JP2010095846A - 既製コンクリート杭の杭頭部接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】アンカー筋に引張り力が作用した際、中詰めコンクリートの杭体コンクリートに対する杭軸方向のずれを防止し、アンカー筋の耐力を十分に発揮させることができる既製コンクリート杭の杭頭部接合構造を提供する。
【解決手段】杭頭部に形成される内側空間１５に構造物基礎と接合するためのアンカー筋１４が挿入配置されるとともに、中詰めコンクリート１２が充填される既製コンクリート杭１０の杭頭部接合部構造であって、杭頭部の内周に、外周部分が杭体コンクリート内に埋め込まれかつ内周部分が中詰めコンクリート１２に突出する環状突起２１が周方向に沿って設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、既製コンクリート杭の杭頭部接合構造に関し、さらに詳細には、杭頭部と構造物基礎との接合部に作用する引張り力に対応するための技術に関する。

近年、短工期とローコスト化の潮流から、既製コンクリート杭の高支持力化が進み、従来の埋め込み杭工法と比較すると同径の杭で２〜３倍の支持力をもつようになった。このため、地震時に１本の杭が負担する水平力も従来より大きくなり、小口径でも大きな耐力をもつＳＣ杭（外殻鋼管付きコンクリート杭）やＰＲＣ杭（遠心力プレストレスト鉄筋コンクリート杭）を採用する事例が増えてきた。このような高耐力の杭を使用することで、杭体の曲げ耐力は確保できるが、杭頭接合部はＲＣ構造となるため、接合部破壊を防止することが困難であった。

これを解決するため、杭頭に拡頭リングを設けて接合部耐力を確保して、杭頭破壊を防止する工法が開発されている。しかしながら、この工法は杭頭に拡頭リングをかぶせコンクリートを充填して両者を一体化させるため、大きな引張り力には対応できないという問題があった。

また、拡頭リングを用いない既製コンクリート杭の杭頭接合部の場合、引張り力に対応するためには杭頭に鉄筋（基礎へのアンカー筋）を現場溶接する方法が採用されている。しかしながら、現場溶接の信頼性が低く接合部の品質を確保する観点から、今後は現場溶接しない工法が求められてくる状況にある。例えば、今回改訂された「杭基礎設計便覧 平成１８年度改訂版」（平成１９年１月 社団法人 日本道路協会）では、道路橋示方書で解説された意図を踏まえ杭頭接合部の設計において杭外周に溶接される鉄筋を１次設計（許容応力度設計）では考慮しないこととしている。

従来、現場溶接によらない杭頭接合部として図７に示すような構造が知られている。既製コンクリート杭１０は、杭施工に伴って内部にソイルセメント１３が満たされ、杭頭部には杭頭部内側空間１５が形成される。既製コンクリート杭１０は、この杭頭部内側空間１５に挿入される複数本のアンカー筋１４及び杭頭部内側空間１５に打設される中詰めコンクリート１２を介して構造物基礎であるパイルキャップ１６と一体的に接合される。１７はアンカー筋１４の周囲に巻かれる帯筋、１８は下側主筋を示している。

上記のような従来の杭頭接合構造の場合、アンカー筋１４（中詰め補強鉄筋）に作用する引張り力は中詰めコンクリート１２とコンクリート杭１０の杭体コンクリート内面との付着により杭体に伝達される。しかし、遠心成形される杭体の内面は滑らかで凹凸が小さく、この付着は一般的なコンクリート打継ぎ面よりかなり小さなものとなる。このため、引張り力が作用した際、アンカー筋１４が引張り耐力に達する前に、杭体内面と中詰めコンクリート１２との付着が切れてしまうおそれがある。この出願の出願人による実験によれば、ピストン内でシリンダーが動くように、早期に中詰めコンクリート１２が杭体に対して杭軸方向に離間してずれてしまうという現象が見出された。

この出願の発明に関連する先行技術情報としては以下に記載のようなものがある。特許文献１には杭頭部内周にコッタープレートを設けた既製コンクリート杭が開示されている。しかしながら、同文献に開示の技術は杭頭部と中詰めコンクリートとの付着力を高めるもので、引張り力については何ら言及がない。
特許第２５７６７５５号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、アンカー筋に引張り力が作用した際、中詰めコンクリートの杭体コンクリートに対する杭軸方向のずれを防止し、アンカー筋の耐力を十分に発揮させることができる既製コンクリート杭の杭頭部接合構造を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、杭頭部に形成される内側空間に構造物基礎と接合するためのアンカー筋が挿入配置されるとともに、中詰めコンクリートが充填される既製コンクリート杭の杭頭部接合部構造であって、
杭頭部の内周に、外周部分が杭体コンクリート内に埋め込まれかつ内周部分が前記中詰めコンクリートに突出する環状突起が周方向に沿って設けられていることを特徴とする既製コンクリート杭の杭頭部接合構造にある。

前記環状突起は杭軸方向に間隔を置いて複数段設けられている構成を採用することができる。

前記既製コンクリート杭は杭体コンクリートの外周に鋼管を有する杭であり、
前記環状突起は、前記鋼管の内周に取り付けられて前記杭体コンクリート内に埋め込まれた複数の保持部材に固着されている。

前記保持部材は、頂部と、この頂部から延びる２本の脚部をもつトラス状鉄筋からなり、２本の脚部はそれぞれ上下に位置するように配置されてその先端が前記鋼管に取り付けられ、前記頂部に前記環状突起が固着されている。

前記既製コンクリート杭は杭体コンクリートの上端に鋼製端板を有する杭であり、
前記環状突起は、前記端板に取り付けられて前記杭体コンクリート内に杭軸方向に埋め込まれた複数の保持部材に固着されている。

この発明によれば、アンカー筋に引張り力が作用した場合、環状突起が中詰めコンクリートと杭体コンクリートとの間で支圧抵抗による「シャーキー」として機能するので、両者間にずれが生じることなく一体化が保たれ、アンカー筋の耐力を十分に発揮させることができる。そして、環状突起の設置段数を増すことにより、耐力をさらに増すことも可能である。

また、環状突起は中詰めコンクリートを介してアンカー筋から伝達される圧縮力の水平方向成分に対して円周方向力により抵抗するので（フープテンション）、杭体コンクリートの引張割裂破壊を防止することができる。さらに、環状突起はその保持部材も含めて安価な材料を用いることができるので、安価に製造することができ、施工も従来と同様な態様を採ることができる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、上述のＳＣ杭やＰＲＣ杭、ＰＨＣ杭（遠心力高強度プレストレストコンクリート杭）を含む既製コンクリート杭１０を包括的に示し、この発明による杭頭部接合構造の要旨を示す図である。図１において、図７に示した従来例と同様な部材については同一符合を付してある。この発明は、既製コンクリート杭１０の杭頭部の内周に、外周部分が杭体コンクリート内に埋め込まれかつ内周部分が前記中詰めコンクリートに突出する環状突起２１を周方向に沿って設けたことを要旨とする。以下、既製コンクリート杭の杭種ごとに具体的な実施形態を説明する。

図２，図３は、この発明の第１実施形態を示し、図１は軸方向断面図、図２は水平断面図である。この実施形態は既製コンクリート杭１０として、杭体コンクリート２０の外周に鋼管１１を有するＳＣ杭にこの発明を適用した例である。

環状突起２１は単数でもよいが、杭軸方向に間隔を置いて複数段（この実施形態では２段）設けるようにしてもよい。環状突起２１は所定の厚み、幅を有する断面矩形のものであり、平鋼を閉じた円環状に加工することによって得ることができる。環状突起２１は完全には閉じずに幾分か開いた略Ｃ字状のものや、スパイラル状（螺旋状）のものとしてもよい。

杭頭部内側空間１５は、杭施工に伴って杭内部に充填されるソイルセメント１３の上方に形成される空間である。この杭頭部内側空間１５に図１に示した構造物基礎であるパイルキャップ１６と接合するための複数本のアンカー筋１４が挿入され、中詰めコンクリート１２（図１参照）が充填される。環状突起２１は、このアンカー筋１４の下端部よりも上方位置に設けられる。アンカー筋１４は、その先端部を拡大して中詰めコンクリートに対する定着性能を高めることもできる。具体的には、図示のように、アンカー筋１４として先端に拡径部１４ａを有する鉄筋を使用したり、ねじ鉄筋を使用して先端にプレート付きナットを取り付ける方法を採用することができる。これにより、アンカー筋１４の定着長さを低減させ、中詰めコンクリートを浅くすることができる。

環状突起２１は、図４に拡大して示すように、その外周部分２１ａが杭体コンクリート２０に埋め込まれ、内周部分２１ｂが杭頭部内側空間１５に突出するように設けられる。杭体コンクリート２０を遠心成形する際、環状突起２１の位置決めをするために、杭体コンクリート２０にはその周方向に間隔を置いて複数の保持部材２２が埋め込まれる。保持部材２２は、この実施形態ではトラス状（Ｖ字状）に加工された鉄筋からなり、頂部２２ａと、頂部２２ａから延びる２本の脚部２２ｂを有している。２本の脚部２２ｂはそれぞれ上下に位置するように配置されて、その先端が鋼管１１の内周に溶接により固着されている。環状突起２１は頂部２２ａに溶接により固着されている。

上記のような形状に加工された保持部材２２は弾発力を有することから、その弾発力によって脚部２２ｂを鋼管１１の内周に取り付けるようにしてもよい。また、保持部材２２はＷ字状とし、その２つの頂部に上下２段の環状突起２１を固着するようにしてもよい。また、杭体コンクリート２０は遠心成形の際、環状突起２１の中空部への突出長さを確保し、突出部分２１ｂにモルタル成分が付着しないように、発泡スチロール等で養生しておくことが好ましい。

保持部材２２の上側脚部２２ｂに隣接して、鋼管１１の内周にストッパーリング２３が設けられている。このストッパーリング２３は、後述する杭体コンクリート２０に伝達される引張応力を受け止めるための部材であり、鋼管内周全体に亘って溶接されている。このストッパーリング２３は、保持部材２２に伝達される引張応力によって、保持部材２２が上方にずれるのを阻止する役目もなす。

次に、上記のような杭頭部接合構造の作用について説明する。アンカー筋１４に引張り力が作用すると、この引張り力は中詰めコンクリートの圧縮を介して環状突起２１の突出部分２１ｂに支圧力として作用する。その結果、環状突起２１の杭体コンクリート２０への埋込み部分２１ａに支圧反力が生じ、引張り力は杭体コンクリート２０に伝達され、さらにその圧縮や鋼管１１との付着力により鋼管１１に伝達される。すなわち、環状突起２１は、中詰めコンクリートと杭体コンクリートとの間で支圧抵抗による「シャーキー」として機能するので、中詰めコンクリートのずれ止め防止効果を発揮し、両者間の付着切れが防止される。したがって、アンカー筋の耐力を十分に発揮させることができる。

また、環状突起２１は中詰めコンクリートを介してアンカー筋１４から伝達される圧縮力に対して円周方向力により抵抗するので（フープテンション）、杭体コンクリート２０の引張割裂破壊を防止することができる。

杭体コンクリート２０中の応力伝達の方向は図中矢印で示すように斜め上方向きとなる。一方、引張り力は杭体コンクリート２０を介してのみならず、保持部材２２、具体的には上側の脚部２２ｂを介しても鋼管１１に伝達される。この場合、保持部材２２をトラス状のものとすることにより、脚部２２ｂを応力伝達の方向とほぼ一致させることができ、脚部２２ｂの軸方向力として鋼管１１に伝達することができる。

図５，図６は、この発明の第２実施形態を示し、図５は軸方向断面図、図６は水平断面図である。この実施形態は既製コンクリート杭１０として、杭体コンクリート２０の内部に鉄筋２４が配筋され、また杭頭部の端部に鋼製端板２５を有するＰＲＣ杭やＰＨＣ杭にこの発明を適用した例である。

杭頭部の内周に環状突起２１が周方向に沿って、また軸方向に複数段設けられている点は第１実施形態と同様である。また、環状突起２１はその外周部分が杭体コンクリート２０に埋め込まれ、外周部分が杭頭部内側空間１５に突出するように設けられる点も第１実施形態と同様である。この実施形態では、環状突起２１の保持部材２６は杭体コンクリート２０内に杭軸方向に埋め込まれた直線状の鉄筋からなる。保持部材２６下端にフック部２７を有し、上端が端板２５に溶接されている。環状突起２１は保持部材２６の周面に溶接により固着されている。この実施形態の場合も、環状突起２１により第１実施形態と同様の効果を期待することができる。

この実施形態の場合、杭頭部に作用するフープテンションに対抗させるために、杭頭部の天端付近にフープ筋を配筋するか、もしくは補強バンド２８の長さを長くすることが望ましい。

上記各実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記各実施形態では環状突起は２つ設けられているが、１つあるいは３つ以上でもよい。

既製コンクリート杭を包括的に示し、この発明による杭頭部接合構造の要旨を示す軸方向断面図である。 この発明の第１実施形態を示す軸方向断面図である。 同実施形態のものの水平断面図である。 この発明の要部を拡大して示す断面図である。 この発明の第２実施形態を示す軸方向断面図である。 同実施形態のものの水平断面図である。 従来の杭頭部接合構造を示す軸方向断面図である。

符号の説明

１０ 既製コンクリート杭
１１ 鋼管
１４ アンカー筋
１４ａ 拡径部
１５ 杭頭部内側空間
１６ パイルキャップ（構造物基礎）
１７ リング部材
２０ 杭体コンクリート
２１ 環状突起
２２ 保持部材
２２ａ 頂部
２２ｂ 脚部
２５ 鋼製端板
２６ 保持部材

Claims (5)

1. 杭頭部に形成される内側空間に構造物基礎と接合するためのアンカー筋が挿入配置されるとともに、中詰めコンクリートが充填される既製コンクリート杭の杭頭部接合部構造であって、
   杭頭部の内周に、外周部分が杭体コンクリート内に埋め込まれかつ内周部分が前記中詰めコンクリートに突出する環状突起が周方向に沿って設けられていることを特徴とする既製コンクリート杭の杭頭部接合構造。
2. 前記環状突起は杭軸方向に間隔を置いて複数段設けられていることを特徴とする請求項１記載の既製コンクリート杭の杭頭部接合構造。
3. 前記既製コンクリート杭は杭体コンクリートの外周に鋼管を有する杭であり、
   前記環状突起は、前記鋼管の内周に取り付けられて前記杭体コンクリート内に埋め込まれた複数の保持部材に固着されていることを特徴とする請求項１又は２記載の既製コンクリート杭の杭頭部接合構造。
4. 前記保持部材は、頂部と、この頂部から延びる２本の脚部をもつトラス状鉄筋からなり、２本の脚部はそれぞれ上下に位置するように配置されてその先端が前記鋼管に取り付けられ、前記頂部に前記環状突起が固着されていることを特徴とする請求項３記載の既製コンクリート杭の杭頭部接合構造。
5. 前記既製コンクリート杭は杭体コンクリートの上端に鋼製端板を有する杭であり、
   前記環状突起は、前記端板に取り付けられて前記杭体コンクリート内に杭軸方向に埋め込まれた複数の保持部材に固着されていることを特徴とする請求項１又は２記載の既製コンクリート杭の杭頭部接合構造。

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