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技術 鋼管杭

出願人 株式会社技研製作所
発明者 北村精男石原行博
出願日 2015年8月31日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2015-171045
公開日 2017年3月9日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-048542
状態 特許登録済
技術分野 杭・地中アンカー 杭、矢板の設置・撤去及びそれらの付属品
主要キーワード 現場実験 耐摩耗加工 回転方向逆側 プレス工法 模型地盤 硬化肉盛 接リブ 乾燥砂
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年3月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

圧入抵抗を効果的に低減でき、地盤での回転圧入施工速度を向上させることができる鋼管杭を提供する。

解決手段

回転圧入により地盤に打ち込まれる鋼管杭1であって、円筒形状の鋼管10の先端から、鋼管10の外径Dの1.5倍以上、3.5倍以下の長さの範囲に、鋼管10の長手方向に連続する1または2以上のリブ11が、鋼管10の外周面に取り付けられている。リブ11が設けられていることにより、砂地盤などに鋼管杭1を回転圧入する際に、リブ11の後方側では地盤との接触する面積が小さくなって周面抵抗が低減される。その結果、鋼管杭1を打ち込むのに必要な圧入力が低減され、回転トルクの過剰な上昇を回避して、圧入施工の速度を向上させることができる。

概要

背景

建築物基礎杭の一つに鋼管杭が使用されている。この鋼管杭を地盤打ち込む工法として、ハンマ等の打撃による工法も知られているが、この工法は振動騒音が激しいため施工場所に制限があるという欠点がある。そこで、鋼管杭をチャック等で把持し、回転させながら地盤に圧入する工法が採用されている。回転圧入は、杭先端バイトにより鋼管杭を回転させながら地下にねじ込む工法であり、施工時の振動や騒音も小さく、他工法と比較して地盤の乱れも少くできる。

ここで、砂地盤などにおいて回転圧入の施工速度を向上させるためには、鋼管杭に作用する地盤の抵抗を低減させる必要がある。そのために、特許文献1には、杭先端の外形寸法をテーパ状にし、その外周面突起を設けた鋼管杭が開示されている。また特許文献2には、杭先端の外面に楔状フリクションカッターを設けた鋼管杭が開示されている。また特許文献3には、外面にリング状の突起を設けた鋼管杭が開示されている。また特許文献4には、杭外面の長手方向全域に延びる凸条を設けた鋼管杭が開示されている。さらに非特許文献1には、杭先端の内面に突起(シュー)を設けて抵抗を低減させた鋼管杭が開示されている。また非特許文献2には、杭側面に斜めに貫通する孔を形成し、圧入時に発生する土砂を孔を通じて杭外面と杭内面との間で流動させることにより抵抗を低減させた鋼管杭が開示されている。

概要

圧入抵抗を効果的に低減でき、地盤での回転圧入の施工速度を向上させることができる鋼管杭を提供する。回転圧入により地盤に打ち込まれる鋼管杭1であって、円筒形状の鋼管10の先端から、鋼管10の外径Dの1.5倍以上、3.5倍以下の長さの範囲に、鋼管10の長手方向に連続する1または2以上のリブ11が、鋼管10の外周面に取り付けられている。リブ11が設けられていることにより、砂地盤などに鋼管杭1を回転圧入する際に、リブ11の後方側では地盤との接触する面積が小さくなって周面抵抗が低減される。その結果、鋼管杭1を打ち込むのに必要な圧入力が低減され、回転トルクの過剰な上昇を回避して、圧入施工の速度を向上させることができる。

目的

WO2012/005187号公報
特開2003−227134号公報
特開平9−291529号公報
特開2003−27469号公報




5th InternationalConference on Deep Foundation Practice, Singapore. pp 199-208 ”PRESS-IN PILING: THEINSTALLATION OF INSTRUMENTED STEEL TUBULAR PILES WITH AND WITHOUTDRIVING SHOES”T.C.R.Finlay, D.J.White, M.D.Bolton and T.nagayamaCambridgeUniversity Engineering Department, U.K.Giken Seisakusho Ltd, Japan
PRESS-IN ENGINEERING 2011 Proceedingsof 3rd IPA International Workshop in Shanghai IPA PRESS-IN






しかしながら従来の技術では、圧入抵抗の低減が十分でなく、地盤での回転圧入の施工速度をさらに向上させることが可能な鋼管杭の出現が望まれていた

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

回転圧入により地盤打ち込まれる鋼管杭であって、円筒形状の鋼管の先端から、鋼管の外径の1.5倍以上、3.5倍以下の長さの範囲に、鋼管の長手方向に連続する1または2以上のリブが、鋼管の外周面に取り付けられていることを特徴とする、鋼管杭。

請求項2

前記リブの高さが12mm以下であることを特徴とする、請求項1に記載の鋼管杭。

請求項3

2以上のリブが鋼管の外周面に取り付けられており、任意のリブの正反対の位置には、他のリブが存在していないことを特徴とする、請求項1または2に記載の鋼管杭。

技術分野

0001

本発明は、回転圧入により地盤打ち込まれる鋼管杭に関する。

背景技術

0002

建築物基礎杭の一つに鋼管杭が使用されている。この鋼管杭を地盤に打ち込む工法として、ハンマ等の打撃による工法も知られているが、この工法は振動騒音が激しいため施工場所に制限があるという欠点がある。そこで、鋼管杭をチャック等で把持し、回転させながら地盤に圧入する工法が採用されている。回転圧入は、杭先端バイトにより鋼管杭を回転させながら地下にねじ込む工法であり、施工時の振動や騒音も小さく、他工法と比較して地盤の乱れも少くできる。

0003

ここで、砂地盤などにおいて回転圧入の施工速度を向上させるためには、鋼管杭に作用する地盤の抵抗を低減させる必要がある。そのために、特許文献1には、杭先端の外形寸法をテーパ状にし、その外周面突起を設けた鋼管杭が開示されている。また特許文献2には、杭先端の外面に楔状フリクションカッターを設けた鋼管杭が開示されている。また特許文献3には、外面にリング状の突起を設けた鋼管杭が開示されている。また特許文献4には、杭外面の長手方向全域に延びる凸条を設けた鋼管杭が開示されている。さらに非特許文献1には、杭先端の内面に突起(シュー)を設けて抵抗を低減させた鋼管杭が開示されている。また非特許文献2には、杭側面に斜めに貫通する孔を形成し、圧入時に発生する土砂を孔を通じて杭外面と杭内面との間で流動させることにより抵抗を低減させた鋼管杭が開示されている。

0004

WO2012/005187号公報
特開2003−227134号公報
特開平9−291529号公報
特開2003−27469号公報

先行技術

0005

5th InternationalConference on Deep Foundation Practice, Singapore. pp 199-208 ”PRESS-IN PILING: THEINSTALLATION OF INSTRUMENTED STEEL TUBULAR PILES WITH AND WITHOUTDRIVING SHOES”T.C.R.Finlay, D.J.White, M.D.Bolton and T.nagayamaCambridgeUniversity Engineering Department, U.K.Giken Seisakusho Ltd, Japan
PRESS-IN ENGINEERING 2011 Proceedingsof 3rd IPA International Workshop in Shanghai IPA PRESS-IN

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら従来の技術では、圧入抵抗の低減が十分でなく、地盤での回転圧入の施工速度をさらに向上させることが可能な鋼管杭の出現が望まれていた。特に上記特許文献1や上記特許文献2の手段では、抵抗低減の効果が先端部に限定され、鋼管杭を回転圧入する際に発生する周面抵抗は低減されないという課題があった。また上記特許文献3のようにリング状の突起を設けた鋼管杭は、回転させない圧入の場合には効果があるが、回転させる場合には効果が十分でない可能性がある。また上記特許文献4のように杭外面の長手方向全域に凸条を設けた鋼管杭は、回転させるトルクの上昇が高くなりすぎてしまうといった課題があった。さらに上記非特許文献1には、杭先端の内面に突起(シュー)を設けた場合、杭先端部の断面積が増えるので、周面抵抗の低減よりも先端抵抗の増加の影響の方が大きくなる可能性が高い。また非特許文献2のように杭側面に孔を形成するのは、形状が複雑で加工に費用と時間がかかるという課題があった。

0007

本発明の目的は、圧入抵抗を効果的に低減でき、地盤での回転圧入の施工速度を向上させることができる鋼管杭を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

前記の目的を達成するため、本発明によれば、回転圧入により地盤に打ち込まれる鋼管杭であって、円筒形状の鋼管の先端から、鋼管の外径の1.5倍以上、3.5倍以下の長さの範囲に、鋼管の長手方向に連続する1または2以上のリブが、鋼管の外周面に取り付けられていることを特徴とする、鋼管杭が提供される。

0009

この鋼管杭にあっては、前記リブの高さが12mm以下であることが望ましい。また、2以上のリブが鋼管の外周面に取り付けられており、任意のリブの正反対の位置には、他のリブが存在していないことが望ましい。

発明の効果

0010

本発明の鋼管杭によれば、先端外周面に鋼管の長手方向に連続するリブが設けられていることにより、砂地盤などに鋼管杭を回転圧入する際に、リブの後方側では地盤との接触する面積が小さくなって周面抵抗が低減される。その結果、鋼管杭に作用する周面摩擦が低減され、回転トルクの過剰な上昇を回避して、圧入施工の速度を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の実施の形態に係る鋼管杭の正面図である。
本発明の実施の形態に係る鋼管杭の断面図であり、(a)は図1中のX−X断面、(b)は図1中のY−Y断面において、それぞれ矢印方向に見た状態を示す。
各リブの位置関係による鋼管に対して作用する押し込む力の影響を説明する図面であり、(a)はリブの正反対の位置に他のリブが存在している場合を示し、(b)はリブの正反対の位置に他のリブが存在していない場合を示している。
模型実験に用いたリブありの杭の説明図である。
模型実験に用いたリブなしの杭の説明図である。
模型実験におけるリブありとリブなしの2種類の杭についての、打ち込み深さ(貫入長)と回転トルクの関係を示すグラフである。
模型実験前後の杭の状態の比較を示す写真であり、(a)は貫入前(実験前)、(b)は貫入後(実験後)の状態を示す。

0012

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

0013

図1、2に示すように、本発明の実施の形態に係る鋼管杭1は、円筒形状の鋼管(パイプ)10の先端(図1では下端)において外周面に3つのリブ11を取り付けた構成を有している。鋼管10の他端(図1では上端)には、一対の吊り金具12が取り付けられている。吊り金具12は鋼管杭1をクレーン等で吊り下げて搬送する際に利用される。

0014

各リブ11は、鋼管10の先端(下端)から上方に延びるように、鋼管10の長手方向と平行に連続して設けられており、鋼管10の先端(下端)から、鋼管10の外径Dの1.5倍以上、3.5倍以下の長さの範囲に設けられている。すなわち、各リブ11の長さLは、1.5D≦L≦3.5Dに設定されている。なお、「UWA-05支持力推定法」によれば、鋼管10の先端から2Dまでの範囲は、回転圧入の際に地盤から周面抵抗を特に大きく受けるとされている。このため、各リブ11の長さLは、2D以上とすることが望ましい。

0015

リブ11の個数は任意であり、1または2以上であれば良い。この実施の形態では、3つのリブ11が設けられている。2以上のリブ11を有する場合、鋼管10の外周面において、各リブ11の正反対の位置(各リブ11に対して、中心角が180°となる位置)には、他のリブ11が存在していない位置関係になっていることが望ましい。この実施の形態を例にして説明すると、図2(b)に示すように、3つのリブ11は中心角120°の等間隔で対象の位置に配置されており、各リブ11の正反対の位置(各リブ11に対して、中心角が180°となる位置)には、他のリブ11が存在していない。

0016

各リブ11は、例えば鋼材からなる角棒丸棒を、鋼管10の先端外周面に溶接等で接着することにより設けられる。また各リブ11には、必要に応じて硬化肉盛等による耐摩耗加工が施されている。また、各リブ11の高さHは12mm以下とされている。「道路橋示方書p558」によれば、リブ11の高さHは、鋼管杭1の施工完了後の支持力低下の影響が無視できる範囲にとどめる観点から、杭径が800mm以上1000mm以下の場合には12mm以下、杭径が800mm未満の場合には9mm以下の範囲で選定することが望ましい。

0017

以上のように構成される本発明の実施の形態に係る鋼管杭1は、例えば本出願人が先に開示した特開2003−213684に示される自走式圧入施工機械、本出願人のホームページ(http://www.giken.com/ja/)に示されるジャイロプレス工法登録商標第4794288号)によって地中に回転圧入される。かかるジャイロプレス工法により、鋼管杭1を把持して回転させることにより、鋼管杭1が地盤に回転圧入される。

0018

ここで、本発明の実施の形態に係る鋼管杭1にあっては、先端外周面に鋼管10の長手方向に連続するリブ11が設けられていることにより、砂地盤などに鋼管杭1を回転圧入する際に、回転の進行方向に対してリブ11の後方(回転方向と逆側)となる部分において、鋼管10の外周面と地盤とが接触する面積が小さくなり(あるいは、接触圧力が弱くなり)、周面抵抗が低減される。その結果、鋼管杭1に作用する周面摩擦が低減され、圧入力の過剰な上昇を回避して、圧入施工の速度を向上させることができる。この場合、各リブ11は、鋼管10の先端から、鋼管10の外径Dの1.5倍以上、3.5倍以下の長さの範囲に設けられており、かつ、各リブ11の高さHは12mm以下とされ、かつ、リブ本数が適切に設定されていることにより、リブ11を設けたことによる回転トルクの上昇量を一定以内(例えばリブ11を施さない場合の回転トルクの10%以下)に収めることができる。

0019

また、本発明の実施の形態に係る鋼管杭1は、3つのリブ11が中心角120°の等間隔で対象の位置に配置されており、各リブ11の正反対の位置(各リブ11に対して、中心角が180°となる位置)には、他のリブ11が存在していない。これにより、鋼管杭1に作用する周面摩擦を効果的に低減させることができ、鋼管10先端の過度の変形や回転トルクの過剰な上昇を回避することが可能となる。

0020

すなわち図3(a)は、一つのリブ11に対し、その正反対の位置(一つのリブ11に対して、中心角が180°となる位置)に、他のリブ11が存在している場合を示している。鋼管杭1を地盤に回転圧入する際には、ある一つのリブ11の位置において地盤から特に大きな反力が作用する場合、そのリブ11を鋼管10の中心に押し込む力Fが発生し、そのリブ11と正反対の位置にあるリブ11が力Fで地盤に押し付けられ、結果的に両リブ11、11に大きな力がかかる。したがって、二つのリブ11、11が互いに正反対となる位置に設けられていると、回転圧入によって鋼管杭1を地盤に打ち込む際に、ある一つのリブ11が鋼管10の中心に押し込む力Fを受けたことにより、回転トルクが大きくなりやすい。

0021

一方、図3(b)は、一つのリブ11に対し、その正反対の位置(一つのリブ11に対して、中心角が180°となる位置)に、他のリブ11が存在していない場合を示している。この場合も同様にリブ11が設けられている位置では鋼管10の中心に押し込む力Fが作用するが、リブ11の正反対の位置では鋼管10の外周面が直接リブ11で掘削された地盤と接触し、押し込む力Fが直接他のリブ11に伝達されにくい。このため、各リブ11にかかる力は大きくなりにくく、回転トルクも大きくなりにくい。

0022

なお図3(b)では、理解を容易にさせるために、鋼管10の外周面に一つのリブ11を記載して説明した。しかし、2以上のリブ11を有する場合、鋼管10の外周面において、各リブ11の正反対の位置(各リブ11に対して、中心角が180°となる位置)に他のリブ11が存在していない位置関係になっていれば、図3(b)で説明した場合と同様に、各リブ11にかかる力を大きくなりにくくすることができ、結果的に回転トルクを大きくなりにくくすることができるといった利点がある。

0023

なお、対称性の観点から言えば、2以上のリブ11を有する場合、鋼管杭1の回転中心が鋼管杭1の中心からなるべく逸脱しないようにして安定した施工速度を確保するために、各リブ11の配置は等間隔であることが望ましい。ところが、リブ11の個数が偶数であると、各リブ11を等間隔に配置しようとすると、どうしても一つのリブ11に対して正反対の位置に他のリブ11が存在する関係となってしまう。一方、リブ11の個数が奇数である場合は、各リブ11を等間隔に配置することにより、各リブ11の正反対の位置に他のリブ11が存在していない位置関係を実現できる。したがって、リブ11の個数を奇数とし、鋼管10の外周面先端に各リブ11を等間隔に配置することが望ましい。

0024

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態の一例について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0025

例えば、図1、2では鋼管10の先端外周面に3つのリブ11を設けた形態を示したが、リブ11の個数は1または2以上とすることができる。なお上述したように、リブ11の個数を奇数とし、鋼管10の外周面先端に各リブ11を等間隔に配置することが望ましい。また、リブ11の個数はなるべく少ない方が隣り合うリブ11同士の間隔が延びて鋼管10が弾性変形しやすくなり、結果として回転トルクの上昇を抑制することができる。

0026

次に、実施例を示して本発明を具体的に説明する。先ず、図4に示すリブありの杭と、図5に示すリブなしの杭の2種類を用いて、模型実験を行った。図4に示すリブありの杭では、杭長580mm、杭径101.6mm、厚さ4.2mmの鋼管杭(鋼管)の先端に、3mm×3mmの角棒を先端から250mmまでの範囲に、120°の中心角となるように3本取り付けた。一方、図5に示すリブなしの杭は、杭長580mm、杭径101.6mm、厚さ4.2mmの鋼管杭(鋼管)とした。

0027

模型実験の手順は、これらリブありとリブなしの2種類の杭に対し、同じ大きさの杭頭荷重(最大100kg)を作用させながら、同じ回転速度(約8.5rpm)で杭頭部を回転させた。この方法でそれぞれの杭を乾燥砂に貫入させた際の、回転トルクと貫入量の差を把握した。

0028

模型実験の結果、図6に示すように、トルクはほぼ同等であった。これは、リブありの杭では、リブ背後での摩擦の低減分と、リブ前面への抵抗の増加分が相殺され、回転トルクの上昇が抑制されたためだと考えられる。一方、貫入長はリブありの方が長くなった。これは、リブ背後の摩擦の低減分によって、鉛直方向の周面抵抗が低減され、貫入に必要な荷重が小さくて済んだからである。

0029

リブありの杭の外周面に、あらかじめ油性マジックでリング状に白線をつけ、実験後において白線の残り方を観察した。図7(a)は貫入前(実験前)の状態であり、図7(b)はリブありの杭を乾燥砂の模型地盤へ回転圧入して引抜いた後の状態である。図7(a)に示すように、貫入前(実験前)にリング状に記されていた白線は、図7(b)に示すように、貫入後(実験後)において、リブの前面側では削れて消滅し、リブの背後側では白線が残っていた。杭外周面にあらかじめ引いておいた白線の残り方から、リブの背後(回転方向逆側)で地盤との摩擦が低減されていることが目視確認できる。

0030

次に、リブなしの杭とリブありの杭を比較する現場実験を行った。リブなしの杭は、杭長15m、杭径1m、板厚12mmの鋼管の先端部にリングビットを配置した。一方、リブありの杭は、リブなしの杭の外周面に9mm×9mmの角鋼棒を、先端から2.5mまでの範囲に配置し、中心角120°の等間隔で溶接して取り付けた(計3本)。

実施例

0031

現場実験の手順は、これらリブなしの杭とリブありの杭の2種類の実物の杭を、ジャイロプレス工法によって砂礫地盤に回転圧入し、所要時間を比較した。この現場実験の結果、14mの貫入に要した時間は、リブなしの場合は95分、リブありの場合は80分となり、リブを施した方が施工時間を短縮できた。

0032

本発明は、杭を地盤に回転圧入する施工分野において有用である。

0033

1鋼管杭
10鋼管
11リブ
12 吊り金具

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