JP2004044303A - 基礎杭と上部構造物との連結構造、杭頭ジョイント具、基礎杭と上部構造物との連結方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】剛接合であり長期荷重に耐えながら、地震時の曲げモーメントに対応できる簡便な免震構造とする。
【解決手段】下剛板１と上剛板６との間に、第一緩衝材１５を介装し、上剛板６の保護筒１２の内面側に第二緩衝材１９を介装して、杭頭ジョイント具２２とする。既製杭４２の上端板３８上に杭頭ジョイント具２２を載せ、貫通孔４、９、１８を通したアンカー筋４９付きの定着鉄筋４４の先端側を、上端板３８のねじ孔４０に螺合し、定着鉄筋４４及びアンカー筋４９を杭頭ジョイント具２２の上方に突出する。定着鉄筋４４にナット４８を螺合して、締めるトルク値を管理して、第一緩衝材１５の弾性変形領域内で生じる反発力を管理する。コンクリートを打設して、アンカー筋４９付きの各定着鉄筋４４等の杭頭部をフーチング５１内に定着させる。定着鉄筋４４及び第一緩衝材１５で鉛直荷重を負担する。
【選択図】図３
【解決手段】下剛板１と上剛板６との間に、第一緩衝材１５を介装し、上剛板６の保護筒１２の内面側に第二緩衝材１９を介装して、杭頭ジョイント具２２とする。既製杭４２の上端板３８上に杭頭ジョイント具２２を載せ、貫通孔４、９、１８を通したアンカー筋４９付きの定着鉄筋４４の先端側を、上端板３８のねじ孔４０に螺合し、定着鉄筋４４及びアンカー筋４９を杭頭ジョイント具２２の上方に突出する。定着鉄筋４４にナット４８を螺合して、締めるトルク値を管理して、第一緩衝材１５の弾性変形領域内で生じる反発力を管理する。コンクリートを打設して、アンカー筋４９付きの各定着鉄筋４４等の杭頭部をフーチング５１内に定着させる。定着鉄筋４４及び第一緩衝材１５で鉛直荷重を負担する。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤に構築された基礎杭と、その基礎杭の上端部に定着される上部構造物との結合に係る、基礎杭と上部構造物との連結構造、杭頭ジョイント具、基礎杭と上部構造物との連結方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築・土木における構造物の基礎杭頭部における結合構造部は、従来から剛結を主に設計されているため、大部分の建築物の基礎杭頭部を基礎に剛結した杭基礎構造が用いられてきた。また、基礎杭の頭部が剛結の場合には、大地震時に発生する大きな曲げ応力により杭頭部分を破損する例が報告されている。
【０００３】
杭頭部の破損を避けるために、ピン結合で杭頭部と基礎とを互いに拘束させない構造による杭基礎構造も提案されてきた（例えば特開２０００−２２０１５１公報）。
【０００４】
この種の構造は、杭頭部にかかる曲げ応力が防止でき杭頭部の下方の杭本体に作用する曲げ応力も剛結合に比べかなり低減できることが確認されているが、地震時の水平変位が大きくなるため大規模の地震を考慮した場合は、総じて基礎の形状が大きくなると共に滑り面および弾性体材料等で全荷重を常時負担するために材料強度面から使用範囲が限られている。即ち、地震等の無い通常時に支持材料に常時荷重がかかり、実用化に際しては材料の劣化が懸念されているため、材料への荷重を低減せざるを得ず使用範囲が狭かった。
【０００５】
また、鋼製の円形の筒体１１の中に杭本体の各鋼棒９の突出部８を配置し、突出部８の周囲に鉛１０を囲饒して筒体１１との間に介在させ、その筒体１１を基礎７に埋め込ませ水平方向変位を制限し、横揺れエネルギーを吸収する免震構造も提案されている（特開２０００− ３３６６６６ 公報。特に、図１〜５）。この免震構造では、コンパクトではあるが、高鉛直支持力に関する支持構造の点から見た場合耐力的に使用範囲が制限される。
【０００６】
従って、基礎杭と上部構造物との間の基礎において、高鉛直荷重への耐力を有すると共に、高支持力基礎で想定された大地震での高水平力への耐力をも有し、かつ安定した一定の保有耐力に容易に制御され得る結合部が期待されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、杭頭部と上部構造物との結合部において、剛結合の場合に可能な高支持力の伝達機能を保有すると共に、地震時の水平方向変位にもローラー結合の場合同様の機能を有する構造を採用して高耐力を実現すると共に、両者の耐力を所定の値に制御する基礎杭と上部構造との結合構造又は結合方法を提供することを目的としている。
【０００８】
最近、既製杭を利用した高い鉛直支持力（従来比２倍以上）を得ることができる基礎杭構造が開発されつつあり（例えば、特開２００２− ９７６３５ 公報）、この高い支持力を有する基礎杭構造では、従来より積載荷重の大きい上部構造物の基礎構造に適用されている。従って、高い鉛直支持力に見合った高い曲げモーメントを有する基礎杭が必要であるが、従来から常用されているような上部構造のフーチング内で、基礎杭の杭頭部を剛結合させる方法では大きい地震により杭頭部に水平力が作用し、これに伴い杭頭部に生じる曲げモーメントへの対応が困難であるので、剛接合でありながら大きい曲げモーメントを許容できる結合構造を確実にかつ簡便に実現できる免震構造が必要となってきている。
【０００９】
そこで、従来のように基礎杭の杭頭部から定着用の鉄筋を突出させ、この鉄筋を上部構造に埋設して、この鉄筋が単独で、上部構造全ての曲げモーメントを負担して、基礎杭に伝える構造を見直しする必要がある。例えば、地震時の曲げモーメントに関し定着用の鉄筋が負担する割合を低減させ、その残りの分力をゴムなど弾性材料からなる緩衝材にも負担させる構造が求められている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
然るにこの発明では、定着鋼材と緩衝材を有する杭頭ジョイント具とで、基礎杭の杭頭部と上部構造とを結合し、地震時に、定着用の鉄筋と緩衝材の両方で応力負担をさせることにより高い耐力を有する基礎杭と上部構造の連結構造を実現する。また、この場合、緩衝材を材料自身の弾性領域範囲内の負荷となるうように制御することにより、従来のように通常時での過重負荷による緩衝材の劣化も防止でき、前記問題点を解決した。
【００１１】
即ちこの発明は、地中に構築された基礎杭の上端部に、緩衝材を介装してなる杭頭ジョイント具を装着すると共に、定着鋼材の下部を前記基礎杭に定着固定し、該定着鋼材の上部を前記杭頭ジョイント具に形成した貫通孔から上方に突出させ、
前記緩衝材を押圧した状態を維持して、前記定着鋼材の中間部を前記杭頭ジョイント具に固定し、前記定着鋼材を上部構造物内に定着させたことを特徴とする基礎杭と上部構造物との連結構造である。
【００１２】
また、前記において、前記定着鋼材に螺糸部を形成してナットを螺合して、該ナットを杭頭ジョイント具の上面に配置して締結し、前記杭頭ジョイント具の緩衝材を所定の押圧を維持した状態で、前記定着鋼材を杭頭ジョイント具に固定したことを特徴とする基礎杭と上部構造物との連結構造である。また、緩衝材の押圧は、定着鋼材に伝達される上部構造物からの鉛直荷重の内、前記定着鋼材から直接基礎杭に伝達される第一分力と、前記定着鋼材から緩衝材を経由して前記基礎杭に伝達される第二分力とを、前記第二分力が所望の値となるように調節して押圧した基礎杭と上部構造物との連結構造である。
【００１３】
また、前記において、杭頭ジョイント具を、基礎杭に載置する下剛板と、基礎杭の杭頭部を覆う保護筒を有する上剛板を上下に並列し、前記上剛板と前記下剛板との間、前記下剛板と前記保護筒との間に、夫々緩衝材を介装して構成し、前記保護筒の下端部内面と基礎杭の杭頭部外面との間を、弾性材料で塞いだことを特徴とする基礎杭と上部構造物との連結構造である。
【００１４】
また、ジョイント具の発明は、基礎杭の上面に設置できる下剛板と、上剛板とを、緩衝材を挟んで上下に積層してジョイント基材を形成し、前記ジョイント基材に、前記基礎杭に定着される鋼材を通すことができる貫通孔を穿設し、前記上剛板に、前記ジョイント基材の外側を覆うことができる保護筒の上端部を固定し、前記保護筒の内面と下剛板の外周との間に緩衝材を嵌挿したことを特徴とする杭頭ジョイント具である。
【００１５】
また、前記において、上剛板の外径を下剛板の外径より大径とし、前記上剛板の外周に沿って保護筒の上端部を取り付け、該保護筒を基礎杭の杭頭部より大径に形成したことを特徴とする杭頭ジョイント具である。
【００１６】
また、他の発明は、以下の工程をとることを特徴とした基礎杭と上部構造物との連結構造である。
（１） 杭頭部を露出して、基礎杭を構築する。
（２） 基礎杭の上端部から上方に向けて、下端部を前記基礎杭に定着固定した定着鋼材を突出させる。
（３） 水平方向及び垂直方向に緩衝材を介装してなる杭頭ジョイント具の上下方向の貫通孔に、定着鋼材を通しながら、前記基礎杭の上端部に、杭頭ジョイント具を装着する。
（４） 前記緩衝材を所定の圧力で、押圧した状態を維持して、前記定着鋼材の中間部を前記杭頭ジョイント具に固定する。
（５） 前記緩衝材の押圧は、前記定着鋼材に伝達される上部構造物からの鉛直荷重の内、前記定着鋼材から直接基礎杭に伝達される第一分力と、前記定着鋼材から緩衝材を経由して前記基礎杭に伝達される第二分力とを、前記第二分力が所望の値となるように調節して押圧する。
（６） 上部構造用のコンクリートを打設して、前記定着鋼材及び杭頭ジョイント具を上部構造物内に定着させる。
【００１７】
前記における基礎杭は、既製杭を使用した杭、現場造成杭のいずれも含む。また、既製杭を使用する場合、杭穴を掘削した後に既製杭を埋設し、あるいは杭穴を掘削せずに、打撃や回転などの方法で既製杭を地盤に押し込み、あるいは杭穴を掘削しつつ既製杭を地盤に押し込める等の従来用いられた工法により構築された基礎杭をいずれも採用できる。
【００１８】
また、前記における定着とは、ねじによる螺合の場合、溶接の場合、鋼材等をコンクリート内に埋設して定着する場合など、構造的に一体となることを指す。
【００１９】
また、前記における定着鋼材は、基礎杭と杭頭ジョイント具とを接合し、上部構造に埋設できれば、その構造は任意である。例えば、基礎杭の構造材料（構造鉄筋等）とは別部材の鋼材を基礎杭の構造材料に溶接等で接合して定着固定する。また、コンクリート系の基礎杭の場合には、別部材の鋼材を、基礎杭に形成した縦穴に嵌挿し、隙間にコンクリート類を充填して定着固定することもできる。また、既製杭を使用した基礎杭の場合には、別部材の鋼材を、既製杭の上端板（構造鉄筋が接合してある）に溶接し、あるいは上端板のねじ孔に螺合して定着固定する。また、定着鋼材を、基礎杭の構造鉄筋を基礎杭の上端部から突出させて構成することもできる。
【００２０】
また、前記における上部構造物とは、基礎杭の杭頭部が定着する基礎杭の上方の構造物を指すが、工程上、フーチングや、最下階のスラブ等が、基礎杭と直接接合される。
【００２１】
また、前記における緩衝材は、例えば、高強度かつ高耐久性を有するウレタンエラストマー、各種ゴム材、ばね材、樹脂コンクリート等を使用する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（１） 下剛板１は、既製杭４２の上端板３８に載置できる円盤状で、貫通孔４、４を形成してある。
上剛板６は、既製杭４２の上端板３８より大径の円盤状で、貫通孔９、９が形成されている。上剛板６の外周７に沿って、保護筒１２の上端部を固定する。
【００２３】
下剛板１と上剛板６との間に、円盤状で、貫通孔１８、１８を有する第一緩衝材１５を介装する。保護筒１２の内面と、下剛板６の外周面及び第一緩衝材１５の外周面との間に、第二緩衝材１９を介装する。以上のようにして、杭頭ジョイント具２２を構成する。ここで、貫通孔４、９、１８は互いに連通し、かつ既製杭４２の上端板３８のねじ孔４０とも連通する。
【００２４】
（２） 既製杭４２の上端板３８上に、杭頭ジョイント具２２を載せる。下剛板１の下面が、上端板３８に当接し、上端板３８のねじ孔４０が、貫通孔４、９、１８と連通し、かつ貫通孔４、９、１８がねじ孔４０より十分大きく形成されている。
【００２５】
貫通孔４、９、１８を通したアンカー筋４９付きの定着鉄筋４４の先端側を、ねじ孔４０に螺合して、定着鉄筋４４の上端側を杭頭ジョイント具２２から上方に突出させる。各定着鉄筋４４にスペーサー４７を挟んで、ナット４８を螺合する。
【００２６】
（３） ナット４８を杭頭ジョイント具２２の上剛板６の上面で、締めると、締めに従って、上下剛板１、６の間が縮み、第一緩衝材１５が押圧される。従って、第一緩衝材１５の弾性変形領域内で、第一緩衝材１５の押圧に対応して、上下剛板１、６に反発力が発生する。対応して、定着鉄筋４４に引張応力を生じさせる。
【００２７】
従って、ナット４８を締めるトルク値を管理することにより、第一緩衝材１５に生じる反発力を管理できる。
【００２８】
（４） 所望のトルク値で、ナット４８の締め付けが完了したならば、アンカー筋４９付きの各定着鉄筋４４等の杭頭部をフーチング５１内に定着させるために、フーチング５１用の型枠、鉄筋５０、５０を組む。型枠内にコンクリートを打設すれば、杭頭ジョイント具２２の上剛板６の上面６ａ、保護筒１２の外面１３ａがコンクリートに接した状態で、ナット４８とその上方の定着鉄筋４４、アンカー筋４９がコンクリート内に埋設される。従って、既製杭４２の杭頭部が、上部構造物を構成するフーチング５１に定着して結合される。
【００２９】
（５） ナット４８のトルク値の管理は、第一緩衝材１５が負担する範囲が、４０〜６０％となるように、この範囲で適宜選択して適用すれば、応力バランス上、好ましい。
【００３０】
【実施例１】
図１〜３に基づきこの発明の実施例を説明する。
【００３１】
［１］杭頭ジョイント具２２の構成
【００３２】
（１） 使用する既製杭４２の上端板３８に載置できる形状で、上端板３８のねじ孔４０、４０に連通して、かつねじ孔４０より大径の貫通孔４、４を形成して、下剛板１とする。下剛板１は円盤状に形成され、外周２は、上端板３８と同程度の外径に形成する。
【００３３】
使用する上端板３８より大径、即ち下剛板１より大径の円盤状で、下剛板１の貫通孔４、４と同一径で連通する貫通孔９、９を形成して、上剛板６を構成する。上剛板６の下面６ｂに、外周７に沿った環状の切欠き１０を形成し、鋼材から形成した保護筒１２の上端部を、切欠き１０に嵌合固着する。
【００３４】
下剛板１と同一平面形状の第一緩衝材１５を形成する。即ち、第一緩衝材１５は、円盤状で、貫通孔４、４と同一位置に同径の貫通孔１８、１８を形成してある。上剛板６と下剛板１との間に、第一緩衝材１５を重ねる。
【００３５】
下剛板１及び第一緩衝材１５の外周２と保護筒１２の内面１３との間に、高さの低い筒状の第二緩衝材１９を嵌挿する。第二緩衝材１９の上面２０は、上剛板１の下面１ａの外周２側に接着され、第二緩衝材１９の下面２０ａは、下剛板１の下面１ｂと面一に形成されている。即ち、第二緩衝材１９の高さは、下剛板１と第一緩衝材１５とを重ねた状態の高さと同一に形成されている。
【００３６】
この状態で、保護筒１２は、下剛板１の下面１ｂから高さＨ１だけ下方に突出している。また、保護筒１２の内面１３の下端部に、既製杭４２に嵌装するゴムリング４６が当接できるようになっている。
【００３７】
以上のようにして、杭頭ジョイント具２２を構成する（図１）。前記における貫通孔４、９、１８は、定着鉄筋４４が余裕を持って通過できる程度に十分な大きさに形成される。尚、上下剛板１、６、保護筒１２、緩衝材１５、１９の各部材の当接面の全部又は一部で、互いに接着することもできる。
【００３８】
（２） 尚、前記において、第一緩衝材１５、第二緩衝材１９は、２部材から形成したので、異なる材料から構成して、垂直方向、水平方向の求める反発力に対応させることができるが、一つの材料から一体に成型して形成することもできる。
【００３９】
［２］基礎杭４３の構築
【００４０】
（１） 埋設予定の既製杭４２の節状の突起３３の外径より若干大きい掘削径Ｄ００の杭穴２４を、地盤２８の地表面から所定深度まで掘削し、杭穴２４の下端部に杭穴２４の軸部２４ａの径Ｄ００の１．５〜２．５倍の掘削径Ｄ１１で、拡径部長約２．５ｍの拡底根固め部２５を造成する。その拡底根固め部２５内に周辺地盤強度より固化強度の大きなソイルセメント層５５を形成する。また、杭穴２４の軸部２４ａにも周辺地盤強度より固化強度の大きく、かつ拡大根固め部２５のソイルセメント層５５よりも固化強度が小さなソイルセメント層５６を、杭穴口２７の近傍まで形成する（図５（ａ））。
【００４１】
（２） 引続き、下杭の下端部の軸部３２を上部の軸部３１（径Ｄ０）に比べて細径Ｄ１の細径部３２として、細径部３２に節状の突起３３、３３を複数有するコンクリート製の下杭（既製杭）３０を形成して、下杭３０を杭穴口２７から杭穴２４内に沈設する（図５（ｂ））。下杭３０に、下杭３０の軸部３１と同径の軸部３７を有するストレート状のコンクリート製の上杭（既製杭）３６を接合して（図５（ｃ））、既製杭４２として、既製杭４２（下杭３０）の突起３３、３３を高固化強度のソイルセメントが充填された拡底根固め部２５のソイルセメント層５５内に設置する（図５（ｄ））。
【００４２】
下杭３６は、軸部３１から下端部の細径部３２に変化する部分に、上側の突起３３を配置し、該部を大径調節部３３ａとする。大径調節部３３ａは、拡大根固め部２５の上端２５ａから深さＤＨ２だけ、拡大根固め部２５内に入った状態で埋設され、既製杭４２の下面３４（下杭３０の下面）と杭穴２４の底２６（拡大根固め部の底）とに深さＤＨ１だけ間隙を設け、所要の固化強度を確保している。
【００４３】
（３） 以上のように、杭穴２４内に既製杭４２を埋設して、基礎杭４３を構成する（図５（ｄ））。
【００４４】
（４） このように形成した拡大根固め部２５内の既製杭４２（下杭３０）は、鉛直荷重に対して、その突起３３や下面３４から斜め下方に拡大根固め部の底２６（杭穴２４の底２６）に向けて、ソイルセメント層５５内をせん断力が伝搬し、引抜力に対しては、突起３３、３３から斜め上方に向けて、ソイルセメント層５５内をせん断力が伝搬する。
【００４５】
また、上杭３６は、下杭３０の軸部３１と同径として、杭材の曲げモーメントを増強した構成とし、既製杭４２の杭頭部で地震時等に発生する水平荷重に対して十分耐える構造となっている。
【００４６】
従って、杭穴２４内に埋設した既製杭４２は、杭穴根固め部２５内で、せん断力を充分発現させ、高支持力を有すると共に、杭頭部での水平耐力を高めた基礎杭を造成する。
【００４７】
（４） 既製杭４２の地盤２８（杭穴２４）内への埋設は、杭穴２４を掘削した後の埋設に限らず、従来の他の方法を採用することもできる。即ち、杭穴２４を掘削せずに、打撃や回転などの方法で既製杭４２を地盤２８に押し込み、あるいは杭穴２４を掘削しつつ既製杭４２を地盤２８に押し込める中掘工法とすることもできる。
【００４８】
［３］上部構造物（フーチング５１）の構築
【００４９】
（１） 上杭３６には、ねじ孔４０を有する上端板３８を取り付けてあり、上端板３８を地盤２８より上方に露出させる（図５（ｄ）、図１）。地盤２８上に砂利層５８を形成する。
【００５０】
（２） 既製杭４２（上杭３６）の上端板３８の各ねじ孔４０に、外側に螺糸を形成した定着鉄筋４４、４４の下端部を捻じ込み固定する。また、事前に、既製杭４２（上杭３６）の杭頭部にゴムリング４６を嵌装する（図１）。
【００５１】
続いて、下剛板１の各貫通孔４、４に、定着鉄筋４４を通して、下剛板１を上端板３８に載置する。
【００５２】
続いて、予め第一緩衝材１５の外周に、第二緩衝材１９を貼りあわせた連結緩衝材２１を、その各貫通孔１８、１８に、夫々定着鉄筋４４を通しながら、連結緩衝材２１の第一緩衝材１５を下剛板１に載置し、第二緩衝材１９の下端部を、下剛板１の外周２に嵌装する。
【００５３】
続いて、予め上剛板６の環状の切欠き１０に、保護筒１２の上端部を嵌装して溶接固着し、保護筒１２付きの上剛板６を吊り下ろし、上剛板６の各貫通孔９、９に定着鉄筋４４を夫々通すと共に、上剛板６を結合緩衝材２１上に載置する。この際、保護筒１２は、上部が結合緩衝材２１の第二緩衝材１９に嵌装し、内面１３の下端部にゴムリング４６が弾性支持して、間隙が塞がれる。
【００５４】
この状態で、上剛板６の上面６ａから定着鉄筋４４、４４が突出しており、各定着鉄筋４４、４４に、上からスペーサ（座金）４７をはめ、ナット４８を螺合する。ナット４８を締めながら、上剛板６と下剛板１とで、結合緩衝材２１を押圧してこれを縮め、所定トルク値まで締め付け、ナット４８と定着させる。
【００５５】
（３） 各定着鉄筋４４、４４の上端には、フーチング５１と既製杭４２とを定着する為のアンカー筋４９が一体に形成されている（図３、図４）。通常、定着鉄筋４４とアンカー筋４９を一体の鋼材から成形加工する。
【００５６】
アンカー筋４９の固着作業に前後して、砂利層５８上に、均しコンクリート層５９を形成する。保護筒１２の下端部を均しコンクリート層５９内に埋設し、均しコンクリート層５９を既製杭４２の側面まで至らせる。一般に均しコンクリート層５９は薄く、静かにコンクリートが打設されるので、コンクリートが保護筒１２の上方へ入るおそれはなく、更に、ゴムリング４６が弾性当接しているので、コンクリートが保護筒１２の上方へ入ることを確実に防止できる。
【００５７】
（４） 均しコンクリート層５９上で、上剛板６、保護筒１２の外周側に、上部構造物のフーチング用の鉄筋５０、５０を配筋して、必要ならばアンカー鉄筋４９、４９と結合し、また、フーチング用の型枠を構築し（図示していない）、型枠内に、コンクリートを打設する。
【００５８】
（５） コンクリートが固化発現した後に、杭穴２４内に埋設された既製杭４２からなる基礎杭４３とフーチング５１とが結合される。
【００５９】
［４］応力の伝達作用の説明
【００６０】
（１） 長期荷重の作用時（鉛直荷重のみが作用する通常時）
【００６１】
上部構造物の荷重は、フーチング５１で受け、杭頭ジョイント２２の全体を介して既製杭４２に伝達され基礎杭４３で負担されるようになっている。
【００６２】
一方、所定のトルク値でナット４８を締め付けてあるので、そのトルク値の大小に対応して第一緩衝材１５に反発力を生じさせ荷重の一部を負担させている。この第一緩衝材の締め付けは、第一緩衝材１５の弾性変形内で調整されている（図６（ａ）（ｂ））。
【００６３】
（２） 水平荷重の作用時（地震等の短期時）
【００６４】
地震等で杭頭部に水平力（水平荷重）が作用した時には、その既製杭４２の杭頭部に曲げモーメントが生じ、上剛板６と下剛板１とがずれるように作用する。
具体的には、上剛板６の一側が上がり、他側が下がるような変化が生じ、この変化は先ず、第一緩衝材１５及び第二緩衝材１９の変形（弾性応力）で吸収され（図６（ｃ））、更に大きい曲げモーメントが生じた場合には、第一第二緩衝材１５、１９での応力吸収に加えて、剛結合の定着鉄筋４４の伸張等による変形による耐力で吸収される構造となっている。この場合も第一第二緩衝材１５、１９は弾性変形内で変形に追随するよう維持されている。
【００６５】
また、既製杭４２の杭頭部が移動した際に、既製杭４２の外面と保護筒１２の内面との距離が短くなる部分が生じるが、このずれはゴムリング４６でも吸収し、既製杭４２や保護筒１２を損傷しないようにしている。
【００６６】
また、定着鉄筋４４の軸径に対して、上下剛板６、１の貫通孔９、４は充分に大径に形成し、既製杭４２の杭頭部の変位に伴い定着鉄筋４４をこの径の隙間の範囲内で移動させ損傷・変形を低減させるようにしている。
【００６７】
［５］他の実施例
【００６８】
（１） 前記実施例において、既製杭４２の杭頭部に下剛板１、結合緩衝材２１、上剛板６を順に載せて、杭頭ジョイント具２２を形成したが、予め杭頭ジョイント具２２を形成しておき、上端板３８に定着した定着鉄筋４４に、杭頭ジョイント具２２の貫通孔４、９、１８を挿通しながら、杭頭ジョイント具２２を既製杭４２の上端板３８に載置することもできる。
【００６９】
（２） また、前記実施例において、既製杭４２の上端板３８のねじ孔４０に定着鉄筋４４を螺合した後に、杭頭ジョイント具（上下剛板６、１、緩衝材１５、１９）２２を取り付けたが、先に杭頭ジョイント具２２を既製杭４２の上端板３８に載せた後に、杭頭ジョイント具２２の貫通孔９、１８、４を通過させて、定着鉄筋４４の下端部をねじ孔４０に螺合することもできる。
【００７０】
（３） また、前記実施例において、定着鉄筋４４とアンカー筋４９を一体の鋼材から成形加工したが、別々に製造した定着鉄筋４４とアンカー筋４９とを溶接等により一体に接合して形成することもできる。尚、この場合には、接合強度に関するの信頼性等の為、現場溶接ではなく工場で溶接することが望ましい。
【００７１】
（４） また、前記（３）のように定着鉄筋４４とアンカー筋４９とを分離して形成した場合、アンカー筋４９を定着鉄筋４４に固着する代わりに、あるいは定着鉄筋４４に固着して、更にアンカー筋４９を上剛板６に固着することもできる（図示していない）。尚、定着鉄筋４４とアンカー筋４９を一体に形成した場合であっても、更に、別のアンカー筋４９を上剛板６に固着することもできる（図示していない）。
【００７２】
（５） また、前記実施例において、定着鉄筋４４は、既製杭４２の上端板３８に螺合して、既製杭４２に定着させたが、上端板３８に溶接し、あるいは上端板３８に螺合して更に溶接して、定着させることもできる。
【００７３】
（６） また、前記実施例において、保護筒１２の下端部は、均しコンクリート層５９内に埋設したので、保護筒１２内にコンクリートが入り込むことを確実に防止できるので好ましいが、直接にフーチング５１内に埋設することもできる（図示していない）。
【００７４】
（７） 杭頭ジョイント具２２は、基礎杭４３の構築が完了した後に、基礎杭４３に装着したが、既製杭４２を使用して基礎杭４３を構成する場合には、予め既製杭４２の上端板に、杭頭ジョイント具２２を取り付けた状態で、既製杭４２を杭穴２４内に埋設することもできる（図示していない）。
【００７５】
【発明の効果】
（１） この発明では、定着鋼材の下部を基礎杭に定着固定し、中間部を、緩衝材を弾性を維持する範囲で、押圧した杭頭ジョイント具に固定し、上端部を上部構造内に定着させたので、通常時の上部構造物の鉛直荷重は、定着鋼材及び杭頭ジョイント具の緩衝材を介して、基礎杭に伝達される。この際、緩衝材の押圧力に応じて、緩衝材が負担すべき鉛直荷重の分量が決まり、定着鋼材が負担すべき鉛直荷重の分量を軽減できる。
【００７６】
従って、高支持力杭では、１本当たりの基礎杭が負担すべき支持力を大きうできるが、これに伴い、１本が負担すべき鉛直荷重が大きく設定されるが、この倍であっても、対応する定着鋼材をより耐力の大きな材料を選択したり、あるいは定着鋼材の本数を軽減できる。
【００７７】
（２） 従って、上部構造物と基礎杭を結合した際に、従来から剛結合が常用されて来たため、特に高い鉛直支持力を発揮できる基礎杭においては、地震等での水平力による水平変位を上部構造に伝達してしまうため、基礎杭の杭耐力が充分に活かされ難いという問題があったが、本発明の上部構造物と基礎杭との結合構造では、剛結合される定着鋼材と緩衝材とを併用して曲げモーメントの負荷を分散し、定着鋼材の負担を低減したので、高い支持力を有す基礎杭においても鉛直、水平両荷重に対してバランスの取れた高耐力を有する構造を容易に提供できる。
【００７８】
また、剛結合部分と緩衝材とをボルトとナットによる締め付けで固定した場合には、従来から提案されている特殊な積層ゴムやダンパ類で全荷重を支持した各種の免震構造に比較し、容易に免震構造を実現できると共に、緩衝材をその弾性範囲内で制御して使用できるので、通常の長期荷重時における緩衝材の劣化も防止できる。
【００７９】
従って、使用する緩衝材の選択範囲を広くできる。
【００８０】
（３） また、定着鋼材に螺糸部を形成してナットを螺合して、ナットを杭頭ジョイント具の上面に配置して締結する場合には、ナットの締め付けトルク値を管理することにより、地震等の水平荷重が作用する時の緩衝材の加圧力、ひいては定着鋼材が負担すべき、曲げモーメントを管理できる。従って、所望の緩衝材の加圧力や定着鋼材の圧縮応力を容易に設定できる効果がある。
【００８１】
また、トルク値で管理するので、トルク値と緩衝材の加圧力との相関関係も容易に解析でき、トルクレンチなどを使用すれば、現場での所望のトルク値の管理が容易である。
【００８２】
また、既製杭、杭頭ジョイント具の結合作業が容易になる。
【００８３】
また、定着鋼材の下端側にも螺糸部を形成すれば、既製杭を使用した場合、その上端板に形成されている螺孔を使用して、容易に定着鋼材と定着固定できる。
【００８４】
（４） また、基礎杭の杭頭部より大径の保護筒を使用して杭頭ジョイント具を構成した場合には、水平荷重の付加に伴う杭頭部及び緩衝材の移動スペースを確保して、杭頭部及び上部構造の破損を防止できる範囲を広げることができる。
【００８５】
またこの場合、杭頭部と保護筒の間に弾性材料を嵌挿すれば、更に破損を防止出きると共に、弾性力により杭頭部が移動後に現状復帰することを促すことができる。更に、上部構造のコンクリートを打設する際に、保護筒の内側にコンクリートが入ることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の部材の構成を表す左側を破切した正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】同じく構築した状態の左側を破切した正面図である。
【図４】同じく構築した状態の左側を破切した正面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、この発明の実施に使用する基礎杭を構築する過程を説明する縦断面図である。
【図６】この発明の緩衝材の変形を表す概念図で、（ａ）は締め付け前、（ｂ）長期荷重時、（ｃ）短期荷重で曲げモーメントが作用した状態、を夫々表す。
【符号の説明】
１ 下剛板
２ 下剛板の外周
４ 下剛板の貫通孔
６ 上剛板
７ 上剛板の外周
９ 上剛板の貫通孔
１０ 上剛板の切欠き
１２ 保護筒
１３ 保護筒の内面
１３ａ 保護筒の外面
１５ 第一緩衝材
１６ 第一緩衝材の外周
１８ 第一緩衝材の貫通孔
１９ 第二緩衝材
２０ 第二緩衝材の上面
２０ａ 第二緩衝材の下面
２１ 結合緩衝材
２２ 杭頭ジョイント具
２４ 杭穴
２４ａ 杭穴の軸部
２５ 杭穴の拡底根固め部
２８ 地盤
３０ 下杭（既製杭）
３６ 上杭（既製杭）
３８ 上端板
３９ 上端板の中空部
４０ 上端板のねじ孔
４２ 既製杭
４３ 基礎杭
４４ 定着鉄筋
４６ ゴムリング
４７ スペーサー
４８ ナット
４９ アンカー筋
５０ フーチング用の鉄筋
５１ フーチング
５３ 基礎杭構造
５５、５６ ソイルセメント層
５９ 均しコンクリート層
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤に構築された基礎杭と、その基礎杭の上端部に定着される上部構造物との結合に係る、基礎杭と上部構造物との連結構造、杭頭ジョイント具、基礎杭と上部構造物との連結方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築・土木における構造物の基礎杭頭部における結合構造部は、従来から剛結を主に設計されているため、大部分の建築物の基礎杭頭部を基礎に剛結した杭基礎構造が用いられてきた。また、基礎杭の頭部が剛結の場合には、大地震時に発生する大きな曲げ応力により杭頭部分を破損する例が報告されている。
【０００３】
杭頭部の破損を避けるために、ピン結合で杭頭部と基礎とを互いに拘束させない構造による杭基礎構造も提案されてきた（例えば特開２０００−２２０１５１公報）。
【０００４】
この種の構造は、杭頭部にかかる曲げ応力が防止でき杭頭部の下方の杭本体に作用する曲げ応力も剛結合に比べかなり低減できることが確認されているが、地震時の水平変位が大きくなるため大規模の地震を考慮した場合は、総じて基礎の形状が大きくなると共に滑り面および弾性体材料等で全荷重を常時負担するために材料強度面から使用範囲が限られている。即ち、地震等の無い通常時に支持材料に常時荷重がかかり、実用化に際しては材料の劣化が懸念されているため、材料への荷重を低減せざるを得ず使用範囲が狭かった。
【０００５】
また、鋼製の円形の筒体１１の中に杭本体の各鋼棒９の突出部８を配置し、突出部８の周囲に鉛１０を囲饒して筒体１１との間に介在させ、その筒体１１を基礎７に埋め込ませ水平方向変位を制限し、横揺れエネルギーを吸収する免震構造も提案されている（特開２０００− ３３６６６６ 公報。特に、図１〜５）。この免震構造では、コンパクトではあるが、高鉛直支持力に関する支持構造の点から見た場合耐力的に使用範囲が制限される。
【０００６】
従って、基礎杭と上部構造物との間の基礎において、高鉛直荷重への耐力を有すると共に、高支持力基礎で想定された大地震での高水平力への耐力をも有し、かつ安定した一定の保有耐力に容易に制御され得る結合部が期待されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、杭頭部と上部構造物との結合部において、剛結合の場合に可能な高支持力の伝達機能を保有すると共に、地震時の水平方向変位にもローラー結合の場合同様の機能を有する構造を採用して高耐力を実現すると共に、両者の耐力を所定の値に制御する基礎杭と上部構造との結合構造又は結合方法を提供することを目的としている。
【０００８】
最近、既製杭を利用した高い鉛直支持力（従来比２倍以上）を得ることができる基礎杭構造が開発されつつあり（例えば、特開２００２− ９７６３５ 公報）、この高い支持力を有する基礎杭構造では、従来より積載荷重の大きい上部構造物の基礎構造に適用されている。従って、高い鉛直支持力に見合った高い曲げモーメントを有する基礎杭が必要であるが、従来から常用されているような上部構造のフーチング内で、基礎杭の杭頭部を剛結合させる方法では大きい地震により杭頭部に水平力が作用し、これに伴い杭頭部に生じる曲げモーメントへの対応が困難であるので、剛接合でありながら大きい曲げモーメントを許容できる結合構造を確実にかつ簡便に実現できる免震構造が必要となってきている。
【０００９】
そこで、従来のように基礎杭の杭頭部から定着用の鉄筋を突出させ、この鉄筋を上部構造に埋設して、この鉄筋が単独で、上部構造全ての曲げモーメントを負担して、基礎杭に伝える構造を見直しする必要がある。例えば、地震時の曲げモーメントに関し定着用の鉄筋が負担する割合を低減させ、その残りの分力をゴムなど弾性材料からなる緩衝材にも負担させる構造が求められている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
然るにこの発明では、定着鋼材と緩衝材を有する杭頭ジョイント具とで、基礎杭の杭頭部と上部構造とを結合し、地震時に、定着用の鉄筋と緩衝材の両方で応力負担をさせることにより高い耐力を有する基礎杭と上部構造の連結構造を実現する。また、この場合、緩衝材を材料自身の弾性領域範囲内の負荷となるうように制御することにより、従来のように通常時での過重負荷による緩衝材の劣化も防止でき、前記問題点を解決した。
【００１１】
即ちこの発明は、地中に構築された基礎杭の上端部に、緩衝材を介装してなる杭頭ジョイント具を装着すると共に、定着鋼材の下部を前記基礎杭に定着固定し、該定着鋼材の上部を前記杭頭ジョイント具に形成した貫通孔から上方に突出させ、
前記緩衝材を押圧した状態を維持して、前記定着鋼材の中間部を前記杭頭ジョイント具に固定し、前記定着鋼材を上部構造物内に定着させたことを特徴とする基礎杭と上部構造物との連結構造である。
【００１２】
また、前記において、前記定着鋼材に螺糸部を形成してナットを螺合して、該ナットを杭頭ジョイント具の上面に配置して締結し、前記杭頭ジョイント具の緩衝材を所定の押圧を維持した状態で、前記定着鋼材を杭頭ジョイント具に固定したことを特徴とする基礎杭と上部構造物との連結構造である。また、緩衝材の押圧は、定着鋼材に伝達される上部構造物からの鉛直荷重の内、前記定着鋼材から直接基礎杭に伝達される第一分力と、前記定着鋼材から緩衝材を経由して前記基礎杭に伝達される第二分力とを、前記第二分力が所望の値となるように調節して押圧した基礎杭と上部構造物との連結構造である。
【００１３】
また、前記において、杭頭ジョイント具を、基礎杭に載置する下剛板と、基礎杭の杭頭部を覆う保護筒を有する上剛板を上下に並列し、前記上剛板と前記下剛板との間、前記下剛板と前記保護筒との間に、夫々緩衝材を介装して構成し、前記保護筒の下端部内面と基礎杭の杭頭部外面との間を、弾性材料で塞いだことを特徴とする基礎杭と上部構造物との連結構造である。
【００１４】
また、ジョイント具の発明は、基礎杭の上面に設置できる下剛板と、上剛板とを、緩衝材を挟んで上下に積層してジョイント基材を形成し、前記ジョイント基材に、前記基礎杭に定着される鋼材を通すことができる貫通孔を穿設し、前記上剛板に、前記ジョイント基材の外側を覆うことができる保護筒の上端部を固定し、前記保護筒の内面と下剛板の外周との間に緩衝材を嵌挿したことを特徴とする杭頭ジョイント具である。
【００１５】
また、前記において、上剛板の外径を下剛板の外径より大径とし、前記上剛板の外周に沿って保護筒の上端部を取り付け、該保護筒を基礎杭の杭頭部より大径に形成したことを特徴とする杭頭ジョイント具である。
【００１６】
また、他の発明は、以下の工程をとることを特徴とした基礎杭と上部構造物との連結構造である。
（１） 杭頭部を露出して、基礎杭を構築する。
（２） 基礎杭の上端部から上方に向けて、下端部を前記基礎杭に定着固定した定着鋼材を突出させる。
（３） 水平方向及び垂直方向に緩衝材を介装してなる杭頭ジョイント具の上下方向の貫通孔に、定着鋼材を通しながら、前記基礎杭の上端部に、杭頭ジョイント具を装着する。
（４） 前記緩衝材を所定の圧力で、押圧した状態を維持して、前記定着鋼材の中間部を前記杭頭ジョイント具に固定する。
（５） 前記緩衝材の押圧は、前記定着鋼材に伝達される上部構造物からの鉛直荷重の内、前記定着鋼材から直接基礎杭に伝達される第一分力と、前記定着鋼材から緩衝材を経由して前記基礎杭に伝達される第二分力とを、前記第二分力が所望の値となるように調節して押圧する。
（６） 上部構造用のコンクリートを打設して、前記定着鋼材及び杭頭ジョイント具を上部構造物内に定着させる。
【００１７】
前記における基礎杭は、既製杭を使用した杭、現場造成杭のいずれも含む。また、既製杭を使用する場合、杭穴を掘削した後に既製杭を埋設し、あるいは杭穴を掘削せずに、打撃や回転などの方法で既製杭を地盤に押し込み、あるいは杭穴を掘削しつつ既製杭を地盤に押し込める等の従来用いられた工法により構築された基礎杭をいずれも採用できる。
【００１８】
また、前記における定着とは、ねじによる螺合の場合、溶接の場合、鋼材等をコンクリート内に埋設して定着する場合など、構造的に一体となることを指す。
【００１９】
また、前記における定着鋼材は、基礎杭と杭頭ジョイント具とを接合し、上部構造に埋設できれば、その構造は任意である。例えば、基礎杭の構造材料（構造鉄筋等）とは別部材の鋼材を基礎杭の構造材料に溶接等で接合して定着固定する。また、コンクリート系の基礎杭の場合には、別部材の鋼材を、基礎杭に形成した縦穴に嵌挿し、隙間にコンクリート類を充填して定着固定することもできる。また、既製杭を使用した基礎杭の場合には、別部材の鋼材を、既製杭の上端板（構造鉄筋が接合してある）に溶接し、あるいは上端板のねじ孔に螺合して定着固定する。また、定着鋼材を、基礎杭の構造鉄筋を基礎杭の上端部から突出させて構成することもできる。
【００２０】
また、前記における上部構造物とは、基礎杭の杭頭部が定着する基礎杭の上方の構造物を指すが、工程上、フーチングや、最下階のスラブ等が、基礎杭と直接接合される。
【００２１】
また、前記における緩衝材は、例えば、高強度かつ高耐久性を有するウレタンエラストマー、各種ゴム材、ばね材、樹脂コンクリート等を使用する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（１） 下剛板１は、既製杭４２の上端板３８に載置できる円盤状で、貫通孔４、４を形成してある。
上剛板６は、既製杭４２の上端板３８より大径の円盤状で、貫通孔９、９が形成されている。上剛板６の外周７に沿って、保護筒１２の上端部を固定する。
【００２３】
下剛板１と上剛板６との間に、円盤状で、貫通孔１８、１８を有する第一緩衝材１５を介装する。保護筒１２の内面と、下剛板６の外周面及び第一緩衝材１５の外周面との間に、第二緩衝材１９を介装する。以上のようにして、杭頭ジョイント具２２を構成する。ここで、貫通孔４、９、１８は互いに連通し、かつ既製杭４２の上端板３８のねじ孔４０とも連通する。
【００２４】
（２） 既製杭４２の上端板３８上に、杭頭ジョイント具２２を載せる。下剛板１の下面が、上端板３８に当接し、上端板３８のねじ孔４０が、貫通孔４、９、１８と連通し、かつ貫通孔４、９、１８がねじ孔４０より十分大きく形成されている。
【００２５】
貫通孔４、９、１８を通したアンカー筋４９付きの定着鉄筋４４の先端側を、ねじ孔４０に螺合して、定着鉄筋４４の上端側を杭頭ジョイント具２２から上方に突出させる。各定着鉄筋４４にスペーサー４７を挟んで、ナット４８を螺合する。
【００２６】
（３） ナット４８を杭頭ジョイント具２２の上剛板６の上面で、締めると、締めに従って、上下剛板１、６の間が縮み、第一緩衝材１５が押圧される。従って、第一緩衝材１５の弾性変形領域内で、第一緩衝材１５の押圧に対応して、上下剛板１、６に反発力が発生する。対応して、定着鉄筋４４に引張応力を生じさせる。
【００２７】
従って、ナット４８を締めるトルク値を管理することにより、第一緩衝材１５に生じる反発力を管理できる。
【００２８】
（４） 所望のトルク値で、ナット４８の締め付けが完了したならば、アンカー筋４９付きの各定着鉄筋４４等の杭頭部をフーチング５１内に定着させるために、フーチング５１用の型枠、鉄筋５０、５０を組む。型枠内にコンクリートを打設すれば、杭頭ジョイント具２２の上剛板６の上面６ａ、保護筒１２の外面１３ａがコンクリートに接した状態で、ナット４８とその上方の定着鉄筋４４、アンカー筋４９がコンクリート内に埋設される。従って、既製杭４２の杭頭部が、上部構造物を構成するフーチング５１に定着して結合される。
【００２９】
（５） ナット４８のトルク値の管理は、第一緩衝材１５が負担する範囲が、４０〜６０％となるように、この範囲で適宜選択して適用すれば、応力バランス上、好ましい。
【００３０】
【実施例１】
図１〜３に基づきこの発明の実施例を説明する。
【００３１】
［１］杭頭ジョイント具２２の構成
【００３２】
（１） 使用する既製杭４２の上端板３８に載置できる形状で、上端板３８のねじ孔４０、４０に連通して、かつねじ孔４０より大径の貫通孔４、４を形成して、下剛板１とする。下剛板１は円盤状に形成され、外周２は、上端板３８と同程度の外径に形成する。
【００３３】
使用する上端板３８より大径、即ち下剛板１より大径の円盤状で、下剛板１の貫通孔４、４と同一径で連通する貫通孔９、９を形成して、上剛板６を構成する。上剛板６の下面６ｂに、外周７に沿った環状の切欠き１０を形成し、鋼材から形成した保護筒１２の上端部を、切欠き１０に嵌合固着する。
【００３４】
下剛板１と同一平面形状の第一緩衝材１５を形成する。即ち、第一緩衝材１５は、円盤状で、貫通孔４、４と同一位置に同径の貫通孔１８、１８を形成してある。上剛板６と下剛板１との間に、第一緩衝材１５を重ねる。
【００３５】
下剛板１及び第一緩衝材１５の外周２と保護筒１２の内面１３との間に、高さの低い筒状の第二緩衝材１９を嵌挿する。第二緩衝材１９の上面２０は、上剛板１の下面１ａの外周２側に接着され、第二緩衝材１９の下面２０ａは、下剛板１の下面１ｂと面一に形成されている。即ち、第二緩衝材１９の高さは、下剛板１と第一緩衝材１５とを重ねた状態の高さと同一に形成されている。
【００３６】
この状態で、保護筒１２は、下剛板１の下面１ｂから高さＨ１だけ下方に突出している。また、保護筒１２の内面１３の下端部に、既製杭４２に嵌装するゴムリング４６が当接できるようになっている。
【００３７】
以上のようにして、杭頭ジョイント具２２を構成する（図１）。前記における貫通孔４、９、１８は、定着鉄筋４４が余裕を持って通過できる程度に十分な大きさに形成される。尚、上下剛板１、６、保護筒１２、緩衝材１５、１９の各部材の当接面の全部又は一部で、互いに接着することもできる。
【００３８】
（２） 尚、前記において、第一緩衝材１５、第二緩衝材１９は、２部材から形成したので、異なる材料から構成して、垂直方向、水平方向の求める反発力に対応させることができるが、一つの材料から一体に成型して形成することもできる。
【００３９】
［２］基礎杭４３の構築
【００４０】
（１） 埋設予定の既製杭４２の節状の突起３３の外径より若干大きい掘削径Ｄ００の杭穴２４を、地盤２８の地表面から所定深度まで掘削し、杭穴２４の下端部に杭穴２４の軸部２４ａの径Ｄ００の１．５〜２．５倍の掘削径Ｄ１１で、拡径部長約２．５ｍの拡底根固め部２５を造成する。その拡底根固め部２５内に周辺地盤強度より固化強度の大きなソイルセメント層５５を形成する。また、杭穴２４の軸部２４ａにも周辺地盤強度より固化強度の大きく、かつ拡大根固め部２５のソイルセメント層５５よりも固化強度が小さなソイルセメント層５６を、杭穴口２７の近傍まで形成する（図５（ａ））。
【００４１】
（２） 引続き、下杭の下端部の軸部３２を上部の軸部３１（径Ｄ０）に比べて細径Ｄ１の細径部３２として、細径部３２に節状の突起３３、３３を複数有するコンクリート製の下杭（既製杭）３０を形成して、下杭３０を杭穴口２７から杭穴２４内に沈設する（図５（ｂ））。下杭３０に、下杭３０の軸部３１と同径の軸部３７を有するストレート状のコンクリート製の上杭（既製杭）３６を接合して（図５（ｃ））、既製杭４２として、既製杭４２（下杭３０）の突起３３、３３を高固化強度のソイルセメントが充填された拡底根固め部２５のソイルセメント層５５内に設置する（図５（ｄ））。
【００４２】
下杭３６は、軸部３１から下端部の細径部３２に変化する部分に、上側の突起３３を配置し、該部を大径調節部３３ａとする。大径調節部３３ａは、拡大根固め部２５の上端２５ａから深さＤＨ２だけ、拡大根固め部２５内に入った状態で埋設され、既製杭４２の下面３４（下杭３０の下面）と杭穴２４の底２６（拡大根固め部の底）とに深さＤＨ１だけ間隙を設け、所要の固化強度を確保している。
【００４３】
（３） 以上のように、杭穴２４内に既製杭４２を埋設して、基礎杭４３を構成する（図５（ｄ））。
【００４４】
（４） このように形成した拡大根固め部２５内の既製杭４２（下杭３０）は、鉛直荷重に対して、その突起３３や下面３４から斜め下方に拡大根固め部の底２６（杭穴２４の底２６）に向けて、ソイルセメント層５５内をせん断力が伝搬し、引抜力に対しては、突起３３、３３から斜め上方に向けて、ソイルセメント層５５内をせん断力が伝搬する。
【００４５】
また、上杭３６は、下杭３０の軸部３１と同径として、杭材の曲げモーメントを増強した構成とし、既製杭４２の杭頭部で地震時等に発生する水平荷重に対して十分耐える構造となっている。
【００４６】
従って、杭穴２４内に埋設した既製杭４２は、杭穴根固め部２５内で、せん断力を充分発現させ、高支持力を有すると共に、杭頭部での水平耐力を高めた基礎杭を造成する。
【００４７】
（４） 既製杭４２の地盤２８（杭穴２４）内への埋設は、杭穴２４を掘削した後の埋設に限らず、従来の他の方法を採用することもできる。即ち、杭穴２４を掘削せずに、打撃や回転などの方法で既製杭４２を地盤２８に押し込み、あるいは杭穴２４を掘削しつつ既製杭４２を地盤２８に押し込める中掘工法とすることもできる。
【００４８】
［３］上部構造物（フーチング５１）の構築
【００４９】
（１） 上杭３６には、ねじ孔４０を有する上端板３８を取り付けてあり、上端板３８を地盤２８より上方に露出させる（図５（ｄ）、図１）。地盤２８上に砂利層５８を形成する。
【００５０】
（２） 既製杭４２（上杭３６）の上端板３８の各ねじ孔４０に、外側に螺糸を形成した定着鉄筋４４、４４の下端部を捻じ込み固定する。また、事前に、既製杭４２（上杭３６）の杭頭部にゴムリング４６を嵌装する（図１）。
【００５１】
続いて、下剛板１の各貫通孔４、４に、定着鉄筋４４を通して、下剛板１を上端板３８に載置する。
【００５２】
続いて、予め第一緩衝材１５の外周に、第二緩衝材１９を貼りあわせた連結緩衝材２１を、その各貫通孔１８、１８に、夫々定着鉄筋４４を通しながら、連結緩衝材２１の第一緩衝材１５を下剛板１に載置し、第二緩衝材１９の下端部を、下剛板１の外周２に嵌装する。
【００５３】
続いて、予め上剛板６の環状の切欠き１０に、保護筒１２の上端部を嵌装して溶接固着し、保護筒１２付きの上剛板６を吊り下ろし、上剛板６の各貫通孔９、９に定着鉄筋４４を夫々通すと共に、上剛板６を結合緩衝材２１上に載置する。この際、保護筒１２は、上部が結合緩衝材２１の第二緩衝材１９に嵌装し、内面１３の下端部にゴムリング４６が弾性支持して、間隙が塞がれる。
【００５４】
この状態で、上剛板６の上面６ａから定着鉄筋４４、４４が突出しており、各定着鉄筋４４、４４に、上からスペーサ（座金）４７をはめ、ナット４８を螺合する。ナット４８を締めながら、上剛板６と下剛板１とで、結合緩衝材２１を押圧してこれを縮め、所定トルク値まで締め付け、ナット４８と定着させる。
【００５５】
（３） 各定着鉄筋４４、４４の上端には、フーチング５１と既製杭４２とを定着する為のアンカー筋４９が一体に形成されている（図３、図４）。通常、定着鉄筋４４とアンカー筋４９を一体の鋼材から成形加工する。
【００５６】
アンカー筋４９の固着作業に前後して、砂利層５８上に、均しコンクリート層５９を形成する。保護筒１２の下端部を均しコンクリート層５９内に埋設し、均しコンクリート層５９を既製杭４２の側面まで至らせる。一般に均しコンクリート層５９は薄く、静かにコンクリートが打設されるので、コンクリートが保護筒１２の上方へ入るおそれはなく、更に、ゴムリング４６が弾性当接しているので、コンクリートが保護筒１２の上方へ入ることを確実に防止できる。
【００５７】
（４） 均しコンクリート層５９上で、上剛板６、保護筒１２の外周側に、上部構造物のフーチング用の鉄筋５０、５０を配筋して、必要ならばアンカー鉄筋４９、４９と結合し、また、フーチング用の型枠を構築し（図示していない）、型枠内に、コンクリートを打設する。
【００５８】
（５） コンクリートが固化発現した後に、杭穴２４内に埋設された既製杭４２からなる基礎杭４３とフーチング５１とが結合される。
【００５９】
［４］応力の伝達作用の説明
【００６０】
（１） 長期荷重の作用時（鉛直荷重のみが作用する通常時）
【００６１】
上部構造物の荷重は、フーチング５１で受け、杭頭ジョイント２２の全体を介して既製杭４２に伝達され基礎杭４３で負担されるようになっている。
【００６２】
一方、所定のトルク値でナット４８を締め付けてあるので、そのトルク値の大小に対応して第一緩衝材１５に反発力を生じさせ荷重の一部を負担させている。この第一緩衝材の締め付けは、第一緩衝材１５の弾性変形内で調整されている（図６（ａ）（ｂ））。
【００６３】
（２） 水平荷重の作用時（地震等の短期時）
【００６４】
地震等で杭頭部に水平力（水平荷重）が作用した時には、その既製杭４２の杭頭部に曲げモーメントが生じ、上剛板６と下剛板１とがずれるように作用する。
具体的には、上剛板６の一側が上がり、他側が下がるような変化が生じ、この変化は先ず、第一緩衝材１５及び第二緩衝材１９の変形（弾性応力）で吸収され（図６（ｃ））、更に大きい曲げモーメントが生じた場合には、第一第二緩衝材１５、１９での応力吸収に加えて、剛結合の定着鉄筋４４の伸張等による変形による耐力で吸収される構造となっている。この場合も第一第二緩衝材１５、１９は弾性変形内で変形に追随するよう維持されている。
【００６５】
また、既製杭４２の杭頭部が移動した際に、既製杭４２の外面と保護筒１２の内面との距離が短くなる部分が生じるが、このずれはゴムリング４６でも吸収し、既製杭４２や保護筒１２を損傷しないようにしている。
【００６６】
また、定着鉄筋４４の軸径に対して、上下剛板６、１の貫通孔９、４は充分に大径に形成し、既製杭４２の杭頭部の変位に伴い定着鉄筋４４をこの径の隙間の範囲内で移動させ損傷・変形を低減させるようにしている。
【００６７】
［５］他の実施例
【００６８】
（１） 前記実施例において、既製杭４２の杭頭部に下剛板１、結合緩衝材２１、上剛板６を順に載せて、杭頭ジョイント具２２を形成したが、予め杭頭ジョイント具２２を形成しておき、上端板３８に定着した定着鉄筋４４に、杭頭ジョイント具２２の貫通孔４、９、１８を挿通しながら、杭頭ジョイント具２２を既製杭４２の上端板３８に載置することもできる。
【００６９】
（２） また、前記実施例において、既製杭４２の上端板３８のねじ孔４０に定着鉄筋４４を螺合した後に、杭頭ジョイント具（上下剛板６、１、緩衝材１５、１９）２２を取り付けたが、先に杭頭ジョイント具２２を既製杭４２の上端板３８に載せた後に、杭頭ジョイント具２２の貫通孔９、１８、４を通過させて、定着鉄筋４４の下端部をねじ孔４０に螺合することもできる。
【００７０】
（３） また、前記実施例において、定着鉄筋４４とアンカー筋４９を一体の鋼材から成形加工したが、別々に製造した定着鉄筋４４とアンカー筋４９とを溶接等により一体に接合して形成することもできる。尚、この場合には、接合強度に関するの信頼性等の為、現場溶接ではなく工場で溶接することが望ましい。
【００７１】
（４） また、前記（３）のように定着鉄筋４４とアンカー筋４９とを分離して形成した場合、アンカー筋４９を定着鉄筋４４に固着する代わりに、あるいは定着鉄筋４４に固着して、更にアンカー筋４９を上剛板６に固着することもできる（図示していない）。尚、定着鉄筋４４とアンカー筋４９を一体に形成した場合であっても、更に、別のアンカー筋４９を上剛板６に固着することもできる（図示していない）。
【００７２】
（５） また、前記実施例において、定着鉄筋４４は、既製杭４２の上端板３８に螺合して、既製杭４２に定着させたが、上端板３８に溶接し、あるいは上端板３８に螺合して更に溶接して、定着させることもできる。
【００７３】
（６） また、前記実施例において、保護筒１２の下端部は、均しコンクリート層５９内に埋設したので、保護筒１２内にコンクリートが入り込むことを確実に防止できるので好ましいが、直接にフーチング５１内に埋設することもできる（図示していない）。
【００７４】
（７） 杭頭ジョイント具２２は、基礎杭４３の構築が完了した後に、基礎杭４３に装着したが、既製杭４２を使用して基礎杭４３を構成する場合には、予め既製杭４２の上端板に、杭頭ジョイント具２２を取り付けた状態で、既製杭４２を杭穴２４内に埋設することもできる（図示していない）。
【００７５】
【発明の効果】
（１） この発明では、定着鋼材の下部を基礎杭に定着固定し、中間部を、緩衝材を弾性を維持する範囲で、押圧した杭頭ジョイント具に固定し、上端部を上部構造内に定着させたので、通常時の上部構造物の鉛直荷重は、定着鋼材及び杭頭ジョイント具の緩衝材を介して、基礎杭に伝達される。この際、緩衝材の押圧力に応じて、緩衝材が負担すべき鉛直荷重の分量が決まり、定着鋼材が負担すべき鉛直荷重の分量を軽減できる。
【００７６】
従って、高支持力杭では、１本当たりの基礎杭が負担すべき支持力を大きうできるが、これに伴い、１本が負担すべき鉛直荷重が大きく設定されるが、この倍であっても、対応する定着鋼材をより耐力の大きな材料を選択したり、あるいは定着鋼材の本数を軽減できる。
【００７７】
（２） 従って、上部構造物と基礎杭を結合した際に、従来から剛結合が常用されて来たため、特に高い鉛直支持力を発揮できる基礎杭においては、地震等での水平力による水平変位を上部構造に伝達してしまうため、基礎杭の杭耐力が充分に活かされ難いという問題があったが、本発明の上部構造物と基礎杭との結合構造では、剛結合される定着鋼材と緩衝材とを併用して曲げモーメントの負荷を分散し、定着鋼材の負担を低減したので、高い支持力を有す基礎杭においても鉛直、水平両荷重に対してバランスの取れた高耐力を有する構造を容易に提供できる。
【００７８】
また、剛結合部分と緩衝材とをボルトとナットによる締め付けで固定した場合には、従来から提案されている特殊な積層ゴムやダンパ類で全荷重を支持した各種の免震構造に比較し、容易に免震構造を実現できると共に、緩衝材をその弾性範囲内で制御して使用できるので、通常の長期荷重時における緩衝材の劣化も防止できる。
【００７９】
従って、使用する緩衝材の選択範囲を広くできる。
【００８０】
（３） また、定着鋼材に螺糸部を形成してナットを螺合して、ナットを杭頭ジョイント具の上面に配置して締結する場合には、ナットの締め付けトルク値を管理することにより、地震等の水平荷重が作用する時の緩衝材の加圧力、ひいては定着鋼材が負担すべき、曲げモーメントを管理できる。従って、所望の緩衝材の加圧力や定着鋼材の圧縮応力を容易に設定できる効果がある。
【００８１】
また、トルク値で管理するので、トルク値と緩衝材の加圧力との相関関係も容易に解析でき、トルクレンチなどを使用すれば、現場での所望のトルク値の管理が容易である。
【００８２】
また、既製杭、杭頭ジョイント具の結合作業が容易になる。
【００８３】
また、定着鋼材の下端側にも螺糸部を形成すれば、既製杭を使用した場合、その上端板に形成されている螺孔を使用して、容易に定着鋼材と定着固定できる。
【００８４】
（４） また、基礎杭の杭頭部より大径の保護筒を使用して杭頭ジョイント具を構成した場合には、水平荷重の付加に伴う杭頭部及び緩衝材の移動スペースを確保して、杭頭部及び上部構造の破損を防止できる範囲を広げることができる。
【００８５】
またこの場合、杭頭部と保護筒の間に弾性材料を嵌挿すれば、更に破損を防止出きると共に、弾性力により杭頭部が移動後に現状復帰することを促すことができる。更に、上部構造のコンクリートを打設する際に、保護筒の内側にコンクリートが入ることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の部材の構成を表す左側を破切した正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】同じく構築した状態の左側を破切した正面図である。
【図４】同じく構築した状態の左側を破切した正面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、この発明の実施に使用する基礎杭を構築する過程を説明する縦断面図である。
【図６】この発明の緩衝材の変形を表す概念図で、（ａ）は締め付け前、（ｂ）長期荷重時、（ｃ）短期荷重で曲げモーメントが作用した状態、を夫々表す。
【符号の説明】
１ 下剛板
２ 下剛板の外周
４ 下剛板の貫通孔
６ 上剛板
７ 上剛板の外周
９ 上剛板の貫通孔
１０ 上剛板の切欠き
１２ 保護筒
１３ 保護筒の内面
１３ａ 保護筒の外面
１５ 第一緩衝材
１６ 第一緩衝材の外周
１８ 第一緩衝材の貫通孔
１９ 第二緩衝材
２０ 第二緩衝材の上面
２０ａ 第二緩衝材の下面
２１ 結合緩衝材
２２ 杭頭ジョイント具
２４ 杭穴
２４ａ 杭穴の軸部
２５ 杭穴の拡底根固め部
２８ 地盤
３０ 下杭（既製杭）
３６ 上杭（既製杭）
３８ 上端板
３９ 上端板の中空部
４０ 上端板のねじ孔
４２ 既製杭
４３ 基礎杭
４４ 定着鉄筋
４６ ゴムリング
４７ スペーサー
４８ ナット
４９ アンカー筋
５０ フーチング用の鉄筋
５１ フーチング
５３ 基礎杭構造
５５、５６ ソイルセメント層
５９ 均しコンクリート層
Claims (7)
- 地中に構築された基礎杭の上端部に、緩衝材を介装してなる杭頭ジョイント具を装着すると共に、定着鋼材の下部を前記基礎杭に定着固定し、該定着鋼材の上部を前記杭頭ジョイント具に形成した貫通孔から上方に突出させ、前記緩衝材を押圧した状態を維持して、前記定着鋼材の中間部を前記杭頭ジョイント具に固定し、前記定着鋼材を上部構造物内に定着させたことを特徴とする基礎杭と上部構造物との連結構造。
- 前記定着鋼材に螺糸部を形成してナットを螺合して、該ナットを杭頭ジョイント具の上面に配置して締結し、前記杭頭ジョイント具の緩衝材を所定の押圧を維持した状態で、前記定着鋼材を杭頭ジョイント具に固定したことを特徴とする請求項１記載の基礎杭と上部構造物との連結構造。
- 緩衝材の押圧は、定着鋼材に伝達される上部構造物からの鉛直荷重の内、前記定着鋼材から直接基礎杭に伝達される第一分力と、前記定着鋼材から緩衝材を経由して前記基礎杭に伝達される第二分力とを、前記第二分力が所望の値となるように調節して押圧した請求項１又は２記載の基礎杭と上部構造物との連結構造。
- 杭頭ジョイント具を、基礎杭に載置する下剛板と、基礎杭の杭頭部を覆う保護筒を有する上剛板を上下に並列し、前記上剛板と前記下剛板との間、前記下剛板と前記保護筒との間に、夫々緩衝材を介装して構成し、前記保護筒の下端部内面と基礎杭の杭頭部外面との間を、弾性材料で塞いだことを特徴とする請求項１記載の基礎杭と上部構造物との連結構造。
- 基礎杭の上面に設置できる下剛板と、上剛板とを、緩衝材を挟んで上下に積層してジョイント基材を形成し、前記ジョイント基材に、前記基礎杭に定着される鋼材を通すことができる貫通孔を穿設し、前記上剛板に、前記ジョイント基材の外側を覆うことができる保護筒の上端部を固定し、前記保護筒の内面と下剛板の外周との間に緩衝材を嵌挿したことを特徴とする杭頭ジョイント具。
- 上剛板の外径を下剛板の外径より大径とし、前記上剛板の外周に沿って保護筒の上端部を取り付け、該保護筒を基礎杭の杭頭部より大径に形成したことを特徴とする請求項５記載の杭頭ジョイント具。
- 以下の工程をとることを特徴とした基礎杭と上部構造物との連結構造。
（１） 杭頭部を露出して、基礎杭を構築する。
（２） 基礎杭の上端部から上方に向けて、下端部を前記基礎杭に定着固定した定着鋼材を突出させる。
（３） 水平方向及び垂直方向に緩衝材を介装してなる杭頭ジョイント具の上下方向の貫通孔に、定着鋼材を通しながら、前記基礎杭の上端部に、杭頭ジョイント具を装着する。
（４） 前記緩衝材を所定の圧力で、押圧した状態を維持して、前記定着鋼材の中間部を前記杭頭ジョイント具に固定する。
（５） 前記緩衝材の押圧は、前記定着鋼材に伝達される上部構造物からの鉛直荷重の内、前記定着鋼材から直接基礎杭に伝達される第一分力と、前記定着鋼材から緩衝材を経由して前記基礎杭に伝達される第二分力とを、前記第二分力が所望の値となるように調節して押圧する。
（６） 上部構造用のコンクリートを打設して、前記定着鋼材及び杭頭ジョイント具を上部構造物内に定着させる。
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