(57)【要約】【課題】基礎から杭へのせん断力の伝達性能を確保すると共に、地震時に杭頭部と基礎との接合部に生じる曲げモーメントを効果的に緩和することを課題とする。【解決手段】杭２０の頭部が基礎３０の底面３１に接するように配され、丸鋼５０が杭２０の頭部と基礎３０とに跨るように配された杭２０と基礎３０との接合構造１０であって、丸鋼５０の杭２０の頭部に配された部分の全体と丸鋼５０の基礎３０に配された部分の全体との少なくとも一方は、当該部分が配された杭２０の頭部又は基礎３０と付着しないように構成されていることを特徴とする。【選択図】図４
2013217184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭頭部が基礎底面に接するように配され、せん断抵抗材が杭頭部と基礎とに跨るように配された杭と基礎との接合構造であって、
前記せん断抵抗材の杭頭部に配された部分の全体と前記せん断抵抗材の基礎に配された部分の全体との少なくとも一方は、当該部分が配された杭頭部又は基礎と付着しないように構成されていることを特徴とする杭と基礎との接合構造。
【請求項２】
杭頭部と基礎底面との間に縁切り層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の杭と基礎との接合構造。
【請求項３】
杭は既製杭であり、
前記せん断抵抗材は、前記既製杭の頭部に打設された中詰めコンクリートに配されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の杭と基礎との接合構造。
【請求項４】
前記既製杭は既製コンクリート杭である請求項３に記載の杭と基礎との接合構造。
【請求項５】
杭頭部を基礎底面に接するように配し、せん断抵抗材を杭頭部と基礎とに跨るように配する杭と基礎との接合方法であって、
前記せん断抵抗材の杭頭部に配する部分の全体と前記せん断抵抗材の基礎に配する部分の全体との少なくとも一方を、当該部分を配する杭頭部又は基礎と付着しないように構成することを特徴とする杭と基礎との接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭と基礎との接合構造及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震時の水平力により杭頭部と基礎との接合部に生じる曲げモーメントを緩和することを目的として、杭頭部を基礎に埋設せずに基礎の底面に接するように配し、杭頭部と基礎とをこれらに跨る鉄筋で接合したものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１に記載の杭と基礎との接合構造では、上記鉄筋の全体を杭頭部と基礎とに付着させることにより杭頭部と基礎とを接合している。また、特許文献２に記載の杭と基礎との接合構造では、杭頭部に生じた曲げモーメントによる杭頭部のコンクリートの圧壊を抑制することを目的として、杭頭部に位置する上記鉄筋の中間部分を杭頭部に付着させない付着切り部としている（図７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２―９７６５０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２に記載の杭と基礎との接合構造では、地震時にせん断力を基礎から杭頭部へ上記鉄筋を介して伝達させることはできるが、上記鉄筋の全体又は中間部分以外が基礎と杭頭部とに付着されており、杭頭部が基礎に上記鉄筋を介して拘束されている。このため、地震時に杭頭部の回転が妨げられ、杭頭部と基礎との接合部に生じる曲げモーメントを効果的に緩和することができない。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基礎から杭へのせん断力の伝達性能を確保すると共に、地震時に杭頭部と基礎との接合部に生じる曲げモーメントを効果的に緩和することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る杭と基礎との接合構造は、杭頭部が基礎底面に接するように配され、せん断抵抗材が杭頭部と基礎とに跨るように配された杭と基礎との接合構造であって、前記せん断抵抗材の杭頭部に配された部分の全体と前記せん断抵抗材の基礎に配された部分の全体との少なくとも一方は、当該部分が配された杭頭部又は基礎と付着しないように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
上記杭と基礎との接合構造において、杭頭部と基礎底面との間に縁切り層が設けられてもよい。
【０００８】
上記杭と基礎との接合構造において、杭は既製杭であってもよく、その場合、前記せん断抵抗材は、前記既製杭の頭部に打設された中詰めコンクリートに配されてもよい。
【０００９】
上記杭と基礎との接合構造において、前記既製杭は既製コンクリート杭であってもよい。
【００１０】
また、本発明に係る杭と基礎との接合方法は、杭頭部を基礎底面に接するように配し、せん断抵抗材を杭頭部と基礎とに跨るように配する杭と基礎との接合方法であって、前記せん断抵抗材の杭頭部に配する部分の全体と前記せん断抵抗材の基礎に配する部分の全体との少なくとも一方を、当該部分を配する基礎又は杭頭部と付着しないように構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基礎から杭へのせん断力の伝達性能を確保すると共に、地震時に杭頭部と基礎との接合部に生じる曲げモーメントを効果的に緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る杭と基礎との接合構造を示す立断面図である。
【図２】一実施形態に係る杭と基礎との接合部の施工手順を示す立断面図である。
【図３】一実施形態に係る杭と基礎との接合部の施工手順を示す立断面図である。
【図４】一実施形態に係る杭と基礎との接合構造の作用を示す立断面図である。
【図５】比較例に係る杭と基礎との接合構造の作用を示す立断面図である。
【図６】不静定柱加力形式の載荷試験の概略を示す図である。
【図７】片持ち柱加力形式の載荷試験の概略を示す図である。
【図８】両試験での試験体の仕様をまとめた表である。
【図９】試験体Ｎｏ１の実験結果を示すグラフである。
【図１０】試験体Ｎｏ２の実験結果を示すグラフである。
【図１１】試験体Ｎｏ３の実験結果を示すグラフである。
【図１２】試験体Ｎｏ４の実験結果を示すグラフである。
【図１３】試験体Ｎｏ５、６の実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る杭２０と基礎３０との接合構造１０を示す立断面図である。この図に示すように、接合構造１０では、ＰＨＣ杭やＰＲＣ杭等の既製コンクリート杭である杭２０の頭部が、基礎３０に埋設されるのではなく、ビニールシート等の縁切り材４０を介して基礎３０の底面３１に接するように配されている。
【００１４】
また、接合構造１０では、杭２０の頭部には、中詰めコンクリート２２が打設されており、丸鋼である複数の差筋５０が、中詰めコンクリート２２と基礎３０とに跨るように配されている。なお、複数の差筋５０は、平面視における縦横（紙面における左右方向及び奥行方向）に並べて配されている。
【００１５】
杭２０の天端面２１には鋼製のキャップ２３が取り付けられており、該キャップ２３の内側において、縁切り材４０からなる縁切り層が、中詰めコンクリート２２と基礎３０との間に介在している。
【００１６】
ここで、差筋５０の上側は基礎３０内に下側は中詰めコンクリート２２内に配されているが、差筋５０の上側と基礎３０のコンクリート、及び差筋５０の下側と中詰めコンクリート２２とは、これらの間にグリース等の潤滑剤を介在させること等により、付着しないように構成されている。
【００１７】
図２及び図３は、杭２０と基礎３０との接合部の施工手順を示す立断面図である。まず、図２に示すように、杭２０を打設してその頭部に中詰めコンクリート２２を打設する。この際、中詰めコンクリート２２は、杭２０の頭部に型枠を設置して打設したり、杭２０内に頭部を残して土砂を詰めてその上に打設したりする等、従来から知られている方法により打設する。
【００１８】
次に、図３に示すように、中詰めコンクリート２２が硬化する前に差筋５０の下側を中詰めコンクリート２２に挿入し、中詰めコンクリート２２上にビニールシート等の縁切り材４０を敷設する。この際、差筋５０にグリース等の潤滑剤を塗布することにより、硬化後の中詰めコンクリート２２と差筋５０の下側とが付着しないようにする。
【００１９】
そして、杭２０の上に基礎３０を構築する。この際、図１に示すように、杭２０の頭部が基礎３０に埋設されずに縁切り材４０を介して基礎３０の底面３１に接するように、基礎３０のコンクリートを打設する。また、差筋５０にグリース等の潤滑剤を塗布することにより、硬化後の基礎３０のコンクリートと差筋５０の上側とが付着しないようにする。
【００２０】
図４は、本実施形態に係る杭２０と基礎３０との接合構造１０の作用を示す立断面図である。この図に示すように、地震時に杭２０と基礎３０との接合部に対して水平力が作用した場合、差筋５０の上下が基礎３０と中詰めコンクリート２２に差し込まれていることにより、基礎３０から杭２０の頭部へせん断力Ｐが伝達される。即ち、差筋５０のダボ効果により、基礎３０と杭２０の頭部との間のせん断力Ｐの伝達性が確保される。
【００２１】
また、基礎３０から杭２０の頭部へせん断力Ｐが伝達されて、杭２０が頭部を支点として回転しようとする際、差筋５０が、中詰めコンクリート２２に付着しておらず、中詰めコンクリート２２に対して相対的に上下に動くことにより、杭２０の回転を妨げない。これにより、杭２０の頭部と基礎３０との固定度を効果的に低下させることができ、地震時に杭２０の頭部と基礎３０との接合部に生じる曲げモーメントを効果的に低下させることができる。従って、杭２０や基礎３０に要求される耐力を抑えることができるため、杭２０や基礎３０の断面の増大や鉄筋の配筋量の増加を抑えることができる。
【００２２】
特に、本実施形態では、差筋５０の上側についても基礎３０に付着させず、また、杭２０の天端面２１と基礎３０の底面３１との間に縁切り材４０を設けてこれらを離間し易く構成したことにより、杭２０の頭部と基礎３０との固定度をより一層効果的に低下させることができ、地震時に杭２０の頭部と基礎３０との接合部に生じる曲げモーメントをより一層効果的に低下させることができる。
【００２３】
ここで、図５に示すように、異形鉄筋５１を杭２０及び基礎３０に付着させた場合には、当該異形鉄筋５１にはせん断力Ｑのみならず、引張力Ｒも作用するため、当該異形鉄筋５１のせん断力Ｑに対する耐力が低下する。これに対して、本実施形態では、差筋５０を杭２０や基礎３０に付着させないようにしたことにより、差筋５０に作用する引張力を低減させることができ、これにより、差筋５０のせん断力に対する耐力を高めることができる。
【００２４】
本実施形態に係る杭２０と基礎３０との接合構造１０の効果を確認するための実験を実施したので、以下説明する。図６は、不静定柱加力形式の載荷試験の概略を示す図であり、図７は、片持ち柱加力形式の載荷試験の概略を示す図である。また、図８は、両試験での試験体の仕様をまとめた表である。
【００２５】
図６に示す不静定柱加力形式の載荷試験は、杭３と基礎５との接合部の界面でのせん断耐力を把握することを目的として、図８の表中の試験体Ｎｏ１〜４を用いて実施した。一方、図７に示す片持ち柱加力形式の載荷試験は、杭２０と基礎３０との接合部における曲げモーメントＭと杭頭部の回転角θとの関係を把握することを目的として、図８の表中の試験体Ｎｏ５，６を用いて実施した。
【００２６】
図８の表に示すように、試験体Ｎｏ１〜６の杭３は、直径５００ｍｍ、厚さ８０ｍｍ、コンクリート強度が１０５Ｎ／ｍｍ２のＰＲＣ杭である。また、基礎５及び中詰めコンクリート４には、呼び強度が２１Ｎ／ｍｍ２のコンクリートを用い、スタブ部分２には、呼び強度が３６Ｎ／ｍｍ２のコンクリートを用いた。また、基礎５の寸法は、試験体Ｎｏ１〜４では１２５０×１２５０ｍｍ、試験体Ｎｏ５では１０００×１０００ｍｍ、試験体Ｎｏ６では１１００×１１００ｍｍである。さらに、中詰めコンクリート４の深さは、１／２Ｄとして２５０ｍｍとした。なお、試験体Ｎｏ１〜４は、接合部界面のせん断耐力を把握することを目的とすることから、基礎５での破壊を防止できるように杭心から基礎５の縁までの距離を１．２５Ｄ（Ｄ：杭径）とした。
【００２７】
差筋６は、φ２０、２５、１６ｍｍの丸鋼（ＳＮＲ４９０）であり、試験体Ｎｏ１〜５では矩形状に配筋し、試験体Ｎｏ６では円形に配筋した。試験体Ｎｏ１では、φ２０ｍｍの差筋６を４本、試験体Ｎｏ２、４では、φ２０ｍｍの差筋６を９本、試験体Ｎｏ３、５では、φ２５ｍｍの差筋６を９本、試験体Ｎｏ８では、φ１６ｍｍの差筋６を８本配筋した。中詰めコンクリート４の断面積に対する差筋６の断面積の割合（以下、差筋量という）は、試験体Ｎｏ１〜３では夫々１．３８％、３．１１％、４．８７％であり、試験体Ｎｏ４〜６では夫々３．１１％、４．８７％、１．７７％である。さらに、差筋６の基礎５への挿入長さは７ｄ（ｄ：差筋６の直径）であり、差筋６の中詰めコンクリート４への挿入長さはＤ／２かつ７ｄ＋４０ｍｍ以上である。
【００２８】
ここで、試験体Ｎｏ４は、接合部界面のせん断耐力に対する基礎５の浮き上がりの影響を把握することを目的として、基礎５と杭３との間に３０ｍｍの隙間を設けた。また、試験体Ｎｏ５、６には夫々、２５００ｋＮ（σｎ＝２３．７Ｎ／ｍｍ２）、１０００ｋＮ（σｎ＝９．５Ｎ／ｍｍ２）の軸力Ｔを載荷した。
【００２９】
図６及び図７に示すように、本実験では、軸力用のジャッキと水平載荷用のジャッキとの荷重をロードセルにより計測し、スタブ部分２に固定した計測治具により各載荷点および杭頭部周辺の水平・鉛直変位を計測した。下記（１）式で示すように、本実験において変形角Ｒは、中腹部水平載荷点（接合部界面からの高さｈ＝５５０ｍｍ）の水平変位δｈを高さｈで除した値と定義する。
2013217184.tif 000003
【００３０】
また、軸力を載荷した試験体Ｎｏ５、６においては、軸力用のジャッキを受ける球座の水平変位δＴを計測し、軸力による付加曲げモーメントを考慮して杭頭曲げモーメントを算定した。
【００３１】
図９〜図１２は、試験体Ｎｏ１〜４の実験結果を示すグラフである。これらのグラフの横軸は変形角Ｒ（×１０−３ｒａｄ）を示し、縦軸は杭頭部のせん断力（ｋＮ）を示す。これらのグラフに示すように、差筋量が増えるほど接合部界面でのせん断耐力が増加することを確認できる。従って、差筋６によって基礎５から杭３へ十分にせん断力が伝達されると言える。
【００３２】
図１３は、試験体Ｎｏ５、６の実験結果を示すグラフである。このグラフの横軸は変形角Ｒ（×１０−３ｒａｄ）を示し、縦軸は杭頭曲げモーメント（ｋＮｍ）を示す。また、グラフ中の破線は、図５の比較例で示すようにダボ鉄筋を杭と基礎とに定着させた場合の杭頭曲げモーメントの計算値であり、グラフ中の太線は、ダボ鉄筋が付着していない場合の杭頭曲げモーメントの計算値である。これらの計算値は、平面保持を仮定したファイバーモデルを用いて計算した値である。そして、グラフ中の細線は、杭頭曲げモーメントの実験値である。
【００３３】
このグラフに示すように、杭頭曲げモーメントの実験値と、ダボ鉄筋が付着していない場合の杭頭曲げモーメントの計算値（最大値）とはほぼ一致することを確認できる。従って、せん断抵抗材を差筋として杭と基礎とに定着させないようにしたことで、効果的に杭頭曲げモーメントを低減できると言える。
【００３４】
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、既製杭として既製コンクリート杭を例に挙げて本発明を説明したが、既製杭としての鋼管杭にも本発明を適用できる。また、杭として既製コンクリート杭を例に挙げて本発明を説明したが、杭としての場所打ちコンクリート杭にも本発明を適用できる。さらに、単杭に限らず、壁杭にも本発明を適用できる。
【００３５】
また、上述の実施形態では、せん断抵抗材として丸鋼を例に挙げたが、ＣＦＲＰ製の棒材等の他のせん断抵抗材も適用できる。また、せん断抵抗材と杭及び基礎とを付着させないために、これらの間にグリース等の潤滑剤を介在させることは必須ではなく、該潤滑剤を介在させなくても、せん断抵抗材と杭及び基礎とが付着しないのであれば、該潤滑剤を省略してもよい。さらに、せん断抵抗材を杭及び基礎の双方に付着させないことは必須ではなく、杭には付着させずに基礎には付着させたり、杭には付着させるが基礎には付着させなかったりしてもよい。
【００３６】
また、上述の実施形態では、杭の天端面と基礎の底面との間の縁切り層を、シート状の縁切り材により構成したが、中詰めコンクリートと基礎のコンクリートとを打ち分けて、中詰めコンクリートと基礎の底面とに表面処理を施して離間し易いように構成してもよい。さらに、杭の天端面と基礎の底面との間に縁切り層を形成することは必須ではない。
【符号の説明】
【００３７】
２  スタブ部分、３  杭、４  中詰めコンクリート、５  基礎、６  差筋、１０  接合構造、２０  杭、２１  天端面、２２  中詰めコンクリート、２３  キャップ、３０  基礎、３１  底面、４０  縁切り材（縁切り層）、５０  差筋（せん断抵抗材）、５１  異形鉄筋
【図６】
2013217184.tif 000004
【図７】
2013217184.tif 000005
【図８】
2013217184.tif 000006
【図９】
2013217184.tif 000007
【図１０】
2013217184.tif 000008
【図１１】
2013217184.tif 000009
【図１２】
2013217184.tif 000010
【図１】
2013217184.tif 000011
【図２】
2013217184.tif 000012
【図３】
2013217184.tif 000013
【図４】
2013217184.tif 000014
【図５】
2013217184.tif 000015
【図１３】
2013217184.tif 000016