(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
剪断補強するスパイラル筋を縦主筋の周囲に設けて鉄筋籠を成形し、この鉄筋籠を建設現場に配置し、この鉄筋籠にコンクリートを打設して施工される場所打ち鉄筋コンクリート杭であって、前記スパイラル筋は、大きな耐力を得るために、異形ＰＣ鋼棒から形成され、その降伏点強度が80kgf／mm2以上であり、剪断補強筋比が0.1〜0.5％であることを特徴とする場所打ち鉄筋コンクリート杭。
【請求項２】
請求項１に記載の場所打ち鉄筋コンクリート杭において、前記スパイラル筋の降伏点強度は、１３００ＭＰａ以上であることを特徴とする場所打ち鉄筋コンクリート杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設現場に配置した鉄筋籠にコンクリートを打設して施工される場所打ち鉄筋コンクリート杭に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、橋梁等の土木建築物を施工するために、場所打ち鉄筋コンクリートやプレキャストコンクリートが用いられている。
プレキャストコンクリートは、工場にて規格化された製品が多量に製造できるので、品質が一定であるという利点があるものの、トラック等の輸送手段で建設現場まで搬送しなければならないため、その大きさが制限される。
【０００３】
場所打ちコンクリートは、輸送制限がないため、大きな杭を建てるために利用されている。
この場所打ち鉄筋コンクリート杭は、仮想円上に並べられた複数本の縦主筋の周囲にスパイラル筋を溶接して鉄筋籠を製造し、この鉄筋籠を被設置部に予め形成された穴に立設し、この鉄筋籠の周りに型枠を配置するとともに、この型枠の内部にコンクリートを打設するものである。
【０００４】
この場所打ち鉄筋コンクリート杭を用いて施工される土木建築物では、プレキャストされたコンクリート杭を用いて施工される土木建築物と同様に、地震等により杭頭部や杭中間部における脆性的な破壊の虞れがあるので、大きな地震に耐え得る十分な耐力が発揮されなければならない。
この点、プレキャストされたコンクリート杭では、降伏点強度を５５ｋｇｆ／ｍｍ２としたスパイラル筋を使用する等の種々の提案がされている（特公昭５８−２５８０６号公報等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プレキャストされたコンクリート杭では、大きな耐力を確保するため、特公昭５８−２５８０６号公報で示される通り、スパイラル筋の降伏点強度を所定値とする等の改善がなされているものの、場所打ち鉄筋コンクリート杭では、具体的な改善策が検討されていないことが現状であった。
【０００６】
本発明の目的は、大きな耐力を有する場所打ち鉄筋コンクリート杭を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、本件出願の発明者は、場所打ち鉄筋コンクリート杭において、十分な耐力を得るため、縦主筋の周囲に配置されたスパイラル筋の降伏点強度と剪断補強筋比とを所定値にすることで前記目的を達成しようとするものである。
具体的には、本発明にかかる場所打ち鉄筋コンクリート杭は、剪断補強するスパイラル筋を縦主筋の周囲に設けて鉄筋籠を成形し、この鉄筋籠を建設現場に配置し、この鉄筋籠にコンクリートを打設して施工される場所打ち鉄筋コンクリート杭であって、前記スパイラル筋は、大きな耐力を得るために、異形ＰＣ鋼棒から形成され、その降伏点強度が80kgf／mm2以上であり、剪断補強筋比が0.1〜0.5％、好ましくは、0.1〜0.3％であることを特徴とする。
【０００８】
スパイラル筋を構成する異形ＰＣ鋼棒の降伏点強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ２未満である場合には、杭の横補強が十分に行われない。つまり、捩じり耐力、剪断耐力を十分に確保して十分な横補強するには、異形ＰＣ鋼棒の降伏点強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、好ましくは、１３００ＭＰａ以上必要となる。
【０００９】
その上、本発明において、スパイラル筋の剪断補強筋比Ｐｗ（スパイラル筋の間隔ｓと杭直径Ｄとの積からなる面積（ｓ×Ｄ）に対する１組のスパイラル筋の断面積（ａｗ）の比率）を０．１〜０．５％の範囲としたのは、０．１％より剪断補強筋比Ｐｗが小さいと、十分な横補強が行えないことになり、０．５％より剪断補強筋比Ｐｗが大きいと、スパイラル筋の高コストに伴って鉄筋コンクリート杭自体の製造コストが高いものになるからである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる場所打ち鉄筋コンクリート杭が示されており、図１（Ａ）は、スパイラル筋が一重のものを示し、図１（Ｂ）はスパイラル筋が二重のものを示す。
【００１１】
図１（Ａ）において、場所打ち鉄筋コンクリート杭１０は、スパイラル筋１を縦主筋２の周囲に設けて形成された鉄筋籠３と、この鉄筋籠３に設けられたコンクリート部４とから構成される。
縦主筋２は、直径ｄの細長い鋼棒であり、直径Ｄ１の仮想円に沿って所定本数Ｎ（図ではＮ＝２０）配置されている。これらの縦主筋２の外周に沿って異形ＰＣ鋼棒から形成されたスパイラル筋１が所定巻き数ｎ（図ではｎ＝２４）で接合されている。
コンクリート部４は、長さＬ及び直径Ｄの円柱状に形成されており、そのかぶり厚がｔとされている。
【００１２】
ここで、スパイラル筋１は、その降伏点強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であり、好ましくは、１３００ＭＰａ（≒１３２．５６ｋｇｆ／ｍｍ２）以上であり、より好ましくは、１３２５ＭＰａ（≒１３５．１１ｋｇｆ／ｍｍ２）以上かつ１３６８ＭＰａ（≒１３９．４９ｋｇｆ／ｍｍ２）以下である。ここで、スパイラル筋１を構成する異形ＰＣ鋼棒の降伏点強度を８０ｋｇｆ／ｍｍ２以上としたのは、杭１０の横補強を十分に行うためである。換言すれば、捩じり耐力、剪断耐力を十分に確保して十分な横補強するには、異形ＰＣ鋼棒の降伏点強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ２以上必要となる。
【００１３】
さらに、スパイラル筋１の剪断補強筋比Ｐｗ、つまり、スパイラル筋１の間隔ｓと杭直径Ｄとの積からなる面積（ｓ×Ｄ）に対する１組のスパイラル筋１の断面積（ａｗ）の比率（Ｐｗ＝ａｗ／（ｓ×Ｄ））は、０．１〜０．５％、好ましくは、０．１〜０．３％の範囲である。剪断補強筋比Ｐｗが０．１％未満であると、十分な横補強が行えないことになり、０．５％を越えると、スパイラル筋１自体が高コストであるため、鉄筋コンクリート杭１０自体の製造コストが高いものになる。
【００１４】
図１（Ｂ）において、場所打ち鉄筋コンクリート杭２０は、スパイラル筋１を縦主筋２の内周と外周とにそれぞれ設けて二重に形成された鉄筋籠２３と、この鉄筋籠２３に設けられたコンクリート部４とから構成される。
縦主筋２は、直径ｄの細長い鋼棒であり、直径Ｄ１の仮想円に沿って所定本数Ｎ（図ではＮ＝２０）配置されている。これらの縦主筋２の内周と外周とにそれぞれ沿って異形ＰＣ鋼棒から形成されたスパイラル筋１が所定巻き数ｎ（図ではｎ＝１８）で接合されている。
これらのスパイラル筋１は同芯上に配置されており、これらの間隔はｔ２とされている。
【００１５】
ここで、スパイラル筋１は、図１（Ａ）の場所打ち鉄筋コンクリート杭１０と同様に、その降伏点強度が８０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であり、好ましくは、１３００ＭＰａ（≒１３２．５６ｋｇｆ／ｍｍ２）以上であり、より好ましくは、１３２５ＭＰａ（≒１３５．１１ｋｇｆ／ｍｍ２）以上かつ１３６８ＭＰａ（≒１３９．４９ｋｇｆ／ｍｍ２）以下である。
さらに、スパイラル筋１の剪断補強筋比Ｐｗは、図１（Ａ）の場所打ち鉄筋コンクリート杭１０と同様に、０．１〜０．３％、好ましくは、０．１〜０．５％の範囲である。
【００１６】
以上の構成の場所打ち鉄筋コンクリート杭１０，２０を施工するには、工場あるいは建設現場でスパイラル筋１を縦主筋２に溶接等して鉄筋籠鉄筋籠３，２３を成形する。この鉄筋籠３，２３を建設現場に配置し、この鉄筋籠３，２３の周囲に型枠を配置するとともに、この型枠内にコンクリートを打設する。
従って、本実施形態では、場所打ち鉄筋コンクリート杭１０，２０において、縦主筋２の周囲に配置され異形ＰＣ鋼棒から形成されたスパイラル筋１の降伏点強度を８０ｋｇｆ／ｍｍ２以上とし、剪断補強筋比を０．１〜０．５％としたので、大きな耐力を有するという効果を奏することができる。
さらに、スパイラル筋１の降伏点強度を１３００ＭＰａ以上とすることで、より大きな耐力を有することができる。
【００１７】
【実施例】
次に、本実施形態の効果を確認するための実施例について説明する。
実施例１から実施例９について実験を行った。各実施例のスパイラル筋１の構成を次の表１の構成とした。なお、各実施例で使用されるスパイラル筋１は高周波熱錬株式会社製の異形ＰＣ鋼棒（商品名ウルボン）を使用し、そのシアスパン比は１．５である。また、表１において、全縦主筋比Ｐｇとは杭全断面積Ａに対する全縦主筋量ａｇの比率（Ｐｇ＝ａｇ／Ａ）をいう。さらに、スパイラル筋の配筋構造では、外周のみとは図１（Ａ）に相当する場所打ち鉄筋コンクリート杭１０の構造であり、内外二重とは図１（Ｂ）に相当する場所打ち鉄筋コンクリート杭２０の構造である。実施例８と実施例９とは同じ試験体である。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
実施例１〜４では剪断破壊に先行して曲げ降伏しないように、全縦主筋比Ｐｇを４．５７％とし、実施例５〜９では曲げ降伏後の剪断破壊を想定して剪断補強筋比に応じて縦主筋の量を変化させた。
コンクリート部４の材料特性を表２に表し、鋼材の材料特性を表３に表した。なお、表２の圧縮強度のデータにおいて、かっこ内の数値は材令による直線補間値であり、表３の降伏点のデータにおいて、＊印は０．２％のオフセット値である。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
【表３】
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【００２２】
以上の構成の実施例１〜９を図２で示される試験機で加圧実験を行った。
図２において、試験機は、試験体である杭１０，２０の上下端部を基礎スタブ３１と加圧スタブ３２とで保持し、この加圧スタブ３２に取り付けられた加圧部材３３で加圧スタブ３２を介して杭１０，２０に圧縮と引張の軸力Ｎを付与する構成である。この加圧部材３３は、水平方向に往復動可能であり、剪断力Ｑを杭１０，２０にかけられるようになっている。また、傾斜調整のため、加圧部材３２の両側に荷重Ｆがかけられるようになっている。
【００２３】
各実施例１〜９は、その上下端部の縦主筋２を長さ４０×ｄ（ｄは縦主筋１の直径寸法）だけ各スタブ３１，３２に定着し、コンクリート部４の長さ寸法Ｌは１２００ｍｍであり、直径寸法Ｄは４００ｍｍである。また、コンクリート部４のかぶり厚ｔは、実施例３，７では２１ｍｍであり、他の実施例では２２ｍｍである。
さらに、加圧スタブ３２の高さ寸法は７５０ｍｍであり、基礎スタブ３１の高さ寸法は８００ｍｍである。
【００２４】
この試験機において、実施例１〜８では、軸応力５．２ＭＰａで圧縮軸力と引張軸力との正負繰り返し載荷とし、部材角Ｒ＝±１／５００で１回、±１／２００，±１／１００及び±１／５０でそれぞれ２回、±１／３０で１回載荷した後、正方向にＲ＝１／１５付近まで加力した。
実施例９では、図３で示す軸力−剪断力関係に従って、杭２０の剪断力に見合った軸力を作用させた。最大圧縮軸力は軸力比で０．７６であり、最大引張力は杭全体縦主筋降伏点荷重の７２％に相当する。水平加力サイクル数は一定軸力載荷を行った試験体と同様である。このような条件で行った実験結果を表４に示す。
【００２５】
【表４】
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【００２６】
表４において、Ｑは剪断力、Ｒは部材角、τは剪断応力（＝Ｑ／Ａ，Ａは杭全断面積）、−は現象なし、「リード線破断」とは歪みゲージのリード線が比較的早期に破断したことを指す。
また、図４は実施例２の剪断力−変形関係のグラフであり、図５（Ａ）は実施例１〜４の歪みと剪断力との関係を示す包絡線のグラフであり、図５（Ｂ）は実施例５〜８の歪みと剪断力との関係を示す包絡線のグラフである。
【００２７】
以上の表４、図４及び図５（Ａ）（Ｂ）に示される通り、各実施例１〜８とも剪断ひび割れに先行して杭端部付近に曲げひび割れが発生した。
その後、部材角Ｒ＝８〜１５×１０−３で杭端部圧縮部で圧壊が始まった。
剪断破壊先行を想定した実施例１〜４では、杭端部圧壊後、剪断補強筋（スパイラル筋）が降伏し、剪断補強筋比が小さい実施例ほど小さい変形で剪断補強筋が降伏している。
曲げ降伏先行を想定した実施例５〜８では、結果として実施例７を除き、縦主筋の降伏は確認できなかったが、主筋歪みは降伏歪み近くまで達していた。
【００２８】
また、剪断補強筋は最大耐力時には降伏歪み近くに達しているものの、その後の加力で降伏現象が確認できたのは実施例８のみである。
最大耐力は、二重のスパイラル筋を有する実施例４，８を除き、剪断補強筋量が増加すると大きくなっている。実施例１〜４と実施例５〜８で同じ補強筋比の試験体毎に比較すると、実施例１〜４の方がコンクリート強度が高いこと等のため、最大耐力が若干大きい。
二重のスパイラル筋を有する実施例４，８では、内側のスパイラル筋の歪みは外側のスパイラル筋の歪みに比べて１／４〜１／３程度であり、内側のスパイラル筋の補強効果があまり期待できないことが確認できた。
【００２９】
最大耐力以降の耐力低下は、剪断補強筋比が小さいもの程大きいが、剪断補強筋比Ｐｗ＝０．１％の実施例１，５においても、部材角Ｒ＝３３×１０−３で最大耐力の７割程度の耐力を保持し、さらに、部材角Ｒ＝６０×１０−３を越える大変形域でも十分な軸力保持能力を有する。
また、剪断補強筋比Ｐｗ＝０．２％，０．３％の実施例２〜４，６〜９では、部材角Ｒ＝６０×１０−３の大変形域で最大耐力の８割以上の耐力を保持しており、異形ＰＣ鋼棒の補強効果が確認できた。
【００３０】
図５（Ｃ）は実施例８，９の歪みと剪断力との関係を示す包絡線のグラフである。この図において、部材角Ｒ＝２０×１０−３までは一定軸力載荷の実施例８に比べて実施例９の耐力が高いが、それ以降、両者の耐力変形関係は、ほぼ同じ性状となっている。また、部材角Ｒ＝６７×１０−３の大変形域に達しても耐力の低下は少なく、十分なじん性能が確認できた。
【００３１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲であれば次に示す変形例を含むものである。
例えば、本発明では、スパイラル筋１を縦主筋２の内周にのみ配置した構造でもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、場所打ち鉄筋コンクリート杭の耐力を大きなものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる場所打ち鉄筋コンクリート杭の側面と端面とを示す図であり、（Ａ）はスパイラル筋が一重のものを示し、（Ｂ）はスパイラル筋が二重のものを示す。
【図２】実施例１〜９の実験を行うための試験機の概略構成図である。
【図３】試験機で実施例９に力を付与するための軸力−剪断力関係を示すグラフである。
【図４】実施例２の剪断力−変形関係のグラフである。
【図５】（Ａ）は実施例１〜４の歪みと剪断力との関係を示す包絡線のグラフであり、（Ｂ）は実施例５〜８の歪みと剪断力との関係を示す包絡線のグラフであり、（Ｃ）は実施例８，９との歪みと剪断力との関係を示す包絡線のグラフである。
【符号の説明】
１            スパイラル筋
２            縦主筋
３，２３      鉄筋籠
４            コンクリート部
１０，２０    場所打ち鉄筋コンクリート杭
【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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