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

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 Download PDF

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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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