JP2007009438A - 杭と上部構造物との接合構造及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造で容易かつ簡単に位置調整ができ、位置精度及び接合強度が保証される安価で信頼性の高い杭と上部構造物との接合構造及びその施工方法を提供すること。
【解決手段】 上部外周に複数のずれ止めリング３ａ，３ｂが取付けられ地盤に建込まれる杭１と、杭１の杭頭部に設置される垂直位置調整治具５と、コンクリートの充填穴１３を有し上部構造物が接合されるトッププレート１１が上端部に設けられ、下部内周面にずれ止めリング１２が取付けられて杭１の上部に嵌合されトッププレート１１が垂直位置調整治具５上に載置される円筒状の接合治具１０と、接合治具１０の下端部を閉塞する閉塞板１４と、充填穴１３から接合治具１０内に充填されるコンクリート３０とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば鋼管杭の如き杭と、建築構造物や土木構造物の如き上部構造物との接合構造及び接合方法に関するものである。

杭と上部構造物とを、鉄筋コンクリート（ＲＣ）製のフーチングや基礎梁等を介して接合する接合方法は、従来多用されているものの、配筋が繁雑になったり地盤の掘削量が増えたりするため、コストの低減や工期の短縮が阻害されていた。また、立設した杭の上端を所定の高さ位置になるように切断して、これに上部構造物を直接溶接により接合することも行われているが、切断後の微調整ができないため、位置精度の確保が困難であるばかりでなく、現場溶接を必要とするため接合強度の保証が困難であった。

このような問題を解決するために、金物本体と、この金物本体に設けられて鉄骨柱側に高さ調整自在に結合される高さ調整ボルトと、杭頭部側に高さ及び水平調整自在に結合する杭固定ボルトとからなる支持金物を上部構造物と杭との間に配置し、杭における不揃いを簡単に調整するようにした上部構造物と杭の接合構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１４６８００号公報（４−５頁、図２）

特許文献１に記載された発明によれば、上部構造物と杭との接合に溶接によることなく支持金物を用いているので、溶接部の品質確保の問題は解決されており、また、位置の微調整も可能となっているが、構造が複雑であるばかりでなく、位置決め機構が最終的に荷重伝達部材を兼ねているため、上部構造物の荷重を支持しうる構造とする必要があり、このため支持金物の寸法が大きくなってコストが増大するという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、簡単な構造で容易に位置調整ができ、位置精度及び接合強度が保証される安価で信頼性の高い杭と上部構造物との接合構造及びその施工方法を提供することを目的としたものである。

（１）本発明に係る杭と上部構造物との接合構造は、上部外周に複数のずれ止めリングが取付けられ地盤に建込まれる杭と、該杭の杭頭部に設置される垂直位置調整治具と、コンクリートの充填穴を有し上部構造物が接合されるトッププレートが上端部に設けられ、下部内周面にずれ止めリングが取付けられて前記杭の上部に嵌合され前記トッププレートが前記垂直位置調整治具上に載置される接合治具と、該接合治具の下端部を閉塞する閉塞板と、前記充填穴から接合治具内に充填されるコンクリートとを備えたものである。

（２）また、本発明に係る杭と上部構造物との接合構造は、上部外周に複数のずれ止めリングが取付けられ地盤に設けた根切りに建込まれる杭と、該杭の外周において前記根切りの底部に打設される捨てコンクリート及び該捨てコンクリート上に打設されるレベルモルタルと、杭の上部に嵌合され、前記レベルモルタル上に載置される接合治具と、前記充填穴から接合治具内に充填されるコンクリートとを備えたものである。
（３）上記（２）の杭の杭頭部に垂直位置調整治具を設置した。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかの上部構造物の上部柱を、前記接合治具のトッププレートに直接接合し、又は前記上部柱の柱脚に設けたベースプレートを介してトッププレートに接合した。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかの接合治具を、内面突起付き鋼管の上端部にトッププレートを取付けて形成した。
（６）上記（１）又は（３）〜（５）のいずれかの垂直位置調整治具を、平坦な上面と脚部とにより側面ほぼコ字状に形成した。

（７）本発明に係る杭と上部構造物との接合構造は、上記（１）の杭を地盤に建込む工程と、該杭の杭頭部に垂直位置調整治具を設置してその上面を水平に調整する工程と、トッププレート上に上部柱が接合された上記（１）の接合治具を前記杭の上部に嵌合してそのトッププレートを前記垂直位置調整治具上に載置する工程と、前記接合治具の下部を閉塞して該接合治具内に前記トッププレートの充填穴からコンクリートを充填する工程とを有するものである。

（８）また、上記（１）の杭を地盤に建込む工程と、該杭の杭頭部に垂直位置調整治具を設置してその上面を水平に調整する工程と、上記（１）の接合治具を前記杭の上部に嵌合してトッププレートを前記垂直位置調整治具上に載置する工程と、前記接合治具の下端部を閉塞し、該接合治具内に前記トッププレートの充填穴からコンクリートを充填する工程と、上部構造物の上部柱の柱脚に接合されたベースプレートを前記接合治具のトッププレート上に載置を固定する工程とを有するものである。

（９）さらに、上記（２）の杭を地盤の根切りに建込む工程と、該杭の周囲において前記根切りの底部に捨てコンクリートを打設する工程と、該捨てコンクリート上にレベルモルタルを打設してその上面を平坦に造成する工程と、トッププレート上に上部柱が接合された上記（２）の接合治具を前記杭の上部に嵌合してレベルモルタル上に載置する工程と、前記接合治具内に前記トッププレートの充填穴からコンクリートを充填する工程とを有するものである。

（１０）また、上記（２）の杭を地盤の根切りに建込む工程と、該杭の周囲において前記根切りの底部に捨てコンクリートを打設する工程と、該捨てコンクリート上にレベルモルタルを打設して上面を平坦に造成する工程と、上記（２）の接合治具を前記杭の上部に嵌合してレベルモルタル上に載置する工程と、前記接合治具内に前記トッププレートの充填穴からコンクリートを充填する工程と、上部構造物の上部柱の柱脚に接合されたベースプレートを前記接合治具のトッププレート上に載置して固定する工程とを有するものである。

本発明によれば、簡単な構造で容易に位置調整ができ、位置精度及び接合強度が保証される信頼性の高い杭と上部構造物との接合構造及びその施工方法を得ることができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る杭と上部構造物との接合構造の模式的説明図、図２は図１の上面図、図３は図１のＡ−Ａ断面図である。
図において、１は地盤５０に建込まれた杭（以下、鋼管杭という）で、その上部は根切り５１から突出しており、杭頭部は蓋板２により閉塞され、杭頭部近傍（上段）及びその下方（下段）の外周にはずれ止めリング３ａ，３ｂ（以下、杭ずれ止めリングという）が溶接により接合されている。

５は鋼管杭１の蓋板２上に載置された垂直位置調整治具で、例えば図３（ａ）に示すように、普通鋼材により平坦な上面部６と脚部７ａ，７ｂとにより側面ほぼコ字状に形成されている。

１０は鋼管杭１と上部構造物とを接合するための円筒状の接合治具で、その内径は鋼管杭１の外径より大径（例えば、鋼管杭１の外径の１．２倍〜２．５倍程度）に形成されている。そして、上端部には接合治具１０の外径より大径のトッププレート１１が溶接により接合されており、下部内周面にはずれ止めリング１２（以下、治具ずれ止めリングという）が溶接により接合されている。なお、トッププレート１１にはコンクリート３０の充填穴１３が設けれている。

１４は鋼管杭１の外周に取付けられ、接合治具１０の下部開口部を閉塞する閉塞板で、図５に示すように、外径が接合治具１０の外径より大きく、内径が鋼管杭１の外径とほぼ等しいリング状の板を２つ割りにしたＣ字状の一対の板材からなっている。
２０は上部構造物の最も下方に設けられたＨ形断面の鋼材（例えば、Ｈ形鋼）からなる上部柱で、その柱部はあらかじめトッププレート１１に溶接により接合されている。３０は接合治具１０内に充填されたコンクリートである。

次に、上記のように構成した本実施の形態に係る杭と上部構造物との接合構造の施工手順の一例について説明する。
先ず、図６（ａ）に示すように、地盤５０に上部を地表（又は根切り５１）から突出させた状態で鋼管杭１を建込む。ついで、図６（ｂ）に示すように、鋼管杭１の杭頭部に設けた蓋板２上に垂直位置調整治具５を載置する。そして、脚部７ａ，７ｂの下端部を研削したり切除するなどして、その上面部６が水平になるように調整し、上下方向の精度を確保する。

次に、図６（ｃ）に示すように、トッププレート１１に上部柱２０が接合された接合治具１０を、ほぼ同心円状になるように上方から鋼管杭１に嵌合し、そのトッププレート１１を垂直位置調整治具５上に載置する。これにより、接合治具１０は垂直に保持される。
ついで、図６（ｄ）に示すように、接合治具１０の下端部に沿って、鋼管杭１の両側に閉塞板１４を当接し、鋼管杭１若しくは接合治具１０又は両者に溶接により接合する。
そして、図６（ｅ）に示すように、トッププレート１１に設けた充填穴１３から鋼管杭１と接合治具１０との間にコンクリート３０を充填すれば、施工が完了する。

上記の説明では、図４（ａ）に示すような構造の垂直位置調整治具５を用いた場合を示したが、これに限定するものではなく、例えば、図４（ｂ）に示すように、コ字状に折曲げた２本の鉄筋８を連結棒８ａで連結して構成してもよく、あるいは図４（ｃ）に示すように、円形状、楕円形状あるいは四角形状などの上面板６の下面に脚部７ａ，７ｂを取付けて構成するなど、適宜構造のものを使用することができ、また、普通鋼材以外の材料で構成してもよい（これらの垂直位置調整治具５は、以下に説明する他の実施の形態においても同様に使用することができる）。

上記のように構成した本実施の形態によれば、上部構造物から鋼管杭１への荷重は、接合治具１０と鋼管杭１との間に充填されたコンクリート３０によって伝達されるが、鋼管杭１に取付けられた上段の杭ずれ止めリング３ａ及び下段の杭ずれ止めリング３ｂ、接合治具１０の内周面に設けた治具ずれ止めリング１２により、荷重の伝達をより確実に行うことができる。

そして、上部構造物からの上向き荷重（引張り荷重）は、図７（ａ）に示すように、接合治具１０の治具ずれ止めリング１２からコンクリート３０を介して、鋼管杭１の上段に設けた杭ずれ止めリング３ａとの間の支圧により鋼管１に伝達される。また、上部構造物からの下向きの荷重（圧縮荷重）は、図７（ｂ）に示すように、接合治具１０のトッププレート１１からコンクリート３０を介して、鋼管杭１の下段に設けた杭ずれ止めリング３ｂとの間の支圧により鋼管杭１に伝達される。
さらに、地震や風などによる水平方向の荷重は、接合治具１０の内面からコンクリート３０の支圧を介して鋼管杭１に伝達され、曲げモーメントはこれら荷重の伝達機構が複数作用することにより、鋼管杭１に伝達される。

本実施の形態によれば、垂直位置調整治具５が鋼管杭１の垂直方向の施工誤差を吸収するので、簡単な構造で上部柱２０の垂直方向の施工精度を容易かつ確実に確保することができる。また、接合治具１０の設置位置を調整することにより、上部柱２０の水平方向の精度も接合治具１０と鋼管杭１との間のクリアランスの範囲内で確保することができる。
さらに、上部構造物から鋼管杭１への荷重は、接合治具１０と鋼管杭１との間に充填されたコンクリート３０によって伝達されるため、垂直位置調整治具５はコンクリート３０が硬化するまでの間上部の荷重を保持すればよいので、強度の大きい材料を使用する必要はない。

また、接合治具１０内へのコンクリート３０の充填にあたっては、本実施の形態のように上部柱２０がＨ形断面のような開断面の場合は、接合治具１０のトッププレート１１にあらかじめ上部柱２０の柱脚を接合しておき、接合部材１０を鋼管杭１に組込んだのち、トッププレート１１に設けた充填穴１３から接合治具１０内にコンクリート３０を充填すればよいので、簡単に接合部を構築することができる。

［実施の形態２］
図８は本発明の実施の形態２に係る杭と上部構造物との接合構造の模式的説明図及びそのＢ−Ｂ断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態においては、接合治具１０のトッププレート１１の外周縁にはほぼ等間隔で複数のボルト挿通穴１５が設けられている。
また、上部構造物の上部柱２０には、円形断面や角形断面からなる閉断面の柱が用いられており、その柱脚には、接合治具１０のトッププレート１１とほぼ等しい外径で、ボルト挿通穴１５に対応してボルト挿通穴２２が設けられたベースプレート２１が、あらかじめ溶接により接合されている。

次に、本実施の形態の施工手順の一例について説明する。
先ず、図９（ａ）に示すように、地盤５０に上部を地表（又は根切り５１）から突出させた状態で鋼管杭１を建込む。ついで、図９（ｂ）に示すように、鋼管杭１の杭頭部に設けた蓋板２上に垂直位置調整治具５を載置する。そして、脚部７ａ，７ｂの下端部を研削したり切除するなどして、その上面部６が水平になるように調整し、上下方向の精度を確保する。これまでの工程は実施の形態１の場合と同様である。

次に、図９（ｃ）に示すように、接合治具１０をほぼ同心円状になるように上方から鋼管杭１に嵌合し、そのトッププレート１１を垂直位置調整治具５上に載置する。これにより接合治具１０は垂直に保持される。
ついで、図９（ｄ）に示すように、接合治具１０の下部に沿って、鋼管杭１の両側に閉塞板１４を当接し、鋼管杭１若しくは接合治具１０又は両者に溶接により接合する。そして、トッププレート１１の充填穴１３から接合治具１０内にコンクリート３０を充填する。

コンクリート３０が硬化したのち、図９（ｅ）に示すように、柱脚にベースプレート２１が取付けられた上部柱２０を接合治具１０のトッププレート１１上に載置し、ボルト挿通穴２２，１５にボルト２３を挿通し、ナットで固定する。これにより、上部柱２０は接合治具１０及びコンクリート３０を介して、鋼管杭１に強固に接合される。
本実施の形態における作用、効果は、実施の形態１の場合とほぼ同様である。

［実施の形態３］
図１０は本発明の実施の形態３に係る杭と上部構造物との接合構造の模式的説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態においては、地盤中に建込まれた鋼管杭１は、その上部が根切り５１から突出している。根切り５１の底部の鋼管杭１の周囲には捨てコンクリート３５が打設されており、捨てコンクリート３５の上面には、上面が水平に造成されたレベルモルタル３６が打設されている。
そして、トッププレート１１に上部柱２０が接合された接合治具１０が鋼管杭１に嵌合され、その下端部をレベルモルタル３６上に載置し、接合治具１０内にコンクリート３０を充填したものである。なお、必要に応じて鋼管杭１内にもコンクリートを充填することができる。

次に、本実施の形態の施工手順の一例について説明する。
先ず、図１１（ａ）に示すように、地盤５０に設けた根切り５１内に鋼管杭１を建込み、その上部を根切り５１内に突出させておく。そして、根切り５１の底部の鋼管杭１の周囲に捨てコンクリート３５を打設する。
次に、図１１（ｂ）に示すように、捨てコンクリート３５の上にレベルモルタル３６を打設し、その上面を水平に造成する。この場合、レベルモルタル３６の全上面を水平にしてもよいが、鋼管杭１の周囲（接続治具１０の外径より若干広い領域）のみを水平に造成してもよい。これにより、上下方向の精度が確保される。

レベルモルタル３６が硬化したのち、図１１（ｃ）に示すように、トッププレート１１上に上部柱２０が接合された接合治具１０を上方から鋼管杭１に嵌合し、レベルモルタル３６上に載置する。これにより、接合治具１０は垂直に保持される。
そして、トッププレート１１に設けた充填穴１３から接合治具１０内にコンクリート３０を充填すれば、施工が完了する。

図１２は本実施の形態の他の例を示すもので、本例においては、鋼管杭１の杭頭部に、実施の形態１、２の場合と同様に垂直位置調整治具５を設置してその上面板６を水平に調整し、その上に接合治具１０のトッププレート１１を載置すると共に、下端部をレベルモルタル３６上に載置したものである。
本例においては、垂直位置調整治具５とレベルモルタル３６の両者を併用することにより、上下方向の精度をより高度に確保することができる。

上記の説明では、Ｈ形断面の上部柱２０を使用した場合を示したが、円形断面、角形断面等の上部柱２０を用いてもよい。この場合は、先ず、接合治具１０を鋼管柱１に嵌合してレベルモルタル３６上に載置し、接合治具１０内にコンクリート３０を充填する。そして、コンクリート３０が硬化したのち、実施の形態２の場合と同様に、上部柱２０に設けたベースプレート２１をトッププレート１１上に載置し、ボルト２３により一体に結合すればよい。
本実施の形態においても、実施の形態１、２の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。

ところで、実施の形態１、２において、接合治具１０内にコンクリート３０が十分充填されなかったために、トッププレート１１の下面にすき間が生じたり、ブリージング等によりトッププレート１１の直下に、コンクリート３０の強度が確保できない場合が生じることが考えられる。
このような現象が生じるおそれがある場合は、図１３（ａ）に示すように、接合治具１０の内周面のトッププレート１１のやや下方（コンクリート３０の強度が確保できる位置）に、第２の治具ずれ止めリング１２ａを設けてもよく、あるいは、図３（ｂ）に示すように、接合治具１０を内面突起１６を有する鋼管で構成してもよい。このように構成することにより、上部構造物による引張り荷重や圧縮荷重をより確実に鋼管杭１に伝達することができる。

また、鋼管杭１の鉛直方向の施工誤差が大きいと、鋼管杭１に設けた杭ずれ止めリング３ａ，３ｂ（特に下段の杭ずれ止めリング３ｂ）が、接合治具１内に納まらない場合も考えられる。このような問題に対処するために、図１３（ｃ）に示すように、下段の杭ずれ止めリングを複数個（３ｂ，３ｃ，３ｄ，…）に設けておけばよい。

上記の説明では、杭に鋼管杭を用いた場合を示したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、ＰＨＣ杭、ＳＣ杭等の各種の既成杭と上部構造物の接合にも本発明を実施することができる。

本発明の実施の形態１に係る杭と上部構造物との接合構造の模式的説明図である。 図１の上面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の垂直位置調整治具の一例の説明図である。 図１の閉塞板の説明図である。 実施の形態１の施工手順の一例の説明図である。 実施の形態１の作用説明図である。 本発明の実施の形態２に係る杭と上部構造物との接合構造の模式的説明図及びそのＢ−Ｂ断面図である。 実施の形態２の施工手順の一例の説明図である。 本発明の実施の形態３に係る杭と上部構造物との接合構造の模式的説明図である。 実施の形態３の施工手順の一例の説明図である。 実施の形態３の他の例の模式的説明図である。 実施の形態１〜３の要部の他の例の説明図である。

符号の説明

１ 鋼管杭、３ａ，３ｂ ずれ止めリング、５ 垂直位置調整治具、６ 上面部、７ａ，７ｂ 脚部、１０ 接合治具、１１ トッププレート、１２ ずれ止めリング、１３ コンクリートの充填穴、１４ 閉塞板、２０ 上部構造物の上部柱、２１ ベースプレート、３０ コンクリート、３５ 捨てコンクリート、３６ レベルモルタル、５０ 地盤、５１ 根切り。

Claims (10)

1. 上部外周に複数のずれ止めリングが取付けられ地盤に建込まれる杭と、
   該杭の杭頭部に設置される垂直位置調整治具と、
   コンクリートの充填穴を有し上部構造物が接合されるトッププレートが上端部に設けられ、下部内周面にずれ止めリングが取付けられて前記杭の上部に嵌合され前記トッププレートが前記垂直位置調整治具上に載置される接合治具と、
   該接合治具の下端部を閉塞する閉塞板と、
   前記充填穴から接合治具内に充填されるコンクリートとを備えたことを特徴とする杭と上部構造物との接合構造。
2. 上部外周に複数のずれ止めリングが取付けられ地盤に設けた根切りに建込まれる杭と、
   該杭の外周において前記根切りの底部に打設される捨てコンクリート及び該捨てコンクリート上に打設されるレベルモルタルと、
   コンクリートの充填穴を有し上部構造物が接合されるトッププレートが上端部に設けられ、下部内周面にずれ止めリングが取付けられて前記杭の上部に嵌合され、前記レベルモルタル上に載置される接合治具と、
   前記充填穴から接合治具内に充填されるコンクリートとを備えたことを特徴とする杭と上部構造物との接合構造。
3. 前記杭の杭頭部に垂直位置調整治具を設置したことを特徴とする請求項２記載の杭と上部構造物との接合構造。
4. 前記上部構造物の上部柱を、前記接合治具のトッププレートに直接接合し、又は前記上部柱の柱脚に設けたベースプレートを介してトッププレートに接合することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の杭と上部構造物との接合構造。
5. 前記接合治具を、内面突起付き鋼管の上端部にトッププレートを取付けて形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の杭と上部構造物との接合構造。
6. 前記垂直位置調整治具を、平坦な上面と脚部とにより側面ほぼコ字状に形成したことを特徴とする請求項１又は３〜５のいずれかに記載の杭と上部構造物との接合構造。
7. 請求項１の杭を地盤に建込む工程と、
   該杭の杭頭部に垂直位置調整治具を設置してその上面を水平に調整する工程と、
   トッププレート上に上部柱が接合された請求項１の接合治具を前記杭の上部に嵌合してそのトッププレートを前記垂直位置調整治具上に載置する工程と、
   前記接合治具の下部を閉塞して該接合治具内に前記トッププレートの充填穴からコンクリートを充填する工程とを有することを特徴とする杭と上部構造物との接合方法。
8. 請求項１の杭を地盤に建込む工程と、
   該杭の杭頭部に垂直位置調整治具を設置してその上面を水平に調整する工程と、
   請求項１の接合治具を前記杭の上部に嵌合してトッププレートを前記垂直位置調整治具上に載置する工程と、
   前記接合治具の下端部を閉塞し、該接合治具内に前記トッププレートの充填穴からコンクリートを充填する工程と、
   上部構造物の上部柱の柱脚に接合されたベースプレートを前記接合治具のトッププレート上に載置して固定する工程とを有することを特徴とする杭と上部構造物の接合方法。
9. 請求項２の杭を地盤の根切りに建込む工程と、
   該杭の周囲において前記根切りの底部に捨てコンクリートを打設する工程と、
   該捨てコンクリート上にレベルモルタルを打設してその上面を平坦に造成する工程と、
   トッププレート上に上部柱が接合された請求項２の接合治具を前記杭の上部に嵌合してレベルモルタル上に載置する工程と、
   前記接合治具内に前記トッププレートの充填穴からコンクリートを充填する工程とを有することを特徴とする杭と上部構造物との接合方法。
10. 請求項２の杭を地盤の根切りに建込む工程と、
    該杭の周囲において前記根切りの底部に捨てコンクリートを打設する工程と、
    該捨てコンクリート上にレベルモルタルを打設して上面を平坦に造成する工程と、
    請求項２の接合治具を前記杭の上部に嵌合してレベルモルタル上に載置する工程と、
    前記接合治具内に前記トッププレートの充填穴からコンクリートを充填する工程と、
    上部構造物の上部柱の柱脚に接合されたベースプレートを前記接合治具のトッププレート上に載置して固定する工程とを有することを特徴とする杭と上部構造物との接合方法。
    

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