JP2000220139A

JP2000220139A - 中掘り工法用鋼管杭

Info

Publication number: JP2000220139A
Application number: JP11026083A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Terasaki; 滋樹寺崎; Kenji Saikai; 健二西海; Masataka Kinoshita; 雅敬木下
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2000-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】杭打設時には摩擦力の低減ができ、完成時に
おいては上部構造物の荷重を円滑に伝達するずれ止め機
能を形成することができる突起部を備えた低コストな中
掘り工法用鋼管杭を提供する。【解決手段】支持層５に貫入させる鋼管杭１の先端部
に、鋼管杭１の中心より鋼管外周面方向に凸で、鋼管杭
同一円周上で概ね同一高さで突起させた突起部１２を、
１段または上下方向に間隔をおいて２段以上鋼管杭１の
打設前に設ける。突起部１２の鋼管杭外周面を基準にし
た突起高さＨが２２ｍｍ以下である突起部１２にする。
突起部１２は鋼管杭先端部を拡径変形して突起部１２が
形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁基礎杭、建築
基礎杭などの基礎杭に使用される中掘り工法用鋼管杭に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、低公害工法の一つとして知られ
ている「中掘り工法」は、まず、図５（ａ）〜（ｄ）に
示すように、無限軌道式ベースマシン２２におけるリー
ダ２３に沿って配置される鋼管杭１内に鋼管杭１の内径
より小さな直径を有するオーガースクリュー２を配置
し、オーガー駆動装置３によりオーガースクリュー２を
回転させ鋼管杭１の先端の地盤４をゆるめながら油圧押
し込み装置により鋼管杭１を圧入し、次に図６（ａ）〜
（ｄ）に示すように、支持層５に到達したところでセメ
ントミルクをオーガースクリュー２の先端より杭先端の
地盤（支持層５）に注入し、ジェットあるいは機械撹拌
によりソイルセメント６を現場造成して先端根固めを行
う工法である。橋梁あるいは建築物等の上部構造物の荷
重は、鋼管杭１〜ずれ止め１０〜鋼管杭内ソイルセメン
ト６〜拡大球根部７〜支持地盤（支持層５）の順に円滑
に荷重が伝達されるよう、図４（ｂ）に示すように、ソ
イルセメント６は、ずれ止め部を含む鋼管８内にも造成
される。

【０００３】「中掘り工法」に適用される鋼管杭１の先
端部には、図４（ａ）に示す、フリクションカッターと
呼ばれる金具９とずれ止めと呼ばれる金具１０が、工場
などで施工前に事前に溶接により取り付けられる。フリ
クションカッター９は、杭先端部の鋼管杭１の外面に、
帯状の鋼板を巻き付け隅肉溶接などにより固定される金
具である。鋼管杭１の外表面より９〜２２ｍｍ程度突出
させているので、鋼管杭１の貫入時に鋼管杭１とその外
周面の土とに一時的に間隙が生じ、そのため鋼管杭１と
地盤４との摩擦力を低減させ、所定の圧入力で鋼管杭１
を貫入できるように設ける中掘り工法用鋼管杭に必須の
金具である。また、ずれ止め１０は、鋼管杭１の先端部
の内面に、平鋼あるいは丸鋼などの鋼材１１を鋼管８の
内周面に沿って円周状に配置すると共に上下方向に間隔
をおいて数段配置して、各鋼材１１を隅肉溶接あるいは
フレアー溶接などにより固定される金具である。ずれ止
め１０は、施工後、鋼管杭１が構造物の鉛直荷重を受け
た際、鋼管杭１の先端部より鋼管杭１内のソイルセメン
ト６、拡大球根部７を経由して支持地盤（支持層５）に
荷重が円滑に伝達できるよう設ける金具であり、鋼管杭
１内のソイルセメント６と拡大球根部７とにより先端根
固め１５を行う中掘り工法用鋼管杭にとって必須の金物
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のフリクショ
ンカッター９は施工時の摩擦力低減機能、またずれ止め
１０は完成時の鋼管杭から鋼管杭内ソイルセメント６を
経由した支持地盤（支持層５）への荷重伝達機能と、フ
リクションカッター９およびずれ止め１０それぞれが、
単一機能しか果たしておらず、中掘り工法は、常に２種
類の取り付け金具を必要とする。また、フリクションカ
ッター９およびずれ止め１０は、中掘り工法特有の金具
であり、一般の打撃工法で施工する杭には不要なこと、
また前記金具９，１０の仕様は、設計条件、地盤条件な
どにより１本１本異なることから、加工工程の自動化が
図りにくい。例えばフリクションカッター９において
は、地盤の硬軟によりその板厚が変わり、鋼管杭１の直
径に応じてその帯状の鋼板の長さが異なる。またずれ止
め１０においては、鋼管杭１の設計支持力および鋼管杭
１の直径に応じて鋼管杭１内に取り付けられる必要段数
が決められる。そのため、フリクションカッター９およ
びずれ止め１０の取り付け加工費が、非常に割高になっ
ている。フリクションカッター９およびずれ止め１０の
加工費は、たとえば２０〜３０ｍの杭では、鋼管杭１の
材料費の約１０〜１５％を占めており、中堀り工法で施
工する鋼管杭１の工事費を割高にしている原因の一つと
なっている。この発明は、前記従来のフリクションカッ
ター９およびずれ止め１０の機能を果たしながら、しか
も簡単な構造で低コストで製作することができる中掘り
工法用の鋼管杭を提供することを目的とするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明の中掘り工法用鋼管杭において
は、支持層に貫入させる鋼管杭先端部に、鋼管杭中心よ
り鋼管外周面方向に凸で、鋼管杭同一円周上で概ね同一
高さで突起させた突起部１２を、１段以上鋼管杭打設前
に設けたことを特徴とする。

【０００６】また請求項２の中掘り工法用鋼管杭におい
ては、鋼管杭外周面を基準にした突起高さＨが２２ｍｍ
以下である突起部１２を持つことを特徴とする。

【０００７】また請求項３の中掘り工法用鋼管杭におい
ては、鋼管杭先端部を拡径変形して突起部１２が形成さ
れていることを特徴とする。

【０００８】

【作用】鋼管杭先端部に、鋼管杭中心より鋼管外面方向
に凸で、鋼管杭円周方向に概ね同一高さで突起させた突
起部１２を、１段以上設けているので、鋼管外周面より
突出した突起部は、（１）施工時においては、突起部１
２より上の鋼管外面と周面地盤との間に一時的に間隙を
生じさせるので、従来のフリクションカッター９と同じ
摩擦力低減の役割を果たし、（２）完成時においては、
鋼管杭１に軸力が作用した場合、突起部１２の内側の凸
状空間部１３に充填されたソイルセメント部が突出部１
４となり鋼管杭１の突起部１２から突出部１４を介して
これと一体の鋼管内ソイルセメント６に円滑に荷重を伝
達するずれ止めの役割を同時に果たすことができる。

【０００９】鋼管杭外周面を基準に突起部１２の突起高
さＨをほぼ２２ｍｍ以下にすることにより、施工中は従
来のフリクションカッター９と同じ役割を発揮させ、同
時に施工後周辺地盤が鋼管杭１との間隙を埋めて周面摩
擦力が回復するので、完成時の杭としての周面摩擦力を
極端に低減させることなく、杭の支持力を発揮させるこ
とができる。

【００１０】また、突出部１４によるずれ止めの機能
は、突起部１２の内側の凸状空間部１３に充満（充填）
されたソイルセメント部が突出部１４となり鋼管杭の突
起部１２からソイルセメント根固め部１５に円滑に荷重
を伝達することにより発揮するが、突起部１２の内側の
凸状空間部１３に充満されたソイルセメント部が閉鎖し
た円形断面の鋼管杭により周方向に強く拘束されている
ため、通常の拘束を受けないソイルセメントより大きな
支圧耐力、せん断耐力を発揮することができる。

【００１１】なお、鋼管杭外周面を基準に突起部１２の
突起高さＨをほぼ９ｍｍ以上にすることが望ましい。突
起部１２の突起高さＨがほぼ９ｍｍ以上であれば、フリ
クションカッター９と同じ役割を発揮させることがで
き、また効果的な突出部１４を形成するための凸状空間
部１３を形成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次にこの発明の一実施形態を図を
参照しながら説明する。図１はこの発明を実施した一実
施形態を示すものであって、例えば一例として、直径８
００ｍｍ、板厚９ｍｍの鋼管杭１を示している。鋼管杭
１における支持層５に貫入させる先端部を上下方向に間
隔を置いて拡径変形して拡管し、鋼管杭外面からの突起
高さＨが２２ｍｍを目標量として、円周方向に概ね同一
高さで拡径変形して突出させて、左右両側部分の縦断面
が円弧状で、横断面が円環状に膨出した突起部１２を形
成し、その突起部１２の上下方向の突出幅Ｌを３００ｍ
ｍ、上下方向に隣り合う突起部１２の中心間隔Ｄを５０
０ｍｍ、鋼管杭１の先端部に上下方向に間隔を置いて突
起部１２を鋼管杭１の先端部に３段形成した実施形態で
ある。

【００１３】鋼管杭１は、施工前に工場、中継地あるい
は施工場所付近のヤードで鋼管杭１の先端部（下端部）
を拡径変形して拡管する。鋼管杭１の拡管は、図３に示
すような、油圧発生装置（図示を省略した）により供給
される圧油により油圧ホース１７を介して作動する油圧
シリンダー１８ａ〜１８ｆから進退移動するロッド１９
ａ〜１９ｆの先端部に形成された拡径ブロック２０ａ〜
２０ｆを固定した油圧式等の拡径（拡管）装置１６によ
り行い、油圧発生装置（図示を省略した）により油圧ホ
ース１７を介して全ての油圧シリンダー１８ａ〜１８ｆ
内に圧油を供給して、各ロッド１９ａ〜１９ｆが鋼管杭
内面に向かって移動するように同時に作動させて、各ロ
ッド１９ａ〜１９ｆに取り付けられた全ての拡径ブロッ
ク２０ａ〜２０ｆを押し出し、鋼管杭の内部から強力な
押圧力（拡径力）を作用させ、実施する。挿入用支持杆
体２１により支持された拡管装置１６を鋼管杭１の開口
部先端から離れた所定の位置に挿入し、必要量拡径変形
して拡管し、間隔をおいてまた次の位置に移動させて拡
管し、これらの作業を必要回数繰り返し、所定の拡管作
業を終了させ、中掘り用鋼管杭を製作する。拡径により
形成する突起部１２の形状は、拡径ブロック２０ａ〜２
０ｆの外面形状に依存するので、円弧状あるいは半円状
等の適切な形状を選択することが必要である。

【００１４】図２は、前記実施形態の鋼管杭１を使用し
て、支持層５に中掘り工法により施工した後の実施形態
である。鋼管杭１の下端部が支持層５に貫入された後、
鋼管杭１の先端部は、セメントミルクを噴出させる前に
１５０ｋｇ／ｃｍ² 程度の高圧ジェット水で鋼管杭１の
内面を予備洗浄し、鋼管杭１の内面に付着した土砂を取
り除く。その後、オーガースクリュー２の先端をオーガ
ースクリュー２を駆動装置３により回転させながら鋼管
杭１の先端より先行して下げ、下端まで到達した後、セ
メントミルクを高圧ジェットにより噴射しながらオーガ
ースクリュー２を引き上げソイルセメント６を造成し、
拡大球根部７を形成させる。また突起部１２を含む鋼管
杭１内も引き続きオーガースクリュー２を引き上げなが
らソイルセメント６を造成する。３段目の突起部１２に
ソイルセメント６が充満（充填）した後、ソイルセメン
ト６の造成作業を終了し、オーガースクリュー２を引き
上げる。なお、この実施形態においては、支持層５に貫
入させる鋼管杭１の上端部に、現場溶接により直列に上
側の鋼管杭１Ａを一体に連結し、所要長の鋼管杭２４が
形成されている。

【００１５】図４に示すような従来公知の直径１３ｍｍ
の鉄筋を溶接したずれ止め１０を使用した鋼管杭１の鋼
管杭内コンクリートの押しぬき試験によれば、上下方向
に隣り合うずれ止め１０を２５０ｍｍ以上離間しておれ
ば、一般にせん断破壊ではなく支圧破壊をすることが知
られており、この発明の実施形態のような突起部１２の
突起高さ２２ｍｍ、突起幅３００ｍｍの突起では、支圧
破壊による十分大きなずれ止め効果が期待できる。

【００１６】また、突起部１２の突起幅Ｌは、鋼管杭１
の局部座屈による急激な変形、荷重低下をさけるため、
鋼管杭１の局部座屈波長Ｓより大きくとる必要がある。
本実施形態では、「中低層鉄骨建物の耐震設計法（１９
７８、技報堂出版）」で紹介されている下記の式（１）
で算定される鋼管杭１の局部座屈波長Ｓである２１７ｍ
ｍより大きくとり、３００ｍｍとしたので、局部座屈に
よる急激な荷重低下が生じない。また突起部１２を設け
た中掘り用鋼管杭１の施工時の軸耐力は、降伏荷重の２
／３程度であり、本実施形態では、材質がＳＫＫ４００
材の場合には、３５００ＫＮ以上期待できるので、一般
の中掘り工法の圧入時軸荷重の約１０００ＫＮより十分
大きな耐力を持っており、施工時に局部座屈が発生する
ことがなく鋼管杭１の貫入が可能となる。式（１）Ｓ＝２．５６（Ｄ・ｔ）^0.5

【００１７】前記突起部１２の突起高さＨ、突起幅Ｌ、
突起間隔Ｄは、１実施形態であり、中掘り施工のソイル
セメント６の管理可能な一軸圧縮強度、完成時の鋼管杭
１の設計軸耐力により、これらの突起高さＨ、突起幅
Ｌ、突起間隔Ｄを適宜決定すればよい。また、拡管装置
１６も、前記実施形態のように拡径ブロック２０ａ〜２
０ｆを直接油圧力で押す方式に代えて、くさび状のコア
を油圧により引き込み、底部に前記コアと同じ角度のテ
ーパーを付けた拡径ブロックを押し広げる公知のくさび
式（図示を省略した）、なども使用するようにしてもよ
く、拡管（拡径）作業の効率性を高めるため、拡管装置
１６に自走機能を組み込み、挿入・引き抜き作業を自走
式あるいは遠隔制御等により簡略化するようにしてもよ
い。

【００１８】前記実施形態においては、突起部１２を鋼
管杭１の前端部（下端部）に上下方向に間隔をおいて３
段拡径形成しているが、突起部１２を１段形成するよう
にしてもよく、あるいは２段以上の複数段設けるように
してもよく、また支持層５に貫入させる突起部１２の段
数も１段または２段以上であってもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、下記のような効果を奏
することができる。（１）本発明の中掘り用鋼管杭は、鋼管先端部に、拡管
装置により鋼管外面方向に凸で鋼管円周方向に概ね同一
高さで突起させた突起部１２を、１段以上設けているの
で、鋼管外周面より突出した突起部１２は、施工時にお
いては、突起部１２より上の鋼管杭外面と周面地盤４と
の間に一時的に間隙を生じさせる、従来のフリクション
カッター９と同じ摩擦力低減の役割を果たし、完成時に
おいては、鋼管杭１に軸力が作用した場合、突起部１２
の内側の凸状空間部１３に充満（充填）されたソイルセ
メント部が突出部（突起物）１４となり鋼管杭１の突起
部１２からソイルセメント根固め部７に円滑に荷重を伝
達するずれ止めの役割を同時に果たすので、これまで中
掘り工法で必須であったフリクションカッター９と、ず
れ止め１０を設けるための複雑な加工作業を大幅に簡素
化できる。（２）本発明の中掘り工法用鋼管杭の突起部１２の加工
は、油圧式の拡管装置１６のみで行なうことができるの
で、所要の突起高さＨの突起部１２を適宜の段数設ける
ことにより、従来のフリクションカッター９の厚さの変
化への対応、ずれ止め１０の段数の変化への対応が容易
にできる。（３）従来の中掘り工法用鋼管杭１では、加工の自動化
が図りにくいため、製管工程とは別の場所に鋼管杭１を
一端移動させオフライン作業により溶接加工を実施して
いたが、本発明の鋼管杭の加工は、油圧式の拡管装置の
みで行なうことができるので、製管工場の鋼管仮置き場
など製作工程の端末で簡単に加工作業が実施できる。（４）上記の理由により、本発明の中掘り工法用鋼管杭
の場合は、従来の杭先端部のフリクションカッターおよ
びずれ止め作用を、それぞれ突起部１２の外側および突
起部１２の内側を利用することができるので、その突起
部１２の加工費用を、従来のフリクションカッター９お
よびずれ止め１０を設ける場合に比べて、概ね１／４以
下に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の中掘り工法用鋼管杭を示
す一部縦断正面図である。

【図２】図１に示す鋼管杭１を使用して、支持層に中掘
り工法により施工した後の状態を示す一部縦断正面図で
ある。

【図３】拡径（拡管）装置を使用して、鋼管杭先端部に
突起部を形成する直前の状態を示すものであって、
（ａ）は一部縦断正面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ線
断面図である。

【図４】（ａ）は従来の鋼管杭の先端部を示す一部縦断
正面図であり、（ｂ）は鋼管杭の下端部を支持地盤（支
持層）に貫入させると共に、拡大球根部および鋼管杭内
ソイルセメントを築造した状態を示す縦断正面図であ
る。

【図５】中掘り工法の施工工程順を示す概略説明図であ
る。

【図６】中掘り工法の施工工程順を示す概略説明図であ
る。

【符号の説明】

１鋼管杭２オーガースクリュー３オーガー駆動装置４地盤５支持層６ソイルセメント７拡大球根部８鋼管９フリクションカッター１０ずれ止め１１鋼材１２突起部１３凸状空間部１４突出部１５ソイルセメント根固め部１６拡管（拡径）装置１７油圧ホース１８ａ油圧シリンダ１８ｂ油圧シリンダ１８ｃ油圧シリンダ１８ｄ油圧シリンダ１８ｅ油圧シリンダ１８ｆ油圧シリンダ１９ａロッド１９ｂロッド１９ｃロッド１９ｄロッド１９ｅロッド１９ｆロッド２０ａ拡径ブロック２０ｂ拡径ブロック２０ｃ拡径ブロック２０ｄ拡径ブロック２０ｅ拡径ブロック２０ｆ拡径ブロック２１挿入用支持杆体２２無限軌道式ベースマシン２３リーダー（縦型ガイド装置）２４鋼管杭

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木下雅敬千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内Ｆターム(参考） 2D041 AA03 BA12 BA25 CA03 DA13 DB02 DB14 EC02 FA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持層に貫入させる鋼管杭先端部に、鋼
管杭中心より鋼管外周面方向に凸で、鋼管杭同一円周上
で概ね同一高さで突起させた突起部を、１段以上鋼管杭
打設前に設けた中掘り工法用鋼管杭。
【請求項２】鋼管杭外周面を基準にした突起高さが２
２ｍｍ以下である突起部を持つ請求項１に記載の中掘り
工法用鋼管杭。
【請求項３】鋼管杭先端部を拡径変形して突起部が形
成されている請求項１または２のいずれかに記載の中掘
り工法用鋼管杭。