ねじ込み式鋼管杭
【課題】次のようなねじ込み式鋼管杭を得ること。
（１）低振動、低騒音、無排土施工が可能で、かつ大きな先端支持力が得られるねじ込み式鋼管杭の適用範囲を大径鋼管杭まで拡大すること。
（２）鋼管杭を回転貫入することにより、拡径部内に土砂が入らないため、コンクリート等の固化材の打設が容易であること。
（３）拡径された杭頭部とこれに打設されたコンクリート等の固化材により、杭頭部に発生する水平力や曲げモーメントに対応することのできる剛性を得ること。
【解決手段】少なくとも先端部又はその近傍に翼１０を有する下部鋼管２と、中心部に下部鋼管２が挿入される開口部４ｂが設けられた鋼板４を有する下部鋼管２より大径の上部鋼管３とを備え、地中に貫入された下部鋼管２の上部外周に上部鋼管３を貫入して下部鋼管２の一部を該上部鋼管３内に突出させ、少なくとも下部鋼管２の上部内及び上部鋼管３内にコンクリート等の固化材５を打設した。
（１）低振動、低騒音、無排土施工が可能で、かつ大きな先端支持力が得られるねじ込み式鋼管杭の適用範囲を大径鋼管杭まで拡大すること。
（２）鋼管杭を回転貫入することにより、拡径部内に土砂が入らないため、コンクリート等の固化材の打設が容易であること。
（３）拡径された杭頭部とこれに打設されたコンクリート等の固化材により、杭頭部に発生する水平力や曲げモーメントに対応することのできる剛性を得ること。
【解決手段】少なくとも先端部又はその近傍に翼１０を有する下部鋼管２と、中心部に下部鋼管２が挿入される開口部４ｂが設けられた鋼板４を有する下部鋼管２より大径の上部鋼管３とを備え、地中に貫入された下部鋼管２の上部外周に上部鋼管３を貫入して下部鋼管２の一部を該上部鋼管３内に突出させ、少なくとも下部鋼管２の上部内及び上部鋼管３内にコンクリート等の固化材５を打設した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ込み式鋼管杭に係り、さらに詳しくは、少なくとも鋼管の先端部又はその近傍に翼を取付けた鋼管杭に回転力を与えることにより、杭頭部近傍を拡径した鋼管杭を地中に構築するようにしたねじ込み式鋼管杭に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼管の先端部や側面に翼状板を取付けた鋼管杭に、地上に設置した機械により回転力を与え、翼状板の木ネジ作用により鋼管杭を地中に埋設する方法は、従来から多数提案されている。
ねじ込み式鋼管杭は、前述のように、鋼管杭に回動力を与えることにより、先端部又はその近傍に取付けた翼のねじ作用で鋼管杭を地盤に埋設するようにしたものであり、低振動、低騒音、無排土で施工できると共に、広い翼の面積を利用して大きな先端支持力を得ることができるという特徴を備えている。
【０００３】
このため、翼のない通常の鋼管杭に比べてその設置本数を減らすか、又は鋼管の外径を縮小することができる。しかしながら、水平力に対しては、杭本数を減少した分不足することになる。そこで、鋼管杭の肉厚を増加する必要があるが、鋼材の重量が増加した割りに曲げ耐力の増加の効果は小さい。よって、水平力に対抗するために、鋼管杭の肉厚を大幅に増加せざるを得ず、杭本数を減じた効果が少なくなる。
ところで、大きな水平力や曲げモーメントに対して経済的に対応するために、杭頭部近傍を拡径するという考えが従来から提案されており、既に場所打ちコンクリート杭では広く実用化されているが、既製杭の分野では実用化されていない。
【０００４】
杭頭部近傍の杭径を拡径した杭（以下、頭部拡大杭という）に関する従来技術について説明する。特許文献１に記載された杭頭拡大基礎杭打ち工法は、下杭とその下杭より径の大きい頭部拡大杭を接合して構成される鋼管杭において、下杭と頭部拡大杭との継手部に設けた叩打面を打撃して杭を貫入するようにしたものであり、従来の打撃工法のように杭の上端を打撃しないで管内の継手部を打撃することにより、頭部拡大杭に作用する応力を低減し、その肉厚を低減することを目的している。
【０００５】
また特許文献２に記載された頭部補強杭造成装置は、頭部拡大方式の場所打ちコンクリート杭や既製杭の造成方法において、上部の径が下部より大きいケーシングの中に、上部の径が下部よりも大きい攪拌掘削用オーガーを挿入して互いに反対方向に回転させることにより、頭部拡大杭埋込み用のソイルセメント柱状体の中に挿入することにより構築される。また、上部と下部のケーシングの接合部には、頭部拡大による貫入抵抗を低減するために、掘削刃を設けてケーシング内に土砂を取り込むようにしたものがでる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５２−７１０９号公報
【特許文献２】特公昭５８−２７３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の頭部拡大基礎杭打込み工法は、下杭と頭部拡大杭との継手部を管内で打撃するようにしたものであるが、頭部拡大杭に発生する打撃応力度を通常の打込み工法より低減しても、土砂が継手部の下面に当るため継手部に発生する貫入抵抗は減少しないため打ち込みに困難を伴う。また、大きな騒音や振動が発生するため、都市部では実施することができない。
【０００８】
また、特許文献２の頭部補強杭造成装置は、管内に挿入するオーガーの径は下部鋼管の径より小さいため、接続部に発生する貫入抵抗は従来技術１と同じである。また、オーガーを下部鋼管の先端部から突き出したのち上部鋼管の外径と同程度にオーガーを拡大することは可能であるが、下部鋼管の断面積より大きい面積の土砂を攪拌するために先端支持力が低下し、その上大量の土砂を排出するおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ねじ込み式鋼管杭と頭部拡大杭の特長を兼ね備えた次のようなねじ込み式鋼管杭を得ることを目的としたものである。
（１）低振動、低騒音、無排土施工が可能で、かつ大きな先端支持力が得られるねじ込み式鋼管杭の適用範囲を大径鋼管杭まで拡大すること。
（２）鋼管杭を回転貫入することにより、拡径部内に土砂が入らないため、コンクリート等の固化材の打設が容易であること。
（３）拡大された杭頭部とこれに打設されたコンクリート等の固化材により、杭頭部に発生する水平力や曲げモーメントに対応することのできる剛性を得ること。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、少なくとも先端部又はその近傍に翼を有する下部鋼管と、該下部鋼管が挿入される開口部が設けられた鋼板を有する前記下部鋼管より大径の上部鋼管とを備え、地中に前記下部鋼管及び該下部鋼管の上部外周に前記上部鋼管を貫入して下部鋼管の一部を該上部鋼管内に突出させ、少なくとも前記下部鋼管の上部内及び上部鋼管内にコンクリート等の固化材を打設したものである。
【００１１】
上記の下部鋼管の上部外周に上部鋼管より大径の翼を設けた。
また、上記の上部鋼管の外周に該上部鋼管より大径の翼を設けた。
さらに、上記の鋼板に代えて、下部鋼管が挿入される開口部を有し、上部鋼管より大径の翼を該上部鋼管の先端部に設けた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、杭頭部又は胴体部に回転力を与えて地盤に埋設するようにしたので、低騒音、低振動、無排土で施工することができる。また、上部鋼管を下部鋼管の推進力を利用して同時に地中に貫入するようにしたので、上部鋼管内に土砂が侵入するのを防止することができ、これにより清掃等を行うことなくコンクリート等の固化材を打設して下部鋼管と上部鋼管の一体化をはかることができる。さらに、拡径された上部鋼管と内部に打設したコンクリート等の固化材により大きな剛性が得られるため、杭頭部に発生する水平力や曲げモーメントに効果的に対応することができる。
【００１３】
また、下部鋼管の上部外周に上部鋼管より大径の翼を設け、又は上部鋼管の外周に上部鋼管より大径の翼を設け、あるいは鋼板に代えて、下部鋼管が挿入される開口部を有し上部鋼管より大径の翼を上部鋼管の先端部に設けたので、下部鋼管の先端部又はその近傍に設けた翼より大径の上部鋼管を容易に貫入することができ、これにより、より大きい水平抵抗を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。図において、１は頭部を拡大したねじ込み式鋼管杭（以下、単に鋼管杭という）で、下部鋼管２と、下部鋼管２より大径で、下部開口部に下部鋼管２の外径より若干大きい開口部４ａを有するドーナツ状の鋼板４が接合された上部鋼管３と、下部鋼管２の先端部に設けた下部鋼管２より大径の翼１０と、下部鋼管２の上部内と上部鋼管３内に打設され、両者の一体化をはかると共に、水平抵抗の増強のためのコンクリート、モルタル、ソイルセメント等の固化材（以下、セメント等の固化材という）５とからなっている。６は下部鋼管２内に上部鋼管３の鋼板４とほぼ同じ位置に設けられ、内部に打設されたコンクリート等の固化材５の落下を防止するための閉塞板である。なお、鋼管杭１の全長に亘ってコンクリート等の固化材５を打設する場合は、閉塞板６は不要である。
【００１５】
下部鋼管２は通常の鋼管杭用の鋼管（例えば、外径６００ｍｍ以下）からなり、下端部には、図２に示すように（図２は説明を容易にするために上下を逆にしてある）、円周方向を高さｈの段差部７ａ，７ｂにより２分割し、一方の段差部７ａの下端部から他方の段差部７ｂの上端部に連続する傾斜面とし、また、段差部７ａの上端部から段差部７ｂの下端部に連続する傾斜面として、これら傾斜面により互いに同方向に向うレ字状の翼１０の取付部８ａ，８ｂが設けられている。
【００１６】
翼１０は、例えば図３に示すように、下部鋼管２の外径Ｄ1 より大きい外径Ｄ3 の円形鋼板又は楕円形鋼板を中央から２分割した平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂによって構成したものである。なお、鋼製翼１１ａ，１１ｂからなる翼１０の大きさ（外径Ｄ3 ）は、一般に、下部鋼管２の外径Ｄ1 の１．３〜２．５倍程度が望ましい。
【００１７】
上記のような鋼製翼１１ａ，１１ｂは、図４に示すように、下部鋼管２の先端開口部を覆うようにして取付部８ａ，８ｂ上に載置され、溶接等により互いに反対方向に傾斜して取付けられ、翼１０を構成する。なお、両鋼製翼１１ａ，１１ｂの食い違いによって生じる開口部は、例えば、閉塞板によって閉塞してもよい。また、下部鋼管２を複数本の鋼管を接続した接続杭で構成した場合は、最先端の鋼管（下杭）に翼１０を設ければよい。
【００１８】
上部鋼管３の外径Ｄ2 は、上部に設けられる建造物からの水平力や曲げモーメントにより異なるが、一般に、下部鋼管２の外径Ｄ1 の１．１５〜３．０倍程度で、翼１０の外径Ｄ3 より小さいことが望ましい。また、上部鋼管３の長さＬ1 は１／β〜２／β程度の範囲が望ましい。ここに、βは上部鋼管３と地盤の硬さから決まる特性値である。一般に、上部鋼管３の長さＬ1 は、４〜１２ｍ程度である。そして、上部鋼管３の下部開口部には、上部鋼管３の外径Ｄ2 とほぼ等しい外形で、下部鋼管２の外径Ｄ1 より若干大きい径の開口部４ａを有する鋼板４が接合されている。
【００１９】
次に、上記のように構成した本実施の形態に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の一例について説明する。
先ず、図５（ａ）に示すように、地上に立設された下部鋼管２に、上方から鋼板４に設けた開口部４ａを嵌合し、上部鋼管３を翼１０上に同心的に載置する。勿論、上部鋼管３の下から下部鋼管２を挿入してもよい。このとき、下部鋼管２の杭頭部は、上部鋼管３の杭頭部から上方に突出している。
【００２０】
次に、杭打ち機２０に設けた可逆回転するモータ２１の回転軸２２を、下部鋼管２の杭頭部近傍に取付ける。２３は上部鋼管３の外径Ｄ2 とほぼ等しいか若干大きい外径を有し、回転軸２の外周に例えば軸受を介して回転自在に取付けられた圧下部材で、回転軸２２を下部鋼管２に取付けたときは、上部鋼管３の杭頭部に当接する。この圧下部材２３は回転軸２２に対して着脱可能に構成してもよく、あるいは軸受を省略して回転軸２２と一体に回転するようにしてもよい。なお、２軸のモータを用いて下部鋼管２と上部鋼管３の両者を回転して施工してもよく、また、上記のモータ２１は、下部鋼管２の胴部に取付けるようにしてもよい。
【００２１】
この状態でモータ２１を駆動すると、これに取付けられた下部鋼管２が回転し、翼１０の木ネジ作用により地中にねじ込まれる。このとき、翼１０の下方にある土砂は掘削軟化されて、下部鋼管２はスムーズに貫入される。
下部鋼管２が若干貫入されると、モータ２１の下降に伴って回転軸２２に設けた圧下部材２３が上部鋼管３を圧下し、図５（ｂ）に示すように、上部鋼管３は下部鋼管２の貫入に伴って地中に圧入される。このとき、上部鋼管３の周囲の土砂は、下部鋼管２の翼１０によって攪拌されて間もないため摩擦抵抗が小さく、下部鋼管２の貫入に伴って容易に貫入することができる。また、上部鋼管３が所定深度に達するまでは、土砂は管外横方向に圧縮されるため、上部鋼管３内に土砂が侵入することはない。
【００２２】
上部鋼管３が所定の深度に達すると、図６（ａ）（以下、杭打ち機２０は省略してある）に示すように、下部鋼管２の回転（貫入）を一旦停止してモータ２１を外し、下部鋼管２の杭頭部に中杭を構成する鋼管２ａを接続して、この鋼管２ａの杭頭部に再びモータ２１の回転軸２２を取付ける。なお、このとき、回転軸２２に設けた圧下部材２３を取外すか、又は圧下部材２３のない回転軸２２を使用してもよい。
【００２３】
そして、再びモータ２１を駆動して下部鋼管２を回転させ、貫入する。このとき、上部鋼管３はその位置に保持されており、また、必要に応じて下部鋼管２に順次継杭を行う。
下部鋼管２が所定の深度（例えば、支持層）に達したときはモータ２１を停止し、図６（ｂ）に示すように、モータ２１を下部鋼管２から取外して引上げる。なお、下部鋼管２の頭部が地上面より下方になる場合は、ヤットコを用いて打ち込んでもよい。
このとき、下部鋼管２の杭頭部は、上部鋼管３内に１Ｄ1(Ｄ1 は下部鋼管２の外径）以上突出していることが望ましい。
【００２４】
ついで、下部鋼管２と上部鋼管３との一体化をはかるために、図６（ｃ）に示すように、下部鋼管２の閉塞板６より上方及び上部鋼管３内にコンクリート等の固化材５を打設する。このとき、上部鋼管３内に土砂が侵入していないので、コンクリート等の固化材５を打設するために管内を清掃する必要がない。なお、下部鋼管２の杭頭部近傍の外周面及び上部鋼管３の内周面に、リブ又は鉄筋を巻き付けあるいはジベルを設けるなどして凹凸を形成すれば、コンクリート等の固化材５の付着力をさらに向上させることができる。また、コンクリート等の固化材５は、下部鋼管２と上部鋼管３を接続するために打設するので、上部鋼管３の全長にわたって打設せず、鋼板４から上部鋼管３内への下部鋼管２の突出範囲だけに打設してもよい（これら他の実施の形態においても同様である）。
【００２５】
また、翼１０からの曲げモーメントに対応できるように、閉塞板６を省略して下部鋼管２と上部鋼管３の全長にわたってコンクリート等の固化材５を打設してもよい。この場合、上部鋼管３の杭頭部からコンクリート等の固化材５を打設してもよいが、下部鋼管２の打止め直前又は打止め直後に、上部鋼管３の杭頭部から下部鋼管２内にコンクリート注入管を挿入し、下部鋼管２内にコンクリート等の固化材５を注入しながら徐々に引上げるようにしてもよい（他の実施の形態においても同様である）。
【００２６】
ねじ込み式鋼管杭は、前述のように翼の木ネジ作用により無排土で地中に貫入されるものであり、翼の下方にあった土砂は翼により掘削軟化され、翼の間隙を通過して鋼管杭の外周に移動し、圧縮される。鋼管杭の外周に移動した土砂は、施工中は撹乱されて間もないため摩擦抵抗が少なく、鋼管杭をスムーズに貫入することができる。
しかし、時間の経過と共に、間隙水圧の消散などの要因により地盤強度が回復し、基礎杭としての供用時には大きな周面摩擦力が発揮される。
【００２７】
図７は本実施の形態の他の例の説明図である。本例は上部鋼管３の下部開口部にテーパ状の鋼板４ｂを取付けたものである。
本例の施工方法も前述の施工方法と同様であるが、鋼板４ｂをテーパ状にしたため、上部鋼管３の地中への圧入の際の抵抗を低減することができる。
【００２８】
［実施例］
図１に示すような鋼管杭１において、先端部に外径１０１６ｍｍの鋼製翼１１ａ，１１ｂを交差して取付けた外径５０８ｍｍ、長さ２６ｍの下部鋼管（下杭）２と、外径８００ｍｍ、長さ１０ｍの上部鋼管３とを打設した。１５ｍの深さまで下部鋼管２と上部鋼管３を同時に貫入し、その後継杭して４０ｍまで下部鋼管２を貫入させて打止めた。このとき、下部鋼管２の杭頭部を上部鋼管３内に１ｍ突出させた。
施工自体は通常ねじ込み式鋼管杭の場合とほとんど変らない能率であった。貫入終了後上部鋼管３内及び下部鋼管２の杭頭部近傍にコンクリートを打設して一体化をはかり、問題なく頭部を拡径した鋼管杭１を構築することができた。
【００２９】
上記のように構成した本実施の形態によれば、鋼管杭の杭頭部又は胴体部に回転力を与えて地盤に埋設するようにしたので、低騒音、低振動、無排土で施工することができる。
また、上部鋼管３を下部鋼管２の推進力を利用して同時に地中に貫入するようにしたので、上部鋼管３内に土砂が侵入するのを防止することができ、これにより、鋼管内の清掃等を行うことなくコンクリート等の固化材５を打設して下部鋼管２と上部鋼管３の一体化をはかることができる。
さらに、拡大された上部鋼管３と内部に打設したコンクリート等の固化材５とにより大きな剛性が得られるため、杭頭部に発生する水平力や曲げモーメントに効果的に対応することができる。
【００３０】
［実施の形態２］
図８は本発明の実施の形態２に係る鋼管杭の説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、上部鋼管３の下部開口部に、鋼板に代えて翼１５（以下、上部翼という）を設けたものである。すなわち、下部鋼管２の先端部に設けた翼１０（以下、下部翼という）とほぼ同じ構造で、中心部に下部鋼管２が挿入される開口部１５ａを有し、上部鋼管２の外径Ｄ2 より大きい外径Ｄ4 の上部翼１５を設けたものである。
【００３１】
上部鋼管３に上部翼１５を取付けるにあたっては、上部鋼管３の先端部に図２で説明したような翼の取付部８ａ，８ｂを設け、図３で説明した円形鋼板又は楕円形鋼板の外径を上部鋼管３の外径Ｄ2 より大きいＤ4 とし、中心部に下部鋼管２の外径Ｄ1 より若干大きい開口部を設けて２分割して形成した鋼製翼１６ａ，１６ｂを取付部８ａ，８ｂに溶接により接合したものである。
【００３２】
本実施の形態の施工方法も実施の形態１の場合に準じるが、上部鋼管３は圧入ではなく、杭打ち機２０のモータ２１により下部鋼管２と同方向に回転させて、上部翼１５の木ネジ作用による推進力により地中に貫入する。なお、上部鋼管３と下部鋼管２を反対方向に回転させてもよく、また、下部鋼管２を所定の深度まで貫入したのち、その外周に上部鋼管３を貫入してもよい。
【００３３】
図９は本実施の形態の他の例の説明図で、本例は１枚の円形鋼板又は楕円形鋼板により下部翼１０と上部翼１５の鋼製翼１１ａ，１１ｂ、１６ａ，１６ｂを形成したものである。
例えば、上部翼１５の外径Ｄ4 に対応する外形の円形鋼板の内側を、同心的に下部翼１０に対応する外径Ｄ3 により切断すると共に、これらを２分割して鋼製翼１１ａ，１１ｂ、１６ａ，１６ｂを形成し、それぞれ下部鋼管２と上部鋼管３の下端部に設けた取付部８ａ，８ｂに溶接により接合したものである。
【００３４】
これにより、施工当初は図９に示すように、下部翼１０が上部翼１５の開口部１５ａ内に挿入され、下部鋼管２と上部鋼管３が一体的に回転し、地中に貫入される。そして、上部鋼管３が所定の深度に達すると上部鋼管３の回転を中止し、下部鋼管２のみを回転させる。これにより、下部鋼管２の下部翼１０は図１０に示すように、上部鋼管３の上部翼１５から分離し、下部鋼管２のみが引続き地中に貫入される。
本例によれば、翼の製作が容易になり、また材料を節減することができる。
【００３５】
上記の説明では、上部翼１５を上部鋼管３の先端部に設けた場合を示したが、実施の形態１の場合と同様に先端部に開口部４ａを有する鋼板４が設けられた上部鋼管３の外周の下部に、上部翼１５を設けてもよい。
この場合は、例えば、上部鋼管３の外径Ｄ2 より大径Ｄ4 の円形鋼板の中心部に、上部鋼管３の外径Ｄ2 とほぼ等しい開口部を設けてドーナツ状に形成し、これを二分割して鋼製翼１６ａ，１６ｂを構成する。そして、この鋼製翼１６ａ，１６ｂを、上部鋼管３の外周面に下部翼１０と同じ角度で交差して取付ければよい。
【００３６】
本実施の形態によれば実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態１では、施工時のトルクを低減するために、上部鋼管３の外径Ｄ3 を下部鋼管２に設けた翼１０の外径Ｄ3 より小さくすることが必要であるが、本実施の形態においては上部鋼管３に上部翼１５を設けて上部鋼管３自身で土砂を掘削軟化して推進するようにしたので、下部鋼管２の翼１０より大径の上部鋼管３を容易に貫入することができ、これにより、より大きな水平抵抗を確保することができる。
【００３７】
［実施の形態３］
図１１は本発明の実施の形態３に係る鋼管杭の説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、実施の形態１の下部鋼管２の上部外周に、上部鋼管３の外径Ｄ2 より大きい外径Ｄ4 の上部翼１７を設けたものである。この上部翼１７を設けるにあたっては、例えば、外径Ｄ4 の円形鋼板の中心部に、下部鋼管２の外径Ｄ1 とほぼ等しい径の開口部を設けてドーナツ状に形成し、これを２分割して平板状の鋼製翼１８ａ，１８ｂを構成する。そして、この鋼製翼１８ａ，１８ｂを、下部鋼管２の外周面に下部翼１０と同じ角度で交差して取付けたものである。
【００３８】
本実施の形態の施工方法も実施の形態１に準じるが、初期においては、杭打ち機２０に設けたモータ２１により先ず下部鋼管２を回転させて地中に貫入し、上部翼１７が地盤の掘削を開始すると、これに合わせて軟化した地中に上部鋼管３を圧入する。
本実施の形態は、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
［実施の形態４］
図１２は本発明の実施の形態４の説明図である。図において、１は実施の形態１に係る鋼管杭であるが、翼１０の中心部には後述のオーガーを挿通するための開口部１０ａが設けられており、また、モータ２１はそれぞれ独立して可逆に回転する外軸２４と内軸２５を備えている。
３１は下部鋼管２内に挿入されてオーガーヘッド３２が翼１０の開口部１０ａから突出したオーガーで、軸方向にはセメントミルクや地盤固化用薬液などの硬化性流動物を先端部に圧送するための貫通穴３３が設けられており、オーガーヘッド３２にはこの貫通穴３３が開口する噴出口３４が設けられている。３５は一端が硬化性流動物のプラントに接続されたホースで、他端はオーガー３１に設けた貫通穴３３に、オーガー３１が自在に回転しうるように接続されている。
【００４０】
次に、上記のような本実施の形態の施工方法の一例について説明する。例えば、実施の形態１の場合と同様の施工方法により、下部鋼管２と上部鋼管３を地中に貫入する。そして、下部鋼管２の先端部があらかじめ定めた深さ（例えば、支持層の近傍）に達したときは貫入を停止し、下部鋼管２内にオーガー３１を挿入して下部鋼管２をモータ２１の外軸２４に、オーガー３１を内軸２５にそれぞれ連結する。ついで、オーガー３１の貫通穴３３にホース３６を接続する。
【００４１】
そして下部鋼管２を回転させると共に、オーガー３１を下部鋼管２と反対方向に回転させ、翼１０に先行して地盤を掘削軟化させる。同時に、ホース３５からオーガー３１の貫通穴３３に硬化性流動物を圧送して、オーガーヘッド３２に設けた噴出口３４から噴出させ、オーガーヘッド３２及び翼１０の回転によって軟化した土砂と攪拌し、混合させる。このとき、下部鋼管２とオーガーヘッド３２の回転方向が反対のため、硬化性流動物と土砂はよく攪拌されて均一性の高い混合物となる。
【００４２】
下部鋼管２が所定深度（例えば、支持層）に達したときは、翼１０とオーガーヘッド３２により十分攪拌して土砂と硬化性流動物をよく混合させたのち、下部鋼管２及びオーガー３１の回転を停止する。
ついで、下部鋼管２及びホース３５をモータ２１から外してオーガー３１を引上げれば、施工が終了する。そして、硬化性流動物と混合されて軟化した土砂は時間の経過に伴って固化し、大きな先端支持力を発揮する。
【００４３】
上記の説明では、下部鋼管２がある深さまで貫入されてから下部鋼管２内にオーガー３１を挿入する場合について説明したが、当初から下部鋼管２内にオーガー３１を挿入してもよい。なお、この場合は、オーガー３１に土砂を上方に押上げ、又は下方に押下げる機能を備えたスパイバル羽根を設けることが望ましい。
このように構成することにより、オーガーヘッド３２が翼１０に先行して土砂を掘削軟化するので、下部鋼管２の貫入が容易になり、また、土砂と硬化性流動物との混合物の一部がスパイラル羽根により下部鋼管２内にとり込まれると共に、下部鋼管２の周囲に押し出されるので、固化したのち大きな先端支持力及び周面摩擦力を得ることができる。
【００４４】
施工後にオーガー３１を引上げる場合には、オーガー３１を反対方向に回転させながらモータ２１を上昇させればよい。なお、このとき、下部鋼管２と上部鋼管３の、土砂と硬化性流動物の混合物が充填されていない部分にはコンクリート等の固化材５を打設すればよいが、オーガー３１を引上げる際に、引続き下部鋼管２と上部鋼管３内に硬化性流動物を噴出させて、コンクリートの打設に代えてもよい。
本実施の形態は、実施の形態２，３にも実施することができる。
【００４５】
上述の各実施の形態においては、円形鋼板又は楕円形鋼板を２分割した平板状の鋼製翼を、下部鋼管２（以下、上部鋼管３を含む）の先端部に設けた２つのレ字状の取付部８ａ，８ｂに取付けて翼１０（以下、上部翼１５，１７を含む）を構成した場合を示したが、下部鋼管２の先端部に３つ以上のレ字状の取付部を設け、この取付部に円形鋼板等を３つ以上に分割した平板状の鋼製翼を取付けてもよい。
また、下部鋼管２の先端部に１つの段差部を設け、この段差部の下端部から１周して上端部に達するレ字状の取付部を設け、この取付部に円形鋼板等を複数に分割した平板状の鋼製翼を連続して取付けて螺旋状の翼を構成してもよく、さらに、この取付部に、円形鋼板等の中心部に小孔を設け、この小孔から外周部にかけて１か所を切断し、曲げ加工して形成した螺旋状翼を取付けてもよい。
【００４６】
さらに、中心部に下部鋼管２の外径に対応した大きさの開口部を有する円形鋼板等を複数分割した鋼製翼、あるいは上記の開口部から外周部にかけて１か所を切断し、曲げ加工して形成した螺旋状翼を、下部鋼管の先端部近傍の外周に取付けるなど、翼の形状、構造、取付位置は適宜選択することができる。なお、下部鋼管の先端部近傍の外周に翼を設ける場合は、先端支持力を確実に得るために下部鋼管の先端部を閉塞板等により閉塞することが望ましい。しかし、実施の形態４を実施する場合は、この閉塞板等にオーガーヘッドが通過する開口部を設けることが必要である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。
【図２】図１の下部鋼管の下部斜視図である。
【図３】図１の翼の製造説明図である。
【図４】図１の下部鋼管の要部の斜視図である。
【図５】実施の形態１のねじ込み式鋼管杭の施工方法の一例の説明図である。
【図６】実施の形態１のねじ込み式鋼管杭の施工方法の一例の説明図である。
【図７】実施の形態１の他の例の説明図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。
【図９】実施の形態２の他の例の説明図である。
【図１０】図９の作用説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態４の係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ ねじ込み式鋼管杭（鋼管杭）
２ 下部鋼管
３ 上部鋼管
４，４ｂ 鋼板
５ コンクリート等の固化材
１０ 翼（下部翼）
１５，１７ 上部翼
２０ 杭打ち機
２１ モータ
３１ オーガー
３２ オーガーヘッド
３３ 貫通穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ込み式鋼管杭に係り、さらに詳しくは、少なくとも鋼管の先端部又はその近傍に翼を取付けた鋼管杭に回転力を与えることにより、杭頭部近傍を拡径した鋼管杭を地中に構築するようにしたねじ込み式鋼管杭に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼管の先端部や側面に翼状板を取付けた鋼管杭に、地上に設置した機械により回転力を与え、翼状板の木ネジ作用により鋼管杭を地中に埋設する方法は、従来から多数提案されている。
ねじ込み式鋼管杭は、前述のように、鋼管杭に回動力を与えることにより、先端部又はその近傍に取付けた翼のねじ作用で鋼管杭を地盤に埋設するようにしたものであり、低振動、低騒音、無排土で施工できると共に、広い翼の面積を利用して大きな先端支持力を得ることができるという特徴を備えている。
【０００３】
このため、翼のない通常の鋼管杭に比べてその設置本数を減らすか、又は鋼管の外径を縮小することができる。しかしながら、水平力に対しては、杭本数を減少した分不足することになる。そこで、鋼管杭の肉厚を増加する必要があるが、鋼材の重量が増加した割りに曲げ耐力の増加の効果は小さい。よって、水平力に対抗するために、鋼管杭の肉厚を大幅に増加せざるを得ず、杭本数を減じた効果が少なくなる。
ところで、大きな水平力や曲げモーメントに対して経済的に対応するために、杭頭部近傍を拡径するという考えが従来から提案されており、既に場所打ちコンクリート杭では広く実用化されているが、既製杭の分野では実用化されていない。
【０００４】
杭頭部近傍の杭径を拡径した杭（以下、頭部拡大杭という）に関する従来技術について説明する。特許文献１に記載された杭頭拡大基礎杭打ち工法は、下杭とその下杭より径の大きい頭部拡大杭を接合して構成される鋼管杭において、下杭と頭部拡大杭との継手部に設けた叩打面を打撃して杭を貫入するようにしたものであり、従来の打撃工法のように杭の上端を打撃しないで管内の継手部を打撃することにより、頭部拡大杭に作用する応力を低減し、その肉厚を低減することを目的している。
【０００５】
また特許文献２に記載された頭部補強杭造成装置は、頭部拡大方式の場所打ちコンクリート杭や既製杭の造成方法において、上部の径が下部より大きいケーシングの中に、上部の径が下部よりも大きい攪拌掘削用オーガーを挿入して互いに反対方向に回転させることにより、頭部拡大杭埋込み用のソイルセメント柱状体の中に挿入することにより構築される。また、上部と下部のケーシングの接合部には、頭部拡大による貫入抵抗を低減するために、掘削刃を設けてケーシング内に土砂を取り込むようにしたものがでる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５２−７１０９号公報
【特許文献２】特公昭５８−２７３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の頭部拡大基礎杭打込み工法は、下杭と頭部拡大杭との継手部を管内で打撃するようにしたものであるが、頭部拡大杭に発生する打撃応力度を通常の打込み工法より低減しても、土砂が継手部の下面に当るため継手部に発生する貫入抵抗は減少しないため打ち込みに困難を伴う。また、大きな騒音や振動が発生するため、都市部では実施することができない。
【０００８】
また、特許文献２の頭部補強杭造成装置は、管内に挿入するオーガーの径は下部鋼管の径より小さいため、接続部に発生する貫入抵抗は従来技術１と同じである。また、オーガーを下部鋼管の先端部から突き出したのち上部鋼管の外径と同程度にオーガーを拡大することは可能であるが、下部鋼管の断面積より大きい面積の土砂を攪拌するために先端支持力が低下し、その上大量の土砂を排出するおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ねじ込み式鋼管杭と頭部拡大杭の特長を兼ね備えた次のようなねじ込み式鋼管杭を得ることを目的としたものである。
（１）低振動、低騒音、無排土施工が可能で、かつ大きな先端支持力が得られるねじ込み式鋼管杭の適用範囲を大径鋼管杭まで拡大すること。
（２）鋼管杭を回転貫入することにより、拡径部内に土砂が入らないため、コンクリート等の固化材の打設が容易であること。
（３）拡大された杭頭部とこれに打設されたコンクリート等の固化材により、杭頭部に発生する水平力や曲げモーメントに対応することのできる剛性を得ること。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、少なくとも先端部又はその近傍に翼を有する下部鋼管と、該下部鋼管が挿入される開口部が設けられた鋼板を有する前記下部鋼管より大径の上部鋼管とを備え、地中に前記下部鋼管及び該下部鋼管の上部外周に前記上部鋼管を貫入して下部鋼管の一部を該上部鋼管内に突出させ、少なくとも前記下部鋼管の上部内及び上部鋼管内にコンクリート等の固化材を打設したものである。
【００１１】
上記の下部鋼管の上部外周に上部鋼管より大径の翼を設けた。
また、上記の上部鋼管の外周に該上部鋼管より大径の翼を設けた。
さらに、上記の鋼板に代えて、下部鋼管が挿入される開口部を有し、上部鋼管より大径の翼を該上部鋼管の先端部に設けた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るねじ込み式鋼管杭は、杭頭部又は胴体部に回転力を与えて地盤に埋設するようにしたので、低騒音、低振動、無排土で施工することができる。また、上部鋼管を下部鋼管の推進力を利用して同時に地中に貫入するようにしたので、上部鋼管内に土砂が侵入するのを防止することができ、これにより清掃等を行うことなくコンクリート等の固化材を打設して下部鋼管と上部鋼管の一体化をはかることができる。さらに、拡径された上部鋼管と内部に打設したコンクリート等の固化材により大きな剛性が得られるため、杭頭部に発生する水平力や曲げモーメントに効果的に対応することができる。
【００１３】
また、下部鋼管の上部外周に上部鋼管より大径の翼を設け、又は上部鋼管の外周に上部鋼管より大径の翼を設け、あるいは鋼板に代えて、下部鋼管が挿入される開口部を有し上部鋼管より大径の翼を上部鋼管の先端部に設けたので、下部鋼管の先端部又はその近傍に設けた翼より大径の上部鋼管を容易に貫入することができ、これにより、より大きい水平抵抗を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。図において、１は頭部を拡大したねじ込み式鋼管杭（以下、単に鋼管杭という）で、下部鋼管２と、下部鋼管２より大径で、下部開口部に下部鋼管２の外径より若干大きい開口部４ａを有するドーナツ状の鋼板４が接合された上部鋼管３と、下部鋼管２の先端部に設けた下部鋼管２より大径の翼１０と、下部鋼管２の上部内と上部鋼管３内に打設され、両者の一体化をはかると共に、水平抵抗の増強のためのコンクリート、モルタル、ソイルセメント等の固化材（以下、セメント等の固化材という）５とからなっている。６は下部鋼管２内に上部鋼管３の鋼板４とほぼ同じ位置に設けられ、内部に打設されたコンクリート等の固化材５の落下を防止するための閉塞板である。なお、鋼管杭１の全長に亘ってコンクリート等の固化材５を打設する場合は、閉塞板６は不要である。
【００１５】
下部鋼管２は通常の鋼管杭用の鋼管（例えば、外径６００ｍｍ以下）からなり、下端部には、図２に示すように（図２は説明を容易にするために上下を逆にしてある）、円周方向を高さｈの段差部７ａ，７ｂにより２分割し、一方の段差部７ａの下端部から他方の段差部７ｂの上端部に連続する傾斜面とし、また、段差部７ａの上端部から段差部７ｂの下端部に連続する傾斜面として、これら傾斜面により互いに同方向に向うレ字状の翼１０の取付部８ａ，８ｂが設けられている。
【００１６】
翼１０は、例えば図３に示すように、下部鋼管２の外径Ｄ1 より大きい外径Ｄ3 の円形鋼板又は楕円形鋼板を中央から２分割した平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂによって構成したものである。なお、鋼製翼１１ａ，１１ｂからなる翼１０の大きさ（外径Ｄ3 ）は、一般に、下部鋼管２の外径Ｄ1 の１．３〜２．５倍程度が望ましい。
【００１７】
上記のような鋼製翼１１ａ，１１ｂは、図４に示すように、下部鋼管２の先端開口部を覆うようにして取付部８ａ，８ｂ上に載置され、溶接等により互いに反対方向に傾斜して取付けられ、翼１０を構成する。なお、両鋼製翼１１ａ，１１ｂの食い違いによって生じる開口部は、例えば、閉塞板によって閉塞してもよい。また、下部鋼管２を複数本の鋼管を接続した接続杭で構成した場合は、最先端の鋼管（下杭）に翼１０を設ければよい。
【００１８】
上部鋼管３の外径Ｄ2 は、上部に設けられる建造物からの水平力や曲げモーメントにより異なるが、一般に、下部鋼管２の外径Ｄ1 の１．１５〜３．０倍程度で、翼１０の外径Ｄ3 より小さいことが望ましい。また、上部鋼管３の長さＬ1 は１／β〜２／β程度の範囲が望ましい。ここに、βは上部鋼管３と地盤の硬さから決まる特性値である。一般に、上部鋼管３の長さＬ1 は、４〜１２ｍ程度である。そして、上部鋼管３の下部開口部には、上部鋼管３の外径Ｄ2 とほぼ等しい外形で、下部鋼管２の外径Ｄ1 より若干大きい径の開口部４ａを有する鋼板４が接合されている。
【００１９】
次に、上記のように構成した本実施の形態に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の一例について説明する。
先ず、図５（ａ）に示すように、地上に立設された下部鋼管２に、上方から鋼板４に設けた開口部４ａを嵌合し、上部鋼管３を翼１０上に同心的に載置する。勿論、上部鋼管３の下から下部鋼管２を挿入してもよい。このとき、下部鋼管２の杭頭部は、上部鋼管３の杭頭部から上方に突出している。
【００２０】
次に、杭打ち機２０に設けた可逆回転するモータ２１の回転軸２２を、下部鋼管２の杭頭部近傍に取付ける。２３は上部鋼管３の外径Ｄ2 とほぼ等しいか若干大きい外径を有し、回転軸２の外周に例えば軸受を介して回転自在に取付けられた圧下部材で、回転軸２２を下部鋼管２に取付けたときは、上部鋼管３の杭頭部に当接する。この圧下部材２３は回転軸２２に対して着脱可能に構成してもよく、あるいは軸受を省略して回転軸２２と一体に回転するようにしてもよい。なお、２軸のモータを用いて下部鋼管２と上部鋼管３の両者を回転して施工してもよく、また、上記のモータ２１は、下部鋼管２の胴部に取付けるようにしてもよい。
【００２１】
この状態でモータ２１を駆動すると、これに取付けられた下部鋼管２が回転し、翼１０の木ネジ作用により地中にねじ込まれる。このとき、翼１０の下方にある土砂は掘削軟化されて、下部鋼管２はスムーズに貫入される。
下部鋼管２が若干貫入されると、モータ２１の下降に伴って回転軸２２に設けた圧下部材２３が上部鋼管３を圧下し、図５（ｂ）に示すように、上部鋼管３は下部鋼管２の貫入に伴って地中に圧入される。このとき、上部鋼管３の周囲の土砂は、下部鋼管２の翼１０によって攪拌されて間もないため摩擦抵抗が小さく、下部鋼管２の貫入に伴って容易に貫入することができる。また、上部鋼管３が所定深度に達するまでは、土砂は管外横方向に圧縮されるため、上部鋼管３内に土砂が侵入することはない。
【００２２】
上部鋼管３が所定の深度に達すると、図６（ａ）（以下、杭打ち機２０は省略してある）に示すように、下部鋼管２の回転（貫入）を一旦停止してモータ２１を外し、下部鋼管２の杭頭部に中杭を構成する鋼管２ａを接続して、この鋼管２ａの杭頭部に再びモータ２１の回転軸２２を取付ける。なお、このとき、回転軸２２に設けた圧下部材２３を取外すか、又は圧下部材２３のない回転軸２２を使用してもよい。
【００２３】
そして、再びモータ２１を駆動して下部鋼管２を回転させ、貫入する。このとき、上部鋼管３はその位置に保持されており、また、必要に応じて下部鋼管２に順次継杭を行う。
下部鋼管２が所定の深度（例えば、支持層）に達したときはモータ２１を停止し、図６（ｂ）に示すように、モータ２１を下部鋼管２から取外して引上げる。なお、下部鋼管２の頭部が地上面より下方になる場合は、ヤットコを用いて打ち込んでもよい。
このとき、下部鋼管２の杭頭部は、上部鋼管３内に１Ｄ1(Ｄ1 は下部鋼管２の外径）以上突出していることが望ましい。
【００２４】
ついで、下部鋼管２と上部鋼管３との一体化をはかるために、図６（ｃ）に示すように、下部鋼管２の閉塞板６より上方及び上部鋼管３内にコンクリート等の固化材５を打設する。このとき、上部鋼管３内に土砂が侵入していないので、コンクリート等の固化材５を打設するために管内を清掃する必要がない。なお、下部鋼管２の杭頭部近傍の外周面及び上部鋼管３の内周面に、リブ又は鉄筋を巻き付けあるいはジベルを設けるなどして凹凸を形成すれば、コンクリート等の固化材５の付着力をさらに向上させることができる。また、コンクリート等の固化材５は、下部鋼管２と上部鋼管３を接続するために打設するので、上部鋼管３の全長にわたって打設せず、鋼板４から上部鋼管３内への下部鋼管２の突出範囲だけに打設してもよい（これら他の実施の形態においても同様である）。
【００２５】
また、翼１０からの曲げモーメントに対応できるように、閉塞板６を省略して下部鋼管２と上部鋼管３の全長にわたってコンクリート等の固化材５を打設してもよい。この場合、上部鋼管３の杭頭部からコンクリート等の固化材５を打設してもよいが、下部鋼管２の打止め直前又は打止め直後に、上部鋼管３の杭頭部から下部鋼管２内にコンクリート注入管を挿入し、下部鋼管２内にコンクリート等の固化材５を注入しながら徐々に引上げるようにしてもよい（他の実施の形態においても同様である）。
【００２６】
ねじ込み式鋼管杭は、前述のように翼の木ネジ作用により無排土で地中に貫入されるものであり、翼の下方にあった土砂は翼により掘削軟化され、翼の間隙を通過して鋼管杭の外周に移動し、圧縮される。鋼管杭の外周に移動した土砂は、施工中は撹乱されて間もないため摩擦抵抗が少なく、鋼管杭をスムーズに貫入することができる。
しかし、時間の経過と共に、間隙水圧の消散などの要因により地盤強度が回復し、基礎杭としての供用時には大きな周面摩擦力が発揮される。
【００２７】
図７は本実施の形態の他の例の説明図である。本例は上部鋼管３の下部開口部にテーパ状の鋼板４ｂを取付けたものである。
本例の施工方法も前述の施工方法と同様であるが、鋼板４ｂをテーパ状にしたため、上部鋼管３の地中への圧入の際の抵抗を低減することができる。
【００２８】
［実施例］
図１に示すような鋼管杭１において、先端部に外径１０１６ｍｍの鋼製翼１１ａ，１１ｂを交差して取付けた外径５０８ｍｍ、長さ２６ｍの下部鋼管（下杭）２と、外径８００ｍｍ、長さ１０ｍの上部鋼管３とを打設した。１５ｍの深さまで下部鋼管２と上部鋼管３を同時に貫入し、その後継杭して４０ｍまで下部鋼管２を貫入させて打止めた。このとき、下部鋼管２の杭頭部を上部鋼管３内に１ｍ突出させた。
施工自体は通常ねじ込み式鋼管杭の場合とほとんど変らない能率であった。貫入終了後上部鋼管３内及び下部鋼管２の杭頭部近傍にコンクリートを打設して一体化をはかり、問題なく頭部を拡径した鋼管杭１を構築することができた。
【００２９】
上記のように構成した本実施の形態によれば、鋼管杭の杭頭部又は胴体部に回転力を与えて地盤に埋設するようにしたので、低騒音、低振動、無排土で施工することができる。
また、上部鋼管３を下部鋼管２の推進力を利用して同時に地中に貫入するようにしたので、上部鋼管３内に土砂が侵入するのを防止することができ、これにより、鋼管内の清掃等を行うことなくコンクリート等の固化材５を打設して下部鋼管２と上部鋼管３の一体化をはかることができる。
さらに、拡大された上部鋼管３と内部に打設したコンクリート等の固化材５とにより大きな剛性が得られるため、杭頭部に発生する水平力や曲げモーメントに効果的に対応することができる。
【００３０】
［実施の形態２］
図８は本発明の実施の形態２に係る鋼管杭の説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、上部鋼管３の下部開口部に、鋼板に代えて翼１５（以下、上部翼という）を設けたものである。すなわち、下部鋼管２の先端部に設けた翼１０（以下、下部翼という）とほぼ同じ構造で、中心部に下部鋼管２が挿入される開口部１５ａを有し、上部鋼管２の外径Ｄ2 より大きい外径Ｄ4 の上部翼１５を設けたものである。
【００３１】
上部鋼管３に上部翼１５を取付けるにあたっては、上部鋼管３の先端部に図２で説明したような翼の取付部８ａ，８ｂを設け、図３で説明した円形鋼板又は楕円形鋼板の外径を上部鋼管３の外径Ｄ2 より大きいＤ4 とし、中心部に下部鋼管２の外径Ｄ1 より若干大きい開口部を設けて２分割して形成した鋼製翼１６ａ，１６ｂを取付部８ａ，８ｂに溶接により接合したものである。
【００３２】
本実施の形態の施工方法も実施の形態１の場合に準じるが、上部鋼管３は圧入ではなく、杭打ち機２０のモータ２１により下部鋼管２と同方向に回転させて、上部翼１５の木ネジ作用による推進力により地中に貫入する。なお、上部鋼管３と下部鋼管２を反対方向に回転させてもよく、また、下部鋼管２を所定の深度まで貫入したのち、その外周に上部鋼管３を貫入してもよい。
【００３３】
図９は本実施の形態の他の例の説明図で、本例は１枚の円形鋼板又は楕円形鋼板により下部翼１０と上部翼１５の鋼製翼１１ａ，１１ｂ、１６ａ，１６ｂを形成したものである。
例えば、上部翼１５の外径Ｄ4 に対応する外形の円形鋼板の内側を、同心的に下部翼１０に対応する外径Ｄ3 により切断すると共に、これらを２分割して鋼製翼１１ａ，１１ｂ、１６ａ，１６ｂを形成し、それぞれ下部鋼管２と上部鋼管３の下端部に設けた取付部８ａ，８ｂに溶接により接合したものである。
【００３４】
これにより、施工当初は図９に示すように、下部翼１０が上部翼１５の開口部１５ａ内に挿入され、下部鋼管２と上部鋼管３が一体的に回転し、地中に貫入される。そして、上部鋼管３が所定の深度に達すると上部鋼管３の回転を中止し、下部鋼管２のみを回転させる。これにより、下部鋼管２の下部翼１０は図１０に示すように、上部鋼管３の上部翼１５から分離し、下部鋼管２のみが引続き地中に貫入される。
本例によれば、翼の製作が容易になり、また材料を節減することができる。
【００３５】
上記の説明では、上部翼１５を上部鋼管３の先端部に設けた場合を示したが、実施の形態１の場合と同様に先端部に開口部４ａを有する鋼板４が設けられた上部鋼管３の外周の下部に、上部翼１５を設けてもよい。
この場合は、例えば、上部鋼管３の外径Ｄ2 より大径Ｄ4 の円形鋼板の中心部に、上部鋼管３の外径Ｄ2 とほぼ等しい開口部を設けてドーナツ状に形成し、これを二分割して鋼製翼１６ａ，１６ｂを構成する。そして、この鋼製翼１６ａ，１６ｂを、上部鋼管３の外周面に下部翼１０と同じ角度で交差して取付ければよい。
【００３６】
本実施の形態によれば実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、実施の形態１では、施工時のトルクを低減するために、上部鋼管３の外径Ｄ3 を下部鋼管２に設けた翼１０の外径Ｄ3 より小さくすることが必要であるが、本実施の形態においては上部鋼管３に上部翼１５を設けて上部鋼管３自身で土砂を掘削軟化して推進するようにしたので、下部鋼管２の翼１０より大径の上部鋼管３を容易に貫入することができ、これにより、より大きな水平抵抗を確保することができる。
【００３７】
［実施の形態３］
図１１は本発明の実施の形態３に係る鋼管杭の説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、実施の形態１の下部鋼管２の上部外周に、上部鋼管３の外径Ｄ2 より大きい外径Ｄ4 の上部翼１７を設けたものである。この上部翼１７を設けるにあたっては、例えば、外径Ｄ4 の円形鋼板の中心部に、下部鋼管２の外径Ｄ1 とほぼ等しい径の開口部を設けてドーナツ状に形成し、これを２分割して平板状の鋼製翼１８ａ，１８ｂを構成する。そして、この鋼製翼１８ａ，１８ｂを、下部鋼管２の外周面に下部翼１０と同じ角度で交差して取付けたものである。
【００３８】
本実施の形態の施工方法も実施の形態１に準じるが、初期においては、杭打ち機２０に設けたモータ２１により先ず下部鋼管２を回転させて地中に貫入し、上部翼１７が地盤の掘削を開始すると、これに合わせて軟化した地中に上部鋼管３を圧入する。
本実施の形態は、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
［実施の形態４］
図１２は本発明の実施の形態４の説明図である。図において、１は実施の形態１に係る鋼管杭であるが、翼１０の中心部には後述のオーガーを挿通するための開口部１０ａが設けられており、また、モータ２１はそれぞれ独立して可逆に回転する外軸２４と内軸２５を備えている。
３１は下部鋼管２内に挿入されてオーガーヘッド３２が翼１０の開口部１０ａから突出したオーガーで、軸方向にはセメントミルクや地盤固化用薬液などの硬化性流動物を先端部に圧送するための貫通穴３３が設けられており、オーガーヘッド３２にはこの貫通穴３３が開口する噴出口３４が設けられている。３５は一端が硬化性流動物のプラントに接続されたホースで、他端はオーガー３１に設けた貫通穴３３に、オーガー３１が自在に回転しうるように接続されている。
【００４０】
次に、上記のような本実施の形態の施工方法の一例について説明する。例えば、実施の形態１の場合と同様の施工方法により、下部鋼管２と上部鋼管３を地中に貫入する。そして、下部鋼管２の先端部があらかじめ定めた深さ（例えば、支持層の近傍）に達したときは貫入を停止し、下部鋼管２内にオーガー３１を挿入して下部鋼管２をモータ２１の外軸２４に、オーガー３１を内軸２５にそれぞれ連結する。ついで、オーガー３１の貫通穴３３にホース３６を接続する。
【００４１】
そして下部鋼管２を回転させると共に、オーガー３１を下部鋼管２と反対方向に回転させ、翼１０に先行して地盤を掘削軟化させる。同時に、ホース３５からオーガー３１の貫通穴３３に硬化性流動物を圧送して、オーガーヘッド３２に設けた噴出口３４から噴出させ、オーガーヘッド３２及び翼１０の回転によって軟化した土砂と攪拌し、混合させる。このとき、下部鋼管２とオーガーヘッド３２の回転方向が反対のため、硬化性流動物と土砂はよく攪拌されて均一性の高い混合物となる。
【００４２】
下部鋼管２が所定深度（例えば、支持層）に達したときは、翼１０とオーガーヘッド３２により十分攪拌して土砂と硬化性流動物をよく混合させたのち、下部鋼管２及びオーガー３１の回転を停止する。
ついで、下部鋼管２及びホース３５をモータ２１から外してオーガー３１を引上げれば、施工が終了する。そして、硬化性流動物と混合されて軟化した土砂は時間の経過に伴って固化し、大きな先端支持力を発揮する。
【００４３】
上記の説明では、下部鋼管２がある深さまで貫入されてから下部鋼管２内にオーガー３１を挿入する場合について説明したが、当初から下部鋼管２内にオーガー３１を挿入してもよい。なお、この場合は、オーガー３１に土砂を上方に押上げ、又は下方に押下げる機能を備えたスパイバル羽根を設けることが望ましい。
このように構成することにより、オーガーヘッド３２が翼１０に先行して土砂を掘削軟化するので、下部鋼管２の貫入が容易になり、また、土砂と硬化性流動物との混合物の一部がスパイラル羽根により下部鋼管２内にとり込まれると共に、下部鋼管２の周囲に押し出されるので、固化したのち大きな先端支持力及び周面摩擦力を得ることができる。
【００４４】
施工後にオーガー３１を引上げる場合には、オーガー３１を反対方向に回転させながらモータ２１を上昇させればよい。なお、このとき、下部鋼管２と上部鋼管３の、土砂と硬化性流動物の混合物が充填されていない部分にはコンクリート等の固化材５を打設すればよいが、オーガー３１を引上げる際に、引続き下部鋼管２と上部鋼管３内に硬化性流動物を噴出させて、コンクリートの打設に代えてもよい。
本実施の形態は、実施の形態２，３にも実施することができる。
【００４５】
上述の各実施の形態においては、円形鋼板又は楕円形鋼板を２分割した平板状の鋼製翼を、下部鋼管２（以下、上部鋼管３を含む）の先端部に設けた２つのレ字状の取付部８ａ，８ｂに取付けて翼１０（以下、上部翼１５，１７を含む）を構成した場合を示したが、下部鋼管２の先端部に３つ以上のレ字状の取付部を設け、この取付部に円形鋼板等を３つ以上に分割した平板状の鋼製翼を取付けてもよい。
また、下部鋼管２の先端部に１つの段差部を設け、この段差部の下端部から１周して上端部に達するレ字状の取付部を設け、この取付部に円形鋼板等を複数に分割した平板状の鋼製翼を連続して取付けて螺旋状の翼を構成してもよく、さらに、この取付部に、円形鋼板等の中心部に小孔を設け、この小孔から外周部にかけて１か所を切断し、曲げ加工して形成した螺旋状翼を取付けてもよい。
【００４６】
さらに、中心部に下部鋼管２の外径に対応した大きさの開口部を有する円形鋼板等を複数分割した鋼製翼、あるいは上記の開口部から外周部にかけて１か所を切断し、曲げ加工して形成した螺旋状翼を、下部鋼管の先端部近傍の外周に取付けるなど、翼の形状、構造、取付位置は適宜選択することができる。なお、下部鋼管の先端部近傍の外周に翼を設ける場合は、先端支持力を確実に得るために下部鋼管の先端部を閉塞板等により閉塞することが望ましい。しかし、実施の形態４を実施する場合は、この閉塞板等にオーガーヘッドが通過する開口部を設けることが必要である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。
【図２】図１の下部鋼管の下部斜視図である。
【図３】図１の翼の製造説明図である。
【図４】図１の下部鋼管の要部の斜視図である。
【図５】実施の形態１のねじ込み式鋼管杭の施工方法の一例の説明図である。
【図６】実施の形態１のねじ込み式鋼管杭の施工方法の一例の説明図である。
【図７】実施の形態１の他の例の説明図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。
【図９】実施の形態２の他の例の説明図である。
【図１０】図９の作用説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態４の係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ ねじ込み式鋼管杭（鋼管杭）
２ 下部鋼管
３ 上部鋼管
４，４ｂ 鋼板
５ コンクリート等の固化材
１０ 翼（下部翼）
１５，１７ 上部翼
２０ 杭打ち機
２１ モータ
３１ オーガー
３２ オーガーヘッド
３３ 貫通穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも先端部又はその近傍に翼を有する下部鋼管と、該下部鋼管が挿入される開口部が設けられた鋼板を有する前記下部鋼管より大径の上部鋼管とを備え、
地中に前記下部鋼管及び該下部鋼管の上部外周に前記上部鋼管を貫入して下部鋼管の一部を該上部鋼管内に突出させ、少なくとも前記下部鋼管の上部内及び上部鋼管内にコンクリート等の固化材を打設したことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
【請求項２】
下部鋼管の上部外周に上部鋼管より大径の翼を設けたことを特徴とする請求項１記載のねじ込み式鋼管杭。
【請求項３】
上部鋼管の外周に該上部鋼管より大径の翼を設けたことを特徴とする請求項１記載のねじ込み式鋼管杭。
【請求項４】
鋼板に代えて、下部鋼管が挿入される開口部を有し、上部鋼管より大径の翼を該上部鋼管の先端部に設けたことを特徴とする請求項１記載のねじ込み式鋼管杭。
【請求項１】
少なくとも先端部又はその近傍に翼を有する下部鋼管と、該下部鋼管が挿入される開口部が設けられた鋼板を有する前記下部鋼管より大径の上部鋼管とを備え、
地中に前記下部鋼管及び該下部鋼管の上部外周に前記上部鋼管を貫入して下部鋼管の一部を該上部鋼管内に突出させ、少なくとも前記下部鋼管の上部内及び上部鋼管内にコンクリート等の固化材を打設したことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
【請求項２】
下部鋼管の上部外周に上部鋼管より大径の翼を設けたことを特徴とする請求項１記載のねじ込み式鋼管杭。
【請求項３】
上部鋼管の外周に該上部鋼管より大径の翼を設けたことを特徴とする請求項１記載のねじ込み式鋼管杭。
【請求項４】
鋼板に代えて、下部鋼管が挿入される開口部を有し、上部鋼管より大径の翼を該上部鋼管の先端部に設けたことを特徴とする請求項１記載のねじ込み式鋼管杭。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−７７８０３（Ｐ２００７−７７８０３Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４８８３９（Ｐ２００６−３４８８３９）
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【分割の表示】特願２０００−１０８２０３（Ｐ２０００−１０８２０３）の分割
【原出願日】平成１２年４月１０日（２０００．４．１０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（５９２１９８４０４）千代田工営株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【分割の表示】特願２０００−１０８２０３（Ｐ２０００−１０８２０３）の分割
【原出願日】平成１２年４月１０日（２０００．４．１０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（５９２１９８４０４）千代田工営株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
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