(57)【要約】【課題】高い精度で強度を推定することが可能な杭頭構造を提供する。【解決手段】杭頭構造１は、軸Ｃに沿って延びる管状の杭２と、杭２の杭頭２３に対して固定され、杭頭２３を遮蔽する蓋体３と蓋体３に対して固定され、杭２の外周面２１よりも外方に張り出すプレート４と、杭２の杭頭２３、蓋体３及びプレート４を包囲する鞘管５と、杭２の杭頭２３、蓋体３及びプレート４と、鞘管５の内周面５７と、の間に充填されるコンクリート６と、を備える。蓋体３とプレート４とは、ボルト７により互いに締結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸に沿って延びる管状の杭と、
前記杭の杭頭に対して固定され、前記杭頭を遮蔽する蓋体と、
前記蓋体に対して固定され、前記杭の外周面よりも外方に張り出すプレートと、
前記杭の杭頭、前記蓋体及び前記プレートを包囲する鞘管と、
前記杭の杭頭、前記蓋体及び前記プレートと、前記鞘管の内周面と、の間に充填される充填剤と、を備え、
前記蓋体と前記プレートとは、ボルトにより互いに締結されている、杭頭構造。
【請求項２】
前記ボルトは、前記軸に沿うように配置されている、請求項１の杭頭構造。
【請求項３】
前記鞘管は、その内周面に、前記杭に向かって突出する突起が形成されている、請求項１又は２に記載の杭頭構造。
【請求項４】
前記突起は、前記軸に沿う方向において前記鞘管の一端寄りの部位に形成されている、請求項３に記載の杭頭構造。
【請求項５】
前記軸と直交する方向から見たとき、前記プレートの端部から前記鞘管の内周面及び前記鞘管の一端に向かって延びるとともに前記軸に対して４５°を成す仮想線は、前記突起よりも前記鞘管の他端寄りの部位で前記鞘管の内周面と交差している、請求項４に記載の杭頭構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭頭構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の基礎に用いられる杭頭構造として、特許文献１記載のものが知られている。当該杭頭構造では、杭頭に筒形状の鞘管（ユニット本体）が溶接され、鞘管の内周側に柱脚が配置されている。柱脚の端部にはベースプレートが固定されている。柱脚及びベースプレートと、鞘管の内周面と、の間にコンクリートが充填されることにより、柱脚が杭頭に対して固定されている。このような杭頭構造では、柱脚に過大な外力が作用した場合に、コンクリートに略円錐形状の破断面が発現し、柱脚が抜けてしまう「コーン状破壊」が生じることが知られている。
【０００３】
特許文献１では、鞘管の内周面に突起を設けるとともに、コンクリートの強度に関する所定の条件を満足するように設計することが提案されている。具体的には、突起によるコンクリート支圧強度をＰｎ、コンクリート全体のコーン状の破壊強度をＰｓとしたとき、Ｐｎ＜Ｐｓを満足させることが提案されている。これにより、コーン状破壊を抑制できるとされている。
【０００４】
特許文献１記載の杭頭構造は、柱脚の周囲の充填剤におけるコーン状破壊の抑制を図るものである。本発明者らは、当該構造を、杭頭の周囲に鞘管及び充填剤が設けられる他の杭頭構造（例えば、特許文献２）に応用することを検討した。このような応用が可能になれば、杭頭に土台を構成し、当該土台により梁を支持するような杭頭構造においても、コーン状破壊の抑制を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１３６８５８号公報
【特許文献２】特開２００５−２２６３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、同一の材料、製法により得られたものであっても、コンクリートやモルタル等の充填剤の特性にはばらつきが生じる。そのため、支圧強度Ｐｎやコーン状破壊強度Ｐｓにもばらつきが生じ、杭頭構造の強度を正確に予測することは困難であった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、高い精度で強度を推定することが可能な杭頭構造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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る杭頭構造は、所定の軸に沿って延びる管状の杭と、杭頭に対して固定され、杭頭を遮蔽する蓋体と、蓋体に対して固定され、杭の外周面よりも外方に張り出すプレートと、杭の杭頭、蓋体及びプレートを包囲する鞘管と、杭の杭頭、蓋体及びプレートと、鞘管の内周面と、の間に充填される充填剤と、を備える。蓋体と杭頭プレートとはボルトにより締結されている
【０００９】
この構成によれば、鞘管から杭を引き抜くような外力が作用した場合に、充填剤の破壊に先駆けて、ボルトの破断が生じるように構成することが可能になる。ボルトの破断を生じさせる外力は、ボルトの材質や断面積等に基づき、所定の理論式に基づいて推定することができる。この推定の精度は、コンクリート等の破壊の推定と比べて高い。したがって、上記構成によれば、杭頭構造の強度を正確に推定することが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い精度で強度を推定することが可能な杭頭構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る杭頭構造の断面図である。
【図２】図１の杭頭構造の上面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。
【図４】引き抜き力と変位との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１３】
まず、図１から図３を参照しながら、実施形態に係る杭頭構造１の概要について説明する。図１は、杭頭構造１の断面図であり、後述する軸Ｃを含む平面における断面を示している。また、図１は、杭頭構造１の構成のうち、後述する鞘管５及びコンクリート６と、地盤９のみを断面視している。図２は、杭頭構造１の上面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。図２及び図３は、鞘管５及びコンクリート６を省略している。
【００１４】
杭頭構造１は、構造物の基礎に用いられる。杭頭構造１は、杭２と、蓋体３と、プレート４と、鞘管５と、コンクリート６と、ボルト７と、を備えている。
【００１５】
杭２は、仮想の直線である軸Ｃに沿って延びる鋼管あり、その外周面２１は円柱面である。杭２は、ハンマ等で杭頭２３を打撃されることにより、地盤９に埋設される。杭２の杭頭２３は、杭２の埋設後に、地盤９が掘削されて凹部９３が形成されることにより、地表９１から露出する。杭２は、構造物の自重に抗して構造物を支持するため、地盤９の所定の深さまで達するように埋設されている。
【００１６】
蓋体３は、金属製部材であり、円板形状を呈している。蓋体３の直径は、杭２の外周面２１の直径と略同一である。蓋体３は、杭２の杭頭２３に対して溶接され、杭頭２３を遮蔽している。図３に示されるように、蓋体３は、３つのねじ孔３１が形成されている。ねじ孔３１は、軸Ｃに沿って延び、蓋体３を貫通している。ねじ孔３１の内側面には、雌ねじが形成されている。
【００１７】
プレート４は、金属製部材であり、円板形状を呈している。図３に示されるように、プレート４は、３つの貫通孔４１が形成されている。ねじ孔３１は、軸Ｃに沿って延び、プレート４を厚さ方向に貫通している。プレート４は、そのねじ孔３１を挿通し、蓋体３のねじ孔３１と螺合するボルト７により、蓋体３と締結されている。ボルト７は、軸Ｃを中心とする円の同一円周上に等間隔で配置されるのが好ましい。なお、図２及び図３では、ボルト７を３本設けた例を示したが、ボルト７の本数はこれに限られるものではなく、杭２が抜け出すコーン状破壊を生じさせる前にボルト７が破断するように、ボルト７の本数を適宜設定することができる。
【００１８】
プレート４の直径は、杭２や蓋体３の直径よりも大きい。プレート４の直径と、杭２の直径と、の比は１．１から１．８程度であることが好ましい。このため、蓋体３に締結されたプレート４は、杭２の外周面２１よりも外方に張り出すように配置される。
【００１９】
鞘管５は、金属製部材であり、円筒形状を呈している。図１に示されるように、鞘管５の内周面５７の直径は、杭２、蓋体３及びプレート４の直径よりも大きい。内周面５７の直径と、プレート４の直径と、の比は１．２から３．０程度であることが好ましい。鞘管５の形状は、円筒形状に限られず、杭２、蓋体３及びプレート４を包囲できる形状であればいかなる形状を採用してもよい。
【００２０】
鞘管５には、複数の注入孔５８が形成されている。注入孔５８は、その外周面５５と内周面５７との間で鞘管５を貫通している。複数の注入孔５８は、軸Ｃ周りで互いに間隔を空けて配置されている。
【００２１】
鞘管５の内周面５７には、突起５９が溶接されている。突起５９は、環状の金属製部材である。突起５９は、内周面５７のうち、鞘管５の下端５１寄りの部位に溶接されている。鞘管５は、その中心軸を軸Ｃと略一致させ、杭２の杭頭２３、蓋体３及びプレート４を包囲するように配置される。
【００２２】
コンクリート６は、充填剤の一例である。コンクリート６は、杭２の杭頭２３、蓋体３及びプレート４と、鞘管５の内周面５７と、の間に充填される。コンクリート６は、流動性を有している状態で注入孔５８から鞘管５内に注入される。当該注入の際、鞘管５の下端５１や上端５３は、コンクリート６が漏出しないように遮蔽される。注入したコンクリート６を乾燥させて硬化させることにより、杭頭２３、蓋体３及びプレート４に対して鞘管５が固定される。コンクリート６の他にも、充填剤としてモルタル等を採用することもできる。
【００２３】
以上の説明のように構成された杭頭構造１は、図１に示されるように、鞘管５の上端５３において梁８を下方から支持する。すなわち、杭頭構造１は、梁８を支持する土台を構成する。梁８は、構造物の一部を成す部材であり、例えばＨ形鋼が用いることができる。梁８は、構造物の下端で略水平方向に延びるように配置されており、鞘管５は、梁８のフランジ部分と当接して梁８を支持する。杭頭構造１は、杭２の外周面２１と地盤９との間に生じる摩擦力により、梁８から受ける荷重に抵抗する。
【００２４】
次に、図４も参照しながら、杭頭構造１の機能について説明する。図４は、引き抜き力Ｆと変位δとの関係を示すグラフである。
【００２５】
例えば地震等により構造物が揺動すると、梁８から、鞘管５と杭２とを離反させようとする力が作用する。換言すれば、杭２を鞘管５内から引き抜こうとする外力が杭頭構造１に作用する。図４は、軸Ｃ（図１等参照）に沿う方向における引き抜き力Ｆと、同方向における杭２に対する鞘管５の変位δと、の関係を示している。
【００２６】
引き抜き力Ｆは、杭頭構造１の初期状態から変位δとともに増加する。これは、杭２を鞘管５内から引き抜こうとすると、主に２つの力が引き抜きに抗するように作用すると考えられる。
【００２７】
１つ目は、杭２の外周面２１と、コンクリート６と、の間に作用する粘着力である。当該粘着力の大きさは、外周面２１とコンクリート６とが接触している面積や、コンクリート６の特性によって定まる。
【００２８】
２つ目は、ボルト７の弾性力である。前述したように、プレート４は、杭２の外周面２１よりも外方に張り出すように配置されている。このため、杭２を鞘管５内から引き抜こうとしても、プレート４は、張り出した部分がコンクリート６に引っ掛かるため、鞘管５内に留まろうとする。この結果、プレート４と蓋体３とを締結しているボルト７に引張力が作用する。ボルト７に作用する引張力、及び、ボルト７の内部で発生する応力は、変位δとともに増加する。
【００２９】
引き抜き力Ｆは、変位δがδ１となる点Ｓ１においてＦ３に達し、その後は変位δの増加に反して減少する。点Ｓ１では、ボルト７の内部で発生する応力が引張強さを超え、ボルト７が破断する。この引張強さは、ボルト７の材質や断面積等に基づき、所定の理論式に基づいて推定することができる。したがって、点Ｓ１における引き抜き力Ｆ３も、比較的容易に推定することが可能である。
【００３０】
引き抜き力Ｆは、変位δがδ２となる点Ｓ２においてＦ１に達し、その後は増加に転じる。さらに、引き抜き力Ｆは、変位δがδ３となる点Ｓ３において、Ｆ２に達する。点Ｓ３では、杭２の周囲において、杭２とコンクリート６との付着力切れ、又はコンクリート６のコーン状破壊が生じる。したがって、引き抜き力Ｆは、点Ｓ３に達した後は、減少に転じる。なお、杭２の周囲に平鋼等の突起物を取り付けると、付着力がより大きくなり、Ｆ２を大きくすることができる。
【００３１】
このような杭頭構造１の構成によれば、鞘管５から杭２を引き抜くような外力が作用した場合に、コンクリート６の破壊に先駆けて、ボルト７の破断が生じるように構成することが可能になる。ボルト７の破断を生じさせる外力は、ボルト７の材質や断面積等に基づき、所定の理論式に基づいて推定することができる。この推定の精度は、コンクリート６の破壊の推定と比べて高い。したがって、上記構成によれば、杭頭構造１の強度を正確に推定することが可能になる。
【００３２】
また、ボルト７は、軸Ｃに沿うように配置されている。この構成によれば、ボルト７が破断する外力を、より正確に推定することが可能になる。
【００３３】
また、鞘管５は、その内周面５７に、杭２に向かって突出する突起５９が形成されている。この構成によれば、鞘管５から杭２を引き抜くような外力が作用した場合でも、鞘管５内からコンクリート６が排出されることを抑制することが可能になる。
【００３４】
また、突起５９は、軸Ｃに沿う方向において鞘管５の下端５１寄りの部位に形成されている。この構成によれば、鞘管５内からコンクリート６が排出されることをさらに確実に抑制することが可能になる。
【００３５】
ここで、図１に示されるように、仮想線Ｌを考える。仮想線Ｌは、プレート４の端部から鞘管５の内周面５７及び鞘管５の下端５１に向かって延びるとともに、軸Ｃに対して４５°を成す。仮想線Ｌは、突起５９よりも鞘管５の上端５３寄りの部位５７１で、鞘管５の内周面５７と交差している。なお、鞘管５が円筒形状ではない場合においても、かかる条件を満たすようにする。
【００３６】
前述したコーン状破壊は、軸Ｃに対して４５°を成す面においてもっとも生じやすいことが知られている。上記構成によれば、プレート４の端部を起点とするコーン状破壊が生じようとした場合でも、突起５９が仮想線Ｌよりも内側の部分に作用する外力に抗し、コンクリート６を鞘管５に対して拘束することができる。したがって、上記構成によれば、コーン状破壊を防止することが可能になる。
【００３７】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されず、適宜変更することができる。
【００３８】
上述した杭頭構造１は、構造物の一部を成す梁８を下方から支持する。しかしながら、本発明はこの態様に限定されない。例えば、本発明は、構造物の柱脚を支持する杭頭構造に適用することも可能である。この場合、鞘管５の上端に板形状の部材を固定し、当該部材に対して柱脚の下端を固定すれば、柱脚を立設させた状態で支持できる。
【符号の説明】
【００３９】
１：杭頭構造
２：杭
２１：外周面
２３：杭頭
３：蓋体
４：プレート
５：鞘管
５１：下端（一端）
５３：上端（他端）
５７：内周面
５９：突起
６：コンクリート（充填剤）
７：ボルト
Ｃ：軸
Ｌ：仮想線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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