(57)【要約】【課題】  全体としての鋼管杭の支持力を向上させ、杭の直立性を高める。【解決手段】  下杭１を(a)中空筒状の下杭本体１０の先端部の内部に固着された底蓋１１、(b)この底蓋に固着された外部へ突出する刃１２、(c)前記下杭本体１０の先端側に挿入され固着された円筒部２１、(d)この円筒部２１の外周のほぼ中間の高さ位置にかつ水平方向にほぼ円板状に形成された鍔部２２、(e)この鍔部２２の一部を半径方向に切断しその切断部分を互いに逆方向に３０°〜４５°の角度だけ傾斜するように折曲させて形成された傾斜羽根２３から構成し、両端開口の中空筒状であって、前記下杭１に嵌め込まれる上杭２を(f)上杭本体３の先端側周面に水平方向に延びて固着されたフランジ部４、(g)このフランジ部４下面に設けたＶ字形の傾斜突起５から構成し、この上杭２を土中に打ち込まれた下杭１の上端側の一定部位まで嵌め込まれるように土中に打ち込んで上下杭を接続した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下杭に上杭を接続する中空筒状の鋼管杭であって、
下杭を次の（ａ）〜（ｅ）から構成し、
（ａ）中空筒状の下杭本体の先端部の内部に固着された底蓋、
（ｂ）この底蓋に固着された外部へ突出する刃、
（ｃ）前記下杭本体の先端側に挿入され固着された円筒部、
（ｄ）この円筒部の外周のほぼ中間の高さ位置にかつ水平方向にほぼ円板状に形成された鍔部、
（ｅ）この鍔部の一部を半径方向に切断しその切断部分を互いに逆方向に３０°〜４５°の角度だけ傾斜するように折曲させて形成された傾斜羽根、
両端開口の中空筒状であって、前記下杭に嵌め込まれる上杭を次の（ｆ）〜（ｇ）から構成し、
（ｆ）上杭本体の先端側周面に水平方向に延びて固着されたフランジ部、
（ｇ）このフランジ部下面に設けたＶ字形の傾斜突起、
この上杭を土中に打ち込まれた下杭の上端側の一定部位まで嵌め込まれるように土中に打ち込んで上下杭を接続したことを特徴とする鋼管杭。
【請求項２】
前記下杭の鍔部の直径Ｗは円筒部の外径Ｄの２．５〜３倍に形成するとともに、下杭本体の先端部から鍔部までの長さＬは下杭本体の外径寸法ｄのほぼ２倍に形成し、かつ互いに逆方向に傾斜する傾斜羽根の開き角度αは６０°前後に形成したことを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項３】
前記上杭のフランジ部の外径ＷＢと下杭の鍔部の直径Ｗとは、ＷＢ≧Ｗの関係にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管杭。
【請求項４】
前記上杭の長さを下杭の長さの１０％〜５０％としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の鋼管杭。
【請求項５】
前記下杭が上杭の中空内部へ挿入され、一定の挿入位置で溶接するか、上杭の中空内部に形成された突起などのストッパで下杭上端を係止することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の鋼管杭。
【請求項６】
請求項１に記載の下杭を回転させながら土中に圧入し、所定の深度に下杭の先端部分が到達したら回転動作を停止し、その後圧入のみで下杭を土中にさらに圧入し、
次いで請求項１に記載の上杭を下杭に嵌め込んで上杭のみを回転させながら土中に圧入し、所定の深度に上杭の先端部分が到達したら回転動作を停止し、その後圧入することで下杭の鍔部でもみほぐされた土壌を上杭のフランジ部で圧密することを特徴とする鋼管杭の打ち込み工法。
【請求項７】
前記上杭のフランジ部より上部の杭周面に充填材を充填して圧密することを特徴とする請求項６に記載の鋼管杭の打ち込み工法。
【請求項８】
前記下杭の最終加圧時にその先端支持力を測定し、前記上杭の最終加圧時にも上杭の先端支持力を測定し、かつ上下杭接続状態で再び加圧して上下杭の複合した杭支持力を測定することを特徴とする請求項６又は７に記載の鋼管杭の打ち込み工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木建築物の基礎となる地盤部分の補強を行うために使用するに鋼管杭及びこの杭の打ち込み工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鋼管杭としては、先端部分にスクリュー羽根を設け、回転圧入を容易にしたものが知られている。このようなスクリュー鋼管杭を使用する場合、杭の製作コストが高くなり、運搬や保管するときにスクリュー部分が邪魔になり、圧入時に鋼管先端周辺の地層を荒らすから直立性が保持しにくく、杭の周辺地盤が沈下し易いという欠点があった。
【０００３】
そこで、初期沈下が起こり難く土中支持力に安定性があるとともに、硬質地盤への貫入が容易であり、しかも運搬・保管・現場加工が容易であり、さらに鋼管先端周辺の地盤を荒らさず直立性を保持し易いばかりか圧密効果や精度が得やすい鍔付拡底鋼管杭が開発された。この鋼管杭は、中空筒状に形成された本体の先端部の内部に底蓋を固着し、この底蓋に外部に突出する刃を固着した鋼管杭の先端側を土中に回転圧入した後に本体の先端側に拡底スクリュー筒を嵌め込んで溶着して成るものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３１３５２２０号公報（第２頁、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の鋼管杭では、拡底スクリュー筒よりも上方の杭周面の土壌は、このスクリュー筒によりもみほぐされているため、上方の杭周面の摩擦支持力を一定以上確保するのがむずかしかった。
【０００５】
そこで、本発明は、全体としての鋼管杭の先端支持力及び周面摩擦支持力を向上させ、杭の直立性を高めた鋼管杭及びその杭の打ち込み工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】
上述の目的を達成するため、本発明は、下杭に上杭を接続する中空筒状の鋼管杭であって、下杭を（ａ）中空筒状の下杭本体の先端部の内部に固着された底蓋、（ｂ）この底蓋に固着された外部へ突出する刃、（ｃ）前記下杭本体の先端側に挿入され固着された円筒部、（ｄ）この円筒部の外周のほぼ中間の高さ位置にかつ水平方向にほぼ円板状に形成された鍔部、（ｅ）この鍔部の一部を半径方向に切断しその切断部分を互いに逆方向に３０°〜４５°の角度だけ傾斜するように折曲させて形成された傾斜羽根から構成し、両端開口の中空筒状であって、前記下杭に嵌め込まれる上杭を（ｆ）上杭本体の先端側周面に水平方向に延びて固着されたフランジ部、（ｇ）このフランジ部下面に設けたＶ字形の傾斜突起から構成し、この上杭を土中に打ち込まれた下杭の上端側の一定部位まで嵌め込まれるように土中に打ち込んで上下杭を接続したものである。また、この打ち込み工法は、請求項１に記載の下杭を回転させながら土中に圧入し、所定の深度に下杭の先端部分が到達したら回転動作を停止し、その後圧入のみで下杭を土中にさらに圧入し、次いで請求項１に記載の上杭を下杭に嵌め込んで上杭のみを回転させながら土中に圧入し、所定の深度に上杭の先端部分が到達したら回転動作を停止し、その後圧入することで下杭の鍔部でもみほぐされた土壌を上杭のフランジ部で圧密するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、下杭に上杭を接続する中空筒状の鋼管杭であって、下杭を（ａ）中空筒状の下杭本体の先端部の内部に固着された底蓋、（ｂ）この底蓋に固着された外部へ突出する刃、（ｃ）前記下杭本体の先端側に挿入され固着された円筒部、（ｄ）この円筒部の外周のほぼ中間の高さ位置にかつ水平方向にほぼ円板状に形成された鍔部、（ｅ）この鍔部の一部を半径方向に切断しその切断部分を互いに逆方向に３０°〜４５°の角度だけ傾斜するように折曲させて形成された傾斜羽根から構成し、両端開口の中空筒状であって、前記下杭に嵌め込まれる上杭を（ｆ）上杭本体の先端側周面に水平方向に延びて固着されたフランジ部、（ｇ）このフランジ部下面に設けたＶ字形の傾斜突起から構成し、この上杭を土中に打ち込まれた下杭の上端側の一定部位まで嵌め込まれるように土中に打ち込んで上下杭を接続したものであるので、下杭の鍔部上方のもみほぐされた土壌も上杭が土中に打ち込まれることにより、そのフランジ部と下杭の鍔部との間で圧密され、全体として上下杭の支持力、杭周面の摩擦支持力も向上し、直立性も高まる。
【０００８】
また、請求項１に記載の下杭を回転させながら土中に圧入し、所定の深度に下杭の先端部分が到達したら回転動作を停止し、その後圧入のみで下杭を土中にさらに圧入し、次いで請求項１に記載の上杭を下杭に嵌め込んで上杭のみを回転させながら土中に圧入し、所定の深度に上杭の先端部分が到達したら回転動作を停止し、その後圧入することで下杭の鍔部でもみほぐされた土壌を上杭のフランジ部で圧密するので、下杭を硬質地盤まで確実に圧入でき、その先端支持力を高くすることができるのみならず、上杭の圧入により下杭の周面の土壌が圧密されて杭全体の支持力も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、この発明の好適な実施の形態を図面を参照にして説明する。
【００１０】
図１に示す実施形態において、例えば構造用炭素鋼等の材料で形成された一定強度を有する中空円筒状の下杭１と上杭２とを接続した鋼管杭を土中に打ち込んで用いている。下杭１は下杭本体１０の先端部の内部に底蓋１１を固着し、この底蓋１１に固着された刃１２が外部へ突出している。この下杭１の先端側に挿入固着される円筒部２１と、この円筒部２１の外周のほぼ中間の高さ位置にかつ水平方向にほぼ円板状に形成された鍔部２２と、この鍔部２２の一部を半径方向に切断しその切断部分を互いに逆方向に３０°〜４５°の角度だけ傾斜するように折曲させて形成された傾斜羽根２３とからスクリュー筒２０を形成してある。この下杭１の前記鍔部２２の直径Ｗは円筒部２１の外径Ｄの２．５〜３倍に形成するとともに、本体１０の先端部から鍔部２２までの長さＬは、本体１０の外径寸法ｄのほぼ２倍に形成し、かつ互いに逆方向に傾斜する傾斜羽根２３の開き角度α（図２参照）は６０°前後に形成してある。
【００１１】
両端開口の中空筒状の上杭２は、上杭本体３の先端側に水平方向に延びて固着されたフランジ部４を設け、このフランジ部４の下面にＶ字形の傾斜突起５を設けてある。この上杭２のフランジ部４の外径ＷＢと下杭１の鍔部２２の外径（直径Ｗ）とは、同一またはフランジ部４の外径を大きく形成してある（ＷＢ≧Ｗ）。上杭２の中空筒内の上部に突条（ストッパ）６を設け、この突条（ストッパ）６に下杭１の上端を係合させ、上杭２と下杭１との接続を図るようにしてある。或いは、両杭を打ち込んだ後、この個所を溶接してもよい。また、下杭１の上端側内周面には、回転伝達用の突起７を設けてあり、上杭２の上端側外周にも回転伝達用の突起８を設けてある。なお、符号Ａで示す土壌層は、下杭１の先端が強固に支持される硬質地を示し、Ｂで示す土壌層は、下杭１のスクリュー筒２０と上杭２のフランジ部４との間の土壌層を示し、Ｃで示す土壌層はフランジ部４より上の土壌層を示すものである。
【００１２】
図２は、下杭１の詳細を示すものであり、スクリュー筒２０の鍔部２２と傾斜羽根２３との関係を詳細に示している。このスクリュー筒２０の外径Ｄの大きさとしては、下杭本体１０の外径寸法ｄの１．３〜２倍程度の範囲が好ましい。また、このスクリュー筒２０を形成する材料としては高張力鋼などが使用に好適である。さらに、このスクリュー筒２０の取付位置は、下杭本体１０の先端部から鍔部２２までの長さＬが、この下杭本体１０の外径寸法ｄのほぼ２倍の距離となるところに設けてある。
【００１３】
図３はスクリュー筒２０の平面図であり、円筒部２１は、ストレートな筒状（外径寸法Ｄ）を有しており、外径Ｄとほぼ同一かそれよりやや短い長さＳに形成されている（図４参照）。なお、この長さＳはスクリュー筒２０の直進性と強度を確保するのに充分であればよく、特に同等であることは必要ではない。鍔部２２は、直径Ｗ（外径寸法Ｄの２．５〜３倍程度）の大きさに形成されたほぼ円板状を有するものから成り、円筒部２１のほぼ中間に取付け（溶着）てある。傾斜羽根２３は、鍔部２２の一部（この実施形態では１個所）に形成されており、鍔部２２を半径方向に切断する（これによって土が逃げる隙間も同時に形成される）とともに、その切断部分を互いに逆方向に角度θだけ傾斜させてある（ほぼ４５°に傾斜させてあるが、３０°〜４５°の範囲が好ましい）ように折り曲げてある。また、この傾斜羽根２３の開き角度αの範囲は、図４に示すように６０°前後であり、この傾斜羽根２３の一方（先端側に向かうもの）には、ほぼ等脚台形状の補強板２４が鍔部２２との間に溶着されている。この図３及び図４に示すようなスクリュー筒２０は、予め下杭本体１０に固着しておいてもよいが、保管や運搬の際に邪魔にならないように、下杭本体１０とは別個に保管、運搬し、杭打ち込み現場においてこのスクリュー筒２０を所定位置の下杭本体１０に溶着すればよい。
【００１４】
図５は、下杭本体１０の先端部分の底蓋１１と刃１２の関係を示す拡大断面図であり、底蓋１１が下杭本体１０の内径ｄ１の半分の深さ（ｄ１／２）に設けてあり、また刃１２の高さは内径寸法ｄ１と同一になっている。
【００１５】
図６及び図７は、上杭２の側面図並びに平面図であり、この上杭２の全長は下杭１の全長の１０％〜５０％であることが望ましい。フランジ部４の外径ＷＢは、鍔部２２の外径Ｗと同一若しくは若干大きく形成してある。また、傾斜突起５は左右一対設けたが、フランジ部４を周方向に４等分した各半径位置に４個所設けてもよいし、それ以上であってもよい。また、上杭本体３の内径ｄは、下杭本体１０の外径ｄと同一寸法としてあるが、上杭本体３の内径を下杭本体１０の外径よりも若干大きくしてもよい。そして、図１に示すように上杭２を下杭１に被せるように嵌め込んで接続し、下杭１が上杭２内に挿入される。この下杭１の上杭２内への挿入される部分は、上杭２の２／３以上を占めているようにすることが望ましい。
【００１６】
図８は、回転圧入装置の概略を示す図であり、ゴムクローラ走行式のものであって、図示しないアウトリガーで地盤にしっかりと直立固定されたリーダ１００（起伏自在）の両側に油圧オーガ機構１０１と回転用油圧モータ１０２付の圧入機１０３とを備えている。符号１０４はオーガを示し、符号１０５はチャックを示す。この装置においては油圧オーガ１０１を作動させ、オーガ１０４を回転させながら土中にねじ込み、所定の深さまで押し込んでリーダ１００を含む装置全体をしっかりと固定する。次いで、回転用油圧モータ１０２付の圧入機１０３を作動させ、オーガ１０４により反力をとりつつ下杭１を土中へ圧入していく。この下杭１を圧入する場合には、表面側の土質が柔らかい土壌、すなわち軟質地層を下杭１の先端が進行するときには圧入動作だけでよい。この下杭１の先端が軟質地層を通過し、中間質土壌を進行するときに圧入動作だけでは圧入できなくなった地点から、回転用油圧モータ１０２を作動し、この油圧モータ１０２で下杭１を回転させながら圧入していく。下杭１の先端部分が中間質地層を通過して硬質土壌に到達したならば、再度圧入動作のみによって下杭１を最終的に圧入する。最後に油圧オーガ機構１０１を逆回転させてオーガ１０４を地中から引き上げるが、このオーガ１０４のねじ込み動作及び引き上げ動作は油圧オーガ機構１０１の回転動作とともに、この油圧オーガ機構１０１自体をリーダ１００に設けたチェーン（図示せず）によって強制的に上下方向に移動させており、これによってオーガ１０４のねじ込み動作及び引き上げ動作が確実に行われるようになっている。
【００１７】
図９は下杭１を硬質地層すなわち先端を強固に支持する地層まで打ち込んだ状態を示し、この状態で下杭１を圧入した時点で、圧入機１０３側に付設したロードセンサ等の荷重計測装置によって土壌の支持力を自動的に計測するようにしてある。この図９に示すスクリュー筒２０より上方の一定部分は、上方排出土層Ｘを示し、さらにその上にもみほぐし層Ｙが存在する。このもみほぐし層Ｙによる下杭１の周辺の摩擦力が充分でないときには、砂、砕石、固化性材或いはこれらの混合材を追加投入して充填材層Ｙ´とすることができる。これにより下杭１の摩擦支持力を高めることができる。図１０における符号９は充填材を充填する際に下杭１の中空内部に入らないように設けた蓋を示す。
【００１８】
図１１は、図１０の状態から蓋９を取り外して上杭２を下杭１の上端側に嵌め込んだ状態（下杭１が上杭２の中空内部へ挿入）を示す。
【００１９】
図１１のように上杭２を下杭１に嵌め込み、この上杭２を圧入機１０３のチャック１０５に装着し、回転させながら土中に圧入していく。このときフランジ部４は、もみほぐし層Ｙ或いは充填材層Ｙ´を圧密していきながら下降する。下杭１は硬質地層にその先端部が支持され、それ以上の圧入は殆んどない。下杭１が上杭２の内部の一定個所（ストッパ６に当るまで）まで挿入され、上杭２が所定の先端支持力を得たならば回転を停止し、上杭２の上方から圧力を加えてさらに圧入する。
【００２０】
図１３は、図１２における作業終了後、上杭２と下杭１とを溶着する状態を示す。溶着個所は、ストッパ６と下杭１の上端部である。この個所を溶着せず、上杭２が下杭１に対して上下動可能としておくことで、地震に対応させることもできる。このようにして上杭２を土中に回転させて圧入した後に、回転を停止して上杭２の上端に所定の圧力をかける。このときに、上杭２の周面摩擦支持力を圧入機１０３側に付設したロードセンサなどの荷重計測装置によって計測する。その後、上下杭を溶着した後に改めて加圧して上下杭の複合した杭支持力を測定する。
【００２１】
既製杭の支持力測定方法においては、事前に採取した地質調査データに基づく算定式によって算出するか、杭打ち施工後、規定の養生期間を経てから杭頭部に荷重を加えて支持力測定を行うのが一般的である。しかし、通常は算定式に必要な地質調査点は、施工予定地内の数地点に限られていて、各杭打ち設点を網羅していない。このため支持地層が傾斜していたり、複雑に入り組んでいる場合などにおいては、基礎全体に対する支持力の均等配分が不確実になる可能性が残る。また載荷重支持力測定は、コスト及び工期面から代表的打設杭に対してのみ実行されるのが一般的であり、精査されているとはいい難く、杭先端支持力、杭周面摩擦支持力の分別も成されていない。そこで当該支持力測定方法は、下杭１の打設時の最終加圧時に先端支持力を測定し、次に上杭２の打設時の最終加圧時に杭周面摩擦支持力を測定する。次に上下杭を固着した後に改めて加圧して複合した杭支持力を測定する。以上の測定により３種類の支持力の値が明確に判別され、以後長期における地盤の変化、変動（例えば、地層の断層変化、水位の変動、地震等による液状化）等による対応に適切に利用でき、また、この測定方法（施工機重量と地中反力獲得装置による荷重を載荷して測定値を記録する）は、打設と同時に短時間に実施可能であるから全打設杭に対して実施可能であり、コスト、工期への影響は僅少である。
【００２２】
上述したように下杭１を土中に圧入する方法として、下杭本体１０の外径ｄよりも外径寸法Ｗが大幅に大きな鍔部２２を持ったスクリュー筒２０を回転させながら地中へ圧入していくから、図１において符号Ａで示す本体１０よりも大きく下方領域にわたり圧密作用（圧入時に土壌が硬く圧縮された状態）が発生し、そのうえ先端部に発生する所謂モンロー効果によってその圧密な土壌の領域が鍔部２２の下方に大きく広がって膨らんでいるから杭先端支持力が一層増大する。また、この鍔部２２は従来のようなスクリュー鋼管杭とは異なり、水平方向に形成してあるから、有効面積が大きく確保できるばかりか、捩れ変位が著しく発生しにくい。しかもこの実施形態では、刃１２とともに傾斜羽根２３を設けてあり、回転圧入する際に傾斜羽根２３の間から土を効率よく上部へ排出できるので、この排出した土が本体１０の周辺に充填され、下杭１の鉛直安定性（杭周囲面の空洞化防止）をもたらす。さらに、この傾斜羽根２３により下杭本体１０の先端部分がセンタードリル効果によって下孔を精度よく掘削していくことと、先端部が鍔部２２より先方へＬ長突出している（図２参照）ので、直進性も飛躍的に高まる。
【００２３】
また、このようにして下杭１を土中に打ち込んだ後には、上述したように上杭２を下杭１に接続して（嵌め込んで）土中に打ち込むので、鍔部２２の上面とフランジ部４の下面との間の杭周囲排出土を挟むように圧密することでこの圧密土壌が杭周より外周方向へ押し出され、周辺土層と密着していくから、杭周囲土質の分布情報を把握していれば効果的に杭周面の圧密が促進され、確実に杭周面摩擦支持力を獲得することができる。さらに鍔部２２により上方へ排出された掘削もみほぐし土をフランジ部４で回転圧密して生じた空間へ砕石、砂及びこれらの混合骨材を充填してさらにこれを圧密することにより、高摩擦支持力が得られるようにしてもよく、地層の圧密効果より地盤全体の強化も達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の鋼管杭を示す断面図。
【図２】下杭の断面図。
【図３】下杭に固着するスクリュー筒の平面図。
【図４】スクリュー筒の正面図。
【図５】下杭先端の詳細断面図。
【図６】上杭の側面図。
【図７】上杭の平面図。
【図８】鋼管杭の回転圧入装置を示す要部説明図。
【図９】回転圧入装置による下杭の打ち込み状態の説明図。
【図１０】下杭打ち込み終了時の説明図。
【図１１】下杭に上杭を嵌め込んだ状態の図。
【図１２】上杭を打ち込む状態の説明図。
【図１３】上杭打ち込み終了時に上下杭を固着する説明図。
【符号の説明】
【００２５】
１    下杭
２    上杭
３    上杭本体
４    フランジ部
５    傾斜突起
１０  下杭本体
１１  底蓋
１２  刃
２１  円筒部
２２  鍔部
２３  傾斜羽根
【図１０】
2005171621.tif 000003
【図１】
2005171621.tif 000004
【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】
2005171621.tif 000012
【図１１】
2005171621.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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