(57)【要約】      （修正有）【課題】より簡易な構造あるいは構築方法を有する杭頭結合部であって、杭と基礎梁との間でモーメントの伝達を防止もしくは低減し、引っ張り方向、ずれ方向の力に対する強度を有する杭頭結合部およびその構築方法を提供する。【解決手段】所定の曲面形状を有し、杭の芯鉄筋２６が杭の延伸方向である上側に突出させられた杭頭１３に対し、所定半径の孔部が設けられた型枠２２を、孔部を芯鉄筋２６が貫通するよう配設すると共に、型枠２２が底部となるようにコンクリートを打設することによりフーチング１６を構築することにより、孔部の周縁部と杭頭１３とが摺動可能に接触させられ、型枠２２にはさらに、杭頭１３に線接触し、杭頭１３と摺動可能な型枠２２が設けられるように、杭頭接合部２０が構築される。【選択図】図７
2016089443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート杭の杭頭と、該杭頭と接合させられる構造物との杭頭接合部の構築方法であって、
該構造物との接触面の一部に所定の曲面形状を有し、前記コンクリート杭の芯鉄筋が該コンクリート杭の延伸方向に突出させられた杭頭に対し、
所定半径の孔が設けられた枠板部を、該孔を前記芯鉄筋が貫通するよう配設すると共に、
該枠板部が底部となるようにコンクリートを打設することにより構造物を構築することにより、前記孔の周縁部と前記杭頭とが摺動可能に接触させられること、
を特徴とする杭頭接合部の構築方法。
【請求項２】
コンクリート杭の杭頭と、該杭頭と接合させられる構造物との接合部である杭頭接合構造であって、
該杭頭は該構造物との接触面の一部に所定の曲面形状を有し、
前記コンクリート杭はその延伸方向に設けられた芯鉄筋を有し、
該芯鉄筋は前記平面部から前記構造物方向に突出しているとともに、
前記構造物は前記杭頭との接合部において枠板部を有し、
該枠板部には所定半径の孔が設けられ、前記芯鉄筋は該孔を通して構造物内に挿通されるとともに、前記孔の周縁部と前記杭頭とが摺動可能に接触させられること、
を特徴とする杭頭接合構造。
【請求項３】
前記杭頭は、該杭頭の表面を覆う金属製の蓋部を有し、
該蓋部は、前記芯鉄筋が挿通される蓋孔部を有すること、
を特徴とする請求項２に記載の杭頭接合構造。
【請求項４】
前記蓋部と前記枠板部との少なくとも一方には、少なくとも該蓋部および該枠板部が接触する範囲において摩擦低減のための加工がなされていること、
を特徴とする請求項２または３に記載の杭頭接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート杭の杭頭と、該杭頭と接合させられる構造物（その基礎梁あるいはフーチング等を含む。）との間に位置する杭頭接合部の構築方法および該杭頭接合部を有する構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート製の構造物においては、地中に打ち込まれたコンクリート製の杭の上に、構造物の一部をなす同じくコンクリート製の基礎梁あるいはフーチング（以下、単に「基礎梁」という。）が設けられ、さらに柱などが構築される。
【０００３】
コンクリート製の構造物においては、耐震性などの観点から、従来より杭と基礎梁との間が剛接合、すなわち、両者が完全に固定される接合が採用されている。一般的に、杭と基礎梁との間には、引っ張り方向の力、ずれ（剪断）方向の力、更に、杭頭モーメントが生じ、それぞれに対して耐え得る強度を確保する必要がある。しかしながら、上記剛接合においては、地震時などにおいて、特に杭頭モーメントに起因する応力が杭頭部に集中するという問題があった。そのため、剛接合を用いる場合には、杭や基礎梁にはより多くの鉄筋を設ける必要があった。それにより、多数の鉄筋を設置する構造物は、基礎梁や杭そのものを大型にする必要あり、結果的に構造物の高コスト化の要因になった。
【０００４】
これに対し、杭頭モーメントの伝達を低減することのできる杭頭接合方法が提案されている。具体的には、杭頭を基礎梁との接合部位において、杭頭の断面積を小さくした上で基礎梁と接合する、いわゆる半剛接合により接合する方法や、または、杭頭と基礎梁との相対的な変位を許容するピン接合とする方法である。特許文献１は前記ピン接合の一例であり、杭頭と基礎梁とを積層ゴム体で接合することにより相対的な変位を許容するとともに、拘束体を設けることによりその変位の量を所定の範囲に制限する構造が提案されている。このようにすれば、杭と基礎梁とを結合する剛結合（杭頭接合部の回転変位を拘束する状態）による杭頭固定結合とは異なり、杭頭接合部に発生する地震時応力が大幅に緩和されるという効果が得られる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２００８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の杭頭ピン結合によれば、杭と基礎梁との間の相対的な変位を許容する積層ゴムや、その積層ゴムの変形を一定範囲内で許容するための拘束体などを設ける必要があり、杭頭接合部の構造が複雑となるという問題があった。また、杭頭接合部に生じる力、特に、杭と基礎梁との結合部分に生ずる力の内、引っ張り方向（杭の長手方向）の力、ずれ方向（杭頭接合部を剪断する方向）の力に対する強度は十分なものに達しているとは言えないことがある。このような場合、地震時などにおいて杭頭接合部に加わる力に対し十分な性能を発揮しつつ、杭頭接合部の構造を簡素化するという課題を解決するためには、依然として大きな改良の余地があった。
【０００７】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、より簡易な構造あるいは構築方法を有する杭頭接合部であって、杭と基礎梁との間でモーメントの伝達を防止もしくは低減しつつも、引っ張り方向、または、ずれ方向の力に対する強度を有する杭頭接合部の構築方法およびその杭頭接合部を有する構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するための請求項１にかかる杭頭接合部の構築方法は、（ａ）コンクリート杭の杭頭と、該杭頭と接合させられる構造物との杭頭接合部の構築方法であって、（ｂ）該構造物との接触面の一部に所定の曲面形状を有し、前記コンクリート杭の芯鉄筋が該コンクリート杭の延伸方向に突出させられた杭頭に対し、（ｃ）所定半径の孔（前記芯鉄筋の太さに比べ、大きめの孔）が設けられた枠板部を、該孔を前記芯鉄筋が貫通するよう配設すると共に、（ｄ）該枠板部が底部となるようにコンクリートを打設することにより構造物を構築することにより、前記孔の周縁部と前記杭頭とが摺動可能に接触させられること、を特徴とする。また、請求項２にかかる杭頭接合部を有する構造物は、（ａ）コンクリート杭の杭頭と、該杭頭と接合させられる構造物との接合部である杭頭接合構造であって、（ｂ）該杭頭は該構造物との接触面の一部に曲面形状を有し、（ｃ）前記コンクリート杭はその延伸方向に設けられた芯鉄筋を有し、（ｄ）該芯鉄筋は前記平面部から前記構造物方向に突出しているとともに、（ｅ）前記構造物は前記杭頭との接合部において枠板部を有し、（ｆ）該枠板部には所定半径の孔（前記芯鉄筋の太さに比べ、大きめの孔）が設けられ、前記芯鉄筋は該孔を通して構造物内に挿通されるとともに、前記孔の周縁部と前記杭頭とが摺動可能に接触させられること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の杭頭接合部の構築方法、および、請求項２の杭頭接合部を有する構造物によれば、接触面の一部に所定の曲面形状を有し、前記コンクリート杭の芯鉄筋が該コンクリート杭の延伸方向に突出させられた杭頭に対し、所定半径の孔が設けられた枠板部を、該孔を前記芯鉄筋が貫通するよう配設すると共に、該枠板部が底部となるようにコンクリートを打設することにより構造物を構築することにより、前記孔の周縁部と前記杭頭とが摺動可能に接触させられるように、杭頭接合部が構築されるので、コンクリート杭と構造物とが相対的に変動しやすい構造を有する杭頭接合部を提供することができる。また、曲面形状を有する杭頭と孔を有する枠板部とが接触し、それらが摺動可能とされるので、杭頭と枠板部とがそれぞれ凸曲面と凹曲面とを有し、それらが面接触するように構成される場合のように、両者に精度よく曲面が加工される必要がないので、施工が容易となる。
【００１０】
好適には、前記杭頭接合部の構築方法あるいは前記杭頭接合部を有する構造物において、（ａ）前記杭頭は、該杭頭の表面を覆う金属製の蓋部を有し、（ｂ）該蓋部は、前記芯鉄筋が挿通される蓋孔部を有すること、を特徴とする。このような構成の場合、コンクリート製の杭頭よりもさらに摩擦係数が低い金属製の蓋部と構造物の枠板部とが接触するので、杭頭と構造物とが容易に相対的に変位するので、杭頭部に地震などの大きな力が作用する場合においても杭頭モーメントを伝達せず、逃がすことができる。
【００１１】
また好適には、前記杭頭接合部の構築方法あるいは前記杭頭接合構造は、前記蓋部と前記枠板部との少なくとも一方には、少なくとも該蓋部および該枠板部が接触する範囲において摩擦低減のための加工がなされていること、を特徴とする。このような構成の場合、杭頭と構造物との摩擦がより小さくなるので、杭頭と構造物とが容易に相対的に変位するので、杭頭部に地震などの大きな力が作用する場合においても杭頭モーメントを伝達せず、逃がすことができる。
【００１２】
また好適には、前記蓋部には、蓋部に対し径方向外側にかかる力に対してその蓋部が変形するのを防止するための補強材が設けられている。このような構成の場合、構造体において軸力が杭頭に伝達される際に、その軸力が杭の径方向に広がろうとする場合であっても蓋部の変形を抑制することができる。この補強材は好適には円環状の金属であり、溶接などにより蓋部の内側、もしくは外側に該蓋部を周方向に囲むように設けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例を説明する図である。図１に示すように、杭１２と構造物１４との間、より正確には、杭の頂部である杭頭１３と、構造物１４の基礎梁１５に設けられたフーチング１６とが杭頭接合部２０において接合されている。杭頭接合部２０は、杭１２と構造物１４との接合部分であって、具体的には、少なくとも後述する杭頭１３および型枠２２を含んで構成される。さらに詳細には杭頭１３を構成する蓋部２４および蓋孔部２４、杭１２を構成する杭主筋２８および補強フレーム３０、構造物１４のうち実際に杭頭１３を接する型枠２２、型枠に設けられた凹部２１および型枠孔部２３、杭１２とフーチング１６とを連結する芯鉄筋２６を含むものとされてもよい。図１の例においては、構造物１４は、４本の杭１２の上にそれぞれ４つのフーチング１６が設けられており、それら４本の杭１２および対応するフーチング１６に対して杭頭接合部２０が設けられている。本実施例における杭頭接合部２０が、本発明の杭頭接合構造に対応する。なお、本実施例における前述の杭１２の数やフーチング１６の数、構造物の大きさなどは単なる例示に過ぎず、これ以外の態様も可能である。
【００１５】
図２は、杭頭接合部２０、すなわち、図１において円Ａで囲まれた部分を拡大して説明する外観図である。図２に示すように、杭１２の上端部である杭頭１３は蓋部２４により覆われている。杭頭１３および蓋部２４は、接触面の一部に球面形状を有している。接触面は、相互に対向する位置に、例えば略球面状などの曲面形状を有している。なお、以下の説明においては蓋部２４を含めた杭頭１３部分を杭頭部と称する。杭１２は、立坑に、後述する杭主筋２８や補強フレーム３０など（図４〜６などを参照）を配設した後にコンクリートを打設することによって設けられるものであり、杭頭１３はその先頭部を前記曲面形状となるように例えば切削加工を行なうことにより設けられる。そのようにして設けられた杭頭１３に、接着剤として例えばモルタルが塗布され、蓋部２４がかぶせられる。このようにして杭頭１３に蓋部２４が固定される。
【００１６】
フーチング１６の底部には型枠２２が設けられる。この型枠２２が本発明の枠板部に対応する。その型枠２２は、フーチング１６の底面を形成するための底面用型枠２２ａと、杭頭接合部を構成する凹部２１を形成するための凹部用型枠２２ｂとを含んでいる。凹部用型枠２２ｂは図２においては破線で示されている。型枠２２に沿ってコンクリートが打設されることにより、フーチング１６の底部から見て上側（図２においても上側）に凹形状となる凹部２１が形成される。この凹部２１に、図２の点線で示すように、杭頭部、すなわち杭頭１３の先端部が収容されるようになっている。型枠２２は、コンクリートが打設されてフーチング１６が構築される際に、型枠として用いられるものであり、杭１２に型枠２２が設けられた後にコンクリートが打設されるような場合には、型枠として用いられるとともにコンクリートの打設が完了した後も取り外さないまま、いわゆる捨て型枠とされてもよい。型枠２２は公知の方法、例えば図示しないアンカーボルトなどによりフーチング１６に固定される。
【００１７】
図３は、本実施例における杭頭部の構成、および、杭頭接合部２０の構成を説明する図である。このうち図３（ａ）は、杭１２の長手方向先端部分を上（図２における上）から見た図である。本実施例においては杭１２は円柱状であり、その先端部である杭頭１３は蓋部２４により少なくともその一部が覆われている。蓋部２４は前述の通り曲面形状を有する板であり、例えば、鉄やステンレスである。本実施例においては、蓋部２４は例えば厚さ９ｍｍ程度の鋼板により形成される。この蓋部２４は、コンクリートを打設して杭１２を構築する際に捨て型枠とされてもよい。蓋部２４の曲面形状は、杭頭１３の形状に対応したものであり、例えば、杭頭１３が球面形状である場合には、蓋部２４も球面形状を有する。このようにして、蓋部２４の内面と杭頭１３の外面とが両者の間に塗布される前記接着剤としてのモルタルを介して接着される。また、蓋部２４には、杭頭１３の図３（ａ）における中心部分に蓋孔部２５として貫通孔が設けられている。そのため、蓋孔部２５を通して杭１２の頂部の杭頭１３のコンクリートが露出している。なお、蓋孔部２５から露出する杭頭１３のコンクリートは、蓋孔部２５を端縁とする平面形状とされてもよいし、蓋部２４から連続する様に曲面形状とされることによりその曲面形状からなる凸部が蓋孔部２５から膨出するものであってもよい。さらに、杭１２の内部には、複数本の芯鉄筋２６が杭１２の長手方向に延びるように設けられ、その芯鉄筋２６が杭１２の先端部分から突出するように延設されている。なお、図３（ａ）においては、杭１２の同心円上に設けられた一部の芯鉄筋２６の符号は省略されている。また、芯鉄筋よりも杭１２のさらに径方向外側には、複数本の杭主筋２８が同心円上に杭１２の長手方向に延びるように設けられている。図３（ａ）においては、一部の杭主筋２８の符号も省略されている。これら複数本の芯鉄筋２６は前記蓋孔部２５を通る位置に設けられており、蓋孔部２５を貫通できるように、杭１２から鉛直上方に飛び出ている。後述するように、これら芯鉄筋２６は杭１２とフーチング１６とを固定するための鉄筋として用いられる。
【００１８】
また、図３（ｂ）は、杭頭接合部２０を構成する型枠２２との関係を説明する図であって、図３（ａ）における杭１２のＡ−Ａ’断面を示す図である。図３（ａ）に示す様に、杭頭１３における杭１２の径を杭頭部径Ｂ、蓋部２４の径を外側径Ｂｏ、蓋部２４における蓋孔部２５の径をＢｉとした場合において、型枠２２の凹部用型枠２２ｂ内に杭頭１３が収容されるように凹部２１の大きさが決定される。すなわち、凹部２１の径βｏ（図６（ｂ）参照）は杭頭部径Ｂよりも大きく設定される。さらに凹部用型枠２２ｂには、その凹部用型枠２２ｂを貫通する所定半径の型枠孔部２３が設けられている。この型枠孔部２３が本発明の所定半径の孔に対応する。後述するように前記芯鉄筋２６がその型枠孔部２３を通ってフーチング１６内に延出するように型枠孔部２３が配置される。
【００１９】
さらに、凹部用型枠２２ｂが杭頭部の蓋部２４に接する様に置かれた後にコンクリートが打設されると、その打設されたコンクリート、すなわちフーチング１６が蓋孔部２５から露出する杭頭１３のコンクリートと接合し、杭頭接合部２０を形成する。このとき、型枠孔部２３（図３（ｂ）における接触円）の径の大きさβｉ（図６（ｂ）参照）は、蓋部２４の外側径Ｂｏよりも小さく、内側径Ｂｉよりも大きくなるように決定される。すなわち、本発明の所定半径に対応する型枠孔部２３の径の大きさβｉは、杭１２の杭頭１３において芯鉄筋２６が設けられた部分を囲む内側径Ｂｉよりも大きめになるようにされている。また、この杭頭接合部２０におけるフーチング１６と杭頭１３との接触面（接触円）の面積は、例えば柱面積の０．８倍程度の大きさとされる。これは、コンクリートの軸耐力は拘束材の拘束効果により２０％程度上昇が見込まれることを考慮して決定されたものである。この接触面の面積は、例えば、杭１２の太さとの関係において、その接触面の直径βｉが杭径の１／３程度とされる。
【００２０】
また、杭頭１３における内側径Ｂｉの大きさ、すなわち杭頭１３における蓋部２４の蓋孔部２５の直径Ｂｉは、少なくとも、芯鉄筋２６の本数が例えば後述する方法により決定される場合に、その本数の芯鉄筋２６が配筋できる大きさとされる。具体的には例えば、杭径Ｂ（杭の長手方向に垂直な面における直径）の１／３乃至１／４程度の大きさとされる。さらに、杭頭１３における外側径Ｂｏの大きさ、すなわち杭頭１３における蓋部２４の直径Ｂｏは、杭１２とフーチング１６とが相対的に回動する際に生じる杭頭部の滑り（Ｒθ、図８参照）によりフーチング１６と杭１２とが干渉しないように定められる。具体的には例えば、杭径Ｂの１／２程度の大きさとされる。
【００２１】
図４は、杭１２の図３におけるＡ−Ａ’断面を説明する図である。図３におけるＡ−Ａ’断面とは、杭１２を長手方向に切断した断面である。図４に示すように、杭１２の先端部である杭頭１３には蓋部２４が被せられており、さらにその蓋部２４の中央には、例えば切欠いて設けられた蓋孔部２５が設けられている。前述のように、杭１２の内部に固定された複数本の芯鉄筋２６が蓋孔部２５を通して杭頭１３から突き出している。また、杭１２の強度を保つため、杭には複数の杭主筋２８が杭１２の長手方向に設けられている。さらに杭１２には杭頭部１３のコンクリートを拘束し、芯鉄筋を定着させるための補強フレーム３０が設けられるとともに、前記杭主筋２８の位置決めする結束線３２が設けられている。なお、図４の例においては、補強フレーム３０は、杭頭部１３を含む杭１２の上側部分に設けられているが、上述のように杭頭部１３のコンクリートの拘束という目的を達するものであれば補強フレーム３０を杭１２のどの程度の部分に設けるかは限定されるものではなく、また、補強フレーム３０を設けなくても杭頭部１３のコンクリートが十分強固となる場合には必ずしも補強フレーム３０を設ける必要はない。
【００２２】
図５（ａ）は、杭１２の図４におけるＢ−Ｂ’断面を説明する図である。図４におけるＢ−Ｂ’断面とは、杭１２をその長手方向に垂直な断面である。図５に示すように、杭１２のうち、杭頭１３を含む先端部分には、補強フレーム３０が設けられている。補強フレーム３０は、例えば複数本の芯鉄筋２６を取り囲む大きさの、すなわち複数本の芯鉄筋２６の外側に設けられた円環状の内側環状フレーム３０ａと、複数本の杭主筋２８のそれぞれに取り囲まれる大きさの、すなわち複数本の杭主筋３８の内側に設けられた円環状の外側環状フレーム３０ｂと、それら内側環状フレーム３０ａおよび外側環状フレーム３０ｂとを連結するための杭の断面において径方向に（その断面とたとえば同心円状に）延びる連結フレーム３０ｃとを含んで構成されている。補強フレーム３０は、例えば棒状の鋼鉄などを、例えば所定形状の内側環状フレーム３０ａ、円環状の外側環状フレーム３０ｂ、および連結フレーム３０ｃにそれぞれ形成し、それらが溶接されることなどにより作製される。この補強フレーム３０により、杭頭部１３などにおいてコンクリートを拘束することができ、杭頭部１３と後述する型枠２２との間に剪断方向の力が加わる場合においても杭頭部１３の強度を維持することができる。また、この補強フレーム３０の内側環状フレーム３０ａを用いて芯鉄筋２６を、また、外側環状フレーム３０ｂを用いて杭主筋３８をそれぞれ固定する、すなわち配筋することにより、芯鉄筋２６や杭主筋２８の固定のために部材を別途設ける必要なくなり、コストが低減できるという効果が得られる。
【００２３】
図５（ｂ）は、杭１２の杭頭部１３の構造を説明するための図であって、杭頭部１３を長手方向と直角の向きから見た図である。この図５（ｂ）においては、説明のために打設されるコンクリートを省略している。図５（ｂ）に示すように、補強フレーム３０に固定された複数本の芯鉄筋２６が、杭１２の内部から上向きに突出するように設けられており、それら複数本の芯鉄筋２６は、蓋部２４の蓋孔部２５を通って伸びている。また、複数本の杭主筋２８は、補強フレーム３０に固定されるとともに、結束線３２により相互に連結されて位置が固定されている。なお、芯鉄筋の本数は、後述するように、杭頭接合部２０に生じるせん断力の大きさに応じて決定する。具体的には例えば、せん断方向への力が加わる際の終局時（曲げ終局時）におけるせん断力の大きさに基づいて、その終局時におけるせん断力によって破断することのないよう、一定の余裕をもって決定される。杭１２は例えば場所打ち杭であり、地中に掘られた穴に上述のよう杭主筋２８、補強フレーム３０、芯鉄筋２６などが配設された後にコンクリートを打設することによって設けられる。さらにコンクリートが打設された杭頭１３部分を、その表面が所定の半径を有する曲面となるように、必要な場合にはさらに、蓋孔部２５に対応する部分を平面とするように削り出すようにしてその形状が整えられる。
【００２４】
図６は、型枠２２の形状を説明するもので、このうち、図６（ａ）は型枠２２を下側（すなわち、図２、４などにおける下側、言い換えれば杭１２側）から見た図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＣ−Ｃ’断面の図であり、型枠２２を横側（言い換えれば図２、４などを正面から）見た場合の断面図である。型枠２２は例えば厚さ９ｍｍ程度の鋼板などの金属板などによって構成される。型枠２２には円形状の孔である型枠孔部２３が設けられている。型枠孔部２３の径はβｉである。また、型枠２２には前記型枠孔部２３の中心と同心で、かつ、型枠孔部２３の径βｉよりも大きい径で段部３４が、底部用型枠２２ａから上側へ立ち上がるように設けられている。この段部３４は、例えばプレス加工により、底部用型枠２２よりも所定高さγだけ上側に突出させられている。言い換えれば、底面に前記型枠孔部２３を有する有底円筒状の段部３４が、その底面が上となるように凹部用型枠２２ｂとして設けられている。
【００２５】
図７は、杭１２の上にフーチング１６が構築される場合の図であり、本発明における杭頭１３とフーチング１６との接合部である杭頭接合部２０の構成およびその構築方法を説明する図である。図５を用いて説明したように構築された杭１２に対し、続いて、型枠２２が重ねられる。このとき、杭頭１３に被せられた蓋部２４、あるいはその蓋孔部２５の中心と、型枠２２の段部３４、あるいは型枠２２の孔部２３の中心とが略一致するように型枠２２を設置することにより、蓋部２４の蓋孔部２５を通って突出している杭１２の芯鉄筋２６は型枠２２の孔部２３を通って、その後打設されるフーチング１６のコンクリート内に位置させられる。そして、フーチング１６のためのコンクリート枠を設置し、コンクリートを打設することによりフーチング１６を構築するが、この際、前述の型枠２２をコンクリート枠の一部として利用することができる。そして、型枠２２はコンクリートの固化後においてもそのままフーチング１６と一体的に用いられる。
【００２６】
このように構築された杭頭接合部２０においては、図７に示すように、杭１２とフーチング１６とが個々に形成されているとともに、フーチング１６と接する杭頭１３の蓋部２４が球面形状を有していることから、特に大きな杭頭モーメントが加わったような場合には、杭頭１３の蓋部２４とフーチング１６の型枠孔部２３の周縁部とが摺動することにより杭１２とフーチング１６との相対的な変位が許容される。その際、円環状に設けられた前記型枠孔部２３の周縁部と球面形状とされた蓋部２４とが線接触しているので、杭１２とフーチング１６との相対的な変位をより滑らかに生じさせることができる。
【００２７】
さらに、このように構築された杭頭接合部２２においては、前述のように杭頭モーメントが生じた場合には杭１２とフーチング１６との相対的な変位を許容することができるのに加え、芯鉄筋２６が杭１２とフーチング２６との間に配設されているので、引っ張り方向（杭の長手方向）の力、ずれ方向（杭頭接合部を剪断する方向）の力に対しても十分な剛性を有する。
【００２８】
前述の図３に示したように、型枠２２の型枠孔部２３（図３における接触円）の径βｉ（図６参照）は、蓋部２２の蓋孔部２３の径Ｂｉよりも大きい値とされている。また、段部３４の突出長さγは、杭頭１３の型枠２２の突出方向（図６の上下方向）における長さと、杭頭モーメントが生じた場合における杭１２とフーチング１６との相対的な変位量の最大値を考慮して決定される。具体的には、後述する図１０に示すように杭１２とフーチング１６とが相対的に変位した場合において、想定される最大の変位量に対しても段部３４が蓋部２２の上から落ちることがないようにその大きさが決定される。この杭頭１３の型枠２２の突出方向長さは、杭の太さや杭頭の球面形状に対応する半径などにより決定される。
【００２９】
図８は、本実施例によって構成される杭頭接合部、すなわち杭頭接合構造を有する構造物１４を説明する図である。この図８を用いて杭頭接合部２０を介した軸力（鉛直軸方向の力）の伝達について説明する。図８に示すように、杭１２とフーチング１６とが杭頭接合部２０により接合されている。またフーチング１６は、水平方向に延びる基礎梁１５と一体に設けられるとともに、フーチング１６の上部には柱１７が設けられている。これら基礎梁１５や柱１７はいずれも鉄筋コンクリートなどにより作られている。
【００３０】
柱１７の内部には、その長手方向（すなわち図９の上下方向）に柱主筋１９が通されており、その柱主筋１９はさらに下方向に伸びてフーチング１６の内部までとどいている。また、前述の様に杭１２の杭主筋２６も前記杭頭接合部２０を介してフーチング１６内まで伸びている。フーチング１６内には、これら柱主筋１９や杭主筋２６を拘束するための拘束材１８が複数設けられている。
【００３１】
図８に示す構成においては、柱１７からその下にあるフーチング１６に構造物の質量などに相当する荷重が、軸方向の力、すなわち軸力Ｎとして伝達される。この軸力Ｎは、符号Ｎ１を付した複数の矢印（以下「矢印Ｎ１」という。）で概念的に示す様にフーチング１６内において広がる様に伝達される。前述の様にフーチング１６内には拘束材１８が設けられていることから、いったん矢印Ｎ１の方向に広がろうとした軸力が、符号Ｎ２を付した複数の矢印（以下「矢印Ｎ２」という。）のように拘束材１８の中心に向かって再度集中する。その結果、前記軸力Ｎは、軸方向（図９の下向き）の軸力Ｎ３としてフーチング１６から鉛直下向きに、杭頭接合部２０を介して杭１２に伝達される。
【００３２】
また、フーチング１６から杭１２に伝わった軸力Ｎ３は、杭頭部１３が略球面形状を有していることから、杭１２内において符号Ｎ４を付した複数の矢印（以下「矢印Ｎ４」という。）で概念的に示す様に杭の中心から径方向外側に向かって広がって伝達しようとする。そのため、杭頭部１３においても外向きの力（後述する図９におけるＦ）が加わり、その蓋部２４の下部が広がろうとすることが考えられる。そこで、蓋部２４の変形を防止するために蓋部２４には補強材３５が取り付けられてもよい。
【００３３】
フーチング１６と杭１２とは狭い断面積を有する杭頭接合部２０において接触している。そのため、フーチング１６と杭１２との間の軸力の伝達においては、杭頭接合部２０に力が集中することとなる。そのため、杭頭部に破壊が生じない様、前述の様に補強フレーム３０、特に芯鉄筋２６を補強する補強フレーム３０ａが設けられている。
【００３４】
なお、図８においては、蓋部２４の形状が図３などのものと異なっているが、これは蓋部２４の他の実施態様を示している。すなわち、蓋部２４は図３などに示す様に、杭頭１３の略球面状の凸部のみを覆う様に設けられても良いし、図８に示す様に、杭頭１３の前記凸部に加え、杭１２の上部までをも覆う様に設けられてもよい。このように蓋部２４は、少なくとも杭頭１３の略球面状部分の一部、すなわち杭頭接合部１３において型枠孔部２３の周縁部分と摺動する部分を覆うものであればよい。
【００３５】
図９はこの補強材が設けられる構成の概要を説明する図である。補強材３５は例えば円環状に形成された鉄筋などであり、図９に示す様に例えば蓋部２４の内側（杭側）に溶接などによって固定されて構成される。なお、補強材３５は、蓋部２４と型枠２２との摺動の妨げとならない位置であれば、蓋部２４の外側に溶接されて固定されてもよい。この補強材３５により、柱１７からの力が杭頭１３や蓋部２４における図９のＦ方向に働き、蓋部２４が広がるのを防止することができる。
【００３６】
図１０は、本実施例の杭頭接合部２０を有する構造体に横向きの力Ｆｓが加わった場合における杭１２とフーチング１６とが相対変位する様子を説明する図である。図１０においては、変位前の杭１２の位置を一点鎖線で、また、変位後の杭１２の位置を実線で示している。
【００３７】
構造物２０に横方向の力Ｆｓが加わると、フーチング１６から杭頭接合部２０で接合された杭１２へは、芯鉄筋２６によりその横方向の力が伝わり、剪断方向の力Ｑがそれぞれ働くこととなる。かかる横方向の力Ｆｓが加わる前においては、杭頭接合部２０において杭１２の杭頭１３とフーチング１６とが付着している。横方向の力Ｆｓがこの付着を切る程大きいものである場合には、型枠２２の段部３４における側面３４ａと、杭頭１３の側面１３ａとが接触することで力の伝達が行なわれる。
【００３８】
横方向の力Ｆｓが伝達されると、杭頭部１３の蓋部２４とフーチング１６の型枠２２における孔部２３の端縁部との間にすべりＳを生ずる。このとき、杭頭部１３および蓋部２４は前述の様に略球面形状を有しているので、円環状である孔部２３の端縁部との間で線接触しており、滑らかにすべることができる。
【００３９】
このように、杭頭部１３とフーチング１６とに剪断力が働き、両者が水平方向に相対的に移動することにより軸心がずれ、曲げモーメントＭθが生ずる。ここで、曲げモーメントＭθの大きさは、
Ｍθ＝Ｎδ＋ｈ０Ｑ
で表される。なお、Ｎは軸力の大きさ（Ｎ）、δは水平変位の大きさ（ｍ）、ｈ０は杭頭部１３の球面部分高さ（ｍ）、Ｑは剪断力（Ｎ）である。また、図１０におけるＢは杭径（ｍ）、Ｒは蓋部２４の回転半径（ｍ）、θは杭１２の回転角（ｒａｄ）である。
【００４０】
杭頭部は、杭１２の回転により杭１２の外側が図１０に示す様に上下方向にＢ／２ｓｉｎθ変位するため、杭頭１３とフーチング１６とが干渉しない様にその回転半径Ｒの値が決定される。具体的には例えば、回転半径Ｒは、Ｒ＝Ｂ／２のように決定される。ここでＢは杭径である。
【００４１】
前述の実施例によれば、接触面の一部に所定の曲面形状を有し、杭１２の芯鉄筋２６が杭１２の延伸方向である上側に突出させられた杭頭１３に対し、所定半径の孔部２３が設けられた型枠２２を、孔部２３を芯鉄筋２６が貫通するよう配設すると共に、型枠２２が底部となるようにコンクリートを打設することによりフーチング１６を構築することにより、型枠孔部２３の周縁部と杭頭１３とが摺動可能に接触させられるので、杭１２とフーチング１６とが相対的に変動しやすい構造を有する杭頭接合部２０を提供することができる。また、曲面形状を有する杭頭１３と型枠孔部２３を有する型枠２２とが接触し、それらが摺動可能とされるので、杭頭１３と型枠２２とがそれぞれ凸曲面と凹曲面とを有し、それらが面接触するように構成される場合のように、両者に精度よく曲面が加工される必要がないので、施工が容易となる。
【００４２】
また前述の実施例によれば、杭頭１３は、その杭頭１３の表面を覆う金属製の蓋部２４を有し、蓋部２４は、前記芯鉄筋２６が挿通される蓋孔部２５を有するので、コンクリート製の杭頭１３よりもさらに摩擦係数が低い金属製の蓋部２４とフーチング１６の型枠２２とが接触するので、杭頭１３とフーチング１６とが容易に相対的に変位するので、杭頭１３に地震などの大きな力が作用する場合においても杭頭モーメントを基礎梁に伝達する必要がなく、逃がすことができる。そのため、構造物１４の構築に要する費用を数％程度低減することができる。
【００４３】
また前述の実施例においては、前記蓋部２４と前記型枠２２との少なくとも一方には、少なくとも該蓋部２４および該型枠２２が接触する範囲において摩擦低減のための加工がなされていること、を特徴とする。このようにすれば、杭頭１３と構造物１４との摩擦がより小さくなるので、杭頭１３と構造物１４とが容易に相対的に変位するので、杭頭部に地震などの大きな力が作用する場合においても杭頭モーメントを伝達せず、逃がすことができる。
【００４４】
続いて、本発明の別の実施例について説明する。以下の説明において、実施例相互に共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例２】
【００４５】
図１１は、本発明の別の実施例を説明する図であって、図７に対応する図である。前述の実施例においては図７などに示す様に、杭頭１３は杭１２の先端部分の径方向の中心から一部が略球面状の凸部とされ、その他の部分は杭１２の軸に垂直な断面形状とされていた。すなわち、杭頭部径Ｂと外側径Ｂｏとが異なるものとされていたが、このような態様に限られない。すなわち、図１１に示す様に、略球面状の凸部が杭１２の先端部分の径方向全体に渡って設けられてもよい。このような態様であっても杭頭１３が段部３４に収容されることにより、前述の実施例と同様の効果を生ずる。
【実施例３】
【００４６】
図１２は、本発明の別の実施例を説明する図であって、図７に対応する図である。前述の実施例においては、図７に示すように型枠２２を底部用型枠２２ａと凹部用型枠２２ｂとから構成することにより段部３４を設けた。本実施例においては、段部３４を型枠２２とは異なる部材により、具体的には、型枠２２に取り付けられた円環状の金属３８により構成される。なお、以下の実施例においては、杭頭１３は図１１に示すものと同様の形状を用いて説明するが、杭頭１３の形状は図７に示すものであっても図１１に示すものであっても同様に適用可能である。
【００４７】
図１２に示すように、前述の実施例と同様、本実施例の型枠２２は杭頭１３に被せられた蓋部２４と当接し、杭１２から延出する芯鉄筋２６が貫通する蓋孔部２５を有しているが、前述の実施例における凹部用型枠２２ｂを有しておらず、平板状の型枠２２から構成されている。言い換えれば、本実施例においては、型枠２２は底部用型枠２２ａのみからなり、その底部用型枠２２ａに型枠孔部２３が設けられている。円環状の金属３８は、例えば断面が長方形などの形状を有しており、その上下方向の高さγは、前述の実施例における段部３４の高さγと同様に設計される。この円環状の金属３８はその上端が例えば溶接などにより型枠２２に一体的に固定される。円環状の金属３８の大きさや固定される位置は、前述の実施例１の段部３４の一と同様に、杭１２とフーチング１６との相対移動が行なわれた場合に、その移動量が最大となった場合でも杭１２が段部３４（円環状の金属３８）を乗り越えて外れることがないように決定される。また、円環状の金属３８は、その断面が一様に金属とされてもよいし、上記目的に鑑みた強度が得られる限り中空とされてもよい。
【００４８】
上述の実施例においては、本実施例においては段部３４は、前記型枠２２に設けられた円環状の金属３８であるので、段部３４を設けることによる前述の実施例と同様の効果が得られるとともに、型枠２２が平面形状とされるのでその製造が容易・安価に行なわれるという効果が得られる。
【実施例４】
【００４９】
図１３は本発明の更に別の実施例を説明する図であって、図７に対応する図である。前述の図７においては、杭頭接合部２０において杭頭１３の蓋部２４と型枠２２の型枠孔部２３の周縁部とが接する様に設けられた。一方、図１３においては、杭頭１３の蓋部２４は、型枠孔部２３の周縁部に加え、さらに型枠に設けられた別の箇所においても杭頭１３の蓋部２４と接する様にされる点が異なる。
【００５０】
すなわち、前述の図７においては、型枠２２の凹部用型枠２２ｂは有底円筒状の凹部を形成していたが、本実施例においては図１３（ａ）に示す様に、型枠２２の凹部用型枠２２ｂは２つの異なる径および深さの有底円筒の組み合わせからなる凹部が設けられている。具体的には凹部用型枠２２ｂは、底部用型枠２２ａから相対的に大径かつ浅底の有底円筒状の第１凹部とともに、その第１凹部と同心に設けられる相対的に小計かつ深底の有底円筒状の第２凹部とが重複して設けられる。これにより、凹部用型枠２２ｂは前記第１凹部により第１段部３４ａを、また、前記第２凹部により第２段部３４ｂとが設けられ、それら第１段部３４ａおよび第２段部３４ｂの間に凸部３７が設けられる。
【００５１】
ここで、前記第１凹部および第２凹部の径および深さの大きさは、凹部用型枠２２の型枠孔部２５の周縁と凸部３７との両方が杭頭１３の蓋部２４に接する様にその大きさが決定される。このようにして形成された凹部用型枠２２ｂは、その型枠孔部２５の周縁と凸部３７との両方が杭頭１３の蓋部２４に接することができるので、接触部分における荷重の集中を緩和することができる。
【００５２】
図１３（ｂ）は、凸部３７を設けるさらに別の態様を説明する図である。図１３（ａ）における第１凹部および第２凹部を設けることに代えて、図１３（ｂ）においては、図７に示す例と同様に凹部用型枠２２ｂにより単一の凹部が設けられるとともに、その凹部の杭頭１３に対向する面に円環状の金属部材４０が設けられることにより凸部３７が設けられる。
【００５３】
具体的には、凹部用型枠２２ｂに円環状の金属部材４０が溶接等により固着される。金属部材４０は例えばその断面が矩形状とされるので、凹部用型枠２２ｂと接しているのとは反対側（図の下側）であって周方向内側の角部が杭頭１３の蓋部２４と接する凸部３７となる。なお、金属部材４０の大きさおよび取付位置は、図１３（ａ）と同様に、凹部用型枠２２ｂの型枠孔部２３の周縁部と凸部３７とが杭頭１３の蓋部２４と同時に接することができる様に決定される。
【００５４】
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。
【００５５】
例えば、前述の実施例において杭頭１３の形状は所定の曲面形状を有するものとされたが、これに限られず、型枠２２と相対的に変位する際に滑らかに摺動しうる形状であれば、他の形状、例えば楕円球の一部であってもよい。
【００５６】
また、前述の実施例における芯鉄筋２６や杭主筋２８の本数は一例であり、図示されたものに限定されるものではない。また、補強フレーム３０の形状も、実施例のものに限定されるものではなく、連結フレーム３０ｃの数が異なっていたり、内側環状フレーム３０ａ、外側環状フレーム３０ｂの形状が例えば多角形などのように円環状でなくてもよい。
【００５７】
また、前述の実施例においては、杭１２の形はその断面が円柱状のものが示されたが、これに限定されず、角柱状の杭に本実施例の形状の杭頭１３が設けられてもよい。
【００５８】
また、前述の実施例においては、構造物１４の下部にはフーチング１６が設けられ、杭１２の杭頭１３とフーチング１６とにより杭頭接合部２０が構成されるものであったが、これに限られず、構造物１４にフーチング１６が設けられない場合などにおいては、杭頭１３と基礎梁によって杭頭接合部２０が構成されてもよい。
【００５９】
また、前述の実施例２における円環状の金属３８の断面形状は長方形とされたが、これにに限られず、円や楕円形状などであってもよい。要は蓋部２４を押さえつつ、その蓋部２４と線接触して摺動可能な形状であればよい。また、同様に前述の実施例４における円環状の金属４０の断面形状も矩形状に限られず、凸部３７を構成し得るものであればいかなる形状とすることも可能である。
【００６０】
また、前述の実施例４においては、杭頭１３の蓋部２４と型枠２２とは、凹部用型枠２２ｂの型枠孔部２５の周縁部および凸部３７の２箇所において摺動可能に接していたが、それよりも多い箇所において接していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施例である杭頭接合部が適用される構造物および杭の概要を説明する図である。
【図２】本発明の一実施例である杭頭接合部の概観を説明する図である。
【図３】本発明の一実施例である杭頭接合部を構成する杭頭を上から見た場合の構成を説明する図である。
【図４】本発明の一実施例である杭頭接合部を構成する杭頭の長手方向の断面を説明する図であって、図３のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】本発明の一実施例である杭頭接合部を構成する杭の構造を説明する図である。（ａ）は杭の長手方向に垂直な断面を説明する図であり、図４のＢ−Ｂ’断面図である。（ｂ）は杭頭部分の構造をコンクリートを除いて説明する図である。
【図６】本発明の一実施例である杭頭接合部を構成する型枠の構成を説明する図であって、（ａ）はその下方向から見た図である。（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’断面図である。
【図７】本発明の一実施例である杭頭接合部の構成を説明する図である。
【図８】本発明の一実施例である杭頭接合部を介して軸力が伝達される様子を説明する図である。
【図９】本発明の一実施例である杭頭接合部を構成する杭頭の蓋部の補強材を説明する図である。
【図１０】本発明の一実施例である杭頭接合部を有する構造物において、せん断方向の力が加わった場合の杭とフーチングとの相対的な移動を説明する図である。
【図１１】本発明の別の実施例における杭頭接合部を構成する杭頭の形状を説明する図であって、図７に対応する図である。
【図１２】本発明の更に別の実施例における杭頭接合部を構成する型枠の形状を説明する図であって、図７に対応する図である。
【図１３】本発明の更に別の実施例における杭頭接合部を構成する型枠の形状を説明する図であって、図７に対応する図である。
【符号の説明】
【００６２】
１２：杭
１３：杭頭
１４：構造物
１６：フーチング
２０：杭頭接合部
２２：型枠（枠板部）
２３：型枠孔部（孔部）
２４：蓋部
２５：蓋孔部
２６：芯鉄筋
２８：杭主筋
【図１】
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【図２】
2016089443.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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【図７】
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【図８】
2016089443.tif 000010
【図９】
2016089443.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2016089443.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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