異径鋼管杭

【課題】耐震性に優れた拡頭杭を合理的かつ経済的な結合方法により構築できる異径鋼管杭を提供すること。
【解決手段】大径の杭材とそれよりも小径の杭材とを連結する杭材であって、前記大径の杭材と結合することができる同径の第１端部と、前記小径の杭材と結合することができる同径の第２端部を備え、前記第１端部および第２端部のそれぞれから長手中心方向に第１直管部と第２直管部が設けられ、前記第１直管部から前記第２直管部に向かうに従い縮径する縮径部を有することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭基礎構造における上部が大径で下部が小径の拡頭杭に係り、長手方向に外径が変化する異径鋼管杭に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤に構造物を建設する場合、構造物を支持するために一般的には杭基礎が採用される。杭は、平常時における構造物の重量を支持することに設計上の配慮がなされているが、過去の地震災害において杭の損傷事例が多数報告されてきたために、地震時における杭および基礎構造体の耐震性能を確保することが耐震設計上重要な課題として指摘されている。
【０００３】
杭の耐震性能を向上させる一般的な方法は、構造物によって伝達される水平力あるいは周辺地層の水平変位によって強制変形を受けて杭に発生する地震時応答に耐えられるように、杭材の水平耐力を高める方法がある。我が国では、杭材の水平耐力を高める一手法として、拡頭杭が開発提案され、現場造成杭では、実用化されている。
【０００４】
しかしながら、既製杭および鋼管杭の分野では、以下の通り数例が提案されようになったが、杭径の異なる杭材を施工性まで考慮して合理的かつ経済的に結合する方法は未だ確立されていないのが現状である。
【０００５】
従来の拡頭杭に関する公知技術は、例えば特開２０００−７３３６５（特許文献１）が知られている。
【０００６】
特許文献１は、上杭材と下杭材をテーパー鋼管を介して接続した異径のねじ込み式鋼管杭に関するものである。
【０００７】
【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】
【０００８】
特許文献１では、上杭材とテーパー鋼管を工場で、下杭材とテーパー鋼管を施工現場で溶接する手法が提案されている。端面近傍が傾斜したテーパー鋼管とストレートな端面の上下杭材の外面を精度良く突き合わせるには、特殊な技術が必要であり、かつ精度良く溶接するのは困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、耐震性に優れた拡頭杭を合理的かつ経済的な結合方法により構築できる異径鋼管杭を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の異径鋼管杭は、大径の杭材とそれよりも小径の杭材とを連結する杭材であって、前記大径の杭材と結合することができる同径の第１端部と、前記小径の杭材と結合することができる同径の第２端部を備え、前記第１端部および第２端部のそれぞれから長手中心方向に第１直管部と第２直管部が設けられ、前記第１直管部から前記第２直管部に向かうに従い縮径する縮径部を有することを特徴とするものである。
【００１１】
このように、両端に直管部を設けたことにより、工場または施工現場において、上杭材または下杭材と異径鋼管を結合する際に、互いの外面を平行に合わせることが容易であり、鉛直度および結合時の杭同士のずれを抑止することができる。
【００１２】
請求項２の異径鋼管杭は、請求項１の異径鋼管杭において、前記第２端部の鋼管厚を前記第１端部の鋼管厚より厚くしたことを特徴とする。
【００１３】
このように、鋼管厚を外径に略反比例するように連続的に鋼管厚を変化させたことにより、鉛直荷重の局部的な応力集中を防止でき、上部から下部に良好に応力を伝達することできる。
【００１４】
請求項３の異径鋼管杭は、請求項１または請求項２の異径鋼管杭において、前記縮径部の外径が前記第２直管部の外径以上、前記第１直管部の外径以下であって、縮径率が０以上１／１０以下の任意の値をとることを特徴とする。このように、縮径部を自在な形状とすることで、施工時の貫入抵抗を小さくし、局部的な応力集中を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の異径鋼管杭は、両端に直管部を設けたことにより、工場または施工現場において、上杭材または下杭材と異径鋼管を結合する際に、互いの外面を平行に合わせることが容易であり、鉛直度および結合時の杭同士のずれを抑止することができる。
【００１６】
また、縮径部の鋼管厚を外径に略反比例するように連続的に変化させたことにより、鉛直荷重の局部的な応力集中を防止でき、上部から下部に良好に応力を伝達することできる。
【００１７】
また、縮径部を自在な形状とすることにより、施工時の貫入抵抗を小さくし、局部的な応力集中を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る異径鋼管杭の一実施形態を図を用いて説明する。
【００１９】
（拡頭杭１の全体構成）
異径鋼管杭10を用いた拡頭杭１の構成を図を用いて説明する。図１は異径鋼管杭10を用いた拡頭杭１の構成を示す側面図であり、図２は異径鋼管杭10の拡大側面図であり、図３は異径鋼管杭10の拡大断面図である。
【００２０】
図１に示すように、拡頭杭１の一部としての異径鋼管杭10は、大径の上杭材20が上側に配置され、それよりも小径の下杭材30が下側に配置されている。異径鋼管杭10は、上杭材20および下杭材30の間に介在し、上下杭材と溶接または機械式継手で繋がれる。上下杭材20、30は、所定の長さの鋼管で形成された鋼製部材である。また、異径鋼管杭10も、上下杭材20、30と同等の鋼製部材である。
【００２１】
図２に示すように、異径鋼管杭10は、上杭材20と接続される第１端部11と、第１端部11を有する位置に関わらず同径の第１直管部12と、下方に行くに従って直径が縮小していく縮径部13と、位置に関わらず同径の第２直管部14と、下杭材30と接続される第２端部15から構成されている。第１端部11の外径Ｄ１は、上杭材20の外径と略同一の寸法に形成されており、第２端部15の外径Ｄ２は、下杭材30の外径と略同一の寸法に形成されている。
【００２２】
図３に示すように、第２端部15の鋼管厚ｔ２は、第１端部11の鋼管厚ｔ１に比べ厚く構成されている。即ち、ｔ２＞ｔ１の関係になるように成形されている。
【００２３】
第１直管部12、第２直管部14は、第１端部11から軸方向に、第２端部15から軸方向にストレート部（例えば３００ｍｍ程度）を形成する。直管部の鋼管厚は、ほぼ一定であり、第１直管部12の鋼管厚は鋼管厚ｔ１、第２直管部14の鋼管厚は鋼管厚ｔ２である。
【００２４】
（縮径部13の詳細構成）
次に、第１直管部12と第２直管部14の間に存在する縮径部13の構成について詳細に説明する。
【００２５】
縮径部13は、第１直管部12側の直径がＤ１、第２直管部14側の直径がＤ２であり、第１直管部12から第２直管部14に向かうに従い縮径する。
【００２６】
図３に示す（（Ｄ１−Ｄ２）／２Ｌ）は、１０分の１以下程度である。縮径部13の鋼管厚は、第１直管部12から第２直管部14に向かうに従いｔ１からｔ２に外径に略反比例するように、連続的に変化するよう成形されている。
【００２７】
（異径鋼管杭10を用いた拡頭杭１の施工手順）
次に、図を用いて、上記のように構成された異径鋼管杭10を用いた拡頭杭の施工手順を説明する。図４は異径鋼管杭10を用いた拡頭杭の施工手順の説明図である。
【００２８】
まず、工場等において、上杭材20と異径鋼管杭10の第１端部11（図２参照）を溶接または機械式継手で結合する。次に、図４（ａ）に示すように施工機械を使用して、下杭材30を埋設する。下杭材30を埋設する深さは、図４（ｂ）に示すように、下杭材30の上端部31が地表面Ｅ近くに至るまでである。
【００２９】
次に、異径鋼管杭10が結合された上杭材20を、クレーンまたは施工機械で吊り上げる。そして、図４（ｃ）に示すように、異径鋼管杭10の第２端部15を下杭材30の上端部31に載置する。そして、下杭材30と上杭材20の設置精度を確認した後、下杭材30の上端部31と異径鋼管杭10の第２端部15を、溶接または機械式継手で結合する。
【００３０】
結合後、図４（ｄ）に示すように、上杭材20を所定の深さまで埋設し、拡頭杭１の施工を完了する。
【００３１】
〔他の実施形態〕
前述した実施形態においては、異径鋼管杭10の縮径部13が、第１直管部12から第２直管部14に向かい、一定の縮径率であるものを示したが、これに限るものではない。０以上１／１０以下の異なる縮径率を組み合わせて複数段の縮径部を有する異径鋼管杭としてもよい。縮径率が０以上１／１０以下の範囲で漸増もしくは漸減する縮径部とすることができる。尚、縮径率は、図５に示すように、（Ｄ（ｚ＋Δｚ）−Ｄ（ｚ））／２Δｚ、Δｚ→０、と表すことができる。
【００３２】
図６に示す異径鋼管杭40は、第１直管部41と、所定の縮径率の第１縮径部42と、第１縮径部42よりも縮径率が大きい第２縮径部43と、第２縮径部43よりも縮径率が小さい第３縮径部44と、第２直管部45とを有する。
【００３３】
また、図７に示す異径鋼管杭50は、第１直管部51と、上部にいくに伴って（Ｚの増加に伴って）縮径率が漸増したのちに漸減していくように構成されるため、直線的に径が増加する場合（破線（第１直管部51側に接する。）の場合）と比べて凹状の形状となっている縮径部52と、第２直管部53とを有する。
【００３４】
また、図８に示す異径鋼管杭60は、第１直管部61と、上部にいくに伴って（Ｚの増加に伴って）縮径率が漸減したのちに漸増していくように構成されるため、直線的に径が増加する場合（破線（第２直管部63側に接する。）の場合）と比べて凸状の形状となっている縮径部62と、第２直管部63とを有する。
【００３５】
前述した実施形態においては、施工に先立ち上杭材20と異径鋼管杭10を工場で結合した一例を示したが、施工現場にてこれを行ってもよい。例えば、異径鋼管杭10と上杭材20とを、図９（ａ）に示すように溶接で結合させてもよく、図９（ｂ）に示すように機械式継手70により結合させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、杭基礎構造における上部が大径で下部が小径の拡頭杭に係り、長手方向に外径が変化する異径鋼管杭に関し、建築分野・土木分野の地業用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】異径鋼管杭を用いた拡頭杭の構成を示す側面図。
【図２】異径鋼管杭10の拡大側面図。
【図３】異径鋼管杭10の拡大断面図。
【図４】異径鋼管杭10を用いた拡頭杭の施工手順の説明図。
【図５】縮径率の説明図。
【図６】他の実施形態に係る異径鋼管杭40の側面図。
【図７】他の実施形態に係る異径鋼管杭50の側面図。
【図８】他の実施形態に係る異径鋼管杭60の側面図。
【図９】他の実施形態に係る異径鋼管杭10と上杭材20の結合方法の説明図。
【符号の説明】
【００３８】
Ｅ…地表面、１…拡頭杭、10…異径鋼管杭、11…第１端部、12…第１直管部、13…縮径部、14…第２直管部、15…第２端部、20…上杭材、30…下杭材、31…上端部、40…異径鋼管杭、41…第１直管部、42…第１縮径部、43…第２縮径部、44…第３縮径部、45…第２直管部、50…異径鋼管杭、51…第１直管部、52…縮径部、53…第２直管部、60…異径鋼管杭、61…第１直管部、62…縮径部、63…第２直管部、70…機械式継手

【特許請求の範囲】
【請求項１】
大径の杭材とそれよりも小径の杭材とを連結する杭材であって、前記大径の杭材と結合することができる同径の第１端部と、前記小径の杭材と結合することができる同径の第２端部を備え、前記第１端部および前記第２端部のそれぞれから長手中心方向に第１直管部と第２直管部が設けられ、前記第１直管部から前記第２直管部に向かうに従い縮径する縮径部を有することを特徴とする異径鋼管杭。
【請求項２】
前記第２端部の鋼管厚は前記第１端部の鋼管厚より厚いことを特徴とする請求項１に記載の異径鋼管杭。
【請求項３】
前記縮径部は外径が前記第２直管部の外径以上、前記第１直管部の外径以下であって、縮径率が０以上１／１０以下の任意の値をとることを特徴とする請求項１または２に記載の異径鋼管杭。

【図１】