(57)【要約】【課題】羽根を鋼管に容易かつ短時間で溶接することが可能な鋼管杭を提供する。【解決手段】２枚の平板な地紙状の羽根２０、２０が鋼管１０の下端部に溶接され、回転させることにより地中に貫入される鋼管杭において、羽根２０、２０の内周面２３は、溶接するために鋼管１０の外周面上の仮想的な取付線に沿って鋼管１０の外周面に接触させたとき、羽根２０の内周面２３と鋼管１０の外周面との面同士が略一致するように形成されている。これにより突き合わせ部となる羽根２０の内周面２３と鋼管１０の外周面とは面同士が略一致した状態に配置され、この状態で溶接を行うことができる。【選択図】　図１
2004084234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の平板な地紙状の羽根が鋼管の下端部に溶接され、回転させることにより地中に貫入される鋼管杭において、
前記羽根の内周面は、溶接するために前記鋼管の外周面上の仮想的な取付線に沿って前記鋼管の外周面に接触させたとき、前記羽根の前記内周面と前記鋼管の前記外周面との面同士が略一致するように形成されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項２】
前記羽根の前記内周面は楕円弧状であり、かつ前記取付線を前記鋼管の半径方向から見たときの水平に対する角度をθとすると、前記内周面は楕円弧に沿って進むに従って−θから＋θまでの間に含まれる範囲内で角度が連続して変化する傾斜面であるように形成されている請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項３】
前記羽根は前記鋼管の外周を略半周する長さであり、前記羽根の両端が前記楕円弧状の長軸に略一致し、前記傾斜面の角度は−θから＋θまでの間であって、前記羽根の一端では−θ、前記楕円弧状の短軸に略一致する両端の中間では０°、前記羽根の他端では＋θである請求項２に記載の鋼管杭。
【請求項４】
前記θは５〜２０°の範囲内に含まれる請求項２または３に記載の鋼管杭。
【請求項５】
前記θは７〜１５°の範囲内に含まれる請求項４に記載の鋼管杭。
【請求項６】
前記短軸の長さは前記鋼管の直径の長さと略一致し、前記長軸の長さｂと前記短軸の長さａとは、ｂ＝ａ／ｃｏｓθの関係である請求項３ないし５のいずれかに記載の鋼管杭。
【請求項７】
前記羽根の外周は、前記羽根が前記鋼管に溶接されたとき、前記鋼管の軸線方向からの投影が略真円弧になる楕円弧状である請求項１ないし６のいずれかに記載の鋼管杭。
【請求項８】
前記羽根の少なくとも前記内周面は、切断面の角度を調節可能な切断手段により切断されて形成される請求項１ないし７のいずれかに記載の鋼管杭。
【請求項９】
平坦な鋼板を、前記切断手段により前記羽根の前記内周面、外周面及び両端面を切断することにより前記羽根を切り取る請求項８に記載の鋼管杭。
【請求項１０】
前記切断手段はガス切断装置であり、ガス切断装置の火口を一定の角度に傾斜させたまま楕円弧を描くように鋼板に対して相対的に移動させることにより前記内周面が形成される請求項８または９に記載の鋼管杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数枚の平板な地紙状の羽根が鋼管の下端部に溶接され、回転させることにより地中に貫入される鋼管杭に関し、特に羽根を鋼管に溶接する際に作業を短時間で容易に行うことができ、しかも精度よく堅牢に溶接することができる鋼管杭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管の先端に羽根を傾斜させて取り付け、鋼管を回転させることによりネジの作用で鋼管を地中に貫入させる鋼管杭が実用されている。羽根の形状・長さ・枚数など、さまざまなヴァリエーションのものが出願されているが、特開平１１−３６２９５では、ラセン状に曲げ加工するよりも安価に製造可能な羽根を得るために、ドーナツ状の鋼板を複数に分割した平板状の鋼製板を傾斜させた姿勢で鋼管に溶接する構成が開示されている。しかしながら実際には、ドーナツ状を複数に分割して得られた地紙状の羽根の内周面は、ほとんどの突き合わせ部では内周面の縁のみが鋼管の外周面に接しているにすぎないので、空隙が多く生じ、溶接作業が難しく時間を要していた。これは特に羽根が比較的厚い場合に顕著で、強度にも不安があった。また、ドーナツ状の鋼板を分割しただけなので、特に傾斜角度が大きい場合には、円形の羽根の内周面と鋼管の外周面との間が離反してしまい、そのため溶接作業が困難で長時間を要するものとなっていた。また、羽根と鋼管とが嵌り合う関係ではないので、正確な位置決めが難しく、取り付け精度が悪かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
よって本発明の目的は、羽根を鋼管に容易かつ短時間で溶接することが可能な鋼管杭を提供することにある。本発明の他の目的は、羽根と鋼管との溶接が完了するまでに相互に位置がずれることが少なく、従って取り付け精度が良好な鋼管杭を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、複数枚の平板な地紙状の羽根が鋼管の下端部に溶接され、回転させることにより地中に貫入される鋼管杭において、前記羽根の内周面は、溶接するために前記鋼管の外周面上の仮想的な取付線に沿って前記鋼管の外周面に接触させたとき、前記羽根の前記内周面と前記鋼管の前記外周面との面同士が略一致するように形成されているように鋼管杭を構成した。
【０００５】
本発明に係る鋼管杭においては、突き合わせ部となる羽根の内周面は鋼管の外周面と面同士が略一致した状態となり、この状態で溶接される。従って、羽根の内周面の縁のみが鋼管の外周面に接している場合に比較して、容易かつ短時間に溶接することが可能である。
【０００６】
また請求項２に記載の発明は、前記羽根の前記内周面は楕円弧状であり、かつ前記取付線を前記鋼管の半径方向から見たときの水平に対する角度をθとすると、前記内周面は楕円弧に沿って進むに従って−θから＋θまでの間に含まれる範囲内で角度が連続して変化する傾斜面であるように形成されているように請求項１に記載の鋼管杭を構成した。
【０００７】
請求項２に記載の発明によると、羽根の内周面は楕円弧状であり、従って羽根を鋼管杭に傾斜させた姿勢で接触させた場合、特に傾斜角度が大きい場合でも、羽根の内周面と鋼管杭との間に隙間が生じることはない。このときの羽根の傾斜角度、すなわち取付線を鋼管の半径方向から見たときの水平に対する角度をθとすると、内周面は楕円弧に沿って進むに従って−θから＋θまでの間に含まれる範囲内で角度が連続して変化する傾斜面であるように形成する。これにより、羽根をθの角度で傾斜させたときに、内周面が全て垂直となり、内周面を鋼管杭の外周面とほぼ一致させることができる。このような構成においては、羽根と鋼管とは相互に嵌り合う関係になるので、溶接作業開始前、及び溶接作業中に両者の相対的位置を容易に決めることができ、ずれも生じにくいので、高い取り付け精度を維持することができる。
【０００８】
本発明においては羽根の長さ及び枚数は限定されるものではなく、また鋼管の下端部以外にも羽根が溶接されていてもよい。例えば羽根は、鋼管の外周を略半周する長さのものが２枚であり、あるいは鋼管の外周の約１２０°の長さのものが３枚である。好ましくは請求項５に記載のように前記羽根は前記鋼管の外周を略半周する長さであり、２枚の羽根が鋼管の同じ高さに１８０°ずらされて取り付けられる。このとき、前記羽根の両端が前記楕円弧状の長軸に略一致し、前記傾斜面の角度は−θから＋θまでの間であって、前記羽根の一端では−θ、前記楕円弧状の短軸に略一致する両端の中間では０°、前記羽根の他端では＋θである。なお本発明における羽根は平板なので、鋼管の外周の半周を越えた部分はネジとしての作用に寄与しなくなるが、半周よりも３０°程度長くしても、全体としては十分ネジの作用を発揮する。また鋼管と羽根との溶接の方法は、アーク溶接、ガス溶接等から適宜選択される。
【０００９】
羽根の傾斜角度、すなわち取付線の角度であるθは、鋼管杭を貫入させようとする地盤の状態や性質により選択可能であるが、好ましくは５〜２０°の範囲内に含まれ、地盤とのすべり摩擦と施工上の関係から、望ましくは７〜１５°の範囲内に含まれる。
【００１０】
請求項６に記載の発明においては、前記短軸の長さは前記鋼管の直径の長さと略一致し、前記長軸の長さｂと前記短軸の長さａとは、ｂ＝ａ／ｃｏｓθの関係である。すなわち鋼管の直径と羽根の傾斜角度が決まれば、羽根の内周面の楕円形も自ずと特定することができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明においては、前記羽根の外周は、前記羽根が前記鋼管に溶接されたとき、前記鋼管の軸線方向からの投影が略真円弧になる楕円弧状である。真円でないと、鋼管杭の先端部が均等荷重でなく、偏荷重がかかり鋼管杭の安定が悪くなる。
【００１２】
請求項８に記載の発明においては、前記羽根の少なくとも前記内周面は、切断面の角度を調節可能な切断手段により切断されて形成される。内周面以外も同じ切断手段により切断することにより羽根を形成することができ、すなわち請求項９に記載の発明においては、平坦な鋼板を、前記切断手段により前記羽根の前記内周面、外周面及び両端面を切断することにより前記羽根を切り取るようにする。典型的には、請求項１０に記載の発明のように、前記切断手段はガス切断装置であり、ガス切断装置の火口を一定の角度に傾斜させたまま楕円弧を描くように鋼板に対して相対的に移動させることにより前記内周面が形成される。これにより、平坦な鋼板から容易に本発明に係る鋼管杭の羽根を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鋼管杭の実施の形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明は発明をより深く理解するためのものであって、特許請求の範囲を限定するためのものではない。
【００１４】
図１〜３は本発明に係る鋼管杭の実施の形態を表す正面図、平面図及び底面図であり、正面図では鋼管杭の中間部分を省略し、一部を切り欠いて示す。
【００１５】
各図において、鋼管杭は鋼管１０と、鋼管１０の下端部に溶接された２枚の平板な地紙状の羽根２０、２０と、鋼管１０の下端の開口を部分的に閉塞するドーナツ状の閉塞板３０と、閉塞板３０の下面に突設された２枚のガイドプレート４０、４０と、鋼管１０の上端近くの内面に取り付けられた４つの係止爪５０とからなる。羽根２０、２０、閉塞板３０、ガイドプレート４０、４０及び係止爪５０はいずれも鋼板製であり、相互に溶接することにより組み立てられる。鋼管１０の板厚は６ｍｍ、直径は１６５．２ｍｍである。閉塞板２０の厚さは９ｍｍ、ガイドプレート４０及び羽根２０の厚さは１６ｍｍである。
【００１６】
この鋼管杭を下端を地面に当接して垂直に立て、上端からオーガーの回転体（図示していない）を差し込んで係止爪５０に係止させ、下方に押しながら回転させると、羽根２０、２０のネジの作用により地中に貫入していき、これにより建築物の基礎杭として利用することができる。このときガイドプレート４０、４０は鋼管杭の進行方向がずれないようにガイドする。
【００１７】
各羽根２０、２０の各内周面は、鋼管１０に溶接するために、鋼管１０の外周面上の仮想的な取付線に沿って鋼管１０の外周面に接触させたとき、羽根２０、２０それぞれの内周面と鋼管１０の外周面との面同士が略一致するように形成されている。
【００１８】
図４は、鋼管１０に溶接される前の羽根２０を示す正面図、図５は同じ羽根を示す平面図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ端面図である。
【００１９】
各図において、平板な地紙状の羽根２０は表面２１、裏面２２、内周面２３、外周面２４、下端面２５及び上端面２６の各面を有する。
【００２０】
羽根２０の内周面２３は図４視楕円弧状であり、楕円弧には短軸ＳＡと長軸ＬＡとが存在する。楕円弧は短軸ＳＡの長さａと長軸ＬＡの長さｂとにより特定される。
【００２１】
内周面２３の形状は、上述のように鋼管１０の外周面と略一致して羽根２０が溶接されるように形成されている。本実施の形態においては、図１に示すように羽根２０の取付線を鋼管１０の半径方向から見たときの水平に対する角度、すなわち羽根２０の傾斜角度をθとすると、内周面２３は楕円弧に沿って進むに従って−θから＋θまでの間に含まれる範囲内で角度が連続して変化する傾斜面であるように形成されている。本実施の形態においてはθは１５°である。
【００２２】
また羽根２０は鋼管１０の外周を略半周する長さで、２枚の羽根２０が鋼管１０の同じ高さに１８０°ずらされて取り付けられる。この長さとしたとき、羽根２０の下端面２５及び上端面２６は楕円弧状の長軸ＬＡにほぼ一致し、傾斜面の角度は−θ（−１５°）から＋θ（＋１５°）までの間で連続して変化する。
【００２３】
すなわち、図５に示すように、羽根２０の表面２１から裏面２２へ向かう方向を基準とすると、傾斜面の角度は、羽根２０の上端では−θ（−１５°）で、下端に向かって進むに従って角度が徐々に０°に近づき、楕円弧状の短軸ＳＡにほぼ一致する両端の中間では図６に示すように、表面２１及び裏面２２と内周面２３との角度が９０°となって傾斜角度が０°となり、さらに下端に向かって進むに従って角度が＋θに近づき、羽根２０の下端では＋θ（＋１５°）になる。
【００２４】
非常に厳密には、この傾斜面は図６の部分でも断面が直線とはならないが、羽根２０の厚さが鋼管１０の直径よりも十分小さければ、ほとんど直線として近似してもよい。内周面２３の形状を幾何学的に表現すると、内周面２３と表面２１との間の縁の任意の一点からは、内周面２３と裏面２２との縁の一点までの一本の直線を引くことができ、その直線は表面２１及び裏面２２に直交する直線に対して、同じ方向にθだけ傾いている形状であり、換言すれば、円筒を２箇所、平行な平面により斜めに切断して得られた斜円筒の外周の一部と同じ形状であり、羽根２０をθだけ傾斜させることにより上記の各線分は垂直になる。この円筒の直径の長さは鋼管１０の直径の長さと略同一である。
【００２５】
従って、短軸ＳＡの長さａは鋼管１０の直径の長さと略一致し、長軸ＬＡの長さｂと短軸ＳＡの長さａとは、ｂ＝ａ／ｃｏｓθの関係である。すなわち鋼管１０の直径と羽根２０の傾斜角度が決まれば、羽根２０の内周面２３の楕円形も自ずと特定することができる。本実施の形態においては、θは１５°、鋼管１０の直径は１６５．２ｍｍであるから、長軸ＬＡの長さｂは、１６５．２０／０．９６５９２＝１７１．０３ｍｍというように容易に算出し、設計に資することができる。
【００２６】
このような羽根２０の内周面２３は、切断面の角度を調節可能なガス切断装置により切断されて形成される。この羽根２０では内周面２３以外も同じガス切断装置により切断され、平坦な鋼板を、ガス切断装置により内周面２３、外周面２４及び両端面２５、２６を切断することにより羽根２０を鋼板から切り取る。ガス切断装置は、その火口を一定の角度、すなわち長軸ＬＡに沿った方向にθだけ傾斜させた角度のままで、楕円弧を描くように鋼板に対して相対的に移動させることにより内周面２３が形成される。その他外周面２４及び両端面２５、２６も前後して切断され、羽根２０が切り出される。これは、例えば自動切断が可能なガス切断装置に、火口の傾斜角度及び火口を移動させる軌跡をデータとして入力することにより実行可能であることは明らかである。これにより、平坦な鋼板から容易に羽根２０を得ることができる。
【００２７】
また羽根２０の外周は、羽根２０が鋼管１０に溶接されたとき、鋼管１０の軸線方向からの投影が略真円弧になる楕円弧状であるように形成されている。このように真円にすることにより、鋼管杭の先端部に均等に荷重がかかり、偏荷重が生じることなく、鋼管杭の安定を良好に保持することができる。
【００２８】
以上のような実施の形態に係る鋼管杭によると、突き合わせ部となる羽根２０の内周面２３と鋼管１０の外周面とは面同士が略一致した状態に配置され、この状態で溶接される。従って、羽根の内周面の縁のみが鋼管の外周面に接している場合に比較して、容易かつ短時間に溶接することが可能である。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、適宜変形実施が可能であることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る鋼管杭によると、突き合わせ部となる羽根の内周面と鋼管の外周面とは面同士が略一致した状態に配置され、この状態で溶接される。従って、羽根の内周面の縁のみが鋼管の外周面に接している場合に比較して、容易かつ短時間に溶接することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る鋼管杭の一つの実施の形態を示す正面図であり、鋼管の中間部を省略し、また鋼管及び閉塞板の一部を切り欠いて示してある。
【図２】図２は、図１の鋼管杭を示す平面図である。
【図３】図３は、図１の鋼管杭を示す底面図である。
【図４】図４は、図１の鋼管杭における溶接前の羽根を示す正面図である。
【図５】図５は、図４の羽根を示す平面図である。
【図６】図６は、図５のＶＩ−ＶＩ端面図である。
【符号の説明】
１０　鋼管
２０　羽根
３０　閉塞板
４０　ガイドプレート
５０　係止爪
【図１】
2004084234.tif 000003
【図２】
2004084234.tif 000004
【図３】
2004084234.tif 000005
【図４】
2004084234.tif 000006
【図５】
2004084234.tif 000007
【図６】
2004084234.tif 000008