(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒を流通させる熱媒流通管を収容した支持杭の開放上端部を塞ぐ杭側プレートと、
該杭側プレートの上方に位置して基礎を受ける基礎側プレートと、
前記杭側プレートと前記基礎側プレートとを連結して前記杭側プレートと前記基礎側プレートとの間での荷重を伝達可能とすると共に、前記杭側プレートと前記基礎側プレートとの間に空間を形成するウェブと、を備え、
前記杭側プレートには、前記空間と前記支持杭の内部とを連通すると共に、前記支持杭の内部に収容される前記熱媒流通管を前記空間中に露出させるための管挿通孔が設けられており、
前記ウェブは、前記管挿通孔を横切るように設けられた中央縦プレート部と、前記管挿通孔を挟むように配置された一対の側縦プレート部とを備え、断面略Ｈ状に形成されていることを特徴とする杭頭キャップ。
【請求項２】
前記空間には、該空間から前記管挿通孔に向けての熱媒流通管の挿入を案内するガイド部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の杭頭キャップ。
【請求項３】
前記ガイド部は、前記空間の外縁側から前記管挿通孔に向けて下り傾斜状に形成されており、前記ウェブに固定されていることを特徴とする請求項２に記載の杭頭キャップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎を支持する支持杭の頭部を保護する杭頭キャップに関する。
【背景技術】
【０００２】
地中の温度は、一年間を通じて温度変化が少なく、比較的安定している。例えば日本の気候においては、地中の温度は、夏季は外気温に対して低く、冬季は外気温に対して高い。そこで、建物の基礎下に埋設されている基礎杭を利用して、地中と地上との間で熱交換を行うことにより、空調等の熱源として利用する装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、建築物の施工の際に、地中に打ち込まれる中空の基礎杭と、この基礎杭の中空内に熱媒体を注入し又は基礎杭の中空内から熱媒体を抽出する空調装置を具備する地中蓄熱装置が開示されている。該地中蓄熱装置においては、杭頭の開口上にあたる建物基礎部分に開口があり、該開口から上部に配管が引き出された状態が図示されているが、ベタ基礎以外の基礎形態（たとえば、布基礎、独立基礎）では、杭頭上部の基礎に開口を設けることは基礎の強度上困難なことが多く、仮に開口を設けることが可能であったとしても、基礎上部に配管が引き出されることによって、メンテナンス用の空間を設ける必要が生じ、基礎上部空間の用途に制約が生じてしまうという問題がある。
【０００４】
かかる問題を解決すべく、特許文献２には、地中熱配管を内部に設けて基礎を支持する支持杭の頭部の開口を塞ぐ杭頭キャップを有し、該支持杭の頭部の側面に、地中熱配管を支持杭内外へ案内し且つ保護するための切欠き部を設けた熱交換用埋設配管についての構成が開示されている。かかる構成によれば、支持杭頭部の切欠き部を通じて該支持杭内への地中熱配管の出し入れや支持杭内部への充填材の補充・交換が可能となるため、支持杭内部に配設した地中熱配管等に目詰まり等の不具合が生じた場合であっても容易にメンテナンスを行うことができるものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１８４０６３号公報
【特許文献２】特開２００８−２０２９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示の熱交換用埋設配管の構成においては、支持杭頭部の一部を切り欠いて切欠き部とし、当該切欠き部に地中熱配管を挿通させる構成であるため、支持杭頭部の一部に断面欠損を生じることとなり、当該支持杭の本来的な機能である基礎を支持するとの観点でみれば、支持杭頭部の全面に亘って基礎からの荷重を受けるものとはならず、支持杭としての支持力の低下のみならず、断面欠損が支持杭頭部の一部に形成されるに過ぎないために基礎を支持する際のバランスも欠くこととなり、構造上不利となるという問題があった。また、該切欠き部を形成するために、現場に支持杭を搬入する前後のいずれかで支持杭頭部を切り欠く施工を要することとなり、施工性も低下させてしまうことが考えられる。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、支持杭に対して地中熱配管を収めるための加工が不要になって当該支持杭の支持力を維持でき、さらに、支持杭内に地中熱配管をメンテナンス容易に収納することができる杭頭キャップ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】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明に係る杭頭キャップは、熱媒を流通させる熱媒流通管を収容した支持杭の開放上端部を塞ぐ杭側プレートと、その杭側プレートの上方に位置して基礎を受ける基礎側プレートと、杭側プレートと基礎側プレートとを連結して杭側プレートと基礎側プレートとの間での荷重を伝達可能とすると共に、杭側プレートと基礎側プレートとの間に空間を形成するウェブと、を備え、杭側プレートには、空間と支持杭の内部とを連通すると共に、支持杭の内部に収容される熱媒流通管を空間中に露出させるための管挿通孔が設けられており、ウェブは、管挿通孔を横切るように設けられた中央縦プレート部と、管挿通孔を挟むように配置された一対の側縦プレート部とを備え、断面略Ｈ状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、支持杭の上端部（頭部）は杭頭キャップの杭側プレートに当接し、その支持杭の上方に位置する基礎は杭頭キャップの基礎側プレートに当接する。そして、杭側プレートと基礎側プレートとはウェブを介して連結されているので、基礎からの荷重は杭頭キャップを介して支持杭に伝達される。支持杭の内部には熱媒流通管が収容されるが、熱媒流通管は、杭側プレートに形成された管挿通孔を通すように設置すれば良いので、支持杭の頭部には熱媒流通管を通すための断面欠損を伴う加工は必要なく、従って、支持杭の頭部は全面に亘って杭頭キャップの杭側プレートに当接するものとなる。その結果、支持杭の支持力はそのまま維持される。また、ウェブを介して杭側プレートと基礎側プレートとが上下に対向することで、これら一対のプレートの間に空間が設けられ、且つ、杭側プレートに形成された管挿通孔は、この空間と支持杭の内部とを連通するため、空間から管挿通孔を通して支持杭の内部に到るように熱媒流通管を挿通することができるものとなる。また、杭側プレートと基礎側プレートの間にウェブが介在することで空間が形成されるので、熱媒流通管を挿通するための空間は基礎の下方にあって常に維持されることになる。その結果、基礎の側方を掘り返す等して上記の空間を露出させることができれば、その空間を介して支持杭内に収納された熱媒流通管を交換等することができることとなり、これによって、熱媒流通管のメンテナンスも容易に行うことができる。
【００１０】
さらに、上記の空間には、その空間から管挿通孔に向けて熱媒流通管の挿入を案内するガイド部が設けられていると好適である。管挿通孔に向けての熱媒流通管の配設をガイド部にしたがって行うことができ、より簡便に熱媒流通管を支持杭の内部に向けて送り込むことができる。
【００１１】
さらに、ガイド部は、空間の外縁側から管挿通孔に向けて下り傾斜状に形成されており、ウェブに固定されていると好適である。これによれば、ガイド部にしたがいながら、熱媒流通管の自重を利用して熱媒流通管を支持杭の内部に送り込み易くなる。
【００１２】
さらにウェブには、支持杭上に杭側プレートを設置した状態で少なくともその支持杭の軸心周りに等間隔でスリットが形成されていると好適である。この構成によれば、基礎からの荷重がウェブを介してバランスよく支持杭に伝達され、支持杭の一部にのみ極度に大きな荷重が作用することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、支持杭に対して熱媒流通管を収めるための加工が不要になって支持杭の支持力を維持でき、さらに、支持杭内に熱媒流通管をメンテナンス容易に収納することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る杭頭キャップを支持杭の上端部に配置し、更に杭頭キャップの上に基礎を配置して埋設した状態を示す部分断面図である。
【図２】第１実施形態に係る杭頭キャップの側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った杭頭キャップの断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った杭頭キャップの断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る杭頭キャップを支持杭の上端部に配置し、更に杭頭キャップの上に基礎を配置して埋設した状態を示す部分断面図である。
【図６】第２実施形態に係る杭頭キャップの側面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は地熱利用システムの一部である管状の支持杭１と、支持杭１の内部に収容された熱媒流通管３とを示している。支持杭１は、軟弱地盤に建物を建てる場合などに利用され、先端が地耐力の大きい支持地盤まで到達して建物の荷重を支持地盤まで伝達する機能を有する。この機能は、支持杭１の本来の機能であって支持力を確保することを目的とするが、本実施形態に係る支持杭１は、室内に配置された輻射装置との間で循環する水などの熱媒と地中との間での熱交換を行う熱伝体としての機能も担う。
【００１７】
支持杭１の内部には、水などの熱伝体物質Ｗが貯留されており、さらに、支持杭１の内部には、熱媒が流動する熱媒流通管３が収容されている。熱媒流通管３は、例えば、Ｕ字状の配管であり、支持杭１の上端部１ａから差し込まれるように挿入されて設置される。熱媒流通管３は、熱媒流通管３は、架橋ポリエチレン管をＵ字状に形成して構成されており、略全域に亘って支持杭１の内部に貯留されて熱伝体物質Ｗに接している。熱媒流通管３は、室内に配置された輻射装置との間で熱媒が流動する循環用の管路に連絡する。熱媒は、輻射装置と支持杭１の内部との間を循環し、支持杭１の内部では熱伝体物質Ｗとの間で熱交換され、輻射装置では気温に応じて放熱または吸熱することで冷暖房機能を発揮する。
（第１実施形態）
【００１８】
第１実施形態に係る杭頭キャップ５Ａは、支持杭１の開放された上端部１ａを塞ぐように装着される杭側プレート７と、杭側プレート７の上方に位置して基礎Ｂを受ける基礎側プレート９と、杭側プレート７と基礎側プレート９とを連結して杭側プレート７と基礎側プレート９との間での荷重を伝達可能とするウェブ１１を備えている。ウェブ１１により、杭側プレート７と基礎側プレート９との間には所定の空間Ｓ１，Ｓ２が形成される。なお、以下の説明では、支持杭１側を下または下側と説明し、基礎Ｂ側を上または上側と説明する。
【００１９】
図２〜図４に示されるように、杭側プレート７は、支持杭１の上端部１ａに当接する平板状のカバー部１３と、カバー部１３の下側の面（下面）に溶接された筒状の装着部１５とを有する。装着部１５は支持杭１の外径よりも僅かに大きな内径を有し、支持杭１の上端部を外環するように嵌め込まれる。支持杭１の上端部は、装着部１５の内側でカバー部１３に当接する。
【００２０】
カバー部１３には、空間Ｓ１，Ｓ２と支持杭１の内部とを連通すると共に、支持杭１の内部に収容される熱媒流通管３を空間Ｓ１，Ｓ２中に露出させるための円形孔（以下、「管挿通孔」という）Ｈが形成されている。管挿通孔Ｈは、支持杭１の内径よりも僅かに小さく、且つ、支持杭１に装着された際に、中心が支持杭１の軸心Ｃと略一致するように形成されている。
【００２１】
基礎側プレート９は、外形が杭側プレート７と同一の矩形平板状である。基礎側プレート９は、上側の面（上面）が基礎Ｂに当接し、基礎Ｂから受けた建物の荷重を、ウェブ１１を介して杭側プレート７に伝達する。
【００２２】
ウェブ１１は、杭側プレート７と基礎側プレート９とに溶接（固定）された板材からなり、できるだけシンプルで充分な曲げ強度を確保できるように断面略Ｈ状に形成されている。具体的に説明すると、ウェブ１１は、杭側プレート７の管挿通孔Ｈを横切るように設けられた中央縦プレート部１７を備える。また、ウェブ１１は、中央縦プレート部１７で二分割された一方側の空間（以下、「第１の空間」という）Ｓ１において、管挿通孔Ｈを挟むようにして配置された一対の側縦プレート部１９Ａ，１９Ｂを備え、同様に他方側の空間（以下、「第２の空間」という）Ｓ２において、管挿通孔Ｈを挟むようにして配置された一対の側縦プレート部１９Ｃ，１９Ｄを備える。各側縦プレート部１９Ａ〜１９Ｄは、中央縦プレート部１７に直交するように配置されている。
【００２３】
第１の空間Ｓ１には、空間Ｓ１から管挿通孔Ｈに向けての熱媒流通管３の挿入を案内するガイド部２１が設けられている。ガイド部２１は、第１の空間Ｓ１の外縁側（図３参照）が上端部２１ａとなり、管挿通孔Ｈ側が下端部２１ｂとなるような下り傾斜状の斜めプレートからなり、また、ガイド部２１の左右の両端は、それぞれ側縦プレート部１９Ａ，１９Ｂに溶接にて固定されている。なお、ガイド部２１の上端部２１ａと基礎側プレート９との間には、熱媒流通管３の挿入するための隙間が形成されている。ガイド部２１を設けることで、熱媒流通管３を管挿通孔Ｈに向けて差し入れ易くなり、また、ガイド部２１によって土砂などが支持杭１の内部に進入するのを防ぐことができる。
【００２４】
また、第２の空間Ｓ２にも同様にガイド部２１が設けられており、このガイド部２１も、第２の空間Ｓ１の外縁側が上端部２１ａとなり、管挿通孔Ｈ側が下端部２１ｂとなるような下り傾斜状の斜めプレートからなる。ガイド部２１を設けることで、熱媒流通管３を管挿通孔Ｈに向けて差し入れ易くなり、また、ガイド部２１によって土砂などが支持杭１の内部に進入するのを防ぐことができる。
【００２５】
支持杭１には、通常、軸力のみが作用するが、通常、軸力のみが作用するが、地震等の発生時には軸力のみならず、水平力が作用することとなり、同様に杭頭キャップ５Ａにも水平力が作用する。水平力が作用した場合、例えば、平行な二枚の縦プレートのみでウェブを形成した場合、水平力が作用したときに、縦プレートに直交する方向からの力には弱くなってしまう。しかしながら、本実施形態では、側縦プレート部１９Ａ〜１９Ｄを補強するために中央縦プレート部１７が設けられているので、側縦プレート部１９Ａ〜１９Ｄに直交する方向からの力に対しても充分な強度を確保し易くなる。
【００２６】
また、熱媒流通管３の誘導は、少なくとも２方向からできれば汎用性があると考えられ、本実施形態のように第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２との両方から熱媒流通管３を管挿通孔Ｈまで誘導できるように構成することで汎用性の向上が見込まれる。なお、熱媒流通管３の誘導という観点からは、ウェブ１１を断面略十字状に形成することも考えられるが、断面略十字状の場合には、支持杭１の内部に後から土が入らないような土留めをする必要があるので、本実施形態に係る略Ｈ型の方が施工上の対応は容易であると考えられる。
【００２７】
以上、本実施形態に係る杭頭キャップ５Ａによれば、支持杭１に対して熱媒流通管３を収めるための加工が不要になって支持杭１の支持力を維持でき、さらに、支持杭１内に熱媒流通管３をメンテナンス容易に収納することができる。
【００２８】
例えば、従来技術（特許文献１参照）などのように、支持杭に熱媒流通管を通すための切り欠きを形成する場合には、杭断面の欠損に伴い荷重が偏心して作用し、軸力にのみならず、この偏心荷重に起因する曲げの影響も見込んだ断面設計が必要になる。更に、一般的に、杭頭には重量を支持のために軸力が生じるのみでなく、水平力により杭頭と基礎底面の固定度によって曲げモーメントも生じるため、切り欠きがあると相当余裕のある杭径と厚みをもった断面にする必要があり、最適な厚みなどの選択は非常に難しくなる。また、切り欠きがあることで、捩れ剛性が下がるなども想定され、局部座屈が生じ易くなったり、また、方向的に強い方向や弱い方向が生じたりする虞もある。そして、想定断面の安定性の欠如なども生じる可能性があり、現場施工での施工精度の低下の可能性もある。
【００２９】
これに対して、本実施形態では、支持杭１に対して断面欠損を伴う加工は必要ないので設計も容易になる。さらに、支持杭１に対して熱媒流通管３を通すための加工が不要になるので、現場では、支持杭１の高さ方向の切断以外の現場加工を排除し、安定して、強い断面を保持することが容易になる。
【００３０】
具体的には、支持杭１の上端部（頭部）１ａは杭頭キャップ５Ａの杭側プレート７に当接し、その支持杭１の上方に位置する基礎Ｂは杭頭キャップ５Ａの基礎側プレート９に当接する。そして、杭側プレート７と基礎側プレート９とはウェブ１１を介して連結されているので、基礎Ｂからの荷重は杭頭キャップ５Ａを介して支持杭１に伝達される。支持杭１の内部には熱媒流通管３が収容されるが、熱媒流通管３は、杭側プレート７に形成された管挿通孔Ｈを通すように設置すれば良いので、支持杭１の上端部１ａには熱媒流通管３を通すための断面欠損を伴う加工は必要なく、従って、支持杭１の頭部は全面に亘って杭頭キャップ５Ａの杭側プレート７に当接するものとなる。その結果、支持杭１の支持力はそのまま維持される。
【００３１】
また、ウェブ１１を介して杭側プレート７と基礎側プレート９とが上下に対向することで、これら一対のプレート７，９の間に空間Ｓ１，Ｓ２が設けられ、且つ、杭側プレート７に形成された管挿通孔Ｈは、この空間Ｓ１，Ｓ２と支持杭１の内部とを連通するため、空間Ｓ１，Ｓ２から管挿通孔Ｈを通して支持杭１の内部に到るように熱媒流通管３を挿通することができるものとなる。
【００３２】
また、杭側プレート７と基礎側プレート９の間にウェブ１１が介在することで空間Ｓ１，Ｓ２が形成されるので、熱媒流通管３を挿通するための空間Ｓ１，Ｓ２は基礎Ｂの下方にあって常に維持されることになる。その結果、基礎Ｂの側方を掘り返す等して空間Ｓ１，Ｓ２を露出させることができれば、その空間Ｓ１，Ｓ２を介して支持杭１内に収納された熱媒流通管３を交換等することができることとなり、これによって、熱媒流通管３のメンテナンスも容易に行うことができる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、各空間Ｓ１，Ｓ２から管挿通孔Ｈに向けて熱媒流通管３の挿入を案内するガイド部２１が設けられているので、管挿通孔Ｈに向けての熱媒流通管３の配設をガイド部２１にしたがって行うことができ、より簡便に熱媒流通管３を支持杭１の内部に向けて送り込むことができる。
【００３４】
特に、ガイド部２１は、空間Ｓ１，Ｓ２の外縁側から管挿通孔Ｈに向けて下り傾斜状に形成されているので、ガイド部２１にしたがいながら、熱媒流通管３の自重を利用して熱媒流通管３を支持杭１の内部に送り込み易くなる。
（参考実施形態）
【００３５】
次に、図５〜図７を参照して、参考実施形態に係る杭頭キャップ５Ｂを説明する。なお、第２実施形態に係る杭頭キャップ５Ｂに関し、第１実施形態に係る杭頭キャップ５Ａと同一の要素や部材などについては、第１実施形態に係る杭頭キャップ５Ａと同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３６】
本実施形態に係る杭頭キャップ５Ｂは、支持杭１の開放された上端部１ａを塞ぐように装着される杭側プレート７と、杭側プレート７の上方に位置して基礎Ｂを受ける基礎側プレート９と、杭側プレート７と基礎側プレート９とを連結して前記杭側プレート７と基礎側プレート９との間での荷重を伝達可能とするウェブ２３を備えている。ウェブ２３により、杭側プレート７と基礎側プレート９との間には所定の空間Ｓ３が形成される。
【００３７】
ウェブ２３は、杭側プレート７の円形の管挿通孔Ｈに対応した円筒状の鋼材を縦に均等分割したような形状からなる。ウェブ２３は、複数の断面円弧状の分割片２３ａを管挿通孔Ｈに沿って均等間隔に配置されており、各分割片２３ａの下端が杭側プレート７に溶接され、基礎側プレート９の上端が杭側プレート７に溶接されている。その結果、隣り合って固定された分割片２３ａ同士の間には、熱媒流通管３を管挿通孔Ｈに向けて挿通するためのスリットＳＬが形成される。また、上記構成により、支持杭１の上に杭側プレート７を設置した状態で、少なくとも支持杭１の軸心Ｃ周りに等間隔でスリットＳＬが形成された態様が具現化されている。
【００３８】
なお、複数の分割片２３ａが配置された仮想の円筒は、支持杭１の内径と同一の内径が好ましい。仮想の円筒の内径と支持杭１の内径とが異なると杭側プレート７に曲げが生じる可能性があり、すくなくともそのような曲げの発生を考慮した設計が必要になるからである。また、ウェブ２３には、スリットＳＬを形成している分だけ断面欠損があるので、分割片２３ａの板厚は、少なくとも支持杭１よりも厚くする方が好ましい。
【００３９】
本実施形態に係る杭頭キャップ５Ｂによれば、上記の第１実施形態に係る杭頭キャップ５Ａと同様に、支持杭１に対して熱媒流通管３を収めるための加工が不要になって支持杭１の支持力を維持でき、さらに、支持杭１内に熱媒流通管３をメンテナンス容易に収納することができる。
【００４０】
さらに、本実施形態に係るウェブ２３には、支持杭１の上に杭側プレート７を設置した状態で、少なくとも支持杭１の軸心Ｃ周りに等間隔でスリットＳＬが形成されているので、基礎Ｂからの荷重がウェブ２３を介してバランスよく支持杭１に伝達され、支持杭１の一部にのみ極度に大きな荷重が作用することを防止することができる。
【００４１】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、杭側プレートと基礎側プレートとの間の空間に設けられるガイド部は、杭側プレートもしくは基礎側プレートに固定されるものであってもよい。
【００４２】
また、上記第１実施形態において、ガイド部２１と管挿通孔Ｈとの間の空隙を、他部材を設置したりや、孔の形状を変更したりすることで塞いだ構成を採用することも可能である。
【００４３】
なお、参考実施形態において、スリットＳＬは、軸心Ｃ廻りに等間隔で２箇所に設けられていたが、スリットＳＬの形成により杭頭キャップに異方性を生じないのであれば、３箇所、４箇所等複数個所にスリットＳＬを形成する構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…支持杭、１ａ…上端部、３…熱媒流通管、７…杭側プレート、９…基礎側プレート、１１，２３…ウェブ、２１…ガイド部、Ｈ…管挿通孔、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…空間、ＳＬ…スリット。
【図１】
0005507322.tif 000002
【図２】
0005507322.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005507322.tif 000005
【図５】
0005507322.tif 000006
【図６】
0005507322.tif 000007
【図７】
0005507322.tif 000008