(57)【要約】【課題】埋込み杭用鋼管杭において、効率良くずれ止め機能を発揮でき、ずれ止め耐力の分担の偏りから発生する局部座屈を抑制することができる多段の突起部を形成した埋込み用鋼管杭を提供することを目的とする。【解決手段】埋込み杭工法により地盤中に埋設施工する鋼管杭の先端部外周面に、予め鋼管を拡径変形して突起させた突起部を２段以上設け、その２段以上の突起部を軸方向耐力が向上するように異なる形状を持つように突起の高さ、突起の半径、突起長さのいずれかを変化させるか、またはその組み合わせであることを特徴とする埋込み杭用鋼管杭。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込み杭工法により地盤中に埋設施工する鋼管杭の先端部外周面に、予め鋼管を拡径変形して突起させた突起部を一定間隔の同一径部をもつように２段以上設け、その２段以上の突起部を軸方向耐力が向上するように異なる形状を持つようにしたことを特徴とする埋込み杭用鋼管杭。
【請求項２】
前記鋼管杭先端部外周面に拡径変形して形成される２段以上の突起部の形状を異なる形状とする条件が、突起の高さ（拡径高さ）、突起の半径（拡径半径）、突起の長さ（拡径長さ）のいずれかであるか、またはその組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の埋込み杭用鋼管杭。
【請求項３】
前記鋼管杭先端部外周面に拡径変形して形成される２段以上の異なる突起部の形状において、鋼管杭杭頭部側の突起部の形状が、下側の突起部の形状よりも、拡径高さが小さいか、拡径半径が大きいか、拡径長さが大きいかのいずれかであるか、またその組み合わせであることを特徴とする請求項１又は２に記載の埋込み杭用鋼管杭。
【請求項４】
前記鋼管杭先端部外周面に拡径変形されて形成される２段以上の突起部が、先端根固め球根部に埋設されているか、先端根固め球根部の直上付近に止められ、鋼管内にセメントミルク等が充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の埋込み杭用鋼管杭。
【請求項５】
埋込み杭工法により地盤中に埋設施工する鋼管杭杭頭部外周面に、予め鋼管を拡径変形して突起させた突起部を一定間隔の同一径部を持つように２段以上設け、その２段以上の突起部を軸方向耐力が向上するように異なる形状を持つようにしたことを特徴とする埋込み杭用鋼管杭。
【請求項６】
前記鋼管杭杭頭部外周面に拡径変形して形成される２段以上の突起部の形状を異なる形状とする条件が、突起の高さ（拡径高さ）、突起の半径（拡径半径）、突起の長さ（拡径長さ）のいずれかであるか、またはその組み合わせであることを特徴とする請求項５に記載の埋込み杭用鋼管杭。
【請求項７】
前記鋼管杭杭頭部外周面に拡径変形して形成される２段以上の異なる突起部の形状において、鋼管杭先端部側の突起部の形状が、上側の突起部の形状よりも、拡径高さが小さいか、拡径半径が小さいか、拡径長さが大きいかのいずれであるか、またその組み合わせであることを特徴とする請求項５又は６に記載の埋込み杭用鋼管杭。
【請求項８】
前記鋼管杭杭頭部外周面に拡径変形されて形成される２段以上の突起部が、上部フーチングコンクリートに埋設されているか、またはフーチングコンクリート下側直下にあり、鋼管杭内にコンクリートが充填されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の埋込み杭用鋼管杭。
【請求項９】
埋込み用鋼管杭において、請求項１〜４のいずれか１項の埋込み用鋼管杭と請求項５〜８のいずれか１項に記載の埋込み用鋼管杭とを組み合わせたことを特徴とする埋込み杭用鋼管杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁基礎杭、建築基礎杭等の基礎杭に使用される埋込み杭工法（プレボーリング工法、中掘り工法、回転埋設工法、ソイルセメント工法等）用鋼管杭に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管先端部外周面を拡径変形した鋼管杭として、特開２０００−４５２７４号公報、特開２０００−２２０１３９号等が存在する。それぞれ、中掘り工法用鋼管杭の先端ずれ止め及び支持杭としての先端根固め部への定着構造として鋼管杭の先端部外周面に突起部を形成した鋼管杭が記載されている。しかし、いずれの従来例の鋼管杭１においては、１段以上の突起部２を設けることしか記載がない。特開２０００−４５２７４号公報には、「この突起部の高さは、・・鋼管製支持杭の場合でも、外径の５％以上にするのが好ましい。」公報［００１８］段落、「・・この時部の高さは、最大でも支持杭の外径の３５％程度に押えることが好ましい。」と記載しかなく、特開２０００−２２０１３９号公報には、「突起部の突起幅Ｌは、鋼管杭の局部座屈による急激な変形、荷重低下をさけるため、鋼管杭の局部座屈波長Ｓより大きくとる必要がある。」という記載があるだけで、いずれのものも単一の突起部の形状に対する拡径仕様しかない。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−４５２７４号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２０１３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
２段以上の拡径変形した突起部を形成した鋼管杭の軸方向耐力特性及びずれ止め特性は、多段の場合にずれ止め耐力が大きくなり、軸方向力が大きくなると、単一の拡径仕様では通常座屈しない形状においても局部座屈が発生する可能性があり、ずれ止め力の分担も、多段の場合、段数、段位置によってその割合が変化する。これにより、突起部の形状が単一の規格であると、効率良くずれ止め機能を発揮できず、ずれ止め耐力の分担の偏りから発生する局部座屈を抑制することができない可能性があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術のもつ問題点を解消した埋込み杭用鋼管杭を提供することを目的とする。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
本第１発明は、埋込み杭用鋼管杭において、埋込み杭工法により地盤中に埋設施工する鋼管杭の先端部外周面に、予め鋼管を拡径変形して突起させた突起部を一定間隔の同一径部をもつように２段以上設け、その２段以上の突起部を軸方向耐力が向上するように異なる形状を持つようにしたことを特徴とする。
【０００７】
本第２発明は、本第１発明の埋込み杭用鋼管杭において、前記鋼管杭先端部外周面に拡径変形して形成される２段以上の突起部の形状を異なる形状とする条件が、突起の高さ（拡径高さ）、突起の半径（拡径半径）、突起の長さ（拡径長さ）のいずれかであるか、またはその組み合わせであることを特徴とする。
【０００８】
本第３発明は、本第１又は第２発明の埋込み杭用鋼管杭において、前記鋼管杭先端部外周面に拡径変形して形成される２段以上の異なる突起部の形状において、鋼管杭杭頭部側の突起部の形状が、下側の突起部の形状よりも、拡径高さが小さいか、拡径半径が大きいか、拡径長さが大きいかのいずれかであるか、またその組み合わせであることを特徴とする。
【０００９】
本第４発明は、本第１〜第３発明のいずれか１の埋込み杭用鋼管杭において、前記鋼管杭先端部外周面に拡径変形されて形成される２段以上の突起部が、先端根固め球根部に埋設されているか、先端根固め球根部の直上付近に止められ、鋼管内にセメントミルク等が充填されていることを特徴とする。
【００１０】
本第５発明は、埋込み杭用鋼管杭において、埋込み杭工法により地盤中に埋設施工する鋼管杭杭頭部外周面に、予め鋼管を拡径変形して突起させた突起部を一定間隔の同一径部を持つように２段以上設け、その２段以上の突起部を軸方向耐力が向上するように異なる形状を持つようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本第６発明は、本第５発明の埋込み杭用鋼管杭において、前記鋼管杭杭頭部外周面に拡径変形して形成される２段以上の突起部の形状を異なる形状とする条件が、突起の高さ（拡径高さ）、突起の半径（拡径半径）、突起の長さ（拡径長さ）のいずれかであるか、またはその組み合わせであることを特徴とする。
【００１２】
本第７発明は、本第５又は第６発明の埋込み杭用鋼管杭において、前記鋼管杭杭頭部外周面に拡径変形して形成される２段以上の異なる突起部の形状において、鋼管杭先端部側の突起部の形状が、上側の突起部の形状よりも、拡径高さが小さいか、拡径半径が大きいか、拡径長さが大きいかのいずれであるか、またその組み合わせであることを特徴とする。
【００１３】
本第８発明は、本第５〜第８発明のいずれか１つの発明の埋込み杭用鋼管杭において、前記鋼管杭杭頭部外周面に拡径変形されて形成される２段以上の突起部が、上部フーチングコンクリートに埋設されているか、またはフーチングコンクリート下側直下にあり、鋼管杭内にコンクリートが充填されていることを特徴とする。
【００１４】
本第９発明は、埋込み杭用鋼管杭において、請求項１〜４のいずれか１項の埋込み用鋼管杭と請求項５〜８のいずれか１項に記載の埋込み用鋼管杭とを組み合わせたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図により説明する。ここで、突起の高さ（拡径高さ）とは、拡径変形した各突起部における母管内面から最大拡径部内面までの管軸直角方向の長さのことを意味する。また突起の半径（拡径半径）とは、拡径変形した各突起部における拡径の管軸方向の曲率半径のことを意味するが、連続した拡径により管軸方向に長い突起部を形成するときには、突起部の立ち上がり部の管軸方向の曲率半径のことを意味する。さらに、突起の長さ（拡径長さ）とは、拡径変形した各突起部における母管外面に拡径した部分の管軸方向の長さの事を意味するものとする。
【００１６】
図１には、鋼管杭１の先端部外周面に形成される複数段の突起部２の形状を、突起の半径（拡径半径）を一定とし、突起の高さ（拡径高さ）を杭先端部側の突起部２の突起の高さを高くし、上に行くに従って低くし、かつ突起の長さ（拡径長さ）を杭先端部側の突起部２の突起の長さを長くし、上に行くに従って短くして突起部２の形状を異ならせた例を示している。
【００１７】
図２には、鋼管杭１の先端部外周面に形成される複数段の突起部２の形状を、突起の長さ（拡径長さ）を一定とし、突起の半径（拡径半径）を杭先端部側の突起部２の突起の半径を小さくし、上に行くに従って大きくし、かつ突起の高さ（拡径高さ）を杭先端部側の突起部２の突起の高さを高くし、上に行くに従って低くして突起部２の形状を異ならせた例を示している。
【００１８】
図３には、鋼管杭１の先端部外周面に形成される複数段の突起部２の形状を、突起の高さ（拡径高さ）を一定とし、突起の長さ（拡径長さ）を杭先端部側の突起部２の突起の長さを短くし、上に行くに従って長くし、かつ突起の半径（拡径半径）を杭先端部側の突起部２の突起の半径を小さくし、上に行くに従って大きくして突起部２の形状を異ならせる例を示している。
【００１９】
この鋼管杭１の外周面に拡径変形して形成される突起部２は、杭先端部側だけでなく杭頭部に形成してもよい。その場合の突起部２の形成は、図１〜３を逆にした形状となるので図は省略する。
【００２０】
図５は、複数段の突起部２が形成された杭先端部をセメントミルク等の先端根固め液で形成される先端根固め球根部３中に埋設し、杭先端部の突起部２の形成位置の上まで内部にセメントミルク等を充填した例を示すものである。
【００２１】
図６は、複数段の突起部２が形成された杭先端部をセメントミルク等の先端根固め液で形成される先端根固め球根部３の直上付近に位置させ、杭先端部の突起部２の形成位置の上まで内部にセメントミルク等を充填した例を示すものである。
【００２２】
図７は、複数段の突起部２が形成された杭頭部をコンクリートで形成されるフーチング４中に埋設し、杭頭部の突起部２の形成位置の下まで内部にコンクリートを充填した例を示すものである。
【００２３】
図８は、複数段の突起部２が形成された杭頭部をコンクリートで形成されるフーチング４の下面直下に位置させ、杭頭部の突起部２の形成位置の下まで内部にコンクリートを充填した例を示すものである。
【００２４】
本発明の構成による作用について説明する。
本発明者らが実施した実験により、鋼管部に設けた突起部によるずれ止め機能に影響を与える因子としては、
１）軸方向耐力（座屈）
２）突起部中詰めコンクリートのせん断破壊
３）鋼管の突起部中詰めコンクリート乗り上げ破壊
の３種類が有ると考えられる。
その各影響因子に対して、鋼管杭の直径と板厚が一定ならば、
１）軸方向耐力に関しては、拡径高さは反比例、拡径半径は比例する。
２）コンクリートせん断耐力に関しては、拡径長さは比例する。
３）乗り上げ耐力に関しては、拡径高さ、拡径長さが比例する。
という傾向があることが判明した。
【００２５】
さらに、多段の突起部を設けた場合、ずれ止め性能に関して、その分担が異なり、載荷方向から順次分担が大きい傾向があり、多段になり杭先端部または杭頭部におけるずれ止め耐力が向上し、軸方向力が大きくなると、軸方向耐力が必要となる載荷方向の突起部が座屈する可能性があることが判明した。
【００２６】
そこで、本発明では、埋込み杭用鋼管杭において、杭先端部側、杭頭部側に、多段の突起部を設ける場合、突起の影響因子である突起高さ、突起半径、突起長さを変化させることにより、ずれ止め耐力の分担を平滑化すると共に、載荷方向付近の突起部の軸方向耐力を向上させる。
【００２７】
図１〜３に示した具体例では、それぞれ各影響因子を一定とした場合の各影響因子の変化を示している。図１に示されたものは、拡径半径を一定とした場合、上段より下段に向かって拡径高さを順次高くし、かつ拡径長さを長くすることにより、上段より順次ずれ止め耐力は大きく軸方向耐力は小さくなる。また、図２に示されるものは、拡径長さを一定とした場合、上段から下段に向かって拡径半径を小さくし、かつ拡径高さを上段から下段に向かって大きくすることにより、上段より順次ずれ止め耐力は大きく軸方向耐力は小さくなる。図３に示されるものは、拡径高さを一定とした場合、上段から下段に向かって拡径半径を短くすることにより、上段より順次軸方向耐力は小さくなるが、拡径長さが上段から下段に向かって長くなるため、ずれ止め耐力も順次小さくなるので、ずれ止め機能の平滑化には効率がよくない。このような場合には、図４に示すように連続した拡径変形により、上段から下段に向かって拡径長さを長くすることにより、ずれ止め耐力は順次大きくなり、効率の改善が図れる。図５に示されるものは、多段に突起部を形成した杭先端部をセメントミルク等の先端根固め液で形成される根固め球根部３内に設置することにより、ずれ止め機能とともに、鋼管外側の突起部の支圧の影響により、先端根固め球根部との一体化が図られ、拡底効果が生じる。図６に示されるものは、複数段の突起部２が形成された杭先端部をセメントミルク等の先端根固め液で形成される先端根固め球根部３の直上付近に位置させ、杭先端部の突起部２の形成位置の上まで内部にセメントミルク等を充填することにより、先端部中詰めコンクリートとのずれ止め機能が発揮される。図１〜図６に示される適用事例を上下反対にして先端根固め球根部をフーチングと置き換えれば、杭頭部にも適用できるものである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、埋込み杭用鋼管杭において、埋込み杭工法により地盤中に埋設施工する鋼管杭の先端部外周面又は杭頭部外周面に、予め鋼管を拡径変形して突起させた突起部を２段以上設け、その２段以上の突起部を軸方向耐力が向上するように異なる形状を持つように構成することにより、ずれ止め機能を効率的に発揮させるとともに、ずれ止め耐力の分担の偏りから発生する局部座屈を抑制することができ、本来、拡径鋼管杭が持つずれ止め機能、フリクションカッター機能、支持力向上機能による従来構造に対する利点を有効的に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に一実施形態を示す図
【図２】本発明に一実施形態を示す図
【図３】本発明に一実施形態を示す図
【図４】本発明に一実施形態を示す図
【図５】本発明に一実施形態を示す図
【図６】本発明に一実施形態を示す図
【図７】本発明に一実施形態を示す図
【図８】本発明に一実施形態を示す図
【図９】従来技術を示す図
【図１０】従来技術を示す図
【符号の説明】
１：鋼管杭
２：突起部
３：先端根固め球根部
４：フーチング
【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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