(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外殻鋼管コンクリート杭における杭頭上端部より所定長さ以上離間させた鋼管の内側位置に、内向きに突出した鋼製の環状上部端板を、前記鋼管の内側に形成された中空状の高強度コンクリート層の上端面に固定し、杭頭上端部から環状上部端板までコンクリート非充填部を設けた杭頭用外殻鋼管コンクリート杭における前記環状上部端板の上部に、鋼管の内径より小さく、環状上部端板の中空部直径より大きな外径を有する鋼製円盤を環状上部端板上に配置し、その鋼製円盤の上部に、かご鉄筋を載置し、杭頭上端部から環状上部端板上までの間を、かご鉄筋の下部を埋め込み固定するように普通強度コンクリートで充填固化させ、
圧縮力が作用した場合には、前記鋼製円盤から前記環状上部端板を介して前記高強度コンクリート層へこれを伝達させること
を特徴とする杭頭用外殻鋼管コンクリート杭の杭頭部構造。
【請求項２】
前記鋼製円盤は、前記環状上部端板上に点溶接により固定されていること
を特徴とする請求項１記載の杭頭用外殻鋼管コンクリート杭の杭頭部構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は橋梁基礎杭、建築基礎杭などの既製基礎杭等の基礎杭およびその杭頭処理に使用することができる杭頭用外殻鋼管コンクリート杭およびその杭頭部構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来使用されている外殻鋼管コンクリート杭としては、雑誌基礎工（１９９２年ｖｏｌ、２０、Ｎｏ４  第４５頁，第６３頁）などに示されているものが知られている。これは図１０に示すように、リング状（環状）の端板２１，２７を鋼管２２の上端および下端に溶接などにより固定し、その端板２１，２７間の筒状空間を高強度のコンクリート２３により充填した中空の既製外殻鋼管コンクリート杭２９であり、その杭頭処理には、例えば図１１および図１２に示すように、杭頭側面２４に鉄筋２５をフレアー溶接により固定するひげ鉄筋方式が採用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の既製外殻鋼管コンクリート杭２９を杭頭に使用する場合、
（１）既製外殻鋼管コンクリート杭２９は、１００ｍｍ程度の厚み（φ６００〜８００ｍｍの杭の場合）を持った厚肉杭であるため、中空部の直径が小さい。そのため、図１４に示すように、かご鉄筋方式の杭頭処理方法を適用しようとすると、直径の小さなかご鉄筋２６しか適用できず、これとフーチング２７ａ等との結合を高めるための鉄筋を設計上十分に配筋ができないので、安価なかご鉄筋方式による杭頭処理方法が採用できない。
（２）既製外殻鋼管コンクリート杭２９の上部端版２１を利用したスタッド鉄筋２８による杭頭処理方法を適用しようとすると、図１３に示すように、鉄筋が引っ張り力を受けた時、上部端板２１の内側部分が片持ち梁式に支持されることになり、この部分が大きくたわみ変形するので、杭頭固定度が下がり杭頭固定の設計ができず、溶接管理が簡単なスタッド鉄筋方式による杭頭処理方法が採用できない。
（３）図１２に示すような鉄筋２５を鋼管２２の上部外面にフレアー溶接で固定するひげ鉄筋方式においては、外殻鋼管コンクリート杭３（２９）が使用される設計では、杭頭に作用する曲げモーメントが大きい場合が多いため、ひげ鉄筋２５の本数を多くしようとするとひげ鉄筋２５の必要間隔が維持できず配筋ができない、太径鉄筋を使用しようとすると外殻鋼管２２（１）の板厚が一般に６から９ｍｍと薄く、薄肉のため溶接時にフレアー溶接の入熱により鋼管２２を溶かしてしまう恐れがあり、太径鉄筋による溶接を適用できず、ひげ鉄筋方式による十分な杭頭処理ができないなどの課題があった。
【０００４】
また、上部端板２１は、外殻鋼管１内に固まらない状態のコンクリートを投入し、遠心力により固化成形する既製外殻鋼管コンクリート杭２９の製造上の型枠としてしか機能していないという課題もあった。
【０００５】
前記従来の問題点を解決するために、本願請求項１に係る杭頭用外殻鋼管コンクリート杭の杭頭部構造は、外殻鋼管コンクリート杭における杭頭上端部より所定長さ以上離間させた鋼管の内側位置に、内向きに突出した鋼製の環状上部端板を、前記鋼管の内側に形成された中空状の高強度コンクリート層の上端面に固定し、杭頭上端部から環状上部端板までコンクリート非充填部を設けた杭頭用外殻鋼管コンクリート杭における前記環状上部端板の上部に、鋼管の内径より小さく、環状上部端板の中空部直径より大きな外径を有する鋼製円盤を環状上部端板上に配置し、その鋼製円盤の上部に、かご鉄筋を載置し、杭頭上端部から環状上部端板上までの間を、かご鉄筋の下部を埋め込み固定するように普通強度コンクリートで充填固化させ、圧縮力が作用した場合には、前記鋼製円盤から前記環状上部端板を介して前記高強度コンクリート層へこれを伝達させることを特徴とする。
【０００８】
本願請求項２に係る杭頭用外殻鋼管コンクリート杭の杭頭部構造は、請求項１記載の発明において、前記鋼製円盤は、前記環状上部端板上に点溶接により固定されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明における外殻鋼管１の内側に高強度コンクリート層２を備えた杭頭用の外殻鋼管コンクリート杭３は、
（１）杭頭上端部４より杭頭用かご鉄筋５の杭内埋め込み長さ寸法以上の長さ離間させた位置の鋼管内に鋼製の環状上部端板を固定し、杭頭上端部から環状上部端板までコンクリートが充填されていないコンクリート非充填部１２を設けてあるので、杭頭処理にかご鉄筋方式が採用でき、鋼管が薄肉鋼管でも、鉄筋に作用する引っ張り力が、鋼管内のかご鉄筋付着力〜鋼管内の鉄筋固定用のコンクリート〜鋼管内に固定されたずれ止め〜外殻鋼管の順に無理なく伝達できる。
【００１０】
（２）かご鉄筋部のコンクリート非充填部１２には、設計基準強度が１８Ｎ／ｍｍ2 から３０Ｎ／ｍｍ2 程度の現場打ち普通強度コンクリート１７が鋼管内全般にわたり充填され、外殻鋼管コンクリート杭の充填コンクリートには、設計基準強度が８０Ｎ／ｍｍ2 程度の高強度コンクリート２が使用された工場製作の中空コンクリートとなっている。両者の境界面が無補強の状態で圧縮力が作用した時には、かご鉄筋部５の普通強度コンクリート１７と外殻鋼管コンクリート杭３の高強度コンクリート部２の境界面で、主として使用コンクリート材料の圧縮強度差、全断面充填と中空との形状の相違から応力集中やせん断ひび割れが発生するが、本発明においては、普通強度コンクリート１７を打設するコンクリート非充填部１２の下端部には鋼製の円盤１６を敷設し、工場内で製作された高強度コンクリート部２の上端面には環状上部端板６を設置してあり、また鋼製の円盤と環状上部端板とは鋼材どうし直接荷重伝達できるようにしてあるので、普通コンクリートに作用する圧縮力は、コンクリート内に応力集中やせん断ひび割れを生じることなく、鋼製の円盤１６〜環状上部端板６を介して中空の高強度コンクリート部２に円滑に伝達できる。
【００１１】
（３）普通強度コンクリート１７を打設するコンクリート非充填部１２の下端に敷設する鋼製の円盤１６は、普通強度コンクリート打設時に底部の型枠として機能するので、非充填部１２にコンクリート１７を充填する場合、コンクリート１７の散逸が生じない。
【００１２】
（４）杭頭部は、一般に曲げモーメントが大きくなるが、本発明の杭頭部構造は、普通強度コンクリート１７を充填した充填コンクリート構造になっているので、図１２に示す、中空の高強度コンクリートを杭頭に使用した従来の外殻鋼管コンクリート杭に比べて比較的に変形性能に優れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である。外殻鋼管１の内側に高強度コンクリート層２を備えた外殻鋼管コンクリート杭３における杭頭上端部４より杭頭用かご鉄筋５（図６参照）の杭頭部内埋め込み長さ寸法Ｈ（図４参照）以上の離間させた外殻鋼管１の内側の位置に、外殻鋼管１の内径とほぼ同じ外径を有する鋼製円環状面板からなる円環状上部端板６を隅肉溶接等により固定してある。前記環状上部端板６の固定位置は、かご鉄筋５の鉄筋径に応じて、重ね継ぎ手の設計に準じて決める。たとえば、Ｄ３２の鉄筋を使用する場合は、鉄筋直径３２ｍｍの４５倍に余裕長を加え杭頭上端部より１６００ｍｍの位置に設置する。円環状上部端板６は、杭頭用かご鉄筋５におけるコンクリートに埋め込み固定されるかご鉄筋部５ａの普通強度コンクリート５ｃと外殻鋼管コンクリート杭３の高強度コンクリート部２の境界面で圧縮力の伝達が円滑に行えるよう板厚を決定すればよく、たとえば３０ｍｍ程度の板厚の鋼板を使用すればよい。鋼管１の下端部に鋼管１の外径とほぼ同じ外径を有し、かつ円環状上部鋼製端板６の中空部７と概ね同心同径の中空部８を有する鋼製の円環状下部端板９を溶接により固定している。円環状下部端板９には、下杭１０における上端板３１に現場溶接３２（図４および図５参照）により固定するための断面ほぼ半Ｕ字型の凹部からなる開先１１が、下面外周縁全体に設けられている。また円環状上部端板６より円環状下部端板９までの鋼管内空間部に高強度コンクリートを充填し、中空状のコンクリート層２を形成し、杭頭上端部４より円環状上部端板６まではコンクリート非充填部１２としている。
【００１４】
本実施形態の杭頭用外殻鋼管コンクリート杭３は、あらかじめ工場で製作される。製作する場合には、外殻となる鋼管１に、あらかじめ所定の位置に円環状上部端板６と円環状下部端板９を溶接により固定しておき、外殻鋼管１をターニングローラーの上に置き、コンクリートを円環状上部端板６と円環状下部端板９の間に投入し、遠心力により中空筒状コンクリート層に成形する（図示を省略した）。成形後、蒸発気養生などにより養生し、コンクリート強度を発現させる。
【００１５】
なお、上記実施形態では、あらかじめ１本の鋼管１を使用し、杭頭上端部４より杭頭用かご鉄筋５の杭頭部内埋め込み長さ寸法Ｈ以上の離間させた外殻鋼管１の内側位置に外殻鋼管１の内径とほぼ同じ外径を有する鋼製の円環状上部端板６を配置して、隅肉溶接により固定した形態を示したが、図８に示すように、コンクリート非充填部１２と同じ長さを有する別個の鋼管１Ａを、あらかじめその鋼管１Ａとは別個の外殻鋼管１の上端部に円環状上部端板６を固定し、かつ外殻鋼管１の下端部に環状下部端板９を固定し製作しておいた端板付き外殻鋼管１の上端部に工場で溶接などにより直列に接続固定したものを使用してもよいし、図９に示すようにあらかじめ外殻鋼管１の上端に円環状上部端板６を固定し外殻鋼管１の下端に円環状下部端板９を固定し、その間の中空状にコンクリートを充填して、コンクリート層２を形成した通常の外殻鋼管コンクリート杭３にコンクリート非充填部１２と同じ長さを有する鋼管１Ａを工場、ヤード、杭打設時あるいは杭打設後に現場で溶接などにより固定してもよい。
【００１６】
杭吊作業時に不都合が生じる場合は、工場出荷前に、鋼管杭で使用される従来公知の吊金具をつけてもよい。また、図２に示す第２実施形態に示すように、施工前に、厚みが９ｍｍ程度で幅が２５ｍｍ程度の鋼帯を外殻鋼管１の内側に溶接等により固定して、これをずれ止め金具１３として使用し、そのずれ止め金具１３を外殻鋼管１の内面に上下方向に間隔をおいて２個所または数カ所程度円周状に配置し、工場において、隅肉溶接等の溶接でとりつけてもよい。また、溶接作業を減らし簡便な方法を望む場合は、図３に示す第３実施形態に示すようにコンクリート非充填部１２の外殻鋼管１に、外殻鋼管１の中心よりその鋼管の外周面方向に凸で、外殻鋼管杭同一円周上でほぼ同一高さで突起させた突起部１４を、１段または外殻鋼管１の上下方向に間隔をおいて２段以上設け、ずれ止め１３とした外殻鋼管１を使用してもよい。図３では、突起部１４の鋼管表面からの高さを２０ｍｍ、突起部１４の幅を２００ｍｍとし、３段のずれ止め１３を設けている。
【００１７】
前記の突起部１４を設ける場合は、液圧式ジャッキ等を備え、かつ外殻鋼管１内に配置される公知の鋼管拡径装置（図示を省略）により、内側円環状凸空間１５を形成するように拡径変形することにより、この内側円環状凸空間１５の部分にコンクリートが充填されて固化された部分が、前記ずれ止め１３と同様なずれ止め用の突出部となり外殻鋼管１に円滑に荷重を伝達することができる。
【００１８】
また、鋼管１が薄肉鋼管で施工時の鋼管１の変形が懸念される場合は、図２に示す、ずれ止め１３の幅を例えば２倍から３倍程度に大きくし、変形防止金具兼ずれ止め１３として、施工前に溶接で固定してもよい。
【００１９】
図４は、本発明の杭頭用外殻鋼管コンクリート杭３に、フーチング２７ａとの結合用の杭頭処理をして、フーチング２７ａと結合した実施形態である。この構造は、施工前に、厚みが９ｍｍ程度で幅が２５ｍｍ程度の鋼帯を使用し、ずれ止め金具１３を２個所または数カ所程度鋼管１内に円周状に外殻鋼管１の内面に工場で上下方向に間隔をおいて隅肉溶接でとりつけてある。かご鉄筋５を配設する場合は、まず外殻鋼管コンクリート杭３における非充填部１２内を清掃した後、外殻鋼管１の内径より小さく、円環状上部端板６の中空部直径より大きな外径を有する鋼製円形面板からなる円盤（閉塞板）１６を円環状上部端板６上に載置するか点溶接等により固定する。鋼製の円盤１６の板厚は、かご鉄筋部５の普通強度コンクリート１７と外殻鋼管コンクリート杭３の高強度コンクリート部２の境界面で圧縮力の伝達が円滑に行えるよう板厚を決定すればよく、たとえば３０ｍｍ程度とすればよい。次に縦鉄筋からなる主鉄筋１８を円形の軌跡上にほぼ等角度間隔をおいて配置すると共に、フープ筋１８ａによりかご状に構成した、いわゆるかご鉄筋５を鋼製円盤１６の上に同心円上に載置する。
【００２０】
かご鉄筋５は、図６に示すように、予めかご鉄筋５の下端部を溶接などにより鋼製円盤１６に固定した状態の鋼製円盤付きかご鉄筋の状態で設置してもよく、またかご鉄筋５が溶接に適さない高強度鉄筋の場合は、図７に示すように鋼製円盤１６上に、数箇所短尺の溶接に適する短尺鉄筋１９の下端部を溶接し、短尺鉄筋１９に前記主鉄筋１８の下部を溶接または番線２０などを使用して固定した鋼製円盤付きかご鉄筋の状態ので設置してもよい。かご鉄筋５の設置後、杭頭上端部４より環状上部端板６の上までの間の空間全体に普通強度コンクリート１７を充填させる。この作業は一般には、杭打設工事後、実施する。
【００２１】
なお、かご鉄筋５だけでは、鉄筋量が不足する場合は、図５に示すように、不足分だけ外殻鋼管１の頭部外側面２４に鉄筋２５をフレアー溶接で固定するひげ鉄筋２５ならびにこれに固定されたフープ筋と組み合わせてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、下記のような効果を奏することができる。
（１）本発明は、杭頭上端部より杭頭用かご鉄筋の杭内埋め込み長さ寸法以上のの長さ離間させた位置における外殻鋼管内に、外殻鋼管内径とほぼ同じ外径を有する鋼製の円環状上部端板を固定し、杭頭上端部から円環状上部端板までコンクリート非充填部を設けた杭頭用外殻鋼管コンクリート杭であるので、太径鉄筋を使用しようとすると外殻鋼管が薄肉のため溶接時にフレアー溶接の入熱により外殻鋼管を溶かしてしまう恐れがある薄肉鋼管を使用する外殻鋼管コンクリート杭を上杭としこれに適用する場合でも、太径鉄筋を鋼管に溶接する方式に代えてかご鉄筋方式が採用できるので、確実にかつ安価に杭頭部をフーチングに連結固定することができる。
（２）コンクリート非充填部の鋼管に、鋼管中心より鋼管外周面方向に凸で、鋼管杭同一円周上でほぼ同一高さで突起させた突起部を、１段または間隔を置いて２段以上設けたずれ止めをコンクリート非充填部の鋼管に直接形成するように設ける場合は、溶接によるずれ止め金具１３のずれ止め加工作業を省略でき、加工費が大幅に低減できるので、安価な杭頭部構造を提供できる。
（３）杭頭部は、一般に曲げモーメントが大きくなるが、この発明の杭頭部構造は、高強度コンクリートによる中空コンクリート構造ではなく、高強度コンクリートに比べて比較的変形性能に優れる普通強度コンクリート１７を杭頭部全体に完全充填した充填コンクリート構造にすることができるので、杭頭を中空の高強度コンクリートとした場合に比べて比較的に変形性能に優れた杭頭構造が提供できる。
（４）普通コンクリートを打設するコンクリート非充填部下端には、鋼製の円盤（閉塞板）を敷設し、工場内で製作された高強度コンクリート部上端面には環状上部端板を設置してあり、また鋼製の円盤と環状上部端板とは鋼材どうし直接荷重伝達できるようにしてあるので、杭頭に作用する圧縮力を、かご鉄筋部の普通強度コンクリート１７から外殻鋼管コンクリート杭の中空の高強度コンクリート部２に、コンクリート内に応力集中やせん断ひび割れが生じることなく、円滑に伝達できる。そのため、外殻鋼管コンクリート杭の終局時に杭圧縮耐力を設計どおりに評価でき、信頼性の高い設計ができる。
（５）普通コンクリートを打設するコンクリート非充填部下端に敷設する鋼製の円盤は、普通コンクリート打設時に底部の型枠として機能するので、その他の仮設時の型枠材が不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の杭頭用外殻鋼管コンクリート杭を示すものであって、（イ）は一部縦断正面図、（ロ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の杭頭用外殻鋼管コンクリート杭を示すものであって、（イ）は一部縦断正面図、（ロ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態の杭頭用外殻鋼管コンクリート杭を示すものであって、（イ）は一部縦断正面図、（ロ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】本発明の杭頭用外殻鋼管コンクリート杭の杭頭部構造の実施例を示す縦断正面図である。
【図５】本発明の杭頭用外殻鋼管コンクリート杭の杭頭部構造の他の実施例を示す縦断正面図である。
【図６】本発明において使用される鋼製円盤付かご鉄筋の一例を示すものであって、（イ）は縦断正面図、（ロ）はＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】本発明において使用される鋼製円盤付かご鉄筋の他の例を示すものであって、（イ）は一部切欠縦断正面図、（ロ）はＥ−Ｅ線断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態の杭頭用外殻鋼管コンクリート杭を示す縦断正面図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態の杭頭用外殻鋼管コンクリート杭を示す縦断正面図である。
【図１０】従来の外殻鋼管コンクリート杭の一例を示すものであって、（Ａ）は一部縦断正面図であり、（Ｂ）は横断平面図である。
【図１１】従来の外殻鋼管コンクリート杭の杭頭部にひげ鉄筋を固定し、フーチングとの結合をする直前の状態を示す縦断正面図である。
【図１２】従来の外殻鋼管コンクリート杭の杭頭構造の一例を示す縦断正面図である。
【図１３】従来の外殻鋼管コンクリート杭の他の例を示す縦断正面図である。
【図１４】従来の外殻鋼管コンクリート杭のさらに他の例を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１  外殻鋼管
２  高強度コンクリート層
３  外殻鋼管コンクリート杭（杭頭用）
４  杭頭上端部
５  杭頭用かご鉄筋
６  円環状上部端板
７  中空部
８  中空部
９  円環状下部端板
１０  下杭
１１  開先
１２  コンクリート非充填部
１３  ずれ止め金具またはずれ止め
１４  突起部
１５  内側環状凸空間
１６  円盤
１７  普通強度コンクリート
１８  主鉄筋
１９  短尺鉄筋
２０  番線
２１  端板
２２  鋼管
２３  コンクリート
２４  杭頭側面
２５  鉄筋
２６  直径の小さなかご鉄筋
２７  端板
２７ａ  フーチング
２８  スタッド鉄筋
２９  既製外殻鋼管コンクリート杭
３１  上端板
３２  溶接
【図１】
0004351323.tif 000002
【図２】
0004351323.tif 000003
【図３】
0004351323.tif 000004
【図４】
0004351323.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004351323.tif 000007
【図７】
0004351323.tif 000008
【図８】
0004351323.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004351323.tif 000011
【図１１】
0004351323.tif 000012
【図１２】
0004351323.tif 000013
【図１３】
0004351323.tif 000014
【図１４】
0004351323.tif 000015