JP2005089973A - 杭と柱との杭頭接合構造および同杭頭接合構造の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、１柱１杭工法で使用する鋼管杭と柱との接合構造において、鋼管杭の施工誤差を吸収でき、大径の鋼管杭を使用することなく、短い工期で接合できる杭頭接合構造および同杭頭接合構造の施工方法を得ることを目的とする。
【解決手段】
鋼管杭の頂部に下フレームを取り付け、該下フレームの上に、下端に上フレームを一体に取り付けた柱を載置し、下フレームに設けた貫通パイプに通した、貫通パイプより小径のアンカーボルトで上フレームと下フレームとを締結した。
また、工場で下フレームと、上フレームを製作し、現場で鋼管杭の頂部に下フレームを現場溶接して取り付け、該下フレームの上に、上フレームを取り付けた柱を載置し、下フレームの貫通パイプに、貫通パイプより小径のアンカーボルトを通し、該アンカーボルトで上フレームと下フレームとを締結して、鋼管杭と柱とを接合するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基礎鋼管杭（以下鋼管杭とする）と、例えば、橋梁や立体道路などの構造物の脚柱（以下柱とする）との杭頭接合構造および該杭頭接合構造の施工方法に係わる。

従来、橋梁や立体道路などの構造物を支える場合、多数の基礎杭を地盤に打ち込み、該基礎杭で支えるコンクリート基礎（以下フーチングとする）を形成し、このフーチングにアンカーフレームを設け、アンカーフレーム上に構造物の柱を建て付け、アンカーボルトで固定するのが一般的である。

しかし、この方法では、フーチングを形成するのに、複数本の杭で支える構造であり、基礎工事が極めて大規模であって、大きな施工ヤードが必要となる。
また、基礎杭を打ち込んでから、コンクリートを打設してフーチングを形成するので、コンクリートの強度発現を待たねばならず、柱施工までに長い施工期間を要することになる。

したがって、例えば、交通量が多い道路上に立体交差道路を建設するような場合は、その工事中長期間にわたって交通を遮断し、あるいは大幅な交通制限をしなければならなかった。

このため、大規模なフーチングを形成せず、基礎工事を小規模な範囲で行うよう、図１０に示すように１つの鋼管杭１に、１つの柱２を差し込んで、周りにコンクリート３を流し込み、柱２を鋼管杭１に直接接合して支持する１柱１杭工法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
この工法によれば、フーチングを形成する方法に比べて、基礎工事は小規模となり、上記のような交通の規制が幾分は緩和されることになる。

しかし、この場合、柱２を含めて構造体は工場で製作され、製作誤差は数ｍｍ程度であるが、鋼管杭１は現場で打ち込み施工されるため、その施工誤差は拾数ｃｍに及ぶことがあり、柱２は鋼管杭１に余裕を持って差し込める構造としなければならず、柱２と比較して相当大径の鋼管杭を必要とする。
また、この工法では、現場で打ち込み施工された鋼管杭１内に、柱２を配置して、鋼管杭１内にコンクリート３を流し込んで固めるので、コンクリート３が固まるまで、例えば、横通し梁によって柱２を仮支持しておかなければならず、その分、柱２の施工工期は長くなる。

また、地盤に打ち込んだ鋼管内に、コンクリートを充填し、該コンクリートに緊結材を固定し、鋼管に充填したコンクリート上に柱を建て付け、柱に固定した基礎梁を、前記緊結材で固定するようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。この場合も基礎工事は小規模となり、鋼管の施工誤差はコンクリート施工時に吸収できる。

しかし、鋼管内に、柱の両側に接合する基礎梁に締結する緊結材を配置するので、柱に比べて相当大径の鋼管が必要となるし、コンクリート上に柱を建て付けても、コンクリートの強度発現を待たなければ、荷重をかけられず、非特許文献１と同様柱の施工工期は長くなる。

２００３年６月２５日発行 日経産業新聞記事 サットインパイル工法 特開２００３−９００５０号公報（第２、３頁、図１）

本発明は、１柱１杭工法で使用する杭と柱の接合構造において、杭の施工誤差を吸収でき、施工ヤードを小さくでき、かつ、短い工期で柱を据え付けできる杭頭接合構造および該杭頭接合構造の施工方法を得ることを目的とする。

杭と柱との杭頭接合構造であって、鋼管杭の頂部に、鋼管杭と同径の頭部管と、該頭部管の上下に取り付けた上下のフランジと、該上下のフランジ間に、頭部管の外周りに円弧状に配置され、上下のフランジを貫通する貫通パイプを設けた構成の下フレームを取り付け、該下フレーム上に、柱と同径の底部管と、該底部管の上下に、下フレームの貫通パイプと対応する位置にアンカーボルト挿入孔を設けた上下のフランジを取り付けた構成の上フレームを取り付けた柱を載置し、前記貫通パイプに、パイプ径より小径のアンカーボルトを通し、該アンカーボルトで上フレームと下フレームとを締結して鋼管杭と柱とを接合する構成とした。

また、杭と柱との杭頭接合構造の施工方法であって、工場で、鋼管杭と同径の頭部管に上下のフランジと、該上下のフランジ間に、頭部管の外周りに、円弧状に配置され、上下のフランジを貫通する貫通パイプを取り付けて下フレームを製作し、同じく工場で、柱と同径の底部管に、前記下フレームの貫通パイプに対応する位置にアンカーボルト挿入孔を設けた上下のフランジを取り付けて上フレームを製作し、該上フレームを柱に取り付け、現場で打ち込み施工した鋼管杭の頂部に、前記工場で製作した下フレームを現場溶接して取り付け、該下フレームの上に、上フレームを取り付けた柱を載置し、貫通パイプより小径のアンカーボルトを下フレームの貫通パイプに通し、該アンカーボルトで上フレームと下フレームを締結して鋼管杭と柱とを接合するようにした。

本発明は、鋼管杭の頂部に下フレームを取り付け、該下フレームの上に、下端に上フレームを一体に取り付けた柱を載置し、下フレームに設けた貫通パイプに、貫通パイプより小径のアンカーボルトを通し、該アンカーボルトで上フレームと下フレームとを締結して鋼管杭と柱とを接合するようにしたので、鋼管杭の施工誤差を貫通パイプとアンカーボルトとの余裕で吸収することができる。また、大径の鋼管杭を必要とせず、柱と同程度の径の鋼管杭を使用できるので、基礎工事のための施工ヤードも小さくできる。

また、充填コンクリートが固まっている状態で柱を載置するので、柱を載置すると直ぐアンカーボルトで締結でき、柱据え付けの施工期間が短縮できる。
このようなことから、例えば、交通量が多い道路上に、立体交差道路を建設するような場合でも、交通制限の量および期間が大幅に緩和できる。

以下図に沿って本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明による鋼管杭と柱との杭頭接合構造の断面構造を示す図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った平断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿った平断面図、図４は下フレームの斜視図である。

また、図５〜図９は本発明による杭と柱との杭頭接合構造の施工方法を説明する図であって、図５は上フレームと下フレームの製作を示す図、図６は鋼管杭の打ち込みの状態を示す図、図７は鋼管杭の上に下フレームを取り付ける状態を示す図、図８は下フレーム上に柱を載置した状態を示す図、図９は上下のフレームをアンカーボルトで締結した状態を示す図である。

図において、１１は鋼管杭、１２は柱である。１３は、鋼管杭１１の頂部に取り付けられた下フレームであって、鋼管杭１１と同径の頭部管１１’に、上フランジ１４と下フランジ１５とが取りつけられ、該上フランジ１４と下フランジ１５との間には、頭部管１１’の外周りに円弧状に配置され、上フランジ１４と下フランジ１５とを貫通する複数本の貫通パイプ１６が取り付けられている。貫通パイプ１６は丸パイプを使用するが、角パイプを使用することも可能である。

１７は貫通パイプ１６の位置で頭部管１１’から放射状に配置され、上フランジ１４と下フランジ１５との間に取り付けられた縦向きのリブプレートであり、上下のフランジ１４、１５を補強している。
１８は下フランジの高さ位置で頭部管１１’内に取り付けられたダイヤフラムである。

図４において、１９は貫通パイプ１６によるアンカーボルト挿入孔を示しており、貫通パイプ１６の内径は後述するアンカーボルトの径より大径である。２０は上フランジ１４面に設けられたコンクリート充填孔である。
また、２１はカバープレートであって、下フレーム１３の外周面を塞ぐように上下のフランジ１４、１５間に取り付けられている。該カバープレート２１は後述するコンクリート充填時に型枠としてそのまま利用される。

なお、前記したコンクリート充填孔２０は、下フレーム１３のカバープレート２１，上下のフランジ１４、１５および頭部管１１’とで囲まれ、リブプレート１７で分割された空所に対応して設けられている。

２２は、柱１２下端部に取り付けられた上フレームであって、柱１２と同径の底部管１２’と、該底部管１２’の上下に上フランジ２３と下フランジ２４とが取り付けられ、該上フランジ２３と下フランジ２４との間には、底部管１２’から放射状に配置された縦向きのリブプレート２５が取り付けられており、上下のフランジ２３、２４が補強されている。２６は上フランジ２３の高さ位置で柱１２内に取り付けられたダイヤフラムである。

したがって、上フレーム２２を取り付けた柱１２は、上フレーム２２を介して、鋼管杭１１の頂部に取り付けられた下フレーム１３の上面に載置されている。
この例で、上フレーム２２の下フランジ２４は、柱１２の下端面に取り付けられたベースプレートで形成されている。
なお、柱１２の下端部に上フレーム２２を取り付ける構成は、従来のフーチングを形成し、アンカーフレームに柱を固定するときの構成（俗にはかまと呼ばれている）と同等である。

また、上フレーム２２の上下のフランジ２３、２４には前記の下フレーム１３のアンカーボルト挿入孔１９に対応する位置にアンカーボルト挿入孔２７が設けられている。
２８はアンカーボルトであって、貫通パイプ１６、上フレーム２２、下フレーム１３のアンカーボルト挿入孔を通して、ナット締め２９されている。３０はアンカーボルト挿入孔１９に充分対応する面積を有する厚板ワッシャーである。

したがって、鋼管杭１１と柱１２とは、上フレーム２２と下フレーム１３をアンカーボルト２８で締結することにより、杭頭接合されるが、このとき、アンカーボルト２８は下フレーム１３内をアンカーボルト２８より大径で、余裕のある貫通パイプ１６を通されているので、アンカーボルト２８の締め付け方を調整することによって、鋼管杭１１の施工誤差は吸収される。

図中３１は、上フレーム２２の底部管１２’内の下部、下フレーム２２の頭部管１１’内の上部、および下フレーム１３の上下フランジ１４、１５とカバープレート２１と頭部管１１’とで囲まれ、リブプレート１７で分割された空所に充填されたコンクリートを示している。
該コンクリート３１は、フレーム板材の防錆を図るためと、上下のフレーム２２、１３のリブプレート２５、１７同士がずれているため、局部応力が発生し、ベースプレートが面外変形を起こすのを避けるために充填している。

なお、図示していないが、貫通パイプ１６内にもモルタルが充填されている。このモルタルは、貫通パイプ１６内に通されるアンカーボルト２８の防錆と、水平力に対してずれを防止するために充填されている。
モルタルはアンカーボルト挿入孔２７のアンカーボルト２８を通した隙間、あるいは別途貫通パイプ１６に形成した孔から充填される。

次に、本発明による杭頭接合構造の施工方法について説明する。図５〜図９に杭頭接合構造の施工手順を示している。
先ず、工場において、底部管１２’を基にして、これに上下のフランジ２３、２４と、リブプレート２５を溶接して取り付け上フレーム２２を製作する。柱１２が短いときには、工場で上フレーム２２を柱１２の下端に溶接により一体に取り付けてもよい。図５（ａ）参照。

併せて、工場において、頭部管１１’を基にして、これに上下のフランジ１４、１５と、貫通パイプ１６と、リブプレート１７およびカバープレート２１とを溶接して取り付け下フレーム１３を製作する。図５（ｂ）参照。

上記で製作した上フレーム２２と下フレーム１３、および柱１２、鋼管杭１１とを現場に運搬し、先ず、鋼管杭１１を杭打ち機で打ち込む。図６（ａ）参照。このとき、鋼管杭１１にはヤットコ（頭部当金）を当てて打ち込むが、該ヤットコは鋼管杭１１の打ち込み後取り外す。図６（ｂ）参照。
柱１２の下端部に上フレーム２２を現場溶接、あるいは添接板を当ててボルト止めし、一体に取り付ける。

次いで、施工用のピットを形成し、鋼管杭１１の頂部に下フレーム１３を運び込み、鋼管杭１１に下フレーム１３を現場溶接して取り付ける。図７参照。
続いて、下フレーム１３上に、上フレーム２２を一体に取り付けた柱１２を載置する。図８参照。
そして、下フレーム１３と上フレーム２２とにアンカーボルト２８を通して、ナット止め２９し、これを締結する。図９参照。

コンクリート３１は工場で充填される。このとき、下フレーム１３の上下フランジ１４、１５とカバープレート２１と頭部管１１’とで囲まれ、リブプレート１７で分割された空所にはコンクリート充填孔２０より充填される。また、頭部管１１’の上部と底部管１２’の下部にはそれぞれ上フランジ１４およびダイヤフラム２６に設けられた孔より充填される。

なお、コンクリートの強度発現期間を考慮し、現場で鋼管杭１１を打ち込み施工している間を利用して、現場でコンクリートを充填することも可能である。
この場合も、柱１２を載置する際コンクリート３１は固まっているので、鋼管杭１１の打ち込み施工後、下フレーム１３を取り付けた後は、直ぐに下フレーム１３上に柱１２を載置し、アンカーボルト２８で上下のフレーム１３、２２を締結でき、柱施工が短期間でなされる。

上フレーム２２の底部管１２’内の下部、下フレーム１３の頭部管１１’内の上部に充填されるコンクリート３１は、柱１２の据え付け後、つまり、アンカーボルト２８で上下のフレーム１３、２２を締結してから充填することができる。
この場合は、下フレーム１３の上フランジ１４の中央部に設けた孔に対応して、上フレーム２２のベースプレート２４に孔を設けておき、柱１２内から頭部管１１’内、底部管１２’内に続けて充填する。

アンカーボルト２８で上下のフレーム１３、２２が締結され、柱１２が据え付けられたら、貫通パイプ１６内にモルタルを充填する。
このようにして、鋼管杭１１と柱１２との杭頭接合構造が施工され、最後に施工ピットが埋め戻されるが、アンカーボルト２８で下フレーム１３と上フレーム２２とを締結した後に、杭頭接合部全体を覆う根巻コンクリートを打設することもある。

また、上記の説明では、鋼管杭１１を打ち込んだ後、施工用のピットを形成するように説明したが、先に、ピットに相当する部分を掘り下げておき（床掘り）、掘り下げたところに鋼管杭１１を打ち込むようにして同効である。

本発明による鋼管杭と柱との杭頭接合構造を示す断面図。 図１のＡ−Ａ線に沿った平断面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿った平断面図。 下フレームの斜視図。 上フレームと下フレームの製作を示す図。 鋼管杭の打ち込みの状態を示す図。 鋼管杭の上に下フレームを取り付ける状態を示す図。 下フレーム上に柱を載置した状態を示す図。 上下のフレームをアンカーボルトで締結した状態を示す図。 従来公知の１柱１杭工法の概略を示す図。

符号の説明

１ 杭 ２ 柱
３ コンクリート
１１ 鋼管杭 １２ 柱
１３ 下フレーム １４ 上フランジ
１５ 下フランジ １６ 貫通パイプ
１７ リブプレート １８ ダイヤフラム
１９ アンカーボルト挿入孔 ２０ コンクリート充填孔
２１ カバープレート ２２ 上フレーム
２３ 上フランジ ２４ 下フランジ
２５ リブプレート ２６ ダイヤフラム
２７ アンカーボルト挿入孔 ２８ アンカーボルト
２９ ナット ３０ ワッシャー
３１ コンクリート

Claims (10)

1. 鋼管杭の頂部に、鋼管杭と同径の頭部管と、該頭部管に上下のフランジを取り付け、該上下のフランジ間に、頭部管の外周りに円弧状に配置され、上下のフランジを貫通する貫通パイプを設けた構成の下フレームを取り付け、該下フレーム上に、柱と同径の底部管と、該底部管に、前記下フレームの貫通パイプに対応する位置にアンカーボルト挿入孔を設けた上下のフランジを取り付けた構成の上フレームを取り付けた柱を載置し、前記貫通パイプに、パイプ径より小径のアンカーボルトを通し、該アンカーボルトで上フレームと下フレームとを締結して鋼管杭と柱とを接合したことを特徴とする杭と柱との杭頭接合構造。
2. 下フレームの上下のフランジ間に、頭部管から放射状に配置してリブプレートを設けると共に、下フレームの外周面を閉塞するカバープレートを取り付け、該カバープレートと上下のフランジと頭部管とで囲まれ、リブプレートで分割された空所にコンクリートを充填したことを特徴とする請求項１記載の杭と柱との杭頭接合構造。
3. 下フレームの上フランジ面に、カバープレートと上下のフランジと頭部管とで囲まれ、リブプレートで分割され空所に対応してコンクリート充填孔を設けたことを特徴とする請求項２記載の杭と柱との杭頭接合構造。
4. 下フレームの下フランジに対応する位置で、頭部管内にダイヤフラムを取り付け、該ダイヤフラムで仕切られた頭部管内にコンクリートを充填したことを特徴とする請求項１記載の杭と柱との杭頭接合構造。
5. 工場で、鋼管杭と同径の頭部管に上下のフランジと、該上下のフランジ間に、頭部管の外周りに円弧状に配置され、上下のフランジを貫通する貫通パイプを取り付けて下フレームを製作し、同じく工場で、柱と同径の底部管に、前記下フレームの貫通パイプに対応する位置にアンカーボルト挿入孔を設けた上下のフランジを取り付けて上フレームを製作し、該上フレームを柱に取り付け、現場で打ち込んだ鋼管杭の頂部に、前記工場で製作した下フレームを現場溶接して取り付け、該下フレームの上に、上フレームを取り付けた柱を載置し、貫通パイプより小径のアンカーボルトを下フレームの貫通パイプに通し、該アンカーボルトで上フレームと下フレームとを締結して鋼管杭と柱とを接合するようにしたことを特徴とする杭と柱との杭頭接合構造の施工方法。
6. 工場で下フレームを製作する際、下フレームの上下のフランジ間に、頭部管から放射状に配置してリブプレートを設けると共に、下フレームの外周面を閉塞するカバープレートを取り付けることを特徴とする請求項５記載の杭と柱との杭頭接合構造の施工方法。
7. 工場で下フレームを製作する際、下フレームの上フランジ面に、カバープレートと上下のフランジと頭部管とで囲まれ、リブプレートで分割された空所に対応してコンクリート充填孔を設けることを特徴とする請求項６記載の杭と柱との杭頭接合構造の施工方法。
8. 工場で下フレームの、カバープレートと上下のフランジと頭部管とで囲まれ、リブプレートで分割された空所にコンクリートを充填することを特徴とする請求項６記載の杭と柱との杭頭接合構造の施工方法。
9. 現場で鋼管杭を打ち込み施工する間に、下フレームの、カバープレートと上下のフランジと頭部管とで囲まれ、リブプレートで分割された空所にコンクリートを充填することを特徴とする請求項６記載の杭と柱との杭頭接合構造の施工方法。
10. アンカーボルトで上フレームと下フレームとを締結した後、アンカーボルトを通した貫通パイプにモルタルを充填することを特徴とする請求項６記載の杭と柱との杭頭接合構造の施工方法。

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