JP2001123443A

JP2001123443A - ねじ込み式鋼管杭及びその施工方法

Info

Publication number: JP2001123443A
Application number: JP30693499A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hayashi; 正宏林; Kazuomi Ichikawa; 和臣市川; Toshio Shinohara; 敏雄篠原; Gen Mori; 玄森
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2001-05-08
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP4224905B2

Abstract

(57)【要約】【課題】下記のねじ込み式鋼管杭及びその施工方法を
得ること。（１）低振動、低騒音、無排土施工が可能で、かつ大き
な先端支持力が得られるねじ込み式鋼管杭の適用範囲を
大径鋼管杭まで拡大すること。（２）上部鋼管の外壁面又は下部鋼管の上部外壁面に設
けた推進用の翼により、拡径された上部鋼管の貫入性を
高めること。（３）大きな支持力が得られ、かつ、拡径部の製造コス
トを低く抑えられること。【解決手段】少なくとも先端部又はその近傍に翼１０
を有する下部鋼管２と、この下部鋼管２より大径の上部
鋼管３と、下部鋼管２と上部鋼管３とを接合するための
接合部材２０とを有し、上部鋼管３の外壁面に翼１５を
設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ねじ込み式鋼管杭
及びその施工方法に係り、さらに詳しくは、少なくとも
鋼管の先端部又はその近傍に翼を取付けた鋼管杭に回転
力を与えることにより、鋼管杭を地中に埋設するように
したねじ込み式鋼管杭及びその施工方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】鋼管の先端部や側面に翼状板を取付けた
鋼管杭に、地上に設置した機械により回転力を与え、翼
状板の木ネジ作用により鋼管杭を地中に埋設する方法
は、従来から多数提案されており、その一部は小径の杭
を対象としたものではあるが実用化されている。ここで
は、代表的と思われる発明について、以下に説明する。

【０００３】特公平２−６２６４８号公報に記載された
鋼管杭の埋設方法は、鋼管杭本体の下端部に底板を固設
し、この底板に掘削刃を設けると共に、杭本体の下端部
外周面に杭本体の外径のほぼ２倍強の外径を有する翼幅
の大きな杭ねじ込み用の螺旋翼を、ほぼ一巻きにわたり
突設した鋼管杭を、軟弱地盤にねじ込むように回転させ
ながら地中に押圧し、下端部の掘削刃によって杭本体先
端の土砂を掘削軟化させて、杭側面の未掘削土砂中に螺
旋翼を食い込ませて、土の耐力を反力として杭体を回転
推進しつつ、掘削軟化した土砂を杭側面に押出して圧縮
し、無排土で地中に杭体をねじ込んでゆくようにしたも
のである（従来技術１）。

【０００４】また、特開平９−３２４４１９号公報に記
載されたねじ込み式鋼管杭は、先端部を円周方向に複数
に分割し、この分割された個々の部分に同方向に向って
それぞれレ字状の取付部が形成された鋼管と、外径が上
記鋼管の外径より大きい円形鋼板又は楕円形鋼板を複数
に分割した平板状でほぼ半円状又は扇形状の鋼製板
（翼）とを有し、この鋼製板を鋼管の先端開口部を覆う
ようにして鋼管の先端部に設けたレ字状の取付部にそれ
ぞれ取付けたもので、他の従来技術と大きく異なる点
は、翼を平板状に形成したこと、及び翼を鋼管の外周面
ではなく先端部に取付けたことにある（従来技術２）。

【０００５】ねじ込み式鋼管杭は、前述のように、鋼管
杭に回動力を与えることにより、先端部又はその近傍に
取付けた翼のねじ作用で鋼管杭を地盤に埋設するように
したものであり、低振動、低騒音、無排土で施工できる
と共に、広い翼の面積を利用して大きな先端支持力を得
ることができるという特徴を持つ。しかし、上記の従来
技術では、鋼管径を大きくすると翼による抵抗と外周面
摩擦とによる抵抗が大きくなり、貫入に際して非常に大
きなトルクが必要になるため、施工が困難になる。その
ため、６００ｍｍ程度の管径までしか利用できないのが
現状である。なお、鋼管杭の先端部に大きな穴をあけて
トルクを低減することも考えられるが、先端部に大きな
穴をあけると先端支持力が低下してしまうので好ましく
ない。

【０００６】前述のように、ねじ込み式鋼管杭は翼によ
る投影面積の増大により先端支持力が増加する。このた
め、上部構造物の基礎杭として供用する場合、翼のない
通常の鋼管杭に比べてその設置数を減らすか、又は鋼管
の外径を縮小することができる。しかしながら、水平力
に対する抗力は、鋼管杭の数を減らした分不足すること
になり、水平力を保証しようとすると設置数を減少する
ことができないので、上記の効果が期待できないことに
なる。

【０００７】一方、鋼管の外径を縮小すると、水平力に
ついてはその分耐力が減少するので、これに対応するた
め鋼管杭の肉厚を増加しても、鋼材の重量が増加したわ
りには曲げ耐力増加の効果は小さい。このため、上部工
から大きい水平力や曲げモーメントを受けるような場合
は、鋼管杭の肉厚を大幅に増加せざるを得ず、鋼管の外
径を縮小した効果が減じられる。

【０００８】このようなことから、大きな水平力や曲げ
モーメントに対して経済的に対応するために、杭頭部近
傍を拡径するという考えが従来から提案されており、す
でに場所打ちコンクリート杭では広く実用化されている
が、既製杭の分野では、実用化されていない。

【０００９】次に、杭頭部近傍の杭径を拡径した杭（以
下、頭部拡大杭という）に関する従来技術について説明
する。特開昭５２−７１０９号公報に記載された頭部拡
大基礎杭打ち工法は、下杭とその下杭より径の大きい頭
部拡大杭を接合して構成される鋼管杭において、下杭と
頭部拡大杭との継手部に設けた叩打面を打撃して杭を貫
入するようにしたものであり、従来の打撃工法のように
杭の上端を打撃しないで管内の継手部を打撃することに
より、頭部拡大杭に作用する応力を低減し、その肉厚を
低減することを目的している（従来技術３）。

【００１０】また、特公昭５８−２７３６６号公報に記
載された頭部補強杭造成装置は、頭部拡大方式の場所打
ちコンクリート杭や既製杭の造成方法において、上部の
径が下部より大きいケーシングの中に、上部の径が下部
よりも大きい攪拌掘削用オーガーを挿入して互いに反対
方向に回転させることにより、頭部拡大杭埋込み用のソ
イルセメント柱状体の中に挿入することにより構築され
る。また、上部と下部のケーシングの接合部には、頭部
拡大による貫入抵抗を低減するために、掘削刃を設けて
ケーシング内に土砂を取り込むようにしている（従来技
術４）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来技術３の頭部拡大
基礎杭打込み工法は、下杭と頭部拡大杭との継手部を管
内で打撃するようにしたものであるが、頭部拡大杭に発
生する打撃応力度を通常の打込み工法より低減しても、
土砂が継手部の下面に当るため継手部に発生する貫入抵
抗は減少しない。

【００１２】また、従来技術４は、管内に挿入するオー
ガーの径は下部鋼管の径より小さいため、接続部に発生
する貫入抵抗は前者の技術と同じである。一方、中掘工
法の圧入力は打ち込みによる衝撃力に比べて数分の１と
小さい。このため、頭部拡大杭に中掘工法を適用するこ
とはほとんど不可能に近い。

【００１３】以上述べたように、一般に行われている杭
打ち工法を頭部拡大杭に適用することは、施工上及びコ
スト上問題がある。

【００１４】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、ねじ込み式鋼管杭と頭部拡大杭の特長を
兼ね備えた次のようなねじ込み式鋼管杭及びその施工方
法を得ることを目的としたものである。（１）低振動、低騒音、無排土施工が可能で、かつ大き
な先端支持力が得られるねじ込み式鋼管杭の適用範囲を
大径鋼管杭まで拡大すること。（２）上部鋼管の外壁面又は下部鋼管の上部外壁面に設
けた推進用の翼により、拡径された上部鋼管の貫入性を
高めること。（３）大きな支持力が得られ、かつ、拡径部の製造コス
トを低く抑えられること。

【００１５】

【課題を解決するための手段】（１）本発明に係るねじ
込み式鋼管杭は、少なくとも先端部又はその近傍に翼を
有する下部鋼管と、該下部鋼管より大径の上部鋼管と、
前記下部鋼管と上部鋼管とを接合するための接合部材と
を有し、前記上部鋼管の外壁面に翼を設けたものであ
る。

【００１６】（２）また、少なくとも先端部又はその近
傍に翼を有する下部鋼管と、該下部鋼管より大径の上部
鋼管と、前記下部鋼管と上部鋼管とを接合するための接
合部材とを有し、前記下部鋼管と上部鋼管との接合部の
近傍において、前記下部鋼管の外壁面に前記上部鋼管よ
り大径の翼を設けたものである。

【００１７】（３）また、上記（１）又は（２）の上部
鋼管の外径を、下部鋼管に設けた翼の外径より大きく構
成した。

【００１８】（４）本発明に係るねじ込み式鋼管杭の施
工方法は、上記（１），（２）又は（３）のねじ込み式
鋼管杭の杭頭部又は胴体部に回転力を与えて該ねじ込み
式鋼管杭を地盤中に貫入して埋設するようにしたもので
ある。

【００１９】（５）また、上記（１），（２）又は
（３）のねじ込み式鋼管杭内にオーガーを挿入してその
オーガーヘッドを該ねじ込み式鋼管杭の先端部から突出
させ、該ねじ込み式鋼管杭とオーガーに回転力を与えて
該ねじ込み式鋼管杭を地盤中に貫入させ、該ねじ込み式
鋼管杭が所定の深さに達したときは該ねじ込み式鋼管杭
を地盤中に残置して前記オーガーを引抜くようにしたも
のである。

【００２０】（６）さらに、上記（１），（２）又は
（３）のねじ込み式鋼管杭内にオーガーを挿入してその
オーガーヘッドを該ねじ込み式鋼管杭の先端部から突出
させ、該ねじ込み式鋼管杭とオーガーに回転力を与えて
該ねじ込み式鋼管杭を地中に貫入し、該ねじ込み式鋼管
杭の貫入中に支持層又は所定の区間にオーガーヘッドか
ら硬化性流動物を噴出して翼とオーガーヘッドの回転に
より土砂と前記硬化性流動物とを撹拌混合し、所定の深
さまで撹拌混合したときは前記ねじ込み式鋼管杭を地盤
中に残置して前記オーガーを引抜くようにしたものであ
る。

【００２１】（７）また、上記（５），（６）のねじ込
み式鋼管杭の施工方法において、オーガーヘッドの外径
がねじ込み式鋼管杭の先端部外径より大きく拡大できる
オーガーを使用した。

【００２２】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］図１は本発明の
実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭の説明図である。
図において、１は頭部を拡大したねじ込み式鋼管杭（以
下、単に鋼管杭という）で、下部鋼管２と、下部鋼管２
より大径で、下部開口部が円盤状の接合部材２０により
閉塞された上部鋼管３と、下部鋼管２の先端部に設けた
下部鋼管２より大径の翼１０と、外径が上部鋼管３より
大径で、上部鋼管３の外壁面に設けられた推進翼１５と
からなっている。

【００２３】下部鋼管２は通常の鋼管杭用の鋼管（例え
ば、外径６００ｍｍ以下）からなり、下端部には、図２
に示すように（図２は説明を容易にするために上下を逆
にしてある）、円周方向を高さｈの段差部４ａ，４ｂに
より２分割し、一方の段差部４ａの下端部から他方の段
差部４ｂの上端部に連続する傾斜面とし、また、段差部
４ａの上端部から段差部４ｂの下端部に連続する傾斜面
として、これら傾斜面により互いに同方向に向うレ字状
の翼１０の取付部５ａ，５ｂが設けられている。

【００２４】翼１０は、例えば図３に示すように、下部
鋼管２の外径Ｄ₁より大きい外径Ｄ ₃の円形鋼板又は楕
円形鋼板を中央から２分割した平板状の鋼製翼１１ａ，
１１ｂによって構成したものである。なお、鋼製翼１１
ａ，１１ｂからなる翼１０の大きさ（外径Ｄ₃）は、一
般に、下部鋼管２の外径Ｄ₁の１．３〜２．５倍程度が
望ましい。

【００２５】上記のような鋼製翼１１ａ，１１ｂは、図
４に示すように、下部鋼管２の先端開口部を覆うように
して取付部５ａ，５ｂ上に載置され、溶接等により互い
に反対方向に傾斜して取付けられ、翼１０を構成する。
なお、両鋼製翼１１ａ，１１ｂの食い違いによって生じ
る開口部は、例えば、閉塞板によって閉塞してもよい。
なお、下部鋼管２を複数本の鋼管を接続した接続杭で構
成した場合は、最先端の杭（下杭）に翼１０を設ければ
よい。

【００２６】上部鋼管３の外径Ｄ₂ は、上部に設けられ
る建造物からの水平力や曲げモーメントにより異なる
が、一般に、下部鋼管２の外径Ｄ₁ の１．１５〜３．０
倍程度が望ましく、下部鋼管２に設けた翼１０の外径Ｄ
₃ より大径であってもよい。また、上部鋼管３の長さＬ
₁ は１／β〜２／β程度の範囲が望ましい。ここに、β
は上部鋼管３と地盤の硬さから決まる特性値である。一
般に、上部鋼管３の長さＬ₁ は、４〜１０ｍ程度であ
る。

【００２７】上部鋼管３の下部開口部は、上部鋼管３の
外径とほぼ等しい外形の円盤状鋼板からなる接合部材２
０により閉塞されており、外壁面には推進翼１５が取付
けられている。推進翼１５は、例えば図６に示すよう
に、上部鋼管３の外径Ｄ₂ より大きい外径Ｄ₄ の円形鋼
板を、中心部に上部鋼管３の外径Ｄ₂ とほぼ等しい内径
Ｄ₅ の開口部１７を設けてドーナツ状に形成し、これを
２分割した平板状の鋼板翼１６ａ，１６ｂを形成する。

【００２８】そして、鋼板翼１６ａ，１６ｂを、図５に
示すように、上部鋼管３の外壁面に、下部鋼管２に設け
た鋼製翼１１ａ，１１ｂとほぼ同じ角度で互いに反対方
向に傾斜させて溶接により取付けて推進翼１５を構成す
る。なお、この推進翼１５は、状況に応じて上部鋼管３
の外壁面に複数段設けてもよい。推進翼１５の外径Ｄ₄
は、一般に上部鋼管３の外径の１．１〜２．５倍程度が
望ましく、また、推進翼１５は、翼１０に比べて支持力
にはそれほど寄与しないため、翼１０より薄い鋼板（例
えば、その厚みが翼１０の厚みの１／２〜１／４程度）
を用いてもよい。

【００２９】なお、下部鋼管２の先端部に１つの段差部
を設けて、この段差部の下端部から１周して上端部に達
するレ字状（螺旋状）の取付部を設け、この取付部に同
方向に傾斜させて鋼製翼１１ａ，１１ｂを接合して、連
続した螺旋状の翼１０を構成し、また、上部鋼管３の外
壁面にも同様にして鋼板翼１６ａ，１６ｂを同方向に傾
斜させて接合し、連続した螺旋状の推進翼１５を構成し
てもよい。

【００３０】上記のように構成した下部鋼管２は、その
上端部に設けた取付部５ａ，５ｂを、上部鋼管３に設け
た接合部材２０の下面に当接し、溶接によって接合する
ことにより両者は一体に結合され、頭部が拡大された鋼
管杭１が構成される。なお、下部鋼管２の上端部に接合
部材２０を設け、この接合部材２０の上面に上部鋼管３
を接合してもよい。

【００３１】このようにして構成した鋼管杭１は、例え
ば、図７に示すように、その杭頭部がベースマシン２１
に搭載されたモータ２３に連結され、モータ２３により
回転されて翼１０の木ネジ作用により下部鋼管２が地中
にねじ込まれて貫入され、さらに、推進翼１５により周
囲地盤が掘削軟化されて上部鋼管３が地中にねじ込まれ
て、埋設される。このとき、翼１０を構成する鋼製翼１
１ａ，１１ｂの食い違い部に開口部が存在するときは、
下部鋼管２内に僅かな土砂が侵入し、開口部が閉塞され
ているときは、下部鋼管２内に土砂は侵入しない。

【００３２】ねじ込み式鋼管杭は、前述のように翼の木
ネジ作用により無排土で地中に貫入されるものであり、
翼の下方にあった土砂は翼により掘削軟化され、翼の間
隙を通過して鋼管杭の外周に移動し、圧縮される。鋼管
杭の外周に移動した土砂は、施工中は撹乱されて間もな
いため摩擦抵抗が少なく、鋼管杭をスムーズに貫入する
ことができる。しかし、時間の経過と共に、間隙水圧の
消散などの要因により地盤強度が回復し、基礎杭として
の使用時には大きな周面摩擦力が発揮される。

【００３３】上部鋼管３に推進翼１５を設けない場合
は、施工時のトルクを低減するために、下部鋼管の先端
部に取付けた翼の外径より小さい径の上部鋼管を取付け
る必要がある。しかしながら、本発明においては、上部
鋼管３に上部鋼管３の外径Ｄ₂ より大きい外径Ｄ₄ の推
進翼１５を設け、この推進翼１５により外周の土砂を掘
削軟化しながら上部鋼管３を推進させるようにしたの
で、下部鋼管２に設けた翼１０の外径Ｄ₃ より大きい外
径Ｄ₂ の上部鋼管３を用いても、通常のトルクで容易に
施工することができる。また、翼１０の外径Ｄ₃ より小
さい外径Ｄ₂ の上部鋼管３を用いた場合でも推進性が良
くなり、施工能率が向上する。これにより、鋼管杭１の
外周面分の周面摩擦力が増加し、さらに大きな外径によ
る剛性と、周面地盤を圧縮したことによる水平抵抗力の
増加とを実現することができ、また、翼１０により大き
な支持力を得ることができる。

【００３４】また、図８に示すように、施工にあたって
中間層のような硬い地盤がある場合には、その地盤に翼
状の推進翼１５が位置するようにすれば、翼１０と推進
翼１５とによりさらに大きな支持力を得ることができ
る。ただし、この場合は、推進翼１５も翼１０と同様に
厚い鋼板翼１６ａ，１６ｂで構成することが必要であ
る。さらに、図９に示すように、施工後に上部鋼管３の
内部にコンクリート等を打設することにより、鋼管とコ
ンクリートの剛性効果によって、より大きい水平力に抵
抗することができる。また、下部鋼管２にも、翼１０か
らの曲げモーメントに対応できるように、コンクリート
を打設してもよい。この場合、上部鋼管３や下部鋼管２
の内壁にリブあるいは鉄筋や山形鋼などを溶接等により
取付けて凸部を設けてもよく、これによりコンクリート
の付着力を高めることができる（なお、図８，図９及び
上記の例は、以下に説明する実施の形態においても実施
することができる）。

【００３５】図１０は本発明に係る鋼管杭１の他の例を
示す説明図である。本例は、翼１０を有する下部鋼管２
と、推進翼１５を有する上部鋼管３とを、短尺のテーパ
管からなる接合部材２０ａによって接合したものであ
る。本例によれば、上部鋼管３をよりスムーズに貫入す
ることができる。

【００３６】図１１は本発明に係る鋼管杭１のさらに他
の例を示すもので、図１の鋼管杭１における上部鋼管３
の推進翼１５を省略し、下部鋼管２の上部の外壁面、し
たがって接合部材２０の近傍の外壁面に、上部鋼管３の
外径Ｄ₂ より大径の推進翼１５を設けたものである。な
お、下部鋼管２の外壁面に複数段の推進翼１５を設けて
もよく、さらに、上部鋼管３の外壁面にも推進翼１５を
設けてもよい。本例においても、図１の鋼管杭１とほぼ
同様の効果を奏することができる。

【００３７】図１２は本発明に係る鋼管杭１の別の例を
示すものである。本例は、上部鋼管３の下端部に下部鋼
管２の先端部と同様にレ字の２つの取付部を設け、この
取付部に、翼１０を構成する鋼製翼１１ａ，１１ｂと同
じ構造でその外径が上部鋼管２の外径より大きい鋼製翼
１１ｃ，１１ｄを溶接により取付けて翼状の接合部材２
０ｂを設け、下部鋼管２の上端部に先端部と同様に２つ
のレ字状の取付部を形成して、この取付部を接合部材２
０ｂの下面に溶接により接合し、上部鋼管３の外壁面に
推進翼１５を設けたものである。本例においても他の例
とほぼ同様の効果を奏することができ、さらに、翼状の
接合部材２０ｂにより周囲の土砂の掘削軟化を促進する
と共に、さらに大きな支持力を得ることができる。

【００３８】

【実施例】先端部に外径１０１６ｍｍ、板厚４０ｍｍの
鋼製翼１１ａ，１１ｂを交差して取付けた外径５０８ｍ
ｍ、長さ３０ｍの下部鋼管２の上端部を、外径１２００
ｍｍ、長さ１０ｍで、外壁面に外径１５００ｍｍ、板厚
２０ｍｍの鋼板翼１６ａ，１６ｂを交差して取付けた推
進翼１５を有する上部鋼管３の下端部に、外径１２００
ｍｍ、板厚５０ｍｍの接合部材２０を介して溶接により
接合して構成した図１に示すような長さ４０ｍの鋼管杭
１と、先端部に外径１０１６ｍｍ、板厚４０ｍｍの鋼製
翼を交差して取付けた外径５０８ｍｍ、長さ４０ｍの鋼
管杭とを、同じ地盤に施工したところ、本発明に係る鋼
管杭１の方が施工時間を短くすることができた。

【００３９】上記の説明では、下部鋼管２の先端部に設
けた翼１０を、平板状の鋼製翼１１ａ，１１ｂを交差し
又は連続して螺旋状に取付けて構成した場合を示した
が、下部鋼管２の先端部に１つのレ字状の取付部を設
け、この取付部に、ドーナツ状の鋼板の１か所を切断し
て螺旋状に曲げ加工した螺旋状翼を取付けてもよい。ま
た、翼１０及び接合部材１５とは別に、下部鋼管２及び
／又は上部鋼管３の外周面に、上記のような鋼製翼又は
螺旋状翼を取付けて、複数段の翼構造としてもよい。

【００４０】また、下部鋼管２の先端部には、上記以外
に、先端部又はその近傍の外周面に、ドーナツ状の鋼板
を複数分割した平板状の鋼製翼を交差し又は螺旋状に取
付け、あるいは上記の螺旋状翼を取付けるなど、翼１０
の構造は適宜選択することができる。なお、下部鋼管２
の先端部に設けた翼１０の中心部に穴がある場合、又は
下部鋼管２の外周面に翼１０を設けた場合は、穴又は下
部鋼管２の先端開口部を底板等で閉塞することが望まし
く、これにより確実に支持力を得ることができる。

【００４１】また、上部鋼管３の外壁面に取り付ける推
進翼１５は、上述の下部鋼管２に取付ける螺旋状翼と同
様に構成してもよく、さらには、この推進翼１５は原則
として支持力にはほとんど寄与しないので、全体形状が
三角形又は四角形以上の多角形に形成するなど、適宜の
形状のものを用いることができる（上述の翼１０及び推
進翼１５の例は、以下に説明する実施の形態にも実施す
ることができる）。

【００４２】以上の説明から明らかなように、本発明
は、頭部拡大杭とねじ込み式鋼管杭とを一定の条件に基
づいて組合わせたことにより、理想的な基礎杭を得るこ
とができる。すなわち、頭部拡大杭の設計上の利点を生
かしながらねじ込み杭方式を採用することにより、頭部
拡大鋼管杭の施工上の課題を解消すると共に、低振動、
低騒音、無排土施工で大きな先端支持力が得られるとい
うねじ込み式鋼管杭の利点を生かし、従来困難とされて
いた頭部を拡大した既製杭の施工上の問題を克服するこ
とができたのである。

【００４３】［実施の形態２］図１３は本発明の実施の
形態２に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の説明図であ
る。図において、１は実施の形態１で説明した鋼管杭で
あるが、翼１０及び接合部材２０の中心部には、後述の
オーガーを挿入するための貫通穴が設けられている。ま
た、モータ２５は、図１４に示すように、それぞれ独立
して正逆方向に回転する外軸２６と内軸２７とによって
構成されている。３１は鋼管杭１内に挿入されたオーガ
ーで、オーガーヘッド３２の上方にはスパイラル羽根３
３が設けられており、このスパイラル羽根３３は、土砂
を上方へ押し上げ又は下方に押し下げる機能を備えてい
る。

【００４４】次に、図１５、図１６により本実施の形態
の施工方法について説明する。なお、図１５、図１６に
はベースマシン２１は省略してある。（１）図１５（ａ）に示すように、鋼管杭１内に鋼管杭
１より若干長いオーガー３１を挿入する。なお、施工す
る地盤が比較的軟弱な場合は、鋼管杭１を地中に貫入
し、杭先端部が支持層の近傍に達したときに鋼管杭１内
にオーガー３１を挿入してもよい。

【００４５】（２）図１４に示すように、鋼管杭１の杭
頭部をモーター２５の外軸２６に連結し、オーガー３１
の上端部を内軸２７に連結する。このとき、オーガー３
１の先端部（オーガーヘッド３２）は、図１５（ａ）に
示すように、鋼管杭１の先端部から突出するが、その突
出長は、翼１０の外径Ｄ₃ とほぼ等しいかそれ以下であ
ることが望ましい。

【００４６】（３）モーター２５により、例えば、鋼管
杭１を正方向に、オーガー３１の逆方向に回転させる。
これにより、図１５（ｂ）に示すように、オーガーヘッ
ド３１は鋼管杭１に先行した先端部近傍の地盤を掘削軟
化し、鋼管杭１は翼１０の木ネジとしての作用により地
盤中に貫入される。このとき、鋼管杭１の先端部近傍の
土砂は、翼１０を構成する鋼製翼１１ａ，１１ｂの間を
通過して翼１０の上方の鋼管杭１の外周部に移動し、一
部の土砂はオーガー３１のスパイラル羽根３３により鋼
管杭１内に取り込まれる。

【００４７】オーガー３１により鋼管杭１内に取り込ま
れる土砂の量は、鋼管杭１の先端開口部の大きさやオー
ガーヘッド３２の寸法、形状等によって異なるため、こ
れらを調整することにより土砂が鋼管杭１から溢れない
ようにする。この場合、鋼管杭１内に取り込む土砂の量
が多いほどトルクは小さくなる。また、鋼管杭１内に取
り込む土砂の量が少ないほど鋼管杭１の周囲の土砂の密
度が高くなり、大きな周面摩擦力を発揮する。

【００４８】鋼管杭１の貫入にあたっては、オーガーヘ
ッド３２により翼１０に先行して地盤を掘削軟化させる
ために、鋼管杭１の回転に必要なトルクはオーガー３１
を使用しない場合に比べて大幅に減少する。また、鋼管
杭１とオーガー３１の回転方向が逆であるため、ベース
マシン２１に作用するモーター２５からの反力も、両者
のトルクの差による反力になるため、大幅に減少する。

【００４９】下部鋼管２が地盤中に貫入されると、図１
６（ａ）に示すように、推進翼１５により周囲地盤が掘
削軟化され、引続き上部鋼管３が地盤中に貫入される。
このとき、上部鋼管３が下部鋼管２より大径であるにも
かかわらず、オーガーヘッド３２による先端部近傍の地
盤の掘削軟化、翼１０の木ネジ作用による推進、推進翼
１５による周囲地盤の掘削軟化により、鋼管杭１はスム
ーズに地盤中に貫入される。

【００５０】（４）杭先端部が支持層に達したときは、
図１６（ａ）に示すように、鋼管杭１及びオーガー３１
の回転を停止する。ついで、図１６（ｂ）に示すよう
に、鋼管杭１をモーター２５から外し、鋼管杭１を地中
に残置した状態でオーガー３１を反対方向に回転させな
がらモーター２５を上昇させれば、オーガー３１は鋼管
杭１から引上げられ、鋼管杭１は地盤中に埋設されて施
工は終了する。なお、鋼管杭１内の土砂は、オーガー３
１を反対方向に回転させることにより、下方に押し下げ
られる。

【００５１】本実施の形態に係るねじ込み式杭の施工方
法は、鋼管杭１内に挿入したオーガー３１のオーガーヘ
ッド３２により杭先端部近傍の地盤を先行掘削すると共
に、上部鋼管３に設けた推進翼１５により周囲地盤を掘
削軟化するようにしたので、頭部を拡大した鋼管杭１に
おいても、鋼管杭１を回転するためのトルクを軽減する
ことができ、これにより、鋼管杭１の貫入能率が向上す
ると共に、オーガー３１やベースマシン２１を小型化す
ることができる。また、鋼管杭１に作用するねじりモー
メントが小さいため、肉厚の薄い鋼管杭やねじりに弱い
コンクリート杭にもねじ込み杭を適用することができ
る。

【００５２】また、上記のように鋼管杭１とオーガー３
１とは互いに反対方向に回転することができるために、
それぞれのトルクが打ち消し合ってモーター２５からベ
ースマシン２１に作用する反力を低減することができ、
そのため、ベースマシン２１を小型化しても安定性を確
保することができる。

【００５３】［実施の形態３］図１７は本発明の実施の
形態３に係るねじ込み式鋼管杭の施工方法の説明図であ
る。本実施の形態においては、オーガー３１の軸方向
に、後述のセメントミルクや地盤固化用薬液などの硬化
性流動物を先端部に圧送するための貫通穴３４が設けら
れており、オーガーヘッド３２にはこの硬化性流動物を
噴出する噴出口３５が設けられている。４１は例えばセ
メントミルクや地盤固化用薬液などの硬化性流動物のプ
ラント（以下、硬化材プラントという）で、オーガー３
１に設けた貫通穴３４とはホース４２によりオーガー３
１が回転自在に連結されている。

【００５４】次に、上記のように構成した本実施の形態
の施工方法を図１８、図１９により説明する。なお、図
１８、図１９にはベースマシン２１及び硬化材プラント
４１は省略してある。図１８（ａ）に示すように、鋼管
杭１内にオーガー３１を挿入し、図１４に示すように、
鋼管杭１の杭頭部をモーター２５の外軸２６に、オーガ
ー３１の頭部を内軸２７にそれぞれ連結する。また、硬
化材プラント４１のホース４２をオーガー３１の貫通穴
３４に回転自在の継手（図示せず）を介して連結する。
以下、実施の形態２の場合と同様に、鋼管杭１とオーガ
ー３１に回転力を与えて、鋼管杭１を地盤中に貫入す
る。

【００５５】鋼管杭１を適当な深さまで貫入したら、図
１８（ｂ）に示すように、硬化材プラント４１を駆動
し、ホース４２を介してオーガー３１の貫通穴３４に硬
化性流動物４３を圧送してオーガーヘッド３２の先端部
に設けた噴出口３５から噴出させ、オーガーヘッド３２
及び翼１０の回転により軟化した土砂と撹拌して混合さ
せる。このとき、鋼管杭１とオーガー３１の回転方向が
反対のため、硬化性流動物４３と土砂はよく撹拌されて
均一性の高い混合物４４となる。硬化性流動物４３の噴
出区間は、設計上必要な鋼管杭１の周面摩擦に応じて決
定されるもので、杭頭部から杭先端部までの全区間でも
よいし、杭先端部の近傍だけでもよい。

【００５６】下部鋼管２が地中に貫入されると、図１９
（ａ）に示すように、推進翼１５により周囲地盤が掘削
軟化され、引続き上部鋼管３が地中に貫入される。杭先
端部が支持層に達したときは、図１９（ａ）に示すよう
に、翼１０とオーガーヘッド３２とにより支持層を十分
撹拌して土砂と硬化性流動物４３とをよく混合したの
ち、鋼管杭１及びオーガー３１の回転を停止する。

【００５７】そして、鋼管杭１及びホース４２をモータ
ー２５から外し、図１９（ｂ）に示すように、鋼管杭１
を地盤中に残置した状態でオーガー３１を反対方向に回
転させながらモーター２５を上昇させれば、オーガー３
１は鋼管杭１から引抜かれ、鋼管杭１は地盤中に埋設さ
れて施工は終了する。そして、軟化した土砂は時間の経
過に伴って固化し、大きな先端支持力を発揮する。

【００５８】本実施の形態においても実施の形態２と同
様の効果が得られるが、さらに、オーガー３１の先端部
から噴出される硬化性流動物４３と土砂が撹拌混合され
て、乱された地盤が固化されるために大きな先端支持力
及び周面摩擦力を得ることができる。また、翼１０及び
推進翼１５とオーガー３１とは互いに反対方向に回転す
ることができるため、硬化性流動物４３と土砂が均一に
撹拌混合される。

【００５９】なお、下部鋼管２の内壁面に又は外壁面に
リブあるいは鉄筋や山形鋼などを溶接により取付けて凸
部を設ければ、土砂と硬化性流動物４３の混合物４４の
下部鋼管２への付着力を高め、先端支持力をさらに高め
ることができる。この凸部を設ける範囲は、下部鋼管２
の先端部から、下部鋼管２の外径Ｄ₁ の１／２から２倍
程度の範囲が望ましい。また、下部鋼管２及び上部鋼管
３の外壁面にリブ等を設ければ、周面摩擦力をさらに高
めることができる。

【００６０】［実施の形態４］図２０は本発明の実施の
形態４の要部の模式図である。本実施の形態は、実施の
形態２，３において、鋼管杭１内に挿入されたオーガー
３１のオーガーヘッド３２を、地上からの操作などによ
って拡大できる構造にしたものである。この場合、オー
ガーヘッド３２の拡大は、鋼管杭１の外径Ｄ₁ 以上で、
かつ翼１０の外径Ｄ₃ とほぼ同じか又はそれ以下の範囲
であることが望ましい。

【００６１】本実施の形態の施工方法も実施の形態２，
３の場合とほぼ同様であるが、オーガーヘッド３２は、
オーガー３１を鋼管杭１内に挿入して杭先端部から突出
させたのち最初から拡大してもよく、あるいは、オーガ
ー３１の先端部が支持層の近傍に達したときに拡大して
もよい。なお、実施の形態３においては、オーガーヘッ
ド３２の杭先端部からの突出量をできるだけ少なくする
ことにより、硬化性流動物と土砂との撹拌混合効率を高
めることができる。そして、鋼管杭１の埋設が終了した
ときは、オーガーヘッド３２を縮小して元の状態に戻
し、鋼管杭１を地中に残置してオーガー３１を引き上げ
る。

【００６２】本実施の形態においても実施の形態２，３
の場合と同様の効果が得られるが、さらに、拡大された
オーガーヘッド３２により土砂を掘削軟化させる範囲が
広くなるため、鋼管杭１を回転するためのトルクをより
小さくすることができる。また、実施の形態４において
は、翼１０で乱された翼１０の下方の土砂も翼１０の上
方の土砂も硬化性流動物によって固化されるため、支持
層の支持能力を十分に発揮させることが出来、先端支持
力をさらに向上させることができる。

【００６３】実施の形態２〜４では、図１で説明した鋼
管杭１を施工する場合について説明したが、図１０〜図
１２に示す鋼管杭など他の構造の鋼管杭、あるいは他の
構造の翼１０又は推進翼１５を備えた鋼管杭についても
同様に施工することができる。

【００６４】［実施の形態５］実施の形態１では、鋼管
杭１の杭頭部をベースマシン２１に搭載したモータ２３
に連結し、また、実施の形態２〜４ではベースマシン２
１に搭載したモータ２５の外軸２６に鋼管杭１の杭頭部
を、内軸２７にオーガー３１の上端部をそれぞれ連結し
て回転させる場合を示したが、本実施の形態において
は、鋼管杭１を回転させるモーターを、ベースマシーン
２１のリーダ２２に上下に移動可能に設け、このモータ
ーを鋼管杭１の下部鋼管２又は上部鋼管３の胴体部に着
脱可能に装着して、鋼管杭１を回転させるようにしたも
のである。

【００６５】また、鋼管杭１内にオーガー３１を挿入し
た場合は、ベースマシン２１から吊り下げられたモータ
ー（図４参照）を鋼管杭１の杭頭部又はその近傍に配設
してオーガー３１の上端部を連結すればよい。本実施の
形態の作用は、実施の形態１〜４の場合にほぼ同様であ
るが、高い位置に配置される物（モータ）の重量が小さ
くなるので、ベースマシン２１の安定性を増すことがで
きる。

【００６６】上記の各実施の形態においては、円形鋼板
又は楕円形鋼板を２分割した平板状の鋼製翼を交叉して
取付け、又は連続して螺旋状に取付け、あるいはドーナ
ツ状の鋼板を螺旋状に曲げ加工して取付けて翼を構成し
た場合を示したが、本発明はこれに限定するものではな
く、例えば三角形以上の多角形の鋼板又は中心部に穴を
有する多角形の鋼板を分割し、あるいは中心部に穴を有
する多角形の鋼板を螺旋状に曲げ加工して翼を構成する
など、適宜形状のものを選択することができる。また、
これら各形状の鋼板は２分割に限定するものではなく、
２分割以上の複数分割にしてもよい。

【００６７】

【発明の効果】（１）本発明に係るねじ込み式鋼管杭
は、少なくとも先端部又はその近傍に翼を有する下部鋼
管と、下部鋼管より大径の上部鋼管と、下部鋼管と上部
鋼管とを接合するための接合部材を有し、上部鋼管の外
壁面に翼を設けることにより、下部鋼管にこれに設けた
翼より大きい径の上部鋼管を接合して施工することがで
きるので、杭頭部に発生する水平力や曲げモーメントに
対応することができ、地震時の水平変位量を抑制するこ
とができる。

【００６８】（２）また、下部鋼管と上部鋼管との接合
部の近傍において、下部鋼管の外壁面に上部鋼管より大
径の翼を設けたので、上記（１）と同様の効果を得るこ
とができる。

【００６９】（３）また、本発明に係るねじ込み杭の施
工方法は、上記（１）又は（２）のねじ込み式鋼管杭の
杭頭部又は胴体部に回転力を与えてこのねじ込み式鋼管
杭を地盤中に貫入して埋設するようにしたので、上記
（１）の効果が得られると共に、低騒音、低振動、無排
土でスムーズに施工することができる。

【００７０】（４）さらに、上記（１）又は（２）のね
じ込み式鋼管杭内にオーガーを挿入してそのオーガーヘ
ッドをこのねじ込み式鋼管杭の先端部から突出させ、ね
じ込み式鋼管杭とオーガーに回転力を与えてねじ込み式
鋼管杭を地盤中に貫入させ、ねじ込み式鋼管杭が所定の
深さに達したときはねじ込み式鋼管杭を地盤中に残置し
てオーガーを引抜くようにしたので、上記（１）〜
（３）の効果が得られると共に、施工時のトルクを低減
し、上部鋼管の施工性を向上させることができる。

【００７１】（５）また、上記（１）又は（２）のねじ
込み式鋼管杭内にオーガーを挿入してそのオーガーヘッ
ドをこのねじ込み式鋼管杭の先端部から突出させ、ねじ
込み式鋼管杭とオーガーに回転力を与えてねじ込み式鋼
管杭を地中に貫入し、ねじ込み式鋼管杭の貫入中に支持
層又は所定の区間にオーガーヘッドから硬化性流動物を
噴出して翼とオーガーヘッドの回転により土砂と硬化性
流動物とを撹拌混合し、所定の深さまで撹拌混合したと
きはねじ込み式鋼管杭を地盤中に残置して前記オーガー
を引抜くようにしたので、上記（１）〜（４）の効果が
得られると共に、撹拌混合された土砂と硬化性流動物が
時間の経過と共に固化して、さらに大きな周面摩擦力及
び先端支持力を確保することができる。

【００７２】（６）上記（４）又は（５）のねじ込み式
鋼管杭の施工方法において、オーガーヘッドの外径がね
じ込み式鋼管杭の先端部外径より大きく拡大できるオー
ガーを使用したので、鋼管杭の回転トルクをさらに小さ
くすると共に、先端支持力をより大きくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るねじ込み式鋼管杭
の説明図である。

【図２】図１の下部鋼管の斜視図である。

【図３】図１の翼及び接合部材の製造を示す説明図であ
る。

【図４】図１の鋼管杭の先端部の斜視図である。

【図５】図１の上部鋼管の斜視図である。

【図６】図１の推進翼の製造を示す説明図である。

【図７】図１のねじ込み式鋼管杭の施工方法の説明図で
ある。

【図８】図１のねじ込み式鋼管杭の施工方法の一例の説
明図である。

【図９】図１のねじ込み式鋼管杭の施工方法の他の例の
説明図である。

【図１０】実施の形態１のねじ込み式鋼管杭の他の例の
説明図である。

【図１１】実施の形態１のねじ込み式鋼管杭のさらに他
の例を示す説明図である。

【図１２】実施の形態１のねじ込み式鋼管杭の別の例の
説明図である。

【図１３】本発明の実施の形態２に係るねじ込み式鋼管
杭の施工方法の説明図である。

【図１４】図１３のモーターと鋼管杭及びオーガーとの
連結の一例を示す説明図である。

【図１５】図１３の施工手順の説明図である。

【図１６】図１３の施工手順の説明図である。

【図１７】本発明の実施の形態３に係るねじ込み式鋼管
杭の施工方法の説明図である。

【図１８】図１７の施工手順の説明図である。

【図１９】図１７の施工手順の説明図である。

【図２０】本発明の実施の形態４の説明図である。

【符号の説明】１ねじ込み式鋼管杭（鋼管杭）２下部鋼管３上部鋼管１０翼１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ鋼製翼１５推進翼１６ａ，１６ｂ鋼板翼２０，２０ａ，２０ｂ接合部材２１ベースマシン２３，２５モータ３１オーガー３２オーガーヘッド３４貫通穴３５噴出口４３硬化性流動物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者篠原敏雄東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者森玄東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 2D041 AA02 AA03 BA12 BA18 BA22 BA31 CA05 DA13 DB02 DB03 EC01 FA03 FA14 2D050 AA03 AA06 BB05 BB07 CA02 CA07 CB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも先端部又はその近傍に翼を有
する下部鋼管と、該下部鋼管より大径の上部鋼管と、前
記下部鋼管と上部鋼管とを接合するための接合部材とを
有し、前記上部鋼管の外壁面に翼を設けたことを特徴とするね
じ込み式鋼管杭。
【請求項２】少なくとも先端部又はその近傍に翼を有
する下部鋼管と、該下部鋼管より大径の上部鋼管と、前
記下部鋼管と上部鋼管とを接合するための接合部材とを
有し、前記下部鋼管と上部鋼管との接合部の近傍において、前
記下部鋼管の外壁面に前記上部鋼管より大径の翼を設け
たことを特徴とするねじ込み式鋼管杭。
【請求項３】上部鋼管の外径を、下部鋼管に設けた翼
の外径より大きく構成したことを特徴とする請求項１又
は２記載のねじ込み式鋼管杭。
【請求項４】請求項１、２又は３のねじ込み式鋼管杭
の杭頭部又は胴体部に回転力を与えて該ねじ込み式鋼管
杭を地盤中に貫入して埋設することを特徴とするねじ込
み式鋼管杭の施工方法。
【請求項５】請求項１、２又は３のねじ込み式鋼管杭
内にオーガーを挿入してそのオーガーヘッドを該ねじ込
み式鋼管杭の先端部から突出させ、該ねじ込み式鋼管杭
とオーガーに回転力を与えて該ねじ込み式鋼管杭を地盤
中に貫入させ、該ねじ込み式鋼管杭が所定の深さに達し
たときは該ねじ込み式鋼管杭を地盤中に残置して前記オ
ーガーを引抜くことを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施
工方法。
【請求項６】請求項１、２又は３のねじ込み式鋼管杭
内にオーガーを挿入してそのオーガーヘッドを該ねじ込
み式鋼管杭の先端部から突出させ、該ねじ込み式鋼管杭
とオーガーに回転力を与えて該ねじ込み式鋼管杭を地中
に貫入し、該ねじ込み式鋼管杭の貫入中に支持層又は所
定の区間にオーガーヘッドから硬化性流動物を噴出して
翼とオーガーヘッドの回転により土砂と前記硬化性流動
物とを撹拌混合し、所定の深さまで撹拌混合したときは
前記ねじ込み式鋼管杭を地盤中に残置して前記オーガー
を引抜くことを特徴とするねじ込み式鋼管杭の施工方
法。
【請求項７】オーガーヘッドの外径がねじ込み式鋼管
杭の先端部外径より大きく拡大できるオーガーを使用し
たことを特徴とする請求項５又は６記載のねじ込み式鋼
管杭の施工方法。