JP5013384B2 - 回転貫入鋼管杭 - Google Patents
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Description
このような回転貫入鋼管杭として、例えば鋼管外周面に螺旋状翼を付けるタイプのものが提案されている(特許文献1参照)。
しかし、特許文献1に記載のものは、螺旋状翼を鋼管外周面に取り付けるため、螺旋状翼と鋼管との溶接部は開先溶接または上下両方向から隅肉溶接が必要となり、コスト高となる。また、翼部からの曲げモーメントが鋼管本体に伝達されるため、鋼管本体の鋼管の厚みを厚くする必要があり、この点でもコスト高になる。
確かに、特許文献2のものは鋼管先端に螺旋状羽根を取り付けているので、特許文献1で問題となった、翼部から鋼管本体への曲げモーメントの伝達や、翼部の溶接の困難性の問題は軽減される。
しかしながら、特許文献2のものは鋼管先端を螺旋状に切断加工しなければならず、この切断加工のコストが高い。また、杭の先端に開口が設けられていることから、杭の支持力に不安がある。さらに、杭の先端に開口があるため、砂地盤においてはその施工中にボイリング発生の恐れがある。
鋼管の先端部に、平板状の三角板が前記鋼管中央部に突設され、前記鋼管の先端面に水平な掘削翼が設けられるとともに、該掘削翼の先端部が互い違いに上下方向へ屈曲されていることを特徴とする鋼管杭(特許文献等3参照)。
しかしながら、特許文献等3、4にはそれぞれ以下に示すような問題がある。
図9は特許文献3の鋼管杭の掘削翼の説明図であり、掘削翼における先端部の屈曲前の状態を示している。特許文献3の掘削翼は、図9に示すように、矩形状の平板の4隅を対角線方向に切断線を入れ、その切断線の両側の部分を上下反対方向に屈曲して掘削翼の先端部を形成するというものである。
特許文献3に記載のものは、掘削翼の先端部を形成する折り曲げ線が回転の中心を(板の中心)を通っていない。このため、傾斜する部に当たった土砂は傾斜に沿って動かず、推進力が弱く、施工能率が悪いという問題がある。
特許文献4のものは、折り曲げ線を意図的に半径方向からα、βだけずらしている。(回転方向とは逆方向にずらしている。)明細書の記載によれば土砂を刃で側方周囲に排出させて圧密させ、硬い地盤でも効率的な貫入性を確保する(貫入抵抗を減らす。)と説明されている。この説明から、発明者は、鋼管から離れた位置に土砂を圧密させて鋼管周囲直近の密度を低下させ、もって貫入時の周面抵抗を減少させることを意図したものと推察される。
確かに、刃の向きを考えれば、土砂は鋼管から離れる方向に移動すると考えられる。しかし実際には、特に硬い地盤では、刃の上面を通過するときは一瞬側方に移動するが刃を通りすぎるとすぐに元に戻ってしまう。つまり、土砂、特に固い土では弾性的な性質が強く、短時間では圧密せず、発明者の意図は発揮できない。
しかし、特許文献4のように折り曲げ線を半径方向からずらすと、土砂はまっすぐ傾斜面を登らずに斜めにのぼっていき、その結果大きな推進力が発生しない。その結果、発明者の意図とは反対の効果を生じることになる。
しかし、実際には杭に鉛直力が作用したとき拡底板下の土砂は一体となって圧縮力に抵抗するため、多少隙間があっても支持力にほとんど悪影響しない。それよりも、下向き刃と上向き刃が重なるようにすると上刃と下刃のクリアランスが小さくなるため、大きな礫が通過しにくく、土砂が詰まりやすく、貫入能率低下の原因になる。
・平板を折曲加工してなる鋼製翼を鋼管先端面に該鋼管の管軸方向に対して直角に固着しているので、翼を取付ける鋼管先端を螺旋状、または斜めに加工する必要がなくコストが安い。
・鋼管と翼の接合を片側隅肉溶接で行うことができるため、翼の取り付け費用が安い。
・杭先端は完全閉塞のため、支持力が大きくその信頼性も高い。また、施工中にボイリングも発生しない。
・折り曲げ線を鋼管の径方向と一致させることにより、傾斜方向は杭の回転方向と一致するため、大きな推進力が得られる。
・上向き傾斜部と下向き傾斜部の間に切除部を設けたことにより、クリアランスを大きくすることができ、土砂が通過しやすく施工能率が向上する。
・前記上向き傾斜面部および前記下向き傾斜面部の切込み部における傾斜部と非傾斜部の交差部を溶接で接合したので、杭を回転貫入時、および供用後の鉛直力作用時に翼に(傾斜部を含む)土砂から反力が作用したときに、切込み部に対する応力集中を軽減することができる。
図1は本発明の一実施の形態に係る回転貫入鋼管杭の説明図である。本実施の形態の回転貫入鋼管杭1は、図1に示すように、円盤状の平板を折曲加工してなる鋼製翼3を鋼管先端面に該鋼管5の管軸方向に対して直角に固着してなる回転貫入鋼管杭であって、鋼製翼3は、鋼管5の先端外周に沿うように所定範囲に切込み7を設け、切込み7を含む所定範囲を扇形状に切除して切除部9を形成し、切込み7の各終端7aと杭中心を結ぶ線分の延長線を折曲げ線11として切込み7を設けた部位の一方を上方に折曲して上向き傾斜面部13を形成し、切込み7を設けた部位の他方を下方に折曲して下向き傾斜面部15を形成してなるものである。以下、さらに詳細に説明する。
図2は鋼管5と鋼製翼3の固着部の拡大図である。杭本体を構成する鋼管5と鋼製翼3は、図2に示すように、互いに直角に配置され、鋼管の外側で隅肉溶接により固着されている。
このように、鋼管5の先端を斜め状や、螺旋状に加工することなく、また鋼製翼3を隅肉溶接にて固着しているので、鋼製翼3の取り付けが容易であり、コストも低減できる。
図3は鋼製翼3の折曲げ加工前の状態を示す平面図であり、図3において、切込み線を太線で示してある。以下、図3に基づいて鋼製翼3の加工方法を説明する。鋼製翼3は、図3に示すように、鋼管5の先端外周に沿うように所定範囲に切込み7を設け、切込み7を含む所定範囲(切込み線7の中央部)を扇形状に切除して切除部9を形成する。そして、切込み7の各終端7aと杭中心Oを結ぶ線分の延長線を折曲げ線11として切込み7を設けた部位の一方を上方に折曲して上向き傾斜面部13を形成し、切込み7を設けた部位の他方を下方に折曲して下向き傾斜面部15を形成する。
この実施の形態の鋼製翼3は、図5に示すように、下向き傾斜部15を形成するに際して、折曲げ線11に沿って折り曲げたときに下向き傾斜部15の内側辺部と鋼製翼3における水平部とが交差する交差部19が生ずるが、この交差部19を溶接により固着したものである。
なお、上向き傾斜部13についても同様である。
また、鋼管5の先端は軸方向に直角であることから、鋼管先端を螺旋状、または斜めに加工する従来例に比較して製造コストを安くできる。
さらに、杭先端は完全閉塞のため、支持力が大きくその信頼性も高く、また、施工中にボイリングも発生しない。
図6は本発明の実施の形態2に係る回転貫入鋼管杭の鋼製翼3の側面の端面図である。本実施の形態においては、上向き傾斜面部13の傾斜角度θ1を下向き傾斜面部15の傾斜角度θ2より大きくしたものである。このようにした理由は以下の通りである。
推進力は、傾斜が大きいほど大きくなるが、回転抵抗も大きくなるため、施工に必要なトルクも大きくなる。特に、下向き傾斜部15はまだ乱されていない地盤の掘削をするため角度が大きくなるとトルクが大きくなる。一方、上向き傾斜部上面の土砂は、既に下向き傾斜部15で乱されて軟化しているため、角度が小さいと大きな推進力を得られない。このような理由から上向き傾斜部13の傾斜角度は下向き傾斜部15の傾斜角度よりも大きく設定したのである。
ケースA: 下向き傾斜部の傾斜角度 30度 上向き傾斜部の傾斜角度 30度
ケースB: 下向き傾斜部の傾斜角度 20度 上向き傾斜部の傾斜角度 30度
ケースC: 下向き傾斜部の傾斜角度 30度 上向き傾斜部の傾斜角度 20度
なお、実用的には、上向き傾斜部の傾斜角度は25〜40度、下向き傾斜部の傾斜角度は15〜30度の範囲に設定するのが好ましい。
上向き傾斜部の傾斜角度が40度を超えると鋼管周囲の地盤の乱れが大きくなりすぎて周面摩擦が低下する。また、下向き傾斜部の傾斜角度が15度より小さくなると、回転トルクは小さくなるが、1回転当たり貫入量が減って施工能率が低下する。
図7、図8は本発明の実施の形態3の説明図であり、図7が側面端面図、図8が底面図である。図7、図8において実施の形態1と同一部分には同一の符号が付してある。
本実施の形態の回転貫入鋼管杭は、鋼製翼3の下側に概略三角形の掘削刃21を設けたものである。
鋼製翼3の中央部は水平であるため、中央部での掘削機能がない。そこで、鋼製翼3の中央部に略三角形の掘削刃21を設け、この掘削刃21によって地盤掘削機能を補うようにしている。
また、本実施の形態の鋼製翼3はその円周方向の1箇所に傾斜部を設けているため、鋼製翼3自体が非点対称となっており、貫入時に地盤から偏心した力を受けやすく、その結果、芯ずれを発生しやすい。この点、本実実施の形態の略三角形の掘削刃21を設けることで、貫入時の偏芯を防止することができる。
もっとも、三角形板は必需のものではなく、施工深さや地盤の固さに応じて取付ければよい。
Claims (2)
- 平板を折曲加工してなる鋼製翼を鋼管先端面に該鋼管の管軸方向に対して直角に固着してなる回転貫入鋼管杭であって、
前記鋼製翼は、杭本体の先端外周に沿うように所定範囲に切込みを設け、該切込みを含む所定範囲を扇形状に切除して切除部を形成し、前記切込みの各終端と杭中心を結ぶ線分の延長線を折曲げ線として前記切込みを設けた部位の一方を上方に折曲して上向き傾斜面部を形成し、前記切込みを設けた部位の他方を下方に折曲して下向き傾斜面部を形成してなり、前記上向き傾斜面部および前記下向き傾斜面部の切込み部における傾斜部と非傾斜部の交差部を溶接で接合したことを特徴とする回転貫入鋼管杭。 - 前記鋼製翼はその周方向の1箇所に前記上向き傾斜面部及び前記下向き傾斜面部を設けると共に、鋼製翼の下側に概略三角形の掘削刃を設けたことを特徴とする請求項1記載の回転貫入鋼管杭。
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