(57)【要約】【課題】鉛直度を保持するとともに、掘削刃が解されていない新規な土で支持されるように構成された鋼管埋設杭を提供すること【解決手段】埋設杭１は、円筒状の杭本体２と、杭本体２の先端に配置する掘削刃３とを有して構成する。掘削刃３は、円錐状に形成して先端にきっかけ刃７を備える基台部４と、基台部４の外周面に溶着する螺旋羽根５とを備えている。螺旋羽根５は、先端側から元部側に向かって徐々に拡径となるように形成するとともに、先端側から元部側に向かって徐々に幅広となるように形成する。きっかけ刃７を基台部４の先端にクロス状に配置して突出させることによって、杭本体２を回転する際に、きっかけ刃７で掘削のきっかけを作り、回転する基台部４及び螺旋羽根５で地中内を掘削する。掘削刃３を、解されない新規の土で支持することによって、埋設杭１を強固に支持する。【選択図】図１
2004011343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成されて両端部が開口された杭本体と、前記杭本体の先端に土を掘削する掘削刃と、を有して地中に埋設される鋼管埋設杭であって、
前記掘削刃が、先端にきっかけ刃を備える先細り状の円錐形基台部と、前記円錐形基台部の外周面に沿って配設される螺旋状の羽根部とを備えて構成されていることを特徴とする鋼管埋設杭。
【請求項２】
前記螺旋状の羽根部が、断面矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の鋼管埋設杭。
【請求項３】
前記きっかけ刃が、前記円錐形基台部の傾斜面に沿って前記円錐形基台部の先端から突出して２枚クロス状に配置されるとともに、それぞれのきっかけ刃の先端がクロス部より突出して配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の鋼管埋設杭。
【請求項４】
前記螺旋状の羽根部が、前記円錐形基台部の先端側から元部側に向かって徐々に拡径して形成されるとともに、前記羽根部の幅が、前記円錐形基台部の先端側から元部側に向かって徐々に広がるように形成されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の鋼管埋設杭。
【請求項５】
前記円錐型基台部が中空部を有して形成され、前記中空部から連接するノズルが前記円錐型基台部の外周面から突出するように形成されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の鋼管埋設杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に軟弱地盤に構造物を建築する際に基礎工事で使用される鋼管埋設杭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軟弱地盤に構造物を建築する場合の基礎工事は、構造物を支えがたいために杭打ちを行い、下層の堅固な地層に加重を伝達するようにしている。杭打ちは、長尺状の杭を構造物に合わせて複数本連結して地中に埋設して行われる。杭を地中に埋設する方法としては、杭を杭打機でたたいて圧入したり、筒状の杭を回転させて埋設したりする。杭としては、一般的に木材又はコンクリートあるいは鋼材等が使用されているが、最近においては、主に軽量で強度を有する鋼管が使用されることが多くなってきた。鋼管を埋設する場合には、特に、現場近隣の環境に対して静音化や無震動化等を図るために、鋼管の外周面に螺旋状の羽根を形成し、施工機械に支持された鋼管自体を回転させながら地中内に直接埋設する方法が採用されている。この鋼管は一般的に鋼管埋設杭と呼ばれる。この場合、鋼管埋設杭の先端部には掘削された土が内部に侵入しないように蓋が取り付けられていた。
【０００３】
従来、鋼管埋設杭３１は、図９に示すように、パイプ状に形成された杭本体３２の先端に閉塞蓋３３を介して先細り状傾斜面を側面に有する板状の掘削刃３４が形成され、杭本体３２の先端部外周面に掘削爪３５が２箇所に配置されているとともに、杭本体３２の先端部外周面に沿って螺旋状の推進羽根３６が形成されている。そして、鋼管埋設杭３１を回転させると、掘削爪３５と掘削刃３４によって土を掘削しながら、推進羽根３６によって地中内を斜めに削りながら埋設されていた。
【０００４】
また、別の鋼管埋設杭４１は、図１０に示すように、杭本体４２の先端外周面に、螺旋状に配置する一対の推進羽根４３、４３と、杭本体４２から突出して各推進羽根４３、４３の先端に固着された掘削羽根４４、４４とを備えた掘削刃４５を配置して構成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、埋設される鋼管埋設杭は、埋設されるすべての杭の鉛直度を精度よく保持しなければならず、そのためには、埋設される鋼管埋設杭が地中に強固に支持されていなければならなかった。特に、回転して埋設する場合には、わずかな障害物によって芯ずれを起こしやすいので、施工時には特に鉛直度を保持するような注意を要する必要があった。さらに、地中に強固に支持されるためには、鋼管埋設杭の先端部において掘削された土が乱されずに鋼管埋設杭に密着することが必要となっていた。つまり、掘削刃の回転が停止した状態で、掘削刃の周りの土が解されていない地のままの土で支持されていることが、鋼管埋設杭の強固な支持基盤を有するために必要となっていた。
【０００６】
従来の鋼管埋設杭では、前者の場合、掘削爪３５が杭の軸心に対して対向する位置に２枚配置されているものの推進羽根３６が１条に形成されていることから、杭本体４２が回転し始める際に慣性力でその杭芯をずらしたまま掘削したり、掘削中に障害物に干渉すると偏心したりすることから、芯ずれを起こしやすい。このため、鉛直度を低下することとなる。さらに、掘削刃３４は１枚の板状に形成されていることから、回転すると円柱状の穴が形成されていることとなって、掘削完了後、板状の掘削刃３４自体は土に支持されない。また、推進羽根３６は螺旋状に形成されているものの、外径は全て同一の径に形成されていることから、推進羽根の上部の位置にある羽根の部位、つまり遅れて掘削する羽根の部位では、先行して掘削する羽根の下部によって土が解されていることになるから、掘削完了時においては、推進羽根３６の上部の部位においては地のままの土には支持されないこととなる。従って、図９に示す従来の鋼管埋設杭３１では、掘削刃３４あるいは推進羽根３６の周りの土が解されて柔らかくなった状態であり、地のままの新規な土に支持されていないことから、鋼管埋設杭３１の強固な支持が得られにくい。
【０００７】
また、後者の場合では、鉛直度の精度を向上できるものの、鋼管埋設杭４１の下端部における掘削刃４５の周りの土が掘削刃４５の回転により解されてやわらかくなった状態にあることから、掘削停止時に、新規の土で支持されることなくやはり強固な支持が得られにくかった。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、鉛直度の精度を保持するとともに、掘削停止時において、掘削刃及び推進羽根が、解されていない新規な土で支持されることによって、地中内に強固に支持することのできる鋼管埋設杭を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋼管埋設杭は、上記の課題を解決するために、以下のように構成するものである。すなわち、
円筒状に形成されて両端部が開口された杭本体と、前記杭本体の先端に土を掘削する掘削刃と、を有して地中に埋設される鋼管埋設杭であって、
前記掘削刃が、先端にきっかけ刃を備える先細り状の円錐形基台部と、前記円錐形基台部の外周面に沿って配設される螺旋状の羽根部とを備えて構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記螺旋状の羽根部が、断面矩形状に形成されているものであればよい。
【００１１】
さらに、前記きっかけ刃が、前記基台部の傾斜面に沿って前記円錐形基台部の先端から突出して２枚クロス状に配置されるとともに、それぞれのきっかけ刃の先端がクロス部より突出して配置されていればよい。
【００１２】
また、前記螺旋状の羽根部が、前記円錐形基台部の先端側から元部側に向かって徐々に拡径して形成されるとともに、前記羽根部の幅が、前記円錐形基台部の先端側から元部側に向かって徐々に広がるように形成されていればなおよい。
【００１３】
また、前記円錐型支持部が中空部を有して形成され、前記中空部から連接するノズルが前記円錐型支持部から突出するように形成されていてもよい。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の鋼管埋設杭によれば、請求項１記載の発明では、杭本体が回転することによって、先端に形成された円錐形基台部のきっかけ刃が掘削のきっかけを作って掘削し始めるとともに、円錐形基台部及び円錐形基台部の外周面に沿って配置された螺旋状の羽根部とによって、掘削した土を上方に運び、さらに羽根部が螺旋状に形成されていることによって杭本体を地中内の奥深くに推進する。
【００１５】
この際、螺旋状の羽根部は、先端側から元部側に向かって順次拡径されていることから、ある一点における羽根部が掘削する土は、常に解されていない新規の土に接触することになる。従って、羽根部の回転が停止した時点では、羽根部の下面に密着する土は、先行して掘削した縮径された刃によっては解されていない新規なものであることから、鋼管埋設杭は、下端部の掘削刃の周りで固い土によって支持されることとなり、強固な支持が得られることとなる。しかも、円錐形基台部が円錐状に形成されていることによって、円錐形基台部の周りの土が均等に円錐形基台部を支持することになるから、鋼管埋設杭の鉛直度を保持することができる。さらに円錐形基台部が円錐形であるがために、掘削刃自体を閉塞することとなって、掘削された土を掘削刃及び杭本体内に侵入させることがなく、スムーズな掘削作業を施工することができる。
【００１６】
また、請求項２記載の発明では、螺旋状の羽根部の断面形状が、矩形状に形成されていれば、土を掘削して推進しやすいことから、短時間で容易に掘削作業を施工することができる。
【００１７】
さらに、請求項３記載の発明では、掘削するきっかけを２枚のクロス状に配置されたきっかけ刃で行うことになる。きっかけ刃は、円錐形基台部の傾斜面に沿って円錐形基台部の先端から突出することによって、新規の土を斜め方向から掘削面積を小さくして掘削することとなって、例えば、土中に石が混じっていても石を除外して掘削に影響することなく容易にきっかけを作ることができる。
【００１８】
また、請求項４記載の発明によれば、螺旋状の羽根部の幅寸法を、先端側の縮径部から元部側の拡径部に向かって徐々に幅広に形成することによって、掘削された土が羽根部内に通りやすくなって杭本体の推進をしやすくできる。しかも、徐々に幅広になることによって、羽根部に接触する新規な土の面積が大きくなって、さらに強固に鋼管埋設杭を支持することができる。
【００１９】
また、請求項５記載の発明によれば、鋼管埋設杭を地中に埋設した後、セメントミルクを流すことによって、噴射ノズルからセメントミルクを噴射させることができるから、軟弱地盤の土であっても強固な支持をすることができ、また固い地盤であっても解した土を元の地盤に復元することができ、やはり鋼管埋設杭の強固な支持が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
実施形態の鋼管埋設杭（以下、埋設杭という。）１は、図１に示すように、両端が開口された円筒状の杭本体２と、杭本体２の先端部に配置される掘削刃３とから構成されている。掘削刃３は円錐形基台部（以下、基台部という）４と基台部４の外周面に沿って密着して形成される螺旋羽根５とを備えて構成されている。なお、以下の説明にあたっては、埋設杭１の掘削する先端側、つまり図１における下方を先端部、図示しない回転機に装着される側、つまり図１における上方を元部側と呼ぶことにする。
【００２２】
杭本体２は、埋設杭１を回転するための図示しない回転機に係合する係合突起部６が、杭本体２の元部（図１中、上方）側において配置されている。そして開口された先端部に基台部４が固着されている。
【００２３】
基台部４は、先端側に向かって先細りのテーパ状に形成されて円錐形を成し、先端面に基台部４のテーパ面に沿って対向して配置する一対のきっかけ刃７、７が取り付けられている。基台部４の円錐角度としては、実施形態においては、基台部４の杭本体２側の取付け面３ａに対する傾斜面の角度αが、ほぼα＝５０°であることが望ましく、上部構造物や土質によって、適宜変更することができる。例えば、軟質地盤の場合では、角度を広げて垂直荷重を高めるようにすればよく、また、固い地盤では、角度を狭めて、掘削しやすいようにする。
【００２４】
きっかけ刃７、７は、断面矩形の長尺棒状に形成され、それぞれ基台部４から突出した部分においてクロスして配置されている。さらに、それぞれのきっかけ刃７、７の先端部はクロスした部分からさらに突出して、正面視においてＸ字状に配置され、基台部４に溶接にて固着されている。
【００２５】
杭本体２と基台部４とは、図２に示すように、基台部４の上端部、つまり、最大拡径部に蓋部材４ａを装着した後、溶接によって固着するか、あるいは図３に示すように、それぞれねじ部２ａ、４ｂを形成して螺合して固着する。
【００２６】
基台部４の外周面には、図４に示すように、螺旋状に形成された広幅状の板部材を、基台部４の外周面に密着するように巻装して螺旋羽根５として固着する。螺旋羽根５は元部側から先端部に向かって徐々に縮径して形成されるとともに、元部側の最大拡径部は、基台部４の最大径より外方に突出するように形成される。そして、その断面形状は、横幅方向（軸心に対して直交する方向）に幅広の矩形状に形成されることが掘削刃として望ましい。そして、螺旋羽根５の製造は、例えば、鉄板や鋳鋼構造の材料を切り込んで板状に形成した後、基台部４の円錐形状に合わせて、先端側を徐々に縮径するようにするとともに基台部４の外周面に密着しながら曲げ伸ばしして巻装する。そして巻装後は溶接にて固着する。従って、螺旋羽根５を基台部４に固着すると、図５に示すように、渦巻状に固着されることとなる。
【００２７】
上記のように構成された埋設杭１が、回転機によって回転されて土を掘削すると、回転する基台部４のきっかけ刃７、７が、まず、土を掘削するきっかけを作ることとなり、その後、螺旋羽根５が土に干渉し、先端の小径部から徐々に地中内に侵入して穴を拡径しながら掘削する。掘削された土は、螺旋羽根５に沿って案内されながら螺旋羽根５上を上方に向かって移動することになる。
【００２８】
この際、埋設杭１で掘削される穴は、基台部４の円錐形状により、下端部が常に円錐状に形成されることとなり、掘削された土は螺旋羽根５によって上方に移動され、円錐状の穴の上方は、螺旋羽根５の支柱内への推進により螺旋羽根５の最大拡径部のほぼ外径寸法で円柱状に掘削されることとなって、杭本体２が徐々に地中内に侵入されることとなる。掘削された土は、螺旋羽根５に沿って移動されるものの、円錐形の基台部４が壁部として形成されていることから、基台部４内あるいは杭本体２内に侵入することはない。
【００２９】
掘削刃３が回転停止すると、埋設杭１の掘削刃３が配置される下端部においては、螺旋羽根５の回転によって解されてやわらかくなった土は、螺旋羽根５によって上方に運ばれることから、解されていない新規の土が、螺旋羽根５の下面および基台部４の周りに付着されて埋設杭１を支えることとなる。つまり、螺旋羽根が先端側に向かって徐々に縮径されていることによって、螺旋羽根５のある位置において、直下では螺旋羽根５によって掘削されていないことから土が解されずに新規な土が残されていることとなる。従って、埋設杭１は、常に新規な土によって支持されることになるから、強固な支持を得られることとなる。
【００３０】
次に、埋設杭１の地中に埋設する手順について図６に基づいて説明する。なお、本形態の杭打ち施工では、埋設される複数の杭をつなぎ合わせて１本の埋設杭として形成する。勿論、１本の長い埋設杭で埋設させることもできる。
【００３１】
まず、持ち運ばれた埋設杭１は、図示しない施工機械にセットされ、図６（ａ）に示すように、埋設杭１を吊り込んで杭芯に合わせてセットする建て込みが行われる。建て込みが行われた後、図６（ｂ）に示すように施工機械に埋設杭１を固定する。この固定は、施工機械に装着された振れ止め装置９を杭本体２に取り付けることによって行われる。
【００３２】
次に、図６（ｃ）のように埋設杭１の回転埋設が行われる。埋設杭１の回転前に埋設杭１の鉛直度を確認するとともに一対の掘削刃３の中心位置を確認する。埋設杭１の元部側一端は、施工機械の減速機モータ８に取り付けられ、減速機モータ８の駆動により埋設杭１は正転されて地中に埋設される。この際、一対のきっかけ刃７、７が土に掘削のきっかけを形成して基台部４が地中に侵入するとともに、螺旋羽根５の螺旋形状によって、埋設杭１は地中深くに推進されて侵入することになる。
【００３３】
１本目の埋設杭１の元部側端面が地表面よりわずかに上方の位置まで埋設されれば、図６（ｄ）に示すように、２本目の埋設杭１Ａを減速機モータにセットして１本目の埋設杭１に溶接して継ぎ足しを行う。なお、２本目の埋設杭１Ａには掘削刃３は形成されておらず、１本目の杭本体２の上端面に２本目の杭本体２Ａの下面を当接させた状態で溶接することとなる。
【００３４】
この際、２本目の管埋設杭１Ａの鉛直度を確認しながら溶接作業を行う。そして、前述と同様に埋設杭１を回転させてさらに深く埋設する。複数の埋設杭１を継ぎ足して所定の深さまで埋設されれば、図６（ｅ）に示すように、減速機モータ８を逆転させて埋設杭１の係合突起部６（図１参照）を係合解除させた後、減速機モータ８を埋設杭１から外して埋設完了とする。埋設完了した埋設杭１は、下端部の掘削刃３の部位において、先に述べたように、新規な土で支持されることとなる。
【００３５】
上述のように、杭本体１が回転することによって、先端に形成された基台部４のきっかけ刃７が掘削のきっかけを作って掘削し始めるとともに、基台部４及び螺旋羽根５とによって、掘削した土を上方に運び、さらに螺旋羽根５が螺旋状に形成されていることによって杭本体２を地中内の奥深くに推進することとなる。
【００３６】
この際、螺旋羽根５は、先端が縮径されていることから、螺旋羽根５の回転が停止した時点では、基台部４の外周面および螺旋羽根５の下面に密着する土は、解されていない新規なものであり、埋設杭１は、下端部の掘削刃３の周りで固い土によって支持されることとなって強固な支持が得られることとなる。しかも、基台部４が円錐状に形成されていることによって、基台部の周りの土が均等に基台部４を支持することになるから、埋設杭１の鉛直度を保持することができるとともに、基台部４の円錐形の壁により土は機台部４内あるいは杭本体２内には侵入せず、これによって掘削作業をスムーズに推進することができる。
【００３７】
また、螺旋状の羽根の断面形状を矩形状に形成することによって、土を掘削して推進しやすいことから、短時間で容易に掘削作業を施工することができる。
【００３８】
さらに、掘削するきっかけを２枚のクロス状に配置されたきっかけ刃７、７で行うことになることから、基台部４の傾斜面に沿って基台部４の先端から突出するきっかけ刃７は、新規の土を斜め方向から掘削面積を小さくして掘削することとなって、例えば、土中に石が混じっていても石を除外して掘削に影響することなく掘削するきっかけを容易に形成することができる。
【００３９】
また、螺旋羽根５の幅寸法を、先端側の縮径部から元部側の拡径部に向かって徐々に幅広に形成することによって、掘削された土が螺旋羽根５内に通りやすくなって杭本体２の推進をしやすくできる。しかも、徐々に幅広になることによって、螺旋羽根５の下面に接触する新規な土の面積が大きくなって、さらに強固に埋設杭を支持することができる。
【００４０】
なお、本発明の鋼管埋設杭は、上記の形態に限定するものではない。
【００４１】
例えば、図７に示すように、杭本体１２の下方に配置する掘削刃１３においては、螺旋羽根１５Ａ、１５Ｂを基台部１４に対して対称位置に一対配置して２条に形成する埋設杭１１を構成してもよい。この埋設杭１１においても、基台部１４の先端には、前述の携帯と同様なきっかけ刃１７、１７がクロスして配置されている。これによって、回転バランスを良好にして芯ずれを防止することによって鉛直度の精度をさらに向上する。
【００４２】
また、螺旋羽根５の幅形状を先端側から元部側に至るまですべて同一寸法とすることもできる。
【００４３】
さらに、軟弱地盤に埋設杭１Ｂを埋設する場合、強固な支持をするためにセメントミルク又は固化剤を流し込んで埋設杭１Ｂを根固めするようにしてもよい。
【００４４】
この場合、図８に示すような噴射ノズル２１を配置した基台部２０を使用する。基台部２０は内部を中空にした円錐状に形成するとともに、胴体部の複数箇所に基台部２０の外周面から突出する噴射ノズル２１を配置する。基台部２０の外周面には、噴射ノズル２１を避けるように螺旋羽根２５を溶接固着するとともに、噴射ノズル２１に杭本体２２内を挿通する供給管２３に接続する配管部材２４を装着して、図示しない圧送ポンプにてセメントミルク又は固化剤を供給できるように構成する。
【００４５】
この構成の埋設杭１Ｂでは、埋設杭１Ｂが埋設到達位置に到達する１〜２ｍ前に、セメントミルク又は固化剤を注入して噴射ノズル２１から噴射し、埋設杭１Ｂを上下あるいは正転・逆転しながら基台部２０の周りの地盤をソイル状にして埋設杭１Ｂを埋設する。これによって埋設杭１Ｂの根固めをすることができ強固な支持を得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態による鋼管埋設杭を示す正面図である。
【図２】杭本体と基台部とを連結する構成の一形態を示す断面図である。
【図３】杭本体と基台部とを連結する構成の別の形態を示す断面図である。
【図４】螺旋羽根を示す斜視図である。
【図５】図１におけるＡ矢視図である。
【図６】埋設杭の埋設手順を示す作用図である。
【図７】掘削刃の別の形態を示す正面図である。
【図８】ソイルセメント用の埋設杭を示す一部断面図である。
【図９】従来の埋設杭を示す一部正面図である
【図１０】従来の別の形態の埋設杭を示す正面図である。
【符号の説明】
１　埋設杭
２　杭本体
３　掘削刃
４　基台部
５　螺旋羽根
７　きっかけ刃
１Ａ　埋設杭
２０　基台部
２１　噴射ノズル
２３　供給管
【図１】
2004011343.tif 000003
【図２】
2004011343.tif 000004
【図３】
2004011343.tif 000005
【図４】
2004011343.tif 000006
【図５】
2004011343.tif 000007
【図６】
2004011343.tif 000008
【図７】
2004011343.tif 000009
【図８】
2004011343.tif 000010
【図９】
2004011343.tif 000011
【図１０】
2004011343.tif 000012