JP2004300754A - Pile head joint structure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は免震機能を備えた杭頭接合構造に関し、主にPC杭などの既製杭からなる基礎杭と基礎スラブとの杭頭接合構造に用いられるものである。
【0002】
【従来の技術】
杭基礎の場合、一般に基礎杭と基礎スラブは剛接合状態に施工されている。従来、PC杭などの既成杭を用いた基礎杭と基礎スラブとの杭頭接合構造として、基礎杭の杭頭部に取り付けられた接合用端板に長手棒状のスタッドまたはアンカー鉄筋を溶接またはボルト接続などによりほぼ等間隔をおいて垂直に複数植設した後、その上にコンクリートを打設して基礎スラブを杭頭と剛接合状態に形成する杭頭接合構造が知られている。
【0003】
また、杭頭に取り付けられた接合用端板に杭径より大径で周縁部に複数の小孔を有するフランジを溶接などによって一体的に取り付け、このフランジに基礎スラブと接合するための鉄筋を複数有した同形状のフランジを小孔を利用してボルトで接合する杭頭接合構造も知られている(特許文献1)。
【0004】
しかし、これらの杭頭接合構造は、いずれも杭頭と基礎スラブとの固定度が非常に高いため、巨大地震時に杭頭部、特に接合用端板とアンカー鉄筋またはスタッドとの接合部に過大なせん断力と曲げモーメントが作用して杭の破壊、ひいては上部構造物の倒壊といった不測の事態を招いた事例があった。
【0005】
このため、最近では、杭頭部に免震機能を備えた杭頭接合構造がいろいろ開発されており、例えば図5はその一例を示したものである(特許文献2)。
【0006】
図において、有底管20を備えた杭頭キャップ21を基礎杭22の杭頭部に被せることにより、有底管20内が杭頭部に有する中空空間23として形成されている。また、この中空空間23内に複数の鉄筋24が垂直に配筋され、その下端部24aは中空空間23の底部、すなわち有底管20の底板20aに定着ナット25によって定着され、上端部24bは上部構造物の基礎部である基礎版26に定着されている。
【0007】
このような構成において、鉄筋24は中空空間23内において何ら拘束を受けずに自由に変形が可能なことにより、巨大地震時における杭頭部と上部構造物との間の相対変位を吸収し、これにより杭頭部に過大なせん断力や曲げモーメントが作用しないため、杭頭部の破壊、ひいては上部構造物の倒壊を未然に防止することができる。
【0008】
また、他の杭頭接合構造としては、杭頭部の接合用端板に複数のアンカー鉄筋を溶接もしくはボルト接続によって植設し、このアンカー鉄筋の周りにダンパー材を履設して、基礎スラブ内に埋め込み設置した杭頭接合構造が知られている(特許文献3)。
【0009】
また、基礎杭の直径を小さくすることで杭の曲げによる縁応力が、基礎杭を形成する材料の許容応力を下回るように設定することにより、基礎杭自体が地震などによる地盤の側方流動に追従して変位する構成としたものも知られている(特許文献4)。
【0010】
さらに、地震時に杭頭部に作用する水平力に対して、杭頭側の杭の強度を上げる目的で、下側の杭にはPHC等のコンクリート杭を利用していても、上側には鋼管杭またはSC杭などを接続するものである(特許文献5)。
【0011】
【特許文献】
【特許文献1】
特願2000−312922
【特許文献2】
特開2000−248560
【特許文献3】
特開2000−336665
【特許文献4】
特開1998−219678
【特許文献5】
特開平7−48833
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図5に図示するような特許文献2に記載された杭頭接合構造の場合、特に杭頭部に杭頭キャップ21等からなる装置を設置するための中空部を確保する必要があり、また装置も複雑なため、構造が複雑になりやすいだけでなくコストが大幅に嵩む等の課題があった。
【0013】
また、特許文献3に記載された杭頭接合構造においては、杭頭部の固定度を落とすことを目的としているが、ダンパー材による免震効果のみでは、巨大地震時に杭頭の破壊を免れないという課題があった。
【0014】
そして、特許文献5に記載された杭頭接合構造においては、基礎杭の水平耐力が大きくなっても、基礎杭と基礎スラブとの接合部(杭頭接合部)の耐力が弱く、地震時にその箇所で破壊するおそれがあった。
【0015】
本願発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、免震性能が非常に高く、しかも構造が簡単で容易に施工可能な杭頭接合構造を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の杭頭接合構造は、基礎杭の杭頭部に中空管を設置し、当該中空管内に複数の棒状アンカーを設置するとともに、その下端部を前記基礎杭の杭頭部に、上端部を前記中空管の上端部に形成された基礎スラブにそれぞれ定着してなることを特徴とするものである。
【0017】
本願発明は、棒状アンカーが中空管内において何ら拘束を受けずに自由に変形が可能なことにより、巨大地震時における杭頭部と上部構造物との間の相対変位を吸収することができ、これにより杭頭に過大なせん断力や曲げモーメントは発生しないため、杭頭部の破壊、ひいては上部構造物の倒壊等を未然に防止することができる。
【0018】
この場合の中空管として鋼管を用いることができ、また棒状アンカーとしては通常の鉄筋、異形鉄筋、鋼棒、PC鋼、PC鋼棒、ボルト、または低降伏点鋼材などを用いることができる。また、棒状アンカーの径、本数または長さ等を適当に変更することにより、設計条件に応じて杭頭接合部の固定度を自由に設定することができる。
【0019】
請求項2記載の杭頭接合構造は、請求項1記載の杭頭接合構造において、中空管と基礎スラブとの間に滑り部材を介在してなることを特徴とするものである。
【0020】
本願発明は、特に基礎スラブの下面を滑り部材が基礎スラブと相反する方向にスライド(水平変位)することにより、杭頭部と上部構造物との間の相対変位をスムーズに行えるようにしたものである。
【0021】
なお、基礎スラブの下面に滑り部材に対応させて滑り板を取り付けるのが望ましい。また、この場合の滑り部材および滑り板は、例えばテフロン(登録商標)加工を施した鋼板などから容易に形成することができる。
【0022】
請求項3記載の杭頭接合構造は、請求項1または2記載の杭頭接合構造において、中空管内に内管を設置し、当該中空管と内管との間に棒状アンカーを設置してなることを特徴とするものである。
【0023】
本願発明は、基礎杭をプレボーリング工法などの埋込み工法で施工する場合に適用されるもので、中空管内に内管を設置して棒状アンカーを設置するための中空部(中空管と内管との間)を形成することにより、掘削孔に充填されたセメントミルクが中空管内に溢れ、固化して棒状アンカーを拘束するのを防止することができる。
【0024】
なお、この場合の内管は特に強度を必要としないため、鋼管の他、合成樹脂または硬質紙などからなる筒体を用いることができる。
【0025】
請求項4記載の杭頭接合構造は、請求項1または2記載の杭頭接合構造において、中空管内に空間形成材が充填されてなることを特徴とするものである。この場合の空間形成材としては、例えば発泡材、粘性材、ゴム、鉛または低強度の固化材(モルタルやセメントミルク等)を利用することができる。
【0026】
本願発明は、基礎杭をプレボーリング工法などの埋込み工法で施工する場合に、中空管内に内管を設置する代わりに発泡材や粘性材などの空間形成材を充填することで、掘削孔に充填されたセメントミルクが中空管内に溢れ、固化して棒状アンカーを拘束するのを防止することができる。
【0027】
請求項5記載の杭頭接合構造は、請求項1〜4のいずれかに記載の杭頭接合構造において、中空管として鋼管を設置してなることを特徴とするものである。
【0028】
請求項6記載の杭頭接合構造は、請求項1〜5のいずれかに記載の杭頭接合構造において、基礎杭としてコンクリート既成杭または鋼管杭を設置してなることを特徴とするものである。
【0029】
【発明の実施の形態】
図1〜図3は、本願発明に係る杭頭接合構造の一例を示し、図において、基礎杭1の杭頭部に中空管2とこの中空管2より小径の内管3が同心円形状に設置され、かつ中空管2および内管3の上端部に基礎スラブ4が形成されている。
【0030】
また、中空管2および内管3と基礎スラブ4との間に滑り部材5が介在され、かつ中空管2と内管3との間に形成された中空部6内に複数の棒状アンカー7が設置されている。
【0031】
基礎杭1には遠心成形された中空のRC杭またはプレストレスが導入されたPC杭が用いられ、上端部に接合用端板1aが取り付けられている。接合用端板1aは、基礎杭1どうしを接続する際の接合板として用いられるだけでなく、基礎杭1の軸方向にプレストレスを導入する際、杭のコンクリート内に挿通されたPC筋などの緊張材の端部を定着するための定着板にもなっており、このため接合用端板1aには通常緊張材の端部を定着するためのねじ孔やルーズ孔がいくつか形成されている。なお、この場合の基礎杭1としては、拡頭杭のように接合用端板1aの面積(中空杭の外径と内径の差)の大きい杭ほど利用しやすい。
【0032】
中空管2は基礎杭1の外径とほぼ同じ外径を有し、かつ基礎杭1と同等以上の支持強度を有する鋼管から形成されている。また、中空管2は接合用端板1aの上端部に一体的に溶接されている。中空管として鋼管を用いることで、杭頭部の材料強度を大きくでき、杭頭部にかかる応力を小さくすることができる。
【0033】
内管3は基礎杭1の中空部1aの内径とほぼ同じ内径を有し、かつ中空管2とほぼ同じ高さを有し、例えば鋼管または合成樹脂または硬質紙などからなる筒体から形成されている。また、内管3は基礎杭1の中空部1aの内径とほぼ同じ内径を有し、かつ中空管2とほぼ同じ高さを有するように形成されている。
【0034】
なお、内管3として中空管2と同等の支持強度を有するものを設置することが可能であれば、内管3を鋼管から形成して中空管とし、その外側に中空管2の代わりに合成樹脂管または硬質紙管を設置してもよい。さらに、内管3を設置するかわりに中空管2内に発泡材、粘性材または低強度固化材を充填してもよい。また、中空部6を中空のままにしておいてもよい。
【0035】
この場合の内管3は、基礎杭1をプレボーリング工法などの埋込み工法で施工する際に、掘削孔内のセメントミルクもしくはソイルセメントが、基礎杭1の中空部1bを通って杭の上端部から中空管2内に溢れ、中空部6内がセメントミルクもしくはソイルセメントによって埋められてしまうのを防止するために設置されており、したがって、内管3は中空管2のような強度は必要とされないため、鋼管の他、合成樹脂管または硬質紙からなる筒体から形成されていてもよく、さらに棒状アンカー7の強度がセメントミルクやソイルセメントの強度より大きい場合には、特に内管3を設置せず、中空部6内をセメントミルクやソイルセメントで埋めてもよい。
【0036】
滑り部材5は、基礎スラブ4の下面に取り付けられた滑り板4aの下面を滑り板4aおよび基礎スラブ4と相反する方向にスライド(水平変位)することにより、基礎杭1の杭頭と基礎スラブ4との間の相対水平変位がスムーズに行えるようにするために設置されている。
【0037】
また、滑り部材5は中空管2の上端部に被せられるように円形のキャップ状に形成され、周縁部よりやや内側には棒状アンカー7が貫通する貫通孔5aが円周方向に所定間隔おきに形成され、特に貫通孔5aは棒状アンカー7が自由に変形できるように、いわゆるばか孔になっている。
【0038】
なお、滑り部材5および滑り板4aはテフロン(登録商標)加工を施した鋼板から形成されている。また、滑り部材5と滑り板4aおよび基礎スラブ4との間の過度なスライド(水平変位)は滑り部材5の周縁部が滑り板4aの周縁部に突設されたストッパー4bに当たることで阻止される。
【0039】
棒状アンカー7は、滑り部材5の貫通孔5aおよび滑り板4aに形成された貫通孔4cを貫通し、かつ中空部6内に中空管2および内管3の円周方向に所定間隔おきに設置されている。
【0040】
また、各棒状アンカー7の下端部7aと上端部7bはそれぞれ基礎杭1の杭頭部と基礎スラブ4に定着され、特に下端部7aは接合用端板1aにスタッド溶接、ボルト接合またはカプラー接合などによって定着されている。
【0041】
なお、棒状アンカー7の下端部7aを接合用端板1aに定着する場合、接合用端板1aに形成されたねじ孔やルーズ孔を利用することができる。また、棒状アンカー7は基礎杭1の製造時、施工前または施工中において、基礎杭1の杭頭部に中空管2を取り付ける際に取り付けることができる。
【0042】
さらに、棒状アンカー7は基礎杭1の製造時に中空管2とともに基礎杭1の頭部に取り付けておいてもよいが、中空管2の上方に延長された状態にあり、このため基礎杭1の施工に際し邪魔になるため、基礎杭1の施工が完了するまで中空管2内に収納しておくことができる構造とするのが望ましい。その方法としては、例えば棒状アンカー7を自由に伸縮できる構造としたり、あるいは後から接続して継ぎ足せる構造としたりする方法がある。
【0043】
また、基礎杭1の施工に際しては、杭の施工中、中空部6内に土砂などが入らないように中空管2の上端部にキャップ(図省略)を被せておくことにより、中空部6内に上方より掘削孔内のソイルセメントや土砂などが入り込むのを防止することができる。
【0044】
なお、棒状アンカー7には靱性の大きい鋼材を用いるのが望ましく、例えば通常の鉄筋、異形鉄筋、鋼棒、PC鋼、PC鋼棒、ボルト、または低降伏点鋼材などを用いることができる。
【0045】
図4(a),(b),(c)は、いずれも本願発明の変形例を示し、図4(a)においては、中空管2の下端部に内側に水平に突出するフランジ2aが形成され、この水平フランジ2aの上に各棒状アンカー7の下端部7aが溶接によって定着されている。
【0046】
また、図4(b),(c)においては、各棒状アンカー7の下端部7aが外側に少し折り曲げられ、中空管2の内側に溶接によって定着され、特に図4(c)においては、各棒状アンカー7の下端部7aは中空管2のほぼ中間部の内側に定着されている。
【0047】
【発明の効果】
本願発明は以上説明したとおりであり、特に基礎杭頭部の中空管内に設置された棒状アンカーが中空管内において何ら拘束を受けずに自由に変形が可能なことにより、巨大地震時における杭頭部と上部構造物との間の相対変位を吸収することができ、これにより杭頭に過大なせん断力や曲げモーメントは発生しないため、杭頭部の破壊、ひいては上部構造物の倒壊等を未然に防止することができる等の効果がある。
【0048】
また、中空管として鋼管を用い、棒状アンカーとして通常の鉄筋などを用いてきわめて容易にしかも廉価に施工することができる。さらに、棒状アンカーの径、本数または長さ等を適当に変更して、設計条件に応じて杭頭接合部の固定度を自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】基礎杭と基礎スラブとの杭頭接合構造の一例を示し、(a)はその一部斜視図、(b)はその一部分解斜視図である。
【図2】基礎杭と基礎スラブとの杭頭接合構造の一例を示し、(a)はその一部平面図、(b)はその縦断面図である。
【図3】基礎杭と基礎スラブとの杭頭接合構造の変形例を示す一部斜視図である。
【図4】基礎杭と基礎スラブとの杭頭接合構造の一例を示し、(a),(b),(c)はその一部縦断面図である。
【図5】基礎杭と基礎スラブとの杭頭接合構造の従来例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 基礎杭
2 中空管
3 内管
4 基礎スラブ
5 滑り部材
6 中空部
7 棒状アンカー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pile head joint structure having a seismic isolation function, and is mainly used for a pile head joint structure between a foundation pile made of ready-made piles such as PC piles and a foundation slab.
[0002]
[Prior art]
In the case of a pile foundation, the foundation pile and the foundation slab are generally constructed in a rigidly connected state. Conventionally, as a pile head connection structure between a foundation pile and a foundation slab using an existing pile such as a PC pile, a long rod-shaped stud or anchor reinforcing bar is welded or bolted to a connection end plate attached to the pile head of the foundation pile. 2. Description of the Related Art A pile head joint structure is known in which a plurality of plants are vertically laid at substantially equal intervals by connection or the like, and concrete is cast thereon to form a foundation slab in a rigid joint state with a pile head.
[0003]
In addition, a flange having a diameter larger than the pile diameter and having a plurality of small holes in the periphery is integrally attached to the joining end plate attached to the pile head by welding or the like, and a reinforcing bar for joining with the foundation slab is attached to this flange. There is also known a pile head joint structure in which a plurality of flanges having the same shape are joined by bolts using small holes (Patent Document 1).
[0004]
However, all of these pile head joint structures have a very high degree of fixation between the pile head and the foundation slab, so that the pile head, especially the joint between the joint end plate and the anchor rebar or stud, is severely damaged during a huge earthquake. In some cases, unexpected shearing and bending moments caused the piles to break and eventually the superstructure to collapse.
[0005]
For this reason, recently, various pile head joint structures having a seismic isolation function at the pile head have been developed, and for example, FIG. 5 shows an example thereof (Patent Document 2).
[0006]
In the figure, a
[0007]
In such a configuration, the
[0008]
Also, as another pile head joint structure, a plurality of anchor rebars are planted by welding or bolt connection on the joint end plate of the pile head, and damper materials are installed around these anchor rebars, and the foundation slab is installed. A pile head joint structure embedded and installed in the inside is known (Patent Document 3).
[0009]
In addition, by reducing the diameter of the foundation pile so that the edge stress due to the bending of the pile is less than the allowable stress of the material that forms the foundation pile, the foundation pile itself will be able to react to the lateral flow of the ground due to earthquake etc. There is also known a configuration in which it is displaced by following (Patent Document 4).
[0010]
Furthermore, even though concrete piles such as PHC are used for the lower pile to increase the strength of the pile on the pile head side against the horizontal force acting on the pile head during an earthquake, the steel pipe is used for the upper pile. It connects piles or SC piles (Patent Document 5).
[0011]
[Patent Document]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application 2000-312922
[Patent Document 2]
JP 2000-248560
[Patent Document 3]
JP-A-2000-336665
[Patent Document 4]
JP-A-1998-219678
[Patent Document 5]
JP-A-7-48833
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the pile head joint structure described in
[0013]
Further, in the pile head joint structure described in
[0014]
And, in the pile head joint structure described in
[0015]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a pile head joint structure having a very high seismic isolation performance, a simple structure, and easy construction.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the pile head joint structure according to
[0017]
The invention of the present application is capable of absorbing the relative displacement between the pile head and the upper structure during a huge earthquake by allowing the rod-shaped anchor to be freely deformed in the hollow tube without any constraint. As a result, an excessive shearing force or bending moment is not generated at the pile head, so that it is possible to prevent the pile head from breaking, and eventually the upper structure from collapsing.
[0018]
In this case, a steel pipe can be used as the hollow pipe, and as the rod-shaped anchor, a normal rebar, a deformed rebar, a steel bar, a PC steel, a PC steel bar, a bolt, a low yield point steel material, or the like can be used. In addition, by appropriately changing the diameter, the number, the length, and the like of the rod-shaped anchors, the degree of fixation of the pile head joint can be freely set according to design conditions.
[0019]
A pile head joint structure according to a second aspect is the pile head joint structure according to the first aspect, wherein a sliding member is interposed between the hollow tube and the foundation slab.
[0020]
The present invention particularly enables the relative displacement between the pile head and the upper structure to be smoothly performed by sliding (horizontal displacement) the sliding member on the lower surface of the foundation slab in a direction opposite to the foundation slab. It is.
[0021]
It is desirable to attach a sliding plate to the lower surface of the base slab so as to correspond to the sliding member. Further, the sliding member and the sliding plate in this case can be easily formed from, for example, a steel plate subjected to Teflon (registered trademark) processing.
[0022]
The pile head joint structure according to
[0023]
The present invention is applied to a case where a foundation pile is constructed by an embedding method such as a pre-boring method, and a hollow portion (a hollow tube and an inner tube) for installing a rod-like anchor by installing an inner tube in a hollow tube. With this arrangement, it is possible to prevent the cement milk filled in the borehole from overflowing into the hollow tube and solidifying to restrain the rod-shaped anchor.
[0024]
In this case, since the inner tube does not require any particular strength, a tubular body made of a synthetic resin, hard paper, or the like can be used in addition to a steel tube.
[0025]
A pile head joint structure according to a fourth aspect is the pile head joint structure according to the first or second aspect, wherein the hollow pipe is filled with a space forming material. In this case, as the space forming material, for example, a foaming material, a viscous material, rubber, lead, or a low-strength solidifying material (such as mortar or cement milk) can be used.
[0026]
The invention of the present application fills an excavation hole by filling a space forming material such as a foam material or a viscous material instead of installing an inner pipe in a hollow pipe when constructing a foundation pile by an embedding method such as a pre-boring method. It is possible to prevent the poured cement milk from overflowing into the hollow tube and solidifying to restrain the rod-shaped anchor.
[0027]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a pile head joint structure according to any one of the first to fourth aspects, wherein a steel pipe is provided as a hollow pipe.
[0028]
The pile head joint structure according to
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 3 show an example of a pile head joint structure according to the present invention. In the figures, a
[0030]
Further, a sliding
[0031]
As the
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
If it is possible to install a tube having the same supporting strength as the
[0035]
In this case, when the
[0036]
The sliding
[0037]
The sliding
[0038]
The sliding
[0039]
The rod-shaped
[0040]
Further, the
[0041]
When fixing the
[0042]
Further, the rod-shaped
[0043]
When the
[0044]
It is desirable to use a steel material having a high toughness for the rod-shaped
[0045]
4 (a), 4 (b) and 4 (c) show modifications of the present invention. In FIG. 4 (a), a
[0046]
4 (b) and 4 (c), the
[0047]
【The invention's effect】
The invention of the present application has been described above. In particular, since the rod-shaped anchor installed in the hollow pipe of the foundation pile head can be freely deformed without any constraint in the hollow pipe, the pile head at the time of a huge earthquake Can absorb the relative displacement between the pile head and the superstructure, which does not generate excessive shearing force or bending moment at the pile head, thus preventing the pile head from breaking and eventually the superstructure from collapsing. There are effects such as prevention.
[0048]
Further, the steel pipe can be extremely easily and inexpensively constructed using a steel pipe as the hollow pipe and a normal reinforcing bar as the rod-shaped anchor. Furthermore, the fixing degree of the pile head joint can be freely set according to the design conditions by appropriately changing the diameter, the number, the length, or the like of the rod-shaped anchors.
[Brief description of the drawings]
1 shows an example of a pile head joint structure between a foundation pile and a foundation slab, (a) is a partial perspective view, and (b) is a partially exploded perspective view.
FIG. 2 shows an example of a pile head joint structure between a foundation pile and a foundation slab, (a) is a partial plan view, and (b) is a longitudinal sectional view thereof.
FIG. 3 is a partial perspective view showing a modified example of a pile head joint structure between a foundation pile and a foundation slab.
FIG. 4 shows an example of a pile head joint structure between a foundation pile and a foundation slab, and (a), (b) and (c) are partial longitudinal sectional views thereof.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a conventional example of a pile head joint structure between a foundation pile and a foundation slab.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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2003
- 2003-03-31 JP JP2003094463A patent/JP2004300754A/en active Pending
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