鋼管杭、その製造方法および杭の施工方法
【課題】貫入抵抗を抑制して施工性の向上を図りつつ構造の複雑化や製造コストの増加を防止することができる鋼管杭、その製造方法および杭の施工方法を提供すること。
【解決手段】鋼管杭１の先端に縮径部１２を形成したことで、管内閉塞を防止して鋼管杭１の貫入抵抗を低減させることができるとともに、縮径部１２のテーパ面部１２３の投影面積分だけ杭先端面積が大きくなることで、鋼管杭１の先端支持力を増大させることができる。さらに、縮径部１２の先端開口端縁１２２が貫入方向と傾斜しているので、支持層が傾斜したような地盤に貫入する場合でも、先端開口端縁１２２の最先端部１２４が支持層の高い側を確実に掘削することで、鋼管杭１の傾斜を確実に矯正して直進性を向上させることができる。
【解決手段】鋼管杭１の先端に縮径部１２を形成したことで、管内閉塞を防止して鋼管杭１の貫入抵抗を低減させることができるとともに、縮径部１２のテーパ面部１２３の投影面積分だけ杭先端面積が大きくなることで、鋼管杭１の先端支持力を増大させることができる。さらに、縮径部１２の先端開口端縁１２２が貫入方向と傾斜しているので、支持層が傾斜したような地盤に貫入する場合でも、先端開口端縁１２２の最先端部１２４が支持層の高い側を確実に掘削することで、鋼管杭１の傾斜を確実に矯正して直進性を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭、その製造方法および杭の施工方法に関し、詳しくは、回転圧入により地盤に貫入される鋼管杭、このような鋼管杭の製造方法、および鋼管杭を用いた杭の施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤に貫入される既成杭の一種に鋼管杭が利用されており、このような鋼管杭として、鋼管本体の先端を斜めに切断した斜め刃部と、鋼管本体内部にて斜め刃部の傾斜と逆方向に傾斜する斜め蓋部とを有した鋼管杭ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の鋼管杭では、先端の斜め刃部によって地盤に貫入しやすくなっているとともに、斜め刃部が地盤から受ける抵抗を斜め蓋部でバランスさせることによって、鋼管杭を地盤に真っ直ぐに貫入させる、つまり鋼管杭の直進性が高められるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４３２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の鋼管杭では、鋼管本体内部に斜め蓋部が設けられているため、内部に入り込んだ土砂が斜め蓋部で圧縮されて管内閉塞が発生することから、鋼管杭の貫入抵抗が増大して回転圧入の施工性が低下してしまうという問題がある。このため、従来の鋼管杭では、管内閉塞した土砂を上方に押し上げられるだけの荷重を施工時に鋼管に与える必要が起るため、過大な施工装置を用いたり、鋼管本体における斜め蓋部よりも下側に土砂を排出するための孔を形成したり、斜め蓋部に代えて斜め帯部を設けて鋼管本体内面との間に隙間を形成したりなど、管内閉塞の発生を抑制するための工夫が必要となり、鋼管杭の構造が複雑化して製造コストが増加するという新たな問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、貫入抵抗を抑制して施工性の向上を図りつつ構造の複雑化や製造コストの増加を防止することができる鋼管杭、その製造方法および杭の施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の鋼管杭は、回転圧入により地盤に貫入される鋼管杭であって、長尺円筒状の鋼管本体と、この鋼管本体の先端部に設けられて杭先端に向かって縮径する縮径部とを備え、前記縮径部は、前記鋼管本体の軸方向と直交する軸直交平面内にて当該鋼管本体に接合される接合側端縁と、前記鋼管本体の軸方向および前記軸直交平面と傾斜する軸傾斜面に沿うとともに杭先端側に開口する先端開口端縁と、これらの接合側端縁と先端開口端縁とに渡り略円錐面に沿って形成されるテーパ面部とを備えて構成されていることを特徴とする。
【０００７】
以上の本発明によれば、鋼管杭の杭先端部に縮径部を設け、この縮径部の杭先端側に先端開口端縁を形成したことで、この先端開口端縁の開口部から内部に入り込む土砂の量を制御することができ、管内閉塞を防止して貫入抵抗を抑制することにより施工性を向上させることができる。すなわち、鋼管本体よりも縮径した縮径部の先端開口端縁は、その開口部投影面積が鋼管本体の内部断面積よりも小さくなることから、入り込んだ土砂が鋼管本体の内部で圧縮されずにスムーズに杭頭側へ上昇することとなるため、管内閉塞を確実に防止することができる。従って、鋼管杭に様々な加工を施して構造を複雑化しなくても貫入抵抗を効果的に抑制することができ、製造コストを抑制しつつ施工性の向上を図ることができる。
また、縮径部のテーパ面部が鋼管杭の貫入方向（鋼管本体の軸方向）と傾斜していることから、テーパ面部の貫入方向への投影面積分だけ杭先端面積を大きくすることができ、鋼管杭の先端支持力を増大させることができる。さらに、地盤に貫入する際にテーパ面部が土砂を外側に押し拡げながら下降することで、鋼管杭周辺の地盤が押し固められることとなり、鋼管杭の周面摩擦力を高めることができ、先端支持力と合わせて鋼管杭の支持力を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明では、鋼管杭の杭先端部に単なる円錐台形状の縮径部を設けただけではなく、その先端開口端縁を鋼管本体の軸方向および軸直交平面と傾斜する軸傾斜面に沿わせた、つまり先端開口端縁が貫入方向に傾斜して形成されているので、回転圧入される鋼管杭の直進性を向上させることができる。
ここで、例えば、軸直交平面に沿った先端開口を有した鋼管杭を支持層が傾斜した地盤に貫入する場合（あるいは支持層は水平でも斜杭として施工する場合）において、鋼管杭が所定の貫入方向から傾斜してしまう、つまり傾斜した支持層の低い側に杭先端が逃げるように傾斜してしまうことがある。このような鋼管杭の傾斜が生じた場合には、傾斜とは反対方向に鋼管杭を傾けて貫入するような施工方法が用いられるものの、鋼管杭の傾斜を矯正することは容易ではなく、直進性の確保が困難な場合があった。
このような回転圧入施工時における鋼管杭の傾斜に対する施工方法を本発明の鋼管杭に適用した場合には、先端開口端縁が軸傾斜面に沿って形成されていることから、鋼管杭を傾斜と反対方向に傾けても先端開口端縁のうちの最も杭先端寄りの部分（最先端部）が支持層の高い側に当たりやすくでき、この最先端部で支持層の高い側を掘削することによって、支持層の低い側に杭先端が逃げることが防止できる。従って、支持層が傾斜した地盤に貫入する場合であっても、鋼管杭の傾斜を容易かつ確実に矯正することができ、その直進性を向上させることができる。
【０００９】
この際、本発明の鋼管杭では、前記軸傾斜面は、前記軸直交平面と所定の勾配で交差する平面で構成され、前記勾配が１／１０以上１／２以下に設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、地盤のボーリング調査等によって予め支持層の傾斜角度が確認されている場合において、その傾斜角度に応じて軸傾斜面の勾配を適宜に設定して先端開口端縁を形成することで、回転圧入施工時の鋼管杭の傾斜を矯正しやすくして直進性を向上させることができる。
【００１０】
さらに、本発明の鋼管杭では、前記先端開口端縁には、複数の掘削ビットが設けられ、少なくとも１つの掘削ビットが当該先端開口端縁のうちの最も杭先端寄りの位置に固定されていることが好ましい。
このような構成によれば、先端開口端縁のうちの最も杭先端寄りの位置（最先端部）に掘削ビットを固定することで、この掘削ビットによって傾斜した支持層の高い側を確実に掘削することができ、鋼管杭の傾斜をより確実に矯正することができる。
【００１１】
また、本発明の鋼管杭では、前記鋼管本体の外周面には、螺旋状の羽根または板状で傾斜した傾斜板が固定されていてもよい。
このような構成によれば、螺旋状の羽根や傾斜板からの掘進力が得られることから、回転圧入する際の押し下げ力を軽減させることができ、過大な施工装置を用いなくても確実に鋼管杭を地盤に貫入させることができる。
【００１２】
一方、本発明の鋼管杭の製造方法は、前記いずれかの鋼管杭の製造方法であって、長尺円筒状の鋼管本体と、平板状の鋼板とを準備し、前記鋼板から所定形状の縮径部用鋼板を切り出し、切り出した縮径部用鋼板を曲げ加工するとともに、環状となるように一対の側端縁同士を溶接接合して縮径部を製造し、前記鋼管本体の先端部に前記縮径部の接合側端縁を溶接接合する各工程を備え、前記鋼板から切り出す前記縮径部用鋼板は、前記接合側端縁を形成する扇形の円弧辺と、この円弧辺の両端から当該扇形の径方向に延びて前記側端縁を形成する一対の径部辺と、これら一対の径部辺の端部同士を結んで前記縮径部の先端開口端縁を形成する弦部辺と、を有して形成されていることを特徴とする。
このような本発明によれば、縮径部を形成する縮径部用鋼板が円弧辺と径部辺と弦部辺とを有することから、一枚の鋼板から複数の縮径部用鋼板を切り出す際に、一の縮径部用鋼板の円弧辺と他の縮径部用鋼板の弦部辺とが隣り合うようにすることで、複数の縮径部用鋼板を密に配置することができ、鋼板の無駄を削減して製造コストをさらに抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の杭の施工方法は、前記いずれかの鋼管杭を用いた杭の施工方法であって、前記鋼管杭を回転圧入により地盤に貫入する際に、当該鋼管杭に一方向への傾斜が生じた場合には、一旦鋼管杭を所定量だけ引き上げて前記一方向と逆方向へ傾けてから、当該鋼管杭の回転圧入を再開することを特徴とする。
このような本発明によれば、前述したように、縮径部の先端開口端縁が貫入方向と傾斜して形成されていることから、鋼管杭を傾けても先端開口端縁の最先端部を支持層の高い側に当てて掘削することができ、支持層の低い側に杭先端が逃げて傾斜することが防止できることから、鋼管杭の傾斜を容易かつ確実に矯正して直進性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の杭の施工方法は、前記いずれかの鋼管杭を用いた杭の施工方法であって、前記鋼管杭を回転圧入により地盤に貫入する際に、当該地盤中における傾斜した特定の地層に当該鋼管杭の先端開口端縁の最先端部が当接したら、当該地層の高い側に前記最先端部を向けてから当該最先端部を中心に略半回転の範囲で当該鋼管杭を往復回転させ、前記先端開口端縁の最上端部が地層に到達したら、当該鋼管杭の通常の回転圧入を再開することを特徴とする。
このような本発明によれば、縮径部の先端開口端縁の最先端部を支持層などの地層の高い側に当てて半回転程度の往復回転させ、地層の高い側を掘削することで、地層の低い側に杭先端が逃げて傾斜することが防止でき、鋼管杭の傾斜を防いで直進性を向上させることができる。さらに、貫入途中の鋼管杭を地盤内部で上下させなくてもよいことから、地盤を乱すことが防止でき、施工後の杭の支持力を確実に発揮させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のような本発明の鋼管杭、その製造方法および杭の施工方法によれば、杭先端に縮径部を形成したことで、先端開口から内部に入り込んだ土砂による管内閉塞を防止することができ、鋼管杭の貫入抵抗を抑制することにより施工性を向上させることができる。さらに、縮径部のテーパ面部の投影面積分だけ杭先端面積が大きくなることで鋼管杭の先端支持力を増大させることができるとともに、テーパ面部が押し拡げた周辺地盤が押し固められることで周面摩擦力を高めることもでき、鋼管杭の支持力を向上させることができる。また、縮径部の先端開口端縁が貫入方向と傾斜して形成されていることから、支持層が傾斜した地盤に貫入する場合に、鋼管杭を傾けても先端開口端縁の最先端部が支持層の高い側を確実に掘削することで、鋼管杭の傾斜を容易かつ確実に矯正して直進性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋼管杭の施工状況を示す側面図である。
【図２】前記鋼管杭の先端部を拡大して示す斜視図である。
【図３】前記鋼管杭の先端部を示す断面図である。
【図４】前記鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図５】図４に続く前記鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図６】比較例の鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図７】図６に続く比較例の鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図８】前記実施形態の鋼管杭の製造方法を説明する図である。
【図９】前記実施形態および比較例の鋼管杭の製造方法を説明する図である。
【図１０】前記鋼管杭の他の施工手順を説明する図である。
【図１１】図１０に続く前記鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図１２】本発明の変形例に係る鋼管杭を示す側面図および断面図である。
【図１３】本発明の他の変形例に係る鋼管杭を示す側面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３において、本実施形態の鋼管杭１は、回転圧入装置２によって回転圧入されることで地盤Ｇに貫入されるものであり、長尺円筒状の鋼管本体１１と、この鋼管本体１１の先端部に設けられて杭先端に向かって縮径する縮径部１２とを備えて構成され、縮径部１２の先端部には、複数（例えば、４個）の掘削ビット１３が固定されている。これらの掘削ビット１３のうち、１つは後述する縮径部１２の最先端部１２４に固定されている。また、回転圧入装置２は、適宜な架台に設けられて鋼管杭１を回転させるとともに下方に押し下げる回転圧入部２１と、架台を上下移動自在に支持する複数（例えば、４箇所）のジャッキ部２２と、架台に載置されて鋼管杭１への押し下げ力を生じさせるカウンターウェイト２３とを有して構成されている。このような回転圧入装置２は、複数のジャッキ部２２を個別に伸縮させることで架台に傾斜を付与し、鋼管杭１の貫入方向を鉛直方向に対して適宜に傾斜させることができるようになっている。
【００１８】
鋼管杭１の縮径部１２は、鋼管本体１１の軸方向（図２、３のＺ方向）と直交する軸直交平面に沿って鋼管本体１１に接合される接合側端縁１２１と、鋼管本体１１の軸方向および軸直交平面Ｅと傾斜する軸傾斜面Ｆに沿うとともに杭先端側に開口する先端開口端縁１２２と、これらの接合側端縁１２１と先端開口端縁１２２とに渡り略円錐面に沿って形成されるテーパ面部１２３とを備えて構成されている。軸傾斜面Ｆは、先端開口端縁１２２のうち、最も杭先端寄りの位置である最先端部１２４と、最も杭頭寄りの位置である最上端部１２５とを含む平面で構成され、軸直交平面Ｅに対して傾斜角度α１だけ傾斜して設けられている。また、鋼管本体１１および接合側端縁１２１は、外径Ｒ１を有した円形に形成され、先端開口端縁１２２は、最先端部１２４から最上端部１２５までの水平距離Ｒ２を有した略楕円形に形成されている。さらに、最先端部１２４から最上端部１２５までは、鉛直距離Ｌだけの段差を有し、従って、軸傾斜面Ｆの傾斜角度α１は、水平距離Ｒ２と鉛直距離Ｌとの比率である勾配Ｌ／Ｒ２で表されることとなる。このような勾配Ｌ／Ｒ２は、１／１０以上１／２以下に設定されていることが好ましい。
【００１９】
以上の鋼管杭１を地盤Ｇに打設する施工方法について、図４、図５も参照して説明する。
ここで、地盤Ｇは、砂や粘土やシルトなどから構成される比較的軟質な表層地盤Ｇ１と、砂礫層や岩盤などで構成されて硬質な支持層Ｇ２とを有して構成され、本施工方法では、鋼管杭１の先端を所定の長さ（例えば、杭の外径Ｒ１の５倍程度の長さ）だけ支持層Ｇ２に貫入させるものとする。また、支持層Ｇ２は水平面に対して任意の傾斜を有しており、図４、図５において、図の左側を支持層Ｇ２の高い側とし、図の右側を支持層Ｇ２の低い側として以下説明する。
【００２０】
回転圧入装置２を用いて鋼管杭１を表層地盤Ｇ１に回転圧入して、図４に示すように、鋼管杭１の先端が支持層Ｇ２に到達した際に、支持層Ｇ２が傾斜していることから、鋼管杭１の先端には、支持層Ｇ２の低い側へ逃げる方向に反力が作用し、図中二点鎖線で示すような傾斜が鋼管杭１に生じることとなる。このような傾斜が生じた場合には、先ず、回転圧入装置２の回転圧入部２１を逆回転させて所定量だけ鋼管杭１を引き上げる。次に、複数のジャッキ部２２を適宜に調節し、鋼管杭１の先端が支持層Ｇ２の高い側を向くように鋼管杭１を逆方向へ傾けてから、回転圧入部２１による鋼管杭１の回転圧入を再開し、図５に示すように、鋼管杭１の先端を支持層Ｇ２に当接させて掘削を継続する。この際、鋼管杭１を上下に進退させつつ回転させて支持層Ｇ２を掘削してもよいし、支持層Ｇ２位置で上下移動を停止させて鋼管杭１に回転のみを加えて支持層Ｇ２を掘削してもよい。そして、縮径部１２の先端開口端縁１２２がＺ方向と傾斜を有しているため、先端開口端縁１２２のうちの最先端部１２４（および最先端部１２４に固定した掘削ビット１３）が支持層Ｇ２の高い側に当接し、この支持層Ｇ２の高い側を確実に掘削できるようになっている。このように支持層Ｇ２の高い側を掘削することによって、鋼管杭１の先端が支持層Ｇ２の低い側に逃げることを防止し、鋼管杭１の傾きが矯正できるようになっている。
【００２１】
一方、図６、図７に示す比較例としての鋼管杭１Ａのように、縮径部１２Ａの先端開口端縁１２２Ａが傾斜していない（つまり、Ｚ方向と直交する軸直交平面ＦＡに沿って設けられる）鋼管杭１Ａを用いた場合の施工方法を説明する。この鋼管杭１Ａでは、先端開口端縁１２２Ａが傾斜していないため、先端開口端縁１２２Ａの全周が最先端部１２４Ａとなり、鋼管杭１のような最上端部１２５が形成されていない。
このような鋼管杭１Ａの先端が支持層Ｇ２に到達し、図６中の二点鎖線で示すように支持層Ｇ２の低い側へ鋼管杭１Ａが傾斜した場合に、前述と同様に、ジャッキ部２２を調節して鋼管杭１Ａを逆方向へ傾けたとしても、図７に示すように、先端開口端縁１２２Ａの最先端部１２４Ａが支持層Ｇ２の低い側に当接して掘削してしまう可能性があるため、支持層Ｇ２の高い側を確実に掘削することができず、鋼管杭１Ａの傾斜を矯正することが困難になってしまう。
【００２２】
以上のような鋼管杭１の製造方法について、図８、図９も参照して説明する。
鋼管杭１の製造手順としては、鋼管本体１１と縮径部１２とを別々に製造してから、鋼管本体１１の先端に縮径部１２の接合側端縁１２１を溶接接合して製造する。縮径部１２の製造手順としては、図８(Ａ)に示すような形状の縮径部用鋼板３を準備し、この縮径部用鋼板３を曲げ加工して側端縁同士を溶接接合し、図８(Ｂ)に示すような環状の縮径部１２を製造する。縮径部用鋼板３は、接合側端縁１２１を形成する扇形の円弧辺３１と、この円弧辺３１の両端から扇形の径方向（円の中心）に向かって延びて一対の径部辺（側端縁）３２と、これら一対の径部辺３２の端部同士を直線的に結んで先端開口端縁１２２を形成する弦部辺３３とを有して形成されている。なお、図８(Ａ)において、二点鎖線で示す部分は、前述した比較例の鋼管杭１Ａにおける縮径部１２Ａを形成する場合の縮径部用鋼板３Ａを示し、その弦部辺３３Ａは、円弧辺３１と同心円であって縮径部１２Ａの先端開口端縁１２２Ａを形成するものである。
【００２３】
また、本実施形態の縮径部用鋼板３は、図９(Ａ)に示すように、平板状の鋼板４から複数（例えば、４枚）の縮径部用鋼板３を切り出して形成される。一方、比較例の縮径部用鋼板３Ａは、図９(Ｂ)に示すように、隣り合う縮径部用鋼板３Ａの互いに対向する円弧状の円弧辺３１と弦部辺３３Ａとを離隔させて配置する必要があることから、同一サイズの鋼板４から切り出すことができる枚数が例えば３枚となり、本実施形態の縮径部用鋼板３の場合と比較して、鋼板４の無駄になる部分が多くなってしまう。これに対して、本実施形態の縮径部用鋼板３では、弦部辺３３が直線状に形成されていることから、隣り合う縮径部用鋼板３の対向する円弧辺３１との間隔を小さくすることができ、同一サイズの鋼板４から切り出すことができる枚数が多くできて鋼板４の無駄を削減することができる。
【００２４】
以上のような本実施形態の鋼管杭１によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、鋼管杭１の先端に縮径部１２を形成したことで、その先端開口から鋼管杭１内部に入り込む土砂の量を抑制することができ、管内閉塞を防止することにより鋼管杭１の貫入抵抗を低減して施工性を向上させることができる。さらに、縮径部１２のテーパ面部１２３をＺ方向に投影した投影面積分だけ杭先端面積が大きくなることで、鋼管杭１の先端支持力を増大させることができるとともに、テーパ面部１２３が押し拡げた周辺地盤が押し固められることで、鋼管本体１１の周面摩擦力を高めることもでき、鋼管杭１の支持力を向上させることができる。また、縮径部１２の先端開口端縁１２２が貫入方向（Ｚ方向）と傾斜して形成されていることから、支持層Ｇ２が傾斜したような地盤Ｇに貫入する場合に、鋼管杭１を傾けても先端開口端縁１２２の最先端部１２４が支持層Ｇ２の高い側を確実に掘削することで、鋼管杭１の傾斜を容易かつ確実に矯正して直進性を向上させることができる。
【００２５】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態においては、支持層Ｇ２が水平面に対して傾斜した地盤Ｇに鋼管杭１を回転圧入する場合を説明したが、このような地盤に限らず、比較的硬質な中間層が傾斜したような地盤であって、その中間層を鋼管杭１で貫通する場合にも本発明の鋼管杭１およびその施工方法は有効に機能する。さらに、水平面に対して略平行な支持層Ｇ２や中間層を有した地盤であっても、鋼管杭１を斜め方向に貫入させる斜杭の場合にも本発明の鋼管杭１およびその施工方法は有効に機能し、所定の貫入方向に向かう直進性が確保できるようになっている。
【００２６】
また、鋼管杭１の施工方法としては、前記実施形態で説明した方法に限らず、図１０、図１１に示すような施工方法が採用できる。
先ず、図１０に示すように、鋼管杭１を回転圧入により表層地盤Ｇ１に回転圧入して杭先端が支持層Ｇ２に到達したら、先端開口端縁１２２のうちの最先端部１２４を支持層Ｇ２の高い側に向ける。ここで、支持層Ｇ２の深さ位置は、事前のボーリング調査による柱状図等に基づいて算出してもよいし、鋼管杭１を回転圧入する際の回転圧入装置２に作用する施工反力（回転トルクや圧入力など）を計測するようにしてもよい。次に、支持層Ｇ２の高い側に向けた最先端部１２４の位置を中心に鋼管杭１を略半回転（±９０°程度）の範囲で往復回転させ、最先端部１２４側から先端開口端縁１２２を支持層Ｇ２に貫入させる。次に、図１１に示すように、先端開口端縁１２２の最上端部１２５が支持層Ｇ２に到達したら、鋼管杭１の通常の回転圧入を再開し、先端開口端縁１２２全体で支持層Ｇ２の掘削を継続する。このような施工方法によっても、最先端部１２４による支持層Ｇ２の高い側の掘削を先行することによって、鋼管杭１の先端が支持層Ｇ２の低い側に逃げることを防止し、鋼管杭１の直進性が向上できるようになっている。また、鋼管杭１を傾斜させたり地盤Ｇ中で上下させたりする必要がないことから、地盤Ｇを乱すことが防止でき、施工後の杭の支持力を確実に発揮させることができる。
【００２７】
また、前記実施形態では、平板状の鋼板４から縮径部用鋼板３を切り出し、この縮径部用鋼板３を曲げ加工して縮径部１２を製造し、この縮径部１２を鋼管本体１１に溶接接合して鋼管杭１を製造する手順を説明したが、鋼管杭１の製造方法は、前記実施形態に限定されるものではない。すなわち、鋼管本体１１と縮径部１２とを別々に製造して接合せずに、鋼管本体１１の先端部を圧延等によって曲げ加工して縮径部１２を形成してもよいし、鋼管本体１１を製造するための圧延工程で同時に縮径部１２を形成してもよい。
また、縮径部１２の先端開口端縁１２２は、軸傾斜面Ｆの平面に沿ったものに限らず、先端開口端縁１２２が３次元曲面に沿った形状であってもよい。
また、本発明の鋼管杭１において掘削ビット１３は必須ではなく、適宜に省略してもよいし、掘削ビット１３に代えて先端開口端縁１２２に掘削用の刃などが形成されたものであってもよい。
【００２８】
また、前記実施形態では、先端開口端縁１２２に複数の掘削ビット１３が固定された鋼管杭１を例示したが、本発明の鋼管杭は、図１２に示すように、鋼管本体１１の外周に固定された螺旋状の羽根１４を有したものであってもよいし、図１３に示すように、鋼管本体１１の外周に固定された板状かつ一対の傾斜鋼板１５を有したものであってもよい。このような羽根１４や傾斜鋼板１５を有した鋼管杭１によれば、鋼管杭１を回転させることで地盤Ｇに対して羽根１４や傾斜鋼板１５からの掘進力が得られることから、回転圧入装置２の押し下げ力を軽減させることができ、具体的にはカウンターウェイト２３の重量を増加させなくても鋼管杭１を地盤Ｇに貫入することができる。
【００２９】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３０】
１…鋼管杭、３…縮径部用鋼板、４…鋼板、１１…鋼管本体、１２…縮径部、１３…掘削ビット、１４…羽根、１５…傾斜鋼板、３１…円弧辺、３２…径部辺、３３…弦部辺、１２１…接合側端縁、１２２…先端開口端縁、１２３…テーパ面部、Ｅ…軸直交平面、Ｆ…軸傾斜面、Ｇ…地盤。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭、その製造方法および杭の施工方法に関し、詳しくは、回転圧入により地盤に貫入される鋼管杭、このような鋼管杭の製造方法、および鋼管杭を用いた杭の施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤に貫入される既成杭の一種に鋼管杭が利用されており、このような鋼管杭として、鋼管本体の先端を斜めに切断した斜め刃部と、鋼管本体内部にて斜め刃部の傾斜と逆方向に傾斜する斜め蓋部とを有した鋼管杭ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の鋼管杭では、先端の斜め刃部によって地盤に貫入しやすくなっているとともに、斜め刃部が地盤から受ける抵抗を斜め蓋部でバランスさせることによって、鋼管杭を地盤に真っ直ぐに貫入させる、つまり鋼管杭の直進性が高められるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４３２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の鋼管杭では、鋼管本体内部に斜め蓋部が設けられているため、内部に入り込んだ土砂が斜め蓋部で圧縮されて管内閉塞が発生することから、鋼管杭の貫入抵抗が増大して回転圧入の施工性が低下してしまうという問題がある。このため、従来の鋼管杭では、管内閉塞した土砂を上方に押し上げられるだけの荷重を施工時に鋼管に与える必要が起るため、過大な施工装置を用いたり、鋼管本体における斜め蓋部よりも下側に土砂を排出するための孔を形成したり、斜め蓋部に代えて斜め帯部を設けて鋼管本体内面との間に隙間を形成したりなど、管内閉塞の発生を抑制するための工夫が必要となり、鋼管杭の構造が複雑化して製造コストが増加するという新たな問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、貫入抵抗を抑制して施工性の向上を図りつつ構造の複雑化や製造コストの増加を防止することができる鋼管杭、その製造方法および杭の施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の鋼管杭は、回転圧入により地盤に貫入される鋼管杭であって、長尺円筒状の鋼管本体と、この鋼管本体の先端部に設けられて杭先端に向かって縮径する縮径部とを備え、前記縮径部は、前記鋼管本体の軸方向と直交する軸直交平面内にて当該鋼管本体に接合される接合側端縁と、前記鋼管本体の軸方向および前記軸直交平面と傾斜する軸傾斜面に沿うとともに杭先端側に開口する先端開口端縁と、これらの接合側端縁と先端開口端縁とに渡り略円錐面に沿って形成されるテーパ面部とを備えて構成されていることを特徴とする。
【０００７】
以上の本発明によれば、鋼管杭の杭先端部に縮径部を設け、この縮径部の杭先端側に先端開口端縁を形成したことで、この先端開口端縁の開口部から内部に入り込む土砂の量を制御することができ、管内閉塞を防止して貫入抵抗を抑制することにより施工性を向上させることができる。すなわち、鋼管本体よりも縮径した縮径部の先端開口端縁は、その開口部投影面積が鋼管本体の内部断面積よりも小さくなることから、入り込んだ土砂が鋼管本体の内部で圧縮されずにスムーズに杭頭側へ上昇することとなるため、管内閉塞を確実に防止することができる。従って、鋼管杭に様々な加工を施して構造を複雑化しなくても貫入抵抗を効果的に抑制することができ、製造コストを抑制しつつ施工性の向上を図ることができる。
また、縮径部のテーパ面部が鋼管杭の貫入方向（鋼管本体の軸方向）と傾斜していることから、テーパ面部の貫入方向への投影面積分だけ杭先端面積を大きくすることができ、鋼管杭の先端支持力を増大させることができる。さらに、地盤に貫入する際にテーパ面部が土砂を外側に押し拡げながら下降することで、鋼管杭周辺の地盤が押し固められることとなり、鋼管杭の周面摩擦力を高めることができ、先端支持力と合わせて鋼管杭の支持力を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明では、鋼管杭の杭先端部に単なる円錐台形状の縮径部を設けただけではなく、その先端開口端縁を鋼管本体の軸方向および軸直交平面と傾斜する軸傾斜面に沿わせた、つまり先端開口端縁が貫入方向に傾斜して形成されているので、回転圧入される鋼管杭の直進性を向上させることができる。
ここで、例えば、軸直交平面に沿った先端開口を有した鋼管杭を支持層が傾斜した地盤に貫入する場合（あるいは支持層は水平でも斜杭として施工する場合）において、鋼管杭が所定の貫入方向から傾斜してしまう、つまり傾斜した支持層の低い側に杭先端が逃げるように傾斜してしまうことがある。このような鋼管杭の傾斜が生じた場合には、傾斜とは反対方向に鋼管杭を傾けて貫入するような施工方法が用いられるものの、鋼管杭の傾斜を矯正することは容易ではなく、直進性の確保が困難な場合があった。
このような回転圧入施工時における鋼管杭の傾斜に対する施工方法を本発明の鋼管杭に適用した場合には、先端開口端縁が軸傾斜面に沿って形成されていることから、鋼管杭を傾斜と反対方向に傾けても先端開口端縁のうちの最も杭先端寄りの部分（最先端部）が支持層の高い側に当たりやすくでき、この最先端部で支持層の高い側を掘削することによって、支持層の低い側に杭先端が逃げることが防止できる。従って、支持層が傾斜した地盤に貫入する場合であっても、鋼管杭の傾斜を容易かつ確実に矯正することができ、その直進性を向上させることができる。
【０００９】
この際、本発明の鋼管杭では、前記軸傾斜面は、前記軸直交平面と所定の勾配で交差する平面で構成され、前記勾配が１／１０以上１／２以下に設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、地盤のボーリング調査等によって予め支持層の傾斜角度が確認されている場合において、その傾斜角度に応じて軸傾斜面の勾配を適宜に設定して先端開口端縁を形成することで、回転圧入施工時の鋼管杭の傾斜を矯正しやすくして直進性を向上させることができる。
【００１０】
さらに、本発明の鋼管杭では、前記先端開口端縁には、複数の掘削ビットが設けられ、少なくとも１つの掘削ビットが当該先端開口端縁のうちの最も杭先端寄りの位置に固定されていることが好ましい。
このような構成によれば、先端開口端縁のうちの最も杭先端寄りの位置（最先端部）に掘削ビットを固定することで、この掘削ビットによって傾斜した支持層の高い側を確実に掘削することができ、鋼管杭の傾斜をより確実に矯正することができる。
【００１１】
また、本発明の鋼管杭では、前記鋼管本体の外周面には、螺旋状の羽根または板状で傾斜した傾斜板が固定されていてもよい。
このような構成によれば、螺旋状の羽根や傾斜板からの掘進力が得られることから、回転圧入する際の押し下げ力を軽減させることができ、過大な施工装置を用いなくても確実に鋼管杭を地盤に貫入させることができる。
【００１２】
一方、本発明の鋼管杭の製造方法は、前記いずれかの鋼管杭の製造方法であって、長尺円筒状の鋼管本体と、平板状の鋼板とを準備し、前記鋼板から所定形状の縮径部用鋼板を切り出し、切り出した縮径部用鋼板を曲げ加工するとともに、環状となるように一対の側端縁同士を溶接接合して縮径部を製造し、前記鋼管本体の先端部に前記縮径部の接合側端縁を溶接接合する各工程を備え、前記鋼板から切り出す前記縮径部用鋼板は、前記接合側端縁を形成する扇形の円弧辺と、この円弧辺の両端から当該扇形の径方向に延びて前記側端縁を形成する一対の径部辺と、これら一対の径部辺の端部同士を結んで前記縮径部の先端開口端縁を形成する弦部辺と、を有して形成されていることを特徴とする。
このような本発明によれば、縮径部を形成する縮径部用鋼板が円弧辺と径部辺と弦部辺とを有することから、一枚の鋼板から複数の縮径部用鋼板を切り出す際に、一の縮径部用鋼板の円弧辺と他の縮径部用鋼板の弦部辺とが隣り合うようにすることで、複数の縮径部用鋼板を密に配置することができ、鋼板の無駄を削減して製造コストをさらに抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の杭の施工方法は、前記いずれかの鋼管杭を用いた杭の施工方法であって、前記鋼管杭を回転圧入により地盤に貫入する際に、当該鋼管杭に一方向への傾斜が生じた場合には、一旦鋼管杭を所定量だけ引き上げて前記一方向と逆方向へ傾けてから、当該鋼管杭の回転圧入を再開することを特徴とする。
このような本発明によれば、前述したように、縮径部の先端開口端縁が貫入方向と傾斜して形成されていることから、鋼管杭を傾けても先端開口端縁の最先端部を支持層の高い側に当てて掘削することができ、支持層の低い側に杭先端が逃げて傾斜することが防止できることから、鋼管杭の傾斜を容易かつ確実に矯正して直進性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の杭の施工方法は、前記いずれかの鋼管杭を用いた杭の施工方法であって、前記鋼管杭を回転圧入により地盤に貫入する際に、当該地盤中における傾斜した特定の地層に当該鋼管杭の先端開口端縁の最先端部が当接したら、当該地層の高い側に前記最先端部を向けてから当該最先端部を中心に略半回転の範囲で当該鋼管杭を往復回転させ、前記先端開口端縁の最上端部が地層に到達したら、当該鋼管杭の通常の回転圧入を再開することを特徴とする。
このような本発明によれば、縮径部の先端開口端縁の最先端部を支持層などの地層の高い側に当てて半回転程度の往復回転させ、地層の高い側を掘削することで、地層の低い側に杭先端が逃げて傾斜することが防止でき、鋼管杭の傾斜を防いで直進性を向上させることができる。さらに、貫入途中の鋼管杭を地盤内部で上下させなくてもよいことから、地盤を乱すことが防止でき、施工後の杭の支持力を確実に発揮させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のような本発明の鋼管杭、その製造方法および杭の施工方法によれば、杭先端に縮径部を形成したことで、先端開口から内部に入り込んだ土砂による管内閉塞を防止することができ、鋼管杭の貫入抵抗を抑制することにより施工性を向上させることができる。さらに、縮径部のテーパ面部の投影面積分だけ杭先端面積が大きくなることで鋼管杭の先端支持力を増大させることができるとともに、テーパ面部が押し拡げた周辺地盤が押し固められることで周面摩擦力を高めることもでき、鋼管杭の支持力を向上させることができる。また、縮径部の先端開口端縁が貫入方向と傾斜して形成されていることから、支持層が傾斜した地盤に貫入する場合に、鋼管杭を傾けても先端開口端縁の最先端部が支持層の高い側を確実に掘削することで、鋼管杭の傾斜を容易かつ確実に矯正して直進性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋼管杭の施工状況を示す側面図である。
【図２】前記鋼管杭の先端部を拡大して示す斜視図である。
【図３】前記鋼管杭の先端部を示す断面図である。
【図４】前記鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図５】図４に続く前記鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図６】比較例の鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図７】図６に続く比較例の鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図８】前記実施形態の鋼管杭の製造方法を説明する図である。
【図９】前記実施形態および比較例の鋼管杭の製造方法を説明する図である。
【図１０】前記鋼管杭の他の施工手順を説明する図である。
【図１１】図１０に続く前記鋼管杭の施工手順を説明する図である。
【図１２】本発明の変形例に係る鋼管杭を示す側面図および断面図である。
【図１３】本発明の他の変形例に係る鋼管杭を示す側面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３において、本実施形態の鋼管杭１は、回転圧入装置２によって回転圧入されることで地盤Ｇに貫入されるものであり、長尺円筒状の鋼管本体１１と、この鋼管本体１１の先端部に設けられて杭先端に向かって縮径する縮径部１２とを備えて構成され、縮径部１２の先端部には、複数（例えば、４個）の掘削ビット１３が固定されている。これらの掘削ビット１３のうち、１つは後述する縮径部１２の最先端部１２４に固定されている。また、回転圧入装置２は、適宜な架台に設けられて鋼管杭１を回転させるとともに下方に押し下げる回転圧入部２１と、架台を上下移動自在に支持する複数（例えば、４箇所）のジャッキ部２２と、架台に載置されて鋼管杭１への押し下げ力を生じさせるカウンターウェイト２３とを有して構成されている。このような回転圧入装置２は、複数のジャッキ部２２を個別に伸縮させることで架台に傾斜を付与し、鋼管杭１の貫入方向を鉛直方向に対して適宜に傾斜させることができるようになっている。
【００１８】
鋼管杭１の縮径部１２は、鋼管本体１１の軸方向（図２、３のＺ方向）と直交する軸直交平面に沿って鋼管本体１１に接合される接合側端縁１２１と、鋼管本体１１の軸方向および軸直交平面Ｅと傾斜する軸傾斜面Ｆに沿うとともに杭先端側に開口する先端開口端縁１２２と、これらの接合側端縁１２１と先端開口端縁１２２とに渡り略円錐面に沿って形成されるテーパ面部１２３とを備えて構成されている。軸傾斜面Ｆは、先端開口端縁１２２のうち、最も杭先端寄りの位置である最先端部１２４と、最も杭頭寄りの位置である最上端部１２５とを含む平面で構成され、軸直交平面Ｅに対して傾斜角度α１だけ傾斜して設けられている。また、鋼管本体１１および接合側端縁１２１は、外径Ｒ１を有した円形に形成され、先端開口端縁１２２は、最先端部１２４から最上端部１２５までの水平距離Ｒ２を有した略楕円形に形成されている。さらに、最先端部１２４から最上端部１２５までは、鉛直距離Ｌだけの段差を有し、従って、軸傾斜面Ｆの傾斜角度α１は、水平距離Ｒ２と鉛直距離Ｌとの比率である勾配Ｌ／Ｒ２で表されることとなる。このような勾配Ｌ／Ｒ２は、１／１０以上１／２以下に設定されていることが好ましい。
【００１９】
以上の鋼管杭１を地盤Ｇに打設する施工方法について、図４、図５も参照して説明する。
ここで、地盤Ｇは、砂や粘土やシルトなどから構成される比較的軟質な表層地盤Ｇ１と、砂礫層や岩盤などで構成されて硬質な支持層Ｇ２とを有して構成され、本施工方法では、鋼管杭１の先端を所定の長さ（例えば、杭の外径Ｒ１の５倍程度の長さ）だけ支持層Ｇ２に貫入させるものとする。また、支持層Ｇ２は水平面に対して任意の傾斜を有しており、図４、図５において、図の左側を支持層Ｇ２の高い側とし、図の右側を支持層Ｇ２の低い側として以下説明する。
【００２０】
回転圧入装置２を用いて鋼管杭１を表層地盤Ｇ１に回転圧入して、図４に示すように、鋼管杭１の先端が支持層Ｇ２に到達した際に、支持層Ｇ２が傾斜していることから、鋼管杭１の先端には、支持層Ｇ２の低い側へ逃げる方向に反力が作用し、図中二点鎖線で示すような傾斜が鋼管杭１に生じることとなる。このような傾斜が生じた場合には、先ず、回転圧入装置２の回転圧入部２１を逆回転させて所定量だけ鋼管杭１を引き上げる。次に、複数のジャッキ部２２を適宜に調節し、鋼管杭１の先端が支持層Ｇ２の高い側を向くように鋼管杭１を逆方向へ傾けてから、回転圧入部２１による鋼管杭１の回転圧入を再開し、図５に示すように、鋼管杭１の先端を支持層Ｇ２に当接させて掘削を継続する。この際、鋼管杭１を上下に進退させつつ回転させて支持層Ｇ２を掘削してもよいし、支持層Ｇ２位置で上下移動を停止させて鋼管杭１に回転のみを加えて支持層Ｇ２を掘削してもよい。そして、縮径部１２の先端開口端縁１２２がＺ方向と傾斜を有しているため、先端開口端縁１２２のうちの最先端部１２４（および最先端部１２４に固定した掘削ビット１３）が支持層Ｇ２の高い側に当接し、この支持層Ｇ２の高い側を確実に掘削できるようになっている。このように支持層Ｇ２の高い側を掘削することによって、鋼管杭１の先端が支持層Ｇ２の低い側に逃げることを防止し、鋼管杭１の傾きが矯正できるようになっている。
【００２１】
一方、図６、図７に示す比較例としての鋼管杭１Ａのように、縮径部１２Ａの先端開口端縁１２２Ａが傾斜していない（つまり、Ｚ方向と直交する軸直交平面ＦＡに沿って設けられる）鋼管杭１Ａを用いた場合の施工方法を説明する。この鋼管杭１Ａでは、先端開口端縁１２２Ａが傾斜していないため、先端開口端縁１２２Ａの全周が最先端部１２４Ａとなり、鋼管杭１のような最上端部１２５が形成されていない。
このような鋼管杭１Ａの先端が支持層Ｇ２に到達し、図６中の二点鎖線で示すように支持層Ｇ２の低い側へ鋼管杭１Ａが傾斜した場合に、前述と同様に、ジャッキ部２２を調節して鋼管杭１Ａを逆方向へ傾けたとしても、図７に示すように、先端開口端縁１２２Ａの最先端部１２４Ａが支持層Ｇ２の低い側に当接して掘削してしまう可能性があるため、支持層Ｇ２の高い側を確実に掘削することができず、鋼管杭１Ａの傾斜を矯正することが困難になってしまう。
【００２２】
以上のような鋼管杭１の製造方法について、図８、図９も参照して説明する。
鋼管杭１の製造手順としては、鋼管本体１１と縮径部１２とを別々に製造してから、鋼管本体１１の先端に縮径部１２の接合側端縁１２１を溶接接合して製造する。縮径部１２の製造手順としては、図８(Ａ)に示すような形状の縮径部用鋼板３を準備し、この縮径部用鋼板３を曲げ加工して側端縁同士を溶接接合し、図８(Ｂ)に示すような環状の縮径部１２を製造する。縮径部用鋼板３は、接合側端縁１２１を形成する扇形の円弧辺３１と、この円弧辺３１の両端から扇形の径方向（円の中心）に向かって延びて一対の径部辺（側端縁）３２と、これら一対の径部辺３２の端部同士を直線的に結んで先端開口端縁１２２を形成する弦部辺３３とを有して形成されている。なお、図８(Ａ)において、二点鎖線で示す部分は、前述した比較例の鋼管杭１Ａにおける縮径部１２Ａを形成する場合の縮径部用鋼板３Ａを示し、その弦部辺３３Ａは、円弧辺３１と同心円であって縮径部１２Ａの先端開口端縁１２２Ａを形成するものである。
【００２３】
また、本実施形態の縮径部用鋼板３は、図９(Ａ)に示すように、平板状の鋼板４から複数（例えば、４枚）の縮径部用鋼板３を切り出して形成される。一方、比較例の縮径部用鋼板３Ａは、図９(Ｂ)に示すように、隣り合う縮径部用鋼板３Ａの互いに対向する円弧状の円弧辺３１と弦部辺３３Ａとを離隔させて配置する必要があることから、同一サイズの鋼板４から切り出すことができる枚数が例えば３枚となり、本実施形態の縮径部用鋼板３の場合と比較して、鋼板４の無駄になる部分が多くなってしまう。これに対して、本実施形態の縮径部用鋼板３では、弦部辺３３が直線状に形成されていることから、隣り合う縮径部用鋼板３の対向する円弧辺３１との間隔を小さくすることができ、同一サイズの鋼板４から切り出すことができる枚数が多くできて鋼板４の無駄を削減することができる。
【００２４】
以上のような本実施形態の鋼管杭１によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、鋼管杭１の先端に縮径部１２を形成したことで、その先端開口から鋼管杭１内部に入り込む土砂の量を抑制することができ、管内閉塞を防止することにより鋼管杭１の貫入抵抗を低減して施工性を向上させることができる。さらに、縮径部１２のテーパ面部１２３をＺ方向に投影した投影面積分だけ杭先端面積が大きくなることで、鋼管杭１の先端支持力を増大させることができるとともに、テーパ面部１２３が押し拡げた周辺地盤が押し固められることで、鋼管本体１１の周面摩擦力を高めることもでき、鋼管杭１の支持力を向上させることができる。また、縮径部１２の先端開口端縁１２２が貫入方向（Ｚ方向）と傾斜して形成されていることから、支持層Ｇ２が傾斜したような地盤Ｇに貫入する場合に、鋼管杭１を傾けても先端開口端縁１２２の最先端部１２４が支持層Ｇ２の高い側を確実に掘削することで、鋼管杭１の傾斜を容易かつ確実に矯正して直進性を向上させることができる。
【００２５】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態においては、支持層Ｇ２が水平面に対して傾斜した地盤Ｇに鋼管杭１を回転圧入する場合を説明したが、このような地盤に限らず、比較的硬質な中間層が傾斜したような地盤であって、その中間層を鋼管杭１で貫通する場合にも本発明の鋼管杭１およびその施工方法は有効に機能する。さらに、水平面に対して略平行な支持層Ｇ２や中間層を有した地盤であっても、鋼管杭１を斜め方向に貫入させる斜杭の場合にも本発明の鋼管杭１およびその施工方法は有効に機能し、所定の貫入方向に向かう直進性が確保できるようになっている。
【００２６】
また、鋼管杭１の施工方法としては、前記実施形態で説明した方法に限らず、図１０、図１１に示すような施工方法が採用できる。
先ず、図１０に示すように、鋼管杭１を回転圧入により表層地盤Ｇ１に回転圧入して杭先端が支持層Ｇ２に到達したら、先端開口端縁１２２のうちの最先端部１２４を支持層Ｇ２の高い側に向ける。ここで、支持層Ｇ２の深さ位置は、事前のボーリング調査による柱状図等に基づいて算出してもよいし、鋼管杭１を回転圧入する際の回転圧入装置２に作用する施工反力（回転トルクや圧入力など）を計測するようにしてもよい。次に、支持層Ｇ２の高い側に向けた最先端部１２４の位置を中心に鋼管杭１を略半回転（±９０°程度）の範囲で往復回転させ、最先端部１２４側から先端開口端縁１２２を支持層Ｇ２に貫入させる。次に、図１１に示すように、先端開口端縁１２２の最上端部１２５が支持層Ｇ２に到達したら、鋼管杭１の通常の回転圧入を再開し、先端開口端縁１２２全体で支持層Ｇ２の掘削を継続する。このような施工方法によっても、最先端部１２４による支持層Ｇ２の高い側の掘削を先行することによって、鋼管杭１の先端が支持層Ｇ２の低い側に逃げることを防止し、鋼管杭１の直進性が向上できるようになっている。また、鋼管杭１を傾斜させたり地盤Ｇ中で上下させたりする必要がないことから、地盤Ｇを乱すことが防止でき、施工後の杭の支持力を確実に発揮させることができる。
【００２７】
また、前記実施形態では、平板状の鋼板４から縮径部用鋼板３を切り出し、この縮径部用鋼板３を曲げ加工して縮径部１２を製造し、この縮径部１２を鋼管本体１１に溶接接合して鋼管杭１を製造する手順を説明したが、鋼管杭１の製造方法は、前記実施形態に限定されるものではない。すなわち、鋼管本体１１と縮径部１２とを別々に製造して接合せずに、鋼管本体１１の先端部を圧延等によって曲げ加工して縮径部１２を形成してもよいし、鋼管本体１１を製造するための圧延工程で同時に縮径部１２を形成してもよい。
また、縮径部１２の先端開口端縁１２２は、軸傾斜面Ｆの平面に沿ったものに限らず、先端開口端縁１２２が３次元曲面に沿った形状であってもよい。
また、本発明の鋼管杭１において掘削ビット１３は必須ではなく、適宜に省略してもよいし、掘削ビット１３に代えて先端開口端縁１２２に掘削用の刃などが形成されたものであってもよい。
【００２８】
また、前記実施形態では、先端開口端縁１２２に複数の掘削ビット１３が固定された鋼管杭１を例示したが、本発明の鋼管杭は、図１２に示すように、鋼管本体１１の外周に固定された螺旋状の羽根１４を有したものであってもよいし、図１３に示すように、鋼管本体１１の外周に固定された板状かつ一対の傾斜鋼板１５を有したものであってもよい。このような羽根１４や傾斜鋼板１５を有した鋼管杭１によれば、鋼管杭１を回転させることで地盤Ｇに対して羽根１４や傾斜鋼板１５からの掘進力が得られることから、回転圧入装置２の押し下げ力を軽減させることができ、具体的にはカウンターウェイト２３の重量を増加させなくても鋼管杭１を地盤Ｇに貫入することができる。
【００２９】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３０】
１…鋼管杭、３…縮径部用鋼板、４…鋼板、１１…鋼管本体、１２…縮径部、１３…掘削ビット、１４…羽根、１５…傾斜鋼板、３１…円弧辺、３２…径部辺、３３…弦部辺、１２１…接合側端縁、１２２…先端開口端縁、１２３…テーパ面部、Ｅ…軸直交平面、Ｆ…軸傾斜面、Ｇ…地盤。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転圧入により地盤に貫入される鋼管杭であって、
長尺円筒状の鋼管本体と、この鋼管本体の先端部に設けられて杭先端に向かって縮径する縮径部とを備え、
前記縮径部は、前記鋼管本体の軸方向と直交する軸直交平面内にて当該鋼管本体に接合される接合側端縁と、前記鋼管本体の軸方向および前記軸直交平面と傾斜する軸傾斜面に沿うとともに杭先端側に開口する先端開口端縁と、これらの接合側端縁と先端開口端縁とに渡り略円錐面に沿って形成されるテーパ面部とを備えて構成されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼管杭において、
前記軸傾斜面は、前記軸直交平面と所定の勾配で交差する平面で構成され、前記勾配が１／１０以上１／２以下に設定されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の鋼管杭において、
前記先端開口端縁には、複数の掘削ビットが設けられ、少なくとも１つの掘削ビットが当該先端開口端縁のうちの最も杭先端寄りの位置に固定されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の鋼管杭において、
前記鋼管本体の外周面には、螺旋状の羽根または板状で傾斜した傾斜板が固定されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の鋼管杭の製造方法であって、
長尺円筒状の鋼管本体と、平板状の鋼板とを準備し、
前記鋼板から所定形状の縮径部用鋼板を切り出し、切り出した縮径部用鋼板を曲げ加工するとともに、環状となるように一対の側端縁同士を溶接接合して縮径部を製造し、前記鋼管本体の先端部に前記縮径部の接合側端縁を溶接接合する各工程を備え、
前記鋼板から切り出す前記縮径部用鋼板は、
前記接合側端縁を形成する扇形の円弧辺と、この円弧辺の両端から当該扇形の径方向に延びて前記側端縁を形成する一対の径部辺と、これら一対の径部辺の端部同士を結んで前記縮径部の先端開口端縁を形成する弦部辺と、を有して形成されていることを特徴とする鋼管杭の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の鋼管杭を用いた杭の施工方法であって、
前記鋼管杭を回転圧入により地盤に貫入する際に、当該鋼管杭に一方向への傾斜が生じた場合には、一旦鋼管杭を所定量だけ引き上げて前記一方向と逆方向へ傾けてから、当該鋼管杭の回転圧入を再開することを特徴とする杭の施工方法。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の鋼管杭を用いた杭の施工方法であって、
前記鋼管杭を回転圧入により地盤に貫入する際に、当該地盤中における傾斜した特定の地層に当該鋼管杭の先端開口端縁の最先端部が当接したら、当該地層の高い側に前記最先端部を向けてから当該最先端部を中心に略半回転の範囲で当該鋼管杭を往復回転させ、前記先端開口端縁の最上端部が地層に到達したら、当該鋼管杭の通常の回転圧入を再開することを特徴とする杭の施工方法。
【請求項１】
回転圧入により地盤に貫入される鋼管杭であって、
長尺円筒状の鋼管本体と、この鋼管本体の先端部に設けられて杭先端に向かって縮径する縮径部とを備え、
前記縮径部は、前記鋼管本体の軸方向と直交する軸直交平面内にて当該鋼管本体に接合される接合側端縁と、前記鋼管本体の軸方向および前記軸直交平面と傾斜する軸傾斜面に沿うとともに杭先端側に開口する先端開口端縁と、これらの接合側端縁と先端開口端縁とに渡り略円錐面に沿って形成されるテーパ面部とを備えて構成されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼管杭において、
前記軸傾斜面は、前記軸直交平面と所定の勾配で交差する平面で構成され、前記勾配が１／１０以上１／２以下に設定されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の鋼管杭において、
前記先端開口端縁には、複数の掘削ビットが設けられ、少なくとも１つの掘削ビットが当該先端開口端縁のうちの最も杭先端寄りの位置に固定されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の鋼管杭において、
前記鋼管本体の外周面には、螺旋状の羽根または板状で傾斜した傾斜板が固定されていることを特徴とする鋼管杭。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の鋼管杭の製造方法であって、
長尺円筒状の鋼管本体と、平板状の鋼板とを準備し、
前記鋼板から所定形状の縮径部用鋼板を切り出し、切り出した縮径部用鋼板を曲げ加工するとともに、環状となるように一対の側端縁同士を溶接接合して縮径部を製造し、前記鋼管本体の先端部に前記縮径部の接合側端縁を溶接接合する各工程を備え、
前記鋼板から切り出す前記縮径部用鋼板は、
前記接合側端縁を形成する扇形の円弧辺と、この円弧辺の両端から当該扇形の径方向に延びて前記側端縁を形成する一対の径部辺と、これら一対の径部辺の端部同士を結んで前記縮径部の先端開口端縁を形成する弦部辺と、を有して形成されていることを特徴とする鋼管杭の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の鋼管杭を用いた杭の施工方法であって、
前記鋼管杭を回転圧入により地盤に貫入する際に、当該鋼管杭に一方向への傾斜が生じた場合には、一旦鋼管杭を所定量だけ引き上げて前記一方向と逆方向へ傾けてから、当該鋼管杭の回転圧入を再開することを特徴とする杭の施工方法。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の鋼管杭を用いた杭の施工方法であって、
前記鋼管杭を回転圧入により地盤に貫入する際に、当該地盤中における傾斜した特定の地層に当該鋼管杭の先端開口端縁の最先端部が当接したら、当該地層の高い側に前記最先端部を向けてから当該最先端部を中心に略半回転の範囲で当該鋼管杭を往復回転させ、前記先端開口端縁の最上端部が地層に到達したら、当該鋼管杭の通常の回転圧入を再開することを特徴とする杭の施工方法。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【公開番号】特開２０１２−５７３７８（Ｐ２０１２−５７３７８Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０２７５８（Ｐ２０１０−２０２７５８）
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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