(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管杭の杭頭部外周面に固定された係合コマと、杭打ち機に上下スライドかつ回転自在に設けられたカップリングとの係合により、回転されて地盤に貫入される鋼管杭の施工時において、補強部材を仮設して杭頭部を補強する鋼管杭施工時の杭頭補強構造であって、
前記補強部材は、前記鋼管杭の内径よりも大きな外形寸法を有して杭頭部に載置可能な支持部と、この支持部の下面に固定された複数の鋼製板材で構成される連結部と、この連結部の下端に固定されかつ前記鋼管杭の内径よりも小さな外形寸法を有して鋼管杭内に挿入可能な補強部と、を備えて構成され、
前記補強部は、前記鋼管杭に挿入された状態において、少なくとも前記係合コマの固定位置に対応した前記鋼管杭の内周面に近接し、かつ当該鋼管杭の長手方向に略直交して延びる鋼製板材を有して形成されていることを特徴とする鋼管杭施工時の杭頭補強構造。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼管杭施工時の杭頭補強構造において、
前記補強部材と前記カップリングとを着脱自在に連結する連結手段を備えたことを特徴とする鋼管杭施工時の杭頭補強構造。
【請求項３】
請求項２に記載の鋼管杭施工時の杭頭補強構造において、
前記連結手段は、前記補強部材の支持部から上方に突出して形成された係止部と、前記カップリングに設けられた挿通孔と、この挿通孔から挿通されて前記係止部と係合する棒状部材とを有して構成されていることを特徴とする鋼管杭施工時の杭頭補強構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の鋼管杭施工時の杭頭補強構造において、
前記補強部材の補強部を形成する鋼製板材は、前記鋼管杭の内径よりも所定寸法だけ小さな外径を有する円板であることを特徴とする鋼管杭施工時の杭頭補強構造。
【請求項５】
鋼管杭の杭頭部外周面に固定された係合コマと、杭打ち機に上下スライドかつ回転自在に設けられたカップリングとの係合により、鋼管杭を回転させて地盤に貫入する鋼管杭の施工方法であって、
前記鋼管杭の内径よりも大きな外形寸法を有して杭頭部に載置可能な支持部と、この支持部の下面に固定された複数の鋼製板材で構成される連結部と、この連結部の下端に固定されかつ前記鋼管杭の内径よりも小さな外形寸法を有して鋼管杭内に挿入可能な補強部とを備えるとともに、杭頭部にセットした状態において前記鋼管杭の長手方向に略直交して延びる鋼製板材を有して前記補強部が形成された補強部材を用い、
前記補強部を杭頭部に挿入し、当該補強部の鋼製板材を少なくとも前記係合コマの固定位置に対応した前記鋼管杭の内周面に近接させて前記補強部材をセットし、
前記カップリングを係合コマと係合させて当該カップリングの回転により前記鋼管杭を地盤に所定位置まで貫入し、
前記カップリングを前記鋼管杭から取り外す前の所定時期に当該カップリングと前記補強部材とを連結手段で連結し、この連結された補強部材を前記カップリングとともに前記鋼管杭の杭頭部から取り外すことを特徴とする鋼管杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭施工時の杭頭補強構造および鋼管杭の施工方法に関し、詳しくは、鋼管杭の杭頭部外周面に固定された係合コマと、杭打ち機に上下スライドかつ回転自在に設けられたカップリングとの係合により、回転されて地盤に貫入される鋼管杭の杭頭補強構造および施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カップリング（回転キャップ）との係合により鋼管杭を回転して地盤に貫入する鋼管杭の回転装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された鋼管杭の回転装置は、鋼管杭の杭頭に固定した係止駒に係合する掛止溝を有した回転キャップと、鋼管杭の頭端部内に遊嵌される肉厚管を有した回転補強体とを備えて構成されている。そして、この回転装置では、回転キャップにより鋼管杭を回転させることで、杭先端に設けた螺旋翼の回転推進作用により鋼管杭が地盤に埋設されるとともに、回転キャップによるトルク（捩りモーメント）が大きくなった場合（例えば、杭先端が固い支持層や中間層に達した場合）でも、回転補強体の肉厚管が鋼管杭の内周面に当接することで杭頭部の変形が防止できるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第２５７２３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載の回転装置においては、鋼管杭の内径よりも若干小さな外径を有した肉厚管を用いて回転補強体を形成しているため、鋼管杭の種類ごとに肉厚管を製造しなければならず、その加工難易度や加工コストが高くなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、加工難易度が低減できる鋼管杭施工時の杭頭補強構造および鋼管杭の施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の鋼管杭施工時の杭頭補強構造は、鋼管杭の杭頭部外周面に固定された係合コマと、杭打ち機に上下スライドかつ回転自在に設けられたカップリングとの係合により、回転されて地盤に貫入される鋼管杭の施工時において、補強部材を仮設して杭頭部を補強する鋼管杭施工時の杭頭補強構造であって、前記補強部材は、前記鋼管杭の内径よりも大きな外形寸法を有して杭頭部に載置可能な支持部と、この支持部の下面に固定された複数の鋼製板材で構成される連結部と、この連結部の下端に固定されかつ前記鋼管杭の内径よりも小さな外形寸法を有して鋼管杭内に挿入可能な補強部と、を備えて構成され、前記補強部は、前記鋼管杭に挿入された状態において、少なくとも前記係合コマの固定位置に対応した前記鋼管杭の内周面に近接し、かつ当該鋼管杭の長手方向に略直交して延びる鋼製板材を有して形成されていることを特徴とする。
【０００７】
以上の杭頭補強構造によれば、鋼管杭に挿入された状態において、係合コマの固定位置に対応した前記鋼管杭の内周面に近接する鋼製板材を有して補強部材の補強部を形成したので、従来の回転補強体のように肉厚管の曲げ加工が不要になり、加工が容易な切断加工によって補強部の鋼製板材を制作して補強部材を製造することができ、加工難易度や加工コストを大幅に低減することができる。
ここで、補強部材の補強部は、カップリングの回転トルクによって変形しようとする杭頭部の係合コマに対応した鋼管杭内周面に近接して配置され、杭頭部が変形し始めた時点で内周面に当接して変形を防止するようになっていればよい。また、補強部材の支持部と補強部とは、適宜な板材や棒材からなる連結部で連結されていればよい。つまり、この連結部には、杭頭部の変形防止する際の応力が作用しないため、従来の肉厚管のような過大な断面を有した鋼材を用いる必要がなく、この点でも加工難易度や加工コストを低減することができる。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の鋼管杭施工時の杭頭補強構造は、請求項１に記載の鋼管杭施工時の杭頭補強構造において、前記補強部材と前記カップリングとを着脱自在に連結する連結手段を備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、連結手段によって補強部材とカップリングとを連結することで、鋼管杭貫入後にカップリングを杭頭部から取り外す際に、カップリングとともに補強部材を杭頭部から取り外し、その後にカップリングから補強部材を取り外すことができる。従って、カップリングの回転トルクにより杭頭部が若干変形して補強部材の補強部に当接し、人手により補強部材を取り外すことが困難な状態であっても、杭打ち機によるカップリング引き上げ力で補強部材を取り外すことができるので、作業性をさらに向上させることができる。
【０００９】
さらに、本発明の請求項３に記載の鋼管杭施工時の杭頭補強構造は、請求項２に記載の鋼管杭施工時の杭頭補強構造において、前記連結手段は、前記補強部材の支持部から上方に突出して形成された係止部と、前記カップリングに設けられた挿通孔と、この挿通孔から挿通されて前記係止部と係合する棒状部材とを有して構成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、カップリングの挿通孔から棒状部材をカップリング内部に挿通し、補強部材の係止部に係合させることで、カップリングと補強部材とを容易に連結することができるとともに、棒状部材を引き抜くだけでカップリングと補強部材との連結を容易に外すことができる。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載の鋼管杭施工時の杭頭補強構造は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の鋼管杭施工時の杭頭補強構造において、前記補強部材の補強部を形成する鋼製板材は、前記鋼管杭の内径よりも所定寸法だけ小さな外径を有する円板であることを特徴とする。
このような構成によれば、円板からなる鋼製板材を用いて補強部材の補強部を形成することで、カップリングの回転トルクによって変形しようとする鋼管杭の内周面全周に沿って補強部を位置させることができ、効果的に変形防止ができるとともに、補強部材のセッティングに際してセット方向を考慮しなくてもよいので、作業性も向上させることができる。
【００１１】
一方、本発明の請求項５に記載の鋼管杭の施工方法は、鋼管杭の杭頭部外周面に固定された係合コマと、杭打ち機に上下スライドかつ回転自在に設けられたカップリングとの係合により、鋼管杭を回転させて地盤に貫入する鋼管杭の施工方法であって、前記鋼管杭の内径よりも大きな外形寸法を有して杭頭部に載置可能な支持部と、この支持部の下面に固定された複数の鋼製板材で構成される連結部と、この連結部の下端に固定されかつ前記鋼管杭の内径よりも小さな外形寸法を有して鋼管杭内に挿入可能な補強部とを備えるとともに、杭頭部にセットした状態において前記鋼管杭の長手方向に略直交して延びる鋼製板材を有して前記補強部が形成された補強部材を用い、前記補強部を杭頭部に挿入し、当該補強部の鋼製板材を少なくとも前記係合コマの固定位置に対応した前記鋼管杭の内周面に近接させて前記補強部材をセットし、前記カップリングを係合コマと係合させて当該カップリングの回転により前記鋼管杭を地盤に所定位置まで貫入し、前記カップリングを前記鋼管杭から取り外す前の所定時期に当該カップリングと前記補強部材とを連結手段で連結し、この連結された補強部材を前記カップリングとともに前記鋼管杭の杭頭部から取り外すことを特徴とする。
【００１２】
以上の施工方法によれば、前述した杭頭補強構造と同様に、補強部材の加工難易度や加工コストを大幅に低減することができる。さらに、カップリングとともに補強部材を杭頭部から取り外すことで、人手により補強部材を取り外す必要がなく、施工時の作業性を一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のような本発明の鋼管杭施工時の杭頭補強構造および鋼管杭の施工方法によれば、補強部材の加工手間や加工コストが低減できるとともに、鋼管杭施工時の作業性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る鋼管杭１の杭頭補強構造を示す斜視図である。図２は、杭頭補強構造に用いる補強部材１０を示す斜視図である。図３は、補強部材１０をセットした状態の杭頭部を示す断面図である。図４は、カップリングをセットした状態の杭頭部を示す断面図である。
図１〜図４において、鋼管杭１は、円形鋼管で形成された鋼管杭本体１Ａと、この鋼管杭本体１Ａの先端（下端）に固定された螺旋状の羽根１Ｂと、杭頭部の外周面に固定された２つの係合コマ１Ｃとを有して形成されている。そして、鋼管杭１は、杭打ち機Ｍ（図５）に上下スライドかつ回転自在に設けられたカップリング２が係合コマ１Ｃに係合することで回転され、羽根１Ｂが地盤Ｇにねじ込まれるとともに、カップリング２により下方に押圧され地盤に貫入（回転圧入）される。このカップリング２は、下方に開口して鋼管杭１の外径よりも若干大きな内径を有した略円筒状のカップリング本体２Ａを有し、このカップリング本体２Ａの側面２箇所には、係合コマ１Ｃに係合する係合孔２Ｂと、後述する連結棒３を挿通するための挿通孔２Ｃとが設けられている。
【００１５】
このような鋼管杭１の貫入時（施工時）において、鋼管杭１の杭頭部には、カップリング２から鋼管杭本体１Ａに作用するトルク（回転モーメント）によって杭頭部が変形しないように補強するための補強部材１０が仮設されるようになっている。
補強部材１０は、図２、図３に示すように、鋼管杭本体１Ａの内径よりも大きな外形寸法を有して杭頭部に載置可能な支持部としての支持円板１１と、この支持円板１１の下面に固定された連結部としての連結板１２と、この連結板１２の下端に連結されかつ鋼管杭本体１Ａの内径よりも小さな外形寸法を有して鋼管杭本体１Ａ内に挿入可能な補強部としての補強円板１３と、支持円板１１の上面から上方に突出して形成された係止部としての係止板１４とを備えて構成されている。これらの支持円板１１、連結板１２、補強円板１３、および係止板１４は、それぞれ鋼製板材から切断加工によって形成されており、互いに溶接によって一体化されている。
【００１６】
補強部材１０の補強円板１３は、鋼管杭本体１Ａに挿入された状態において、係合コマ１Ｃの固定位置に対応した鋼管杭１の内周面に近接する、すなわち、図３に示すように、補強円板１３は、係合コマ１Ｃの高さ寸法Ｈの範囲内に位置し、鋼管杭１の内周面と補強円板１３の外周縁とが所定の隙間寸法（例えば、２〜５mm）を有して位置するようになっている。そして、補強円板１３は、鋼管杭１の長手方向（上下方向）に略直交して延びる、つまり鋼管杭１に挿入された状態において略水平に位置するようになっている。
このような補強円板１３は、係合コマ１Ｃを介してカップリング２からのトルクが鋼管杭１の杭頭部に作用して鋼管杭本体１Ａが変形しようとした際に、鋼管杭本体１Ａの内周面に当接して内側から荷重を支持することで、鋼管杭本体１Ａの変形を防止することができるようになっている。
【００１７】
補強部材１０の係止板１４には、挿通孔１４Ａが設けられており、この挿通孔１４Ａは、図４に示すように、補強部材１０を鋼管杭１の杭頭部にセットしかつカップリング２を係合コマ１Ｃに係合させた状態において、カップリング２の挿通孔２Ｃと略同一高さ位置となるように形成されている。そして、カップリング２の挿通孔２Ｃおよび補強部材１０の挿通孔１４Ａには、棒状部材としての連結棒３が挿通され、この連結棒３を挿通することで、カップリング２と補強部材１０とが連結されるようになっている。すなわち、挿通孔２Ｃ，１４Ａおよび連結棒３によって本発明の連結手段が構成されている。一方、連結棒３を挿通孔２Ｃ，１４Ａから抜けば、カップリング２と補強部材１０との連結が外れるようになっている。
【００１８】
次に、鋼管杭１の施工方法について、図５および図６も参考にして説明する。
図５(Ａ)〜(Ｈ)は、鋼管杭１の施工手順を説明する図である。図６は、鋼管杭１の施工手順を説明するフローチャートである。
ここでは、鋼管杭１を上下に２本（下杭および上杭）連結して一体化したものについて説明するが、鋼管杭１が１本で構成されるものでも、あるいは３本以上を連結したものでも、施工方法としては略同様の手順を繰り返すこととなる。
【００１９】
先ず、図６のステップ１（以下、ステップをＳと表記する。Ｓ１）において、杭芯を確認した後に、下杭である鋼管杭１の杭頭部に補強部材１０を図３のようにセットする（Ｓ２）。
次に、杭打ち機Ｍによって図５(Ａ)に示すように下杭を、図５(Ｂ)に示すように鋼管杭１の杭頭部にカップリング２をセットし、図４のように係合孔２Ｂを係合コマ１Ｃに係合させる（下杭の建て込みＳ３）。
次に、図５(Ｃ)に示すように杭打ち機Ｍによってカップリング２を回転させるとともに下方に押し下げ、羽根１Ｂを地盤Ｇにねじ込むことで鋼管杭１を地盤Ｇに貫入する（回転圧入Ｓ４）。そして、図５(Ｄ)に示すように鋼管杭１の杭頭部が地表付近の作業員が作業可能な位置まで下がった状態において、カップリング２の挿通孔２Ｃから連結棒３を挿通し、補強部材１０の挿通孔１４Ａに連結棒３を挿通することで、カップリング２と補強部材１０とを連結する。このようにカップリング２と補強部材１０とを連結してから、杭打ち機Ｍによってカップリング２を引き上げ、カップリング２とともに補強部材１０を杭頭部から取り外す。
以上の各工程によって下杭の施工が終了する。
【００２０】
次に、上杭である鋼管杭１の杭頭部に補強部材１０をセットし（Ｓ５）、杭打ち機Ｍによって上杭を吊り上げてカップリング２の係合孔２Ｂを係合コマ１Ｃに係合させる（上杭の建て込みＳ６）。そして、図５(Ｅ)に示すように下杭の上端縁と上杭の下端縁とを溶接し（Ｓ７）、この溶接箇所を外観検査して（Ｓ８）問題なければ上杭と下杭との連結が完了する。
次に、図５(Ｆ)に示すように杭打ち機Ｍによってカップリング２を回転させるとともに下方に押し下げ、下杭の羽根１Ｂをさらに地盤Ｇにねじ込むことで一体化された上下の杭を地盤Ｇに貫入する（回転圧入Ｓ９）。そして、上杭の杭頭部が地表付近まで下がった状態において、カップリング２の挿通孔２Ｃから連結棒３を挿通し、補強部材１０の挿通孔１４Ａに連結棒３を挿通することで、カップリング２と補強部材１０とを連結する。
このようにカップリング２と補強部材１０とを連結してから、図５(Ｇ)に示すように、下杭の先端が支持層に達し、上杭の杭頭部が地表面から所定の深さ位置になるまで回転圧入を続ける（打止め確認Ｓ１０）。
打止め位置を確認した後に、杭打ち機Ｍによってカップリング２を引き上げ、カップリング２とともに補強部材１０を杭頭部から取り外し、上杭の上側に土を埋め戻して（Ｓ１１）施工が完了する。
【００２１】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）すなわち、鋼管杭１に挿入された状態において、係合コマ１Ｃの固定位置に対応した鋼管杭本体１Ａの内周面に近接する補強円板１３を有して補強部材１０が形成されているので、従来の回転補強体のように肉厚管の曲げ加工が不要になり、加工が容易な切断加工によって補強円板１３を制作して補強部材１０を製造することができ、加工難易度や加工コストを大幅に低減することができる。
【００２２】
（２）さらに、補強部材１０の支持円板１１と補強円板１３とが連結板１２で連結されているので、この点でも加工難易度や加工コストを低減し、補強部材１０の重量を低減することができる。
【００２３】
（３）また、連結棒３によって補強部材１０とカップリング２とが連結されることで、鋼管杭１の貫入後にカップリング２とともに補強部材１０を杭頭部から取り外すことができる。従って、カップリング２の回転トルクにより杭頭部が若干変形して補強部材１０の補強円板１３に当接し、人手により補強部材１０を取り外すことが困難な状態であっても、杭打ち機Ｍによるカップリング引き上げ力で補強部材１０を取り外すことができ、作業性をさらに向上させることができる。
【００２４】
（４）さらに、連結棒３を用いて連結手段を構成したことで、カップリング２の挿通孔２Ｃから連結棒３をカップリング２内部に挿通し、補強部材１０の挿通孔１４Ａに挿通することで、カップリング２と補強部材１０とを容易に連結することができるとともに、連結棒３を引き抜くだけで補強部材１０をカップリング２から容易に取り外すことができる。
【００２５】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態においては、係合コマ１Ｃの固定位置に対応した１枚の補強円板１３を有して補強部材１０が形成されていたが、これに限らず、図７に示すように、複数の補強円板（補強部）を有した補強部材１０Ａを用いてもよい。すなわち、図７において、補強部材１０Ａは、支持円板１１と、この支持円板１１の下面に固定された連結板１２Ａと、この連結板１２Ａの下端に連結された補強円板１３Ａと、この補強円板１３Ａの下面に固定された連結板１２Ｂと、この連結板１２Ｂの下端に連結された補強円板１３Ｂとを有して構成されている。そして、鋼管杭１に挿入された状態において、上側の補強円板１３Ａは、係合コマ１Ｃの固定位置に対応した鋼管杭１の内周面に近接し、下側の補強円板１３Ｂは、係合コマ１Ｃの固定位置よりも下方における鋼管杭１の内周面に近接して配置されるようになっている。
【００２６】
また、前記実施形態では、補強部材１０の補強部として補強円板１３を用いたが、補強部の形態は円板に限らず、鋼管杭１の内周面に近接する複数の当接部を有して多角形状に形成されていてもよく、あるいは外周面に凹凸を有して形成されていてもよい。
さらに、前記実施形態では、補強部材１０の支持部として、鋼板からなる支持円板１１を用いたが、支持部の形態は円板に限らず、鋼管杭１の上端縁に安定して載置される形態であれば、特にその形状は限定されない。すなわち、補強部材１０の支持部は、棒状部材で形成されてもよく、また連結板１２の上端部に形成した鉤型の係止爪等が鋼管杭１の上端縁に引っかかるように構成されたものであってもよい。
【００２７】
また、前記実施形態では、鋼管杭１の施工時において、下杭または上杭の建て込み時に補強部材１０をセットするような施工手順としたが、これに限らず、鋼管杭１先端の羽根１Ｂが地盤の中間層や支持層に達した時点で、一旦カップリング２を引き上げ、補強部材１０をセットしてもよい。さらに、事前の地盤調査によって堅固な中間層等の存在が確認されていない場合には、補強部材１０をセットせずに下杭の回転圧入を実施してもよい。
さらに、カップリング２と補強部材１０とを連結する連結棒３を挿通する時期としては、カップリング２の引き上げ前であればよく、特に限定されるものではない。
【００２８】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る鋼管杭の杭頭補強構造を示す斜視図である。
【図２】杭頭補強構造に用いる補強部材を示す斜視図である。
【図３】前記補強部材をセットした状態の杭頭部を示す断面図である。
【図４】カップリングをセットした状態の杭頭部を示す断面図である。
【図５】(Ａ)〜(Ｈ)は、鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図６】鋼管杭１の施工手順を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の変形例に係る補強部材を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…鋼管杭、１Ｃ…係合コマ、２…カップリング、２Ｃ…挿通孔、３…棒状部材である連結棒、１０…補強部材、１１…支持部である支持円板、１３，１３Ａ，１３Ｂ…補強部である補強円板、１４…係止部としての係止板、Ｇ…地盤、Ｍ…杭打ち機。
【図１】
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【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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