(57)【要約】  【課題】  地盤中への貫入性が高く、かつ支持性能や経済性にも優れる回転貫入杭およびその施工方法を提供する。  【解決手段】  中空杭１の先端面３に、内径が中空杭１の内径より小さく、外径が中空杭１の外径より大きい２枚の翼２を、溶接等により取り付ける。それぞれの翼２の表面は杭先端側に広がる錘面の約半周を形成している。施工においては、中空杭１を回転させながら地盤中に圧入して行く。中空杭１の先端は開端となっており、中空杭１の回転貫入の際、土砂が中空杭１の内部に取り込まれる。翼２が形成する面が錘面であることで、貫入性に優れ、鉛直方向の力に対する断面性能も高い。  【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空杭の先端面に内径が該中空杭の内径より小さく、外径が該中空杭の外径より大きい複数の翼を有し、前記複数の翼のそれぞれが杭先端側に広がるほぼ円錐面またはほぼ多角錐面の一部をなしていることを特徴とする回転貫入杭。
【請求項２】
中空杭の先端面に内径が該中空杭の内径より小さく、外径が該中空杭の外径より大きい複数の翼を有し、前記複数の翼のそれぞれが杭後端側に広がるほぼ円錐面またはほぼ多角錐面の一部をなしていることを特徴とする回転貫入杭。
【請求項３】
前記複数の翼が取り付けられている中空杭の先端面が、それぞれの翼ごと杭軸回りの一方向に傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載の回転貫入杭。
【請求項４】
前記中空杭の先端が前記複数の翼の内径側において開口していることを特徴とする請求項１、２または３記載の回転貫入杭。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載の回転貫入杭を、杭軸回りに回転させなら地盤中に貫入して行くことを特徴とする杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、地盤中に回転貫入可能な翼付き回転貫入杭およびその施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転貫入可能な鋼管杭として、杭の先端または先端部外周に平板状または螺旋状の翼を設けたものが種々開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、杭の先端を螺旋状に切り欠いて２枚または３枚の扇形状平板からなる翼を取り付けたものが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、湾曲させた螺旋翼を巻回させた中空杭の先端部外周面に回転貫入杭が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、鋼管の先端を螺旋状に切り欠き、その部分に外径が鋼管杭外径の１．５〜３倍で、内径が鋼管杭内径の０．４〜０．９倍の螺旋状の翼を取り付けたものが記載されている。
【０００６】
この他、特許文献４には、大きな支持力を確保するとともに初期沈下を抑制するために、小径鋼管の外周部に截頭円錐状の拡底支持翼を設けたものが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１０２４８９号公報
【特許文献２】特開２００１−０７３３６２号公報
【特許文献３】特開２００１−１９３０６３号公報
【特許文献４】特開２００２−２１２９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回転貫入される翼付き杭においては、翼部分による先端支持力の向上を期待しており、高い支持力が得られ、かつ貫入性がよいこと、翼の強度が十分であること、経済性に優れることなどが要求される。
【０００８】
そのため、上述の特許文献１には螺旋状の翼取付け部の段差を所定の範囲に規定することが記載されており、特許文献３には外径が鋼管外径の１．５〜３倍で内径が０．４〜０．９倍のドーナツ状鋼板を切断して螺旋状の翼を形成することや取付け位置を規定することで、貫入性に優れ、高い支持力が得られることが述べられている。
【０００９】
しかし、螺旋翼を平板から形成した場合、高い支持力を得るために翼の外径を大きくすると、貫入性が悪くなり、また地盤からの抵抗や支持力に対する翼の耐力が問題となる。また、そのため翼の板厚を増すと、さらに貫入性が悪くなり、経済性も損なわれるというように、全ての要求を満足することはできない。
【００１０】
また、翼の取付け位置についても、鋼管の先端に設けた場合、貫入性は良いが、真っ直ぐに貫入することが難しく、貫入後の支持力に関する安定性にも問題が生じやすい。一方、先端部から所定間隔おいて螺旋翼を取り付けた場合には、安定性は得やすいが、貫入性の面で劣るといった問題がある。
【００１１】
一方、特許文献２記載の発明は、翼を湾曲させることで翼の曲げ剛性の向上を期待したものであるが、翼を中空杭の外周面に取り付ける構造であるため、翼の取付け位置に大きな曲げモーメントが作用するという問題と、巻回させた翼と杭周との間に土砂が詰まった場合には施工性が低下するという問題がある。
【００１２】
また、特許文献４記載の発明は、截頭円錐状の拡底支持翼により支持力の向上や安定性を期待したものであるが、拡底支持翼が杭の外周に設けられており、しかもこの翼には切れ目あるいは切欠きもないので、翼の下方の土砂を全て狭い排土口から上方に通過させなければならず、貫入性に大きな問題がある。
【００１３】
本願発明は、上述のような背景のもとに翼形状を工夫したのであり、地盤中への貫入性が高く、かつ支持性能や経済性にも優れる回転貫入杭およびその施工方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願の請求項１に係る回転貫入杭は、中空杭の先端面に内径が該中空杭の内径より小さく、外径が該中空杭の外径より大きい複数の翼を有し、前記複数の翼のそれぞれが杭先端側に広がるほぼ円錐面またはほぼ多角錐面の一部をなしていることを特徴とするものである。
【００１５】
以下、説明を簡略化するため、ほぼ円錐面または多角錐面あるいはその一部を含め、「錐面」として説明する。
【００１６】
請求項１に係る発明の代表的な形態として、回転貫入杭の翼が２枚である場合において、それぞれの翼が杭周方向のほぼ半周連続して、それぞれの翼の表面が錐面をなす形態が挙げられる。
【００１７】
従来の回転貫入杭の螺旋翼は、翼の表面が平面上にあるため、地盤からの抵抗あるいは支持力に関し、翼の耐力は翼を構成する板（通常は、鋼板）の断面性能、すなわち断面係数（ｂ・ｔ2 ）／６に支配される（ｔは板厚、ｂは幅であるが、この場合の幅ｂは地盤からの抵抗あるいは支持力に関しては、翼の任意の方向について考えることができる。）。
【００１８】
本願発明の場合は、翼を構成する板が全体として錐面をなしているので（製作上、複数の平板に分割したものを接合して全体として錐面を形成させている場合を含む）、地盤からの抵抗あるいは支持力に関し、断面係数が平面の場合より大幅に向上し、同じ断面性能を得るための板厚は薄くなり経済性が向上する他、貫入性も向上する。
【００１９】
また、地盤の支持力は、杭先端部の翼近傍のせん断耐力に依存し、未固結の砂や砂礫の場合、錐面をなす翼形状によるコンファインド効果が得られるため、その面からも支持力が向上する。
【００２０】
さらに、翼の端部が杭の先端より下方に位置することにより、杭を貫入しやすくなり、翼の他方の端部が水平（杭と垂直）あるいはそれより上方に位置することにより推進力が向上する。
【００２１】
また、翼は、中空杭の外周面ではなく、先端面に取り付けられており、翼の内径側は中空杭の内径より内側に位置し、翼の外径側は中空杭の外径より外側に位置するため、地盤からの鉛直方向の抵抗に対し、取付け位置に作用する曲げが小さく、翼が外周面に取り付けられている場合に比べ、翼取付け部の安定性が高い。
【００２２】
本願の請求項２に係る回転貫入杭は、中空杭の先端面に内径が該中空杭の内径より小さく、外径が該中空杭の外径より大きい複数の翼を有し、前記複数の翼のそれぞれが杭後端側に広がる錐面（ほぼ円錐面またはほぼ多角錐面の一部）をなしていることを特徴とするものである。
【００２３】
翼を構成する板が全体として錐面をなしており、地盤からの抵抗あるいは支持力に関し、断面係数が平面の場合より大幅に向上し、同じ断面性能を得るための板厚は薄くなり経済性が向上する点、および翼取付け部の安定性が高い点は請求項１に係る発明と同様である。
【００２４】
請求項２に係る発明は、錐面の広がる向きが請求項１に係る発明と逆になっており、杭としての先端支持力は請求項１に係る発明に比べて若干劣るが、地盤中においては下向きの円錐形状または多角錘形状をなすため、貫入性については請求項１に係る発明より良好である。
【００２５】
これら請求項１に係る回転貫入杭と請求項２に係る回転貫入杭は、得られる支持力、貫入性に関係する地盤条件や設計条件などに応じて選択すればよい。
【００２６】
請求項３は、請求項１または２に係る回転貫入杭において、前記複数の翼が取り付けられている中空杭の先端面が、それぞれの翼ごと杭軸回りの一方向に傾斜していることを特徴とするものである。
【００２７】
回転貫入による貫入性を考えた場合、各翼が例えば螺旋方向に傾斜していることが望ましい。複数の翼がなす錐面は単一のものである必要はなく、それぞれが別の錐面をなす場合も含まれる。なお、中空杭の先端面は、各翼の取付け位置に対応させて、切り欠くなどして加工する必要がある。
【００２８】
例えば、２つの翼を半周ずつずれた螺旋上に配置すれば、杭軸を含む平面に対し対称またはほぼ対称とすることができ、施工時の貫入性の面でも、施工後の翼部分による支持性能の面でも安定性が高くなる。翼が３以上の場合も、翼が２つの場合と同様に考えることができる。
【００２９】
また、それぞれの翼について、上記のような螺旋上に取り付けられることを要求するものではなく、例えば、２枚の翼を取り付ける場合において、簡単には、截頭円錐形状の表面をなす部材を２つ割りにした形状の翼を、杭先端面に傾斜方向が互い違いになるように取り付けたものなどでもよい。
【００３０】
請求項４は、請求項１、２または３に係る回転貫入杭において、前記中空杭の先端が前記複数の翼の内径側において開口していることを特徴とするものである。
【００３１】
本願発明では、翼を回転杭の先端面に取り付けることとしているが、翼の内径側を開口させておくことで、回転貫入の際、中空杭内に土砂を取り込むことができ、無排土あるいは低排土の施工を効率よく行うことができる。
【００３２】
本願の請求項５に係る回転貫入杭の施工方法は、請求項１、２、３または４に係る回転貫入杭を、杭軸回りに回転させなら地盤中に貫入して行くことを特徴とするものである。
【００３３】
請求項１〜４に係る回転貫入杭は、地盤への回転貫入のために、先端面に複数の翼を設けたものであり、従来の回転貫入方式の杭と同様の方法により施工することができ、主として無排土の施工を対象としている。
【発明の効果】
【００３４】
本願の請求項１に係る発明によれば、杭の先端面に取り付けられた翼が下向きに広がる錐面を形成することで、地盤中への貫入性を高めて施工性を向上させることができる。
【００３５】
また、鉛直方向の力に対する翼の断面性能が向上し、大きな耐力が得られ、同じ耐力を得る場合には翼の板厚を薄くすることができる。翼は杭の先端面に取り付けられているため、取付けの安定性が高い。
【００３６】
また、翼が同一平面にないので層が変化する位置で翼が滑らない上に、平板や螺旋板に比べて翼始端の角度が大きくなるので貫入性能が向上し、玉石を中心部に集め鋼管内に取り込む性能が向上する。
【００３７】
翼の地盤と接する面が下向きに広がる錐面であるため、コンファインド効果による支持力の向上が図れる。
【００３８】
本願の請求項２に係る発明によれば、杭に取付けられた翼が上向きに広がる錐面を形成することで、地盤中への貫入性がさらに高められ、また請求項１に係る発明と同様、鉛直方向の力に対する翼の断面性能が向上し、取付けの安定性も高い。
【００３９】
請求項３に係る発明では、さらに回転貫入の抵抗が少なくなり、翼を対称に配置することで、施工時の貫入性や、施工後の支持性能の面でも安定性が高くなる。
【００４０】
請求項４に係る発明では、回転貫入の際、翼の内径側の開口部から中空杭内に土砂を取り込むことができ、無排土あるいは低排土の施工をさらに効率よく行うことができる。
【００４１】
本願の請求項５に係る発明によれば、請求項１〜４に係る回転貫入杭を地盤中へ回転貫入するため、従来の回転貫入による杭施工に比べ、貫入性が高く、施工性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１および図２は、本願の請求項１に係る回転貫入杭の一実施形態を示したもので、この例では、中空杭１の先端面３に２枚の翼２を設けている。
【００４３】
それぞれの翼２は、截頭円錐形の錐面を形成する鋼材をほぼ２分割した形状を有し、切欠き加工した杭先端面３に、側面から見て交差するような形で傾斜させて溶接してある。また、それぞれの翼２の回転貫入時に先行する側には刃物状の掘削刃５を設け、回転貫入がスムーズとなるようにしている。
【００４４】
施工においては、図１中の矢線で示す向きに中空杭１を回転させながら圧入して行くことで、地盤中に回転貫入される。また、この例では、中空杭１の先端の翼２で囲まれた内側部分が開端となっており、中空杭１の回転貫入において開口部４より土砂が中空杭１の内部に取り込まれることで、貫入抵抗が緩和される。
【００４５】
従来の技術の項で挙げた特許文献１に示されるような従来の同種の翼付き杭においては、翼が形成する面が平面であるのに対し、本発明のように翼２が形成する面が錘面となるようにすることで、貫入性を高め、施工性を向上させることができるとともに、鉛直方向の力に対する断面性能が向上するため、同じ厚さの翼２の場合、本願発明の翼の方が大きな耐力が得られる。
【００４６】
また、翼２の地盤と接する面が下向きに広がる錐面であるため、前述したコンファインド効果による支持力の向上も図れる。
【００４７】
図２(d) には、本実施形態における翼の取付け角度θ1 と広がり角度θ2 との関係が模式的に示してあり、θ1 とθ2 の関係が、θ2 ＝１８０°−２θ1 となっている。
【００４８】
図３は、翼の一方の端部の外周端が、当該端部と杭との接続位置における杭の軸方向と垂直な面よりも上方にある場合を示す図である。
【００４９】
図４は、本願の請求項２に係る回転貫入杭の一実施形態を示したものである。それぞれの翼２は、外周が弧状の４枚の鋼板を溶接により接合して製造したものであり、杭先端側に広がるほぼ円錐に近い８角錘面の約半周（約１８０°）を形成している。
【００５０】
請求項１に係る回転貫入杭との大きな違いは、翼２の表面が形成する錘面の広がり方向であり、請求項１の場合と逆に杭後端側に広がっている。
【００５１】
鉛直方向の力に対する断面性能は原理的には、請求項１の場合と同じであり、従来の平面内で広がる翼に比べ大きな断面係数が得られる。
【００５２】
ただし、請求項１に係る発明のようなコンファインド効果はない。一方、杭先端側における径が小さいため貫入性については請求項１に係る発明の場合より良好である。
【００５３】
図中の矢線で示す方向に中空杭１を回転させながら圧入して行くことで、図１〜図３に示した請求項１に係る発明の場合と同様、地盤中に回転貫入される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本願の請求項１に係る回転貫入杭の一実施形態を示す杭先端部の斜視図である。
【図２】図１の回転貫入杭の詳細を示したもので、(a) は正面図、(b) は側面図、(c) は底面図、(d) は(a) のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本願の請求項１に係る回転貫入杭の他の実施形態を示す杭先端部の側面図である。
【図４】本願の請求項２に係る回転貫入杭の一実施形態を示す杭先端部の斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…中空杭、２…翼、３…先端面、４…開口部、５…掘削刃
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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