(57)【要約】      （修正有）【課題】鋼管杭とパイルキャップ（あるいは基礎スラブ）の接合部を簡易な構造で半剛接合とした杭頭半剛接合構造を提供する。【解決手段】杭頭半剛接合構造１は、地盤２に貫入される所定の径Ｄを有する鋼管杭３と、地盤２上に載置されるパイルキャップ４内に上部が所定の範囲で埋設され、前記鋼管杭３の径Ｄよりも小さい径ｄを有する杭頭管５と、鋼管杭３と杭頭管５との間を連結する異径管６とによって構成され、前記異径管６は、前記鋼管杭３と同一の径を有する第１の直管部７と、前記杭頭管５と同一の径を有する第２の直管部８と、前記第１の直管部７と前記第２の直管部８の間に配され、前記第１の直管部７から凸曲面状に縮径する凸曲面縮径部９および該凸曲面縮径部９から前記第２の直管部８に向けて凹曲面状に縮径する凹面縮径部１０からなる移行部１１とによって構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に貫入される所定の径を有する鋼管杭と、地盤上に載置されるパイルキャップ内に上部が所定の範囲で埋設され、前記鋼管杭の径よりも小さい径を有する杭頭管と、鋼管杭と杭頭部との間を連結する異径管とによって構成される杭頭半剛接合構造において、
前記異径管は、前記鋼管杭と同一の径を有する第１の直管部と、前記杭頭管と同一の径を有する第２の直管部と、前記第１の直管部と前記第２の直管部の間に配され、前記第１の直管部から凸曲面状に縮径する凸曲面縮径部および該凸曲面縮径部から前記第２の直管部に向けて凹曲面状に縮径する凹面縮径部からなる移行部とによって構成されることを特徴とする杭頭半剛接合構造。
【請求項２】
前記杭頭管の側面には前記パイルキャップ内に延出する複数の鉄筋が設けられることを特徴とする請求項１記載の杭頭半剛接合構造。
【請求項３】
前記杭頭管のパイルキャップ内に位置する側面には、少なくとも１つのずれ止めリングが形成されることを特徴とする請求項１記載の杭頭半剛接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭とパイルキャップ（あるいは基礎スラブ）の接合部を杭基礎の耐震設計において良好な効果を有する半剛接合とした杭頭半剛接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、杭とパイルキャップの接合方法には、杭頭剛接合、杭頭半剛接合、杭頭ピン接合がある。一般的に、杭頭の回転に対する拘束度を杭頭固定度αで表し、完全な剛接合状態がα＝１．０であり、ピン接合がα＝０．０であり、杭頭半剛接合が０．０＜α＜１．０となる。この杭頭固定度αにおいて、上述した剛接合の場合、いわゆる杭頭固定度α＝１．０では、杭頭部で最大曲げモーメントが発生し、ピン接合の場合、いわゆる杭頭固定度α＝０．０では、杭頭部に曲げモーメントが発生しない代わりに地中部で大きな曲げモーメントが生じる。また、杭頭半剛接合の場合、いわゆる０．０＜α＜１．０では、杭頭固定度αの大きさに比例して杭頭モーメントが変化するものである。特にこの場合、杭頭固定度αが小さいほど、杭頭変位と地中部最大モーメントが大きくなることがわかっている。尚、剛接合（α＝１．０）では、杭頭部で最大曲げモーメントが発生し、ピン接合（α＝０．０）では、地中部で大きな曲げモーメントが生じるため、杭頭半剛接合（α＝０．５〜０．７程度）が適当であるといえるが、鋼管杭の杭頭にかかる建造物からの荷重、杭頭部での曲げモーメント及び地中部での曲げモーメントとの兼ね合いで最適な杭頭固定度αが存在すると言える。
【０００３】
このように新しい杭頭接合法は、地震時の杭頭モーメントを低減し、耐震性能を向上させるだけでなく、杭頭モーメントの低減を適切に設計に反映させることで、杭や基礎梁の合理化や、掘削土量の削減など大きなコストメリットを与える可能性が高い。このような杭頭半剛接合は、杭頭とパイルキャップを回転に対して半剛接合状態に接合するもので、剛接合とピン接合の中間程度に位置するものであり、これによって杭頭と地中部の曲げモーメントをバランス良く分布させることで杭基礎の耐震性能を向上させるものである（非特許文献１）。
【０００４】
特許文献１（特許第３６６１９９７号公報）は、杭頭部および該杭頭部の上に設けられる支圧部を含み、構造物基礎を該支圧部の上に載置しながら支持する構造物基礎の支持構造であって、前記支圧部は、錐台形状を呈し、この支圧部の上端面に前記構造物基礎が載置される構造物基礎の支持構造を開示する。
【０００５】
特許文献２（特開２００４−２６３４９７号公報）は、地震により接合部に引張力が作用して浮き上がりが生じる場合でも、接合部に作用する剪断力を基礎から下部支持部に積極的にかつ確実に伝達可能な構造物の基礎の半剛接合構造を提供するもので、さらに、前記基礎は、杭頭部の平面視での断面積より小さな断面積を有する接合部を介して杭頭部に支持されると共に杭頭部とは離隔して配置され、さらに接合部は、縦方向に配置された上部が基礎内に侵入し下部が苦闘部内に侵入した鋼管と、鋼管内に中詰めされた鋼管中詰めコンクリート部と、鋼管の外方周囲でかつ基礎と杭頭部との間に形成され、杭頭部より平面視で小さい形状の鋼管外部側支持部とを有する半剛接合構造を開示する。
【０００６】
特許文献３（特開２０１６−７００３２号公報）は、杭頭半剛接合構造において、杭頭の曲げ剛性を好適に低下させつつ、それと同時に、杭頭半剛接合構造に引張荷重が作用する場合であってもなお十分な剪断耐力を容易に確保できるようにするために、複数本の定着筋が小径接合部の周囲領域に列設され、それらの一端が杭頭のコンクリートに飲み込まれ他端がＲＣ造規則のコンクリートに飲み込まれることで、杭頭とＲＣ造基礎とを接合し、また中央鋼材が小径接合部の中央領域に複数本の定着筋に囲繞されて配置され、その一端が杭頭のコンクリートに飲み込まれ他端がＲＣ造基礎に飲み込まれることで、杭頭とＲＣ造基礎を接合し、さらに集中補強筋によって中央鋼材の一端を包持している杭頭のコンクリートを拘束するようにした半剛接合構造を開示する。
【０００７】
特許文献４（特開２０１３−９６１５３号公報）は，既存杭の性能を十分に活用することが可能な基礎構造を提供するもので、取り除かれた建物を支持していた既存杭と、新たに設ける新設杭と、前記既存杭と前記新設杭とに支持される基礎クラブとを有し、前記基礎スラブに対する前記新設杭の杭頭固定部は、前記基礎クラブに対する前記既存杭の杭頭固定部より低い基礎構造を開示するもので、さらに前記新設杭は、前記基礎スラブに半剛接合されていること、前記基礎スラブ内に埋設されている前記新設杭の杭頭の外径が、前記基礎スラブ内に埋設されている前記既存杭の前記杭頭の外径より小さいことが開示される。この特許文献４では、新設杭に設けられる固定強度低減部材が、鋼管コンクリート杭を形成する鋼管の内径より小さな外径をなす円筒状の台座部と、台座部の上方に同軸となるように設けられる台座部より小さな外径をなす円筒状の小径部と、台座部と小径部との間に、台座部から小径部の下端に向かって漸次外径が小さくなるテーパ部とを有して一体に形成されたコンクリート造の部材であることが開示されている。また、特許文献４には、複数の既存杭と基礎スラブとの接合が剛接合に相当し、複数の新設杭と基礎スラブとの接合が半剛接合に相当することが記載される。
【０００８】
特許文献５（特開２０１７−１４５６１９号公報）は、地震時の水平荷重に対する水平耐力の向上と、周辺地盤の水平強度の増加とを両立させた鋼管杭を提供することを目的とするもので、上端側の大径部と、下側端の小径部と、大径部から小径部に向けて縮径するテーパ部とを有し、テーパ部は、板厚が一定であり、縮径率が１．５／１００〜１０／１００である異径鋼管杭を開示する。同様に、特許文献６（特開２００８−２５１５６号公報）は、耐震性に優れた拡頭杭を合理的かつ経済的な結合方法により構築できる異径鋼管杭を提供することを目的とするもので、大径の杭材とそれよりも小径の杭材とを連結する杭材であって、前記大径の杭材と結合することができる同径の第１の端部と、前記小径の杭材と結合することができる同径の第２の端部を備え、前記第１端部および前記第２端部のそれぞれから長手方向中心方向に第１直管部と第２直管部が設けられ、前記第１直管部から前記第２直管部に向かうに従い縮径する縮径部を有することを特徴とする異径鋼管杭を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３６６１９９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６３４９７号公報
【特許文献３】特開２０１６−７００３２号公報
【特許文献４】特開２０１３−９６１５３号公報
【特許文献５】特開２０１７−１４５６１９号公報
【特許文献６】特開２００８−２５１５６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】新技術調査レポート「『杭頭半剛接合構法』の調査報告、（財）建築コスト管理システム研究所、新技術調査検討会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
現在では、杭とパイルキャップ（あるいは基礎スラブ）の接合部は、上述したように半剛接合状態することが主流であるが、特に特許文献１に示される杭頭半剛接合では、基礎スラブの浮き上がりが生じるという不具合が生じるため、新たに特許文献２および３のような構造が検討された。これら特許文献２および特許文献３では、杭と基礎スラブとの間を小径の接合部で形成することで、杭と基礎スラブとの間を半剛接合とするものである。特に特許文献４に開示される新設杭は、大径部から小径部に移行する部分にテーパ部を設けることが開示されている。
【００１２】
また、異径の鋼管を接続するテーパ構造については、特許文献５および特許文献６、特に特許文献６に開示されているように、大径の鋼管と接続される第１の直管部と、小径の鋼管と接続される第２の直管部と、第１の直管部と、第２の直管部の間に位置する縮径部とによって構成されるものが公知である。この構造では、大径の鋼管と第１の直管部との間の接合および小径の鋼管と第２の直管部との間の接合が、それぞれがまっすぐに当接して接合されることから、接合部の強度を維持することが可能である。
【００１３】
しかしながら、大径部から小径部に直線上に移行するテーパ管を設けた場合においては、地震時に働く水平剪断力に対して小径鋼管杭の曲げ剛性が大径鋼管杭の曲げ剛性に比べてかなり小さいことから、半剛接合が達成されるが、基礎スラブから小径の鋼管を介して大径の鋼管にかかる垂直荷重がテーパ管において水平方向（径方向外方）に分力が生じるため、水平剪断力に対する耐性に問題が生じる。
【００１４】
このため、本発明の目的は、鋼管杭とパイルキャップ（あるいは基礎スラブ）の接合部を簡易な構造で半剛接合とした杭頭半剛接合構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって、本発明は、地盤に貫入される所定の径を有する鋼管杭と、地盤上に載置されるパイルキャップ内に上部が所定の範囲で埋設され、前記鋼管杭の径よりも小さい径を有する杭頭管と、鋼管杭と杭頭部との間を連結する異径管とによって構成される杭頭半剛接合構造において、  前記異径管は、前記鋼管杭と同一の径を有する第１の直管部と、前記杭頭管と同一の径を有する第２の直管部と、前記第１の直管部と前記第２の直管部の間に配され、前記第１の直管部から凸曲面状に縮径する凸曲面縮径部および該凸曲面縮径部から前記第２の直管部に向けて凹曲面状に縮径する凹面縮径部からなることによって構成されることにある。
【００１６】
本発明によれば、パイルキャップ内に上部が埋設される杭頭部の径が、地盤に貫入された鋼管杭の径よりも小さいことから、半剛接合を形成できると共に、パイルキャップから杭頭部にかかる垂直荷重を第２の直管部にて垂直に受けられると共に、凹曲面縮径部およびそれに連設される凸面縮径部を介して第１の直管部から鋼管杭上端において垂直に受けることが可能となるため、十分な垂直荷重耐力を有することができるものである。また、垂直荷重の水平分力が杭頭管と異径管の接合部に係ることがないため、半剛接合構造に余分な力が加わることを防止することができるものである。
【００１７】
さらに、前記杭頭管の側面には前記パイルキャップ内に延出する複数の鉄筋が設けられることが望ましい。これによって杭頭管とパイルキャップの間の接合性を向上させることができるものである。
【００１８】
さらにまた、前記杭頭管のパイルキャップ内に位置する側面には、少なくとも１つのずれ止めリングが形成されることがのぞましい。これによって、杭頭管とパイルキャップとの接合性を向上させることができるものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、パイルキャップに上部が埋設される小径の杭頭管と、地盤に埋設される大径の鋼管杭とを接合する縮径管を、鋼管杭側から第１の直管部、凸曲面縮径部、凹曲面縮径部および第２の直管部によって構成するようにしたことから、地震時の曲げモーメントに対して半剛接合を達成しつつ、パイルキャップ側からの垂直荷重を効果的に受けることができ、さらに地震時に生じる水平および垂直荷重による分力を十分に受けることが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係る杭頭半剛接合構造の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係る杭頭半剛接合構造の一部拡大説明図である。
【図３】本発明の実施例２に係る杭頭半剛接合構造の概略構成図である。
【図４】本発明の実施例３に係る杭頭半剛接合構造の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の実施例について図面により説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１に示される本発明の実施例１に係る杭頭半剛接合構造１は、地盤２内に貫入または埋設された所定の径Ｄを有する鋼管杭３と、地盤２上に載置されたパイルキャップ４内に上部の所定の範囲が埋設され、前記径Ｄよりも小さい径ｄを有する杭頭管５と、前記鋼管杭３と前記杭頭管５とを連結する異径管６とによって構成される。
【００２３】
本発明の特徴である前記異径管６は、図２に示すように、前記鋼管杭３と同一の径Ｄを有する第１の直管部７と、前記杭頭管５と同一の径を有する第２の直管部８と、前記第１の直管部７と前記第２の直管部８の間に配され、前記第１の直管部７から凸曲面状に縮径する凸曲面縮径部９および該凸曲面縮径部９から前記第２の直管部８に向けて凹曲面状に縮径する凹面縮径部１０からなる移行部１１とによって構成されるものである。
【００２４】
これによって、鋼管杭３と前記パイルキャップ４との接合が、杭頭管５の径ｄを鋼管杭３の径Ｄに比べて小さくしたことによって、鋼管杭３とパイルキャップ４との間に半剛接合を形成できるものである。さらに、杭頭管５と鋼管杭３との間を、上述した構成の異径管６によって接続したことによって、パイルキャップ４から杭頭管５にかかる垂直荷重が、杭頭管５から異径管６を介して鋼管杭３に垂直にかかるため、杭頭管５と異径管６の接続部分および異径管６と鋼管杭３の接合部分に垂直荷重による水平分力がかからないため、所望の半剛接合を維持することができるものである。
【実施例２】
【００２５】
図３に示される本発明の実施例２に係る杭頭半剛接合構造１Ａは、上述した実施例１と同様に、地盤２内に貫入または埋設された所定の径Ｄを有する鋼管杭３と、地盤２上に載置されたパイルキャップ４内に上部の所定の範囲が埋設され、前記径Ｄよりも小さい径ｄを有する杭頭管５と、前記鋼管杭３と前記杭頭管５とを連結する異径管６とによって構成される。
【００２６】
本発明の特徴である前記異径管６は、上述した実施例１と同様に、前記鋼管杭３と同一の径Ｄを有する第１の直管部７と、前記杭頭管５と同一の径を有する第２の直管部８と、前記第１の直管部７と前記第２の直管部８の間に配され、前記第１の直管部７から凸曲面状に縮径する凸曲面縮径部９および該凸曲面縮径部９から前記第２の直管部８に向けて凹曲面状に縮径する凹面縮径部１０からなる移行部１１とによって構成されるものである。
【００２７】
この実施例２では、前記杭頭管５の周縁から軸方向に前記パイルキャップ４内に延出する複数の鉄筋が、前記杭頭管５の側壁に溶接固定され、これによって、杭頭管５とパイルキャップ４との接合性が向上するものである。
【実施例３】
【００２８】
図４に示される本発明の実施例３に係る杭頭半剛接合構造１Ｂは、上述した実施例１と同様に、地盤２内に貫入または埋設された所定の径Ｄを有する鋼管杭３と、地盤２上に載置されたパイルキャップ４内に上部の所定の範囲が埋設され、前記径Ｄよりも小さい径ｄを有する杭頭管５と、前記鋼管杭３と前記杭頭管５とを連結する異径管６とによって構成される。
【００２９】
本発明の特徴である前記異径管６は、上述した実施例１と同様に、前記鋼管杭３と同一の径Ｄを有する第１の直管部７と、前記杭頭管５と同一の径を有する第２の直管部８と、前記第１の直管部７と前記第２の直管部８の間に配され、前記第１の直管部７から凸曲面状に縮径する凸曲面縮径部９および該凸曲面縮径部９から前記第２の直管部８に向けて凹曲面状に縮径する凹面縮径部１０からなる移行部１１とによって構成されるものである。
【００３０】
この実施例３では、前記杭頭管５の周縁に、径方向に延出するずれ止めリング１３が一体にもしくは溶接により一体に形成され、これによって、杭頭管５とパイルキャップ４との接合性が向上し、杭頭管５のずれが防止できるものである。尚、この実施例３では、前記ずれ止めリング１３を１つとしたが、パイルキャップ４との間の所望される接合条件に対応して複数設けることもできる。
【符号の説明】
【００３１】
１  杭頭半剛接合構造
２  地盤
３  鋼管杭
４  パイルキャップ
５  杭頭管
６  異径管
７  第１の直管部
８  第２の直管部
９  凸曲面縮径部
１０  凹曲面縮径部
１１  移行部
１２  鋼管
１３  ずれ止めリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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