(57)【要約】【課題】  沈下しにくく、施工が容易な鋼管杭と、これを用いた建物の基礎構造を提供する。【解決手段】  本発明の鋼管杭１０は、中空で筒形の本体１１と、本体１１の先端に形成された複数のスリット１２と、本体内に進入可能な凸状部を有するとともに本体内径より大きい径を備えたキャップ１３と、を有する。鋼管杭１０を打ち込むと、キャップ１３は土中に殆ど入らず、鋼管杭１０のみ打ち込まれる。そのため、キャップ１３は本体１１内に押し込まれるようにして入り、スリット１２のある先割部１４が鋼管杭１０の打ち込みの進行に応じて円錐状に拡がりながら支持層の土中に入る。鋼管杭１０の上端部は、底板２６を吊りさげ、基礎コンクリートの基礎鉄筋２２と結合した結合鉄筋２７と、環状鉄筋２８を配索し、基礎コンクリート３０を打設して一体に結合する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空で筒形の本体（１１）と、該本体の先端から本体の長手方向に沿って形成された複数のスリット（１２）と、本体の先端側から本体内に進入可能な凸状部を有するとともに本体内径より大きい径を備えたキャップ（１３）と、を有することを特徴とする鋼管杭。
【請求項２】
土中の所定の深さに打ち込まれた中空で筒形の鋼管杭（１０）と、該鋼管杭の内部中間に吊り下げられた底板（２６）と、該鋼管杭の上部に打設される建物の基礎コンクリート（３０）と、を有し、前記基礎コンクリートが前記底板より上方の鋼管杭の内部空間に充填されることによって、鋼管杭と基礎コンクリートとを一体的に結合することを特徴とする鋼管杭を用いた建物の基礎構造。
【請求項３】
前記鋼管杭の上端部に沈下防止鍔（２３）を設け、該沈下防止鍔により前記底板（２６）を吊り下げることを特徴とする請求項２記載の鋼管杭を用いた建物の基礎構造。
【請求項４】
前記底板より上方の鋼管杭の内部空間に鉄筋（２７，２８）を配索したことを特徴とする請求項２又は３記載の鋼管杭を用いた建物の基礎構造。
【請求項５】
前記鋼管杭（１０）が、中空で筒形の本体（１１）と、該本体の先端から本体の長手方向に沿って形成された複数のスリット（１２）と、本体の先端側から本体内に進入可能な凸状部を有するとともに本体内径より大きい径を備えたキャップ（１３）と、を有し、前記鋼管杭を打ち込むとき前記キャップ（１３）が鋼管杭の先端から進入して前記複数のスリット（１２）を押し広げて鋼管杭の先端を拡げることを特徴とする請求項２記載の建物の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建築物の基礎となる地盤部分の補強を行う鋼管杭の構造と、その圧入工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建物の建築において、基礎構造に鋼管杭を使用したものが各種開発されている。鋼管杭は、その打ち込みに先だって、地質調査が行われ、建物の種類（木造、鉄筋コンクリートなど）により決められたＮ値が得られる支持層の深さが求められる。この支持層まで達する長さの鋼管杭を打ち込み、その上に基礎のコンクリートを打設する。
【０００３】
鋼管杭は、中空の円筒形状をした金属管で、地中への打設が容易であってしかも安価であるという特徴がある。また、中空で円筒の形状であることから、ねじれや曲がりに強いという利点もある。この鋼管杭の打ち込み方法としては、ハンマーによって打撃して打ち込む工法が知られている。しかし、この方法は、騒音が大きい。
【０００４】
これに対し、鋼管杭の先端にスクリュウ刃を設けたスクリュウ鋼管杭を、回転して圧入する工法がある。ハンマーで打撃しないので騒音は比較的に小さくなる。しかし、スクリュウ鋼管杭は、杭の製作コストが高くつくこと、運搬や保管が面倒であること、貫入時に鋼管先端周辺の地層を荒らすから、直立性を保持しにくいこと等の問題を有している。
【０００５】
また、前記いずれの方法も、打ち込んだ後、鋼管杭の周辺が沈下し易く、土中支持力が脆弱で精度的に誤差を生じやすいという問題がある。
【０００６】
これに対し、特許文献１（特開昭６３−２３３１１７号）では、先端を閉塞した鋼管の先端部に多数のスリットを設け、この先端部内に転炉滓と反応水を充填し、さらにその上にコンクリートを充填する鋼管杭を提案している。コンクリートが固まった後に、転炉滓中の遊離石灰が反応して体積が増加し、杭の先端部分が球根状に拡大し、土中支持力を上昇させるとともに引抜き抵抗を大きくすることができるものである。
【０００７】
しかし、この方法は、転炉滓が膨張する際に、杭の中に打設したコンクリートを剥離浮上させる可能性があるとか、転炉滓が膨張するのに必要な水分をコンクリートが固まった後まで保持し続けるのが困難である、等々の問題があり、安定した施工が難しい。
【０００８】
また、従来の鋼管杭は、上端部を溶接で蓋をし、その上に基礎コンクリートを打設していたので、鋼管杭と基礎コンクリートとの結合力が弱く、横ズレする可能性があるという問題があった。
【特許文献１】特開昭６３−２３３１１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事実から考えられたもので、鋼管杭を打ち込んだ後、土中支持力が増大し、杭が沈下しにくく、しかも、施工が容易な鋼管杭を提供することを第１の目的としている。
【００１０】
また、本発明は、鋼管杭と基礎コンクリートとが横ズレすることのない鋼管杭を用いた建物の基礎構造を提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の第１の目的を達成するために本願の請求項１記載の鋼管杭は、中空で筒形の本体と、該本体の先端から本体の長手方向に沿って形成された複数のスリットと、本体の先端側から本体内に進入可能な凸状部を有するとともに本体内径より大きい径を備えたキャップと、を有することを特徴としている。
【００１２】
前記第２の目的を達成するために本願の請求項２記載の鋼管杭を用いた建物の基礎構造は、土中の所定の深さに打ち込まれた中空で筒形の鋼管杭と、該鋼管杭の内部中間に吊り下げられた底板と、該鋼管杭の上部に打設される建物の基礎コンクリートと、を有し、前記基礎コンクリートが前記底板より上方の鋼管杭の内部空間に充填されることによって、鋼管杭と基礎コンクリートとを一体的に結合することを特徴としている。
【００１３】
本願の請求項３記載の発明は、鋼管杭を用いた建物の基礎構造で、前記鋼管杭の上端部に沈下防止鍔を設け、該沈下防止鍔により前記底板を吊り下げることを特徴としている。
【００１４】
本願の請求項４記載の発明は、鋼管杭を用いた建物の基礎構造で、前記底板より上方の鋼管杭の内部空間に鉄筋を配索したことを特徴としている。
【００１５】
本願の請求項５記載の発明は、第１と第２の双方の目的を同時に達成するためのもので、前記第２の目的を達成する鋼管杭を用いた建物の基礎構造において、鋼管杭が、中空で筒形の本体と、該本体の先端から本体の長手方向に沿って形成された複数のスリットと、本体の先端側から本体内に進入可能な凸状部を有するとともに本体内径より大きい径を備えたキャップと、を有し、前記鋼管杭を打ち込むとき前記キャップが鋼管杭の先端から進入して前記複数のスリットを押し広げて鋼管杭の先端を拡げることを特徴としている。
【００１６】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１７】
地表から所定のＮ値を得ることができる支持層まで達する穴を穿け、支持層を確認する。支持層を確認したら、鋼管杭を入れる。鋼管杭は円筒形状の本体を有し、その先端から長手方向に沿って複数のスリットが形成され、先端にはさらにキャップが付いている。キャップの径は鋼管杭の内径より若干大きく、その凸状部が上になって本体内に入っている。鋼管杭を前記の穴内に入れると、キャップが１番下になった状態で鋼管杭は穴内に立ち、上端部が地表から突き出た状態となる。この地表に出ている部分を油圧ハンマー等で打ち込む。ハンマーの打ち込みによって鋼管杭は土中に打ち込まれていくが、キャップは広い方が下側になっているので、ハンマーで打ち込まれても殆ど沈むことがない。そのため、キャップは本体内に押し込まれるようにして入り、スリットが拡げられながら鋼管杭が打ち込まれる。スリットが複数あるので、本体の先端は複数に割れており、この先割部が鋼管杭の打ち込みの進行に応じて円錐状に拡がりながら支持層の土中に入る。キャップがスリットの上端に達すると、これ以上キャップは本体内を上昇することができなくなり、この位置が鋼管杭の打ち込み限度となる。このとき、円錐状に拡がった先割部は、支持層内に木の根が張るように拡がった状態となる。
【００１８】
以上により鋼管杭は必要なＮ値を得ることができる支持層上に立設され、建造物の基礎を支えることになる。円錐状の内部にある土は圧縮され、密な状態になるので、支持面が増加したのと同じ状態になり、支持力を大きく増加することができる。また、下端が円錐状に拡がっているので、横ズレに対する抵抗力も非常に大きくなる。
【００１９】
鋼管杭の上端は、従来は蓋をしていたが、建物の基礎コンクリートとは一体になっていなかった。そのため、施工後に基礎コンクリートと鋼管杭とが横方向にズレる可能性があった。これに対し、本発明では、鋼管杭の中に底板を吊り、底板の上の空間内に基礎コンクリートと同じコンクリートを流し込み一体的に結合するようにしている。これによって、基礎コンクリートと鋼管杭の上端部とが一体化されるので、横ズレを防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上に説明したように本発明によれば、鋼管杭は先端が円錐形状に拡がった状態で支持層に支持されるので、荷重に対して支持力が増大し、従来の鋼管杭よりも安定性が向上する。また、先端が円錐状に拡がるので、横方向のズレが生じない。また、打込衝撃力による試験で耐荷重の数値が明確になるので、請求荷重に対応できる。
【００２１】
上端を基礎コンクリートと一体にすることで、基礎コンクリートと鋼管杭とが結合され、横ズレを生じることがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２３】
図１（ａ）は、本発明の鋼管杭における下端部分の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。本発明の鋼管杭１０は、中空円筒形の本体１１と、本体の先端（下端）から本体１１の長手方向に形成された４本のスリット１２と、本体１１の先端に嵌合されるキャップ１３とから構成されている。鋼管杭１０の図１に記載されずに省略された上の部分は、中空の円筒形状がそのまま延長されており、鋼管杭１０全体として所定の長さのものとして製造される。
【００２４】
本体１１は、通常の鋼管杭に使用される円筒形の鋼管である。中空の筒型にすることで、ねじれや横ゆれに対し強くなる。円筒形以外の形状、たとえば多角形でもよいが、円筒形が最もねじれや横ゆれに対して強力である。スリット１２は、円周上を均等な間隔で、かつ、本体１１の長手方向に沿って４本形成されていて、先割部１４を形成している。スリット１２の数は、この実施例に示す４本に限定されない。
【００２５】
キャップ１３は、本体１１と同じく鋼板製の板を椀状に窪ませて形成したもので、図の上側の凸状部から下側に向かって山の裾野のように拡がった中空の形状である。キャップ１３の径Ｄは、本体１１の内径ｄより大きくなっている。キャップ１３の上に本体１１の先割部１４を載せ、本体１１を下方に押し下げると、キャップ１３はスリット１２を拡げ、先割部１４を外側に弾性変位させて本体１１内に進入する。キャップ１３が図１に示すように若干本体１１内に入れば、先割部１４の閉じようとする弾性により保持され、本体１１を持ち上げても、キャップ１３は落下することはない。
【００２６】
図２（ａ）は打ち込んだ後の鋼管杭を示す図で、（ｂ）は（ａ）における鋼管杭の先端の端面図である。これらの図によって、本発明の鋼管杭の作用を説明する。
【００２７】
まず、鋼管杭１０における先割部１４の先端（下端）にキャップ１３を取り付ける。キャップ１３は前記したように、凸状部が本体１１の先割部１４内に押し込まれ、先割部１４の閉じようとする弾性により杭の先端に保持されている。図２（ａ）の仮想線は、この状態の鋼管杭１０を示す。
【００２８】
この鋼管杭１０を打ち込むべき場所に鉛直に保持し、ハンマー等で叩いて打ち込む。このとき、キャップ１３は、僅かに地中に食い込むだけであるが、鋼管杭１０は、先端の先割部１４が円錐形に拡がり、地中に食い込んでいく。ハンマーによる打ち込みによって、鋼管杭１０は矢印ａ方向に下がり、キャップ１３は先割部１４を矢印ｂ方向に上がり、これによって先割部１４は矢印ｃ方向に開く。そして、これらの上昇や開きは、キャップ１３の接触部が図２（ａ）に示すようにスリット１２の上端に達するまで続く。キャップ１３がスリット１２の上端に達すると、キャップ１３の径Ｄが鋼管杭１０の内径ｄより大きいので、これ以上の上昇ができなくなり、鋼管杭１０の打ち込みが完了する。先割部１４は実線に示すように円錐状に拡がった状態となる。すなわち、鋼管杭１０の打ち込み量は、スリット１２の長さとほぼ同じＨということになる。
【００２９】
打ち込み完了時における鋼管杭１０の先端は、図２（ｂ）に示すように、大きく拡がって、鋼管杭１０を支えているので、鋼管杭１０は上下方向は勿論、横方向のズレに対しても大きな抵抗力を有する。特に、先割部１４が拡がりながら地中に入るので、先割部１４の内部の土は先割部１４からの圧縮力を受け、支持面が増大したのと同じ効果が生じ、安定する。
【００３０】
キャップ１３は、鋼管杭１０を打ち込む際の衝撃力と、円錐状に開いた先割部１４からの弾性力とを受けるので、これらの力に耐えられる強度が必要となる。実施例では鋼製のキャップとしたが、必要な強度が確保できれば、プラスチックなどの他の素材を使用することができる。
【００３１】
図３は、本発明の建物の基礎構造を示す図で、鋼管杭１０の上端部と基礎コンクリートとの結合構造を示している。
【００３２】
鋼管杭１０は、予定された支持層に打ち込まれると、上端が所定の高さになるように余分の部分を切断される。そして、地表面には、砕石層２１が形成され、その上に基礎コンクリート３０を打設するための基礎鉄筋２２が網目状に配索される。従来の鋼管杭は、上端に蓋が溶接され、その上に基礎コンクリートが打設されていた。そのため鋼管杭と基礎コンクリートとは、結合されていないか、結合されていても弱い結合であった。本発明は、以下のようにして、鋼管杭と基礎コンクリートの結合を強力なものとしている。
【００３３】
鋼管杭１０の上には、沈下防止鍔２３がはめ込まれる。この沈下防止鍔２３は、鋼管杭１０の本体１１内に嵌合する円筒部２３ａと、この円筒部２３ａの上端に溶接などで固定された円い板状の鍔部２３ｂとで構成されている。念のためであるが、この沈下防止鍔２３の形状は実施例に示した円形に限定されるものではなく、任意の形状にすることができる。
【００３４】
沈下防止鍔２３の上には、棒材２４が掛け渡され、この棒材２４に固定された吊り棒２５の先端に底板２６を吊り下げ、ナットなどで締付て固定している。また、基礎鉄筋２２から垂直に４本の結合鉄筋２７が本体１１内の底板２６の上の空間内に垂下され、これらを複数の環状鉄筋２８で連結している。
【００３５】
基礎コンクリート３０は、網目状の基礎鉄筋２２の周囲と、本体１１内の底板２６上の空間内に流し込まれ、固化する。こうして鋼管杭１０の上端部と基礎コンクリート３０とは一体化されるので、鋼管杭１０と基礎コンクリート３０とは強力に一体化し、ズレることがない。
【００３６】
鋼管杭１０内に配索される鉄筋として上記結合鉄筋２７と環状鉄筋２８を示したが、これに限定されるものではなく、多様な形態の鉄筋を使用することができる。また、実施例では、結合鉄筋２７を基礎鉄筋２２に結合しているが、必ずしも結合する必要はない。鋼管杭１０の径が小さい場合は、結合鉄筋２７や環状鉄筋２８などの鉄筋が不要となる場合もある。
【００３７】
図４は、本発明の鋼管杭１０を打ち込む工程を説明する図である。図４において、符号４０は表土で、符号５０は支持層を示す。鋼管杭１０を打ち込む前に、地質調査が行われ、支持層５０の深さが調査される。
【００３８】
支持層５０の深さが分かると、（ａ）に示すように、まず、支持層５０に達する垂直な穴４１がオーガ等で穿設される。穴４１が支持層５０に到達したか否かを確認し、確認ができたら、若干の残土４２を穴４１に戻す。
【００３９】
（ｂ）に示すように、鋼管杭１０を穴４１内に挿入する。鋼管杭１０は上端部が地表上に突き出た状態となるようにする。地表上に突き出る長さは、打ち込み代より長めにすべきである。打ち込み代Ｈは、ほぼスリット１２の長さである。地上に突き出た部分をハンマーで叩き、図２で説明したようにして打ち込む。
【００４０】
（ｃ）は打ち込みが完了した状態である。前述したように先割部１４は円錐状に拡がって支持層５０内に打ち込まれ、支持層５０の土を圧縮して鋼管杭１０をしっかりと支持している。このようにして、複数の鋼管杭１０が所望の位置に打ち込まれる。
【００４１】
（ｄ）に示すように、鋼管杭１０の地表に突出している部分を、基礎の高さから算出される高さにカットする。基礎コンクリート３０の下部に砕石層２１を形成し、基礎鉄筋２２を配索し、図３に示すように、沈下防止鍔２３、底板２６、結合鉄筋２７、環状鉄筋２８等を取り付け、コンクリートを打設して基礎コンクリート３０と鋼管杭１０の上端部とを一体に結合する。
【００４２】
以上の実施例において、鋼管杭１０の先端に複数のスリット１２を形成して先割部１４を作る先端の構成と、基礎コンクリート３０を鋼管杭１０内に打設して一体化する構成とは、いずれか一方だけにしてもよい。先割れ構造にすることで、鋼管杭１０の静荷重に対する支持力を向上させることができ、基礎コンクリート３０と鋼管杭１０の上部とを一体結合することによって、鋼管杭１０と基礎コンクリート３０のズレを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）は、本発明の鋼管杭における下端部分の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】（ａ）は打ち込んだ後の鋼管杭を示す図で、（ｂ）は（ａ）における鋼管杭の先端の端面図である。
【図３】鋼管杭の上端部と基礎コンクリートとの結合構造を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上面図である。
【図４】本発明の鋼管杭を打ち込む工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    鋼管杭
１１    本体
１２    スリット
１３    キャップ
１４    先割部
２２    基礎鉄筋
２３    沈下防止鍔
２６    底板
２７    結合鉄筋
２８    環状鉄筋
３０    基礎コンクリート
４１    穴
５０    支持層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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