(57)【要約】      （修正有）【課題】極力大きな周面摩擦力（付着力）を確保でき、生産性が高く、また、曲げ剛性を必要とする部分には高い曲げ剛性を確保できる鋼管杭を提供する。【解決手段】丸又は角形の鋼管がねじり加工されたツイスト鋼管杭１であって、管径の２倍の長さ間隔におけるねじり角度が９０°〜１８０°であることを特徴とする。ツイスト鋼管杭１の中間部の管壁に、中心部空間に対するグラウトの出入れが可能は複数のグラウト出入れ孔があけられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
丸又は角形の鋼管がねじり加工されたツイスト鋼管杭であって、管径の２倍の長さ間隔におけるねじり角度が９０°〜１８０°であることを特徴とするツイスト鋼管杭。
【請求項２】
ツイスト鋼管杭の中間部の管壁に、中心部空間に対するグラウトの出入れが可能な複数のグラウト出入れ孔があけられていることを特徴とする請求項１記載のツイスト鋼管杭。
【請求項３】
斜面崩壊を抑止する斜面安定化工法の補強材として斜面に設置される場合に用いられるツイスト鋼管杭であって、不動土層内に挿入される先端部がねじり加工されたツイスト管部、その上側のすべり面位置近傍がツイスト加工されていない丸管部、前記すべり面位置近傍の丸管部より上側部分が丸管部又はツイスト管部であることを特徴とする請求項１又は２記載のツイスト鋼管杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、丸鋼管又は角形鋼管がねじり加工されたツイスト鋼管を用いたツイスト鋼管杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤に挿入されて地盤の支持力を高める杭として、種々の鋼製の杭が使用されている。
例えば、棒鋼を用いたものとして棒鋼の表面に節を付けたロックボルトがある（特開昭５７−７７８００（特許文献１）、その他多数）。
また鋼管を用いたものとして、丸鋼管の周壁の全長に亘って螺旋状の凹凸部（螺旋溝）を形成した螺旋溝付きの鋼管杭（特開２００３−４１５８３（特許文献２））、あるいは、丸鋼管の外周面に螺旋状翼板を固定した鋼管杭（特開平１０−１８３６１６（特許文献３））がある。
また、平鋼を用いたものとして、１枚の平鋼を複数回ねじって形成したスパイラル杭基礎（特開２０１６−３４３１（特許文献４））、あるいは、３枚以上の長辺部材（板材）が放射状に配置された断面形状の鋼材を捩って形成した主として杭として使用されるスパイラル鋼（特開２０１２−３１４４５（特許文献５））がある。
なお、管壁に複数の穴をあけた角パイプをねじったねじり角パイプを土地の傾斜面にねじ込んで用いる水抜きパイプが公知である（特開２００７−１５４４６４（特許文献６））。
また、角形鋼管をねじって形成したツイスト鋼管が公知である（特開２０１３−２２６５９８（特許文献７））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−７７８００
【特許文献２】特開２００３−４１５８３
【特許文献３】特開平１０−１８３６１６
【特許文献４】特開２０１６−３４３１
【特許文献５】特開２０１２−３１４４５
【特許文献６】特開２００７−１５４４６４
【特許文献７】特開２０１３−２２６５９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献1〜５の鋼製杭は、いずれも杭体の周面摩擦力が得られる杭であるが、極力大きな周面摩擦力が得られることが望ましく、かつ、その杭を製造する生産性が高いことが望ましい。
また、杭を例えば斜面崩壊を抑止する斜面安定化工法の補強材として設置する場合等には、所望の引抜き抵抗力を有するとともに、土塊のすべり面近傍において作用する曲げモーメントに抗する所望の曲げ剛性を有することが望ましい。
【０００５】
本発明は上記背景のもとになされたもので、極力大きな周面摩擦力を確保することができ、生産性が高く、さらに、斜面安定化工法の補強材として設置する場合等には所望の引抜き抵抗力及び曲げ剛性を確保し易い鋼管杭を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する請求項１の発明のツイスト鋼管杭は、丸又は角形の鋼管がねじり加工されたツイスト鋼管杭であって、管径の２倍の長さ間隔におけるねじり角度が９０°〜１８０°であることを特徴とする。
なお、前記管径の２倍とは、丸管の場合は直径の２倍、角形鋼管の場合は辺長の２倍を指す。
【０００７】
請求項２は、  請求項１のツイスト鋼管杭において、ツイスト鋼管杭の中間部の管壁に、中心部空間に対するグラウトの出入れが可能な複数のグラウト出入れ孔があけられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３は、請求項１又は２のツイスト鋼管杭が、斜面崩壊を抑止する斜面安定化工法の補強材として斜面に設置される場合に用いられるツイスト鋼管杭であって、不動土層内に挿入される先端部がねじり加工されたツイスト管部、その上側のすべり面位置近傍がツイスト加工されていない丸管部、前記すべり面位置近傍の丸管部より上側部分がツイスト管部又は丸管部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のツイスト鋼管杭は、外面にねじり加工で形成された複数の深い螺旋溝が形成された形状となるが、杭の摩擦抵抗に寄与するのは、グラウトとしてモルタルを用いる場合として言えば、杭外径内モルタル（杭外径の内側のモルタル（螺旋溝内のモルタル））と杭外径外モルタル（杭外径の外側のモルタル）との境界面の面積（円筒状の面積）の大小であり、そして本発明のツイスト鋼管杭ではその境界面を大きくすることができ、大きな周面摩擦力（付着力）を得ることができる。前記杭外径とは杭の軸方向投影の外径を指す。
なお、鋼管をねじったツイスト鋼管を実際に製造するのは、必ずしも簡単なものではなく、特にねじり角度が大きくなると製造速度を遅くする必要が生じて生産性が低下する。本発明は、ねじり角度を９０°〜１８０°の範囲とすることで、杭としての高い周面摩擦力（付着力）を確保しつつ、生産性低下を避けることができる。
【００１０】
また、螺旋溝内に入ったモルタルの断面積が大きいので、モルタル自身のせん断耐力が高まる（すなわち、螺旋溝は外周に行くほど円弧長が長くなり、管外のモルタルと最長円弧長でつながるため、せん断耐力が最大になる）。
また、ねじり加工により形成された螺旋溝は滑らかな溝形状及び外周形状であり、挿入性が良好である（掘削した穴内にスムーズに挿入できる）。
【００１１】
また、鋼管外周に螺旋状翼板を設けた特許文献３のパイルアンカーでは、１枚の螺旋状翼板による１条の螺旋溝が形成されているのに対して、本発明のツイスト鋼管は複数条の螺旋溝が形成されるので、容易に多くの螺旋溝を形成することができ、そして溝条数が多いほど引っ掛かりとなる突出部（螺旋外周端）が増えるので、大きな引抜き抵抗力を確保する上で有利である。
また、本発明のツイスト鋼管において螺旋溝を形成する螺旋翼板的な部分は、鋼管をねじって形成される部分であり鋼管材自体の二枚重ね的な部分であるから、１枚板を管外面に固定した特許文献３のパイルアンカーと比べて剛性が高い。この点でも本発明のツイスト鋼管杭は、大きな引抜き抵抗力を確保する上で有利である。
【００１２】
また、特許文献４のように１枚の平鋼をねじったスパイラル杭では、鋼材自体の引張り剛性を、ツイスト鋼管の場合と同程度の高さにすることは難しい（板幅が長過ぎ、又は板厚が厚過ぎてしまう）。
また、特許文献５のように３枚以上の長辺部材（板材）が放射状に配置された鋼材を用いるものでは、その放射状鋼材を製造すること自体が容易でなく、生産性に欠ける。
【００１３】
請求項２のツイスト鋼管杭によれば、モルタルを中心部空間にも注入した場合に、中間部管壁にあけた孔からモルタルが外側に流れ出て、その高さ位置にモルタルの団子状固まりが作られるので、付着力を高くすることができる。また、そのモルタルの団子状固まりは任意の位置に作ることができる。
【００１４】
斜面崩壊を抑止する斜面安定化工法の補強材として斜面に設置される場合には、請求項３のように、すべり面位置近傍を丸管部とすることで、例えばロックボルトの場合と比較して、すべり面近傍において作用する曲げ剛性を顕著に高くすることができ、土塊のすべりを防止するために有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】原管として丸鋼管を用いた本発明の一実施例のツイスト鋼管杭（長さは模式的）を示すもので、（イ）は側面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ断面図、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ切断端面図である。
【図２】実施例のツイスト鋼管杭について、モルタル強度が２６Ｎ／ｍｍ２である場合のモルタル付着性能試験（ロットＡの試験）をした結果を示すグラフである。
【図３】実施例のツイスト鋼管杭について、モルタル強度が１８Ｎ／ｍｍ２である場合のモルタル付着性能試験（ロットＢの試験）をした結果を示すグラフである。
【図４】ロット別（モルタル強度別）のモルタル付着性能試験結果を示したグラフである。
【図５】全体のモルタル付着性能試験結果をツイスト角度が９０度の場合の付着力に対する増減率として示した図である。
【図６】本発明のツイスト鋼管杭を斜面安定化工法の補強材（アンカー材）として用いる場合について説明する図である。
【図７】ツイスト鋼管杭の中間高さ位置の管壁にグラウト出入れ孔をあけた場合について説明する図である。
【図８】原管として角形鋼管を用いた実施例のツイスト鋼管杭（長さは簡略化）を示すもので、（イ）は側面図、（ロ）は（イ）のＣ−Ｃ断面図、（ハ）は（イ）のＤ-Ｄ切断端面図である。
【図９】丸鋼管をねじり加工した実施例のツイスト鋼管の写真である
【図１０】角形鋼管をねじり加工した実施例のツイスト鋼管の写真である
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のツイスト鋼管杭を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は原管として丸鋼管を用いた本発明の一実施例のツイスト鋼管杭１を示すもので、（イ）は側面図、（ロ）はＡ−Ａ断面図、（ハ）はＢ-Ｂ切断端面図である。このツイスト鋼管杭（単にツイスト鋼管と呼ぶ場合がある）１はねじり加工で形成される螺旋溝（ねじり溝）の部分１ａ及び螺旋翼板的な部分１ｂとを有する。また、この実施例のツイスト鋼管杭１は、ツイスト管部分１ｃだけでなく、ねじり加工されていない丸管部分１ｄを一端側に有する。なお、図示のツイスト鋼管杭１は模式的に示したもので、特にツイスト鋼管杭としての実際の長さを示したものではない。
本発明のツイスト鋼管杭は、管径Ｄの２倍の長さ間隔（２Ｄ）におけるねじり角度が９０°〜１８０°である。このことについては後述するが、図示のツイスト鋼管杭のねじり角度（長さ２Ｄにおけるねじり角度）は概ね１８０°に近い。
なお、管径の２倍とは、図７で後述する角形鋼管の場合は辺長の２倍である。
【００１８】
この実施例のツイスト鋼管杭１に用いるツイスト鋼管は、前記丸鋼管を特許文献７に記載のねじり加工装置と概ね同様なねじり加工装置でねじり加工したツイスト鋼管であり、詳細説明は省略するが、連続して送られる丸鋼管に対して、最初のロールスタンドで３つの凹部形成用ロールにより丸鋼管の周方向の３カ所を押圧して凹部を形成することでやや三角管的な断面形状に変形させ、２段目のロールスタンドの基準ロールと呼ぶ３つのロールを前記三角管的断面形状の各面の例えば右端近傍に当接させ、３段目のロールスタンドにおいて、前記基準ロールからの管軸方向のピッチに対する所望のねじり角θに応じて、当該基準ロールの当接面から管外周方向に回転させた位置に配置された３つのねじり加工用ロールにより、前記三角管的断面形状の各面の前記右端近傍を押圧させねじり力を発生させることで、２段目のロールスタンドと３段目のロールスタンドとの間でねじり加工する。これにより、３条の螺旋溝を持つツイスト鋼管が形成される。
図９に丸鋼管をねじり加工したツイスト鋼管の一例を写真で示す（写真のツイスト鋼管はねじり加工していない丸管部分を残している場合である）。
図１０に角形鋼管をねじり加工したツイスト鋼管の一例を写真で示す（写真のツイスト鋼管は端部近傍に丸孔をあけている）。
【００１９】
実施例のツイスト鋼管１は、原管として材質ＳＴＫＲ４００、板厚５．５ｍｍ、外径６０．５ｍｍφの丸鋼管を種々のねじり角度θでねじり加工したツイスト鋼管である。
本発明のツイスト鋼管杭のねじり角度θは、管径Ｄの２倍の長さ間隔（２Ｄ）におけるねじり角度θが９０°〜１８０°である。
図２〜図５は、前記原管（丸鋼管）を種々のねじり角度θでねじり加工した実施例のツイスト鋼管（ツイスト鋼管杭）についてモルタル付着性能試験をした結果を示すものである。なお、実施例では、杭（ツイスト鋼管杭）とその周囲の土層との付着力を高めるためのグラウトとしてモルタルを用いている。
モルタル付着性能試験は、ツイスト鋼管の外周に樹脂管を設置し、ツイスト鋼管の外周と樹脂管の内面との間にモルタルを充填し、モルタルが硬化した後、ツイスト鋼管（ツイスト鋼管杭）の引抜き試験を行った。
モルタル付着性能試験（引抜き試験）の試験条件はロットＡ（５本）、ロットＢ（４本）について下記の通り。
ロットＡ：
ツイスト鋼管のねじり角度θ：６０°,９０°,１２０°,１５０°,１８０°の５種
モルタル強度：２６Ｎ／ｍｍ２
ロットＢ：
ツイスト鋼管のねじり角度θ：９０°,１２０°,１５０°,１８０°の４種
モルタル強度：１８Ｎ／ｍｍ２
【００２０】
図２はロットＡについてのもので、前記５種のねじり角度のツイスト鋼管についてのモルタル強度２６Ｎ／ｍｍ２の場合の引抜き試験結果のねじり角度別（ツイスト角度別）の付着力のグラフである。
図３はロットＢについてのもので、前記４種のねじり角度のツイスト鋼管杭についてのモルタル強度１８Ｎ／ｍｍ２の場合の引抜き試験結果のねじり角度別（ツイスト角度別）の付着力のグラフである。
図２、図３のいずれも、横軸がツイスト鋼管を引き抜く際の引抜き量である変位（ｍｍ）、縦軸がその際の引抜き力（引抜き抵抗力）を表す付着力(ｋＮ/ｍ)である。
なお、図２、図３の縦軸の目盛は、引抜き試験時に引張り試験機が記録した引抜き力（ｋＮ）のグラフの縦軸目盛を、１ｍ当たりの付着力（ｋＮ／ｍ）に換算して表したものである。
引抜き試験時の引抜き力の最高値の実データ（ｋＮ）は表１の通りである。なお、引抜き試験に用いたツイスト鋼管のコンクリートとの付着部長さは０．２２５ｍである。
【表１】
2018021417.tif 000003
【００２１】
図４は、ロットＡ（図２）及びロットＢ（図３）のそれぞれの試験結果における各ねじり角度のツイスト鋼管の付着力を、ねじり角度９０°のツイスト鋼管の付着力を基準としてその付着力に対する比として示したものである（ねじり角度９０°の場合の付着力が１．００）。
同図において、２本の破線はロットＡ、Ｂのそれぞれについてプロットした点を直線化（回帰直線）したものである。
図５はロットＡ、ロットＢの両方を合わせた全体を直線化（回帰直線）したものであり、全体の回帰直線の式は、詳細な計算は省略するが図中に記載の通り、
ｙ＝０．００３９ｘ＋０．６４４２
となる。
【００２２】
図５に示された結果を表で示すと、表２の通りである。
【表２】
2018021417.tif 000004
【００２３】
上記の通りであり、ツイスト鋼管のねじり角度を９０°〜１８０°とすることで９０°より小さい場合に対して、良好な付着力が得られる。１８０°を超えるねじり角度の場合は、今回の実験データとしては残していないが、付着力は１８０°の場合から横ばい（同程度の付着力）である。
なお、鋼管をねじったツイスト鋼管を実際に製造するのは、必ずしも簡単なものではなく、特にねじり角度が大きくなると製造速度を遅くする必要が生じる。ねじり角度を無用に大きくすることはツイスト鋼管の製造速度が遅くなることであり、生産性が低下するだけでメリットがない。本発明は、ねじり角度を９０°〜１８０°の範囲とすることで、杭としての高い周面摩擦力（付着力）を確保しつつ、生産性低下を招くことを避けたものである。
【００２４】
ツイスト鋼管杭と比較するために示したロックボルトは、外径３１．５ｍｍ、螺旋ピッチ１２．７ｍｍ、山高さ２．０ｍｍであり、断面積が７８０ｍｍ２である。
このロックボルト付着力は過去に行った引抜き試験結果から５５０±５０ｋＮ／ｍであると確認されている。
実施例のツイスト鋼管は、板厚５．５ｍｍ、外径が６０．５ｍｍ、内径が４９．５ｍｍ（＝６０．５−５．５×２）であるから、断面積はπ×（６０．５２−４９．５２）／４＝９５０ｍｍ２である。
断面積比は、９５０／７８０＝１．２２であり、ツイスト鋼管の断面積はロックボルトの断面積より若干大きい。
【００２５】
上述の通り、実施例のツイスト鋼管杭の断面積はロックボルトの断面積より若干大きいが、ツイスト鋼管杭の付着力は、図２のロットＡの場合、ねじり角度９０°以上であれば８００ｋＮ／ｍ以上、図３のロットＢの場合、ねじり角度９０°以上であれば７００ｋＮ／ｍ以上であり、ロックボルトの付着力５５０±５０ｋＮ／ｍと比べて大きい（８００／５５０＝１．４５倍、７００／５５０＝１．２７倍）。
したがって、実施例のツイスト鋼管杭は、ロックボルトと比べて断面積が若干大きいが  、十分大きな付着力が得られるので、鋼材使用量と付着力との関係では、効率よく付着力（周面摩擦力）を大きくすることができると言える。
【００２６】
図６に斜面崩壊を抑止する斜面安定化工法の補強材として斜面に設置される場合の実施例を示す。同図において補強材（アンカー材）１０は、その先端が岩盤等の不動土層１１に挿入固定されるように斜面に設置され、補強材の地上露出部に取り付けた支圧板１４をナット１５で締着して、補強材１０に緊張力を付与する。１２は移動土層、１３はすべり面を示す。
斜面崩壊が生じる場合、移動土層１２が不動土層１１に対してすべり面１３にてすべる態様で斜面下方に移動する。この時、移動土層１２の移動に対して抵抗する補強材１０にはすべり面近傍に大きな曲げモーメントが作用する。したがって、破線で示すように、補強材１０の上部は移動土層１２ととも斜面下方に移動するとともに、補強材１０のすべり面１３の部分を含めたそのすぐ上の部分に曲げが生じる。
この場合の補強材１０として本発明のツイスト鋼管杭１を用いる場合、不動土層１１に挿入される先端部分ａをねじり加工部分（ツイスト鋼管）とし、すべり面１３の部分及びその上側の適宜の長さ部分ｂをねじり加工していない丸鋼管のままとする。地上露出部ｄはねじを切った丸鋼管とするが、前記ｂとｄの中間のｃ部分はツイスト鋼管とするのが好ましいが丸鋼管のままでもよい。
断面二次モ−メント（曲げ剛性）に関しては、ねじり加工していない丸鋼管部分の方がねじり加工部分（ツイスト鋼管部分）より大である。したがって、この実施例のように、ツイスト鋼管杭に大きな曲げモーメントが作用する部分（すべり面近傍の適宜長さ部分ｂ）を丸鋼管としていることで、移動土層１２の移動に対して大きな抵抗力を発揮できる。
【００２７】
実施例のツイスト鋼管杭１の原管は、その鋼材断面積はロックボルトの鋼材断面積より前述の通り若干大きい程度（１．２２倍）であるが、断面二次モーメントＩ（曲げ剛性）はロックボルトと比べて著しく大である（原管のＩは３６．３ｃｍ４、ロックボルトのＩは４．８３ｃｍ４）。
上記の通り、斜面崩壊を抑止する斜面安定化工法の補強材１０として斜面に設置される場合には、すべり面位置近傍を丸管部とすることで、すべり面近傍において作用する曲げ剛性を高くすることができ、ロックボルトと比べて土塊のすべりを防止するために極めて有効である。
【実施例２】
【００２８】
図７はツイスト鋼管杭１の中間高さ位置の管壁に、中心部空間に対するモルタルの出入れが可能な孔１ｅを周方向に複数あけた場合を示しているが、モルタル１７をツイスト鋼管杭１の中心部空間からも注入した場合に、中間部管壁にあけた孔１ｅからモルタルが外側に流れ出て、その高さ位置にモルタルの団子状塊１７ａが作られる。これによりツイスト鋼管杭の付着力を高くすることができる。また、孔１ｅは任意の高さ位置にあけられるので、モルタルの団子状塊１７ａは任意の高さ位置に作ることができる。
なお、プレボーリング後ツイスト管を挿入、モルタル注入することは、モルタル注入後に打ち込む場合より工事が容易である。
【実施例３】
【００２９】
図８は角形鋼管を原管として作製したツイスト鋼管杭２１を示す。同図（イ）は側面図、（ロ）はＣ−Ｃ断面図、（ハ）はＤ-Ｄ切断端面図である。
角形鋼管をねじり加工したこの実施例のツイスト鋼管杭２１では、４条の螺旋溝２１ａが形成され、４条の螺旋翼板的部分２１ｂが形成される。角形鋼管を原管とするこの場合は、辺長の２倍の長さ間隔におけるねじり角度を９０°〜１８０°とする。２１ｃはツイスト管部分、２１ｄはねじり加工していない角形管部分を示す。
角形鋼管を原管とする場合は、辺長の２倍の長さ間隔におけるねじり角度を９０°〜１８０°とする。
この角形鋼管を原管とするツイスト鋼管杭２１は、基本的には丸鋼管から製造したツイスト鋼管杭と同様な作用及び効果を奏する。
図１０に角形鋼管をねじり加工したツイスト鋼管の一例を写真で示す。
【００３０】
実施例ではねじり加工していない丸管部分、角管部分のあるツイスト鋼管杭を示したが、全体がツイスト管であるツイスト鋼管杭としてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００３１】
１、２１  ツイスト鋼管杭（ツイスト鋼管）
１ａ  螺旋溝（ねじり溝）の部分
１ｂ  螺旋翼板的な部分
１ｃ  ツイスト管部分
１ｄ  ねじり加工されていない丸管部分
１ｅ  （管壁にあけた）グラウト出入れ孔
１０  （斜面安定化工法における）補強材
１１  不動土層
１２  移動土層
１３  すべり面
１４  支圧板
１７  モルタル（グラウト）
１７ａ  モルタルの団子状塊  
θ  ねじり角度
【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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