(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造において、鋼管杭の基礎コンクリート構造に埋め込む頭部長さ領域に、該頭部を局部拡径して得られた所定高さの節部を一つまたは所定間隔で複数個形成したことを特徴とする鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造。
【請求項２】
鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造において、頭部領域に該頭部を局部拡径して得られた所定高さの節部を一つまたは所定間隔で複数個形成した鋼管杭と、この鋼管杭の頭部の内部に配置した円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋と、鋼管杭頭部と円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋を固着する充填コンクリートと、鋼管杭頭部と杭頭接合用の中詰鉄筋を埋め込んだ基礎コンクリート構造とからなることを特徴とする鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造。
【請求項３】
鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合方法において、基礎コンクリート打設前に、鋼管杭頭部より拡径装置を挿入し、基礎コンクリートに埋め込む鋼管杭頭部の長さ領域を内部から局部拡径して塑性変形させ、所定高さの節部を一つまたは所定間隔で複数個形成してから基礎コンクリートを打設することを特徴とする鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合方法。
【請求項４】
鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合方法において、基礎コンクリート打設前に、鋼管杭頭部より拡径装置を挿入し、頭部領域を内部から局部拡径して塑性変形させて所定高さの節部を一つまたは所定間隔で複数個形成した後、複数本の鉄筋で円環状に形成した杭頭接合用の中詰鉄筋の下部領域を鋼管杭頭部の内部に配設し、コンクリートを充填して鋼管杭頭部と杭頭接合用鉄筋を固着してから、鋼管杭頭部の先端部と杭頭接合用鉄筋が基礎コンクリート構造に埋め込まれるように基礎コンクリートを打設することを特徴とする鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合方法。
【請求項５】
前記鋼管杭頭部よりの拡径装置の挿入および頭部領域の内部からの局部拡径が、前記鋼管杭の打設の後で、かつ、前記基礎コンクリート打設前であることを特徴とする請求項３又は４に記載の鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に打ち込まれた複数本の鋼管杭上に基礎フーチング構造、基礎梁構造などの基礎コンクリート構造を構築する場合において適用される、鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造および接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土木建築構造を構築するために、鋼管杭を打設工法、圧入工法、回転工法、あるいはプレボーリング工法または中堀工法などにより地盤に埋設し、この鋼管杭上に基礎フーチング構造などの基礎コンクリート構造を接合する方法としては、主に方法Ａと方法Ｂとがある。
【０００３】
方法Ａは、図４に示したように、地盤１０に埋設した鋼管杭１の頭部内面および頭部外面にずれ止めを目的として、帯板２を軸方向に複数列配置して溶接し、このずれ止め溶接部を含む杭頭部を、鋼管杭１の径Ｄ以上の長さＬにわたり基礎フーチング構造３に埋め込むように配置し、図６に示すように基礎フーチング用の鉄筋６を配筋して基礎フーチング構造３を形成する際に杭頭部内にも基礎コンクリート４を充填し、この鋼管杭１と基礎フーチング構造３とを接合する方法である。図６中の７は、鋼管杭１の頭部の配置孔である。
【０００４】
また、方法Ｂは、図５に示したように、地盤１０に埋設した鋼管杭１の頭部内面に、ずれ止めを目的とした帯板２を軸方向に複数段配置して溶接し、円環状に形成した杭頭接合用鉄筋５の下部領域を杭頭部の内部に配置した後、杭頭部内部に鋼管杭の径Ｄ以上の長さＬｈにわたりコンクリート４を充填して杭頭部と杭頭接合用鉄筋５を固定し、杭頭部の先端と杭頭接合用鉄筋５を基礎フーチング構造３に埋め込むように配置し、基礎フーチング用の鉄筋６を配筋して基礎コンクリート４を打設して基礎フーチング構造３を形成し、鋼管杭１と基礎フーチング構造３とを接合する方法である。また、方法Ｂにおいて、杭頭接合用鉄筋５の配置径が小さいため、必要な曲げモーメント耐力を得られない場合は、杭頭接合用鉄筋５を杭頭部外周面に円環状に配置して固着する場合もある〔［参考技術］「道路橋示方書・同解説」 社団法人 日本道路協会平成８年１２月発行 ３７０〜３７５ページ（図−解１０．９．６）〕。
【０００５】
上記のいずれの方法においても、杭の軸方向力を基礎コンクリート構造に確実に伝達させるために、鋼管杭１の頭部にずれ止めを目的とした帯板２等を鋼管杭頭部の内面および外面のどちらか一方もしくは両方に複数段配置して溶接により固着する必要がある。このずれ止めは、杭の高止まり等を考慮し、曲げ加工した帯板２等を現場で取付けるのが一般的であり、このずれ止め形成作業には長時間を要し、工期の短縮が困難であり、高い熟練が必要であるため、施工コスト負担が大きいという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のずれ止めのための帯板等の溶接を不要として、工期および施工コストを削減しつつ、杭の軸方向力を基礎コンクリート構造に容易にかつ確実に伝達させる鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造および接合方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記（１）〜（５）の発明から構成されるものである。
・  鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造において、鋼管杭の基礎コンクリート構造に埋め込む頭部長さ領域に、該頭部を局部拡径して得られた所定高さの節部を一つまたは所定間隔で複数個形成したことを特徴とする鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造。
【０００８】
【０００９】
（２）鋼管杭の頭部と基礎コンクリート構造との接合構造において、頭部領域に該頭部を局部拡径して得られた所定高さの節部を一つまたは所定間隔で複数個形成した鋼管杭と、この鋼管杭の頭部の内部に配置した円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋と、鋼管杭頭部と円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋を固着する充填コンクリートと、鋼管杭頭部と杭頭接合用の中詰鉄筋を埋め込んだ基礎コンクリート構造とからなることを特徴とする鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造。
【００１０】
【００１１】
（３）鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合方法において、基礎コンクリート打設前に、鋼管杭頭部より拡径装置を挿入し、基礎コンクリートに埋め込む鋼管杭の頭部長さ領域を内部から局部拡径して塑性変形させ、所定高さの節部を一つまたは所定間隔で複数個形成してから基礎コンクリートを打設することを特徴とする鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合方法。
【００１２】
【００１３】
（４）鋼管杭の頭部と基礎コンクリート構造との接合方法において、基礎コンクリート打設前に、鋼管杭の頭部より拡径装置を挿入し、頭部領域を内部から局部拡径して塑性変形させて所定高さの節部を一つまたは所定間隔で複数個形成した後、複数本の鉄筋で円環状に形成した杭頭接合用の中詰鉄筋の下部領域を鋼管杭頭部の内部に配設し、コンクリートを充填して鋼管杭頭部と杭頭接合用鉄筋を固着してから、鋼管杭頭部の先端部と杭頭接合用鉄筋が基礎コンクリート構造に埋め込まれるように基礎コンクリートを打設することを特徴とする鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合方法。
【００１４】
（５）前記鋼管杭頭部よりの拡径装置の挿入および頭部領域の内部からの局部拡径が、前記鋼管杭の打設の後で、かつ、前記基礎コンクリート打設前であることを特徴とする前記（３）又は（４）に記載の鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、頭部領域に所定高さの節部を有する鋼管杭頭部を、基礎フーチング構造や基礎梁構造などの基礎コンクリート構造（以下、「基礎コンクリート構造」と称する。）内に直接または杭頭接合用鉄筋、杭頭接合用の中詰鉄筋を用いて埋め込んで基礎コンクリート構造に固着するものである。基本的には、この鋼管杭頭部の内部にコンクリート（基礎コンクリートで兼ねてもよい。）を充填して、節部を充填コンクリートと基礎コンクリート構造に食い込ませてずれ止め機能を持たせるものである。
【００１６】
以下に本発明の各発明について個別に説明する。本発明の（１）、（３）及び（３）を引用する（５）の発明では、頭部領域に該頭部を局部拡径して得られた所定高さの節部を有する鋼管杭頭部を基礎コンクリート構造内に埋め込んで鋼管杭と基礎コンクリート構造を固着するものであり、この鋼管杭頭部の内部にコンクリート（基礎コンクリートで兼ねてもよい。）を充填して、節部を充填コンクリートと基礎コンクリート構造に食い込ませてずれ止め機能を持たせるものである。
【００１７】
この発明の鋼管杭と基礎コンクリート構造の接合構造は、例えば以下のような手順で構築することができる。
ａ．鋼管杭を地盤に打設する。
ｂ．鋼管杭頭部に拡径装置を挿入して、内部から局部拡径して節部を形成する。
ｃ．基礎コンクリート構造用の形枠を配設し鉄筋を配筋する。
ｄ．鋼管頭部内にコンクリート流出防止用の円板を配置する。
ｅ．形枠内に基礎コンクリートを流し込み、この基礎コンクリートを鋼管杭頭部内にも充填して鋼管杭頭部を基礎コンクリートに埋め込んで養生・固化させることにより、鋼管杭と基礎コンクリート構造とを接合する。
【００１８】
このようにして構築されたこの発明の接合構造においては、鋼管杭に作用する軸方向力を、鋼管杭の外側に配された基礎フーチング構造などの基礎コンクリート構造に、節部を食い込ませることで伝達することにより、ずれ止めを固着した場合と同様の効果を得ることができる。また、打設された基礎コンクリートは鋼管杭頭部の拡径された節部にも充填され食い込んでいるので、この充填されたコンクリートと鋼管杭頭部間においては、帯板等を固着してずれ止めした場合と同様のずれ止め効果を得ることができる。
【００１９】
一般には、鋼管杭が節部を有している場合には、この節部は鋼管の局部座屈の発生を促進するため、軸方向耐力は低下することが知られているが、本発明のように、節部にコンクリートが充填されている場合には、問題になるような局部座屈が発生しないため、鋼管の軸方向耐力の低下を来すことはない。したがって、従来の方法Ａと同等の構造性能を有する接合構造を、ずれ止めを溶接することなく提供することができる。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
本発明の（２）、（４）及び（４）を引用する（５）の発明では、頭部領域に該頭部を局部拡径して得られた所定高さの節を一つまたは所定間隔で複数個形成した鋼管杭頭部の内部に円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋を配設し、コンクリートを充填して鋼管杭頭部と円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋を固着し、この鋼管杭頭部の先端部と円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋を、基礎コンクリート構造に埋め込むことにより、鋼管杭と基礎コンクリート構造を固着するものである。
【００２５】
この発明の鋼管杭と基礎コンクリート構造の接合構造は、例えば以下のような手順で構築することができる。
ａ．鋼管杭を地盤に打設する。
ｂ．鋼管杭頭部に拡径装置を挿入して、内部から局部拡径して節部を形成する。
ｃ．基礎コンクリート構造用の形枠を配設し鉄筋を配筋する。
ｄ．鋼管杭頭部内にコンクリート流出防止用の円板を配置し複数本の鉄筋により形成した円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋を配筋する。
ｅ．形枠内に基礎コンクリートを流し込み、この基礎コンクリートを鋼管杭頭部内にも充填し鋼管杭頭部の先端部と円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋を基礎コンクリートに埋め込んで養生・固化させることにより、鋼管杭と基礎コンクリート構造とを接合する。
【００２６】
このようにして構築されたこの発明の接合構造においては、鋼管杭頭部の内部に形成した円環状の杭接合用の中詰鉄筋が、鋼管杭頭部と基礎コンクリートと強固に固着され、またコンクリートが鋼管杭頭部の節部にも充填され食い込んでいるので、基礎コンクリート構造と鋼管杭頭部間においては、帯板等を固着してずれ止めした場合と同様のずれ止め効果を得ることができる。
【００２７】
この発明では、前記の各発明と同様、軸力が充填コンクリートに伝達されるため、杭としての軸方向耐力の低下はほとんどないし、従来法と同等以上の構造性能を有する接合構造を、ずれ止めを溶接することなく提供することができる。また、施工時間も短く熟練をあまり必要としないので、施工費も少なくて済む。
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
上記本発明の各発明では、いずれも鋼管杭頭部に内部から局部拡径して節部を形成した構造を有している。この節部は、鋼管杭頭部内に拡径装置を挿入し、鋼管杭を内部から局部拡径して塑性変形させることにより形成できるため施工時間も短く、あまり熟練を必要としないので施工費も少なくて済む。
【００３３】
この節部の形成については、鋼管杭を地盤に打設または圧入して建て込む場合には、打設または圧入前に節部を形成すると、打設または圧入時に節部で座屈を生じる懸念があるため、この節部は鋼管杭を地盤に打設または圧入後に形成することが好ましい。この場合は、縦型の拡径装置を例えばクレーンで吊って拡径作業を行うのが簡易である。
【００３４】
節部の形状としては、鋼管杭１の周方向に連続する断面円弧状のリング状の他に、例えば周方向に不連続の突起状や半球状などの形状を用いることができる。この節部の高さは、１０mmから鋼管杭の外径の１／１０程度までとし、鋼管杭の頭部領域において軸方向に１〜３段形成するものである。
【００３５】
鋼管杭をプレボーリング方式、中掘り方式、回転工法などにより地盤に建て込む場合など、建て込みに際して鋼管杭に座屈を生じるような荷重が加わらない場合には、現場施工前に鋼管杭に予め節部を形成しておいても良い。この場合は、横型の拡径装置を用いて作業台上で拡径作業を行うのが簡易である。
【００３６】
また、上記の発明で用いる円環状の杭頭接合用鉄筋および杭頭接合用の中詰鉄筋には、その外周に補強鉄筋（含む帯板、線材）を巻き付け、針金等により固定するものであり、基礎コンクリート構造の配筋と結合するものである。
【００３７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を、図１〜図３に基づいて説明する。各図はいずれも鋼管杭９を地盤１０に打設により建て込んだ後に、頭部領域を内部から拡径して軸方向に２段の節部１１ａ，１１ｂを形成し、上部に基礎フーチング構造３を接合した接合構造例を示している。ただし、基礎フーチング構造３の鉄筋の配筋は、基本的には、前記図６に示した従来例と同様に行うものである。
【００３８】
この実施例で鋼管杭９の頭部領域を内部から局部拡径するために用いた拡径装置は、図１（ａ）に示すような縦型の拡径装置１２で、クレーン１３で懸吊するタイプのものであり、クレーン１３により昇降可能で、昇降装置１４を介して拡径機構１５を上下方向に位置調整可能に装着したものである。
【００３９】
この拡径機構１５は、より具体的には、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、放射状に配置され油圧装置１６により油圧ホース１７を介して作動する油圧シリンダー１８ａ〜１８ｆによって進退するロッド１９ａ〜１９ｆの先端部に形成された拡径ブロック２０ａ〜２０ｆからなり、油圧装置１６により油圧ホース１７を介して、油圧シリンダー１８ａ〜１８ｆを、ここでは同時に作動させ、拡径ブロック２０ａ〜２０ｆを拡径することよって、内部から強力な拡径力を作用させ、鋼管杭９を局部拡径することができる。この局部拡径領域は、クレーン（図示省略）、昇降装置１４により拡径機構１５の位置を調整することによって調整することができる。
【００４０】
拡径機構１５による節部１１ａ，１１ｂの形状は、拡径ブロック２０ａ〜２０ｆの外面形状によって決まる。ここでは、節部の１１ａ，１１ｂの形状は、周方向に連続する断面円弧状のリング状であり、この節部を鋼管杭軸方向に１段ずつ２段形成して行くようにしており、杭軸方向に例えば３段形成する場合には、昇降装置１４で拡径機構１５の位置を変えて、３回拡径動作を行えばよい。拡径ブロック２０ａ〜２０ｆの外面形状を選択することにより、杭軸方向に２段同時に形成することもできる。
【００４１】
図２は、（１）、（３）及び（３）を引用する（５）の発明の実施例を示す。図において、９は地盤１０に打設された鋼管杭で、この鋼管杭９の打設後に、その頭部領域に、軸方向に２段の節部１１ａ，１１ｂを形成したものであり、杭頭部の内部に基礎コンクリート４を充填したとき、その流出を防止する円板２１が配置されている。
【００４２】
この例では、鋼管杭９の節部１１ａ，１１ｂを形成した頭部領域の長さＬの範囲が基礎フーチング構造３の形成領域内に埋め込まれるように、型枠（図示省略）に前記図６に示すような基礎フーチング構造用の鉄筋６を配筋して基礎コンクリート４を打設することにより、鋼管杭９の頭部領域の内部にも基礎コンクリート４を充填することにより、鋼管杭９と基礎フーチング構造３を固着している。
【００４３】
このように構成することにより、節部１１ａ，１１ｂを基礎コンクリート構造３の基礎コンクリート４に食い込ませ、強力なずれ止め機能を持たせことができる。
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
図３は、（２）、（４）及び（４）を引用する（５）の発明の実施例を示す。図において、９は地盤１０に打設された鋼管杭で、この鋼管杭９の打設後に、その頭部領域に、軸方向に２段の節部１１ａ，１１ｂが形成したものであり、杭頭部の内部に複数の鉄筋２２と補強筋２３からなる円環状の杭接合用の中詰鉄筋２５の中間部に設けた突起部２５ｏを固着している。
【００４８】
この中詰鉄筋２５の下部領域は鋼管頭部内に長さＬｈの範囲で挿入されており、その下端には、基礎コンクリート４を充填したとき、その流出を防止する円板２１が配置されている。
【００４９】
この例では、鋼管杭頭部の先端部と円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋２５の上部側の長さＬの範囲が基礎フーチング構造３の形成領域内に埋め込まれるように、型枠（図示省略）に前記図４に示すような基礎フーチング構造用の鉄筋を配筋して基礎コンクリート４を打設することにより、鋼管杭９の頭部領域の内部にも基礎コンクリート４を充填することにより、鋼管杭９と基礎フーチング構造３を固着している。
【００５０】
このように構成することにより、円環状の杭頭接合用の中詰鉄筋２５と、節部１１ａ，１１ｂを基礎コンクリート構造３の基礎コンクリート４に食い込ませ、強力なずれ止め機能を持たせことができる。
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。例えば、使用する鋼管杭の構造条件（節部形成条件を含む）、拡径装置の構造条件、建て込み条件、杭頭接合鉄筋条件、円板条件、施工手順等については、地盤条件、基礎コンクリート構造条件、荷重条件、要求される支持圧条件等に応じて、上記請求項を満足する範囲内で変更されるものである。
【００５６】
【発明の効果】
本発明においては、鋼管杭頭部に節部を形成し、この節部形成部を基礎コンクリート構造に埋め込むことによって、または節部を形成した鋼管杭頭部の外周面および／または内部に円環状の杭頭接合用鉄筋（杭頭接合用の中詰鉄筋）を固着し、鋼管杭頭部の先端と円環状の杭頭接合用鉄筋を基礎コンクリート構造に埋め込むことによって鋼管杭と基礎コンクリート構造を接合し、節部と円環状の杭頭接合用鉄筋でずれ止めを強固に行うようにしており、ずれ止めのための帯板等の溶接を不要として、工期および施工コストを削減しつつ、杭の軸方向力を基礎コンクリート構造に容易にかつ確実に伝達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）図は、本発明の実施例における鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造で用いる鋼管杭の頭部に節部を形成する拡径装置の構造例を示す側面説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の拡径装置における拡径機構の構造例を示す一部切欠断面説明図、（ｃ）図は、（ｂ）図のＡａ−Ａｂ矢視一部切欠断面平面説明図。
【図２】  （ａ）図は、本発明の実施例における鋼管杭と基礎コンクリート構造との接合構造例を示す一部切欠側断面説明図、（ｂ）図は、（ａ）図のＡａ−Ａｂ矢視平面説明図。
【図３】  （ａ）図は、本発明の実施例における鋼管杭と基礎コンクリート構造との他の接合構造例を示す一部切欠側断面説明図、（ｂ）図は、（ａ）図のＡａ−Ａｂ矢視平面説明図。
【図４】  従来の鋼管杭と基礎フーチング構造との接合構造例を示す側断面説明図。
【図５】  従来の鋼管杭と基礎フーチング構造との他の接合構造例を示す側断面説明図。
【図６】  従来の鋼管杭と基礎フーチング構造での鉄筋の配筋例を示す平面説明図。
【符号の説明】
１                鋼管杭
２                帯板
３                基礎フーチング構造
４                基礎コンクリート
５                杭頭接合用鉄筋
６                鉄筋配筋
７                鋼管杭の配置孔
８                基礎フーチング主鉄筋
９                鋼管杭
１０                地盤
１１ａ，１１ｂ      節部
１２                拡径装置
１３                クレーン
１４                昇降装置
１５                拡径機構
１６                油圧装置
１７                油圧ホース
１８ａ〜１８ｆ      油圧シリンダー
１９ａ〜１９ｆ      ロッド
２０ａ〜２０ｆ      拡径ブロック
２１                円板
２２                鉄筋
２３                補強筋
２４                杭頭接合用鉄筋
２５                杭頭接合用の中詰鉄筋
２５ｏ              突起部
【図１】
0004249835.tif 000002
【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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