(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート杭本体の両端に配置した両端板に端部が係合される複数のＰＣ鋼材を周方向に間隔をおいて配置し、かつ、前記両端板の付近まで配置され、コンクリート杭本体よりも長さが短い異形鉄筋を各ＰＣ鋼材間に配置したプレストレスト鉄筋コンクリート杭において、
前記端板の近くまで配置されている前記異形鉄筋の少なくとも片端部には前記端板に外端部が定着される定着異形鉄筋を配置し、該定着異形鉄筋の内端部を前記異形鉄筋と重ね合わせて筒形の結束金具の内部に挿入し、前記両端板を互いに引き離して前記ＰＣ鋼材に緊張力を付与したときに前記結束金具によって前記異形鉄筋と前記定着異形鉄筋とが長手方向に位置ずれ可能に構成した重合結束継手部を設け、さらに、前記定着異形鉄筋の表面には溝模様のみを備え、該定着異形鉄筋の外端部にはヘッディング加工を施してその外径を拡大した拡径頭部を形成し、該拡径頭部を前記端板のそれぞれの対応する段付き孔に定着させたことを特徴とするプレストレスト鉄筋コンクリート杭。
【請求項２】
定着異形鉄筋の長さを２種類以上にして、隣合う継ぎ合わせ異形鉄筋の重合結束継手部を長手方向の互いに異なる位置に設けた請求項１に記載のプレストレスト鉄筋コンクリート杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、大型構造物や軟弱地盤における基礎構造等に適したプレストレスト鉄筋コンクリート杭に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のプレストレスト鉄筋コンクリート杭は、図５に示すように、周方向に間隔を置き長手方向に沿って配設した複数のＰＣ鋼材３１間に、杭の横方向からの外力に対抗するために異形鉄筋３２を配置し、これらのＰＣ鋼材３１と異形鉄筋３２を包むように螺旋鉄筋を巻いて鉄筋篭３０を構成してある。各異形鉄筋３２の端部は、これを円輪状の端板３３には定着させず、各ＰＣ鋼材３１の両係合端部３１ａのみをそれぞれの端板３３の鍵形透孔３３ａに引掛ける。そして、両端板を互いに引張ってＰＣ鋼材３１に緊張力を付与した状態にして、コンクリート杭本体３４を遠心成形していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のプレストレスト鉄筋コンクリート杭では、異形鉄筋３２の端部が端板３３に定着されていないため、異形鉄筋３２と端板３３の間に隙間が無いように配置しても、ＰＣ鋼材３１を緊張することによって、異形鉄筋３２の端部と端板３３との間に隙間Ｓが生じる。この隙間Ｓは杭の長さＬが５〜１５ｍ、ＰＣ鋼材３１の初期緊張応力が５，０００  〜１０，０００ｋｇ／ｃｍ２として計算すると、１．２５〜７．５ｃｍ  となる。杭のこの隙間Ｓの部分は、異形鉄筋３２がなく、ＰＣ鋼材３１のみとなっているから、ダクティリティ（粘り、靱性）が消失してしまっており、プレストレスト鉄筋コンクリート杭としての高い性能が保持されているとの保証がなかった。このことは、特に杭頭部の設計に大きな影響があり、該杭頭部の強度が不十分であるという欠点があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来の欠点に鑑み、プレストレスト鉄筋コンクリート杭としての性能が杭端部まで確実に保持され、杭頭部の強度についても十分保証できるプレストレスト鉄筋コンクリート杭を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、コンクリート杭本体の両端に配置した両端板に端部が係合される複数のＰＣ鋼材を周方向に間隔をおいて配置し、かつ、前記両端板の付近まで配置され、コンクリート杭本体よりも長さが短い異形鉄筋を各ＰＣ鋼材間に配置したプレストレスト鉄筋コンクリート杭において、前記端板の近くまで配置されている前記異形鉄筋の少なくとも片端部には前記端板に外端部が定着される定着異形鉄筋を配置し、該定着異形鉄筋の内端部を前記異形鉄筋と重ね合わせて筒形の結束金具の内部に挿入し、前記両端板を互いに引き離して前記ＰＣ鋼材に緊張力を付与したときに前記結束金具によって前記異形鉄筋と前記定着異形鉄筋とが長手方向に位置ずれ可能に構成した重合結束継手部を設け、さらに、前記定着異形鉄筋の表面には溝模様のみを備え、該定着異形鉄筋の外端部にはヘッディング加工を施してその外径を拡大した拡径頭部を形成し、該拡径頭部を前記端板のそれぞれの対応する段付き孔に定着させたことを特徴としている。また、請求項２に記載の本発明の要旨は、定着異形鉄筋の長さを２種類以上にして、隣合う継ぎ合わせ異形鉄筋の重合結束継手部を長手方向の互いに異なる位置に設けた請求項１に記載のプレストレスト鉄筋コンクリート杭にある。
【０００６】
【作用】
本発明は、コンクリート杭本体よりも長さが短い異形鉄筋の少なくとも片端部に、端板に定着された定着異形鉄筋を配置し、異形鉄筋と互いに重ね合わせて筒形の結束金具の内部に挿入し、前記両端板を互いに引き離して前記ＰＣ鋼材に緊張力を付与したときに前記結束金具によって前記異形鉄筋と前記定着異形鉄筋とが長手方向に位置ずれ可能に重合結束継手部を構成し、該重合結束継手部を介して少なくとも片端板に継ぎ合わせたことにより、該重合結束継手部で緊張力を吸収し、異形鉄筋自体に緊張力が作用するのを回避し、異形鉄筋中少なくとも片端板に定着され表面に溝模様のみを備える定着異形鉄筋の外端部にヘッディング加工を施して、その外径を拡大形成した拡径頭部を当該端板のそれぞれの対応する段付き孔に定着させたことにより、杭の少なくとも片端部まで確実にプレストレスト鉄筋コンクリート杭としての強度が保持されているから、杭頭部の強度についても十分保証可能ならしめる。
【０００７】
【実施例】
本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の実施例に係るプレストレスト鉄筋コンクリート杭は、図１及び図２に示すように、鉄筋篭１を設け、該鉄筋篭１を構成する複数のＰＣ鋼材２の両端部を、コンクリート杭本体３の両端部に配置した継手金具４の端板５に係合させ、隣合う各ＰＣ鋼材２間に異形鉄筋９を設け、該異形鉄筋９に継ぎ合わせる溝模様のみを備える定着異形鉄筋７の外端部にヘッディング加工を施し外径を拡大形成した拡径頭部７ｂを備え、該拡径頭部７ｂを両端板５（一方のみ図示）の対応する段付き孔１２に定着させてある。
【０００８】
鉄筋篭１は、円筒面の母線に沿い周方向に等間隔に配置した複数のＰＣ鋼材２と、該複数のＰＣ鋼材２全体の外側に螺旋状に配置した螺旋鉄筋８とを、編成機を用いて、該ＰＣ鋼材２の外周にスポット溶接により螺旋鉄筋８を固着し、さらに、異形鉄筋９を螺旋鉄筋８の内側の各ＰＣ鋼材２間に、１〜２本ずつ配置し、螺旋鉄筋８に結束固定して作られる。
【０００９】
ＰＣ鋼材２は、直径が７ｍｍ〜１３ｍｍのものを用い、主として緊張させたときの伸びる量を考慮して所定長さに切断し、それぞれ端部に圧造によるヘッディング加工を施して、係合端部を膨出成形し外径を拡大させた拡径頭部２ｂを備えている。緊張時におけるＰＣ鋼材２の伸びは、通常、杭の長さが５ｍに対し２５ｍｍ、１０ｍに対し５０ｍｍを見込むものとする。圧造によるヘッディング加工は、例えば、所定の長さに切断したＰＣ鋼材２の先端部分を誘導コイルにより高周波加熱し、ハンマーで強圧して行われる。
【００１０】
継手金具４は、図１及び図３に示すように、リング状の端板５に補強バンド１０を溶接により固着してなり、端板５の外周と内周とのほぼ中間位置に周方向に等間隔にてＰＣ鋼材２の端部係合用の複数の鍵形孔１１と、各鍵形孔１１間に定着異形鉄筋７の拡径頭部７ｂを定着させるための複数の段付き孔１２とを明けてある。
【００１１】
端板５に明けた各鍵形孔１１は、ネジ孔１１ａと段付き孔１１ｂとを有し、使用するＰＣ鋼材２の直径よりも少し大きい継ぎ孔１１ｃによって、ネジ孔１１ａと段付き孔１１ｂとを端板５の半径に対し直交する方向に連ねてなり、長孔１１ｂの端部の円弧の外側に同心円弧状の座ぐり受け面１１ｄを形成してある。段付き孔１２は、透孔１２ａとテーパ状の座ぐり受け面１２ｃとを備えている。
【００１２】
異形鉄筋９は、端板５に係合する少なくとも片方の定着異形鉄筋７と、図１に示すように重ね合わせ、この重ね合わせた部分の外周に筒形の結束金具１５を取り付け、この結束金具１５によって長手方向に相互に位置ずれ可能に形成した重合結束継手部１６により、該定着異形鉄筋７を継ぎ合わせてある。
【００１３】
図４は定着異形鉄筋の要部を示す部分側面図である。定着異形鉄筋７は、直径が１３ｍｍで長さが６００ｍｍのものと９００ｍｍのもの（図１参照）とを交互に配置し、全長に亘って表面に螺旋状溝７ａのみを備えており、ＰＣ鋼材２の場合と同様に、端部に圧造によるヘッディング加工を施して、端部を膨出成形し外径を拡大させた拡径頭部７ｂを備えている。定着異形鉄筋７の直径については、１３ｍｍ、１５ｍｍ、１７ｍｍ、１９ｍｍのいずれかから選定することが可能である。
【００１４】
異形鉄筋９は、ここでは日本工業規格（ＪＩＳ  Ｇ３１１２）に規定されている「鉄筋コンクリート用棒鋼」と同様に表面に突起をもつものである。突起は、この実施例の場合、周方向に対し僅かに傾斜した同一寸法形状のリブ９ａが、全長にわたり、ほぼ一定間隔に分布している。
【００１５】
上述のように、定着異形鉄筋７を溝模様に限定し、かつ、重合結束継手部１６を設けるのは、１本の異形鉄筋を用いてその両端を端板５に定着させて緊張させると、該異形鉄筋が負担した分だけＰＣ鋼材２の緊張荷重が減少し、所定のプレストレスが導入されないことになってしまうので、緊張荷重は、ＰＣ鋼材２のみに作用させる構造にする必要があるからである。
【００１６】
重合結束継手部１６における重ね合わせの長さＬは、定着異形鉄筋７の直径をｄｍｍとしたとき、Ｌ＝３５ｄ以上とする。ここで、３５ｄは規定必要長さであり、これにＰＣ鋼材２の緊張時の伸び及び端板５の厚さを加えて定着異形鉄筋７の長さを６００ｍｍ以上とした。
【００１７】
また、重合結束継手部１６は、異形鉄筋９と定着異形鉄筋７とが重ね合わされているため、断面積が大きくなっており、その分だけこの部分におけるコンクリートの純断面積が減ることになるので、複数の重合結束継手部１６が同一断面に集中するのをできるだけ避けるべきである。従って、隣合う２本の定着異形鉄筋７はその長さを異ならせ、重合結束継手部１６及びその結束金具１５は長手方向の位置を若干異ならせて配置してある。
【００１８】
なお、プレストレスト鉄筋コンクリート杭の外径が３００〜１０００ｍｍの場合、通常、ＰＣ鋼材２としては直径９．２  、１１又は１３ｍｍのものから選定し、異形鉄筋９としては呼び名、Ｄ１０、Ｄ１３、Ｄ１６、Ｄ１９、Ｄ２２、Ｄ２５又はＤ２９のものから選定してそれぞれ用いる。
【００１９】
次に、本発明の実施例に係るプレストレスト鉄筋コンクリート杭の製造方法の一例について説明する。
▲１▼  所定の長さに切断したＰＣ鋼材２の両端をヘッディング加工して拡径頭部２ｂを成形する。
▲２▼  編成機を用いて、円筒形の母線に沿い、且つ周方向に等間隔を置いて複数のＰＣ鋼材２を配置し、該複数のＰＣ鋼材２全体の外周に螺旋鉄筋８を巻装した状態にして、スポット溶接により各ＰＣ鋼材２を螺旋鉄筋８に固着させて第１次の鉄筋篭１を作る。
▲３▼  第１次の鉄筋篭１の両端部に、継手金具４を取付ける。この取付けは、ＰＣ鋼材２の係合端部２ａを鍵形孔１１のネジ孔１１ａに端板５の内面側から挿通した後、継ぎ孔１１ｃに沿って段付き孔１１ｂ側へ移動させて行う。
▲４▼  継手金具４を取付けた第１次の鉄筋篭１の中に異形鉄筋９を通し、外端部に拡径頭部７ｂを有する定着異形鉄筋７を端板５の外面側から段付き孔１２に挿通し、定着異形鉄筋７と異形鉄筋９との重合部外周に結束金具１５を取付けて継ぎ合わせ鉄筋篭１を完成させる。なお、定着異形鉄筋７の拡径頭部７ｂの部分を端板５に定着させ、緩み防止のため杭製造用治具を継手金具４にボルト固定し、かつ、この治具の外側から定着異形鉄筋７の拡径頭部７ｂにボルトを押しつけて固定する。
▲５▼  鉄筋篭１を型枠内に装着し、互いにほぼ平行な姿勢を保持しながら常法により、両端板５を互いに引離して各ＰＣ鋼材２に緊張力を付与し、内部にコンクリートを注入し、該型枠に高速回転を与え、コンクリート杭本体３を遠心成形し、コンクリートを硬化させて、中空のコンクリート杭が完成する。該コンクリート杭は、肉厚内に鉄筋篭１と異形鉄筋７及び９を埋設してあり、両端に継手金具４が固着されている。
【００２０】
このようにして製造したプレストレスト鉄筋コンクリート杭の曲げ試験結果は、本体部は勿論のこと、継手部についても良好な結果が得られた。
【００２１】
なお、本発明は、上記実施例によって限定されるものではなく、その要旨から逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、各ＰＣ鋼材２間に２本以上の異形鉄筋９を配設することもでき、筒形の結束金具１５に代えて、結束線材を異形鉄筋が相互に移動可能なように巻いて結束してもよく、また、型枠にコンクリートを注入後、各ＰＣ鋼材２に緊張力を与えてから中空のコンクリート杭を遠心成形することも可能である。
【００２２】
また、異形鉄筋９として表面に溝模様のみを備える異形鉄筋を使用することも可能であり、定着異形鉄筋７の拡径頭部７ｂを定着させるための孔を鍵形孔にしてもよい。この場合、定着異形鉄筋７と異形鉄筋９とを結束金具１５によって先に継いでおいてから拡径頭部７ｂを内側から鍵形孔に挿通するようにすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明は、コンクリート杭本体よりも長さが短い異形鉄筋を各ＰＣ鋼材間に配置し、端板近くまで配置されている該異形鉄筋の少なくとも片端部には、定着異形鉄筋を配置して異形鉄筋と互いに重ね合わせて筒形の結束金具の内部に挿入し、前記両端板を互いに引き離して前記ＰＣ鋼材に緊張力を付与したときに前記結束金具によって前記異形鉄筋と前記定着異形鉄筋とが長手方向に位置ずれ可能に構成した重合結束継手部を設けることにより、該重合結束継手部において緊張力を吸収し、異形鉄筋自体に緊張力が作用するのを回避することができ、外端部が定着される定着異形鉄筋の表面には溝模様のみを備え、該定着異形鉄筋の外端部及びＰＣ鋼材の端部にはそれぞれヘッディング加工を施し外径を拡大した拡径頭部を形成し、該拡径頭部を端板のそれぞれの対応する段付き孔に通して該端板に密着させたことにより、杭の端部まで確実にプレストレスト鉄筋コンクリート杭としての強度が保持され、杭頭部の強度についても十分保証できるという効果を奏する。また、従来のリブを有する突起模様の異形鉄筋は、鉄筋篭を製造するに際して、突起模様が編成機を通りにくいため、特殊な編成機を開発する必要があり、多大の投資が要求されるが、本発明では、突起模様の異形鉄筋は杭本体内だけに限定し、端部については溝模様のみを有する異形鉄筋を用いるので、特殊な編成機を必要とせず、従来から用いている編成機をそのまま使用して鉄筋篭を編成することができる。さらに端部の定着鉄筋には溝模様のみを有する定着異形鉄筋を用いるので、これをヘッディング加工して頭部を形成することが可能となり、ねじなどを用いて頭部を定着させる場合に比較して端板の厚さを薄くでき、しかも溝模様のみを有する異形鉄筋が市販のＰＣ鋼棒よりも安価で経済的であり、市販のＰＣ鋼棒の如く直径が１３mmまでの細いものしかない場合に必然的に必要本数が増えて作業効率が低下するが、溝模様のみを有する異形鉄筋では太いものもあり作業効率が落ちることを回避できるという利点もある。請求項２に記載の本発明では、定着異形鉄筋の長さを２種類以上にして、隣合う継ぎ合わせ異形鉄筋の重合結束継手部を長手方向の互いに異なる位置に設けたことにより、杭の全長に亘って断面性能がほぼ均等になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るプレストレスト鉄筋コンクリート杭を横向きにしその要部の片側半分のコンクリートを破断して示した部分破断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った平断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る端板の要部を示した省略平面図である。
【図４】本発明の実施例に係る定着異形鉄筋を横向きにして示した部分側面図である。
【図５】従来のプレストレスト鉄筋コンクリート杭を横向きにして示した部分縦断面図である。
【符号の説明】
１  鉄筋篭
２  ＰＣ鋼材
２ｂ  拡径頭部
３  コンクリート杭本体
４  継手金具
５  端板
７  定着異形鉄筋
７ａ  溝
７ｂ  拡径頭部
８  螺旋鉄筋
９  異形鉄筋
９ａ  リブ
１１  鍵形孔
１１ｂ  段付き孔
１１ｄ  座ぐり受面
１２  段付き孔
１２ｄ  座ぐり受面
１５  結束金具
１６  重合結束継手部
【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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