JP6470699B2

JP6470699B2 - 杭の接続構造

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Publication number: JP6470699B2
Application number: JP2016074002A
Authority: JP
Inventors: 秋生保田; 佐藤　哲; 哲佐藤
Original assignee: Higashio Mech Co Ltd; Nippon Steel and Sumikin Bussan Corp
Current assignee: Higashio Mech Co Ltd; Nippon Steel Trading Corp
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: JP2017186744A

Description

本発明は、杭の接続構造に関する。

従来、切土法面補強、擁壁補強、地滑り・斜面崩落防護、岩盤補強等を目的とした地山補強工法として、地山に削孔を形成した後、削孔内にモルタル等の硬化性充填材を注入して、鉄筋等の補強材の挿入を行う工法があった（特許文献１参照）。

特開２０００−３０３４８０号公報

従来の土木工事は、一般に、（ｉ）削孔機のドリルロッドにより地山に対して削孔を形成し、（ii）ドリルロッドを削孔から引き抜いた後、削孔内に注入ホースを挿入し、(iii）注入ホースにセメントミルクやモルタル等の硬化性充填材を注入して充填させ、（iv）注入ホースを引き抜いた後、削孔内に鉄筋等を挿入し、（ｖ）その後、孔口にベアリングプレート及びナットを取付けて締付ける。
しかし、削孔機により形成した削孔が崩壊してしまう問題があった。そこで、特許文献１記載の地山補強工法が提案されている。

また、孔壁を保護するため他の工法として、ケーシングを使用することがある。その作業工程は、（ｉ）削孔を開け、（ii）削孔にケーシングを挿入し、(iii）ケーシング内にモルタルを注入して充填させ、（iv）ケーシングに鉄筋を挿入し、（ｖ）削孔内にモルタルと鉄筋を残したままケーシングを引き抜いて回収する工程を順次行う。
しかし、上記何れの従来工法を採用するにしても工数が多くなり、コストが増大するという欠点があった。また、足場の悪い斜面では、重機の使用が制限され、作業の能率が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、２本の杭を機械的構造により容易に接続でき、土木工事に於ける作業の工数を削減できる杭の接続構造を提供することを目的とする。特に、モルタルとの付着性の高い窪み付鋼管を適用して、鉄筋以上の強度を確保しつつ鋼管内径をモルタル注入に利用することによる工事工数の削減、能率向上を考え、これに不可欠な窪み付鋼管の簡易な機械式接続構造を提供することを目的とする。

本発明に係る杭の接続構造は、モルタル注入を伴う土木工事に用いられ、鋼管から成る杭の杭端部を、短筒状の継手にて、接続する杭の接続構造であって、上記杭端部に軸心直交状の貫孔を有し、上記継手は、軸心方向中間部の内鍔部をもって区画された一対の差込筒部を有し、上記杭端部が上記差込筒部に差込まれた状態で上記貫孔と同一軸心上に貫通孔とねじ孔が、上記差込筒部に貫設され、上記継手と上記杭の接続完了状態に於て、上記貫通孔と上記貫孔と上記ねじ孔に、ボルトが挿入されて、該ボルトの雄ねじ部が上記ねじ孔に螺着され、さらに、上記ボルトの頭部が上記杭の外周面に押圧力を付与し、かつ、上記頭部が上記貫通孔に埋没状に装入され、上記ボルトの上記頭部からの上記押圧力によって、上記杭が上記差込筒部の上記ねじ孔側に偏在して、上記杭の外周面と上記差込筒部の内周面の間に横断面三日月状の間隙が形成され、上記土木工事完了状態で、注入されたモルタルが、上記三日月状の上記間隙に充填されているものである。

また、鋼管から成る杭の杭端部を、短筒状の継手にて、接続する杭の接続構造であって、上記杭端部に軸心直交状の貫孔を有し、上記継手は、軸心方向中間部の内鍔部をもって区画された一対の差込筒部を有し、上記杭端部が上記差込筒部に差込まれた状態で上記貫孔と同一軸心上に貫通孔とねじ孔が、上記差込筒部に貫設され、さらに、上記差込筒部の外周面・内周面に於て、上記ねじ孔を中心とする円形平面状座面を有し、上記継手と上記杭の接続完了状態に於て、上記貫通孔と上記貫孔と上記ねじ孔に、ボルトが挿入されて、該ボルトの雄ねじ部が上記ねじ孔に螺着され、さらに、上記ボルトの頭部が上記杭の外周面に押圧力を付与し、かつ、上記頭部が上記貫通孔に埋没状に装入されているものである。

また、上記杭の外周面には、多数の窪み部が凹設されているものである。
また、上記貫通孔は、機械加工孔であって、上記ボルトの上記頭部より僅かに大きく形成され、上記貫通孔の直径が、上記ボルトの上記頭部の直径の１０１％〜１０５％に設定されているものである。

本発明の杭の接続構造によれば、土木工事に於て、杭の内部空洞を利用してモルタルを削孔内に注入して充填させることができ、注入ホースやケーシング等が不要となり、土木工事の工数を削減して、コストを低減できる。杭の接続作業を簡素化でき、作業時間を短縮することができる。手作業で接続作業を行える為、作業能率を改善できる。杭端部を継手とボルトで機械的構造により接続でき、接続強度を安定して高品質にすることができる。杭の外周面を差込筒部の内周面に押し付けて締め付けることができ、接続完了状態でのガタつきを防止でき、かつ、曲げ耐力を確保できる。従来の鉄筋と同等程度の耐圧縮強度と耐引張強度を備え、かつ、曲げに対する耐曲げ強度を具備した接続強度を確保できる。また、杭端部を溶接する必要がなく、現場に溶接のための火気を持ち込むことがなく、火災の虞れもなく、また、雨天時の接続作業も可能となる。

接続完了状態を示す拡大断面図であり、（ａ）は拡大断面正面図であり、（ｂ）は拡大断面側面図である。接続完了状態を示す拡大断面図であり、（ａ）は拡大断面平面図であり、（ｂ）は要部をさらに拡大した断面平面図である。杭端部を示す拡大断面図であり、（ａ）は拡大断面正面図であり、（ｂ）は拡大断面側面図である。継手を示す拡大断面図であり、（ａ）は拡大断面正面図であり、（ｂ）は拡大断面側面図である。杭を示す正面図である。図５のＡ−Ａ断面図である。要部拡大側面図である。継手を示す斜視図である。本発明に係る杭の接続構造の使用状態を示す簡略な断面図であり、（ａ）は削孔を開ける工程を示す断面図であり、（ｂ）は杭を挿入する工程を示す断面図であり、（ｃ）はモルタルを注入する工程を示す断面図であり、（ｄ）はモルタルを削孔に充填完了する工程を示す断面図である。モルタルを充填完了した状態の要部拡大断面図であり、（ａ）は拡大断面正面図であり、（ｂ）は拡大断面平面図である。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１に示すように、本発明の杭の接続構造は、鋼管から成る杭１，１の杭端部２，２を、短筒状の継手３にて相互に接続する際の接続構造である。
一般的に、鋼管の杭端部を機械的に接続する方法としてネジ継手によるものがあるが、図３と図５，図６に示すように、杭１は、定尺の鋼管（ディンプル鋼管）から成り、外周面１Ａに、多数の窪み部９が凹設されている為、断面形状が真円とならないのでネジ加工が難しく、ネジ継手を用いて杭端部２，２を接続するのは至難である。窪み部９は、軸心方向に沿って所定のピッチで形成されて、複数列の列状ディンプル群１３を形成している。杭１の内周面１Ｂには、外周面１Ａの窪み部９に対応して、長円形状の低突隆部１２が複数形成されている。
図３に示すように、杭端部２には、杭軸心Ｃ_１に直交する一軸心方向の（一対の）貫孔４，４が形成されている。貫孔４は、杭端部２の最端縁部２０から長手方向へ所定の長さ寸法Ｌ_１の位置であって、かつ、杭軸心Ｃ_１を中心として１８０°回転対称位置に配設されている。

継手３は、例えば、ダクタイル鋳鉄やマリアブル鋳鉄から成る。
図４に示すように、継手３は、軸心方向中間部に内鍔部１０を備え、内鍔部１０によって杭端部２が差込まれる一対の差込筒部６，６が区画形成されている。差込筒部６の各々に、継手軸心Ｃ_３に直交する一軸心方向の貫通孔５とねじ孔７が、継手軸心Ｃ_３を中心として１８０°回転対称位置に貫設されている。
図１に示すように、杭端部２が差込筒部６に差込まれて、内鍔部１０に杭端部２の最端縁部２０が当接した状態で、貫通孔５とねじ孔７が、貫孔４，４と同一軸心上に対応するように配設されている。即ち、内鍔部１０の上下端面１０Ａ，１０Ｂから貫通孔５・ねじ孔７までの長さ寸法Ｌ_０は、杭端部２の最端縁部２０から貫孔４，４までの長さ寸法Ｌ_１と、ほぼ同一に設定されている。なお、図４（ａ）に示すように、一対の差込筒部６，６に於て、貫通孔５，５が、同じ方向に開口状として形成され、その１８０°反対側に、ねじ孔７，７が同じ方向に開口状に形成されている。

図１に示すように、杭端部２が差込筒部６に差込まれた状態で、貫通孔５と貫孔４，４とねじ孔７が同一軸心上に配設されて、この貫通孔５と貫孔４，４とねじ孔７に、ボルト８が串挿状に挿入されて、さらに、ボルト８の雄ねじ部８Ａがねじ孔７に螺着されることで、継手３と杭１が接続されている。
杭１は、内周面１Ｂに複数の低突隆部１２を有し、内径寸法が安定しない為、継手３との接続には、杭１の外周面１Ａを利用して、杭端部２が差込筒部６の内に差込まれる。

ボルト８の螺着に伴って、ボルト８の頭部８Ｂが杭１の外周面１Ａに押圧力Ｐ_０を付与し、かつ、頭部８Ｂが貫通孔５に埋没状に装入されている。
貫通孔５は、ドリル等の機械的穿孔手段によって形成された機械加工孔であって、ボルト８の頭部８Ｂより僅かに大きく形成され、図７に示すように、貫通孔５の直径Ｄ_０が、ボルト８の頭部８Ｂの直径Ｄ_１の１０１％〜１０５％に設定されているのが望ましい。
ボルト８の頭部８Ｂを貫通孔５に埋没させることで、引張力や曲げ力が掛かった際、ボルト８の曲げ変形や杭の曲げ変形を抑制でき、ボルト８の破損を防止できる。また、ボルト８の頭部８Ｂを貫通孔５に埋没させ、かつ、ナットを使用せずにボルト８の雄ねじ部８Ａがねじ孔７に螺着されることで、ボルト８の頭部８Ｂやナットが差込筒部６の外周面６Ａから突出することがなく、挿入時の引っ掛かりを防止できる利点がある。ボルト８の頭部８Ｂは、中央に六角形状の穴部１６が形成されている。なお、ボルト８の頭部８Ｂは、外周面が凹凸波形加工やローレット加工されていても良いが、外周面を機械加工にて平滑面状として、上記貫通孔５の直径Ｄ_０と頭部８Ｂの直径Ｄ_１の寸法差を小さく設定するのが曲げ力や引張力が作用した際に、ガタつかず、強度も向上して好ましい。

図１（ａ）と図２（ａ）に示すように、杭１は、ボルト８の頭部８Ｂからの押圧力Ｐ_０によって、差込筒部６のねじ孔７側に偏在している。ボルト８をねじ孔７に螺着させることにより、差込筒部６の内周面６Ｂのねじ孔７寄りの圧接部１７，１７に、杭１の外周面１Ａを押し付けて、杭１を締め付けている。図例では、差込筒部６の内周面６Ｂに、２箇所の圧接部１７，１７にて、杭１の外周面１Ａが押し付けられて、２箇所の圧接部１７，１７では、杭１の外周面１Ａと差込筒部６の内周面６Ｂが軸心方向に沿って線状領域乃至帯状面領域にて当接（圧接）している。
杭１を差込筒部６のねじ孔７側に偏在させることで、杭１の外周面１Ａと差込筒部６の内周面６Ｂの間には、横断面三日月状の間隙１１が形成されている。

図２（ｂ）と図８に示すように、継手３は、差込筒部６の外周面６Ａ・内周面６Ｂに於て、ねじ孔７を中心とする円形平面状座面１４，１４を有している。
円形平面状座面１４，１４は、差込筒部６の外周面６Ａに突設された丸座部１８の外面と、差込筒部６の内周面６Ｂの座ぐり部１９の底面に、相互に平行面状に形成されている。差込筒部６のねじ孔７と貫通孔５の軸心と直角度を保つ為、差込筒部６の外周面６Ａに丸座部１８を設けて、位置割り出しを容易とするよう形成されている。なお、ボルト８の装着時にねじ孔７の位置を探し易くし、また、初期食付きし易くする為に、ボルト８の先端に雄ねじの無いガイド部を設ける。あるいは、ボルト８の先端を円錐状に尖らせた先端テーパー状とするも好ましい。

上述した本発明の杭の接続構造の使用方法（作用）について説明する。
図９（ａ）に示すように、補強対象の地山Ｚを掘削して削孔４０を開けて、次に、杭１，１を継手３で順次接続して削孔４０に挿入する。この際、削孔４０を先掘りしてから接続した杭１，１を挿入する為、回転力（トルク）が杭１，１及び継手３に作用することは少ないが、作業をし易くするために回転させたり、挿入の途中で回転させて継手３が引っ掛かるのを回避することがあり、十分な回転耐力を備えている。つまり、杭１，１の接続部（継手３及びボルト８）は、構造物等を支持する為の軸心方向の圧縮力に耐え得る耐圧縮荷重強度と、施工時の吊り下げによる自重（最大で１００ｋｇ程度）の耐引張荷重強度とが、要求され、さらに、回転トルクに耐える回転耐力も備えている。なお、回転が掛かる用途の場合は、必要に応じてボルト８の径を太くして対処する。

杭１を継手３に接続する手順を説明すると、図１に示すように、杭１の杭端部２を継手３の差込筒部６に（内嵌状に）差し込んで、差込筒部６の貫通孔５・ねじ孔７と、杭端部２の貫孔４，４とが、同一軸心上に配設されるよう位置合わせをし、次に、貫通孔５からボルト８を挿入して、貫通孔５と貫孔４，４とねじ孔７に、ボルト８を挿入して（串挿状として）、六角レンチを用いてボルト８を回転させて、ボルト８の雄ねじ部８Ａをねじ孔７に螺着させて、継手３と杭１の接続が完了する。継手３のもう一方の差込筒部６にも杭端部２を接続する。このようにして、２本の杭１，１を継手３とボルト８の機械的構造により均一な接続強度にて接続可能であり、溶接は不要である。

次に、図９（ｃ）から（ｄ）に示すように、杭１の内部空洞に液状のモルタルＭを注入して、削孔４０にモルタルＭを充填・固化させる。充填されたモルタルＭは、注入圧によって、削孔４０の孔壁に浸透して固化し、地山Ｚを確実に補強する。このように、杭１の内部空洞を利用してモルタルＭを注入することで、注入ホースやケーシング等が不要となり、従来工法と比べて工数を削減して、コストを低減できる。
杭１は、外周面１Ａに多数の窪み部９を有し、周面摩擦力が増大して、杭１の外周面１ＡとモルタルＭとの付着力を確実に確保することができる。
図１０に示すように、杭１の外周面１Ａと差込筒部６の内周面６Ｂの間の横断面三日月状の間隙１１に、注入されたモルタルＭが浸入して充填・固化される。三日月状の間隙１１がモルタルＭによって埋まることで、杭１，１及び継手３が曲げ力に耐える強度（曲げ耐力）が向上する利点がある。

図３に示すように、ボルト８からの押圧力Ｐ_０によって、差込筒部６の内周面６Ｂに杭１の外周面１Ａが押し付けられて締め付けられることで、曲げ耐力を確保している。
また、機械加工によって形成される貫通孔５が、ボルト８の頭部８Ｂの孔内移動を規制して、ボルト８の曲げ変形を防止する。
差込筒部６の貫通孔５からボルト８を挿入して雄ねじ部８Ａをねじ孔７に螺着させる際に、一対の差込筒部６，６に設けられた貫通孔５，５に、同一方向からボルト８を挿入して、能率良く作業を行うことができる。

なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、杭端部２の貫孔４，４は、長孔としても良い。貫孔４を長孔として長手方向に余裕を持たせることで、加工を容易としコストを低減できる。また、杭端部２の貫孔４，４の長手方向位置、及び、差込筒部６の貫通孔５・ねじ孔７の長手方向位置は、互いの対応関係を保ったままであれば変更することができ、杭端部２の最端縁部２０から貫孔４，４までの長さ寸法Ｌ_１（図１参照）と、内鍔部１０の上下端面１０Ａ，１０Ｂから貫通孔５・ねじ孔７までの長さ寸法Ｌ_０（図２参照）とを、任意の長さで延長して、杭１，１の曲げ耐力を向上することが可能である。

以上のように、本発明に係る杭の接続構造は、鋼管から成る杭１，１の杭端部２，２を、短筒状の継手３にて、接続する杭の接続構造であって、上記杭端部２に軸心直交状の貫孔４，４を有し、上記継手３は、軸心方向中間部の内鍔部１０をもって区画された一対の差込筒部６，６を有し、上記杭端部２が上記差込筒部６に差込まれた状態で上記貫孔４，４と同一軸心上に貫通孔５とねじ孔７が、上記差込筒部６に貫設され、上記継手３と上記杭１の接続完了状態に於て、上記貫通孔５と上記貫孔４，４と上記ねじ孔７に、ボルト８が挿入されて、該ボルト８の雄ねじ部８Ａが上記ねじ孔７に螺着され、さらに、上記ボルト８の頭部８Ｂが上記杭１の外周面１Ａに押圧力Ｐ_０を付与し、かつ、上記頭部８Ｂが上記貫通孔５に埋没状に装入されているので、土木工事に於て、杭１の内部空洞を利用してモルタルＭを削孔４０内に注入して充填・固化させることができ、注入ホースやケーシング等が不要となり、土木工事の工数を削減して、コストを低減できる。杭１，１の接続作業を簡素化でき、作業時間を短縮することができる。手作業で接続作業を行える為、作業能率を改善できる。杭端部２，２を継手３とボルト８で機械的構造により接続でき、接続強度を安定して高品質にすることができる。杭１の外周面１Ａを差込筒部６の内周面６Ｂに押し付けて締め付けることができ、曲げ耐力を確保できる。接続完了状態でのガタつきを防止できる。従来の鉄筋と同等程度の耐圧縮強度と耐引張強度を備え、かつ、曲げに対する耐曲げ強度を具備した接続強度を確保できる。また、杭端部２，２を溶接する必要がなく、現場に溶接のための火気を持ち込むことがなく、火災の虞れもなく、また、雨天時でも接続作業を行うことができる。

また、上記杭１の外周面１Ａには、多数の窪み部９が凹設されているので、杭１の周面摩擦力を増大させることができ、モルタルＭが注入されて固化した土木工事完了状態で、杭１とモルタルＭとの付着力を確実に確保でき、杭１とモルタルＭが一体化した強固な補強材を形成することができる。

また、上記ボルト８の上記頭部８Ｂからの上記押圧力Ｐ_０によって、上記杭１が上記差込筒部６の上記ねじ孔７側に偏在して、上記杭１の外周面１Ａと上記差込筒部６の内周面６Ｂの間に横断面三日月状の間隙１１が形成されているので、杭１の外周面１Ａを差込筒部６の内周面６Ｂに押し付けて締め付けることができ、接続状態でのガタつきを防止できる。

また、モルタル注入を伴う土木工事に用いられる杭の接続構造であって、上記土木工事完了状態で、注入されたモルタルＭが、上記三日月状の上記間隙１１に充填されているので、杭１，１及び継手３の接続強度（特に曲げに対する強度）を向上できる。

また、上記貫通孔５は、機械加工孔であって、上記ボルト８の上記頭部８Ｂより僅かに大きく形成され、上記貫通孔５の直径Ｄ_０が、上記ボルト８の上記頭部８Ｂの直径Ｄ_１の１０１％〜１０５％に設定されているので、ボルト８の頭部８Ｂが貫通孔５内で移動するのを規制して、ボルト８の曲げ変形を防止できる。ボルト８が差込筒部６の貫通孔５・ねじ孔７に両端部支持されて、接続強度（耐引張荷重強度）を確保できる。

また、上記差込筒部６の外周面６Ａ・内周面６Ｂに於て、上記ねじ孔７を中心とする円形平面状座面１４，１４を有しているので、差込筒部６のねじ孔７と貫通孔５の軸心と直角度を保つことができ、位置割り出しを容易とすることができる。

１杭
１Ａ外周面
２杭端部
３継手
４貫孔
５貫通孔
６差込筒部
６Ａ外周面
６Ｂ内周面
７ねじ孔
８ボルト
８Ａ雄ねじ部
８Ｂ頭部
９窪み部
１０内鍔部
１１間隙
１３列状ディンプル群
１４円形平面状座面
Ｐ_０押圧力
Ｍモルタル
Ｄ_０貫通孔の直径
Ｄ_１ボルトの頭部の直径

Claims

モルタル注入を伴う土木工事に用いられ、鋼管から成る杭（１）（１）の杭端部（２）（２）を、短筒状の継手（３）にて、接続する杭の接続構造であって、
上記杭端部（２）に軸心直交状の貫孔（４）（４）を有し、
上記継手（３）は、軸心方向中間部の内鍔部（１０）をもって区画された一対の差込筒部（６）（６）を有し、上記杭端部（２）が上記差込筒部（６）に差込まれた状態で上記貫孔（４）（４）と同一軸心上に貫通孔（５）とねじ孔（７）が、上記差込筒部（６）に貫設され、
上記継手（３）と上記杭（１）の接続完了状態に於て、上記貫通孔（５）と上記貫孔（４）（４）と上記ねじ孔（７）に、ボルト（８）が挿入されて、該ボルト（８）の雄ねじ部（８Ａ）が上記ねじ孔（７）に螺着され、さらに、上記ボルト（８）の頭部（８Ｂ）が上記杭（１）の外周面（１Ａ）に押圧力（Ｐ_０）を付与し、かつ、上記頭部（８Ｂ）が上記貫通孔（５）に埋没状に装入され、上記ボルト（８）の上記頭部（８Ｂ）からの上記押圧力（Ｐ _０）によって、上記杭（１）が上記差込筒部（６）の上記ねじ孔（７）側に偏在して、上記杭（１）の外周面（１Ａ）と上記差込筒部（６）の内周面（６Ｂ）の間に横断面三日月状の間隙（１１）が形成され、
上記土木工事完了状態で、注入されたモルタル（Ｍ）が、上記三日月状の上記間隙（１１）に充填されていることを特徴とする杭の接続構造。
鋼管から成る杭（１）（１）の杭端部（２）（２）を、短筒状の継手（３）にて、接続する杭の接続構造であって、
上記杭端部（２）に軸心直交状の貫孔（４）（４）を有し、
上記継手（３）は、軸心方向中間部の内鍔部（１０）をもって区画された一対の差込筒部（６）（６）を有し、上記杭端部（２）が上記差込筒部（６）に差込まれた状態で上記貫孔（４）（４）と同一軸心上に貫通孔（５）とねじ孔（７）が、上記差込筒部（６）に貫設され、さらに、上記差込筒部（６）の外周面（６Ａ）・内周面（６Ｂ）に於て、上記ねじ孔（７）を中心とする円形平面状座面（１４）（１４）を有し、
上記継手（３）と上記杭（１）の接続完了状態に於て、上記貫通孔（５）と上記貫孔（４）（４）と上記ねじ孔（７）に、ボルト（８）が挿入されて、該ボルト（８）の雄ねじ部（８Ａ）が上記ねじ孔（７）に螺着され、さらに、上記ボルト（８）の頭部（８Ｂ）が上記杭（１）の外周面（１Ａ）に押圧力（Ｐ _０）を付与し、かつ、上記頭部（８Ｂ）が上記貫通孔（５）に埋没状に装入されていることを特徴とする杭の接続構造。
上記杭（１）の外周面（１Ａ）には、多数の窪み部（９）が凹設されている請求項１又は２記載の杭の接続構造。
上記貫通孔（５）は、機械加工孔であって、上記ボルト（８）の上記頭部（８Ｂ）より僅かに大きく形成され、
上記貫通孔（５）の直径（Ｄ _０）が、上記ボルト（８）の上記頭部（８Ｂ）の直径（Ｄ _１）の１０１％〜１０５％に設定されている請求項１，２又は３記載の杭の接続構造。