JP2009275401A - 杭の拡底部材 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな支持力および引き抜き抵抗を備えた拡底部を杭に形成することができる拡底部材を提供する。
【解決手段】杭の下端に設けられる拡底部材１であって、杭の外径と同じか又は外径よりも小さい、杭に固定される支持板２と、支持板２に回転可能に軸支された複数の拡底板５と、を備え、拡底板５は、回転することにより、杭の軸方向に投影してなる投影部が杭の外周面より内側に収容された収容姿勢と、杭の軸方向に投影してなる投影部の一部が杭の外周面より外側に突出した拡底姿勢とに姿勢変換可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管杭、ＰＨＣ杭などの杭の下端に、支持力および引き抜き抵抗を増加させるために設けられる拡底部材に関するものである。

建築物、構造物等を支持する基礎杭には、構造物等を支える支持力のほか、地震等による外力に対する引き抜き抵抗が要求される。そのため従来から、杭の下端に拡底部を設けた拡底杭が広く知られている（例えば、特許文献１など）。この場合、あらかじめ杭孔の底部に杭径よりも大きな直径をした孔底拡開部を掘削してから、この孔底拡開部内にセメントミルクあるいはコンクリート等を打設して拡底部を設ける。

特許文献１では、杭の下端に拡径可能な地盤掘削部材を設け、杭を回転させて掘削しながら地盤中に圧入し、所定深さに達した時点で地盤掘削部材を拡径して拡大掘削を行うことで杭孔の底部に孔底拡開部を形成し、地盤掘削部材を拡径した状態でセメントミルク等を打設して拡底部を形成している。

しかしながら、この方法では、孔底拡開部を掘削するための地盤掘削部材を補強材としてそのまま地盤中に埋めてしまうので、工事費用が高額になってしまう。そのため、特許文献２では、孔底に拡開部が掘削された杭孔の該拡開部内にセメントミルクを充填して土砂と混合させた後、この杭孔内に下端部に複数組の拡開鉄筋を設けた杭を、それぞれの拡開鉄筋が杭の外周面に密着して閉じられている状態が維持されるような向きに回転しながら杭底まで挿入し、拡開鉄筋が孔底拡開部内に位置した時点で杭を逆回転させて拡開鉄筋を拡開させ、セメントミルクで固定して拡底部を形成する。

特開平６−２８７９４３号公報 特開平１１−６１８１１号公報

上記特許文献２において、杭の下端部に設けられる拡開鉄筋は、具体的には、上下１対のバンドを設け、バンド外周面の上下対称位置にそれぞれバンドの長さ方向に沿って湾曲する複数個のアームを、杭の断面方向から見てそれぞれ一端がヒンジを介して他端が杭外側方向へ回動するように開閉可能に軸着すると共に、それぞれ上下の対応するアーム間に杭の長さ方向に沿った複数本の縦筋を連結した構成である。さらに、縦筋間にはチェーンが横筋として設けられている。

しかしながら、特許文献２に記載された拡底杭は、セメントミルクによる拡底部を拡開鉄筋により補強できるが、杭の軸方向からの荷重を、杭に固定された拡開鉄筋のうち幅狭のアームと横筋（チェーン）で受けることとなり、構造物等の充分な支持力を得ることができない可能性がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大きな支持力および引き抜き抵抗を備えた拡底部を杭に形成することができる拡底部材を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明に係る拡底部材は、
杭の下端に設けられる拡底部材であって、
杭の外径と同じか又は外径よりも小さい、杭に固定される支持体と、
前記支持体に回転可能に軸支された複数の拡底板と、を備え、
前記拡底板は、回転することにより、杭の軸方向に投影してなる投影部が杭の外周面より内側に収容された収容姿勢と、杭の軸方向に投影してなる投影部の一部が杭の外周面より外側に突出した拡底姿勢とに姿勢変換可能であることを特徴とする。

この構成による拡底部材の作用・効果を説明する。この拡底部材は、支持体と複数の拡底板を備える。支持体は、杭に固定されるものであって、杭の外径と同じか又は外径よりも小さい。これにより、支持体は、杭が杭孔に挿入される際にも障害とならない。また、複数の拡底板は、支持体に軸支されており、支持体に対して回転することができる。拡底板は、回転することにより、杭の軸方向に投影してなる投影部が杭の外周面より内側に収容された収容姿勢と、杭の軸方向に投影してなる投影部の一部が杭の外周面より外側に突出した拡底姿勢とに姿勢を変換することができる。この拡底部材によれば、杭が杭孔に挿入される際には、収容姿勢とすることで拡底板は障害とならない。一方で、杭孔の底部に形成された孔底拡開部において、拡底板を拡底姿勢とした状態で拡底部を形成することで、拡底板は、杭の軸方向に投影してなる投影部の一部が杭の外周面より外側に突出し、杭の軸方向への外力を受けることができる。また、拡底板は、板状をしているので、従来技術の拡底杭のアームとチェーンに比べ、大きな支持力および引き抜き抵抗を備えた拡底部を形成することができる。したがって、この拡底部材によれば、大きな支持力および引き抜き抵抗を備えた拡底部を杭に形成することができる。

本発明において、前記拡底板は、外部からの抵抗を受ける抵抗部を備え、前記支持体が固定された杭を杭の軸芯周りに回転させることで前記抵抗部が抵抗を受け、前記収容姿勢から前記拡底姿勢に姿勢変換可能であることが好ましい。

この構成によれば、拡底板は、杭を杭の軸芯周りに回転させることで、収容姿勢から拡底姿勢に姿勢を変換することができるので、例えば、姿勢を変換させる姿勢変換手段を別途設けることなく、容易に姿勢を変換することができる。

本発明において、前記支持体と連結部材により連結された台座をさらに備え、前記台座にも複数の前記拡底板が回転可能に軸支されていることが好ましい。

この構成によれば、拡底部材は、支持体に軸支された拡底板のほかに、台座に軸支された拡底板も備えるので、より一層大きな支持力および引き抜き抵抗を備えた拡底部を杭に形成することができる。

＜拡底部材の構成＞
本発明に係る拡底部材の好適な実施形態について図面を用いて説明する。図１は、拡底部材の外観構成を示す斜視図である。図２は、拡底部材の構成を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、拡底部材の中心軸をＯとし、図１の上側を拡底部材の上側、図１の下側を拡底部材の下側とする。

拡底部材１の上部には支持板２（支持体に相当する）が配置され、下部には座板３（台座に相当する）が配置される。支持板２と座板３は、連結部材４によって連結される。支持板２および座板３には、それぞれ複数の拡底板５がネジ６により回転可能に軸支される。

拡底部材１は、支持板２を杭の下端に溶接等することにより取り付けられる。拡底部材１が取り付けられる杭は、例えば、鋼管杭や、ＰＨＣ杭（プレテンション方式遠心力高強度プレストレストコンクリート杭）、ＲＣ杭（遠心力鉄筋コンクリート杭）等のコンクリート杭等が挙げられる。

支持板２は、中心に貫通孔の開いた円盤状をしている。支持板２の外径は、拡底部材１が取り付けられる杭の外径と同じか又は小さくなるように形成されている。なお、施工性や強度等を考慮し、支持板２の外径は杭の外径と同じとすることが好ましい。これにより、下端に拡底部材１を取り付けた杭を杭孔に挿入する際にも、支持板２が障害とならない。また、支持板２の中心には、貫通孔が設けられており、土砂、セメントミルク等の根固め材が支持板２を通過することができる。支持板２の貫通孔の周囲には、拡底板５をネジ６で取り付けるためのネジ穴が複数形成されている。本実施形態においては、ネジ穴は円周方向に均等に８つ配列して形成されている。

座板３も支持板２と同じように、中心に貫通孔の開いた円盤状をしている。座板３の外径も、拡底部材１が取り付けられる杭の外径と同じか又は小さくなるように形成しているが、支持板２と同じように、杭の外径と同じとすることが好ましい。座板３にも、拡底板５をネジ６で取り付けるためのネジ穴が８つ形成されている。

連結部材４は、円筒状をしており、上下端には、支持板２と座板３とに連結できるように突出部４ａが設けられている。突出部４ａは、円筒の外側方に突出しており、拡底板５を支持板２および座板３に軸支するためのネジ６によって、支持板２の下面側および座板３の上面側に締結される。なお、拡底板５は、突出部４ａと支持板２との間、および突出部４ａと座板３との間に挟まれる形で軸支される。

拡底板５の形状について、図３を用いて説明する。図３は、一の拡底板５の正面図である。また、拡底板５の姿勢変換について、図４を用いて説明する。拡底板５は、支持板２および座板３にそれぞれ軸支されているが、ここでは、座板３に軸支されている拡底板５について説明を行なう。なお、支持板２に軸支されている拡底板５の形状は、図１に示すように、座板３に軸支されている拡底板５の形状と鏡映対称となっている。

拡底板５が、ネジ６を中心に反時計回りに回転し、座板３の外径よりも内側に収容された収容姿勢を上方から見た図を図４（ａ）に示す。また、拡底板５が、ネジ６を中心に時計回りに回転し、座板３の外径よりも外側に突出した拡底姿勢を上方から見た図を図４（ｂ）に示す。なお、ここでは、説明を容易にするために、連結部材４は図示していない。

拡底板５は、図３に示すように、扇形状の一部を切り取った、略Ｌ字状をした板から形成されている。しかし、拡底板５は、平板ではなく、収容姿勢および拡底姿勢の両姿勢において、一の拡底板５は、他の拡底板５と一部が重なるため、重なる位置では、拡底板５は部分的に湾曲している。

拡底板５には、扇形状の一部を切り取る切り取り部５ａが形成されている。この切り取り部５ａを形成することで、収容姿勢および拡底姿勢において、拡底板５と、隣接する拡底板５を軸支しているネジ６とが干渉することを防ぐことができる。

また、拡底板５には、最小径部５ｂが形成されており、図４（ａ）の収容姿勢では、隣接する拡底板５の最小径部５ｂどうしが連続して、全体としてひとつの円盤の外径部を構成する。この収容姿勢においては、拡底板５の最小径部５ｂが座板３の外周と一致する。

さらに、拡底板５には、最大径部５ｃが形成されており、図４（ｂ）の拡底姿勢では、隣接する拡底板５の最大径部５ｃどうしが連続して、全体としてひとつの円盤の外径部を構成する。この拡底姿勢においては、拡底板５の最大径部５ｃが座板３の外周よりも突出する。

また、拡底板５の最大径部５ｃには、抵抗部５ｄが形成されている。板状の抵抗部５ｄは、拡底板５の表面に対して中心軸Ｏ方向に立設されており、拡底部材１を中心軸Ｏの周りに回転させることで外部の抵抗、具体的には、地中の土砂や杭孔に投入されたセメントミルク等、またはこれらの混合物等の抵抗を受ける。抵抗部５ｄは、拡底部材１の円周方向に対して所定の傾きを有しており、拡底部材１を中心軸Ｏを中心に時計回りに回転させる場合には、抵抗部５ｄは抵抗を受けて、拡底板５をネジ６を中心に反時計回りに付勢する。一方、拡底部材１を中心軸Ｏを中心に反時計回りに回転させる場合には、抵抗部５ｄは抵抗を受けて、拡底板５をネジ６を中心に時計回りに付勢する。すなわち、拡底部材１を中心軸Ｏを中心に時計回りに回転させる場合には、拡底板５は収容姿勢を保持し、一方で拡底部材１を中心軸Ｏを中心に反時計回りに回転させる場合には、拡底板５は拡底姿勢を保持しようとする。

＜拡底杭の施工手順＞
本発明の拡底部材を下端に取り付けた杭（拡底杭）の施工手順について、図５を用いて説明する。図５（ａ）のように、初めに、拡底杭を挿入するための杭孔１１を地盤１０の所定の深度まで掘削する。次いで、杭孔１１の底部に杭径よりも大きな直径をした孔底拡開部１２を掘削する。孔底拡開部１２を掘削する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、オーガーヘッドに設けた拡大翼を拡翼して拡大掘削する方法が知られている。この孔底拡開部１２内にセメントミルクを投入し、拡大翼を上下反復し、セメントミルクと土砂とを攪拌混合させた混合物１３を孔底拡開部１２に充填する。

次いで、図５（ｂ）のように、杭の下端に拡底部材１を固定した拡底杭１４を杭孔１１内に挿入する。なお、拡底部材１は、あらかじめ杭の下端に溶接等により固定される。座板３および支持板２には中心に貫通孔を設けてあり、また、これらの貫通孔は拡底板５によって塞がれていないので、拡底杭１４内には、セメントミルクと土砂の混合物１３が充填される。

杭孔１１に挿入する際には、すべての拡底板５は、収容姿勢としておく。また、挿入過程では拡底杭１４を時計回りに回転させることで、拡底板５は、抵抗部５ｄにセメントミルクと土砂の混合物１３からの抵抗を受け、収容姿勢を保つことができ、挿入する際の障害となりにくい。

拡底杭１４を杭孔１１に挿入していき、拡底部材１が孔底拡開部１２に位置した時点で、拡底杭１４を逆回転、すなわち、反時計回りに回転させる。拡底杭１４を反時計回りに回転させると、拡底板５は、抵抗部５ｄにセメントミルクと土砂の混合物１３からの抵抗を受け、図５（ｃ）のように収容姿勢から拡底姿勢へと姿勢を変える。拡底板５を拡底姿勢に保持したまま、セメントミルクを固化させる。これにより、拡底板５は、杭の外周面より外側に突出した円盤を形成するので、この拡底部材１によれば、大きな支持力および引き抜き抵抗を備えた拡底部を杭に形成することができる。

＜別実施形態＞
図４（ｂ）に示すように、拡底姿勢において、座板３の中心孔は、拡底板５で塞ぐことはできない。したがって、拡底部材１は、この座板３の中心孔を塞ぐためのプレートをさらに備えてもよい。具体的には、図６の三面図に示すように、座板３の下面側に、拡底板５と同じように軸支されたプレート７を設ける。プレート７は、ネジ７ａにより座板３に軸支されている。このプレート７には、拡底板５と同じように抵抗部７ｂが設けられる。また、座板３には、プレート７の動きを規制するための断面がコの字状の振れ止め部材８が設けられる。プレート７は、座板３と振れ止め部材８との間をスライド可能となっている。

プレート７は、拡底板５と同じように、抵抗部７ｂに外部からの抵抗を受けることで姿勢を変換することができる。プレート７の姿勢変換について、図７を用いて説明する。プレート７は、拡底板５の収容姿勢においては、図７（ａ）のように、座板３の中心孔を塞がず、拡底板５の拡底姿勢においては、図７（ｂ）のように、座板３の中心孔を塞ぐように姿勢を変化させるように構成される。拡底板５の拡底姿勢において、拡底板５およびプレート７により、座板３の中心孔を完全に塞ぐことができるので、この拡底部材１によれば、より一層大きな支持力および引き抜き抵抗を備えた拡底部を杭に形成することができる。

また、図８（ａ）に示すように、中心軸Ｏ方向に対向する、支持板２に軸支された拡底板５の抵抗部５ｄと、座板３に軸支された拡底板５の抵抗部５ｄとを繋げて１つの板状の抵抗部５ｄとしてもよい。または、例えば鉄筋などの別の部材により、中心軸Ｏ方向に対向する、支持板２に軸支された拡底板５の抵抗部５ｄと、座板３に軸支された拡底板５の抵抗部５ｄとを連結させてもよい。なお、鉄筋などの別の部材により、支持板２に軸支された拡底板５と、座板３に軸支された拡底板５とを直接連結させてもよい。

さらに、図８（ｂ）に示すように、これらの中心軸Ｏ方向に延びる部材を、横部材９で連結させるようにしてもよい。これらの構成によれば、拡底部材１の強度を向上させることができ、より一層大きな支持力および引き抜き抵抗を備えた拡底部を杭に形成することができる。

拡底部材の外観構成を示す斜視図 拡底部材の構成を示す縦断面図 拡底板の形状を示す正面図 拡底板の姿勢変換を説明するための図 杭（拡底杭）の施工手順を説明するための図 座板の中心孔を塞ぐプレートを説明するための三面図 プレートの姿勢変換を説明するための図 別実施形態の拡底部材の外観構成を示す斜視図

符号の説明

１ 拡底部材
２ 支持板
３ 座板
３ 台座
４ 連結部材
４ａ 突出部
５ 拡底板
５ｄ 抵抗部
６ ネジ
９ 横部材
１０ 地盤
１１ 杭孔
１２ 孔底拡開部
１４ 拡底杭

Claims (3)

1. 杭の下端に設けられる拡底部材であって、
   杭の外径と同じか又は外径よりも小さい、杭に固定される支持体と、
   前記支持体に回転可能に軸支された複数の拡底板と、を備え、
   前記拡底板は、回転することにより、杭の軸方向に投影してなる投影部が杭の外周面より内側に収容された収容姿勢と、杭の軸方向に投影してなる投影部の一部が杭の外周面より外側に突出した拡底姿勢とに姿勢変換可能であることを特徴とする拡底部材。
2. 前記拡底板は、外部からの抵抗を受ける抵抗部を備え、前記支持体が固定された杭を杭の軸芯周りに回転させることで前記抵抗部が抵抗を受け、前記収容姿勢から前記拡底姿勢に姿勢変換可能であることを特徴とする請求項１に記載された拡底部材。
3. 前記支持体と連結部材により連結された台座をさらに備え、前記台座にも複数の前記拡底板が回転可能に軸支されていることを特徴とする請求項１または２に記載された拡底部材。
   
   

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