(57)【要約】      （修正有）【課題】  先端に掘削刃を有する羽根を備えた開端又は閉端の回転圧入鋼管杭の施工管理に有効な施工管理方法を提供とする。【解決手段】  下記式により求められる貫入抵抗Ｒｐを求めながら鋼管杭の地中への圧入作業を制御することを特徴とする回転圧入杭1の施工管理方法。  Ｒｐ＝{（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）（Ｈｔ−Ｑｗｈ）＋（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）Ｌｂ}／{（１＋γ）（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）＋α（Ｄｐ’／Ｄｗ’）（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）}  Ｒｐ：杭圧入部が受ける貫入抵抗  θ：杭中心軸に垂直な面となす羽根の角度  α：地盤と鋼板の摩擦係数  Ｈｔ：杭先端に作用するトルクを杭外側部分の羽根の作用円上の水平力に置き換えた値  Ｌｂ：杭先端に作用する上載荷重  Ｄｐ’：杭圧入部の作用円の直径  Ｄｗ’：杭外側部分の羽根の作用円の直径  Ｑｗｈ：刃先が受ける地盤の水平抵抗  γ：鉛直刃先抵抗係数【選択図】図２
2005113612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭下端部の外側面に固定されるか又は杭下端部に杭外周と杭内周に跨るように固定される１枚又は複数枚の杭外径より大きい外径を有し、先端に掘削刃を有する羽根を備えた開端又は閉端の回転圧入鋼管杭の施工管理方法において、下記式により求められる貫入抵抗Ｒｐを求めながら鋼管杭の地中への圧入作業を制御することを特徴とする回転圧入杭の施工管理方法。
Ｒｐ＝{（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）（Ｈｔ−Ｑｗｈ）＋（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）Ｌｂ}／
{（１＋γ）（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）＋α（Ｄｐ’／Ｄｗ’）（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）}
Ｒｐ：杭圧入部が受ける貫入抵抗
θ：杭中心軸に垂直な面となす羽根の角度
α：地盤と鋼板の摩擦係数
Ｈｔ：杭先端に作用するトルクを杭外側部分の羽根の作用円上の水平力に置き換えた値
Ｌｂ：杭先端に作用する上載荷重
Ｄｐ’：杭圧入部の作用円の直径
Ｄｗ’：杭外側部分の羽根の作用円の直径
Ｑｗｈ：刃先が受ける地盤の水平抵抗
γ：鉛直刃先抵抗係数
【請求項２】
杭外側の羽根の見付面積をＡｗとし、杭圧入部の見付面積をＡｐとし、杭外側の羽根の有効率をｅ（０＜ｅ≦１）とし、回転圧入鋼管杭の貫入量によって決まる修正係数をｄとしたとき、杭の先端支持力Ｑｕを下記式で求めることを特徴とする請求項１に記載の回転圧入鋼管杭の施工管理方法。
Ｑｕ＝（Ｒｐ／ｄ）×{１＋ｅ（Ａｗ／Ａｐ）}
【請求項３】
杭の先端部引抜き耐力Ｑｕｐを下記式で判定することを特徴とする請求項１に記載の回転圧入鋼管杭の施工管理方法。
Ｑｕｐ≧Ｒｐ−Ｌｂ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物等の基礎に使用される杭下端部の外側面又は杭外周と杭内周に跨るように固定される１枚又は複数枚の杭外径より大きい外径を有する羽根を備えた開端又は閉端の回転圧入鋼管杭の地中への圧入作業を施工管理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基礎杭としての杭を地中に設置する工法として、打撃工法、圧入工法、回転圧入工法が実施されている。打撃工法において、杭を地中に打設施工する際の施工管理は、施工時の打撃貫入抵抗から杭支持力を想定して杭打設の施工を管理する方法が開発されている。また、特開平５−１６３７２７号公報には、回転圧入工法に属するドリル杭工法において、杭先端外周に螺旋状のリブを形成し、杭下端に掘削歯を取り付け、杭下端を開端とした小径の鋼管杭を地中に回転貫入する施工時に、鋼管杭を地中に回転貫入する駆動装置の回転トルクを検出して杭打設の施工を管理する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平５−１６３７２７号公報
【特許文献２】特開２００１−１９３０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、最近使用される回転圧入鋼管杭は、杭径も大きく、杭下端部の外側面又は杭下端部に外周と内周に跨るように固定される杭外径より大きい外径を有し、先端に掘削刃を有する羽根を備えた開端又は閉端杭であるのに対して、前記先行技術で紹介した回転貫入鋼管杭は、杭先端部外周に螺旋状のリブを形成し、杭下端に掘削歯を取り付け、杭下端を開端とした小径のものであり、両者の地中への貫入のメカニズムが相違するため、先行技術の施工管理方法を上記のような回転圧入鋼管杭の施工管理には適用することができないものであった。
【０００４】
本発明は、鋼管杭下端部の外側面に固定されるか又は鋼管杭下端部に杭外周と杭内周に跨るように固定される１枚又は複数枚の杭外径より大きい外径を有し、先端に掘削刃を有する羽根を備えた開端又は閉端の回転圧入鋼管杭の施工管理に有効な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】
【０００５】
本第１発明は、前記課題を解決するために、回転圧入鋼管杭の施工管理方法において、杭下端部の外側面に固定されるか又は杭下端部に杭外周と杭内周に跨るように固定される１枚又は複数枚の杭外径より大きい外径を有し、先端に掘削刃を有する羽根を備えた開端又は閉端の回転圧入鋼管杭の施工管理方法において、下記式により求められる貫入抵抗Ｒｐを求めながら鋼管杭の地中への圧入作業を制御することを特徴とする。
Ｒｐ＝{（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）（Ｈｔ−Ｑｗｈ）＋（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）Ｌｂ}／
{（１＋γ）（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）＋α（Ｄｐ’／Ｄｗ’）（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）}
Ｒｐ：杭圧入部が受ける貫入抵抗（「杭圧入部」とは杭体下端部の見付面積部）
θ：杭中心軸軸に垂直な面となす羽根の角度
α：地盤と鋼板の摩擦係数
Ｈｔ：杭先端に作用するトルクを杭外側部分の羽根の作用円上の水平力に置き換えた値
Ｌｂ：杭先端に作用する上載荷重
Ｄｐ’：杭圧入部の作用円の直径
Ｄｗ’：杭外側部分の羽根の作用円の直径
Ｑｗｈ：刃先が受ける地盤の水平抵抗
γ：鉛直刃先抵抗係数
【０００６】
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、杭外側の羽根の見付面積をＡｗとし、杭圧入部の見付面積をＡｐとし、杭外側の羽根の有効率をｅ（０＜ｅ≦１）とし、回転圧入鋼管杭の貫入量によって決まる修正係数をｄとしたとき、杭の先端支持力Ｑｕを下記式で求めることを特徴とする。
Ｑｕ＝（Ｒｐ／ｄ）×{１＋ｅ（Ａｗ／Ａｐ）}
【０００７】
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、杭の先端部引抜き耐力Ｑｕｐを下記式で判定することを特徴とする。
Ｑｕｐ≧Ｒｐ−Ｌｂ
【発明の効果】
【０００８】
本発明の構成により、杭径が大きい、杭下端部の外側面に固定されるか又は杭下端部に杭外周と杭内周に跨るように固定される１枚又は複数枚の杭外径より大きい外径を有する羽根を備えた開端杭又は閉端杭である回転圧入鋼管杭の施工過程において、各パラメータを測定記録しておき、施工中、地上で全ての測定可能なデータを記録し、提案されたコンピュータに入力された提案算定式にこれらの測定データを入力することにより、貫入抵抗を容易かつ確実に算出可能になるため、基礎杭として設計通りの品質・性能保証を、精度高く実施でき、杭の先端支持力や杭先端の引抜き耐力の高い基礎杭を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態を図により説明する。図１（ａ）（ｂ）は、回転圧入鋼管杭１の一実施形態を示すものである。回転圧入鋼管杭１は、杭２の下端部外側面に杭径より大きく、先端に掘削刃４を有する螺旋状の羽根３が設置され、杭下端面５は開端となっている。図２（ａ）（ｂ）は、回転圧入鋼管杭１の他の実施形態を示すもので、杭２の下端を螺旋状に切り欠いて、その面に先端に掘削刃６を有する螺旋状の羽根７を杭２の外周と内周に跨るように設置したものである。
【００１０】
前記図１及び図２に示された実施形態の回転圧入鋼管杭１の螺旋状の羽根３、７の杭２の外側部分の幅方向の中間点を通る杭中心線ｐ軸に沿って螺旋状の羽根３、７の杭２の外側部分を一直線上に展開し、垂直面内に置くと杭中心軸に垂直な面となす羽根の角度がθで長さＬの直線として表される。図３は、定常状態のｐ軸線上の非掘削面と螺旋状羽根３、７の関係図を示すものである。
【００１１】
図４は、螺旋状の羽根３、７の杭２の外側部分と杭体２の下端の杭圧入部に作用する力を解析したものである。
【００１２】
図５は、図４に示した螺旋状の羽根３、７の外側部分と杭２の下端の杭圧入部に作用する力学的状態をベクトル図で表したものである。
【００１３】
本発明における記号は次のとおりである。
Ａ：Ｄｗ有効とした時の見付面積
Ａｗ：杭外側の羽根の見付面積
Ａｐ：杭圧入部の見付面積（「杭圧入部」は杭下端部をいいＡｐは杭下端部の杭径を直径とする円の面積をいう。）
Ｄｗ’：杭外側羽根の作用円の直径＝{２×（Ｄｗ２−Ｄｏ２）}／{３×（Ｄｗ２−Ｄｏ２）}
Ｄｐ’：杭圧入部の作用円の直径＝（２／３）Ｄｏ
Ｄｏ：杭外側直径
Ｄｗ：羽根の杭外側の直径
Ｈｔ：杭先端に作用するトルクを杭外側部分の羽根の作用円上の水平力に置き換えた値
＝Ｔｂ／（Ｄｗ’／２）
Ｌ：作用円上の羽根長  ＝πＤｗ’／ｃｏｓθ
Ｌｔ：杭頭に作用する上載荷重
Ｌｂ：杭先端に作用する上載荷重  ＝ａＬｔ
Ｐｗ：推進力
Ｆｗ：羽根上面に作用する摩擦力＝αＰｗ
Ｆｐ：杭圧入部に作用する摩擦力＝αＲｐ
Ｒｐ：杭圧入部が受ける貫入抵抗
Ｑｕ：杭の先端支持力
Ｑｕｐ：杭の先端引抜き耐力
Ｑｗｈ：刃先受ける地盤の水平抵抗
Ｑｗｖ：鉛直刃先抵抗  ＝γＲｐ
Ｓ：貫入量
Ｔｔ：杭頭に作用するトルク
Ｔｂ：杭下端に作用するトルク  ＝ａＴｔ
α：地盤と鋼板の摩擦係数
θ：杭中心軸に垂直な面となす羽根の角度
φ：地盤の内部摩擦角
γ：鉛直刃先抵抗係数
η：貫入角度
ａ：上載荷重Ｌｔ及びトルクＴｔの杭先端への伝達率
ｄ：杭の打止め時の貫入量によって決まる修正係数
ｅ：杭外側の羽根の有効率
【００１４】
図５のベクトル図から、
Ｆｐ＝α（Ｄｐ’／Ｄｗ’）Ｒｐ                                          （１）
Ｆｗ＝αＰｗ                                                            （２）
この力の釣り合い式は以下の通りとなる。
Ｈｔ−Ｑｗｈ＝α（Ｄｐ’／Ｄｗ’）Ｒｐ＋Ｐｗｓｉｎθ＋αＰｗｃｏｓθ    （３）
Ｒｐ−Ｌｂ＋Ｑｗｈ＝Ｐｗｃｏｓθ−αＰｗｓｉｎθ                        （４）
式（３）より、
Ｈｔ−Ｑｗｈ−α（Ｄｐ’／Ｄｗ’）Ｒｐ＝Ｐｗ（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）    （５）
式（４）より、
Ｒｐ−Ｌｂ＋Ｑｗｈ＝Ｐｗ（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）                        （６）
式（５）（６）よりＰｗを消去すると、
{Ｈｔ−Ｑｗｈ−α（Ｄｐ’／Ｄｗ’）Ｒｐ}（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）＝
（Ｒｐ−Ｌｂ＋Ｑｗｈ）（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）                          （７）
式（７）よりＲｐを導くと、
（Ｈｔ−Ｑｗｈ）（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）−α（Ｄｐ’／Ｄｗ’）（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）Ｒｐ＝（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）Ｒｐ−（Ｌｂ−γＲｐ）（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）
{（１＋γ）（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）＋α（Ｄｐ’／Ｄｗ’）（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）}
Ｒｐ＝（Ｈｔ−Ｑｗｈ）（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）＋Ｌｂ（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）
かくして、
Ｒｐ＝{（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）（Ｈｔ−Ｑｗｈ）＋（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）Ｌｂ}／
{（１＋γ）（ｓｉｎθ＋αｃｏｓθ）＋α（Ｄｐ’／Ｄｗ’）（ｃｏｓθ−αｓｉｎθ）}
（８）
の算定式が得られる。
【００１５】
上記式（８）に示されるように貫入抵抗Ｒｐは、係数α、ａ及び水平刃先抵抗Ｑｗｈと、
形状によって決定される羽根の傾斜角度θ、杭圧入部の作用円の直径Ｄｐ’及び杭外側の羽根の作用円の直径Ｄｗ’、係数γと、施工管理の記録項目として測定されるトルクＴｔ及び上載荷重Ｌｔによって算定されるものであり、これらのパラメータは、施工前の段階或いは施工過程で地上において、開端・閉端杭について随時測定できるものであるから、基礎杭の品質保証を精度高く行える。
【００１６】
杭の先端支持力Ｑｕを求める式は、
Ｑｕ＝（Ｒｐ／ｄ）×{１＋ｅ（Ａｗ／Ａｐ）}                              （９）
であるが、この式（９）に示されるように杭の先端支持力Ｑｕは、係数α、ａ及び水平刃先抵抗Ｑｗｈと、形状によって決定される羽根の傾斜角度θ、杭圧入部の作用円の直径Ｄｐ’及び杭外側の羽根の見付面積Ａｗ、杭圧入部の見付面積Ａｐ、及び杭外側の羽根の作用円の直径Ｄｗ’、係数γと、施工管理の記録項目として測定されるトルクＴｔ及び上載荷重Ｌｔによって算定されるものであり、これらのパラメータは、施工前の段階或いは施工過程で地上において、開端・閉端杭について随時測定できるものであるから、基礎杭の品質保証を精度高く行える。修正係数ｅとｄは、貫入角度ηの関数として与えられるもので、変動範囲は、０＜ｄ≦１、０＜ｅ≦１であり、これらの数値を用いて式（９）から杭の先端支持力を推定することができる。
【００１７】
杭の先端引抜き耐力Ｑｕｐを求める式は、
Ｑｕｐ≧Ｒｐ−Ｌｂ                                                    （１０）
であるが、この式（１０）に示されるように、杭の先端引抜き耐力Ｑｕｐは、係数α、ａ及び水平刃先抵抗Ｑｗｈと、形状によって決定される羽根の傾斜角度θ、杭圧入部の作用円の直径Ｄｐ’及び杭外側の羽根の作用円の直径Ｄｗ’、係数γと、施工管理の記録項目として測定されるトルクＴｔ及び上載荷重Ｌｔによって算定されるものであり、これらのパラメータは、施工前の段階或いは施工過程で地上において、開端・閉端杭について随時測定できるものであるから、基礎杭の品質保証を精度高く行える。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）（ｂ）本発明の回転圧入鋼管杭の一実施形態を示すものである。
【図２】（ａ）（ｂ）本発明の回転圧入鋼管杭の他の実施形態を示すものである。
【図３】定常状態のｐ軸線上の非掘削面と羽根の関係図を示すものである。
【図４】羽根の杭の外側部分と杭の下端の杭圧入部に作用する力を解析した図である。
【図５】羽根の外側部分と杭の下端の杭圧入部に作用する力学的状態を示すベクトル図である。
【符号の説明】
【００１９】
１    回転圧入鋼管杭
２    杭
３    羽根
４    掘削刃
５    杭下端面
６    掘削刃
７    羽根
【図１】
2005113612.tif 000003
【図２】
2005113612.tif 000004
【図３】
2005113612.tif 000005
【図４】
2005113612.tif 000006
【図５】
2005113612.tif 000007