(57)【要約】【課題】本発明は、安価で高い耐震性能を有するとともに、施工性がよく、容易に再利用できる場所打ちコンクリート充填鋼管杭、及び場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法を提供する。【解決手段】場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の一般部２は、孔１２の断面径と比較して、略小さい外径を有する小径の鋼管４、及び鋼管４の内方に充填されるコンクリート５を備えている。一方、杭先端部３は、籠鉄筋８とコンクリート５よりなる鉄筋コンクリート造に構成されており、鉛直状に配された主筋６の上端部近傍が、鋼管４の下端部近傍で、内周面に溶接等の固着手段を介して固着されている。また、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１が配置されている地盤１３中の孔１２の孔壁と鋼管４の外周面との間に間隙を設けている。この間隙に硬化充填材９を充填し、孔１２の孔壁との間に十分な摩擦力を確保している。【選択図】  図１
2004162414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直に形成される地盤中の孔の内方に設けられて、地盤中の支持層に支持される場所打ちコンクリート充填鋼管杭であって、
前記孔の内方に鉛直に配される鋼管、及び該鋼管の内方に充填されるコンクリートよりなる全長がコンクリート充填鋼管造の一般部と、
前記鋼管の内周面に沿う形状に所定の離間間隔を持って鉛直軸と同軸に配される複数の主鉄筋、及び複数の該主鉄筋を囲うようにして所定の離間間隔を持って配される複数のフープ筋より形成され、前記孔の底部に配される籠鉄筋、及び前記籠鉄筋を埋設し、前記孔の底部近傍を充填するコンクリートとを備える鉄筋コンクリート造の杭先端部とを備えてなり、
前記籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、前記鋼管の下端部近傍の内周面に固着手段を介して固着されるとともに、
前記一般部の位置する前記孔の孔径が、前記鋼管の断面径より略大きく形成されており、前記鋼管の外周面と前記地盤の孔壁との間に硬化充填材が充填されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項２】
請求項１に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭において、
前記籠鉄筋を構成する主筋が、前記鋼管の外周に沿う形状に所定の離間間隔を持って鉛直軸と同軸に配されるとともに、
前記鋼管の下端部近傍の内周面に、下方へ鉛直に突出する複数のアンカー筋が所定の離間間隔を持って配されており、
前記鋼管が、前記籠鉄筋の内方に前記鋼管の下端部及び前記アンカー筋を挿入するように配されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項３】
請求項１または２に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭において、
前記杭先端部の位置する前記孔の底部が、拡径されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭において、
前記コンクリートには、繊維補強コンクリートが用いられることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項５】
地盤中に鉛直軸と同軸な孔を掘削するとともに、複数の主筋が所定の離間間隔を持って鋼管の内周面に沿って配置できる形状に籠鉄筋を組み立てる第１の工程と、
前記孔の内方へ鋼管を挿入し、中心軸を孔と同軸とするように位置決めた後、該籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が前記鋼管の下端部より内方へ挿入される深さまで、前記孔の底部の所定位置に前記籠鉄筋を配置する第２の工程と、
前記孔の内方にコンクリートを打設し、前記籠鉄筋を埋設する第３の工程と、
前記鋼管の外周と前記孔の孔壁との間に、硬化充填材を充填する第４の工程とにより構成されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法。
【請求項６】
請求項５に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法において、
第１の工程において、前記籠鉄筋を構成する主筋の上端部近傍を、前記鋼管の下端部近傍の内周面に固着手段を介して固着し、
第２の工程において、前記孔の内方に、前記籠鉄筋が下端部に固着された前記鋼管を、中心軸を同軸とするように配置することを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法。
【請求項７】
請求項５に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法において、
第１の工程において、複数の前記主筋が所定の離間間隔を持って鋼管の外周に沿って配置されるように籠鉄筋を組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の内周面に下方へ突出するアンカー筋を固着し、
第２の工程において、前記孔の底部に、前記主筋が鉛直軸と同軸となるように籠鉄筋を配置するとともに、
該籠鉄筋の内方に下端部が配置されるように、前記鋼管を前記孔の内方に挿入し、前記孔の中心軸と同軸となるように配することを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安価で高い耐震性能を有する場所打ちコンクリート充填鋼管杭、及び場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市の安全性を脅かす地震の発生が、近い将来高い確率で予想されているが、このような地震が影響を及ぼす範囲は、継続的に建設需要が予想される大都市圏を含む地域である。軟弱な厚い堆積地盤上に立地している大都市では、大地震時に地盤の揺れは大きく、液状化が起こりやすいことが特徴となっている。
このような背景のもと、阪神大震災以降、杭工法にはより一層の構造安全性に配慮した設計が行われているが、場所打ちコンクリート杭では、経済的であるものの液状化地盤や軟弱地盤では杭頭付近の曲げモーメントが大きくなるといった課題を有している。そこで、液状化を含む軟弱地盤では、杭頭の耐震性を確保することを目的に、拡頭場所打ちコンクリート杭や鋼管巻き場所打ちコンクリート杭などの杭工法が一般に用いられている。
該鋼管巻き場所打ちコンクリートは、場所打ち鉄筋コンクリートもしくは場所打ち無筋コンクリートよりなる杭に内面リブ付き鋼管を巻き付けたもので、その巻き付け長さは、一般部の上方、もしくは全長に鋼管を巻き付ける等様々なものが考案されている。例えば、特許文献１に示された鋼管巻き場所打ちコンクリート杭は、全長にわたり鋼管を巻いた構成が示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−４３５２１号公報（第３頁、第１１図参照）
【０００４】
しかし、これらの杭を用いる場合、杭頭の曲げモーメントが増大するため基礎梁の設計に苦慮することが多いことから、杭を含む基礎のコストアップの大きな要因となりやすい。
また、地層が急変する地中部や非液状化層の境界部では、杭の被害が多数認められることが知られており、地盤の変形を考慮した応答変位法が建築学会の基礎構造設計指針に示されているが、これを実務設計に用いると、杭頭荷重によって求められる杭径以上の径が必要となるため、従来の杭形式ではコストアップとなる場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑み、本発明は、安価で高い耐震性能を有するとともに、施工性がよく、容易に再利用できる場所打ちコンクリート充填鋼管杭、及び場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、鉛直に形成される地盤中の孔の内方に設けられて、地盤中の支持層に支持される場所打ちコンクリート充填鋼管杭であって、前記孔の内方に鉛直に配される鋼管、及び該鋼管の内方に充填されるコンクリートよりなる全長がコンクリート充填鋼管造の一般部と、前記鋼管の内周面に沿う形状に所定の離間間隔を持って鉛直軸と同軸に配される複数の主鉄筋、及び複数の該主鉄筋を囲うようにして所定の離間間隔を持って配される複数のフープ筋より形成され、前記孔の底部に配される籠鉄筋、及び前記籠鉄筋を埋設し、前記孔の底部近傍を充填するコンクリートとを備える鉄筋コンクリート造の杭先端部とを備えてなり、前記籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、前記鋼管の下端部近傍の内周面に固着手段を介して固着されるとともに、前記一般部の位置する前記孔の孔径が、前記鋼管の断面径より略大きく形成されており、前記鋼管の外周面と前記地盤の孔壁との間に硬化充填材が充填されることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、前記籠鉄筋を構成する主筋が、前記鋼管の外周に沿う形状に所定の離間間隔を持って鉛直軸と同軸に配されるとともに、前記鋼管の下端部近傍の内周面に、下方へ鉛直に突出する複数のアンカー筋が所定の離間間隔を持って配されており、前記鋼管が、前記籠鉄筋の内方に前記鋼管の下端部及び前記アンカー筋を挿入するように配されることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、前記杭先端部の位置する前記孔の底部が、拡径されることを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、前記コンクリートには、繊維補強コンクリートが用いられることを特徴としている。
【００１０】
請求項５記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法は、地盤中に鉛直軸と同軸な孔を掘削するとともに、複数の主筋が所定の離間間隔を持って鋼管の内周面に沿って配置できる形状に籠鉄筋を組み立てる第１の工程と、前記孔の内方へ鋼管を挿入し、中心軸を孔と同軸とするように位置決めた後、該籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が前記鋼管の下端部より内方へ挿入される深さまで、前記孔の底部の所定位置に前記籠鉄筋を配置する第２の工程と、前記孔の内方にコンクリートを打設し、前記籠鉄筋を埋設する第３の工程と、前記鋼管の外周と前記孔の孔壁との間に、硬化充填材を充填する第４の工程とにより構成されることを特徴としている。
【００１１】
請求項６記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法は、第１の工程において、前記籠鉄筋を構成する主筋の上端部近傍を、前記鋼管の下端部近傍の内周面に固着手段を介して固着し、第２の工程において、前記孔の内方に、前記籠鉄筋が下端部に固着された前記鋼管を、中心軸を同軸とするように配置することを特徴としている。
【００１２】
請求項７記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法は、第１の工程において、複数の前記主筋が所定の離間間隔を持って鋼管の外周に沿って配置されるように籠鉄筋を組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の内周面に下方へ突出するアンカー筋を固着し、第２の工程において、前記孔の底部に、前記主筋が鉛直軸と同軸となるように籠鉄筋を配置するとともに、該籠鉄筋の内方に下端部が配置されるように、前記鋼管を前記孔の内方に挿入し、前記孔の中心軸と同軸となるように配することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の場所打ちコンクリート充填鋼管杭、及び場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法を図１から図６に示す。本発明の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、一般部を全長にわたり、軸力・曲げ・せん断力の何れについても十分な耐力を有するとともに変形性能に優れたコンクリート充填鋼管造として構築することにより、比較的大きな杭変形のもとでも構造物の荷重を安全に支持することのできる耐震性能に優れた構成とするものである。
なお、本実施の形態で詳述する場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、液状化地盤、厚い軟弱地盤や中間支持層を有する地盤にある杭基礎構造物の基礎、集合住宅、事務所、工場等の中高層建物、及び変形制限に余裕のある土木構造物等の杭基礎等に用いられるものである。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）に示すように、地盤１３を支持層１４に達するまで鉛直状に掘削した孔１２の内方に配される場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、一般部２と、杭先端部３により構成されている。
前記一般部２は、図１（ｂ）に示すように、前記孔１２の断面径と比較して、略小さい外径を有する小径の鋼管４、及び該鋼管４の内方に充填されるコンクリート５を備えている。鋼管４は一般部２の本実施の形態では、一般に用いられているリブ無し鋼管を用いているが、これにこだわるものではなく、周面にリブが配されたいわゆるリブ付き鋼管を用いてもよく、またコンクリート５は、鋼繊維や炭素繊維を用いた繊維補強コンクリート等を用いても良い。
【００１５】
一方、図１（ｃ）に示すように、前記杭先端部３は、籠鉄筋８とコンクリート５よりなる鉄筋コンクリート造に構成されており、該籠鉄筋８は図１（ａ）に示すように、前記鋼管４の内周面に沿うように所定の離間間隔をもって鉛直状に配された複数の主筋６と、該主筋６を囲うようにして水平方向に所定の離間間隔を持って配される複数のフープ筋７とにより構成されている。該籠鉄筋８は、前記孔１２の底部に配されて、前記コンクリート５により埋設されることとなるが、図１（ａ）に示すように、鉛直状に配された前記主筋６の上端部近傍が、前記鋼管４の下端部近傍で、内周面に溶接等の固着手段を介して固着されている。したがって、前記充填コンクリート鋼管造の一般部２と、鉄筋コンクリート造の杭先端部３は、前記籠鉄筋８を構成する主筋６の上端部近傍が、前記鋼管４の内周面に溶接される構成と、これらの接合部が前記コンクリート５により埋設される構成とにより連結され、軸力をスムーズに伝達することとなる。
【００１６】
上述する構成の場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、充填コンクリート鋼管造の一般部２が、全長にわたり無筋のコンクリート５を鋼管４を用いて拘束した構成であるため、変形性能に富んだ靱性志向型すなわち柔構造を有しており、コンクリート５及び鋼管４により場所打ちコンクリート充填鋼管杭１に生じる軸力及び曲げモーメントを負担するとともに、鋼管４によりせん断力を負担する等、何れについても十分な耐力と変形性能を有するものである。
【００１７】
また、このような場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、後に上方に配される図示しない構造物を支持することとなるが、図２に示すように、構造物の重量ｗは、コンクリート５に負担される荷重Ｐｃと、鋼管４に負担される荷重Ｐｓとに分散されることから、一般に用いられている場所打ちコンクリート杭と比較して前記鋼管４の断面径を小さくすることができるものである。
このように、断面径が小さい場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、先端支持力を確保する必要があるため、杭先端部３が拡径された拡径杭に構成している。なお、必ずしもこれにこだわるものではなく、先端支持力が確保できる構成であれば、一般部２と杭先端部３で断面径が一定な場所打ちコンクリート充填鋼管杭１としても良い。
【００１８】
ところで、図１（ａ）に示すように、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、一般部２を構成する鋼管４が前記孔１２の断面径と比較して略小さく成形されており、前記孔１２の孔壁と前記鋼管４の外周面との間に間隙を設けている。本実施の形態では、この間隙にセメントミルクよりなる硬化充填材９を充填しているが、硬化充填材は必ずしもセメントミルクである必要はなく、間隙内で硬化するものであれば何れを用いても良い。このような構成は、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の周面を固化し、前記孔１２の孔壁との間に十分な摩擦力を確保するものである。
【００１９】
また、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、一般部２を形成する鋼管４の上端部、すなわち杭頭部に複数の杭頭アンカー筋１５が設けられている。該杭頭アンカー筋１５は、棒鋼等の鋼材により構成され、後に上方に構築される構造物の上部基礎に曲げモーメントを伝達することを目的に設けられるものである。これらは、前記鋼管４の外周面に所定の間隔を持って鉛直状に配されており、下端部を溶接等の固着手段により固着されている。本実施の形態では、鋼管４の上端部に該杭頭アンカー筋１５を用いたが、これにこだわるものではなく、カップラー等の機械式継ぎ手を溶接等の固着手段を介して固着する構成としても良く、構造物の上部基礎に曲げモーメントを伝達することの可能な構成であれば、何れを用いても良い。
【００２０】
その他、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の杭頭部は、後に上方に構築される構造物の上部基礎に、前記鋼管４の断面径の１．５倍の長さ以上埋め込む構成とすることにより、固定度を確保する方法もある。一方で、一般に用いられている固定度低減工法を採用して、前記鋼管４の上端部を後で上方に構築される構造物の上部基礎に接合し、その接合構造を剛接合からピン接合に近づける構成として、構造物の上部基礎に作用する杭頭曲げ応力を低減させることにより、上部基礎の合理化を図る構成としても良い。
また、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の設計にあたっては、一般の耐震設計に適用されているいわゆる耐震設計法に基づき、供用期間中に１〜２度程度発生する確率を持つ一般的な地震動に対しては、地震で発生する応力を上記の材料許容応力度以内に収める一次設計、発生確率は低いが直下型地震又は海溝型巨大地震に起因する更に高レベルの地震動に対しては、地震による応力が許容応力度を越え、さらに降伏点を超過しても崩壊しない二次設計を考慮することとし、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の合理的な使用を図るものである。
【００２１】
上述する構成の場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の構築方法を以下に示す。
第１の工程では、図３（ａ）に示すように、地盤１３中に支持層１４に達するまで、鉛直状の孔１２を掘削する。なお、杭先端部３を拡径したい場合には、削孔する際に底部を所望の径に拡径しておく。一方で、前記杭先端部３に配される籠鉄筋８を複数の主筋６とフープ筋７を用いて組み立て、該籠鉄筋８を構成する主筋６の上端部近傍を、前記鋼管４の下端部から内方に挿入し、該鋼管４の内周面に前記主筋６の上端部近傍を溶接により固着する。
このような作業は、現場において実施しても、またあらかじめ工場において製作しても良い。なお、前記鋼管４の部材長は、現場において加工することとする。これは、前記孔１２を掘削し、支持層１４までの深さを実測した上で鋼管４の部材長を決定することを考慮したものであり、その方法は第２の工程で述べる。
【００２２】
第２の工程では、図３（ｂ）に示すように、前記孔１２の内方に下端部に籠鉄筋８が固着された鋼管４を吊り下ろし、孔１２の中心軸と鋼管４の中心軸とが一致するように、前記鋼管４を所定位置に建て込む。このとき、鋼管４を孔１２に吊り込みながら、溶接や機械式継ぎ手等を用いた無溶接継ぎ手による部材長の延長、もしくは切断による部材長の短縮等を行い、鋼管４が所望の部材長となるように調整する。
【００２３】
第３の工程では、前記孔１２の底部のスライムを除去した後、図３（ｂ）に示すように前記鋼管４の内方にコンクリート打設用のトレミー管１０を差し入れ、前記籠鉄筋８が埋設できる高さまでコンクリート５を打設する。この際、前記鋼管４の外周面と孔１２の孔壁との間に生じた間隙に、硬化充填材９を注入するための注入管１１を挿入しておく。さらに、図３（ｃ）に示すように前記トレミー管１０によりコンクリート５を打設し、前記鋼管４の内方にコンクリート５を充填する。なお、前記鋼管４の内方に打設されたコンクリート５は、硬化する前にその上部をバキューム等で吸い取る等、ブリージング発生の防止策を講じておく。この後、鋼管４の外周面と孔１２の孔壁との間に硬化充填材９を注入し、前記鋼管４を孔１２に固定する。
【００２４】
なお、本実施の形態では、第１の工程において前記籠鉄筋８と前記鋼管４をあらかじめ固着しておき、第２の工程において、これらを前記孔１２に吊りおろす構築方法を示した。しかし、必ずしもこれにこだわるものではなく、第１の工程において、前記籠鉄筋８のみを組み立てておき、第２の工程で孔１２の底部に籠鉄筋８を吊りおろした後、該籠鉄筋８を構成する主筋６の上端部が前記鋼管４の内方に収まるように、籠鉄筋８を孔１２に吊りおろす構築方法としても良い。
【００２５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の他の事例を示す。
図４に示すように、場所打ちコンクリート杭１の一般部２は、第１の実施の形態と同様で全長に配された前記鋼管４と、該鋼管４の内方に充填されたコンクリート５を備える無筋のコンクリート充填鋼管造により構成されており、前記杭先端部３は、籠鉄筋８とコンクリート５を備えた鉄筋コンクリート造に構成されている。
【００２６】
ところで、本実施の形態における杭先端部３の籠鉄筋８は、鉛直状に配される複数の主筋６が、前記鋼管４の内周面ではなく、外周に沿うように所定の離間間隔をもって配置され、これらを囲うように複数のフープ筋７が水平方向に所定の間隔を持って固着されている。したがって、該籠鉄筋８は前記鋼管４を内包できる断面径を有する構成となっている。
一方で、前記鋼管４には、下端部から外方に突出するように鉛直状に配された棒鋼等よりなる複数のアンカー筋１６が、前記鋼管４の内周面に所定の離間間隔を設けてその上端部近傍を溶接等の固着手段により固着されている。
このような形状の籠鉄筋８と前記鋼管４は、籠鉄筋８の上方に、前記鋼管４の下端部近傍が差し込まれ、これに伴い、前記鋼管４の内周面に複数設けられた下方に突出するアンカー筋１６も前記籠鉄筋８の内方に収められる。
したがって、本実施の形態における場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、一般部２を構成する前記鋼管４の下端部近傍及びアンカー筋１６が、杭先端部３を構成する籠鉄筋８の内方に配された上でコンクリート５で埋設されることにより連結され、一般部２から杭先端部３への軸力をスムーズに伝達するものである。
【００２７】
上述する構成の場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の構築方法を以下に示す。
第１の工程では、図４（ａ）に示すように、地盤１３中に支持層１４に達するまで、鉛直状の孔１２を掘削する。なお、杭先端部３は、前記籠鉄筋８が配置される深さまで所望の径に拡径しておく。
一方で、前記杭先端部３に配される籠鉄筋８を複数の主筋６とフープ筋７を用いて組み立てておくとともに、前記鋼管４の下端部から下方に向けて鉛直状に突出するように、鋼管４の内周面に複数のアンカー筋１６の上端部近傍を溶接により固着しておく。
このような作業は、現場において実施しても、またあらかじめ工場において製作しても良い。なお、前記鋼管４の部材長は、第１の実施の形態と同様に、現場において加工することとする。
【００２８】
第２の工程では、図４（ｂ）に示すように、前記孔１２の内方に籠鉄筋８を吊り下ろし、底部の所定位置に据え付けた後、前記鋼管４を吊り下ろし、その下端部が前記籠鉄筋８の内方に挿入されるとともに、孔１２の中心軸と鋼管４の中心軸とが一致するように、前記鋼管４を所望の位置に建て込む。このとき、鋼管４を孔１２に吊り込みながら、溶接や機械式継ぎ手等を用いた無溶接継ぎ手による部材長の延長、もしくは切断による部材長の短縮等の手段により、鋼管４が所望の部材長となるようにその長さを調整する。
【００２９】
第３の工程では、図４（ｂ）に示すように前記鋼管４の内方にコンクリート打設用のトレミー管１０を差し入れ、前記籠鉄筋８が埋設できる高さまでコンクリート５を打設する。この際、前記鋼管４の外周面と孔１２の孔壁との間に生じた間隙に、硬化充填材９を注入するための注入管１１を挿入しておく。さらに、図４（ｃ）に示すように前記トレミー管１０によりコンクリート５を打設し、前記鋼管４の内方にコンクリート５を充填する。なお、前記鋼管４の内方に打設されたコンクリート５は、硬化する前にその上部をバキューム等で吸い取りブリージング発生の防止策を講じておく。この後、鋼管４の外周面と孔１２の孔壁との間に硬化充填材９を注入し、前記鋼管４を孔１２に固定する。
【００３０】
なお、第１の実施の形態、第２の実施の形態ともに、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の構築方法は、必ずしも上述するものにこだわるものではなく、杭先端部３に籠鉄筋を８を備える鉄筋コンクリート造、一般部２に全長に配された前記鋼管４に無筋のコンクリート５が充填されたコンクリート充填鋼管造が構築できる方法であれば、何れの方法を適用し構築してもよい。例えば、一般に用いられているオールケーシング場所打ちコンクリート杭を用いると、掘削時のケーシング鋼管を回転させることで貫入抵抗を小さくできるとともに、ケーシングの引き抜きに際し、周面固定用の前記硬化充填材９を注入することにより、前記鋼管４と前記孔１２の孔壁との周面摩擦力を確保できることも考えられる。
【００３１】
また、第１の実施の形態及び第２の実施の形態ともに、前記一般部２は、無筋のコンクリート充填鋼管造としたが、必ずしもこれにこだわるものではなく、前記鋼管４が一般部２の全長に配されていれば、その内方を鉄筋コンクリートにより充填する構成としても良い。
さらに、前記鋼管４には、該鋼管４とともに荷重を分担するコンクリート５との一体化を図るとともに、鉄筋コンクリート造に構成された杭先端部３の下部への荷重伝達を良好なものとすることを目的に、下端面に図示しない支圧板を設ける、もしくは下端部近傍の外周面にリブを備えたリブ付き鋼管を用いる等の構成としてもよい。
【００３２】
上述する第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示すような構成の場所打ちコンクリート充填鋼管杭について、その構造的優位性を確認すべく、構造物の基礎として一般に用いられている場所打ちコンクリート杭、及び鋼管巻き場所打ちコンクリート杭を用いて、これらと同条件下で比較検討を行った。場所打ちコンクリート充填鋼管杭、場所打ちコンクリート杭及び鋼管巻き場所打ちコンクリート杭のデータ諸元を（表１）に示す。なお、構造的要件としては、軸力６ＭＮ、杭長２５ｍを満足するものとする。また、表層地盤１５ｍが液状化する場合を想定し、地盤変位及び杭頭荷重として設計震度０．２を杭に作用する地震時荷重とした。
【００３３】
【表１】
2004162414.tif 000003
【００３４】
表１を見てもわかるように、同一の杭長を有する３者について同様の構造的な性能を要求すると、その杭径が、場所打ちコンクリート充填鋼管杭では１．０ｍであるのに対し、鋼管巻き場所打ちコンクリート杭では１．３ｍ、場所打ちコンクリート杭では１．５ｍ必要となる。杭径が大きくなるに従い施工費用は増大するとともに、残土の排出量が増加することに伴い、残土処理費用も増大する。これらを勘案すると、場所打ちコンクリート充填鋼管杭のコストパフォーマンスは高く、鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の１０％、場所打ちコンクリート杭と比較すると２５％程度のコスト削減を実施することが可能となるものである。
【００３５】
なお、本実施の形態では、軸力６ＭＮ、杭長２５ｍの条件を満たすことを目的に、場所打ちコンクリート充填鋼管杭と比較する鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の構造を、表１に示すように、鋼管巻きを杭頭から杭径の５倍の長さまで配置する構成とした。このような形態では、鋼管巻きが無くなった部位にせん断力が集中しやすいことから、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１と比較してその性能が構造的にあまり優位とは言えず、せん断力の集中を回避することを考慮し、杭長全体に鋼管巻きを施したとしても、大幅なコストアップとなることは言うまでもない。
【００３６】
また、杭に作用する荷重に地盤変形と杭頭荷重を同時に考慮することとして、レベル２地震のような強い地震動を想定し、杭の非線形性を考慮した静的解析を試みた際の、場所打ちコンクリート充填鋼管杭と鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の曲率と杭頭曲げモーメントの関係図を図５に、場所打ちコンクリート充填鋼管杭と鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の深度と曲げモーメントの関係図を図６に示す。
これを見ると、１次設計レベルの地震荷重に対しては、杭頭曲げモーメントが杭径にほぼ比例して低減できる。また、２次設計レベルに対しても高い変形性能を有する場所打ちコンクリート充填鋼管杭の杭頭曲げモーメントの大きさは、鋼管巻き場所打ちコンクリート杭と比較して約３０〜４０％程度低減できることがわかる。したがって、杭頭曲げモーメントが低減されることにより基礎梁の梁成を小さくすることができるだけでなく、これに伴い掘削残土の低減等も図れるため、さらにコスト削減を実施することが可能である。
【００３７】
上述する第１の実施の形態及び第２の実施の形態によれば、前記場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の一般部２が充填コンクリート鋼管造に構成されていることから、コンクリート５部と鋼管４部の両方で常時軸力を負担する構造であり、構造的に強く、軸力、曲げモーメント、せん断力のいずれにも十分な耐力と変形性能を保持しているため、場所打ちコンクリートによる拡頭杭や、コンクリートのみで常時軸力を支持する構成である鋼管巻き場所打ちコンクリート杭と比較して、小さい杭径で同程度の構造性能を保持することができ、コストを大幅に削減することが可能となる。
また、杭径を小さくできることに伴い、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１に生じる杭頭曲げモーメントが小さくなることから、基礎梁の梁成を小さくする等基礎水平部材の寸法を小さくでき、これに伴い掘削残土が低減できる、さらには安価なパイルキャップを用いることができる等、上部基礎に対して合理的な設計を実施することができ、大幅なコスト削減を実施することが可能となる。このように、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、杭径を小さくできることにより、杭体本体及びその上部に構築される上部基礎の両者のコストを削減することが可能となる。
【００３８】
また、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の杭径を小さくできることにより、施工時の産業廃棄物となる排土量を大幅に削減できるため、環境に配慮した工法とすることがが可能となるとともに、構築したい位置に既存構造物や地中障害物等が存在する場合にも、干渉の問題が生じにくく、施工性、作業性に優れた構成とすることが可能となる。
【００３９】
さらに、一般部２に鋼管４が用いられていることから、コンクリート５の内方に鉄筋を配する必要がないため、必要に応じて杭頭をカットするなど構築後の場所打ちコンクリート充填鋼管杭１の杭長を容易に変えることができ、新築時の性能を長期にわたり維持できることから、立て替え時の杭の再利用等を容易に行うことが可能となる。
【００４０】
一般部２に充填コンクリート鋼管を用いている場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、変形性能に優れており、鋼管４にコンクリート５が拘束されていることからいわゆるコンファインド効果により、従来の鋼管巻き場所打ちコンクリート杭等と比較して、杭の曲げ耐力及び軸耐力を高くとることが可能となる。
また、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、高い靱性を有するため、数百年に１回経験するような大地震により杭の応力が許容応力度を超え、降伏点を超過した場合においても崩壊しない設計が可能となり、合理的な杭の断面設計が可能となる。
このように高い靱性を有することにより、側方流動に対して従来の杭よりも格段に高い安全性を確保することから、液状化地盤中に配置しても杭体が破壊されることはない。したがって、地盤変形を考慮した杭の設計が要求された場合には、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭１を上層に液状化層を有する地盤１３中に構築する構成とすれば、所定規模以上の地震が発生すると地盤１３が液状化するため、これに伴う長周期化、及び杭頭部周りの地盤１３の減衰が増加し、上方に配される構造物への応答を低減することが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１から２記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭によれば、鉛直に形成される地盤中の孔の内方に設けられて、地盤中の支持層に支持される場所打ちコンクリート充填鋼管杭であって、前記孔の内方に鉛直に配される鋼管、及び該鋼管の内方に充填されるコンクリートよりなる全長がコンクリート充填鋼管造の一般部と、前記鋼管の内周面に沿う形状に所定の離間間隔を持って鉛直軸と同軸に配される複数の主鉄筋、及び複数の該主鉄筋を囲うようにして所定の離間間隔を持って配される複数のフープ筋より形成され、前記孔の底部に配される籠鉄筋、及び前記籠鉄筋を埋設し、前記孔の底部近傍を充填するコンクリートとを備える鉄筋コンクリート造の杭先端部とを備えてなり、前記籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、前記鋼管の下端部近傍の内周面に固着手段を介して固着されるとともに、前記一般部の位置する前記孔の孔径が、前記鋼管の断面径より略大きく形成されており、前記鋼管の外周面と前記地盤の孔壁との間に硬化充填材が充填される。または、前記籠鉄筋を構成する主筋が、前記鋼管の外周に沿う形状に所定の離間間隔を持って鉛直軸と同軸に配されるとともに、前記鋼管の下端部近傍の内周面に、下方へ突出する複数のアンカー筋が所定の離間間隔を持って配されており、前記鋼管が、前記籠鉄筋の内方に前記鋼管の下端部及び前記アンカー筋を挿入するように配される。
【００４２】
このような構成は、コンクリート部と鋼管部の両方で常時軸力を負担する構造であり、構造的に強く、軸力、曲げモーメント、せん断力のいずれにも十分な耐力と変形性能を保持しているため、場所打ちコンクリートによる拡頭杭や、コンクリートのみで常時軸力を支持する構成である鋼管巻き場所打ちコンクリート杭と比較して、小さい杭径で同程度の構造性能を保持することができ、コストを大幅に削減することが可能となる。
また、杭径を小さくできることに伴い、場所打ちコンクリート充填鋼管杭に生じる杭頭曲げモーメントが小さくなることから、基礎梁の梁成を小さくする等基礎水平部材の寸法を小さくでき、これに伴い掘削残土が低減できる、さらには安価なパイルキャップを用いることができる等、上部基礎に対して合理的な設計を実施することができ、大幅なコスト削減を実施することが可能となる。このように、場所打ちコンクリート充填鋼管杭１は、杭径を小さくできることにより、杭体本体及びその上部に構築される上部基礎の両者のコストを削減することが可能となる。
【００４３】
また、場所打ちコンクリート充填鋼管杭の杭径を小さくできることにより、施工時の産業廃棄物となる排土量を大幅に削減できるため、環境に配慮した工法とすることがが可能となるとともに、構築したい位置に既存構造物や地中障害物等が存在する場合にも、干渉の問題が生じにくく、施工性、作業性に優れた構成とすることが可能となる。
【００４４】
さらに、一般部に鋼管が用いられていることから、コンクリートの内方に鉄筋を配する必要がないため、必要に応じて杭頭をカットするなど構築後の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の杭長を容易に変えることができ、新築時の性能を長期にわたり維持できることから、立て替え時の杭の再利用等を容易に行うことが可能となる。
【００４５】
一般部に充填コンクリート鋼管を用いている場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、変形性能に優れており、鋼管にコンクリートが拘束されていることからいわゆるコンファインド効果により、従来の鋼管巻き場所打ちコンクリート杭等と比較して、杭の曲げ耐力及び軸耐力を高くとることが可能となる。
また、場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、高い靱性を有するため、数百年に１回経験するような大地震により杭の応力が許容応力度を超え、降伏点を超過した場合においても崩壊しない設計が可能となり、合理的な杭の断面設計が可能となる。
このように高い靱性を有することにより、側方流動に対して従来の杭よりも格段に高い安全性を確保することから、液状化地盤中に配置しても杭体が破壊されることはない。したがって、地盤変形を考慮した杭の設計が要求された場合には、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭を上層に液状化層を有する地盤中に構築する構成とすれば、所定規模以上の地震が発生すると地盤が液状化するため、これに伴う長周期化、及び杭頭部周りの地盤の減衰が増加し、上方に配される構造物への応答を低減することが可能となる。
【００４６】
また、場所打ちコンクリート充填鋼管杭の杭径が小さいことから、施工時の排土量を大幅に削減できるため、環境に配慮した工法とすることがが可能となるとともに、構築したい位置に既存構造物や地中障害物等が存在する場合にも、干渉の問題が生じにくく、施工性、作業性に優れた構成とすることが可能となる。
【００４７】
請求項３記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭によれば、前記杭先端部の位置する前記孔の底部が、拡径されることから、一般部の杭径が小さい場合にも十分な先端支持力を確保することが可能となる。
【００４８】
請求項４記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭によれば、前記コンクリートには、繊維補強コンクリートが用いられることから、杭本体の曲げ強度や靱性を一層向上することが可能となる。
【００４９】
請求項５、６記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法によれば、地盤中に鉛直軸と同軸な孔を掘削するとともに、複数の主筋が所定の離間間隔を持って鋼管の内周面に沿って配置できる形状に籠鉄筋を組み立てる第１の工程と、前記孔の内方へ鋼管を挿入し、中心軸を孔と同軸とするように位置決めた後、該籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が前記鋼管の下端部より内方へ挿入される深さまで、前記孔の底部の所定位置に前記籠鉄筋を配置する第２の工程と、前記孔の内方にコンクリートを打設し、前記籠鉄筋を埋設する第３の工程と、前記鋼管の外周と前記孔の孔壁との間に、硬化充填材を充填する第４の工程とにより構成される。
または、第１の工程において、前記籠鉄筋を構成する主筋の上端部近傍を、前記鋼管の下端部近傍の内周面に固着手段を介して固着し、第２の工程において、前記孔の内方に、前記籠鉄筋が下端部に固着された前記鋼管を、中心軸を同軸とするように配置する。
もしくは、第１の工程において、複数の前記主筋が所定の離間間隔を持って鋼管の外周に沿って配置されるように籠鉄筋を組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の内周面に下方へ突出するアンカー筋を固着し、第２の工程において、前記孔の底部に、前記主筋が鉛直軸と同軸となるように籠鉄筋を配置するとともに、該籠鉄筋の内方に下端部が配置されるように、前記鋼管を前記孔の内方に挿入し、前記孔の中心軸と同軸となるように配する。このように、従来より実施されているプレボーリング工法やオールケーシング場所打ちコンクリート工法等と同様の方法により施工できるため特別な技術を要しないとともに、杭先端部にのみ鉄筋を配置するため煩雑性がなく、施工性、作業性に優れた構成とすることが可能となる。
また、前記鋼管と孔の抗壁との間隙に硬化充填材を注入することから、杭径が小さい場合においても杭の周面摩擦力を十分確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る場所打ちコンクリート充填鋼管杭の概略を示す図である。
【図２】本発明に係るコンクリート充填鋼管の鉛直荷重の作用図である。
【図３】本発明に係る場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法を示す図である。
【図４】本発明に係る場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法の他の事例を示す図である。
【図５】本発明に係るコンクリート充填鋼管と鋼管巻き場所打ち杭の曲率の比較を示す図である。
【図６】本発明に係るコンクリート充填鋼管と鋼管巻き場所打ち杭の曲げモーメントの比較を示す図である。
【符号の説明】
１  場所打ちコンクリート充填鋼管杭
２  一般部
３  杭先端部
４  鋼管
５  コンクリート
６  主筋
７  フープ筋
８  籠鉄筋
９  セメントミルク
１０  トレミー管
１１  セメントミルク注入管
１２  孔
１３  地盤
１４  支持層
１５  杭頭アンカー筋
１６  アンカー筋
【図１】
2004162414.tif 000004
【図２】
2004162414.tif 000005
【図３】
2004162414.tif 000006
【図４】
2004162414.tif 000007
【図５】
2004162414.tif 000008
【図６】
2004162414.tif 000009