WO2020184282A1 - 鋼管杭および鋼管杭の施工方法 - Google Patents

鋼管杭および鋼管杭の施工方法 Download PDF

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WO2020184282A1
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steel pipe
excavation bit
pipe pile
pipe body
excavation
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PCT/JP2020/008862
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English (en)
French (fr)
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和秀 戸田
妙中　真治
吉郎 石濱
悦孝 柳
裕貴 日下
将一 田邊
正道 澤石
智之 東海林
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/24—Prefabricated piles
    • E02D5/28—Prefabricated piles made of steel or other metals
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/56—Screw piles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/22—Placing by screwing down
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling

Definitions

  • the present invention relates to a steel pipe pile and a method for constructing a steel pipe pile.
  • the excavation bit attached to the tip of the steel pipe pile is expected to have the effect of controlling the movement of the excavated soil according to the rotation direction of the pile and suppressing or promoting the blockage of the soil inside the pipe, in addition to the conventional effect of excavating the ground.
  • the central axis in the longitudinal direction of the excavation bit and the tangential direction at the intersection of the outer periphery of the steel pipe pile have an angle, and the cutting edge of the excavation bit is directed toward the inside of the steel pipe pile by this angle.
  • the earth and sand are pushed out to the outside of the pile to suppress the blockage of the soil in the pipe, thereby improving the excavability, and after the pile tip reaches the support layer, the pile.
  • the earth and sand are taken into the inside of the pile, and high bearing capacity can be obtained by promoting the blockage of the soil inside the pipe.
  • an object of the present invention is to provide a new and improved method for constructing steel pipe piles and steel pipe piles, which can maintain the function of the excavation bit against wear during excavation.
  • a steel pipe pile provided with a steel pipe body and a plate-shaped excavation bit that is attached to the end surface of the steel pipe body at an angle with respect to the circumferential tangent line of the steel pipe body and projects in the axial direction of the steel pipe body.
  • a first excavation bit projecting from the end face of the steel pipe body in the axial direction of the steel pipe body by the first height, and a second height higher than the first height in the axial direction of the steel pipe body from the end face of the steel pipe body.
  • a steel pipe pile including a second drilling bit that protrudes so much.
  • An inclination is formed on the tip surface of at least one of the first excavation bit and the second excavation bit so that the protrusion height increases from the inside to the outside in the radial direction of the steel pipe body [1].
  • Steel pipe pile described in. [3] According to [1] or [2], at least one of the first excavation bit and the second excavation bit is formed with a tapered cross section that becomes thicker from the inside to the outside in the radial direction of the steel pipe body.
  • the first drilling bit is attached at a first angle with respect to the circumferential tangent of the steel pipe body, and the second drilling bit is larger than the first angle with respect to the circumferential tangent of the steel pipe body.
  • the first excavation bit has a first length along the attachment direction of the first excavation bit, and the second excavation bit is the first along the attachment direction of the second excavation bit.
  • Construction method of steel pipe pile including the process of excavating while rotating the pile.
  • the construction resistance is borne by the second excavation bit having a higher protrusion height, and the wear of the first excavation bit can be suppressed by that amount. Therefore, the function of the excavation bit can be maintained against the wear during excavation.
  • FIG. 1 is a view of a steel pipe pile according to a first embodiment of the present invention as viewed from the side and the tip side.
  • the steel pipe pile 10 includes a steel pipe main body 11 and a drilling bit 12 attached to an end surface 11E of the steel pipe main body 11 and protruding in the axial direction of the steel pipe main body 11.
  • the excavation bit 12 includes a first excavation bit 121 and a second excavation bit 122.
  • both the first excavation bit 121 and the second excavation bit 122 are attached at an angle ⁇ (0 ⁇ ⁇ 90 °) with respect to the circumferential tangent of the steel pipe body 11.
  • the angle theta, the thickness center line L C12 plate-like drill bit 12 is at a position intersecting the wall thickness center line L C11 steel pipe body 11, the thickness center line L C12 and the pipe thickness center line L C11 This is the angle formed by the tangent line LT11 (the circumferential tangent line of the steel pipe body 11).
  • the angle ⁇ is also referred to as the mounting angle of the excavation bit 12.
  • the attachment directions of the first excavation bit 121 and the second excavation bit 122 are directions tilted by the respective attachment angles ⁇ 1 and ⁇ 2 with respect to the circumferential tangent of the steel pipe main body 11.
  • the steel pipe pile 10 is rotated counterclockwise as shown in FIG. 1 until the tip of the pile reaches a predetermined depth, for example, during excavation using the steel pipe pile 10. It is possible to excavate while rotating to (CCW) and push the earth and sand to the outside of the steel pipe main body 11 to suppress the blockage of the soil inside the pipe. Further, the steel pipe pile 10 is excavated while rotating clockwise (CW) shown in FIG. 1 until the tip of the pile reaches the stopping depth, and the earth and sand are taken into the inside of the steel pipe main body 11 to promote the blockage of the soil inside the pipe. By doing so, high support can be obtained.
  • the excavation bit 12 has edges both inside and outside in the radial direction of the steel pipe body 11, which enables excavation by reversing the rotation direction of the steel pipe body 11 as described above.
  • both the first excavation bit 121 and the second excavation bit 122 project to both the outside and the inside of the steel pipe body 11 in the radial direction, and the pipe thickness of the steel pipe body 11 is centered in the mounting direction. Crosses the center line LC11 .
  • the excavation bit may protrude only to either the outside or the inside in the radial direction of the steel pipe body 11.
  • the first drill bit 121 by a height H 1 protrudes from the end surface 11E of the steel pipe body 11 in the axial direction of the steel pipe body 11 of the drill bit 12, the second drill bit 122 steel body 11
  • the height H 2 protrudes from the end surface 11E of the steel pipe body 11 in the axial direction by the height H 2
  • the height H 2 is higher than the height H 1 (H 1 ⁇ H 2 ).
  • the second excavation bit that precedes in the excavation It is possible to make the 122 bear the construction resistance and suppress the wear of the first excavation bit 121 whose construction resistance is reduced by that amount.
  • the wear of the first excavation bit 121 becomes remarkable, for example, after the protruding height of the second excavation bit 122 becomes about the same as that of the first excavation bit 121 due to the wear. In some cases, the wear of the excavation bit 121 of 1 is not remarkable.
  • the method of attaching the excavation bit 12 to the steel pipe body 11 may be, for example, welding or mechanical joining means such as screwing.
  • the end surface 11E of the steel pipe body 11 and the upper end surface of the excavation bit 12 coincide with each other, but the excavation bit 12 is fitted into, for example, a groove or a notch formed in the end surface 11E. It can be joined above, or it can be joined after fitting the end of the steel pipe body 11 including the end face 11E into the groove or notch formed in the upper end surface of the excavation bit 12, or the end face 11E and the upper end surface of the excavation bit 12. It is possible to form grooves or notches in both of them so that these grooves or notches fit together and then join. In this case, the end surface 11E of the steel pipe body 11 and the upper end surface of the excavation bit 12 do not always match. The same applies to the other examples described below.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the steel pipe pile according to the first embodiment of the present invention.
  • the first excavation bit 121A and the second excavation bit 122A included in the excavation bit 12 have a mounting angle ⁇ as in the example described with reference to FIG. 1 above.
  • the protrusion height H 2 of the second excavation bit 122A is higher than the protrusion height H 1 of the first excavation bit 121A.
  • the tip surfaces 121E and 122E of the first excavation bit 121A and the second excavation bit 122A that is, the end surface of the steel pipe body 11 opposite to the end surface 11E, in the radial direction of the steel pipe body 11.
  • a slope is formed in which the protruding height increases from the inside to the outside of the pipe.
  • the protrusion height of the first excavation bit 121A and the second excavation bit 122A becomes higher in the portion that comes into contact with the earth and sand in advance, and the resistance to wear of the first excavation bit 121A and the second excavation bit 122A is increased. Can be improved.
  • the protruding heights H 1 and H 2 of the first excavation bit 121A and the second excavation bit 122A are, for example, the heights from the end surface 11E to the highest position of the inclined tip surfaces 121E and 122E as shown in the figure. Can be defined as. Further, in the illustrated example, both the tip surfaces 121E and 122E of the first excavation bit 121A and the second excavation bit 122A are inclined, but only one of the tip surfaces is inclined. May be good.
  • FIG. 5 is a diagram showing still another example of the steel pipe pile according to the first embodiment of the present invention.
  • the first excavation bit 121 and the second excavation bit 122B included in the excavation bit 12 have a mounting angle ⁇ as in the example described with reference to FIG. 1 above.
  • the protrusion height H 2 of the second excavation bit 122B is higher than the protrusion height H 1 of the first excavation bit 121.
  • the second excavation bit 122B is formed with a tapered cross section that becomes thicker from the inside to the outside in the radial direction of the steel pipe body 11.
  • the second excavation bit 122B has a thickness t 1 inside the steel pipe body 11 in the radial direction and a thickness t 2 outside, and the thickness t 2 is larger than the thickness t 1 (t 1 ⁇ . t 2 ).
  • the second excavation bit 122B By forming the second excavation bit 122B with a tapered cross section as described above, the second portion that comes into contact with the earth and sand in advance when the steel pipe body 11 is rotated clockwise (CW) shown in FIG.
  • the excavation bit 122B becomes thicker, and the resistance to wear of the second excavation bit 122B can be improved.
  • only the second excavation bit 122B is formed with a tapered cross section, but both the first excavation bit 121 and the second excavation bit 122B may be formed with a tapered cross section. Only the excavation bit 121 of 1 may be formed with a tapered cross section.
  • an inclination is formed on the tip surface of the first excavation bit 121 or the second excavation bit 122, and the first excavation bit 121 or the second excavation bit 122 is formed.
  • 122 may be formed with a tapered cross section.
  • FIG. 6 is a view of the steel pipe pile according to the second embodiment of the present invention as viewed from the side and the tip side.
  • the steel pipe pile 20 includes a steel pipe main body 11 and a drilling bit 22 attached to an end surface 11E of the steel pipe main body 11.
  • the excavation bit 22 includes a first excavation bit 221 and a second excavation bit 222.
  • the first drill bit 221 by a height H 1 protrudes from the end surface 11E of the steel pipe body 11
  • second drill bit 222 by a height H 2 protrudes from the end surface 11E of the steel pipe body 11
  • Height H 2 is higher than height H 1 (H 1 ⁇ H 2 ).
  • the first excavation bit 221 is attached at an angle ⁇ 1 (0 ⁇ 1 ⁇ 90 °) with respect to the circumferential tangent of the steel pipe body 11, and the second excavation bit 222 is the circumference of the steel pipe body 11. It is attached with an angle ⁇ 2 (0 ⁇ 2 ⁇ 90 °) with respect to the directional tangent, and the angle ⁇ 2 is larger than the angle ⁇ 1 ( ⁇ 1 ⁇ 2).
  • the mounting angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are the plate thickness center lines LC221 and L of the first drilling bit 221 and the second drilling bit 222, respectively, similarly to the mounting angles ⁇ described in the first embodiment.
  • the length L of the first excavation bit 121 and the second excavation bit 122 along the attachment directions is the same.
  • the attachment directions of the first excavation bit 221 and the second excavation bit 222 are directions tilted by the respective attachment angles ⁇ 1 and ⁇ 2 with respect to the circumferential tangent of the steel pipe main body 11.
  • the steel pipe pile 20 is rotated counterclockwise (CCW) and clockwise (CW) shown in FIG. 6 in the present embodiment as in the first embodiment. ), The effect of suppressing or promoting the blockage of the soil inside the pipe can be obtained when excavating while rotating each of them.
  • the attachment angle ⁇ 2 of the second excavation bit 222 is larger than the attachment angle ⁇ 1 of the first excavation bit 221.
  • the first drilling bit 121 is centered on the pipe thickness on the outside of the steel pipe body 11.
  • Write a distance D2 where the second drill bit 122 protrudes from the wall thickness center line L C11 in the radial direction of the steel pipe body 11 is longer than the distance D1 which projects from the line L C11 in the radial direction of the steel pipe body 11.
  • the excavable region R2 of the second excavation bit 222 is expanded more than the excavable region R1 of the first excavation bit 221.
  • the excavable areas R1 and R2 are annular areas in which each of the first excavation bit 221 and the second excavation bit 222 excavates earth and sand when the steel pipe pile 20 is rotated in the ground.
  • both the first excavation bit 121 and the second excavation bit 122 project to both the outside and the inside of the steel pipe body 11, and the pipe thickness center line L of the steel pipe body 11 is centered in the mounting direction. Since it intersects with C11 , the distance from which the second excavation bit 122 protrudes is longer than the distance from which the first excavation bit 121 protrudes inside the steel pipe body 11, and excavation is possible than the excavable area R1. Region R2 is expanded. In another example, the excavable area may be extended only on the outside or the inside of the steel pipe body 11.
  • the construction resistance is borne by the second excavation bit 222 that excavates the relatively expanded area, and the wear of the first excavation bit 221 whose construction resistance is reduced by that amount is suppressed. be able to.
  • the wear of the first excavation bit 221 is also suppressed by making the protrusion height H 2 of the second excavation bit 222 higher than the protrusion height H 1 of the first excavation bit 221. Therefore, in the present embodiment, the wear of the first excavation bit 221 is suppressed more effectively, and the function of suppressing or promoting the blockage of the in-pipe soil by the excavation bit 22 is maintained even if the excavation is advanced in the layer having high ground strength. can do.
  • an inclination in which the protruding height of the steel pipe body 11 increases from the inside to the outside in the radial direction on at least one of the tip surfaces 221E and 222E of the excavation bits 221A and 222A. May be formed.
  • at least one of the excavation bits 221 and 222B may be formed with a tapered cross section that becomes thicker from the inside to the outside in the radial direction of the steel pipe body 11.
  • FIG. 9 is a view of the steel pipe pile according to the third embodiment of the present invention as viewed from the side and the tip side.
  • the steel pipe pile 30 includes a steel pipe main body 11 and a drilling bit 32 attached to an end surface 11E of the steel pipe main body 11.
  • the excavation bit 32 includes a first excavation bit 321 and a second excavation bit 322.
  • Height H 2 is higher than height H 1 (H 1 ⁇ H 2 ).
  • the length along the attachment direction of the first excavation bit 321 is L1
  • the length along the attachment direction of the second excavation bit 322 is L2
  • the length L2 is the length. Is longer than L1 (L1 ⁇ L2).
  • the first excavation bit 321 and the second excavation bit 322 are attached at the same attachment angle ⁇ (0 ⁇ ⁇ 90 °) with respect to the circumferential tangent of the steel pipe main body 11.
  • the steel pipe pile 30 is rotated counterclockwise (CCW) and clockwise (CW) shown in FIG. 9 in the present embodiment as in the first embodiment.
  • CCW counterclockwise
  • CW clockwise
  • the length L2 along the attachment direction of the second excavation bit 322 is longer than the length L1 along the attachment direction of the first excavation bit 321.
  • a first drill bit 321 is the pipe thickness center line L C11 than the distance D1 which projects in the radial direction of the steel pipe body 11 from Trip distance D2 where the second drill bit 322 protrudes from the wall thickness center line L C11 in the radial direction of the steel pipe body 11 becomes longer.
  • the excavable region R2 of the second excavation bit 322 is expanded more than the excavable region R1 of the first excavation bit 321.
  • both the first excavation bit 321 and the second excavation bit 322 project to both the outside and the inside of the steel pipe body 11 in the radial direction, and the pipe thickness of the steel pipe body 11 is at the center of the mounting direction. Since it intersects the center line LC11 , the distance that the second excavation bit 322 protrudes is longer than the distance that the first excavation bit 321 protrudes inside the steel pipe main body 11, and the distance that the second excavation bit 322 protrudes is longer than the excavable area R1.
  • the excavable area R2 is also expanded. In another example, the excavable area may be extended only on either the outside or the inside of the steel pipe body 11 in the radial direction.
  • the construction resistance is borne by the second excavation bit 322 that excavates the relatively expanded area, and the wear of the first excavation bit 321 whose construction resistance is reduced by that amount is suppressed. be able to.
  • the wear of the first excavation bit 321 is also suppressed by making the protrusion height H 2 of the second excavation bit 322 higher than the protrusion height H 1 of the first excavation bit 321. Therefore, in the present embodiment, the wear of the first excavation bit 321 is more effectively suppressed, and the function of suppressing or promoting the blockage of the in-pipe soil by the excavation bit 32 is maintained even when excavation is carried out in a layer having high ground strength. can do.
  • the second and third embodiments of the present invention described above can be combined with each other. That is, in the embodiment of the present invention, in addition to making the protrusion height H 2 of the second excavation bit 322 higher than the protrusion height H 1 of the first excavation bit 321, the attachment of some excavation bits.
  • the excavable area may be extended by making either the angle ⁇ or the length L along the mounting direction larger than the other drilling bits, or both the mounting angle ⁇ and the length L may be the other drilling bits.
  • the excavable area may be expanded by making it larger than.
  • the tip surface of at least one of the excavation bits may be inclined so that the protruding height increases from the inside to the outside in the radial direction of the steel pipe body, or at least one of the excavation bits is a steel pipe. It may be formed with a tapered cross section that becomes thicker from the inside to the outside in the radial direction of the main body.
  • (Modification) 10 to 14 are views showing modified examples of the first to third embodiments described above. The modifications described below are applicable to each of the first to third embodiments, and to the embodiment in which the second embodiment and the third embodiment are combined.
  • the excavation bit 42 includes a first excavation bit 421 and a second excavation bit 422.
  • the protrusion height, the mounting angle ⁇ , or the length L are different between the first excavation bit 421 and the second excavation bit 422 as in the first to third embodiments described above.
  • such a difference in shape between the first excavation bit and the second excavation bit is not necessarily shown.
  • each drilling bit protrudes both outward and inside in the radial direction of the steel pipe body 11 and intersects the pipe thickness center line of the steel pipe body 11 at the center in the mounting direction. Similar to each of the above-described embodiments, the excavation bit may protrude only on either the outer side or the inner side in the radial direction of the main body 11.
  • the arrangement pattern of the first excavation bit 421 and the second excavation bit 422 in the circumferential direction of the steel pipe main body 11 is different from each of the above embodiments. More specifically, in each of the above embodiments, the first excavation bit and the second excavation bit are alternately arranged alternately, whereas in the steel pipe pile 40 shown in FIG. 10, the first excavation bit and the second excavation bit are arranged alternately. The first excavation bit 421 and the second excavation bit 422 are alternately arranged every two. Further, in each of the above embodiments, the same number of the first excavation bit and the second excavation bit are arranged, whereas in the steel pipe pile 40 shown in FIG. 11, the first excavation bit 421 is set to 1. Two second excavation bits 422 are arranged for each arrangement, and therefore the number of second excavation bits 422 is greater than the number of first excavation bits 421.
  • the drilling bit 42 includes a third drilling bit 423 and a fourth drilling bit 424 in addition to the first drilling bit 421 and the second drilling bit 422.
  • the third drill bit 423 (only protrudes higher third height than the height H 2 from the other words, the end surface 11E of the steel pipe main body 11) further protruding height greater than the second drill bit 422.
  • a third drill bit 423, the distance to further protrude from the second drill bit 422 is long (i.e., the distance from the wall thickness center line L C11 in the radial direction of the steel pipe body 11 of the steel pipe body 11 D2 (FIG.
  • the excavation bit 6 may have an excavable area extended beyond the excavable area R2 of the second excavation bit 422) by projecting by a third distance longer than (see FIG. 9 and the like).
  • the relationship between the third excavation bit 423 and the fourth excavation bit 424 is the same as the relationship between the second excavation bit 422 and the third excavation bit 423, and the fourth excavation bit 424 is, for example, the first. It may have an excavable area that is even higher than the excavation bit 423 of 3 and further expanded than the excavation bit 423 of the third excavation bit 423.
  • the excavation bit is not limited to the two types of excavation bits, and may include three types or four or more types of excavation bits.
  • excavation bits that bear the construction resistance in advance, such as the second excavation bit 422 and the third excavation bit 423 in the example shown in FIG.
  • the excavation bit 42 including the first excavation bit 421 and the second excavation bit 422 is a curved plate-shaped excavation bit.
  • the excavation bit 42 is curved so as to have a C shape when the steel pipe pile 40 is viewed from the tip side.
  • the mounting angle ⁇ of the drill bit 42 at a position intersecting the wall thickness center line L C11 curved thickness center line L C42 steel pipe body 11 of the drill bit 42, the tangent of the thickness center line L C42 L T42 that the angle between the tangential line L T11 of pipe thickness center line L C11.
  • the length L along the attachment direction of the excavation bit 42 is the length in the direction along the tangent line LT42 .
  • the curved excavation bit 42 causes the steel pipe when the steel pipe pile 40 rotates counterclockwise (CCW). easily create flow F 1 of the sediment away from the main body 11 and the drill bit 42, also steel pipe pile 40 tends produces a flow F 2 of sediment towards the inside of the steel pipe body 11 when rotating clockwise (CW). By smoothing the flow of earth and sand, excavation using the steel pipe pile 40 becomes smoother.
  • the excavation bit 42 is curved so as to have an S shape when the steel pipe pile 40 is viewed from the tip side.
  • the mounting angle ⁇ of the drill bit 42 at a position where the curved thickness center line L C42 of the drill bit 42 intersects the wall thickness center line L C11 steel pipe body 11, the thickness center of the opposite ends of the drill bit 42 it is an angle formed by the tangent line L T11 linear L E42 and pipe thickness center line L C11 connecting the.
  • the length L along the attachment direction of the excavation bit 42 is the length in the direction along the straight line LE 42 .
  • the excavation bit protrudes both inside and outside the steel pipe body 11, or the excavation bit projects only inside the steel pipe body 11. It can be configured.
  • the direction in which the excavation bit protrudes from the steel pipe body 11 may be different between the first excavation bit and the second excavation bit (and the third excavation bit and the fourth excavation bit).
  • the drilling bit 12 pushes the earth and sand to the outside of the steel pipe body 11 in the first rotation direction (CCW) shown in FIG. 1 is carried out.
  • the steel pipe pile 10 is placed in the second rotation direction (clockwise (CW) shown in FIG. 1) in which the excavation bit 12 takes in the earth and sand inside the steel pipe main body 11 until the tip of the steel pipe pile 10 reaches the stopping depth.
  • the process of excavating while rotating is carried out.
  • the predetermined depth is, for example, upward by a distance of about 1 to 5 times the diameter of the steel pipe main body 11 with respect to the stopping depth.
  • the predetermined depth may be deeper than the depth of the support layer.
  • the tip of the steel pipe pile 10 reaches the support layer at the time of stopping, and then the steel pipe pile 10 is rotated in the second rotation direction.
  • the predetermined depth may be shallower than the depth of the support layer.
  • the steel pipe pile 10 is excavated while rotating in the second rotation direction immediately before the tip of the steel pipe pile 10 reaches the support layer, and the tip of the steel pipe pile 10 is the support layer. Will be stopped after reaching.
  • the step of excavating while rotating the steel pipe pile 10 in the first rotation direction and the step of excavating while rotating the steel pipe pile 10 in the second rotation direction may be alternately performed. .. That is, even before the tip of the steel pipe pile 10 reaches a predetermined depth, it is possible to excavate the steel pipe pile 10 while rotating it in the second rotation direction. Specifically, for example, when the rooting of the steel pipe pile 10 is not smooth, the steel pipe pile 10 is rooted while alternately switching the rotation direction, and finally the steel pipe pile 10 is set to the second rotation direction. It is conceivable to rotate and stop.
  • the predetermined depth is the depth at which the steel pipe pile 10 is finally rotated in the first rotation direction, and may be, for example, a depth similar to the stopping depth.
  • excavation (lowering of the tip) and retreat (rising of the tip) of the steel pipe pile 10 may be alternately performed as well as the rotation direction of the steel pipe pile 10.
  • FIG. 15 is a graph showing the experimental results regarding the mounting angle of the excavation bit.
  • excavation bits having a thickness of 6 mm, a length of 30 mm along the mounting direction, and a protrusion height of 12 mm from the end face of the steel pipe body were placed at equal intervals on a steel pipe body having a cross-sectional diameter of 101.6 mm and a pipe thickness of 5.7 mm.
  • the mounting angle of the excavation bit is 0 ° (no mounting angle)
  • 5 °, 15 °, 20 ° and 30 ° hit the simulated ground using Iitoyo silica sand No. 7 to the same depth.
  • the bearing capacity of the installed steel pipe piles was compared.
  • the load when the amount of sinking of the pile head (steel pipe head) is 10% of the pile diameter (cross-sectional diameter) is based on the "Road Bridge Specification / Explanation (IV Substructure)".
  • (Ultimate bearing capacity) is the bearing capacity. Further, the bearing capacity is expressed by an increase rate when 1 is set when there is no mounting angle. As shown in the graph of FIG. 15, when there is a mounting angle (greater than 0 °), the bearing capacity is improved as compared with the case where there is no mounting angle. In particular, when the mounting angle was in the range of 5 ° to 15 °, a more remarkable improvement in bearing capacity was observed (about 1.25 times or more in the case of 0 °).
  • the mounting angles ⁇ , ⁇ 1, ⁇ 2 of the excavation bit are set in the range of 5 ° or more and 15 ° or less (5 ° ⁇ ⁇ , ⁇ 1, ⁇ 2 ⁇ 15 °). Good. Since the bearing capacity is improved even outside the above range, the values of the mounting angles ⁇ , ⁇ 1 and ⁇ 2 are not limited to the above range.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining an experiment for verifying the wear suppressing effect of the excavation bit.
  • excavation bits 121 and 122 having a thickness of 3.2 mm and a length of 30 mm along the mounting direction were equally spaced on a steel pipe body 11 having a cross-sectional diameter of 101.6 mm and a pipe thickness of 5.7 mm. I installed four.
  • two of the excavation bits 121 have a protrusion height of 10 mm from the end face of the steel pipe body, and the remaining two excavation bits 122 have a protrusion height of 14 mm, and the excavation bit 121 and the excavation bit 122 and 122 were alternately arranged in the circumferential direction of the steel pipe main body 11.
  • the mounting angle of the excavation bit is 10 °.
  • the mounting angle of the excavation bit 121 is set to 10 °
  • the mounting angle of the excavation bit 122 is set to 15 °.
  • the excavation bits 121 and 122 both project to both the outside and the inside of the steel pipe body 11 and intersect the pipe thickness center line of the steel pipe body 11 at the center in the mounting direction. Note that FIG. 16 shows the conditions of the second embodiment. In the comparative example, four excavation bits were similarly attached, but the protrusion height was 12 mm and the attachment angle was 10 ° for all the excavation bits.
  • FIG. 17 is a graph showing the results of the experiment shown in FIG. A mortar-shaped model ground was excavated at a construction depth of 500 mm with the steel pipe piles according to Examples 1, 2 and Comparative Examples as described with reference to FIG. As a result, as shown in the graph, when the volume residual ratio of each bit in the comparative example in which the mounting angle and the excavable area are the same for all the excavation bits is 1, two sets of excavations having different protrusion heights are excavated. In Example 1 in which the bits were arranged, the volume residual ratio of the excavation bit 121 having a low protrusion height was 4.85 times that of the comparative example.
  • the volume residual ratio is the ratio of the volume of the excavation bit remaining after the construction to the volume of the excavation bit before the construction.
  • Example 2 in which the excavable area is different in addition to the protruding heights of the two sets of excavating bits, the volume residual ratio of the excavating bits 121 having a low protruding height and a small excavable area is 5.23 times that of the comparative example. there were.
  • the result is that the function of the excavation bit can be maintained against wear during excavation by making the projecting height different among multiple excavation bits, and the size of the excavable area in addition to the projecting height. It is shown that the effect is improved by making them different.

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Abstract

鋼管本体（１１）と、鋼管本体（１１）の端面（１１Ｅ）に鋼管本体の周方向接線に対して角度（θ）をもって取り付けられ、鋼管本体（１１）の軸方向に突出する板状の掘削ビット（１２）とを備える鋼管杭（１０）において、掘削ビット（１２）が、鋼管本体（１１）の端面（１１Ｅ）から鋼管本体（１１）の軸方向に第１の高さ（Ｈ１）だけ突出する第１の掘削ビット（１２１）と鋼管本体（１１）の端面（１１Ｅ）から鋼管本体（１１）の軸方向に第１の高さ（Ｈ１）よりも高い第２の高さ（Ｈ２）だけ突出する第２の掘削ビット（１２２）とを含む。

Description

鋼管杭および鋼管杭の施工方法
　本発明は、鋼管杭および鋼管杭の施工方法に関する。
　鋼管杭の先端に取り付ける掘削ビットは、地盤を掘削する従来の効果のみならず、杭の回転方向に応じて掘削した土の動きを制御し、管内土の閉塞を抑制または促進する効果が期待される。例えば、特許文献１には、掘削ビットの長手方向の中心軸線と鋼管杭の外周との交点における接線方向とが角度を有しており、この角度によって掘削ビットの刃先が鋼管杭内側に向かって設けられる技術が記載されている。これによって、例えば、杭先端が支持層に到達する前には土砂を杭の外側に押し出して管内土の閉塞を抑制することによって掘削性を向上させ、杭先端が支持層に到達した後は杭の回転方向を逆にすることによって土砂を杭の内側に取り込み、管内土の閉塞を促進することによって高い支持力を獲得することができる。
特許第５０５３１５４号公報
　しかしながら、鋼管杭の先端を支持層に貫入させる際には、地盤強度が高いために大きな施工抵抗（回転トルクや鉛直圧入力）が杭先端に取り付けられた掘削ビットに作用する結果、掘削ビットが摩耗することが想定される。それゆえ、例えば特許文献１に記載されたような掘削ビットの効果を最大化するためには、摩耗に対抗して掘削ビットの機能を維持できる構造とすることが望ましい。
　そこで、本発明は、掘削時の摩耗に対抗して掘削ビットの機能を維持することが可能な、新規かつ改良された鋼管杭および鋼管杭の施工方法を提供することを目的とする。
［１］鋼管本体と、鋼管本体の端面に鋼管本体の周方向接線に対して角度をもって取り付けられ、鋼管本体の軸方向に突出する板状の掘削ビットとを備える鋼管杭であって、掘削ビットが、鋼管本体の端面から鋼管本体の軸方向に第１の高さだけ突出する第１の掘削ビットと、鋼管本体の端面から鋼管本体の軸方向に第１の高さよりも高い第２の高さだけ突出する第２の掘削ビットとを含む鋼管杭。
［２］第１の掘削ビットまたは第２の掘削ビットの少なくともいずれかの先端面に、鋼管本体の径方向の内側から外側に向かって突出高さが高くなる傾斜が形成される、［１］に記載の鋼管杭。
［３］第１の掘削ビットまたは第２の掘削ビットの少なくともいずれかが、鋼管本体の径方向の内側から外側に向かって厚くなるテーパー断面で形成される、［１］または［２］に記載の鋼管杭。
［４］掘削ビットが、鋼管本体の端面から鋼管本体の軸方向に第２の高さよりも高い第３の高さだけ突出する第３の掘削ビットをさらに含む、［１］から［３］のいずれか１項に記載の鋼管杭。
［５］掘削ビットは、鋼管杭を先端側から見たときにＣ字状またはＳ字状になるように湾曲した板状である、［１］から［４］のいずれか１項に記載の鋼管杭。
［６］掘削ビットは、鋼管本体の径方向の外側または内側の少なくともいずれかに突出し、第１の掘削ビットは、鋼管本体の管厚中心線から鋼管本体の径方向に第１の距離だけ突出することによって第１の掘削可能領域を有し、第２の掘削ビットは、鋼管本体の管厚中心線から鋼管本体の径方向に第１の距離よりも長い第２の距離だけ突出することによって、鋼管本体の径方向の外側または内側の少なくともいずれかで第１の掘削可能領域よりも拡張された第２の掘削可能領域を有する、［１］から［５］のいずれか１項に記載の鋼管杭。
［７］第１の掘削ビットは、鋼管本体の周方向接線に対して第１の角度をもって取り付けられ、第２の掘削ビットは、鋼管本体の周方向接線に対して第１の角度よりも大きい第２の角度をもって取り付けられる、［６］に記載の鋼管杭。
［８］第１の掘削ビットは、第１の掘削ビットの取り付け方向に沿って第１の長さを有し、第２の掘削ビットは、第２の掘削ビットの取り付け方向に沿って第１の長さよりも長い第２の長さを有する、［６］または［７］に記載の鋼管杭。
［９］［１］から［８］のいずれか１項に記載された鋼管杭の施工方法であって、鋼管杭の先端が所定の深度に到達するまで、掘削ビットが土砂を鋼管本体の外側に押し出す第１の回転方向に鋼管杭を回転させながら掘削する工程と、鋼管杭の先端が打ち止め深さに到達するまで、掘削ビットが土砂を鋼管本体の内側に取り込む第２の回転方向に鋼管杭を回転させながら掘削する工程とを含む鋼管杭の施工方法。
［１０］打ち止めの際に、鋼管杭の先端を支持層に到達させてから、鋼管杭を第２の回転方向に回転させる、［９］に記載の鋼管杭の施工方法。
［１１］打ち止めの際に、鋼管杭の先端が支持層に到達する直前から、鋼管杭を第２の回転方向に回転させながら掘削し、鋼管杭の先端が支持層に到達してから打ち止める、［９］に記載の鋼管杭の施工方法。
［１２］第１の回転方向に鋼管杭を回転させながら掘削する工程と、第２の回転方向に鋼管杭を回転させながら掘削する工程とが交互に実施される、［９］から［１１］のいずれか１項に記載の鋼管杭の施工方法。
　上記の構成によれば、突出高さがより高い第２の掘削ビットに施工抵抗を負担させ、その分だけ第１の掘削ビットの摩耗を抑制することができる。従って、掘削時の摩耗に対抗して掘削ビットの機能を維持することができる。
本発明の第１の実施形態に係る鋼管杭を側方および先端側から見た図である。 図１に示す鋼管杭の変形例を示す図である。 図１に示す鋼管杭の変形例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る鋼管杭の別の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る鋼管杭のさらに別の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る鋼管杭を側方および先端側から見た図である。 本発明の第２の実施形態に係る鋼管杭の別の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る鋼管杭のさらに別の例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る鋼管杭を側方および先端側から見た図である。 第１および第２の実施形態の変形例を示す図である。 第１および第２の実施形態の変形例を示す図である。 第１および第２の実施形態の変形例を示す図である。 第１および第２の実施形態の変形例を示す図である。 第１および第２の実施形態の変形例を示す図である。 掘削ビットの取り付け角度に関する実験結果を示すグラフである。 掘削ビットの摩耗抑制効果について検証する実験について説明するための図である。 図１６に示した実験の結果を示すグラフである。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋼管杭を側方および先端側から見た図である。図１に示されるように、鋼管杭１０は、鋼管本体１１と、鋼管本体１１の端面１１Ｅに取り付けられ、鋼管本体１１の軸方向に突出する掘削ビット１２とを含む。掘削ビット１２は、第１の掘削ビット１２１および第２の掘削ビット１２２を含む。本実施形態において、第１の掘削ビット１２１および第２の掘削ビット１２２は、いずれも鋼管本体１１の周方向接線に対して角度θ（０＜θ＜９０°）をもって取り付けられている。ここで、角度θは、板状の掘削ビット１２の板厚中心線ＬＣ１２が鋼管本体１１の管厚中心線ＬＣ１１に交わる位置において、板厚中心線ＬＣ１２と管厚中心線ＬＣ１１の接線ＬＴ１１（鋼管本体１１の周方向接線）とがなす角度である。以下では、角度θを掘削ビット１２の取り付け角度ともいう。第１の掘削ビット１２１および第２の掘削ビット１２２の取り付け方向は、鋼管本体１１の周方向接線に対してそれぞれの取り付け角度θ１，θ２だけ傾いた方向である。
　本実施形態では、掘削ビット１２が取り付け角度θを有することによって、例えば鋼管杭１０を用いた掘削時において杭先端が所定の深さに到達するまでは鋼管杭１０を図１に示す反時計回り（ＣＣＷ）に回転させながら掘削して土砂を鋼管本体１１の外側に押し出し、管内土の閉塞を抑制することができる。また、杭先端が打ち止め深さに到達するまでは鋼管杭１０を図１に示す時計回り（ＣＷ）に回転させながら掘削して土砂を鋼管本体１１の内側に取り込み、管内土の閉塞を促進することによって高い支持力を獲得することができる。なお、掘削ビット１２は、鋼管本体１１の径方向の内側および外側の両方にエッジを有し、これによって上記のように鋼管本体１１の回転方向を反転させて掘削することが可能になる。
　なお、本実施形態では、第１の掘削ビット１２１および第２の掘削ビット１２２がいずれも鋼管本体１１の径方向の外側および内側の両方に突出し、かつ取り付け方向の中心で鋼管本体１１の管厚中心線ＬＣ１１に交差する。他の実施形態では、図２および図３に示す例のように、鋼管本体１１の径方向の外側または内側のいずれか一方だけに掘削ビットが突出していてもよい。
　さらに、本実施形態において、掘削ビット１２のうち第１の掘削ビット１２１は鋼管本体１１の端面１１Ｅから鋼管本体１１の軸方向に高さＨ１だけ突出し、第２の掘削ビット１２２は鋼管本体１１の端面１１Ｅから鋼管本体１１の軸方向に高さＨ２だけ突出し、高さＨ２は高さＨ１よりも高い（Ｈ１＜Ｈ２）。例えば支持層のように地盤強度が高い層を掘削する場合、大きな施工抵抗が掘削ビット１２に作用することによって掘削ビット１２が摩耗することが想定される。これに対して、上記のように第２の掘削ビット１２２の突出高さＨ２を第１の掘削ビット１２１の突出高さＨ１よりも高くすることによって、掘削において先行する第２の掘削ビット１２２に施工抵抗を負担させ、その分だけ施工抵抗が軽減される第１の掘削ビット１２１の摩耗を抑制することができる。第１の掘削ビット１２１の摩耗が顕著になるのは、例えば第２の掘削ビット１２２の突出高さが摩耗によって第１の掘削ビット１２１と同程度になった後であるため、施工終了まで第１の掘削ビット１２１の摩耗が顕著にならない場合もあり得る。このように、第１の掘削ビット１２１の摩耗が抑制されることによって、地盤強度が高い層で掘削を進めても、上述したような掘削ビット１２による管内土の閉塞の抑制または促進の機能を維持することができる。
　なお、鋼管本体１１への掘削ビット１２の取り付け方法は、例えば溶接であってもよいし、ねじ止めなどの機械的な接合手段によるものであってもよい。また、図１に示された例において鋼管本体１１の端面１１Ｅと掘削ビット１２の上端面とは一致しているが、例えば端面１１Ｅに形成された溝または切り込みに掘削ビット１２を嵌合させた上で接合したり、掘削ビット１２の上端面に形成された溝または切り込みに鋼管本体１１の端面１１Ｅを含む端部を嵌合させた上で接合したり、端面１１Ｅおよび掘削ビット１２の上端面の両方に溝または切り込みを形成してこれらの溝または切り込みを互いに嵌合させた上で接合したりすることが可能である。この場合、鋼管本体１１の端面１１Ｅと掘削ビット１２の上端面とは必ずしも一致しない。以下で説明する他の例についても同様である。
　図４は、本発明の第１の実施形態に係る鋼管杭の別の例を示す図である。図４に示された例では、上記で図１を参照して説明した例と同様に掘削ビット１２に含まれる第１の掘削ビット１２１Ａおよび第２の掘削ビット１２２Ａが取り付け角度θを有し、また第２の掘削ビット１２２Ａの突出高さＨ２が第１の掘削ビット１２１Ａの突出高さＨ１よりも高い。加えて、図示された例では、第１の掘削ビット１２１Ａおよび第２の掘削ビット１２２Ａの先端面１２１Ｅ，１２２Ｅ、すなわち鋼管本体１１の端面１１Ｅとは反対側の端面に、鋼管本体１１の径方向の内側から外側に向かって突出高さが高くなる傾斜が形成されている。
　上記のように第１の掘削ビット１２１Ａおよび第２の掘削ビット１２２Ａの先端面１２１Ｅ，１２２Ｅに傾斜を形成することによって、鋼管本体１１を図４に示す時計回り（ＣＷ）に回転させたときに先行して土砂に接触する部分で第１の掘削ビット１２１Ａおよび第２の掘削ビット１２２Ａの突出高さがより高くなり、第１の掘削ビット１２１Ａおよび第２の掘削ビット１２２Ａの摩耗に対する抵抗力を向上させることができる。なお、第１の掘削ビット１２１Ａおよび第２の掘削ビット１２２Ａの突出高さＨ１，Ｈ２は、例えば図示されたように端面１１Ｅから傾斜した先端面１２１Ｅ，１２２Ｅの最も高い位置までの高さとして定義することができる。また、図示された例では第１の掘削ビット１２１Ａおよび第２の掘削ビット１２２Ａの先端面１２１Ｅ，１２２Ｅの両方に傾斜が形成されているが、いずれか一方の先端面のみに傾斜が形成されてもよい。
　図５は、本発明の第１の実施形態に係る鋼管杭のさらに別の例を示す図である。図５に示された例では、上記で図１を参照して説明した例と同様に掘削ビット１２に含まれる第１の掘削ビット１２１および第２の掘削ビット１２２Ｂが取り付け角度θを有し、また第２の掘削ビット１２２Ｂの突出高さＨ２が第１の掘削ビット１２１の突出高さＨ１よりも高い。加えて、図示された例では、第２の掘削ビット１２２Ｂが、鋼管本体１１の径方向の内側から外側に向かって厚くなるテーパー断面で形成されている。具体的には、第２の掘削ビット１２２Ｂは鋼管本体１１の径方向内側において厚さｔ１、外側で厚さｔ２であり、厚さｔ２は厚さｔ１よりも大きい（ｔ１＜ｔ２）。
　上記のように第２の掘削ビット１２２Ｂをテーパー断面で形成することによって、鋼管本体１１を図５に示す時計回り（ＣＷ）で回転させたときに先行して土砂に接触する部分で第２の掘削ビット１２２Ｂがより厚くなり、第２の掘削ビット１２２Ｂの摩耗に対する抵抗力を向上させることができる。なお、図示された例では第２の掘削ビット１２２Ｂのみがテーパー断面で形成されているが、第１の掘削ビット１２１および第２の掘削ビット１２２Ｂの両方がテーパー断面で形成されてもよく、第１の掘削ビット１２１のみがテーパー断面で形成されてもよい。また、図５の例と図４の例とを組み合わせ、第１の掘削ビット１２１または第２の掘削ビット１２２の先端面に傾斜を形成するとともに、第１の掘削ビット１２１または第２の掘削ビット１２２をテーパー断面で形成してもよい。
　（第２の実施形態）
　図６は、本発明の第２の実施形態に係る鋼管杭を側方および先端側から見た図である。図６に示されるように、鋼管杭２０は、鋼管本体１１と、鋼管本体１１の端面１１Ｅに取り付けられる掘削ビット２２とを含む。掘削ビット２２は、第１の掘削ビット２２１および第２の掘削ビット２２２を含む。第１の実施形態と同様に、第１の掘削ビット２２１は鋼管本体１１の端面１１Ｅから高さＨ１だけ突出し、第２の掘削ビット２２２は鋼管本体１１の端面１１Ｅから高さＨ２だけ突出し、高さＨ２は高さＨ１よりも高い（Ｈ１＜Ｈ２）。さらに、本実施形態において、第１の掘削ビット２２１は鋼管本体１１の周方向接線に対して角度θ１（０＜θ１＜９０°）をもって取り付けられ、第２の掘削ビット２２２は鋼管本体１１の周方向接線に対して角度θ２（０＜θ２＜９０°）をもって取り付けられ、角度θ２は角度θ１よりも大きい（θ１＜θ２）。ここで、取り付け角度θ１，θ２は、第１の実施形態で説明された取り付け角度θと同様に、第１の掘削ビット２２１および第２の掘削ビット２２２のそれぞれの板厚中心線ＬＣ２２１，ＬＣ２２２と鋼管本体１１の管厚中心線ＬＣ１１の接線ＬＴ１１、すなわち鋼管本体１１の周方向接線とがなす角度である。一方、本実施形態において、第１の掘削ビット１２１および第２の掘削ビット１２２のそれぞれの取り付け方向に沿った長さＬは同じである。第１の掘削ビット２２１および第２の掘削ビット２２２の取り付け方向は、鋼管本体１１の周方向接線に対してそれぞれの取り付け角度θ１，θ２だけ傾いた方向である。
　上記のように掘削ビット２２が取り付け角度θ１，θ２を有することによって、本実施形態でも第１の実施形態と同様に、鋼管杭２０を図６に示す反時計回り（ＣＣＷ）および時計回り（ＣＷ）のそれぞれに回転させながら掘削するときに、管内土の閉塞を抑制または促進する効果が得られる。
　加えて、本実施形態では、第２の掘削ビット２２２の取り付け角度θ２が第１の掘削ビット２２１の取り付け角度θ１よりも大きい。これによって、第１の掘削ビット２２１および第２の掘削ビット２２２の取り付け方向に沿った長さＬが同じであっても、例えば鋼管本体１１の外側について、第１の掘削ビット１２１が管厚中心線ＬＣ１１から鋼管本体１１の径方向に突出する距離Ｄ１よりも第２の掘削ビット１２２が管厚中心線ＬＣ１１から鋼管本体１１の径方向に突出する距離Ｄ２の方が長くなる。これによって、鋼管本体１１の外側で、第１の掘削ビット２２１の掘削可能領域Ｒ１よりも第２の掘削ビット２２２の掘削可能領域Ｒ２が拡張される。ここで、掘削可能領域Ｒ１，Ｒ２は、地中で鋼管杭２０を回転させたときに第１の掘削ビット２２１および第２の掘削ビット２２２のそれぞれが土砂を掘削する円環状の領域である。例えば、鋼管本体１１の外側について、図６に示すように掘削可能領域Ｒ１の半径をｒ１、掘削可能領域Ｒ２の半径をｒ２とした場合、ｒ２／ｒ１＝１．２程度になるように取り付け角度θ１，θ２を設定してもよい。
　なお、本実施形態では、第１の掘削ビット１２１および第２の掘削ビット１２２がいずれも鋼管本体１１の外側および内側の両方に突出し、かつ取り付け方向の中心で鋼管本体１１の管厚中心線ＬＣ１１に交差するため、鋼管本体１１の内側でも同様に、第１の掘削ビット１２１が突出する距離よりも第２の掘削ビット１２２が突出する距離の方が長く、掘削可能領域Ｒ１よりも掘削可能領域Ｒ２が拡張される。他の例では、鋼管本体１１の外側または内側のいずれか一方だけで掘削可能領域が拡張されてもよい。
　上記のような構成によって、相対的に拡張された領域を掘削する第２の掘削ビット２２２に施工抵抗を負担させ、その分だけ施工抵抗が軽減される第１の掘削ビット２２１の摩耗を抑制することができる。上述のように、第２の掘削ビット２２２の突出高さＨ２を第１の掘削ビット２２１の突出高さＨ１よりも高くことによっても、第１の掘削ビット２２１の摩耗は抑制される。従って、本実施形態では、より効果的に第１の掘削ビット２２１の摩耗を抑制し、地盤強度が高い層で掘削を進めても掘削ビット２２による管内土の閉塞の抑制または促進の機能を維持することができる。
　なお、上記の第１の実施形態で図４および図５を参照して説明したような変形例は、本実施形態にも適用可能である。具体的には、図７に示す例のように、掘削ビット２２１Ａ，２２２Ａの少なくともいずれかの先端面２２１Ｅ，２２２Ｅに鋼管本体１１の径方向の内側から外側に向かって突出高さが高くなる傾斜が形成されてもよい。また、図８に示す例のように、掘削ビット２２１，２２２Ｂの少なくともいずれかが、鋼管本体１１の径方向の内側から外側に向かって厚くなるテーパー断面で形成されてもよい。
　（第３の実施形態）
　図９は、本発明の第３の実施形態に係る鋼管杭を側方および先端側から見た図である。図６に示されるように、鋼管杭３０は、鋼管本体１１と、鋼管本体１１の端面１１Ｅに取り付けられる掘削ビット３２とを含む。掘削ビット３２は、第１の掘削ビット３２１および第２の掘削ビット３２２を含む。第１の実施形態と同様に、第１の掘削ビット３２１は鋼管本体１１の端面１１Ｅから高さＨ１だけ突出し、第２の掘削ビット３２２は鋼管本体１１の端面１１Ｅから高さＨ２だけ突出し、高さＨ２は高さＨ１よりも高い（Ｈ１＜Ｈ２）。さらに、本実施形態において、第１の掘削ビット３２１の取り付け方向に沿った長さはＬ１であり、第２の掘削ビット３２２の取り付け方向に沿った長さはＬ２であり、長さＬ２は長さＬ１よりも長い（Ｌ１＜Ｌ２）。一方、本実施形態において、第１の掘削ビット３２１および第２の掘削ビット３２２は、鋼管本体１１の周方向接線に対して同じ取り付け角度θ（０＜θ＜９０°）で取り付けられている。第１の掘削ビット３２１および第２の掘削ビット３２２の取り付け方向は、鋼管本体１１の周方向接線、すなわち管厚中心線ＬＣ１１の接線ＬＴ１１に対して取り付け角度θだけ傾いた方向である。
　上記のように掘削ビット３２が取り付け角度θを有することによって、本実施形態でも第１の実施形態と同様に、鋼管杭３０を図９に示す反時計回り（ＣＣＷ）および時計回り（ＣＷ）のそれぞれに回転させながら掘削するときに、管内土の閉塞を抑制または促進する効果が得られる。
　加えて、本実施形態では、第２の掘削ビット３２２の取り付け方向に沿った長さＬ２が第１の掘削ビット３２１の取り付け方向に沿った長さＬ１よりも長い。これによって、第１の掘削ビット３２１および第２の掘削ビット３２２の取り付け角度θが同じであっても、例えば鋼管本体１１の径方向外側について、第１の掘削ビット３２１が管厚中心線ＬＣ１１から鋼管本体１１の径方向に突出する距離Ｄ１よりも、第２の掘削ビット３２２が管厚中心線ＬＣ１１から鋼管本体１１の径方向に突出する距離Ｄ２の方が長くなる。これによって、鋼管本体１１の外側で、第１の掘削ビット３２１の掘削可能領域Ｒ１よりも第２の掘削ビット３２２の掘削可能領域Ｒ２が拡張される。例えば、鋼管本体１１の外側について、図６に示すように掘削可能領域Ｒ１の半径をｒ１、掘削可能領域Ｒ２の半径をｒ２とした場合、ｒ２／ｒ１＝１．２程度になるように長さＬ１，Ｌ２を設定してもよい。
　なお、本実施形態では、第１の掘削ビット３２１および第２の掘削ビット３２２がいずれも鋼管本体１１の径方向の外側および内側の両方に突出し、かつ取り付け方向の中心で鋼管本体１１の管厚中心線ＬＣ１１に交差するため、鋼管本体１１の内側でも同様に、第１の掘削ビット３２１が突出する距離よりも第２の掘削ビット３２２が突出する距離の方が長く、掘削可能領域Ｒ１よりも掘削可能領域Ｒ２が拡張される。他の例では、鋼管本体１１の径方向の外側または内側のいずれか一方だけで掘削可能領域が拡張されてもよい。
　上記のような構成によって、相対的に拡張された領域を掘削する第２の掘削ビット３２２に施工抵抗を負担させ、その分だけ施工抵抗が軽減される第１の掘削ビット３２１の摩耗を抑制することができる。上述のように、第２の掘削ビット３２２の突出高さＨ２を第１の掘削ビット３２１の突出高さＨ１よりも高くことによっても、第１の掘削ビット３２１の摩耗は抑制される。従って、本実施形態では、より効果的に第１の掘削ビット３２１の摩耗を抑制し、地盤強度が高い層で掘削を進めても掘削ビット３２による管内土の閉塞の抑制または促進の機能を維持することができる。
　なお、以上で説明した本発明の第２および第３の実施形態は、互いに組み合わせることが可能である。つまり、本発明の実施形態では、第２の掘削ビット３２２の突出高さＨ２を第１の掘削ビット３２１の突出高さＨ１よりも高くするのに加えて、一部の掘削ビットの取り付け角度θまたは取り付け方向に沿った長さＬのいずれかを他の掘削ビットよりも大きくすることによって掘削可能領域を拡張してもよいし、取り付け角度θおよび長さＬの両方を他の掘削ビットよりも大きくすることによって掘削可能領域を拡張してもよい。
　また、上記の第１の実施形態で図４および図５を参照して説明したような変形例は、本実施形態にも適用可能である。具体的には、少なくともいずれかの掘削ビットの先端面に鋼管本体の径方向の内側から外側に向かって突出高さが高くなる傾斜が形成されてもよいし、少なくともいずれかの掘削ビットが鋼管本体の径方向の内側から外側に向かって厚くなるテーパー断面で形成されてもよい。
　（変形例）
　図１０から図１４は、上記で説明した第１から第３の実施形態の変形例を示す図である。以下で説明する変形例は、第１の実施形態から第３の実施形態のそれぞれに、また、第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせた実施形態に適用可能である。各図に示された鋼管杭４０において、掘削ビット４２は、第１の掘削ビット４２１および第２の掘削ビット４２２を含む。第１の掘削ビット４２１と第２の掘削ビット４２２との間では、上記で説明した第１から第３の実施形態と同様に突出高さ、取り付け角度θまたは長さＬが異なっているが、図１０から図１４の各図において、このような第１の掘削ビットと第２の掘削ビットとの形状の違いは必ずしも図示されていない。また、各図に示された例ではそれぞれの掘削ビットが鋼管本体１１の径方向の外側および内側の両方に突出し、かつ取り付け方向の中心で鋼管本体１１の管厚中心線に交差するが、鋼管本体１１の径方向の外側または内側のいずれか一方だけに掘削ビットが突出していてもよい点は、上記の各実施形態と同様である。
　図１０および図１１に示された例では、鋼管本体１１の周方向における第１の掘削ビット４２１および第２の掘削ビット４２２の配置パターンが上記の各実施形態とは異なる。より具体的には、上記の各実施形態では第１の掘削ビットと第２の掘削ビットとが１つおきに交互に配置されていたのに対し、図１０に示される鋼管杭４０では、第１の掘削ビット４２１と第２の掘削ビット４２２とが２つおきに交互に配置される。また、上記の各実施形態では第１の掘削ビットと第２の掘削ビットとが同じ数だけ配置されていたのに対し、図１１に示される鋼管杭４０では、第１の掘削ビット４２１を１つ配置するごとに第２の掘削ビット４２２が２つ配置され、従って第１の掘削ビット４２１の数よりも第２の掘削ビット４２２の数の方が多い。
　図１２に示された例では、掘削ビット４２が、第１の掘削ビット４２１および第２の掘削ビット４２２に加えて第３の掘削ビット４２３および第４の掘削ビット４２４を含む。第３の掘削ビット４２３は、第２の掘削ビット４２２よりもさらに突出高さが高い（つまり、鋼管本体１１の端面１１Ｅから高さＨ２よりも高い第３の高さだけ突出する）。さらに、第３の掘削ビット４２３は、第２の掘削ビット４２２よりもさらに突出する距離が長い（つまり、鋼管本体１１の管厚中心線ＬＣ１１から鋼管本体１１の径方向に距離Ｄ２（図６または図９などを参照）よりも長い第３の距離だけ突出する）ことによって、第２の掘削ビット４２２の掘削可能領域Ｒ２よりも拡張された掘削可能領域を有してもよい。第３の掘削ビット４２３と第４の掘削ビット４２４との関係についても第２の掘削ビット４２２と第３の掘削ビット４２３との関係と同様であり、第４の掘削ビット４２４は、例えば、第３の掘削ビット４２３よりもさらに突出高さが高く、第３の掘削ビット４２３よりもさらに拡張された掘削可能領域を有してもよい。このように、本発明の実施形態において、掘削ビットは、２種類の掘削ビットに限らず、３種類、または４種類以上の掘削ビットを含んでもよい。この場合、３種類以上の掘削ビットは、例えば図１２に示された例における第２の掘削ビット４２２および第３の掘削ビット４２３のように、先行して施工抵抗を負担する掘削ビットが存在するために最初は摩耗が抑制され、先行する掘削ビットが摩耗した後は後に位置する別の掘削ビットの摩耗を抑制するために施工抵抗を負担する中間的な掘削ビットを含む。
　図１３および図１４に示された例では、第１の掘削ビット４２１および第２の掘削ビット４２２を含む掘削ビット４２が、湾曲した板状の掘削ビットである。図１３の例では、掘削ビット４２が、鋼管杭４０を先端側から見たときにＣ字状になるように湾曲している。この場合、掘削ビット４２の取り付け角度θは、掘削ビット４２の湾曲した板厚中心線ＬＣ４２が鋼管本体１１の管厚中心線ＬＣ１１に交わる位置において、板厚中心線ＬＣ４２の接線ＬＴ４２と管厚中心線ＬＣ１１の接線ＬＴ１１とがなす角度である。また、掘削ビット４２の取り付け方向に沿った長さＬは、接線ＬＴ４２に沿った方向の長さである。図１３の例では、例えば上記の各実施形態と同様の効果が得られるのに加えて、掘削ビット４２が湾曲していることによって、鋼管杭４０が反時計回り（ＣＣＷ）で回転するときには鋼管本体１１および掘削ビット４２から離れる向きの土砂の流れＦ１を生み出しやすく、また鋼管杭４０が時計回り（ＣＷ）で回転するときには鋼管本体１１の内側に向かう土砂の流れＦ２を生み出しやすくなる。土砂の流れがスムーズになることによって、鋼管杭４０を用いた掘削がより円滑になる。
　一方、図１４の例では、掘削ビット４２が、鋼管杭４０を先端側から見たときにＳ字状になるように湾曲している。この場合、掘削ビット４２の取り付け角度θは、掘削ビット４２の湾曲した板厚中心線ＬＣ４２が鋼管本体１１の管厚中心線ＬＣ１１に交わる位置において、掘削ビット４２の両端の板厚中心を結ぶ直線ＬＥ４２と管厚中心線ＬＣ１１の接線ＬＴ１１とがなす角度である。また、掘削ビット４２の取り付け方向に沿った長さＬは、直線ＬＥ４２に沿った方向の長さである。図１４の例では、図１３の例と同様の土砂の流れＦ１，Ｆ２が生み出しやすくなるのに加えて、鋼管杭４０が時計回り（ＣＷ）に回転するときに鋼管本体１１の内側に取り込まれた土砂が掘削ビット４２から離れる向きの土砂の流れＦ３を生み出しやすくなる。図１３の例と同様に、土砂の流れがスムーズになることによって、鋼管杭４０を用いた掘削がより円滑になる。
　なお、上述した第１から第３の実施形態、およびそれらの変形例において、掘削ビットが鋼管本体１１の内側および外側の両方に突出するか、または掘削ビットが鋼管本体１１の内側にのみ突出する構成が可能である。第１の掘削ビットと第２の掘削ビット（および第３の掘削ビットならびに第４の掘削ビット）との間で、掘削ビットが鋼管本体１１から突出する方向が異なっていてもよい。
　（鋼管杭の施工方法）
　上記で説明したような本発明の実施形態および変形例に係る鋼管杭を用いて、例えば以下のような施工方法が実施可能である。なお、以下ではで図１を参照して説明した鋼管杭１０を例として説明するが、第２および第３の実施形態や各変形例に係る鋼管杭２０，３０，４０でも同様の施工方法が実施可能である。
　まず、鋼管杭１０の先端（掘削ビット１２の先端、または鋼管本体１１の端面１１Ｅ）が所定の深度に到達するまで、掘削ビット１２が土砂を鋼管本体１１の外側に押し出す第１の回転方向（図１に示す反時計回り（ＣＣＷ））に鋼管杭１０を回転させながら掘削する工程が実施される。その後、鋼管杭１０の先端が打ち止め深さに到達するまで、掘削ビット１２が土砂を鋼管本体１１の内側に取り込む第２の回転方向（図１に示す時計回り（ＣＷ））に鋼管杭１０を回転させながら掘削する工程が実施される。ここで、所定の深度は、例えば打ち止め深さに対して鋼管本体１１の直径の１倍～５倍程度の距離だけ上方である。これによって、鋼管杭１０の打ち止め時においては、鋼管杭１０の下端部を取り込んだ土砂で閉塞させて、高い支持力を得ることができる。
　なお、上記の所定の深度と、地盤中の支持層の深さとの関係は任意である。つまり、所定の深度は、支持層の深さよりも深くてもよい。この場合、施工方法では、打ち止めの際に、鋼管杭１０の先端を支持層に到達させてから、鋼管杭１０を第２の回転方向に回転させることになる。あるいは、所定の深度は、支持層の深さよりも浅くてもよい。この場合、施工方法では、打ち止めの際に、鋼管杭１０の先端が支持層に到達する直前から、鋼管杭１０を第２の回転方向に回転させながら掘削し、鋼管杭１０の先端が支持層に到達してから打ち止めることになる。
　また、施工方法において、鋼管杭１０を第１の回転方向に回転させながら掘削する工程と、鋼管杭１０を第２の回転方向に回転させながら掘削する工程とは、交互に実施されてもよい。つまり、鋼管杭１０の先端が所定の深度に到達する前であっても、鋼管杭１０を第２の回転方向に回転させながら掘削することは可能である。具体的には、例えば鋼管杭１０の根入れが順調ではないような場合に、鋼管杭１０の回転方向を交互に切り替えながら根入れし、最終的には鋼管杭１０を第２の回転方向に回転させて打ち止めることが考えられる。この場合、所定の深度は、鋼管杭１０が最後に第１の回転方向に回転させられた深度であり、例えば打ち止め深さと同程度の深さでありうる。例えば上記のような場合において、鋼管杭１０の回転方向だけではなく、鋼管杭１０の掘削（先端の下降）および後退（先端の上昇）を交互に実施してもよい。
　図１５は、掘削ビットの取り付け角度に関する実験結果を示すグラフである。実験では、断面直径１０１．６ｍｍ、管厚５．７ｍｍの鋼管本体に、厚さ６ｍｍ、取り付け方向に沿った長さ３０ｍｍ、鋼管本体の端面からの突出高さ１２ｍｍの掘削ビットを等間隔で４つ取り付け、掘削ビットの取り付け角度を０°（取り付け角度なし）、５°、１５°、２０°および３０°の５通りにした場合について、飯豊珪砂７号を用いた模擬地盤に同じ深度まで打設した鋼管杭の支持力を比較した。なお、この実験では、「道路橋示方書・同解説（IV　下部構造編）」に準拠し、杭頭（鋼管頭部）の沈下量が杭径（断面直径）の１０％のときの荷重（極限支持力）を支持力としている。また、支持力は取り付け角度がない場合を１とした場合の増加比率で表現されている。図１５のグラフに示されるように、取り付け角度がある（０°よりも大きい）場合は、取り付け角度がない場合に比べて支持力が向上する。特に、取り付け角度が５°から１５°の範囲で、より顕著な支持力の向上がみられた（０°の場合の約１．２５倍以上）。この結果から、例えば、上述した各実施形態において、掘削ビットの取り付け角度θ，θ１，θ２を５°以上１５°以下（５°≦θ，θ１，θ２≦１５°）の範囲に設定してもよい。なお、上記の範囲外の場合でも支持力は向上するため、取り付け角度θ，θ１，θ２の値は上記の範囲には限定されない。
　図１６は、掘削ビットの摩耗抑制効果について検証する実験について説明するための図である。図示されているように、実験では、断面直径１０１．６ｍｍ、管厚５．７ｍｍの鋼管本体１１に、厚さ３．２ｍｍ、取り付け方向に沿った長さ３０ｍｍの掘削ビット１２１，１２２を等間隔で４つ取り付けた。実施例１では、このうち２つの掘削ビット１２１については、鋼管本体の端面からの突出高さを１０ｍｍとし、残りの２つの掘削ビット１２２については突出高さを１４ｍｍとし、掘削ビット１２１と掘削ビット１２２とを鋼管本体１１の周方向について交互に配置した。掘削ビットの取り付け角度はいずれも１０°である。実施例２では、実施例１の突出高さの差に加えて、掘削ビット１２１について取り付け角度を１０°とし、掘削ビット１２２については取り付け角度を１５°とした。掘削ビット１２１，１２２は、いずれも鋼管本体１１の外側および内側の両方に突出し、かつ取り付け方向の中心で鋼管本体１１の管厚中心線に交差する。なお、図１６は、この実施例２の条件を示している。比較例では、同様に４つの掘削ビットを取り付けたが、すべての掘削ビットで突出高さを１２ｍｍ、取り付け角度を１０°とした。
　図１７は、図１６に示した実験の結果を示すグラフである。図１６を参照して説明したような実施例１、実施例２および比較例に係る鋼管杭で、モルタル状の模型地盤を施工深度５００ｍｍ分掘削した。その結果、グラフに示されるように、取り付け角度および掘削可能領域がすべての掘削ビットで同じである比較例における各ビットの体積残存率を１とした場合に、突出高さの異なる２組の掘削ビットを配置した実施例１では、突出高さが低い掘削ビット１２１の体積残存率が比較例の４．８５倍であった。ここで、体積残存率は、施工前の掘削ビットの体積に対して、施工後に残存した掘削ビットの体積の割合である。さらに、２組の掘削ビットの突出高さに加えて掘削可能領域も異なる実施例２では、突出高さが低く掘削可能領域が小さい掘削ビット１２１の体積残存率が比較例の５．２３倍であった。この結果は、複数の掘削ビットの間で突出高さを異ならせることによって掘削時の摩耗に対抗して掘削ビットの機能を維持できること、また、突出高さに加えて掘削可能領域の大きさを異ならせることによって効果が向上することを示している。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　１０，２０，３０，４０…鋼管杭、１１…鋼管本体、１１Ｅ…端面、１２，２２，３２，４２…掘削ビット、１２１，１２１Ａ，２２１，２２１Ａ，３２１，４２１…第１の掘削ビット、１２１Ｅ，２２１Ｅ…先端面、１２２，１２２Ａ，１２２Ｂ，２２２，２２２Ａ，２２２Ｂ，３２２，４２２…第２の掘削ビット、１２２Ｅ，２２２Ｅ…先端面、４２３…第３の掘削ビット、４２４…第４の掘削ビット。
 

Claims (12)

  1. 　鋼管本体と、前記鋼管本体の端面に前記鋼管本体の周方向接線に対して角度をもって取り付けられ、前記鋼管本体の軸方向に突出する板状の掘削ビットとを備える鋼管杭であって、
    　前記掘削ビットが、
    　　前記鋼管本体の端面から前記鋼管本体の軸方向に第１の高さだけ突出する第１の掘削ビットと、
    　　前記鋼管本体の端面から前記鋼管本体の軸方向に前記第１の高さよりも高い第２の高さだけ突出する第２の掘削ビットと
    　を含む鋼管杭。
  2. 　前記第１の掘削ビットまたは前記第２の掘削ビットの少なくともいずれかの先端面に、前記鋼管本体の径方向の内側から外側に向かって突出高さが高くなる傾斜が形成される、請求項１に記載の鋼管杭。
  3. 　前記第１の掘削ビットまたは前記第２の掘削ビットの少なくともいずれかが、前記鋼管本体の径方向の内側から外側に向かって厚くなるテーパー断面で形成される、請求項１または請求項２に記載の鋼管杭。
  4. 　前記掘削ビットが、前記鋼管本体の端面から前記鋼管本体の軸方向に前記第２の高さよりも高い第３の高さだけ突出する第３の掘削ビットをさらに含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鋼管杭。
  5. 　前記掘削ビットは、前記鋼管杭を先端側から見たときにＣ字状またはＳ字状になるように湾曲した板状である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の鋼管杭。
  6. 　前記掘削ビットは、前記鋼管本体の径方向の外側または内側の少なくともいずれかに突出し、
    　前記第１の掘削ビットは、前記鋼管本体の管厚中心線から前記鋼管本体の径方向に第１の距離だけ突出することによって第１の掘削可能領域を有し、
    　前記第２の掘削ビットは、前記鋼管本体の管厚中心線から前記鋼管本体の径方向に前記第１の距離よりも長い第２の距離だけ突出することによって、前記鋼管本体の径方向の外側または内側の少なくともいずれかで前記第１の掘削可能領域よりも拡張された第２の掘削可能領域を有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鋼管杭。
  7. 　前記第１の掘削ビットは、前記鋼管本体の周方向接線に対して第１の角度をもって取り付けられ、
    　前記第２の掘削ビットは、前記鋼管本体の周方向接線に対して前記第１の角度よりも大きい第２の角度をもって取り付けられる、請求項６に記載の鋼管杭。
  8. 　前記第１の掘削ビットは、前記第１の掘削ビットの取り付け方向に沿って第１の長さを有し、
    　前記第２の掘削ビットは、前記第２の掘削ビットの取り付け方向に沿って前記第１の長さよりも長い第２の長さを有する、請求項６または請求項７に記載の鋼管杭。
  9. 　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載された鋼管杭の施工方法であって、
    　前記鋼管杭の先端が所定の深度に到達するまで、前記掘削ビットが土砂を前記鋼管本体の外側に押し出す第１の回転方向に前記鋼管杭を回転させながら掘削する工程と、
    　前記鋼管杭の先端が打ち止め深さに到達するまで、前記掘削ビットが土砂を前記鋼管本体の内側に取り込む第２の回転方向に前記鋼管杭を回転させながら掘削する工程と
    　を含む鋼管杭の施工方法。
  10. 　前記打ち止めの際に、前記鋼管杭の先端を支持層に到達させてから、前記鋼管杭を前記第２の回転方向に回転させる、請求項９に記載の鋼管杭の施工方法。
  11. 　前記打ち止めの際に、前記鋼管杭の先端が支持層に到達する直前から、前記鋼管杭を前記第２の回転方向に回転させながら掘削し、前記鋼管杭の先端が前記支持層に到達してから打ち止める、請求項９に記載の鋼管杭の施工方法。
  12. 　前記第１の回転方向に前記鋼管杭を回転させながら掘削する工程と、前記第２の回転方向に前記鋼管杭を回転させながら掘削する工程とが交互に実施される、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の鋼管杭の施工方法。
     
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