(57)【要約】【課題】回転貫入鋼管杭の施工時に鋼管杭に作用する曲げモーメントによる杭体の破損を防止するための回転貫入鋼管杭の施工管理方法を提供することを目的とする。【解決手段】  回転貫入鋼管杭の施工管理方法において、鋼管杭を地中に回転貫入する全旋回機とクローラクレーン等の重機とを１方向の反力バーを介して連結して行う回転貫入鋼管杭の施工において、鋼管杭に作用する軸力または全旋回機に作用するトルクを制御することにより杭体の破損を防止することを特徴とする。【選択図】  図２
2005023775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端に杭径より大径の羽根を形成した回転貫入鋼管杭を地中に回転貫入する全旋回機と、クローラクレーン等の重機とを１方向の反力バーを介して連結して行う回転貫入鋼管杭の施工において、回転貫入鋼管杭に作用する軸力または全旋回機に作用するトルクを制御することにより杭体の破損を防止することを特徴とする回転貫入鋼管杭の施工管理方法。
【請求項２】
回転貫入鋼管杭施工時に下記式に基づき回転貫入鋼管杭に作用する軸力を制御することを特徴とする請求項１に記載の回転貫入鋼管杭の施工管理方法。
Ｎ≦Ｗ−Ｔ／（αＬ）
（Ｎ：回転貫入鋼管杭に作用する軸力、Ｗ：全旋回機の重量、Ｔ：全旋回機に作用するトルク、α：全旋回機と地面の摩擦係数、Ｌ：反力長さ）
【請求項３】
回転貫入鋼管杭施工時に回転貫入鋼管杭に一定の軸力を付加して施工する場合、下記式に基づき全旋回機に作用するトルクを制御することを特徴とする請求項１に記載の回転貫入鋼管杭の施工管理方法。
Ｔ≦（Ｗ−Ｎ）×（αＬ）
【請求項４】
Ｗ≧Ｎ’＋Ｔ’／（αＬ）を満たすように全旋回機のカウンターウェート計画をすることを特徴とする回転貫入鋼管杭の施工管理方法。
（Ｎ’：予測される必要軸力、Ｔ’：予測される必要トルク）
【請求項５】
Ｌ≧Ｔ’／{（Ｗ＋Ｎ’）α}を満たすように反力バー長さを計画することを特徴とする回転貫入鋼管杭の施工管理方法。
【請求項６】
杭の杭径、板厚、材料強度から決まるねじり耐力を管理値とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転貫入鋼管杭の施工管理方法。
【請求項７】
前記管理値としてねじり耐力が、杭の杭径と板厚（杭径／板厚）との比が比較的小さい場合は、杭のせん断耐力から決まるねじり耐力で決定され、杭の杭径と板厚との比（杭径／板厚）が比較的大きい場合は、杭のねじり座屈耐力から決まるねじり耐力で決定されることを特徴とする請求項６に記載の回転貫入鋼管杭の施工管理方法。
【請求項８】
前記管理値としての軸力、トルク、ねじり耐力の許容範囲をコンピュータ画面上に表示し、施工中のトルク、軸力の測定値を前記画面にリアルタイムで表示し、前記測定値が前記画面の許容範囲内になるように制御することを特徴とする請求項１〜７に記載の回転貫入鋼管杭の施工管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下端に杭径より大径の羽根を形成した回転貫入鋼管杭を全旋回機により地中に回転貫入する回転貫入鋼管杭の施工管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地中の障害物の撤去や場所打ち杭のオールケーシング工法に全旋回機が用いられてきた。全旋回機は、ベース本体に昇降シリンダーにより昇降する昇降フレームに回転可能に支持された回転フレームを有し、回転フレームにケーシングチューブ又は鋼管杭を把持するチャック機構を備え、ケーシングチューブ又は鋼管杭を回転貫入する際の反力を支持するため、ベース本体とカウンターウェートとしてのクローラクレーン等の重機との間に反力バーが連結されている。しかし、近年杭先端に螺旋状の羽根などを設けた回転貫入鋼管杭の施工に全旋回機が用いられるようになってきた。
【特許文献１】特開平８−３１１８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のケーシング回転貫入工法と回転貫入鋼管杭工法を比較した場合、回転貫入鋼管杭工法が同じ管径の管の施工における必要トルクが従来のケーシング回転貫入工法より大きいという特徴がある。特に硬い中間層を有する地盤に鋼管杭を回転貫入する場合には、施工中に杭軸部である鋼管に相当大きなトルクが負荷されることになる。そのため、場合によっては、杭の支持力として必要な鋼管板厚よりも、施工時のトルクに抵抗するために必要な鋼管板厚の方が大きくなってしまう。
【０００４】
また、回転貫入鋼管杭の施工にあたっては、施工トルクの反力を確保するために一方向の反力バーをクローラクレーン等の重機に連結する方式が採用されることがある。反力バーにより反力確保する場合、図２に示すように、杭にトルクＴｒを作用させると、その反力として、全旋回機にはトルクＴが作用する。ＴとＴｒは向きが反対で同じ大きさのトルクになる。トルクＴは、反力バーの先にある反力抵抗体によって反力をとるようになっている。反力の大きさをＡとすると、Ａ＝Ｔ／Ｌである。反力Ａに釣り合う力として、全旋回機側にも水平力Ｂが存在することになる。反力Ａはクローラクレーン等の重機で支持することが多い。水平力Ｂについては、全旋回機と地盤の摩擦力Ｆｂで抵抗することになる。全旋回機の重量をＷ、全旋回機と地面の摩擦係数をαとすると、摩擦力Ｆｂ＝Ｗ×αとなる。
ところが、杭の地中への貫入施工中に貫入が悪くなった場合に、杭に軸力Ｎを付加する場合がある。このようなときには、全旋回機の重量Ｗを反力として杭頭部に軸力Ｎを作用させている。
したがって、軸力を作用させると摩擦力Ｆｂ＝（Ｗ−Ｎ）×αとなり、全旋回機と地面との間の摩擦力が減少することになる。
このような状況で大きなトルクを作用すると、水平力Ｂよりも摩擦力Ｆｂの方が小さくなってしまう場合がある。そうなると、摩擦力Ｆｂだけで抵抗できなくなった水平力Ｂが杭体に作用してしまうことになる。
杭体に作用する水平力Ｑ＝Ｂ−Ｆｂによって、杭体に曲げモーメントを発生させることになり、結果として杭体に施工トルクによるねじりモーメントとの足し合わせ荷重が作用する。
杭体に発生する曲げモーメントは地盤の条件によって変化するが、杭の板厚が薄く、地盤条件が悪い場合には、この足し合わせ荷重によって杭体が破損するという問題が発生する。  
【０００５】
本発明は、回転貫入鋼管杭の施工時に鋼管杭に作用する曲げモーメントによる杭体の破損を防止するための回転貫入鋼管杭の施工管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本第１発明は、前記課題を解決するために、回転貫入鋼管杭の施工管理方法において、下端に杭径より大径の羽根を形成した回転圧入鋼管杭を地中に回転貫入する全旋回機とクローラクレーン等の重機とを１方向の反力バーを介して連結して行う回転貫入鋼管杭の施工において、回転圧入鋼管杭に作用する軸力または全旋回機に作用するトルクを制御することにより杭体の破損を防止することを特徴とする。
【０００７】
本第２発明は、本第１発明の回転貫入鋼管杭の施工管理方法において、回転貫入鋼管杭施工時に下記式に基づき回転貫入鋼管杭に作用する軸力を制御することを特徴とする。
Ｎ≦Ｗ−Ｔ／（αＬ）
（Ｎ：回転貫入鋼管杭に作用する軸力、Ｗ：全旋回機の重量、Ｔ：全旋回機に作用するトルク、α：全旋回機と地面の摩擦係数、Ｌ：反力長さ）
【０００８】
本第３発明は、本第１発明の回転貫入鋼管杭の施工管理方法において、回転貫入鋼管杭施工時に回転貫入鋼管杭に一定の軸力を付加して施工する場合、下記式に基づき全旋回機に作用するトルクを制御することを特徴とする。
Ｔ≦（Ｗ−Ｎ）×（αＬ）
【０００９】
本第４発明は、回転貫入鋼管杭の施工管理方法において、
Ｗ≧Ｎ’＋Ｔ’／（αＬ）
を満たすように全旋回機のカウンターウェート計画をすることを特徴とする。  
【００１０】
本第５発明は、回転貫入鋼管杭の施工管理方法において、
Ｌ≧Ｔ’／{（Ｗ＋Ｎ’）α}
を満たすように反力バー長さを計画することを特徴とする。
【００１１】
本第６発明は、本第１〜第５発明のいずれか１つの発明の回転貫入鋼管杭の施工管理方法において、杭の杭径、板厚、材料強度から決まるねじり耐力を管理値とすることを特徴とする。
【００１２】
本第７発明は、本第１〜第６発明のいずれか１つの発明の回転貫入鋼管杭の施工管理方法において、前記管理値としてねじり耐力が、杭の杭径と板厚との比（杭径／板厚）が小さい場合は、杭のせん断耐力から決まるねじり耐力で決定され、杭の杭径と板厚との比（杭径／板厚）が大きい場合は、杭のねじり座屈耐力から決まるねじり耐力で決定されることを特徴とする。
【００１３】
本第８発明は、本第１〜第７発明のいずれか１つの発明の回転貫入鋼管杭の施工管理方法において、前記管理値としての軸力、トルク、ねじり耐力の許容範囲をコンピュータ画面上に表示し、施工中のトルク、軸力の測定値を前記画面にリアルタイムで表示し、前記測定値が前記画面の許容範囲内になるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の構成により鋼管径の大きな回転貫入鋼管杭の回転貫入施工時に回転貫入鋼管杭に軸力を作用させる場合、その軸力により摩擦力が減少して回転貫入鋼管杭に曲げモーメントが負荷させないように管理・制御することにより回転貫入鋼管杭体の破損を防止できる。
また、回転貫入鋼管杭の回転貫入時に一定の軸力を回転貫入鋼管杭に負荷しながら施工を行なう場合、全旋回機に作用する施工トルクを回転貫入鋼管杭に曲げモーメントが負荷させないように管理・制御することにより鋼管杭体の破損を防止できる。
また、杭径や羽根径と地盤条件によって、施工時に必要とされるトルクを過去の施工記録により推測して施工計画を作成する際、上記式によってＮやＴが過大にならないようにチェックが可能となる。
さらに、上記式から分かるようにＷを大きくすることで、ＮやＴの限界値も大きくすることができる。
したがって、推測される必要トルクによっては、全旋回機にカウンターウェートを付加することによって、施工をスムーズに行なうための計画を立てればよい。
あるいは、カウンターウェートに限界がある場合などは、反力バーの長さを計画すればよい。
コンピュータ画面に軸力、トルク、ねじり耐力の許容値の範囲を表示し、施工中の軸力、トルクの測定値をリアルタイムで表示し、軸力、トルクの測定値が許容範囲内になるように制御可能であるので、視覚で軸力、トルクを制御でき、確実、安全な制御を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の回転貫入鋼管杭の施工のための装置の概略図である。下端に杭径より大径の羽根１ａを形成した回転貫入鋼管杭１を地中に回転貫入するための全旋回機２は、地面に設置されるベース本体３と、ベース本体３に配置された複数の昇降ジャッキ４により昇降する昇降フレーム５を有する。昇降フレーム５に回転可能に回転フレーム６が支持される。回転フレーム６は、昇降フレーム５に配置された回転モータ７により回転駆動される。回転フレーム６には、回転貫入鋼管杭１を把持、開放するチャック機構（図示せず）が設けられる。全旋回機２のベース本体３に反力バー８の一端が連結され、反力バー８の他端がクローラクレーン等の重機９に連結される。
【００１６】
図２は、図１に示される回転貫入鋼管杭の施工装置による回転貫入鋼管杭１の回転貫入の状態を簡略化した模式図である。図２において、全旋回機２により回転貫入される回転貫入鋼管杭１を回転すると回転貫入鋼管杭１にトルクＴｒが作用する。この回転貫入鋼管杭１に作用するトルクＴｒの反力として全旋回機２にはトルクＴが作用する。この全旋回機２に作用するトルクＴに対する反力Ａは、反力バー８を介して重機９が支持する。トルクＴに対する反力Ａに釣り合う力として、全旋回機側にも水平力Ｂが存在することになる。水平力Ｂについては、全旋回機と地盤の摩擦力Ｆｂで抵抗することになる。全旋回機２の重量をＷ、全旋回機２と地盤の摩擦係数をαとすると、摩擦力Ｆｂ＝Ｗ×αとなる。回転貫入鋼管杭１の地中への貫入施工中に貫入が悪くなると、回転貫入鋼管杭１に軸力Ｎを作用させる。
回転貫入鋼管杭１の頭部に軸力Ｎを作用させると、全旋回機２と地面の摩擦力Ｆｂ＝（Ｗ−Ｎ）×αとなり摩擦力が減少し、回転貫入鋼管杭１に水平力Ｑ＝Ｂ−Ｆｂが作用し、結果として回転貫入鋼管杭に曲げモーメントが発生し、回転貫入鋼管杭１が破損する事態が発生する。
【００１７】
このような回転貫入鋼管杭１の破損を発生させないためには、施工時に回転貫入鋼管杭１に作用するトルクＴｒと、水平力Ｑを想定して回転貫入鋼管杭１の板厚を設計すればよいことになる。水平力Ｑによって回転貫入鋼管杭１に発生する曲げモーメントは、施工地盤の特性によって変化するが、特に上層部の地盤が弱い場合は、回転貫入鋼管杭１に発生する曲げモーメントは大きなものになりやすく、その曲げモーメントに対して耐久性をもつために回転貫入鋼管杭１の板厚を、回転貫入鋼管杭１の支持力から決まる板厚に比べて過大な厚さにする必要が生じ、材料費の無駄が発生する。
このような材料費の無駄を発生させないためには、一般的に回転貫入鋼管杭１に作用する水平力Ｑを０になるように回転貫入鋼管杭の施工を管理すればよいことになる。勿論、Ｑ＝０の状態における施工トルクＴｒに耐えるように回転貫入鋼管杭１の板厚を設計するのが前提である。
【００１８】
水平力Ｑ＝０とするためには、全旋回機２と地盤の摩擦力をＦｂとし、全旋回機側に発生する水平力をＢとした場合、Ｆｂ≧Ｂとすればよい。
また、回転貫入鋼管杭１の頭部に軸力Ｎが作用した場合の摩擦力Ｆｂ＝（Ｗ−Ｎ）×αであり、反力長さをＬとした場合、全旋回機２に作用する水平力Ｂ＝Ｔ／Ｌであるから、これを前記Ｆｂ≧Ｂに代入すると、
（Ｗ−Ｎ）×α≧Ｔ／Ｌということになる。
したがって、Ｗ−Ｎ≧Ｔ／（αＬ）
Ｎ≦Ｗ−Ｔ／（αＬ）となるように軸力Ｎを管理制御すればよいことになる。
【００１９】
また、回転貫入鋼管杭１に一定の軸力Ｎを作用させながら回転貫入鋼管杭の施工をする場合は、Ｔ≦（Ｗ−Ｎ）×（αＬ）になるように施工トルクＴを管理・制御すればよい。
【００２０】
また、杭径や羽根径と地盤条件によって、施工時に必要とされるトルクを過去の施工記録により推測して施工計画を作成する際、上記式によってＮやＴが過大にならないようにチェックが可能となる。
さらに、上記式から分かるようにＷを大きくすることで、ＮやＴの限界値も大きくすることができる。
したがって、推測される必要トルクによっては、全旋回機にカウンターウェートを付加することによって、施工をスムーズに行なうための計画を立てればよい。
つまり、Ｗ≧Ｎ’＋Ｔ’／（αＬ）によって、カウンターウェートの計画を立てればよい。（Ｎ’：予測される必要軸力、Ｔ’：予測される必要トルク）
あるいは、カウンターウェートに限界がある場合などは、
Ｌ≧Ｔ’／{（Ｗ＋Ｎ’）α}となるように反力バーの長さを計画すればよい。
【００２１】
本発明の回転貫入鋼管杭の施工管理方法においては、杭材から決まるねじり耐力を管理値とすることができる。
杭材から決まるねじり耐力は、下記の２項目のうち小さい方で決定される。
・  杭材のせん断耐力から決まるねじり耐力
・  杭材のねじり座屈耐力から決まるねじり耐力
杭の径厚比Ｄ／ｔ（Ｄ：杭径、ｔ：板厚）が比較的小さい場合には、前記（１）の方が小さくなり、Ｄ／ｔが比較的大きい場合には、（２）の方が小さくなる。ねじり耐力は、杭径、板厚、材料強度などのパラメータによって、既知の方法で定めることができる。（せん断耐力、ねじり座屈耐力も既知の方法で求めることができる。）
管理値としてのねじり耐力は、杭材から決まるねじり耐力に安全率を考慮した値となる。
【００２２】
図３は、コンピュータ画面に、軸力、トルク、ねじり耐力の許容範囲を表示したことを示す図である。施工中の軸力、トルクの測定値を前記コンピュータ画面にリアルタイムで表示し、前記軸力、トルクの測定値がコンピュータ画面に表示された軸力、トルク、ねじり耐力の許容範囲になるように制御する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態の回転貫入鋼管杭の施工装置を示す図。
【図２】図１の施工装置による施工時の状態を示す模式図。
【図３】コンピュータ画面に表示される軸力、トルク、ねじり耐力の許容範囲を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１：回転貫入鋼管杭
１ａ：杭径より大径の羽根
２：全旋回機
３：ベース本体
４：昇降ジャッキ
５：昇降フレーム
６：回転フレーム
７：回転モータ
８：反力バー
９：クローラクレーン等の重機やその他の反力抵抗体
【図１】
2005023775.tif 000003
【図２】
2005023775.tif 000004
【図３】
2005023775.tif 000005