JP3220444B2

JP3220444B2 - 回転圧入鋼管杭の施工方法

Info

Publication number: JP3220444B2
Application number: JP2000272639A
Authority: JP
Inventors: 英一郎佐伯; 仁大木; 裕平嶋; 智樹竹田; 誠永田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2001-10-22
Anticipated expiration: 2020-09-08
Also published as: JP2001146741A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は鋼管の先端に羽根状
鋼板を取り付けた、回転圧入式の鋼管杭の施工方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼管の先端に羽根状鋼板を設けた回転圧
入鋼管杭に回転力を与え、地盤に貫入させる工法におけ
る施工管理については、施工時の入力エネルギーと先端
抵抗の関係を導いた、特願平１１−０５４７８３号に示
す施工管理式が提案されている。これは施工時のトル
ク、貫入量、上載荷重を測定しながら、先端抵抗値Ｒp
を同時に算出し、Ｒp 値を施工管理上の判断基準として
打止め可否判断をするというものであった。特願平１１
−０５４７８３号に示される、先端抵抗値Ｒp 値は、以
下のようになっている。Ｒp＝［２πＴb₀＋Ｌb｛（１−ｃ）Ｓ＋ｃＰ＋απＤw’｝−ＱwhπＤw’ −ＱwvＳ］／｛（１−ｃ）Ｓ＋ｃＰ＋απ（Ｄp’＋Ｄw’）｝（１）記号の説明Ｒp ：底板部における貫入抵抗 (kN) Ｔb₀ ：杭先端に作用するトルク (kN・m) Ｌb ：杭先端に作用する上載荷重 (kN) ｃ：羽根の上向き強制変形によって定まる係数Ｓ：１回転当たりの貫入量 (m) Ｐ：羽根のピッチ (m) Ｄw' ：羽根の作用円（回転方向の合力が作用する円）の直径 (m) Ｄp' ：底板または底板部の作用円の直径 (m) Ｑwh ：水平刃先抵抗力 (kN) Ｑwv ：鉛直刃先抵抗力 (kN) α ：地盤と羽根（鋼板）の摩擦係数

【０００３】またこの外に、従来にもトルクによる施工
管理の方法が存在するが、地盤強度と直接関係のある式
を導いておらず、定性的な変化を確認するに留まってい
る。トルクは施工条件により非常にバラツクものである
が、従来のトルクによる施工管理方法は、このバラツキ
を定量的に評価できるものではなかった。

【０００４】一方、建築物等を地盤上に安定に構築する
には、圧入杭の支持力が設計通りに得られている必要が
あるが、設計支持力を保証する為に必要な根入れ長さが
下記のように記載されている。「建築基礎構造設計指
針」には、埋め込み杭では「支持杭の場合には支持層へ
の根入れ長さを、杭径の１〜２倍程度にすることが望ま
しい」とあり、場所打ち杭では「通常の地盤条件の場所
では支持層中への根入れ長さを１ｍ以上とすることが望
ましい」と示されている。また道路橋示方書には「杭の
許容支持力」として、打ち込み杭では「杭先端の極限支
持力度（Ｑd ）は根入れ深さが５ｄに満たない場合低減
される。これは先端閉塞効果の影響を考慮したものであ
る。」とあり、場所打ち杭では「杭先端は良質な支持地
盤中に杭径程度貫入されること」、また中堀杭では「支
持層には杭径以上根入れさせるものとし」と記載されて
いる。以上を理由に、何れの杭も支持層への根入れが必
要と考えられ、杭径程度の根入れ（羽根付鋼管杭は羽根
径程度≒杭径の２倍）を施工管理上で規定している。回
転圧入工法では、各社において深度管理で打ち止め管理
が行われており、図３に示すように、支持層への根入れ
は１Ｄw（Ｄwは羽根径）以上となっている。さらに杭先
端部の閉塞効果について、建築基礎構造設計指針では、
開端杭においては先端閉塞効率が問題となるとし、「閉
塞効率は支持層への根入れ長さによって決まり、 η ＝（開端杭の見かけの先端支持力）/（閉端杭の先端支持力） η ＝０．１６Ｌｂ／Ｄi，２ ≦ Ｌb／Ｄi ≦ ５ η ＝０．８，５＜Ｌb／Ｄi Ｌb：支持層への根入れ深さ(m)、Ｄi：杭の内径(m) 」の関係式が示されている。そのため開端の杭について
は、大きい根入れ深さ（Ｌｂ＞５Ｄi ）を取ることが
慣例となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の特願平１１−０
５４７８３号に示される、先端抵抗値Ｒp 値を求める式
は、式中に未知数の係数 α、ｃと伝達率ａtr （特願平
１１−０５４７８３号中ではａ）が存在するため、条件
設定が複雑になり、地盤調査結果（土質試験）や施工す
る杭の形状（羽根径、羽根ピッチ）が揃っており、施工
管理者が回転圧入杭の施工特性に十分に精通している必
要があった。またＲp 値は施工時のデータを入力して求
める為、演算しながら管理することになる。この施工管
理では施工結果より得られる出力で打ち止め可否を判定
することになり、施工上予測を立てづらく、施工管理上
扱いにくい面もあった。

【０００６】また、杭の支持層への根入れ深さに関して
は、杭の支持力は本来地盤強度から決まるものであり、
根入れ深さに依存するものではないことが解っている。
しかしながら各規基準が根入れ長さを大きく取るように
要求しているのは、従来工法においては支持層の判別が
難しく、又根入れ長さを大きくとれば、杭先端部がより
固い地盤に到達する可能性が高くなり、その結果先端支
持力の信頼性が得られるとする根拠に基づいている。一
般的に支持層には不陸があり、深度管理で支持層を検知
することは非常に難しく、信頼性に乏しい。トルクなど
を併用して検知する施工法も見られるが、地盤強度を定
量的に評価するには至っていない。

【０００７】さらに、実際に鋼管杭を地盤に圧入する際
の問題点として、従来技術では以下のような諸点が挙げ
られる。支持層への根入れには時間とエネルギー（回転
力、掘削力）が必要となり、１日に施工できる数が限ら
れてくる。また回転圧入工法の場合、トルクが不足した
状態で根入れを試みると、必ず貫入量が小さくなる為、
支持層を乱しながらの貫入になり、設置状況は極めて悪
いものとなる。支持層は固く締まった地盤である為、打
撃、回転圧入の場合は、杭先端を強固なものに設計され
ていないと杭先端が壊れる可能性があり、不経済なもの
になり易い。場所打ち杭、埋め込み杭の場合は、先端が
支持層へ到達していることが判別しにくく、根入れでき
ているかを保証する手段として大きな根入れを必要と
し、施工するエネルギーを過大に必要としているので、
無駄が多い。

【０００８】本願発明は、従来の鋼管杭の有する上記の
問題点を有利に解決するために、施工管理上最も把握し
やすいトルク値と、地盤の強度を表すＮ値および先端支
持力Ｑｕの関係を明らかにし、適切な重機の選定や、設
計通りの支持力を得る支持層の判別を可能にし、杭先端
部の根入れ長を最小限にとどめる、先端が開端および閉
端である回転圧入鋼管杭の施工方法を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明者は特願平１１
−０５４７８３号に示されている式を展開し、同時に施
工試験を行い、データの蓄積および解析を行って、実用
上有効である簡便な式を導くに至った。請求項１の発明
の回転圧入鋼管杭の施工方法は、先端に羽根状鋼板を備
え、地中に回転圧入される回転圧入鋼管杭の施工方法に
おいて、地盤調査結果から得られた地盤強度（Ｎ値）か
ら、施工時に必要とするトルク値を次式により算定する
ことを特徴とする。Ｔｔ＝a・Ｎ・Ｄp^m−ｂ・Ｌｔ・ＤｐＴｔ：トルク（ｋＮ・ｍ）Ｄｐ：杭径（ｍ）Ｌｔ：上載荷重（ｋＮ）Ｎ：標準貫入試験より得られるＮ値ａ，ｂ，ｍ：係数および指数（但しｍは２〜３）

【００１０】また、請求項２の発明の回転圧入鋼管杭の
施工方法は、次式により、施工に必要なトルクを算出
し、適切な回転圧入鋼管杭用施工機械を選択することを
特徴とする。Ｔｔ＝a・Ｎ・Ｄp^m Ｔｔ：トルク（ｋＮ・ｍ）Ｄｐ：杭径（ｍ）Ｎ：標準貫入試験より得られるＮ値ａ，ｍ：係数および指数（但しｍは２〜３）

【００１１】請求項３の発明の回転圧入鋼管杭の施工方
法は、施工時に重機に作用するトルク値から、次式によ
り先端支持力（Ｑｕ）を算出し、Ｑｕ値に応じて回転圧
入鋼管杭の貫入継続、または貫入完了を制御することを
特徴とする、回転圧入鋼管杭の施工方法。Ｑｕ＝Ｘ・Ｄpⁿ・ＴｔＱｕ：先端支持力（ｋＮ）Ｔｔ：トルク（ｋＮ・ｍ）Ｄｐ：杭径（ｍ）Ｘ，ｎ：係数および指数（但しｎは２−ｍ）

【００１２】請求項４の発明の回転圧入鋼管杭の施工方
法は、先端に羽根状鋼板を備え、地中に回転圧入される
羽根付き鋼管杭において、請求項１に記載の算式により
トルク値、および請求項３に記載の算式により先端支持
力（Ｑｕ）を算出することにより、杭先端部の支持層へ
の根入れ長さを、羽根径以下の量で打ち止めることを特
徴とする。

【００１３】請求項５の発明の回転圧入鋼管杭の施工方
法は、回転圧入鋼管杭の設計先端支持力を、下式により
算定し、施工管理目標値とすることを特徴とする。先端支持力（kN）＝ｑd・Ａw＋ｑdh・Ａwi ｑd ：αd・Ｎｑdh ：ｑdh ＝ αh・Ｎ・Ｌ／Ｄp 但しＬ＞５Ｄpの時および閉端杭の時は、Ｌ／Ｄp＝５とする αd ：羽根部分（Ａw部分）の先端支持力係数 αh ：閉塞土砂部分（Ａwi部分）または底板部分（Ａwi部分）の先端支持力係数Ｌ：支持層への根入長さ (m) Ｎ：先端Ｎ値Ａw：外側羽根の見付面積 (m²)，Ａw＝π・(Ｄw²−Ｄp²)／４Ａwi：底板部見付面積 (m²)，Ａwi＝π・Ｄp²／４Ｄw：羽根径 (m) Ｄp：杭径 (m)

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して説明する。図１（Ａ）は本発明に係る回転圧入鋼
管杭の正面図、（Ｂ）は同縦断面説明図、図２は回転圧
入鋼管杭の下方斜視図、図３（Ａ）は本発明の施工方法
における回転圧入杭の貫入メカニズムと貫入完了状態を
示す模式図、（Ｂ）は同じく従来技術の模式図である。
図４は本発明に係る回転圧入鋼管杭内部に、閉塞効果促
進突起を具備した状態を示す断面図、図５は図４におけ
るＡ−Ａ断面図、図６は閉塞効果促進突起を具備した回
転圧入鋼管杭の正面図、図７は同じく平面図である。図
８は本発明に係る、先端が閉端した回転圧入鋼管杭の下
方斜視図、図９は同じく閉端した２枚羽根の回転圧入鋼
管杭の下方斜視図、図１０は同じく閉端回転圧入鋼管杭
の下方斜視図である。図１１は本発明に係る閉端回転圧
入鋼管杭の底面板掘削刃の状態を示す下方斜視図、図１
２は同じく２枚羽根の閉端回転圧入鋼管杭の掘削刃の状
態を示す下方斜視図である。なお、図面に使用した記号
は、以下の通りである。Ｄw ：羽根外径（m）Ｄwi ：羽根内径（m）Ｄp ：回転圧入鋼管杭外径（m）Ｄpi ：回転圧入鋼管杭内径（m）Ｔt ：杭頭に作用するトルク（kN・m）Ｌt ：杭頭に作用する上載荷重（kN）Ｐ：羽根のピッチ（m）（再掲）この外の記号については、算定式毎に説明しているの
で、一括説明は省略する。

【００１５】本発明の特色は、実際に施工する前に、予
め定められた算式を用いて、施工上必要なトルク値、先
端支持力等を算定することである。なお、地盤強度Ｎ値
については、施工前の地盤調査結果によって把握され
る。本発明者は、特願平１１−０５４７８３号に示した
（１）式を展開し、施工管理上最も把握しやすいトルク
と、地盤の強度を表すＮ値の関係を導いた。（１）式に
おいて、以下のことを考慮する。・打止め時の貫入量Ｓが羽根のピッチＰとほぼ等しくな
るように施工すると、Ｓ≒Ｐであり、（１−ｃ）Ｓ＋ｃＰ＝（１−ｃ）Ｐ＋ｃＰ＝Ｐとなる・水平刃先抵抗力による消費エネルギーはＱwh・π・Dw'＝２π・Ｑwh・（Dw'／２）＝２πＴb_wh Ｔb_wh：水平刃先抵抗力によるトルクと表現でき、トルクによる消費エネルギー２πＴb₀との
関係で２πＴb₀−２πＴb_wh＝２πＴbとおくとＴb＝Ｔb₀−Ｔb_wh となる・鉛直刃先抵抗力による消費エネルギーは、微少のため
無視する従って（１）式は、次式のようになる。Ｒp ＝｛２πＴb＋Ｌb（Ｐ＋απＤw’）｝／｛Ｐ＋απ（Ｄp’＋Ｄw’）｝（１）’ ＰはＤp の関数を採用しており、またＤp’、Ｄw’もＤ
p の関数であり、次のように表される。Ｐ＝ｇ・Ｄp ｇ：羽根形状を決める係数Ｄp’＝２／３・Ｄp Ｄw’＝｛２（ｈ³−１）｝／｛３（ｈ²−１）｝・Ｄp ＝ｉ・Ｄp ｈ：羽根径比＝Ｄw／Ｄp ｉ＝｛２（ｈ³−１）｝／｛３（ｈ²−１）｝従って（１）’式は、貫入抵抗Ｒp を、トルクＴtとＴb
の関係及び上載荷重ＬtとＬbの関係を用いて、Ｔb，Ｌt
および杭径Ｄp の関係に整理でき、次式のようにな
る。Ｔb ＝ａtr・Ｔt、Ｌb＝ａtr・Ｌt ａtr：トルクＴt、上載荷重Ｌtの杭下端への伝達率Ｒp ＝Ｘ₁・Ｔt ／Ｄp + Ｙ₁・Ｌt （２）Ｘ₁＝２π・ａtr／｛（２／３＋ｉ）α・π＋ｇ｝Ｙ₁＝ａtr（ｉ・α・π＋ｇ）／｛（２／３＋ｉ）α・π＋ｇ｝Ｘ₁、Ｙ₁は、杭の形状及び施工パラメータから導かれる
係数であり、施工記録より求められる。一方、Ｒp は底
板見付部分の支持力を表している為、平均Ｎ値と底板面
積に比例する関係を持つ。しかしながら回転圧入開端杭
の場合は、径の変化に伴い刃先抵抗と底板部抵抗の依存
率が地盤の状態によって変化することや，大径杭におい
ては管内土の閉塞率が要因となり、貫入時の管内土の挙
動や羽根部の抵抗が関係し、底板面積ないしは杭径に比
例することが判った。（杭径に比例する場合から面積に
比例する場合がある）Ｒp ＝ α1・Ｎ・Ｄp^１〜２（３） α1：先端支持力係数よって（２）式と（３）式より、Ｔt とＮ値、Ｌt、Ｄp
の間に次のような関係が導かれる。 α1・Ｎ・Ｄp^１〜２＝Ｘ₁・Ｔt ／Ｄp + Ｙ₁・Ｌt ∴ Ｔt ＝（α1・Ｎ・Ｄp^１〜２− Ｙ₁・Ｌt）・Ｄp／Ｘ₁ Ｔt ＝ａ・Ｎ・Ｄp^m −ｂ・Ｌt・Ｄp （４）ｍ＝２〜３ａ＝α1／Ｘ₁，ｂ＝Ｙ₁／Ｘ₁ （４）式より明らかなように、トルクは第１項より平均
Ｎ値に比例し、Ｄp の２乗から３乗に比例すると言え
る。また第２項が負であることから上載荷重は施工時に
おいてはトルクを低減させる効果があり、上載荷重を負
荷しなければ必要トルクは大きくなることが判る。

【００１６】このことから、逆に重機を選定する上で
は、上載荷重を無視すれば必要トルクは大きくなると判
断されるため、選択する重機の能力に余裕を持つことが
出来、即ち施工上安全側の判断が出来ることになる。以
上から重機の選定をする上では（４）式の第２項目を削
除して、Ｔt ＝ａ・Ｎ・Ｄp^m （５）Ｎ：地盤調査結果から得られるＮ値を用いる。

【００１７】施工管理上用いる先端支持力Ｑｕの根拠は
以下の通りである。トルクと地盤強度Ｎ値の関係は
（４）式の通りであるから、求められるＮ値より先端支
持力の推定が可能となる。Ｔt ＝ａ・Ｎ・Ｄp^m −ｂ・Ｌt・Ｄp の関係式より導かれる、トルクより導かれる地盤強度Ｎ
は、Ｎ＝ (Ｔt ＋ｂ・Ｌt・Ｄp )／（ａ・Ｄp^m ）（６）Ｎ：トルク及び上載荷重から算出されるＮ値先端支持力は、地盤強度Ｎ値に比例し先端面積に比例す
る関係にあるので（６）式と先端支持力の関係からＱu ＝α1・Ｎ・Ａ＝α1・（Ｔt＋ｂ・Ｌt・Ｄp）／(ａ・Ｄp^m)・ｆ・Ｄp² ＝Ｘ・Ｄpⁿ¹・Ｔt ＋Ｙ・Ｌt・Ｄp ⁿ² （７）Ａ：先端面積（m²）＝π・Ｄp²／４・｛１＋（ｈ²−１）ｅ｝＝ｆ・Ｄp² ｅ：羽根における支持力係数の有効率Ｔt ：トルク（kN・m）Ｌt ：上載荷重 (kN) α1 ：先端支持力係数Ｘ：Ｘ₁、f より求まる定数＝α1・ｆ／ａ＝α1・ｆ／（α1／Ｘ₁）＝ｆ・Ｘ₁ Ｙ：Ｙ₁ 、f より求まる定数＝α1・ｂ・ｆ／ａ＝α1・（Ｙ₁／Ｘ₁）・ｆ／（α1／Ｘ₁）＝ｆ・Ｙ₁ n１：n２＝２−ｍ n２：n２＝３−ｍを導くことが出来る。（７）式の関係式から判るよう
に、上載荷重Ｌt を負荷することによりＱｕを増加する
効果があるが、一般的に上載荷重は層の変化する場合に
必要とする荷重で、各々の層に貫入する時は羽根による
推進力で貫入するため、自重以上の上載荷重を負荷する
オペレーションは必要としない。２項目の上載荷重の項
を無視することで、Ｑｕを安全側に評価することができ
る。従って（７）式の２項目は削除してトルクから先端
支持力の関係を導く式とした。この場合の、自重分の上
載荷重の誤差は微小となり、またＸ中に包含されると考
えて良い。Ｑu＝Ｘ・Ｄpⁿ・Ｔt （８）ｎはｎ＝２−ｍ（９）となる。以上より、（８）式によって打止めを管理す
る。施工時には打止め値として設定された設計Ｑｕ値が
あり、その値に到達することが打止め条件となる。その
他に、設計Ｑｕ値から換算されるトルク値によって打止
め条件を判断することもある。

【００１８】上記の算式を用いて本発明を具体的に施工
する場合においては、係数及び指数が明らかである必要
がある。これまでに行った施工試験より、以下のように
数値が求められた。指数ｍ鋼管杭径が小径（６０９．６φ 以下）の場合２．５〜３鋼管杭径が大径（６０９．６φ 以上）の場合２〜２．５杭径に応じて変化する特性を持ち（杭径に応じて段階的
に変化する）、管径及び閉塞効果に密接な関係にある。係数 a 杭の形状や施工パラメータの影響を受ける。発明者らが
行った施工の記録からは以下のようになっている。支持層到達時３０〜４０支持層へ１Ｄp 貫入４０〜６０支持層へ２Ｄp 貫入６０〜８０支持層へ２Ｄp 貫入以上８０〜１００ａは根入れ深さが増加するに従い閉塞効果が発揮さ
れ、底板部より下部の地盤を締め固める効果や、羽根上
面の地盤硬さが相対的に増加する現象が反映される、即
ち根入れ深さに依存する係数である。

【００１９】本発明に係る回転圧入杭１の実際の貫入に
必要な数式計算例を、図１〜図３を参照しながら説明す
る。鋼管杭１杭径Ｄp ６００φ、羽根２の外径Ｄw ＝
１．５Ｄp の回転圧入杭を、Ｎ＝３０、層厚２Ｄp の中
間層を貫通し、Ｎ＝５０の支持層へ１Ｄp 根入れする為
の予測トルクは、６００φであるからｍ＝２．５中間層を貫通する層厚が２Ｄp より、ａ₁ ＝７０ ∴ Ｔt ＝ａ₁・Ｎ₁・Ｄp^m ＝７０・３０・０．６^2.5 ＝５８６ kN・m 支持層への根入れ深さ１Ｄp より、ａ＝５２ ∴Ｔt ＝ａ・Ｎ・Ｄp^m ＝５２・５０・０．６^2.5 ＝７２５ kN・m 従って、支持層へ根入れする為の能力に見合う施工機械
を選定すれば、施工ができる。

【００２０】次に、鋼管杭１杭径Ｄp ６００φ、羽根２
の外径Ｄw１．５Ｄp の回転圧入杭を、Ｎ＝５０の支持
層に施工する場合を考える。この杭の場合、設計先端支
持力は４５０５kNと計算される。この杭の施工におい
て、支持層への貫入が１．５Ｄp 程度の根入れをした
時に、トルクが８００kN・mとなった。すなわち、ａ＝５７よりＸ＝ｆ・Ｘ₁ ＝π／４・｛１＋ｅ（ｈ²−１）｝・α1／ａ＝４．４６（載荷試験の結果から、ｅ＝０．５，α１＝２００が導かれている）従ってＱu ＝Ｘ・Ｄpⁿ・Ｔt ＝４．４６・０．６^2-2.7・８００＝５１０１ kN 従って、設計支持力を満足している。（設計支持力が
４２４０kN、ａ＝５７よりＸ＝４．４６従って、予
想打止めトルクはＴt ＝Ｑu／（Ｘ・Ｄpⁿ）＝４２４０／（４．４６・０．６^2-2.7）＝６６４．８ kN・m よって８００kN・m での打止めは適切である）

【００２１】上記の施工管理方法を採用することによ
り、予め重機の能力を地盤強度Ｎ値より選択できる。従
って本発明により、施工能率が良く、高品質で、コスト
パフォーマンスに優れた施工方法をとることが出来る。
また、打止めトルクについても、トルクの変動を見なが
ら全数の杭について打止め可否判断が出来るので、信頼
性の高い杭が造成できる。

【００２２】次に回転鋼管杭１の先端部分２の支持層４
への根入れ深さについて、図３（Ａ）（Ｂ）を参照しな
がら説明する。従来の回転圧入杭においては、前述のよ
うに、支持層への根入れは１Ｄw以上（Ｄw は羽根３の
外径）程度とされていた。これは、杭先端部が支持層へ
確実に根入れされていることを保証する為であり、従来
の羽根付き回転圧入杭では支持力を受ける底面が有効径
と見なされるためである。本発明の回転圧入鋼管杭の場
合、すでに述べたように、重機に作用するトルクによる
支持層管理が極めて容易であり、しかも定量的に判別す
ることが出来る。従って、支持層への根入れを小さくす
ることが可能となる。具体的には、羽根ピッチ程度の根
入れから１Ｄp程度の根入れとすることができる。

【００２３】根入れ長が小さいために、杭内部の閉塞効
果の発現が期待できない場合がある。鋼管杭径が大径の
場合（６００φ以上）や、小径でも閉塞効果の評価が難
しい場合に、杭内部の閉塞が得られず支持力の不足が生
じる場合が有るが、支持力の不足分を補う手段として、
図２に示す杭内側に羽根の張り出した羽根付鋼管を用い
ることや、図４〜図７に示す杭内壁１ａに、鋼管内に進
入した土砂を閉塞促進させる閉塞効果促進突起を具備し
た羽根付鋼管を用い、杭内部空間８を閉塞させるによっ
て解決される。図２に示す羽根を内部に張り出す羽根付
鋼管杭では、杭内部８の羽根面積の増加により支持力の
加算ができる為、内部の土が閉塞していなくても支持力
が得られる。この場合は、土砂による閉塞効果が問題に
ならず、設計仕様を満たす上で管理が容易となる。実施
例においては、杭鋼管外径の略１．５〜２．０倍の外径
で、杭鋼管内径の０．３〜０．９倍の内径としたドーナ
ツ状鋼板を用いた。設計先端支持力をうるための、羽根
面積による杭内部空間の閉塞程度は、杭径、地盤の状態
等によって予め選択できるので、容易に施工管理でき
る。

【００２４】図４〜図７に示すように、杭内壁１ａに鋼
管内に進入した土砂を閉塞促進させる閉塞効果促進突起
７を具備した羽根付鋼管杭では、実施例としては、鋼管
杭先端から鋼管内径１ａの略０．５〜２．０倍の高さの
ところの鋼管杭内壁に、突起７を設けている。設計先端
支持力をうるための、閉塞促進突起による杭内部空間の
閉塞程度は、杭径、地盤の状態等によって予め選択でき
るので、容易に施工管理できる。閉塞促進突起７の形状
は、図４に示す円環状でもよく、又円弧状でもよい。ま
た、図６、図７に示すように、複数個の長方形突起を、
内壁に固着してもよい。先端を開放している為に貫入性
に優れる一方、少ない根入れで先端が閉塞する為、施工
に要するエネルギーを抑えることが出来、支持力上も十
分な耐力を有することが出来る。

【００２５】図８〜図１０に示す先端が閉塞した杭を用
いて、支持層への根入れを小さくする手法も有効であ
る。先端が閉塞された杭は、支持層へ大きな根入れをす
る時には１回転当たりの貫入量が小さくなり、支持地盤
を乱してしまうが、本発明のように小さな根入れでは、
杭体積分の土砂の、側方への移動が容易である為、地盤
を押圧する効果が得られると共に、打ち止まった状態で
の支持地盤の状況は健全な状態が保たれる。また、支持
力も十分に保有しており、品質の優れた杭を造成するこ
とが出来る。またこの場合の羽根の形状は、実施例にお
いては、鋼管杭外径の略１．５〜２．０倍の外径を有す
るドーナツ状鋼板を使用している。図８は、ドーナツ状
鋼板の１箇所を切断して螺旋状に鋼管杭の端部側壁に溶
接固定した場合を示している。図９は、同じくドーナツ
状鋼板を２箇所において切断し、鋼管杭端部に１個を、
鋼管杭端部側壁に他の１個を溶接固定した場合を示して
いる。図１０は、鋼管杭端部を羽根形状鋼板の形状に沿
う形状に切断し、羽根後端部と同位置に、底板面を設け
て、杭内部を閉塞したものである。このように、羽根の
形状はさまざまであるが、トルク値および先端支持力の
算定式は、共通の式を適用でき、杭先端部の根入れ長さ
を羽根径以下で打ち止めることができる。

【００２６】以上のように、開端杭、閉端杭を問わず、
羽根の形状は様様であり、杭先端部も種々の形状が存在
する。また、図１１、図１２は、杭先端部の底面板９
に、底面掘削刃１０を取り付けたものである。図１１は
１枚の羽根を鋼管杭端部側壁に沿って溶接固定したもの
であって、掘削刃は１個であるが、図１２は、２枚の羽
根を鋼管杭端部側壁に沿って溶接固定したものであっ
て、掘削刃は２個設けている。底面掘削刃１０の形状お
よび取り付け位置は、図示したもの以外にも、多数存在
する。

【００２７】上記の杭内側に羽根の張り出した羽根付鋼
管を用いた場合や、杭内壁１ａに、鋼管内に進入した土
砂を閉塞促進させる突起７を具備した場合の設計先端支
持力の算定式は、羽根の見付面積（設置面の面積）当た
りと、内部に進入した土砂の閉塞を考慮した計算式で計
算する。下式で示す係数は、これまでに行われた載荷試
験の結果から求められたものであり、支持地盤の種別に
より係数が変化することが確認されている。先端支持力（kN）＝ｑd・Ａw＋ｑdh・Ａwi ｑd ：１００・N〜２００・Ｎｑdh ：６０・Ｎ・Ｌ／Ｄp 但しＬ＞５Ｄpの時および閉端杭の時は、Ｌ／Ｄp＝５とするＬ：支持層への根入長さ（m）Ｎ：先端Ｎ値Ａw ：羽根のみの見付面積（ｍ²）Ａwi ：羽根の見付面積からＡｗを除いた面積（ｍ²）この式で求められた先端支持力は、本発明の回転圧入鋼
管杭の設計支持力（極限）であり、施工時の打止め時
に、指標となる。施工時には本式で求められた数値を満
足するＱｕ、もしくはトルクが得られればよい。この支
持力算定式により得られる支持力は、支持層のＮ値によ
って異なるが、おおむね羽根ピッチ程度の貫入（根入
れ）で満たされる。

【００２８】この設計先端支持力の算式を、施工時の貫
入打ち止め決定に目標値として使用することにより、鋼
管杭先端部２の貫入を小さくして、周辺地盤を乱さない
という効果が得られた。支持層への根入れには、ほぼ１
回転〜２回転程度の貫入で良く、特に羽根ピッチ程度の
貫入であれば、杭が１回転する間に入るため、支持層を
乱す要素を排除できる。また、堅い支持層に貫入して打
止めするのに要するトルクが著しく軽減され、１ランク
小さな施工機械での施工も可能となる。しかも、支持力
は従来通り得られるため、地盤を乱さない効果により、
杭の信頼性が一段と向上する。

【００２９】

【発明の効果】本願発明は、施工管理上最も把握しやす
いトルク値と、地盤の強度を表すＮ値および先端支持力
Ｑｕの関係を明らかにするものであり、地盤調査結果か
ら得られた地盤強度（Ｎ値）から、予め施工時に、必要
とするトルク値、および先端支持力（Ｑｕ）を算定する
ことができるという効果を奏する。従って、地盤状況に
応じた適切な回転圧入鋼管杭用重機を容易に選択するこ
とができる。また施工する全ての杭について、先端支持
力（Ｑｕ）を算出することができ、そのＱｕ値に応じて
回転圧入鋼管杭の貫入継続、または貫入完了を制御する
ことができる。従って全ての杭について設計支持力を満
足していることが確認できる為、信頼性に富んだ杭を造
成することが出来る。

【００３０】さらに、設計通りの支持力を得るための、
支持層の把握が可能となり、杭先端部の根入れ深さが施
工管理で明らかに出来るようになった。その杭先端部の
支持層への根入れ長さを、羽根径以下で打ち止めること
を可能としたので、鋼管杭先端部の貫入量が小さくな
り、周辺地盤を乱さないという効果が得られる。地盤を
乱さないので、支持力の信頼性の高い杭が造成できる。
施工面では堅い支持層に貫入して打止めするのに要する
トルクが著しく軽減され、１ランク小さな施工機械での
施工も可能となり、コストダウンが可能であると共に、
選択する重機の能力に余裕があることを確認しながら施
工できるため、施工上安全面の判断ができることにな
る。また小さい根入れで支持力は従来通り得られるた
め、材料と施工の両面でコストダウンが可能となる。従
って本発明により、施工能率が良く、高品質で、コスト
パフォーマンスに優れた施工方法をとることができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に係る回転圧入鋼管杭の正面
図、（Ｂ）は同縦断面図である。

【図２】回転圧入鋼管杭の下方斜視図である。

【図３】（Ａ）は本発明の施工方法における回転圧入杭
の貫入メカニズムと貫入完了状態を示す模式図、（Ｂ）
は同じく従来技術の模式図である。

【図４】本発明に係る回転圧入鋼管杭内部に、閉塞効果
促進突起を具備した状態を示す断面図である。

【図５】図４におけるＡ−Ａ断面図である。

【図６】閉塞効果促進突起を具備した回転圧入鋼管杭の
正面図である。

【図７】同じく平面図である。

【図８】本発明に係る、先端が閉端の回転圧入鋼管杭の
下方斜視図である。

【図９】同じく２枚羽根閉端回転圧入鋼管杭の下方斜視
図である。

【図１０】同じく閉端回転圧入鋼管杭の下方斜視図であ
る。

【図１１】本発明に係る、閉端回転圧入鋼管杭の掘削刃
の状態を示す下方斜視図である。

【図１２】同じく閉端回転圧入鋼管杭の２枚掘削刃の状
態を示す下方斜視図である。

【符号の説明】

１鋼管杭１ａ鋼管杭内壁２鋼管杭先端部３羽根４地盤支持層５羽根先端６羽根掘削刃７閉塞効果促進突起８杭内部空間９底面板１０底面板掘削刃

フロントページの続き (72)発明者竹田智樹東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内 (72)発明者永田誠東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内 (56)参考文献特開平５−163727（ＪＰ，Ａ) 特開平11−303070（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 7/22 E02D 5/28 E02D 5/56

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】先端に羽根状鋼板を備え、地中に回転圧
入される回転圧入鋼管杭の施工方法において、地盤調査
結果から得られた地盤強度（Ｎ値）から、施工時に必要
とするトルク値を次式により算定することを特徴とする
回転圧入鋼管杭の施工方法。Ｔｔ＝a・Ｎ・Ｄp^m−ｂ・Ｌｔ・ＤｐＴｔ：トルク（ｋＮ・ｍ）Ｄｐ：杭径（ｍ）Ｌｔ：上載荷重（ｋＮ）Ｎ：標準貫入試験より得られるＮ値ａ，ｂ，ｍ：係数および指数（但しｍは２〜３）
【請求項２】次式により、施工に必要なトルクを算出
し、適切な回転圧入鋼管杭用施工機械を選択することを
特徴とする回転圧入鋼管杭の施工方法Ｔｔ＝a・Ｎ・Ｄp^m Ｔｔ：トルク（ｋＮ・ｍ）Ｄｐ：杭径（ｍ）Ｎ：標準貫入試験より得られるＮ値ａ，ｍ：係数および指数（但しｍは２〜３）
【請求項３】施工時に重機に作用するトルク値から、
次式により先端支持力（Ｑｕ）を算出し、Ｑｕ値に応じ
て回転圧入鋼管杭の貫入継続、または貫入完了を制御す
ることを特徴とする、回転圧入鋼管杭の施工方法。Ｑｕ＝Ｘ・Ｄpⁿ・ＴｔＱｕ：先端支持力（ｋＮ）Ｔｔ：トルク（ｋＮ・ｍ）Ｄｐ：杭径（ｍ）Ｘ，ｎ：係数および指数（但しｎは２−ｍ）
【請求項４】先端に羽根状鋼板を備え、地中に回転圧
入される羽根付き鋼管杭において、請求項１に記載の算
式によりトルク値、および請求項３に記載の算式により
先端支持力（Ｑｕ）を算出することにより、杭先端部の
支持層への根入れ長さを、羽根径以下の量で打ち止め可
能としたことを特徴とする、回転圧入鋼管杭の施工方
法。
【請求項５】前記回転圧入鋼管杭の設計先端支持力
を、下式により算定し、施工管理目標値とすることを特
徴とする、回転圧入鋼管杭の施工方法。先端支持力（kN）＝ｑd・Ａw＋ｑdh・Ａwi ｑd ：ｑd＝αd・Ｎｑdh ：ｑdh ＝ αh・Ｎ・Ｌ／Ｄp 但しＬ＞５Ｄpの時および閉端杭の時は、Ｌ／Ｄp＝５とする αd ：羽根部分（Ａw部分）の先端支持力係数 αh ：閉塞土砂部分（Ａwi部分）または底板部分（Ａwi部分）の先端支持力係数Ｌ：支持層への根入長さ (m) Ｎ：先端Ｎ値Ａw：外側羽根の見付面積 (m²)，Ａw＝π・(Ｄw²−Ｄp²)／４Ａwi：底板部見付面積 (m²)，Ａwi＝π・Ｄp²／４Ｄw：羽根径 (m) Ｄp：杭径 (m)