(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎杭の上端部たる杭頭部とその上位に配置されたフーチングとが接合手段を介して接合された杭基礎構造において、
接合手段は、杭頭部に下部支承部材を固定し、フーチングの下端に上部支承部材を固定し、両支承部材の一方にピストン部を設けると共に他方にピストン部が嵌合するピストン受部を設け、ピストン部の端部にシールリングを嵌合固定すると共にピストン部の端部外周面及びこれに嵌合するシールリングの内周面を互に密接する下窄まり状のテーパ面に構成し、ピストン部とピストン受部との間に弾性部材を装填すると共に弾性部材とピストン部との間にシムプレートを介挿入して、杭頭部とフーチングとを弾性部材の弾性変形により相対回転自在に接合すると共に弾性部材に作用する荷重が前記テーパ面により弾性部材側への押圧力とピストン受部の内周面側への押付力との分力に分けられるように構成したものであり、
下部支承部材は、その下面部に垂設した所定長さの連結筒を杭頭部に嵌合させることにより、基礎杭に固定されていることを特徴とする杭基礎構造。
【請求項２】
連結筒と杭頭部との嵌合部分の隙間には、樹脂材が充填，硬化されていることを特徴とする、請求項１に記載する杭基礎構造。
【請求項３】
連結筒には、前記樹脂材たる充填材の流出入口が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載する杭基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビルや橋梁等のような建築・土木関係の構造物に固定されて地中地盤に埋め込まれたコンクリート製フーチング（構造物の基礎）を、基礎杭（硬盤層などの深い層に伝達して支持させる先端支持杭や杭外周面と地盤土砂との間の摩擦力で支持させる摩擦杭）の上端部たる杭頭部に支承させてなる杭基礎構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の杭基礎構造にあっては、一般に、図７に示す如く、地中地盤１８１に構造単位としての基礎杭１８２を打設し、その杭頭部１８２ａとその上位に配置したコンクリート製のフーチング１８３とを、複数の杭鉄筋１８４…を両者１８２，１８３にコンクリート打設により埋設させることにより、剛接合しているのが普通である。なお、フーチング１８３は、上部構造体側の柱１８５及び基礎梁１８６に固定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる剛接合構造では、地震等による過大な力（以下「地震力」という）が作用した場合、両者の境界部となる杭頭部接合部に応力が集中し、大地震時に杭頭部１８２ａ及びフーチング１８３の下部が損傷、破損し易く、それが原因で上部構造物の倒壊など被害が拡大する可能性がある。また、剛接合であるため、杭頭部接合部に作用する応力が大きくなるため、鉄筋１８４…の埋設数を必要以上に多くしたり、杭１８２やフーチング１８３の断面を大きくしたりする必要がある。その結果、施工が煩雑になるばかりでなく、配筋工事の増大によって施工コストが嵩む。また、杭頭部接合部に損傷、破損が生じた際にはその箇所を復旧する必要があるが、杭頭部接合部は、地中地盤１８１に構造単位としてコンクリート打設された杭１８２に支持された下部構造であるために、復旧作業自体の作業性が非常に悪いとともに莫大な復旧費用を要する。
【０００４】
本発明は、このような問題を生じることなく、優れた耐震性能及び免震性能を発揮しうる杭基礎構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基礎杭の上端部たる杭頭部とその上位に配置されたフーチングとが接合手段を介して接合された杭基礎構造において、接合手段は、杭頭部に下部支承部材を固定し、フーチングの下端に上部支承部材を固定し、両支承部材の一方にピストン部を設けると共に他方にピストン部が嵌合するピストン受部を設け、ピストン部の端部にシールリングを嵌合固定すると共にピストン部の端部外周面及びこれに嵌合するシールリングの内周面を互に密接する下窄まり状のテーパ面に構成し、ピストン部とピストン受部との間に弾性部材を装填すると共に弾性部材とピストン部との間にシムプレートを介挿入して、杭頭部とフーチングとを弾性部材の弾性変形により相対回転自在に接合すると共に弾性部材に作用する荷重が前記テーパ面により弾性部材側への押圧力とピストン受部の内周面側への押付力との分力に分けられるように構成したものであり、下部支承部材は、その下面部に垂設した所定長さの連結筒を杭頭部に嵌合させることにより、基礎杭に固定されていることを特徴とする杭基礎構造を提案する。ところで、下部支承部材の基礎杭への固定強度を向上させるためには、連結筒と杭頭部との嵌合部分の隙間に樹脂材を充填，硬化しておくことが好ましい。また、樹脂材の充填を良好且つ容易に行うためには、連結筒に上記樹脂材たる充填材の流出入口を形成しておくことが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて具体的に説明する。
【０００７】
図１〜図３は本発明の実施の形態を示すもので、この実施の形態における杭基礎構造にあっては、図１に示す如く、基礎杭２の上端部たる杭頭部２ａとその上位に配置されたフーチング６とが、接合手段７により接合されている。なお、基礎杭２は、地中地盤１に打設された既製杭（鋼管杭，ＳＣ杭，ＰＨＣ杭等）であり、この例ではＰＨＣ杭である）であり、フーチング６は、上部構造体である建物３から下方へ一体に延設した柱４及び基礎梁５に固定させて地中に埋め込み設置されたコンクリート製のものである。
【０００８】
而して、接合手段７は、図２及び図３に示す如く、フーチング６の下端部に固定した上部支承部材８と杭頭部２ａに固定した下部支承部材９との間に弾性部材１０を装填してなる。
【０００９】
上部支承部材８は、図２及び図３に示す如く、金属製のもので、平板状の取付フランジ８１とその下面中央部に垂設されたピストン部８２と取付フランジ８１の上面部に固着された複数のスタッドボルト８３…とからなる。上部支承部材８は、取付フランジ８１の下面がフーチング６の下面に略一致する形態に配置させた状態でフーチング６のコンクリート打設を行って、スタッドボルト８３…をフーチング６に埋設させることにより、フーチング６に固定されている。ピストン部８２は横断面形状が円形又は方形をなすもので、下端外周部には充填材入りＰＴＦＥ等からなる合成樹脂製のシールリング１１が嵌合固定されている。なお、シールリング１１の外周形状は、ピストン部８２の外周から若干突出する円形又は方形をなしており、ピストン部８２の下端外周面とシールリング１１の内周面とは、相互に密接する下窄まり状のテーパ面に構成されている。
【００１０】
下部支承部材９は、図２及び図３に示す如く、金属製のもので、杭頭部２ａの上面形状よりやや大きい円形又は方形をなす平板状の取付フランジ９１とその上面中央部に突設されたピストン受部９２と取付フランジ９１の下面外周部に垂設された所定長さＨの連結筒９３とからなる。連結筒９３は、杭頭部２ａの横断面形状よりやや大きな内周面形状をなすもので、杭頭部２ａに嵌合させることにより、下部支承部材９を杭頭部２ａに固定する。連結筒９３の鉛直方向長さＨは、地震力等による引抜力が作用した場合に連結筒９３と杭頭部２ａとの嵌合が解除されない程度に設定され、通常、２０ｃｍ程度に設定される。また、連結筒９３の断面形状は、杭頭部２ａの断面形状に相似するものであるが、杭頭部２ａへの嵌合を容易に行いうる範囲で可及的に小さくしておくこと、つまり両者２ａ，９３間の隙間が可及的に小さくなるように設定しておくことが好ましい。また、ピストン受部９２には上方開放状の凹部９２ａが形成されており、この凹部９２ａの横断面形状は、ピストン部８２に固定したシールリング１１の外周形状に略一致するように設定されている。凹部９２ａには、その内周面にシールリング１１が密に接触した状態で、ピストン部８２が嵌合されている。
【００１１】
弾性部材１０は、図２及び図３に示す如く、ピストン受部９２の凹部９２ａに密に嵌合する平板形状をなすもので、凹部９２ａの底面部とピストン部８２の下面部との間にシムプレート１２を介在させた状態で挟圧されている。弾性部材１０の構成材としては、一般に、圧縮復元特性に優れたゴム弾性材又はゴム基材で構成されるエラストマー材が使用されるが、流動変形性のある鉛や鉛合金又は粘弾性体等を使用することも可能である。シムプレート１２は、弾性部材１０と同一の平面形状をなすものであり、弾性部材１０とピストン部８２との間に介挿されている。シムプレート１２の構成材としては、ＰＴＦＥ等の低摩擦性樹脂材が使用される。
【００１２】
以上のような接合手段７により杭頭部２ａとフーチング６とを接合した杭基礎構造にあっては、地震力が作用した場合、両支承部材８，９間に充填された弾性部材１０の弾性変形による杭頭部２ａとフーチング６との全方向への相対回転変位により、地震力によるエネルギーが効果的に吸収緩和されることになる。したがって、地震力が作用したときの杭頭部２ａとフーチング６との接合部への応力集中が著しく減少されるために、杭２及びフーチング６の断面を強度上の必要最低限に縮小し、かつ、配筋量も低減して施工の容易性及び低コスト化を図りながらも、過大な水平力が作用したときでも、杭頭部２ａ及びフーチング６の損傷、破損を防止して優れた耐震性能、免震性能を発揮させることが可能となる。
【００１３】
ところで、ピストン受部９２の凹部９２ａに収納されている弾性部材１０にはフーチング６を通じて上部構造体の重量が長期鉛直荷重として作用しており、さらに、地震力が作用した場合には、杭頭部２ａとフーチング６との相対回転変位に伴い弾性部材１０には強大な偏荷重が作用することになり、このとき、ピストン受部９２の凹部内周面とこれに嵌合するピストン部８２との間に僅かな隙間があっても、その隙間に弾性部材１０の外周縁部がはみ出して弾性部材１０が損傷（亀裂が入る等）し易く、それに伴い所定のエネルギー吸収機能が損なわれる可能性がある。
【００１４】
しかし、ピストン受部９２の凹部９２ａに収納されている弾性部材１０の上面全域にはシムプレート１２が敷設されており且つピストン受部９２とピストン部８２との間にはシールリング１１が装填されていることから、杭頭部２ａとフーチング６との相対回転変位に伴う弾性部材１０の摩耗（上面部の摩耗）や破損（外周縁部のはみ出しによる破損やピストン部８２の下端縁部の片当たりにより破損）が確実に防止される。さらに、弾性部材１０に長期鉛直荷重や杭頭部２ａとフーチング６との相対回転変位に伴う偏荷重が作用したときにも、それらの荷重はピストン部８２の下端外周面である下窄まり状のテーパ面により弾性部材側への押圧力とピストン受部９２の内周面側への押付力との分力に分けられることから、シールリング１１の下面が全面的にシムプレート１２で受け止められていることとも相俟って、ピストン受部９２の内周面側へのシールリング１１の押付力が増強されることになる。
【００１５】
したがって、地震等の発生時においても、ピストン受部９２の内周面（凹部９２ａの内周面）とピストン部８２との間に弾性部材１０がはみ出すような空間が生じず、弾性部材１０の外周縁部のはみ出しによる亀裂等の損傷を確実に防止することができると共に、弾性部材１０の腐食及び劣化を可及的に防止することができ、その結果、弾性部材１０による上述した如き優れた耐震性能、免震性能を長期に亘って安定よく維持することができる。
【００１６】
ところで、基礎杭２がＰＨＣ杭等の既製杭である場合、連結筒９３を設けることなく、施工現場で取付フランジ９１を杭頭部２ａに溶接させることにより、下部支承部材９を杭頭部２ａに固定するようにすることも考えられるが、施工効率上、問題がある。すなわち、屋外の施工現場での溶接作業は、かなりの時間を要するため施工効率が低下する。しかも降雨時や強風時には行うことができないため、天候によって作業工程が遅延し、施工効率が更に低下する。また、溶接熟練者を確保する必要がある。
【００１７】
しかし、上記した如く、連結筒９３を杭頭部２ａに嵌合することにより下部支承部材９を固定するようにすれば、天候に左右されず且つ作業者に熟練度が要求されず、施工効率を大幅に向上させることができる。また、杭頭部２ａとフーチング６とが弾性部材１０により相対回転変位自在に接合されていることとも相俟って、据付精度誤差を吸収することができ、適正な杭基礎構造を容易に構築することができる。
【００１８】
ところで、本発明は上記した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。
【００１９】
例えば、上部支承部材８の取付フランジ８１に、スタッドボルト８３に代えて、図４及び図５に示す如き抵抗鉄筋８４を設けておくことにより、上部支承部材８のフーチング６への固定強度（引抜抵抗力）を更に向上させることができる。すなわち、図４及び図５に示すものでは、取付フランジ８１の上面部に複数の袋ナット８５…を固着（溶着）し、各袋ナット８５に長尺な抵抗鉄筋８４を螺着すると共に、抵抗鉄筋８４の上端部に、これに螺合させた一対のナット８６，８６により支圧ワッシャ８７を固定して、スタッドボルト８３を使用した場合に比して、上部支承部材８のフーチング６への固定強度を大幅に向上させるようにしている。
【００２０】
また、弾性部材１０を介しての両支承部材８，９の嵌合形態における上下関係は、上記した場合と逆にすることも可能である。すなわち、図４及び図５に示す接合手段７にあっては、上部支承部材８が取付フランジ８１とその下面中央部に垂設したピストン受部８８とからなり、下部支承部材９が取付フランジ９１とその上面中央部に突設したピストン部９４と取付フランジ９１の下面部に垂設した連結筒９３とからなり、ピストン受部８８の凹部８８ａにその上方から順に弾性部材１０、シムプレート１２及びピストン部９４が嵌合されていて、上記したものと同一の耐震性能及び免震性能が発揮される。
【００２１】
また、接合手段７による接合部分を、引抜抵抗力が付与されるように構成することもできる。例えば、図４及び図５に示す如く、ピストン部９４の中間外周部に環状凸部９５を形成すると共に、ピストン受部８８の下端部に断面Ｌ字状の係合リング８９を取り付けて、両者８９，９５の係合作用により、両支承部材８，９の相互離間（鉛直方向への相互離間）を阻止するように構成することができる。なお、係合リング８９は分割構造（例えば二つ割構造）をなすものである。
【００２２】
また、杭頭部２ａと連結筒９３との連結強度は、図６に例示する如く、両者２ａ，９３間の隙間に適当な樹脂材１３を充填，硬化させておくことにより、大幅に高めておくことができる。樹脂材１３としては、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂やその他の金属接着剤等が使用される。かかる樹脂材１３の充填は、図６に示す如く、連結筒９３の上端部及び下端部に夫々充填材流出口１４及び充填材流入口１５を形成して、連結筒９３の下端部と杭頭部２ａとの間を適当なシール材１６で閉塞した上、流入口１５から樹脂材たる充填材１３を注入し、その注入を流出口１４から充填材１３が流出するようになった時点で停止するようにすることにより、容易に行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の杭基礎構造によれば、冒頭で述べた問題を生じることなく、建物の耐震性能及び免震性能を大幅に向上させることができる。また、基礎杭がＰＨＣ杭等の既製杭である場合にも、下部支承部材の杭頭部への固定を容易に行うことができ、接合手段の組み立て、延いては杭基礎構造の施工効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る杭基礎構造の一例を示す縦断正面図である。
【図２】  図１の要部（隅柱の周辺部分）を拡大して示す縦断正面図である。
【図３】  図２の要部（接合手段の周辺部分）を拡大して示す詳細図である。
【図４】接合手段の変形例を示す図２相当の縦断正面図である。
【図５】  図４の要部を拡大して示す詳細図である。
【図６】接合手段の他の変形例を示す図４相当の縦断正面図である。
【図７】  従来の杭基礎構造を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
２…  基礎杭、２ａ…杭頭部、６…フーチング、７…接合手段、８…上部支承部材、９…下部支承部材、１０…弾性部材、１１…シールリング、１２…シムプレート、１３…充填材（樹脂材）、１４…充填材の流出口、１５…充填材の流入口、８２，９４…ピストン部、８８，９２…ピストン受部。
【図１】
0003671154.tif 000002
【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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