TWI384107B - 鋼管樁 - Google Patents

Description

鋼管樁 發明領域

本發明關於在港灣構造物、橋樑基礎或建築物等土木建築領域所使用的鋼管樁。

本發明依據2009年04月10日向日本申請之特願2009-095734號而主張優先權，並將該內容援用於本發明。

發明背景

習知技術上已得知為了提高樁外周面的摩擦力，於樁的一端部具有錐狀外周面的摩擦樁、以及具有橫亙樁全長錐狀之外周面的摩擦樁(例如參照專利文獻1、2)。

又，也已得知為了緊緊牢固地盤表層部，而將具有錐狀外周面之錐狀樁打入成格子狀以防止地盤液化的技術(例如參照專利文獻3)。又，也可得知為了去除負的周面摩擦力，使錐狀樁貫入地盤的技術(例如參照專利文獻4)。

又，也已得知具有錐狀外周面與閉塞之前端的圓錐設於樁之前端部的閉端樁(例如參照專利文獻5)。

如以上所述，習知錐狀樁以提高樁周面的摩擦力為目的。但是，習知錐狀樁並非以獲得樁前端支撐力及降低樁施工時造成阻抗的前端閉塞為目的。

又，也已得知為了埋設現場構築的鋼筋混凝土樁或既成的混凝土樁，使用前端部具有錐狀外周面與錐狀內周面的殼體的技術(例如參照專利文獻6、7)。

上述習知具有錐狀外周面與錐狀內周面的殼體，以提高樁周面的摩擦力以增大樁的垂直載重支撐力，且以降低挖剷剩土為目的。但是，並非以獲得樁前端支撐力及降低樁施工時造成阻抗的前端閉塞為目的。

鋼管樁依據鋼管樁前端的形狀，可分類為前端閉塞的閉端樁、及前端開口的開端樁。本發明之鋼管樁分類為開端樁。

又，鋼管樁可分類為摩擦樁與支撐樁。摩擦樁不打入至支撐層而主要藉由周面摩擦力來產生支撐力。又，支撐樁打入支撐層而主要發揮樁前端部的支撐力。本發明的鋼管樁分類成支撐樁。

[先行技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1　特開2003-3465號公報

專利文獻2　特開2007-327280號公報

專利文獻3　特開2008-190116號公報

專利文獻4　特開昭57-81526號公報

專利文獻5　特開平8-284160號公報

專利文獻6　特開2008-297752號公報

專利文獻7　特開2005-248439號公報

將鋼管樁打入或貫入地盤時，例如當對鋼管樁直接施加載重來打入時，必須對鋼管樁負載超過地盤阻抗的貫入力。

地盤阻抗一般伴隨著鋼管樁打入深度的增加而變大。使開端樁貫入地盤時，如第6A圖所示，被納入鋼管樁的土(或是包含石或岩的土)11堆積於鋼管樁內而被鋼管樁拘束。因此，已可得知鋼管樁內周面12與被納入鋼管樁內的土11的摩擦力升高，而地盤阻抗中特別是管內周面阻抗增加。

至此為止，已提出有增強打樁機的能力、以從減輕管內周面阻抗為目的之設置於鋼管樁內側之配管來的水噴射或壓縮空氣的噴射、或是、以鑽土機及鎚式抓斗所為之管內的排土等各種打入輔助對策。

此等打入輔助對策中，在輔助鋼管樁之打入的另一方面，鋼管樁的製作成本增大，樁施工工期變長。因此，即使是對鋼管樁賦與打入輔助對策的情形下，也期望降低鋼管樁之製作成本及鋼管樁的施工成本，而能將總成本抑制得低的鋼管樁。

又，習知作為用以提高使用於旋轉壓入法之樁支撐力的鋼管樁，已得知具有橫亙樁全長之錐狀外周面與橫亙樁全長之錐狀內周面的錐狀樁。為了將利用樁周面摩擦力的樁(摩擦樁)貫入軟弱地盤，可設成極端尖細的錐狀。但是，要貫入支撐層以利用樁前端部之支撐力的樁(支撐樁)必須藉由振動法等以使樁前端部貫入支撐層。因此，一旦將要打入到地盤之鋼管樁設成習知那般極端錐狀時，樁打入阻抗變得特別大，而必須更進一步提升打樁機的性能。又，橫亙樁全長將樁加工成錐狀時，為此的加工設備會大型化，加工成本變得特別高，無法經濟地製造鋼管樁。

因此，習知作為使用於振動工法等的鋼管樁，如第7A圖～第7C圖所示，使用橫亙全長外徑一定且前端開口的鋼管樁(挺直(straight)鋼管樁)10。但是，由上述的理由，將鋼管樁之前端部設成錐狀之樁前端為開口的鋼管樁未被使用。

於樁前端開口的開端樁，樁前端部為錐狀，即，樁前端部具有錐狀外周面及錐狀內周面的情形下，可得知有以下所述(1)及(2)的優點。又，使用第6B圖來說明此等優點。

(1)　當鋼管樁1的前端部為錐狀時，能減少納入管內之土11的量，因此能抑制土的密度上升。所以，能減輕鋼管樁1之打入阻抗的主要原因，即，能減輕在被納入管內之土11與鋼管樁之內周面7之間展現的管內周面阻抗。

(2)　當鋼管樁1的前端部4為錐狀時，被支撐層支撐之鋼材部之垂直方向的投影剖面積變大。因此，如第6B圖所示，能有效率地接受來自於鋼管樁前端部周圍之土(或是包含石或岩的土)15的反作用力(及拘束力)而呈穩定。所以，能將可獲得之樁前端支撐力設得大。在此，鋼管樁前端部周圍的土15為鋼管外側之土(或是包含石或岩的土)13朝合適的方向壓縮。又，使用第6B圖中的箭頭來顯示來自於鋼管樁前端部周圍的土(或是包含石或岩的土)15的反作用力。

本發明之發明人等，在振動工法、打擊工法、壓入工法、旋轉壓入工法等各工法中，看出了可利用具有錐狀之樁前端部之鋼管樁的情形。而且，本發明人等看出了即使將具有錐狀之樁前端部的鋼管樁打入至地盤，也可減輕地盤阻抗而提升施工性的情形，以致於完成本發明。

不僅為上述見解，本發明之發明人等更著眼於樁前端部縮徑的比率(縮徑率)、以及錐狀的樁前端部(錐部)之樁長度方向的長度與樁前端部之最大外徑的比率(徑長比)。因此，本發明之發明人等為了調查樁前端部承受的地盤阻抗，實施了打入樁之施工實驗及對已打入之樁加以垂直載重的支撐力實驗。其結果，獲得了鋼管樁前端部承受的地盤阻抗，依據上述樁前端部縮徑的比率、以及錐狀的樁前端部之樁長度方向的長度與樁前端部之最大外徑的比率的兩個參數而改變的見解。本發明之發明人等看出了以使用具有將此等參數限制於預定範圍之樁前端部(錐部)的鋼管樁，與使用橫亙全長外徑為一定的挺直鋼管之開端樁的情形相比較，總計的地盤阻抗減輕而提升施工性。而且，本發明之發明人等看出了於硬的支撐層，上述的錐部承受地盤阻抗而提升支撐力的情形，以致於完成本發明。

本發明的目的在於提供能獲得樁前端支撐力，能減少樁施工時的阻抗，能使用於振動工法等各種工法的鋼管樁。

本發明為了解決上述課題，採用了以下的手段。

(1)　本發明的鋼管樁，係包含有具有圓筒形狀的挺直部、及對此挺直部之一端連接且外徑及內徑朝離開前述一端的方向變細的錐部者，前述錐部之大端及小端之間的長度尺寸H1除以前述大端的外徑尺寸D1所得之徑長比H1/D1為0.1以上且2.5以下。

(2)　上述(1)記載之鋼管樁，也可為前述小端的外徑尺寸D2除以前述大端的D1所得之縮徑率D2/D1為0.70以上且0.95以下。

(3)　上述(1)或(2)記載之鋼管樁，也可為前述錐部之全體為可貫入地盤之支撐層的貫入部。

(4)　上述(1)或(2)記載之鋼管樁，也可為合計長度尺寸L除以前述錐部的前述長度尺寸H1所得之比為0.01以上且0.1以下，前述合計長度尺寸L係前述錐長度H1與前述挺直部之長度尺寸H2的和。

(5)　上述(1)或(2)記載之鋼管樁，也可為前述大端的前述外徑尺寸D1為600mm以上且3000mm以下。

上述(1)記載的鋼管樁，具有錐狀外周面及錐狀內周面之錐部的樁長度方向的長度H1，與錐部之大端的外徑尺寸D1的比率為0.1～2.5的範圍。因此，將上述(1)記載的鋼管樁打入於地盤的情形下，能較挺直鋼管樁提升施工性。而且，使上述(1)記載的鋼管樁貫入支撐層等的情形下，能較挺直鋼管樁提升樁前端支撐力。

上述(2)記載的鋼管樁，錐部之前端(小端)的外徑D2與錐部之大端的外徑尺寸D1的比率，即，縮徑率D2/D1為0.70～0.95的範圍。因此，上述(2)記載之鋼管樁，能較挺直鋼管樁減輕樁施工時的施工性，能特別提高樁前端支撐力。

上述(3)記載的鋼管樁，錐部之全體為可貫入地盤之支撐層的貫入部，因此，較樁外徑及鋼管樁的板厚t相同的挺直鋼管樁，可提升作為鋼管樁基礎的樁前端支撐力。

上述(4)記載的鋼管樁，錐部之樁長度方向的長度與鋼管樁全長的比率H1/L為0.01以上0.1以下，因此，實用上，較樁外徑及鋼管樁的板厚t相同的挺直鋼管樁，可減輕貫入地盤時的樁施工阻抗，能提高貫入支撐層時的樁前端支撐力。

上述(5)記載的鋼管樁，錐部之大端的外徑尺寸D1至少為600mm，因此，使錐部貫入支撐層的情形下，錐部之外周面的面積與被支撐層支撐之鋼管樁之垂直方向的投影剖面積變大，能提高可獲得的樁前端支撐力。

圖式簡單說明

第1A圖係顯示本發明一實施形態具有錐部之鋼管樁的正面圖。

第1B圖係顯示本發明一實施形態具有錐部之鋼管樁的縱剖面圖。

第1C圖係顯示本發明一實施形態具有錐部之鋼管樁之第1B圖a-a剖面的箭頭視圖(view on arrow)。

第1D圖係顯示本發明一實施形態具有錐部之鋼管樁之第1B圖b-b剖面的箭頭視圖。

第2圖係顯示錐長度H1與挺直部之樁外徑D1的比率H1/D1，與相對於挺直鋼管樁之施工阻抗比之關係的曲線圖。

第3圖係顯示縮徑率D2/D1與相對於挺直鋼管樁之施工阻抗比之關係的曲線圖。

第4圖係顯示縮徑率D2/D1與相對於挺直鋼管樁之前端支撐力比之關係的曲線圖。

第5圖係顯示錐長度H1與挺直部之樁外徑D1的比率H1/D1，與相對於挺直鋼管樁之前端支撐力比之關係的曲線圖。

第6A圖係使挺直鋼管樁貫入地盤時產生地盤阻抗的說明圖。

第6B圖係使具有錐部之鋼管樁貫入地盤時產生地盤阻抗的說明圖。

第7A圖係顯示作為比較例之挺直鋼管樁的正面圖。

第7B圖係顯示作為比較例之挺直鋼管樁的縱剖面圖。

第7C圖係顯示作為比較例之挺直鋼管樁的橫剖面圖。

用以實施發明之形態

以下一面參照所附圖式一面詳細說明本發明之適當的實施形態。

第1A～1D圖顯示本發明一實施形態具有錐部之鋼管樁1。

本發明之具有錐部的鋼管樁1藉由振動工法等適宜的工法來打入。此鋼管樁1藉由中空的挺直部8與中空的錐部4所構成。挺直部8具有一定的樁外徑與筒形狀。錐部4具有與接續於挺直部8之端面的大端(大徑側端部)5與開口的小端(小徑側端部)6。又，錐部4的內徑與外徑均從大端5朝向小端6逐漸減少。即，錐部4(前端部)設置有從錐部4與挺直部8之交界(大端5)朝向錐部4之前端(小端6)於樁長度方向旋漸縮徑之錐狀外周面2及錐狀內周面3。又，鋼管樁1為了阻抗更大的水平力及力矩，也可於鋼管樁1的頭部連接較挺直部8之樁外徑更大徑的鋼管。又，本實施形態進行說明挺直部8的樁外徑與錐部4之大端5的外徑相等的情形。

錐狀外周面2及錐狀內周面3之樁長度方向的剖面形狀，如第1B圖所示可為直線狀(平面)，雖然省略圖式，然而也可為曲線狀(曲面)。又，錐狀外周面2及錐狀內周面3之樁長度方向的剖面形狀也可由樁中心軸以半徑方向朝向外側凸出(以半徑方向朝向內側凹入)，也可由樁中心軸以半徑方向朝向內側凸出(以半徑方向朝向外側凹入)。又，錐狀外周面2及錐狀內周面3也可朝樁長度方向逐漸段狀縮徑。但是，為了廉價製作鋼管樁1而形成接續於樁長度方向的剖面，錐狀外周面2及錐狀內周面3最好為直線狀或曲線狀。

第1A～第1D圖之一實施形態中，錐部4之錐狀外周面2之樁長度方向的長度(錐長度、大端5與小端6之間的距離)H1，與挺直部(外徑一定的穩定部)8的樁外徑D1(大端的外徑D1)的比率(H1/D1、錐部4之樁長度方向的長度H1除以樁外徑D1所得的徑長比)為0.1以上2.5以下。同樣地，錐部4之錐狀內周面3之樁長度方向的長度H1與樁外徑D1的比率(徑長比)H1/D1為0.1以上2.5以下。錐部4之前端(小端)6的外徑(前端外徑)D2與挺直部8之樁外徑D1的比率，即，縮徑率(D2/D1，小端之前端外徑D2除以挺直部之樁外徑D1所得的縮徑率)以0.70以上0.95以下為佳。此縮徑率D2/D1為鋼管樁前端的縮徑率。又，本實施形態中，錐部4之樁長度方向(樁軸方向)的長度H1、錐部4之前端(小端)6的外徑D2、挺直部8的樁外徑D1及錐角θ之間具有以下所述(1)式的關係。

tanθ=(D1-D2)/2H1‧‧‧(1)

又，使徑長比H1/D1的範圍在0.1～2.5之間改變，使縮徑率D2/D1的範圍在0.70～0.95之間改變時之錐角θ的範圍相當於0.57°～56.31°。

如以上所述，將錐狀外周面2及錐狀內周面3的樁長度方向的長度(錐長度)H1，與樁外徑D1的比率(徑長比)H1/D1設定於0.1以上2.5以下的範圍。又，將錐部4的前端(小端)6的外徑D2，與挺直部8之樁外徑D1的比率，即，將縮徑率D2/D1設定在較佳範圍，即，設定於0.70以上0.95以下的範圍。參照第2圖至第5圖來說明決定此等範圍的理由。

第2圖係顯示錐部4之錐長度H1與挺直部8之樁外徑D1的比率(徑長比)H1/D1，與相對於挺直鋼管樁之施工阻抗比之關係的曲線圖。又，第3圖係顯示錐部4之縮徑率D2/D1，與相對於挺直鋼管樁之施工阻抗比之關係的曲線圖。於第2圖及第3圖中，為求得施工阻抗，對本發明之上述實施形態之具有錐部的鋼管樁1與作為比較例之第7A圖～第7C圖所示挺直鋼管樁10，進行利用了試驗地盤(土槽)的打入試驗(比較試驗)，而求得此等鋼管樁達到支撐層的施工阻抗。施工阻抗比為相對於挺直鋼管樁10之施工阻抗，具有錐部之鋼管樁1之施工阻抗的比率。又，第2圖中的縮徑率D2/D1為0.9，第3圖中的徑長比(錐部徑長比)H1/D1為0.8。在此，使用與第2圖不同縮徑率D2/D1的鋼管樁1測定了施工阻抗的情形下，徑長比H1/D1與施工阻抗的相關關係與第2圖所示的相關關係同樣。又，使用與第3圖不同徑長比H1/D1的鋼管樁1測定了施工阻抗的情形下，縮徑率D2/D1與施工阻抗的相關關係與第3圖所示的相關關係同樣。以下就第2圖及第3圖的順序來說明。

第2圖針對本發明之上述實施形態作為具有錐部的鋼管樁1，將錐部4之樁長度方向的長度H1與挺直部8之樁外徑D1之比率(徑長比)H1/D1設為橫軸並使其改變，將具有錐部之鋼管樁1的施工阻抗與比較例之挺直鋼管樁10之施工阻抗的比率，即，施工阻抗比設為縱軸來表示。從第2圖可得知具有錐部之鋼管樁1的施工阻抗比，隨著錐部4之長度的變化而描繪朝下方凸出的曲線。又，可得知徑長比H1/D1極端小的情形下，具有錐部之鋼管樁1的施工阻抗比接近比較例之挺直鋼管樁10的施工阻抗比(即，施工阻抗比為1)。同樣地，可得知徑長比H1/D1極端大的情形下，具有錐部之鋼管樁1的施工阻抗比接近比較例之挺直鋼管樁10的施工阻抗比。

又，本發明中，樁的施工阻抗係將樁對地盤(地層)施工(貫入施工)時，加諸於樁達到支撐層之施工的負載(地盤阻抗)。又，施工阻抗比係將比較例之挺直樁10的施工阻抗設為1.0時之具有錐部之鋼管樁1的施工阻抗。即，施工阻抗比定義為具有錐部之鋼管樁1的施工阻抗與比較例之挺直樁10之施工阻抗的比率。此施工阻抗比具有與施工速度成負的相關關係。即，以預定的輸出(機械輸出)來施工的情形下，藉由使施工阻抗比降低而增加施工速度。因此，能縮短工期而使施工成本降低。又，以預定的期間(工期)來施工的情形下，藉由使施工阻抗比降低而降低施工所必須的輸出，因此可將施工使用的機械改為低能力(輸出)的機械，而能使施工成本降低。因此，藉由降低施工阻抗比而能因應施工要求來靈活選擇工期與施工機械。又，當考慮製造具有錐部之鋼管樁1的成本(或是能源)時，必須使施工阻抗至少降低10%以上。

由第2圖可得知，徑長比H1/D1為0.1時，施工阻抗比為0.9，同樣地，徑長比H1/D1為1時，施工阻抗比為0.7，徑長比H1/D1為2.5時，施工阻抗比為0.9。因此，在徑長比H1/D1為0.1～2.5的範圍，具有錐部之鋼管樁1的施工阻抗與比較例之挺直鋼管樁10的施工阻抗相比較為降低10%。又，在徑長比H1/D1為0.4～1.7的範圍，具有錐部之鋼管樁1的施工阻抗與比較例之挺直鋼管樁10的施工阻抗相比較為降低20%。

因此，為了使施工阻抗降低10%以上，必須將徑長比H1/D1設為0.1～2.5的範圍。此情形下，錐部4之樁長度方向(樁軸方向)長度為樁外徑D1之長度的0.1倍～2.5倍。又，為了使施工阻抗降低20%以上，最好是將徑長比H1/D1設為0.4～1.7的範圍。此情形下，錐部4之樁長度方向(樁軸方向)長度為樁外徑D1之長度的0.4倍～1.7倍。將具有上述範圍之徑長比H1/D1之錐部的鋼管樁1打入於地盤的話，地盤阻抗減輕而提升施工性。

又，第3圖針對本實施形態之具有錐部的鋼管樁1，將錐部4之前端(小端)6的外徑D2與挺直部8之樁外徑D1之比率，即，將縮徑率D2/D1設為橫軸並使其改變，將具有錐部之鋼管樁1的施工阻抗與比較例之挺直鋼管樁10之施工阻抗的比率，即，施工阻抗比設為縱軸來表示。

從第3圖，本實施形態之具有錐部的鋼管樁1的縮徑率D2/D1為0.7時，施工阻抗比為0.9，縮徑率D2/D1為0.95時，施工阻抗比為0.9。又，縮徑率D2/D1在0.70～0.95的範圍，施工阻抗比為0.9以下。而且，縮徑率D2/D1在0.80～0.94的範圍，施工阻抗比為0.8以下。即，此縮徑率D2/D1在0.80～0.94的範圍，具有錐部之鋼管樁1的施工阻抗比與比較例之挺直鋼管樁10的施工阻抗比相比較，減低至80%程度以下。由以上的情形，為了使施工阻抗降低10%以上，縮徑率D2/D1以在0.70～0.95的範圍為佳。又，為了使施工阻抗降低約20%，以將縮徑率D2/D1設定在0.80～0.94的範圍為佳。

又，使用於施工的機械(機械的等級)可因應施工空間及通常施工所必須的輸出(或，壓入力)來選擇。於表1中作為一例者顯示有於一般的振動工法使用的打樁機的輸出，與將鋼管樁之施工阻抗比(施工載重)削減20%及25%時所必須的打樁機的輸出。從表1將鋼管樁之施工阻抗比削減20%的話，能確實將打樁機的輸出降低1等級。又，將施工阻抗比削減25%的話，能確實將打樁機的輸出降低1等級以上。

因此，以將鋼管樁的施工阻抗比降低20%以上為佳。即，徑長比H1/D1之較佳範圍為0.4以上1.7以下。又，縮徑率D2/D1之較佳範圍為0.80以上0.94以下。

又，於表2中作為一例者顯示有一般的旋轉壓入法所使用之機械的壓入力，與將鋼管樁之施工阻抗比(施工載重)削減25%時所必須之機械的壓入力。從表2將鋼管樁之施工阻抗比削減25%的話，能確實將機械的壓入力降低1等級。

因此，以將鋼管樁的施工阻抗比降低25%以上為最佳。即，徑長比H1/D1之最佳範圍為0.5以上1.4以下。又，縮徑率D2/D1之最佳範圍為0.85以上0.93以下。又，雖然已以例子表示表1及表2所示一般的施工機，但是對鋼管樁1施工的機械不僅限制於表1及表2的施工機。

如以上所述，本實施形態之具有錐部的鋼管樁1中，依據樁前端部(錐部)4之縮徑比率，即，縮徑率D2/D1，和錐部4之長度方向之長度H1與挺直部8之樁外徑D1的比率，即，徑長比H1/D1等兩個參數，鋼管樁前端部所受的施工阻抗(地盤阻抗)大幅地改變。又，縮徑率D2/D1與徑長比H1/D1在預定之範圍的話，比較於作為開端樁之挺直鋼管樁10，可減輕總計的施工阻抗(地盤阻抗)而提升施工性。

又，第4圖係顯示錐部4之縮徑率D2/D1(橫軸)與相對於挺直鋼管樁之前端支撐力比(縱軸)之關係的曲線圖。第5圖係顯示錐部4之錐長度H1與挺直部之樁外徑D1的比率H1/D1(橫軸)，與相對於挺直鋼管樁之前端支撐力比(縱軸)之關係的曲線圖。前端支撐力比係將比較例之挺直鋼管樁10的前端支撐力設為1.0時，具有錐部之鋼管樁1的前端支撐力。即，前端支撐力比為具有錐部之鋼管樁1的前端支撐力與比較例之挺直鋼管樁10之前端支撐力的比率。為了確保鋼管樁的前端支撐力，具有錐部之鋼管樁1及比較例之挺直鋼管樁10均必須對作為支撐層使用的層至少貫入到樁外徑D1的1倍以上長度。在此，作為支撐層使用的層一般為由標準貫入試驗(例如，JIS A1219所規定的試驗方法)求得之N值在包含砂、砂礫層及岩的地盤為30以上，在黏性土地盤為10以上的地盤。又，第4圖中的徑長比H1/D1為1.0，第5圖中的縮徑率D2/D1為0.9。在此，在使用與第4圖不同徑長比H1/D1的鋼管樁1來測定施工阻抗的情形下，縮徑率D2/D1與施工阻抗比的相關關係與第4圖所示相關關係同樣。又，在使用與第5圖不同縮徑率D2/D1的鋼管樁1來測定施工阻抗的情形下，徑長比H1/D1與施工阻抗比的相關關係與第5圖所示相關關係同樣。

在此，用以製造具有錐部之鋼管樁1所必要的成本較製造挺直鋼管樁10的成本高約10%。即，錐部4之加工成本約挺直鋼管樁之製造成本的約10%。又，提升前端支撐力比(相對於垂直載重的阻抗性能)10%的話，能降低用以支撐預定的載重所必要的鋼管樁的根數。此情形下，能削減鋼管樁的材料床本10%。因此，以確保前端支撐力比至少10%以上為佳。藉由進一步提升前端支撐力比而能減少樁的使用根數。

如第4圖所示，本實施形態之具有錐部的鋼管樁1，縮徑率D2/D1為0.70時前端支撐力比為1.3以上，縮徑率D2/D1為0.95時前端支撐力比為1.1以上。因此，縮徑率D2/D1在0.70～0.95的範圍，前端支撐力比上升到1以上(特別是10%以上)。又，具有錐部的鋼管樁1，縮徑率D2/D1在0.80～0.90的範圍，前端支撐力比為1.40以上。如此一來，縮徑率D2/D1在0.80～0.90的範圍，具有錐部的鋼管樁1與比較例之挺直鋼管樁10相比較，前端支撐力提升40%以上。由以上的情形，為了使具有錐部的鋼管樁1之前端支撐力較挺直鋼管樁10的前端支撐力增加10%以上，以，縮徑率D2/D1在0.70以上0.95以下的範圍為佳。更佳的縮徑率D2/D1的範圍為0.80～0.90。

又，如第5圖所示，徑長比H1/D1為0.3時，前端支撐力比約1.2，徑長比H1/D1為2.5時，前端支撐力比為1.1，徑長比H1/D1為1.0時，前端支撐力比為1.4。因此，為了使具有錐部的鋼管樁1之前端支撐力較挺直鋼管樁10的前端支撐力增加10%以上，以徑長比H1/D1在0.3以上2.5以下為佳。

又，減少徑長比H1/D1而將縮徑率D2/D1設得大的話，能抑制錐部4的加工(特別是塑性加工)所必要的成本。因此，以設定徑長比H1/D1的上限而設定縮徑率D2/D1的下限為佳。

於具有錐部的鋼管樁1，在檢討了施工阻抗比及樁前端支撐力比雙方的情形下，徑長比H1/D1的上限至少為2.5，而以1.7較佳，以1.4最佳。又，徑長比H1/D1的下限至少為0.1，而以0.3為佳，以0.4更佳，而以0.5最佳。同樣地，縮徑率D2/D1的下限以0.70為佳，以0.80更佳，而以0.85最佳。而且，縮徑率D2/D1的上限以0.95為佳，以0.94更佳，以0.93又更佳，而以0.90最佳。

因此，當總合性地考量施工阻抗比的降低及樁前端支撐力比的提升時，最好的徑長比H1/D1的範圍為0.5～1.4，最好的縮徑率D2/D1的範圍為0.85～0.90。

在此，說明要製作上述第2圖～第5圖之各曲線圖的情形下，使用於試驗之具有錐部之鋼管樁1的尺寸。將位於鋼管樁1之基端側的挺直部8的樁外徑D1設定於100mm的情形下，鋼管樁1的板厚t為4.2mm。又，將位於鋼管樁1之基端側的挺直部8的樁外徑D1設定於76mm的情形下，鋼管樁1的板厚t為2.8mm。又，第1A圖或第1B圖中，將錐狀外周面2及錐狀內周面3之樁長度方向的長度H1，與樁外徑1(挺直部8的外徑)的比率(徑長比)H1/D1設定於0.1～2.5。

又，關於使用於試驗之比較例之挺直鋼管樁10的尺寸，樁外徑D1為100mm，鋼管樁的板厚t為4.2mm。

具有錐部的鋼管樁1以包含錐狀內周面3或錐狀外周面2之錐部4全體貫入支撐層為佳。在將具有錐部的鋼管樁1技設於地盤的情形下，與將挺直鋼管樁10打入於地盤的情形相比較，能降低施工阻抗而能良好效率地施工。而且，如以上所述，以使錐狀4之全體貫入支撐層，與樁外徑D1及鋼管樁的板厚t相同的挺直鋼管樁10的樁前端支撐力相比較，可提升具有錐部之鋼管樁1的樁前端支撐力。因此，也能降低樁的施工期間及樁的打入根數，能構築經濟性的鋼管樁基礎。

具有錐部之鋼管樁1係以製作成錐部4之樁長度方向的長度(錐長度)H1，與鋼管樁之全長(挺直部8之長度H2與錐部4之錐長度H1的合計)L的比率H1/L為0.01以上0.1以下的範圍為佳。當錐部4之樁長度方向的長度H1較鋼管樁之全長L的10分之1(0.1倍)長時，由於每1根樁之錐部4之加工範圍變長，因此樁的加工成本大而不經濟。又，錐部4之樁長度方向的長度H1較鋼管樁之全長L的100分之1(0.01倍)短時，由於從地盤樁之周面承受摩擦阻抗力的絕對值變大，因此以上所述施工阻抗的降低效果變小。所以，以將具有錐部的鋼管樁1設成相對於樁之全長L，錐部4之樁長度方向之長度H1的比率為0.01以上0.1以下為佳。而且，決定錐部4的形狀以使錐部4之樁長度方向的長度H1與挺直部8之樁外徑D1的比率(徑長比)H1/D1為0.1～2.5的範圍為佳，且，以使錐部4之外徑D2與挺直部8之樁外徑D1的比率D1(縮徑比)D1/D1為0.70～0.95的範圍為佳。

又，具有錐部的鋼管樁1，挺直部(直線狀部)8的樁外徑D1以至少600mm為佳。使錐部4貫入支撐層的情形下，樁徑愈大則錐部4之外周面的面積愈大，被支撐層支撐的面積及來自於支撐層的反作用力(及拘束力)變大。因此，具有錐部的鋼管樁1的樁外徑D1以600mm以上為佳。進而，當考量作為樁的用途及經濟性時，樁外徑D1也可為3000mm以下。而且，為了確保鋼管樁的強度並削減材料成本及施工成本，具有錐部之鋼管樁1之挺直部8的板厚(厚度)t以在6mm以上30mm以下為佳。同樣地，考慮製造時的加工性或經濟性，錐部4的板厚t’與挺直部8的板厚t也可相同。此情形下，錐狀外周面2無段差地連接於具有一定樁外徑D1之挺直部8的樁外周面9。同樣地，錐狀內周面3無段差地連接於挺直部8的樁內周面7。又，與挺直部8相比較，於施工時及施工後會承受大的負載，因此錐部4的板厚t’也可較挺直部8的板厚t大。具體上，錐部4的板厚t’以在6mm以上40mm以下為佳。此情形下，錐狀外周面2與挺直部8的樁外周面9不一定一致。又，錐狀外周面3與挺直部8的樁內周面7不一定一致。

於施工上述具有錐部之鋼管樁1時，能適直地利用眾所周知的施工方法來施工。例如，可藉由振動工法、打擊工法、壓入工法、旋轉壓入工法或其他適宜的樁施工工法，將鋼管樁1打入施工於地盤。

能使用以下的方法作為上述於前端部具有錐部的製作方法。即，可藉由冷均彎曲成形或冷均壓延成形來製作鋼管樁以於1根鋼管的前端部形成錐部。又，也可將錐狀短管的大端面熔接於挺直鋼管的端面，以製作具有錐部的鋼管樁。在此，藉由冷均彎曲成形而將扇狀的帶鋼板加工成錐狀，並藉由熔接來接合已錐加工的帶鋼板的兩側緣部，藉此能製作錐狀的短管。此情形下，加工扇狀的帶鋼板以使錐狀短管之大端部的外徑與挺直鋼管的外徑約相同。又，也可將鋼管的前端部塑性加工以製作具有錐狀的鋼管。

產業之可利用性

提供能獲得樁前端支撐力，能降低樁施工時的阻抗，能降低在樁施工時造成阻抗之樁前端閉塞的鋼管樁。

1．．．鋼管樁(具有錐部的鋼管樁)

2．．．錐狀外周面

3．．．錐狀內周面

4．．．錐部(前端部)

5．．．大端(大徑側端部)

6．．．小端(前端、小徑側端部)

7．．．樁內周面

8．．．挺直部(外徑一定的穩定部)

9．．．樁外周面

10．．．挺直鋼管樁

11．．．納入鋼管樁內的土(或是包含石或岩的土)

12．．．樁內周面

13．．．鋼管外側的土(或是包含石或岩的土)

15．．．鋼管樁前端部周圍的土(或是包含石或岩的土)

D1．．．挺直部的樁外徑

D2．．．錐部前端的外徑

H1．．．錐部之樁長度方向的長度

H2．．．挺直部的長度

L．．．錐長度與挺直部的合計長度

θ．．．錐角

第1A圖係顯示本發明一實施形態具有錐部之鋼管樁的正面圖。

第1B圖係顯示本發明一實施形態具有錐部之鋼管樁的縱剖面圖。

第1C圖係顯示本發明一實施形態具有錐部之鋼管樁之第1B圖a-a剖面的箭頭視圖(view on arrow)。

第1D圖係顯示本發明一實施形態具有錐部之鋼管樁之第1B圖b-b剖面的箭頭視圖。

第2圖係顯示錐長度H1與挺直部之樁外徑D1的比率H1/D1，與相對於挺直鋼管樁之施工阻抗比之關係的曲線圖。

第3圖係顯示縮徑率D2/D1與相對於挺直鋼管樁之施工阻抗比之關係的曲線圖。

第4圖係顯示縮徑率D2/D1與相對於挺直鋼管樁之前端支撐力比之關係的曲線圖。

第5圖係顯示錐長度H1與挺直部之樁外徑D1的比率H1/D1，與相對於挺直鋼管樁之前端支撐力比之關係的曲線圖。

第6A圖係使挺直鋼管樁貫入地盤時產生地盤阻抗的說明圖。

第6B圖係使具有錐部之鋼管樁貫入地盤時產生地盤阻抗的說明圖。

第7A圖係顯示作為比較例之挺直鋼管樁的正面圖。

第7B圖係顯示作為比較例之挺直鋼管樁的縱剖面圖。

第7C圖係顯示作為比較例之挺直鋼管樁的橫剖面圖。

1．．．鋼管樁(具有錐部的鋼管樁)

2．．．錐狀外周面

3．．．錐狀內周面

4．．．錐部(前端部)

7．．．樁內周面

8．．．挺直部(外徑一定的穩定部)

9．．．樁外周面

D1．．．挺直部的樁外徑

D2．．．錐部前端的外徑

H1．．．錐部之樁長度方向的長度

H2．．．挺直部的長度

L．．．錐長度與挺直部的合計長度

θ．．．錐角

Claims (5)

1. 一種鋼管樁，係包含有：挺直部，係具有圓筒形狀者；及錐部，係對此挺直部之一端連接且外徑及內徑朝離開前述一端的方向變細者，其特徵在於：前述錐部之大端及小端之間的長度尺寸H1除以前述大端的外徑尺寸D1所得之徑長比H1/D1為0.1以上且2.5以下。
2. 如申請專利範圍第1項之鋼管樁，其中前述小端的外徑尺寸D2除以前述大端的D1所得之縮徑率D2/D1為0.70以上且0.95以下。
3. 如申請專利範圍第1或2項之鋼管樁，其中前述錐部之全體為可貫入地盤之支撐層的貫入部。
4. 如申請專利範圍第1或2項之鋼管樁，其中合計長度尺寸L除以前述錐部之前述長度尺寸H1所得之比為0.01以上且0.1以下，前述合計長度尺寸L係前述錐長度H1與前述挺直部之長度尺寸H2的和。
5. 如申請專利範圍第1或2項之鋼管樁，其中前述大端的前述外徑尺寸D1為600mm以上且3000mm以下。