特許 7344538 螺旋状杭

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-06

(45)【発行日】2023-09-14

(54)【発明の名称】螺旋状杭

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/56 20060101AFI20230907BHJP

   E02D 27/00 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

E02D5/56

E02D27/00 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019100844

(22)【出願日】2019-05-30

(65)【公開番号】P2020193516

(43)【公開日】2020-12-03

【審査請求日】2022-04-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000227593

【氏名又は名称】日之出水道機器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永田 誠

(72)【発明者】

【氏名】谷 陽介

【審査官】彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】特許第５９３２１２４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０－１０６４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１５１１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００３４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４８１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１２３４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３３７２６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ５／５６

Ｅ０２Ｄ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤への貫入向きに沿う中心軸を通る羽根であって、前記中心軸から直に両側へ突出するとともに前記中心軸に沿って螺旋状に形成された羽根を含む螺旋部と、
前記螺旋部の基端側と連続し、前記貫入向きの外力である貫入力を受ける頭部と
を備え、
前記螺旋部は、
螺旋の半回転に相当する前記中心軸沿いの長さであるピッチを、外径を示す幅で除したピッチ幅比が、２．０以上、かつ、７．０以下であり、前記頭部が前記貫入力を受けると前記地盤に対して前記中心軸まわりに回転しながら前記地盤へ貫入する、螺旋状杭。

【請求項2】

前記螺旋部は、
前記ピッチ幅比が、４．０以上、かつ、６．５以下である、請求項１に記載の螺旋状杭。

【請求項3】

地盤への貫入向きに沿う中心軸を通る羽根であって、前記中心軸から直に両側へ突出するとともに前記中心軸に沿って螺旋状に形成された羽根を含む螺旋部と、
基端側が開放され先端側が前記螺旋部の基端側と連続する円筒状であり、貫入の際には、前記貫入向きの外力である貫入力を受けるとともに、貫入後には、被支持構造物を円筒内で支持する頭部と
を備え、
前記螺旋部は、
螺旋の半回転に相当する前記中心軸沿いの長さであるピッチを、外径を示す幅で除したピッチ幅比が、２．０以上、かつ、７．０以下であり、前記頭部が前記貫入力を受けると前記地盤に対して前記中心軸まわりに回転しながら前記地盤へ貫入する、螺旋状杭。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、貫入向きの外力である貫入力で地盤へ貫入する螺旋状杭に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、中心軸の両側へ突出する突出部位が中心軸に沿って螺旋状に設けられる螺旋状杭（スパイラル杭ともいう）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、螺旋状杭の施工方法としては、重機などを用いて螺旋状杭を回転させることで施工を行う回転貫入工法が一般的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－３４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、回転貫入工法は、重機などの大型の施工機を必要とするため、狭い場所での施工が難しいという問題がある。このため、螺旋状杭に対して回転力を付与せずに、打撃や押圧を行う小型の施工機による施工が可能な螺旋状杭が求められている。

【0005】

本発明は、回転力を付与しない施工機による施工が可能な螺旋状杭を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、地盤への貫入向きに沿う中心軸の両側へ突出するとともに中心軸に沿って螺旋状の羽根を含む螺旋部と、螺旋部の基端側と連続し、貫入向きの外力である貫入力を受ける頭部とを備える螺旋状杭である。螺旋部は、螺旋の半回転に相当する中心軸沿いの長さであるピッチを、外径を示す幅で除したピッチ幅比が、２．０以上、かつ、７．０以下であり、頭部が貫入力を受けると地盤に対して中心軸まわりに回転しながら地盤へ貫入する。

【0007】

本発明の一態様において、螺旋部は、ピッチ幅比が、２．０以上、かつ、７．０以下である。ピッチ幅比をかかる数値範囲とすることで、貫入力を効率良く螺旋状杭の回転力へ変換することができ、回転力を付与せずともピッチに沿った施工が可能となる。つまり、貫入力に対する貫入量を高めることができ、少ない貫入力で螺旋状杭を地盤へ貫入させることができる。また、ピッチに沿った施工が可能となるので、周辺の地盤を乱しにくく引抜きの際の抵抗力を高めることができる。これらのことから、打撃や押圧を行う小型の施工機による施工が可能となる。

【0008】

ピッチ幅比は、４．０以上、かつ、６．５以下であることが好ましい。ピッチ幅比をかかる数値範囲とすることで、引抜きの際の抵抗力をさらに高めることができる。

【0009】

本発明の他の態様は、地盤への貫入向きに沿う中心軸の両側へ突出するとともに中心軸に沿って螺旋状の羽根を含む螺旋部と、基端側が開放され先端側が螺旋部の基端側と連続する円筒状であり、貫入の際には、貫入向きの外力である貫入力を受けるとともに、貫入後には、被支持構造物を円筒内で支持する頭部とを備える螺旋状杭である。螺旋部は、螺旋の半回転に相当する中心軸沿いの長さであるピッチを、外径を示す幅で除したピッチ幅比が、２．０以上、かつ、７．０以下であり、頭部が貫入力を受けると地盤に対して中心軸まわりに回転しながら地盤へ貫入する。

【0010】

本発明の他の態様において、螺旋部は、ピッチ幅比が、２．０以上、かつ、７．０以下である。ピッチ幅比をかかる数値範囲とすることで、貫入力を効率良く螺旋状杭の回転力へ変換することができ、回転力を付与せずともピッチに沿った施工が可能となる。つまり、貫入力に対する貫入量を高めることができ、少ない貫入力で螺旋状杭を地盤へ貫入させることができる。これにより、打撃や押圧を行う小型の施工機による施工が可能となる。さらに、螺旋状杭の頭部は、基端側が開放され先端側が螺旋部の基端側と連続する円筒状であり、貫入の際には、貫入向きの外力である貫入力を受けるとともに、貫入後には、被支持構造物を円筒内で支持する。したがって、被支持構造物の施工作業が容易となり、施工効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0011】

回転力を付与しない施工機による施工が可能な螺旋状杭を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、螺旋状杭の側面図である。

【図2】図２は、螺旋状杭の上面図である。

【図3】図３は、被支持構造物の一例を示す模式図である。

【図4】図４は、地盤へ貫入中の螺旋状杭を示す模式図である。

【図5】図５は、試験に用いた模型杭のピッチ幅比の一覧を示す図である。

【図6】図６は、試験その１の試験結果を示す図である。

【図7】図７は、図６における引抜き過程の拡大図である。

【図8】図８は、試験その２の試験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して、本願の開示する螺旋状杭の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0014】

また、以下に示す実施形態では、「螺旋」、「円柱」、「円筒」あるいは「鉛直」といった表現を用いるが、厳密にこれらの状態を満たすことを要しない。すなわち、上記した各表現は、製造精度、施工精度などのずれを許容するものとする。また、以下に示す実施形態では、螺旋状杭を貫入向きの打撃によって地盤へ貫入させる場合について主に説明するが、押圧によって地盤へ貫入させることとしてもよい。

【0015】

まず、実施形態に係る螺旋状杭１０の例について図１を用いて説明する。図１は、螺旋状杭１０の側面図である。図１には、螺旋状杭１０の中心軸ＣＬを示している。また、図１には、螺旋状杭１０を地盤へ貫入させる際の貫入向きを示すＺ軸を併せて示している。図１に示すように、螺旋状杭１０は、中心軸ＣＬが貫入向きに沿う姿勢で地盤へ貫入される。なお、かかるＺ軸は、その他の図面においても示す場合がある。

【0016】

図１に示したように、螺旋状杭１０は、螺旋部１２と、頭部１１とを備える。螺旋部１２は、地盤への貫入向き（Ｚ軸正方向）に沿う中心軸ＣＬの両側へ突出するとともに中心軸ＣＬに沿って螺旋状の羽根１２ｂを含む。頭部１１は、螺旋部１２の基端側（Ｚ軸負方向）と連続し、貫入向きの外力である貫入力を受ける。頭部１１の中心軸ＣＬに沿う長さは「ｈ３」である。螺旋状杭１０は、頭部１１が貫入力を受けると地盤に対して中心軸ＣＬまわりに回転しながら地盤へ貫入する。

【0017】

ここで、螺旋部１２は、螺旋の半回転に相当する中心軸ＣＬ沿いの長さであるピッチＰを、外径を示す幅Ｗで除したピッチ幅比ＰＲが、２．０以上、かつ、７．０以下であることが好ましい。ピッチ幅比ＰＲをかかる数値範囲とすると貫入力を効率良く螺旋状杭１０の回転力へ変換することができると考えられるためであるが、ピッチ幅比ＰＲの好ましい数値範囲の根拠やその効果については、図５～図８を用いて後述する。

【0018】

なお、頭部１１は、円柱状や板状などの中実形状とすることとしてもよいが、図１に示したように、頭部１１を上面が開放された有底円筒状の中空形状とすることとしてもよい。図１には、円筒状である頭部１１の内周面１１ｃと、内底面１１ｂとを示している。このように、頭部１１を中空形状とすることで、被支持構造物１００（図３参照）などを挿入することによって容易に支持することが可能となり、被支持構造物１００の設置作業を簡略化することができる。なお、被支持構造物１００の例については図３を用いて後述する。

【0019】

また、図１に示したように、螺旋部１２は、羽根１２ｂと、軸１２ｓとを備える。軸１２ｓは、たとえば、円柱状の中実形状である。軸１２ｓを円柱状などの中実形状とすることで、螺旋状杭１０の強度を高めることができる。なお、軸１２ｓを省略することとしてもよい。

【0020】

羽根１２ｂは、中心軸ＣＬの両側へ突出するとともに中心軸ＣＬに沿って螺旋状の形状である。ここで、羽根１２ｂの中心軸ＣＬに沿う長さは「ｈ１」であり、軸１２ｓの中心軸ＣＬに沿う長さは「ｈ２」である。なお、図１には、螺旋の向きがＺ軸正方向に向けて右回りとした場合を例示したが、左回りとすることとしてもよい。

【0021】

図１に示した螺旋状杭１０は、鋳造品とすることができる。螺旋状杭１０を鋳造品とすることで頭部１１および螺旋部１２の形状の自由度を向上させることができる。また、ピッチ幅比ＰＲを任意の値にすることも容易となる。

【0022】

図２は、螺旋状杭１０の上面図である。図２は、図１に示した螺旋状杭１０をＺ軸負方向からみた図に相当する。図２に示したように、頭部１１は、上面が開放された円筒状であり、内周面１１ｃの下端に内底面１１ｂを有する。

【0023】

図３は、被支持構造物１００の一例を示す模式図である。なお、図３には、道路において車両から歩行者等を保護するために設置される防護柵を被支持構造物１００として例示したが、被支持構造物１００は、道路標識などを支持するポールであってもよく、道路以外の場所にも設置されるフェンス基礎や、看板基礎などであってもよい。また、図３では、２つの脚を有する防護柵を例示したが、脚の数は１つでもよいし、３つ以上であってもよい。螺旋状杭１０は、被支持構造物１００の脚数に応じて予め地盤へ貫入され、被支持構造物１００の各脚をそれぞれ支持する。

【0024】

図３に示すように、地盤２００の地表面ＧＬには、螺旋状杭１０の頭部１１を収容する程度の穴部ＧＨが設けられる。ここで、被支持構造物１００の脚部１１０の間隔は、たとえば、「ｗ１」である。螺旋状杭１０は、地盤２００の穴部ＧＨに配置され、頭部１１が、Ｚ軸正方向の貫入力を受けることで、頭部１１が穴部ＧＨに収容される程度まで地盤２００へ貫入される。各螺旋状杭１０は、それぞれの中心軸ＣＬ間の距離が「ｗ１」となるように地盤２００へ貫入される。

【0025】

このようにして螺旋状杭１０の貫入が完了すると、被支持構造物１００の脚部１１０が頭部１１の円筒内にそれぞれ挿入され、脚部１１０と頭部１１との隙間はモルタルやコンクリートなどで充填される。つまり、螺旋状杭１０の頭部１１は、螺旋状杭１０の貫入後には、被支持構造物１００を円筒内で支持する。なお、頭部１１の円筒部分および被支持構造物１００の脚部１１０の対応する位置にそれぞれ貫通孔を設けておき、被支持構造物１００の挿入後に頭部１１と脚部１１０とをボルトやナット等の締結具で締結することとしてもよい。

【0026】

このように、螺旋状杭１０の頭部１１は、基端側が開放され先端側が螺旋部１２の基端側と連続する円筒状であり、貫入の際には、貫入向きの外力である貫入力を受けるとともに、貫入後には、被支持構造物１００を円筒内で支持する。したがって、被支持構造物１００の設置作業が簡略化され、設置効率を向上させることができる。なお、脚部１１０の挿入後、地盤２００の穴部ＧＨは無収縮モルタルなどの充填材で充填される。

【0027】

図４は、地盤２００へ貫入中の螺旋状杭１０を示す模式図である。図４に示すように、螺旋状杭１０を地盤２００へ貫入させるためには、地盤２００への貫入向き（Ｚ軸正方向）の外力である貫入力Ｆを頭部１１へ作用させる。ここで、貫入力Ｆは、打撃による断続的な外力であってもよいし、押圧による連続的な外力であってもよい。

【0028】

螺旋状杭１０の中心軸ＣＬはＺ軸に沿っており、螺旋部１２の羽根は中心軸ＣＬに沿って螺旋状であるので、貫入力Ｆを受けた螺旋状杭１０は、中心軸ＣＬまわりに回転する。図４に示した場合では、螺旋の向きがＺ軸の正方向に向けて右回りであるので、回転向きＲも右回りとなる。なお、螺旋の向きが反対の場合には、回転向きＲは左回りとなる。

【0029】

このように、地盤２００の穴部ＧＨの底面に頭部１１の外底面が達する程度まで貫入力Ｆを作用させることで、螺旋状杭１０は、中心軸ＣＬまわりに回転しつつ地盤２００へ貫入される。ここで、上記したように、螺旋状杭１０のピッチ幅比ＰＲ（図１参照）を、２．０以上、かつ、７．０以下とすると、ピッチ通りの（周辺の地盤２００を乱さない）施工を行いやすいので、地盤２００への貫入が行いやすく、また、引抜きへの抵抗力（引抜抵抗力）も大きくすることができる。

【0030】

次に、ピッチ幅比ＰＲ（図１参照）の好ましい数値範囲の根拠について図５～図８を用いて説明する。まず、ピッチ幅比ＰＲの数値範囲を検証した試験の概略について説明する。従来、螺旋状杭の施工方法としては、杭を回転させることによって施工を行う回転貫入工法が一般的であった。回転貫入工法を行うためには、重機（バックホーや移動式小型クレーンにオーガーを取り付けたもの、あるいは建柱車など）を用いて杭に回転力を与える必要があり、狭い生活道路などでの施工においては、重機の搬入が困難な場合もある。

【0031】

回転貫入工法以外の施工方法としては、螺旋状杭に対して回転力を付与せずに、杭に打撃力を与える打撃貫入工法があるが、回転貫入工法に用いられる螺旋状杭のピッチ幅比ＰＲは、１．５程度のものが多く、打撃貫入工法を想定したピッチ幅比ＰＲの最適化については未だ不明な点が多かった。そこで、螺旋状杭のピッチ幅比ＰＲをパラメータとして、打撃貫入工法を想定した施工、載荷試験を行い、貫入性や引抜抵抗力を計測した。

【0032】

具体的には、拘束圧として上載圧を付加した砂地盤タンクに対してピッチ幅比ＰＲをそれぞれ変更した模型杭を載荷装置によって押し付け、貫入力（ｋＮ）と、貫入量（ｍｍ）との関係を取得した。試験としては、以下に示す２つの試験（試験その１および試験その２）を行った。

【0033】

試験その１は、貫入過程では螺旋状杭の回転を自由にし、引抜き過程では螺旋状杭の回転を固定した「貫入・引抜き試験」である（図６に対応）。具体的には、載荷装置による連続一方向載荷を行い、鉛直下向きに押込み力を載荷した状態で２４０ｍｍの貫入の後、鉛直上向きに力を作用させて４０ｍｍの引抜きを行った。貫入時の載荷速度は２３ｍｍ／ｍｉｎであり、引抜き時の載荷速度は８．８ｍｍ／ｍｉｎである。

【0034】

試験その２は、貫入過程で螺旋状杭の回転を自由にした貫入過程につづいて、回転を固定した押込み過程を実行した「貫入・押込み試験」である（図８に対応）。

【0035】

具体的には、載荷装置による連続一方向載荷を行い、鉛直下向きに押込み力を載荷した状態で２００ｍｍの貫入の後、載荷力を一旦０ｋＮとした後にさらに４０ｍｍの押込みを行った。貫入時の載荷速度は２３ｍｍ／ｍｉｎであり、押込み時の載荷速度は８．８ｍｍ／ｍｉｎである。

【0036】

なお、使用した計測機器は以下の通りである。データの取得を行うデータロガーは、製造元が「（株）共和電業」、型式が「ＴＤＳ－３０３」である。荷重（貫入力）を計測するロードセルは、製造元が「（株）東京測器研究所」、型式が「ＴＣＬＰ－２Ｂ」である。変位（貫入量）を計測する接触式変位計は、製造元が「（株）東京測器研究所」、型式が「ＴＣＬＰ－２Ｂ」である。また、砂地盤タンクの容量は、直径７５０ｍｍ、高さ５００ｍｍであり、模型地盤の材料は硅砂７号、相対密度７５％である。

【0037】

図５は、試験に用いた模型杭のピッチ幅比ＰＲの一覧を示す図である。模型杭は、図１に示した螺旋状杭１０の螺旋部１２における軸１２ｓを省略し、頭部１１を螺旋部１２における羽根１２ｂの厚みと同等の板状（厚みは６ｍｍ）としたものである（図５の「概略図」の項目参照）。頭部１１は、載荷装置への取付部として機能するとともに、載置装置からの貫入力や引抜力を受ける。「ｈ３」は、「１０８ｍｍ」であり、「ｈ１」は、「２００ｍｍ」である。また、概略図には、各模型杭の螺旋部１２（図１参照）に相当するピッチＰおよび幅Ｗを示している。なお、図５には、８種類のピッチ幅比ＰＲの模型杭と、参考のため、筒状（杭名称が「ｐｐ」）および板状（杭名称が「ｐｔ」）の２種類の模型杭とを示している。試験では、これらの計１０種類の模型杭についてのデータを取得した。なお、模型杭の幅Ｗ（図１参照）は、いずれも３２ｍｍである。

【0038】

杭名称が「ｐｗ１．５」の模型杭は、ピッチＰ（図１参照）が４８ｍｍ、ピッチ幅比ＰＲ（図１参照）が１．５（＝４８／３２）である。「ｐｗ１．５」は、回転貫入工法に用いられる一般的なピッチ幅比ＰＲである。

【0039】

杭名称が「ｐｗ２．５」の模型杭は、ピッチＰが８０ｍｍ、ピッチ幅比ＰＲ２．５（＝８０／３２）である。杭名称が「ｐｗ３．５」の模型杭は、ピッチＰが１１２ｍｍ、ピッチ幅比ＰＲ３．５（＝１１２／３２）である。杭名称が「ｐｗ４．０」の模型杭は、ピッチＰが１２８ｍｍ、ピッチ幅比ＰＲ４．０（＝１２８／３２）である。杭名称が「ｐｗ４．５」の模型杭は、ピッチＰが１４４ｍｍ、ピッチ幅比ＰＲ４．５（＝１４４／３２）である。杭名称が「ｐｗ５．０」の模型杭は、ピッチＰが１６０ｍｍ、ピッチ幅比ＰＲ５．０（＝１６０／３２）である。杭名称が「ｐｗ５．５」の模型杭は、ピッチＰが１７６ｍｍ、ピッチ幅比ＰＲ５．５（＝１７６／３２）である。杭名称が「ｐｗ６．５」の模型杭は、ピッチＰが２０８ｍｍ、ピッチ幅比ＰＲ６．５（＝２０８／３２）である。なお、杭名称が「ｐｐ」の模型杭は、幅Ｗ（外径）が３２ｍｍ、筒厚が３ｍｍで、下面が開放された有底円筒状の中空形状を有しており、杭名称が「ｐｔ」の模型杭は、幅Ｗが３２ｍｍの板状である。

【0040】

図６は、試験その１の試験結果を示す図である。試験その１は、上記した「貫入・引抜き試験」に対応する。つまり、２４０ｍｍの貫入の後、４０ｍｍの引抜きを行っている。ここで、図６に示した試験結果は、図５に示した各模型杭について、「貫入・引抜き試験」を３回ずつ行い、模型杭ごとに３回分の平均値をグラフ化したものである。なお、例外的に、「ｐｗ６．５」の模型杭については「貫入・引抜き試験」の回数は２回である。

【0041】

横軸は、貫入力（ｋＮ）であり、縦軸は、貫入量（ｍｍ）である。以下では、図５に示した杭名称「ｐｗ１．５」に対応するグラフを「ｐｗ１５」、「ｐｗ２．５」に対応するグラフを「ｐｗ２５」、「ｐｐ」に対応するグラフを「ｐｐ」のように記載する。ここで、貫入力（横軸）が０以上の領域は、「貫入過程」に対応し、貫入力（横軸）が０未満の領域は、「引抜き過程」に対応する。なお、「引抜き過程」については図７の拡大図を用いて後述する。

【0042】

図６に示したように、各グラフは、貫入力と貫入量との関係が概ね比例関係にある（貫入力は右向きが正、貫入量は下向きが正のため右下がり）。貫入量が２４０ｍｍに到達した際の貫入力が最大であるのは、ｐｐであり、最小であるのは、ｐｔである。また、ｐｐの次に貫入力が大きいのは、ｐｗ１５であり、ｐｐの８０％程度である。

【0043】

以下、貫入力が大きい順に、概ね、ｐｗ２５、ｐｗ３５、ｐｗ４５、ｐｗ５０、ｐｗ４０、ｐｗ５５およびｐｗ６５となっており、ｐｗ２５は、ｐｗ１５の６５％程度、ｐｗ６５は、ｐｗ１５の４５％程度である。つまり、ピッチ幅比ＰＲを２．５以上とすると、ピッチ幅比ＰＲが１．５の場合と比べて貫入力を３０％以上削減することができることがわかる。これらのことから、ピッチ幅比ＰＲを２．０とした場合にも、ピッチ幅比ＰＲが１．５の場合と比べて貫入力の削減効果が類推される。また、図６では、ピッチ幅比ＰＲの最大値が６．５である場合を示したが、ピッチ幅比ＰＲが７．０であっても、ｐｗ４０あるいはｐｗ４５と同等以上の貫入力の削減効果が類推される。

【0044】

図７は、図６における引抜き過程の拡大図である。引抜き過程では貫入量が２４０ｍｍから２００ｍｍまで４０ｍｍの引抜きを行っている。図７に示すように、貫入力の負領域において絶対値が最も大きいのは、ｐｗ４５であり、最も小さいのは、ｐｔである。ここで、貫入力の絶対値が大きいこと（マイナス値が大きいこと）は、引抜きにくいこと、すなわち、引抜抵抗力が大きいことを示している。

【0045】

また、ｐｗ１５～ｐｗ６５は、概ね、貫入量が２３０ｍｍ～２３５ｍｍで貫入力の絶対値が最大となっている。貫入力の絶対値が大きい順に、ｐｗ４５、ｐｗ５０、ｐｗ５５、ｐｗ４０、ｐｗ６５、ｐｗ３５、ｐｗ２５、ｐｗ１５、ｐｐおよびｐｔとなっており、ｐｗ２５は、ｐｗ１５の２倍程度、ｐｗ４０およびｐｗ６５は、ｐｗ１５の２．８倍程度、ｐｗ５５は、ｐｗ１５の３倍程度、ｐｗ５０は、ｐｗ１５の３．３倍程度、ｐｗ４５は、ｐｗ１５の３．５倍程度である。つまり、ピッチ幅比ＰＲを２．５以上とすると、ピッチ幅比ＰＲが１．５の場合と比べて引抜抵抗力を２倍以上大きくすることができることがわかる。これらのことから、ピッチ幅比ＰＲを２．０とした場合にも、ピッチ幅比ＰＲが１．５の場合と比べて引抜抵抗力の増大効果が類推される。また、ピッチ幅比ＰＲを４．０以上とするとピッチ幅比ＰＲが３．５以下よりも引抜抵抗力を安定して高めることができる。さらに、ピッチ幅比ＰＲを４．０以上、かつ、６．５以下とすると、引抜抵抗力をさらに高めることができる。さらに、ピッチ幅比ＰＲを４．５以上、かつ、５．０以下とすると、引抜抵抗力をさらに高めることができる。また、図７では、ピッチ幅比ＰＲの最大値が６．５である場合を示したが、ピッチ幅比ＰＲが７．０であっても、ｐｗ３５あるいはｐｗ２５と同等以上の引抜抵抗力の増大効果が類推される。

【0046】

図６および図７に示したグラフによれば、貫入過程で必要となる貫入力が最も大きいｐｗ１５の引抜抵抗力が最も小さくなっているのに対し、ピッチ幅比ＰＲが大きくなると貫入過程で必要となる貫入力が小さくなり、かつ、引抜抵抗力は大きくなっている。このことから、ｐｗ１５は貫入過程においては周りの地盤を壊しながら（乱しながら）貫入しており、螺旋部１２（図１参照）における羽根１２ｂの上面に地盤との間の隙間ができるような貫入をしていることが推測され、その結果として引抜抵抗力が小さくなっているものと考えられる。これに対し、ピッチ幅比ＰＲが大きい場合は、貫入過程における貫入力を効率良く回転に変換しながらの貫入ができており、周辺地盤の乱れが小さい貫入が実現できていると推測される。その結果、貫入に必要な力が小さくなるとともに、羽根１２ｂにおける螺旋状面と地盤との間に隙間が生じにくく、引抜抵抗力が大きくなっていると考えられる。

【0047】

図８は、試験その２の試験結果を示す図である。試験その２は、上記した「貫入・押込み試験」に対応する。つまり、模型杭を回転自由とした２００ｍｍの貫入の後、回転固定として４０ｍｍの押込みを行っている。ここで、図８に示した試験結果は、図５に示した各模型杭について、「貫入・押込み試験」を３回ずつ行い、模型杭ごとに３回分の平均値をグラフ化したものである。なお、例外的に、「ｐｗ５．０」および「ｐｗ６．５」の模型杭については、「貫入・押込み試験」の回数は１回である。

【0048】

横軸および縦軸については図６と同様である。なお、貫入力の正領域において、貫入量が２００ｍｍまでの領域が「貫入過程」に対応し、２００ｍｍよりも大きい領域が「押込み過程」に対応する点が図６とは異なる。なお、図６に示した「引抜き過程」はない。また、以下では、図６に示した試験その１と異なる点について主に説明することとする。

【0049】

図８に示したように、貫入過程において貫入量が２００ｍｍに達するといったん貫入力を０として模型杭を回転固定として貫入量が２４０ｍｍに達するまで押込み過程を実行した。押込み過程を経て貫入量が２４０ｍｍに到達した際の貫入力が最大であるのは、ｐｐであり、最小であるのは、ｐｔである。また、ｐｐの次に貫入力が大きいのは、ｐｗ１５であり、ｐｐの９５％程度である。以下、貫入力が大きい順に、概ね、ｐｗ２５、ｐｗ３５、ｐｗ５０、ｐｗ５５、ｐｗ４５、ｐｗ４０およびｐｗ６５となっており、ｐｗ２５は、ｐｗ１５の８５％程度、ｐｗ６５は、ｐｗ１５の７０％程度である。

【0050】

ここで、押込み過程における貫入力の上昇率（押込み過程完了時の貫入力／貫入過程完了時の貫入力）は、ｐｗ１５の１．３倍程度に対してｐｗ２５では１．８倍程度に上昇した。つまり、ピッチ幅比ＰＲを２．５以上とすると、ピッチ幅比ＰＲが１．５の場合と比べ、押込み過程における貫入力の貫入過程における貫入力に対する上昇率が大きいことがわかる。つまり、ピッチ幅比ＰＲが大きいほど、回転自由な貫入過程における貫入力、すなわち、施工に必要な力が小さくてすむことがわかる。また、回転固定では地盤へ貫入しにくいこと、すなわち、沈み込みにくいこともわかる。これらのことから、ピッチ幅比ＰＲを２．０とした場合にも、ピッチ幅比ＰＲが１．５の場合と比べて沈み込み防止効果が類推される。

【0051】

図８におけるｐｗ１５によれば、貫入過程と押込み過程の貫入力が、貫入量２００ｍｍの線を境にして階段状にはならず、ほぼ連続の線になっている。つまり、ｐｗ１５においては、貫入過程と押込み過程との貫入状況がほとんど同じになっていると推測される。つまり、ｐｗ１５の貫入過程では回転を自由にしているにもかかわらず、ほぼ回転することなく地盤を壊しながら（乱しながら）貫入していると考えられる。このため、回転を強制的に固定にした押込み過程との違いが生じにくいと考えられる。これに対して、ピッチ幅比ＰＲを大きくした模型杭の場合は、貫入過程と押込み過程の貫入力の線が貫入量２００ｍｍの線を境にして明らかに不連続になっている。貫入時に必要な押込み力が小さくなっているのは、模型杭が回転してピッチに沿った施工ができているからであり、その後の押込み過程では回転を固定したことによって、貫入時の抵抗力が階段状に上昇していると考えられる。このことから、ピッチ幅比を大きくすることは、貫入過程においては押込み力を効率良く回転に変換することで、周辺地盤を乱さない貫入を実現するとともに、回転を固定した後は、階段状に大きな支持力を得られるという効果を奏することがわかる。

【0052】

上述したように、ピッチ幅比ＰＲを２．０以上、かつ、７．０以下とすることで、貫入力を効率良く螺旋状杭１０の回転力へ変換することができ、回転力を付与せずともピッチＰに沿った施工、すなわち、周辺の地盤を乱しにくい施工が可能となる。つまり、貫入力に対する貫入量を高めることができ、少ない貫入力で螺旋状杭１０を地盤へ貫入させることができる。これにより、打撃や押圧を行う小型の施工機による施工が可能となる。なお、貫入の際に地盤を乱しにくいことは、引抜きの際の抵抗力を高めることをも意味する。

【0053】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した代表的な実施例に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0054】

１０ 螺旋状杭、 １１ 頭部、 １１ｂ 内底面、 １１ｃ 内周面、 １２ 螺旋部、 １２ｂ 羽根、 １２ｓ 軸、 １００ 被支持構造物、 １１０ 脚部、 ２００ 地盤、 ＣＬ 中心軸、 ＧＬ 地表面、 Ｆ 貫入力、 ＧＨ 穴部、 Ｐ ピッチ、 ＰＲ ピッチ幅比、 Ｒ 回転向き、 Ｗ 幅。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】