(57)【要約】  【課題】  施工の妨げとなる先端開放杭の土砂による閉塞が発生しにくく、回転施工時に発生する推進力が大きい回転貫入杭およびその施工方法を提供する。  【解決手段】  鋼管杭１の先端を切り欠き、その先端面３に２枚の翼２を取り付ける。それぞれの翼２は、表面がほほ円錐面をなす鋼製の円盤をほぼ２分割した形状を有し、切欠き加工した杭先端面３に正面から見て交差する形で傾斜させて対称に取り付ける。また、鋼管杭１の法線方向における鋼管杭１の軸と直角な面と翼２の表面のなす挟角が、翼２の始端の挟角ηsから翼２の終端の挟角ηeまで、下向きから水平または上向きとなるまで漸増する形態とする。  【選択図】    図１
2006207259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管杭の先端に外径が該鋼管杭の外径より大きい翼を有する回転貫入杭において、前記翼として表面がほぼ円錐面をなす円盤を２分割した半円盤状の翼が、鋼管杭の軸と直角な面に対し所定の取付角度（θ）で２枚対称に取り付けられており、鋼管杭法線方向における鋼管杭の軸と直角な面と前記翼の表面のなす挟角（η）が、該翼の始端から終端にかけて下向きから水平または上向きとなるまで漸増していることを特徴とする回転貫入杭。
【請求項２】
鋼管杭の先端に外径が該鋼管杭の外径より大きい翼を有する回転貫入杭において、前記翼として表面がほぼ円錐面をなすドーナツ状円盤を２分割した半ドーナツ円盤状の翼が、鋼管杭の軸と直角な面に対し所定の取付角度（θ）で２枚対称に取り付けられており、鋼管杭法線方向における鋼管杭の軸と直角な面と前記翼の表面のなす挟角（η）が、該翼の始端から終端にかけて下向きから水平または上向きとなるまで漸増していることを特徴とする回転貫入杭。
【請求項３】
前記翼の底角（α）と、前記取付角度（θ）とが、
０°≦θ―α≦５°
の関係となっていることを特徴とする請求項１または２記載の回転貫入杭。
【請求項４】
鋼管外方向に張り出した翼の投影翼幅が、翼の始端から後端にかけて漸拡していることを特徴とする請求項１、２または３記載の回転貫入杭。
【請求項５】
鋼管内方向に張り出した翼の投影翼幅が、翼の始端から後端にかけて漸縮していることを特徴とする請求項２、３または４記載の回転貫入杭。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５記載の回転貫入杭を、杭軸回りに回転させなら地盤中に貫入して行くことを特徴とする回転貫入杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤中に回転貫入可能な翼付き回転貫入杭およびその施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼管杭の先端に１枚あるいは複数枚の回転翼を設けた鋼管杭を回転させて施工時の掘削残土を発生させずに、あるいは最小限に抑えて施工する回転貫入鋼管杭工法に用いる回転翼付鋼管杭が種々開発されている。先端構造については１枚あるいは複数枚の螺旋翼を杭先端に取り付けた構造と複数枚の平板翼を取り付けた構造があり、各々に先端開放形式と先端閉塞形式がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、杭の先端を螺旋状に切り欠いて２枚または３枚の扇形状平板からなる翼を取り付けたものが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、鋼管杭の先端より上方に、鋼管の外径の１．５〜２．５倍のドーナツ状の鋼板を分割した平板状の鋼板を傾斜させて取り付け、先端を開放したものが記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、湾曲させた螺旋翼を巻回させた中空杭の先端部外周面に回転貫入杭が記載されている。
【０００６】
特許文献４には、鋼管の先端を螺旋状に切り欠き、その部分に外径が鋼管杭外径の１．５〜３倍で、内径が鋼管杭内径の０．４〜０．９倍の螺旋状の翼を取り付けたものが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１０２４８９号公報
【特許文献２】特開平１１−０３６２９５号公報
【特許文献３】特開２００１−０７３３６２号公報
【特許文献４】特開２００１−１９３０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回転貫入鋼管杭工法に用いる回転翼付鋼管杭では、翼部分による先端支持力の向上を期待しており、高い支持力が得られ、かつ貫入性がよいこと、翼の強度が十分であること、経済性に優れることなどが要求される。
【０００８】
概ね、φ８００ｍｍ以上の大径鋼管杭の施工では先端開放型が有利だが、例えば特許文献４の例を代表とする螺旋翼の場合は鋼管軸方向に直角をなす平面と螺旋翼がなす挟角は０°となり１回転当たりの貫入量は鋼管の内外で一致するため鋼管内に取り込まれる土砂の量が多く閉塞して貫入の妨げとなる場合がある。
【０００９】
特許文献３の例では上記挟角は０°でないが、回転翼の間隔は鋼管内外で一致するため貫入量と鋼管内部に取り込まれる土砂の量も一致するため上記と同じ現象が発生する。
【００１０】
これに対して、例えば特許文献２の例を代表とする先端開放型の平板翼では閉塞は発生し難いが回転施工における推進力が小さく、特に固い層での貫入性に劣る。
【００１１】
また、特許文献１には螺旋状の翼取付け部の段差を所定の範囲に規定することで、貫入性に優れ、高い支持力が得られるということが述べられているが、螺旋翼を平板から形成した場合、高い支持力を得るために翼の外径を大きくすると、貫入性が悪くなり、また地盤からの抵抗や支持力に対する翼の耐力が問題となる。
【００１２】
本願発明は、上述のような背景のもとに翼形状を工夫したものであり、施工の妨げとなる先端開放杭の土砂による閉塞が発生しにくく、回転施工時に発生する推進力が大きい回転貫入杭およびその施工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】
【００１３】
本願の請求項１に係る回転貫入杭は、鋼管杭の先端に外径が該鋼管杭の外径より大きい翼を有する回転貫入杭において、前記翼として表面がほぼ円錐面をなす円盤を２分割した半円盤状の翼が、鋼管杭の軸と直角な面に対し所定の取付角度θで２枚対称に取り付けられており、鋼管杭法線方向における鋼管杭の軸と直角な面と前記翼の表面のなす挟角ηが、該翼の始端から終端にかけて下向きから水平または上向きとなるまで漸増していることを特徴とするものである。
【００１４】
なお、ここで言う「ほぼ円錐面」とは、完全な円錐面の場合も含み、さらにその表面が滑らかに連続する場合に限らず、実際には多角錐面であるが、概形として円錐面状のものも包含することを意味している。
【００１５】
また、取付角度θは、鋼管軸直角断面の鋼管中心を通る直線と始端翼と後端翼の鋼管への取付け高低差を結ぶ直線がなす角度として考える。挟角ηについては、鋼管杭の軸と直角な面を基準に、下向きを負、上向きを正として考え、翼の始端で負の値を持つ挟角ηが、翼の始端から終端にかけて下向きから水平（挟角η＝０）または上向き（挟角ηが正）となるまで漸増する。
【００１６】
従来の回転貫入杭の螺旋翼は、翼の表面が平面上にあるため、地盤からの抵抗あるいは支持力に関し、翼の耐力は翼を構成する板（通常は、鋼板）の断面性能、すなわち断面係数（ｂ・ｔ2 ）／６に支配される（ｔは板厚、ｂは幅であるが、この場合の幅ｂは地盤からの抵抗あるいは支持力に関しては、翼の任意の方向について考えることができる。）。
【００１７】
本発明の場合は、翼を構成する板が全体として錐面をなしているので、地盤からの抵抗あるいは支持力に関し、断面係数が平面の場合より大幅に向上し、同じ断面性能を得るための板厚は薄くなり経済性が向上する他、貫入性も向上する。
【００１８】
また、地盤の支持力は、杭先端部の翼近傍のせん断耐力に依存し、未固結の砂や砂礫の場合、錐面をなす翼形状によるコンファインド効果が得られるため、その面からも支持力が向上する。
【００１９】
また、翼の端部が杭の先端より下方に位置することにより、杭を貫入しやすくなり、翼の他方の端部が水平（杭と垂直）あるいはそれより上方に位置することにより推進力が向上する。
【００２０】
また、翼は、中空杭の外周面ではなく、先端面に取り付けられているため、地盤からの鉛直方向の抵抗に対し、取付け位置に作用する曲げが小さく、翼が外周面に取り付けられている場合に比べ、翼取付け部の安定性が高い。
【００２１】
さらに、本発明では、鋼管杭法線方向における鋼管杭の軸と直角な面と前記翼の表面のなす挟角ηが、翼の始端から終端にかけて下向きから水平または上向きとなるまで漸増するように、すなわち翼の張り出し方向が下向きから水平あるいは上方に漸変するように取り付けられていることにより、大きな推進力を得ることが可能で、地盤の掘削機能が向上するため、良く締まった密度の高い地盤でも比較的少ない回転力で回転貫入施工が可能となる。
【００２２】
本願の請求項２に係る回転貫入杭は、鋼管杭の先端に外径が該鋼管杭の外径より大きい翼を有する回転貫入杭において、前記翼として表面がほぼ円錐面をなすドーナツ状円盤を２分割した半ドーナツ円盤状の翼が、鋼管杭の軸と直角な面に対し所定の取付角度（θ）で２枚対称に取り付けられており、鋼管杭法線方向における鋼管杭の軸と直角な面と前記翼の表面のなす挟角（η）が、該翼の始端から終端にかけて下向きから水平または上向きとなるまで漸増していることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１との相違は、翼の鋼管内方向への張出し幅が小さいことであり、先端からの土砂の取り込みに対する抵抗が少なくなっている。すなわち、翼の内径側を開口させておくことで、回転貫入の際、鋼管杭内への土砂の取込みがよりスムーズとなり、無排土あるいは低排土の施工を効率よく行うことができる。これらは、地盤条件に応じて使い分けることができる。
【００２４】
請求項３は、請求項１または２に係る回転貫入杭において、前記翼の底角αと、前記取付角度θとが、
０°≦θ―α≦５°
の関係となるようにしたものである。
【００２５】
θ―αは翼後端の鋼管法線方向と鋼管軸方向に直角をなす平面がなす角度であるが、この角度を０°以上とすれば後続する翼始端部の土塊が緩まり貫入性が上がることが施工試験で確かめられている。しかし、この角度が概ね５°以上である場合は支持層の緩みが大きくなり支持力に悪影響を与えるため、上記の範囲が好ましい。
【００２６】
すなわち、θ―α＜０°の場合は翼後端も下向きとなり、回転方向に通過する土が通りにくく、回転翼と回転翼の間で閉塞状態が発生しやすい。特に玉石などが存在する場合は下向きの翼が玉石を抱え込む状態となり貫入性が大幅に低下する。
【００２７】
これに対し、θ―α＞５°の場合は特に砂地盤での支持力が低下する傾向が現れ始める。これはtan５°＝０．０９であり、θ―α＞５°の場合は翼面での摩擦係数μ＝０．１以下のシルト材が支持力に寄与しなくなるためと推測される。
【００２８】
また、施工においてもθ―α＞５°の場合は翼後端が回転貫入時の抵抗となり特に硬い支持層付近での回転貫入に必要となる回転トルクが大きくなる。このため、出力の大きな施工機械が必要となり不経済となる。
【００２９】
請求項４は、請求項１、２または３に係る回転貫入杭において、鋼管外方向に張り出した翼の投影翼幅が、翼の始端から後端にかけて漸拡していることを特徴とするものである。
翼始端での鋼管外方向への張出し幅を翼終端より小さくすることにより、地盤への貫入性を向上させることができる。
【００３０】
また、固い地盤に貫入した場合、鋼管杭に伝わる荷重について、翼の始端側が終端側より大きな荷重を分担する場合が多いため、後述する図５に示すようにＢs＜Ｂeとすることにより荷重分担を平均化することができ、地盤の支持力を効果的に引き出すことができる。
【００３１】
また、この構造とすることにより翼と鋼管の接合部に発生する断面力の最大値（概ね始端側で発生する）と最小値（概ね終端側で発生する）の差が低減するため、同じ支持力を得るために必要となる翼の板厚を薄くすることができ、経済的な部材設計が可能となる。
【００３２】
請求項５は、請求項２、３または４に係る回転貫入杭において、鋼管内方向に張り出した翼の投影翼幅が、翼の始端から後端にかけて漸縮していることを特徴とするものである。
【００３３】
開端構造の回転貫入杭では鋼管内へ適当量（定量的には地盤により異なるが、鋼管を貫入するために必要な量）の土砂の取り込むことが必要である。始端側で鋼管内に張り出す翼は鋼管内に土を取り込む機能を持ち、終端側は取り込まれた土を鋼管内に推し込む機能が生れるが、開口部を小さくすれば取り込み時の抵抗が大きくなり回転貫入性が低下する。このため、後述する図５に示すように鋼管内側に張り出した始端側の翼幅ｂsと後端側翼幅ｂeをｂs＞ｂe とすることにより、取り込み性能を維持しながら取り込み時の回転抵抗も改善できる。
【００３４】
ただし、極端な翼終端幅の減少は鋼管内への押し込み性能の低下を招くため、開口部の径は鋼管径の０．３〜０．８が適当でこの場合、ｂe／ｂs＝０．４〜０．９が適当であることが模型実験結果から提案される。
【００３５】
本願の請求項６に係る回転貫入杭の施工方法は、請求項１、２、３、４または５に係る回転貫入杭を、杭軸回りに回転させなら地盤中に貫入して行くことを特徴とするものである。
【００３６】
請求項１〜５に係る回転貫入杭は、地盤への回転貫入のために、先端面に２枚の翼を設けたものであり、従来の回転貫入方式の杭と同様の方法により施工することができ、主として無排土の施工を対象としている。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、杭の先端面に取り付けられた翼が下向きに広がる錐面を形成し、さらに、翼の張り出し方向が下向きから水平あるいは上方に漸変するように取り付けられていることにより、大きな推進力を得ることが可能で、地盤の掘削機能が向上するため、良く締まった密度の高い地盤でも比較的少ない回転力で回転貫入施工が可能となる。
【００３８】
また、鉛直方向の力に対する翼の断面性能が向上し、大きな耐力が得られ、同じ耐力を得る場合には翼の板厚を薄くすることができる。翼は杭の先端面に取り付けられているため、取付けの安定性が高い。
【００３９】
また、翼が同一平面にないので層が変化する位置で翼が滑らない上に、平板や螺旋板に比べて翼始端の角度が大きくなるので貫入性能が向上し、玉石を中心部に集め鋼管内に取り込む性能が向上する。
【００４０】
翼の地盤と接する面が下向きに広がる錐面であるため、コンファインド効果による支持力の向上が図れる。
【００４１】
請求項３係る発明によれば、翼の底角αと、取付角度θとが、０°≦θ―α≦５°となるようにすることで、貫入性を上げつつ、支持力への悪影響も少なく抑えることができる。
【００４２】
請求項４に係る発明では、鋼管外方向に張り出した翼の投影翼幅が、翼の始端から後端にかけて漸拡するようにしたことで、翼における荷重分担を平均化して支持力を効果的に引き出すことができ、経済的な部材設計が可能となる。
【００４３】
請求項５に係る発明では、鋼管内方向に張り出した翼の投影翼幅が、翼の始端から後端にかけて漸縮するようにしたことで、鋼管内へ土砂の取込み量を適当化し、取り込み性能を維持しながら取り込み時の回転抵抗も改善することができる。
【００４４】
本願の請求項６に係る発明によれば、請求項１〜５に係る回転貫入杭を地盤中へ回転貫入するため、従来の回転貫入による杭施工に比べ、貫入性が高く、施工性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１および図２は、本発明の回転貫入杭の一実施形態を示したもので、鋼管杭１の先端を切り欠き、その先端面３に２枚の翼２を取り付けてある。
【００４６】
それぞれの翼２は、表面がほほ円錐面をなす鋼製の円盤をほぼ２分割した形状を有し、上述のように切欠き加工した杭先端面３に、正面から見て交差するような形で傾斜させて溶接してある。このときの取付角度をθとし、２枚の翼２の交差角が２θとなるように対称に取り付けてある。
【００４７】
施工においては、回転貫入杭としての鋼管杭１を回転させながら圧入して行くことで、地盤中に貫入される。また、鋼管杭１の先端に生ずる開口部より土砂が鋼管杭１の内部に取り込まれることで、貫入抵抗が緩和される。
【００４８】
また、本発明では、鋼管杭１の法線方向における鋼管杭１の軸と直角な面と翼２の表面のなす挟角ηを考え、この挟角ηが、翼２の始端から終端にかけて下向きから水平または上向きとなるまで漸増する形態としており、図中、ηsが始端の挟角（下向きになっており、鋼管杭の軸と直角な面を基準に負の値で考える）、ηeが終端の挟角（０または正の値になるようにする）である。
【００４９】
このように、鋼管杭法線方向における鋼管杭の軸と直角な面と前記翼の表面のなす挟角ηが、翼の始端から終端にかけて下向きから水平または上向きとなるまで漸増するようにしたことで、既述のように大きな推進力を得ることができ、地盤の掘削機能が向上するため、良く締まった密度の高い地盤でも比較的少ない回転力で回転貫入施工を行うことができる。
【００５０】
図３は、翼２の底角αと取付角度θとの関係を示したものである。底角αは、既述のように、取付角度θとの関係で、０°≦θ―α≦５°となるようにすることで、貫入性を上げつつ、支持力への悪影響も少なく抑えることができる。
【００５１】
この効果を経済的に得るためには、底角αは一般的には、５°≦α≦２０°の範囲が適当であり、これよりθは５°≦θ≦２５°となる。この底角αの範囲は、ｔ＝１６〜１００ｍｍの厚板をプレス加工する場合に経済的に加工できる範囲である。
【００５２】
図４は、杭先端面に取り付けられた２枚の翼２どうしの関係を示したもので、隣接する２枚の翼２の始端と終端の間隔は鋼管外に張り出した部分の間隔Ｈと鋼管内に張り出した間隔ｈとが、ｈ＜Ｈのようになり、１回転当たりの貫入量に比較して土砂の取り込み量は少なくなり、開口部４を有する先端開放型翼付鋼管杭１の場合、施工時の閉塞を防ぐ効果が期待できる。
【００５３】
図５は、請求項４、５に係る回転貫入杭の一実施形態を示したものである。
【００５４】
既述のように、翼２始端での鋼管外方向への張出し幅Ｂsと翼２終端における張出し幅Ｂeとの関係が、Ｂs＜Ｂeとなるようにすることで、荷重分担を平均化することができ、地盤の支持力を効果的に引き出すことができる。
【００５５】
また、これも既述のように、翼２始端での鋼管内方向への張出し幅と翼２終端における張出し幅ｂeとの関係が、ｂs＞ｂeとなるようにすることで、土砂の取り込み性能を維持しながら取り込み時の回転抵抗も改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の回転貫入杭の一実施形態を示す杭先端部の正面図である。
【図２】図１の回転貫入杭における鉛直断面図である。
【図３】翼の底角αと取付角度θとの関係を説明するための鉛直断面図である。
【図４】杭先端面に取り付けられた２枚の翼どうしの関係を説明するための杭先端側からみた斜視図である。
【図５】本願の請求項４、５に係る回転貫入杭の一実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…鋼管杭、２…翼、３…先端面、４…開口部
【図１】
2006207259.tif 000003
【図２】
2006207259.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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