回転圧入型鋼管杭の継手構造
【課題】双方向の回転伝達が可能でありながら、現場溶接が不要で、簡便な作業で機械的に接続でき、また構成が簡素で、鋼管杭自体の加工が僅かで済む回転圧入型鋼管杭の継手構造を提供する。
【解決手段】互いに接続される上側鋼管杭１Aの下部と下側鋼管杭１Bの上部とに渡ってその内周に嵌合する継手管３を設ける。この継手管３の円周方向の一部に、管壁を溝形に塑性変形させた溝形部５を設ける。上下の鋼管杭１A，１Bの内周面に、継手管３の溝形部５に軸方向に進入して円周方向に係合する係合突部６，６をそれぞれ設ける。継手管３に、上下の鋼管杭１A，１B間に下向きの軸方向荷重を伝える鋼管杭受鍔４を設ける。
【解決手段】互いに接続される上側鋼管杭１Aの下部と下側鋼管杭１Bの上部とに渡ってその内周に嵌合する継手管３を設ける。この継手管３の円周方向の一部に、管壁を溝形に塑性変形させた溝形部５を設ける。上下の鋼管杭１A，１Bの内周面に、継手管３の溝形部５に軸方向に進入して円周方向に係合する係合突部６，６をそれぞれ設ける。継手管３に、上下の鋼管杭１A，１B間に下向きの軸方向荷重を伝える鋼管杭受鍔４を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ビルや家屋等の構造物を支持する杭基礎等となる回転圧入型鋼管杭の継手構造およびその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
杭基礎等となる鋼管杭において、地盤への圧入作業の容易のために下端に螺旋形の先端羽根を設け、あるいは先端羽根を設けずに、回転を加えながら圧入を行うものがある。鋼管杭を深く地盤に圧入せる場合は、１本の鋼管杭では長さが不足するため、地盤への圧入を行いながら複数本を順次接続する。鋼管杭を接続する場合、回転圧入型鋼管杭では回転の伝達を可能にする必要がある。また、鋼管杭の圧入位置の間違いによる変更や、傾きの修正のために、鋼管杭を逆方向に回転させて引き抜くことが必要な場合がある。そのため逆回転の伝達も可能にすることが必要となる。
【０００３】
このため、回転圧入型鋼管杭では、溶接等で上下の鋼管杭を接合するが、現場溶接では手間がかかる上、特殊技能者である溶接技術者が必要となる。このような現場溶接による課題を解消し、溶接によらずに、機械的に簡便、かつ強固に回転伝達可能に接続するようにした継手構造も種々提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２００５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の現場溶接による接続は、上記のように手間がかかる上、特殊技能者である溶接技術者が必要となる。また、特許文献１に提案されている機械的な継手構造は、現場溶接は不要であるものの、互いに継がれる上下の鋼管杭に環状の継手材をそれぞれ溶接し、これら上下の継手材を相互に機械的に接続するものとされる。そのため、鋼管杭を環状の継手材付き鋼管杭とすることが必要であり、準備する鋼管杭が特殊な構造となって継手構造が複雑化する。また、上下の継手材が、相欠の断面形状であり、継手材自体も形状が複雑で加工に手間がかかり、コスト高となる。
【０００６】
この発明の目的は、双方向の回転伝達が可能でありながら、現場溶接が不要で、簡便な作業で機械的に接続でき、また構成が簡素で、鋼管杭自体の加工が僅かで済む回転圧入型鋼管杭の継手構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の回転圧入型鋼管杭の継手構造は、それぞれ円形の鋼管からなる鋼管杭を上下に順次継ぎ、地盤に対し回転させながら圧入する接続型の回転圧入型鋼管杭において、上下の鋼管杭を相互に接続する継手構造であって、
互いに接続される上側鋼管杭の下部と下側鋼管杭の上部とに渡ってその内周に嵌合する継手管を設け、この継手管の円周方向の一部に、管壁を溝形に塑性変形させた内径側へ凹む溝形部を設け、前記上下の鋼管杭の内周面に、前記継手管の前記溝形部に軸方向に進入して円周方向に係合する係合突部をそれぞれ設け、前記継手管に、下側の鋼管杭に係合して継手管が落下することを防止する落下防止突部を設けたことを特徴とする。前記落下防止突部は、前記継手管の長さ方向の中間の外周に設けられて上側鋼管杭の下端面と下側鋼管杭の上端面の間に介在する鋼管杭受鍔であっても良く、また下側の鋼管杭の前記係合突部に係合する局部的な突部であっても良い。前記上下に順次継がれる鋼管杭のうち、下端の鋼管杭は螺旋形の先端羽根を有するものであるのが良い。
【０００８】
この構成によると、下側鋼管杭の地盤への圧入の後、下側鋼管杭の上端に継手管の下部を嵌合させ、この継手管の上部に上側鋼管杭の下端を嵌合させる。この嵌合は、鋼管杭と継手管との相対的な軸方向移動により行われるが、この嵌合時に、継手管の溝形部内への上下の鋼管杭の係合突部の挿入を行わせる。継手管は、下側の鋼管杭に対して前記落下防止突部が係合することで落下が防止される。この接続状態で、杭打機により上側鋼管杭に回転を与えながら圧入力を与える。このとき、鋼管杭に作用する圧入力や上部構造体の荷重による下向きの圧縮力は、前記鋼管杭受鍔を設けない場合は、上下の鋼管杭の端面間で直接に伝達され、継手管に鋼管杭受鍔を設けた場合は、この鋼管杭受鍔を介して伝達される。上側鋼管杭に与えた回転は、上側鋼管杭の係合突部と溝形部との係合、およびこの溝形部と下側鋼管杭の係合突部との係合により、これら上下の係合突部と溝形部とを介して伝達される。溝形部とその中に進入する係合突部との係合であるため、正逆両方向の回転伝達が可能である。正逆両方向の回転伝達が可能であるため、杭打機により逆回転させると、杭下端の先端羽根の逆回転によって鋼管杭が持ち上がり、鋼管杭を抜くことができる。なお、先端羽根を設けない場合は、継手管と上下鋼管杭との間に、杭の引き抜き力の支持が可能な程度の簡単な脱落防止を施すことが好ましい。この脱落防止は、例えば鋼管杭と継手管とに整合して設けた孔に渡ってボルトやピン類を差し込むことで行える。
【０００９】
このように、双方向の回転伝達が可能であるが、継手管と鋼管杭との嵌合、および継手管の溝形部に対する鋼管杭の係合突部の挿脱を行うだけで良く、現場溶接が不要で、簡便な作業で機械的に接続できる。また、鋼管杭には係合突部を設けるだけで良く、例えば鋼管杭の端部全周に渡る環状の継手材を溶接するものに比べて、鋼管杭自体の加工が僅かで済む。継手管は、溝形部の加工、および鋼管杭受鍔等の軸方向荷重伝達部の加工が必要であるが、溝形部は、継手管の素材となる短い鋼管の一部に塑性加工すれば良いため、長尺の鋼管杭に加工するものと異なり、簡単に加工することができる。また鋼管杭受鍔は、リング部材の溶接等で設けるが、工場溶接で行えるため、信頼性の高い溶接等の加工が行える。
【００１０】
この発明において、前記継手管の前記溝形部を構成する管壁部分が、この継手管における他の管壁部分よりも厚肉となった増肉加工部分であるのが良い。
継手管の溝形部は、鋼管杭の係合突部と係合し、回転・圧入時に大きな回転力が作用する。そのため、継手管の溝形部は、ある程度の強度が必要である。継手管の素材となる鋼管に厚肉のものを用いれば強度確保が可能であるが、大きな力の作用しない部分まで厚肉とすると、材料の無駄が多い。これにつき、溝形部を構成する管壁部分を増肉加工部分とすれば、素材鋼管から溝形部を熱間等で塑性変形させて加工するときに、増肉を同時に行うことができ、簡単に溝形部を増肉加工部分とすることができる。また、溝形部を塑性変形させる加工時に増肉加工部分を併せて加工するため、精度が良く、信頼性の高い加工が行える。
【００１１】
この発明において、前記継手管内に、板幅方向の中間部分が前記溝形部の外底面に接して溶接され、かつ両端が前記継手管の内面に溶接された補強板を設けても良い。このような補強板の溶接によっても、回転トルクに対する溝形部の強度確保が図れる。補強板の溶接作業は必要であるが、工場溶接で行えるため、信頼性の高い溶接が容易に行える。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の回転圧入型鋼管杭の継手構造は、それぞれ円形の鋼管からなる鋼管杭を上下に順次継ぎ、地盤に対し回転させながら圧入する接続型の回転圧入型鋼管杭において、上下の鋼管杭を相互に接続する継手構造であって、互いに接続される上側鋼管杭の下部と下側鋼管杭の上部とに渡ってその内周に嵌合する継手管を設け、この継手管の円周方向の一部に、管壁を溝形に塑性変形させた内径側へ凹む溝形部を設け、前記上下の鋼管杭の内周面に、前記継手管の前記溝形部に軸方向に進入して円周方向に係合する係合突部をそれぞれ設け、前記継手管に、下側の鋼管杭に係合して継手管が落下することを防止する落下防止突部を設けたため、双方向の回転伝達が可能でありながら、現場溶接が不要で、簡便な作業で機械的に接続でき、また構成が簡素で、鋼管杭自体の加工が僅かで済むという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る継手構造を適用した回転圧入型鋼管杭の打設過程を示す破断正面である。
【図２】（Ａ）は同回転圧入型鋼管杭の継手構造の破断正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（Ａ）は同継手構造の分解状態の破断正面図、（Ｂ）〜（Ｃ）はそれぞれ同図（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、およびＤ−Ｄ矢視図である。
【図４】同継手構造における継手管の加工方法の一例を示す説明図である。
【図５】同回転圧入型鋼管杭の継手構造における脱落防止具を付加した状態の破断正面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれこの発明の他の実施形態における回転圧入型鋼管杭の継手構造における破断正面、破断側面図、及び同図（Ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図７】（Ａ）は同継手構造の分解状態の破断正面図、（Ｂ）〜（Ｃ）はそれぞれ同図（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、およびＤ−Ｄ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１に示すように、この回転圧入型鋼管杭の継手構造は、それぞれ円形の鋼管からなる複数本の鋼管杭１を上下に順次継ぎ、下端の鋼管杭１1 は先端１ａが円すい状とされて螺旋形の先端羽根２を有するものとして、地盤Ｇに対し回転させながら圧入する接続型の回転圧入型鋼管杭１０において、上下の鋼管杭１を相互に接続する継手構造である。先端羽根２は必ずしも設けなくても良い。
【００１５】
杭打ち機２０には、例えば、走行可能な杭打ち機本体２１に支柱２２を設け、この支柱２２に沿って昇降可能な昇降体２３に、回転圧入型鋼管杭１０の上端を把持する杭頭把持具２４を設けたものが用いられる。支柱２２には、昇降体２３を昇降させることにより回転圧入型鋼管杭１０に圧入力および引き抜き力を与える油圧シリンダ等の昇降駆動源２５と、昇降体２３に対して杭頭把持具２４を回転させることにより回転圧入型鋼管杭１０を回転させる油圧モータまたは電動モータ等の回転駆動源（図示せず）とを備える。回転駆動源は正逆に回転方向を切換可能なものとされる。
【００１６】
図２，図３に示すように、この継手構造は、互いに接続される上側鋼管杭１A の下部と下側鋼管杭１B の上部とに渡ってその内周に嵌合する継手管３を設ける。継手管３には、円周方向の一部に、管壁を溝形に塑性変形させた内径側へ凹む溝形部５を、軸方向の全長に渡って設けると共に、上側鋼管杭１A から下側鋼管杭１B へ下向きの軸方向荷重を伝える鋼管杭受鍔４を、継手管長さ方向の中央に設ける。鋼管杭受鍔４は、継手管３が下側鋼管杭１B に対して落下することを防止する落下防止突部を兼ねる。上下の鋼管杭１A ，１B には、その内周面の周方向の一部に、継手管３の溝形部５に軸方向に進入して円周方向に係合する係合突部６をそれぞれ設ける。
【００１７】
継手管３は、鋼管を加工したものである。継手管３の溝形部５を構成する管壁部分は、継手管３における他の管壁部分よりも厚肉となった増肉加工部分とされている。溝形部５の断面形状は、図示の例では等脚の台形状としているが、矩形状であっても、円弧状であっても良い。
このような溝形で増肉加工部分となる溝形部５を有する継手管３は、例えば図４に示すように製造できる。まず、同図（Ａ）に示すように、素材となる円形の鋼管Ｗを準備し、この素材鋼管Ｗを、同図（Ｂ）のように、円周方向の一部に増肉部Ｗａを有する増肉部付き鋼管Ｗ１に増肉加工する。この増肉加工は、素材鋼管Ｗを高周波誘導加熱等で加熱した状態で、増肉加工後の内周面および外周面に沿う形状の形成形面を持つ内側および外側の成形型（図示せず）等を用いて、管壁の鋼材が円周方向の一部に偏るように縮径させて得る。増肉部Ｗａは、例えば、増肉部周方向領域の中心が最も厚く、その両側へ次第に薄くなって、増肉部周方向領域の両縁が最も薄くなる断面形状とする。このように加工した増肉部付き鋼管Ｗ１の増肉部Ｗａを、加熱状態で成形型等により溝型に形成することにより、同図（Ｃ）のように、増肉加工部分となる溝形部５を有する継手管３とする。増肉部Ｗａを溝形に加工する工程は、増肉部Ｗａが常温に戻るまでに、増肉工程に続けて行うようにしても良く、また増肉部付き鋼管Ｗ１を保管しておいて、増肉工程とは完全に独立して溝形加工を行うようにしても良い。また、増肉加工部分からなる溝形部５を有する継手管３は、素材となる円形の鋼管Ｗの鋼管から、溝形部５の加工時に増肉加工を同時る行うようにしても良い。
なお、溝形部５を有する継手管３は、鋼管製に限らず、鋳鉄や鋳鋼製等の鋳造品であっても良い。
【００１８】
鋼管杭受鍔４は、鋼管を短く切断したリング部材を継手管３に外嵌させて継手管３に隅肉溶接等で接合し、または帯状の鋼材を継手管３の外周に巻き付けて継手管３に隅肉溶接等で接合したものである。継手管３の溝形部５を形成した箇所では、鋼管杭受鍔４は溝形部５に跨がって、つまり継手管３の外周面となる円形の形状に沿って設けられる。鋼管杭受鍔４の厚さは、継手管３の管壁の厚さよりも厚く、継手管３に嵌合した鋼管杭１A ，１B の外周面よりも突出する厚さとされる。鋼管杭受鍔４の継手管３の接合は、溶接による他に、ボルト・ナットや、ブラインドボルト，ワンサイドボルト等と呼ばれる片側締め込みリベット（図示せず）等により行っても良い。
【００１９】
上下の鋼管杭１A ，１B に設ける係合突部６は、直線状の棒状部材を鋼管杭１A ，１B に隅肉溶接等で接合したものである。係合突部６は、図示の例では矩形状の断面形状としているが、丸棒状等であっても良い。
【００２０】
なお、図５に示すように、脱落防止具７を、上側鋼管杭１A と継手管３の間、および下側鋼管杭１B と継手管３の間に設けても良い。脱落防止具７は、施工中に不測に継手管３と鋼管杭１A ，１B とが相互に抜けないようにするためのものである。脱落防止具７は、例えば、鋼管杭１A ，１B の管壁と継手管３の管壁に整合して設けられ挿通孔８，９間に挿通されるボルトまたはピンからなる。図示の例では、脱落防止具７をボルトとし、継手管３の内面に挿通孔９と整合して溶接したナット１１にねじ込むことで取付けるようにしてある。脱落防止具７は、不測の脱落防止の他に、図１の先端の鋼管杭１1 に先端羽根２を設けない場合に、鋼管杭１を引き抜く作業にも利用される。
【００２１】
つぎに、杭打ち作業につき説明する。図１の下端の鋼管杭１1 は、上端に係合突部６が設けられたものとして準備する。他の各鋼管杭１は、上下端に係合突部６が設けられたものとして準備する。接続する各鋼管杭１は、杭打ち機２０により、回転を加えながら順次地盤に圧入する。このとき、下側鋼管杭１B が接続作業に適した高さまで地盤に圧入されると、上側鋼管杭１A の接続を行う。
【００２２】
この接続作業は、下側鋼管杭１B の上端に継手管３の下部を嵌合させ、この継手管３の上部に上側鋼管杭１A の下端を嵌合させる。この嵌合は、鋼管杭１A ，１B と継手管３との相対的な軸方向移動により行われるが、この嵌合時に、継手管３の溝形部５内への上下の鋼管杭の係合突部６の挿入を行わせる。この接続状態で、杭打機２０により上側鋼管杭１A に回転を与えながら圧入力を与える。
このときに鋼管杭３に作用する圧入力や、上部構造体（図示せず）の荷重による下向きの圧縮力は、継手管３の鋼管杭受鍔４からなる軸方向荷重伝達部を介して伝達される。上側鋼管杭１A に与えた回転は、上側鋼管杭１A の係合突部６と溝形部５との係合、およびこの溝形部５と下側鋼管杭１B の係合突部６との係合により、これら上下の係合突部６と溝形部５とを介して伝達される。溝形部５とその中に進入する係合突部６との係合であるため、正逆両方向の回転伝達が可能である。正逆両方向の回転伝達が可能であるため、杭打機２０により逆回転させると、杭下端の先端羽根２の逆回転によって鋼管杭が持ち上がり、鋼管杭１を抜くことができる。
【００２３】
この構成の継手構造によると、このように双方向の回転伝達が可能であるが、継手管３と鋼管杭１A ，１B との嵌合、および継手管３の溝形部５に対する鋼管杭１A ，１B の係合突部６の挿脱を行うだけで良く、現場溶接が不要で、簡便な作業で機械的に接続できる。また、鋼管杭１には係合突部６を設けるだけで良く、例えば鋼管杭の端部全周に渡る環状の継手材を溶接するものに比べて、鋼管杭自体の加工が僅かで済む。継手管３は、溝形部５の加工、および鋼管杭受鍔４等の軸方向荷重伝達部の加工が必要であるが、溝形部５は、継手管３の素材となる短い鋼管の一部に塑性加工すれば良いため、長尺の鋼管杭に加工するものと異なり、簡単に加工することができる。また鋼管杭受鍔４は、リング部材の溶接等で設けるが、工場溶接で行えるため、信頼性の高い溶接等の加工が行える。
【００２４】
また、継手管３の溝形部５は、鋼管杭１A ，１B の係合突部６と係合し、回転・圧入時に大きな回転力が作用する。そのため、継手管３の溝形部５は、ある程度の強度が必要である。継手管３の素材となる鋼管に厚肉のものを用いれば強度確保が可能であるが、大きな力の作用しない部分まで厚肉とすると、材料の無駄が多い。この実施形態では、溝形部５を構成する管壁部分を増肉加工部分としたため、素材鋼管から溝形部５を熱間等で塑性変形させて加工するときに、増肉を同時に行うことができ、簡単に溝形部５を増肉加工部分とすることができる。また、溝形部５を塑性変形させる加工時に増肉加工部分を併せて加工するため、精度が良く、信頼性の高い加工が行える。
【００２５】
図６，図７は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、特に説明した事項の他は、図１〜図５に示す第１の実施形態と同様である。この回転圧入型鋼管杭の継手構造は、第１の実施形態において、溝形部５を増肉部として補強した構成に代えて、溝形部５は鋼管杭３の他の部分と同じ肉厚の部分とし、補強板１２を設けものである。補強板１２は鋼板等からなり、継手管３内に、板幅方向の中間部分が溝形部５の外底面５ａに接して溶接され、かつ両端が継手管３の内面に溶接部１３で溶接されている。補強板１２は、この例では、２枚が継手管３における上下２箇所に設けられ、それぞれの補強板１２が、溝形部５の係合突部６が位置する高さ位置に併せて設けられている。なお、補強板１２は、上下に幅広の１枚であっても良く、また３枚以上設けても良い。
またこの実施形態では、図２の例の鋼管杭受鍔４は設けられておらず、下側鋼管杭１B の係合突部６に係合する落下防止突部１５が、溝形部５内に設けられている。落下防止突部１５は、継手管３が下側鋼管杭１B に対して落下することを、係合突部６との係合で防止する手段であり、例えば断面矩形の棒状の鋼材を、溝形部５内に隅肉溶接等で接合したものである。
【００２６】
この実施形態の場合、接続作業に際して、継手管３は下側鋼管杭１B の係合突部６に軸方向荷重伝達突部１５が係合するまで下側鋼管杭１B に挿入する。また、上側鋼管杭１A は、その係合突部６が継手管３の軸方向荷重伝達突部１５に係合するまで継手管３に挿入する。杭打ち時の圧入力や、杭打ち完了後の上部構造体の重量によって上側鋼管杭１A から下側鋼管杭１B に伝えられる下向きの軸方向荷重は、上下の鋼管杭１A ，１B の端面間で直接に伝達される。
【００２７】
この実施形態では、溝形部５の補強は補強板１２の溶接によって行ったが、これによっても、回転トルクに対する溝形部５の強度確保が図れる。補強板１２の溶接作業は必要であるが、工場溶接で行えるため、信頼性の高い溶接が容易に行える。また、図２の鋼管杭受鍔は設けず、上下方向の荷重伝達を、上下の鋼管杭１A ，１B の端面間で直接に行うようにしたため、構成が簡単で、製造が容易となる。
【００２８】
なお、図１〜図５に示す第１の実施形態、すなわち継手管３の溝形部５を増肉加工部とした実施形態において、鋼管杭受鍔４を省略し、上下の鋼管杭１A ，１B の端面間で直接に上下方向の荷重を伝達するようにしても良い。その場合、図６，６の実施形態の落下防止突部１５を設けるなど、継手管３が下側の鋼管杭１B に対して落下することを防止する落下防止突部を設けることが必要となる。また、図６，６に示す溝形部５の補強を補強板１２で行った実施形態において、落下防止突部１５を設ける代わりに、第１の実施形態における鋼管杭受鍔４を設けても良い。
【符号の説明】
【００２９】
１A ，１B …鋼管杭
２…先端羽根
３…継手管
４…鋼管杭受鍔（落下防止突部）
５…溝形部
６…係合突部
１２…補強板
１５…落下防止突部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ビルや家屋等の構造物を支持する杭基礎等となる回転圧入型鋼管杭の継手構造およびその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
杭基礎等となる鋼管杭において、地盤への圧入作業の容易のために下端に螺旋形の先端羽根を設け、あるいは先端羽根を設けずに、回転を加えながら圧入を行うものがある。鋼管杭を深く地盤に圧入せる場合は、１本の鋼管杭では長さが不足するため、地盤への圧入を行いながら複数本を順次接続する。鋼管杭を接続する場合、回転圧入型鋼管杭では回転の伝達を可能にする必要がある。また、鋼管杭の圧入位置の間違いによる変更や、傾きの修正のために、鋼管杭を逆方向に回転させて引き抜くことが必要な場合がある。そのため逆回転の伝達も可能にすることが必要となる。
【０００３】
このため、回転圧入型鋼管杭では、溶接等で上下の鋼管杭を接合するが、現場溶接では手間がかかる上、特殊技能者である溶接技術者が必要となる。このような現場溶接による課題を解消し、溶接によらずに、機械的に簡便、かつ強固に回転伝達可能に接続するようにした継手構造も種々提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２００５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の現場溶接による接続は、上記のように手間がかかる上、特殊技能者である溶接技術者が必要となる。また、特許文献１に提案されている機械的な継手構造は、現場溶接は不要であるものの、互いに継がれる上下の鋼管杭に環状の継手材をそれぞれ溶接し、これら上下の継手材を相互に機械的に接続するものとされる。そのため、鋼管杭を環状の継手材付き鋼管杭とすることが必要であり、準備する鋼管杭が特殊な構造となって継手構造が複雑化する。また、上下の継手材が、相欠の断面形状であり、継手材自体も形状が複雑で加工に手間がかかり、コスト高となる。
【０００６】
この発明の目的は、双方向の回転伝達が可能でありながら、現場溶接が不要で、簡便な作業で機械的に接続でき、また構成が簡素で、鋼管杭自体の加工が僅かで済む回転圧入型鋼管杭の継手構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の回転圧入型鋼管杭の継手構造は、それぞれ円形の鋼管からなる鋼管杭を上下に順次継ぎ、地盤に対し回転させながら圧入する接続型の回転圧入型鋼管杭において、上下の鋼管杭を相互に接続する継手構造であって、
互いに接続される上側鋼管杭の下部と下側鋼管杭の上部とに渡ってその内周に嵌合する継手管を設け、この継手管の円周方向の一部に、管壁を溝形に塑性変形させた内径側へ凹む溝形部を設け、前記上下の鋼管杭の内周面に、前記継手管の前記溝形部に軸方向に進入して円周方向に係合する係合突部をそれぞれ設け、前記継手管に、下側の鋼管杭に係合して継手管が落下することを防止する落下防止突部を設けたことを特徴とする。前記落下防止突部は、前記継手管の長さ方向の中間の外周に設けられて上側鋼管杭の下端面と下側鋼管杭の上端面の間に介在する鋼管杭受鍔であっても良く、また下側の鋼管杭の前記係合突部に係合する局部的な突部であっても良い。前記上下に順次継がれる鋼管杭のうち、下端の鋼管杭は螺旋形の先端羽根を有するものであるのが良い。
【０００８】
この構成によると、下側鋼管杭の地盤への圧入の後、下側鋼管杭の上端に継手管の下部を嵌合させ、この継手管の上部に上側鋼管杭の下端を嵌合させる。この嵌合は、鋼管杭と継手管との相対的な軸方向移動により行われるが、この嵌合時に、継手管の溝形部内への上下の鋼管杭の係合突部の挿入を行わせる。継手管は、下側の鋼管杭に対して前記落下防止突部が係合することで落下が防止される。この接続状態で、杭打機により上側鋼管杭に回転を与えながら圧入力を与える。このとき、鋼管杭に作用する圧入力や上部構造体の荷重による下向きの圧縮力は、前記鋼管杭受鍔を設けない場合は、上下の鋼管杭の端面間で直接に伝達され、継手管に鋼管杭受鍔を設けた場合は、この鋼管杭受鍔を介して伝達される。上側鋼管杭に与えた回転は、上側鋼管杭の係合突部と溝形部との係合、およびこの溝形部と下側鋼管杭の係合突部との係合により、これら上下の係合突部と溝形部とを介して伝達される。溝形部とその中に進入する係合突部との係合であるため、正逆両方向の回転伝達が可能である。正逆両方向の回転伝達が可能であるため、杭打機により逆回転させると、杭下端の先端羽根の逆回転によって鋼管杭が持ち上がり、鋼管杭を抜くことができる。なお、先端羽根を設けない場合は、継手管と上下鋼管杭との間に、杭の引き抜き力の支持が可能な程度の簡単な脱落防止を施すことが好ましい。この脱落防止は、例えば鋼管杭と継手管とに整合して設けた孔に渡ってボルトやピン類を差し込むことで行える。
【０００９】
このように、双方向の回転伝達が可能であるが、継手管と鋼管杭との嵌合、および継手管の溝形部に対する鋼管杭の係合突部の挿脱を行うだけで良く、現場溶接が不要で、簡便な作業で機械的に接続できる。また、鋼管杭には係合突部を設けるだけで良く、例えば鋼管杭の端部全周に渡る環状の継手材を溶接するものに比べて、鋼管杭自体の加工が僅かで済む。継手管は、溝形部の加工、および鋼管杭受鍔等の軸方向荷重伝達部の加工が必要であるが、溝形部は、継手管の素材となる短い鋼管の一部に塑性加工すれば良いため、長尺の鋼管杭に加工するものと異なり、簡単に加工することができる。また鋼管杭受鍔は、リング部材の溶接等で設けるが、工場溶接で行えるため、信頼性の高い溶接等の加工が行える。
【００１０】
この発明において、前記継手管の前記溝形部を構成する管壁部分が、この継手管における他の管壁部分よりも厚肉となった増肉加工部分であるのが良い。
継手管の溝形部は、鋼管杭の係合突部と係合し、回転・圧入時に大きな回転力が作用する。そのため、継手管の溝形部は、ある程度の強度が必要である。継手管の素材となる鋼管に厚肉のものを用いれば強度確保が可能であるが、大きな力の作用しない部分まで厚肉とすると、材料の無駄が多い。これにつき、溝形部を構成する管壁部分を増肉加工部分とすれば、素材鋼管から溝形部を熱間等で塑性変形させて加工するときに、増肉を同時に行うことができ、簡単に溝形部を増肉加工部分とすることができる。また、溝形部を塑性変形させる加工時に増肉加工部分を併せて加工するため、精度が良く、信頼性の高い加工が行える。
【００１１】
この発明において、前記継手管内に、板幅方向の中間部分が前記溝形部の外底面に接して溶接され、かつ両端が前記継手管の内面に溶接された補強板を設けても良い。このような補強板の溶接によっても、回転トルクに対する溝形部の強度確保が図れる。補強板の溶接作業は必要であるが、工場溶接で行えるため、信頼性の高い溶接が容易に行える。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の回転圧入型鋼管杭の継手構造は、それぞれ円形の鋼管からなる鋼管杭を上下に順次継ぎ、地盤に対し回転させながら圧入する接続型の回転圧入型鋼管杭において、上下の鋼管杭を相互に接続する継手構造であって、互いに接続される上側鋼管杭の下部と下側鋼管杭の上部とに渡ってその内周に嵌合する継手管を設け、この継手管の円周方向の一部に、管壁を溝形に塑性変形させた内径側へ凹む溝形部を設け、前記上下の鋼管杭の内周面に、前記継手管の前記溝形部に軸方向に進入して円周方向に係合する係合突部をそれぞれ設け、前記継手管に、下側の鋼管杭に係合して継手管が落下することを防止する落下防止突部を設けたため、双方向の回転伝達が可能でありながら、現場溶接が不要で、簡便な作業で機械的に接続でき、また構成が簡素で、鋼管杭自体の加工が僅かで済むという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る継手構造を適用した回転圧入型鋼管杭の打設過程を示す破断正面である。
【図２】（Ａ）は同回転圧入型鋼管杭の継手構造の破断正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（Ａ）は同継手構造の分解状態の破断正面図、（Ｂ）〜（Ｃ）はそれぞれ同図（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、およびＤ−Ｄ矢視図である。
【図４】同継手構造における継手管の加工方法の一例を示す説明図である。
【図５】同回転圧入型鋼管杭の継手構造における脱落防止具を付加した状態の破断正面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれこの発明の他の実施形態における回転圧入型鋼管杭の継手構造における破断正面、破断側面図、及び同図（Ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図７】（Ａ）は同継手構造の分解状態の破断正面図、（Ｂ）〜（Ｃ）はそれぞれ同図（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、およびＤ−Ｄ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１に示すように、この回転圧入型鋼管杭の継手構造は、それぞれ円形の鋼管からなる複数本の鋼管杭１を上下に順次継ぎ、下端の鋼管杭１1 は先端１ａが円すい状とされて螺旋形の先端羽根２を有するものとして、地盤Ｇに対し回転させながら圧入する接続型の回転圧入型鋼管杭１０において、上下の鋼管杭１を相互に接続する継手構造である。先端羽根２は必ずしも設けなくても良い。
【００１５】
杭打ち機２０には、例えば、走行可能な杭打ち機本体２１に支柱２２を設け、この支柱２２に沿って昇降可能な昇降体２３に、回転圧入型鋼管杭１０の上端を把持する杭頭把持具２４を設けたものが用いられる。支柱２２には、昇降体２３を昇降させることにより回転圧入型鋼管杭１０に圧入力および引き抜き力を与える油圧シリンダ等の昇降駆動源２５と、昇降体２３に対して杭頭把持具２４を回転させることにより回転圧入型鋼管杭１０を回転させる油圧モータまたは電動モータ等の回転駆動源（図示せず）とを備える。回転駆動源は正逆に回転方向を切換可能なものとされる。
【００１６】
図２，図３に示すように、この継手構造は、互いに接続される上側鋼管杭１A の下部と下側鋼管杭１B の上部とに渡ってその内周に嵌合する継手管３を設ける。継手管３には、円周方向の一部に、管壁を溝形に塑性変形させた内径側へ凹む溝形部５を、軸方向の全長に渡って設けると共に、上側鋼管杭１A から下側鋼管杭１B へ下向きの軸方向荷重を伝える鋼管杭受鍔４を、継手管長さ方向の中央に設ける。鋼管杭受鍔４は、継手管３が下側鋼管杭１B に対して落下することを防止する落下防止突部を兼ねる。上下の鋼管杭１A ，１B には、その内周面の周方向の一部に、継手管３の溝形部５に軸方向に進入して円周方向に係合する係合突部６をそれぞれ設ける。
【００１７】
継手管３は、鋼管を加工したものである。継手管３の溝形部５を構成する管壁部分は、継手管３における他の管壁部分よりも厚肉となった増肉加工部分とされている。溝形部５の断面形状は、図示の例では等脚の台形状としているが、矩形状であっても、円弧状であっても良い。
このような溝形で増肉加工部分となる溝形部５を有する継手管３は、例えば図４に示すように製造できる。まず、同図（Ａ）に示すように、素材となる円形の鋼管Ｗを準備し、この素材鋼管Ｗを、同図（Ｂ）のように、円周方向の一部に増肉部Ｗａを有する増肉部付き鋼管Ｗ１に増肉加工する。この増肉加工は、素材鋼管Ｗを高周波誘導加熱等で加熱した状態で、増肉加工後の内周面および外周面に沿う形状の形成形面を持つ内側および外側の成形型（図示せず）等を用いて、管壁の鋼材が円周方向の一部に偏るように縮径させて得る。増肉部Ｗａは、例えば、増肉部周方向領域の中心が最も厚く、その両側へ次第に薄くなって、増肉部周方向領域の両縁が最も薄くなる断面形状とする。このように加工した増肉部付き鋼管Ｗ１の増肉部Ｗａを、加熱状態で成形型等により溝型に形成することにより、同図（Ｃ）のように、増肉加工部分となる溝形部５を有する継手管３とする。増肉部Ｗａを溝形に加工する工程は、増肉部Ｗａが常温に戻るまでに、増肉工程に続けて行うようにしても良く、また増肉部付き鋼管Ｗ１を保管しておいて、増肉工程とは完全に独立して溝形加工を行うようにしても良い。また、増肉加工部分からなる溝形部５を有する継手管３は、素材となる円形の鋼管Ｗの鋼管から、溝形部５の加工時に増肉加工を同時る行うようにしても良い。
なお、溝形部５を有する継手管３は、鋼管製に限らず、鋳鉄や鋳鋼製等の鋳造品であっても良い。
【００１８】
鋼管杭受鍔４は、鋼管を短く切断したリング部材を継手管３に外嵌させて継手管３に隅肉溶接等で接合し、または帯状の鋼材を継手管３の外周に巻き付けて継手管３に隅肉溶接等で接合したものである。継手管３の溝形部５を形成した箇所では、鋼管杭受鍔４は溝形部５に跨がって、つまり継手管３の外周面となる円形の形状に沿って設けられる。鋼管杭受鍔４の厚さは、継手管３の管壁の厚さよりも厚く、継手管３に嵌合した鋼管杭１A ，１B の外周面よりも突出する厚さとされる。鋼管杭受鍔４の継手管３の接合は、溶接による他に、ボルト・ナットや、ブラインドボルト，ワンサイドボルト等と呼ばれる片側締め込みリベット（図示せず）等により行っても良い。
【００１９】
上下の鋼管杭１A ，１B に設ける係合突部６は、直線状の棒状部材を鋼管杭１A ，１B に隅肉溶接等で接合したものである。係合突部６は、図示の例では矩形状の断面形状としているが、丸棒状等であっても良い。
【００２０】
なお、図５に示すように、脱落防止具７を、上側鋼管杭１A と継手管３の間、および下側鋼管杭１B と継手管３の間に設けても良い。脱落防止具７は、施工中に不測に継手管３と鋼管杭１A ，１B とが相互に抜けないようにするためのものである。脱落防止具７は、例えば、鋼管杭１A ，１B の管壁と継手管３の管壁に整合して設けられ挿通孔８，９間に挿通されるボルトまたはピンからなる。図示の例では、脱落防止具７をボルトとし、継手管３の内面に挿通孔９と整合して溶接したナット１１にねじ込むことで取付けるようにしてある。脱落防止具７は、不測の脱落防止の他に、図１の先端の鋼管杭１1 に先端羽根２を設けない場合に、鋼管杭１を引き抜く作業にも利用される。
【００２１】
つぎに、杭打ち作業につき説明する。図１の下端の鋼管杭１1 は、上端に係合突部６が設けられたものとして準備する。他の各鋼管杭１は、上下端に係合突部６が設けられたものとして準備する。接続する各鋼管杭１は、杭打ち機２０により、回転を加えながら順次地盤に圧入する。このとき、下側鋼管杭１B が接続作業に適した高さまで地盤に圧入されると、上側鋼管杭１A の接続を行う。
【００２２】
この接続作業は、下側鋼管杭１B の上端に継手管３の下部を嵌合させ、この継手管３の上部に上側鋼管杭１A の下端を嵌合させる。この嵌合は、鋼管杭１A ，１B と継手管３との相対的な軸方向移動により行われるが、この嵌合時に、継手管３の溝形部５内への上下の鋼管杭の係合突部６の挿入を行わせる。この接続状態で、杭打機２０により上側鋼管杭１A に回転を与えながら圧入力を与える。
このときに鋼管杭３に作用する圧入力や、上部構造体（図示せず）の荷重による下向きの圧縮力は、継手管３の鋼管杭受鍔４からなる軸方向荷重伝達部を介して伝達される。上側鋼管杭１A に与えた回転は、上側鋼管杭１A の係合突部６と溝形部５との係合、およびこの溝形部５と下側鋼管杭１B の係合突部６との係合により、これら上下の係合突部６と溝形部５とを介して伝達される。溝形部５とその中に進入する係合突部６との係合であるため、正逆両方向の回転伝達が可能である。正逆両方向の回転伝達が可能であるため、杭打機２０により逆回転させると、杭下端の先端羽根２の逆回転によって鋼管杭が持ち上がり、鋼管杭１を抜くことができる。
【００２３】
この構成の継手構造によると、このように双方向の回転伝達が可能であるが、継手管３と鋼管杭１A ，１B との嵌合、および継手管３の溝形部５に対する鋼管杭１A ，１B の係合突部６の挿脱を行うだけで良く、現場溶接が不要で、簡便な作業で機械的に接続できる。また、鋼管杭１には係合突部６を設けるだけで良く、例えば鋼管杭の端部全周に渡る環状の継手材を溶接するものに比べて、鋼管杭自体の加工が僅かで済む。継手管３は、溝形部５の加工、および鋼管杭受鍔４等の軸方向荷重伝達部の加工が必要であるが、溝形部５は、継手管３の素材となる短い鋼管の一部に塑性加工すれば良いため、長尺の鋼管杭に加工するものと異なり、簡単に加工することができる。また鋼管杭受鍔４は、リング部材の溶接等で設けるが、工場溶接で行えるため、信頼性の高い溶接等の加工が行える。
【００２４】
また、継手管３の溝形部５は、鋼管杭１A ，１B の係合突部６と係合し、回転・圧入時に大きな回転力が作用する。そのため、継手管３の溝形部５は、ある程度の強度が必要である。継手管３の素材となる鋼管に厚肉のものを用いれば強度確保が可能であるが、大きな力の作用しない部分まで厚肉とすると、材料の無駄が多い。この実施形態では、溝形部５を構成する管壁部分を増肉加工部分としたため、素材鋼管から溝形部５を熱間等で塑性変形させて加工するときに、増肉を同時に行うことができ、簡単に溝形部５を増肉加工部分とすることができる。また、溝形部５を塑性変形させる加工時に増肉加工部分を併せて加工するため、精度が良く、信頼性の高い加工が行える。
【００２５】
図６，図７は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、特に説明した事項の他は、図１〜図５に示す第１の実施形態と同様である。この回転圧入型鋼管杭の継手構造は、第１の実施形態において、溝形部５を増肉部として補強した構成に代えて、溝形部５は鋼管杭３の他の部分と同じ肉厚の部分とし、補強板１２を設けものである。補強板１２は鋼板等からなり、継手管３内に、板幅方向の中間部分が溝形部５の外底面５ａに接して溶接され、かつ両端が継手管３の内面に溶接部１３で溶接されている。補強板１２は、この例では、２枚が継手管３における上下２箇所に設けられ、それぞれの補強板１２が、溝形部５の係合突部６が位置する高さ位置に併せて設けられている。なお、補強板１２は、上下に幅広の１枚であっても良く、また３枚以上設けても良い。
またこの実施形態では、図２の例の鋼管杭受鍔４は設けられておらず、下側鋼管杭１B の係合突部６に係合する落下防止突部１５が、溝形部５内に設けられている。落下防止突部１５は、継手管３が下側鋼管杭１B に対して落下することを、係合突部６との係合で防止する手段であり、例えば断面矩形の棒状の鋼材を、溝形部５内に隅肉溶接等で接合したものである。
【００２６】
この実施形態の場合、接続作業に際して、継手管３は下側鋼管杭１B の係合突部６に軸方向荷重伝達突部１５が係合するまで下側鋼管杭１B に挿入する。また、上側鋼管杭１A は、その係合突部６が継手管３の軸方向荷重伝達突部１５に係合するまで継手管３に挿入する。杭打ち時の圧入力や、杭打ち完了後の上部構造体の重量によって上側鋼管杭１A から下側鋼管杭１B に伝えられる下向きの軸方向荷重は、上下の鋼管杭１A ，１B の端面間で直接に伝達される。
【００２７】
この実施形態では、溝形部５の補強は補強板１２の溶接によって行ったが、これによっても、回転トルクに対する溝形部５の強度確保が図れる。補強板１２の溶接作業は必要であるが、工場溶接で行えるため、信頼性の高い溶接が容易に行える。また、図２の鋼管杭受鍔は設けず、上下方向の荷重伝達を、上下の鋼管杭１A ，１B の端面間で直接に行うようにしたため、構成が簡単で、製造が容易となる。
【００２８】
なお、図１〜図５に示す第１の実施形態、すなわち継手管３の溝形部５を増肉加工部とした実施形態において、鋼管杭受鍔４を省略し、上下の鋼管杭１A ，１B の端面間で直接に上下方向の荷重を伝達するようにしても良い。その場合、図６，６の実施形態の落下防止突部１５を設けるなど、継手管３が下側の鋼管杭１B に対して落下することを防止する落下防止突部を設けることが必要となる。また、図６，６に示す溝形部５の補強を補強板１２で行った実施形態において、落下防止突部１５を設ける代わりに、第１の実施形態における鋼管杭受鍔４を設けても良い。
【符号の説明】
【００２９】
１A ，１B …鋼管杭
２…先端羽根
３…継手管
４…鋼管杭受鍔（落下防止突部）
５…溝形部
６…係合突部
１２…補強板
１５…落下防止突部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ円形の鋼管からなる鋼管杭を上下に順次継ぎ、地盤に対し回転させながら圧入する接続型の回転圧入型鋼管杭において、上下の鋼管杭を相互に接続する継手構造であって、
互いに接続される上側鋼管杭の下部と下側鋼管杭の上部とに渡ってその内周に嵌合する継手管を設け、この継手管の円周方向の一部に、管壁を溝形に塑性変形させた内径側へ凹む溝形部を設け、前記上下の鋼管杭の内周面に、前記継手管の前記溝形部に軸方向に進入して円周方向に係合する係合突部をそれぞれ設け、前記継手管に、下側の鋼管杭に係合して継手管が落下することを防止する落下防止突部を設けたことを特徴とする回転圧入型鋼管杭の継手構造。
【請求項２】
請求項１において、前記上下に順次継がれる鋼管杭のうち、下端の鋼管杭は螺旋形の先端羽根を有するものである回転圧入型鋼管杭の継手構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記落下防止突部が、前記継手管の長さ方向の中間の外周に設けられて上側鋼管杭の下端面と下側鋼管杭の上端面の間に介在する鋼管杭受鍔である回転圧入型鋼管杭の継手構造。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記継手管の前記溝形部を構成する管壁部分が、この継手管における他の管壁部分よりも厚肉となった増肉加工部分である回転圧入型鋼管杭の継手構造。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記継手管内に、板幅方向の中間部分が前記溝形部の外底面に接して溶接され、かつ両端が前記継手管の内面に溶接された補強板を設けた回転圧入型鋼管杭の継手構造。
【請求項１】
それぞれ円形の鋼管からなる鋼管杭を上下に順次継ぎ、地盤に対し回転させながら圧入する接続型の回転圧入型鋼管杭において、上下の鋼管杭を相互に接続する継手構造であって、
互いに接続される上側鋼管杭の下部と下側鋼管杭の上部とに渡ってその内周に嵌合する継手管を設け、この継手管の円周方向の一部に、管壁を溝形に塑性変形させた内径側へ凹む溝形部を設け、前記上下の鋼管杭の内周面に、前記継手管の前記溝形部に軸方向に進入して円周方向に係合する係合突部をそれぞれ設け、前記継手管に、下側の鋼管杭に係合して継手管が落下することを防止する落下防止突部を設けたことを特徴とする回転圧入型鋼管杭の継手構造。
【請求項２】
請求項１において、前記上下に順次継がれる鋼管杭のうち、下端の鋼管杭は螺旋形の先端羽根を有するものである回転圧入型鋼管杭の継手構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記落下防止突部が、前記継手管の長さ方向の中間の外周に設けられて上側鋼管杭の下端面と下側鋼管杭の上端面の間に介在する鋼管杭受鍔である回転圧入型鋼管杭の継手構造。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記継手管の前記溝形部を構成する管壁部分が、この継手管における他の管壁部分よりも厚肉となった増肉加工部分である回転圧入型鋼管杭の継手構造。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記継手管内に、板幅方向の中間部分が前記溝形部の外底面に接して溶接され、かつ両端が前記継手管の内面に溶接された補強板を設けた回転圧入型鋼管杭の継手構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−４６９４５（Ｐ２０１２−４６９４５Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８９３６１（Ｐ２０１０−１８９３６１）
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（５９６１８０８６９）株式会社山水 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（５９６１８０８６９）株式会社山水 (9)
【Ｆターム（参考）】
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