JP2002220844A

JP2002220844A - 杭頭部接合構造

Info

Publication number: JP2002220844A
Application number: JP2001017401A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yoshida; 田茂吉
Original assignee: Tenox Corp
Current assignee: Tenox Corp
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】杭が本来有すべき高鉛直支持力を保有したま
ま、同時に杭頭に水平剪断力が作用したときに杭頭部を
容易に回転させることにより杭頭部に発生する曲げモー
メントを効果的に低減させることのできる杭頭部接合構
造を提供する。【解決手段】複数の凹凸条を有する鋼管で基礎スラブ
と杭とを接続するとともに該鋼管内を基礎スラブと連続
するコンクリートで充填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基礎フーチング
構造などの基礎スラブと地盤中に施工された杭の頭部と
の接合構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地盤中に施工された杭の頭部と基
礎スラブとの接合構造としては、例えば、図１６に示す
ものが提案されている。これは地盤Ｇ中に施工された鋼
管杭１には、頭部内面に帯鋼板１２が、軸方向に複数段
配置されて溶接されており、鉄筋籠４の下部領域を杭頭
部の中空部に位置させて、杭頭部内に鋼管杭１の径Ｄ以
上の長さｈにわたりコンクリートが充填されて杭頭部と
鉄筋籠４が固定され、杭頭部の先端と鉄筋籠４を基礎ス
ラブ３に埋め込むように配置し、コンクリートが打設さ
れて基礎スラブ３が形成されてなる構造になっている。

【０００３】このような杭頭部の接合構造によれば、杭
頭部において帯鋼板１２及び鉄筋籠４が基礎スラブ３の
基礎コンクリートと一体化し基礎スラブに作用する鉛直
荷重を鋼管杭１に確実に伝達することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、鋼管杭１は
上部構造物の鉛直荷重を支持すると同時に、地震時等に
は水平方向剪断力を支持しなければならない。杭頭部に
水平剪断力が作用すると杭頭が回転させられようとして
杭頭部には曲げモーメントが発生する。杭頭接合部をヒ
ンジ構造にすればこの曲げモーメントを発生させないよ
うにすることが可能であるが、従来方法の接合方法では
十分効果のあるヒンジ構造とすることができなかった。
そのため、従来の杭頭部接合構造では、地震時等の水平
剪断力により杭頭接合部において曲げ剪断破壊が生じる
等の杭頭被害が発生している。

【０００５】このように杭は、上部構造物の鉛直荷重を
支持すると同時に、地震時等には水平剪断力を受ける過
酷な条件下で使用され、また、経済性を追求するために
高鉛直支持力を発揮する杭工法の開発競争も熾烈を極め
ている。そのため、杭頭に作用する荷重条件は益々過酷
なものとなり、前記のように従来の杭頭部接合構造では
耐力が不充分であり、杭頭がヒンジの挙動をする接合構
造が強く求められているが、この過酷な荷重条件下で有
効に機能するヒンジ型杭頭部接合構造が未だ実現してい
ないのが現状である。

【０００６】この発明は、このような現状に鑑み、過酷
な荷重条件下で有効に機能するヒンジ型杭頭部接合構
造、すなわち、杭が本来有すべき高鉛直支持力を保有し
たまま、同時に杭頭に水平剪断力が作用したときに杭頭
部を容易に回転させることにより杭頭部に発生する曲げ
モーメントを効果的に低減させることのできる杭頭部接
合構造を提供するものである。尚、ここで「杭頭がヒン
ジの挙動をする」とか「ヒンジ型」と称するのは、杭頭
に水平剪断力が作用したときに杭頭部の回転を可能とし
て杭頭部に発生する曲げモーメントを低減させる作用を
するからで、この動きがヒンジに似ているためそのよう
に称したものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明の請求項１の杭頭部接合構造は、基礎スラ
ブと杭とを接続する杭頭部接合構造において、少なくと
も基礎スラブ下端面から下方の鋼管周側面を凹凸条に整
形するとともに、凹凸条の領域を含む該鋼管内を鋼管の
径Ｄ以上の長さにわたってコンクリートで充填すること
を特徴とする。

【０００８】また、この発明の請求項２の杭頭部接合構
造は、前記凹凸条は、複数のリング状あるいは１本以上
の螺旋状であることを特徴とし、また、この発明の請求
項３の杭頭部接合構造は、前記複数のリング状あるいは
１本以上の螺旋状の凹凸条は、その最小内径が該鋼管の
内径と略同一であることを特徴とし、また、この発明の
請求項４の杭頭部接合構造は、前記鋼管周側面に凹凸条
を設ける区間が、基礎スラブ下端面から下方に大きくと
も鋼管径Ｄと同じ距離から始まることを特徴とする。

【０００９】また、この発明の請求項５の杭頭部接合構
造は、前記鋼管の頭部外周面乃至頭部内周面からひげ鉄
筋を接続したことを特徴とし、また、この発明の請求項
６の杭頭部接合構造は、前記鋼管頭部内と基礎スラブに
跨って鉄筋籠を挿入したことを特徴とする。

【００１０】また、この発明の請求項７の杭頭部接合構
造は、前記鋼管頭部内と基礎スラブに跨って挿入した鉄
筋籠は、その鉄筋籠を構成する一部または全部の鉄筋
が、複数の凹凸形状に整形されていることを特徴とし、
また、この発明の請求項８の杭頭部接合構造は、前記複
数の凹凸形状は、複数の波形、複数の円弧状または両者
の組合せであることを特徴とする。

【００１１】また、この発明の請求項９の杭頭部接合構
造は、前記鋼管頭部内と基礎スラブに跨って該鋼管の内
径より小径の鋼管を挿入したことを特徴とし、また、こ
の発明の請求項１０の杭頭部接合構造は、前記鋼管頭部
内と基礎スラブに跨って挿入された前記小径の鋼管は、
周側面が凹凸条に整形されていることを特徴とし、さら
に、この発明の請求項１１の杭頭部接合構造は、前記小
径の鋼管の周側面の凹凸条は、複数のリング状あるいは
１本以上の螺旋状であることを特徴とする。

【００１２】なお、この発明で、鋼管で基礎スラブと杭
とを接続する杭頭部接合構造における前記「鋼管」は、
鋼管杭に直接凹凸条加工をする場合は鋼管杭の鋼管を指
し、また、凹凸条加工した鋼管を別途製作して、鋼管杭
や既製杭に接続する場合には、別途製作した鋼管を指す
ものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明
の実施の形態を示す断面説明図であり、１は鋼管、２は
前記鋼管１の頭部周側面に設けた凹凸条、３は基礎スラ
ブを示す。

【００１４】鋼管１の頭部は、基礎スラブ３中に挿入さ
れるとともに、基礎スラブ３の基礎コンクリートが鋼管
１の頭部中空部に凹凸条２の領域を含む鋼管１の径Ｄ以
上の長さｈにわたって充填され、鋼管１の頭部と基礎ス
ラブ３が接合される。前記鋼管１の頭部内へのコンクリ
ートの充填は、予め充填しておき、その後に基礎スラブ
３の基礎コンクリートを打設するようにしてもよい。特
に、後述する図９乃至図１１に示すような鋼管１頭部内
と基礎スラブ３とに跨って鉄筋籠４や鋼管１より小径の
鋼管６が挿入されるような場合には、鉄筋籠４や小径の
鋼管６の下部領域を鋼管１の頭部内に位置させてコンク
リートを充填して鋼管１頭部と鉄筋籠４や小径の鋼管６
を固定した後、鋼管１頭部の先端と鉄筋籠４や小径の鋼
管６を基礎スラブ３に埋め込むよう配置して基礎スラブ
３のコンクリートを打設するようにしてもよい。

【００１５】鋼管１の頭部の基礎スラブ３中への挿入
は、例えば１０ｃｍ程度でよいが、これは目安であっ
て、特に限定されるものではない。図１は鋼管１の頭部
が基礎スラブ３中に、略１０ｃｍ程度埋込んだ例を示し
ているが、図２は基礎スラブ３中に長く埋込んだ例を示
し、図３は鋼管１の凹凸条２を形成した部分までを基礎
スラブ３中に埋込んだ例を示している。図２に示す例で
は、基礎スラブ３中に埋込んだ部分の鋼管１の外周面及
び／または内周面に従来と同様のズレ防止用の帯鋼板
（図示せず）を設けることができるし、図３に示す例で
は凹凸条２部分が基礎スラブ３中に埋込まれるので、基
礎スラブ３と鋼管１の一体化の向上が図れる。

【００１６】また、凹凸条２としては複数のリング状ま
たは１本以上の螺旋状を例示することができる。図４乃
至図７は、複数のリング状あるいは螺旋状の凹凸条２を
示す半断面正面図で、図４は凹凸条２として鋼管１の軸
方向に対して直角方向（水平方向）にリング状の凹凸条
２ａを多段かつ連続的に設けた場合、図５は凹凸条２と
してリング状の凹凸条２ａを断続的に設けた場合、図６
は凹凸条２として螺旋状の凹凸条２ｂをピッチを詰めて
連続的に設けた場合、図７は凹凸条２として螺旋状の凹
凸条２ｂをピッチを開けて設けた場合である。

【００１７】前記凹凸条２の開始位置は、鋼管１の径を
Ｄとしたとき、鋼管１頂端からＤの距離以内とする。鋼
管１の頂端部を基礎スラブ３中に埋め込んだ場合は、基
礎スラブ３の下端面からＤの距離以内とする。通常、鋼
管１の頂端部は、基礎スラブ３中に埋め込まれるので、
一般的には基礎スラブ３の下端面からＤの距離以内と考
えてよい。なお、この凹凸条２の断面形状はサインカー
ブでも円弧状でもあるいは楕円状でもよく、特に、その
形状は、問わない。また、凹凸条２の加工部分の最小内
径は、鉛直方向の荷重を支持させるため、中詰めコンク
リートの断面積を確保させるよう該鋼管１の内径と略同
一とすることが好ましい。しかし、設計条件によっては
内径より小さくすることも可能である。

【００１８】地震などで杭頭部に水平剪断力が作用する
ことにより杭頭が回転させられようとすると、杭頭部に
は曲げモーメントが発生する。曲げモーメントは圧縮力
と引張り力が合成されたものである。この鋼管１の頭部
に複数の凹凸条２が形成されておれば、曲げモーメント
により鋼管１の頭部に引張り力が作用すると、該引張り
力により凹凸条２が延伸され直線になろうとするため、
凹凸条２の加工部分で容易に回転が生ずるようになる。
つまり、凹凸条部がバネのような挙動をするのである。
従って、杭頭部に発生する曲げモーメントを大幅に低減
させることができる。また、水平剪断力が消滅すると凹
凸条部は元に復元する。凹凸条２を設けた意義がここに
ある。

【００１９】また、水平剪断力に対しては、凹凸条２が
設けられた鋼管１そのものと、その内部の三軸拘束され
たコンクリートで抵抗することが可能となる。押込み力
に対しては鋼管１と三軸拘束された内部コンクリートが
凹凸条２部分を介して一体化されているため、合同で抵
抗する。従って、凹凸条２部分が押込み力に対してはス
プリング的に挙動することがなく、弱点とならない。ま
た、内部コンクリートの押込み抵抗力が凹凸条２の加工
部分との一体化によって確保される。凹凸条２の加工部
分の最小内径を該鋼管１の内径と略同一とすることによ
り、内部コンクリートの断面積を確保することができ
る。従って、押込み力に対して凹凸条２部分が弱点とな
ることがない。凹凸条２の最小内径を該鋼管１の内径と
略同一とした理由がここにある。また、内部コンクリー
トと凹凸条部鋼管が一体化するため、図１６に示す従来
技術で採用されている帯鋼板１２が不要となり、煩雑な
作業から解放される。

【００２０】また、地震時の水平剪断力による杭頭被害
の例は、ほとんどの場合が基礎スラブ３の下端面から鋼
管１（杭）の径Ｄ程度の範囲から曲げ剪断破壊が生じて
いる。この範囲の鋼管１を凹凸条加工すれば効果が大き
い。凹凸条２を設ける開始位置を、鋼管１の径をＤとし
たとき、基礎スラブ３の下端面からＤの距離以内とした
理由がここにある。凹凸条２の加工範囲は、一般的に鋼
管１の径Ｄの１〜３倍の長さとすれば十分であろうが、
地盤条件や荷重条件、杭仕様によって変化するので、そ
の条件に合わせた範囲とすればよい。

【００２１】図８乃至図１１はこの発明の他の実施の形
態を示す断面説明図である。図８は、鋼管１の頂部を基
礎スラブ３中へ１０ｃｍ程度挿入すると同時に、ひげ鉄
筋５を該鋼管１の頂部に接続したものである。ひげ鉄筋
５の接続方法は特に問うものではないが、一例として溶
接あるいはボルト・ナット等の機械式接合を挙げること
ができる。本例は、地震時等に杭に引き抜き力が発生す
るような場合に使用して有効である。

【００２２】図９は、鋼管１の頭部中空部と基礎スラブ
３に跨って鉄筋籠４を挿入したものであり、図１０は、
図９の構成において鉄筋籠４を構成する鉄筋が複数の凹
凸形状４ａに整形されたものである。この凹凸形状４ａ
は、鉄筋籠４を構成する鉄筋の一部でもよいし、全部で
もよい。前記凹凸形状４ａとしては、複数の波形、複数
の円弧状または両者の組合せ等を例示することができ
る。図１１は、鋼管１の頭部中空部と基礎スラブ３に跨
って該鋼管１の内径より小径の鋼管６を挿入した場合
で、凹凸条加工した鋼管６を示しているが、これは凹凸
条加工のないストレートのものでもよい。図８乃至図１
１において他は前記実施の形態と同様であるので、同一
構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【００２３】図８乃至図１１に示すようにひげ鉄筋５、
鉄筋籠４及び小径の鋼管６を使用すると、杭に押込み力
のみならず引張り力が作用する場合に有効となる。ひげ
鉄筋５、鉄筋籠４及び小径の鋼管６を使用することは、
杭頭に発生する曲げモーメントが完全にゼロとならない
ような場合にその効果がある。勿論、凹凸条２を加工し
た鋼管１を使用しない従来技術の場合に比較すると、そ
の鉄筋使用量は大幅に少なくてよい。また、鉄筋籠４及
び小径の鋼管６を使用することにより杭頭に発生する曲
げモーメントが過大になるような場合には、図１０及び
図１１に示すように鉄筋籠４を構成する鉄筋を凹凸形状
に整形したり、凹凸条加工した小径の鋼管６を使用すれ
ば、上述の原理により発生曲げモーメントを大幅に低減
させることができる。

【００２４】図１２乃至図１５は、この発明の実施例を
示す断面説明図で、前記実施の形態と同一符号は同一構
成要素を示す。図１２は、鋼管杭７に対しこの発明を実
施した例であり、複数の凹凸条２は、鋼管杭７に直接凹
凸条加工してもよいし、凹凸条加工した鋼管１を別途製
作して鋼管杭７の頂部に接続してもよい。図１３は鋼管
ソイルセメント合成杭８にこの発明を実施した例であ
り、凹凸条２は、鋼管杭７に直接凹凸条加工してもよい
し、凹凸条加工した鋼管１を別途製作して鋼管杭７に接
続してもよい。

【００２５】図１４は、ＰＨＣ杭やＳＣ杭のような既製
杭９に対しこの発明を実施した例であり、既製杭９の頂
部に凹凸条２を加工した鋼管１を接続し、この鋼管１の
頭部と基礎スラブ３とを接合したものである。図１５
は、鋼管場所打ち杭１０に対してこの発明を実施した例
であり、鋼管場所打ち杭１０の鋼管１に凹凸条２加工さ
れている。これは通常の場所打ち杭に対しても使用可能
であることは言うまでもない。

【００２６】なお、図１２乃至図１５の実施例において
は凹凸形状４ａの鉄筋籠４を使用した例を示したが、こ
れは代表例として説明したものであって、図１、図２、
図３及び図８乃至図１１に示す実施の形態は全て適用可
能である。

【００２７】次に、代表例として前記図１２に示す実施
例について杭頭部接合方法を説明すると、まず、常法に
従って地盤中に鋼管杭７を施工し、この鋼管杭７の頂部
に凹凸条２を有する鋼管１を接続する。この凹凸条２
は、鋼管杭７に鋼管１を接続してから形成してもよい
し、予め鋼管１に形成しておいてもよい。この場合、鋼
管杭７に直接凹凸条２加工して鋼管１に代えることもで
きる。この場合の凹凸条２も、鋼管杭７を施工してから
凹凸条加工してもよいし、予め凹凸条加工した鋼管杭を
使用してもよい。

【００２８】次に、鉄筋籠４の下部領域を鋼管１の頭部
内に位置させて、この鋼管１頭部内に鋼管１の径Ｄ以上
の長さｈにわたりコンクリートを充填し、鋼管１頭部と
鉄筋籠４を固定する。最後に、鋼管１頭部の先端と鉄筋
籠４を基礎スラブ３に埋め込むように配置し、基礎スラ
ブ３のコンクリートを打設し、基礎スラブ３が形成さ
れ、鋼管１頭部と基礎スラブ３が接合される。この基礎
スラブ３の打設にあたっては、常法による所定の配筋が
なされることは言うまでもない。なお、前記工程におけ
る鋼管１頭部内のコンクリートの充填は、鉄筋籠４の下
部領域を鋼管１の頭部内に位置固定し、基礎スラブ３の
コンクリート打設時に、そのコンクリートで充填するよ
うにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、この発明は、
凹凸条を有する鋼管で基礎スラブと杭とを接続するとと
もに該鋼管内を基礎スラブと連続するコンクリートで充
填されてなるので、杭が本来有すべき高鉛直支持力を保
有したまま、同時に杭頭に水平剪断力が作用しても杭頭
部を容易に回転させることにより杭頭部に発生する曲げ
モーメントを効果的に低減させることができ、地震時等
の水平剪断力による曲げ剪断破壊などの杭頭被害を防止
することができる。また水平剪断力が消滅するとバネの
ように元に復元することもできる。

【００３０】また、ひげ鉄筋、鉄筋籠及び小径の鋼管等
を使用することにより、杭に押込み力のみならず引張り
力が作用する場合でも、その耐力を増強することができ
る。この場合、鉄筋使用量は、従来技術の場合に比較し
て大幅に少なくてよく、経済的にも好ましい。

【００３１】さらに、鉄筋籠及び小径の鋼管等を使用す
ることにより杭頭に発生する曲げモーメントが過大にな
るような場合は、凹凸形状に整形したり、凹凸条加工し
た鉄筋籠及び小径の鋼管を使用するので、発生する曲げ
モーメントを大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す断面説明図であ
る。

【図２】この発明の他の実施の形態を示す断面説明図で
ある。

【図３】この発明のさらに他の実施の形態を示す断面説
明図である。

【図４】鋼管の凹凸条を示す半断面正面図である。

【図５】鋼管の凹凸条の他例を示す半断面正面図であ
る。

【図６】鋼管の凹凸条のさらに他例を示す半断面正面図
である。

【図７】鋼管の凹凸条のまたさらに他例を示す半断面正
面図である。

【図８】この発明の他の実施の形態を示す断面説明図で
ある。

【図９】この発明のさらに他の実施の形態を示す断面説
明図である。

【図１０】この発明のまたさらに他の実施の形態を示す
断面説明図である。

【図１１】この発明のまたさらに他の実施の形態を示す
断面説明図である。

【図１２】この発明の実施例を示す断面説明図である。

【図１３】この発明の他の実施例を示す断面説明図であ
る。

【図１４】この発明のさらに他の実施例を示す断面説明
図である。

【図１５】この発明のまたさらに他の実施例を示す断面
説明図である。

【図１６】従来例を示す断面説明図である。

【符号の説明】

１鋼管２凹凸条２ａリング状の凹凸条２ｂ螺旋状の凹凸条３基礎スラブ４鉄筋籠４ａ凹凸形状５ひげ鉄筋６小径の鋼管７鋼管杭８鋼管ソイルセメント合成杭９既製杭１０場所打ち杭

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基礎スラブと杭とを接続する杭頭部接合
構造において、少なくとも基礎スラブ下端面から下方の
鋼管周側面を凹凸条に整形するとともに、凹凸条の領域
を含む該鋼管内を鋼管の径Ｄ以上の長さにわたってコン
クリートで充填することを特徴とする杭頭部接合構造。
【請求項２】前記凹凸条は、複数のリング状あるいは
１本以上の螺旋状であることを特徴とする請求項１記載
の杭頭部接合構造。
【請求項３】前記複数のリング状あるいは１本以上の
螺旋状の凹凸条は、その最小内径が該鋼管の内径と略同
一であることを特徴とする請求項２記載の杭頭部接合構
造。
【請求項４】前記鋼管周側面に凹凸条を設ける区間
が、基礎スラブ下端面から下方に大きくとも鋼管径Ｄと
同じ距離から始まることを特徴とする請求項１乃至３の
いずれか１項記載の杭頭部接合構造。
【請求項５】前記鋼管の頭部外周面乃至頭部内周面か
らひげ鉄筋を接続したことを特徴とする請求項１乃至４
のいずれか１項記載の杭頭部接合構造。
【請求項６】前記鋼管頭部内と基礎スラブに跨って鉄
筋籠を挿入したことを特徴とする請求項１乃至４のいず
れか１項記載の杭頭部接合構造。
【請求項７】前記鋼管頭部内と基礎スラブに跨って挿
入した鉄筋籠は、その鉄筋籠を構成する一部または全部
の鉄筋が、複数の凹凸形状に整形されていることを特徴
とする請求項６記載の杭頭部接合構造。
【請求項８】前記複数の凹凸形状は、複数の波形、複
数の円弧状または両者の組合せであることを特徴とする
請求項７記載の杭頭部接合構造。
【請求項９】前記鋼管頭部内と基礎スラブに跨って該
鋼管の内径より小径の鋼管を挿入したことを特徴とする
請求項１乃至４のいずれか１項記載の杭頭部接合構造。
【請求項１０】前記鋼管頭部内と基礎スラブに跨って
挿入された前記小径の鋼管は、周側面が凹凸条に整形さ
れていることを特徴とする請求項９記載の杭頭部接合構
造。
【請求項１１】前記小径の鋼管の周側面の凹凸条は、
複数のリング状あるいは１本以上の螺旋状であることを
特徴とする請求項１０記載の杭頭部接合構造。