JP2008045337A - 鋼管杭の杭頭処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、鋼管杭の杭頭部と杭頭キャップが形成する空間内部に充填材を充填することにより、該杭頭キャップを鋼管杭の杭頭部に固定する、鋼管杭の杭頭処理方法に関する。
【解決手段】この発明の鋼管杭の杭頭処理方法は、地中に埋没された鋼管杭１の杭頭部２に建造物の荷重を受ける杭頭プレート３と該杭頭プレート３にその一方端縁が接続された円筒部４を有する杭頭キャップ５を被せ、前記鋼管杭１の杭頭部２と前記杭頭キャップ５が形成する空間内部６に充填材７を充填する鋼管杭の杭頭処理方法において、前記杭頭部２の外周面２ａと前記円筒部４の内周面４ａが形成する隙間８に先端の断面形状が略楔形である楔形部材９を該隙間８の下方から介在させるものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、鋼管杭の杭頭部と杭頭キャップが形成する空間内部に充填材を充填することにより、該杭頭キャップを鋼管杭の杭頭部に固定する、鋼管杭の杭頭処理方法に関する。

従来、鋼管杭の杭頭部に杭頭キャップを取付ける鋼管杭の杭頭処理方法においては、図１３に示すように、引き抜け防止用のスタッドボルト１００が埋め込まれた既製杭１０１の杭頭部１０２に、上部構造１０３と接続される、レベル調節ボルト１０４を具備した杭頭キャップ１０５を冠し、既製杭１０１の杭頭部１０２と杭頭キャップ１０５との間にモルタル，コンクリート、若しくはグラウトなどからなる充填接合材１０６を充填することで既製杭１０１の杭頭部１０２に杭頭キャップ１０５を固定するものがある（例えば特許文献１）。

特開平９−２５６３７号公報

しかし、上述に示すような従来の鋼管杭の杭頭処理方法においては、建造物の梁等が、施工誤差や材料の形状誤差等により鋼管杭の中心軸からずれている場合、若しくは地震等の水平力により、杭頭部に大きな曲げモーメントが発生し、円筒部の端縁付近の充填材に過剰な応力が発生する。その結果、既製杭１０１と杭頭キャップ１０４との間の充填接合材１０６に過剰な応力が発生し、該充填接合材１０６が変形若しくは破損すると共に、建造物の安定性にも大きな影響が生じる可能性がある。

この発明は上記のような種々の課題を解決することを目的としてなされたものであって、杭頭部に曲げモーメントが発生した際に、空間内部の充填材の変形、若しくは破損を防止するための鋼管杭の杭頭処理方法に関する。

上記目的を達成するために、請求項１記載の鋼管杭の杭頭処理方法は、地中に埋没された鋼管杭の杭頭部に建造物の荷重を受ける杭頭プレートと該杭頭プレートにその一方端縁が接続された円筒部を有する杭頭キャップを被せ、前記鋼管杭の杭頭部と前記杭頭キャップが形成する空間内部に充填材を充填する鋼管杭の杭頭処理方法において、前記杭頭部の外周面と前記円筒部の内周面が形成する隙間に先端の断面形状が略楔形である楔形部材を該隙間の下方から介在させることを特徴としている。

請求項２記載の鋼管杭の杭頭処理方法は、前記楔形部材が略環状であり、該楔形部材の円周方向に渡ってその断面形状が略楔形であることを特徴としている。

請求項３記載の鋼管杭の杭頭処理方法は、前記楔形部材の円周方向にスリットが設けられていることを特徴としている。

請求項４記載の鋼管杭の杭頭処理方法は、前記楔形部材が円周方向に複数に分割されていることを特徴としている。

請求項１記載の鋼管杭の杭頭処理方法は、前記杭頭部の外周面と前記円筒部の内周面が形成する隙間に先端の断面形状が略楔形である楔形部材を該隙間の下方から介在させている。これによって、杭頭部に大きな曲げモーメントが発生し、円筒部の端縁付近の充填材に過剰な応力が発生した際には、前記楔形部材によってその過剰な応力が受け止められて、前記空間内部に充填された充填材が変形、若しくは破損することがない。

請求項２記載の鋼管杭の杭頭処理方法は、前記楔形部材が略環状であり、該楔形部材の円周方向に渡ってその断面形状が略楔形である。これによって、杭頭部に大きな曲げモーメントが発生し、円筒部の端縁付近の充填材に過剰な応力が発生した際にも、楔形部材が円筒部の内周面を均一に支持するため、前記空間内部に充填された充填材が変形、若しくは破損することがない。

請求項３記載の鋼管杭の杭頭処理方法は、前記楔形部材の円周方向にスリットが設けられている。これによって、楔形部材の外径が、鋼管杭の杭頭部の外径誤差に対して追随することができ、容易に該鋼管杭の杭頭部に該楔形部材を装着することができる。

請求項４記載の鋼管杭の杭頭処理方法は、前記楔形部材が円周方向に複数に分割されている。これによって、鋼管杭の杭頭部を挟み込むようにして該杭頭部に楔形部材を、容易に装着することができる。

この発明における鋼管杭の杭頭処理方法における最良の実施形態について、以下図２に基づいて説明する。この発明の鋼管杭の杭頭処理方法は、地中に埋没された鋼管杭１の杭頭部２に建造物の荷重を受ける杭頭プレート３と該杭頭プレート３にその一方端縁が接続された円筒部４を有する杭頭キャップ５を被せ、前記鋼管杭１の杭頭部２と前記杭頭キャップ５が形成する空間内部６に充填材７を充填する鋼管杭の杭頭処理方法において、前記杭頭部２の外周面２ａと前記円筒部４の内周面４ａが形成する隙間８に先端の断面形状が略楔形である楔形部材９を該隙間８の下方から介在させる方法である。

そして、必要に応じて、図６に示すように、前記楔形部材９は、該楔形部材９の円周方向に渡ってその断面形状が略楔形である略環状の部材であり、さらに、前記楔形部材９の円周方向にスリット１０が設けられている。若しくは、図８に示すように、前記楔形部材９が円周方向に複数に分割されている。

前記杭頭キャップ５は、図２に示すように、地中に埋没された鋼管杭１の杭頭部２に建造物の梁Ｘ等の荷重を受ける杭頭プレート３と該杭頭プレート３にその一方端縁が接続された円筒部４を有するものである。そして、杭頭プレート３は、例えば、図１０に示すように、略円盤状の鋼板からなり、その大きさは、前記円筒部４の外径と略同等、若しくはそれ以上であればよいが、円筒部４の外径よりも大きく形成されているほうが、施工誤差や材料の形状誤差に対応し、上部構造を施工できるため好ましい。また、本願実施例においては、図１０に示すように、杭頭プレート３ａは略円盤状であるが、杭頭プレート３の形状は略円盤状に限定されるものではなく、矩形、楕円等の他の形状を採用してもよい。また、杭頭プレート３は、鋼板のほか、合成樹脂等の他の素材から作製してもよく、その厚みは求められる強度に応じて適宜設定される。

前記円筒部４は、図１０に示すように、その内径が、鋼管杭１の杭頭部２の外径よりも大きい円筒状の鋼製部材であり、杭頭プレート３にその一方端縁が溶接等により接続されている。そして、杭頭部２の外周面２ａや円筒部４の内周面４ａの、双方若しくは片方に、凹凸加工若しくは凹凸形状を有する部材を別途設けてもよい（不図示）。これによって、空間内部６に充填された充填材７の硬化後に、それらの凹凸形状がアンカーの役割を果たし、円筒部４の内周面４ａと充填材７、該充填材７と杭頭部２の外周面２ａの界面の接着強度を向上することができ、さらに強固に鋼管杭１の杭頭部２に杭頭キャップ５を固定することができる。

また、本願実施例においては、図１１に示すように、杭頭プレート３を略長円形に形成すると共に、該杭頭プレート３を円筒部４の中心軸から該杭頭プレート３の中心が偏心するように取付けられた杭頭プレート３ｂを使用することができる。これによると、杭頭プレート３に接合される建造物の梁Ｘ等が、鋼管杭１の中心軸からずれている場合に、そのずれを補正することができると共に、同心円状に杭頭プレート３の外径を大きくするよりも経済的な部材設計が可能である。なお、この実施形態では、杭頭プレート３ｂを略長円形としたが、長方形であってもよく、これらの形状に限定されるものではない。

さらに、図１０、及び図１１に挙げたもの以外にも、図１２に示すように、杭頭プレート３の端縁付近に建造物の梁Ｘ等の荷重が局所的に作用した際に、該杭頭プレート３が湾曲若しくは破損を防ぐためのスチフナー１１が、取付けられた杭頭プレート３ｃを使用することができる。

そして、上述のような、本願実施例における杭頭プレート３は、図３に示すように、それぞれ前記空間内部６に充填材７を充填するための、杭頭プレート３外部から円筒部４内部へ貫通するような、少なくとも１つの注入孔１２を備えている。それらは、図１２における杭頭プレート３ｃのように、複数の注入孔１２を設けたほうが、一度に複数の注入孔１２から充填材７を充填可能であり、また、充填材７を充填する注入孔１２とは別の注入孔１２から空気が流出入するため、該充填材７の充填が容易になる。さらに、充填材７を充填する注入孔１２とは別の注入孔１２から、該充填材７が充填されている経過を容易に視認できるため好ましい。しかし、図１０、及び図１１に示すように、注入孔１２は少なくとも１つあればよく、該注入孔１２が、杭頭プレート３外部から円筒部４内部へ貫通するものであれば、該注入孔１２の形成位置や個数は適宜変更することができる。

充填材７は、経時的に硬化する性質を有する、セメント等の無機材料、若しくはアクリル等の有機材料、またはそれらを混合した材料が使用される。そして、図３に示すように、杭頭キャップ５を鋼管杭１の杭頭部２に被せた際に、前記鋼管杭１の杭頭部２と前記杭頭キャップ５が形成する空間内部６に、杭頭プレート３に設けられた注入孔１２から、該充填材７を充填する。そして、充填材７が硬化することによって、杭頭キャップ５が鋼管杭１の杭頭部２に固定される。また、その際には、鋼管杭１内側の空間に充填材７が流入しないように、図５及び図７に示すように、例えば、ウレタンや発泡ポリスチレン等の弾性変形可能な封止材１３を、該封止材１３と杭頭部２の内周面２ｂとの間に隙間が生じないように嵌入することが好ましい。しかし、鋼管杭１内側の空間に充填材７が流入しないように封止することができるものであれば、例えば、鋼管杭１の内径と略同等の大きさの鋼板や樹脂板等を溶接、接着剤、若しくはテープ等で鋼管杭１内側の空間を封止するようにしてもよく、本願実施例に限定されるものではない。

楔形部材９は、その先端の断面形状が略楔形で、杭頭部２の外周面２ａと円筒部４の内周面４ａが形成する隙間８に該楔形部材９を下方から介在させている。そして、本願実施例において、楔形部材９は、例えば図６に示すように、楔形部材９が円筒部４の内周面４ａを均一に支持できるように、その形状が略環状であって、該楔形部材９の円周方向に渡ってその断面形状が略楔形の鋼製の部材である。そして、該楔形部材９の内径は、施工時に使用する鋼管杭１の杭頭部２の外径と略同等に形成されている。

また、必要に応じて、図６に示すように、楔形部材９の円周方向にスリット１０が設けられている。そして、楔形部材９を杭頭部２に装着する際には、図５に示すように、該鋼管杭１の上方から該楔形部材９を挿入するようにして該杭頭部２に装着する。しかし、そのようにして杭頭部２に楔形部材９を装着する際に、該杭頭部２の外径誤差がある場合にも、該楔形部材９の円周方向にスリット１０が設けられているため、該楔形部材９の外径が該杭頭部２の外径誤差に対して追随することができ、該杭頭部２に該楔形部材９を容易に装着することができる。また、図６に示すように、楔形部材９の円周方向に形成されたスリット１０の幅は、その幅が小さい方が、前記空間内部６に充填材７を充填した際に、該充填材７が該スリット１０の間から漏れにくいため好ましいが、該スリット１０の幅は適宜変更することができる。

また、楔形部材９の外周面９ａに、例えば２つの把手を、該把手が互いに相対するように取付けてもよい。そのようにすることで、杭頭部２に楔形部材９を装着する際には、把手を握持することで、該楔形部材９の杭頭部２への装着が容易になる。さらに、杭頭部２の外径に誤差が生じ、楔形部材９の該杭頭部２への装着が困難な際にも、２つの把手のそれぞれを該楔形部材９の半径方向外側に引張ることで、該楔形部材９の外径を若干大きくすることができるため、該楔形部材９を容易に該杭頭部２に装着することができる。

また、必要に応じて楔形部材９は、円周方向に複数に分割されいてもよい。そして、本願実施例においては、例えば図８に示すように、全体形状が略環状であり、該楔形部材９の円周方向に渡ってその断面形状が略楔形である楔形部材９を、楔形部材９ｄと楔形部材９ｅの２つに分割している。これによって、図７に示すように、杭頭部２に、２つに分割された楔形部材９ｃ、及び楔形部材９ｄを、該杭頭部２を挟んで相対する方向から装着することができる。そのため、杭頭部２の外径に誤差が生じた際にも、その誤差に影響されることなく、該杭頭部２に楔形部材９を容易に装着することができる。さらには、杭頭部２に杭頭キャップ５を被せた後にも、楔形部材９を該杭頭部２に装着することができる。

また、図４に示すように、地中に埋没された鋼管杭１の中心軸が鉛直線上から若干傾いている際には、該鋼管杭１の傾きを杭頭キャップ５により、杭頭プレート３が水平となるように補正すると共に、前述の複数に分割された楔形部材９の１片若しくは複数片を、図４に示すように、杭頭部２の外周面２ａと円筒部４の内周面４ａの隙間８に介在させることができる。

また、楔形部材９の分割数は図８に示すように２つに分割するほうが、一人の作業者が両手で該楔形部材９を杭頭部２に装着することができ好ましいが、該楔形部材９の分割数は、２以上に分割してもよく適宜変更することができる。また、複数に分割した楔形部材９同士の間は、その間隔が小さい方が、前記空間内部６に充填材７を充填した際に、各楔形部材９同士の間から該充填材７が漏れにくく好ましいが、その間隔は適宜変更することができる。さらに、分割した各楔形部材９のそれぞれの外周面９ａに、把手を取付けてもよく、そのため、鋼管杭１に楔形部材９を装着する際には、把手を握持することができ、該楔形部材９の杭頭部２への装着が容易になる。

また、楔形部材９の先端の断面形状は略楔形となるように形成されている。そして、本願実施例においては、図９に示すように、その先端が切取られたような楔形形状となっている。そして、楔形部材９の内周辺９１と、傾斜辺９２の成す角αは、例えば、本願実施例のように、約１５度とするのが、該楔形部材９を隙間８に介在させ易く好ましい。また、楔形部材９の上辺９３は、成形性や、先端の破損等を考慮すると、例えば、本願実施例のように、約１ｍｍとするのが好ましい。しかし、楔形部材９の角αの大きさ、及び各辺の長さは、杭頭部２の外周面２ａと円筒部４の内周面４ａが形成する隙間８に、楔形部材９の先端が介在するような形状であればよく、適宜変更することができる。

しかし、上述した楔形部材９を、杭頭部２に装着する際に、該杭頭部２の外径よりも楔形部材９の内径が若干大きい場合、若しくは複数に分割された楔形部材９を用いる場合には、該楔形部材９を杭頭部２に装着した後に、杭頭部２に対する楔形部材９の位置がずれる、若しくは杭頭部２から楔形部材９が離脱する等の問題が生じる場合がある。その際には、必要に応じて楔形部材９を杭頭部２に固定するために、例えばスポット溶接や接着剤、テープ、若しくは、磁石などの磁性材料等を使用することができる。

そして、図３に示すように、シール材１４は、注入孔１２から充填材７を空間内部６に充填した際に、円筒部４の内周面４ａと楔形部材９の外周面９ａの境界、及び楔形部材９の内周面９ｂと杭頭部２の外周面２ａの境界から該充填材７が漏れるのを防止するために、それらの境界を覆うものである。これらのシール材１４は、一般に防水処理等に用いられるコーキング材やシーリング材、テープ、ゴムバンド等が用いられるが、円筒部４の内周面４ａと楔形部材９の外周面９ａの境界、及び楔形部材９の内周面９ｂと杭頭部２の外周面２ａの境界からの充填材７の漏れを防止できるようなものであれば、これらに限定されるものではない。

以下、図３及び図５に基づいて本願に係る鋼管杭の杭頭処理方法の施工手順について説明する。

まず、図３に示すように、鋼管杭１を地中に打設し、杭頭部２が所定の高さになるように、鋼管杭１を切断する。そして、鋼管杭１内側の空間に充填材７の流入を防止するための封止材１３を、該封止材１３と杭頭部２の内周面２ｂとの間に隙間が生じないように嵌入する。次に、図５に示すように、杭頭キャップ５を杭頭部２に被せた際に、杭頭プレート３が所定の高さになるように、楔形部材９を杭頭部２に装着し、その位置が変化しないようにスポット溶接等により該楔形部材９を該杭頭部２に固定する。

ここで、楔形部材９は、図７に示す２つに分割された楔形部材９ｃ及び９ｄを用いてもよい。その場合には、杭頭キャップ５を杭頭部２に被せた際に、杭頭プレート３が所定の高さになるように、杭頭部２に、２つに分割された楔形部材９ｃ、及び楔形部材９ｄを、該杭頭部２を挟んで相対する方向から装着する。そして、楔形部材９の位置が変化しないように、スポット溶接等により該楔形部材９を杭頭部２に固定する。また、複数に分割された楔形部材９を使用する際には、杭頭部２に杭頭キャップ５を被せた後に、該楔形部材９を杭頭部２に装着してもよい。

次に、図３に示すように、杭頭部２の外周面２ａと円筒部４の内周面４ａが形成する隙間８に楔形部材９の先端が介在するように杭頭キャップ５を鋼管杭１の上方から杭頭部２に被せる。そして、図３に示すように、円筒部４の内周面４ａと楔形部材９の外周面９ａの境界、及び楔形部材９の内周面９ｂと杭頭部２の外周面２ａの境界から充填材７が漏れるのを防止するためにシール材を設ける。その次に、図３に示すように、杭頭部２に杭頭キャップ５を被せた際に、該杭頭部２と杭頭キャップ５が形成する空間内部６に、杭頭プレート３に設けられた注入孔１２から充填材７を充填する。この際には、充填材７が空間内部６に隙間なく充填されるように、適宜振動を与えながら該充填材７を充填してもよい。そして、数時間乃至数日間、充填材７が硬化するまで養生させた後、図１に示すように、杭頭プレート３と建造物の梁Ｘ等を溶接等により接合し、さらに上部構造を施工することで、建造物を完成させる。

ここで、建造物の梁Ｘが、図２に示すように、施工誤差や材料の形状誤差により鋼管杭１の中心軸からずれている場合、若しくは地震等により水平力が生じた場合には、杭頭部２に大きな曲げモーメントが発生し、円筒部４の端縁付近の充填材７に過剰な応力が発生する。しかし、上述のように杭頭部２の外周面２ａと円筒部４の内周面４ａが形成する隙間８の最も応力のかかる場所に、楔形部材９を介在させることで、前述のような過剰な応力が発生した際にも、前記楔形部材９によってその過剰な応力が受け止められて、杭頭部２の外周面２ａと円筒部４の内周面４ａが形成する隙間８の充填材７が変形、若しくは破損することがない。さらに、鋼管杭１の１本当りの負担可能な水平力が従来と比較して大きくなるため、建造物１棟当りの鋼管杭１の数を減らすことができ、施工効率及びコストの削減にもつながる。そして、鋼管杭１の１本当りの負担可能な水平力が、充填材７の材質に依存することなく安定的となる。

この発明の鋼管杭の杭頭処理方法は、鋼管杭１のみならず、コンクリート製及び木製等の杭に対しても使用することが可能である。

本願実施例における施工全体図 本願実施例における施工拡大図 本願実施例における施工断面図 本願他の実施例における施工断面図 本願実施例における楔形部材の取付図 本願実施例における楔形部材の拡大図 本願実施例における他の楔形部材の取付図 本願実施例における他の楔形部材の拡大図 本願実施例における楔形部材の先端拡大図 本願実施例に用いられる第１の杭頭キャップを示す図 本願実施例に用いられる第２の杭頭キャップを示す図 本願実施例に用いられる第３の杭頭キャップを示す図 従来技術を示す図

符号の説明

１ 鋼管杭
２ 杭頭部
３ 杭頭プレート
４ 円筒部
５ 杭頭キャップ
６ 空間内部
７ 充填材
８ 隙間
９ 楔形部材
１０ スリット
１２ 注入孔
１３ 封止材
１４ シール材

Claims (4)

1. 地中に埋没された鋼管杭の杭頭部に建造物の荷重を受ける杭頭プレートと該杭頭プレートにその一方端縁が接続された円筒部を有する杭頭キャップを被せ、前記鋼管杭の杭頭部と前記杭頭キャップが形成する空間内部に充填材を充填する鋼管杭の杭頭処理方法において、
   前記杭頭部の外周面と前記円筒部の内周面が形成する隙間に先端の断面形状が略楔形である楔形部材を該隙間の下方から介在させることを特徴とする鋼管杭の杭頭処理方法。
2. 前記楔形部材が略環状であり、該楔形部材の円周方向に渡ってその断面形状が略楔形であることを特徴とする請求項１記載の鋼管杭の杭頭処理方法。
3. 前記楔形部材の円周方向にスリットが設けられていることを特徴とする請求項２記載の鋼管杭の杭頭処理方法。
4. 前記楔形部材が円周方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項２記載の鋼管杭の杭頭処理方法。

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