(57)【要約】【課題】  本発明は、杭頭部を損傷させることなく杭頭応力緩和装置を強固に固定することができ、施工に優れるとともにコストダウンが図れる杭頭接合部の構造を提供する。【解決手段】  上部構造体を構成する基礎床版１と中空状の杭体２よりなる杭頭部２ａとの間には、杭頭応力緩和装置３及び鋼管中詰めコンクリート部材１２が配置されている。鋼管中詰めコンクリート部材１２は、杭体２と略同一の断面径を有する鋼管１４と、鋼管１４を充填しているコンクリート部材１３により構成され、杭頭部２ａの上端面に固着されている。杭頭応力緩和装置３は、球座４を杭頭部２ａの上端部に備えた鋼管中詰めコンクリート部材１２に、また蓋体５を基礎床版１に固定することにより、地震時に基礎底盤１に生じる鉛直力及び水平力を鋼管中詰めコンクリート部材１２を備えた杭体２に確実に伝達するとともに、杭頭応力緩和装置３により接合部に生じる相対回転を許容する。【選択図】  図１
2005113463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状の杭頭部と上部構造体との間に、滑り面を球面の一部とした球座とそれに嵌着した蓋体を備える杭頭応力緩和装置が介装され、該杭頭応力緩和装置を介して前記杭頭部と前記上部構造体との間で軸力及び剪断力を伝達しつつそれらの相対回転を許容するようにした杭頭接合部の構造であって、
前記杭頭部の上端部に、杭断面と略同一の径を有するコンクリート部材を上端面を除き鋼管よりなる外郭で補剛した鋼管中詰めコンクリート部材が、前記杭頭部と軸心を同軸にして固着手段を介して固着されており、
該鋼管中詰めコンクリート部材の上端面に前記杭頭応力緩和装置が、固定手段を介して固定されることを特徴とする杭頭接合部の構造。
【請求項２】
請求項１記載の杭頭接合部の構造において、
前記鋼管中詰めコンクリート部材の上端面と前記杭頭応力緩和装置との間には、無収縮モルタルが注入されていることを特徴とする杭頭接合部の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭頭接合部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より地震時等において、杭頭接合部に生じる大きな曲げ応力を効率よく負担できる構成として、杭頭部と上部構造体の基礎とを剛結合とするのではなくピン結合の形態とし、それらの相対回転を許容する構造が広く知られている。
これらピン結合には、例えば、滑り面を球面の一部とした球座と、それに嵌着した蓋体を備える杭頭応力緩和装置が用いられており、前記球座を杭頭部の上端面に、また、前記蓋体を上部構造体の下面に強固に固定するのが前提である。
【０００３】
しかし、杭頭応力緩和装置を取り付けようとする杭体が現場打ちのコンクリート造の場合であれば、強固な固定が可能であるが、ＰＨＣ杭、鋼管杭、ＳＣ杭などの既製杭では通常杭芯部が中空状となっているため、強固な固定は困難である。
このような問題に対処するものとして、特許文献１に示すように、中空状の杭頭部の上端開口に中空状のコーンヘッドを小径部側が杭頭部に嵌入されるように取り付け、該コーンヘッドの内部に充填材を充填した上で、その上端面に前記球座を固定する構成が考案されている。
【特許文献１】特開２００３−２７４９９号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述する方法は、前記球座を杭頭部に強固に固定できるものの、前記杭頭応力装置を介して杭体に伝達される荷重が比較的小さい場合であっても、前記コーンヘッドの楔効果により杭頭部が破損しやすいといった課題が生じていた。このため、杭頭部を損傷させることなく、強固に杭頭応力緩和装置を杭頭部に固定できる方法が望まれている。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、杭頭部を損傷させることなく杭頭応力緩和装置を強固に固定することができ、施工に優れるとともにコストダウンが図れる杭頭接合部の構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の杭頭接合部の構造は、中空状の杭頭部と上部構造体との間に、滑り面を球面の一部とした球座とそれに嵌着した蓋体を備える杭頭応力緩和装置が介装され、該杭頭応力緩和装置を介して前記杭頭部と前記上部構造体との間で軸力及び剪断力を伝達しつつそれらの相対回転を許容するようにした杭頭接合部の構造であって、前記杭頭部の上端部に、杭断面と略同一の径を有するコンクリート部材を上端面を除き鋼管よりなる外郭で補剛した鋼管中詰めコンクリート部材が、前記杭頭部と軸心を同軸にして固着手段を介して固着されており、該鋼管中詰めコンクリート部材の上端面に前記杭頭応力緩和装置が、固定手段を介して固定されることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の杭頭接合部の構造は、前記鋼管中詰めコンクリート部材の上端面と前記杭頭応力緩和装置との間には、無収縮モルタルが注入されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の杭頭接合部の構造によれば、杭頭部に鋼管中詰めコンクリート部材を固着した上で、鋼管中詰めコンクリート部材に杭頭応力緩和装置を固定する構造であるから、杭体の形状にこだわることなく簡略な構成で確実に上部構造体と杭頭部との間に杭頭応力緩和装置を設置することが可能となる。
このように、杭頭部に発生する曲げモーメントを大幅に低減できる杭頭応力緩和装置を確実に固定することの可能な杭頭接合部の構造は、杭体及び上部構造体の下部に位置する基礎構造における発生断面力を緩和できるため、基礎構造の建設コストを大幅に削減することが可能となる。
【０００９】
また、従来より実施されている場所打ちコンクリート造の杭頭部に前記杭頭応力緩和装置を固定する場合の設計や施工方法を踏襲することができるため、作業性が良く、工費削減及び工費短縮に大きく寄与することが可能となる。
【００１０】
さらに、杭頭部は、杭断面と略等しい断面に成形された鋼管中詰めコンクリート部材を介して前記杭頭応力緩和装置より軸力を伝達される構成であるため、過大な軸力が作用しても杭頭部を破壊することなくスムーズな軸力伝達が可能となる。
【００１１】
また、鋼管中詰めコンクリート部材は、コンクリート部材を高い強度と靱性を有する鋼管で拘束した構成を有するから、杭頭部近傍に発生しやすい多大な軸力や曲げ、杭頭応力緩和装置で負担できない剪断力が作用されても破壊することがないため、杭頭接合部の安全性を確保できるだけでなく、杭頭接合部の品質向上を図ることも可能となる。
【００１２】
請求項２記載の杭頭接合部の構造によれば、前記鋼管中詰めコンクリート部材の上端面と杭頭応力緩和装置との間に隙間のない高精度の面接合構造が形成されるため、杭頭応力緩和装置の支持強度をより高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の杭頭接合部の構造を図１に示す。本発明は、中空状の杭頭部の上端部に高軸力のみならず曲げや剪断力に対しても高耐力を有する鋼管中詰めコンクリート部材を固着した上で、該鋼管中詰めコンクリート部材の上端面に杭頭応力緩和装置を固定することで、杭頭応力緩和装置を介して伝達される大きな軸力や剪断力にも杭頭部が破壊されることのない安全で強固な杭頭接合構造を形成するものである。
【００１４】
図１に示すように、上部構造体を構成する基礎床版１と中空状の杭体２よりなる杭頭部２ａとの間には、杭頭応力緩和装置３及び鋼管中詰めコンクリート部材１２が配置されている。なお、前記杭体２には、地盤中の図示しない支持層に杭先端を支持されて鉛直状に構築された中空状のＰＨＣ杭を用いているが、必ずしもＰＨＣ杭にこだわるものではなく、鋼管杭やＳＣ杭等何れの既製杭を用いても良い。
【００１５】
前記鋼管中詰めコンクリート部材１２は、前記杭体２と略同一の断面径を有し下端面が底蓋により覆われている容器状の鋼管１４と、該鋼管１４を充填しているコンクリート部材１３により構成されている。これらは、コンクリート部材１３が上端面を除いて下端面を含む全側面を強度と靱性を有する前記鋼管１４で拘束された構成となっているため、軸力、曲げ及び剪断力が作用された場合にも、破壊することがなく何れについても十分な耐力を有する。
【００１６】
上述する構成の鋼管中詰めコンクリート部材１２は、上端面に鋼性の端板が備えられている杭体２の杭頭部２ａに鋼管１４の下端を溶接して両者を接合している。なお、鋼管中詰めコンクリート部材１２と杭体２との接合構造は、必ずしもこれにこだわるものではなく、両者が一体となるように接合されれば、何れの手段を用いても良い。
【００１７】
一方、該杭頭応力緩和装置３は、地震等の発生により基礎床版１と杭頭部２ａとの間に生じるの相対回転を許容するもので、実質的にはそれらをピン結合する連結装置であり、滑り面を球面の一部とした球座４と、該球座４に嵌着し全方向に揺動可能に支持される蓋体５と、それらを連結する高力ボルト６、ナット７および球面状の座金８を備えている。
【００１８】
これらは、球座４及び蓋体５が高力ボルト６及びナット７を介して連結された状態において、球座４に対して蓋体５の揺動が全方向に可能な構成となっていることから、球座４を杭頭部２ａの上端部に備えた鋼管中詰めコンクリート部材１２に、また蓋体５を基礎床版１に固定することにより、基礎床版１と鋼管中詰めコンクリート部材１２を備えた杭頭部２ａとの間で軸力を伝達しつつそれらの相対回転を許容するものである。
以下に、前記球座４と鋼管中詰めコンクリート部材１２との接合構造、また前記蓋体５と基礎床版１との接合構造を詳述する。
【００１９】
前記球座４は、外周フランジ部に周方向に間隔をあけて複数のボルト孔４ａが形成されており、これらボルト孔４ａには球座アンカーボルト１０が挿通されている。該球座アンカーボルト１０の上端側は、球座４の外周フランジ部から上方へ突出しており、ナット１０ａがねじ合わされている。また、該球座アンカーボルト１０の下端側は、球座４が鋼管中詰めコンクリート部材１２の上端面、つまりコンクリート部材１３の天端面の所定位置に載置された状態で、前記鋼管中詰めコンクリート部材１２を構成するコンクリート部材１３に埋設されている。
【００２０】
このような接合構造により、球座４は鋼管中詰めコンクリート部材１２の上端面に固定されることとなり、ひいては鋼管中詰めコンクリート部材１２を介して杭体２の杭頭部２ａに固定されていることとなる。なお、球座４のレベル調整、及び球座４から鋼管中詰めコンクリート部材１２への軸力伝達をよりスムーズに行うことを目的に、コンクリート部材１３の天端面と球座４との間には無収縮モルタル１１が注入されている。
【００２１】
一方、前記蓋体５は、外周フランジ部に周方向に間隔をあけて複数のボルト孔５ａが形成されおり、これらボルト孔５ａには蓋体アンカーボルト９が挿通されている。該蓋体アンカーボルト９の下端側は、蓋体５の外周フランジ部から下方へ突出しており、この突出部にはナット９ａがねじ合わされている。また、蓋体アンカーボルト９の上端側は、前記基礎底版１の中に埋設されており、これにより、蓋体５は基礎床版１に固定されている。
このような構成により、前記杭頭応力緩和装置３及び鋼管中詰めコンクリート部材１２を介して基礎底版１と杭体２の杭頭部２ａとを連結した、杭頭接合部の構造が形成されるものである。
【００２２】
上述する構成の杭頭接合部の構造は、通常時において、上部構造体等の鉛直荷重を基礎底版１から杭頭応力緩和装置３及び鋼管中詰めコンクリート部材１２を介してスムーズに杭頭部２ａに伝達する。
【００２３】
一方、地震時において、基礎底版１を含む上部構造体に水平力を作用されると、基礎底版１と杭頭部２ａ及びこれに固定された鋼管中詰めコンクリート部材１２との間にロッキング等の相対変位が生じるが、杭頭応力緩和装置３が球座４に対して蓋体５を自在に全方向に揺動させてこれらの相対変位を吸収しながら、軸力及び剪断力を鋼管中詰めコンクリート部材１２及び杭頭部２ａに伝達する。
【００２４】
なお、前記鋼管中詰めコンクリート部材１２は、所定量の部材長さを確保することによって曲げや剪断力に対する高耐力のみならず変形性能をも期待できることから、基礎底版１と杭体２の杭頭部２ａとの間に杭頭応力緩和装置３の設計範囲を超える過大な相対変位が生じた場合にも、杭体２の杭頭部２ａに破壊を生じさせることなく安全に上部構造体を支持できるものである、
【００２５】
このような杭頭応力緩和装置３及び鋼管中詰めコンクリート部材１２を用いた杭頭接合部の構造の構築方法を以下に示す。
（第１の工程）
あらかじめ施工現場において、図２（ａ）に示すように、杭体２の上部の端板に鋼管中詰めコンクリート部材１２を構成する鋼管１４の下端を溶接により一体成形する。次に、地盤中の図示しない支持層に支持されるように、鉛直状に鋼管１４が一体成形された前記杭体２を構築する。
【００２６】
（第２の工程）
前記球座アンカーボルト１０の下端側が、図２（ｂ）に示すように、前記鋼管１４の中空部に挿入されるように球座アンカーボルト１０を配筋した上で、鋼管１４の中空部にコンクリートを打設して硬化させコンクリート部材１３を構築する。これにより、球座アンカーボルト１０の上端側が上端面より突出した鋼管中詰めコンクリート部材１２を構築する。
【００２７】
（第３の工程）
前記球座４のボルト孔４ａを前記球座アンカーボルト１０に合わせるように、杭頭応力緩和装置３を鋼管中詰めコンクリート部材１２の上端面に載置し、該球座アンカーボルト１０にナット１０ａをねじ合わせて両者を固定する。
【００２８】
（第４の工程）
前記蓋体５のボルト孔５ａに蓋体アンカーボルト９を層通し、蓋体５の下方に突出する蓋体アンカーボルト９の下端側にナット９ａをねじ合わせてこれを固定する。
【００２９】
（第５の工程）
前記球座４の底面と該鋼管中詰めコンクリート部材１２の上端面との間に無収縮モルタル１１を充填し、両者の隙間を埋める。
この後、前記蓋体アンカーボルト９の上端側が基礎床版１中に埋設されるよう、該基礎床版１に係る配筋を実施するとともにコンクリート型枠を構築し、コンクリートを打設する。これにより、図１に示すように、基礎床版１を構築すると同時に、該基礎床版１に杭頭応力緩和装置３が固定される。
【００３０】
上述する構成によれば、杭頭接合部の構造は、杭頭部２ａに鋼管中詰めコンクリート部材１２を固着した上で、鋼管中詰めコンクリート部材１２に杭頭応力緩和装置３を固定する構造であるから、杭体２の形状にこだわることなく簡略な構成で確実に上部構造体と杭頭部２ａとの間に杭頭応力緩和装置３を設置することが可能となる。
このように、杭頭部２に発生する曲げモーメントを大幅に低減できる杭頭応力緩和装置３を確実に設置することの可能な杭頭接合部の構造は、杭体２及び上部構造体の下部に位置する基礎床版１における発生断面力を緩和できるため、基礎床版１等基礎構造の建設コストを大幅に削減することが可能となる。
【００３１】
また、従来より実施されている場所打ちコンクリート造の杭頭部２ａに前記杭頭応力緩和装置３を固定する場合の設計や施工方法を踏襲することができるため、作業性が良く、工費削減及び工費短縮に大きく寄与することが可能となる。
【００３２】
さらに、杭頭部２ａは、杭断面と略等しい断面に成形された鋼管中詰めコンクリート部材１２を介して前記杭頭応力緩和装置３より軸力を伝達される構成であるため、過大な軸力が作用しても杭頭部２ａを破壊することなくスムーズな軸力伝達が可能となる。
【００３３】
また、鋼管中詰めコンクリート部材１２は、コンクリート部材１３を高い強度と靱性を有する鋼管１４で拘束した構成を有するから、杭頭部近傍に発生しやすい多大な軸力や曲げ、及び杭頭応力緩和装置３で負担できない剪断力が作用されても破壊することがないため、杭頭接合部の安全性を確保できるだけでなく、杭頭接合部の品質向上を図ることも可能となる。
【００３４】
請求項２記載の杭頭接合部の構造によれば、前記鋼管中詰めコンクリート部材１２の上端面と杭頭応力緩和装置３との間に隙間のない高精度の面接合構造が形成されるため、杭頭応力緩和装置３の支持強度をより高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る杭頭接合部の構造の概略を示す図である。
【図２】本発明に係る杭頭接合部の構造の構築方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  基礎床版
２  杭体
３  杭頭応力緩和装置
４  球座
５  蓋体
６  高力ボルト
７  ナット
８  座金
９  蓋体アンカーボルト
１０  球座アンカーボルト
１１  無収縮モルタル
１２  鋼管中詰めコンクリート部材
１３  コンクリート部材
１４  鋼管
【図１】
2005113463.tif 000003
【図２】
2005113463.tif 000004