(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
打設されている鋼管杭の周囲をその全周あるいは一部を囲むように配置可能な棒状の囲繞部材と、上端部が前記囲繞部材に連結されて該囲繞部材を支持する複数の柱部材とを備えた自立可能な骨組材と、上端部が前記囲繞部材に支持されて前記骨組材の周囲を覆う防風シートとを備えてなり、
設置状態において前記防風シートが前記鋼管杭の周囲を覆い、その内部が溶接作業空間となり、該溶接作業空間の上方は開放されていることを特徴とする鋼管杭の現場溶接用防風設備。
【請求項２】
前記囲繞部材はカーテンレールを備え、前記防風シートの上端に前記カーテンレールを走行する走行部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の鋼管杭の現場溶接用防風設備。
【請求項３】
前記囲繞部材は、リング状に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管杭の現場溶接用防風設備。
【請求項４】
前記囲繞部材は、複数の棒材の端部がヒンジ結合して形成され、両端が開放してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管杭の現場溶接用防風設備。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の鋼管杭の現場溶接用防風設備を用いた溶接方法であって、
下杭を打設する下杭打設工程と、該下杭を囲むように前記現場溶接用防風設備を単に置く防風設備立設工程と、前記下杭の上端に該下杭に継杭する上杭の下端を位置合わせして保持する上杭位置合わせ工程と、炭酸ガスシールドアーク溶接を用いて前記下杭の上端と前記上杭の下端を溶接する溶接工程とを備えたことを特徴とする鋼管杭の現場溶接方法。
【請求項６】
前記溶接工程において、狭開先溶接を行うことを特徴とする請求項５記載の鋼管杭の現場溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭の現場溶接に用いる防風設備及び該防風設備を用いた鋼管杭の現場溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管杭を現場で継手施工する方法として、現場で鋼管杭を円周方向に溶接する方法がある。この現場溶接方法に関し、従来の鋼管杭（TS〜490N/mm2級（SKK400及びSKK490））では、JASPPジョイントを用いたセルフシールドアーク半自動溶接（ノンガス溶接）が既に標準化されている。
一般に、溶接施工の際に用いる溶接ワイヤは鋼管母材の強度と同等以上の強度を有するものを使用するが、従来の鋼管杭の強度に対応した、セルフシールド用フラックス入りワイヤ（TS〜550N/mm2級）も既に商品化されている（神戸製鋼所OW-56Aなど）。
【０００３】
セルフシールドアーク溶接は、フラックスが溶着金属を覆って外気から保護するため、作業可能風速が10m/s以下と風に強く、現場円周溶接には適用しやすい溶接方法である。施工実績も豊富で、JIS A 5525（鋼管ぐい）、道路橋示方書・同解説（IV下部構造編）や杭基礎施工便覧などに、その方法が記載されている。
【０００４】
したがって、鋼管杭を現場円周溶接する場合には、風に強いセルフシールドアーク溶接（ノンガス溶接）を適用できるのが望ましい。
しかしながら、現在存在するセルフシールドアーク溶接に用いるセルフシールド用フラックス入りワイヤは、従来の鋼管杭（TS〜490N/mm2級（SKK400及びSKK490））のものであり、例えば、TS570N/mm2級の高強度鋼管杭まで対応可能なセルフシールド用フラックス入りワイヤが存在していない。
【０００５】
よって、この場合、高強度鋼管杭の現場円周溶接による方法として、強度を優先させるとすれば、TS570N/mm2級まで対応可能な炭酸ガスシールドアーク溶接を用いることが考えられる。溶接ワイヤにはTS590N/mm2級のものが商品化されている（神戸製鋼所MG-60など）。
しかし、炭酸ガスシールドアーク溶接方法は、建築用鉄骨など高強度鋼の溶接で一般的に用いられているが、溶着金属の保護にシールドガスを用いているため風に非常に弱く、作業可能風速は2m/s以下となっている。
したがって、屋外での現場溶接施工を行う際には、風対策として防風設備の使用が必要となる。しかしながら、このような防風設備に特化したものはなく、類似技術として、現場溶接のための雨天時作業用設備として、例えば特許文献１、２に記載されたものがある。
特許文献１に記載のものは、鋼管杭の周囲にスカート状に広がる天幕本体と、その広がりを保持するリング状の縁骨とを組み合わせたものである。
また、特許文献２に記載のものは、鋼管杭を中心としてその周囲に円錐状に拡開する防水カバーと、鋼管杭を中心として放射状に配置され前記防水カバーを裏側から支える複数の傘骨を備え、前記防水カバーを分割カバーから構成することで、杭径が異なる場合にも適用できるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２６０９０４５号公報
【特許文献２】特許第３９３０４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に記載のものは、共に鋼管杭の周囲に天幕あるいは防水カバーを円錐状に巻き付けて屋根を形成している点で共通する構造である。このような構造を採用しているのは、特許文献１、２のものが共に雨天での作業を可能にすることをも目的としているため、屋根を必要としているためであると考えられる。
そのため、防風を目的として屋根の周囲に防風用の壁を設けたとすれば、作業空間が閉塞した空間となり溶接作業時に酸欠の危険が生ずるため、上記のものは防風対策としては必ずしも好ましいものではない。
また、特許文献１、２のものでは、接合する上側の鋼管杭に円錐状のカバーを取り付ける必要があり、その取り扱いが煩雑であり、雨天でなく防風のみの対策が必要な場合には、その取り扱いが煩雑で作業性が悪いという問題がある。
【０００８】
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、鋼管杭の現場溶接において、防風対策を確実に行なうことができると共に取り扱いが容易な鋼管杭の現場溶接用防風設備及び該防風設備を用いた現場溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係る鋼管杭の現場溶接用防風設備は、打設されている鋼管杭の周囲をその全周あるいは一部を囲むように配置可能な棒状の囲繞部材と、上端部が前記囲繞部材に連結されて該囲繞部材を支持する複数の柱部材とを備えた自立可能な骨組材と、上端部が前記囲繞部材に支持されて前記骨組材の周囲を覆う防風シートとを備えてなり、
設置状態において前記防風シートが前記鋼管杭の周囲を覆い、その内部が溶接作業空間となり、該溶接作業空間の上方は開放されていることを特徴とするものである。
なお、棒状の囲繞部材は、単一の湾曲または屈曲した部材で形成してもよいし、また真直ぐな棒状材を連結したものでもよいし、あるいは湾曲した棒状のものを連結したものでもよい。
【００１０】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記囲繞部材はカーテンレールを備え、前記防風シートの上端に前記カーテンレールを走行する走行部材が取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記囲繞部材は、リング状に形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
（４）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記囲繞部材は、複数の棒材の端部がヒンジ結合して形成され、両端が開放してなることを特徴とするものである。
【００１３】
（５）本発明に係る鋼管杭の現場溶接方法は、上記（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の鋼管杭の現場溶接用防風設備を用いた溶接方法であって、
下杭を打設する下杭打設工程と、該下杭を囲むように前記現場溶接用防風設備を単に置く防風設備立設工程と、前記下杭の上端に該下杭に継杭する上杭の下端を位置合わせして保持する上杭位置合わせ工程と、炭酸ガスシールドアーク溶接を用いて前記下杭の上端と前記上杭の下端を溶接する溶接工程とを備えたことを特徴とするものである。
なお、防風設備立設工程と、上杭位置合わせ工程の順番は、特に限定されるものではなく、防風設備立設工程の後で上杭位置合わせ工程を行なってもよいし、あるいは上杭位置合わせ工程の後で防風設備立設工程を行ってもよい。
【００１４】
（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、前記溶接工程において、狭開先溶接を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の鋼管杭の現場溶接用防風設備は、鋼管杭の周囲をその全周あるいは一部を囲むように配置可能な棒状の囲繞部材と、該囲繞部材を支持する複数の柱部材とを備えた自立可能な骨組材と、上端部が前記囲繞部材に支持されて前記骨組材の周囲を覆う防風シートとを備えてなるので、溶接現場に風がある状況でも防風シート内は無風に近い状態となり、炭酸ガスシールドアーク溶接を可能にできる。また、自立型であることから杭の施工に際して簡単に設置することができ、その取り扱いが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る現場溶接用防風設備の説明図である。
【図２】図１の矢視Ａ−Ａ図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る現場溶接用防風設備を用いた現場溶接方法の説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る現場溶接用防風設備を用いた現場溶接方法の説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る現場溶接用防風設備を用いた現場溶接方法の説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る現場溶接方法の説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る現場溶接方法の説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る現場溶接方法の効果の説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る現場溶接方法の他の態様の説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る現場溶接用防風設備を用いた現場溶接方法の他の態様の説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る現場溶接用防風設備を用いた現場溶接方法の他の態様の説明図である。
【図１２】本発明の一の実施の形態に係る現場溶接用防風設備を用いた現場溶接方法の他の態様の説明図である。
【図１３】本発明の他の実施の形態に係る現場溶接用防風設備の説明図である。
【図１４】図１３の矢視Ｂ−Ｂ図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態に係る現場溶接用防風設備を用いた現場溶接方法の説明図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態に係る現場溶接用防風設備を用いた現場溶接方法の説明図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態に係る現場溶接用防風設備を用いた現場溶接方法の説明図である。
【図１８】本発明の他の実施の形態に係る防風設備の他の態様の説明図である。
【図１９】本発明の他の実施の形態に係る防風設備の他の態様の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施形態１］
本発明の一実施の形態に係る鋼管杭現場溶接用防風設備を図１、図２に基づいて説明する。
本実施の形態に係る鋼管杭現場溶接用防風設備１は、鋼管杭３を取り囲むように配置可能なリング部材５（本発明の囲繞部材に相当する）と該リング部材５を支持する複数の柱部材７とを備えた自立可能な骨組材９と、上端部が前記リング部材５に支持されて前記骨組材９の周囲を覆う防風シート１１とを備えてなるものである。
各構成をさらに詳細に説明する。
【００１８】
＜リング部材＞
リング部材５は、図２に示すように、円形リングからなる。もっとも、矩形リングにしてもよい。リング部材５は、連続したリング部材５から形成してもよいし、各柱部材７で柱部材７を介して連続するような構造にしてもよい。
リング部材５は、防風シート１１の上端部を保持できるようになっている。防風シート１１の上端部を保持する構造としては、リング部材５にカーテンレールを設置し、防風シートの上端部に設けた走行部材が前記カーテンレールを走行できるようにするのが好ましい。
【００１９】
リング部材５は柱部材７で支持され、柱部材７の周囲が防風シート１１で囲まれ、防風シート１１で囲まれた空間が溶接の作業空間となる。したがって、リング部材５の形状は、防風シート１１を設置したときにそれに囲まれる空間が溶接空間として支障のない程度の空間にできるようなものとする。
【００２０】
＜柱部材＞
柱部材７はリング部材５を支持する機能を有する。柱部材７の上端はリング部材５に連結されている。柱部材７は、この例では、４本設けられ、それらが等間隔に配置されている。
なお、柱部材７の本数は特に限定されるものではなく、自立できるような構造になっていればよい。
【００２１】
＜防風シート＞
防風シート１１は、図１に示すように、リング部材５に支持されて骨組材９の周囲を覆う機能を有する。なお、図１において、防風シート１１の外面側を濃い目の色で示し、内面側を薄い色で示している。防風シート１１で囲まれた空間が溶接作業空間となることから、防風シート１１には不燃性の材質のものを用いる。
前述したように、防風シート１１の上端部に、カーテンレールを走行する走行部材を設け、リング部材５に設けたカーテンレールを走行させたカーテン形式にするのが好ましい。
また、防風シート１１は防滴の材質のものにするのが好ましい。
【００２２】
次に、上記のように構成された鋼管杭現場溶接用防風設備１を用いて鋼管杭の溶接を行う方法を図３乃至図８に基づいて説明する。
図３に示すように、油圧ハンマあるいはバイブロハンマなどの杭打ち機１３によって下杭１５の上端を保持して下杭１５を打設する。
下杭１５の上端部を約１ｍ程度地上に延出させた状態で、杭打ち機１３を撤去し、下杭１５を囲むように、鋼管杭現場溶接用防風設備１を設置する。鋼管杭現場溶接用防風設備１は、自立型であり単に置くだけなので、取り扱いが極めて容易である。
次に、下端部に開先１７を設けた上杭１９を図示しない杭打ち機１３で保持して、下杭１５の上端に位置合わせする（図５参照）。上杭１９に設ける開先１７は、図６及び図６の丸で囲んだ部位の拡大断面図である図７に示すように、JASPPジョイントとして標準化されているように、開先角度が４５°でルートギャップは１〜４mmとする。また、溶接部には裏当てリング部材２１を設置する。
【００２３】
鋼管杭現場溶接用防風設備１の防風シート１１によって杭周囲を覆い、その内部が作業可能風速である2m/s以下であることを風速計を用いて確認する。風速が2m/s以下であることが確認されると、溶接施工を開始する。なお、施工中は常時風速を計測して、作業空間内の風速を監視しておくのが望ましい。
溶接施工は、例えば、TS570N/mm2級まで対応可能な炭酸ガスシールドアーク溶接を用いて円周方向に溶接を行う。溶接ワイヤにはTS590N/mm2級のものが商品化されているので、それを用いる（例えば、神戸製鋼所MG-60など）。
これにより、防風シート１１外で2m/s以上の風が生じていても、内部はほぼ無風状態の良好な溶接施工環境を得ることができる。なお、外部が風速2m/s以下のほぼ無風状態であれば、防風設備なしでも溶接施工は理論上可能であるが、気象条件の変化も考慮して、所定の溶接継手性能確保を優先し、防風設備は原則として常に用いる。
なお、防風シート１１で囲まれた作業空間の上方は開放されているので、酸欠の心配はない。
【００２４】
鋼管杭現場溶接用防風設備１の効果を確認するため、高強度鋼管杭（φ700×t12、TS570N/mm2）を対象に、炭酸ガスシールドアーク溶接を用いて現場円周溶接を実施し、防風シートの有無及び風速をパラメーターとして、継手性能（継手溶接部TS）を確認した。
図８はこの実験結果をグラフで示したものであり、縦軸が継手溶接部TS（N/mm2）を示し、横軸が外部風速（m/s）を示している。
【００２５】
図８から分かるように、防風シート有りの場合は、溶接箇所の風速はほぼ0m/sであり、継手性能も要求性能を満足している。これに対して、防風シート無しの場合は、風速2m/sを境に要求性能を満足できなくなっている。
上記の実験結果から、防風設備の有効性が確認された。
【００２６】
なお、高強度鋼管杭を適用する場合は、従来の鋼管杭よりも設計上、薄肉化が可能である。しかし、従来の鋼管杭で設計が成立しないような大荷重を受ける柱などの支持杭として高強度鋼管杭を用いる場合には、大径・厚肉化することも考えられる。
そこでこのような場合にはコスト低減の観点から狭開先溶接を用いるのが好ましい。
もっとも、狭開先溶接は、開先断面積の低減と溶接施工時間の短縮が可能であるが、初層溶接における開先底部での安定したアーク発生および積層溶接における開先面へのスパッタ付着防止が重要な課題となる。
この課題を解決する方法として、発明者は、スパッタの発生が少なくアークの集中と安定性に優れるJ-STAR（登録商標）Weldingを用いることを考えた。
J-STAR（登録商標）Weldingは、極性を従来の棒プラスに対して逆の棒マイナスとし、適量の希土類金属（rare
earth metal）を添加したワイヤを用いる炭酸ガスシールドアーク溶接法である。この溶接法は250A以上の高電流溶接においてワイヤ先端を頂点とする円錐状のアークプラズマを形成することで、ワイヤ先端から溶融池へ移行する溶滴は微細かつ連続化した微細スプレー移行を達成し、従来比1.5倍の深い溶込みが得られる。
【００２７】
J-STAR（登録商標）Weldingを用いることで、狭開先溶接を行う場合には、以下のような効果が得られる。
従来のJASPPジョイントの標準開先は、開先角度45°／ルートギャップ1〜4mmであるのに対して、狭開先とした場合は、図９に示すように、開先角度25°／ルートギャップ2mmでよい。これにより、溶接ワイヤコストは従来よりも高くなるが、狭開先による溶着金属量の低減と施工能率の向上による溶接施工時間の短縮により、トータル施工コストとしては従来の約1/2となる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、防風設備を用いることで防風対策が容易にかつ確実におこなうことができるので、炭酸ガスシールドアーク溶接による高強度鋼管杭の現場溶接が可能となる。また、狭開先を用いることで、溶接施工時間が長くなりがちな大径・厚肉の鋼管杭の場合に、その施工時間を大きく短縮することができる。
【００２９】
なお、上記の実施の形態では、杭施工機として杭の頭部を保持して施工する油圧ハンマあるいはバイブロハンマ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、杭の全周を保持して施工する全周回転式の杭施工機２３を用いる場合であっても適用が可能である。
【００３０】
全周回転式の杭施工機２３を用いた場合の施工手順を図１０〜図１２に基づいて説明する。なお、図１０〜図１２において、図１〜図５と同一部分には同一の符号を付してある。
図１０に示すように、全周回転式の杭施工機２３によって下杭１５の上端を保持して下杭１５を打設する。
下杭１５の上端部を杭施工機のデッキ２５よりも上方に所定長さ、例えば１ｍ延出させた状態にする。この状態で、図１１に示すように、杭施工機のデッキ２５上に、下杭１５を囲むように鋼管杭現場溶接用防風設備１を設置する。このように、全周回転式の杭施工機２３を用いる場合にも、鋼管杭現場溶接用防風設備１は、自立型であり単に置くだけなので、取り扱いが極めて容易である。
【００３１】
次に、下端部に開先１７を設けた上杭１９を図示しない杭保持機械で保持して、下杭１５の上端に位置合わせする（図１２参照）。
防風シート１１で杭周囲を覆い、その内部が作業可能風速である2m/s以下であることを風速計を用いて確認し、溶接を施工する。溶接施工に関しては、実施の形態１と同様である。
【００３２】
［実施の形態２］
本発明の一実施の形態に係る鋼管杭現場溶接用防風設備２７を図１３、図１４に基づいて説明する。なお、図１３、図１４において、図１、図２と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態に係る鋼管杭現場溶接用防風設備２７は、杭施工機として、円筒状のポールからなるリーダ２９を２本のバックスティで支えて施工する三点支持式杭打ち機を用いる場合に好適なものである。
本実施の形態に係る鋼管杭現場溶接用防風設備２７は、図１３、図１４に示すように、リング部材５を、分割された半割りリング部材３１の一端をヒンジ３３によって結合してなる構造にしたものである。
このような構造にすることで、下杭１５を打設後、上杭１９を下杭上端に建込んだ後に鋼管杭現場溶接用防風設備２７をリーダ２９の側方から挿入するようにして設置することができる。
【００３３】
その他の構成については、実施の形態１と同様である。
【００３４】
次に、上記のように構成された鋼管杭現場溶接用防風設備２７を用いて鋼管杭の溶接を行う方法を図１５乃至図１７に基づいて説明する。
図１５に示すように、三点支持式杭打ち機によって、下杭１５の上端部を約１ｍ程度地上に延出させた状態まで施工する。次に、上杭１９を下杭上端に、位置合わせをして建て込む（図１６参照）。この状態で、鋼管杭現場溶接用防風設備２７を杭及びリーダ２９の側方から挿入するようにして設置する（図１７参照）。
防風シート１１で杭周囲を覆い、その内部が作業可能風速である2m/s以下であることを風速計を用いて確認し、溶接を施工する。溶接施工に関しては、実施の形態１と同様である。
【００３５】
以上のように、本実施の形態の鋼管杭現場溶接用防風設備２７であれば、三点支持式杭打ち機による杭施工の場合にも適用できる。しかも、杭及びリーダ２９の側方から挿入するように設置すればよく、設置が極めて容易であり、取り扱いが極めて容易である。
【００３６】
上記の実施の形態２においては、分割された半割りリング部材３１の一端をヒンジ結合した構造のものを示した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図１８に示すように、２本の直線状の棒材３５の一端をヒンジ３３によって結合し、柱部材７で自立型として、それぞれの棒材３５に防風シート１１を設置するようにしてもよい。
また、図１９に示すように、３本の棒材３５を平面視でコ字状になるようにヒンジ３３によって結合するようにしてもよい。
つまり、三点支持式杭打ち機を用いる場合には、リーダ２９を避けることができるようにその部分が開口し、他の部分に防風シート１１を設置できるような構造であればよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  鋼管杭現場溶接用防風設備
３  鋼管杭
５  リング部材
７  柱部材
９  骨組材
１１  防風シート
１３  杭打ち機
１５  下杭
１７  開先
１９  上杭
２１  裏当てリング部材
２３  全周回転式の杭施工機
２５  デッキ
２７  鋼管杭現場溶接用防風設備
２９  リーダ
３１  半割りリング部材
３３  ヒンジ
３５  棒材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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