(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎フーチング又は上部構造と杭頭部とを鉄筋により半剛結の接合として杭頭部の微小回転を許容する杭頭接合構造において、鋼管杭頭部内に配置される前記鉄筋を囲むように、その鉄筋径よりも大きな内径を有し前記鉄筋の鉄筋長よりも短い補強用鋼管を配置すると共に、前記補強用鋼管を前記鋼管杭と前記基礎フーチング又は上部構造の接合部分における境界面を跨ぐように配置し、更に前記鉄筋を前記補強用鋼管の内側を貫通するように配置し、前記鉄筋と前記補強用鋼管の内周面との間に充填材料が充填硬化されており、前記鋼管杭における鋼管内側と前記補強用鋼管との間に中詰めモルタルを設け、前記補強用鋼管内における鉄筋にふしを設けないことを特徴とする杭頭接合構造。
【請求項２】
基礎フーチング又は上部構造と杭頭部とを鉄筋により半剛結の接合として杭頭部の微小回転を許容する杭頭接合構造において、鋼管杭頭部内に配置される前記鉄筋を囲むように、その鉄筋径よりも大きな内径を有し前記鉄筋の鉄筋長よりも短い補強用鋼管を配置すると共に、前記補強用鋼管を前記鋼管杭と前記基礎フーチング又は上部構造の接合部分における境界面を跨ぐように配置し、更に前記鉄筋を前記補強用鋼管の内側を貫通するように配置し、前記鉄筋と前記補強用鋼管の内周面との間に充填材料が充填硬化されており、前記鋼管杭における鋼管内側と前記補強用鋼管との間に中詰めモルタルを設け、前記補強用鋼管内における鉄筋に付着防止被膜を設けたことを特徴とする杭頭接合構造。
【請求項３】
前記鉄筋の断面積が前記補強用鋼管の内側部分においてのみ、前記補強用鋼管の外側部分における前記鉄筋の断面積よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭頭接合構造。
【請求項４】
前記基礎フーチング又は上部構造側であって、前記鋼管杭頭部における鋼管に当接する部分に、前記鋼管と同等以上の剛性又は硬度を有する支承リングを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の杭頭接合構造。
【請求項５】
前記補強用鋼管の外周面にずれ止めを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の杭頭接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎杭における杭頭部と、基礎フーチング又は上部構造側の部分との杭頭接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤では建築物に代表される上部構造物の荷重を支えるために、基礎杭が使用されることが多い。基礎杭を利用する場合には、荷重の伝達と安定性確保を目的として、基礎杭頭部は、基礎フーチングあるいは、それに相当する上部構造の一部（以下、上部構造と記載）と、強固に固定する構造とすることが一般的である。
【０００３】
前記の基礎杭頭部の固定構造としては、各種接合構造形式が提案されているが、主に鉄筋の一端を杭頭部に固定し、他端を上部構造に固定して、基礎杭頭部と上部構造との接合を初期剛性の高い剛結合とする方法が、工事コスト、簡易施工性の観点から多用される。鉄筋を用いて基礎杭頭部を上部構造に接合する構造は、耐震性に対しては鉄筋の配置、及び鉄筋量から所要の要求性能に従い設計が行われるため、設計荷重に対して十分な抵抗力を発揮することが可能である。しかし、前記のように鉄筋を用いて基礎杭頭部を上部構造に剛結合に接合する構造は、杭頭部分で大きなモーメントが発生してしまうため、大地震などの場合には、繰り返し荷重下において、基礎杭頭部が脆性的な破壊に至るおそれがある。
【０００４】
前記のようなことから、前記のような鉄筋を利用した基礎杭頭部の接合構造に代わる杭頭接合構造として、最近では、杭頭接合を剛結合から半剛結として（つまり初期剛性を下げることで）杭頭に回転性能を付与することによって、杭頭部に作用する曲げモーメントを低減する設計思想がある。杭頭固定度を低減した半剛結条件を具現化するための一手法として、鉄筋の配筋径を杭中央よりに配置することで鉄筋配筋径を縮径することがある。例えば、図７に示すように、鋼管杭２からなる基礎杭の頭部に配置される鉄筋２０を、基礎杭の中央寄りに配置して、杭頭鉄筋の配筋径を、鋼管杭２の外側あるいは鋼管杭２の鋼管壁材の内側近傍に鉄筋２０を配筋する従来の場合よりも縮小したことになり、設計上、仮想ＲＣ（鉄筋コンクリート）杭径を縮小する技術である。このようにすることで、杭頭部の接合を半剛結の接合として初期剛性を下げ、図８に示すように、地震時に杭頭部に曲げモーメントＭが作用した場合に、杭頭部の微小回転を許容する（つまり回転性能を高めた）杭頭接合構造とする設計思想である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９５２２０号公報
【特許文献２】特開２００２−３４９０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記のように、杭頭部の回転性能を付与するために鉄筋の配筋径を縮径することは、杭端部の接合部分において無筋部分が大きくなり、曲げモーメントが作用した際には、接合部付近で図８に示すように、クラック９が生じる恐れがある。例えば、前記の杭頭部の微小回転を許容する杭頭接合構造とした場合に、大地震時に、図８に示すように、杭頭部に実線矢印で示す曲げモーメントＭが、地震荷重が作用する間、反転しながら多数回繰り返し作用する。この時、杭頭部と基礎フーチング１又は上部構造１ａとの鉄筋接合部（杭頭鉄筋接合部）には、図８に示すように、クラック９（ひび割れ）が生じることとなる。このような曲げモーメントＭが作用することで、クラック９が生じた場合、鋼管杭２（基礎杭）側と基礎フーチング１又は上部構造１ａの鉄筋コンクリート製底部との境界部付近の鉄筋２０が伸びて抜け出し、コンクリート８により拘束されないようになる。
【０００７】
このように、鋼管杭２（基礎杭）側と基礎フーチング１又は上部構造１ａの鉄筋コンクリート製底部との境界部付近の鉄筋２０が伸びて抜け出し、コンクリート８により拘束されないようになると、図９に示すように、鉄筋２０が局所的にむき出し状態となり、露出した鉄筋部分２１には引張荷重が作用することとなり、露出した鉄筋２０の部分にひずみが集中する（発生ひずみが局所化する）。この時、露出した鉄筋部分２１が引張力等を大きく負担するようになるため、露出した鉄筋部分２１にひずみが集中するひずみの局所化が起こり、図９に示すように、クラック９のない鉄筋部分に比べて発生応力が極大化し、早期に鉄筋２０は降伏する。この後に、曲げモーメントＭが反転した場合には、図１０に示すように、露出した鉄筋部分２１に圧縮荷重Ｐが作用し、露出した鉄筋部分２１が図１０に示すように変形して座屈する。本来は、鉄筋２０がコンクリート内部に配置されているため、圧縮荷重をコンクリートが負担し、鉄筋２０に圧縮力が作用することはない。しかしながら、クラック９が発生した箇所では、クラック９が閉じて上下のコンクリート部分が当接し、コンクリートが圧縮荷重を伝達可能な状態となるまで、鉄筋２０に圧縮荷重が作用することとなる。
【０００８】
前記のように座屈し露出した鉄筋部分２１は、図１０に示すように座屈した後、更に引張荷重と圧縮荷重の繰り返し荷重を受けることで、実際の鉄筋強度（耐力）以下の荷重でも、鉄筋２０の破断が容易に発生するようになる。杭頭部分には一般的に複数本の鉄筋２０が配置されているが、鉄筋が一本破断することにより構造耐力が著しく低下することで、順次、鉄筋２０の破断が連続して発生し、杭頭鉄筋接合部の脆性的な破壊につながる。したがって、大地震下において脆性的な破壊に至る可能性のある杭頭鉄筋接合部を改善できる技術が望まれる。
【０００９】
また、杭頭を半剛結の接合とした場合の杭頭鉄筋接合部の回転剛性は、杭頭接合部における鉄筋ののび量で規定されることも知られており、鉄筋が繰り返し荷重下で破断するのみならず、座屈などを発生させると、杭頭鉄筋接合部の回転剛性が大きく変化することになる。杭頭鉄筋接合部の回転剛性が変化し、剛性が低下すると、一般的に、杭頭部の荷重の分担が変化し、部分的には設計で想定した以上の荷重が作用する等、より甚大な破壊へと繋がる危険性がある。
【００１０】
そのため、杭頭鉄筋接合部の回転性能を期待した杭頭半剛結接合とした杭頭接合部においては、地震時の繰り返し荷重下において、杭頭鉄筋接合部の回転性能を変化させることなく安定的な荷重変位関係を保持することが重要になる。特に、杭頭部分での接合面にクラック９が生じる際には、すでに鉄筋が降伏していることがあることも予想され、ある一定の回転性能を有しつつ回転剛性の低下を抑制するためには、鉄筋の降伏後の挙動が非常に重要になる。
【００１１】
前記のように、杭頭接合部を半剛結接合にした場合には、十分な回転性能を有するように鉄筋ののび量が確保され、回転途中で鉄筋が破断などに至ることがないようにすることが特に求められる。そのため、鋼管杭２（基礎杭）側と基礎フーチング１又は上部構造１ａの鉄筋コンクリート製底部との境界部付近の鉄筋２０が伸びて抜け出し、鉄筋２０が局所的にむき出し状態となり、露出した鉄筋２０の部分にひずみが集中することを避けることが特に求められる（発生ひずみが局所化すると、回転性能に対応する鉄筋２０ののび量が確保できないうちに局所的な破断に至る危険性が増大する）。このことから、鋼管杭２（基礎杭）側と基礎フーチング１又は上部構造１ａの鉄筋コンクリート製底部との境界部を跨ぐ鉄筋のひずみが均一となり、十分なのび量が担保されるように、鉄筋を座屈防止型のアンボンド化とすることが有効と考えられる。ここで、座屈防止型のアンボンド化とは、アンボンド化された鉄筋について、さらに、前記の図１０に示すような座屈の発生を、補強用鋼管等によって防止することのできるものをいう。しかしながら、従来においては、特許文献１、２に示されるように杭頭接合部を剛結合とした構造については、鉄筋をアンボンド化する技術しか提案されていなかった。実際、特許文献１、２に示される結合構造においては、杭頭接合部の回転性能を支配すると想定される縁端部に配置された鉄筋については、杭頭接合部を剛結合とするための拘束鉄筋として用いられ、アンボンド化はなされておらず、杭頭が回転する際に生じる問題点を解決できる形態とはなっていない。つまり半剛結接合とした場合に特有の前記問題点を解決するために、鉄筋を座屈防止型にてアンボンド化しようとする試みはなされていなかった。
【００１２】
また、鋼管杭２の半剛結接合において杭頭部に曲げモーメントが作用した際には、図８に示すように、片方へ前述のクラック９が発生する。この時、クラック９の反対側では、鋼管杭２が基礎フーチング１又は上部構造１ａの鉄筋コンクリート製底部にめり込むようなモードが生じる。杭頭部と基礎フーチング１又は上部構造１ａの部材が両者ともコンクリートである場合には、両者の部材強度が同程度であるため大きな問題とならない。しかし、鋼管杭２を用いた場合は、部材強度や硬度の高い鋼製の杭頭部が、部材強度や硬度の低いコンクリート製の基礎フーチング１又は上部構造１ａに対して、図８に示すように、クラック９の反対側でめり込むようなモードが起こりやすいという問題点がある。
【００１３】
そこで、本発明は、前記のような杭頭鉄筋接合部を半剛結接合として杭頭接合部の微小回転を許容する杭頭接合構造において、杭頭接合部の回転性能の低下を抑制することが可能な杭頭接合構造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】
【００１４】
第１発明の杭頭接合構造においては、基礎フーチング又は上部構造と杭頭部とを鉄筋により半剛結の接合として杭頭部の微小回転を許容する杭頭接合構造において、鋼管杭頭部内に配置される前記鉄筋を囲むように、その鉄筋径よりも大きな内径を有し前記鉄筋の鉄筋長よりも短い補強用鋼管を配置すると共に、前記補強用鋼管を前記鋼管杭と前記基礎フーチング又は上部構造の接合部分における境界面を跨ぐように配置し、更に前記鉄筋を前記補強用鋼管の内側を貫通するように配置し、前記鉄筋と前記補強用鋼管の内周面との間に充填材料が充填硬化されており、前記鋼管杭における鋼管内側と前記補強用鋼管との間に中詰めモルタルを設け、前記補強用鋼管内における鉄筋にふしを設けないことを特徴とする。
【００１５】
第２発明の杭頭接合構造においては、基礎フーチング又は上部構造と杭頭部とを鉄筋により半剛結の接合として杭頭部の微小回転を許容する杭頭接合構造において、鋼管杭頭部内に配置される前記鉄筋を囲むように、その鉄筋径よりも大きな内径を有し前記鉄筋の鉄筋長よりも短い補強用鋼管を配置すると共に、前記補強用鋼管を前記鋼管杭と前記基礎フーチング又は上部構造の接合部分における境界面を跨ぐように配置し、更に前記鉄筋を前記補強用鋼管の内側を貫通するように配置し、前記鉄筋と前記補強用鋼管の内周面との間に充填材料が充填硬化されており、前記鋼管杭における鋼管内側と前記補強用鋼管との間に中詰めモルタルを設け、前記補強用鋼管内における鉄筋に付着防止被膜を設けたことを特徴とする。
【００１６】
第３発明では、第１発明又は第２発明の杭頭接合構造において、前記鉄筋の断面積が補強用鋼管の内側部分においてのみ、前記補強用鋼管の外側部分における前記鉄筋の断面積よりも小さく設定されていることを特徴とする。
【００１７】
第４発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの杭頭接合構造において、前記基礎フーチング又は上部構造側であって、前記鋼管杭頭部における鋼管に当接する部分に、前記鋼管と同等以上の剛性又は硬度を有する支承リングを設けたことを特徴とする。
【００１８】
第５発明では、第１発明〜第４発明のいずれかの杭頭接合構造において、前記補強用鋼管の外周面にずれ止めを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１発明によると、基礎フーチング又は上部構造と杭頭部とを鉄筋により半剛結の接合として杭頭部の微小回転を許容する杭頭接合構造において、鋼管杭頭部内に配置される前記鉄筋を囲むように、その鉄筋径よりも大きな内径を有し前記鉄筋の鉄筋長よりも短い補強用鋼管を配置すると共に、前記補強用鋼管を前記鋼管杭と基礎フーチング又は上部構造の接合部分における境界面を跨ぐように配置し、更に前記鉄筋を前記補強用鋼管の内側を貫通するように配置し、前記鉄筋と補強用鋼管の内周面との間に充填材料が充填硬化されており、鋼管杭における鋼管内側と補強用鋼管との間に中詰めモルタルを設け、補強用鋼管内における鉄筋にふしを設けていないので、次のような効果が得られる。地震時に、基礎フーチング又は上部構造物側に水平力が作用して、鋼管杭頭と基礎フーチング又は上部構造物側との境界部にクラックが生じても、鉄筋中間部は、補強用鋼管内で軸直角方向の変形が拘束された状態であるので、鉄筋の座屈あるいはそれによる破断を防止でき、又杭頭接合部の脆性破壊を防止する。その結果、大地震時において基礎フーチング又はこれに相当する上部構造物側に水平力が作用した場合に、杭頭部の微小回転を許容する（回転性能を高めた）半剛結の杭頭接合部において、杭頭部の回転剛性の変化を抑制することができる等の効果が得られる。また、補強用鋼管内における鉄筋にふしを設けていないので、鉄筋に付着防止膜を設けた場合と同様な機能を容易に発揮することができて、構造を簡単にすることができる。そのため、地震時に、杭頭部に作用する曲げモーメントにより、鋼管杭頭部が微小回転することで、補強用鋼管内におけるふしのない鉄筋部分と充填材料との付着を容易に解消し、アンボンド状態とすることができる等の効果が得られる。このアンボンド状態とすることにより、鉄筋に作用する圧縮方向又は引張方向の地震力を、アンボンド状態とされている鉄筋部分全体で負担することができ、地震力による鉄筋のひずみの局所化を回避して、鉄筋のひずみを均一にすることが可能となる。さらに、補強用鋼管により鉄筋の座屈防止を行うことで、繰り返し荷重下における座屈発生を抑制し、耐力低下が急激に起こらないようにすることができ、杭頭部の回転性能を維持することが可能となる。
【００２０】
第２発明によると、基礎フーチング又は上部構造と杭頭部とを鉄筋により半剛結の接合として杭頭部の微小回転を許容する杭頭接合構造において、鋼管杭頭部内に配置される前記鉄筋を囲むように、その鉄筋径よりも大きな内径を有し前記鉄筋の鉄筋長よりも短い補強用鋼管を配置すると共に、前記補強用鋼管を前記鋼管杭と基礎フーチング又は上部構造の接合部分における境界面を跨ぐように配置し、更に前記鉄筋を前記補強用鋼管の内側を貫通するように配置し、前記鉄筋と補強用鋼管の内周面との間に充填材料が充填硬化されており、鋼管杭における鋼管内側と補強用鋼管との間に中詰めモルタルを設け、補強用鋼管内における鉄筋に付着防止被膜を設けることで、補強用鋼管内における鉄筋と充填材料との付着を低減するようにしているので、前記第１発明と同様な効果が得られる。また、補強用鋼管内における鉄筋に付着防止被膜を設けることで、補強用鋼管内における鉄筋と充填材料との付着を確実に防止することができる等の効果が得られる。
【００２１】
第３発明によると、鉄筋の断面積が補強用鋼管の内側部分においてのみ、前記補強用鋼管の外側部分における前記鉄筋の断面積よりも小さく設定されているので、大地震時において、杭頭部と基礎フーチング等の境界部分でクラックが生じても、クラックが生じた部分における、鉄筋の局所的なひずみの異常な極大化を防止することができる。また、補強用鋼管の内側部分においてのみ鉄筋の断面積を小さくすることで、補強用鋼管で拘束されている部分以外での鉄筋の破壊が先行して発生することを抑制することができる等の効果が得られる。
【００２２】
第４発明によると、基礎フーチング又は上部構造側であって、鋼管杭頭部における鋼管に当接する部分に、この鋼管と同等以上の剛性又は硬度を有する支承リングを設けたので、大地震時において、鋼管杭における鋼管上端に、基礎フーチング側等のコンクリート部分が直接接触することなく支承リングで受けることができる。これにより、支承リングで鋼管杭端部を受けとめることができ、鋼管杭から作用される局所的な力を支承リングによって分散させることが可能となり、その結果、基礎フーチング側等のコンクリート部分の圧壊を防止すると共にこれによる杭頭部の回転剛性の変化を防止することが可能となる。
【００２３】
第５発明によると、補強用鋼管の外周面にずれ止めを有するので、補強用鋼管と中詰めモルタルとの一体化を高め、補強用鋼管を鋼管杭内の所定の位置に確実に保持することができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態の杭頭接合構造を示す縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す縦断正面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第２実施形態の杭頭接合構造を示す縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す縦断正面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第３実施形態の杭頭接合構造を示す縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す縦断正面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第４実施形態の杭頭接合構造を示す縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す縦断正面図である。
【図５】本発明の第４実施形態の杭頭接合構造の場合に、鉄筋が変形している状態を示す縦断正面図である。
【図６】本発明の第５実施形態の杭頭接合構造を示す縦断正面図である。
【図７】従来の杭頭接合構造を示す縦断正面図である。
【図８】従来の杭頭接合構造の場合に、鉄筋が局部的に抜け出して伸びて歪んでいる状態を示す縦断正面図である。
【図９】（ａ）は図８の鉄筋が局部的に伸びて歪んで抜け出している状態付近を拡大して示す図であり、（ｂ）はその部分のひずみ分布を示す図である。
【図１０】図９に示す状態から杭頭部の局部的に抜け出して伸びて歪んでいる状態の鉄筋に圧縮力が作用して座屈している状態を示す縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２６】
図１には、第１実施形態の杭頭接合構造が示されている。この形態では、鉄筋コンクリート製の基礎フーチング１又は鉄筋コンクリート製の上部構造１ａと、鋼管杭２の頭部に配置される鉄筋３を、鋼管杭２の中心縦軸線よりに配置して、杭頭鉄筋の配筋径を、鋼管杭２の中心縦軸線よりに縮小するようにしている。このとき、鉄筋コンクリート製の基礎フーチング１又は鉄筋コンクリート製の上部構造１ａと鋼管杭２の頭部とは、コンクリートにより一体化されて剛結合されたものではなく、又は、拘束鉄筋等によって剛結合されたものではなく、鉄筋３の上部及び下部の付着によって接合される半剛結のものであってもよい。このようにすることで、鉄筋３による杭頭接合部を、半剛結の接合とし杭頭部の微小回転を許容する杭頭接合構造としている。
【００２７】
鋼管杭２の頭部内には、複数の補強用鋼管４を、等角度間隔等の間隔をおいて配置している。前記補強用鋼管４は、前記鋼管杭２と基礎フーチング１又は上部構造１ａの接合部分における境界面５を跨ぐように配置されている。基礎フーチング１又は上部構造１ａ側へ、補強用鋼管４の上端部を入れ込む長さＬ（図１（ｂ）参照）は、大地震時に、杭頭部に曲げモーメントＭが作用して、基礎フーチング１又は上部構造１ａと鋼管杭２の頭部との境界部でクラック９（図５参照）が生じても、鉄筋３中間部が露出しないような長さ寸法とすればよい。前記の補強用鋼管４の上端部を入れ込む長さＬは、設計により設定される。
【００２８】
各補強用鋼管４は、鋼管杭頭部内に配置される個々の鉄筋３を囲むように、その鉄筋径よりも大きな内径を有し、前記鉄筋３の鉄筋長よりも短い補強用鋼管４とされている。
【００２９】
更に、前記各鉄筋３は前記補強用鋼管４の内側を貫通するように配置され、前記鉄筋３と補強用鋼管４の内周面との間には、モルタル６若しくはモルタルに相当する充填材料が充填硬化されている。また、鋼管杭２における鋼管７内側と補強用鋼管４との間には、適宜配筋されてモルタル６が打設されて硬化されて中詰めモルタル８ａを形成するように設けられている。なお、各実施形態における中詰めモルタル８ａを支持するために鋼管杭２内に設ける型枠は、図１において省略したが、当該型枠が設けられてもよいことは勿論である。
【００３０】
前記のように、補強用鋼管４を、前記鋼管杭２と基礎フーチング１又は上部構造１ａの接合部分における境界面５を跨ぐように配置していることで、境界部付近でクラック９が生じた部分において、鉄筋３が露出するのを防止し、補強用鋼管４とこれにより変形が拘束された硬化したモルタル６若しくはモルタルに相当する充填材料により、クラック９が生じた部分における鉄筋３の座屈を防止している。さらに説明すると前記実施形態のような構造とすることで、大地震時に、杭頭接合部にクラック９が生じても、鉄筋３中間部の軸直角方向の変形を、補強用鋼管４とその補強用鋼管４内に充填されるモルタル６等と共に拘束して、鉄筋３の座屈あるいは破断を防止し、杭頭部の回転剛性が変化するのを抑制した半剛結接合構造としている。
【００３１】
図１に示す第１実施形態では、鉄筋３の下部は、補強用鋼管４の下端部から下方に向って貫通するように設けられており、中詰めモルタル８ａに定着するようにしている。
【００３２】
補強用鋼管４内における異径棒鋼等の鉄筋３中間部には、断面が長手方向で一様な小径軸部１５として、ふし（節、突起）を設けていないことで、補強用鋼管４内における鉄筋３中間部とモルタル６若しくはモルタルに相当する充填材料との付着を低減するようにしている。
【００３３】
図１に示す実施形態では、鉄筋３の断面積が、補強用鋼管４の内側部分においてのみ、前記補強用鋼管４の外側部分における前記鉄筋３の断面積よりも小さく、小径軸部１５とされている。このように、補強用鋼管４の長さ寸法に渡り、鉄筋３中間部（小径軸部１５）の直径を小さく設定することで、断面積を小さくし、鉄筋３中間部の断面積の小さく設定された部分全体で均等に、引張力及び圧縮力の軸力を負担するようにしている。これにより、この実施形態の場合は、鉄筋３の断面積の小さい部分（小径軸部１５）での弾性変形又は塑性変形による伸びは大きくなるものの、従来のように、クラック９の部分での、局所的なひずみの異常な極大化を防止している。補強用鋼管４の内側部分においてのみ鉄筋３中間部の断面積を小さくすることで、補強用鋼管４で拘束されている部分以外での鉄筋３の破壊が先行して発生することを抑制することができる。
【００３４】
前記第１実施形態では、鉄筋３中間部を、ふしのない断面が長手方向に一様な小径軸部１５として、断面積を小さく設定しているものを使用している。前記のような鉄筋３は、適宜熱間加工により製作するようにしてもよく、切削加工によってもよい。ここで、切削加工によって断面積の小さい鉄筋３を製作する方法として、既製品の鉄筋３を部分的に切削する方法がある。これによると、その切削部分においては、鉄筋３の断面積を小さくすることができると同時に、鉄筋３の節も切削加工されてなくなる。このため、切削加工を用いた場合は、断面積の小さく、かつ、鉄筋３の節がないことによってアンボンド化された鉄筋３を効率的に製作することが可能となる。それゆえ、鉄筋３に付着防止膜を設けることによるアンボンド化よりも、切削加工によって部分的に節のない鉄筋３を製作する方が望ましい。しかしながら、これらに限定されることなく、その他の方法よってもよく、場合によっては、外径の異なる複数の鉄筋３と断面が一様な棒状鉄筋をねじ接合等により構成するようにしてもよい。
【００３５】
前記のような鋼管杭２と基礎フーチング１又は上部構造１ａとに渡って、補強用鋼管４と鉄筋３とを配置する場合には、予め、補強用鋼管４内に、鉄筋３を貫通配置してモルタル６又はモルタルに相当する充填材料を充填硬化して構成した、補強用鋼管付鉄筋とするとよい。そして、鋼管杭２内に補強用鋼管付鉄筋の下部を配置して保持した状態で、コンクリート８を鋼管杭２内に充填し硬化することで、補強用鋼管４及び鉄筋３を所定の位置に配置することができる。その後、補強用鋼管４と鉄筋３の上部を埋め込むように、基礎フーチング１又は鉄筋コンクリート製の上部構造１ａを鋼管杭２上に築造すればよい。
【００３６】
前記のように、補強用鋼管４内における鉄筋３中間部の断面積を他の部分に比べて、小さくしてもよいが、他の部分と同じ断面積で同じ断面形態としてもよい。
【００３７】
補強用鋼管４内における鉄筋３の断面形態が一様で、ふしがない場合には、モルタル６又はモルタルに相当する充填材料を充填して硬化しても、鉄筋３とモルタル６又はモルタルに相当する充填材料との付着は弱いため、地震時に、鉄筋３に引張力又は圧縮力が作用した場合には、縁切り状態になる。また、鉄筋３とそのようなモルタル６又はモルタルに相当する充填材料との付着を防止するために、補強用鋼管４内に配置される鉄筋３中間部に、予め、付着防止膜等を設けておいてもよい。前記の付着防止膜としては、例えば、型枠剥離剤、オイルペイント、アスファルト等の公知の材料を使用してもよい。
【００３８】
前記の鋼管杭２及び補強用鋼管４の平断面形態は、円形以外にも、四角形、六角形等の形態でもよい。また、補強用鋼管４の平断面形態は、三角形、楕円形等筒状の鋼管７を用いるようにしてもよい。
【００３９】
図２には、第２実施形態の杭頭接合構造が示されている。前記第１実施形態では、鉄筋３の下部を長くして、鉄筋３の下部に定着長を確保して、中詰めモルタル８ａに定着するようにしている。しかし、第２実施形態では、補強用鋼管４の下側に定着プレート１０を配置して、鉄筋３の下端側を定着プレート１０に挿通し、定着プレート１０の下側に配置のナット等の定着金具１１に係止している。このような構造にすると、鉄筋３の下部を長い寸法とする必要もなく、中詰めモルタル８ａの量も少なくできる。このような形態でも、前記実施形態と同様に、大地震時に、杭頭接合部にクラック９が生じても、鉄筋３中間部の軸直角方向の変形を、補強用鋼管４とその補強用鋼管４内に充填されるモルタル６等と共に拘束することになる。これにより、鉄筋３の座屈あるいは破断を防止し、杭頭部の回転剛性が変化するのを抑制した半剛結接合構造としている。その他の構成については、前記の第１実施形態の場合と同様であるので、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。
【００４０】
図３には、第３実施形態の杭頭接合構造が示されている。この形態では、鋼管杭２側部分における補強用鋼管４の外周面に凹凸を設けてずれ止め１２を有する補強用鋼管４としている。補強用鋼管４の外周面にその軸方向及び周方向に間隔をおいて多数の凹凸等のずれ止め１２を設けることで、補強用鋼管４と中詰めモルタル８ａとの一体化を高めるようにした形態である。このような補強用鋼管４を中詰めモルタル８ａに埋め込み固定することで、補強用鋼管４を鋼管杭２内の所定の位置に確実に保持することができる。このような形態でも、前記実施形態と同様に、大地震時に、杭頭接合部にクラック９が生じても、鉄筋３中間部の軸直角方向の変形を、補強用鋼管４とその補強用鋼管４内に充填されるモルタル６等と共に拘束して、鉄筋３の座屈あるいは破断を防止し、杭頭部の回転剛性が変化するのを抑制した半剛結接合構造としている。その他の構成は、前記第２実施形態と同様である。
【００４１】
図４には、第４実施形態の杭頭接合構造が示されている。この形態では、第１実施形態の場合に加えてさらに、基礎フーチング１又は上部構造１ａ側であって、鋼管杭頭部における鋼管７の上端に当接する部分に、鋼管杭２と同等の剛性又は硬度を有する材料の支承リング１３を設けた形態である。この支承リング１３は、例えば、リング状鋼製平板が用いられる。前記の支承リング１３には、適宜、スタッドジベル等のジベル１４が固定され、前記ジベル１４は基礎フーチング１又はそれに相当する上部構造１ａ側に埋め込み固定されて、前記支承リング１３は、基礎フーチング１等に固定されている。前記の支承リング１３の下面を鋼管杭２上に載置した状態で、基礎フーチング１側を築造して、中詰めモルタル８ａ上に、基礎フーチング１側の配筋作業後にコンクリート８が打設されて、基礎フーチング１側が構築される。そのため、鋼管杭２における鋼管７上端面と、支承リング１３の下面とは、鋼製部材相互のメタルタッチ状態となっている。
【００４２】
図４に示すような鋼製の支承リング１３を設けると、大地震時において、図５に示すように、杭頭部に曲げモーメントＭが作用した場合に、鋼管杭２の頭部が微小回転しても、鋼管杭２から作用される局所的な力を支承リング１３によって分散させることが可能となり、鋼管杭２における鋼管７上端の一部が、鉄筋コンクリート製の基礎フーチング１又は基礎フーチングに相当する上部構造物の一部（コンクリート製又は鉄筋コンクリート製）に、めり込むことがなくなる。そのため、図８に示すように、支承リング１３がない場合には、基礎フーチング１側等のコンクリート部分を圧壊するおそれがあるが、支承リング１３を設けることで、鋼管杭２における鋼管７が、基礎フーチング１側等のコンクリート部分を圧壊することを防止することができる。基礎フーチング１側等のコンクリート部分を圧壊すると、杭頭部の回転剛性が変化するが、基礎フーチング１側等のコンクリート部分が圧壊するのを防止しているため、基礎フーチング１側等のコンクリート部分の圧壊による杭頭部の回転剛性の変化を防止している。
【００４３】
このような鋼製等の支承リング１３を前記の第２実施形態あるいは第３実施形態に適用するようにしてもよい。なお、支承リング１３の下面の形態は、鋼管杭２における鋼管７の上端面の形態に応じて、円形リングあるいは矩形リング等の形態にすればよい。
【００４４】
また、図４に示す形態では、補強用鋼管４の上部及び鉄筋３中間部（小径軸部１５）が基礎フーチング１あるいはそれに相当する上部構造物側の部分に、前記第１実施形態の場合よりも、長い寸法とされている。このようにすることで、大地震時に、杭頭接合部にクラック９が生じても、鉄筋３中間部がむき出しになるのを防止し、鉄筋３中間部の軸直角方向の変形を、補強用鋼管４内に充填されるモルタル６等と共に拘束して、鉄筋３の座屈あるいは破断を防止し、杭頭部の回転剛性が変化するのを抑制している。図４に示す形態は、この杭頭部の回転剛性の変化の抑制だけでなく、前述した基礎フーチング１側等のコンクリート８部分の圧壊の防止、鉄筋３の座屈あるいはそれによる破断の防止、補強用鋼管４内におけるふしのない鉄筋３部分と中詰めモルタル８ａとの付着の容易な解消、及び補強用鋼管４で拘束されている部分以外での鉄筋３の破壊が先行して発生することの抑制を、同時に実現することができる点で、望ましい実施形態である。
【００４５】
図６には、第５実施形態の杭頭接合構造が示されている。この形態は、前記各実施形態の補強用鋼管４よりも、大径の補強用鋼管４とした形態である。そして、鋼管杭２の頭部に配置される複数の鉄筋３中間部（小径軸部１５）が、前記の大径の補強用鋼管４内に等角度間隔等の間隔をおいて配置され、必要に応じ各鉄筋３中間部に付着防止膜を設けて、大径の補強用鋼管４内側と各鉄筋３中間部外周面との間に、モルタル６又はそれに相当する硬化性の充填材料が充填されて硬化されている形態とされている。この形態では、大径の補強用鋼管４内に複数の鉄筋３を配置していることから、補強用鋼管４の本数を少なくすることができる。また、複数の鉄筋３と補強用鋼管４とを、補強用鋼管４内に充填されるモルタル６又はそれに相当する硬化性の充填材料が充填されて硬化されていることで、予めユニット化することができ、鋼管杭頭部の鉄筋３及び補強用鋼管４の配置が容易になる形態とされている。このような形態でも、前記実施形態と同様に、大地震時に、杭頭接合部にクラック９が生じても、鉄筋３中間部の軸直角方向の変形を、補強用鋼管４とその補強用鋼管４内に充填されるモルタル６等と共に拘束することができる。これにより、鉄筋３の座屈あるいは破断を防止し、杭頭部の回転剛性が変化するのを抑制した半剛結接合構造としている。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。
【００４６】
本発明を実施する場合、モルタルに相当する充填材料としては、例えば、高流度のグラウト材料等を使用するようにしてもよい。
【００４７】
本発明を実施する場合、鉄筋３中間部を小径軸部１５としないでもよく、鉄筋３の上下部及び中間部の断面積を同じような断面積としてもよい。このような場合には、鉄筋３中間部に付着防止膜を設けることでもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  基礎フーチング
１ａ  上部構造
２  鋼管杭
３  鉄筋
４  補強用鋼管
５  境界面
６  モルタル
７  鋼管
８  コンクリート
８ａ  中詰めモルタル
９  クラック
１０  定着プレート
１１  定着金具
１２  ずれ止め
１３  支承リング
１４  ジベル
１５  小径軸部
２０  鉄筋
２１  露出した鉄筋部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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