(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に打設された鋼管杭の杭頭部から上方に延び、杭頭部上部の基礎コンクリート内に埋設されて杭頭部と基礎コンクリートとを接合する杭頭接合用連結材であって、前記鋼管杭の杭頭部内に下端側が遊挿されるとともに前記鋼管杭の杭頭部から上方に突出する非挿入部にのみ管壁を貫通する複数の貫通孔を設ける共に内部に底板を設けて、基礎コンクリートに埋設される鋼管体からなり、挿入部内でその外周面に対向する鋼管杭の杭頭部内周面との間隙に充填したグラウト材により鋼管杭に固着されることを特徴とする杭頭接合用連結材。
【請求項２】
前記鋼管体の挿入部と非挿入部の境界に、鋼管杭の杭頭部端面に当接する鍔状部を設けたことを特徴とする請求項１記載の杭頭接合用連結材。
【請求項３】
前記鋼管体の下端部に、挿入部内の下端側においてその外周面に対向する杭頭部内周面との間隙全周を塞ぐ封止部を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の杭頭接合用連結材。
【請求項４】
地盤中に打設された鋼管杭の杭頭部とその上部の基礎コンクリートとを、杭頭部から上方に延びて基礎コンクリート内に埋設される連結材を介して接合してなる杭頭接合構造において、前記連結材が請求項１ないし３のいずれか一項に記載の杭頭接合用連結材であることを特徴とする杭頭接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭の杭頭部がフーチングコンクリート等の内部に埋設される鋼管杭の杭頭部と基礎コンクリートとの接合に使用する連結材と、この連結材を適用した杭頭接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種土木建築構造物の構築における鋼管杭の設置に関しては、杭頭部に異形鉄筋、ねじ節鉄筋などの鉄筋系の連結材を接続して構造物側のフーチングコンクリート等と結合することにより、基礎杭と構造物とを接合する方法が一般的に広く行われている。この種の杭頭鉄筋の接続方法としては、杭頭部の外周面に杭頭鉄筋の下端部を直に溶接するもの、あるいは杭頭部の外周面に溶接したカプラを介してねじ節鉄筋や端部にねじ加工を施した異形鉄筋などを螺着するものなどが広く知られている。ところが、地中に埋め込まれた鋼管杭の杭頭部に対して、杭頭鉄筋またはそれを立設状態に接続するためのカプラを施工現場で溶接する場合には、作業環境が制約されるばかりか、それぞれの杭頭鉄筋ないしカプラに沿った面倒な溶接作業となることから、作業時間の短縮が困難であり、しかも天候に影響されやすく溶接品質が不安定になりやすいといった工期上および品質管理上の問題が少なからず存在していた。一方、工場等の現場以外の場所で予め溶接作業を行う場合には、鋼管杭の打込み時において、鋼管杭の端部に溶接された杭頭鉄筋やカプラが打込み作業の邪魔となって作業性の低下につながりやすい。さらに、鋼管杭が打込み途中で硬い地盤や岩石に当たり、それ以上の打込みが困難な状況（高止まり）となった場合には、地盤表面からの突出長が所定の長さとなるように余分な部分を切除した後、改めて鉄筋やカプラを杭頭部に再溶接せざるを得ないケースも生じるという問題点があった。
【０００３】
そこで、鋼管杭と基礎コンクリートとを接合する杭頭鉄筋の鋼管杭への接続方法として、溶接以外の方法が種々提案されている。例えば、上端が閉塞された筒状の蓋体の外周に複数の杭頭鉄筋を立設状態に溶接してなる杭頭金物を鋼管杭の頭部に上から被せるものがある（特許文献１）。また、杭頭部の外側に外鋼管を被せるとともに、この外鋼管の内周面に沿って複数本の杭頭鉄筋を所定間隔で配置した後、外鋼管内部にコンクリートを充填することにより杭頭鉄筋を固定するものもある（特許文献２）。さらに、鋼管杭よりも僅かに大きい内径の円筒形の鋼製リング、あるいは外鋼管の外周面に複数本の杭頭鉄筋を溶接してなる杭頭補強部材を杭頭部に外嵌し、両者の隙間にモルタル等を充填することにより杭頭鉄筋を接合するものも提案されている（特許文献３、４）。しかしながら、これら特許文献１〜４に記載された非溶接型の杭頭鉄筋接続技術では、いずれも鋼管杭の杭頭部への接続の際に杭頭部周囲の土を大きく掘削しなければならないという問題点があった。
【特許文献１】特開平１１−２８００６３号公報
【特許文献２】特開２００４−１６２４５５号公報
【特許文献３】特開２００５−１０５８１２号公報
【特許文献４】特開２００５−１３９７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のような従来技術の状況に鑑みなされたもので、施工現場での溶接作業および杭頭部周囲の掘削作業が不要であり、鋼管杭と構造物との間の結合力が安定し、鋼管杭に対する連結材の取付作業を簡便に行うことができ、また高止まりによって切断された杭頭部への適用が可能な杭頭接合用連結材と、これを用いた鋼管杭と基礎コンクリートとの接合構造の提供をその目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記従来技術の問題点を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、地盤中に打設された鋼管杭の杭頭部から上方に延び、杭頭部上部の基礎コンクリート内に埋設されて杭頭部と基礎コンクリートとを接合する杭頭接合用連結材であって、前記鋼管杭の杭頭部内に下端側が遊挿されるとともに前記鋼管杭の杭頭部から上方に突出する非挿入部にのみ管壁を貫通する複数の貫通孔を設ける共に内部に底板を設けて、基礎コンクリートに埋設される鋼管体からなり、挿入部内でその外周面に対向する鋼管杭の杭頭部内周面との間隙に充填したグラウト材により鋼管杭に固着されることを特徴とするものである。
【０００６】
さらに、上記請求項１に係る杭頭接合用連結材において、前記鋼管体の挿入部と非挿入部の境界に、鋼管杭の杭頭部端面に当接する鍔状部を設けた構成（請求項２）、前記鋼管体の下端部に、挿入部内の下端側においてその外周面に対向する杭頭部内周面との間隙全周を塞ぐ封止部を設けた構成（請求項３）とすることも可能である。また、本願の請求項４に係る発明は、上記請求項１ないし３のいずれか一項に記載の杭頭接合用連結材を用いた杭頭接合構造である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る杭頭接合用連結材およびこれを用いた杭頭接合構造では、上記のような構成を採用したことにより、次の効果を得ることができる。
（１）杭頭接合用連結材として鋼管体を使用し、これを鋼管杭の杭頭部内に挿入した状態で両者の周面間に充填したグラウト材を介して固着するので、現場での溶接作業や杭頭部周囲の掘削作業が不要となり、杭頭部に対する杭頭接合用連結材の接続作業がきわめて簡便である。
（２）杭頭接合用連結材の鋼管杭に対する取付作業は、グラウト材の充填により行うので、従来の溶接方式のものに比べて現場の天候に左右されることが少なく、熟練工でなくとも品質の安定した接続状態が得られる。
（３）杭頭接合用連結材の挿入部内において、鋼管杭の杭頭部内周面と杭頭接合用連結材である鋼管体の外周面の間隙に充填されたグラウト材は、両者の管壁間で拘束された状態となっているので、相互拘束効果（コンファインド効果）によりその強度が増加し、鋼管杭の杭頭部に対して連結材の強固な結合状態が得られ、鋼管杭の杭頭部への杭頭接合用連結材の接続強度が高まる。
（４）杭頭接合用連結材は、鋼管杭の杭頭部に何ら加工することなく、鋼管杭の設置後に杭頭部の上端面側から所望の位置に取付けが可能であるので、鋼管杭の高止まりによって杭頭部を切断した場合でも支障なく適用することができ、また鋼管杭の打込み時に邪魔になることもない。
（５）杭頭接合用連結材は、鋼管杭の杭頭部から上方に突出する非挿入部にのみ管壁を貫通する複数の貫通孔を設ける共に内部に底板を設けて、基礎コンクリートに埋設される鋼管体を有するため、鋼管杭の杭頭部が基礎コンクリート内に埋設されたときは、コンクリートが鋼管体の各貫通孔内に充填された状態で一体化することにより、それら貫通孔が実質的に定着部として機能できると共に、鋼管杭の内部に余分なコンクリートが充填されないようにすることで、施工時のコンクリート量の節約を図ることができる。
（６）鋼管体の挿入部と非挿入部の境界に、鋼管杭の杭頭部端面に当接可能な鍔状部を設けた場合には、鍔状部に対して上方より圧縮力が負荷され、下方のグラウト材を上面からも拘束するので、杭頭接合用連結材と鋼管杭の杭頭部との接続強度は一段と高まる。さらに、鍔状部の存在は、杭頭部に対する杭頭接合用連結材の突出長を容易に決定するとともに、挿入状態を確実に保持することができるので、施工面でも好都合である。
（７）鋼管体の下端部に、挿入部内の下端側においてその外周面に対向する杭頭部内周面との間隙全周を封止可能な封止部を設けた場合には、グラウト材の充填時に下方への漏れ出しを確実に阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
上記のように、本発明による杭頭接合用連結材は、拡径部や貫通孔などの基礎コンクリートに対する定着部を管壁あるいは端部に備える鋼管体からなり、その下端側を鋼管杭の杭頭部内に遊挿した状態で、両者の隙間に充填したグラウト材により鋼管杭に対して立設状態に固着する構成を採用したことにより、施工現場での杭頭部に対する取付作業を簡便にすると同時に、安定した接続状態を実現した点に大きな特徴がある。すなわち、杭頭接合用連結材の取付に際しては、鋼管杭の杭頭部には何らの加工も必要とせず、しかも熟練者でなくとも簡単かつ確実に装着することができるので、連結材の接続作業の合理化に大いに寄与する。特に、鋼管杭の設置作業において、高止まりによって杭頭部を切断した場合でも、杭頭接合用連結材をそのまま適用できる利点がある。また、本発明において使用するグラウト材の材質に格段の限定はないが、具体的には、セメントミルク、モルタル、合成樹脂などが好適である。以下、図面に基づき本発明の実施例について説明するが、もちろんこれらの実施例に限定されるものではなく、各構成部材の材質、形状、数量、位置の変更など、本発明の技術思想内での種々の変更実施はもちろん可能である。
【０００９】
図１は、杭頭接合用連結材の参考例１であり、その使用状態を示す断面図である。図示の杭頭接合用連結材１は、所要の長さと外径からなる鋼管体２の上端に、その外径よりも幾分大きい外径の鋼製円板３が溶接等により固着され、これが定着部（拡径部）として機能する一方、鋼管体２の下端側がそのまま開口した構成のものである。斯かる杭頭接合用連結材１は、地盤４の表面に突出した鋼管杭５の杭頭部に対して、その下端側部分が所定の長さだけ遊嵌状態で挿入され、両者の周面間に形成される間隙に充填したグラウト材６を介して固着されることで、鋼管杭５と一体化している。なお、グラウト材６の充填にあたっては、下方への流出を阻止するために適宜の閉塞材料（図示せず）を間隙の下端側部分に詰めるなどしてもよい。
【００１０】
図２は、上記杭頭接合用連結材１を用いた杭頭接合構造における応力伝達機構を模式的に示した説明図である。すなわち、鋼管杭５の杭頭部とこの上方に突出した杭頭接合用連結材１は、基礎コンクリートを構成するフーチング７内に埋設される。フーチング７に負荷される上部構造物からの鉛直荷重（軸力）Ｎは、鋼管体２の上端面にある鋼製円板３に伝達され、さらに鋼管体２の下端側にある固化したグラウト材６の内外面での摩擦力を介して鋼管杭５に伝達される。また、上部構造物から発生する引抜荷重に対しては、定着部３（鋼製円板）によって鋼管体２からグラウト材６を介して鋼管杭５に伝達される。本発明による杭頭接合構造にあっては、地震時におけるフーチング７から鋼管杭５の杭頭部への曲げモーメントＭに対しては、鋼管体２の傾斜に伴い梃作用によりグラウトに大きな圧縮力が生じるが、グラウトが鋼管杭５と鋼管体１２により拘束されていることで圧縮強度が大きく向上し、鋼管杭５と杭頭接合用連結材１間の接合強度がより高まる。
【００１１】
図３および図４は、本発明の実施例１に係る杭頭接合用連結材の使用状態を示す部分断面図、杭頭接合用連結材のＡ−Ａ線断面図である。なお、前記参考例１と重複する部分については、その説明を省略する。図示の杭頭接合用連結材１０は、鋼管体１１の上端側部分に６個の貫通孔１２が、同一高さ位置に等間隔で設けられたものである。貫通孔１２は、円形に限らず各種形状の採用が可能である。この場合には、鋼管杭５の杭頭部がフーチング内に埋設されたとき、コンクリートが各貫通孔１２内に充填された状態で一体化することにより、それら貫通孔１２が実質的に定着部として機能することになる。図示はしないが、杭頭接合用連結材１０をフーチング内に埋設する際には、鋼管体１１の内部に底板を設け、鋼管杭５の内部に余分なコンクリートが充填されないようにすることで、施工時のコンクリート量の節約を図ることができる。また、貫通孔１２に代えて鋼管体１１の外周面に円周方向に延びる複数の溝あるいは突起を並列状態に形成しても定着機能は得られるが、貫通孔のほうがコスト面で有利であるとともに、杭頭接合用連結材の軽量化にもつながる。
【００１２】
図５は、参考例２に係る杭頭接合用連結材の使用状態を示す断面図である。図示の杭頭接合用連結材２０において、鋼管体２１の上端面にある定着部２４は参考例１と同様であるが、鋼管体２１の中間部分に鍔状部２２を一体に形成し、さらに下端側に封止部２３を設けた構成である。この場合、鍔状部２２は鋼管体２１の軸心方向のほぼ中央の外周面に溶接等により固着される。鍔状部２２の位置は、鋼管杭５に対する挿入部と、その上方の非挿入部との境界に設定される。すなわち、定着部２４が基礎コンクリート７に対する定着部として機能する。従って、鋼管体２１の非挿入部の長さは基礎コンクリート７がコーン状の定着破壊等が生じない長さを必要とする。また、挿入部の長さは鋼管体２１に働く引張力および支圧力に対し、グラウト材６を介して鋼管杭５に応力を伝達することができる長さが必要である。
【００１３】
上記参考例２において、鍔状部２２は、鋼管杭５にかかる建物の鉛直荷重を受ける効果があり、通常の鋼管杭の端面でのみ鉛直荷重を受ける場合と比較したとき、基礎コンクリートの支圧応力を低減し杭上部基礎コンクリートの圧壊を防ぐ。また、鍔状部２２は、施工の際に鋼管杭５の端面に当接することにより位置決め手段としても利用される。さらに、鉛直荷重が鍔状部２２を下方に押さえ、鋼管体２１の外周面と鋼管杭５の内周面との間隙に充填されたグラウト材６を上面側で押える効果がある。このため、鋼管体２１の曲げ抵抗による梃作用で圧縮応力を受けるグラウト材６を鍔状部２２が上方から拘束し、グラウト材６の圧縮耐力を増加させ、より強固なグラウト接合部とすることができる。なお、鍔状部２２にはグラウト材６を上方から注入するための小さな孔が設けられている。封止部２３は、鋼管杭５の内径にほぼ近い直径の鋼製円板を鋼管体２１の下端面に同心状に固着するなどして形成され、グラウト材６を充填したときに下方への流出を阻止する。鋼管体２１の上端面の定着部２４は、参考例１と同様である。
【００１４】
図６は、参考例２に係る杭頭接合用連結材２０を用いた杭頭接合構造における応力伝達機構の説明図である。この場合、フーチング７からの軸力Ｎによる圧縮応力は、前記参考例１と同様に定着部２４に伝達されるが、鋼管体２１の径方向外方に突出する鍔状部２２にも伝達される結果、その下面側に充填されているグラウト材６を径方向での拘束効果に加え上面側からも拘束することにより、グラウト材６の耐力が一段と高まり、強固な杭頭接合状態が得られる。
【００１５】
図７は、鍔状部と封止部を備える参考例２に係る杭頭接合用連結材２０のそれぞれ変形例であって、使用状態を示す部分断面図である。図７の杭頭接合用連結材３０は、鋼管体３１の上端部を外側にラッパ状に拡げた拡径部を定着部３２として利用するものである。
【００１６】
図８は、実施例２に係る杭頭接合用連結材４０を示しており、鋼管体４１の上部に設けた長孔状の貫通孔４２を定着部としたものである。図９に示す実施例３に係る杭頭接合用連結材５０は、鋼管体５１の外周面に異形鉄筋５２を取り付けることにより、定着耐力をさらに向上させたものである。なお、図３、図８および図９に示すような鋼管体上部の貫通孔を定着部として利用する杭頭接合用連結材では、当該貫通孔をコンクリートの流通孔に止まらない用途に活用することもできる。すなわち、鋼管体を水平方向に貫通するように鉄筋を挿入した場合には、貫通孔の定着耐力を一段と向上することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】参考例１に係る杭頭接合用連結材の使用状態を示す断面図である。
【図２】図１の杭頭接合用連結材を用いた杭頭接合構造における応力伝達機構を模式的に示した説明図である。
【図３】本発明の実施例１に係る杭頭接合用連結材の使用状態を示す部分断面図で    ある。
【図４】図３の実施例１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】参考例２に係る杭頭接合用連結材の使用状態を示す断面図である。
【図６】図５の杭頭接合用連結材を用いた杭頭接合構造における応力伝達機構を模式的に示した説明図である。
【図７】参考例２に係る杭頭接合用連結材の変形例を示す部分断面図である。
【図８】実施例２に係る杭頭接合用連結材の変形例を示す部分断面図である。
【図９】実施例３に係る杭頭接合用連結材の変形例を示す部分断面図である。
【００１８】
１，１０，２０，３０，４０，５０…杭頭接合用連結材、２，１１，２１，３１，４１，５１…鋼管体、３，１２，２４，３２，４２…定着部、４…地盤、５…鋼管杭、６…グラウト材、７…フーチング、２２…鍔状部、２３…封止部、５２…鉄筋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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