(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に掘削刃（４）を有し、軸回転により掘削貫入される鋼管杭（１）であって、該鋼管杭（１）の下端の外周にフランジ状の拡底板（３）を形成し、
該拡底板（３）の１ヶ所以上に、所定の挟角θをもった２本の半径方向線が交わる鋼管杭（１）の外周点を回転軸として、該２本の半径方向線からそれぞれ鋼管杭（１）の逆回転方向へ０度を超える所定の角度（α、β）だけ回転させてなる線分の間を切欠いて逃し開口（３０）を形成し、
該開口（３０）の正回転方向側の縁部を規定する角度（α）は、該縁部に所定の傾斜角をもって逆回転側上方へ延びるようにして形成した上刃（３１）によって掘削土砂を拡底板（３）の外周側方向に押し出し得る角度とし、
かつ該開口（３０）の逆回転方向側の縁部を規定する角度（β）は、該縁部に所定の傾斜角をもって正回転側下方へ延びるようにして形成した下刃（３２）によって掘削土砂を拡底板（３）の外周側方向に押し出し得る角度としたことを特徴とする回転貫入鋼管杭。
【請求項２】
鋼管杭（１）の形成において、所定の位置より上方側（５）を、下向き水平面の段差面（５０）をもって拡径させたことを特徴とする請求項１記載の回転貫入鋼管杭。
【請求項３】
段差面（５０）に、掘削刃（５０ａ）を配設したことを特徴とする請求項２記載の回転貫入鋼管杭。
【請求項４】
掘削刃（４）を、中心から放射状に延びる１又は２以上の刃体（４０）で構成し、該刃体（４０）は平面視正回転方向へ凸状に湾曲してなることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の回転貫入鋼管杭。
【請求項５】
刃体（４０）のエッジ部（４０ｅ）の断面を直角又は鋭角に形成としたことを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の回転貫入鋼管杭。
【請求項６】
掘削刃（４）を構成する刃体（４０）の高さを、放射方向に漸次低く形成したことを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載の回転貫入鋼管杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、建築又は土木構造物の基礎となる地盤部分の補強を行うために使用する回転貫入鋼管杭に関するもので、特に鋼管杭の地中への埋め込み側の近傍に鋼管杭の外径より拡径の板を形成した回転貫入鋼管杭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築、土木構造物の構築において、建築物の基礎となる地盤部分の支持力を高めるために鋼管杭等を使用した地盤の補強工法が各種行われている。
【０００３】
かかる目的の鋼管杭等の埋設は、従来からいわゆる打撃式によるものが主流であったが、近年は環境被害を考慮して、無排出土、低振動、低騒音式のものへと変遷してきている。かかる構成は、例えば、図１１の（Ａ）に示すような、鋼管杭本体の下端側の外周面に螺旋翼Ｐ１ａ（スクリュ）を設け、軸回転により地盤にねじり込むようにし、かつ下端の掘削刃Ｐ１ｂによって鋼管杭本体の下端付近の土砂を掘削して軟化させる一方、螺旋翼Ｐ１ａを鋼管杭の本体側面の未掘削土砂に食い込ませることにより、土の耐力を反力として地中に回転貫入させるタイプである。この例と同様な構成のものは特開平７−１７３８３２に開示されている。
【０００４】
また、他の例として、図１１の（Ｂ）に示すように、鋼管杭の下端側にその本体より拡径の板を取り付け、この拡径板Ｐ２ａに鋼管杭の中心から放射状の線（半径方向の線）で囲まれた略扇形状の切欠き開口Ｐ２ｂを形成すると共に、この切欠き開口Ｐ２ｂに上方傾斜の上刃Ｐ２ｄ、下方傾斜の下刃Ｐ２ｅを配置し、下端に配置した掘削刃Ｐ２ｃと共に土砂を掘削して切欠き開口Ｐ２ｂから上方の排出させる構造のものがあった。この例と同様な構成のものは特開平１０−２１９６８２に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記前者の例の螺旋翼鋼管杭Ｐ１には、鋼管杭本体の側面の未掘削土砂と鋼管杭本体の側面全体及び螺旋翼Ｐ１ａの螺旋面全体とから生じる摩擦抗力が、掘削深度に比例して増大することになり、また、鋼管杭本体の体積に相当する土砂を回転力により圧密する機構がないため、その施工には大きな押圧力と鋼管杭を回転させるために強大なトルクとそれらの動力エネルギーが必要となる欠点があった。このため、Ｎ値（地盤の強さを示す指標の一つ。）の高い硬質地盤に対する施工は困難なものとなり、施工費の増大を招いていた。さらには、鋼管杭の側面に螺旋翼Ｐ１ａを溶接固定するため、その製造の困難性から鋼管杭自体も高コストとなる欠点があった。
【０００６】
一方、上記後者の例の拡径板鋼管杭Ｐ２は、その掘削刃Ｐ２ｃには回転により圧密機構がなく、さらに、切欠き開口Ｐ２ｂが鋼管杭の中心から放射状へ所定角度λ広がった略扇状の開口としているため、この切欠き開口Ｐ２ｂを通った切削土砂の多くは、上刃Ｐ２ｄ、下刃Ｐ２ｅにガイドされて上方へ移動させられ、鋼管杭の側方周辺への押し出し力が低いのが現状であった。そのため、上記螺旋鋼管杭Ｐ１と同様に、側方周辺を押し固める十分な圧密効果を得ることができず、上方に押し出された掘削土砂と鋼管杭側面との摩擦抵抗が掘削深度に比例して大きくなってしまう欠点は、依然解決されるものではなかった。
【０００７】
【目的】
そこで、本願発明はかかる課題に着目して為されたものであり、鋼管杭の軸回転により掘削される土砂を、鋼管杭の側方周辺へ積極的に排出させて圧密させることにより、より小さな駆動エネルギーで地盤への効率的な貫入性を確保することを目的とした回転貫入鋼管杭を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願発明の回転貫入鋼管杭は、以下のように構成している。
即ち、先端に掘削刃（４）を有し、軸回転により掘削貫入される鋼管杭（１）であって、該鋼管杭（１）の下端の外周にフランジ状の拡底板（３）を形成し、該拡底板（３）の１ヶ所以上に、所定の挟角θをもった２本の半径方向線が交わる鋼管杭１の外周点を回転軸として、該２本の半径方向線からそれぞれ鋼管杭（１）の逆回転方向へ０度を超える所定の角度（α、β）だけ回転させてなる線分の間を切欠いて逃し開口（３０）を形成し、該開口（３０）の正回転方向側の縁部を規定する角度（α）は、該縁部に所定の傾斜角をもって逆回転側上方へ延びるようにして形成した上刃（３１）によって掘削土砂を拡底板（３）の外周側方向に押し出し得る角度とし、かつ該開口（３０）の逆回転方向側の縁部を規定する角度（β）は、該縁部に所定の傾斜角をもって正回転側下方へ延びるようにして形成した下刃（３２）によって掘削土砂を拡底板（３）の外周側方向に押し出し得る角度としたことを特徴としている。
【０００９】
また、鋼管杭（１）の形成において、所定の位置より上方側（５）を、下向き水平面の段差面（５０）をもって拡径させ、該段差面（５０）に、掘削刃（５０ａ）を配設していることを特徴としている。
【００１０】
さらに、掘削刃（４）を、中心から放射状に延びる１又は２以上の刃体（４０）で構成し、該刃体（４０）は平面視正回転方向へ凸状に湾曲してなることを特徴として構成し、刃体（４０）のエッジ部（４０ｅ）の断面を直角又は鋭角に形成し、刃体（４０）の高さを放射方向に漸次低く形成したことを特徴としている。
【００１１】
なお、上記の特許請求の範囲及び課題を解決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明の構成の理解を容易にするため参考として図面符号を付記したもので、この図面上の形態に限定するものでないことはもちろんである。
【００１２】
【作用】
請求項１の構成を採ることにより、掘削刃や拡底板の下刃により掘削軟化した掘削土砂は、拡底板の逃し開口より拡底板の上方及び側方に排出されると共に、拡底板の上刃により側方周辺に排出される。
請求項２、３の構成を採ることにより、段差面においても地盤を掘削し、鋼管杭側方周辺に圧密効果を発揮することになり、構造力学的に非常に有利な鋼管杭上部側を拡径した施工が可能となる。
請求項４，５、６の構成を採ることにより、掘削土砂は鋼管杭又は拡底板に対して放射方向に圧密されつつ排出されることになる。また、逃し開口を通過できない大きさの礫等も鋼管杭の側方に排出されることになり、鋼管杭の貫入施工時における地中障害物の影響を小さくする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本願発明に係る回転貫入鋼管杭の具体的な実施形態例の幾つかについて、図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１は実施形態例１の回転貫入鋼管杭の全体概観を示す斜視図であり、図２は実施形態例１の回転貫入鋼管杭の拡底板を示す拡大斜視図であり、図３は実施形態例１の回転貫入鋼管杭の拡底板を示す側面図であり、図４は実施形態例１の回転貫入鋼管杭の掘削刃を示す斜視図であり、図５は図４のＡ−Ａ端面図（Ａ）、矢印Ｂ視からの矢視図（Ｂ）である。
【００１５】
なお、本明細書の記載においては、図面上に示す矢印ｒの方向が、回転貫入鋼管杭を地中へ貫入させるための回転方向であり、この回転方向を「正回転」、その反対回転方向を「逆回転」と規定して用いている。
【００１６】
本実施形態の回転貫入鋼管杭１（以下、「鋼管杭」と略称する。）は、図１に示すように、主に杭本体２と、拡底板３、掘削刃４とからなる。
【００１７】
杭本体２は適宜の材料（例えば、構造用炭素鋼鋼管等の材料）から形成された一定強度を有する中空円筒体であり、所定の板厚及び長さを有する。
【００１８】
拡底板３は、杭本体２の外径に対し２〜３倍程度の外径をもって、杭本体２の下端部にフランジ状に取り付けており、かつ回転中心に対して対向位置に切欠き状の逃し開口３０を形成すると共に、この逃し開口３０の縁部にそれぞれ上刃３１、下刃３２を固定している。
【００１９】
この逃し開口３０は、図２に示すように、所定の挟角θをもった２本の半径方向の線分が交わる杭本体２の外周点（ｄ１、ｄ２）を回転軸として、この２本の線分をそれぞれ鋼管杭１の逆回転方向へ０度を超える所定の角度（α、β）だけ回転させてなる線分で挟まれた部分の拡底板３を切欠いて形成している。なお、本実施形態例では、例えば、αは略３４度、βは略２８度に設定している。
【００２０】
逃し開口３０の縁部に取り付けた上記上刃３１は、図３に示すように、切り取った逃し開口３０の板材を用い、所定の傾斜角で逆回転方向の上方へ延びるようにして正回転方向側の縁部に一体的に取り付け、かつ杭本体２の側周面とも接合させている。
【００２１】
また、上記下刃３２は、矩形状の板材を所定の傾斜角で正回転方向側の下方へ延びるように、逃し開口３０の逆回転方向の縁部に一体的に取り付けている。
さらに、図７に示すように、拡底板３の平面視において、逃し開口３０に取り付けた上刃３１と下刃３２とは、重なるように配置して逃し開口３０の欠損を無くするように配設している。
【００２２】
このような逃し開口３０への上刃３１と下刃３２との配置関係より、拡底板３には正回転時に掘削土砂を後方上部へ導く通路が形成されることになるばかりでなく、逃し開口３０を通過できない大きさの礫等は、下刃３２が逆回転方向にβの角度回転して取り付けられていることより、拡底板３の側方へ積極的に押し出されることになる。
また、平面視において、上刃３１と下刃３２とが逃し開口３０を塞ぐように重なることにより、鋼管杭１の十分な垂直抗力が確保される。
【００２３】
なお、本実施形態例では、例えば、上刃３１の後方上部への傾斜角は略４５度、下刃３２の前方下部へ傾斜角は略４５度に設定している。
【００２４】
次に、掘削刃４は、図４に示すように、拡底板３の下面側の中心位置に配設され、中心から対向位置で放射状に広がる２個の刃体４０から構成している。本実施形態例では、それぞれの刃体４０の形状を正回転方向に凸状に湾曲した形状としている。言うならば、平面視で二つ巴の紋様に似た形状に配設している。また、刃体４０には、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、凸状側のエッジ部４０ｅを鋭角に形成すると共に、刃高４０ｈを外周方向へ漸次低く形成している。
【００２５】
【本実施形態例１の作用】
次に、上記のように構成された鋼管杭１は、以下にように作用する。
先ず、図６に示すように、鋼管杭１は、油圧モータＭを具備した油圧式ショベルＳ等の回転貫入装置を介して把持し、埋設地点の地面に垂直に保持しながら、回転貫入装置で軸回転させると共に、地面に押し付ける。これにより、鋼管杭１の掘削刃４及び拡底板３の下刃３２は、地面の掘削を開始する。
【００２６】
この時、図７に示すように、掘削刃４により掘削された掘削土砂は、刃体４０の凸部により外周側に押し出されると共に（矢印ａ）、拡底板３の下刃３２によって逃し開口３０から上刃３１にガイドされて回転後方の上方に排出される（矢印ｂ）。次に、拡底板３の上面側に排出された掘削土砂の多くは、外周側に傾斜した逃し開口３０の上刃３１により、強制的に外周側方向に押し出され（矢印ｃ）、これが鋼管杭１の側方周辺付近の地盤を押圧して積極的に圧密することとなる。
【００２７】
なお、本実施形態の鋼管杭１は、杭本体２が直径４０６．４ｍｍ、板厚９ｍｍ、拡底板３が直径８００ｍｍ、板厚２８ｍｍの寸法値の場合、Ｎ値２０の地盤において、トルク４ｔ・ｍ、押圧力１２ｔでは、２ｍ／ｍｉｎの貫入速度で施工可能であることを確認した。また、上記と同様のトルク、押圧力では、Ｎ値５０の地盤にも貫入施工可能であることを確認している。
【００２８】
［実施形態例２］
次に、本願発明に係る回転貫入鋼管杭の実施形態例２について、図面に基づき説明する。
図８は実施形態例２の回転貫入鋼管杭の全体概観を示す斜視図であり、図９は実施形態例２の回転貫入鋼管杭の段差面を示す斜視図である。
【００２９】
実施形態例２の構成は、図８に示すように、鋼管杭１の杭本体２の所定位置で下側水平面をもった段差面５０を介して外径寸法が大きい拡径管部５を配設した、いわゆる２段構造に構成している。なお、拡径管部５は、杭本体２に対し直径寸法において、約１．５〜２．０倍程度にすることが好ましい。
【００３０】
また、図９に示すように、拡径管部５の段差面５０には、実施形態例１と同様の形状をした刃体５０ｂを回転中心に対して対向位置に配設して成る掘削刃５０ａを取り付けている。なお、杭本体２の側周面への刃体５０ｂの正回転方向の取り付き角δは、図９に示すように、杭本体２の接線に対して直角又は鈍角になるようにしている。
【００３１】
この構造により、埋設時に拡径管部５は大きな曲げモーメントに対抗することが可能となると共に、段差面５０の掘削刃５０ａにより、拡径管部５の側面周辺に対し掘削土砂を圧密することになる。
【００３２】
【他の実施形態の可能性】
本願発明の目的を達成するため、本実施形態は以下のように変更することが可能である。
【００３３】
すなわち、拡底板３を、図１０に示すように、杭本体２の下端部ではなく、下端部から所定の距離上昇した側面部の適宜な位置に取り付けるようにしても良い。この場合には、杭本体の下端側を板材で閉塞し、この板材に掘削刃４を配設するようにする。
【００３４】
また、掘削刃４を構成する刃体４０、上刃３１と下刃３２を配設した逃し開口３０は、本実施形態例では本体に対して対向状に２ヶ所配置しているが、この形態に限定するものではなく、３ヶ所以上配置するようにようにしても良い（図示省略）。
【００３５】
さらにまた、逃し開口３０の切欠き角度（α、β）や下刃３２、上刃３１の傾斜角度は、本実施形態例に限定されるものではなく、適宜に変更可能であるのはもちろんである。
【００３６】
また、掘削刃４の形状は、上記実施形態例のような湾曲部を有することが好ましいが、これに限定するものではなく、平刃を組み合わせた既存の適宜の形状のもの配設する構成としてもよい。
【００３７】
【効果】
本願発明は、上記のように構成しているため、鋼管杭の軸回転により掘削される土砂を、鋼管杭の外周側方へ積極的にかつ強制的に排出させて圧密させることにより、より小さな軸回転の駆動エネルギーでより高いＮ値の地盤への効率的な貫入性を確保することが可能であるばかりでなく、従来の回転埋設する鋼管杭の特徴である無排出土、低振動、低騒音を実現している。
【００３８】
また、本体より拡径の拡底板を鋼管杭の下端近傍に配置していることにより、地盤に対して安定性が増加し、高支持力を得ることが可能である。
【００３９】
さらに、上部側に拡径管部を配設したことにより、鋼管杭の頭部近傍において大きな曲げモーメントと大きな水平力とに対応可能となるため、地震時における曲げ応力度と水平変位量を抑制することが可能となる。
【００４０】
加えて、鋼管杭の下部側は小径の鋼管を使用可能となるため、コスト削減の効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の回転貫入鋼管杭の全体概観を示す斜視図である。
【図２】実施形態例１の回転貫入鋼管杭の拡底板を示す拡大斜視図である。
【図３】実施形態例１の回転貫入鋼管杭の拡底板を示す側面図である。
【図４】実施形態例１の回転貫入鋼管杭の掘削刃を示す斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ端面図（Ａ）、矢印Ｂ視からの矢視図（Ｂ）である。
【図６】実施形態例１の貫入鋼管杭を地盤に回転貫入する作業状態を示す一部切欠き斜視図である。
【図７】実施形態例１の貫入鋼管杭の作用を説明する平面図である。
【図８】実施形態例２の回転貫入鋼管杭の全体概観を示す斜視図である。
【図９】実施形態例２の回転貫入鋼管杭の段差面を示す斜視図である。
【図１０】他の実施形態例の貫入鋼管杭を示す斜視図である。
【図１１】従来の貫入鋼管杭を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  鋼管杭
２  杭本体
３  拡底板
３０  逃し開口
３１  上刃
３２  下刃
４  掘削刃
４０  刃体
４０ｅ  エッジ部
４０ｈ  刃高
５  拡径管部
５０  段差面
５０ａ  掘削刃（拡径管部の）
５０ｂ  刃体
Ｐ１  螺旋翼鋼管杭
Ｐ１ａ  螺旋翼
Ｐ１ｂ  掘削刃
Ｐ２  拡径板鋼管杭
Ｐ２ａ  拡径板
Ｐ２ｂ  切欠き開口
Ｐ２ｃ  掘削刃
Ｐ２ｄ  上刃
Ｐ２ｅ  下刃
Ｍ  油圧モータ
Ｓ  油圧式ショベル
【図１】
0003586861.tif 000002
【図２】
0003586861.tif 000003
【図３】
0003586861.tif 000004
【図４】
0003586861.tif 000005
【図５】
0003586861.tif 000006
【図６】
0003586861.tif 000007
【図７】
0003586861.tif 000008
【図８】
0003586861.tif 000009
【図９】
0003586861.tif 000010
【図１０】
0003586861.tif 000011
【図１１】
0003586861.tif 000012