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JP7655342B2 - Pile, pile construction method, structure, structure construction method, pile design method, and pile manufacturing method - Google Patents
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Pile, pile construction method, structure, structure construction method, pile design method, and pile manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、杭、杭の施工方法、構造物、構造物の構築方法、杭の設計方法及び杭の製造方法に関するものである。 The present invention relates to piles, pile construction methods, structures, methods for constructing structures, methods for designing piles, and methods for manufacturing piles.

港湾構造物において鋼管杭は一般的によく用いられる。桟橋や岸壁の控え杭等、構造物及び地盤条件によっては、鋼管杭に高い引き抜き支持力が要求される。引き抜き支持力を高める工法としては、鋼管杭の先端に翼を取り付けた回転杭工法がある。港湾分野では、施工スペースの関係上、打撃ハンマーやバイブロハンマー等を用いた打込み杭工法が主流であり、比較的大型の回転施工機械が必要となる回転杭工法は適用されていない。その他の工法としては、ウォータジェット併用バイブロ工法で鋼管杭を貫入し、地中でセメントミルク噴射に切り替えて、鋼管杭と地盤を一体化させる工法がある。しかしながら、当該工法は、ウォータジェットやセメントミルク噴射に必要な大型の機材を必要とするため、船が必要な海上施工では不経済となる。さらには、当該工法は、セメントミルクを用いるため、港湾の環境面においても望ましくない。 Steel pipe piles are commonly used in port structures. Depending on the structure and ground conditions, such as piers and wharf support piles, high pull-out bearing capacity is required of steel pipe piles. One method to increase pull-out bearing capacity is the rotary pile method, in which wings are attached to the tip of the steel pipe pile. In the port field, due to construction space restrictions, the driving pile method using impact hammers and vibro hammers is mainstream, and the rotary pile method, which requires relatively large rotary construction machines, has not been applied. Another method is to penetrate the steel pipe pile using a vibro method combined with a water jet, and then switch to cement milk injection underground to integrate the steel pipe pile and the ground. However, this method requires large equipment required for water jets and cement milk injection, making it uneconomical for offshore construction that requires ships. Furthermore, this method is undesirable from the perspective of the port environment, as it uses cement milk.

一方で、ウォータジェットやセメントミルク噴射を用いずに港湾分野で主流な打込み杭工法と圧入工法による施工が可能であり、高い引き抜き支持力を発揮できる杭が提案されている。例えば、鋼管の下部側の外周面に螺旋状をなす複数のスパイラルリブが形成された鋼管杭(特許文献1参照)や、鋼管製の杭本体の軸方向に沿って板状の突起体が固着された鋼管杭(特許文献2参照)が提案されている。 On the other hand, piles have been proposed that can be constructed using the driving pile method and pressure-in method that are mainstream in the port field without using water jets or cement milk injection, and that can demonstrate high pull-out bearing capacity. For example, a steel pipe pile with multiple spiral ribs formed in a spiral shape on the outer periphery of the lower side of the steel pipe (see Patent Document 1) and a steel pipe pile with a plate-shaped protrusion fixed along the axial direction of the steel pipe pile body (see Patent Document 2) have been proposed.

特開2017-95880号公報JP 2017-95880 A 実開平3-18238号公報Japanese Utility Model Application Publication No. 3-18238

特許文献1に記載の鋼管杭は、スパイラルリブの周面摩擦力により引き抜き支持力を高めるものである。しかしながら、特許文献1に記載の鋼管杭は、スパイラルリブを鋼管の外周面に螺旋状をなすように形成する必要があるため、経済的ではない。一方、特許文献2に記載の鋼管杭は、板状の突起体の周面摩擦力や支圧力で引き抜き支持力を高めるものである。しかしながら、特許文献2に記載の鋼管杭は、周面摩擦力を大きくするために比較的大型の突起体を形成する必要があるため、材料費や加工費の観点から費用が掛かり経済的ではない。さらに、十分な引き抜き支持力を発揮するには、突起体全体を支持層へ貫入するために、通常時よりも多く杭の先端部を支持層に貫入する必要がある。そのため、施工が大掛かりになり、施工スペースの制約、騒音や振動、貫入不良、杭体の破損等の施工トラブルが発生する可能性がある。 The steel pipe pile described in Patent Document 1 enhances the pull-out bearing capacity by the peripheral frictional force of the spiral rib. However, the steel pipe pile described in Patent Document 1 is not economical because it is necessary to form the spiral rib in a spiral shape on the outer circumferential surface of the steel pipe. On the other hand, the steel pipe pile described in Patent Document 2 enhances the pull-out bearing capacity by the peripheral frictional force and bearing pressure of the plate-shaped protrusion. However, the steel pipe pile described in Patent Document 2 requires the formation of a relatively large protrusion to increase the peripheral frictional force, so it is expensive in terms of material costs and processing costs and is not economical. Furthermore, in order to exert sufficient pull-out bearing capacity, it is necessary to penetrate the tip of the pile into the supporting layer more than usual in order to penetrate the entire protrusion into the supporting layer. Therefore, the construction becomes large-scale, and there is a possibility of construction troubles such as construction space restrictions, noise and vibration, penetration failure, and damage to the pile body.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、施工に大掛かりな機材を必要とせず、経済性及び環境面に優れ、さらには、支持層への貫入が少ない条件であっても高い引き抜き支持力と高い押し込み支持力を発揮でき、施工トラブルの発生を抑制できる杭、杭の施工方法、構造物、構造物の構築方法、杭の設計方法及び杭の製造方法を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above problems, and its purpose is to provide a pile, a pile construction method, a structure, a method for constructing a structure, a method for designing a pile, and a method for manufacturing a pile that do not require large-scale equipment for construction, are economical and environmentally friendly, and can exert high pull-out support force and high compressive support force even under conditions of low penetration into the supporting layer, and can suppress the occurrence of construction problems.

本発明に係る杭は、杭本体の下端部に2枚以上の板状のフィンが前記杭本体の外周面に配設されたものであって、前記各フィンは、鉛直長が前記杭本体の外径の0.5倍以上1.75倍以下、傾斜角度が前記杭本体の中心軸に対して0度以上45度以下、である。 The pile according to the present invention has two or more plate-shaped fins arranged on the outer periphery of the lower end of the pile body, and each of the fins has a vertical length of 0.5 to 1.75 times the outer diameter of the pile body, and an inclination angle of 0 to 45 degrees with respect to the central axis of the pile body.

本発明に係る杭の施工方法は、本発明に係る杭を支持層が存在する地盤に貫入するものであって、前記杭に配設された前記フィンの上端が、前記支持層内に位置するように貫入する。 The pile construction method of the present invention involves inserting the pile of the present invention into ground containing a supporting layer, so that the upper end of the fin attached to the pile is positioned within the supporting layer.

本発明に係る構造物は、本発明に係る杭を備える。 The structure according to the present invention is equipped with the pile according to the present invention.

本発明に係る構造物の構築方法は、本発明に係る杭を地盤に貫入する工程を含む。 The method for constructing a structure according to the present invention includes a step of driving a pile according to the present invention into the ground.

本発明に係る杭の設計方法は、本発明に係る杭の設計方法であって、前記杭に要求される引き抜き支持力及び押し込み支持力に基づいて、前記傾斜角度を設定し、その後、前記鉛直長の下限値を、前記引き抜き支持力及び前記押し込み支持力に応じて設定する。 The pile design method of the present invention is a pile design method of the present invention, in which the inclination angle is set based on the pull-out bearing capacity and compressive bearing capacity required of the pile, and then the lower limit of the vertical length is set according to the pull-out bearing capacity and the compressive bearing capacity.

本発明に係る杭の設計方法は、杭本体の下端部に2枚以上の板状のフィンが前記杭本体の外周面に配設された杭を設計するものであって、前記各フィンは、鉛直長が前記杭本体の外径の0.5倍以上1.75倍以下、傾斜角度が前記杭本体の中心軸に対して0度以上45度以下、となるように設定する。 The pile design method of the present invention is to design a pile having two or more plate-shaped fins arranged on the outer peripheral surface of the lower end of the pile body, and each of the fins is set so that the vertical length is 0.5 to 1.75 times the outer diameter of the pile body and the inclination angle is 0 degrees to 45 degrees with respect to the central axis of the pile body.

本発明に係る杭の製造方法は、杭本体の下端部に2枚以上の板状のフィンが前記杭本体の外周面に配設された杭を製造するものであって、前記各フィンは、鉛直長が前記杭本体の外径の0.5倍以上1.75倍以下、傾斜角度が前記杭本体の中心軸に対して0度以上45度以下、となるように形成する。 The method for manufacturing a pile according to the present invention is for manufacturing a pile having two or more plate-shaped fins arranged on the outer peripheral surface of the lower end of the pile body, and each of the fins is formed so that the vertical length is 0.5 to 1.75 times the outer diameter of the pile body and the inclination angle is 0 degrees to 45 degrees with respect to the central axis of the pile body.

本発明に係る杭、杭の施工方法、構造物、構造物の構築方法、杭の設計方法及び杭の製造方法によれば、施工に大掛かりな機材を必要とせず、経済性及び環境面に優れ、さらには、支持層への貫入が少ない条件であっても高い引き抜き支持力と高い押し込み支持力を発揮でき、施工トラブルの発生を抑制できる。 The piles, pile construction method, structure, structure construction method, pile design method, and pile manufacturing method of the present invention do not require large-scale equipment for construction, are economically and environmentally friendly, and can exert high pull-out support force and high compression support force even under conditions of low penetration into the supporting layer, thereby suppressing the occurrence of construction problems.

図1は、本発明の実施の形態に係る杭を説明する概念図であり、(a)はフィンが杭本体の中心軸に対して略平行に取り付けられている場合、(b)はフィンが杭本体の中心軸に対して傾斜して取り付けられている場合、を示す。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a pile according to an embodiment of the present invention, in which (a) shows a case in which the fin is attached approximately parallel to the central axis of the pile body, and (b) shows a case in which the fin is attached at an angle to the central axis of the pile body. 図2は、本発明の実施の形態に係る杭に引き抜き荷重が作用した際の引き抜き支持力発揮挙動を説明する概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the behavior of the pull-out bearing capacity exerted when a pull-out load acts on the pile according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態に係る杭の下端部の貫入位置と支持層との関係を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the penetration position of the lower end of a pile according to an embodiment of the present invention and the supporting layer. 図4は、本発明の実施の形態に係る杭を鉛直荷重により回転貫入させる場合の施工概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of a construction method in which a pile according to an embodiment of the present invention is rotated and driven into a pile by a vertical load. 図5は、本発明の実施の形態に係る杭を鉛直荷重により回転貫入する際にフィンに作用する力を示した概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing the force acting on the fin when the pile according to the embodiment of the present invention is rotated and driven into the pile by a vertical load. 図6は、実施例において、杭の引き抜き支持力の検証に用いた3次元FEMモデルを示した図である。FIG. 6 shows a three-dimensional FEM model used to verify the pull-out bearing capacity of a pile in the examples. 図7は、杭本体の中心軸に対して平行にフィンを取り付けた杭を対象とした解析により算出した載荷荷重と引き抜き量の関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the applied load and the pull-out amount calculated by an analysis of a pile having fins attached parallel to the central axis of the pile body. 図8は、杭本体の中心軸に対して傾斜させてフィンを取り付けた杭を対象とした解析により算出した載荷荷重と引き抜き量の関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the applied load and the amount of pull-out calculated by an analysis of a pile having fins attached thereto at an angle with respect to the central axis of the pile body.

本発明の実施の形態に係る杭1は、図1に例示するように、杭本体3の下端部に2枚以上の板状のフィン5が杭本体3の外周面に配設されたものである。各フィン5は、鉛直長lfvが杭本体3の外径Dの0.5倍以上1.75倍以下、傾斜角度β(図1(b)参照)が杭本体3の中心軸に対して0度以上45度以下である。 As shown in Fig. 1, the pile 1 according to the embodiment of the present invention has two or more plate-shaped fins 5 arranged on the outer peripheral surface of the lower end of the pile body 3. Each fin 5 has a vertical length lfv of 0.5 to 1.75 times the outer diameter D of the pile body 3, and an inclination angle β (see Fig. 1(b)) of 0 to 45 degrees with respect to the central axis of the pile body 3.

なお、図1(a)は、フィン5が杭本体3の中心軸に対して略平行に取り付けられている場合を示し、図1(b)は、フィン5が杭本体3の中心軸に対して傾斜して取り付けられている場合を示す。ここでの「略平行」とは、杭本体3の中心軸に対する角度が0度以上1度未満であることを示す。 Figure 1(a) shows a case where the fin 5 is attached substantially parallel to the central axis of the pile body 3, while Figure 1(b) shows a case where the fin 5 is attached at an angle to the central axis of the pile body 3. "Substantially parallel" here means that the angle with respect to the central axis of the pile body 3 is equal to or greater than 0 degrees and less than 1 degree.

また、本発明の実施の形態に係る杭1は、必要に応じて、隣り合うフィン5の間隔が杭本体3の外周長の1/16以上、隣り合うフィン5の間隔が杭本体3の外周長の1/2以下、フィン5の下端位置が杭本体3の下端から50mm以下、フィン5の上端位置が杭本体3の下端から杭本体3の外径Dの2倍以下、フィン幅wfがフィン板厚tfの2倍以上、又は、フィン幅wfが杭本体3の外径Dの1/2以下、の条件のうち1つ以上を満足する。 In addition, the pile 1 according to the embodiment of the present invention satisfies one or more of the following conditions as necessary: the spacing between adjacent fins 5 is 1/16 or more of the outer perimeter of the pile body 3, the spacing between adjacent fins 5 is 1/2 or less of the outer perimeter of the pile body 3, the lower end position of the fin 5 is 50 mm or less from the lower end of the pile body 3, the upper end position of the fin 5 is 2 times or less than the outer diameter D of the pile body 3 from the lower end of the pile body 3, the fin width wf is 2 times or more than the fin plate thickness tf, or the fin width wf is 1/2 or less of the outer diameter D of the pile body 3.

図1において、ltは杭本体3の下端からフィン5の下端までの距離(50mm以下)を示す。αはフィン5の先端角度を示している。ここで、フィン5の先端角度αは、杭1に対して要求される施工性と支持力の関係から決まる所定の角度である。先端角度αは、杭貫入時のフィン板厚部の支圧抵抗により、フィン溶接部が受けるせん断力を低減する効果から60度以下が望ましい。さらに、フィン長lfはフィン5の杭本体3の取り付け側における下端と上端を直線で結んだときの距離、フィン水平長lfhはフィン5の下端と上端の杭本体3の中心軸直角方向における長さであり、いずれも、フィン5の板厚中心で判断する。 In Figure 1, lt indicates the distance (50 mm or less) from the bottom end of the pile body 3 to the bottom end of the fin 5. α indicates the tip angle of the fin 5. Here, the tip angle α of the fin 5 is a predetermined angle determined from the relationship between the workability and bearing capacity required for the pile 1. The tip angle α is preferably 60 degrees or less to reduce the shear force received by the fin weld due to the bearing resistance of the fin plate thickness when the pile is inserted. Furthermore, the fin length lf is the distance when a straight line is drawn between the bottom end and the top end of the fin 5 on the attachment side of the pile body 3, and the fin horizontal length lfh is the length of the bottom end and top end of the fin 5 in the direction perpendicular to the central axis of the pile body 3, and both are determined at the center of the plate thickness of the fin 5.

本実施の形態に係る杭1においてフィン5を上記の通り限定した理由を説明するに先立ち、フィン5が配設された杭1に引き抜き荷重が作用した際の引き抜き支持力発揮挙動を説明する。 Before explaining why the fins 5 in the pile 1 of this embodiment are limited as described above, we will explain how the pile 1 with the fins 5 exerts its pull-out support force when a pull-out load acts on it.

図2に、図1(a)に示した杭1に引き抜き荷重が作用した際の引き抜き支持力発揮挙動の概念図を示す。図2において、引き抜き支持力発揮地盤13は、杭1の引き抜き時に引き抜き支持力を発揮するために抵抗する地盤を示している。なお、引き抜き支持力発揮地盤13はフィン上端付近では地盤の内部摩擦角の効果で広がり、一定の距離を離れると広がる効果が薄れ、円柱型にすべり面を形成する。また地盤の内部摩擦角による広がり効果は地盤が強固なほど高まる。 Figure 2 shows a conceptual diagram of the behavior of the pull-out bearing capacity when a pull-out load acts on the pile 1 shown in Figure 1 (a). In Figure 2, the pull-out bearing capacity ground 13 shows the ground that resists in order to exert a pull-out bearing capacity when the pile 1 is pulled out. Note that the pull-out bearing capacity ground 13 spreads near the top end of the fin due to the effect of the internal friction angle of the ground, and the spreading effect weakens when it moves away from the fin by a certain distance, forming a cylindrical slide surface. Furthermore, the spreading effect due to the internal friction angle of the ground increases the stronger the ground is.

引き抜き支持力は、杭1を引き抜く際に抵抗する引き抜き支持力発揮地盤13の範囲が広いほど大きくなる。そのため、前述した特許文献1に開示されている鋼管杭に用いられるようなスパイラルリブに比べ、杭本体3の表面から杭1の径方向への突出量の大きいフィン5を用いることで引き抜き支持力発揮地盤13が広範囲となり、高い効果を発揮できる。また、フィン5が存在することによって、引き抜き支持力を高めるだけでなく、杭1の押し込み時にもフィン5の下端付近では地盤の内部摩擦角の効果で押し込み支持力発揮地盤(図示せず)が広がるため、押し込み支持力も合わせて向上する。 The pull-out bearing capacity increases as the area of the pull-out bearing capacity ground 13 that resists when the pile 1 is pulled out becomes wider. Therefore, compared to the spiral ribs used in the steel pipe piles disclosed in the aforementioned Patent Document 1, the use of fins 5 that protrude from the surface of the pile body 3 by a large amount in the radial direction of the pile 1 increases the area of the pull-out bearing capacity ground 13, and a high effect can be achieved. Furthermore, the presence of the fins 5 not only increases the pull-out bearing capacity, but also improves the compressive bearing capacity by expanding the compressive bearing capacity ground (not shown) near the bottom end of the fins 5 due to the effect of the internal friction angle of the ground when the pile 1 is pushed in.

次に、本実施の形態に係る杭1におけるフィン5の限定理由を図1~図5を参照して述べる。先ず、本発明の効果を得るのに必要な条件である「フィンの枚数(下限)」、「鉛直長」及び「傾斜角度」について説明する。 Next, the reasons for limiting the fins 5 in the pile 1 according to this embodiment will be described with reference to Figures 1 to 5. First, the "number of fins (lower limit)", "vertical length" and "inclination angle", which are conditions necessary to obtain the effects of the present invention, will be explained.

(フィンの枚数(下限))
フィン5は2枚以上とする。杭1の引き抜き支持力は、前述した図2に示すように、引き抜き支持力発揮地盤13による抵抗で発揮される。そして、フィン5の枚数が多いほどフィン5から地盤へ伝わる力が高まり、フィン上端付近における引き抜き支持力発揮地盤13での地盤の内部摩擦角の効果が高まり、引き抜き支持力は高まる。また、フィン5が存在することによって、引き抜き支持力を高めるだけでなく、杭1の押し込み時にもフィン5の下端付近では地盤の内部摩擦角の効果で押し込み支持力発揮地盤が広がるため、押し込み支持力も合わせて向上する。また、先に述べたように、フィン5が存在する(即ち、フィン5は1枚以上)ことで、引き抜き支持力を高めるだけでなく押し込み支持力も合わせて向上する。なぜならば、先に述べたように、杭1の押し込み時にもフィン5の下端付近では地盤の内部摩擦角の効果で押し込み支持力発揮地盤が広がるからである。そのため、フィン5の枚数は、杭1に要求される施工性と引き抜き支持力と押し込み支持力とによって決定される。さらに、本実施の形態においては、杭1を安定して軸方向へ貫入させるために、2枚以上とする。
(Number of fins (minimum))
The number of fins 5 is two or more. The pull-out bearing capacity of the pile 1 is exerted by the resistance of the pull-out bearing capacity exerting ground 13, as shown in FIG. 2 described above. The more the number of fins 5, the higher the force transmitted from the fins 5 to the ground, and the higher the effect of the internal friction angle of the ground in the pull-out bearing capacity exerting ground 13 near the upper end of the fin, and the higher the pull-out bearing capacity. In addition, the presence of the fins 5 not only increases the pull-out bearing capacity, but also improves the compressive bearing capacity, since the compressive bearing capacity exerting ground spreads due to the effect of the internal friction angle of the ground near the lower end of the fins 5 when the pile 1 is pushed in. In addition, as described above, the presence of the fins 5 (i.e., one or more fins 5) not only increases the pull-out bearing capacity, but also improves the compressive bearing capacity. This is because, as described above, the compressive bearing capacity exerting ground spreads due to the effect of the internal friction angle of the ground near the lower end of the fins 5 when the pile 1 is pushed in. Therefore, the number of fins 5 is determined based on the workability, pull-out bearing capacity, and compressive bearing capacity required for the pile 1. Furthermore, in this embodiment, the number of fins 5 is set to two or more in order to stably penetrate the pile 1 in the axial direction.

(鉛直長)
鉛直長lfvは、杭本体3の外径Dに対して0.5倍以上1.75倍以下である(図1参照)。ここで、鉛直長lfvは、図1に示すように、杭本体3の中心軸方向におけるフィン板厚中心の下端と上端の距離である。
(Vertical length)
The vertical length lfv is 0.5 to 1.75 times the outer diameter D of the pile body 3 (see FIG. 1). Here, the vertical length lfv is the distance between the lower end and the upper end of the fin thickness center in the central axis direction of the pile body 3, as shown in FIG.

鉛直長lfvが上記の範囲を満たすものであることの理由を、図3に基づいて説明する。図3は、支持層15が下方に存在する地盤11に杭1を貫入させる場合における杭1の鉛直方向における貫入位置と支持層15との関係を模式的に示した図である。図3(a)は、フィン5の上端が支持層15内に位置する場合、図3(b)は、フィン5の上端が支持層15内に位置しない場合である。 The reason why the vertical length lfv satisfies the above range will be explained with reference to Figure 3. Figure 3 is a schematic diagram showing the relationship between the vertical penetration position of pile 1 and supporting layer 15 when pile 1 is penetrated into ground 11 with supporting layer 15 below. Figure 3(a) shows the case where the upper end of fin 5 is located within supporting layer 15, and Figure 3(b) shows the case where the upper end of fin 5 is not located within supporting layer 15.

一般的に杭に引き抜き支持力と押し込み支持力の向上が要求される地盤は、層厚の厚い軟弱な地盤の下に支持層(硬質な地盤)が存在するものである。なぜならば、軟弱な地盤では、杭本体と地盤との間の周面摩擦による引き抜き支持力と押し込み支持力を期待できないためである。本実施の形態に係る杭1では、押し込み支持力は、フィン5が存在することによって引き抜き支持力を高めるだけでなく、押し込み支持力も合わせて向上する。なぜならば、先に述べたように、杭1の押し込み時にもフィン5の下端付近では地盤の内部摩擦角の効果で押し込み支持力発揮地盤が広がるからである。一方、本実施の形態に係る杭1では、引き抜き支持力は、引き抜き支持力発揮地盤13による抵抗で発揮される。そのため、引き抜き支持力発揮地盤13を十分に広範囲とするため、地盤の内部摩擦角が大きい強固な地盤である支持層15内にフィン5の上端が位置することが望ましい。また、確実に支持層15内にフィン5の上端が位置するためには、性能を損なわない範囲内でフィン長lfは短い方が望ましい。 In general, the ground that requires the pile to have improved pull-out and compressive bearing capacity is one in which a bearing layer (hard ground) exists under a thick, soft ground. This is because in a soft ground, pull-out and compressive bearing capacity due to peripheral friction between the pile body and the ground cannot be expected. In the pile 1 according to this embodiment, the presence of the fin 5 not only increases the pull-out bearing capacity, but also improves the compressive bearing capacity. This is because, as mentioned above, the compressive bearing capacity exerting ground spreads near the lower end of the fin 5 due to the effect of the internal friction angle of the ground when the pile 1 is pushed in. On the other hand, in the pile 1 according to this embodiment, the pull-out bearing capacity is exerted by the resistance of the pull-out bearing capacity exerting ground 13. Therefore, in order to make the pull-out bearing capacity exerting ground 13 sufficiently wide, it is desirable that the upper end of the fin 5 is located in the bearing layer 15, which is a solid ground with a large internal friction angle of the ground. Also, to ensure that the upper end of the fin 5 is positioned within the support layer 15, it is desirable to have the fin length lf as short as possible without impairing performance.

しかしながら、フィン長lfが短すぎると、鋼管製の杭本体3にフィン5を溶接する際に、治具によるフィン5の仮固定が難しくなり、フィン5の取り付け時の作業性が悪くなる。治具の大きさは杭本体3の外径に応じて変化することから、本実施の形態に係る杭1においては、フィン長lfが短すぎないようにするべく、鉛直長lfvは、杭本体3の外径の0.5倍以上とする。 However, if the fin length lf is too short, it becomes difficult to temporarily fix the fin 5 with a jig when welding the fin 5 to the steel pipe pile body 3, and the workability of installing the fin 5 deteriorates. Since the size of the jig changes depending on the outer diameter of the pile body 3, in the pile 1 according to this embodiment, the vertical length lfv is set to be 0.5 times or more the outer diameter of the pile body 3 so that the fin length lf is not too short.

一方、同施工条件下においてフィン長lfが長すぎると、図3(b)に示すように、フィン5の上端が支持層15に貫入されず、十分な引き抜き支持力を発揮できない。 On the other hand, if the fin length lf is too long under the same construction conditions, as shown in Figure 3(b), the upper end of the fin 5 does not penetrate into the support layer 15, and sufficient pull-out support force cannot be exerted.

また、支持層15の条件によっては、支持層15への杭1の貫入量を増やすことは可能である。しかしながら、実用上想定する深度に到達する前に杭1の貫入が打ち止めとなる場合も多く、フィン長lfを不用意に長くすると、フィン5の上端が支持層15内に位置しないリスクが高まる。一般に打込み杭工法における支持層への貫入量の目安は、施工機械や杭本体の強度を考慮して杭本体の外径の2倍程度とされる。そこで、本実施の形態に係る杭1においては、安定してフィン5を支持層15へ貫入させ、フィン5の上端を支持層15内に位置させ、十分な引き抜き支持力発揮地盤13による抵抗で引き抜き支持力を発揮させるため、鉛直長lfvは杭本体3の外径Dの1.75倍以下とする。 Depending on the conditions of the supporting layer 15, it is possible to increase the penetration amount of the pile 1 into the supporting layer 15. However, in many cases, the penetration of the pile 1 stops before reaching the depth assumed for practical use, and if the fin length lf is carelessly increased, the risk that the upper end of the fin 5 will not be located in the supporting layer 15 increases. In general, the guideline for the penetration amount into the supporting layer in the driving pile method is about twice the outer diameter of the pile body, taking into account the strength of the construction machine and the pile body. Therefore, in the pile 1 according to this embodiment, in order to stably penetrate the fin 5 into the supporting layer 15, position the upper end of the fin 5 in the supporting layer 15, and exert a sufficient pull-out bearing force by the resistance of the ground 13 that exerts a pull-out bearing force, the vertical length lfv is set to 1.75 times or less of the outer diameter D of the pile body 3.

(傾斜角度)
傾斜角度βは、杭本体3の中心軸に対して0度以上45度以下である(図1参照)。ここで、傾斜角度βは、フィン長lfの1/2位置における点を回転中心としたときの杭本体3の中心軸に対する角度とする。
(Tilt angle)
The inclination angle β is between 0 and 45 degrees with respect to the central axis of the pile body 3 (see FIG. 1). Here, the inclination angle β is the angle with respect to the central axis of the pile body 3 when the point at 1/2 of the fin length lf is set as the center of rotation.

傾斜角度βを上記の範囲とする理由は以下のとおりである。図4に、傾斜角度βが1~45度の杭1を地盤11に鉛直貫入させる際の施工概念を示す。 The reason for setting the inclination angle β in the above range is as follows. Figure 4 shows the construction concept when a pile 1 with an inclination angle β of 1 to 45 degrees is driven vertically into the ground 11.

傾斜角度βが0度以上1度未満の場合(図1(a))、杭本体3の中心軸に対して略平行なフィン5(垂直フィン)となるため、一般的な鋼管杭と同様の鉛直貫入となる。一方、傾斜角度βが1度以上45度以下の場合(図1(b))、杭本体3の中心軸に対して傾斜したフィン5(傾斜フィン)となるため、杭1に鉛直荷重を与えた際、地中でフィン5の間を土がすり抜けて(図4の黒塗り矢印)、杭1が回転しながら貫入することで施工される。すなわち、杭本体3の中心軸に対してフィン5が取り付けられた杭1に鉛直荷重が与えられた場合、杭本体3が回転することでフィン5による貫入抵抗を緩和させることができる。 When the inclination angle β is between 0 degrees and 1 degree (Fig. 1(a)), the fins 5 (vertical fins) are approximately parallel to the central axis of the pile body 3, resulting in vertical penetration similar to that of a typical steel pipe pile. On the other hand, when the inclination angle β is between 1 degree and 45 degrees (Fig. 1(b)), the fins 5 (inclined fins) are inclined to the central axis of the pile body 3, so that when a vertical load is applied to the pile 1, the soil slips through between the fins 5 in the ground (black arrows in Fig. 4), and the pile 1 penetrates while rotating. In other words, when a vertical load is applied to the pile 1 with the fins 5 attached to the central axis of the pile body 3, the pile body 3 rotates, reducing the penetration resistance of the fins 5.

杭1の引き抜き支持力は、前述した図2に示すように、引き抜き支持力発揮地盤13による抵抗で発揮される。そして、傾斜角度βが大きいほどフィン5から地盤へ伝わる力が高まり、フィン上端付近における引き抜き支持力発揮地盤13での地盤の内部摩擦角の効果が高まり、引き抜き支持力は高まる。その一方で、傾斜角度βが大きいと、貫入時の抵抗力が大きくなり、施工効率が悪くなる。そのため。傾斜角度βは、引き抜き支持力のみならず貫入抵抗についても考慮する必要がある。以下、傾斜角度と貫入抵抗との関係について説明する。 As shown in FIG. 2, the pull-out bearing capacity of the pile 1 is exerted by the resistance of the pull-out bearing capacity exerting ground 13. The larger the inclination angle β, the stronger the force transmitted from the fin 5 to the ground, and the stronger the effect of the internal friction angle of the ground in the pull-out bearing capacity exerting ground 13 near the top end of the fin, thereby increasing the pull-out bearing capacity. On the other hand, if the inclination angle β is large, the resistance force during penetration increases, and construction efficiency decreases. For this reason, the inclination angle β must be considered not only in terms of the pull-out bearing capacity but also in terms of the penetration resistance. The relationship between the inclination angle and the penetration resistance will be explained below.

図5に、傾斜角度βを30度(図5(a))及び60度(図5(b))とした場合における、杭1を鉛直荷重により地盤11に回転貫入した際のフィン5に作用する力を示す。なお、図5においては、杭1及び杭本体3の図示は省略した。 Figure 5 shows the force acting on the fin 5 when the pile 1 is rotated and inserted into the ground 11 by a vertical load when the inclination angle β is 30 degrees (Figure 5(a)) and 60 degrees (Figure 5(b)). Note that the pile 1 and pile body 3 are not shown in Figure 5.

杭に鉛直荷重を与えて地盤11に貫入させると、地盤11からフィン5に垂直抗力が作用し、これに伴い、杭本体3を中心軸回りに回転させる回転力(「フィン推進力」という)が作用する。具体的には、フィン5に対する垂直抗力を、地盤11の鉛直方向とこの鉛直方向に直交する方向とに分力する。この鉛直方向に直交する方向の分力が、「フィン推進力」に相当する。図5においては、地盤11の鉛直方向が杭本体3の軸方向に、地盤11の鉛直方向と直交する方向が杭本体3の外周に対する接線方向に、それぞれ一致する。そのため、フィン推進力は杭本体3の回転力となる。 When a vertical load is applied to the pile to penetrate the ground 11, a normal force acts on the fin 5 from the ground 11, and a rotational force (called the "fin thrust force") acts on the pile body 3 around its central axis. Specifically, the normal force on the fin 5 is divided into the vertical direction of the ground 11 and a direction perpendicular to the vertical direction. This component force perpendicular to the vertical direction corresponds to the "fin thrust force." In FIG. 5, the vertical direction of the ground 11 coincides with the axial direction of the pile body 3, and the direction perpendicular to the vertical direction of the ground 11 coincides with the tangent direction to the outer periphery of the pile body 3. Therefore, the fin thrust force becomes a rotational force on the pile body 3.

ここで、傾斜角度βが30度の場合(図5(a))と60度の場合(図5(b))とを比較すると、傾斜角度βが大きい60度の場合においてはフィン推進力が小さくなっている。このように、傾斜角度βが大きすぎると推進力が小さくなり、その結果、貫入抵抗が大きくなる。 Comparing the case where the inclination angle β is 30 degrees (Figure 5(a)) with the case where it is 60 degrees (Figure 5(b)), the fin thrust force is smaller when the inclination angle β is large at 60 degrees. In this way, when the inclination angle β is too large, the thrust force is smaller, and as a result, the penetration resistance is large.

そこで、本実施の形態では、鉛直荷重に対するフィン推進力(杭本体3の回転力)の割合が大きく減少せず、杭本体3の回転力を失わずに杭1の貫入ができるようにするため、傾斜角度βを45度以下とした。 Therefore, in this embodiment, the inclination angle β is set to 45 degrees or less so that the ratio of the fin thrust force (the rotational force of the pile body 3) to the vertical load does not decrease significantly and the pile 1 can be penetrated without losing the rotational force of the pile body 3.

なお、本実施の形態では、傾斜角度βの下限値を0度以上としているが、施工時において杭本体3を回転させながら貫入し、貫入抵抗を緩和するため、傾斜角度βを1度以上とするのが好ましい。 In this embodiment, the lower limit of the inclination angle β is set to 0 degrees or more, but since the pile body 3 is rotated while being inserted during construction, and this reduces the resistance to insertion, it is preferable to set the inclination angle β to 1 degree or more.

次に、選択条件である「フィン下端位置」、「フィン上端位置」、「フィン幅」、「フィンの枚数(上限)」及び「フィンの間隔」について説明する。これらの選択条件は、杭の使用、杭の施工目的、貫入させる地盤及び支持層等によって、必要に応じて設定することができる。 Next, we will explain the selection conditions "fin lower end position," "fin upper end position," "fin width," "number of fins (upper limit)," and "fin spacing." These selection conditions can be set as necessary depending on the use of the pile, the purpose of the pile construction, the ground and supporting layer to be penetrated, etc.

(フィン下端位置)
フィン5の下端位置は、杭本体3の下端からフィン5の下端までの距離ltが50mm以下になるように設定することが好ましい(図1参照)。これは、フィン5の取り付け位置は杭本体3の下端に近いほど望ましく、杭本体3の下端の加工性や、例えば鋼管製の杭本体3にあってはフィン5を杭本体3に取り付ける際の溶接性等を考慮したものである。
(Fin bottom position)
The lower end position of the fin 5 is preferably set so that the distance lt from the lower end of the pile main body 3 to the lower end of the fin 5 is 50 mm or less (see FIG. 1). This is because the attachment position of the fin 5 is preferably as close to the lower end of the pile main body 3 as possible, taking into consideration the workability of the lower end of the pile main body 3 and, for example, the weldability when attaching the fin 5 to the pile main body 3 in the case of a pile main body 3 made of a steel pipe.

(フィン上端位置)
フィン5の上端位置は、杭本体3の下端から杭本体3の外径Dの2倍以下とすることが好ましい(図1参照)。フィン5の上端位置に関しては、前述した図3(a)に示したように、フィン5を安定して支持層15に貫入させて支持層15内にフィン5の上端を位置させる観点によるものである。
(Fin top position)
The position of the upper end of the fin 5 is preferably set to be not more than twice the outer diameter D of the pile body 3 from the lower end of the pile body 3 (see Fig. 1). The position of the upper end of the fin 5 is set from the viewpoint of stably penetrating the support layer 15 and positioning the upper end of the fin 5 within the support layer 15, as shown in Fig. 3(a) described above.

(フィン幅)
フィン幅wfは、フィン板厚tfの2倍以上とすることが好ましい。また、フィン幅wfは、杭本体3の外径の1/2以下とすることが好ましい(図1参照)。ここで、フィン幅wfとは、図1に示すように、フィン長lfの1/2位置におけるフィン周方向の長さである。引き抜き支持力は、杭1を引き抜く際に抵抗する引き抜き支持力発揮地盤13の範囲が広いほど大きくなる。このため、杭本体3の表面からの突出量が大きいほど引き抜き支持力発揮地盤13が広範囲となり、高い効果を発揮できる。
(Fin width)
The fin width wf is preferably at least twice the fin plate thickness tf. The fin width wf is preferably at most 1/2 the outer diameter of the pile body 3 (see FIG. 1). Here, the fin width wf is the circumferential length of the fin at 1/2 the fin length lf, as shown in FIG. 1. The pull-out bearing capacity increases as the range of the pull-out bearing capacity exerting ground 13 that resists when the pile 1 is pulled out increases. Therefore, the larger the amount of protrusion from the surface of the pile body 3, the wider the range of the pull-out bearing capacity exerting ground 13, and the greater the effect.

フィン幅wfの下限は、杭本体3へのフィン5の取り付け性を考慮したものである。フィン幅wfの上限は、フィン5の最外縁を通る仮想円の外径をフィン外径Df(図1参照)としたとき、施工性の観点から、フィン外径Dfは杭本体3の外径の2倍程度までであることが好ましいためである。 The lower limit of the fin width wf takes into consideration the ease of attaching the fin 5 to the pile body 3. The upper limit of the fin width wf is set because, from the viewpoint of workability, when the outer diameter of an imaginary circle passing through the outermost edge of the fin 5 is the fin outer diameter Df (see Figure 1), it is preferable that the fin outer diameter Df be up to about twice the outer diameter of the pile body 3.

(フィンの枚数(上限)及び間隔)
フィン5を取り付ける枚数は16枚以下とするのが好ましい。また、隣り合うフィン5の間隔は、下限として杭本体3の外径Dの1/16以上とするのが好ましい。また、上限としては1/2以下とするのが好ましい。ここで、隣り合うフィン5の間隔は、杭本体3の外周方向におけるフィン5の板厚中心の距離とする。
(Number of fins (maximum) and spacing)
The number of fins 5 to be attached is preferably 16 or less. The lower limit of the interval between adjacent fins 5 is preferably 1/16 or more of the outer diameter D of the pile main body 3. The upper limit of the interval is preferably 1/2 or less. Here, the interval between adjacent fins 5 is the distance between the center of the thickness of the fins 5 in the circumferential direction of the pile main body 3.

フィン5の枚数及び間隔を上記の範囲とする理由は以下のとおりである。杭1を安定して軸方向に貫入するためには最低でも2枚のフィンが必要であり、2枚のフィン5が杭本体3の外周方向において等間隔に取り付けられている場合、フィン間隔は、杭本体3の外周長さの1/2となる。一方、フィン5を取り付ける枚数の上限については、杭本体3に鋼管を用いた場合、フィン5は一般的に溶接等で杭本体3に後付けされるため、必要な作業スペースを考慮すると、16枚以下とするのが好ましい。すると、杭本体3の外周方向において等間隔に16枚のフィン5が取り付けられている場合、隣り合うフィン5の間隔は、杭本体3の外周長さの1/16となる。なお、上記範囲内であればフィン5の枚数が多いほど、費用はかかるがフィン5の上端の支圧面積が大きくなるため、地盤への荷重伝達力が高まり、引き抜き支持力は向上する。 The reason for setting the number and spacing of the fins 5 within the above range is as follows. At least two fins are required to stably penetrate the pile 1 in the axial direction, and when two fins 5 are attached at equal intervals around the periphery of the pile body 3, the fin spacing is 1/2 the periphery of the pile body 3. On the other hand, when a steel pipe is used for the pile body 3, the fins 5 are generally attached to the pile body 3 later by welding or the like, so considering the required work space, it is preferable to set the upper limit of the number of fins 5 to 16 or less. Then, when 16 fins 5 are attached at equal intervals around the periphery of the pile body 3, the spacing between adjacent fins 5 is 1/16 of the periphery of the pile body 3. Note that within the above range, the more fins 5 are used, the more expensive it is, but the larger the bearing area at the top of the fins 5 is, so the load transmission force to the ground is increased and the pull-out bearing force is improved.

以上、本発明の実施の形態に係る杭1によれば、支持層への貫入が少ない条件であっても高い引き抜き支持力と高い押し込み支持力を発揮することができる。そのため、支持層に多く貫入するための力がより小さくて済み、施工に用いる機械の小型化が可能となる。これにより、施工スペースの制約、騒音や振動、貫入不良、杭体の破損等の施工トラブルの発生を抑制することができ、施工性、経済性、環境面に優れた杭を提供することができる。 As described above, the pile 1 according to the embodiment of the present invention can exert high pull-out support force and high push-in support force even under conditions where penetration into the supporting layer is small. Therefore, less force is required to penetrate the supporting layer, and the machinery used for construction can be made smaller. This makes it possible to suppress the occurrence of construction problems such as construction space restrictions, noise and vibration, poor penetration, and damage to the pile body, and provides a pile that is excellent in terms of construction, economy, and the environment.

さらに、本発明の実施の形態に係る杭1は、特に、高い引き抜き支持力と押し込み支持力とが要求される港湾構造物に対して好ましく適用できる。ここでいう港湾構造物とは、桟橋、岸壁の控え杭等を示す。また港湾構造物の他に、洋上風力基礎、建築基礎、橋脚基礎、又は、岩盤アンカー等にも、同様に適用することが可能である。これらの構造物も、高い引き抜き支持力と押し込み支持力とが要求される場合があるためである。 Furthermore, the pile 1 according to the embodiment of the present invention is particularly suitable for port structures that require high pull-out and compressive load bearing capacity. Port structures here refer to piers, quay wall support piles, and the like. In addition to port structures, the pile 1 can also be similarly applied to offshore wind power foundations, building foundations, pier foundations, bedrock anchors, and the like. This is because these structures may also require high pull-out and compressive load bearing capacity.

なお、本実施の形態に係る杭1は、前述した図3に示したように、支持力の最大限効果を発揮する支持層へ貫入させることが最も好ましい使用形態である。このような使用形態に限らず、本発明は、支持層に貫入しない摩擦杭への適用や斜杭への適用も可能である。さらに、一般的な鋼管杭(素管とも呼ばれる)に対して、引き抜き支持力と押し込み支持力とを向上させることができる。 As shown in FIG. 3, the most preferable use of the pile 1 according to this embodiment is to penetrate into the supporting layer where the bearing capacity is maximized. The present invention is not limited to such use, and can also be applied to friction piles that do not penetrate into the supporting layer and to inclined piles. Furthermore, the pull-out bearing capacity and the push-in bearing capacity can be improved compared to general steel pipe piles (also called bare pipes).

なお、フィン5は、上記のフィン間隔の範囲内であれば不等間隔で取り付けられたものであってもよい。また、フィン5は、必ずしも杭本体3の中心軸に対して軸対称に取り付ける必要はなく、適切な設計、施工管理を行うことで、非対称に取り付けられたものであってもよい。また、図1に示すフィン5は、杭本体3の中心軸に対して右回りに回転するように取り付けられたものであるが、左回りに回転するよう取り付けられたものであっても良い。また、杭頭部にフィンを取り付けても良いが、施工時に発生する杭の回転を阻害することとなり、地盤を乱す要因となるので、杭頭部にはフィンを取り付けない方が好ましい。なお、フィンが略平行の場合も、地盤の状態や荷重のかかり方によって杭の回転は生じる場合がある。 The fins 5 may be attached at unequal intervals within the above-mentioned fin spacing range. The fins 5 do not necessarily need to be attached symmetrically with respect to the central axis of the pile body 3, and may be attached asymmetrically by appropriate design and construction management. The fins 5 shown in FIG. 1 are attached so as to rotate clockwise with respect to the central axis of the pile body 3, but they may also be attached so as to rotate counterclockwise. Fins may be attached to the pile head, but they will hinder the rotation of the pile that occurs during construction and cause disturbance to the ground, so it is preferable not to attach fins to the pile head. Even if the fins are approximately parallel, the pile may rotate depending on the condition of the ground and the way the load is applied.

また、本実施の形態に係る杭1は、鋼管製の杭本体に鋼板製のフィンを取り付けた鋼管杭に限らず、コンクリート杭についても適用できる。コンクリート杭の場合にあっては、フィンも型枠によってコンクリートで作製すればよい。 The pile 1 according to this embodiment is not limited to steel pipe piles in which steel plate fins are attached to a steel pipe pile body, but can also be applied to concrete piles. In the case of concrete piles, the fins can also be made from concrete using a formwork.

上記の説明では、物の発明として杭を説明したが、本発明の実施の形態に係る杭1は、杭本体3の下端部に配設されたフィン5の上端が支持層内に位置するように貫入する施工方法で使用することができる。この施工方法により、本実施の形態に係る杭1を支持層が存在する地盤に貫入させることができる。なお、この場合に使用される杭1を地盤に貫入させるための施工方法は、特に限定されない。公知、既知、又は、未知の杭の施工方法を用いることが可能である。 In the above explanation, a pile has been described as an invention of a product, but the pile 1 according to the embodiment of the present invention can be used in a construction method in which the pile is penetrated so that the upper end of the fin 5 disposed at the lower end of the pile body 3 is located within the supporting layer. This construction method allows the pile 1 according to the present embodiment to be penetrated into the ground where a supporting layer exists. Note that the construction method used in this case for penetrating the pile 1 into the ground is not particularly limited. Publicly known, previously known, or unknown pile construction methods can be used.

さらに、本発明の実施の形態に係る杭1については、打込み杭工法又は圧入工法により地盤に貫入する施工方法が適用可能である。さらに、本実施の形態に係る杭1は、これらの施工方法で用いる杭として非常に適している。それは、次の理由による。 Furthermore, the pile 1 according to the embodiment of the present invention can be applied to a construction method in which the pile is driven into the ground using a driving pile method or a press-in method. Furthermore, the pile 1 according to the embodiment of the present invention is highly suitable as a pile to be used with these construction methods. This is for the following reasons.

一般的に、施工時に杭に荷重を与えた際に発生する抵抗力が小さいほど施工性は高まる。本実施の形態に係る杭1は、傾斜角度β(図1(b)参照)が比較的小さいため、鉛直荷重に対する抵抗力が小さく、鉛直荷重による施工である打込み杭工法又は圧入工法に適していると言える。ただし、貫入時の抵抗力を最小限にするためには、施工時に回転方向の拘束が生じないよう留意する必要がある。 In general, the smaller the resistance force generated when a load is applied to a pile during construction, the easier it is to construct. The pile 1 according to this embodiment has a relatively small inclination angle β (see FIG. 1(b)), so it has low resistance to vertical loads and is suitable for pile driving or press-in construction methods, which use vertical loads. However, in order to minimize resistance force during penetration, care must be taken to avoid rotational constraints during construction.

次に、本実施の形態に係る杭1を打込み杭工法で施工した例と、圧入工法で施工した例とを説明する。先ず、打込み杭工法の場合は、錘等のハンマーを落下させ杭頭に打撃荷重を与える方法や杭を振動させることで一時的に地盤の強度を下げ、相対的に自重による鉛直荷重を増大させ、杭を貫入する。一方、圧入工法の場合は、杭頭に静的な圧入荷重を鉛直方向に与えることで杭を貫入する。これらの施工方法を用いる場合でも、杭本体3の下端部に配設されたフィン5の上端が支持層内に位置するように地盤に杭を貫入させるのが、より好ましい施工方法となる。 Next, an example of the pile 1 according to this embodiment constructed by the driving pile method and an example of the pile constructed by the press-in method will be described. First, in the case of the driving pile method, a hammer such as a weight is dropped to apply an impact load to the pile head, or the pile is vibrated to temporarily reduce the strength of the ground and relatively increase the vertical load due to its own weight, and the pile is penetrated. On the other hand, in the case of the press-in method, the pile is penetrated by applying a static press-in load to the pile head in the vertical direction. Even when using these construction methods, it is more preferable to penetrate the pile into the ground so that the upper end of the fin 5 arranged at the lower end of the pile body 3 is located within the supporting layer.

また、本実施の形態に係る杭1を備えた構造物に、本実施の形態に係る杭1を用いたものであってもよい。 The pile 1 according to this embodiment may also be used in a structure equipped with the pile 1 according to this embodiment.

ここで、前述したように、構造物の中でも港湾構造物、洋上風力基礎、建築基礎、橋脚基礎、又は、岩盤アンカー等に対して、本発明に係る杭は特に適している。 As mentioned above, the piles of the present invention are particularly suitable for structures such as port structures, offshore wind power foundations, building foundations, bridge pier foundations, and bedrock anchors.

また、本実施の形態に係る杭1は、杭1を地盤に貫入する工程を備えた構造物の構築方法において用いることができる。 The pile 1 according to this embodiment can also be used in a method for constructing a structure that includes a process of driving the pile 1 into the ground.

また、本実施の形態に係る杭1は、前述した杭1の施工方法を備える構造物の構築方法においても用いることができる。 The pile 1 according to this embodiment can also be used in a method for constructing a structure that includes the construction method for the pile 1 described above.

また、上記の説明では、物の発明として杭を説明したが、本実施の形態に係る杭1は、以下のような設計方法によって設計される。杭本体の下端部に2枚以上の板状のフィンが前記杭本体の外周面に配設された杭を設計する杭の設計方法であって、前記各フィンは、鉛直長が前記杭本体の外径の0.5倍以上1.75倍以下、傾斜角度が前記杭本体の中心軸に対して0度以上45度以下、となるように設定する。 In the above explanation, the pile was described as an invention of a product, but the pile 1 according to this embodiment is designed by the following design method. This is a pile design method for designing a pile having two or more plate-shaped fins arranged on the outer periphery of the lower end of the pile body, in which the vertical length of each fin is set to be 0.5 to 1.75 times the outer diameter of the pile body, and the inclination angle is set to be 0 degrees to 45 degrees with respect to the central axis of the pile body.

なお、本発明における杭の設計方法の各構成要件の順序は、上記の記載の順序に限定されるものではない。また、隣り合うフィンの間隔、フィンの下端位置と上端位置、及びフィン幅といった各選択条件の好適範囲については、上記のとおり本実施の形態に係る杭1について説明した内容と同じである。そのため、これら各選択条件は、必要に応じて杭1について説明した好適範囲で設定することが好ましい。 The order of each component of the pile design method of the present invention is not limited to the order described above. In addition, the preferred ranges of each selection condition, such as the spacing between adjacent fins, the bottom and top end positions of the fins, and the fin width, are the same as those described for the pile 1 in this embodiment, as described above. Therefore, it is preferable to set each of these selection conditions within the preferred ranges described for the pile 1 as necessary.

また、本実施の形態に係る杭1は、以下のような設計方法によっても設計される。まず、本実施の形態に係る杭1が目標とする引き抜き支持力を設定する。次に、杭1に要求される引き抜き支持力に応じて、傾斜角度βとフィン枚数の上限とを設定する。傾斜角度βとフィン枚数の上限は、引き抜き支持力への影響が大きいためである。これらの条件を設定するに際して、施工性を優先する場合は、傾斜角度βを減らし、許容範囲内でフィン枚数を増やす。一方、経済性を優先する場合は、許容範囲内で傾斜角度βを増やし、許容範囲内でフィン枚数を減らす。 The pile 1 according to this embodiment is also designed by the following design method. First, the target pull-out bearing capacity of the pile 1 according to this embodiment is set. Next, the inclination angle β and the upper limit of the number of fins are set according to the pull-out bearing capacity required of the pile 1. This is because the inclination angle β and the upper limit of the number of fins have a large effect on the pull-out bearing capacity. When setting these conditions, if workability is prioritized, the inclination angle β is reduced and the number of fins is increased within the allowable range. On the other hand, if economy is prioritized, the inclination angle β is increased within the allowable range and the number of fins is reduced within the allowable range.

その後、傾斜角度βとフィン枚数を決定した後、鉛直長lfvの下限値を、杭1に要求される引き抜き支持力に応じて設定する。鉛直長lfvを決定するに際して、施工性を優先する場合は、許容範囲内で鉛直長lfvを増やし、経済性を優先する場合は、許容範囲内で鉛直長lfvを減らす。 After that, after determining the inclination angle β and the number of fins, the lower limit of the vertical length lfv is set according to the pull-out bearing capacity required of the pile 1. When determining the vertical length lfv, if workability is prioritized, the vertical length lfv is increased within the allowable range, and if economy is prioritized, the vertical length lfv is decreased within the allowable range.

さらに、本実施の形態に係る杭1の設計方法においては、鉛直長lfvに加え、フィン幅wfを、杭1に要求される引き抜き支持力に応じて設定することが好ましい。フィン幅wfを決定するに際して、杭1の施工性を優先する場合は、許容範囲内でフィン幅wfを減らし、許容範囲内で鉛直長lfvを増やす。一方、経済性を優先する場合はフィン幅wfを増やし、許容範囲内で鉛直長lfvを減らす。 Furthermore, in the design method for pile 1 according to this embodiment, in addition to vertical length lfv, it is preferable to set fin width wf according to the pull-out bearing capacity required of pile 1. When determining fin width wf, if priority is given to workability of pile 1, reduce fin width wf within the allowable range and increase vertical length lfv within the allowable range. On the other hand, if priority is given to economy, increase fin width wf and decrease vertical length lfv within the allowable range.

なお、本実施の形態に係る杭1の設計方法において、「許容範囲」とは、杭1に要求とする引き抜き支持力に応じて設定する範囲としてもよいし、又は、上記の本実施の形態に係る杭1で説明したフィン5の各条件の範囲内としてもよい。 In the design method for the pile 1 according to this embodiment, the "allowable range" may be a range set according to the pull-out bearing capacity required for the pile 1, or may be within the range of each condition of the fin 5 described above for the pile 1 according to this embodiment.

さらに、本実施の形態に係る杭1は、以下のような製造方法によって製造される。杭本体の下端部に2枚以上の板状のフィンが前記杭本体の外周面に配設された杭を製造する杭の製造方法であって、前記各フィンは、鉛直長が前記杭本体の外径の0.5倍以上1.75倍以下、傾斜角度が前記杭本体の中心軸に対して0度以上45度以下、となるように形成する。 Furthermore, the pile 1 according to this embodiment is manufactured by the following manufacturing method. This is a method for manufacturing a pile having two or more plate-shaped fins arranged on the outer peripheral surface of the lower end of the pile body, and each of the fins is formed so that the vertical length is 0.5 to 1.75 times the outer diameter of the pile body and the inclination angle is 0 degrees to 45 degrees with respect to the central axis of the pile body.

なお、本発明における杭の製造方法の各構成要件の順序は、上記の記載の順序に限定されるものではない。また、本実施の形態に係る杭1の製造方法において、隣り合うフィン5の間隔、フィン5の下端位置と上端位置、及びフィン幅の各選択条件の好適範囲については、本実施の形態に係る杭1について説明した内容と同じである。そのため、これら各選択条件は、必要に応じて杭1で説明した好適範囲で形成することが好ましい。 The order of the components of the pile manufacturing method of the present invention is not limited to the order described above. In addition, in the manufacturing method of pile 1 according to this embodiment, the preferred ranges of the selection conditions for the spacing between adjacent fins 5, the lower end position and upper end position of fin 5, and the fin width are the same as those described for pile 1 according to this embodiment. Therefore, it is preferable to form each of these selection conditions within the preferred ranges described for pile 1 as necessary.

[実施例]
本発明の作用効果を検証する解析を行ったので、以下、これについて説明する。当該解析では、図6に示す3次元FEMモデル21を用い、杭23の引き抜き支持力を求めた。
[Example]
An analysis was carried out to verify the effects of the present invention, which will be described below. In the analysis, the pull-out bearing capacity of a pile 23 was calculated using a three-dimensional FEM model 21 shown in FIG.

検証用の3次元FEMモデル21は、鋼管製の杭本体25と鋼板製のフィン27とを備えた杭23(杭本体25の外径(D)609.6mm、板厚12mm、長さ9.34m)を地盤31の中央に配置し、杭23の下端部側が1.22m(杭本体の外径の2倍)埋め込まれた状態とした。地盤31は、外径12m、高さ12mの円筒形とし、深度8.12mの位置に上層33(N値20)と下層35(N値50)を分ける地層境界を設け、実際の地盤における支持層を模擬した。杭23及び地盤31の材料データは、降伏点で2次勾配が変化するバイリニア型の弾塑性モデルとし、杭23と地盤31の間には接触や摩擦等の相互作用挙動を考慮可能な要素を取り入れた。 In the 3D FEM model 21 for verification, a pile 23 (outer diameter (D) of the pile body 25 is 609.6 mm, plate thickness is 12 mm, length is 9.34 m) equipped with a steel pipe pile body 25 and a steel plate fin 27 is placed in the center of the ground 31, and the lower end side of the pile 23 is embedded 1.22 m (twice the outer diameter of the pile body). The ground 31 is cylindrical with an outer diameter of 12 m and a height of 12 m, and a stratum boundary is provided at a depth of 8.12 m to separate the upper layer 33 (N value 20) and the lower layer 35 (N value 50), simulating the bearing layer in an actual ground. The material data of the pile 23 and the ground 31 is a bilinear type elastoplastic model with a secondary gradient that changes at the yield point, and elements that can take into account interactive behavior such as contact and friction are incorporated between the pile 23 and the ground 31.

そして、杭23に対して鉛直方向上方に引き抜き荷重を与えたときの載荷荷重と引き抜き量の関係を算出し、杭23の引き抜き支持力を求めた。なお、一般的な鋼管杭の引き抜き支持力は、基準引き抜き量時の載荷荷重とされ、基準引き抜き量は、鋼管の外径の0.1倍又はフィン外径の0.1倍とされている。そこで、本実施例においては、基準引き抜き量は、杭本体25の外径の0.1倍とし、該基準引き抜き量時の載荷荷重を引き抜き荷重とした。 Then, the relationship between the applied load and the pull-out amount when a pull-out load was applied vertically upward to the pile 23 was calculated to determine the pull-out bearing capacity of the pile 23. Note that the pull-out bearing capacity of a typical steel pipe pile is the applied load at the standard pull-out amount, and the standard pull-out amount is 0.1 times the outer diameter of the steel pipe or 0.1 times the outer diameter of the fin. Therefore, in this embodiment, the standard pull-out amount is 0.1 times the outer diameter of the pile body 25, and the applied load at the standard pull-out amount is the pull-out load.

さらに、本実施例では、杭23におけるフィン27の形状を変更したときの引き抜き支持力を求めた。杭23におけるフィン27の形状等の仕様を以下に示す(図1参照)。8枚のフィン27を杭本体25の外周面に等間隔に設けた。鉛直長lfvは、杭本体25の外径Dの1倍、1.75倍及び2.5倍(1D、1.75D及び2.5D)とした。杭本体25の下端からフィン27の下端までの距離ltは50mmとした。フィン幅wfは、杭本体25の外径の0.25倍とした。このとき、フィン外径Dfは、杭本体25の外径Dの1.5倍とした。傾斜角度βは、0度又は9.46度とした。フィン27の先端角度αは、60度とした。さらに、フィン板厚tfは、25mmとした。なお、当該仕様は、鉛直長lfvを杭本体25の外径の2.5倍とした場合を除き、本発明の範囲内である。 Furthermore, in this embodiment, the pull-out bearing capacity was obtained when the shape of the fins 27 in the pile 23 was changed. The specifications of the shape and the like of the fins 27 in the pile 23 are shown below (see FIG. 1). Eight fins 27 were provided at equal intervals on the outer peripheral surface of the pile body 25. The vertical length lfv was set to 1, 1.75, and 2.5 times (1D, 1.75D, and 2.5D) the outer diameter D of the pile body 25. The distance lt from the lower end of the pile body 25 to the lower end of the fin 27 was set to 50 mm. The fin width wf was set to 0.25 times the outer diameter of the pile body 25. At this time, the fin outer diameter Df was set to 1.5 times the outer diameter D of the pile body 25. The inclination angle β was set to 0 degrees or 9.46 degrees. The tip angle α of the fin 27 was set to 60 degrees. Furthermore, the fin plate thickness tf was set to 25 mm. This specification is within the scope of the present invention, except when the vertical length lfv is 2.5 times the outer diameter of the pile body 25.

図7に、傾斜角度βを0度とした杭23において鉛直長lfvを変更した場合の載荷荷重と引き抜き量の関係を示す。ここで、図7には基準引き抜き量も示す。 Figure 7 shows the relationship between the load and the pull-out amount when the vertical length lfv is changed for pile 23 with an inclination angle β of 0 degrees. Here, Figure 7 also shows the standard pull-out amount.

一般に、打込み杭工法における支持層への貫入量の目安は、施工機械や杭本体の強度を考慮して、杭本体の外径の2倍程度とされる。そこで、本実施例においては、この点を考慮して、支持層への杭の貫入量を杭本体3の外径の2倍(即ち2D)とした。図7より、鉛直長lfvが本発明の範囲内である杭本体25の外径の1倍(1D)と短い場合、最も引き抜き支持力が高いことを確認できた。これは鉛直長lfvが短いことで、フィン27の上端が下層35(支持層)内の深くに位置し、引き抜き支持力発揮地盤がより広くなり、引き抜き支持力が最大限発揮されるためである。また、鉛直長lfvが本発明の範囲内である1.75Dの場合においても、フィン27の上端が下層35内に位置するため、鉛直長lfvが1Dの場合に近い引き抜き支持力が得られた。引き抜き支持力は引き抜き支持力発揮地盤13による抵抗で発揮されるため、フィン上端と支持層上面までの距離が長いほど効果を発揮できることが明らかになった。一方、鉛直長lfvが本発明の範囲外である杭本体25の外径の2.5倍(2.5D)と長い場合、フィン27の上端が下層35(支持層)に位置しないため、引き抜き支持力発揮地盤13による抵抗が不足し、引き抜き支持力が十分に発揮されなかった。 In general, the guideline for the penetration amount into the bearing layer in the driving pile method is about twice the outer diameter of the pile body, taking into account the strength of the construction machine and the pile body. Therefore, in this embodiment, taking this point into consideration, the penetration amount of the pile into the bearing layer is set to twice the outer diameter of the pile body 3 (i.e., 2D). From FIG. 7, it was confirmed that the pull-out bearing capacity is the highest when the vertical length lfv is short, 1 time (1D) the outer diameter of the pile body 25, which is within the range of the present invention. This is because the upper end of the fin 27 is located deep in the lower layer 35 (bearing layer) due to the short vertical length lfv, and the pull-out bearing capacity is exerted to the maximum extent because the pull-out bearing capacity is exerted on a wider ground. Also, even when the vertical length lfv is 1.75D, which is within the range of the present invention, the upper end of the fin 27 is located in the lower layer 35, so that the pull-out bearing capacity is close to that when the vertical length lfv is 1D. Since the pull-out bearing capacity is exerted by the resistance of the pull-out bearing capacity exerting ground 13, it was revealed that the longer the distance between the top end of the fin and the top surface of the bearing layer, the more effective it is. On the other hand, when the vertical length lfv is as long as 2.5 times (2.5D) the outer diameter of the pile body 25, which is outside the scope of the present invention, the top end of the fin 27 is not located in the lower layer 35 (bearing layer), so the resistance of the pull-out bearing capacity exerting ground 13 is insufficient and the pull-out bearing capacity is not fully exerted.

図8に、傾斜角度βを9.46度とした杭23において鉛直長lfvを変更した場合の載荷荷重と引き抜き量の関係を示す。前述した図7と同様、図8には、鋼管外径の0.1倍に基づく基準引き抜き量も示す。 Figure 8 shows the relationship between the load and the pull-out amount when the vertical length lfv is changed for pile 23 with an inclination angle β of 9.46 degrees. As with Figure 7 described above, Figure 8 also shows the standard pull-out amount based on 0.1 times the outer diameter of the steel pipe.

図8より、フィン27が杭本体25の中心軸に対して傾斜している場合においても、傾斜角度βを0度とした場合と同様に、鉛直長lfvが本発明の範囲内である杭本体25の外径の1倍(1D)のとき、最も引き抜き支持力が高いことを確認できた。また、鉛直長lfvが本発明の範囲内である1.75Dの場合においても、フィン27の上端が下層35内に位置するため、鉛直長lfvが1Dの場合に近い引き抜き支持力が得られた。言い換えると、引き抜き支持力を発揮するためにフィン上端付近において地盤の内部摩擦角の効果で引き抜き支持力発揮地盤13を十分に広げるためには、本実施例によりフィン上端と支持層上面までの距離が0.25D以上あれば十分であることが確認できる。一方、鉛直長lfvが、本発明の範囲外である杭本体25の外径の2.5倍(2.5D)と長い場合、フィン27の上端が下層35(支持層)に位置しないため、引き抜き支持力発揮地盤13による支圧抵抗が不足し、引き抜き支持力が十分に発揮されなかった。さらに、図7と図8の結果を比較すると、フィン27が杭本体25の中心軸に対して傾斜している方が、引き抜き支持力発揮地盤13による支圧抵抗が大きくなり、より引き抜き支持力が高まることも確認できた。また、引き抜き支持力と同じ傾向を示す、押し込み支持力についても高まることが期待できる。 8, it was confirmed that even when the fin 27 is inclined with respect to the central axis of the pile body 25, the pull-out bearing capacity is the highest when the vertical length lfv is 1 time (1D) the outer diameter of the pile body 25, which is within the range of the present invention, as in the case where the inclination angle β is 0 degrees. Also, even when the vertical length lfv is 1.75D, which is within the range of the present invention, the upper end of the fin 27 is located within the lower layer 35, so a pull-out bearing capacity close to that when the vertical length lfv is 1D is obtained. In other words, it can be confirmed that in order to sufficiently expand the pull-out bearing capacity exerting ground 13 near the upper end of the fin by the effect of the internal friction angle of the ground in order to exert the pull-out bearing capacity, a distance of 0.25D or more from the upper end of the fin to the upper surface of the supporting layer is sufficient in this embodiment. On the other hand, when the vertical length lfv is as long as 2.5 times (2.5D) the outer diameter of the pile body 25, which is outside the scope of the present invention, the upper end of the fin 27 is not located in the lower layer 35 (bearing layer), so the bearing resistance of the pull-out bearing capacity exerting ground 13 is insufficient and the pull-out bearing capacity is not fully exerted. Furthermore, when comparing the results of Figures 7 and 8, it was confirmed that when the fin 27 is inclined relative to the central axis of the pile body 25, the bearing resistance of the pull-out bearing capacity exerting ground 13 becomes larger, and the pull-out bearing capacity is further increased. It can also be expected that the compression bearing capacity, which shows the same tendency as the pull-out bearing capacity, will also increase.

本発明によれば、施工に大掛かりな機材を必要とせず、経済性及び環境面に優れ、さらには、支持層への貫入が少ない条件であっても高い引き抜き支持力と高い押し込み支持力を発揮でき、施工トラブルの発生を抑制できる杭、杭の施工方法、構造物、構造物の構築方法、杭の設計方法及び杭の製造方法を提供することができる。 The present invention provides piles, pile construction methods, structures, structure construction methods, pile design methods, and pile manufacturing methods that do not require large-scale equipment for construction, are economical and environmentally friendly, and can exert high pull-out support force and high compressive support force even under conditions of low penetration into the supporting layer, thereby suppressing the occurrence of construction problems.

1 杭
3 杭本体
5 フィン
11 地盤
13 引き抜き支持力発揮地盤
15 支持層
21 3次元FEMモデル
23 杭
25 杭本体
27 フィン
31 地盤
33 上層
35 下層
Reference Signs List 1 Pile 3 Pile body 5 Fin 11 Ground 13 Ground exerting pull-out bearing capacity 15 Bearing layer 21 3D FEM model 23 Pile 25 Pile body 27 Fin 31 Ground 33 Upper layer 35 Lower layer

Claims (6)

杭本体の下端部に2枚以上の板状のフィンが前記杭本体の外周面に配設された、打込み杭工法又は圧入工法で施工される杭であって、
前記各フィンは、
鉛直長が前記杭本体の外径の0.5倍以上1.75倍以下、該鉛直長の下限値が前記杭に要求される引き抜き支持力に基づいて設定され、
傾斜角度が、前記杭に要求される引き抜き支持力に基づいて設定され、前記杭本体の中心軸に対して0度以上1度未満、
下端位置が、前記杭本体の下端位置より上方であって、前記杭本体の下端位置までの距離が50mm以下の位置にある、杭。
A pile constructed by a driving pile method or a press-in method, in which two or more plate-shaped fins are arranged on the outer peripheral surface of the pile body at the lower end of the pile body,
Each of the fins is
The vertical length is 0.5 to 1.75 times the outer diameter of the pile body, and the lower limit of the vertical length is set based on the pull-out bearing capacity required for the pile,
The inclination angle is set based on the pull-out bearing capacity required for the pile, and is 0 degrees or more and less than 1 degree with respect to the central axis of the pile body;
A pile whose lower end position is higher than the lower end position of the pile body and is located at a distance of 50 mm or less from the lower end position of the pile body.
請求項1に記載の杭を支持層が存在する地盤に貫入する杭の施工方法であって、
前記杭に配設された前記フィンの上端が、前記支持層内に位置するように貫入する、杭の施工方法。
A method for constructing a pile by inserting the pile according to claim 1 into ground having a bearing layer,
A pile construction method, in which the fin arranged on the pile penetrates the pile so that an upper end of the fin is positioned within the supporting layer.
請求項1に記載の杭を備える構造物。 A structure comprising the piles according to claim 1. 請求項1に記載の杭を備えた構造物の構築方法であって、
前記杭を地盤に貫入する工程を含む、構造物の構築方法。
A method for constructing a structure comprising the piles according to claim 1, comprising the steps of:
A method for constructing a structure, comprising the step of driving the pile into ground.
杭本体の下端部に2枚以上の板状のフィンが前記杭本体の外周面に配設された、打込み杭工法又は圧入工法で施工される杭を設計する杭の設計方法であって、
前記各フィンは、
鉛直長が前記杭本体の外径の0.5倍以上1.75倍以下、該鉛直長の下限値が前記杭に要求される引き抜き支持力に基づいて設定され、
傾斜角度が、前記杭に要求される引き抜き支持力に基づいて設定され、前記杭本体の中心軸に対して0度以上1度未満、
下端位置が、前記杭本体の下端位置より上方であって、前記杭本体の下端位置までの距離が50mm以下の位置にあるように設定する、杭の設計方法。
A method for designing a pile to be constructed by a driving pile method or a press-in method, in which two or more plate-shaped fins are arranged on the outer peripheral surface of the pile body at the lower end of the pile body,
Each of the fins is
The vertical length is 0.5 to 1.75 times the outer diameter of the pile body, and the lower limit of the vertical length is set based on the pull-out bearing capacity required for the pile,
The inclination angle is set based on the pull-out bearing capacity required for the pile, and is 0 degrees or more and less than 1 degree with respect to the central axis of the pile body;
A method for designing a pile, in which the lower end position is set to be higher than the lower end position of the pile body and the distance to the lower end position of the pile body is set to be 50 mm or less.
杭本体の下端部に2枚以上の板状のフィンが前記杭本体の外周面に配設された、打込み杭工法又は圧入工法で施工される杭を製造する杭の製造方法であって、
前記各フィンは、
鉛直長が前記杭本体の外径の0.5倍以上1.75倍以下、該鉛直長の下限値が前記杭に要求される引き抜き支持力に基づいて設定され、
傾斜角度が、前記杭に要求される引き抜き支持力に基づいて設定され、前記杭本体の中心軸に対して0度以上1度未満、
下端位置が、前記杭本体の下端位置より上方であって、前記杭本体の下端位置までの距離が50mm以下の位置にあるように形成する、杭の製造方法。
A method for manufacturing a pile constructed by a driving pile method or a press-in method, in which two or more plate-shaped fins are arranged on the outer peripheral surface of the pile body at the lower end of the pile body,
Each of the fins is
The vertical length is 0.5 to 1.75 times the outer diameter of the pile body, and the lower limit of the vertical length is set based on the pull-out bearing capacity required for the pile,
The inclination angle is set based on the pull-out bearing capacity required for the pile, and is 0 degrees or more and less than 1 degree with respect to the central axis of the pile body;
A method for manufacturing a pile, in which the lower end position is formed so as to be higher than the lower end position of the pile body and so as to be 50 mm or less away from the lower end position of the pile body.
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