(57)【要約】【課題】  簡易な構造で水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力を向上させることができる鋼管杭を提供することを目的とする。【解決手段】  中空の鋼管からなり、鋼管に押し込み力を付与することで地盤に打ち込むことにより、地盤中に基礎杭構造を構築する鋼管杭において、前記鋼管は、軸方向に所定長の複数のスリットが形成され、スリットが形成されている部位が、押し込み力によって前記鋼管の外径が変位することを特徴とする。【選択図】  図１
2016089609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の鋼管からなり、該鋼管に押し込み力を付与して地盤に打ち込むことにより、地盤中に基礎杭構造を構築する鋼管杭において、
前記鋼管は、軸方向に所定長の複数のスリットが形成されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項２】
前記スリットが形成されている部位は、前記押し込み力によって前記鋼管の外径が変位することを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項３】
前記スリットは、前記鋼管の略中央付近に、かつ、周回りに複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管杭。
【請求項４】
中空の鋼管からなり、該鋼管に押し込み力を付与して地盤に打ち込むことにより、地盤中に基礎杭構造を構築する鋼管杭において、
前記鋼管は、横断面形状が多角形状の杭本体と、
該杭本体と同軸上で下端から離れた位置にある先端部と、
前記杭本体と該先端部とを連結させる連結部と、
から構成されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項５】
前記先端部は、横断面形状が多角形状で、前記杭本体の長さよりも短い構成であることを特徴とする請求項４記載の鋼管杭。
【請求項６】
前記連結部は、薄板状に形成されており、前記杭本体の下端に前記連結部の一端を溶接で固定し、前記連結部の他端を前記先端部に溶接で固定されることを特徴とする請求項４記載の鋼管杭。
【請求項７】
前記連結部は、幅方向に折り目が形成されている又は予め外方向に対して、くの字状の折れ曲げられていることを特徴とする請求項６記載の鋼管杭。
【請求項８】
前記連結部は、前記鋼管杭に加えられる押し込み力によって、外方向にくの字状に折れ曲がることを特徴とする請求項６記載の鋼管杭。
【請求項９】
前記鋼管の上端または下端付近には固化剤漏出のための複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の鋼管杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光パネル等の構造物を設置する際の基礎となる鋼管杭に関し、特に、簡単な構造で水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力を大きくすることができる鋼管杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物の基礎や地盤強化のために地盤に鋼管杭を回転貫入して埋設することが行われている。一般には、鋼管杭の所定の水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力を確保するために、非常に長い鋼管杭を打ち込む必要があり、この場合、施工性が悪く、また経済的に不利益を伴う問題がある。
そこで、水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力を向上させるために地盤内に侵入する部分の外周面に、地盤内にねじ込まれる螺旋羽根を設けた基礎杭が特許文献１に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２０４２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示す基礎杭の場合、杭打ちする際に専用の重機等を必要とするほか、鉛直方向に回転させながら杭打ちをするため長時間の作業を要するため、作業コストがかかってしまう。また、打設中に地中で螺旋羽根が破損してしまうおそれがあり、所望する水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力を得ることができないという問題があった。
本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力を向上させることができる鋼管杭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】
上記目的を達成するために、本発明の鋼管杭は、中空の鋼管からなり、該鋼管に押し込み力を付与して地盤に打ち込むことにより、地盤中に基礎杭構造を構築する鋼管杭において、前記鋼管は、軸方向に所定長の複数のスリットが形成されていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の鋼管杭は、前記スリットが形成されている部位は、前記押し込み力によって前記鋼管の外径が変位することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の鋼管杭は、前記スリットは、前記鋼管の略中央付近に、かつ、周回りに複数設けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の鋼管杭は、中空の鋼管からなり、該鋼管に押し込み力を付与して地盤に打ち込むことにより、地盤中に基礎杭構造を構築する鋼管杭において、前記鋼管は、横断面形状が多角形状の杭本体と、該杭本体と同軸上で下端から離れた位置にある先端部と、前記杭本体と該先端部とを連結させる連結部と、から構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の鋼管杭は、前記先端部は、横断面形状が多角形状で、前記杭本体の長さよりも短い構成であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の鋼管杭は、前記連結部は、薄板状に形成されており、前記杭本体の下端に前記連結部の一端を溶接で固定し、前記連結部の他端を前記先端部に溶接で固定されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の鋼管杭は、前記連結部は、幅方向に折り目が形成されている又は予め外方向に対して、くの字状の折れ曲げられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の鋼管杭は、前記連結部は、前記鋼管杭に加えられる押し込み力によって、外方向にくの字状に折れ曲がることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の鋼管杭は、前記鋼管の上端または下端付近には固化剤漏出のための複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、鋼管の軸方向に設けられているスリットを有する鋼管杭は、押し込む力を加えられるとスリットが設けられた部位が容易に鋼管の外径より大きく変形するため、水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力を向上させることができる。
また、杭本体と先端部とが連結部で連結された鋼管杭では、押し込む力を加えられると連結部が外方向に対して、くの字状に折り曲げられ、杭本体の外径よりも大きくなることで、水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施形態に係る鋼管杭の構成を示す正面図であり、図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る鋼管杭の上面を示した上面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に係る鋼管杭の施工方法を示した図である。
【図３】図３（ａ）は、穿孔径が１０２ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して水平載荷試験を行った結果を示した表であり、図３（ｂ）は、穿孔径が１２７ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して水平載荷試験を行った結果を示した表である。
【図４】図４（ａ）は、穿孔径が１０２ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して引き抜き試験を行った結果を示した表であり、図４（ｂ）は、穿孔径が１２７ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して引き抜き試験を行った結果を示した表である。
【図５】図５（ａ）は、穿孔径が１０２ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して押し込み試験を行った結果を示した表であり、図５（ｂ）は、穿孔径が１２７ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して押し込み試験を行った結果を示した表である。
【図６】図６（ａ）は、第２の実施形態に係る鋼管杭の構成を示す正面図であり、図６（ｂ）は、第２の実施形態に係る鋼管杭の上面を示した図である。
【図７】鋼管杭の一部が変形した状態を示した図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態に係る鋼管杭の施工方法を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜第１の実施形態＞
次に、図面を参照して本発明の第１の実施形態に係る鋼管杭について説明する。
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る鋼管杭の構成を示す正面図であり、図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る鋼管杭の上面を示した上面図である。
図示するように、鋼管杭１００は、鋼製で中空の管状に形成された管状体１０と、管状体１０の上端に溶接等によって一体化した円板状の接続板１１とからなる。また、管状体１０の略中央付近には、管状体１０の軸方向に複数のスリット１２と、スリット１２の上下付近の位置に貫通孔１３が形成されている。
【００１７】
管状体１０の上端に一体化して設けられている接続板１１は、地上に設置する構造物（例えば、太陽光パネル等の構造物）を鋼管杭１００本体に固定するためのものであり、接続板１１に設けられた複数の接続穴１１ａにネジ等を挿通して構造物を固定させる。
【００１８】
スリット１２は、管状体１０の周回りに対して２〜１０本の本数で管状体１０の軸方向に形成されている。スリット１２の本数又は幅については、鋼管杭１００の長さや径の大きさによって変えることが可能であり、また、埋設する地盤の強弱等によって変えることが可能である。例えば、弱い地盤では、本数を多くし、強い地盤では、比較的本数を少なくすることによって地盤の強弱に対応する。この、スリット１２を形成することにより、鋼管杭１００に対して鉛直方向に外力を加えると、このスリット１２が形成された部位がその荷重に耐えられずに外方向に膨らんだり、折れ曲がったりする。これにより、鋼管杭１００を地中に埋設した後の水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力が向上することになる。
【００１９】
また、スリット１２の長さや幅によって変形する部位の形状を変えることができる。
鋼管杭１００を重機等で地中に埋設する際、鋼管杭１００の鉛直方向に外力を加えることで、スリット１２に設けられた部位に大きな圧縮応力が作用する。この圧縮応力がこの部位に作用すると、外方向に膨らんだり、折れ曲がり、この部位が管状体１０の外径より大きくなる。これにより鋼管杭１００の水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力が向上する。
なお、この部位を外側に膨らみやすく又は折れ曲がりやすくするために、例えば、他の部位に比べて薄く形成したり、切れ目を入れたりしてもよい。また、上記したように、スリット１２の幅を大きくすることで変形する部位を細くし、膨らみやすく又は折れ曲がりやすくすることも可能である。
【００２０】
貫通孔１３は、セメントミルク等の固化剤を地中に漏れ出させる孔である。即ち、鋼管杭１００を地中に埋設した後、管状体１０の内部に必要に応じてセメントミルクやセメントモルタルを打設すると、管状体１０の上端及び下端付近に設けられている貫通孔１３からセメントミルクやセメントモルタルが地中に漏れ出し、後に固まることで鋼管杭１００が周囲の土壌と一体化し、より水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵応力を向上させることができる。
【００２１】
次に、図２を参照して鋼管杭の施工方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｄ）は、鋼管杭の施工方法を示した図である。
まず、地盤の所定の位置に重機等で鋼管杭１００の直径よりも大きく、また、鋼管杭１００の長さと同程度の深さもしくは、地面から鋼管杭１００の上端が突出する深さを掘削する。そして、掘削した穴にくり粉とセメント混合したものを埋め戻す（図２（ａ））。埋め戻すくり粉とセメントの量は、例えば、掘削した穴の深さの１／４〜１／３が埋まる程度であって、施工状況によって量を変えることができる。
また、掘削した穴にくり粉とセメントを混合したものを埋め戻すことで、複数の掘削した穴の深さを一定にすることができると同時に、打設した鋼管杭１００の高さを揃えることが容易となる。
【００２２】
次に、掘削した穴に鋼管杭１００を重機等で打設し、鋼管杭１００の先端が埋め戻した深さに到達したら、鋼管杭１００に打撃を加える。これにより、スリット１２が設けられた部位に圧縮応力が加わり、外方へ膨らんだり、または折れ曲がったりすることで、この変形部位が管状体１０の外径よりも大きくなる（図２（ｃ））。
次に、鋼管杭１００の上端の開口部からセメントミルクやセメントモルタルを流し込む（図２（ｄ））。充填されるセメントミルクやセメントモルタルは、管状体１０に設けられている貫通孔１３やスリット１２から掘削した穴に漏れ出す。セメントミルクやセメントモルタルは、管状体１０の内部と掘削した穴及び鋼管杭１００の周囲が充填されるまで流し込む。これにより、鋼管杭１００が周囲の土壌と一体化するとともに、管状体１０の内部に充填されたセメントミルクやセメントモルタルが固化することで鋼管杭１００本体の強度が高まり、水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力が向上する。
【００２３】
次に、上記した施工方法によって地盤に打設された鋼管杭の水平抵抗力、引き抜き抵抗力、押し込み抵抗力を評価するために、水平載荷試験、引き抜き試験、押し込み試験を行った。
なお、各試験を行う際に地盤に掘削した穴の穿孔径は１０２ｍｍと１２７ｍｍであって、鋼管杭１００を地盤に打設後、約３週間の養生期間を経て各試験を行った。
【００２４】
＜水平載荷試験＞
水平載荷試験は、鋼管杭の地盤から突出した部分に対して水平方向に荷重を与え、荷重と変位の関係を調査するためのものである。
試験方法としては、鋼管杭の地盤から突出した部分に油圧ジャッキで水平方向に荷重を１分間サイクルで０．５ｋＮずつ増加するように与え、４ｋＮの荷重まで与えた後、１．０ｋＮずつ減少するように荷重を与え、１分間ごとの変位量を計測する
このようにして実施した水平載荷試験の結果を図３（ａ）〜（ｂ）に示す。
図３（ａ）は、穿孔径が１０２ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して水平載荷試験を行った結果を示した表であり、図３（ｂ）は、穿孔径が１２７ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して水平載荷試験を行った結果を示した表である。
図３（ａ）に示すように、最大変位量は３ｋＮの荷重を与えたとき０．５０ｍｍであり、図３（ｂ）に示されるように最大変位量は４ｋＮの荷重を与えたとき０．４１ｍｍであった。
従って、水平載荷試験における最大変位量０．５０ｍｍで、最大荷重の４ｋＮの荷重保持が可能であることが判断できる。
【００２５】
＜引き抜き試験＞
引き抜き試験は、鋼管杭の地盤から突出した部分に対して垂直方向に引っ張る荷重を与え、荷重と変位の関係を調査するためのものである。
試験方法としては、鋼管杭の地盤から突出した部分に油圧ジャッキで垂直方向に引っ張る荷重を１分間サイクルで１．２０ｋＮずつ増加するように与え、９．６０ｋＮの荷重まで与えた後、１．４０ｋＮずつ減少するように荷重を与え、１分間ごとの変位量を計測する。
このようにして実施した引き抜き試験の結果を図４（ａ）〜（ｂ）に示す。
図４（ａ）は、穿孔径が１０２ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して引き抜き試験を行った結果を示した表であり、図４（ｂ）は、穿孔径が１２７ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して引き抜き試験を行った結果を示した表である。
図４（ａ）に示すように、最大変位量は９．６０ｋＮの荷重を与えたときに０．２８ｍｍであり、図４（ｂ）に示されるように最大変位量は９．６０ｋＮの荷重を与えたときに０．１４ｍｍであった。
従って、引き抜き試験における最大変位量０．２８ｍｍで、最大荷重の９．６０ｋＮの荷重保持が可能であることが判断できる。
【００２６】
＜押し込み試験＞
押し込み試験は、鋼管杭の地盤から突出した部分に対して鉛直方向に押し込む荷重を与え、荷重と変位の関係を調査するためのものである。
試験方法としては、鋼管杭の地盤から突出した部分に重機で油圧ジャッキを介して鉛直方向に押し込む荷重を１分間サイクルで１．８０ｋＮずつ増加するように与え、１４．４０ｋＮの荷重まで与えた後、１．６０ｋＮずつ減少するように荷重を与え、１分間ごとの変位量を計測する。
このようにして実施した引き抜き試験の結果を図５（ａ）〜（ｂ）に示す。
図５（ａ）は、穿孔径が１０２ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して押し込み試験を行った結果を示した表であり、図５（ｂ）は、穿孔径が１２７ｍｍの掘削した穴に鋼管杭を打設して押し込み試験を行った結果を示した表である。
図５（ａ）に示すように、最大変位量は１２．６０ｋＮの荷重を与えたときに０．３１ｍｍであり、図５（ｂ）に示されるように最大変位量は１０．８０ｋＮの荷重を与えたときに０．２８ｍｍであった。
従って、押し込み試験における最大変位量は０．３１ｍｍで、最大荷重は図示するように１４．４ｋＮの荷重保持が可能であることが判断できる。
なお、各試験に穿孔径１２７ｍｍの鋼管杭が１０２ｍｍの鋼管杭に比べ変位量が小さい結果となった。
【００２７】
以上の試験結果から本実施形態に係る鋼管杭は、水平方向に最大４ｋＮの荷重保持が可能であり、引き抜きに対しては最大９．６ｋＮの荷重保持が可能であり、押し込みに対しては最大１４．４ｋＮの荷重保持が可能であり、水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力は充分あると判断することができる。
また、このような試験結果から本発明の鋼管杭を太陽光パネルの基礎杭や、マンションやビルといった大型の構造物の基礎杭としても利用することが可能である。
【００２８】
＜第２の実施形態＞
次に、図６〜８を参照して、第２の実施形態に係る鋼管杭の構成について説明する。
図６（ａ）は、第２の実施形態に係る鋼管杭の構成を示した正面図であり、図６（ｂ）は、第２の実施形態に係る鋼管杭の構成を示した上面図である。
図示するように、鋼管杭２００は、杭本体２０と、杭本体２０の上端に溶接等によって一体化して取り付けられた接続板２１と、杭本体２０の下端から離れた位置にある先端部２２と、杭本体２０と先端部２２とを連結させる連結部材２３とから構成されている。
杭本体２０は、長尺状で横断面形状が矩形の角パイプで形成されており、側面のそれぞれに貫通孔２０ａが形成されている。これらの貫通孔２０ａは、それぞれ高さが異なる位置に形成されている。なお、杭本体２０の横断面形状は矩形状に限らず多角形状でもよい。
接続板２１は、円板状で地上に設置する構造物（例えば太陽光パネル等の構造物）を鋼管杭２００本体に固定するものであり、接続板２１に設けられた複数の接続孔２１ａにネジ等を挿通して構造物を固定する。
先端部２２は杭本体２０と同様に、横断面形状が矩形状の角パイプで形成されており、杭本体２０の長さより短い構成となっている。
なお、先端部２２の横断面形状は、杭本体が多角形状の場合は同様に多角形状でもよい。
【００２９】
連結部材２３は略長方形状でかつ、薄板状で形成された部材であって、杭本体２０の側面に一端を溶接し、他端を先端部２２に溶接することで杭本体２０と先端部２１とを連結させる。
この連結部材２３は、杭本体２０の側面の下端に取り付けられ、例えば、杭本体２０の横断面形状が矩形状であれば、４面に取り付けるか又は向かい合うようにして２面に取り付ける。そして、連結部材２３には、鋼管杭２００を重機等で打設した際に、外方向にくの字状に折れ曲がり易くするために、連結部材２３の幅方向に折り目２３ａを形成するもしくは、予め外方向に曲げておいてもよい。
【００３０】
杭本体２０に形成される貫通孔２０ａは、上記した第１の実施形態の鋼管杭１００に形成された貫通孔１３と同様に、セメントミルク等の固化剤を地中に漏れ出させる孔である。
【００３１】
図７は、第２の実施形態に係る鋼管杭の一部が変形した状態を示した図である。
図示するように、鋼管杭２００に対して鉛直方向に外力を加えると、連結部材２３が荷重に耐えられずに外方向にくの字状に折れ曲がる。連結部材２３は、上記したように薄板状で折り目が形成されているもしくは予め外方向に折れ曲がっているため、鋼管杭２００に対して加えられる外力によって容易に外方向にくの字状に折れ曲がる。
このように、地中で連結部２３が外方向にくの字状に折れ曲がることにより、鋼管杭２００の水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力を向上させることができる。
【００３２】
図８（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態に係る鋼管杭の施工方法を説明した図である。
まず、地盤所定の位置に重機等で鋼管杭２００の直径よりも大きく、また、鋼管杭２００の長さと同程度の深さもしくは、地面から鋼管杭２００の上端が突出する深さを掘削する。そして、掘削した穴に砕石を入れる（図８（ａ））。なお、施工状況に応じて砕石の大きさや砕石を入れる量を変えることができ、例えば、掘削した穴の深さの１／４〜１／３が埋まる程度である。
掘削した穴に一定量の砕石を入れることで、複数の掘削した穴の深さを一定にすることができると同時に、打設した鋼管杭２００の高さを揃えることが容易となる。
【００３３】
次に、掘削した穴に鋼管杭２００を重機等で打設し（図８（ｂ））、鋼管杭２００の先端が入れられた砕石の深さに到達した鋼管杭２００に打撃を加える。これにより、連結部材２３に圧縮応力が加わることで外方向にくの字状に折れ曲がり、鋼管杭２００の外径よりも大きくなる（図８（ｃ））。
鋼管杭２００に対して打撃が加えられると先端部２２が砕石に対して大きく抵抗力を示すため、この抵抗力に耐えることができない連結部２３は、折れ目に沿って外方向に対して、くの字状に折れ曲がる。また、連結部２３が予め外方向に対して、わずかであるが、くの字状に折れ曲がっていることにより、抵抗力に耐えることができない連結部２３は、さらに外方向にくの字状に折れ曲がる。
【００３４】
次に、鋼管杭２００の上端の開口部からセメントミルクやセメントモルタルを流し込む。充填されるセメントミルクやセメントモルタルは、杭本体２０に形成された貫通孔２３やくの字状に折れ曲がった連結部材２３の隙間から掘削した穴に漏れ出す。セメントミルクやセメントモルタルは、杭本体２０の内部と掘削した穴及び鋼管杭２００の周囲が充填されるまで流し込む。これにより、水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力が向上する。
さらに、地表面に突出した杭本体２０の周囲を一定の深さまで掘削し、突出した杭本体２０にボイド管３００を被せる。そして、ボイド管３００と杭本体２０との空間にコンクリートを打設する（図８（ｄ））。これにより、地表面に突出した杭本体２０を地面と固定することができるため、さらに、水平抵抗力が増す。よって、鋼管杭２００の上部に設置される構造物が風に煽られたとしても地表面に突出した杭本体２０が地表面に固定されているため、鋼管杭２００がぐらついたり、抜けたりすることを防止することができる。
【００３５】
このように、第２の実施形態に係る鋼管杭は、安価な材料で形成することができるとともに、連結部が押し込む力を加えられると外方向に対して、くの字状に折り曲げられ、杭本体の外径よりも大きくなることで、水平抵抗力、引き抜き抵抗力及び押し込み抵抗力を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１００、２００    鋼管杭
１０    管状体
１１、２１    接続板
１１ａ    接続穴
１２    スリット
１３、２０ａ    貫通孔
２０    杭本体
２２    先端部
２３    連結部材
【図１】
2016089609.tif 000003
【図２】
2016089609.tif 000004
【図３】
2016089609.tif 000005
【図４】
2016089609.tif 000006
【図５】
2016089609.tif 000007
【図６】
2016089609.tif 000008
【図７】
2016089609.tif 000009
【図８】
2016089609.tif 000010