JP2005113494A - コンクリート基礎の支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 杭によるコンクリート基礎の支持構造に関し、低コストで施工性がよく、杭頭の破損を防止しつつ杭による十分な支持力を得ること。
【解決手段】 コンクリート基礎２を杭１の杭頭上に載置状態にて支持すると共に、杭１の杭頭上端から杭軸方向の所定の位置まで杭１の側面とコンクリート基礎２とが接触するように杭１の杭頭をコンクリート基礎２に埋設し、かつ、杭頭上端から杭軸方向の所定の位置までの距離が、コンクリート基礎２から杭１に対して剪断力が伝達されるように設定されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、杭によるコンクリート基礎の支持構造に関するものである。

杭によるコンクリートスラブ等のコンクリート基礎の支持構造としては、両者を剛接合する構造が広く知られている。この剛接合の場合、一般には杭の主筋をコンクリート基礎に定着するので、杭によりコンクリート基礎を十分に支持することが可能となる。しかし、コンクリート基礎により杭の杭頭部が拘束されるため、地震等により大きな外力が加わると杭頭部において曲げモーメントが増大し、その破損を招く場合がある。このような破損を防止するためには、杭頭部に補強筋をより多く配設する等の補強措置が必要となり、コストの増加や施工の手間の点で問題がある。そこで、杭頭部に加わる曲げモーメントを低減すべく、接合部分の固定度を下げる様々な支持構造が提案されている。

例えば、特許文献１には、杭頭部に対する曲げモーメント及び剪断力の伝達排除を目的とし、杭頭部とフーチングとの間に両者を構造的に絶縁する仕切り材を介装した構造が提案されている。また、杭とコンクリート基礎との間に特殊なデバイスを介在させたものも提案されている。例えば、特許文献２には、杭頭部の側面及び上面に弾性体を設け、杭頭部と基礎躯体との間をピン結合とする構造が提案されている。また、特許文献３には杭頭部を基礎スラブコンクリートに埋設し、杭頭部上面に異形スタッドを植設する構造が提案されており、異形スタッドの根元の部分において異形スタッドと基礎スラブコンクリートとの付着を切る構造を採用することで、異形スタッドの変形性能を高め、杭頭部と基礎スラブコンクリートとをピン結合に近づけることが提案されている。

特開昭６１−２２５４２５号公報 特開２００１−１６４５８０号公報 特開２００１−１２３４６２号公報

特許文献１の支持構造の場合、低コストで杭頭の固定度を下げることが可能となるが、杭頭に対する剪断力の伝達をも許容しないことを推奨し、フーチングを杭頭に乗せるだけの構造である。このため、地震時等の杭頭剪断力の伝達能力は、杭頭の摩擦抵抗にのみ依存し、十分な支持力を得られない場合がある。特許文献２の支持構造の場合、杭頭剪断力の伝達能力は比較的高く、よって杭の支持力が高いと考えられるが、特許文献２のように杭とコンクリート基礎との間に特殊なデバイスを介在させる構造の場合、コストの増加や施工の複雑化を招くと共にデバイスの経年的な劣化に伴う性能の低下も問題となるおそれがある。

特許文献３は、専ら異形スタッドを介して杭と基礎スラブコンクリートとの間における軸力及び剪断力の伝達能力に着目しており、杭と基礎スラブコンクリートとの間の直接的な軸力及び剪断力の伝達能力には着目されておらず、異形スタッドの存在が必須となる。

従って、本発明の目的は、低コストで施工性がよく、杭頭及び基礎に生じる曲げ応力を抑制し、かつ、杭頭の破損を防止しつつ杭による十分な支持力を得ることにある。

本発明によれば、コンクリート基礎を杭の杭頭上に載置状態にて支持すると共に、前記杭の杭頭上端から杭軸方向の所定の位置まで前記杭の側面と前記コンクリート基礎とが接触するように前記杭の杭頭を前記コンクリート基礎に埋設し、かつ、前記杭頭上端から杭軸方向の所定の位置までの距離が、前記コンクリート基礎から前記杭に対して剪断力が伝達されるように設定されていることを特徴とするコンクリート基礎の支持構造が提供される。

本発明では、まず、コンクリート基礎が杭頭上に載置状態にて支持される。すなわち、コンクリート基礎は杭上に単に乗せただけの状態で支持され、例えば、補強筋等、コンクリート基礎と杭との間で杭軸方向の引張力を実質的に伝達する部材が存在しない。従って、コンクリート基礎による杭頭の拘束が緩和され、杭頭はコンクリート基礎からの引張力を受けず、地震等により大きな外力が加わった場合に、杭頭における曲げモーメントが抑制され、その破損を防止することができる。更に基礎に作用する応力が軽減されるので基礎の断面をより小さくできる。その一方で、コンクリート基礎から杭に対して剪断力が伝達されるように杭の側面とコンクリート基礎とが接触して杭がコンクリート基礎に埋設されている。このため、コンクリート基礎からの水平方向の応力は杭に伝達され、コンクリート基礎が十分に支持される。要するに本発明は、地震等に対して杭頭側面接触部分近傍におけるコンクリート基礎の部分損壊、例えば、下部端縁のひび割れや欠落等、は許容する構造としたものであり、コンクリート基礎からの引張力は杭に伝達されないようにして杭頭の損壊を防止し、剪断力は伝達されるようにして十分な支持力を得ることができる構造である。しかも、コンクリート基礎と杭との間に特殊なデバイス等を必要とないので、低コストで施工性もよい。従って、本発明は低コストで施工性がよく、杭頭の破損を防止しつつ杭による十分な支持力を得ることができる。

本発明においては、前記所定の位置から前記コンクリート基礎の底面まで前記杭の側面と前記コンクリート基礎とが接触しないように、前記杭の杭頭を前記コンクリート基礎に埋設することもできる。上述した通り、本発明は地震等に対して杭頭側面近傍におけるコンクリート基礎の部分損壊は許容するが、この構成により、当該部位におけるコンクリート基礎の部分損壊を抑制することができる。

また、本発明においては、前記杭は、その杭頭上端が開放した中空杭であり、開放した前記杭頭上端を閉鎖する閉鎖部材を設けることもできる。この構成により、コンクリートの打設時に杭内にコンクリートが流入して施工性を悪化させたり、或いは、コンクリートの無駄を生じることを防止することができる。

以上述べてきたとおり、本発明によれば、低コストで施工性がよく、杭頭及び基礎に生じる曲げ応力を抑制し、かつ、杭頭の破損を防止しつつ杭による十分な支持力を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る支持構造Ａの構造図である。支持構造Ａは杭１により、フーチング或いはコンクリートスラブ等のコンクリート基礎２を支持するものである。本実施形態において杭１は中空円筒状に形成された既製コンクリート杭であって、杭本体１ａと、杭本体１ａの上端に設けられた端部鋼板１ｂと、からなり、杭頭部分を残して地中に埋め込まれている。杭本体１ａは円筒状のコンクリートからなり、端部鋼板１ｂは杭本体１ａの端面形状に合わせて円盤状に形成されている。従って、杭１の杭頭上端は開放されており円形に開口している。なお、本実施形態では杭１として円筒状の既製コンクリート杭を例示しているが鋼管杭や鋼管コンクリート杭、或いは場所打ちコンクリート杭のような他の種類や他の形状の杭も採用可能である。

閉鎖用鋼板３は杭１の開放した杭頭上端を閉鎖するための部材であって、杭１の杭頭上端の開口部分よりも大きな円盤状の鋼板であり、複数のボルト４により杭１の杭頭上端面に固定されている。この閉鎖用鋼板３の存在により、コンクリート基礎２の打設時に杭１内にコンクリートが流入することを防止し、施工性の悪化やコンクリートの無駄を生じなくすることができる。なお、杭頭上端を閉鎖する部材として本実施形態では鋼板を例示しているがベニヤ板や樹脂板のように他の素材の板材でもよく、また、杭頭上端を閉鎖することができれば板材に限られず、他の形状の部材でもよい。

次に、コンクリート基礎２は捨てコンクリート５を介して地面上に打設されており、捨てコンクリート５から突出した杭１の杭頭がコンクリート基礎２中に埋設されている。そして、杭１の杭頭上端から杭軸方向鉛直下向きの所定の位置（本例ではコンクリート基礎２の底面）までの距離Ｌ０において杭１の杭頭側面にコンクリート基礎２が接触している。

ここで、本実施形態の支持構造Ａでは、上述した構成により、コンクリート基礎２を杭１の杭頭上に載置状態にて支持している。すなわち、コンクリート基礎２は杭１上に単に乗せただけの状態で支持され、例えば、杭１から延びる補強筋等のような、コンクリート基礎２と杭１との間で杭軸方向の引張力を実質的に伝達する部材が存在しない。このため、コンクリート基礎２から杭１に対しては杭軸方向の圧縮力は作用するが引張力は作用せず、杭１の杭頭に対するコンクリート基礎２の拘束が緩和される。従って、地震等により外力が加わった場合に、杭１に加わる曲げモーメントが軽減され、その損壊を防止することができる。更に、基礎に作用する応力が軽減されるので基礎の断面をより小さくできる。

このような構成の場合、杭１によるコンクリート基礎２の支持力の低下が懸念されるが、本実施形態では、杭１の杭頭上端から距離Ｌ０の範囲で杭１の杭頭側面とコンクリート基礎２とを直接接触させることにより、水平方向の荷重、すなわちコンクリート基礎２から杭１に対する剪断力が伝達するように構成しており、十分な支持力を得ることができる。しかも、杭１とコンクリート基礎２との間に特殊なデバイスが介在せず直接接触させる構成であるため、コストの増加や施工の複雑化を招くことなく、また、経年的な劣化に伴う性能の低下も抑制することができ、更に、剪断力の高い伝達能力を得ることができる。このように剪断力が伝達するようにするためには、距離Ｌ０として３０ｍｍあれば十分であり、３０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲が好適である。

一方、本実施形態のように杭１の杭頭側面とコンクリート基礎２とが直接接触する場合、地震等の外力が作用した場合に、その接触部分におけるコンクリート基礎２の下部端縁のひび割れや欠落が生じ得る。そこで、コンクリート基礎２の底面側において、杭１の杭頭側面とコンクリート基礎２とが接触しない領域を設けることもできる。以下、この構成を図２（ａ）を参照して説明する。図２（ａ）は本発明の他の実施形態に係る支持構造Ｂの構造図である。同図においては、支持構造Ａと同じ構成については同じ符号を付しており、以下、異なる構成についてのみ説明する。

支持構造Ｂの場合、図２（ａ）の右側の拡大図に示すように、杭１の杭頭上端から杭軸方向鉛直下向きの所定の位置までの距離Ｌ１では杭１の杭頭側面にコンクリート基礎２が接触しているが（以下、距離Ｌ１の部分を接触領域という。）、当該所定の位置から鉛直方向下方のコンクリート基礎２の底面２ａまでの距離Ｌ２においては、縁切材６を介在させることで杭１の杭頭側面にコンクリート基礎２が接触しないように構成されている（以下、距離Ｌ２の部分を非接触領域という）。縁切材６は非接触領域において杭１の杭頭側面にコンクリート基礎２が接触しないようにするためのスペーサとして機能する部材であり、コンクリート基礎２の硬化後は本来撤去してもよいものであるが施工の便宜上埋め捨てたものである。この縁切材２はコンクリート基礎２よりも脆い材料であればよく、例えば、ゴム、発泡ポリスチレン、砂等、コンクリートよりも極めて脆い材料が好適である。

支持構造Ｂの場合も、支持構造Ａの場合と同様に、コンクリート基礎２を杭１の杭頭上に載置状態にて支持しており、地震等により外力が加わった場合に、杭１に加わる曲げモーメントが軽減され、その損壊を防止することができる。また、距離Ｌ１の接触領域において杭１の杭頭側面とコンクリート基礎２とを直接接触させることにより、コンクリート基礎２から杭１に対する剪断力が伝達するように構成しており、十分な支持力を得ることができる。このように剪断力が伝達するようにするためには、距離Ｌ０と同様に、距離Ｌ１としては３０ｍｍあれば十分であり、３０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲が好適である。更に、支持構造Ｂでは、杭１の杭頭側面とコンクリート基礎２とが接触しない非接触領域を設けて、接触部分よりも杭軸方向下方にコンクリートを存在させることにより、コンクリート基礎２の接触部分のうちその下部端縁２ｂが構造的に補強され、ひび割れや欠落が抑制される。

このようにひび割れや欠落を抑制するためには、距離Ｌ２として３０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲が好適であり、また、接触領域の下端とコンクリート基礎２の底面２ａの端縁とを結ぶ線が杭軸方向となす角度θが４５度以下となることが望ましい。図２（ａ）の例では、非接触領域における杭１の杭頭とコンクリート基礎２との空隙の断面形状を方形としているが、角部２ｃが角張らないように円形や円弧形とするか、或いは、図２（ｂ）に示すように空隙の断面形状を三角形にして角を落とすことで、より一層ひび割れや欠落を抑制することが可能となる。なお、空隙の最大幅は２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲が好適であり、更に、距離Ｌ１とＬ２との合計の長さ（杭頭の埋設深さ）としては、６０ｍｍ〜１５０ｍｍ以下の範囲が好適である。

次に、係る構成からなる支持構造Ａ及びＢについて、地震等の外力が加わった場合の作用について図３を参照して説明する。同図においては支持構造Ｂについて示しているが支持構造Ａについても同様である。まず、コンクリート基礎２に対して水平方向の外力が作用した場合、図３（ａ）に示すように接触領域において荷重がコンクリート基礎２から杭１の杭頭に伝達され、係る剪断力に対して杭１は十分な支持力を発揮し、杭１に対するコンクリート基礎２の横滑りは生じない。また、特に図示しないがコンクリート基礎２からの鉛直方向の圧縮力に対しても杭１が十分な支持力を発揮することはいうまでもない。一方、図３（ｂ）に示すようにコンクリート基礎２に対して回転力が作用した場合、同図の左側の矢印のように引張り力は杭１の杭頭に伝達せず、右側の矢印のように圧縮力のみが伝達され、杭頭に作用する曲げモーメントが抑制される。従って、杭頭の破損が防止されることになる。なお、図３（ｂ）の態様の場合、杭１の杭頭側面近傍において、コンクリート基礎２と杭１とが干渉し、コンクリート基礎２の部分損壊が生じるおそれがあるが、損壊したとしても、コンクリート基礎２からの鉛直方向の圧縮力に対して杭１が支持力を発揮するので、コンクリート基礎２を安定して支持することができる。このように本実施形態の支持構造Ａ及びＢでは、地震等に対して杭頭側面近傍におけるコンクリート基礎２の部分損壊は許容する構造としたことで、杭頭に対して曲げモーメントが加わることを抑制してその損壊を防止しながら杭１によりコンクリート基礎２を十分に支持することができる。

次に、支持構造Ａ及びＢの施工手順について図４を参照して説明する。ここでは支持構造Ｂの施工手順について説明するが、縁切材６の設置を除いて支持構造Ａも同様の施工手順となる。まず、図４（ａ）に示すように杭１を地中に埋め込んだ後、閉鎖用鋼板３を杭１の杭頭上端面に取り付け、杭頭上端の開口を閉鎖する。もちろん、杭１を埋め込む前に予め閉鎖用鋼板３を取り付ける手順も採用できる。次に、図４（ｂ）に示すように地面上に捨てコンクリート５を打設し、その硬化後に縁切材６を配設する。同図の例では、縁切材６を杭１の外周形状に沿った円環状に構成しており、これに杭１に差し込むようにして縁切材６を配設するようにしている。縁切材６として例えば砂等を用いる場合には、杭１の外周回りの捨てコンクリート５上にこれを盛ることもできるが、縁切材６を同図の例のように準備しておくことによってより施工が簡易なものとなる。なお、縁切材６の断面形状は、非接触領域における杭１の杭頭とコンクリート基礎２との空隙の断面形状に一致させることになる。次に、コンクリート基礎２を打設するための型枠（図示せず）を設置し、そこにコンクリートを打設する。そして、コンクリートの硬化後に型枠を撤去して支持構造Ｂが完成する（図４（ｃ））。このように本実施形態の支持構造Ｂでは、閉鎖用鋼板３と縁切材６の設置だけで、他の工程は一般的な杭基礎の施工と変わらず、かつ、杭頭から鉄筋が突出しないので、低コストでしかも施工性がよい。

本発明の一実施形態に係る支持構造Ａの構造図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態に係る支持構造Ｂの構造図、（ｂ）は支持構造Ｂにおける杭１の杭頭側面とコンクリート基礎２との非接触領域の他の構成例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は支持構造Ｂの作用の説明図である。 （ａ）乃至（ｃ）は支持構造Ｂの施工手順を示す図である。

符号の説明

Ａ、Ｂ 支持構造
１ ＲＣ杭
１ａ 杭本体
１ｂ 端部鋼板
２ コンクリート基礎
３ 閉鎖用鋼板
６ 縁切材

Claims (3)

1. コンクリート基礎を杭の杭頭上に載置状態にて支持すると共に、
   前記杭の杭頭上端から杭軸方向の所定の位置まで前記杭の側面と前記コンクリート基礎とが接触するように前記杭の杭頭を前記コンクリート基礎に埋設し、かつ、前記杭頭上端から杭軸方向の所定の位置までの距離が、前記コンクリート基礎から前記杭に対して剪断力が伝達されるように設定されていることを特徴とするコンクリート基礎の支持構造。
2. 前記所定の位置から前記コンクリート基礎の底面まで前記杭の側面と前記コンクリート基礎とが接触しないように、前記杭の杭頭を前記コンクリート基礎に埋設したことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート基礎の支持構造。
3. 前記杭は、その杭頭上端が開放した中空杭であり、
   開放した前記杭頭上端を閉鎖する閉鎖部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート基礎の支持構造。

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