(57)【要約】【課題】凸部と凹部で水平荷重を吸収する手段で、凸部を工場生産により既製杭と一体化し、現場作業を減らし品質の向上を図る。特殊装置を使わず既製杭の製造、施工を行う。【解決手段】既製杭１５は、曲率半径Ｒの部分球形の凸部２を形成した上端板１に、鉄筋篭のＰＣ鋼棒を定着させてある。杭穴２１内に埋設した下杭に、最上に位置する上杭として既製杭１５を連結する。砂利層２２・捨てコンクリート層２３を形成し、凸部２の下端３を捨てコンクリート層２３の上面２４と略同一高さとする。基礎用の型枠・鉄筋を配置してコンクリートを打設し、基礎ベース２５を構築する。基礎ベース２５の下面２６に、凸部２に対応した部分球形の凹部２７が形成され、凹部２７は凸部２と回転摺動可能に嵌合される。垂直応力は凹部２７、凸部２を介して支持地盤に伝達され、地震時等の水平荷重は、凸部２と凹部２７の回転摺動により吸収する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のようにして、杭頭部に基礎ベースを形成することを特徴とする杭頭部と基礎ベースの接合方法。
（１）コンクリート製の既製杭の上端板の中央部に、部分球状の凸部を形成し、埋設した軸方向の鋼材の端縁を前記上端板に接続する。
（２）所定の杭穴内に、前記既製杭を埋設する。
（３）基礎用の型枠を構築すると共に基礎用鉄筋を配筋し、該型枠内に前記既製杭の凸部を臨ませる。
（４）型枠内にコンクリートを打設して、前記凸部を基礎ベース内に埋設して、前記基礎杭の杭頭部を前記基礎コンクリートに接合する。
【請求項２】
以下の構成としたことを特徴とする杭頭部と基礎ベースの接合構造。
（１）コンクリート本体に、部分球状の凸部を形成した上端板を取り付け、埋設した軸方向の鋼材の端縁を前記上端板に接続して、既製杭を構成する。
（２）基礎ベースの下面に、前記凸部に対応する部分球状の凹部を形成する。
（３）前記既製杭の上端板の凸部に、前記凹部に回転摺動可能に嵌合して、前記基礎ベースを接合した。
【請求項３】
凸部の外周を、コンクリート製の本体の肉厚内に位置させる請求項２に記載の杭頭部と基礎コンクリートの接合構造。
【請求項４】
コンクリート本体の上端に、上面中央部に、部分球状の凸部を形成した上端板を配置し、該コンクリート本体内に軸方向に埋設した鋼材の端部を前記上端板に固定したことを特徴とする既製コンクリート杭。
【請求項５】
凸部の外周を、コンクリート本体の肉厚内に位置させる請求項４に記載の既製コンクリート杭。
【請求項６】
コンクリート本体に中空部を形成し、該中空部側の上端部に、凹凸を形成した筒状鋼板を配置し、該鋼板の上縁部を上端板の下面に固定した請求項４記載の既製コンクリート杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、杭頭部と基礎ベースの接合方法、杭頭部と基礎ベースの接合構造及び接合方法に使用する既製コンクリート杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物を構築する場合、一般に、支持地盤まで埋め込んだ基礎杭に上部構造全体を支持させることが行われおり、通常、杭頭を上部構造としての基礎ベースに剛結合する工法が採用されている。
【０００３】
この場合、地震時などに、杭頭に最大水平力を受けるため、拡頭杭などの方策が必要となっている。そこで、杭頭を保護するために、上部構造から杭頭への水平力の伝達を低減する方策として、上部構造に対して杭頭を回転移動させるピン結合構造や、上部構造に対して杭頭を滑り移動させるローラー結合構造等が提案されている（特許文献１〜４）。
【０００４】
（１）特許文献１では、地中に埋設した既製コンクリート杭の杭頭を、施工現場でハツリ処理し、杭頭の外周に筒状の補強体を設け、更に、その上に突曲球面支持体を形成し杭頭補強する構造が開示されている。そして、杭の突曲球面支持体と、上方のフーチング部の凹曲球面と互いに相対滑動できる形状を構成してピン結合状態とし、地震等での水平力による曲げモーメントが杭頭にかからないようにしている。  
しかし、特許文献１では、現場での杭頭形成は簡便ではあるが、突曲球面支持体と杭との接続構造及びその形成作業について強度品質および安定性に難があった。
【０００５】
（２）また、特許文献２では、杭頭部に半球状キャップを取付け、キャップを介して杭頭部をフーチングに回転自在に結合した支持杭の杭頭構造が開示されている。そして、杭頭部の半球キャップの内部に無収縮コンクリートを充填して、杭頭部を形成し、半球キャップとフーチング部の円錐状凹部とがピン結合となり、互いに回転自在に結合されており、杭頭部に発生する曲げモーメントを小さくしている。  
しかし、特許文献２では、現場で形成できる簡便性はあるが、杭と半球キャップとの接続構造及び杭頭の現場施工について強度品質および安定性に難があった。
【０００６】
（３）また、特許文献３では、施工現場で杭穴内にコンクリートを打設して杭を構築するいわゆる場所打ち杭であって、凹状（又は凸状）の曲面部を有する基礎スラブの底面に、対応する杭頭部の凸状(又は凹状)の曲面部を、滑り層を介在させた構造が開示されていた。そして、杭穴に、曲面部を有する杭鉄筋保持枠を設け、鉄筋をセットして、杭穴内にコンクリートを流し込み場所打ち杭を造成し、その杭頭部に滑り層の低摩擦材を被覆させ、基礎スラブを構築していた。これにより、曲げモーメントによる結合部の破壊の防止を図っていた。  
しかし、特許文献３では、杭頭形成が全て現場施工であるので強度品質および作業の安定性につき難があった。
【０００７】
（４）また、特許文献４では、杭頭部に球状支承部を形成し、フーチングの下部に球状支承部に対応する球状結合部を形成し、滑り材を介装して、杭頭結合部をピン支持した杭基礎構造が開示されている。また、杭頭結合部をピン支持することで、フーチングの下部と杭頭部とが全方向に相対的に回転可能となり、地震時に杭及びフーチングの損傷を防止していた。  
しかし、特許文献４では、杭頭構造及び基礎杭の造成が複雑で、構築作業の安定性および経済性に難があった。
【特許文献１】特開昭５９−３８４２９
【特許文献２】特開平１−２８４６１３
【特許文献３】特開平８−１２０６８７
【特許文献４】特開平１０−２２７０４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、杭頭と建造物による上部基礎との結合において、通常採用されている剛結合を使用しない、ピン(あるいはローラー)結合の場合には、前記公知例が示すように、（１）結合に係わる杭頭部の形成・あるいは装着作業が、施工現場で実施されるために、球曲面部と杭との一体性及びコンクリートとの付着強度、コンクリートの品質等の維持・安定性に難がある。  
（２）実際に既製杭の上端部と杭頭球曲面部との接合方法が充分確立しておらず、接合強度に難があり、特に高支持力基礎杭等では採用にされ難かった。  
本願発明は、これらの課題を解決する簡便な方策を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、部分球状の凸部を形成した上端板を使用して一体の既製コンクリート杭を構成したので、前記問題点を解決した。
【００１０】
即ち、この発明は、以下のようにして、杭頭部に基礎ベースを形成することを特徴とする杭頭部と基礎ベースの接合方法である。  
（１）コンクリート製の既製杭の上端板の中央部に、部分球状の凸部を形成し、埋設した軸方向の鋼材の端縁を前記上端板に接続する。  
（２）所定の杭穴内に、前記既製杭を埋設する。  
（３）基礎用の型枠を構築すると共に基礎用鉄筋を配筋し、該型枠内に前記既製杭の凸部を臨ませる。  
（４）型枠内にコンクリートを打設して、前記凸部を基礎ベース内に埋設して、前記基礎杭の杭頭部を前記基礎コンクリートに接合する。
【００１１】
また、他の発明は、以下の構成としたことを特徴とする杭頭部と基礎ベースの接合構造である。  
（１）コンクリート本体に、部分球状の凸部を形成した上端板を取り付け、埋設した軸方向の鋼材の端縁を前記上端板に接続して、既製杭を構成する。  
（２）基礎ベースの下面に、前記凸部に対応する部分球状の凹部を形成する。  
（３）前記既製杭の上端板の凸部に、前記凹部に回転摺動可能に嵌合して、前記基礎ベースを接合した。
【００１２】
また、前記発明において、凸部の外周を、コンクリート製の本体の肉厚内に位置させる杭頭部と基礎コンクリートの接合構造である。
【００１３】
また、他の発明は、コンクリート本体の上端に、上面中央部に、部分球状の凸部を形成した上端板を配置し、該コンクリート本体内に軸方向に埋設した鋼材の端部を前記上端板に固定したことを特徴とする既製コンクリート杭である。
【００１４】
また、前記発明において、凸部の外周を、コンクリート本体の肉厚内に位置させる既製コンクリート杭である。更に、コンクリート本体に中空部を形成し、該中空部側の上端部に、凹凸を形成した筒状鋼板を配置し、該鋼板の上縁部を上端板の下面に固定した既製コンクリート杭である。
【００１５】
前記において、「鋼材」とは、主にＰＣ鋼棒を指すが、軸方向の主鉄筋、あるいは主鉄筋及びＰＣ鋼棒を指す。要は、上端板がコンクリート本体と構造的に一体に形成されていれば可能である。
【００１６】
また、前記において、「コンクリート本体」はコンクリートの外周を鋼板で被覆したいわゆるＳＣ杭も含む。
【００１７】
また、前記における、「コンクリート本体の中空部側の上端部に、凹凸を形成した筒状鋼板を配置」は、コンクリート本体の肉厚内に筒状鋼板を埋設する構成、コンクリート本体の内壁を覆うように筒状鋼板の外面を密着させる構成、の何れも含む。
【発明の効果】
【００１８】
（１）  この発明では、上部構造としての基礎ベースの部分球状の凹部と既製杭の部分球状の凸部とが回転摺動可能に嵌合するので、垂直荷重は、基礎ベースから基礎杭の既製杭頭部に直接応力伝達し、支持地盤に至るので、応力伝達が確実かつ安定化する。  
（２）  また、凸部は、上端板に形成され、コンクリート本体と一体に製造されると共に、工場で製造できるので、現場作業を減らし、基礎杭と基礎ベースとの接合の製造品質が向上し、かつ安定かつ確実に形成される。  
（３）  また、上端板に凸部を形成するので、通常の既製杭の製造ラインを使用し、同一の方法により既製杭を製造できるので、製造ラインの変更を不要とし経済的である。また、この発明の既製杭も従来と同じ方法で地盤に沈設できるので、特殊な装置を使用せず、工法上からも経済的となる。  
（４）また、コンクリート本体の内壁側に凹凸を形成した鋼板を配置した場合には、垂直耐力及び曲げ耐力が強化される。既製杭の中空部に高品質のコンクリートが充填される場合には、更に高い垂直耐力・曲げ耐力が得られる。従って、基礎杭の根固め部で高支持力を有する基礎杭においては特に有効で、バランスの取れた高耐力の基礎杭が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（１）  上端板１に、上方へ膨出して、曲率半径Ｒの部分球形の凸部２を形成する（図１）。この上端板１と通常の下端板と、従来の鉄筋篭とを既製杭製造用の型枠にセットする。型枠内に、コンクリートを充填して、通常の方法により遠心成型する。この際、鉄筋篭のＰＣ鋼棒１２を緊張・弛緩して、通常の方法によりストレスを導入する。コンクリートが所定の強度となった段階で、脱型すれば、上端板１に部分球形の凸部２を有する既製杭１５を構成する。上端板１には通常の手段によりＰＣ鋼棒１２の端部が定着され、従来の既製杭の端板と同様に、既製杭１５と一体に連結される（図２）。
【００２０】
（２）  この既製杭１５は、従来の既製杭と同様の方法により、単独であるいは連結杭の最上の杭として、地盤に沈設して、使用する。既製杭１５の上端板１の凸部２を上方に露出した状態で、基礎ベース２５内に埋設すれば、基礎ベース２５の下面２６に、凸部２に対応した凹部２７が形成され、既製杭１５と基礎ベース２５とは、凸部２と凹部２７とが回転摺動可能に嵌合された状態で、連結される（図３）。
【００２１】
（３）  この場合、通常状態では、建築物からの垂直応力は、基礎ベース２５の凹部２７から既製杭１５の凸部２を介して、支持地盤に伝達される。地震時等に杭頭部に大きな水平荷重を受けた場合、凸部２と凹部２７が相対的に回転摺動することにより、当該水平荷重を吸収することができる。従って、杭頭部の破壊を未然に防止できる。
【００２２】
また、水平荷重を受けた後も凸部２と凹部２７が面で当接しているので、鉛直荷重の支持地盤への伝達は、支障無く行われる。
【００２３】
尚、前記における凸部２の曲率半径Ｒは、上端板１の凸部２の上面２ａと基礎ベース２５の凹部２７との摩擦による滑り性の観点から「１×Ｄ２」〜「３×Ｄ２」で形成することが望ましく、「１×Ｄ２」以下では滑りを期待できず、「３×Ｄ２」以上では、水平荷重により基礎ベースと基礎杭との嵌合が外れるおそれがある。
【実施例１】
【００２４】
次に、図面に基づきこの発明の実施例を説明する。
【００２５】
［１］上端板１の構成
【００２６】
略円形の鋼板の全体を一側（上方）に膨出して、部分球状の凸部２を形成する。凸部２の頂点付近に透孔（２０〜３０ｍｍ程度）を穿設して、充填孔４とする。凸部２の周縁３ａに沿って、ＰＣ鋼棒を係止定着させるだるま孔５、５を等間隔で、環状に配置して、上端板１を構成する（図１（ｃ）（ｄ））。ここで、上端板１の外周はＤ２（＝既製杭の外径）で形成されている。前記だるま孔４は、従来と同様に、ＰＣ鋼棒の膨大端部を通過できる大孔６と、ＰＣ鋼棒の膨出端部を係止できる係止孔７とが互いに連通して構成する。
【００２７】
また、上端板１の周縁３ａに、鋼板からなる補強筒８の一縁を溶接固着する。補強筒８は、上端板１の他側（下方）に向けて突出した位置に連結され、中間部に内側に向けて凹入する、円周方向の環状凹入部９、９が形成されている（図１（ｄ））。
【００２８】
また、略円形の鋼板は、杭径Ｄ２の場合、６〜１９ｍｍ程度の厚さの物を使用する。また、前記凸部の曲率半径Ｒは、「２×Ｄ２」程度で、形成されているが、「１×Ｄ２」〜「３×Ｄ２」で形成すれば良い。
【００２９】
［２］既製杭１５の構成
【００３０】
従来のコンクリート製の既製杭を製造する型枠の一端に、凸部２を有する上端板１を取付け、他端に通常の下端板を取り付ける（図示していない）。所定のＰＣ鋼材１２、軸方向鉄筋に補強螺旋鉄筋を巻き付けて、鉄筋篭として、鉄筋篭を型枠内に設置する（図示していない）。
【００３１】
従来と同様の工程でＰＣ鋼棒１２を緊張して、型枠内にコンクリートを充填して、遠心成形してコンクリートを締め固める。
【００３２】
コンクリートに必要な強度が得られたならば、ＰＣ鋼棒１２の緊張を緩めて、ＰＣ鋼棒１２の膨大端部１３をだるま孔５の係止孔７に係止して（図２（ｂ））、上下端板に係止定着させ、コンクリートにストレスを導入する。
【００３３】
従来と同様に、コンクリートが固化発現したならば脱型して、コンクリート製の既製杭１５を構成する。この既製杭１５は、コンクリート部分が、中空部１８を有するコンクリート本体１７を構成し、上端板１がコンクリート本体１７に、ＰＣ鋼棒１２により一体に接合される。また、通常、コンクリート本体１７は、圧縮強度８０〜１００Ｎ／ｍｍ２  程度に形成する。
【００３４】
［３］施工方法
【００３５】
（１）  従来の方法により、使用する既製杭１５の最大外径（ここでは外径Ｄ２）と同等又は若干大きい径で、掘削ロッドを使用して杭穴２１を掘削を開始する。この際、土質によっては、適宜杭穴２１内に注水しながら、掘削ロッドの練付ドラム等で掘削泥土を杭穴壁に練り付け、均す。以上の方法により、所定の深度まで杭穴２１を掘削して、必要ならば杭穴２１の下端部等で杭穴径を拡大して掘削し、該部に根固め部を形成する（図示していない）。
【００３６】
杭穴２１の底部にセメントミルク等を注入しながら、掘削泥土と置換して、あるいは掘削泥土と撹拌混合してソイルセメントを生成して、根固め部に根固め層を形成する。また、杭穴２１の軸部は、同様にセメントミルクを注入して掘削泥土と撹拌混合して、ソイルセメント等による杭周固定液層を形成する（図示していない）。
【００３７】
（２）このように造成した杭穴２１に、通常の方法により下杭としての従来の既製杭を順次連結しながら沈設する（図示していない）。最上に位置する既製杭は、この発明の凸部２を形成した既製杭１５を使用する。
【００３８】
ソイルセメント等の固化発現により、所定の根固め層に支持される基礎杭２０が構築される。尚、構築すべき基礎杭２０が浅い場合には、この発明の既製杭１５のみを使用する。要は、一番上に位置する既製杭が、本願の凸部２を有する既製杭１５であれば良い。
【００３９】
また、既製杭１５の杭穴内のセメントミルク又はソイルセメントが固化した後、必要ならば、充填孔４からコンクリートやセメントミルクあるいは、ソイルセメントなどを充填して、既製杭１５の中空部１８内をこれらで満たすこともでき、また、充填孔４により充填が確実になされているか否かを目視できる。これは、より高い圧縮強度を必要とする場合に有効である。
【００４０】
（３）  次に、必要ならば既製杭１５の周囲を掘り起こして、既製杭１５の周囲に砂利層２２を形成して、その上に捨てコンクリート層２３を形成する。この状態で、既製杭１５の上端板１の凸部２が捨てコンクリート層２３の上面２４から上方に突出している。また、この際、凸部２の下端３が捨てコンクリート層２３の上面２４と略同一高さに位置することが望ましい。
【００４１】
（４）  続いて、従来の方法により基礎用型枠、基礎用鉄筋を配筋して（図示していない）、型枠内にコンクリートを打設する。
【００４２】
コンクリートが固化発現すると、基礎ベース２５の構築が完了する。基礎ベース２５の下面２６（捨てコンクリート２３の上面２４）に、凸部２に合わせて、部分球形の凹部２７が形成され、凹部２７は凸部２と回転摺動可能に、嵌合することになる。以上のようにして、基礎ベース２５の構築が完了する（図３）。
【００４３】
［４］他の実施例
【００４４】
（１）  前記実施例では、上端板１で、略円形の鋼板の全体を膨出して凸部２を形成したが、略円形の鋼板の中央部のみを一側（上方）に膨出して、部分球状の凸部を形成することもできる（図１（ａ）（ｂ））。この場合、凸部２の周辺部に環状平坦部１０を形成して、環状平坦部１０に、周縁３ａに沿って、だるま孔５、５を等間隔で、環状に配置する。また、環状平坦部１０の内周（凸部２の外周）はＤ１（＝既製杭の内径）、環状平坦部１０の外周はＤ２（＝既製杭の外径）で形成する（図１（ａ）（ｂ））。  
また、この場合、環状平坦部１０の上面の全面又は一部に、各種ゴム板等による緩衝材２９を貼付することもできる（図４）。緩衝材２９により、大きい地震が発生したときに、杭周部で生じる基礎ベース２５の上下動及び水平方向の応力が緩和され、既製杭１５（基礎杭２５）が保護される。
【００４５】
（２）  また、前記実施例において、充填孔４は、均等な滑りの観点から凸部２の頂点付近に設けることが望ましいが、他の位置に穿設することもできる（図示していない）。更に、既製杭１５の中空部１８にコンクリートを充填しない場合等は、充填孔４を省略することもできる（図示していない）。
【００４６】
（３）  また、前記実施例において、上端板１、円形鋼板を膨出して凸部２とだるま孔５、５を形成したが、だるま孔５、５を有する通常の上端板に、別部材で形成した凸部２を溶接等により一体に連結して構成することもできる（図示していない）。この場合、別部材で形成した凸部２は、既製杭の製造前に連結することが望ましいが、既製杭の製造後であっても良い。
【００４７】
（４）  また、前記実施例において、既製杭１５のコンクリート本体１７の上端部内側に、上端から高さＬまで、環状に切欠き３１を形成し、該切欠き３１内に、いわゆる縞鋼板からなる筒状鋼板３２を嵌挿密着させて既製杭１５を構成することもできる（図５）。この場合、筒状鋼板３２の上縁３３を上端板２の下面２ｂに溶接固着する。また、高さＬは、既製杭１５の外径Ｄ２に対して、
Ｄ２／４＜Ｌ＜Ｄ２／２
程度に形成することが望ましい。高さＬは、杭製造時の充填するコンクリートの遠心力による流動性及び筒状鋼板３２による厚さ内の軸力（付着力×表面積）の獲得のたに、上記範囲内で調節する。
【００４８】
このように形成した既製杭１５も、前記実施例と同様に、杭穴２１内に埋設して基礎杭２０を構成し、上端板１の凸部２を基礎ベース２５内に埋設して使用する（図６）。この場合、鉛直荷重はコンクリート本体１７の圧縮応力と共に、更に筒状鋼板３２の材厚（断面積）で負担する圧縮応力で負担できるので、垂直荷重に対する耐力を高められる（図６）。また、同様に曲げ応力に対する耐力も強化できる。また、既製杭１５の製造は、上端板１の凸部２の下面２ｂに筒状鋼板３２を固着した状態で、既製杭製造用の型枠内に設置して、前記実施例と同様に従来の製造方法と同様に製造できる。
【００４９】
尚、筒状鋼板３２は、コンクリート本体１８の切欠き３１を形成せずに、コンクリート本体１８の内壁に直接密着することもできる（図示していない）。また、切欠き３１内（筒状鋼板１８の内側）にコンクリートを充填して、筒状鋼板３２をコンクリート本体１７の肉厚内に埋設することもできる（図示していない）。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の既製杭に使用する上端板で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は他の構造の平面図、（ｄ）は同じく正面図、である。
【図２】（ａ）（ｂ）は、この発明の既製杭の杭頭部の一部を破折した一部拡大正面図である。
【図３】この発明の既製杭と基礎ベースとの連結を表す一部を外観とした一部拡大縦断面図である。
【図４】同じく他の既製杭と基礎ベースとの連結を表す一部を外観とした一部拡大縦断面図である。
【図５】この発明の他の既製杭の実施例で、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部を破折した一部正面図である。
【図６】同じく他の既製杭と基礎ベースとの連結を表す一部を外観とした一部拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    上端板
２    凸部
２ａ  凸部上面
２ｂ  凸部下面
３    上端板の下端
４    充填孔
５    だるま孔
８    補強筒
１０  環状平坦部
１２  ＰＣ鋼棒
１５  既製杭
１７  コンクリート本体
１８  中空部
２０  基礎杭
２１  杭穴
２２  砂利層
２３  捨てコンクリート層
２４  上面（捨てコンクリート層）
２５  基礎ベース
２６  下面（基礎ベース）
２７  凹部（基礎ベース）
２９  緩衝材
３１  切欠き
３２  筒状鋼板
【図１】
2005054449.tif 000003
【図２】
2005054449.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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