专利名称：旋转埋设桩及其施工管理方法
技术领域：
本发明涉及用于建筑物等的基础的钢管桩，特别是涉及带叶片的旋转压入桩及其施工管理办法。
背景技术：
作为建筑物等的基础桩的施工方法的现有的打击施工法或压入施工法施工时存在噪音及震动问题，为解决这一问题，已提出了旋转压入桩的提案。例如，在特公平2-62648号公报中公告了如下的旋转压入桩，该旋转压入桩以用底板将桩主体的前端开口部封闭的闭端桩为基本形状，为缓和贯入阻力，在底板上设置挖掘刀，在桩主体下端部的外侧面设置螺旋状叶片。该旋转压入桩利用前端的挖掘刀使桩主体前端的砂土松软，使叶片以切入的方式钻入其周围的砂土中。
但是，由于叶片设在底板上方的桩主体的侧面，挖掘刀和叶片呈非连续配置，故施工时底板部下方的砂土难于向上方移动，往往不能发挥推进力。特别是，在底板部的地基坚固而叶片附近的地基松软的情况下，为了使砂土向叶片上方移动必须进行大量的挖掘。
虽然为了提高挖掘效果只要在底板上设置较大的刀即可，但在这种情况下，虽然可以提高施工效率，但在停止打桩后的时刻前端的地基仍然松软，不能得到有效的支持力。
作为为了解决这一问题提出的方法，例如在特开平8-226124号公报中提出的钢管桩，该钢管桩是在前端具有螺旋叶片的钢管桩，在钢管桩的钢管前端的上方内侧设置在埋设钢管桩时促进砂土闭塞的开孔凸缘，这样，由于不在以往的钢管桩下端设置底板，所以贯入阻力小，可以以很小的力矩埋设钢管桩，但依然没有提高施工精度。这一般认为是螺旋叶片形状及钢管前端部的形状存在问题的缘故。另外，在特开平8-291518号公报中提出了下述钢管桩，该钢管桩在钢管桩的外周部前端设置了多个螺旋叶片，规定了其间隔、长度、高度等，并在下端设置了不完全叶片，但由于该不完全叶片安装在钢管侧面，故叶片形成360°以上的投影面积，降低了施工性能。
另外，在特开平8-326053号公报中公告了如下的钢管桩，该钢管桩将管状的桩主体的前端部分沿外周切成螺旋状，将具有桩主体的2倍左右的直径的兼作挖掘刀的螺旋状底板固定、安装在桩主体的切开的前端面上。
在该钢管桩中，利用兼作挖掘刀的螺旋状底板可促进桩主体的前端的砂土的挖掘软化，即使桩主体直径变大，向地内的旋转推进也容易，但从基本上而言，其仍然是前端开口部由底板闭塞的闭端桩。因此，施工时底盘部受到地基的反作用力很大。
以降低桩前端的阻力，减小施工时的挖掘力矩为目的，本发明者们以前在特愿平9-314461号中提出了前端开放的开端桩，本发明作为其应用例，进一步飞跃性地大幅度提高了挖掘效率(挖掘力矩的降低和贯入效率的提高)。
该旋转压入用钢管桩的施工方法如图23所示，是利用在钢管桩1的下端部具有螺旋状叶片(以下也称作叶片)2的旋转压入用钢管桩1中的所述叶片将砂土向桩的侧面方向推压，同时发挥推进力的方法。
但是，桩通常要对多个地基进行施工，如何提高每个的施工效率，以短工期进行打桩施工是要点。
上述现有技术在地基100的强度急变等情况下，由于对桩1的下端底板4的阻力在提高基于叶片的推进力时，贯入量变为每转大约5mm以下的状态，形成在叶片下面部产生间隙的状态。最终几乎形成空转，存在使基于叶片的推进力丧失的问题。
为了改善推进力丧失的状态，现有的施工法，如图23所示，在桩头装上向下的荷重F等，稍稍削去底板的地基，继续旋转直至得到推进力。并且，在超过重机能力时要更换重机。
在现有技术中，上述工作需要时间，会造成时间的大量浪费。
又，对安装于底板部的挖掘刀的形状或叶片前端的形状进行了改良等，这些都是为了适应挖掘地基的性质，高效率地对该挖掘地基进行挖掘，由于因挖掘地基的性质不同会导致挖掘效率显著降低，故存在难于更换为对应地基100的性质的最适当的叶片或桩的问题。
为了将建筑物等稳定地建筑于地基上，必须得到符合设计的基础桩的支持力，而桩和地基的状况不能自地上测定确认，故最好能够根据施工记录计算桩的支持力。
但，除了由施工时的打击贯入阻力推定桩的支持力的打击桩以外，尚未开发出可利用施工记录推定支持力的方法。埋入桩和部位打击桩不能自施工时的状况推定桩的支持力。
在现有的旋转压入桩中，施工管理中将挖掘力矩用于支持层的确认。虽然一般认为力矩适合于掌握地基状况，但由于误差很大，故仅以此而评价支持力进行施工管理是伴随有很大的危险的。
作为具体的施工法，现有技术中有下述的方法，即向开端桩施加旋转和荷重使该桩贯入地基的桩的旋转压入施工法和在压入地基的管桩中使螺旋钻杆旋转而挖掘砂土同时使该管桩贯入的内挖施工法。
上述现有技术中叙述的桩的旋转压入施工法是仅将旋转和荷重施加于桩的施工，所以虽然可以进行松软层的施工，但由于土会上升到管桩内，土在达到该管桩内的某种程度时就会接受闭塞效果，从而使阻力变大施工速度减慢。另外，在钻硬的中间层时或埋入硬的支持层时或在桩的直径大的情况下，会形成电机的额定力矩不能输出用于钻通地基的力的状态施工效率就会降低，这是众所周知的，为了解决这一问题以往就必须增大施工机械。
内挖施工法是使螺旋钻杆旋转而管桩不旋转只靠压入进行施工，但这种情况下，存在下述问题，即因螺旋钻杆而上升的废砂土会排出且管桩周围松软的地基几乎得不到改善，故难于得到桩的支持力等问题。另外由于必须挖掘管桩内，故存在如果不使用周面固定液，周面摩擦就会变小的问题。
发明概要本发明的第一目的在于提供一种旋转埋设开端桩，其以桩主体前端开放或前端部整面设置了底板的闭塞了的开端式或闭端式的旋转埋设桩为对象，地基强度急增时表观上的前端阻力减小而容易贯入推进，同时最终得到的支持力也大。
本发明的第二目的在于提供一种可以容易地由施工记录计算、评价前端的支持力，可以确实地得到符合设计的基础的旋转压入桩的施工管理方法，和为使旋转压入桩底板部下方的挖掘砂土易于向叶片上方移动而提供一种贯入性能优良、施工效率提高一个档次的、优良的旋转压入桩。
本发明的第三目的在于提供一种旋转压入用钢管桩的施工方法，其在旋转压入用钢管桩空转的情况下，可迅速解除该空转状态、恢复挖掘推进力、提高贯入效率，同时可促进向未挖掘地基的贯入。
本发明的第四目的在于提供一种旋转压入桩施工法及管桩贯入装置，在地基松软的层中，可将土强制排出到管桩的外侧、进行地基的压实、紧固，在地基硬的层中，可以短时间进行挖掘推进。
本发明的要点如下所述。
本发明的第一方面是一种旋转埋设桩，其使由中空管构成的桩主体1的前端开放或前端部整面设置底板而闭塞，桩主体1的前端部的外侧面1a上设置一片或多片叶片2。
使叶片2(多片时为最下部的叶片)的前端部2a自桩主体1的前端面1b向下方突出。
根据本发明的第二方面的旋转埋设桩，在本发明的第一方面的发明中，使叶片2的前端部2a向半径方向延伸，以使其自桩主体1的内侧面1c突出。
根据本发明的第三方面的旋转埋设桩，在本发明的第一方面或第二发面的发明中，叶片2使用耐磨钢板或低摩擦钢板。
根据本发明的第四方面的旋转埋设桩，在本发明的第一方面至第三方面的任一发明中，在叶片2(多片时为最下部的叶片)的前端部2a附设挖掘刀头3。
根据本发明的第五方面的旋转埋设桩，在本发明的第一方面至第四方面的任一发明中，使叶片2的宽度沿圆周方向变化，使前端部2a最窄上侧部分2b最宽。
根据本发明的第六方面的旋转埋设桩，在本发明的第一方面至第五方面的任一发明中，使叶片2的厚度沿半径方向变化，使与桩主体1的外侧面1a接合的内周侧部分2c最厚、外周侧部分2d最薄。
根据本发明的第七方面的旋转埋设桩，在本发明的第一方面至第六方面的任一发明中，将位于叶片2(多片时为最下部的叶片)下侧的桩主体1的端部沿叶片2切除。
本发明的第八方面是一种旋转埋设桩，其使由中空管构成的桩主体1的前端开放、或前端部整面设置底板而闭塞，桩主体1的前端部的外侧面1a或桩主体1的前端面1b上设置一片或多片叶片2，使设在前端面1b上的叶片2的内周侧部分2c自桩主体1的内侧面1c突出。
本发明的第九方面是一种旋转埋设桩，这种旋转埋设桩是一种在桩主体的前端部设置了底板环的开端桩或在桩主体的前端部设置了底板的闭端桩，在桩下端部的外侧面上设置一片或多片叶片，使该叶片的下端部向底板环或底板下方突出，使该突出部沿桩的半径方向延伸直至达到底板环或底板的一部分或全部，将该延伸部和所述突出部作为挖掘刀。
根据本发明的第十方面的旋转埋设桩，在本发明的第九方面的发明中，使底板环的内侧面自桩主体的内侧面突出，在底板环的上方，在桩主体的内侧面设置砂土的闭塞效果发生环。
本发明的第十一发明是一种旋转埋设桩的施工管理方法，其中该旋转埋设桩在桩下端部的外侧面具有一片或多片叶片，施工时，一边求贯入阻力，一边根据该贯入阻力控制所述旋转埋设桩的贯入继续及/或贯入结束。
根据本发明第十二方面是一种旋转埋设桩的施工管理方法，在本发明第十一方面的发明中，利用下式求所述贯入阻力Rp。
Rp＝{(cosθ-αsinθ)(Ht-Qwh)+(sinθ+αcosθ)Lb}/{(1+γ)(sinθ+αcosθ)+α(Dp′/Dw′)(cosθ-αsinθ)}θ形成与桩中心轴垂直的面的叶片的角度α地基和钢板的摩擦系数Ht将作用于桩前端的力矩置换为作用圆上的水平力的值Lb作用于桩前端的上载荷重Dp′底板或底板部的作用圆的直径Dw′叶片的作用圆的直径Qwh刀尖接受的地基的水平阻力γ垂直刀尖阻力系数
Rp底板环或作为底板的表观面积(也称投影面积)部的底板部承受的地基的贯入阻力根据本发明第十三方面是一种旋转埋设桩的施工管理方法，在本发明第十二方面的发明中，当设叶片的表观面积为Aw，底板部的表观面积为Ap，叶片部的有效率为e(0＜e≤1)，由桩停止打击时的贯入量决定的修正系数为d，桩的前端支持力为Qu时，利用下式Qu＝(Rp/d)×{1+e(Aw/Ap)}评定桩前端支持力Qu。
根据本发明第十四方面是一种旋转埋设桩的施工管理方法，在本发明第十二方面的发明中，当设桩的前端部拉拔耐力为Qup时利用下式Qup≥Rp-Lb评定桩前端拉拔耐力Qup。
本发明的第十五方面是一种旋转埋设桩的施工管理方法，其中该旋转埋设桩在桩下端部的外侧面具有一片或多片叶片，其特征在于，施工时，一边求基于下式的贯入阻力Rp，一边根据该贯入阻力控制所述旋转埋设桩的贯入继续及/或贯入结束。
Rp＝[2πTb+Lb{(1-c)S+cP+απDw′}-QwhπDw′-QwvS]/{(1-c)S+cP+απ(Dp′+Dw′)}α地基和钢板的摩擦系数Tb作用于桩前端的力矩Lb作用于桩前端的上载荷重P叶片节距S每转的贯入量Dp′底板或底板部的作用圆的直径Dw′叶片的作用圆的直径Qwh刀尖承受的地基的水平阻力Qwv刀尖承受的地基的垂直阻力c叶片的强制向上变形引起的地基的消耗能量的系数Rp底板或作为底板的表观面积(也称投影面积)部的底板部承受的地基的贯入阻力本发明第十六方面是一种旋转埋设桩的施工管理方法，在本发明第十五方面的发明中，当设叶片的表观面积为Aw，底板或底板部的表观面积为Ap，由桩停止打击时的贯入量决定的修正系数为d，叶片部的有效率为e(0＜e≤1)，桩的前端支持力为Qu时，利用下式Qu＝(Rp/d)×{1+e(Aw/Ap)}评定桩前端支持力Qu。
本发明第十七方面是一种旋转埋设桩的施工管理方法，在本发明第十五方面的发明中，当设桩的前端部拉拔耐力为Qup时利用下式Qup≥Rp-Lb评定桩前端拉拔耐力Qup。
本发明的第十八方面是一种旋转埋设桩的施工方法，该方法使前端部具有叶片的旋转埋设桩推进、旋转，同时压入地基，当所述旋转埋设桩的贯入显著减慢时，使所述旋转埋设桩倒转，同时拔出适当距离，然后再次使所述旋转埋设桩推进、旋转，同时压入地基。
本发明的第十九方面是一种旋转埋设桩的施工方法，该方法使前端部具有叶片的旋转埋设桩推进、旋转，同时压入地基，当所述旋转埋设桩的贯入显著减慢时，使所述旋转埋设桩倒转，同时至少向上方拔出叶片节距以上，然后，在向桩头施加了向下的荷重的状态下，再次使所述旋转埋设桩推进、旋转，同时压入地基。
本发明的第二十方面是一种旋转埋设桩的施工方法，该方法在旋转压入施工法中并用内挖施工法，在地基的松软的层中，使旋转埋设桩挖掘、旋转、压入，同时将挖掘的土强制排到所述桩的周围，以使土不进入该桩内，在地基坚硬的中间层或支持层等中，进行内挖，同时使挖掘的土进入所述桩内。
本发明的第二十一方面是一种旋转埋设桩的施工方法，该方法在上述内挖施工法中，当埋设桩向支持层贯入时，使挖掘的土进入埋设桩内，同时，自螺旋钻前端喷射灰泥浆、水泥浆等固化材料，使其和埋设桩前端部分成一体固化，固定支持层并停止打击。
本发明的第二十二方面是一种旋转埋设桩的施工方法，该方法向在开端的旋转埋设桩主体的前端侧外设置挖掘叶片而构成的桩的内部，插入内挖用的螺旋钻，该内挖用的螺旋钻通过设置与该桩的旋转分别控制旋转的、自下方开始适当长度的螺旋状叶片而构成，在地基的松软的层中，使所述桩挖掘旋转、压入，由所述挖掘叶片挖土，同时，将该土强制排到所述桩主体的周围，并且，使所述钻的旋转停止而压入或非挖掘旋转地压入以不使土进入所述桩内，在中间层或支持层等地基坚硬的层中，使所述钻挖掘旋转，使挖掘的土进入所述桩内。
本发明的第二十三方面是一种旋转埋设桩的施工方法，该旋转埋设桩包括在开端的旋转埋设桩主体的下方外侧具有挖掘地基的挖掘叶片的桩；螺旋钻，在插入该桩中的螺旋钻轴上，在该螺旋钻轴的下方以适当的长度具有内挖用的螺旋状叶片；桩驱动部，使所述桩旋转；螺旋钻驱动部，可使所述螺旋钻正反旋转，在地基的松软的层中，使所述桩挖掘、旋转、压入，由所述挖掘叶片挖土，同时，将该土强制排到所述桩主体的周围，并且，使所述钻的旋转停止而压入或非挖掘旋转地压入以不使土进入所述桩内，在地基坚硬的中间层或支持层等中，使所述钻挖掘旋转，使挖掘的土进入所述管桩内，在结束桩的贯入后，将所述钻自该桩拔出。
附图的简要说明
图1(a)是自本发明实施例1的旋转埋设开端桩的前端部分的下方看的立体图，(b)是(a)的旋转埋设开端桩的底面图。
图2是自本发明实施例2的旋转埋设开端桩的前端部分的下方看的立体图。
图3(a)是自本发明实施例3的旋转埋设开端桩的前端部分的下方看的立体图，(b)是(a)的旋转埋设开端桩的底面图。
图4(a)是本发明实施例4的旋转埋设开端桩的前端部分的正面图，(b)是表示实施例4的其他方式的正面图，(c)是表示实施例4的另一其他方式的正面图，(b)是表示实施例4的又一其他方式的正面图。
图5(a)是表示本发明实施例中与叶片前端焊接的挖掘刀的形状之一例的正面图，(b)是表示本发明实施例中与叶片前端焊接的挖掘刀的形状之另一例的正面图，(c)是(b)的底面图。
图6是本发明实施例5的旋转埋设开端桩的底面图。
图7是图1的旋转埋设开端桩的前端部分的垂直剖面图。
图8是自本发明实施例7的旋转埋设开端桩的前端部分的下方看的立体图。
图9是自本发明实施例8的旋转埋设开端桩的前端部分的下方看的立体图。
图10是说明本发明的旋转压入桩的贯入机理的图，是稳定状态下的非挖掘面和叶片的关系图。
图11是表示在图10的贯入机理中作用于叶片和底板的力学状态的示意图。
图12是图10的贯入机理中的力的平衡的矢量图。
图13是自本发明的旋转压入桩的下方看的立体图，使用了一片螺旋状叶片。
图14(a)是显示测定实施例1的贯入阻力值的变化的结果的图，(b)是显示测定实施例2的贯入阻力值的变化的结果的图，(c)是显示测定实施例3的贯入阻力值的变化的结果的图。
图15是图10的旋转压入桩的平面图。
图16是图15的A-A线剖面图。
图17是本发明实施例5的开端桩方式的旋转压入桩的正面图，使用了2片螺旋状叶片。
图18(a)是本发明实施例6的开端桩方式的旋转压入桩，是从使用了1片螺旋状叶片的旋转压入桩的下方看的立体图，(b)是自另一方式的旋转压入桩的下方看的立体图。
图19是说明本发明的旋转压入桩的贯入机理的图，是显示向桩头部及底板部输入或被释放的能量状态的示意图。
图20(a)是显示测定实施例1的贯入阻力值的变化的结果的图，(b)是显示测定实施例2的贯入阻力值的变化的结果的图。
图21是显示本发明的实施形态的操作顺序的操作顺序图。
图22是显示本发明的实施形态的挖掘装置全体的示意图。
图23是显示桩的下端部空转时带叶片的桩和地基的关系的图。
图24是显示本发明的实施形态的管桩贯入装置及施工工序图。
图25是显示在图24的管桩贯入装置顶部驱动旋转管桩和螺旋钻的驱动部的细节的图。
图26是显示使用了本发明的旋转埋设桩的场所打击施工法的施工工序的图。
实施本发明的优良实施形态在图1(a)、(b)所述的实施例中，在由钢管构成的桩主体1的前端部的外侧面1a上焊接有一片由耐摩钢板构成的一圈螺旋状叶片2。叶片2的前端部2a和桩主体1的前端面1b同水平配置。相对于软钢的硬度(维式硬度HV)120～150，耐摩钢的硬度HV＞300。因此，使用耐摩钢板作为叶片材料更有效。这里，耐摩钢或耐摩钢板是指由JIS G3115，JIS G3106，JIS G3120，JIS G3128，SPV 450N，SPV 450Q，SM 570Q标准化的钢或钢板。
在图2所示的实施例中，在由钢管构成的桩主体1的前端部的外侧面1a上焊接有一片由低磨擦钢板构成的一圈螺旋状叶片2。叶片2的前端部2a比桩主体1的前端部1b向下突出相当于叶片2厚度的量。土(砂)和软钢的摩擦系数(α)通常在0.3～0.6左右。所需力矩(Tr)和摩擦系数(α)的关系为Tr＝xα+b，通常，b比xα小，所以，摩擦系数对力矩影响很大。因此，使用低摩擦钢作为叶片的材料更有效。
在图3(a)、(b)所示的实施例中，在由钢管构成的桩主体1的前端部的外侧面1a上焊接有一片由钢板构成的一圈螺旋状叶片2。叶片2的前端部2a比桩主体1的前端面1b向下突出相当于叶片2厚度的量，前端部2a的内侧端部分2e横切桩主体1的前端面1b向桩主体1的中空部的下侧空间突出。
在图4(a)～(d)所示的实施例中，在由钢管构成的桩主体1的前端部的外侧面1a上焊接有一片由钢板构成的一圈螺旋状叶片2。叶片2的前端部2a比桩主体1的前端面1b向下突出相当于叶片2厚度的量，前端部2a的下面侧焊接有挖掘刀3。该挖掘刀3的形状尺寸如图(c)或(d)所示可进行各种变更，使用耐摩钢板则效果更好。如图4(d)所示对和叶片一体或分体形成的挖掘刀3的刀尖可热加工也可进行热处理。
图5(a)显示焊接于叶片前端的挖掘刀的形状之一例，图5(b)、(c)显示挖掘刀的另外的形状例，但并不限于这些。
在图6所示的实施例中，在由钢管构成的桩主体1的前端部的外侧面1a上焊接有一片由钢板构成的螺旋状叶片2。叶片2的前端部2a和桩主体1的前端面1b同水平配置。叶片2的宽度沿圆周方向变化而形成，使前端部2a最窄上端部2b最宽，在本例中，前端部2a的宽度为上端部2b的宽度的一半。
叶片2的前端部2a配置成和桩主体1的前端面1b相同水平，在图7的实施例中，叶片2的厚度以焊接于桩主体1的外侧面1a的内周面部分2c最厚，外周面部分2d最薄，叶片的垂直断面形成横倒梯形状。
在图8所示的实施例中，在由钢管构成的桩主体1的前端部的外侧面1a上焊接有一片由钢板构成的螺旋状叶片2。叶片2的前端部2a和桩主体1的前端面1b同水平配置。桩主体1的位于叶片2下侧的端部沿叶片2的下面螺旋状切断。
在图9所示的实施例中，由钢管构成的桩主体1的端部被螺旋状切断，桩主体1的前端面1b上焊接有一片由钢板构成的螺旋状叶片2。叶片2的内侧半径比桩主体1的内侧半径小，叶片2的内周侧部分2c自桩主体1的内侧面1c突出。
下面就上述旋转埋设桩在实际施工时的施工管理方法进行说明。
本发明者们对旋转压入桩的贯入机理进行了多方面的分析和试验，结果发现，N值和力矩值存在良好的相关关系，可以通过使用施工时的力矩和上载荷重等求贯入阻力，从而完成了本发明。
作为该施工管理方法的前工序如下，如下解释了旋转埋设桩的贯入机理。
如图10所示，沿通过叶片2的宽度方向的大致中间点的p轴向(圆周轴)将叶片2展开在一直线上，放置在垂直面内则表示为长度L的直线。稳定状态的情况下的p轴线上的未挖掘面和叶片的关系图以图11的方式进行分析。
将各用语如下定义，以图12的方式分析作用于叶片和底板部的力。
在本发明中，各用语如下定义。
叶片固设于由钢管构成的桩主体下端部外侧面上的环形圆盘状或其一部分的钢板，为螺旋状或平板状等形状，设置有一片或多片。
底板整面闭塞桩主体前端开口部的圆盘状钢板，用于开端桩。
底板环局部闭塞桩主体的前端开口部的环形圆盘状钢板，用于开端桩。
底板部底板或底板部的表观面积部。
闭塞效果发生环设于桩主体内的环形圆盘状钢板，促进进入桩主体内的砂土的闭塞效果。
突出部突出于底板或底板环下方的叶片的下端部分。
延伸部在底板或底板环的半径方向局部或全部延伸的部分。
挖掘刀叶片下端部分的突出部或延伸部。
上载自重载于桩头部的重机等(电机)的自重。
按压荷重利用打击机的压入装置作用于桩的垂直荷重。
上载荷重上载自重和按压荷重的合力。
产生于电机的旋转力或作用于桩体的扭转力。
贯入量(沉下量)施工时当桩旋转一圈时桩埋设入地中的量。
推进力施工时，在桩旋转时，叶片法线方向向下承受的力。
贯入力通常指桩被埋设时需要的向下作用的力，严密地讲是用沉下量去除力矩后的值。
贯入阻力桩贯入地中时底板部承受的来自地基的反作用力。
刀尖阻力桩贯入地中时刀尖承受的来自地基的反作用力。
未挖掘面底板部或叶片未挖掘的地基面。
管内土在开端桩中，进入钢管内的土。
在本发明中，符号如下定义。
A使用Dw计算的表观面积＝πDW2/4＝Aw+ApAw叶片的表观面积＝π{(DW/2)2-(Do/2)2}Awp相当于阻力垂直刀尖的面积Ap底板部的表观面积＝π{(Do/2)2-(Di/2)2}，但在开端桩闭塞前端的情况下及闭端桩的情况下Di＝0Dw′叶片的作用圆的直径(旋转方向的合力作用的圆)的直径
＝[2×(Dw3-Do3)]/[3×(Dw2-Do2)]Dp′底板或底板部的作用圆的直径＝(2/3)DoDi底板环的内侧直径，无底板环时为钢管的内径(内法径)Do桩主体的外侧直径Dw叶片的外侧直径Fp作用于底板部的摩擦力＝αRpFw作用于叶片上面的摩擦力＝αPwHt将作用于桩前端的力矩置换为作用圆上的水平力的值＝Tb/(Dw′/2)L作用圆上的叶片长＝πDW’/cosθLt作用于桩头上的上载荷重Lb作用于桩前端的上载荷重＝aLtPw推进力Qu桩的前端支持力Qup桩的前端拉拔耐力Qwh刀尖接受的地基的水平阻力Qwv垂直刀尖阻力＝γRpRp底板环或作为底板的表观面积部的底板部承受的地基的贯入阻力S每转的贯入量Tt作用于桩头的力矩Tb作用于桩下端的力矩＝aTtα地基和钢板的摩擦系数γ垂直刀尖阻力系数＝Awp/Apη贯入角度θ形成与桩中心轴垂直的面的叶片的角度地基的内部摩擦角a上载荷重Lt及力矩Tt向桩前端的传导率c叶片的强制向上变形决定的系数d桩的打击时的贯入量决定的系数e叶片部的有效率
g底板部的闭塞率若以矢量图表示作用于图11所示的叶片及底板部的力学状态，则形成如图12所示的状态。
Fp＝α(Dp′/Dw′)Rp(1)Fw＝αPw (2)该力的平衡式如下。
Ht-Qwh＝α(Dp′/Dw′)Rp+Pw sinθ+αPw cosθ(3)Rp-Lb+Qwv＝Pw cosθ-αPw sinθ (4)由式(3)，则Ht-Qwh-α(Dp′/Dw′)Rp＝Pw(sin+αcosθ)(5)由式(4)，则Rb-Lb+Qwv ＝Pw(cosθ-αsinθ) (6)由式(5)(6)消去Pw则{Ht-Qwh-α(Dp′/Dw′)Rp}(cosθ-αsinθ)＝(Rp-Lb+Qwv)(sinθ+αcosθ)(7)由式(7)导出Rp则(Ht-Qwh)(cosθ-αsinθ)-α(Dp′/Dw′)(cosθ-αsinθ)Rp＝(sinθ+αcosθ)Rp-(Lb-γRp)(sinθ+αcosθ){(1+γ)(sinθ+αcosθ)+α(Dp′/Dw′)(cos-αsinθ)}Rp＝(Ht-Qwh)(cosθ-αsinθ)+Lb(sinθ+αcosθ)这样，得到Rp＝{(cosθ-αsinθ)(Ht-Qwh)+(sinθ+αcosθ)Lb}/{(1+γ)(sinθ+αcosθ)+α(Dp′/Dw′)(cosθ-αsinθ)} (8)(8)的算式。
如该(8)式所示，贯入阻力Rp是由系数α及水平刀尖阻力Qwh，和由形状决定的叶片的倾斜角度θ、底板环的作用圆的直径Dp′及叶片作用圆的直径Dw′、系数γ，和作为施工管理项目测定的力矩Tt及上载荷重Lt计算的，这些参数可在施工前的工序或在施工过程中在地上就开端·闭端随时测定，所以可高精度进行基础桩的质量保证。
求在本发明的第十三方面中所述的桩的前端支持力Qu的公式为Qu＝(Rp/d)×{1+e(Aw/Ap)} (9)，如该(9)式所示，桩的前端支持力Qu是由系数α、x及水平刀尖阻力Qwh，和由形状决定的叶片的倾斜角度θ、底板环的作用圆的直径Dp′、叶片的表观面积Aw、底板部的表观面积Ap及叶片作用圆的直径Dw′、系数γ，和作为施工管理项目测定的力矩Tt及上载荷重Lt计算的，这些参数可在施工前的工序或在施工过程中在地上随时测定，所以可高精度进行基础桩的品质保证。修正系数e和d是作为贯入角度η的函数提供的，其变动范围为0＜d≤1，0＜e≤1，使用这些数值可由(9)式推定Qu。
求在本发明的第十四方面中所述的桩的前端拉拔耐力Qup的公式为Qup≥Rp-Lb (10)，如该(10)式所示，桩的前端拉拔耐力Qup是由系数α、x及水平刀尖阻力Qwh，和由形状决定的叶片的倾斜角度θ、底板环的作用圆的直径Dp′及叶片作用圆的直径Dw′、系数γ，和作为施工管理项目测定的力矩Tt及上载荷重Lt计算的，这些参数可在施工前的工序或在施工过程中在地上随时测定，所以可高精度进行基础桩的品质保证。
使用图18(a)、(b)说明本发明第十五方面所述的旋转埋设桩。该旋转压入桩当由载于桩主体1头部的重机的电机使桩主体1旋转，同时，利用打桩机的压入装置将桩主体1向地中推压时，则由于由叶片2的突出部2a和延伸部2d构成的挖掘刀3突出于桩主体1的下方，故由该挖掘刀3使挖掘前端的砂土松软。该挖掘砂土容易地向与挖掘刀3连接的叶片2的主体部分的上方移动使贯入力再现。
在开端桩中由底板环5的表观面积部，在闭端桩中由底板4的表观面积部，构成桩的支持底部，如图19所示，来自地基的反作用力即贯入阻力Rp作用于该支持底部。
下面说明本发明的第十六方面所述的旋转埋设桩。在该旋转埋设桩中，如图13、图16所示，形成为环状圆盘的底板环5的内侧面5a由桩主体1的内侧面1a向桩中心侧鼓出，由底板环5的上面5b和桩主体的内侧面1b形成一段凹入的角部7，所以底板环5的下面5c侧的砂土不会被过度压缩、束缚，被顺畅地压入桩主体1内部。
当在非松软的支持层上存在松软层时，在桩主体1通过松软层时被推入桩主体1内部的松软层的砂土由通过支持层时推入的支持层的砂土推压，通过闭塞效果发生环6的中央开口部被排出。
闭塞效果发生环6相对于支持层的砂土起制动部件的作用，被封闭入底板环5和闭塞效果发生环6之间的桩主体内的支持层的压缩砂土和底板环5一起构成承受贯入阻力Rp的桩的支持底部。
在本发明的旋转埋设桩中，闭端桩包括带底板环的和无底板环的两种，底板部在带底板环5的开端桩中指底板环及管内土。在无底板环5的开端桩中看作桩前端部具有和钢管壁厚相等的宽度的底板环，将该桩前端部另读作底板环，上述底板部由该桩前端部及管内土构成。
首先，使用图19说明旋转埋设桩的施工方法，由载于桩主体1的头部的重机的电机(无图示)使桩主体1旋转，同时由打桩机的推入装置(无图示)将桩主体1向地中推压，则伴随着贯入量S桩整体被向地中压入。
此时，在图13所示的开端桩中，底板环5的表观面积部及管内土构成桩的支持底部，在图18(a)所示的闭端桩中，底板4的表观面积部构成桩的支持底部，来自地基的反作用力即贯入阻力Rp作用于该支持底部。这里，表观面积Ap在图13所示的开端桩中在不闭塞管内土的情况下，由Ap＝π{(Do/2)2-(Di/2)2}求出。在图18(a)所示的闭端桩的情况下及图13所示的开端桩中闭塞管内土的情况下，由Ap＝π(Do/2)2求出。
作为使本发明的旋转埋设桩的施工管理方法完成的前工序，如下阐述旋转埋设桩的贯入机理。
若各用语和符号如下定义，则作用于桩头部的能量和底板部释放的能量的关系图以图19的方式说明。
示意性表示作用于桩头部及底板部的力学状态，则形成图11所示的状况。
LtS 基于上载荷重的向桩头部的输入能量2πTt 基于作用于桩头部的力矩的向桩头部的输入能量RpS 由底板部的贯入在前端部消耗的能量αRpπDp′基于底板环和地基的摩擦所释放的能量α(Rp-Lb)πDw′基于叶片和地基的摩擦所释放的能量c(Rp-Lb)(P-S)基于叶片的强制向上变形的地基的耗能量Qwh·πDw′基于水平刀尖阻力的耗能QwvS 基于垂直刀尖阻力的耗能这些能量的平衡如下。
a(LtS+2πTt)＝LbS+2πTb＝RpS+αRpπDp′+α(Rp-Lb)πDw′+c(Rp-Lb)(P-S)+QwhπDw′+QwvS (11)这样，得到Rp＝[2πTb+Lb{(1-c)S+cP+απDw′}-QwhπDw′-QwvS]/{(1-c)S+cP+απ(Dp′+Dw′)}(12)的计算式。
如该(12)式所示，贯入阻力Rp由钻孔试验等推定的α，和作为设计值提供的底板或底板部的作用圆的直径Dp′、叶片作用圆的直径Dw′，和作为施工管理项目测定的力矩Tt、上载荷重Lt、贯入量S计算的。由叶片的强制向上变形决定的系数c是自由钻孔试验等得到的地基的物性值和贯入量的关系得到的。因此，(2)式所示的参数可在施工前的工序或在施工过程中在地上随时测定或由施工后的所有的桩的贯入阻力测定，可高精度进行基础桩的品质保证。
其次，求本发明第十三方面所述的桩的前端支持力Qu的公式为Qu＝(Rp/d)×{1+e(Au/Ap)} (13)，如该(13)式所示，桩的前端支持力Qu是由系数α、x，和由形状决定的仅只叶片的投影面积Aw、底板部或底板环的投影面积Ap、底板或底板部的作用圆的直径Dp′、及叶片作用圆的直径Dw′，和作为施工管理项目测定的力矩Tt、上载荷重Lt及贯入量S计算的，这些参数可在施工前的工序或在施工过程中在地上随时测定，所以可测定施工后的所有的桩的前端支持力，高精度进行基础桩的品质保证。底板部的闭塞率g由开端桩的闭塞效果提供，是可根据本来进入底板环的内径及管内的支持层的土而预定的数值。可由本方法推定的Rp作为也考虑了该闭塞率的效果的贯入阻力而评价。修正系数e和d是根据打击停止时的状况特别是最终的贯入量而提供的，其变动范围为0＜e≤1，0＜d≤1。因此，桩的前端支持力Qu可由施工记录推定。
求在本发明的第十四方面中所述的桩的前端拉拔耐力Qup的公式为Qup≥Rp-Lb (14)，如该(14)式所示，桩的前端拉拔耐力Qup是由系数α，和由形状决定的仅只叶片的投影面积Aw、底板部或底板环的投影面积Ap、底板或底板部的作用圆的直径Dp′、及叶片作用圆的直径Dw′，和作为施工管理项目测定的力矩Tt、上载荷重Lt及贯入量S计算的，这些参数可在施工前的工序或在施工过程中在地上随时测定，所以可测定施工后的所有的桩的前端支持力，高精度进行基础桩的品质保证。
图21(a)、(b)、(c)是显示本发明的实施例的操作顺序的操作顺序图，图22是显示同实施例的桩的旋转压入施工装置整体的示意图，表1是使用图22所示的桩的旋转压入施工装置使桩旋转并压入地基后的试验结果，是显示贯入效率降低后再恢复了的状态的特征出现的一例的施工记录表。
图22是显示桩的旋转压入施工装置51的图，无限起动车52的前部以垂直保持的方式设置有纵向导杆(纵导向部件)53。由测力传感器构成的吊荷重测定装置57的下部固定于螺旋钻驱动装置(土螺钻)55的上端部，在该吊荷重测定装置57的上部连接有螺旋钻侧钢丝绳(吊下用钢丝绳)54的一端部，该螺旋钻侧钢丝绳54卷绕于分别安装在固定于导杆53上部的支持杆及导杆53中间部的滑轮64a、64b及安装在履带车主体上的滑轮65而绕于卷取滚筒56上。
所述螺旋钻螺杆73沿导杆53的导槽(省略图示)可上下自如升降地设置着。所述螺旋钻55的下部安装有由测力传感器构成的压入荷重测定装置58，所述压入荷重测定装置58的下部连接有压入侧钢丝绳(压入用钢丝绳)59的一端部，该压入侧钢丝绳59卷绕于安装在导杆53下部的滑轮66上而绕于卷取滚筒60上。所述卷取滚筒56、60前后位置错开分别独立，分别由驱动装置(图略)驱动正转或反转。
通过利用由驱动装置驱动旋转的卷取滚筒60卷取压入侧钢丝绳59，由压入侧钢丝绳59使螺旋钻55向下承载荷重，经由螺旋钻55及安装于其上的夹头61使桩及桩前端部的叶片2承载压入荷重。
另外，利用设于所述螺旋钻55的下部的夹头61，钢管桩1被吊下、把持，在该钢管桩1的下端部设有螺旋状挖掘叶片2。
在图21、22中，钢管桩1为桩径609.6mm，叶片直径，914.4mm，叶片节距214mm，在该施工条件下进行挖掘试验，其结果示于表1。
施工记录表桩直径609.6(mm)、叶片直径914.4(mm)、叶片节距214(mm)
上载荷重(t)拉伸侧 螺旋钻侧钢丝绳张力压入侧压入用钢丝绳张力+螺旋钻自重表1中，各值为自上段深度至该段深度的平均值。在深度8.9m使桩反转，同时拉起0.5m。另外，在表1中，上载荷重(t)在拉拔侧为螺旋钻侧钢丝绳张力，在压入侧为压入用钢丝绳张力加螺旋钻自重后的值。向下的合力为压入侧的上载荷重(t)减去拉拔侧的上载荷重(t)的值。
图21中的(a)、(b)、(c)的状态是和表1的关系，分别表示下述状态。
(i)使钢管制的埋设桩1推进旋转，同时压入地基4直至深度8～9m附近。
(ii)桩从深度8.5m至贯入量9m几乎为空转。
在桩深度8.5m使桩1反转拉起0.5m。(图21(b))(iii)通过将压入侧钢丝绳59卷取到卷取滚筒60上，在向桩1的桩头附加了向下的荷重的状态下，使钢管桩1旋转推进同时使其下降，在深度9m处上载荷重61t(吨)，使其大于贯入量207mm地挖掘贯入，解除空转状态，恢复到可顺畅地挖掘贯入的状态。(图21(c))这是基于下述的理由。
即，在桩前端部的叶片2的推进力丧失而形成空转状态的情况下，通过使钢管桩1反转，同时将其拉回适当距离，可以使如图23所示的桩下部的砂土101由压密状态松散开，并且使位于叶片上面部的砂土102强制性落下埋入叶片下面部的间隙69。
在将桩1沿图23所示的箭头A方向拉回(拉拔)适当距离时，空隙部分自周壁地基100形成负压，使该部分的地下水压降低，因此，自下部地基产生向上浸透流70，也可以使桩下端面的前端地基的强度降低。即，叶片对地基的咬入量及咬入深度变大。可形成比较松软的地基。在形成这样的地基的基础上，通过向桩头施加荷重并再次使其旋转推进，可以取得比地基对桩下端的阻力更大的使桩向推进方向移动的推进能量，促进桩向由难于贯入状态的地基改善后的地基的贯入。
由于仅通过使钢管桩进行某种程度的反转并进行拉回操作，就可以消除空转状态形成正常移动的挖掘推进，所以可以提高贯入效率，从而缩短施工工期，同时可降低施工成本。
另外，在使长的旋转压入用钢管桩旋转并压入时，当该桩的贯入量在多个深度水平显著钝化时，只要适当地实施本发明即可。
在上述实施例中，显示了旋转压入用钢管桩的下端开口的实施例，但本发明也可实施于旋转压入用钢管桩的下端闭塞的桩。
图24是显示本发明的实施形态的管桩贯入装置及施工顺序。
管桩贯入装置51由旋转埋设桩1和螺旋钻螺杆73、和分别驱动该桩1和螺旋钻螺杆73旋转的图25所示的双环型钻采机55(电机)构成。钻采机55由使桩1旋转的桩驱动部81和可使螺旋钻73正反转的螺旋钻驱动部82构成。
桩1在开端的桩主体1的下方外侧具有挖掘地基的挖掘叶片2。
螺旋钻螺杆73在插入桩1中的螺旋钻杆轴75上以适当的长度将内挖用的螺旋状叶片76设于螺旋钻轴75的下方。螺旋状叶片76相对挖掘叶片2反卷。
在螺旋钻轴75的螺旋状叶片76上方适当的部位有时也设有适当数量的用于保持螺旋钻螺杆73的垂直性的稳定器77。
利用图24(a)、(b)、(c)、(d)说明施工顺序。
图中大的旋转箭头表示旋转埋设桩1的旋转方向，小的旋转箭头表示螺旋钻螺杆73的旋转方向。
最初的对松软层①的压、贯入时，桩1挖掘旋转(正转)，螺旋钻螺杆73非挖掘旋转(正转)。或者螺旋钻螺杆73停止也可以。
由挖掘叶片2挖掘的土被强制排到桩1的周围，促进松软层①的压密、紧固、间隙水的排水等，强力进行地基的改良及加强桩1的支持力。此时，相对于螺旋钻55的螺旋的朝向，挖掘叶片2反转，所以土被螺旋钻螺杆73推回，进入桩1内。(图24(a))到达硬而薄的层即中间层后，使桩1照旧挖掘旋转(正转)，使螺旋钻螺杆73挖掘旋转(反转)。挖掘的土由螺旋钻螺杆73积极地导入管桩2内部。这样，贯入阻力显著降低，以低力矩短时间容易地向中间层推进贯入。(图24(b))通过中间层而对松软层②的压、贯入时，桩1挖掘旋转(正转)，螺旋钻螺杆73非挖掘旋转(正转)。或者螺旋钻螺杆73停止也可以。
由挖掘叶片2挖掘的土被螺旋钻螺杆73推回，所以被强制排到桩1的周围，促进松软层②的压密、紧固、间隙水的排水等，强力进行地基的改良及加强桩1的支持力。此时，相对于螺旋钻的螺旋的朝向，挖掘叶片2反转，所以土被螺旋钻螺杆73推回，进入桩1内。(图24(c))向坚硬的支持层的贯入时，使桩1照旧挖掘旋转(正转)，使螺旋钻螺杆73挖掘旋转(反转)，进行由螺旋钻螺杆73和挖掘叶片2进行的挖掘，进行埋入。或者进行到直至挖掘叶片2进入支持层为止。
埋入结束或者挖掘叶片2进入支持层后，在保持其反转的状态下拉拔螺旋钻螺杆73，将其自桩1拉出。另外，通过在使其正转的状态下拉起螺旋钻螺杆73，可使土落入管桩内，可不进行砂土的处理。当然也可以不使螺旋钻螺杆73旋转而将其拉出。
螺旋钻螺杆73的螺旋状叶片6的长度为不使土自管桩头向外排出，最好做成最大为桩主体内径的5倍左右的长度。(图24(d))在本发明中，在上述的内挖施工法中，当使埋设桩贯入支持层时，也可以使挖掘的土进入埋设桩内同时自螺旋钻前端喷射灰泥浆、水泥浆等固化材料，使其和埋设桩前端部分固化为一体，进行支持层的固定、止打。该施工法在内挖施工法中是为增加埋设桩的支持力而实施的，本发明中可任意地采用如下的施工法，例如扩大挖掘埋设桩前端部的周边地基，以灰泥浆等置换该部分，或利用基于高压的灰泥浆的压入使埋设桩端部周边的地基的强度增大，从而增加埋设桩前端支持力的施工法，或者比埋设桩稍大地挖掘，以水泥浆等埋入地基和埋设桩之间，包括周面摩擦力也增加的施工法等。通过采用这些施工法可不需要大的挖掘面积而得到所需的支持力，可进一步提高施工效率。另外，在采用所述内挖施工法时，也可援用本发明规定的施工管理方法，这种情况下，仅需变更补正系数即可适用。
本发明的旋转埋设施工方法也可适用于在被称作场所打桩施工法的桩打入后流入混凝土作为钢筋混凝土桩而埋设的方法。该施工法如图26(a)～(e)所示，将短的带螺旋叶片的钢管前端部90卡合于旋转埋设桩1的前端，向桩1主体施加旋转而使其埋设于地中。然后，在确认得到了规定的力矩后，解除所述前端部90和旋转埋设桩1的卡合，只将分离前端部90留于支持层。另外，最好实现对支持层大致1Dw(1Dw为叶片直径)的贯入，即使不能实现贯入，通过仅需桩的力矩管理也可鉴定贯入。该作业结束后，将钢筋架91插入桩1内，然后，将混凝土导管92插入桩1内，降至前端部，使混凝土自混凝土导管92的前端流入设置。与此同时，缓缓将旋转埋设桩1及混凝土导管92拉起打设上方部的混凝土，结束作业。
另外卸开所述带螺旋叶片钢管前端部90和旋转埋设桩1的卡合的机构有种种方法，但只要是作为板牙状或卡盘状的卡合部可通过与通常的旋转方向的反转解开卡合的机构就可以。实施例下面说明在实际的施工现场应用上述算式的实施例。
(实施例1)就本发明第一～第四方面的实施例进行说明。
显示在直径406.4mm的钢管桩中，求贯入阻力，同时根据该值控制继续贯入及结束贯入进行施工的例子。
该钢管桩的其他条件为底板的作用圆直径Dp′为270.9mm，叶片的作用圆的直径Dw′为514.8mm，形成与桩中心轴垂直的面的叶片的角度θ为5度，设计贯入阻力预计为97.0t。
施工时，设地基与钢板的摩擦系数α为0.3，垂直刀尖阻力系数γ为0.03，上载荷重Lt及力矩Tt对桩前端的传达率a为0.9，由于水平刀尖阻力Qwh为极小的值所以可以忽略，测定贯入阻力值的变化的结果示于图14(a)。由于在深度达到11.5m之前贯入阻力为小于设计贯入阻力的值，故可继续贯入。在深度11.5m处，作用于桩头的上载荷重为13t，作用于桩头的力矩Tt为14.5tm，贯入量S为10.5cm，贯入阻力Rp由(8)式求得为Rp＝97.5(t)，形成了比设计贯入阻力大的值，故结束贯入。
该情况下的桩前端支持力Qu如下求出。这里使用的钢管桩的叶片的表观面积Aw为0.162m2，底板部的表观面积Ap为0.130m2。叶片部的有效率e为0.5。由桩的打击停止时的贯入量(S＝10.5cm)决定的修正系数d为0.85，桩前端支持力Qu由(9)式求得为Qu＝186.4(t)。
另外，贯入阻力Rp为97.5t情况下的桩前端拉拔耐力Qup如下求得。
设上载荷重Lt对桩前端的传达率a为0.9。施工时得到的上载荷重Lt为13t，故由(10)式求得桩前端拉拔耐力Qup为Qup≥85.8(t)。
(实施例2)就本发明第一～第四方面的另一实施例进行说明。
显示在直径508.0mm的钢管桩中，求贯入阻力，同时根据该值控制继续贯入及结束贯入进行施工的例子。
该钢管桩的其他条件为底板的作用圆直径Dp′为338.7mm，叶片的作用圆的直径Dw′为790.2mm，形成与桩中心轴垂直的面的叶片的角度θ为5度，设计贯入阻力预计为136.8t。
施工时，设地基与钢板的摩擦系数α为0.3，垂直刀尖阻力系数γ为0.03，上载荷重Lt及力矩Tt对桩前端的传达率a为0.9，由于水平刀尖阻力Qwh为极小的值所以可以忽略，测定贯入阻力值的变化的结果示于图14(b)。由于在深度达到48.0m之前贯入阻力为小于设计贯入阻力的值，故可继续贯入。在深度48.0m处，作用于桩头的上载荷重为14t，作用于桩头的力矩Tt为32.9tm，贯入量S为13.0cm，贯入阻力Rp由(8)式求得为Rp＝148.5(t)，形成了比设计贯入阻力大的值，故结束贯入。
该情况下的桩前端支持力Qu如下求出。这里使用的钢管桩的叶片的表观面积Aw为0.608m2，底板部的表观面积Ap为0.203m2。叶片部的有效率e为0.4。由桩的打击停止时的贯入量(S＝13.0cm)决定的修正系数d为0.9，桩前端支持力Qu由(9)式求得为Qu＝363.0(t)。
另外，贯入阻力Rp为148.5t情况下的桩前端拉拔耐力Qup如下求得。
设上载荷重Lt对桩前端的传达率a为0.9。由于施工时得到的上载荷重Lt为14t，故由(10)式求得桩前端拉拔耐力Qup为Qup≥135.9(t)。
(实施例3)就本发明第一～第四方面的又一实施例进行说明。
显示在直径609.6mm的钢管桩中，求贯入阻力，同时根据该值控制继续贯入及结束贯入进行施工的例子。
该钢管桩的其他条件为底板的作用圆直径Dp′为406.4mm，叶片的作用圆的直径Dw′为772.2mm，形成与桩中心轴垂直的面的叶片的角度θ为5度，设计贯入阻力预计为218.2t。
施工时，设地基与钢板的摩擦系数α为0.3，垂直刀尖阻力系数γ为0.03，上载荷重Lt及力矩Tt对桩前端的传达率a为0.9，由于水平刀尖阻力Qwh为极小的值所以可以忽略，测定贯入阻力值的变化的结果示于图14(c)。由于在深度达到29.0m之前贯入阻力为小于设计贯入阻力的值，故可继续贯入。在深度29.0m处，作用于桩头的上载荷重为26t，作用于桩头的力矩Tt为85.0tm，贯入量S为18.0cm，贯入阻力Rp由(8)式求得为Rp＝365.4(t)，形成了比设计贯入阻力大的值，故结束贯入。
该情况下的桩前端支持力Qu如下求出。这里使用的钢管桩的叶片的表观面积Aw为0.365m2，底板部的表观面积Ap为0.292m2。叶片部的有效率e为0.5。由桩的打击停止时的贯入量(S＝18.0cm)决定的修正系数d为0.95，桩前端支持力Qu由(9)式求得为Qu＝625.0(t)。
另外，贯入阻力Rp为365.4t情况下的桩前端拉拔耐力Qup如下求得。
设上载荷重Lt对桩前端的传达率a为0.9。由于施工时得到的上载荷重Lt为26t，故由(10)式求得桩前端拉拔耐力Qup为Qup≥342.0(t)。
下面，参照附图以实施例4至实施例7说明本发明第五及第六方面所述的本发动旋转压入桩的实施例。
(实施例4)图13及图15、图16所示的本发明的实施例4为开端桩，底板环5焊接于钢管制的桩主体1的端面上。作为叶片，使用一片一卷的螺旋状叶片，焊接于底板环5和桩主体1的外侧面上。作为叶片2的下端部分的突出部2a自底板环5的下面5c只突出相当于叶片2的厚度的量，延伸部2d贯穿底板环5的半径方向的全部宽度焊接于底板环5上。延伸部2d与前端部2a一起构成挖掘刀，延伸部2d可以和叶片2的前端部2a构成一体，也可以与叶片2分体构成。
(实施例5)图17所示的本发明的实施例5也是开端桩，底板环5焊接于钢管制的桩主体1的端面上。作为叶片，使用2片半卷的螺旋状叶片，焊接于底板环5和桩主体1的外侧面上。作为叶片2的下端部分的突出部2a自底板环5只突出相当于叶片2的厚度的量，各延伸部2d贯穿半径方向的全部宽度焊接于底板环5上。延伸部2d与前端部2a一起构成挖掘刀。
(实施例6)图18(a)所示的本发明的实施例6为闭端桩，底板4焊接于钢管制的桩主体1的端面上。作为叶片，使用一片一卷的螺旋状叶片，焊接于底板4和桩主体1的外侧面上。作为叶片2的下端部分的前端部2a自底板4的下面只突出相当于叶片2的厚度的量，延伸部2d只以半径长度的量焊接于底板4的半径方向上。延伸部2d与前端部2a一起构成挖掘刀，延伸部2d可以和叶片2的前端部2a构成一体，也可以与叶片2分体构成。
(实施例7)下面说明本发明第十一～十三方面的实施例。
显示在直径500mm的开端钢管桩中，求贯入阻力，同时根据该值控制继续贯入及结束贯入进行施工的例子。
该钢管桩的其他条件为底板的作用圆直径Dp′为333mm，叶片的作用圆的直径Dw′为633mm，设计贯入阻力计算为176.4t。
施工时，设地基与钢板的摩擦系数α为0.4，上载荷重Lt及力矩Tt对桩前端的传达率a为0.9，由于水平刀尖阻力及垂直刀尖阻力为极小的值所以可以忽略，测定贯入阻力值的变化的结果示于图20(a)。由于在深度达到13.5m之前贯入阻力为小于设计贯入阻力的值，故继续贯入。在深度13.5m处，作用于桩头的上载荷重为25.0t，作用于桩头的力矩Tt为40tm，贯入量S为15cm，贯入阻力Rp由(2)式求得为Rp＝178.5(t)，形成了比设计贯入阻力大的值，故结束贯入。
该情况下的桩前端支持力Qu如下求出。这里，使用的钢管桩的叶片的表观面积Aw为0.245m2，底板部的表观面积Ap为0.196m2。叶片部的有效率e为0.4。由桩的打击停止时的贯入量(S＝15cm)决定的修正系数d为0.9，桩前端支持力Qu由(13)式求得为Qu＝297.5(t)。
另外，贯入阻力Rp为178.5t情况下的桩前端拉拔耐力Qup如下求得。
设上载荷重Lt对桩前端的传达率a为0.9。施工时得到的上载荷重Lt为25.0t，故由(14)式求得桩前端拉拔耐力Qup为Qup≥156.0(t)。
(实施例8)下面说明本发明第十一～十三方面的另外的实施例。
显示在直径400mm的开端钢管桩中，求贯入阻力，同时根据该值控制继续贯入及结束贯入进行施工的例子。
该钢管桩的其他条件为底板的作用圆直径Dp′为267mm，叶片的作用圆的直径Dw′为622mm，设计贯入阻力计算为113.0t。
施工时，设地基与钢板的摩擦系数α为0.4，上载荷重Lt及力矩Tt对桩前端的传达率a为0.85，由于水平刀尖阻力及垂直刀尖阻力为极小的值所以可以忽略，测定贯入阻力值的变化的结果示于图20(b)。由于在深度达到27.0m之前贯入阻力为小于设计贯入阻力的值，故继续贯入。在深度27.0m处，作用于桩头的上载荷重为15.0t，作用于桩头的力矩Tt为26.5tm，贯入量S为10cm，贯入阻力Rp由(2)式求得为Rp＝119.0(t)，形成了比设计贯入阻力大的值，故结束贯入。
该情况下的桩前端支持力Qu如下求出。这里使用的钢管桩的叶片的表观面积Aw为0.377m2，底板部的表观面积Ap为0.126m2。叶片部的有效率e为0.3。由桩的打击停止时的贯入量(S＝10cm)决定的修正系数d为0.8，桩前端支持力Qu由(13)式求得为Qu＝282.2(t)。
另外，贯入阻力Rp为119.0t情况下的桩前端拉拔耐力Qup如下求得。
设上载荷重Lt对桩前端的传达率a为0.85。施工时得到的上载荷重Lt为15.0t，故由(14)式求得桩前端部拉拔耐力Qup为Qup≥106.2(t)。
在产业上利用的可能性如上所述，在本发明的旋转埋设桩中，由于使桩主体的前端打开或闭塞，在桩主体的前端部的外侧面上设置一片或多片叶片，在其前端部安装挖掘刀，故在地基强度急增时挖掘力、推进力增大、表观上的前端阻力减小，使贯入变得容易。并且，虽然贯入时会促进闭塞效果增大贯入阻力，但此时推进力也增大，足以进行贯入。这样，可提高施工效率，也可充分确保桩前端的支持力。
本发明只要在旋转埋设桩施工前或施工过程中，测定记录好特定的各参数，在施工中，在地上记录所有可测定的数据，通过将这些测定结果代入所述的算式中就可以容易且确实地算出贯入阻力，所以与现有的桩施工法比作为基础桩可高精度进行符合设计的品质、性能保证。
并且，由于可高精度地测定桩的前端支持力和桩的前端部拉拔耐力，所以可提供具有优良品质、性能的基础桩。
权利要求
1.一种旋转埋设桩，其使由中空管构成的桩主体的前端开放、或前端部整面设置底板而闭塞，桩主体的前端部的外侧面上设置一片或多片叶片，使叶片的前端部自桩主体的前端面向下方突出。
2.如权利要求1所述的旋转埋设桩，使叶片的前端部向半径方向延伸，以使其自桩主体的内侧面突出。
3.如权利要求1或2所述的旋转埋设桩，叶片使用耐磨钢板或低摩擦钢板。
4.如权利要求1～3任一项所述的旋转埋设桩，在叶片的前端部附设挖掘刀头。
5.如权利要求1～4任一项所述的旋转埋设桩，使叶片的宽度沿圆周方向变化，使其自前端部向上侧逐渐扩大。
6.如权利要求1～5任一项所述的旋转埋设桩，使叶片的厚度沿半径方向变化，使其越离开桩主体的外侧面越薄。
7.如权利要求1～6任一项所述的旋铁埋设桩，将位于叶片下侧的桩主体的端部沿叶片切除。
8.一种旋转埋设桩，其使由中空管构成的桩主体的前端开放，桩主体的前端部的外侧面或桩主体的前端面上设置一片或多片叶片，使设在前端面上的叶片的内周侧部分自桩主体的内侧面突出。
9.一种旋转埋设桩，这种旋转埋设桩是一种在桩主体的前端部设置了底板环的开端桩或在桩主体的前端部设置了底板的闭端桩，在桩下端部的外侧面上设置一片或多片叶片，使该叶片的下端部向底板环或底板下方突出，使该突出部沿桩的半径方向延伸直至达到底板环或底板的一部分或全部，将该延伸部和所述突出部作为挖掘刀。
10.如权利要求9所述的旋转埋设桩，其特征在于，使底板环的内侧面自桩主体的内侧面突出，在底板环的上方，在桩主体的内侧面设置砂土的闭塞效果发生环。
11.一种旋转埋设桩的施工管理方法，其中该旋转埋设桩在桩下端部的外侧面具有一片或多片叶片，其特征在于，施工时，一边求贯入阻力，一边根据该贯入阻力控制所述旋转埋设桩的贯入继续及/或贯入结束。
12.如权利要求11所述的旋转埋设桩的施工管理方法，其特征在于，利用下式求所述贯入阻力Rp，Rp＝{(cosθ-αsinθ)(Ht-Qwh)+(sinθ+αcosθ)Lb}/{(1+γ)(sinθ+αcosθ)+α(Dp′/Dw′)(cosθ-αsinθ)}θ形成与桩中心轴垂直的面的叶片的角度α地基和钢板的摩擦系数Ht将作用于桩前端的力矩置换为作用圆上的水平力的值Lb作用于桩前端的上载荷重Dp′底板的作用圆的直径Dw′叶片的作用圆的直径Qwh刀尖接受的地基的水平阻力γ垂直刀尖阻力系数Rp底板环或作为底板的表观面积(也称投影面积)部的底板部承受的地基的贯入阻力。
13.如权利要求12所述的旋转埋设桩的施工管理方法，其特征在于，当设叶片的表观面积为Aw，底板部的表现面积为Ap，叶片部的有效率为e(0＜e≤1)，由桩停止打击时的贯入量决定的修正系数为d，桩的前端支持力为Qu时，利用下式Qu＝(Rp/d)×{1+e(Aw/Ap)}评定桩前端支持力Qu。
14.如权利要求12所述的旋转埋设桩的施工管理方法，其特征在于，当设桩的前端部拉拔耐力为Qup时利用下式Qup≥Rp-Lb评定桩前端拉拔耐力Qup。
15.一种旋转埋设桩的施工管理方法，其中该旋转埋设桩在桩下端部的外侧面具有一片或多片叶片，其特征在于，施工时，一边求基于下式的贯入阻力Rp，一边根据该贯入阻力控制所述旋转埋设桩的贯入继续及/或贯入结束，Rp＝[2πTb+Lb{(1-c)S+cP+απDw′}-QwhπDw′-QwvS]/{(1-c)S+cP+απ(Dp′+Dw′)}α地基和钢板的摩擦系数Tb作用于桩前端的力矩Lb作用于桩前端的上载荷重P叶片节距S每转的贯入量Dp′底板或底板部的作用圆的直径Dw′叶片的作用圆的直径Qwh刀尖承受的地基的水平阻力Qwv刀尖承受的地基的垂直阻力c叶片的强制向上变形引起的地基的消耗能量的系数Rp底板环或作为底板的表观面积(也称投影面积)部的底板部承受的地基的贯入阻力。
16.如权利要求15所述的旋转埋设桩的施工管理方法，其特征在于，当设叶片的表观面积为Aw，底板或底板部的表观面积为Ap，由桩停止打击时的贯入量决定的修正系数为d，叶片部的有效率为e(0＜e≤1)，桩的前端支持力为Qu时，利用下式Qu＝(Rp/d)×{1+e(Aw/Ap)}评定桩前端支持力Qu。
17.如权利要求15所述的旋转埋设桩的施工管理方法，其特征在于，当设桩的前端部拉拔耐力为Qup时利用下式Qup≥Rp-Lb评定桩前端拉拔耐力Qup。
18.一种旋转埋设桩的施工方法，其特征在于，使前端部具有叶片的旋转埋设桩推进、旋转，同时压入地基，当所述旋转埋设桩的贯入显著钝化时，使所述旋转埋设桩倒转，同时拔出适当距离，然后再次使所述旋转埋设桩推进、旋转，同时压入地基。
19.一种旋转埋设桩的施工方法，其特征在于，使前端部具有叶片的旋转埋设桩推进、旋转，同时压入地基，当所述旋转埋设桩的贯入显著钝化时，使所述旋转埋设桩倒转，同时至少向上方拔出叶片节距以上，然后，在向桩头施加了向下的荷重的状态下，再次使所述旋转埋设桩推进、旋转，同时压入地基。
20.一种旋转埋设桩的施工方法，其特征在于，该方法在旋转埋设桩的施工方法中并用内挖施工法，在地基的松软的层中，使旋转埋设桩挖掘、旋转、压入，同时将挖掘的土强制排到所述桩的周围，以使土不进入该桩内，在地基坚硬的中间层或支持层等中，进行内挖，同时使挖掘的土进入所述桩内。
21.如权利要求20所述的旋转埋设桩的施工方法，其特征在于，该方法在上述内挖施工法中，当埋设桩向支持层贯入时，使挖掘的土进入埋设桩内，同时，自螺旋钻前端喷射灰泥浆、水泥浆等固化材料，使其和埋设桩前端部分成一体固化，固定支持层并停止打击。
22.一种旋转埋设桩的施工方法，其特征在于，该方法向在开端或闭端构成的旋转埋设桩主体的前端侧外设置挖掘叶片而构成的桩的内部，插入内挖用的螺旋钻，该内挖用的螺旋钻通过设置与该桩的旋转分别控制旋转的自下方开始适当长度的螺旋状叶片而构成，在地基的松软的层中，使所述桩挖掘、旋转、压入，由所述挖掘叶片挖土，同时，将该土强制排到所述桩主体的周围，并且，使所述钻的旋转停止而压入或非挖掘旋转地压入以不使土进入所述桩内，在中间层或支持层等地基坚硬的层中，使所述钻挖掘旋转，使挖掘的土进入所述桩内。
23.一种旋转埋设桩的施工方法，其特征在于，该旋转埋设桩包括在开端或闭端的旋转埋设桩主体的下方外侧具有挖掘地基的挖掘叶片的桩；螺旋钻，在插入该桩中的螺旋钻轴上，在该螺旋钻轴的下方以适当的长度具有内挖用的螺旋状叶片；管桩驱动部，使所述桩旋转；螺旋钻驱动部，可使所述螺旋钻正反旋转，在地基的松软的层中，使所述桩挖掘旋转、压入，由所述挖掘叶片挖土，同时，将该土强制排到所述管桩主体的周围，并且，使所述螺旋钻的旋转停止而压入或非挖掘旋转地压入以不使土进入所述桩内，在地基坚硬的中间层或支持层等中，使所述螺旋钻挖掘旋转，使挖掘的土进入所述桩内，在结束管桩的贯入后，将所述螺旋钻自该桩拔出。
全文摘要
一种旋转埋设开端桩,在地基强度急增时表观上的前端阻力减小而使贯入推进容易,同时最终得到的支持力也大。其具体方法是:使由钢管或其他材料的中空管构成的桩主体的前端开放,在桩主体的前端部的外侧面上设置一片或多片叶片。也可使叶片的前端部自桩主体的前端面向下方突出。一种旋转压入桩的施工管理方法,其中旋转压入桩在桩下端部的外侧面上具有一片或多片叶片,其特征在于,施工时,由施加于桩头部的输入能量和在底板部释放的消耗能量的平衡求底板部的贯入阻力Rp,同时,根据该贯入阻力控制所述旋转压入桩的继续贯入/或贯入结束。
文档编号E02D11/00GK1256732SQ99800263
公开日2000年6月14日 申请日期1999年3月10日 优先权日1998年3月10日
发明者佐伯英一郎, 大木仁, 竹田智树 申请人:新日本制铁株式会社