JP2011058230A

JP2011058230A - 外殻鋼管付コンクリート杭および外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造

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Publication number: JP2011058230A
Application number: JP2009207781A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Kusaka; 裕貴日下; Yoichi Kobayashi; 洋一小林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: JP5321369B2

Abstract

【課題】杭頭接合部における構造性能、断面効率に優れ、品質信頼性の向上が可能で、シンプルな形状で製造が容易な外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造を提供する。
【解決手段】ＳＣ杭本体１５の鋼管１２の端面に円盤状リング部材１４が設けられている。リング部材１４の外径が鋼管１２の外径よりも大きくされるとともにリング部材１４の鋼管１２の外周面より外側に孔１８が設けられている。リング部材１４の内径がコンクリート層１３の内径より小さくされるとともにリング部材１４のコンクリート層１３の内周面より内側に孔１８が設けられている。ＳＣ杭１１のリング部材１４を備える側を杭頭部とし、リング部材１４の孔１８に鉄筋１７がリング部材１４の上側に延出するように貫通した状態でリング部材１４と鉄筋１７とが接合されている。鉄筋１７およびリング部材１４がフーチング３１となる鉄筋コンクリートに埋め込まれている。
【選択図】図２

Description

本発明は、杭頭接合のための部材を備える外殻鋼管付コンクリート杭および当該外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造に関する。

一般に、杭基礎用の杭として、鋼管内にコンクリートが打設されてなる外殻鋼管付コンクリート杭（以下、ＳＣ杭と略する場合がある）が知られている。また、杭基礎においては、杭頭（杭上端部）が杭基礎のフーチングとなる鉄筋コンクリートに接合されており、杭頭とこの鉄筋コンクリートとの接合構造が杭頭接合構造となる。
従来、ＳＣ杭の杭頭接合構造は、一般的に以下のものが知られている。

（１）図８に示すように、ＳＣ杭１の内部に鉄筋籠２を挿入する方式がある。
ＳＣ杭１は、鋼管３の内周側にコンクリート層４が断面円環状に形成されており、中央部は中空となっている。この中空部５に概略円筒状の鉄筋籠２が挿入されるとともに鉄筋籠２の上部は、ＳＣ杭１より上側に延出した状態となっており、この鉄筋籠２がフーチング６の鉄筋コンクリートとなる部分に配置された状態で、この鉄筋コンクリートとなる部分にコンクリートが打設され、ＳＣ杭１の杭頭とフーチング６とが接合される。

（２）図９に示すように、ＳＣ杭１の鋼管３の上端部外周に鉄筋７を溶接する方式（ひげ筋方式）がある。鋼管３の外周には、ＳＣ杭１の軸方向に沿って上方に延出する鉄筋７が溶接され、当該鉄筋７に交差するように環状の鉄筋８が配筋されている。
これら鉄筋７および鉄筋８がフーチング６の鉄筋コンクリートとなる部分に配置されて、この鉄筋コンクリートとなる部分にコンクリートが打設され、ＳＣ杭１の杭頭とフーチング６とが接合される。

（３）図１０に示すように、ＳＣ杭１の杭頭をフーチング６内に埋め込む方式がある。すなわち、上述の２例よりＳＣ杭１の上部の長い範囲がフーチング６の鉄筋コンクリートとなる部分に配置されて、この鉄筋コンクリートとなる部分にコンクリートが打設され、ＳＣ杭１の杭頭とフーチング６とが接合される。すなわち、ＳＣ杭１の上部の比較的長い部分がフーチング６内に埋め込まれるようにしたものである。

（４）ＳＣ杭の製造時に、鋼管の杭頭部分の内周側にフーチングとの接合用の鉄筋を配筋した状態で、鋼管内にコンクリートを打設する。このように製造されたＳＣ杭を施工後、ＳＣ杭上部の鋼管を切断してコンクリート層を露出させ、当該コンクリート層をブレーカーではつり、上述の鉄筋を露出させ、この鉄筋をフーチングとの接合に使う方式がある。

（１）の鉄筋籠２をＳＣ杭１内に埋め込む方式では、ＳＣ杭１の鋼管３内にコンクリート層４の肉厚があるため、ＳＣ杭１内に挿入可能な鉄筋籠２の径が小さくなり、鉄筋籠２が過密配筋となってしまう虞がある。
また、鉄筋籠２の径が小さいことにより、曲げ応力に対する断面効率が悪くなる。すなわち、杭の内側に鉄筋籠２を配置する場合に、鉄筋籠２の径が杭の内径に制約されるが、ＳＣ杭１は、コンクリート層４を有することで、鋼管杭より内径が小さくなるため、鋼管杭の内側に鉄筋籠２を配置した場合よりさらに条件が悪くなってしまう。また、鉄筋籠２は、基本的に現場で組み立てる必要があるが、施工環境によっては、鉄筋籠２の組み立てスペースを確保することが困難な場合がある。

（２）のひげ筋方式においては、ＳＣ杭１の製造効率、輸送効率、地盤への貫入施工の作業性から、鉄筋７を現場溶接することが一般的である。しかし、現場溶接では気象条件の影響を受けること、溶接姿勢を常時確保することが困難であること、フレア溶接とした場合に品質を保証することが難しいことなどの課題がある。

（３）の杭頭の埋め込み方式は、曲げモーメントやせん断力を上部構造から杭体に伝達させるために、通常、フーチング６内にＳＣ杭１の杭体をその直径となる長さ以上埋め込む必要がある。これによって、フーチング６となる鉄筋コンクリート内に配筋される鉄筋とＳＣ杭１の杭頭との取り合いが困難となる。すなわち、フーチング６内のＳＣ杭１部分に鉄筋を配筋できない。また、ＳＣ杭１の埋め込み長さが長いと、フーチング６が厚くなる（上下長さが長くなる）という課題がある。

（４）のＳＣ杭の鉄筋をはつり出す方式では、現場でのフレア溶接を回避することができるが、フーチングとの接合に必要な鉄筋を露出する長さのＳＣ杭（鋼管およびコンクリート層）が無駄になること、また、鋼管をガスで切断し、ブレーカーでコンクリートをはつる必要があることから、施工に手間がかかるという課題がある。

また、近年の基礎杭は高支持力化（たとえば、先端翼付鋼管杭、先端根固め杭などの使用）や設計地震力の大規模化に伴って、杭体に生じる断面力が大きくなっている。加えて、ＳＣ杭の高耐力化が進んでいる。これらのことに伴い、杭頭接合部の必要耐力も大きくなることから、たとえば、必要耐力の大きさに対応するために、杭内部に鉄筋籠２を挿入する方式とひげ筋方式を併用する必要が生じる場合がある。また、必要耐力によっては従来の杭頭接合方式の接合耐力の範囲内では、構造設計が成立しない場合がある。すなわち、従来の杭頭接合方式では、接合耐力が不足する虞がある。

そこで、以下のような杭頭接合構造が提案されている。
たとえば、鋼管杭の上端部に該鋼管杭の外径より大径の内面突起付き鋼管を被せ、内面突起付き鋼管の内部にコンクリートを充填する構造が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、鋼管杭の上部に環状のフランジを溶接し、フランジにジベルを固着するとともに、鋼管杭内からフーチング中に延びる鉄筋籠を埋め込んだ杭頭接合構造が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

また、円環板状（フランジ状）の鍔部から鋼管と略同一外形となる管状のハブを下側に突出させたリング状の杭頭部材を前記ハブ部分で鋼管杭の上端部に溶接し、杭頭部材の鍔部に鉄筋取り付け用の貫通孔を設け、これに鉄筋を機械的に接合する方法が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

また、鋼管コンクリート杭（ＳＣ杭）の杭頭部に設けられた環状の杭端部鋼板の上面に、環状プレートを接合するとともに、該環状プレートの上面側に、定着鉄筋を立設固定した構造が提案されている（たとえば、特許文献４参照）。

また、鋼管杭の端面に、外径が該鋼管杭の外径より大きく、内径が該鋼管杭の内径よりも小さいリング状部材が接合され、該リング状部材の鋼管杭より外側に形成された孔部に鉄筋が取り付けられている接合構造が提案されている（たとえば、特許文献５参照）。

また、ＳＣ杭の端部に外殻鋼管より大径に形成されたフランジ金物を取り付けて、このフランジ金物の外周縁には杭頭定着鉄筋を締着するための複数の鉄筋締着穴を具備した杭が提案されている（たとえば、特許文献６参照）。

特開平８−２８４１５９号公報実開昭５５−１２６３５５号公報特開平１０−４６６０４号公報特開２００６−２８９８４号公報特開２００５−９３００号公報特開２００８−８１９８５号公報

特許文献１では、鋼管杭より大径の鋼管を杭頭部に被せて杭頭部を拡径することにより杭頭接合部の耐力が上昇するが、大径の鋼管が被せられる杭頭部に対応して、杭径より大きな径で地盤を掘削する必要があることから、施工性が低下することや、掘削排土が増加することなどの課題がある。

特許文献２では、従来の鉄筋籠方式と比べると、杭頭部の耐力・剛性は上昇するが、曲げを負担する鉄筋が鋼管内部にある鉄筋籠である点は従来の鉄筋籠方式と同じであり、曲げ耐力確保の観点からは非効率である。

特許文献３では、円盤状の部材に円筒状のハブを設けた杭頭部材の断面形状が複雑になるため、製造するには鍛造・鋳造によるか、鋼材の切削加工のいずれかとなり、コストがかかる。また、鉄筋が鋼管の外側あるいは内側のいずれか一方に取り付く場合において、鉄筋に力が作用した際、杭頭部材と鋼管端部の接合部分は、面外変形に対する抵抗力が弱いので、その部分に変形が生じやすい。

特許文献４では、ＳＣ杭の端部にはコンクリートの型枠として、外径が鋼管外径と略同一である杭端部鋼板が取り付けられているが、その上面に定着鉄筋を立設した環状プレートを接合することから、鋼板の取り付けが２回必要となり製作効率が低下する（鋼管と杭端部鋼板、杭端部鋼板と環状プレートとをそれぞれ接合する必要がある）。また、鉄筋の配置径を鋼管直上にすることを想定しているが、従来の鉄筋籠方式と比べると配置径が広がり曲げ耐力の上昇が見込めるが、その上げ幅は大きくない。

特許文献５では、鋼管部材（コンクリート充填鋼管部材を含む）とコンクリート部材との接合を想定しており、鋼管内には現場打ちコンクリートを打設する必要がある。杭頭接合部に適用する場合、鋼管内面側のリング状部材は、鍔状（庇状）になっていることから、コンクリートを打設した場合に、リング状部材下面側に空隙が残ることや、コンクリートの乾燥収縮により鋼管とコンクリートが肌離れを起すことが考えられ、コンクリートの充填に信頼性を欠くものとなる。

特許文献６では、フレア溶接を回避し、鉄筋定着の品質の不安を解消することが可能であり、また配筋径も従来の杭頭接合部に比べて大きくすることができることから、過密配筋の抑制効果が期待できる。しかし、鉄筋が鋼管外径より外側のみに取り付くことから、特許文献３と同様に面外変形が生じやすい。また、高支持力杭を適用するなど杭頭接合部の必要耐力が大きくなる場合において、この接合方法のように一重配筋による接合方法では耐力不足となる場合が考えられる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、杭頭接合部における構造性能、断面効率に優れ、品質信頼性の向上が可能で、シンプルな形状で製造が容易である外殻鋼管付コンクリート杭、および外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の外殻鋼管付コンクリート杭は、鋼管内にコンクリートが打設されることにより、該鋼管内に中空部を有するコンクリート層が設けられた外殻鋼管付コンクリート杭であって、前記鋼管の端面に円盤状リング部材が設けられ、該リング部材の外径が前記鋼管の外径よりも大きくされるとともに該リング部材の前記鋼管の外周面より外側に鉄筋が貫通する孔が設けられ、かつ、該リング部材の内径が前記コンクリート層の内径より小さくされるとともに該リング部材の前記コンクリート層の内周面より内側に鉄筋が貫通する孔が設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明においては、ＳＣ杭の鋼管の端面に円盤状リング部材が設けられ、このリング部材の鋼管より外側と、コンクリート層より内側に鉄筋が貫通する孔が設けられているので、リング部材の孔に鉄筋を機械的に固定することが可能となり、鋼管のリング部材が設けられる端面側を杭頭部とした場合に、前記孔を貫通してリング部材に固定された鉄筋が、ＳＣ杭の外側と内側に二重に配筋されることになる。したがって、鉄筋を現場溶接する必要がなく、品質の信頼性を向上できるとともに、鉄筋を一重に配置した場合よりも鉄筋の配置のピッチを広く取ることが可能となり、過密配筋となるのを防止できる。

また、配置可能な鉄筋の数を一重配置より増やすことができ、大きな曲げ耐力を得ることができる。また、ＳＣ杭の外側に鉄筋を配置できるので、曲げ応力に対する断面効率の向上を図ることができる。また、リング部材は、円盤状であることから製造が容易となるとともに、鋼管への溶接等による取り付けも容易となる。

また、リング部材は、ＳＣ杭のコンクリート層より内側に突出した状態となっているので、ＳＣ杭製造時の鋼管の端面側の型枠（杭端部鋼板）として用いることが可能である。この場合に、杭端部鋼板と、リング部材とをそれぞれ鋼管に取り付ける場合よりも作業性を向上できる。

さらに、リング部材を上述のように型枠として用いた場合に、ＳＣ杭の製造時に鋼管内に膨張性コンクリートが打設されて遠心成型されることから、リング部材とコンクリート層との間に空隙ができることがなく、コンクリート層が密着した状態となって、鋼管とリング部材との接合部が安定した品質で強固な構造となる。

請求項２に記載の外殻鋼管付コンクリート杭は、鋼管内にコンクリートが打設されることにより、該鋼管内にコンクリート層が設けられた外殻鋼管付コンクリート杭であって、前記鋼管の端面に円盤状リング部材が設けられ、該リング部材の外径が前記鋼管の外径よりも大きくされるとともに該リング部材の前記鋼管の外周面より外側に鉄筋が貫通する孔が設けられ、かつ、該リング部材の内径が前記鋼管の内径より小さくされるとともに該リング部材の前記コンクリート層と重なる範囲に鉄筋が貫通する孔が設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。なお、リング部材の内径をコンクリート層の内径と同等以下とすることで、リング部材をＳＣ杭製造時の型枠として使用することが可能である。

請求項３に記載の外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造は、鋼管内にコンクリートが打設されることにより、該鋼管内に中空部を有するコンクリート層が設けられた外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造であって、前記外殻鋼管付コンクリート杭の前記鋼管の端面に円盤状リング部材が設けられ、該リング部材の外径が前記鋼管の外径よりも大きくされるとともに該リング部材の前記鋼管の外周面より外側に鉄筋が貫通する孔が設けられ、かつ、該リング部材の内径が前記コンクリート層の内径より小さくされるとともに該リング部材の前記コンクリート層の内周面より内側に鉄筋が貫通する孔が設けられ、当該外殻鋼管付コンクリート杭の前記リング部材を備える側を杭頭部とし、前記リング部材の前記孔に前記鉄筋が該リング部材の上側に延出するように貫通した状態で前記リング部材と前記鉄筋とが接合され、少なくとも前記鉄筋および前記リング部材がフーチングとなる鉄筋コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明においては、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。

請求項４に記載の外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造は、鋼管内にコンクリートが打設されることにより、該鋼管内にコンクリート層が設けられた外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造であって、前記外殻鋼管付コンクリート杭の前記鋼管の端面に円盤状リング部材が設けられ、該リング部材の外径が前記鋼管の外径よりも大きくされるとともに該リング部材の前記鋼管の外周面より外側に鉄筋が貫通する孔が設けられ、かつ、該リング部材の内径が前記鋼管の内径より小さくされるとともに該リング部材の前記コンクリート層と重なる範囲に鉄筋が貫通する孔が設けられ、当該外殻鋼管付コンクリート杭の前記リング部材を備える側を杭頭部とし、前記リング部材の前記孔に前記鉄筋が該リング部材の上側に延出するように貫通した状態で前記リング部材と前記鉄筋とが接合され、少なくとも前記鉄筋および前記リング部材がフーチングとなる鉄筋コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明においては、請求項２に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。

本発明の外殻鋼管付コンクリート杭および外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造によれば、近年の基礎杭における杭体の断面力の増加に対応した大きな接合耐力を有する杭頭接合構造を容易に施工することができる。

本発明の第１実施形態の外殻鋼管付コンクリート杭を示す図であって、（ａ）および（ｂ）は要部断面図、（ｃ）は平面図である。第１実施形態の外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造を示す要部断面図である。前記杭頭接合構造の鉄筋に引張力が作用した際の力の伝達を説明するための断面図である。本発明の第２実施形態の外殻鋼管付コンクリート杭を示す図であって、（ａ）および（ｂ）は要部断面図、（ｃ）は平面図である。第２実施形態の外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造を示す要部断面図である。前記外殻鋼管付コンクリート杭のリング部材の変形例を示す図であって、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は平面図である。前記外殻鋼管付コンクリート杭のリング部材の変形例を示す図であって、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は平面図である。従来の杭頭接合構造を示す要部断面図である。従来の他の杭頭接合構造を示す要部断面図である。従来のさらに他の杭頭接合構造を示す要部断面図である。

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の外殻鋼管付コンクリート杭を示す図である。
この例のＳＣ杭１１は、円筒状の鋼管１２と当該鋼管１２内に打設された円筒状（断面円環状）のコンクリート層１３とを備え、さらに、前記鋼管１２の上端に溶接された円盤状リング部材１４を備えている。すなわち、この例のＳＣ杭１１は、一般的なＳＣ杭１１とほぼ同様の構成を有するＳＣ杭本体１５の外殻となる鋼管１２の上端に円盤状のリング部材１４を固定したものである。

ここで、一般的なＳＣ杭の製造は、まず、円筒状の鋼管の両端に端板（杭端部鋼板）で蓋をした状態とし、この鋼管を軸周りに回転させるためのターニングローラの上に横置きする。次いで、鋼管の内部に所定量のコンクリート（たとえば、膨張性を有する高強度コンクリート）を注入し、高速で鋼管を回転させて、コンクリートを鋼管内面に遠心力で押し付けた状態で、コンクリートを養生する。これにより、コンクリートは、遠心力で鋼管内面に押し付けられ、鋼管内面に沿って円筒状に硬化し、中央部に軸方向に沿った円柱状の中空部が形成される。

この例のＳＣ杭本体１５も一般的なＳＣ杭と同様に製造され、内部に中空部１６を有するものとなっている。
リング部材１４は、円盤（円板）状の部材で、中央部に外周と同心円状の孔１４ａを有する部材である。

リング部材１４の外径は鋼管１２の外径よりも大きく、リング部材１４の内径はコンクリート層１３の内径（ＳＣ杭本体１５の内径）より小さくされている。また、リング部材１４は、鋼管１２の軸方向に直交するように鋼管１２に取り付けられる。また、リング部材１４の中心と鋼管１２の軸心とがほぼ一致するように鋼管１２の上端面に当接した状態でたとえば溶接により取り付けられる。

リング部材１４は、鋼管１２の外径より外側に鉄筋１７（図２に図示）を貫通するための孔１８を有し、コンクリート層１３の内径より内側に鉄筋１７を貫通するための孔１８を有している。
すなわち、リング部材１４は、その外周部１９が鋼管１２の外周面より外側に突出しており、この外周部１９に鉄筋１７を貫通可能な複数の孔１８が、周方向に沿って一列にほぼ等間隔で配置されている。
また、リング部材１４は、その内周部２０がコンクリート層１３の内周面（ＳＣ杭本体１５の内周面）より内側に突出しており、この内周部２０に鉄筋１７を貫通可能な複数の孔１８が周方向に沿って一列にほぼ等間隔で配置されている。

また、リング部材１４の外周部１９および内周部２０の孔１８の内径は、用いられる鉄筋１７の外径よりも鉄筋１７を挿入可能とするクリアランス分だけ大きな径を有するものとなっている。すなわち、リング部材１４の孔１８は鉄筋１７を貫通させるためのものであり、該孔１８の孔径は鉄筋１７の公差や施工性を考慮して鉄筋径より若干（数ミリ程度）大きくされている。また、孔１８は円形でなくてもよく、配筋位置を微調整するためにリング部材１４の周方向に沿った方向が長径となる長穴としてもよい。

また、孔１８の数、および孔１８の外周部１９と内周部２０とにおける配置（隣り合う孔の間隔等）については杭頭接合部が所要の耐力を得られるように設定するが、外力の大きさ、コンクリート強度、鉄筋１７の径、鉄筋１７の材質などの設計条件により変化するものである。

また、上述のようにＳＣ杭本体１５の製造においては、鋼管１２の両端部に鋼管端部の型枠として機能する端版（円環状の杭端部鋼板２１）を取り付ける。ここで、ＳＣ杭本体１５の上端には、上述のようにリング部材１４が固定されている。このリング部材１４の内径がコンクリート層１３の内径より小さいので、リング部材１４を型枠として機能させることが可能である。

したがって、リング部材１４を鋼管１２の一方の端部（上端）の型枠として用いることにより、片方の杭端部鋼板２１を省略することができる。
なお、リング部材１４は、上述の特許文献３の杭頭部材と異なり、円筒状のハブを設けておらず、平板状の部材となっている。

また、ＳＣ杭１１に用いる鋼管１２は通常ＪＩＳＡ５５２５に規定されている鋼管を用いる。ＪＩＳの規定では管端部の外径は、±0.5%まで許容差として認められている。また、リング部材１４の取り付けは、鋼管１２を横置きした状態で行うのが標準的であるが、横置きすることにより、特に板厚が薄く、径の大きい鋼管１２では断面形状が楕円形に変形することから、リング部材１４の鋼管１２との接合側に前記杭頭部材のように円筒状のハブを設けると、鋼管１２との接合時に位置合わせが困難となる。一方、本発明ではリング部材１４を円盤状とすることで鋼管１２への取り付けが円筒状のハブが設けられた場合に比して容易となる。

また、リング部材１４が円形の平板状で中央に円形の孔１４ａがあるだけの単純な形状である（立体的な形状でない）ことから、鍛造や鋳造の他、厚板の切り出しで容易に製造可能であり、さらに、いずれの製造方法でも製造が容易である。厚板からの切り出しの際は、リング部材の形状を一度に切り出してもよいし、歩留まりを向上させるため弧状の小片を切り出して溶接組立てによりリング形状としてもよい。また、リング部材１４は、平鋼を曲げ加工して製作してもよい。

ここで、ＳＣ杭１１の杭径は特に限定しないが、通常φ３００〜１２００ｍｍである。この杭径に対してリング部材１４の外径は小さすぎると鉄筋１７を貫通するための孔１８を設けることができない。
また、リング部材１４の外径が大きすぎると、すなわち鋼管からの張り出しが長くなると曲げ応力が大きくなり、リング部材１４の板厚を大きくする必要が生じ、不経済である。したがって、例えばリング部材１４の外径は杭径（鋼管１２の外径）に２００ｍｍ（片側１００ｍｍ）程度を加えた値とすることが考えられる。すなわち、リング部材の外径は、鋼管１２の外径に対して、たとえば、１８０ｍｍから２２０ｍｍ程度大きなものとすることが好ましい。

また、リング部材１４の内径については、外径と同様の理由からコンクリート層１３の内径（ＳＣ杭本体１５の内径）より２００ｍｍ（片側１００ｍｍ）程度を差し引いた値とすることが考えられる。すなわち、リング部材１４の内径はコンクリート層１３の内径に対して、たとえば、１８０ｍｍから２２０ｍｍ程度小さなものとする事が好ましい。

リング部材１４の鋼管１２への取り付け方法については、特に限定しないが、例えば鋼管１２の端面に開先を設けてリング部材１４に突き合わせて、完全溶け込み溶接をすることが考えられる。なお、鋼管１２の内側に裏当金を仮止めしておくと溶接しやすい。また、所要耐力を満たすのであれば部分溶け込み溶接とすることも可能である。
鋼管の他端（下端）については特に限定しないが、図１（ａ）では、例えば従来のＳＣ杭と同様に杭端部鋼板２１を用い、下側の杭との接合時に、杭端部鋼板２１同士を溶接するものとしてもよい。また、従来の他のＳＣ杭と同様に、下側の杭との接続のために機械式継手を用いることができる。

なお、一般的に、鋼管杭やＳＣ杭などフーチングからの荷重を、杭を介して地盤に伝える杭基礎において、杭体とフーチングの接合部（杭頭接合部）の軸力と曲げ耐力は、一般的に鋼管径＋２００ｍｍの鉄筋コンクリート（ＲＣ）柱（仮想ＲＣ柱）を考え、その耐力で設計される。本発明の構造によれば、リング部材１４の外径が鋼管１２の外径よりも大きく、見かけ上、接合部における鋼管径が大きくなることから、想定されるＲＣ柱が従来接合部より大きくなり、杭頭接合部の耐力を大きく評価することが可能である。

また、リング部材１４と鉄筋１７の接合方法は特に限定されないが、鉄筋１７の上下をナット２２などで固定する方法が挙げられる。すなわち、鉄筋１７の下端部を雄ネジとし、リング部材１４の孔１８を貫通した状態の鉄筋１７の雄ネジにリング部材１４の上下からナット２２を螺合して、リング部材１４を上下からナット２２で挟んだ状態としてもよい。

その他、孔１８を、その内周面に雌ネジを設けたタップ孔として、下端部を雄ネジとしたネジ鉄筋またはねじ切り棒鋼などからなる鉄筋の端部を螺合してもよい。また、図２では、リング部材１４の上下両面からナット２２で締め付けて鉄筋１７を接合しているが、設計において圧縮荷重を無視するのであれば図中の上側のナット２２は省略可能である。ただし、その場合に、作業時に鉄筋１７がリング部材１４から落ちないようにクリップなどで鉄筋１７の仮止めを行う必要がある。

リング部材１４に鉄筋１７を接合するタイミングは、ＳＣ杭本体１５の地盤への貫入方法により制限を受ける場合もあるが、ＳＣ杭本体１５の地盤への貫入前でもよいし、ＳＣ杭本体１５を地盤へ貫入し、根切りを行った後に接合してもよい。

図２は、第１実施形態のＳＣ杭１１を用いた杭頭接合構造を示す断面図である。
図２に示すように、第１実施形態における杭頭接合構造では、上述のようにナット２２によりリング部材１４の外周部１９および内周部２０の各孔１８に鉄筋１７が固定されている。鉄筋１７は、ナット２２でリング部材１４に固定されるため、下端部がリング部材１４より少し下側に突出するように配置されている。また、鉄筋１７の大部分は、リング部材１４より上側に配置され、鉄筋１７がリング部材１４からＳＣ杭１１より上方に当該ＳＣ杭１１の軸方向に沿って延出した状態に配置されている。

鉄筋１７の配置は、リング部材１４の孔１８の配置に対応したものであり、ＳＣ杭本体１５の外周面より外側にＳＣ杭本体１５の周方向に沿って、一列に並んだ状態に複数の鉄筋１７が配置されるとともに、ＳＣ杭本体１５（コンクリート層１３）の内周面より内側にＳＣ杭本体１５の周方向に沿って、一列に並んだ状態に複数の鉄筋１７が配置された状態となる。

したがって、鉄筋１７は、ＳＣ杭本体１５の外周側と内周側にそれぞれ周方向に沿って一列ずつ配置されるので、鉄筋１７は内外二重の円周上にそれぞれ配置された状態となる。
なお、リング部材１４の外周部１９に周方向に沿って一列に配置される鉄筋１７の間隔（隣り合う鉄筋１７どうしの間隔）と、内周部２０に周方向に沿って一列に配置される鉄筋１７の間隔をほぼ等しくしてもよい。

この杭頭接合構造では、杭基礎の上部を構成する鉄筋コンクリート製のフーチング３１内に上記鉄筋１７が配置されることになる。なお、フーチング３１は、鉄筋コンクリートであり、基礎スラブや、パイルキャップと称される場合がある。
また、ＳＣ杭１１は、その上端部（杭頭部）のリング部材１４より少し下側までフーチング３１内に配置されて埋め込まれた状態となる。

鉄筋１７を内外二重に配置することで、一重配置と比較すると、鉄筋１７のピッチを広くすることができ、過密配筋を抑止することができる。また、配置可能な鉄筋１７の本数も増えることからより大きな曲げ耐力を得ることも可能である。
また、リング部材１４に鉄筋１７をネジ等により固定すること、すなわち、機械的に接合することが可能であり、現場溶接が不要となり品質の信頼性が向上する。

また、リング部材１４の鋼管１２より内側の部分の下側には、コンクリート層１３が配置されるが、ＳＣ杭本体１５の遠心成型時に、リング部材１４を型枠とした場合に、膨張性コンクリートの膨張と遠心力とにより、リング部材１４に密着した状態でコンクリート層１３が形成されることになる。したがって、リング部材１４のコンクリート層１３側に、空隙が生じることがなく、リング部材１４とコンクリート層１３が必ず密着することで、鋼管１２とリング部材１４との接合部を強固な構造とすることができるとともに、安定した品質を確保することができる。

図３（ａ）は、鉄筋１７に引張り力が作用した場合の力の伝達メカニズムを示したものである。鋼管１２とコンクリート層１３からなる管壁を挟んで両側に内外の鉄筋１７がそれぞれ配置されていることから、リング部材１４から鋼管１２へ伝達される曲げ応力が矢印に示すように外側と内側との両方向から打ち消す形となり、一重配筋に比して安定的な構造となる。

なお、外周部１９側の鉄筋１７と内周部２０側の鉄筋１７における鉄筋１７の本数、径、材質などのバランスによりキャンセルしきれなかった曲げ応力（外側と内側とで打ち消し切れなかった曲げ応力）については、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、リング部材１４の上下面がフーチング３１の鉄筋コンクリート、および鋼管１２内のコンクリート層１３を含むコンクリートから反力を受けることで、鋼管１２の面外変形の抑止効果が見込める。すなわち、図３（ｂ）に示すように、リング部材１４の外周部１９側の曲げ応力が内周部２０側の曲げ応力より大きい場合に、外周部１９がフーチング３１からの反力を受け、内周部２０のコンクリート層１３と重なる部分がコンクリート層１３からの反力を受けることになる。

また、図３（ｃ）に示すように、リング部材１４の外周部１９側の曲げ応力が内周部２０側の曲げ応力より小さい場合には、内周部２０側にコンクリート層１３およびフーチング３１からの反力を受けることになる。なお、鉄筋１７が一重の場合も、リング部材１４にはフーチング等から反力が作用することになるが、鉄筋１７が二重の場合には、外周部１９と内周部２０とでキャンセルしきれなかった分の曲げ応力に対応して反力が作用するので、反力が大きなものとならない。

なお、鉄筋１７に圧縮力が作用した場合についても同様であり、鉄筋１７を内外で二重とすることで、外周部１９側と内周部２０側とで、曲げ応力が打ち消す形となって安定な構造となる。

次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
図４は、本発明の第２実施形態のＳＣ杭２３を示す断面図および平面図である。第２実施形態のＳＣ杭２３は、第１実施形態のＳＣ杭１１と同様の鋼管１２とコンクリート層１３からなるＳＣ杭本体１５を備える。
また、第２実施形態のＳＣ杭２３は、第１実施形態と同様に鋼管１２の上端側に円盤状リング部材２４を備えるが、リング部材２４の形状が第１実施形態と異なる部分を有する。すなわち、リング部材２４の内周部２５の形状が第１実施形態と第２実施形態とで異なるものとなっている。リング部材２４には、リング部材１４と同様に中央部に孔２４ａが設けられている。

リング部材２４の外径は鋼管１２の外径よりも大きく、鋼管１２の外径より外側に鉄筋１７を貫通するための孔１８を有しており、リング部材２４の外周部１９が第１の実施形態と同様となっている。
それに対して、リング部材２４の内周部２５は、鋼管１２の内周側のコンクリート層１３と重なるように配置され、このコンクリート層１３と重なる範囲、すなわち、コンクリート層１３の肉厚の範囲と重なる部分に鉄筋１７を貫通するための孔１８を有している。
なお、リング部材２４の内径は、たとえば、コンクリート層１３の内径（ＳＣ杭本体１５の内径）と等しくされるが、コンクリート層１３の内径より少し小さくされてもよい。

すなわち、リング部材１４の内径については、鋼管１２の内径より小さく、コンクリート層１３とリング部材とが重なるようになっていればよいが、コンクリート層１３の内径と同一とするのが最も合理的である。これにより、リング部材１４を第１実施形態の場合と同様にＳＣ杭本体１５の製造において、鋼管１２内にコンクリートを打設して遠心成型する際の型枠として使用可能となる条件と、鉄筋１７をコンクリート層１３の肉厚の範囲内に配置可能となる条件を満たしながら、リング部材２４の重量が最低となる（鋼材の使用量が最低となる）ようにできる。なお、リング部材２４の内径を上述の場合より大きくすると、型枠として機能しなくなってしまう。

なお、リング部材２４の内周部２５以外のＳＣ杭２３およびＳＣ杭２３の杭頭接合構造は、基本的に同様の構成となる。
したがって、リング部材２４と鉄筋１７の接合方法は特に限定されないが、第１実施形態と同様に鉄筋１７の上下をナット２２などで固定する方法を用いることができる。

また、孔１８に雌ネジを設けたタップ孔として、ネジ鉄筋またはねじ切り棒鋼などからなる鉄筋１７の端部を螺合してもよい。ここで、第２実施形態でも第１実施形態と同様にリング部材２４をＳＣ杭本体１５の製造時に型枠として使用可能である。なお、型枠としてリング部材２４を用いる際には、リング部材２４の内周部２５の孔１８からコンクリートが漏出するのを防止する必要がある。

そこで、鋼管１２内にコンクリート打設する前に予めリング部材１４の下面にナットを取り付け、ナット２２の下面にコンクリートが入らないよう閉塞板を取り付け、孔１８にコンクリートが入り込んで塞がらないようにする。また、予めナット２２を配置することで、リング部材２４の下面にコンクリート層１３が密着する構成でもリング部材２４の下面側にナット２２が配置することができる。
この場合に、上述のように上側のナット２２を省略するものとしても、孔１８の下側にコンクリート層１３があるので、孔１８を貫通した鉄筋が下側に落ちることがなく、上述のように鉄筋１７をクリップ等で仮止めする必要がない。

また、孔１８をタップ孔とする場合には、鋼管１２内にコンクリートを打設する際に孔１８がコンクリートで塞がらないように、ボルトを嵌合しておくものとしてもよい。なお、ボルトはコンクリート打設後に取り外す。
内周部２５以外の構成については、上述のように第１実施形態と同様の構成となる。
したがって、第２実施形態の図５に示す杭頭接合構造においては、内周部２５側の鉄筋１７の配置位置がコンクリート層１３の内側ではなく、コンクリート層１３と重なる配置となる以外は、第１実施形態の杭頭接合構造と同じとなり、同様の作用効果を得ることができる。

なお、上述の第１および第２実施形態では、リング部材１４，２４を最も単純な円盤状としたが、たとえば、リング部材１４，２４に後述の補強部材（補強リブ）４１，４２を設ける必要が生じる場合も想定され、リング部材１４，２４に補強部材４１，４２を取り付けるものとしてもよい。たとえば、図６に示すように、リング部材１４の下面と、鋼管１２の上端部外周との間に板状で直角三角形状の補強部材４１を取り付けるものとしてもよい。補強部材４１は、直角となる角部を挟む二辺のうちの上側の水平な辺がリング部材１４の外周部１９の下面に接合され、垂直な辺が鋼管１２の外周面に接合されている。また、補強部材４１は、周方向にそって等間隔に複数配置されている。

なお、リング部材１４の内周部２０の下側にはコンクリート層１３があり、補強部材を設けることができないが、内周部２０の下面に当接したコンクリート層１３により、リング部材１４が補強された状態となっている。
また、図７に示すように、リング部材１４の上面に、外周の側縁から内周の側縁にリング部材１４の半径方向にそって配置される板状で山形の三角形状の補強部材４１を設けるものとしてもよい。補強部材４１は、周方向に沿って並んで等間隔に複数配置される。
なお、リング部材１４，２４に補強部材（補強リブ）４１，４２を設ける必要が生じる場合でも、上記例では、最小限の補強で済ませることが可能である。

１１外殻鋼管付コンクリート杭（ＳＣ杭）
１２鋼管
１３コンクリート層
１４リング部材
１５ＳＣ杭本体
１６中空部
１７鉄筋
１８孔
２４リング部材
３１フーチング

Claims

鋼管内にコンクリートが打設されることにより、該鋼管内に中空部を有するコンクリート層が設けられた外殻鋼管付コンクリート杭であって、前記鋼管の端面に円盤状リング部材が設けられ、該リング部材の外径が前記鋼管の外径よりも大きくされるとともに該リング部材の前記鋼管の外周面より外側に鉄筋が貫通する孔が設けられ、かつ、該リング部材の内径が前記コンクリート層の内径より小さくされるとともに該リング部材の前記コンクリート層の内周面より内側に鉄筋が貫通する孔が設けられていることを特徴とする外殻鋼管付コンクリート杭。
鋼管内にコンクリートが打設されることにより、該鋼管内にコンクリート層が設けられた外殻鋼管付コンクリート杭であって、前記鋼管の端面に円盤状リング部材が設けられ、該リング部材の外径が前記鋼管の外径よりも大きくされるとともに該リング部材の前記鋼管の外周面より外側に鉄筋が貫通する孔が設けられ、かつ、該リング部材の内径が前記鋼管の内径より小さくされるとともに該リング部材の前記コンクリート層と重なる範囲に鉄筋が貫通する孔が設けられていることを特徴とする外殻鋼管付コンクリート杭。
鋼管内にコンクリートが打設されることにより、該鋼管内に中空部を有するコンクリート層が設けられた外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造であって、前記外殻鋼管付コンクリート杭の前記鋼管の端面に円盤状リング部材が設けられ、該リング部材の外径が前記鋼管の外径よりも大きくされるとともに該リング部材の前記鋼管の外周面より外側に鉄筋が貫通する孔が設けられ、かつ、該リング部材の内径が前記コンクリート層の内径より小さくされるとともに該リング部材の前記コンクリート層の内周面より内側に鉄筋が貫通する孔が設けられ、当該外殻鋼管付コンクリート杭の前記リング部材を備える側を杭頭部とし、前記リング部材の前記孔に前記鉄筋が該リング部材の上側に延出するように貫通した状態で前記リング部材と前記鉄筋とが接合され、少なくとも前記鉄筋および前記リング部材がフーチングとなる鉄筋コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造。
鋼管内にコンクリートが打設されることにより、該鋼管内にコンクリート層が設けられた外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造であって、前記外殻鋼管付コンクリート杭の前記鋼管の端面に円盤状リング部材が設けられ、該リング部材の外径が前記鋼管の外径よりも大きくされるとともに該リング部材の前記鋼管の外周面より外側に鉄筋が貫通する孔が設けられ、かつ、該リング部材の内径が前記鋼管の内径より小さくされるとともに該リング部材の前記コンクリート層と重なる範囲に鉄筋が貫通する孔が設けられ、当該外殻鋼管付コンクリート杭の前記リング部材を備える側を杭頭部とし、前記リング部材の前記孔に前記鉄筋が該リング部材の上側に延出するように貫通した状態で前記リング部材と前記鉄筋とが接合され、少なくとも前記鉄筋および前記リング部材がフーチングとなる鉄筋コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする外殻鋼管付コンクリート杭の杭頭接合構造。