JP2006045778A - 杭頭部の接合構造およびその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 施工性および品質 が向上し、且つ、工期短縮とコストダウンが図れる杭頭部の接合構造およびその施工方法を提供する。
【解決手段】 杭頭部２を囲繞する平面視角形の外鋼管４と、外鋼管４と杭頭部２との間隙を閉塞するように当該間隙の上端面および下端面にそれぞれ設置される上スチフナー５および下スチフナー６とからなる拡径部材３が、杭頭部２に環装されたリング状のリング部材８上に載置され、上スチフナー５は杭頭部２に溶接されている。また、外鋼管４の上部外周面には、基礎梁１１に埋設される複数のアンカー筋７…が所定の間隔をおいて溶接されている。一方、外鋼管４と杭頭部２との間隙には充填材１０が充填されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、杭頭部の接合構造およびその施工方法に関する。

従来より、コンクリート充填鋼管杭や鋼管杭と基礎梁とを接合する際の杭頭部の接合構造としては、例えば、杭頭部の内部にアンカー筋の一端を挿入して固定する内籠方式や、杭頭部の外周面にアンカー筋の一端を溶接するひげ筋方式がある。あるいは、杭頭部の外周面に装着されたカプラーにねじ鉄筋を固定するカプラー方式（特許文献１参照）や、杭頭部よりひと回り大きな外鋼管を杭頭部に巻装して杭頭部と外鋼管との間にコンクリートを充填するとともに、当該コンクリートにアンカー筋の一端を埋設する二重鋼管方式（特許文献２、３参照）が提案されている。
特公平３−５４７３６号公報 （第１−２頁、第５図） 特開平１１−１３１３９号公報 （第３−４頁、第１図） 特開２０００−２９７４７２号公報 （第２−３頁、第１図）

しかしながら、従来の杭頭部の接合構造では以下のような問題が存在する。
内籠方式では、杭頭部に大きな曲げモーメントが生じる場合に、アンカー筋が過密配筋となり、施工性に劣るという問題がある。しかも、アンカー筋が杭頭部の内部に配置されるため、曲げに対してアンカー筋の断面効率が悪く、杭頭固定時に生じる杭頭応力に対処できない場合が多い。
また、ひげ筋方式では、アンカー筋が杭頭部の外周面に溶接されるため、内籠方式と比較して断面効率が高いものの、現場での施工性や溶接品質に課題があるだけでなく、杭頭曲げ応力が大きくなると必要数のアンカー筋を配置しきれず、杭頭固定時の杭頭応力を処理できない場合がある。
さらに、カプラー方式では、現場溶接が不要でアンカー筋の取り付けが容易なことから施工性および品質ともに向上するものの、カプラーが高価なため工費が増大しやすい。また、杭頭曲げ応力が大きくなると必要数のアンカー筋を配置しきれず、杭頭固定時の杭頭応力を処理できない場合がある。
さらにまた、二重鋼管方式では、内籠方式やひげ筋方式あるいはカプラー方式と比較して、杭体の中立軸からアンカー筋までの距離が大幅には大きくならないため、アンカー筋の軸力負担はさほど軽減されない 。また 、アンカー筋を杭頭部 と外鋼管 との間の コンクリートに定着することから、定着長を確保するために外鋼管の長さが長くなり、コストアップの要因となり易いといった問題がある 。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、 施工性および品質 が向上し、且つ、工期短縮とコストダウンが図れる杭頭部の接合構造およびその施工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る杭頭部の接合構造では、鋼管杭または鋼管が巻装された杭を構造物の基礎（フーチングまたは基礎梁）に接合するための杭頭部の接合構造であって、前記杭頭部を囲繞する外鋼管と、当該外鋼管と前記杭頭部との間隙を閉塞するように当該間隙の上端面および下端面にそれぞれ設置される上スチフナーおよび下スチフナーとからなり、前記基礎に埋設される複数のアンカー筋を外周部に備える拡径部材が、前記杭頭部に環装されたリング部材上に載置されて、前記上スチフナーが前記杭頭部に固定されるとともに、前記外鋼管と前記杭頭部との間隙には充填材が充填されていることを特徴とする。
本発明では、外鋼管と上スチフナーおよび下スチフナーによって杭頭部の周りに形成される閉鎖空間が充填材の体積変化を防止し、鋼材と充填材が一体となって杭からの力を外鋼管に伝達することができる。

本発明によれば、拡径部材が杭頭部に環装されたリング部材上に載置されて、上スチフナーが杭頭部に固定される構造であるため、 施工性および品質 が向上するうえ、施工時間も短縮される。
また、本発明によれば、杭頭部を外鋼管が囲繞しているので、杭頭位置の施工誤差を外鋼管が吸収し、スチフナーを調整することで容易に正規の位置に基礎を施工することができる。
さらに、本発明によれば、拡径部材の外周部にアンカー筋を配設するので、 従来のひげ筋方式や内籠方式と比較して、 アンカー筋 の配置径を大きくすることができ 、しかも、 その大きさを 外鋼管の断面径によって自在に調整できるため、過密配筋を解消することが できる。これにより、杭頭部の曲げ耐力や引抜き耐力を容易に増大することができ、無理なく杭頭部の接合構造の高耐力化を図ることが可能となる。

また、本発明に係る杭頭部の接合構造では、前記外鋼管は角形鋼管でもよい。
本発明では、外鋼管を角形鋼管とすることにより、直交する水平２方向にアンカー筋を配置することができるので、アンカー筋と基礎の鉄筋との干渉が無くなり、施工性が極めて良くなる。

また、本発明に係る杭頭部の接合構造では、前記杭頭部に面する側の前記下スチフナーの端面に板面を垂直にした垂直プレートが固着され、前記拡径部材が前記垂直プレートを介して前記リング部材上に載置されてもよい。
本発明では、杭頭部に面する側の下スチフナーの端面に垂直プレートを固着することにより、下スチフナーと杭頭部間の充填材に生じる支圧応力度を緩和することができる。

また、本発明に係る杭頭接合部の施工方法では、上記の接合構造を有する杭頭部の施工方法であって、前記外鋼管の一方の端面に前記上スチフナーを取り付けるとともに他方の端面に前記下スチフナーを取り付けて拡径部材を形成する第一の工程と、杭頭部にリング部材を環装する第二の工程と、前記拡径部材を前記杭頭部に建て込んだ後、前記上スチフナーを前記杭頭部に固定する第三の工程と、前記外鋼管と前記杭頭部との間隙に充填材を充填する第四の工程とを備えることを特徴とする。
本発明では、拡径部材を予め工場等で製作しておくことができるので、安定した品質を低コストで実現することができる。しかも、特別な技量や工具も不要なため、施工時間を短縮することができる。

また、本発明に係る杭頭接合部の施工方法では、前記第一の工程において、前記拡径部材の外周部にアンカー筋を予め配設しておいてもよい。
これにより、アンカー筋を現場溶接する必要がないので、さらに安定した品質を低コストで実現することができる。

本発明によれば、拡径部材が杭頭部に環装されたリング部材上に載置されて、上スチフナーが杭頭部に固定される構造であるため、 施工性および品質 が向上するうえ、施工時間も短縮される。
また、本発明によれば、外鋼管を角形鋼管とすることにより、直交する水平２方向にアンカー筋を配置することができるので、アンカー筋と基礎梁の鉄筋との干渉が無くなり、施工性が極めて良くなる。
さらに、本発明によれば、拡径部材を予め工場等で製作しておくことができるので、安定した品質を低コストで実現することができる。しかも、特別な技量や工具も不要なため、施工時間を短縮することができる。

以下、本発明に係る杭頭部の接合構造の実施形態について図面に基いて説明する。
［杭頭部の接合構造］
図１は、本発明に係る杭頭部の接合構造の実施形態の一例を示す斜視図である。また、図２は、その立断面図および平面図である。
本発明に係る杭頭部の接合構造では、鋼管杭、ＳＣ杭（鋼管で被覆した既製コンクリート杭）、コンクリート充填鋼管杭など外周部が鋼管からなる杭１を対象とし、杭頭部２を囲繞する平面視角形の外鋼管４と、外鋼管４と杭頭部２との間隙を閉塞するように当該間隙の上端面および下端面にそれぞれ設置される上スチフナー５および下スチフナー６とからなる拡径部材３が、杭頭部２に環装されたリング状のリング部材８上に載置され、上スチフナー５は杭頭部２に溶接されている。
また、外鋼管４の上部外周面には、基礎梁１１に埋設される複数のアンカー筋７…が所定の間隔をおいて溶接されている。一方、外鋼管４と杭頭部２との間隙には、コンクリート、ソイルモルタル、モルタル等からなる充填材１０が充填されている。

拡径部材３（外鋼管４）の幅は杭径Ｄの１．５〜２倍程度である。また、拡径部材３（外鋼管４）と杭頭部２とのラップ長Ｌは、従来工法の半分以下のラップ長Ｌでよく、例えば、杭径Ｄの０．５〜１倍程度として杭頭剛接合が可能であり（実験により確認済み）、材料および掘削土量を大幅に低減させることができる。しかも、基礎梁１１の下端から拡径部材３を設置するので掘削土量が大幅に低減し、施工性が向上するとともに工期短縮とコストダウンが図れる。

上スチフナー５および下スチフナー６は方形状の鋼板からなり、その中央部には杭頭部２が貫通できるような穴が形成されている。また、上スチフナー５の四隅には充填孔５ａが設けられており、充填孔５ａを利用して充填材１０を充填できるようになっている。
なお、杭１と地山の間を周辺固定液で埋める場合には、Φ５０程度の注入管を二箇所貫通させるための孔（図示省略）を上スチフナー５および下スチフナー６にそれぞれ設けるものとする。但し、注入管は施工法によっては無くともよい。

図３は、下スチフナー６をリング部材８上に載置する方式について示したものであり、２通りの方式がある。
図３（ａ）に示す方式では、杭頭部２に面する側の下スチフナー６の端面に、板面を垂直にした垂直プレート９が溶接等により固着され、拡径部材３は垂直プレート９を介してリング部材８上に載置される。そして、この方式によれば、下スチフナー６と杭頭部２間の充填材１０ａに生じる支圧応力度を緩和することができる。
一方、図３（ｂ）に示す方式では、下スチフナー６をリング部材８上に直接載置するものである。
なお、上スチフナー５と杭頭部２との接合は、杭周にわたる現場溶接とする。

リング部材８を杭頭部２に溶接する際の溶接箇所は、埋め込み杭の場合は、工場で予めリング部材８を所定高さに先付け溶接できるので、リング部材８の上端Ｗ_２または下端Ｗ_１のいずれでもよいが、打ち込み杭の場合は、現場溶接となるので作業性を考慮して、リング部材８の上端Ｗ_２とする。
また、リング部材８は、必ずしも一体物である必要はなく、円弧状の鋼材を杭頭部２の外周面に複数溶接してリング状に形成してもよい。

上記の実施形態では、アンカー筋の基端部を外鋼管の上部外周面に直接溶接する方法を示したが、図４は他のアンカー筋取付け方法を示したものである。
図４（ａ）は、雌ねじが形成されたカプラー１８を予め工場で外鋼管４の上部外周面に溶接しておき、基端部に雄ねじ部が形成されたアンカー筋１７をカプラー１８に螺挿するものである。これにより、杭１施工時にアンカー筋１７が無いため中掘り工法では工事が容易になるし、杭頭斫り時にアンカー筋１７が無いため施工能率が向上する。
一方、図４（ｂ）は、アンカー筋としてパイルスタッド（登録商標）２７を用い、上スチフナー５にスタッド溶接するものである。
また、アンカー筋７、１７、２７としては、通常の鉄筋を用いる他に、先端に拡径部を有するＴヘッドバーや定着プレートを鉄筋の先端に溶接等で固着したアンカー筋を用いることにより定着強度を増大させ、アンカー長を短くすることができる。

図５は、本発明に係る杭頭部の接合構造の他の実施形態を示す平面図である。
本実施形態では、円筒状の外鋼管１４を使用するとともに、上スチフナー１５は一体物ではなく、扇形状の鋼板を外鋼管１４と杭頭部２との間隙を覆うように当該間隙の上端面に配置している。そして、鋼板間の隙間を利用して充填孔５ａを形成している。

本実施形態による杭頭部の接合構造では、拡径部材３、１３が杭頭部２に環装されたリング部材８上に載置されて、上スチフナー５が杭頭部２に溶接される構造であるため、溶接が容易で 施工性および品質 が向上するうえ、溶接箇所も少なく施工時間が短縮される。
また、本実施形態による杭頭部の接合構造では、杭頭部２を外鋼管４、１４が囲繞しているので、上スチフナー５の穴の位置を調整することにより、杭頭位置の施工誤差を外鋼管４、１４が吸収し、容易に正規の位置に基礎梁１１を施工することができる。
さらに、本実施形態による杭頭部の接合構造では、外鋼管３を角形鋼管とすることにより、直交する水平２方向にアンカー筋７を配置することができるので、アンカー筋７と基礎梁１１の鉄筋１１ａとの干渉が無くなり、施工性が極めて良くなる（図２（ｂ）参照）。
加えて、本実施形態による杭頭部の接合構造では、拡径部材３、１３の外周部にアンカー筋７、１７、２７を配設するので、 従来のひげ筋方式や内籠方式と比較して、 アンカー筋７、１７、２７ の配置径を大きくすることができ 、しかも、 その大きさを 外鋼管４、１４ の断面径によって自在に調整できるため、過密配筋を解消することが できる。これにより、杭頭部２ の曲げ耐力や引抜き耐力を容易に増大することができ、無理なく杭頭部の接合構造の高耐力化を図ることが可能となる。その結果、杭頭接合部の損傷が無く、杭体に降伏部位を発生させる杭頭構造とすることができる。即ち、靭性指向の杭に最適な接合構造であり、細径の杭を採用して合理的な杭設計が可能となる。

［杭頭接合部の施工方法］
次に、本発明に係る杭頭接合部の施工方法について説明する。
図６は、本発明に係る杭頭接合部の施工方法を順を追って示したものである。
先ず、予め工場や現場で、外鋼管４の一方の端面に上スチフナー５を溶接するとともに他方の端面に下スチフナー６を溶接して拡径部材３を製作し、さらに拡径部材３の外周部にアンカー筋７…を溶接等により固着しておく（図６（ａ）参照）。
一方、杭頭部２の外周面にはリング部材８を溶接する（図６（ｂ）参照）。
次いで、杭頭部２にリング部材８が環装された杭１を地盤に打設した後、杭頭から所定の深さまで杭頭部２の周囲Ｒを掘削する（図６（ｃ）参照）。
そして、杭頭部２と拡径部材３がラップする部分について杭頭部２の外周面を清掃し、拡径部材３を杭頭部２に建て込んだ後、上スチフナー５を杭頭部２に溶接して固定する（図６（ｄ）参照）。この際、拡径部材３内に土等の異物が入らないように、パテやテープ等で養生して充填孔５ａを塞いでおく。
その後、杭頭部２の周囲Ｒを埋め戻し、充填材１０を充填孔５ａより拡径部材３内に充填した後、拡径部材３上に基礎梁１１を構築する（図６（ｅ）参照）。

本実施形態による杭頭接合部の施工方法では、拡径部材３を予め工場等で製作しておくことができるうえ、アンカー筋７も現場溶接する必要がないので、安定した品質を低コストで実現することができる。しかも、特別な技量や工具も不要なため、施工時間を短縮することができる。

なお、地下の無い建物などでは、予め杭頭部２に拡径部材３を一体に取り付けた後に杭１を施工する手順とすることもできる。この場合は、地盤面を拡径部材３の下端まで露頭させてから杭工事を行うことで、杭孔の掘削には拡径部材３は関与しなくなる。また、拡頭杭を施工する要領で施工してもよい。

以上、本発明に係る杭頭部の接合構造およびその施工方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記杭頭接合部の施工方法では、予 めアンカー筋 を拡径部材に配設 しておく構成としているが必ずしもこれにこだわるものではなく、作業性や品質管理等必要に応じて、アンカー筋 のない拡径部材が一体に取り付けられた杭を打設 し、基礎底面の掘削後にアンカー筋 を拡径部材の所定位置に溶接やカプラー等の固着手段により配設 してもよ い。

本発明に係る杭頭部の接合構造の実施形態の一例を示す斜視図である。 同、（ａ）は立断面図、（ｂ）は平面図である。 同、下スチフナーをリング部材上に載置する方式を示す部分詳細図である。 同、アンカー筋の取り付け方法を示す概略図である。 本発明に係る杭頭部の接合構造の他の実施形態を示す平面図である。 本発明に係る杭頭接合部の施工方法を示す立断面図である。

符号の説明

１ 杭
２ 杭頭部
３、１３ 拡径部材
４、１４ 外鋼管
５ 上スチフナー
６ 下スチフナー
７、１７、２７ アンカー筋
８ リング部材
９ 垂直プレート
１０ 充填材
１１ 基礎梁
１８ カプラー

Claims (5)

1. 鋼管杭または鋼管が巻装された杭を構造物の基礎に接合するための杭頭部の接合構造であって、
   前記杭頭部を囲繞する外鋼管と、当該外鋼管と前記杭頭部との間隙を閉塞するように当該間隙の上端面および下端面にそれぞれ設置される上スチフナーおよび下スチフナーとからなり、前記基礎に埋設される複数のアンカー筋を外周部に備える拡径部材が、前記杭頭部に環装されたリング部材上に載置されて、前記上スチフナーが前記杭頭部に固定されるとともに、前記外鋼管と前記杭頭部との間隙には充填材が充填されていることを特徴とする杭頭部の接合構造。
2. 前記外鋼管は、角形鋼管であることを特徴とする請求項１に記載の杭頭部の接合構造。
3. 前記杭頭部に面する側の前記下スチフナーの端面に板面を垂直にした垂直プレートが固着され、前記拡径部材が前記垂直プレートを介して前記リング部材上に載置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の杭頭部の接合構造。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の接合構造を有する杭頭部の施工方法であって、
   前記外鋼管の一方の端面に前記上スチフナーを取り付けるとともに他方の端面に前記下スチフナーを取り付けて拡径部材を形成する第一の工程と、
   杭頭部にリング部材を環装する第二の工程と、
   前記拡径部材を前記杭頭部に建て込んだ後、前記上スチフナーを前記杭頭部に固定する第三の工程と、
   前記外鋼管と前記杭頭部との間隙に充填材を充填する第四の工程とを備えることを特徴とする杭頭接合部の施工方法。
5. 前記第一の工程において、
   前記拡径部材の外周部にアンカー筋を配設することを特徴とする請求項４に記載の杭頭接合部の施工方法。

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