異径杭継手、異径杭継手構造、及び異径杭
【課題】 施工現場で溶接作業をする必要がなく、ネジ締め作業によって大径の第１杭材と小径の第２杭材とを簡単で確実に結合することができる異径杭継手を提供すること。
【解決手段】 大径の上側杭材８と、小径の下側杭材９とを結合するものであり、上側杭材８と結合される第１継手部１２と、下側杭材９と結合される第２継手部１３とを備え、第１及び第２継手部１２、１３の互いに突き合わされる第１及び第２締結端部１８、１９のそれぞれの内周面には、第１及び第２突条２０、２１が設けられ、これら第１及び第２突条２０、２１を締結部材１５が挟み込んだ状態で、この締結部材１５をボルト１４で締め付けることによって、第１継手部１２と第２継手部１３とを締結できる異径杭継手１０であって、第１継手部１２の上側杭材８と結合される第１結合端部１６が、第２継手部１３の下側杭材９と結合される第２結合端部１７よりも大径である構成。
【解決手段】 大径の上側杭材８と、小径の下側杭材９とを結合するものであり、上側杭材８と結合される第１継手部１２と、下側杭材９と結合される第２継手部１３とを備え、第１及び第２継手部１２、１３の互いに突き合わされる第１及び第２締結端部１８、１９のそれぞれの内周面には、第１及び第２突条２０、２１が設けられ、これら第１及び第２突条２０、２１を締結部材１５が挟み込んだ状態で、この締結部材１５をボルト１４で締め付けることによって、第１継手部１２と第２継手部１３とを締結できる異径杭継手１０であって、第１継手部１２の上側杭材８と結合される第１結合端部１６が、第２継手部１３の下側杭材９と結合される第２結合端部１７よりも大径である構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば地中に埋設される異径杭において、一方の大径杭材と他方の小径杭材とを結合するための異径杭継手、異径杭継手構造、及びそのような異径杭継手を備える異径杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の異径杭の一例として図８に示すものがある（例えば、特許文献１参照。）。同図に示す異径杭は、拡頭杭１であり、大径の上側杭材２と、小径の下側杭材３と、この上側杭材２と下側杭材３とを結合するテーパ鋼管部４とを備えている。これら上下の各杭材２、３は、鋼管製であり、下側杭材３の下端部には、捩じ込み用羽根５が形成されている。
【０００３】
この図８に示す拡頭杭１は、上側杭材２とテーパ鋼管部４とが溶接されており、この溶接は工場でされている。そして、テーパ鋼管部４と下側杭材３とが溶接されており、この溶接は施工現場でされる。
【０００４】
この拡頭杭１を地中に埋設するときは、まず、下側杭材３を所定の施工機械（図示せず）を使用して回転させながら地中に押し込む。このとき、下側杭材３の下端部に設けられている捩じ込み用羽根５が土砂中に食い込んでいき、これが推進力となって下側杭材３が地中に捩じ込まれていく。そして、下側杭材３の上端部が地上に残る状態で、テーパ鋼管部４が溶接された上側杭材２をクレーン等で吊り下げてテーパ鋼管部４を下側杭材３上に載置する。そして、テーパ鋼管部４と下側杭材３とを溶接する。しかる後に、この拡頭杭１を、施工機械を使用して回転させながら地中に捩じ込ませる。このようにして、拡頭杭１を埋設することができる。
【特許文献１】特開２０００−７３３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図８に示す従来の拡頭杭１では、施工現場において、テーパ鋼管部４と下側杭材３とを溶接する必要があるので、この溶接時間が施工時間を長引かせることとなる。そして、溶接作業を行う溶接技術者を、それぞれの施工現場において施工期間中配置することが必要となり、溶接技術者の確保が困難となることがある。また、施工現場では、溶接精度にばらつきが生じ易く、これによって、テーパ鋼管部４と下側杭材３との結合力にばらつきが生じるという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、施工現場で溶接作業をする必要がなく、ネジ締め作業によって大径の第１杭材と小径の第２杭材とを簡単で確実に結合することができる異径杭継手、異径杭継手構造、及び異径杭を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載発明に係る異径杭継手は、大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材とを互いに結合するためのものであり、前記第１杭材の端部を結合することができる第１継手部と、前記第２杭材の端部を結合することができる第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされる第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、前記第１及び第２締結端部が突き合わされた状態で、前記第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されるボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とを互いに締結することができる異径杭継手であって、前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合される第１結合端部は、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合される第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項１記載発明に係る異径杭継手を使用して製作される異径杭を地中に埋設するときは、例えばまず、工場等において第１杭材と第１継手部とを溶接等によって互いに結合すると共に、第２杭材と第２継手部とを溶接等によって互いに結合する。そして、施工現場において、第２継手部が結合された第２杭材を、例えば地中に捩じ込んで埋設する。次に、第１継手部が結合された第１杭材を吊り下げてその第１継手部を第２継手部上に載置する。そして、第１継手部と第２継手部とをボルトによって締結する。このようにして異径杭を製作することができ、この異径杭を地中に捩じ込んで埋設することができる。なお、異径杭継手を２つ以上使用することによって、直径の異なる３種類以上の杭材を備える異径杭を製作しながら埋設することができる。
【０００９】
また、第１継手部と第２継手部とを突き合わせた状態で、ボルトを締め付けることで、締結部材が第１突起と第２突起とを、例えば楔作用によって挟み込むようにすることができ、両者を軸方向に対して強力に結合させることができる。
【００１０】
請求項２記載発明に係る異径杭継手は、請求項１記載発明の異径杭継手において、前記第１及び第２締結端部のそれぞれの端面には、軸方向に平行する略短円柱形の空間を形成するように第１及び第２凹部が形成され、この第１及び第２凹部内に、それらが合わさって形成される略短円柱形の空間内に、その大きさと対応する大きさの略短円柱形の係合体が配置されることを特徴とするものである。このように、第１及び第２凹部によって形成される空間の形状、並びに係合体の形状をそれぞれ略短円柱形とすることによって、第１及び第２凹部の内周面と、係合体の外周面との接触面積が曲面となり、平面とした場合と比較して、接触面積を大きくすることができ、単位面積当たりの圧縮応力及び剪断応力を小さくすることができる。また、係合体の当接面が略短円筒形であるので、当接面での応力分布の変化を滑らかにすることができ、応力集中を防止することができる。
【００１１】
請求項３記載発明に係る異径杭継手は、請求項１又は２記載発明の異径杭継手において、前記第１継手部の外周面は、前記第１杭材を結合することができる第１結合端部から前記第１締結端部に向かうに従って縮径するテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。このようにすると、第２杭材を下側にしてこの異径杭を地中に押し込んで埋設するときに、第１継手部の土砂に対する摩擦抵抗を低減することができる。そして、第１継手部の外周面を略短円筒形とするよりも、この第１継手部の重量を軽量化することができるし、材料費を低減することができる。
【００１２】
請求項４記載発明に係る異径杭継手構造は、大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材とを互いに結合するためのものであり、前記第１杭材の端部と結合する第１継手部と、前記第２杭材の端部と結合する第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされた第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、これら第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されたボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とを互いに締結する異径杭継手構造であって、前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合される第１結合端部が、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合される第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４記載発明に係る異径杭継手構造は、請求項１記載の異径継手と同様に、第１継手部と第２継手部とをボルトによって締結して異径杭を製作することができ、この異径杭を地中に捩じ込んで埋設することができる。
【００１４】
請求項５記載発明に係る異径杭は、大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材と、前記第１杭材と前記第２杭材とを結合する異径杭継手とを備える異径杭であって、前記異径杭継手は、前記第１杭材の端部と結合される第１継手部と、前記第２杭材の端部と結合される第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされている第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、これら第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されたボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とが互いに締結され、前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合する第１結合端部が、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合する第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５記載発明に係る異径杭を地中に埋設するときは、例えばまず、工場等において第１杭材と第１継手部と、及び第２杭材と第２継手部とをそれぞれ溶接等によって互いに結合させる。そして、施工現場において、第２継手部が結合された第２杭材を、例えば地中に捩じ込んで埋設する。次に、第１継手部が結合された第１杭材を吊り下げてその第１継手部を第２継手部上に載置する。そして、第１継手部と第２継手部とをボルトによって締結する。このようにして異径杭を製作することができ、この異径杭を地中に捩じ込んで埋設することができる。
【００１６】
そして、この発明の異径杭は、請求項１記載の異径杭継手と同等の異径杭継手を使用しているので、第１継手部と第２継手部とをボルトで締結することによって、大径の第１杭材と小径の第２杭材とを、簡単で確実に結合することができる。
【００１７】
請求項６記載発明に係る異径杭は、請求項５記載発明の異径杭において、大径の前記第１杭材が上側杭材であって、小径の前記第２杭材が下側杭材であり、前記第２杭材の下端部又はその近傍に捩じ込み用羽根が形成されていることを特徴とするものである。この異径杭によると、下側杭材を所定の施工機械を使用して回転させながら地中に押し込むとき、下側杭材の下端部に設けられている捩じ込み用羽根が土砂中に食い込んでいき、これが推進力となって下側杭材が地中に捩じ込まれていく。次に、下側杭材の上端部に、異径杭継手を介して上側杭材を結合して異径杭を製作する。しかる後に、この異径杭（拡頭杭）を、施工機械を使用して回転させながら地中に捩じ込ませる。このようにして、異径杭を埋設することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る異径杭継手、異径杭継手構造、及び異径杭によると、施工現場において、ネジ締め作業によって、大径の第１杭材と小径の第２杭材とを簡単で確実に結合することができる。よって、従来のように、施工現場で溶接作業をする必要がないので、溶接時間によって施工時間が長引くことがなく、比較的短時間で異径杭を埋設することができる。そして、溶接技術者を、それぞれの施工現場に配置する必要もない。また、第１杭材と第２杭材とをボルトを使用して締結できるので、溶接精度のばらつきによる杭材どうしの結合力のばらつきを解消することができ、予め定めた結合力で杭材どうしを結合することができる。
【００１９】
また、杭材の太さに応じて複数種類の大きさの異径杭継手を用意（標準化）しておくことによって、大径の第１杭材及び小径の第２杭材のそれぞれの寸法が決定すれば、それらの杭材を結合することができる異径杭継手を簡単に選択して使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る異径杭継手、並びにこの異径杭継手を使用する異径杭継手構造、及び異径杭の一実施形態を図１〜図５を参照して説明する。図５に示すように、この異径杭は、捩じ込み式の鋼管杭（拡頭杭７）であり、大径の上側杭材（第１杭材）８が上側に配置され、それよりも小径の下側杭材（第２杭材）９が下側に配置されていて、この上側杭材８及び下側杭材９が異径杭継手１０を介して互いに結合されている。これら上下の各杭材８、９は、所定長さの鋼管で形成されており、異径杭継手１０は鋼製である。また、下側杭材９の下端部には、捩じ込み用羽根１１が形成されている。なお、異径杭継手構造は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、異径杭継手１０を介して上側杭材８と下側杭材９とを互いに連結する構造である。
【００２１】
異径杭継手１０は、図１及び図２に示すように、第１継手部１２、第２継手部１３、ボルト１４、及び締結部材１５等を備えている。そして、図１に示すように、この第１継手部１２の上側開口縁部を形成する第１結合端部１６の外径は、上側杭材８の外径と略同一の寸法（例えば約３２０ｍｍ）に形成されており、第２継手部１３の下側開口縁部を形成する第２結合端部１７の外径は、下側杭材９の外径と略同一の寸法（例えば約２７０ｍｍ）に形成されている。
【００２２】
また、第１継手部１２の下側開口縁部を形成する第１締結端部１８の外径は、第２継手部１３の上側開口縁部を形成する第２締結端部１９の外径（第２結合端部１７の外径）と略同一の寸法（約２７０ｍｍ）に形成されている。つまり、第１継手部１２は、その外周面が下側に向かって細くなるテーパ状に形成され、第２継手部１３は、その外周面が略短円筒形に形成されている。
【００２３】
この第１継手部１２は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、そして第２継手部１３は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれが円環状体であり、例えば鍛造加工によって形成されている。これら第１継手部１２及び第２継手部１３は、それぞれの第１及び第２締結端部１８、１９の内周面に沿って円環状の第１突条２０及び第２突条２１が形成されている。これら第１締結端部１８及び第１突条２０の下端面、並びに第２締結端部１９及び第２突条２１の上端面には、ボルト挿通用の第１溝部２２及び第２溝部２３がそれぞれ４つずつ形成されている。これらそれぞれの第１及び第２溝部２２、２３は、互いに合わさった状態で円孔（ボルト挿通孔）を形成するものであり、それぞれの断面が略半円形であって同一の大きさである。そして、これら第１及び第２溝部２２、２３は、それぞれと対応する第１及び第２締結端部１８、１９のそれぞれの周方向に沿って９０°おきに配置され、その半径方向に形成されている。
【００２４】
また、図３及び図４に示すように、第１及び第２締結端部１８、１９のそれぞれの端面には、軸方向に平行する略短円柱形の空間を形成するように、それぞれが略同一の大きさの第１凹部２４及び第２凹部２５が２つずつ形成されている。そして、この第１及び第２凹部２４、２５が合わさって形成される略短円柱形の空間内に、その大きさと対応する大きさの略短円柱形の係合体２６が配置されるようになっている（図１及び図２（ｂ）参照）。ただし、この第１及び第２凹部２４、２５の直径Ｄは、第１締結端部１８及び第１突条２０の下端面、並びに第２締結端部１９及び第２突条２１の下端面のそれぞれの肉厚よりも大きい寸法である。従って、第１及び第２締結端部１８、１９のそれぞれの外周面、並びに第１及び第２突条２０、２１のそれぞれの内周面には、この第１及び第２凹部２４、２５が形成されている箇所で、矩形の切欠き部２７、２８が形成されたようになっている。このように切欠き部２７、２８が形成されているので、図１に示すように、この第１継手部１２と第２継手部１３とを締結したときに、第１及び第２凹部２４、２５内に係合体２６が装着されていることを確認することができる。また、この第１及び第２凹部２４、２５が合わさって形成される短円柱形の空間は、第１及び第２締結端部１８、１９の周方向に沿って、１８０°おきに合計２つ設けてある。
【００２５】
締結部材１５は、図２（ａ）、（ｂ）の各断面図に示すように、略円弧状に屈曲形成された部材であり、合計４つ設けられている。これら４つの各締結部材１５は、同一の形状であり、第１及び第２突条２０、２１に装着することができる長さに形成されている。各締結部材１５の外周面には、図２（ａ）に示すように、挟着凹部２９が形成されており、挟着凹部２９は、互いに当接する第１及び第２突条２０、２１の外面形状と対応する形状となっている。
【００２６】
つまり、挟着凹部２９は、図２（ａ）に示すように、縦断面形状が略台形であり、上下の各挟着面２９ａ、２９ａが中心に向かうに従って互いに接近するテーパ面として形成されている。そして、第１及び第２突条２０、２１も、縦断面形状が略台形であり、上下の各被挟着面２０ａ、２０ａが中心に向かうに従って互いに接近するテーパ面として形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、各締結部材１５の中心には、ボルト挿通孔１５ａが形成されている。
【００２７】
ボルト１４は、図２（ｂ）に示すように、ボルト挿通孔１５ａ、並びに第１及び第２溝部２２、２３で形成されたボルト挿通孔に通して、そのボルト１４の先端にナット３０を螺合させることができる長さに形成されている。そして、このボルト１４を締め付けたときに、ボルト１４の頭部１４ａによって、締結部材１５を第１及び第２突条２０、２１側に引き付けて押し付けることができ、この際に、締結部材１５の挟着凹部２９に形成されているテーパ形状の挟着面２９ａ、２９ａが、第１及び第２突条２０、２１に形成されているテーパ形状の被挟着面２０ａ、２０ａを楔作用によって強力に挟み込むこととなり、その結果、第１継手部１２と第２継手部１３とを、それぞれの第１及び第２締結端部１８、１９で強力に圧着させて締結することができる。また、４つの各締結部材１５の外面の曲率半径Ｒ１は、第１及び第２突条２０、２１の曲率半径Ｒ２よりも大きい寸法となっている。それぞれをこのような曲率半径に形成することによって、各締結部材１５をボルト１４で締め付けて第１及び第２突条２０、２１に押し付けたときに、各締結部材１５が第１及び第２突条２０、２１に沿って変形することができ、これによって、挟着凹部２９の挟着面２９ａ、２９ａの略全体を、第１及び第２突条２０、２１の被挟着面２０ａ、２０ａに当接させることができる。これによって、強力な楔作用で第１及び第２継手部１２、１３を互いに締結することができる。
【００２８】
また、図１に示すように、この第１及び第２継手部１２、１３の外周面には、第１及び第２凹部２４、２５のそれぞれに対応させて合計４つの座ぐり部３１が形成されている。この座ぐり部３１は、ボルト１４を締め付けるための締付装置（図示せず）を配置できるようにするためのものである。
【００２９】
更に、図２（ａ）に示すように、第１継手部１２と上側杭材８とが結合する溶接部３２、及び第２継手部１３と下側杭材９とが結合する溶接部３３には、それぞれ裏あて金具３４、３５を装着してある。そして、裏あて金具３５の上端面には、端板３６を溶接してある。
【００３０】
次に、上記のように構成される捩じ込み式の拡頭杭（異径杭）７を地中に埋設する手順を説明する。例えばまず、工場等において図１に示す上側杭材８と第１継手部１２とを溶接等によって互いに結合すると共に、図１に示す下側杭材９と第２継手部１３とを溶接等によって互いに結合する。そして、施工現場において、例えば図５に示す施工機械４５を使用して、第２継手部１３が結合された下側杭材９を回転させながら地中に捩じ込む。このとき、下側杭材９の下端部に設けられている掘削刃及び捩じ込み用羽根１１が土砂中に食い込んでいき、これが推進力となって下側杭材９が地中に捩じ込まれていく。そして、第２継手部１３が地面近くに露出した状態になるまで下側杭材９を埋設する。
【００３１】
次に、第１継手部１２が結合された上側杭材８をクレーン等で吊り下げて、その第１継手部１２を第２継手部１３上に載置する。そして、第１継手部１２と第２継手部１３とを４本のボルト１４によって締結する。ただし、第１継手部１２を第２継手部１３上に載置する前に、図２（ｂ）に示すように、４本の各ボルト１４に対して締結部材１５及びナット３０を緩く仮装着したものを、第２継手部１３に形成されている４つの各第２溝部２３に配置しておく。そして、第２継手部１３の第２締結端部１９に形成されている２つの各第２凹部２５にそれぞれ係合体２６を装着しておく。
【００３２】
このようにして拡頭杭７を製作することができ、この拡頭杭７を、図５に示すように、施工機械４５を使用して回転させながら地中に捩じ込んで埋設することができる。
【００３３】
また、図２（ａ）ではボルト１４を省略しているが、第１継手部１２と第２継手部１３とを突き合わせた状態で、ボルト１４を締め付けることで、締結部材１５が第１突条２０と第２突条２１とを楔作用によって挟み込むこととなり、両者を軸方向に対して強力に圧着結合させることができる。
【００３４】
更に、図１及び図２に示す異径杭継手１０、異径杭継手構造、及び拡頭杭７によると、施工現場において、ボルト１４及びナット３０のネジ締め作業によって、大径の上側杭材８と小径の下側杭材９とを簡単で確実に結合することができる。よって、従来のように、施工現場で溶接作業をする必要がないので、溶接時間によって施工時間が長引くことがなく、比較的短時間で拡頭杭７を埋設することができる。そして、溶接技術者を、それぞれの施工現場に配置する必要もない。また、上側杭材８と下側杭材９とをボルト１４、ナット３０、及び締結部材１５を使用して締結できるので、溶接精度のばらつきによる杭材８、９どうしの結合力のばらつきを解消することができ、予め定めた結合力で杭材８、９どうしを結合することができる。
【００３５】
また、例えば杭材の直径の大きさに応じて複数種類の大きさの異径杭継手１０を用意（標準化）しておくことによって、大径の上側杭材８及び小径の下側杭材９のそれぞれの寸法が決定すれば、それらの杭材を結合することができる異径杭継手１０を簡単に選択して使用することができる。
【００３６】
更に、図２（ｂ）に示すように、各係合体２６が装着される第１及び第２凹部２４、２５によって形成される各空間の形状、並びに各係合体２６の形状をそれぞれ略短円柱形とすることによって、第１及び第２凹部２４、２５の内周面と、係合体２６の外周面との接触面積が曲面となり、平面とした場合と比較して、接触面積を大きくすることができ、単位面積当たりの圧縮応力及び剪断応力を小さくすることができる。また、係合体２６の当接面が略短円筒形であるので、当接面での応力分布の変化を滑らかにすることができ、応力集中を防止することができる。
【００３７】
そして、第１及び第２凹部２４、２５によって形成される各空間の形状、及び係合体２６の形状を略短円柱形とし、これら第１及び第２凹部２４、２５の中心を異径杭継手１０の軸方向と平行して配置したので、第１及び第２凹部２４、２５の内周面に作用する応力分布は、第１及び第２締結端部１８、１９の肉厚の中央部で最も大きくなり、締結端部１８、１９の内周面側及び外周面側ではそれよりも小さくなる。これによって、この第１及び第２凹部２４、２５の内周面に作用する大きな押圧力（回転トルクに基づく力）によって、第１及び第２継手部１２、１３が破損することを効果的に防止することができる。
【００３８】
また、図１に示すように、第１継手部１２は、外周面が第１結合端部（上側開口縁部）１６から第１締結端部（下側開口縁部）１８の下方に向かうに従って縮径するテーパ状に形成されているので、この拡頭杭７を地中に捩じ込みながら埋設するときに、第１継手部１２の土砂に対する摩擦抵抗を低減することができる。そして、第１継手部１２の外周面を略短円筒形とするよりも、この第１継手部１２の重量を軽量化することができるし、材料費を低減することができる。
【００３９】
ところで、図５に示すようにして拡頭杭７を、例えば軟弱地盤に埋設してこれを基礎杭として使用するときは、捩じ込み用羽根１１が形成されている下端部（小径の下側杭材９）を、地中の支持層に到達させることによって大きな支持力を得ることができる。そして、大径の上側杭材８は、軟弱層に配置されるが、大きな曲げモーメントに抗することができるので、例えば地震時における水平変位量を抑制することができる。そして、下側杭材９を上側杭材８よりも小径とすることによって、その分だけ下側杭材９の材料費を低減することができるし、この拡頭杭７を経済的な作業量によって捩じ込んで埋設できるようにすることができる。
【００４０】
ただし、上記実施形態では、図５に示すように、異径杭継手１０、異径杭継手構造、及び拡頭杭７を捩じ込み式の鋼管杭に適用したが、これに代えて、打ち込み装置による打設式の鋼管杭や、予め穿設した穴内に拡頭杭７を挿入して設置する方式の拡頭杭に適用することができる。
【００４１】
そして、上記実施形態では、図２（ｂ）に示すように、第１及び第２凹部２４、２５で形成される短円柱形の空間は、第１及び第２締結端部１８、１９の周方向に沿って、１８０°おきに合計２つ設けて、各空間に係合体２６を装着したが、これに代えて、第１及び第２凹部２４、２５で形成される空間を３つ以上設けて、各空間内に係合体２６を装着してもよい。この際、３つ以上の各空間を、第１及び第２締結端部１８、１９の周方向に沿って等間隔に設けるとよい。このようにすると、３つ以上の各係合体２６は、この拡頭杭７に掛かる回転トルクを略均等に受けるようにすることができる。
【００４２】
また、上記実施形態の異径杭継手１０を鋼製としたが、これ以外の例えばステンレス鋼や他の合金で形成してもよい。
【００４３】
更に、上記実施形態では、図５に示すように、異径杭継手１０を１つ使用した拡頭杭７を例に挙げて説明したが、異径杭継手１０を２つ以上使用することによって、上記と同様にして、直径の異なる３種類以上の杭材を備える拡頭杭を製作しながら埋設することができる。
【００４４】
例えば図６に示す拡頭杭４２は、大径の上側杭材３７と、それよりも小径である中径の中間筒体３８とを上記実施形態と同等の第１異径杭継手３９を介して結合し、そして、この中径の中間筒体３８と、それよりも小径の下側杭材４０とを上記実施形態と同等の第２異径杭継手４１を介して結合したものである。なお、図には示さないが、下側杭材９の下端部には、捩じ込み用羽根１１が設けられている。また、第１異径杭継手３９の外径は、第２異径杭継手４１の外径よりも大きい寸法に設定されている。図６に示す４３は溶接部である。
【００４５】
また、図７に示す拡頭杭４４は、大径の上側杭材３７と、それよりも小径の下側杭材４０とを上記実施形態と同等の第１異径杭継手３９及び第２異径杭継手４１を介して結合したものである。なお、図には示さないは、下側杭材４０の下端部には、捩じ込み用羽根１１が設けられている。また、第１異径杭継手３９を構成する第２継手部１３の第２結合端部１７と、第２異径杭継手４１を構成する第１継手部１２の第１結合端部１６とが溶接（溶接部４３）されて互いに結合している。このようにすると、図６に示す中間筒体３８を省略することができる。
【００４６】
更に、上記実施形態では、図１に示すように、上側杭材８を大径のものとし、下側杭材９を小径のものとしたが、これに代えて、上側杭材８を小径のものとし、下側杭材９を大径のものとしてもよい。このような異径杭は、例えば軟弱地盤用の摩擦杭として使用されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明に係る異径杭継手、異径杭継手構造、及び異径杭は、施工現場で溶接作業をする必要がなく、ネジ締め作業によって大径の第１杭材と小径の第２杭材とを簡単で確実に結合することができる優れた効果を有し、このような異径杭継手、異径杭継手構造、及び異径杭等に適用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の一実施形態に係る拡頭杭に設けられている異径杭継手を示す正面図である。
【図２】（ａ）は同実施形態に係る異径杭継手を示すＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は同実施形態に係る異径杭継手を示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は同実施形態に係る異径杭継手を構成する第１継手部を示す半断面図、（ｂ）はこの第１継手部を示す底面図である。
【図４】（ａ）は同実施形態に係る異径杭継手を構成する第２継手部を示す半断面図、（ｂ）はこの第２継手部を示す平面図である。
【図５】同実施形態に係る拡頭杭を、施工機械を使用して地中に捩じ込む状態を示す断面図である。
【図６】同発明の他の実施形態に係る拡頭杭を示す正面図である。
【図７】同発明の更に他の実施形態に係る拡頭杭を示す正面図である。
【図８】従来の拡頭杭を地中に捩じ込む状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
７、４２、４４ 拡頭杭
８、３７ 上側杭材（第１杭材）
９、４０ 下側杭材（第２杭材）
１０ 異径杭継手
１１ 捩じ込み用羽根
１２ 第１継手部
１３ 第２継手部
１４ ボルト
１４ａ ボルトの頭部
１５ 締結部材
１５ａ ボルト挿通孔
１６ 第１結合端部
１７ 第２結合端部
１８ 第１締結端部
１９ 第２締結端部
２０ 第１突条
２０ａ 被挟着面
２１ 第２突条
２２ 第１溝部
２３ 第２溝部
２４ 第１凹部
２５ 第２凹部
２６ 係合体
２７、２８ 切欠き部
２９ 挟着凹部
２９ａ 挟着面
３０ ナット
３１ 座ぐり部
３２、３３、４３ 溶接部
３４、３５ 裏あて金具
３６ 端板
３８ 中間筒体
３９ 第１異径杭継手
４１ 第２異径杭継手
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば地中に埋設される異径杭において、一方の大径杭材と他方の小径杭材とを結合するための異径杭継手、異径杭継手構造、及びそのような異径杭継手を備える異径杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の異径杭の一例として図８に示すものがある（例えば、特許文献１参照。）。同図に示す異径杭は、拡頭杭１であり、大径の上側杭材２と、小径の下側杭材３と、この上側杭材２と下側杭材３とを結合するテーパ鋼管部４とを備えている。これら上下の各杭材２、３は、鋼管製であり、下側杭材３の下端部には、捩じ込み用羽根５が形成されている。
【０００３】
この図８に示す拡頭杭１は、上側杭材２とテーパ鋼管部４とが溶接されており、この溶接は工場でされている。そして、テーパ鋼管部４と下側杭材３とが溶接されており、この溶接は施工現場でされる。
【０００４】
この拡頭杭１を地中に埋設するときは、まず、下側杭材３を所定の施工機械（図示せず）を使用して回転させながら地中に押し込む。このとき、下側杭材３の下端部に設けられている捩じ込み用羽根５が土砂中に食い込んでいき、これが推進力となって下側杭材３が地中に捩じ込まれていく。そして、下側杭材３の上端部が地上に残る状態で、テーパ鋼管部４が溶接された上側杭材２をクレーン等で吊り下げてテーパ鋼管部４を下側杭材３上に載置する。そして、テーパ鋼管部４と下側杭材３とを溶接する。しかる後に、この拡頭杭１を、施工機械を使用して回転させながら地中に捩じ込ませる。このようにして、拡頭杭１を埋設することができる。
【特許文献１】特開２０００−７３３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図８に示す従来の拡頭杭１では、施工現場において、テーパ鋼管部４と下側杭材３とを溶接する必要があるので、この溶接時間が施工時間を長引かせることとなる。そして、溶接作業を行う溶接技術者を、それぞれの施工現場において施工期間中配置することが必要となり、溶接技術者の確保が困難となることがある。また、施工現場では、溶接精度にばらつきが生じ易く、これによって、テーパ鋼管部４と下側杭材３との結合力にばらつきが生じるという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、施工現場で溶接作業をする必要がなく、ネジ締め作業によって大径の第１杭材と小径の第２杭材とを簡単で確実に結合することができる異径杭継手、異径杭継手構造、及び異径杭を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載発明に係る異径杭継手は、大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材とを互いに結合するためのものであり、前記第１杭材の端部を結合することができる第１継手部と、前記第２杭材の端部を結合することができる第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされる第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、前記第１及び第２締結端部が突き合わされた状態で、前記第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されるボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とを互いに締結することができる異径杭継手であって、前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合される第１結合端部は、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合される第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項１記載発明に係る異径杭継手を使用して製作される異径杭を地中に埋設するときは、例えばまず、工場等において第１杭材と第１継手部とを溶接等によって互いに結合すると共に、第２杭材と第２継手部とを溶接等によって互いに結合する。そして、施工現場において、第２継手部が結合された第２杭材を、例えば地中に捩じ込んで埋設する。次に、第１継手部が結合された第１杭材を吊り下げてその第１継手部を第２継手部上に載置する。そして、第１継手部と第２継手部とをボルトによって締結する。このようにして異径杭を製作することができ、この異径杭を地中に捩じ込んで埋設することができる。なお、異径杭継手を２つ以上使用することによって、直径の異なる３種類以上の杭材を備える異径杭を製作しながら埋設することができる。
【０００９】
また、第１継手部と第２継手部とを突き合わせた状態で、ボルトを締め付けることで、締結部材が第１突起と第２突起とを、例えば楔作用によって挟み込むようにすることができ、両者を軸方向に対して強力に結合させることができる。
【００１０】
請求項２記載発明に係る異径杭継手は、請求項１記載発明の異径杭継手において、前記第１及び第２締結端部のそれぞれの端面には、軸方向に平行する略短円柱形の空間を形成するように第１及び第２凹部が形成され、この第１及び第２凹部内に、それらが合わさって形成される略短円柱形の空間内に、その大きさと対応する大きさの略短円柱形の係合体が配置されることを特徴とするものである。このように、第１及び第２凹部によって形成される空間の形状、並びに係合体の形状をそれぞれ略短円柱形とすることによって、第１及び第２凹部の内周面と、係合体の外周面との接触面積が曲面となり、平面とした場合と比較して、接触面積を大きくすることができ、単位面積当たりの圧縮応力及び剪断応力を小さくすることができる。また、係合体の当接面が略短円筒形であるので、当接面での応力分布の変化を滑らかにすることができ、応力集中を防止することができる。
【００１１】
請求項３記載発明に係る異径杭継手は、請求項１又は２記載発明の異径杭継手において、前記第１継手部の外周面は、前記第１杭材を結合することができる第１結合端部から前記第１締結端部に向かうに従って縮径するテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。このようにすると、第２杭材を下側にしてこの異径杭を地中に押し込んで埋設するときに、第１継手部の土砂に対する摩擦抵抗を低減することができる。そして、第１継手部の外周面を略短円筒形とするよりも、この第１継手部の重量を軽量化することができるし、材料費を低減することができる。
【００１２】
請求項４記載発明に係る異径杭継手構造は、大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材とを互いに結合するためのものであり、前記第１杭材の端部と結合する第１継手部と、前記第２杭材の端部と結合する第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされた第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、これら第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されたボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とを互いに締結する異径杭継手構造であって、前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合される第１結合端部が、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合される第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４記載発明に係る異径杭継手構造は、請求項１記載の異径継手と同様に、第１継手部と第２継手部とをボルトによって締結して異径杭を製作することができ、この異径杭を地中に捩じ込んで埋設することができる。
【００１４】
請求項５記載発明に係る異径杭は、大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材と、前記第１杭材と前記第２杭材とを結合する異径杭継手とを備える異径杭であって、前記異径杭継手は、前記第１杭材の端部と結合される第１継手部と、前記第２杭材の端部と結合される第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされている第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、これら第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されたボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とが互いに締結され、前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合する第１結合端部が、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合する第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５記載発明に係る異径杭を地中に埋設するときは、例えばまず、工場等において第１杭材と第１継手部と、及び第２杭材と第２継手部とをそれぞれ溶接等によって互いに結合させる。そして、施工現場において、第２継手部が結合された第２杭材を、例えば地中に捩じ込んで埋設する。次に、第１継手部が結合された第１杭材を吊り下げてその第１継手部を第２継手部上に載置する。そして、第１継手部と第２継手部とをボルトによって締結する。このようにして異径杭を製作することができ、この異径杭を地中に捩じ込んで埋設することができる。
【００１６】
そして、この発明の異径杭は、請求項１記載の異径杭継手と同等の異径杭継手を使用しているので、第１継手部と第２継手部とをボルトで締結することによって、大径の第１杭材と小径の第２杭材とを、簡単で確実に結合することができる。
【００１７】
請求項６記載発明に係る異径杭は、請求項５記載発明の異径杭において、大径の前記第１杭材が上側杭材であって、小径の前記第２杭材が下側杭材であり、前記第２杭材の下端部又はその近傍に捩じ込み用羽根が形成されていることを特徴とするものである。この異径杭によると、下側杭材を所定の施工機械を使用して回転させながら地中に押し込むとき、下側杭材の下端部に設けられている捩じ込み用羽根が土砂中に食い込んでいき、これが推進力となって下側杭材が地中に捩じ込まれていく。次に、下側杭材の上端部に、異径杭継手を介して上側杭材を結合して異径杭を製作する。しかる後に、この異径杭（拡頭杭）を、施工機械を使用して回転させながら地中に捩じ込ませる。このようにして、異径杭を埋設することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る異径杭継手、異径杭継手構造、及び異径杭によると、施工現場において、ネジ締め作業によって、大径の第１杭材と小径の第２杭材とを簡単で確実に結合することができる。よって、従来のように、施工現場で溶接作業をする必要がないので、溶接時間によって施工時間が長引くことがなく、比較的短時間で異径杭を埋設することができる。そして、溶接技術者を、それぞれの施工現場に配置する必要もない。また、第１杭材と第２杭材とをボルトを使用して締結できるので、溶接精度のばらつきによる杭材どうしの結合力のばらつきを解消することができ、予め定めた結合力で杭材どうしを結合することができる。
【００１９】
また、杭材の太さに応じて複数種類の大きさの異径杭継手を用意（標準化）しておくことによって、大径の第１杭材及び小径の第２杭材のそれぞれの寸法が決定すれば、それらの杭材を結合することができる異径杭継手を簡単に選択して使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る異径杭継手、並びにこの異径杭継手を使用する異径杭継手構造、及び異径杭の一実施形態を図１〜図５を参照して説明する。図５に示すように、この異径杭は、捩じ込み式の鋼管杭（拡頭杭７）であり、大径の上側杭材（第１杭材）８が上側に配置され、それよりも小径の下側杭材（第２杭材）９が下側に配置されていて、この上側杭材８及び下側杭材９が異径杭継手１０を介して互いに結合されている。これら上下の各杭材８、９は、所定長さの鋼管で形成されており、異径杭継手１０は鋼製である。また、下側杭材９の下端部には、捩じ込み用羽根１１が形成されている。なお、異径杭継手構造は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、異径杭継手１０を介して上側杭材８と下側杭材９とを互いに連結する構造である。
【００２１】
異径杭継手１０は、図１及び図２に示すように、第１継手部１２、第２継手部１３、ボルト１４、及び締結部材１５等を備えている。そして、図１に示すように、この第１継手部１２の上側開口縁部を形成する第１結合端部１６の外径は、上側杭材８の外径と略同一の寸法（例えば約３２０ｍｍ）に形成されており、第２継手部１３の下側開口縁部を形成する第２結合端部１７の外径は、下側杭材９の外径と略同一の寸法（例えば約２７０ｍｍ）に形成されている。
【００２２】
また、第１継手部１２の下側開口縁部を形成する第１締結端部１８の外径は、第２継手部１３の上側開口縁部を形成する第２締結端部１９の外径（第２結合端部１７の外径）と略同一の寸法（約２７０ｍｍ）に形成されている。つまり、第１継手部１２は、その外周面が下側に向かって細くなるテーパ状に形成され、第２継手部１３は、その外周面が略短円筒形に形成されている。
【００２３】
この第１継手部１２は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、そして第２継手部１３は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれが円環状体であり、例えば鍛造加工によって形成されている。これら第１継手部１２及び第２継手部１３は、それぞれの第１及び第２締結端部１８、１９の内周面に沿って円環状の第１突条２０及び第２突条２１が形成されている。これら第１締結端部１８及び第１突条２０の下端面、並びに第２締結端部１９及び第２突条２１の上端面には、ボルト挿通用の第１溝部２２及び第２溝部２３がそれぞれ４つずつ形成されている。これらそれぞれの第１及び第２溝部２２、２３は、互いに合わさった状態で円孔（ボルト挿通孔）を形成するものであり、それぞれの断面が略半円形であって同一の大きさである。そして、これら第１及び第２溝部２２、２３は、それぞれと対応する第１及び第２締結端部１８、１９のそれぞれの周方向に沿って９０°おきに配置され、その半径方向に形成されている。
【００２４】
また、図３及び図４に示すように、第１及び第２締結端部１８、１９のそれぞれの端面には、軸方向に平行する略短円柱形の空間を形成するように、それぞれが略同一の大きさの第１凹部２４及び第２凹部２５が２つずつ形成されている。そして、この第１及び第２凹部２４、２５が合わさって形成される略短円柱形の空間内に、その大きさと対応する大きさの略短円柱形の係合体２６が配置されるようになっている（図１及び図２（ｂ）参照）。ただし、この第１及び第２凹部２４、２５の直径Ｄは、第１締結端部１８及び第１突条２０の下端面、並びに第２締結端部１９及び第２突条２１の下端面のそれぞれの肉厚よりも大きい寸法である。従って、第１及び第２締結端部１８、１９のそれぞれの外周面、並びに第１及び第２突条２０、２１のそれぞれの内周面には、この第１及び第２凹部２４、２５が形成されている箇所で、矩形の切欠き部２７、２８が形成されたようになっている。このように切欠き部２７、２８が形成されているので、図１に示すように、この第１継手部１２と第２継手部１３とを締結したときに、第１及び第２凹部２４、２５内に係合体２６が装着されていることを確認することができる。また、この第１及び第２凹部２４、２５が合わさって形成される短円柱形の空間は、第１及び第２締結端部１８、１９の周方向に沿って、１８０°おきに合計２つ設けてある。
【００２５】
締結部材１５は、図２（ａ）、（ｂ）の各断面図に示すように、略円弧状に屈曲形成された部材であり、合計４つ設けられている。これら４つの各締結部材１５は、同一の形状であり、第１及び第２突条２０、２１に装着することができる長さに形成されている。各締結部材１５の外周面には、図２（ａ）に示すように、挟着凹部２９が形成されており、挟着凹部２９は、互いに当接する第１及び第２突条２０、２１の外面形状と対応する形状となっている。
【００２６】
つまり、挟着凹部２９は、図２（ａ）に示すように、縦断面形状が略台形であり、上下の各挟着面２９ａ、２９ａが中心に向かうに従って互いに接近するテーパ面として形成されている。そして、第１及び第２突条２０、２１も、縦断面形状が略台形であり、上下の各被挟着面２０ａ、２０ａが中心に向かうに従って互いに接近するテーパ面として形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、各締結部材１５の中心には、ボルト挿通孔１５ａが形成されている。
【００２７】
ボルト１４は、図２（ｂ）に示すように、ボルト挿通孔１５ａ、並びに第１及び第２溝部２２、２３で形成されたボルト挿通孔に通して、そのボルト１４の先端にナット３０を螺合させることができる長さに形成されている。そして、このボルト１４を締め付けたときに、ボルト１４の頭部１４ａによって、締結部材１５を第１及び第２突条２０、２１側に引き付けて押し付けることができ、この際に、締結部材１５の挟着凹部２９に形成されているテーパ形状の挟着面２９ａ、２９ａが、第１及び第２突条２０、２１に形成されているテーパ形状の被挟着面２０ａ、２０ａを楔作用によって強力に挟み込むこととなり、その結果、第１継手部１２と第２継手部１３とを、それぞれの第１及び第２締結端部１８、１９で強力に圧着させて締結することができる。また、４つの各締結部材１５の外面の曲率半径Ｒ１は、第１及び第２突条２０、２１の曲率半径Ｒ２よりも大きい寸法となっている。それぞれをこのような曲率半径に形成することによって、各締結部材１５をボルト１４で締め付けて第１及び第２突条２０、２１に押し付けたときに、各締結部材１５が第１及び第２突条２０、２１に沿って変形することができ、これによって、挟着凹部２９の挟着面２９ａ、２９ａの略全体を、第１及び第２突条２０、２１の被挟着面２０ａ、２０ａに当接させることができる。これによって、強力な楔作用で第１及び第２継手部１２、１３を互いに締結することができる。
【００２８】
また、図１に示すように、この第１及び第２継手部１２、１３の外周面には、第１及び第２凹部２４、２５のそれぞれに対応させて合計４つの座ぐり部３１が形成されている。この座ぐり部３１は、ボルト１４を締め付けるための締付装置（図示せず）を配置できるようにするためのものである。
【００２９】
更に、図２（ａ）に示すように、第１継手部１２と上側杭材８とが結合する溶接部３２、及び第２継手部１３と下側杭材９とが結合する溶接部３３には、それぞれ裏あて金具３４、３５を装着してある。そして、裏あて金具３５の上端面には、端板３６を溶接してある。
【００３０】
次に、上記のように構成される捩じ込み式の拡頭杭（異径杭）７を地中に埋設する手順を説明する。例えばまず、工場等において図１に示す上側杭材８と第１継手部１２とを溶接等によって互いに結合すると共に、図１に示す下側杭材９と第２継手部１３とを溶接等によって互いに結合する。そして、施工現場において、例えば図５に示す施工機械４５を使用して、第２継手部１３が結合された下側杭材９を回転させながら地中に捩じ込む。このとき、下側杭材９の下端部に設けられている掘削刃及び捩じ込み用羽根１１が土砂中に食い込んでいき、これが推進力となって下側杭材９が地中に捩じ込まれていく。そして、第２継手部１３が地面近くに露出した状態になるまで下側杭材９を埋設する。
【００３１】
次に、第１継手部１２が結合された上側杭材８をクレーン等で吊り下げて、その第１継手部１２を第２継手部１３上に載置する。そして、第１継手部１２と第２継手部１３とを４本のボルト１４によって締結する。ただし、第１継手部１２を第２継手部１３上に載置する前に、図２（ｂ）に示すように、４本の各ボルト１４に対して締結部材１５及びナット３０を緩く仮装着したものを、第２継手部１３に形成されている４つの各第２溝部２３に配置しておく。そして、第２継手部１３の第２締結端部１９に形成されている２つの各第２凹部２５にそれぞれ係合体２６を装着しておく。
【００３２】
このようにして拡頭杭７を製作することができ、この拡頭杭７を、図５に示すように、施工機械４５を使用して回転させながら地中に捩じ込んで埋設することができる。
【００３３】
また、図２（ａ）ではボルト１４を省略しているが、第１継手部１２と第２継手部１３とを突き合わせた状態で、ボルト１４を締め付けることで、締結部材１５が第１突条２０と第２突条２１とを楔作用によって挟み込むこととなり、両者を軸方向に対して強力に圧着結合させることができる。
【００３４】
更に、図１及び図２に示す異径杭継手１０、異径杭継手構造、及び拡頭杭７によると、施工現場において、ボルト１４及びナット３０のネジ締め作業によって、大径の上側杭材８と小径の下側杭材９とを簡単で確実に結合することができる。よって、従来のように、施工現場で溶接作業をする必要がないので、溶接時間によって施工時間が長引くことがなく、比較的短時間で拡頭杭７を埋設することができる。そして、溶接技術者を、それぞれの施工現場に配置する必要もない。また、上側杭材８と下側杭材９とをボルト１４、ナット３０、及び締結部材１５を使用して締結できるので、溶接精度のばらつきによる杭材８、９どうしの結合力のばらつきを解消することができ、予め定めた結合力で杭材８、９どうしを結合することができる。
【００３５】
また、例えば杭材の直径の大きさに応じて複数種類の大きさの異径杭継手１０を用意（標準化）しておくことによって、大径の上側杭材８及び小径の下側杭材９のそれぞれの寸法が決定すれば、それらの杭材を結合することができる異径杭継手１０を簡単に選択して使用することができる。
【００３６】
更に、図２（ｂ）に示すように、各係合体２６が装着される第１及び第２凹部２４、２５によって形成される各空間の形状、並びに各係合体２６の形状をそれぞれ略短円柱形とすることによって、第１及び第２凹部２４、２５の内周面と、係合体２６の外周面との接触面積が曲面となり、平面とした場合と比較して、接触面積を大きくすることができ、単位面積当たりの圧縮応力及び剪断応力を小さくすることができる。また、係合体２６の当接面が略短円筒形であるので、当接面での応力分布の変化を滑らかにすることができ、応力集中を防止することができる。
【００３７】
そして、第１及び第２凹部２４、２５によって形成される各空間の形状、及び係合体２６の形状を略短円柱形とし、これら第１及び第２凹部２４、２５の中心を異径杭継手１０の軸方向と平行して配置したので、第１及び第２凹部２４、２５の内周面に作用する応力分布は、第１及び第２締結端部１８、１９の肉厚の中央部で最も大きくなり、締結端部１８、１９の内周面側及び外周面側ではそれよりも小さくなる。これによって、この第１及び第２凹部２４、２５の内周面に作用する大きな押圧力（回転トルクに基づく力）によって、第１及び第２継手部１２、１３が破損することを効果的に防止することができる。
【００３８】
また、図１に示すように、第１継手部１２は、外周面が第１結合端部（上側開口縁部）１６から第１締結端部（下側開口縁部）１８の下方に向かうに従って縮径するテーパ状に形成されているので、この拡頭杭７を地中に捩じ込みながら埋設するときに、第１継手部１２の土砂に対する摩擦抵抗を低減することができる。そして、第１継手部１２の外周面を略短円筒形とするよりも、この第１継手部１２の重量を軽量化することができるし、材料費を低減することができる。
【００３９】
ところで、図５に示すようにして拡頭杭７を、例えば軟弱地盤に埋設してこれを基礎杭として使用するときは、捩じ込み用羽根１１が形成されている下端部（小径の下側杭材９）を、地中の支持層に到達させることによって大きな支持力を得ることができる。そして、大径の上側杭材８は、軟弱層に配置されるが、大きな曲げモーメントに抗することができるので、例えば地震時における水平変位量を抑制することができる。そして、下側杭材９を上側杭材８よりも小径とすることによって、その分だけ下側杭材９の材料費を低減することができるし、この拡頭杭７を経済的な作業量によって捩じ込んで埋設できるようにすることができる。
【００４０】
ただし、上記実施形態では、図５に示すように、異径杭継手１０、異径杭継手構造、及び拡頭杭７を捩じ込み式の鋼管杭に適用したが、これに代えて、打ち込み装置による打設式の鋼管杭や、予め穿設した穴内に拡頭杭７を挿入して設置する方式の拡頭杭に適用することができる。
【００４１】
そして、上記実施形態では、図２（ｂ）に示すように、第１及び第２凹部２４、２５で形成される短円柱形の空間は、第１及び第２締結端部１８、１９の周方向に沿って、１８０°おきに合計２つ設けて、各空間に係合体２６を装着したが、これに代えて、第１及び第２凹部２４、２５で形成される空間を３つ以上設けて、各空間内に係合体２６を装着してもよい。この際、３つ以上の各空間を、第１及び第２締結端部１８、１９の周方向に沿って等間隔に設けるとよい。このようにすると、３つ以上の各係合体２６は、この拡頭杭７に掛かる回転トルクを略均等に受けるようにすることができる。
【００４２】
また、上記実施形態の異径杭継手１０を鋼製としたが、これ以外の例えばステンレス鋼や他の合金で形成してもよい。
【００４３】
更に、上記実施形態では、図５に示すように、異径杭継手１０を１つ使用した拡頭杭７を例に挙げて説明したが、異径杭継手１０を２つ以上使用することによって、上記と同様にして、直径の異なる３種類以上の杭材を備える拡頭杭を製作しながら埋設することができる。
【００４４】
例えば図６に示す拡頭杭４２は、大径の上側杭材３７と、それよりも小径である中径の中間筒体３８とを上記実施形態と同等の第１異径杭継手３９を介して結合し、そして、この中径の中間筒体３８と、それよりも小径の下側杭材４０とを上記実施形態と同等の第２異径杭継手４１を介して結合したものである。なお、図には示さないが、下側杭材９の下端部には、捩じ込み用羽根１１が設けられている。また、第１異径杭継手３９の外径は、第２異径杭継手４１の外径よりも大きい寸法に設定されている。図６に示す４３は溶接部である。
【００４５】
また、図７に示す拡頭杭４４は、大径の上側杭材３７と、それよりも小径の下側杭材４０とを上記実施形態と同等の第１異径杭継手３９及び第２異径杭継手４１を介して結合したものである。なお、図には示さないは、下側杭材４０の下端部には、捩じ込み用羽根１１が設けられている。また、第１異径杭継手３９を構成する第２継手部１３の第２結合端部１７と、第２異径杭継手４１を構成する第１継手部１２の第１結合端部１６とが溶接（溶接部４３）されて互いに結合している。このようにすると、図６に示す中間筒体３８を省略することができる。
【００４６】
更に、上記実施形態では、図１に示すように、上側杭材８を大径のものとし、下側杭材９を小径のものとしたが、これに代えて、上側杭材８を小径のものとし、下側杭材９を大径のものとしてもよい。このような異径杭は、例えば軟弱地盤用の摩擦杭として使用されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明に係る異径杭継手、異径杭継手構造、及び異径杭は、施工現場で溶接作業をする必要がなく、ネジ締め作業によって大径の第１杭材と小径の第２杭材とを簡単で確実に結合することができる優れた効果を有し、このような異径杭継手、異径杭継手構造、及び異径杭等に適用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の一実施形態に係る拡頭杭に設けられている異径杭継手を示す正面図である。
【図２】（ａ）は同実施形態に係る異径杭継手を示すＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は同実施形態に係る異径杭継手を示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は同実施形態に係る異径杭継手を構成する第１継手部を示す半断面図、（ｂ）はこの第１継手部を示す底面図である。
【図４】（ａ）は同実施形態に係る異径杭継手を構成する第２継手部を示す半断面図、（ｂ）はこの第２継手部を示す平面図である。
【図５】同実施形態に係る拡頭杭を、施工機械を使用して地中に捩じ込む状態を示す断面図である。
【図６】同発明の他の実施形態に係る拡頭杭を示す正面図である。
【図７】同発明の更に他の実施形態に係る拡頭杭を示す正面図である。
【図８】従来の拡頭杭を地中に捩じ込む状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
７、４２、４４ 拡頭杭
８、３７ 上側杭材（第１杭材）
９、４０ 下側杭材（第２杭材）
１０ 異径杭継手
１１ 捩じ込み用羽根
１２ 第１継手部
１３ 第２継手部
１４ ボルト
１４ａ ボルトの頭部
１５ 締結部材
１５ａ ボルト挿通孔
１６ 第１結合端部
１７ 第２結合端部
１８ 第１締結端部
１９ 第２締結端部
２０ 第１突条
２０ａ 被挟着面
２１ 第２突条
２２ 第１溝部
２３ 第２溝部
２４ 第１凹部
２５ 第２凹部
２６ 係合体
２７、２８ 切欠き部
２９ 挟着凹部
２９ａ 挟着面
３０ ナット
３１ 座ぐり部
３２、３３、４３ 溶接部
３４、３５ 裏あて金具
３６ 端板
３８ 中間筒体
３９ 第１異径杭継手
４１ 第２異径杭継手
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材とを互いに結合するためのものであり、前記第１杭材の端部を結合することができる第１継手部と、前記第２杭材の端部を結合することができる第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされる第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、前記第１及び第２締結端部が突き合わされた状態で、前記第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されるボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とを互いに締結することができる異径杭継手であって、
前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合される第１結合端部は、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合される第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とする異径杭継手。
【請求項２】
前記第１及び第２締結端部のそれぞれの端面には、軸方向に平行する略短円柱形の空間を形成するように第１及び第２凹部が形成され、この第１及び第２凹部内に、それらが合わさって形成される略短円柱形の空間内に、その大きさと対応する大きさの略短円柱形の係合体が配置されることを特徴とする請求項１記載の異径杭継手。
【請求項３】
前記第１継手部の外周面は、前記第１杭材を結合することができる第１結合端部から前記第１締結端部に向かうに従って縮径するテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の異径杭継手。
【請求項４】
大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材とを互いに結合するためのものであり、前記第１杭材の端部と結合する第１継手部と、前記第２杭材の端部と結合する第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされた第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、これら第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されたボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とを互いに締結する異径杭継手構造であって、
前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合される第１結合端部が、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合される第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とする異径杭継手構造。
【請求項５】
大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材と、前記第１杭材と前記第２杭材とを結合する異径杭継手とを備える異径杭であって、
前記異径杭継手は、前記第１杭材の端部と結合される第１継手部と、前記第２杭材の端部と結合される第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされている第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、これら第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されたボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とが互いに締結され、
前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合する第１結合端部が、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合する第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とする異径杭。
【請求項６】
大径の前記第１杭材が上側杭材であって、小径の前記第２杭材が下側杭材であり、前記第２杭材の下端部又はその近傍に捩じ込み用羽根が形成されていることを特徴とする請求項５記載の異径杭。
【請求項１】
大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材とを互いに結合するためのものであり、前記第１杭材の端部を結合することができる第１継手部と、前記第２杭材の端部を結合することができる第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされる第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、前記第１及び第２締結端部が突き合わされた状態で、前記第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されるボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とを互いに締結することができる異径杭継手であって、
前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合される第１結合端部は、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合される第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とする異径杭継手。
【請求項２】
前記第１及び第２締結端部のそれぞれの端面には、軸方向に平行する略短円柱形の空間を形成するように第１及び第２凹部が形成され、この第１及び第２凹部内に、それらが合わさって形成される略短円柱形の空間内に、その大きさと対応する大きさの略短円柱形の係合体が配置されることを特徴とする請求項１記載の異径杭継手。
【請求項３】
前記第１継手部の外周面は、前記第１杭材を結合することができる第１結合端部から前記第１締結端部に向かうに従って縮径するテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の異径杭継手。
【請求項４】
大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材とを互いに結合するためのものであり、前記第１杭材の端部と結合する第１継手部と、前記第２杭材の端部と結合する第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされた第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、これら第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されたボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とを互いに締結する異径杭継手構造であって、
前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合される第１結合端部が、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合される第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とする異径杭継手構造。
【請求項５】
大径の第１杭材と、それよりも小径の第２杭材と、前記第１杭材と前記第２杭材とを結合する異径杭継手とを備える異径杭であって、
前記異径杭継手は、前記第１杭材の端部と結合される第１継手部と、前記第２杭材の端部と結合される第２継手部とを備え、前記第１継手部及び前記第２継手部の互いに突き合わされている第１締結端部及び第２締結端部のそれぞれの内面には、第１突起及び第２突起が設けられ、これら第１及び第２突起を締結部材が挟み込み、この締結部材を、前記第１及び第２締結端部の半径方向に貫通して配置されたボルトで前記第１及び第２締結端部側に引き付けることによって、前記第１継手部と前記第２継手部とが互いに締結され、
前記第１継手部の前記第１杭材の端部と結合する第１結合端部が、前記第２継手部の前記第２杭材の端部と結合する第２結合端部よりも大径に形成されていることを特徴とする異径杭。
【請求項６】
大径の前記第１杭材が上側杭材であって、小径の前記第２杭材が下側杭材であり、前記第２杭材の下端部又はその近傍に捩じ込み用羽根が形成されていることを特徴とする請求項５記載の異径杭。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２０５１３４（Ｐ２００７−２０５１３４Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８４０２（Ｐ２００６−２８４０２）
【出願日】平成１８年２月６日（２００６．２．６）
【出願人】（３９００１８７１７）旭化成建材株式会社 (249)
【出願人】（５９２１５５８３２）ユニタイト株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月６日（２００６．２．６）
【出願人】（３９００１８７１７）旭化成建材株式会社 (249)
【出願人】（５９２１５５８３２）ユニタイト株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
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