(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管杭用の鋼管からなり少なくとも先端部又はその近傍に前記鋼管の外径より大径の翼を有する下部鋼管と、該下部鋼管より大径でかつ該下部鋼管より短い上部鋼管と、前記下部鋼管と上部鋼管とを接合するための接合部材とからなり、
該接合部材を前記上部鋼管より大径でかつ翼状に形成したことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
【請求項２】
上部鋼管の外径を、下部鋼管に設けた翼の外径より大きく構成したことを特徴とする請求項１記載のねじ込み式鋼管杭。
【請求項３】
請求項１又は２のねじ込み式鋼管杭の杭頭部又は胴体部に回転力を与えて該ねじ込み式鋼管杭を地盤中に貫入して埋設することを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施工方法。
【請求項４】
請求項１又は２のねじ込み式鋼管杭内にオーガーを挿入してそのオーガーヘッドを該ねじ込み式鋼管杭の先端部から突出させ、該ねじ込み式鋼管杭とオーガーに回転力を与えて該ねじ込み式鋼管杭を地盤中に貫入させ、該ねじ込み式鋼管杭が所定の深さに達したときは該ねじ込み式鋼管杭を地盤中に残置して前記オーガーを引抜くことを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施工方法。
【請求項５】
請求項１又は２のねじ込み式鋼管杭内にオーガーを挿入してそのオーガーヘッドを該ねじ込み式鋼管杭の先端部から突出させ、該ねじ込み式鋼管杭とオーガーに回転力を与えて該ねじ込み式鋼管杭を地中に貫入し、該ねじ込み式鋼管杭の貫入中に支持層又は所定の区間にオーガーヘッドから硬化性流動物を噴出して翼とオーガーヘッドの回転により土砂と前記硬化性流動物とを撹拌混合し、所定の深さまで撹拌混合したときは前記ねじ込み式鋼管杭を地盤中に残置して前記オーガーを引抜くことを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施工方法。
【請求項６】
オーガーヘッドの外径がねじ込み式鋼管杭の先端部外径より大きく拡大できるオーガーを使用したことを特徴とする請求項４又は５記載のねじ込み式鋼管杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ込み式鋼管杭及びその施工方法に係り、さらに詳しくは、少なくとも鋼管の先端部又はその近傍に翼を取付けた鋼管杭に回転力を与えることにより、鋼管杭を地中に埋設するようにしたねじ込み式鋼管杭及びその施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管の先端部や側面に翼状板を取付けた鋼管杭に、地上に設置した機械により回転力を与え、翼状板の木ネジ作用により鋼管杭を地中に埋設する方法は、従来から多数提案されており、その一部は小径の杭を対象としたものではあるが実用化されている。ここでは、代表的と思われる発明について、以下に説明する。
【０００３】
特公平２−６２６４８号公報に記載された鋼管杭の埋設方法は、鋼管杭本体の下端部に底板を固設し、この底板に掘削刃を設けると共に、杭本体の下端部外周面に杭本体の外径のほぼ２倍強の外径を有する翼幅の大きな杭ねじ込み用の螺旋翼を、ほぼ一巻きにわたり突設した鋼管杭を、軟弱地盤にねじ込むように回転させながら地中に押圧し、下端部の掘削刃によって杭本体先端の土砂を掘削軟化させて、杭側面の未掘削土砂中に螺旋翼を食い込ませて、土の耐力を反力として杭体を回転推進しつつ、掘削軟化した土砂を杭側面に押出して圧縮し、無排土で地中に杭体をねじ込んでゆくようにしたものである（従来技術１）。
【０００４】
また、特開平９−３２４４１９号公報に記載されたねじ込み式鋼管杭は、先端部を円周方向に複数に分割し、この分割された個々の部分に同方向に向ってそれぞれレ字状の取付部が形成された鋼管と、外径が上記鋼管の外径より大きい円形鋼板又は楕円形鋼板を複数に分割した平板状でほぼ半円状又は扇形状の鋼製板（翼）とを有し、この鋼製板を鋼管の先端開口部を覆うようにして鋼管の先端部に設けたレ字状の取付部にそれぞれ取付けたもので、他の従来技術と大きく異なる点は、翼を平板状に形成したこと、及び翼を鋼管の外周面ではなく先端部に取付けたことにある（従来技術２）。
【０００５】
ねじ込み式鋼管杭は、前述のように、鋼管杭に回動力を与えることにより、先端部又はその近傍に取付けた翼のねじ作用で鋼管杭を地盤に埋設するようにしたものであり、低振動、低騒音、無排土で施工できると共に、広い翼の面積を利用して大きな先端支持力を得ることができるという特徴を持つ。
しかし、上記の従来技術では、鋼管径を大きくすると翼による抵抗と外周面摩擦とによる抵抗が大きくなり、貫入に際して非常に大きなトルクが必要になるため、施工が困難になる。そのため、６００ｍｍ程度の管径までしか利用できないのが現状である。なお、鋼管杭の先端部に大きな穴をあけてトルクを低減することも考えられるが、先端部に大きな穴をあけると先端支持力が低下してしまうので好ましくない。
【０００６】
前述のように、ねじ込み式鋼管杭は翼による投影面積の増大により先端支持力が増加する。このため、上部構造物の基礎杭として供用する場合、翼のない通常の鋼管杭に比べてその設置数を減らすか、又は鋼管の外径を縮小することができる。
しかしながら、水平力に対する抗力は、鋼管杭の数を減らした分不足することになり、水平力を保証しようとすると設置数を減少することができないので、上記の効果が期待できないことになる。
【０００７】
一方、鋼管の外径を縮小すると、水平力についてはその分耐力が減少するので、これに対応するため鋼管杭の肉厚を増加しても、鋼材の重量が増加したわりには曲げ耐力増加の効果は小さい。このため、上部工から大きい水平力や曲げモーメントを受けるような場合は、鋼管杭の肉厚を大幅に増加せざるを得ず、鋼管の外径を縮小した効果が減じられる。
【０００８】
このようなことから、大きな水平力や曲げモーメントに対して経済的に対応するために、杭頭部近傍を拡径するという考えが従来から提案されており、すでに場所打ちコンクリート杭では広く実用化されているが、既製杭の分野では、実用化されていない。
【０００９】
次に、杭頭部近傍の杭径を拡径した杭（以下、頭部拡大杭という）に関する従来技術について説明する。
特開昭５２−７１０９号公報に記載された頭部拡大基礎杭打ち工法は、下杭とその下杭より径の大きい頭部拡大杭を接合して構成される鋼管杭において、下杭と頭部拡大杭との継手部に設けた叩打面を打撃して杭を貫入するようにしたものであり、従来の打撃工法のように杭の上端を打撃しないで管内の継手部を打撃することにより、頭部拡大杭に作用する応力を低減し、その肉厚を低減することを目的している（従来技術３）。
【００１０】
また、特公昭５８−２７３６６号公報に記載された頭部補強杭造成装置は、頭部拡大方式の場所打ちコンクリート杭や既製杭の造成方法において、上部の径が下部より大きいケーシングの中に、上部の径が下部よりも大きい攪拌掘削用オーガーを挿入して互いに反対方向に回転させることにより、頭部拡大杭埋込み用のソイルセメント柱状体の中に挿入することにより構築される。また、上部と下部のケーシングの接合部には、頭部拡大による貫入抵抗を低減するために、掘削刃を設けてケーシング内に土砂を取り込むようにしている（従来技術４）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術３の頭部拡大基礎杭打込み工法は、下杭と頭部拡大杭との継手部を管内で打撃するようにしたものであるが、頭部拡大杭に発生する打撃応力度を通常の打込み工法より低減しても、土砂が継手部の下面に当るため継手部に発生する貫入抵抗は減少しない。
【００１２】
また、従来技術４は、管内に挿入するオーガーの径は下部鋼管の径より小さいため、接続部に発生する貫入抵抗は前者の技術と同じである。一方、中掘工法の圧入力は打ち込みによる衝撃力に比べて数分の１と小さい。このため、頭部拡大杭に中掘工法を適用することはほとんど不可能に近い。
【００１３】
以上述べたように、一般に行われている杭打ち工法を頭部拡大杭に適用することは、施工上及びコスト上問題がある。
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ねじ込み式鋼管杭と頭部拡大杭の特長を兼ね備えた次のようなねじ込み式鋼管杭及びその施工方法を得ることを目的としたものである。
（１）低振動、低騒音、無排土施工が可能で、かつ大きな先端支持力が得られるねじ込み式鋼管杭の適用範囲を大径鋼管杭まで拡大すること。
（２）先端部又は先端部近傍に設けられた翼と、拡径された上部鋼管と下部鋼管の接続部に設けられた翼状の接合部材とにより、大きな支持力が得られること。
（３）拡径部の貫入性がよく、かつ、拡径部の製造コストを低く抑えられること。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、鋼管杭用の鋼管からなり少なくとも先端部又はその近傍に前記鋼管の外径より大径の翼を有する下部鋼管と、該下部鋼管より大径でかつ下部鋼管より短い上部鋼管と、前記下部鋼管と上部鋼管とを接合するための接合部材とからなり、該接合部材を前記上部鋼管より大径でかつ翼状に形成したものである。
【００１６】
（２）また、上部鋼管の外径を、下部鋼管に設けた翼の外径より大きく構成した。
【００１７】
（３）本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法は、上記（１）又は（２）のねじ込み式鋼管杭の杭頭部又は胴体部に回転力を与えて該ねじ込み式鋼管杭を地盤中に貫入して埋設するようにしたものである。
【００１８】
（４）また、上記（１）又は（２）のねじ込み式鋼管杭内にオーガーを挿入してそのオーガーヘッドを該ねじ込み式鋼管杭の先端部から突出させ、該ねじ込み式鋼管杭とオーガーに回転力を与えて該ねじ込み式鋼管杭を地盤中に貫入させ、該ねじ込み式鋼管杭が所定の深さに達したときは該ねじ込み式鋼管杭を地盤中に残置して前記オーガーを引抜くようにしたものである。
【００１９】
（５）さらに、上記（１）又は（２）のねじ込み式鋼管杭内にオーガーを挿入してそのオーガーヘッドを該ねじ込み式鋼管杭の先端部から突出させ、該ねじ込み式鋼管杭とオーガーに回転力を与えて該ねじ込み式鋼管杭を地中に貫入し、該ねじ込み式鋼管杭の貫入中に支持層又は所定の区間にオーガーヘッドから硬化性流動物を噴出して翼とオーガーヘッドの回転により土砂と前記硬化性流動物とを撹拌混合し、所定の深さまで撹拌混合したときは前記ねじ込み式鋼管杭を地盤中に残置して前記オーガーを引抜くようにしたものである。
【００２０】
（６）また、上記（４），（５）のねじ込み式鋼管杭の施工方法において、オーガーヘッドの外径がねじ込み式鋼管杭の先端部外径より大きく拡大できるオーガーを使用した。
【００２１】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。図において、１は頭部を拡大したねじ込み式鋼管杭（以下、単に鋼管杭という）で、下部鋼管２と、下部鋼管２より大径の上部鋼管３と、下部鋼管２の先端部に設けた下部鋼管２より大径の翼１０と、外径が上部鋼管３より大径で翼状の接合部材１５とからなっている。
【００２２】
下部鋼管２は通常の鋼管杭用の鋼管（例えば、外径６００ｍｍ以下）からなり、両端部には、図２に示すように、円周方向を高さｈの段差部４ａ，４ｂにより２分割し、一方の段差部４ａの下端部から他方の段差部４ｂの上端部に連続する傾斜面とし、また、段差部４ａの上端部から段差部４ｂの下端部に連続する傾斜面として、これら傾斜面により互いに同方向に向うレ字状の翼１０の取付部５ａ，５ｂが設けられている。
【００２３】
翼１０は、図３に示すように、下部鋼管２の外径Ｄ1 より大きい外径Ｄ3 の円形鋼板又は楕円形鋼板を中央から２分割した平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂによって構成したものである。なお、鋼製翼１１ａ，１１ｂからなる翼１０の大きさ（外径Ｄ3 ）は、一般に、下部鋼管２の外径Ｄ1 の１．３〜２．５倍程度が望ましい。
【００２４】
上記のような鋼製翼１１ａ，１１ｂは、図４に示すように、下部鋼管２の先端開口部を覆うようにして取付部５ａ，５ｂ上に載置され、溶接等により互いに反対方向に傾斜して取付けられ、翼１０を構成する。なお、両鋼製翼１１ａ，１１ｂの食い違いによって生じる開口部は、例えば、閉塞板によって閉塞してもよい。なお、下部鋼管２を複数本の鋼管を接続した接続杭で構成した場合は、最先端の杭（下杭）に翼１０を設ければよい。
【００２５】
上部鋼管３の外径Ｄ2 は、上部に設けられる建造物からの水平力や曲げモーメントにより異なるが、一般に、下部鋼管２の外径Ｄ1 の１．１５〜３．０倍程度が望ましく、下部鋼管２に設けた翼１０の外径Ｄ3 より大径であってもよい。また、上部鋼管３の長さＬ1 は１／β〜２／β程度の範囲が望ましい。ここに、βは上部鋼管３と地盤の硬さから決まる特性値である。一般に、上部鋼管３の長さＬ1 は、４〜１０ｍ程度である。
【００２６】
上部鋼管３の下端部には、下部鋼管２の下端部に設けた取付部５ａ，５ｂと同じ構造のレ字状の取付部が設けられており、この取付部には下部鋼管２に設けた鋼製翼１１ａ，１１ｂと同じ構成で、これより大径の鋼製翼１６ａ，１６ｂが溶接により接合されて、翼状の接合部材１５が形成されている。この接合部材１５の外径Ｄ4 は、一般に、上部鋼管３の外径Ｄ2 の１．１〜２．５倍程度が望ましい。
【００２７】
なお、下部鋼管２の両端部及び上部鋼管３の下端部に１つの段差部を設けて、この段差部の下端部から１周して上端部に達するレ字状（螺旋状）の取付部を設け、この取付部に同方向に傾斜させて鋼製翼１１ａ，１１ｂ、１６ａ，１６ｂを接合して、連続した螺旋状の翼１０及び接合部材１５を構成してもよい。
【００２８】
上記のように構成した下部鋼管２は、その上端部に設けた取付部５ａ，５ｂを、上部鋼管３に設けた接合部材１５の下面に当接し、溶接によって接合することにより両者は一体に結合され、頭部が拡大された鋼管杭１が構成される。なお、下部鋼管２の上端部に接合部材１５を設け、この接合部材１５の上面に上部鋼管３を接合してもよく、また、鋼製翼１６ａ，１６ｂの食い違いによって生じる開口部は、例えば閉塞板によって閉塞してもよい。
【００２９】
このようにして構成した鋼管杭１は、例えば、図５に示すように、その杭頭部がベースマシン２１に搭載されたモータ２３に連結され、モータ２３により回転されて翼１０の木ネジ作用により下部鋼管２が地中にねじ込まれて貫入され、さらに、翼状の接合部材１５の木ネジ作用により上部鋼管３が地中にねじ込まれて、埋設される。このとき、翼１０を構成する鋼製翼１１ａ，１１ｂの食い違い部に開口部が存在するときは、下部鋼管２内に僅かな土砂が侵入し、開口部が閉塞されているときは、下部鋼管２内に土砂は侵入しない。
【００３０】
ねじ込み式鋼管杭は、前述のように翼の木ネジ作用により無排土で地中に貫入されるものであり、翼の下方にあった土砂は翼により掘削軟化され、翼の間隙を通過して鋼管杭の外周に移動し、圧縮される。鋼管杭の外周に移動した土砂は、施工中は撹乱されて間もないため摩擦抵抗が少なく、鋼管杭をスムーズに貫入することができる。
しかし、時間の経過と共に、間隙水圧の消散などの要因により地盤強度が回復し、基礎杭としての使用時には大きな周面摩擦力が発揮される。
【００３１】
下部鋼管２と上部鋼管３との接合部に翼状の接合部材１５を設けない場合は、施工時のトルクを低減するために、下部鋼管の先端部に取付けた翼の外径より小さい径の上部鋼管を取付ける必要がある。
しかしながら、本発明においては、下部鋼管２と上部鋼管３との接合部を、上部鋼管３の外径Ｄ2 より大きい外径Ｄ4 の翼状の接合部材１５によって構成し、この接合部材１５により外周の土砂を掘削軟化して推進するようにしたので、下部鋼管２に設けた翼１０の外径Ｄ3 より大きい外径Ｄ2 の上部鋼管３を用いても、通常のトルクで容易に施工することができる。また、翼１０の外径Ｄ3 より小さい外径Ｄ2 の上部鋼管３を用いた場合でも推進性が良くなり、施工能率が向上する。
これにより、鋼管杭１の外周面分の周面摩擦力が増加し、さらに大きな外径による剛性と、周面地盤を圧縮したことによる水平抵抗力の増加とを実現することができ、また、翼１０と接合部材１５とにより大きな支持力を得ることができる。
【００３２】
また、図６に示すように、施工にあたって中間層のような硬い地盤がある場合には、その地盤に翼状の接合部材１５が位置するようにすれば、翼１０と接合部材１５とによりさらに大きな支持力を得ることができる。
さらに、図７に示すように、施工後に上部鋼管３の内部にコンクリート等を打設することにより、鋼管とコンクリートの剛性効果によって、より大きい水平力に抵抗することができる。また、下部鋼管２にも、翼１０からの曲げモーメントに対応できるように、コンクリートを打設してもよい。この場合、上部鋼管３や下部鋼管２の内壁にリブを設け、あるいは鉄筋や山形鋼などを溶接等により取付けて凸部を設けてもよく、これによりコンクリートの付着力を高めることができる（なお、図６，図７及び上記の例は、以下に説明する実施の形態においても実施することができる）。
【００３３】
図８は本発明に係る鋼管杭１の他の例を示す説明図である。本例は、先端部に翼１０を有する下部鋼管２を、これより大径の中鋼管３ａに、中鋼管３ａより大径の翼状の接合部材１５ａを介して接合し、さらに中鋼管３ａを、これより大径の上部鋼管３に、上部鋼管３より大径の翼状の接合部材１５を介して接合したものである。
このように、上部になるにしたがって鋼管及び接合部材を徐々に大径にすることにより、鋼管杭１の推進力を大きくすることができ、また、杭頭部における周面摩擦力が増大し、さらにこれら接合部材１５，１５ａは支持力にも寄与することができる。
【００３４】
【実施例】
先端部に外径１０１６ｍｍ、板厚４０ｍｍの鋼製翼１１ａ，１１ｂを交差して取付けた外径５０８ｍｍ、長さ３０ｍの下部鋼管２の上端部を、外径１２００ｍｍ、長さ１０ｍの上部鋼管３の下端部に、外径１８００ｍｍ、板厚５０ｍｍの鋼製翼１６ａ，１６ｂを交差して取付けた接合部材１５に溶接により接合して構成した図１に示すような長さ４０ｍの鋼管杭１と、先端部に外径１０１６ｍｍ、板厚４０ｍｍの鋼製翼を交差して取付けた外径５０８ｍｍ、長さ４０ｍの鋼管杭とを、同じ地盤に施工したところ、施工能率はほとんど変らないことを確認した。
【００３５】
上記の説明では、下部鋼管２の先端部に設けた翼１０及び上部鋼管３の下端部に設けた接合部材１５を、平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂ、１６ａ，１６ｂを交差し又は連続して螺旋状に取付けて構成した場合を示したが、下部鋼管２の先端部及び上部鋼管３の下端部に１つのレ字状の取付部を設け、この取付部に、ドーナツ状の鋼板の１か所を切断して螺旋状に曲げ加工した螺旋翼を取付けてもよい。
【００３６】
また、下部鋼管２の先端部には、上記以外に、先端部又はその近傍の外周面に、ドーナツ状の鋼板を複数分割した平板状の鋼製翼を交差し又は螺旋状に取付け、あるいは上記の螺旋状翼を取付けるなど、翼１０及び接合部材１５の構造は適宜選択することができる。さらに、翼１０及び接合部材１５とは別に、下部鋼管２及び／又は上部鋼管３の外周面に、上記のような鋼製翼又は螺旋状翼を取付けて、複数段の翼構造としてもよい。なお、下部鋼管２の先端部に設けた翼１０の中心部に穴がある場合、又は下部鋼管２の外周面に翼１０を設けた場合は、穴又は下部鋼管２の先端開口部を底板等で閉塞することが望ましく、これにより確実に支持力を得ることができる（上述の翼１０及び接合部材１５の例は、以下に説明する実施の形態においても実施することができる）。
【００３７】
以上の説明から明らかなように、本発明は、頭部拡大杭とねじ込み式鋼管杭とを一定の条件に基づいて組合わせたことにより、理想的な基礎杭を得ることができる。すなわち、頭部拡大杭の設計上の利点を生かしながらねじ込み杭方式を採用することにより、頭部拡大鋼管杭の施工上の課題を解消すると共に、低振動、低騒音、無排土施工で大きな先端支持力が得られるというねじ込み式鋼管杭の利点を生かし、従来困難とされていた頭部を拡大した既製杭の施工上の問題を克服することができたのである。
【００３８】
［実施の形態２］
図９は本発明の実施の形態２に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の説明図である。
図において、１は実施の形態１で説明した鋼管杭であるが、翼１０及び翼状の接合部材１５の中心部には、後述のオーガーを回転自在に挿入するための貫通穴が設けられている。また、モータ２５は、図１０に示すように、それぞれ独立して正逆方向に回転する外軸２６と内軸２７とによって構成されている。３１は鋼管杭１内に挿入されたオーガーで、オーガーヘッド３２の上方にはスパイラル羽根３３が設けられており、このスパイラル羽根３３は、土砂を上方へ押し上げ又は下方に押し下げる機能を備えている。
【００３９】
次に、図１１、図１２により本実施の形態の施工方法について説明する。なお、図１１、図１２にはベースマシン２１は省略してある。
（１）図１１（ａ）に示すように、鋼管杭１内に鋼管杭１より若干長いオーガー３１を挿入する。なお、施工する地盤が比較的軟弱な場合は、鋼管杭１を地中に貫入し、杭先端部が支持層の近傍に達したときに鋼管杭１内にオーガー３１を挿入してもよい。
【００４０】
（２）図１０に示すように、鋼管杭１の杭頭部をモーター２５の外軸２６に連結し、オーガー３１の上端部を内軸２７に連結する。このとき、オーガー２０の先端部（オーガーヘッド３２）は、図１１（ａ）に示すように、鋼管杭１の先端部から突出するが、その突出長は、翼１０の外径Ｄ3 とほぼ等しいかそれ以下であることが望ましい。
【００４１】
（３）モーター２５により、例えば、鋼管杭１を正方向に、オーガー３１の逆方向に回転させる。
これにより、図１１（ｂ）に示すように、オーガーヘッド３１は鋼管杭１に先行した先端部近傍の地盤を掘削軟化し、鋼管杭１は翼１０の木ネジとしての作用により地盤中に貫入される。このとき、鋼管杭１の先端部近傍の土砂は、翼１０を構成する鋼製翼１１ａ，１１ｂの間を通過して翼１０の上方の鋼管杭１の外周部に移動し、一部の土砂はオーガー３１のスパイラル羽根３３により鋼管杭１内に取り込まれる。
【００４２】
オーガー３１により鋼管杭１内に取り込まれる土砂の量は、鋼管杭１の先端開口部の大きさやオーガーヘッド３２の寸法、形状等によって異なるため、これらを調整することにより土砂が鋼管杭１から溢れないようにする。この場合、鋼管杭１内に取り込む土砂の量が多いほどトルクは小さくなる。また、鋼管杭１内に取り込む土砂の量が少ないほど鋼管杭１の周囲の土砂の密度が高くなり、大きな周面摩擦力を発揮する。
【００４３】
鋼管杭１の貫入にあたっては、オーガーヘッド３２により翼１０に先行して地盤を掘削軟化させるために、鋼管杭１の回転に必要なトルクはオーガー３１を使用しない場合に比べて大幅に減少する。また、鋼管杭１とオーガー３１の回転方向が逆であるため、ベースマシン２１に作用するモーター２５からの反力も、両者のトルクの差による反力になるため、大幅に減少する。
【００４４】
下部鋼管２が地盤中に貫入されると、図１２（ａ）に示すように、翼状の接合部材１５により周囲地盤が掘削軟化され、引続き上部鋼管３が地盤中に貫入される。このとき、上部鋼管３が下部鋼管２より大径であるにもかかわらず、オーガーヘッド３２による先端部近傍の地盤の掘削軟化、翼１０の木ネジ作用による推進、接合部材１５による周囲地盤の掘削軟化及び推進力により、鋼管杭１はスムーズに地盤中に貫入される。
【００４５】
（４）杭先端部が支持層に達したときは、図１２（ａ）に示すように、鋼管杭１及びオーガー３１の回転を停止する。
ついで、図１２（ｂ）に示すように、鋼管杭１をモーター２５から外し、鋼管杭１を地中に残置した状態でオーガー３１を反対方向に回転させながらモーター２５を上昇させれば、オーガー３１は鋼管杭１から引上げられ、鋼管杭１は地盤中に埋設されて施工は終了する。なお、鋼管杭１内の土砂は、オーガー３１を反対方向に回転させることにより、下方に押し下げられる。
【００４６】
本実施の形態に係るねじ込み式杭の施工方法は、鋼管杭１内に挿入したオーガー３１のオーガーヘッド３２により杭先端部近傍の地盤を先行掘削すると共に、下部鋼管２と上部鋼管３との接合部を構成する翼状の接合部材１５により周囲地盤を掘削軟化するようにしたので、頭部を拡大した鋼管杭１においても、鋼管杭１を回転するためのトルクを軽減することができ、これにより、鋼管杭１の貫入能率が向上すると共に、オーガー３１やベースマシン２１を小型化することができる。また、鋼管杭１に作用するねじりモーメントが小さいため、肉厚の薄い鋼管杭やねじりに弱いコンクリート杭にもねじ込み杭を適用することができる。
【００４７】
また、上記のように鋼管杭１とオーガー３１とは互いに反対方向に回転することができるために、それぞれのトルクが打ち消し合ってモーター２５からベースマシン２１に作用する反力を低減することができ、そのため、ベースマシン２１を小型化しても安定性を確保することができる。
【００４８】
［実施の形態３］
図１３は本発明の実施の形態３に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の説明図である。本実施の形態においては、オーガー３１の軸方向に、後述のセメントミルクや地盤固化用薬液などの硬化性流動物を先端部に圧送するための貫通穴３４が設けられており、オーガーヘッド３２にはこの硬化性流動物を噴出する噴出口３５が設けられている。
４１は例えばセメントミルクや地盤固化用薬液などの硬化性流動物のプラント（以下、硬化材プラントという）で、オーガー３１に設けた貫通穴３４とはホース４２によりオーガー３１が回転自在に連結されている。
【００４９】
次に、上記のように構成した本実施の形態の施工方法を図１４、図１５により説明する。なお、図１４、図１５にはベースマシン２１及び硬化材プラント４１は省略してある。
図１４（ａ）に示すように、鋼管杭１内にオーガー３１を挿入し、図１０に示すように、鋼管杭１の杭頭部をモーター２５の外軸２６に、オーガー３１の頭部を内軸２７にそれぞれ連結する。また、硬化材プラント４１のホース４２をオーガー３１の貫通穴３４に回転自在の継手（図示せず）を介して連結する。
以下、実施の形態２の場合と同様に、鋼管杭１とオーガー３１に回転力を与えて、鋼管杭１を地盤中に貫入する。
【００５０】
鋼管杭１を適当な深さまで貫入したら、図１４（ｂ）に示すように、硬化材プラント４１を駆動し、ホース４２を介してオーガー３１の貫通穴３４に硬化性流動物４３を圧送してオーガーヘッド３２の先端部に設けた噴出口３５から噴出させ、オーガーヘッド３２及び翼１０の回転により軟化した土砂と撹拌して混合させる。このとき、鋼管杭１とオーガー３１の回転方向が反対のため、硬化性流動物４３と土砂はよく撹拌されて均一性の高い混合物４４となる。
硬化性流動物４３の噴出区間は、設計上必要な鋼管杭１の周面摩擦に応じて決定されるもので、杭頭部から杭先端部までの全区間でもよいし、杭先端部の近傍だけでもよい。
【００５１】
下部鋼管２が地中に貫入されると、図１５（ａ）に示すように、翼状の接合部材１５により周囲地盤が掘削軟化され、引続き上部鋼管３が地中に貫入される。
杭先端部が支持層に達したときは、図１５（ａ）に示すように、翼１０とオーガーヘッド３２とにより支持層を十分撹拌して土砂と硬化性流動物４３とをよく混合したのち、鋼管杭１及びオーガー３１の回転を停止する。
【００５２】
そして、鋼管杭１及びホース４２をモーター２５から外し、図１５（ｂ）に示すように、鋼管杭１を地盤中に残置した状態でオーガー３１を反対方向に回転させながらモーター２５を上昇させれば、オーガー３１は鋼管杭１から引抜かれ、鋼管杭１は地盤中に埋設されて施工は終了する。そして、軟化した土砂は時間の経過に伴って固化し、大きな先端支持力を発揮する。
【００５３】
本実施の形態においても実施の形態２と同様の効果が得られるが、さらに、オーガー３１の先端部から噴出される硬化性流動物４３と土砂が撹拌混合されて、乱された地盤が固化されるために大きな先端支持力及び周面摩擦力を得ることができる。また、翼１０及び接合部材１５とオーガー３１とは互いに反対方向に回転することができるため、硬化性流動物４３と土砂が均一に撹拌混合される。
【００５４】
なお、下部鋼管２の内壁面又は外壁面にリブあるいは鉄筋や山形鋼などを溶接により取付けて凸部を設ければ、土砂と硬化性流動物４３の混合物４４の下部鋼管２への付着力を高め、先端支持力をさらに高めることができる。この凸部を設ける範囲は、下部鋼管２の先端部から、下部鋼管２の外径Ｄ1 の１／２から２倍程度の範囲が望ましい。また、下部鋼管２及び上部鋼管３の外壁面にリブ等を設ければ、周面摩擦力をさらに高めることができる。
【００５５】
［実施の形態４］
図１６は本発明の実施の形態４の要部の模式図である。本実施の形態は、実施の形態２，３において、鋼管杭１内に挿入されたオーガー３１のオーガーヘッド３２を、地上からの操作などによって拡大できる構造にしたものである。この場合、オーガーヘッド３２の拡大は、鋼管杭１の外径Ｄ1 以上で、かつ翼１０の外径Ｄ3 とほぼ同じか又はそれ以下の範囲であることが望ましい。
【００５６】
本実施の形態の施工方法も実施の形態２，３の場合とほぼ同様であるが、オーガーヘッド３２は、オーガー３１を鋼管杭１内に挿入して杭先端部から突出させたのち最初から拡大してもよく、あるいは、オーガー３１の先端部が支持層の近傍に達したときに拡大してもよい。なお、実施の形態３においては、オーガーヘッド３２の杭先端部からの突出量をできるだけ少なくすることにより、硬化性流動物と土砂との撹拌混合効率を高めることができる。そして、鋼管杭１の埋設が終了したときは、オーガーヘッド３２を縮小して元の状態に戻し、鋼管杭１を地中に残置してオーガー３１を引き上げる。
【００５７】
本実施の形態においても実施の形態２，３の場合と同様の効果が得られるが、さらに、拡大されたオーガーヘッド３２により土砂を掘削軟化させる範囲が広くなるため、鋼管杭１を回転するためのトルクをより小さくすることができる。
また、実施の形態３においては、翼１０で乱された翼１０の下方の土砂も翼１０の上方の土砂も硬化性流動物によって固化されるため、支持層の支持能力を十分に発揮させることが出来、先端支持力をさらに向上させることができる。
【００５８】
［実施の形態５］
実施の形態１では、鋼管杭１の杭頭部をベースマシン２１に搭載したモータ２３に連結し、また、実施の形態２〜４ではベースマシン２１に搭載したモータ２５の外軸２６に鋼管杭１の杭頭部を、内軸２７にオーガー３１の上端部をそれぞれ連結して回転させる場合を示したが、本実施の形態においては、鋼管杭１を回転させるモーターを、ベースマシーン２１のリーダ２２に上下に移動可能に設け、このモーターを鋼管杭１の下部鋼管２又は上部鋼管３の胴体部に着脱可能に装着して、鋼管杭１を回転させるようにしたものである。
【００５９】
また、鋼管杭１内にオーガー３１を挿入した場合は、ベースマシン２１から吊り下げられたモーター（図５参照）を鋼管杭１の杭頭部又はその近傍に配設してオーガー３１の上端部を連結すればよい。
本実施の形態の作用は、実施の形態１〜４の場合にほぼ同様であるが、高い位置に配置される物（モータ）の重量が小さくなるので、ベースマシン２１の安定性を増すことができる。
【００６０】
上記の各実施の形態においては、円形鋼板又は楕円形鋼板を２分割した平板状の鋼製翼を交叉して取付け、又は連続して螺旋状に取付け、あるいはドーナツ状の鋼板を螺旋状に曲げ加工して取付けて翼及び接合部材を構成した場合を示したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば三角形以上の多角形の鋼板又は中心部に穴を有する多角形の鋼板を分割し、あるいは中心部に穴を有する多角形の鋼板を螺旋状に曲げ加工して翼及び／又は接合部材を構成するなど、適宜形状のものを選択することができる。
また、これら各形状の鋼板は２分割に限定するものではなく、２分割以上の複数分割にしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
（１）本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、鋼管杭用の鋼管からなり少なくとも先端部又はその近傍に前記鋼管の外径より大径の翼を有する下部鋼管と、下部鋼管より大径でかつ下部鋼管より短い上部鋼管と、下部鋼管と上部鋼管とを接合するための接合部材とからなり、この接合部材を上部鋼管より大径でかつ翼状に形成することにより、下部鋼管に設けた翼より大きい径の上部鋼管を接合して施工することができるので、杭頭部に発生する水平力や曲げモーメントに対応することができ、地震時の水平変位量を抑制することができる。
【００６２】
（２）また、本発明に係るねじ込み杭の施工方法は、上記（１）のねじ込み式鋼管杭の杭頭部又は胴体部に回転力を与えてこのねじ込み式鋼管杭を地盤中に貫入して埋設するようにしたので、上記（１）の効果が得られると共に、低騒音、低振動、無排土でスムーズに施工することができる。
【００６３】
（３）さらに、上記（１）のねじ込み式鋼管杭内にオーガーを挿入してそのオーガーヘッドをこのねじ込み式鋼管杭の先端部から突出させ、ねじ込み式鋼管杭とオーガーに回転力を与えてねじ込み式鋼管杭を地盤中に貫入させ、ねじ込み式鋼管杭が所定の深さに達したときはねじ込み式鋼管杭を地盤中に残置してオーガーを引抜くようにしたので、上記（１），（２）の効果が得られると共に、施工時のトルクを低減し、上部鋼管の施工性を向上させることができる。
【００６４】
（４）また、上記（１）のねじ込み式鋼管杭内にオーガーを挿入してそのオーガーヘッドをこのねじ込み式鋼管杭の先端部から突出させ、ねじ込み式鋼管杭とオーガーに回転力を与えてねじ込み式鋼管杭を地中に貫入し、ねじ込み式鋼管杭の貫入中に支持層又は所定の区間にオーガーヘッドから硬化性流動物を噴出して翼とオーガーヘッドの回転により土砂と硬化性流動物とを撹拌混合し、所定の深さまで撹拌混合したときはねじ込み式鋼管杭を地盤中に残置して前記オーガーを引抜くようにしたので、上記（１）〜（３）の効果が得られると共に、撹拌混合された土砂と硬化性流動物が時間の経過と共に固化して、さらに大きな周面摩擦力及び先端支持力を確保することができる。
【００６５】
（５）上記（３），（４）のねじ込み式鋼管杭の施工方法において、オーガーヘッドの外径がねじ込み式鋼管杭の先端部外径より大きく拡大できるオーガーを使用したので、鋼管杭の回転トルクをさらに小さくすると共に、先端支持力をより大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。
【図２】図１の下部鋼管の斜視図である。
【図３】図１の翼及び接合部材の製造を示す説明図である。
【図４】図１の下部鋼管と翼の斜視図である。
【図５】図１のねじ込み式鋼管杭の施工方法の説明図である。
【図６】図１のねじ込み式鋼管杭の施工方法の一例の説明図である。
【図７】図１のねじ込み式鋼管杭の施工方法の他の例の説明図である。
【図８】実施の形態１のねじ込み式鋼管杭の他の例の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の説明図である。
【図１０】図９のモーターと鋼管杭及びオーガーとの連結の一例を示す説明図である。
【図１１】図９の施工手順の説明図である。
【図１２】図９の施工手順の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の説明図である。
【図１４】図１３の施工手順の説明図である。
【図１５】図１３の施工手順の説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態４の説明図である。
【符号の説明】
１  ねじ込み式鋼管杭（鋼管杭）
２  下部鋼管
３  上部鋼管
１０  翼
１５  翼状の接合部材
１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ  鋼製翼
２１  ベースマシン
２３，２５  モータ
３１  オーガー
３２  オーガーヘッド
３４  貫通穴
３５  噴出口
４３  硬化性流動物
【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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