(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管の先端部又はその近傍に翼が取り付けられ、前記鋼管に回転力を与えることにより地中に貫入して埋設される翼付き鋼管杭において、
前記翼が、直径が前記鋼管の直径より大きい円形鋼板又は中心に開口部を有する円形鋼板を、複数に分割した鋼製板であり、
前記鋼管と前記翼との取り付け部を補助部材によって補強し、該補助部材は翼取付用板であって、前記鋼管に翼取付用板を取り付け、該翼取付用板に翼をボルト接合により取り付けたことを特徴とする翼付き鋼管杭。
【請求項２】
前記鋼管に翼取付用板を溶接により取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の翼付き鋼管杭。
【請求項３】
前記鋼管に翼取付用板をボルトにより取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の翼付き鋼管杭。
【請求項４】
翼の外径を鋼管径の１．２〜３倍としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の翼付き鋼管杭。
【請求項５】
翼の内径を鋼管径の０．２５〜０．９倍として、鋼管の先端に開口部を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の翼付き鋼管杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の先端部又はその近傍に翼が取り付けられ、その鋼管に回転力を与えることにより、翼の木ねじ作用によって地中に埋設する翼付き鋼管杭に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼管の先端部又はその近傍に翼（ブレード、羽根）が取り付けられ、その鋼管に回転力を与えることにより、翼（ブレード、羽根）の木ねじ作用によって地中に埋設する翼付き鋼管杭としては、例えば、以下のようなものが提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載の鋼管杭は、鋼製円筒体の下部に上下方向に延長する押込用傾斜前面を有する刃が設けられ、その傾斜前面の下端部から円筒体回転方向の後方に向かって斜めに上昇する傾斜ブレードが固着されて環状のドリルヘッドが構成され、そのドリルヘッドの上端部に鋼管杭の下端部が取り付けられている。この構造では、鋼製円筒体の下部に設けられた狭幅円弧状の傾斜ブレードを地盤に切込侵入させるとともに、円筒体の横断面積に相当する少量の土を押込用傾斜前面により横方向に押込むだけでよく、従来の回転圧入杭に比べて同一の圧入力では圧入速度を速くすることができ、同一の圧入速度では小さな圧入力で済むという特徴を有する。また、杭体が開端状態であるので、管内に土を取り込むことができ、施工性の向上が期待できる。
【０００４】
特許文献２に記載の鋼管杭は、先端に螺旋状羽根を備え、鋼管外径の略１．５〜３倍の外径で、鋼管杭内径の略０．４〜０．９倍の内径としたドーナツ状鋼板を、一箇所又は複数箇所切断し、螺旋状に切断した鋼管杭端部に、同心円状に溶接固定し、鋼管杭先端部の内外に螺旋状羽根を張り出して、かつ、該螺旋状羽根が鋼管杭の外周より外側に突き出た部分と鋼管杭本体とのなす角度が略直角となる形状に構成し、羽根の厚さを、羽根に生じる曲げモーメント分布に対応させて半径方向に変化させる構造としている。螺旋羽根の板厚は全体を同じ厚さにする必要はなく、羽根に作用する力によって生じる曲げモーメントに応じて羽根の径方向に厚さを変化させるために、鋼管に近い部分を２枚重ねの羽根にしたり、鋳造等によって板厚を連続的に変化させたりしている。
【０００５】
特許文献３に記載の鋼管杭は、管状杭部材の一部を他方の管状杭部材内に差し込み、両管状杭部材の外周面にそれぞれ形成した螺旋翼を合体させ、合体させた両螺旋翼をボルト・ナットで締め付けたものである。合体させた両管状杭部材の螺旋翼をボルト・ナットによって締め付けることにより、これら両管状杭部材を連結することができるため、連結の作業性がよいとしている。
【特許文献１】特開昭６１−０９８８１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１９３０６３号公報
【特許文献３】特開平１１−１８１７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記特許文献１〜３に記載の鋼管杭は以下のように問題がある。
【０００７】
特許文献１に記載の鋼管杭は、傾斜ブレードの杭体からの張り出し量が小さいため、杭体を地中に貫入させるための推進力が不足し、硬い支持層などでは貫入困難となり、また、杭貫入後の鉛直支持力は小さくなるという問題がある。また、仮に傾斜ブレードの杭体からの張り出し幅を大きくした場合、傾斜ブレードから杭体に作用する曲げモーメントも大きくなり、それに耐えるために、さらに大きな板厚を有する環状ドリルヘッド部を用意しなければならず、材料費が高騰してしまう問題がある。
【０００８】
特許文献２に記載の鋼管杭は、羽根を２枚に重ねた場合、溶接長が長くなり、コストの上昇をさけられない。また、鋼管より外に張り出した部分の溶接は可能だが、鋼管の内側部分の張り出し部は内面からしか溶接することができず、単管を用いて羽根部を接続することとなり、作業効率が大幅に低下する。鋼管に取り付けた上の羽根に対して、下の羽根の内側の張り出しを小さくすれば、外側から溶接可能であるが、地盤反力の作用による曲げモーメントのバランスが悪くなり、構造上不安定になってしまう。
【０００９】
特許文献３に記載の鋼管杭は、２枚の羽根を側面に溶接しなければならず、また、側面に羽根を取り付けた場合、地盤反力を受けた羽根より大きな曲げモーメントが作用するため、板厚を大きくしなければならない問題がある。また、この構造では２つの環状部材が重なるため、鋼重が増加してしまう問題もある。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、鋼管の先端部又はその近傍に翼が取り付けられ、前記鋼管に回転力を与えることにより地中に貫入して埋設される翼付き鋼管杭において、作用する曲げモーメントに対して効率よく応力を負担させることができる翼付き鋼管杭を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者が実施したＦＥＭ解析によれば、翼付き鋼管杭に回転力を与えながら地中に埋設する場合、翼が地盤から反力を受ける際に、鋼管への翼の取り付け部（翼の付け根部分）の応力が一番大きくなり、翼の先端部（翼の張り出し端部）の応力は小さくなることが確認され、さらに鋼管への曲げ応力の伝達も見られる結果が得られた。そこで、鋼管への翼の取り付け部（鋼管と翼の接続部）を補助部材によって補強すれば、鋼管と翼の接続部の応力が低減でき、鋼管へ伝達する曲げ応力も小さくすることができることに思い至った。これにより、従来の翼付き鋼管杭に使用される翼に比べて、全体的に板厚の小さい翼を使用することが可能となり、また発生応力をできるだけ均一化することで翼の有する強度を有効に活用することができ、材料コストの低減が可能となる。
【００１２】
上記のような考え方に基づいて、本発明は以下のような特徴を有している。
【００１３】
［１］鋼管の先端部又はその近傍に翼が取り付けられ、前記鋼管に回転力を与えることにより地中に貫入して埋設される翼付き鋼管杭において、
前記翼が、直径が前記鋼管の直径より大きい円形鋼板又は中心に開口部を有する円形鋼板を、複数に分割した鋼製板であり、
前記鋼管と前記翼との取り付け部を補助部材によって補強し、該補助部材は翼取付用板であって、前記鋼管に翼取付用板を取り付け、該翼取付用板に翼をボルト接合により取り付けたことを特徴とする翼付き鋼管杭。
【００１５】
［２］前記鋼管に翼取付用板を溶接により取り付けたことを特徴とする前記［１］に記載の翼付き鋼管杭。
【００１６】
［３］前記鋼管に翼取付用板をボルトにより取り付けたことを特徴とする前記［１］に記載の翼付き鋼管杭。
【００１８】
［４］翼の外径を鋼管径の１．２〜３倍としたことを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の翼付き鋼管杭。
【００１９】
［５］翼の内径を鋼管径の０．２５〜０．９倍として、鋼管の先端に開口部を設けたことを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の翼付き鋼管杭。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、曲げモーメントが大きく作用する鋼管と翼の接続部（鋼管への翼の取り付け部）を補助部材によって補強するようにしたので、鋼管と翼の接続部における翼の実質的な板厚を増大させることができ、曲げモーメントに対して効率よく応力を負担させることが可能になって、曲げモーメントに適切に対応することができる。その際に、翼全体の板厚を厚くする必要がないため、材料コストを低減でき、製作納期の短縮化を図ることができる。また、鋼管を建設現場に運搬する場合に、翼の取り外しが自由なため、かさばることもなく効率よく荷積みすることができる。また、建設現場において翼の取り付け・取り外しが容易にでき、変更やトラブルにも迅速に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
［実施形態１］
図１〜図３は本発明の実施形態１に係る翼付き鋼管杭を示す模式図であり、図１は斜視図、図２は縦断面図、図３は平面図である。図１〜図３において、２は翼付き鋼管杭（以下、単に鋼管杭ともいう）で、３は鋼管、５は翼、１０は翼取付用板（補助部材）、２０はボルトである。なお、図１（ｂ）は翼５、翼取付用板１０を取り付ける前の鋼管３の先端部を上下を逆にして示している。
【００２３】
図１〜図３に示すように、この実施形態１に係る翼付き鋼管杭２においては、鋼管３の先端部にレ字状の２つの取り付け部４が設けられ、それぞれの取り付け部４に、ドーナツを周方向に２分割した形状に形成された翼取付用板１０が溶接により斜めに取り付けられている。そして、それぞれの翼取付用板１０に、円盤を２分割して半円状に形成された翼５（翼５ａ、５ｂ）がボルト２０によって取り付けられている。
【００２４】
ここで、翼取付用板１０、翼５および取り付け部４の形状、構造、取り付け位置などについては特に限定するものではなく、平板を用いたり、螺旋形状に曲げ加工したものを用いたり、複数の平板を接続して構成するなど、適宜選択することができる。
【００２５】
翼取付用板１０は翼５をボルト２０によって接続できる張り出し幅を有していればよく、張り出し幅３０ｍｍ〜２００ｍｍ程度が望ましい。これは使用するボルト２０の大きさや鋼管３の外径により適宜変更する。
【００２６】
そして、ボルト２０は、鋼管３の外径や翼５の外径により異なるが、１０〜４５°ピッチで取り付ける。その際、翼付き鋼管杭に用いられる翼は一般に板厚が厚いので、ボルト２０の頭部やナットの部分を翼５の内部に埋め込むことができ、回転貫入時に余計な抵抗を増やさないようにすることができる。あるいは、翼５の下側にねじ部やナットあるいはボルト２０の頭部を積極的に張り出すようにすれば、回転貫入時の掘削補助刃の役割も期待することができ、貫入性能を向上させることが可能となる。
【００２７】
なお、翼取付用板１０をボルト２０で接続する位置のみに不連続に設置しても良い。
【００２８】
そして、翼５の外径は、鋼管杭２を埋設する地盤の状態、鋼管３の外径などによって異なるが、一般に鋼管３の外径の１．２〜３倍程度が望ましい。
【００２９】
また、翼５ａと翼５ｂの間に開口部ができるような場合は、その開口部に閉塞板を取り付ければ、管内へ土砂の侵入を防ぐことができ、管内中空部分を地中熱利用などの別の用途にも有効に活用することができる。
【００３０】
また、翼５や翼取付用板１０は必要に応じて複数段に重ねて接続しても良い。また、翼５や翼取付用板１０は周方向に４分割し、各々４枚としてもよい。
【００３１】
そして、上記のような翼付き鋼管杭を用いて施工する場合は、杭頭部や杭胴体部を回転させるモータなどを用いて、翼５の推進力を利用して、木ねじの要領で回転貫入させる。
【００３２】
このようにして、この実施形態１においては、曲げモーメントが大きく作用する鋼管３と翼５の接続部（鋼管３への翼５の取り付け部）４について、翼取付用板１０を介して鋼管３に翼５を取り付けるようにしているので、鋼管３への翼５の取り付け部（翼５の付け根部分）における翼５の実質的な板厚を増大させることができ、曲げモーメントに対して効率よく応力を負担させることが可能となる。その結果、大きな翼５を鋼管３の先端に取り付けても、曲げモーメントによって応力が許容値を超えて支持力に悪影響を及ぼすようなことはなく、大きな翼５を利用して大きな先端支持力を得ることができる。また、ボルト２０で翼５を翼取付用板１０に接合しているので、溶接コストの低減が可能となるとともに、翼全体の板厚を厚くする必要がないので、材料コストを低減でき、製作納期の短縮化を図ることができる。
【００３３】
［実施形態２］
図４は本発明の実施形態２に係る翼付き鋼管杭を示す縦断面図である。
【００３４】
この実施形態２においては、基本的な構成は前記の実施形態１と同様であるが、鋼管３と翼取付用板１０をボルト２１により接合している。
【００３５】
この実施形態２における翼取付用板１０は、ドーナツを周方向に分割した形状に形成された部材と、その部材の面から上方に立ち上がり、鋼管３の外周面と内周面の各々にほぼ当接する形状に形成された部材とから構成される。
【００３６】
このようなボルト接合にすることにより、鋼管３と翼取付用板１０の接続部をヒンジに近い構造とすることができ、鋼管３への曲げ応力の伝達を減少させるので、鋼管３の板厚を大きくする必要性が小さくなる。また、翼取付用板１０と翼５の間に加えて、鋼管３と翼取付用板１０の間の溶接接合も無くなるため、翼５の破損や推進力不足時などに適宜翼５の変更が可能となり、現場施工における自由度が増え、トラブルなどに対して迅速な対応ができるようになる。さらに、溶接コストを一層低減することができる。
【００３７】
［実施形態３］
図５、図６は本発明の実施形態３に係る翼付き鋼管杭を示す模式図であり、図５は縦断面図、図６は平面図である。
【００３８】
この実施形態３においては、基本的な構成は前記の実施形態１または実施形態２と同様であるが、翼５の内径を鋼管３の外径の０．２５〜０．９倍にすることによって、鋼管杭２の先端部に開口部６を設けている。その際、開口部６を大きくすれば、鋼管内部に土砂を多く取り込むことができ施工性が向上するが、あまり開口部６を大きくすると、支持力が低下する可能性があるので、地盤条件などを考慮して、開口部６の大きさ（翼５の内径）を適宜選択する。
【００３９】
また、翼５ａと翼５ｂの内角の総和を３６０°より小さくすることによって、翼５ａの周方向端部と翼５ｂの周方向端部の間に形成される段差部の開口を大きくして、大きなレキなどを通過するように構成すると、施工性がより向上する。
【００４０】
このように、杭先端部に開口部６があることによって、施工はオーガーを併用した同時掘削も可能であり、また、オーガー先端から硬化性流動物を注入することにより、杭先端部や杭周部の強度を強固にすることもできる。
【００４１】
［実施形態４］
図７は本発明の実施形態４に係る翼付き鋼管杭を示す縦断面図である。図７において、２は翼付き鋼管杭で、３は鋼管、５は翼、３０は補強板（補助部材）、２０はボルトである。
【００４２】
この実施形態４に係る翼付き鋼管杭２においては、鋼管３の先端部にレ字状の２つの取り付け部４が設けられ、それぞれの取り付け部４に、円盤を２分割して半円状に形成された翼５が取り付けられている。そして、取り付け部４近傍の翼の下面に補強板３０がボルト２０によって取り付けられている。
【００４３】
このように、鋼管３への翼５の取り付け部（鋼管３と翼５の接続部）４近傍に補強板３０を設けることで、曲げモーメントによる発生応力を低減し、大きな翼を利用して大きな先端支持力を得ることができ、前述の実施形態１の場合と同様の作用・効果を得ることができる。
【００４４】
なお、この実施形態４では鋼管３に翼５を直接取り付けているが、実施形態１と同様に、鋼管３の取り付け部４に翼取付用板１０を取り付け、翼取付用板１０に翼５を、さらに翼５の下面に補強板３０をボルトにより取り付ける構成としてもよい。
【００４５】
［実施形態５］
図８は本発明の実施形態５に係る翼付き鋼管杭を示す縦断面図である。
【００４６】
この実施形態５に係る翼付き鋼管杭は、翼５を鋼管３の側面（外周面）に取り付ける場合であり、翼取付用板１０を介してボルト２０を使用して接続している。この実施形態５における翼取付用板１０は、縦断面がほぼＬ字状に形成された部材であり、翼５の上下面に取り付けられている。これによって、地盤反力を受けた翼５より伝達される曲げ応力を翼取付用板１０で緩和することができる。
【実施例１】
【００４７】
本発明に係る翼付き鋼管杭を地中に埋設する場合の施工試験の一例を示す。なお、ここでは、上記の実施形態１に係る翼付き鋼管杭２を用いた。鋼管３の寸法は、外径Ｄ：１０００ｍｍ、板厚：１５ｍｍ、長さ：３０ｍであり、鋼管３の先端部（取り付け部）４にドーナツ状に形成した翼取付用板１０を溶接により取り付け、翼取付用板１０に円板を２分割した翼径２０００ｍｍの翼５をボルト２０により接続した。翼取付用板１０の板厚は２５ｍｍ、張り出し幅は５０ｍｍとした。また、翼５の板厚は１５ｍｍとした。
【００４８】
そして、この翼付き鋼管杭２を施工機械により回転貫入させた結果、通常の翼付き鋼管杭と同様に施工することができた。施工後、この翼付き鋼管杭２を引き抜いたところ、鋼管３と翼５との取り付け部（翼５の付け根部分）で変形が生じることはなく、健全な状態で施工できたことを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１に係る翼付き鋼管杭の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る翼付き鋼管杭の縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る翼付き鋼管杭の平面図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る翼付き鋼管杭の縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る翼付き鋼管杭の縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る翼付き鋼管杭の平面図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る翼付き鋼管杭の縦断面図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る翼付き鋼管杭の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２  翼付き鋼管杭
３  鋼管
４  鋼管への翼の取り付け部（鋼管と翼の接続部）
５  翼
６  開口部
１０  翼取付用板
２０  ボルト
２１  ボルト
３０  補強板
【図１】
0005109493.tif 000002
【図２】
0005109493.tif 000003
【図３】
0005109493.tif 000004
【図４】
0005109493.tif 000005
【図５】
0005109493.tif 000006
【図６】
0005109493.tif 000007
【図７】
0005109493.tif 000008
【図８】
0005109493.tif 000009