に固定し、鎹に既製杭部材の半径方向中心側へ圧力
を加え、両フランジを互いに接合する。

【０００８】円筒は請求項７に記載のように、鎹の外周
に拡径した状態で配置され、加熱処理されることにより
予め形状記憶された形まで半径方向に収縮しようとし、
鎹を既製杭部材に固定させる。加熱による収縮によって
円筒は鎹との間で半径方向に応力を及ぼし合った状態で
鎹に固定されるため、鎹が両フランジを軸方向に挟み込
むことと併せてフランジ同士の接合が確実になる。

【０００９】両フランジの接合は、フランジを互いに突
き合わせる作業と、鎹を両フランジの外周に差し込む作
業と、鎹の外周に円筒を配置して加熱する作業で完了す
るため、溶接する場合程の時間を要しない。また両フラ
ンジは突き合わせられた状態で、鎹と円筒によって外周
から内周に向けて拘束されるため、ねじ継手による場合
の高い突き合わせ精度の確保を必要とせず、作業が単純
化される。

【００１０】請求項２では両フランジの対向する面間、
もしくは少なくともいずれか一方のフランジの既製杭部
材本体側の面と鎹との間、あるいは両フランジ間とフラ
ンジと鎹間に、加熱処理されることで板厚方向に膨張す
る形状記憶合金製の板材を配置することにより、鎹によ
るフランジの接合効果を高める。

【００１１】形状記憶合金製の板材は請求項８に記載の
ように、板厚方向に直交する方向に引張加工させられた
状態で配置され、円筒と共に加熱処理されることによ
り、予め形状記憶された形まで板厚方向に直交する方向
に収縮しようとすることに伴い、ポアソン比に応じて両
フランジの対向する面間やフランジと鎹間で板厚方向に
膨張し、フランジを鎹に固定させる効果を発揮する。

【００１２】鎹によるフランジ同士の接合の効果は請求
項３に記載のように、フランジの、それが固定された既
製杭部材側の面と、その面に接触する鎹の面を既製杭部
材の内周から外周へかけて既製杭部材側からフランジ側
へ傾斜させることによっても確保される。

【００１３】この場合、円筒が加熱による収縮によって
鎹に既製杭部材の半径方向中心側へ圧力を加えることに
伴い、楔効果により鎹のフランジに接触する面から、そ
の面に垂直な力がフランジに作用し、互いに接合される
フランジ間にその板厚方向に圧縮力が働くため、形状記
憶合金製の板材に依らずにフランジ同士をその板厚方向
に接合することが可能になる。

【００１４】接合されるフランジ間でトルクの伝達を行
う場合は請求項４に記載のように、両フランジの対向す
る面に、互いに周方向に係合する突起が形成される。

【００１５】また既製杭部材間でせん断力の伝達を行う
場合には請求項５に記載のように、いずれか一方の既製
杭部材の内周に他方の既製杭部材内に差し込まれる内筒
が固定される。

【００１６】既製杭部材間でせん断力を伝達させなが
ら、トルクを伝達させる場合は請求項６に記載のよう
に、内筒が差し込まれる側の既製杭部材の内周に凸部が
形成され、内筒の、凸部に対応する位置に凸部が既製杭
部材の周方向に係合可能な凹部が形成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明は図１に示すように２本
の円筒形の既製杭部材１，１の端部に固定されたフラン
ジ２，２を互いに突き合わせ、フランジ２，２を挟み込
む鎹３と、鎹３をフランジ２，２に拘束する形状記憶合
金製の円筒４を用いて接合した継手構造である。

【００１８】フランジ２は既製杭部材１が鋼管杭，また
は鋼管矢板の場合には溶接により固着され、既製コンク
リート杭の場合にはコンクリート中に定着されることに
より、あるいは図15に示すように既製杭部材１の端部に
定着された継手金物に溶接することにより固定される。
既製杭部材１が鋼管杭，または鋼管矢板の場合、フラン
ジ２の内径は既製杭部材１の内径と同等程度以下に設定
され、フランジ２は図７〜図10に示すように既製杭部材
１の内周面との間と外周面との間で溶接される。フラン
ジ２の溶接は確実さと信頼性の面から、工場で行われ
る。

【００１９】フランジ２の、対向するフランジ２側の面
は、既製杭部材１が単に軸力のみを伝達すればよい場合
には図２に示すように平坦面でよいが、回転させながら
押し込む場合には図３〜図５に示すようにフランジ２，
２間でトルクが伝達できるよう、互いに周方向に係合す
る突起21が形成される。

【００２０】図４は特に既製杭部材１，１間でせん断力
の伝達が行えるよう、いずれか一方の既製杭部材１の内
周に他方の既製杭部材１内に差し込まれ、既製杭部材１
に内接し得る内筒11を固定した場合を示す。内筒11は図
４の既製杭部材１を用いた継手部の断面図である図10に
示すようにフランジ２に内接する位置に溶接により固定
される。図５は図３，または図４に示す既製杭部材１，
１を互いに突き合わせた様子を示す。

【００２１】図６は内筒11が差し込まれる側の既製杭部
材１の内周に凸部12を形成すると共に、内筒11の、凸部
12に対応する位置に凸部12が既製杭部材１の周方向に係
合可能な凹部13を形成し、内筒11によって既製杭部材
１，１間でせん断力とトルクを伝達させる場合の例を示
す。

【００２２】図６では凸部12に合致した位置に、凸部12
が嵌合する形状の凹部13を形成しているが、フランジ２
に突起21を形成する場合と同様に、凸部12と凹部13との
間には内筒11の周方向にクリアランスがあってもよいた
め、凹部13の周方向の長さを凸部12の周方向の長さより
大きくすることもある。

【００２３】鎹３は図１，図７〜図10に示すように互い
に突き合わせられたフランジ２，２に外接し、両フラン
ジ２，２を軸方向に挟み込むよう、円弧状の平面形状
で、溝形の断面形状をする。鎹３はフランジ２，２を接
合する上で少なくとも２個必要であるが、安定した接合
と作業効率の面より、フランジ２の周方向に均等に分散
するよう、２個〜８個、好ましくは３個〜６個の使用が
適当である。

【００２４】図９，図10は鎹３の外周に固定される円筒
４が、既製杭部材１の沈設時に地盤や、掘削孔中に存在
しているソイルセメント等の抵抗により鎹３から抜け出
すことを防止するために、鎹３の外周に、円筒４がその
軸方向に係止し得るフランジ31，31を形成した場合を示
す。この場合、板材５に関する説明で後述するように、
加熱による円筒４の半径方向の収縮に伴い、円筒４のポ
アソン比に応じた軸方向の膨張が期待できるため、加熱
によって円筒４は鎹３に半径方向に固定されると同時
に、軸方向にも固定される効果が得られる。

【００２５】円筒４は既製杭部材１，１のフランジ２，
２が突き合わせられる前に下側の既製杭部材１の外周に
配置された後、上側の既製杭部材１のフランジ２を下側
のフランジ２に突き合わせ、鎹３を所定位置に装着した
後にフランジ２を包囲するように再配置され、高周波加
熱器，またはガスバーナ等により加熱される。円筒４は
加熱処理されることで半径方向に収縮し、鎹３に既製杭
部材１の半径方向中心側へ圧力を加え、鎹３との間で半
径方向に応力を及ぼし合った状態で鎹３の外周面に固定
される。

【００２６】円筒４の原形は鎹３の外周面を含む円弧の
径より小さい内径を持ち、その原形で形状記憶処理され
た後に、内径が鎹３の外周面を含む円弧の径より大きく
なるまで拡径させられた状態で鎹３の外周に配置され
る。その後、円筒４は加熱処理されることにより形状記
憶された原形に回復しようとし、鎹３の外周面に固定さ
れることでフランジ２，２を互いに接合する。

【００２７】円筒４の形状記憶処理は一定温度以上での
加熱をすることにより行われ、拡径は例えば円筒４内に
充満させた液体を加圧することにより行われ、原形への
形状回復は形状記憶処理時の温度より低温で加熱するこ
とにより行われる。

【００２８】円筒４の拡径はまた、上記要領で鋼板を形
状記憶処理した後に、鋼板を引張加工し、実質的に拡径
した状態で電縫鋼管の製作の要領で筒状に成形し、継目
を溶接することによっても行われる。

【００２９】形状記憶合金には主にNi−Ti系、Cu系、Fe
系があるが、強度と価格の面からはFe系の使用がよく、
その内、実用的にはFe-Mn-Si系が最も優れる。Fe-Mn-Si
系には更に、Fe-32Mn-6Si 、Fe-28Mn-6Si-5Cr 、Fe-15M
n-5Si-9Cr-5Ni があり、拡径後の原形への形状回復率の
面からは、Fe系の場合にはFe-28Mn-6Si-5Cr が本発明の
円筒４の使用に適するが、Ni−Ti系、Cu系を排除する趣
旨ではない。Fe-28Mn-6Si-5Cr はほぼ 600℃で拡径前の
原形に 100％形状回復するため、取り扱い易さがある。

【００３０】円筒４の加熱処理による半径方向の収縮の
程度は、原形での寸法に対する、拡径時から原形への収
縮量である形状回復歪みに従う。Fe系形状記憶合金の形
状回復歪みは3.5 〜４％である。

【００３１】鎹３と円筒４によるフランジ２，２の接合
は、図７に示すように両フランジ２，２の対向する面
間、または図８〜図10に示すように少なくともいずれか
一方のフランジ２の既製杭部材１本体側の面と鎹３との
間、あるいはその双方に、加熱処理されることで既製杭
部材１の軸方向に膨張する形状記憶合金製の板材５を配
置することにより補われる。

【００３２】板材５の原形での板厚は図７の場合はフラ
ンジ２，２の対向する面間距離より大きく、図８〜図10
の場合はフランジ２と鎹３の対向する面間距離より大き
く、板材５は円筒４と同じくその原形で形状記憶処理さ
れた後に、板厚方向に直交する方向に引張加工させられ
る。板材５は引張加工後に適当な大きさに切断されるこ
とにより製作される。

【００３３】切断され、上記所定の位置に配置された
後、板材５は円筒４と共に加熱処理されたときに、形状
記憶された形まで板厚方向に対して直交する方向に収縮
しようとすることに伴い、ポアソン比に応じ、両フラン
ジ２，２の対向する面間や、フランジ２と鎹３間で板厚
方向に膨張することでフランジ２，２間の軸方向の遊び
を解消し、フランジ２を鎹３に固定させ、フランジ２，
２の接合を強固にする働きをする。板材５が膨張するこ
とで、板材５とフランジ２、あるいは板材５と鎹３が既
製杭部材１の軸方向に応力を及ぼし合うため、結果的に
両フランジ２，２が鎹３と応力を及ぼし合う。

【００３４】板材５の形状記憶処理も一定温度以上での
加熱をすることにより行われ、原形への形状回復は形状
記憶処理時の温度より低温での加熱をすることにより行
われる。

【００３５】円筒４は加熱処理による半径方向の収縮が
利用されるのに対し、板材５は加熱処理による板厚方向
に直交する方向への収縮に伴う板厚方向への膨張が利用
され、その膨張の程度は板厚方向に直交する方向への歪
みに対する板厚方向への歪みであるポアソン比に従うこ
とから、板材５には塑性変形後の加熱による復元率であ
る形状回復歪みが大きい形状記憶合金の使用が有利であ
る。このことから、板材５にはFe系の形状記憶合金よ
り、形状回復歪みが20％程度であるNi−Ti系，Cu系の使
用が好ましいが、既製杭部材１の寸法等によってはFe系
も使用される。

【００３６】例えば塑性変形後の加熱処理により原形に
100％形状回復すると仮定し、板材５の原形の厚さが15
mmで、ポアソン比が0.3 である場合、板材５の長さ方向
への収縮に伴う板厚方向への膨張は、形状回復歪みが４
％の形状記憶合金を使用した場合に15×４/100×0.3 よ
り0.18mmであるのに対し、形状回復歪みが20％の形状記
憶合金を使用した場合には15×20/100×0.3 より0.9mm
になり、膨張率が高く、フランジ２を鎹３に固定させる
効果が大きい。円筒４の場合は拡径時に応力を加える方
向（半径方向）と収縮する方向が一致するため、図９，
図10の場合以外、その収縮量にポアソン比は関係しな
い。

【００３７】従って板材５として使用される形状記憶合
金は既製杭部材１の用途、あるいは径の他、フランジ
２，２の対向する面間距離や、フランジ２と鎹３の対向
する面間距離等の寸法に応じてFe系とNi−Ti系，Cu系が
使い分けられる。

【００３８】図11，図12はフランジ２の既製杭部材１側
の面とそれに接触する鎹３の面に傾斜を付けることで、
円筒４によって鎹３に既製杭部材１の半径方向中心側へ
圧力を加えるときに、同時に鎹３によって接合されるフ
ランジ２，２にその板厚方向の圧縮力を加えて両フラン
ジ２，２を接合する場合の例を示す。

【００３９】フランジ２の、それが固定された既製杭部
材１側の面と、その面に接触する鎹３の面は既製杭部材
１の内周から外周へかけて既製杭部材１側からフランジ
２側へ傾斜する。

【００４０】図11，図12で使用しているフランジ２を構
成するフランジ部材20は図13に示すように板状にロール
成型された後に冷間加工，または熱間加工により筒状に
成形される。

【００４１】図14は互いに接合されるフランジ部材20，
20のいずれか一方の内周に内筒11を固定した場合を示
す。

【００４２】図15は前記の通り、既製杭部材１が既製コ
ンクリート杭である場合に、フランジ部材20，20を既製
杭部材１，１の端部に定着された継手金物に溶接した場
合を示す。

【００４３】図16，図17はフランジ２の既製杭部材１側
の面とそれに接触する鎹３の面の傾斜を図12の場合より
緩くした場合を示す。図17はいずれか一方のフランジ部
材20の内周に内筒11を固定した場合を示す。

【００４４】図18は継手が完了した既製杭部材１，１を
削孔に落とし込む様子を、図19は既製杭部材１内に挿入
される、掘削翼６を有するロッド７に回転力を加え、地
盤を掘削しながら、あるいはソイルセメントを築造しな
がら既製杭部材１を設置する様子を示す。

【００４５】

【発明の効果】請求項１，請求項７では２本の円筒形の
既製杭部材の端部に固定されたフランジを互いに突き合
わせ、複数個の円弧状の鎹と、加熱により収縮し、鎹を
既製杭部材の半径方向内周側へ圧力を加える形状記憶合
金製の円筒を用いて両フランジを接合するため、継手作
業が単純化され、施工能率が向上する。また構造が簡素
化されるため、継手に要するコストが削減される。

【００４６】円筒は鎹との間で半径方向に応力を及ぼし
合った状態で鎹に固定されるため、鎹が両フランジを軸
方向に挟み込むことと併せてフランジ同士の接合が確実
になる。

【００４７】請求項２，請求項８では両フランジの対向
する面間、もしくは少なくともいずれか一方のフランジ
の既製杭部材本体側の面と鎹との間、あるいはその双方
に、加熱により膨張する形状記憶合金製の板材を配置す
ることで、フランジを鎹に固定させる効果を発揮させる
ため、継手部分の剛性が高まる。

【００４８】請求項３ではフランジと鎹の接触面を既製
杭部材の内周から外周へかけて既製杭部材側からフラン
ジ側へ傾斜させるため、円筒の収縮のみによってフラン
ジ同士をその板厚方向に接合することができる。

【００４９】請求項４では両フランジの対向する面に、
互いに周方向に係合する突起を形成するため、フランジ
間でのトルクの伝達が可能である。

【００５０】請求項５ではいずれか一方の既製杭部材の
内周に他方の既製杭部材内に差し込まれる内筒を固定す
るため、既製杭部材間でのせん断力の伝達が可能であ
る。

【００５１】請求項６では内筒が差し込まれる側の既製
杭部材の内周に凸部を形成し、内筒に凸部が既製杭部材
の周方向に係合可能な凹部を形成するため、既製杭部材
間でせん断力とトルクを伝達させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】既製杭部材のフランジと鎹及び円筒の関係を示
した斜視図である。

【図２】フランジが固定された既製杭部材を示した斜視
図である。

【図３】フランジに突起を形成した場合の既製杭部材を
示した斜視図である。

【図４】内筒を固定した既製杭部材を示した斜視図であ
る。

【図５】突起を有するフランジを突き合わせた様子を示
した斜視図である。

【図６】凸部を形成した既製杭部材と、凹部を形成した
内筒を固定した既製杭部材を突き合わせる様子を示した
斜視図である。

【図７】フランジ間に板材を配置し、フランジを鎹と円
筒によって接合した様子を示した縦断面図である。

【図８】フランジと鎹間に板材を配置した場合を示した
縦断面図である。

【図９】鎹の外周にフランジを形成し、フランジ間に円
筒を配置した場合を示した縦断面図である。

【図１０】内筒を固定した既製杭部材を用いた場合を示
した縦断面図である。

【図１１】図13に示すフランジ部材を既製杭部材に固定
した場合のフランジと鎹及び円筒の関係を示した斜視図
である。

【図１２】フランジと鎹の接触面を傾斜させた場合の接
合の様子を示した縦断面図である。

【図１３】図11，図12で使用されるフランジ部材を示し
た斜視図である。

【図１４】図12に内筒を付加した状態を示した縦断面図
である。

【図１５】フランジ部材を既製コンクリート杭に固定し
た場合の接合の様子を示した縦断面図である。

【図１６】図12の変形例を示した縦断面図である。

【図１７】図16に内筒を付加した状態を示した縦断面図
である。

【図１８】接続された既製杭部材を削孔に落とし込む様
子を示した立面図である。

【図１９】接続された既製杭部材を回転させながら地中
に設置する様子を示した立面図である。

【図２０】溶接継手により鋼管杭を接続する従来の方法
を示した立面図である。

【符号の説明】

１……既製杭部材、11……内筒、12……凸部、13……凹
部、２……フランジ、20……フランジ部材、21……突
起、３……鎹、31……フランジ、４……円筒、５……板
材、６……掘削翼、７……ロッド。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本の円筒形の既製杭部材の端部に固定
   されたフランジを互いに突き合わせて接合した継手構造
   であり、両フランジの外周に、両フランジに外接し、両
   フランジを既製杭部材の軸方向に挟み込む複数個の円弧
   状の鎹が配置され、鎹の外周に、加熱処理され、収縮し
   た形状記憶合金製の円筒が配置され、鎹を既製杭部材に
   固定している円筒形既製杭部材の継手構造。
2. 【請求項２】 両既製杭部材の両フランジの対向する面
   間、もしくは少なくともいずれか一方のフランジの既製
   杭部材本体側の面と鎹との間、あるいは前記両フランジ
   間と前記フランジと鎹間に、加熱処理され、既製杭部材
   の軸方向に膨張した形状記憶合金製の板材が配置されて
   いる請求項１記載の円筒形既製杭部材の継手構造。
3. 【請求項３】 フランジの、それが固定された既製杭部
   材側の面と、その面に接触する鎹の面は既製杭部材の内
   周から外周へかけて既製杭部材側からフランジ側へ傾斜
   している請求項１記載の円筒形既製杭部材の継手構造。
4. 【請求項４】 両既製杭部材の両フランジの対向する面
   に、互いに周方向に係合する突起が形成されている請求
   項１乃至請求項３のいずれかに記載の円筒形既製杭部材
   の継手構造。
5. 【請求項５】 いずれか一方の既製杭部材の内周に、他
   方の既製杭部材の内部に差し込まれる内筒が固定されて
   いる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の円筒形既
   製杭部材の継手構造。
6. 【請求項６】 内筒が差し込まれる側の既製杭部材の内
   周に凸部が形成され、内筒の、前記凸部に対応する位置
   に凸部が既製杭部材の周方向に係合可能な凹部が形成さ
   れている請求項５記載の円筒形既製杭部材の継手構造。
7. 【請求項７】 ２本の円筒形の既製杭部材の端部に固定
   されたフランジを互いに突き合わせ、両フランジの外周
   に、両フランジに外接し、両フランジを軸方向に挟み込
   む複数個の円弧状の鎹を配置し、鎹の外周に形状記憶合
   金製の円筒を拡径した状態で配置した後、円筒を加熱処
   理して収縮させ、鎹を既製杭部材に固定させる円筒形既
   製杭部材の継手方法。
8. 【請求項８】 ２本の円筒形の既製杭部材の端部に固定
   されたフランジを互いに突き合わせ、両フランジの外周
   に、両フランジに外接し、両フランジを軸方向に挟み込
   む複数個の円弧状の鎹を配置すると共に、両フランジの
   対向する面間、もしくは少なくともいずれか一方のフラ
   ンジの既製杭部材本体側の面と鎹との間、あるいは前記
   両フランジ間と前記フランジと鎹間に、形状記憶合金製
   の板材をその板厚方向に直交する方向に引張加工した状
   態で配置し、鎹の外周に形状記憶合金製の円筒を拡径し
   た状態で配置した後、板材と円筒を加熱処理し、円筒を
   その半径方向に収縮させて鎹を既製杭部材に固定させる
   と共に、板材をその板厚方向に膨張させて両フランジを
   鎹に固定させる円筒形既製杭部材の継手方法。