(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭と桁とを強固に繋ぐ結合構造体であって、円筒部及び当該円筒部の上部開口を閉塞する注入口を有する蓋部とからなる外管が、前記円筒部の外周に桁を接続した状態で、該円筒部の内周面で杭の杭頭部を取り囲み、前記蓋部の下面及び前記杭頭部の頂部との間に蓋部補強部材を介装するとともに、前記蓋部に設けられた注入口から注入されたモルタル又はコンクリートが、少なくとも前記外管と前記杭頭部との間に生じた隙間に充填され、さらには前記蓋部補強部材が埋設されるように充填されることで、前記杭及び前記桁が一体化されてなることを特徴とする杭と桁の結合構造体。
【請求項２】
前記蓋部補強部材を、複数本の板状部材を井桁状に組み込んで形成したことを特徴とする請求項１記載の杭と桁の結合構造体。
【請求項３】
前記杭頭部と前記外管とを、互いに隙間を設けた状態で補強ボルトで連結したことを特徴とする請求項１又は２記載の杭と桁の結合構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、建設工事における杭と桁の結合構造体に係り、特に杭頭に加わる荷重が非常に大きい場合に好適な杭と桁の結合構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の杭を打設し、これら杭頭間を桁で結んで上部構造体を支持する構造は、一般に建築工事において採用されている。その建築工事の一例として、図８に示すように、拡幅道路を新たに構築する山岳道路工事がある。
この山岳道路工事は、所定間隔をあけて地盤Ｇに打設した複数本の杭２Ａ、２Ｂの頭部（以下、杭頭）２ａにトッププレート４を溶接により固定し、谷側に突出しながら杭２Ａ、２Ｂの上方に配置した桁６の下端を、トッププレート４に溶接により固定し、桁６上に床版１０を配置して、既存道路Ｒ１に平行に、谷側に突出した拡幅道路Ｒ２を設けた道路としている。
【０００３】
この構造によると、杭２Ａ、２Ｂの打設誤差などにより桁６と杭頭２ａとの位置が多少ずれている場合であっても、問題なく杭頭２ａと桁６とを固定できるというメリットがある。
また、既存道路Ｒ１側に大型車両等の通行による大荷重が加わると、桁６と杭頭２ａとの結合部分に対して桁６から非常に大きな押し込み荷重が作用し、拡幅道路Ｒ２側に大荷重が加わると、杭２Ａを支点として杭２Ｂの桁６と杭頭２ａとの結合部分に対して桁６から非常に大きな引き抜き荷重が作用するが、杭頭２ａと桁が６がトッププレート４を介して強固に固定されているので、それらの荷重に十分に耐える構造としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した杭頭２ａと桁６の結合構造は、現場における溶接作業が律速工程となり、工期が不安定で、品質も一定とするのが難しく、しかもコスト的にも割高になるデメリットがある。また、杭頭２ａとトッププレート４との溶接作業のために杭頭２ａよりもかなり下方まで地盤Ｇを掘削する余計な作業を必要としていた。
【０００５】
ところで、現場溶接作業を不要とする杭頭と桁との構造として、例えば特開平８−２８４１５９号公報に開示されているように、外面突起付きの杭の杭頭の外周を覆うように、桁が連結した内面突起付きの大径鋼管を配置し、それらの相互間にコンクリートを充填してその付着力により杭頭及び桁を一体化する構造が知られている。
【０００６】
しかし、この特開平８−２８４１５９号公報に開示した構造を図８の工事に採用すると、前述したように桁６と杭頭２ａとの結合部分に非常に大きな押し込み荷重、引き抜き荷重が作用するので、杭頭と大径鋼管との間のコンクリート充填高さを大きくして杭頭及びコンクリートの間、コンクリート及び大径外管の間の剪断抵抗を大きくする必要があり、桁６と杭頭２ａとの結合部分が過大に大型構造となるおそれがある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、杭の打設誤差により桁と多少の偏心が生じた場合にも簡単に結合が可能であり、溶接を不要として現場作業の省力化を図るとともに、コンパクトな構造ながら杭頭に大きな荷重が作用してもそれに対抗し得る耐力を発生することができる杭と桁の結合構造体を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、杭と桁とを強固に繋ぐ結合構造体であって、円筒部及び当該円筒部の上部開口を閉塞する注入口を有する蓋部とからなる外管が、前記円筒部の外周に桁を接続した状態で、該円筒部の内周面で杭の杭頭部を取り囲み、前記蓋部の下面及び前記杭頭部の頂部との間に蓋部補強部材を介装するとともに、前記蓋部に設けられた注入口から注入されたモルタル又はコンクリートが、少なくとも前記外管と前記杭頭部との間に生じた隙間に充填され、さらには前記蓋部補強部材が埋設されるように充填されることで、前記杭及び前記桁を一体化するようにした。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の杭と桁の結合構造体において、前記蓋部補強部材を、複数本の板状部材を井桁状に組み込んで形成した。
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の杭と桁の結合構造体において、前記杭頭部と前記外管とを、互いに隙間を設けた状態で補強ボルトで連結した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明に係る実施形態を具体的に説明する。
図１は、第１実施形態の杭と桁の結合構造体をその平面について示したものであり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図を示したものである。
これらの図の符号１２は、地盤に打設されている中空円筒形状の杭であり、この杭１２の杭頭部１２ａを、外管１４が隙間を設けた状態で取り囲んでいる。なお、符号１６は、外管１４と杭頭部１２ａの隙間の下側を閉塞する閉塞ブラケットであり、杭１２の外周に締め付けた状態で配置されている。
【００１１】
この閉塞ブラケット１６は後述する杭頭部１２ａと外管１４との隙間へモルタル、或いはコンクリートなどを充填する際の底板として使用するものであり、本発明を構成する部材でない。モルタル、或いはコンクリートなどの施工、養生が終わった時点で取り外して別の杭頭部の施工に再利用することができる。もちろん、再利用する手間を省力する場合には放置していても良い。
【００１２】
外管１４は、水平方向に延在するＨ形鋼からなる桁１８の端部が外周に溶接により接続され、杭頭部１２ａの外径より大きな内径とした円筒部２０と、円筒部２０の上部開口部を閉塞する蓋部２２とを備えた部材である。そして、蓋部２２の中心位置には、蓋部２２の外部から内部に貫通する注入穴２２ａが形成されているとともに、蓋部２２の外周側にも、周方向に所定間隔をあけて複数の空気抜き穴２２ｂが形成されている。なお、外管１４と桁１８の端部との接続、円筒部２０及び蓋部２２からなる外管１４は、予め、工場等で製作されている。
【００１３】
また、外管１４は、蓋部２２の下面と杭頭部１２ａの頂部との間に補強ビーム２４を介在させた状態で杭頭部１２ａを取り囲んでいる。
補強ビーム２４は、図３に示すように、金属製の複数の板状部材２４ａを互いに直角に交叉するように接続して外観が井桁状をなす部材であり、予め、蓋部２２の下面に溶接により固定されている。
【００１４】
そして、蓋部２２の注入穴２２ａからモルタル又はコンクリート２６を注入していく。注入したモルタル又はコンクリート２６は、杭１２の下側から充填されていき、杭頭部１２ａまで充填されていった後、杭頭部１２ａから溢れ出て、補強ビーム２４の各板状部材２４ａの間を通過して外管１４と杭頭部１２ａとの間の隙間に充填されていく。この際、外管１４と杭頭部１２ａとの間に存在している空気は、蓋部２２に形成した空気抜き穴２２ｂから外部に抜け出ていく。
【００１５】
なお、モルタル、或いはコンクリートなどは、杭１２の内部全体へ充填される必要はなく、外管１４に対応する範囲程度で杭１２の内部へ充填されれば強度上十分である。予め、杭１２内部に底板を設けておくことで、適当な位置で杭１２内へモルタル、或いはコンクリートなどを充填することができる。また、杭１４としてコンクリート杭を使用した場合には、当然、杭頭内部へモルタル、或いはコンクリートが注入されることはないが、本発明の効果を得るのに妨げとなるものではない。
【００１６】
この第１実施形態の杭と桁の結合構造体によると、従来、不可欠であった現場溶接の工程を省くことができるとともに、杭１２の打設において多少の偏心があっても、それを解消することができる。
また、蓋部２２の下面と杭頭部１２ａの頂部との間に補強ビーム２４を介在させたことにより、桁１８に押し込み荷重（図２のＦ１で示す荷重）が作用しても蓋部２２の剛性を高めることができる。すなわち、結合構造体を道路工事の躯体として使用すると、大型車両による大荷重の押し込み荷重Ｆ１が桁１８に加わり、蓋部２２を上部に押し上げようとする杭反力が杭頭部１２ａから働くが、複数の板状部材２４ａを井桁状に組み込んでなる補強ビーム２４は、自身の変形耐力が大きいので蓋部２２の剛性を高める。したがって、本実施形態の結合構造体は、桁１８に押し込み荷重が作用する場合、桁１８と杭頭部１２ａとの結合部分を過大に大型構造としなくても、強度を長期にわたって維持することができる。
【００１７】
さらに、モルタル又はコンクリート２６は、補強ビーム２４を構成する井桁状に組み込んだ板状部材２４ａの間を通過して充填されるので、杭１２の内部、杭頭部１２ａ及び外管１４の間の隙間への充填をスムーズに行うことができる。
加えて、補強ビーム２４として井桁状に組み込んだ板状部材とすることで、杭１２の打設において多少の偏心があった場合でも、井桁に組んだ中央の交差部分の少なくとも３点以上が杭頭部上に載置させることが可能であり、大荷重が掛かったときに補強ビームと杭頭の間の荷重伝達を良好に維持でき、好適である。
【００１８】
次に、図４は、第２実施形態の杭と桁の結合構造体の平面について示したものであり、図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図を示したものである。なお、第１実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。また、図５では、便宜的に、補強ボルト２８、ナット３０を断面をずらして記入した。
本実施形態は、杭頭部１２ａ及び外管１４を補強ボルト２８が貫通しており、この補強ボルト２８の両端部をナット３０が螺合して締め付けている。なお、杭頭部１２ａ、外管１４には、現場或いは工場等でボルト貫通孔が設けられているものとする。
【００１９】
この第２実施形態の杭と桁の結合構造体は、第１実施形態と同様に、現場溶接の工程を省くことができるとともに、杭１２の打設において多少の偏心があっても、それを解消することができる。
また、本実施形態は、補強ボルト２８が杭頭部１２ａ及び外管１４を貫通していることで、桁１８に引き抜き荷重（図６のＦ２で示す荷重）が作用しても杭１２と桁１８の結合力を高めることができる。すなわち、結合構造体を道路工事の躯体として使用すると、他の箇所に配置した杭１２を支点として図５の桁１８に大荷重の引き抜き荷重Ｆ２加わる場合があるが、補強ボルト２８の曲げ耐力が作用することで杭１２と桁１８の結合力を高める。
【００２０】
したがって、本実施形態の結合構造体は、桁１８に押し込み荷重、或いは引き抜き荷重の両者が作用する場合、桁１８と杭頭部１２ａとの結合部分を過大に大型構造としなくても、強度を長期にわたって維持することができる。
【００２１】
【実施例】
図１から図３に示した第１実施形態の結合構造体を図６に示す山岳道路の拡幅工事に採用する場合に、第１実施形態の結合構造体を構成する補強ビーム２４の形状、材質を設定した。
谷側に突出した拡幅道路Ｒ２に大型車両等が通過する際には、桁１８に１００トン（ｔｆ）［9.81×105 Ｎ］の押し込み荷重Ｆ１が加わるものとした。この場合、杭１８から杭反力が作用する補強ビーム２４は、図３に示すように、４本の板状部材２４ａにより構成されているので、一本の板状部材２４ａに作用する杭反力は２５ｔｆ［2.45×105 Ｎ］である。各板状部材２４ａに作用する最大曲げモーメントＭmax を３．１２５ｔｆ・ｍ、許容応力度を１４００kgf/cm2 ［132.3 ＭＰａ］、必要断面係数Ｗを２２３cm3 とすると、各板状部材２４ａは、材質をＳＳ４００材として、形状を高さ２００mm、厚さ３５mmの矩形板状体とした。したがって、図６に示す具体例においても、杭１２の打設誤差により桁１８と多少の偏心が生じた場合にも簡単に結合が可能であり、溶接を不要として現場作業の省力化を図るとともに、コンパクトな構造ながら杭頭部１２ａに大きな押し込み荷重Ｆ１が作用しても対抗し得る耐力を発生する山岳道路の拡幅工事を行うことができる。
【００２２】
次に、図４及び図５に示した第２実施形態の結合構造体を、図７に示す山岳道路の拡幅工事に採用する場合に、第２実施形態の結合構造体を構成する補強ボルト３０を設定した。
既存道路Ｒ１に大型車両等が通過する際には、図６でも説明したように、補強ビーム２４を配設したことによって、大きな押し込み荷重が作用しても対抗し得る耐力を発生することができる。
【００２３】
それに対して、拡幅道路Ｒ２に大型車両等が通過する場合には、図７の左側の杭１２を支点として、右側の杭１２の杭頭部１２ａ付近に引き抜き力Ｆ２が作用する。
ここで、杭１２を厚さ９．５mm、直径が５０８mmになるシーム鋼管とし、外管１４を、厚さ９．５mm、直径が７１１．２mmになるシーム鋼管とすると、ボルト直径が３６mmの補強ボルト２８を、杭頭部１２ａ及び外管１４を貫通させた。
【００２４】
この補強ボルト２８を使用し、杭１２及び杭１２の周囲にモルタル（普通モルタル）を充填して杭の引き抜き試験（試験条件：静的載荷試験、破壊までの単調載荷）を行ったが、その結果、補強ボルト２８を有しない他は同様の条件になる結合構造体においては荷重の増加は停止したであろうと考えられる点以降もボルトの曲げ耐力により再び荷重が緩やかに増加し２４０．１ｔｆ［2.35×106 Ｎ］の最大荷重を確認できた。
【００２５】
したがって、図７に示す具体例においても、杭１２の打設誤差により桁１８と多少の偏心が生じた場合にも簡単に結合が可能であり、溶接を不要として現場作業の省力化を図るとともに、コンパクトな構造ながら杭頭部１２ａに大きな押し込み荷重Ｆ１、引き抜き荷重Ｆ２が作用しても、十分に対抗し得る耐力を発生する山岳道路の拡幅工事を行うことができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の杭と桁の結合構造体によると、従来、不可欠であった現場溶接の工程を省くことができるとともに、杭の打設において多少の偏心があっても、正常に結合構造体を構築することができる。また、蓋部の下面と杭頭部の頂部との間に蓋部補強部材を介在させたことにより、桁に押し込み荷重が作用しても蓋部の剛性を高めることができ、杭と桁との結合部分を過大に大型構造としなくても、強度を長期にわたって維持することができる。
【００２７】
また、請求項２記載の杭と桁の結合構造体によると、蓋部補強部材を井桁状に組み込んだ板状部材で構成しているので、蓋部から注入したモルタル又はコンクリートは、各板状部材の間を通過して、杭の内部や、杭頭部及び外管の間の隙間に向けてスムーズに流れていくので、充填作業を容易に行うことができる。
さらに、請求項３記載の杭と桁の結合構造体によると、補強ボルトが杭頭部及び外管を貫通していることで、桁に引き抜き荷重が作用しても杭と桁の結合力を高めることができる。したがって、さらに、杭と桁の結合部分の強度を長期にわたって維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の杭と桁の結合構造体を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第１実施形態で使用している蓋部補強部材を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の杭と桁の結合構造体を示す平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】第１実施形態の構造体を採用した山岳道路の拡幅工事を示す図である。
【図７】第２実施形態の構造体を採用した山岳道路の拡幅工事を示す図である。
【図８】従来の杭と桁の結合構造体を採用した山岳道路の拡幅工事を示す図である。
【符号の説明】
１２  杭
１２ａ  杭頭部
１４  外管
１８  桁
２０  円筒部
２２  蓋部
２２ａ  注入穴（注入口）
２４  補強ビーム（蓋部補強部材）
２４ａ  板状部材
２６  モルタル又はコンクリート
２８  補強ボルト
【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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