(57)【要約】【課題】  杭頭部に生じる応力を低減して杭頭部の破壊を防止するとともに、杭に軸引張力が生じる場合にも基礎から杭へのせん断力の伝達が可能な杭頭部の接合構造およびその施工方法を提供する。【解決手段】  杭頭面２ａの中央部には、杭頭部２より小さな径を有し、平板リング状のフランジが外周部に環装されたフランジ付き鋼管５内に中詰めコンクリート６が充填された支承部３が設置され、支承部３上に鉄筋コンクリート造の基礎８が構築されている。杭頭部２の断面中心部には棒状の接合鉄筋４が杭芯方向に複数配設されており、接合鉄筋４は杭頭部２から延出して中詰めコンクリート６を貫通し、基礎８内にアンカーされている。一方、杭１の周縁部に配設される杭主筋７は、基礎８内にアンカーされず、杭頭部２内に留まっている。また、フランジ付き鋼管５を囲繞する埋戻土には、発泡ポリエチレンビーズなどの粒状発泡材が混入された砂１０が使用されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭の杭頭部と当該杭によって支持される基礎との接合構造であって、
前記杭頭部より小さな径を有し、リング状のフランジが外周部に環装されたフランジ付き鋼管内にコンクリートが充填されてなる支承部が、前記杭頭部と前記基礎との間に介装されるとともに、
前記杭頭部の断面中心部に配設されて前記杭頭部から延出する接合鉄筋が前記フランジ付き鋼管内のコンクリートを貫通して前記基礎内に埋設されていることを特徴とする杭頭部の接合構造。
【請求項２】
前記フランジ付き鋼管を囲繞する杭頭部周辺地盤が、砂若しくは粒状発泡材を混入した砂で埋戻しされていることを特徴とする請求項１に記載の杭頭部の接合構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の接合構造を有する杭頭部の施工方法であって、
地盤に形成された杭孔上方の断面中心部に、杭頭部から延出するように前記接合鉄筋を配設するとともに、平面視で前記接合鉄筋を内包し、且つ下端部が杭頭部内に埋設されるように、前記杭孔上方の断面中央部に仮設埋込部材をセットした後、当該杭孔にコンクリートを打設する工程と、
前記仮設埋込部材を撤去することにより前記杭頭部上に形成された凹部に前記フランジ付き鋼管の下端部をセットし、前記フランジ付き鋼管内にコンクリートを充填する工程と、
前記フランジ付き鋼管の周囲を、砂若しくは粒状発泡材を混入した砂で埋め戻した後、前記フランジ付き鋼管上に基礎を形成する工程とを備えることを特徴とする杭頭接合部の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭頭部の接合構造およびその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、杭の杭頭部と当該杭によって支持される基礎との接合構造では、杭の主筋を杭頭部から上方に所定の長さ以上延出させて基礎躯体内に定着する方式が採られている。しかし、地震等による大きな水平力が杭基礎に作用すると、杭頭部に生じる過大な応力によって杭頭部が破壊されることがあり、杭頭部を半剛接合として、杭頭部に生じる応力を緩和する杭頭部の接合構造が提案されている。例えば、特許文献１では、杭頭部と基礎との接合部を円錐台状とし、杭体の主筋を杭頭部に留めて杭芯近傍に配置した接合鉄筋によって基礎と連結させて杭頭部の回転剛性を小さくする構造物基礎の支持構造が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２４２２０７号公報（第３−４頁、第１−３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、基礎周辺部に配置された杭では、地震時の軸力変動によって杭に軸引張力が作用する場合があり、特許文献２に記載された半剛接合構造では、引張力に対しては接合鉄筋で対処できるが、基礎から杭への地震時せん断力の伝達が不充分となり、その分のせん断力を他の杭に負担させねばならないという問題が生じる。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、杭頭部に生じる応力を低減して杭頭部の破壊を防止するとともに、杭に軸引張力が生じる場合にも基礎から杭へのせん断力の伝達が可能な杭頭部の接合構造およびその施工方法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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る杭頭部の接合構造は、杭の杭頭部と当該杭によって支持される基礎との接合構造であって、前記杭頭部より小さな径を有し、リング状のフランジが外周部に環装されたフランジ付き鋼管内にコンクリートが充填されてなる支承部が、前記杭頭部と前記基礎との間に介装されるとともに、前記杭頭部の断面中心部に配設されて前記杭頭部から延出する接合鉄筋が前記フランジ付き鋼管内のコンクリートを貫通して前記基礎内に埋設されていることを特徴とする。
本発明では、杭頭部より小さな径を有し、リング状のフランジが外周部に環装されたフランジ付き鋼管内にコンクリートが充填されてなる支承部を杭頭部と基礎との間に介装し、且つ、支承部を貫通する接合鉄筋によって杭頭部と基礎とを連結しているので、杭頭接合部の剛性が低下し、杭頭部に作用する曲げモーメントが大幅に低減されるうえ、杭に軸引張力が生じる場合でも、地震時せん断力はフランジ付き鋼管を介して基礎から杭へ伝達される。その結果、大地震時においても杭頭部が損傷することがない。また、杭頭部応力の低減に伴い、杭体断面および基礎躯体断面が縮減され、掘削搬出土砂量も減少し、建設コストの削減および工期の短縮を図ることができ、環境負荷も軽減される。
【０００６】
また、本発明に係る杭頭部の接合構造では、前記フランジ付き鋼管を囲繞する埋戻砂に粒状発泡材が混入されていてもよい。
本発明では、フランジ付き鋼管を囲繞する杭頭上の埋戻砂に発泡ポリエチレンビーズなどの粒状発泡材を混入することにより、杭頭部の回転が阻害されず、地震時に杭頭部が円滑に回転することができる。
なお、埋戻砂が、杭頭部の回転が阻害されない程度に良質であれば、粒状発泡材を混入せずに砂のみでもよい。
【０００７】
また、本発明に係る杭頭接合部の施工方法は、上記の接合構造を有する杭頭部の施工方法であって、地盤に形成された杭孔上方の断面中心部に、杭頭部から延出するように前記接合鉄筋を配設するとともに、平面視で前記接合鉄筋を内包し、且つ下端部が杭頭部内に埋設されるように、前記杭孔上方の断面中央部に仮設埋込部材をセットした後、当該杭孔にコンクリートを打設する工程と、前記仮設埋込部材を撤去することにより前記杭頭部上に形成された凹部に前記フランジ付き鋼管の下端部をセットし、前記フランジ付き鋼管内にコンクリートを充填する工程と、前記フランジ付き鋼管の周囲を、砂若しくは粒状発泡材を混入した砂で埋め戻した後、前記フランジ付き鋼管上に基礎を形成する工程とを備えることを特徴とする。
本発明では、フランジ付き鋼管内にコンクリートを充填した支承部を杭頭部と基礎との間に介装するとともに、フランジ付き鋼管内を挿通する接合鉄筋によって杭頭部と基礎とを連結することで、杭頭部を容易に半剛接合とすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、杭頭部より小さな径を有し、リング状のフランジが外周部に環装されたフランジ付き鋼管内にコンクリートが充填されてなる支承部を杭頭部と基礎との間に介装し、且つ、支承部を貫通する接合鉄筋によって杭頭部と基礎とを連結しているので、杭頭回転がしやすくなり、杭頭部に生じる応力が低減されて杭頭部の破壊が防止される。また、杭に軸引張力が生じる場合でも、地震時せん断力は、フランジ付き鋼管を介して基礎から杭へ円滑に伝達される。加えて、杭頭部応力の低減に伴い、杭体断面および基礎躯体断面が縮減され、掘削搬出土砂量も減少し、工期および工費の縮減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る杭頭部の接合構造の実施形態について図面に基づいて説明する。
［杭頭部の接合構造］
図１は、本発明に係る杭頭部の接合構造の一実施形態を示す立断面図である。なお、図が煩雑となるため、同図において基礎の配筋および杭の横筋は図示していない。
【００１０】
本実施形態において対象とする杭は場所打ちコンクリート杭である。
杭頭面２ａの中央部には、杭頭部２より小さな径を有し、平板リング状のフランジが外周部に環装されたフランジ付き鋼管５内に中詰めコンクリート６が充填された支承部３が設置され、支承部３上に鉄筋コンクリート造の基礎８が構築されている。この際、フランジ付き鋼管５の下端部を杭頭部２内に埋設するとともに、フランジ付き鋼管５の上端部を基礎８内に埋設し、支承部３と杭頭部２および基礎８との一体化を図るようにする。
また、杭頭部２の断面中心部には棒状の接合鉄筋４が杭芯方向に複数配設されている。複数の接合鉄筋４は、杭頭部２から延出し、フランジ付き鋼管５内の中詰めコンクリート６を貫通して基礎８内にアンカーされている。一方、杭１の周縁部に配設される杭主筋７は、基礎８内にアンカーされず、杭頭部２内に留まっている。
【００１１】
図２は、フランジ付き鋼管５の平断面図および立断面図である。また、図３はフランジ付き鋼管５の斜視図である。
フランジ付き鋼管５は、円筒状の鋼管５ａの外周部に、平板リング状の上フランジ５ｂおよび下フランジ５ｃがそれぞれ溶接されたものであり、上フランジ５ｂと下フランジ５ｃの間には、フランジの局部座屈を防止するために、平板からなるリブ５ｄが平面視放射状に配設されている。
本願発明では、鋼管５ａの外周部に上フランジ５ｂおよび下フランジ５ｃが取り付けられているので、鋼管５ａのみの場合に比べて、より大きな曲げモーメントを処理することができる。
なお、上フランジ５ｂと下フランジ５ｃの間のリブ５ｄは、必ず設置しなければならないというものではなく、フランジ付き鋼管５に作用する応力状態に応じて適宜設置すればよい。
【００１２】
フランジ付き鋼管５を囲繞する埋戻土には、良質砂若しくは発泡ポリエチレンビーズなどの粒状発泡材が混入された砂１０を使用する。これにより、杭頭部２の回転抵抗を阻害せず、地震時に杭頭部２が円滑に回転することができる。
【００１３】
本実施形態による杭頭部の接合構造では、杭頭部２より小さな径を有し、平板リング状のフランジが外周部に環装されたフランジ付き鋼管５内に中詰めコンクリート６が充填された支承部３が杭頭部２と基礎８との間に介装され、且つ、支承部３を貫通する接合鉄筋４によって杭頭部２と基礎８とが連結されているので、杭頭接合部の剛性が低下し、杭頭部２に作用する曲げモーメントが大幅に低減されるうえ、杭１に軸引張力が生じる場合でも、地震時せん断力はフランジ付き鋼管５を介して基礎８から杭１へ伝達される。その結果、大地震に対しても杭頭部２が損傷することがない。また、杭頭部応力の低減に伴い、杭体断面および基礎躯体断面を縮小することができるうえ、掘削搬出土砂量も減少するため、建設コストおよび工期の縮減を図ることができる。
さらに、本実施形態による杭頭部の接合構造では、フランジ付き鋼管５を構成する部材の材質やサイズ、中詰めコンクリート６の強度、あるいは接合鉄筋４の径や本数を変えることにより、杭頭部２に作用する作用荷重の大きさに容易に対応することができる。
【００１４】
［杭頭接合部の施工方法］
次に、本発明に係る杭頭接合部の施工方法について説明する。
図４は、本発明に係る杭頭接合部の施工方法を順を追って示したものである。なお、本図も図１と同様、図が煩雑となるため、基礎の配筋および杭の横筋は図示していない。
【００１５】
先ず、アースドリル（図示省略）などを用いて地盤Ｇを掘削して杭孔１３を形成する。次いで、杭孔１３に鉄筋籠７’を建て込んだ後、発泡ポリスチレンなどからなる円柱状の仮設埋込部材１１を、その下端部が杭頭部２内に１０ｃｍ程埋設されるように、杭孔１３上方の断面中央部にセットする。それと同時に、仮設埋込部材１１に設けられた複数の貫通孔（図示省略）に棒状の接合鉄筋４を挿通し、杭孔１３の断面中心部に杭頭部２から延出するように、接合鉄筋４を配設する（図４（ａ）参照）。この際、仮設埋込部材１１および接合鉄筋４は、鉄筋籠７’を構成する杭主筋７などから控えをとり、コンクリート１２打設時に浮き上がらないようにする。
なお、接合鉄筋４や仮設埋込部材１１を鉄筋籠７’と一体に組み、同時に建て込んでもよい。
次いで、トレミー管（図示省略）を杭孔１３に挿入し、トレミー管から杭孔１３内にコンクリート１２を打設する（図４（ｂ）参照）。
コンクリート１２が硬化すると、余盛りコンクリート１２ａの周囲Ｒを掘削し、余盛りコンクリート１２ａを斫って除去する（図４（ｃ）参照）。場所打ちコンクリート杭では、杭頭部２に泥やスライム等が集中してコンクリート１２の品質が低下するため、設計杭天端より５００〜８００ｍｍ程度余分にコンクリート１２を打設し、コンクリート１２硬化後に余盛りコンクリート１２ａを斫って除去し、杭１の品質を確保している。本実施形態では、接合鉄筋４を内包するように、発泡ポリスチレンなどからなる仮設埋込部材１１を設置しているので、接合鉄筋４周りの余盛りコンクリート１２ａを容易に取り除くことができる。
次に、フランジ付き鋼管５の鋼管５ａ内に接合鉄筋４を挿通して、仮設埋込部材１１によって杭頭面２ａの中央部に形成された深さ１０ｃｍ程の凹部２ｂにフランジ付き鋼管５の下端部を嵌入してセットする（図４（ｃ）参照）。
そして、フランジ付き鋼管５の鋼管５ａ内に中詰めコンクリート６を充填するとともに、フランジ付き鋼管５の下フランジ５ｃと杭頭面２ａとの隙間に無収縮モルタル９を充填し、下フランジ５ｃから杭１へ応力が伝達されるようにする（図４（ｄ）参照）。
その後、フランジ付き鋼管５の周囲Ｒを、良質砂若しくは発泡ポリエチレンビーズなどの粒状発泡材が混入された砂１０で埋め戻した後、フランジ付き鋼管５上に基礎鉄筋（図示省略）を配筋して、基礎８の型枠（図示省略）を建込み、型枠内にコンクリートを打設して基礎８を構築する（図４（ｅ）参照）。この際、基礎８の底面が上フランジ５ｂで支持されるようにして、上フランジ５ｂから杭１へ応力が伝達されるようにする。
【００１６】
本実施形態による杭頭接合部の施工方法では、フランジ付き鋼管５内に中詰めコンクリート６を充填した支承部３を杭頭部２と基礎８との間に介装するとともに、フランジ付き鋼管５内を挿通する接合鉄筋４によって杭頭部２と基礎８とを連結することで、杭頭部２を容易に半剛接合とすることができる。
【００１７】
以上、本発明に係る杭頭部の接合構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、フランジ付き鋼管内の中詰めコンクリートの充填と基礎のコンクリートの打設を別工程で行っているが、フランジ付き鋼管を杭頭部上にセットした後、土砂等が入らないようにフランジ付き鋼管の上面を養生しておき、基礎のコンクリート打設時にフランジ付き鋼管内にコンクリートを充填してもよい。
また、上記の実施形態では、杭頭部上に凹部を形成するため、仮設埋込部材を使用しているが、仮設埋込部材を使用せず、余盛りコンクリートを斫って除去する際に杭頭面を斫って凹部を形成してもよい。要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る杭頭部の接合構造の一実施形態を示す立断面図である。
【図２】（ａ）はフランジ付き鋼管の平断面図、（ｂ）はその立断面図である。
【図３】フランジ付き鋼管の斜視図である。
【図４】本発明に係る杭頭接合部の施工方法を示す立断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  杭
２  杭頭部
２ａ  杭頭面
２ｂ  凹部
３  支承部
４  接合鉄筋
５  フランジ付き鋼管
５ｂ  上フランジ（フランジ）
５ｃ  下フランジ（フランジ）
５ｄ  リブ
６  中詰めコンクリート
７  杭主筋
７’  鉄筋籠
８  基礎
９  無収縮モルタル
１０  砂
１１  仮設埋込部材
１２  コンクリート
１２ａ  余盛りコンクリート
１３  杭孔
Ｇ  地盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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