JP2011137337A - 鋼管コンクリート杭の杭頭構造 - Google Patents

Abstract

【課題】杭頭鉄筋からの力を確実に鋼管コンクリート杭に伝達することが可能であると共に、杭頭部の耐力も増強することが可能で、過大な水平力が作用しても、杭頭部が破壊されることを抑制し得、また鋼管コンクリート杭の製造性も良好な鋼管コンクリート杭の杭頭構造を提供する。
【解決手段】外周面を鋼管２で覆った中空筒体状の鋼管コンクリート杭１の杭頭部に鋼管と接合して設けられ、杭頭鉄筋６が接合されるリング状端板４を有する鋼管コンクリート杭の杭頭構造であって、鋼管コンクリート杭のコンクリート内周面３ａに付着される管状に形成され、リング状端板の内周縁４ｃ，４ｄ周辺に一端部７ａ，７ｂが固着される応力伝達部材７を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、杭頭鉄筋からの力を確実に鋼管コンクリート杭に伝達することが可能であると共に、杭頭部の耐力も増強することが可能で、過大な水平力が作用しても、杭頭部が破壊されることを抑制し得、また鋼管コンクリート杭の製造性も良好な鋼管コンクリート杭の杭頭構造に関する。

鋼管コンクリート杭は主に、外周面を覆う鋼管と、当該鋼管で被覆されたコンクリートと、杭頭部において鋼管の端部に外周縁が溶接接合された端板とから構成され、杭頭鉄筋は、端板の上面に設けられる。鋼管コンクリート杭は、ＰＨＣ杭などとは異なり、ＰＣ鋼線等、端板を拘束する部材が存在しないことから、杭頭鉄筋に作用する力は、端板を介して杭自体に直接伝達されることになる。

端板上面に杭頭鉄筋を設けると、構造上、当該端板は「片持ち梁」の形式となる。鋼管コンクリート杭の杭頭部は、端板を鋼管に連結しているだけであり、剛体として機能するような仕様にはなっていないため、杭頭鉄筋に力が加わると、鋼管と端板との接合部を支点とする曲げモーメントが発生し、その結果、端板や鋼管に変形が生じ、杭頭鉄筋からの力を十分に杭自体に伝達することができない。

この種の鋼管コンクリート杭の構造として、特許文献１や特許文献２が知られている。特許文献１の「コンクリート杭」は、外殻鋼管巻きコンクリート杭の杭頭部にて、コンクリート中にカップラーナットとその下部に螺合されたアンカー鉄筋（ねじ鉄筋）を多数埋設する。アンカー鉄筋は、カップラーナットの下半部に螺合し、ロックナットにより所定の締付トルクでカップラーナットと一体化する。現場にて杭を施工した後、カップラーナットの上半部ねじ穴内にセメント系グラウト、エポキシ系樹脂等の接合材を充填してから、杭頭上面の座板を通してカップラーナットの上半部ねじ穴内に杭頭結合鉄筋（ねじ鉄筋）を螺入し、座板を挟んでロックナットを締めることにより、所定の締付トルクで杭頭結合鉄筋とカップラーナットとを一体化させるようにしている。

特許文献２の「既製コンクリート杭と基礎スラブコンクリートとの杭頭接合構造」は、コンクリート杭本体と、このコンクリート杭本体の外側を覆っている鋼管とにより構成された既製コンクリート杭の杭頭部に端部鋼板を溶接固着してあり、該端部鋼板上に複数本の接合用異形スタッドを植設するようにしている。また、端部鋼板下に、頭付きスタッドや異形鉄筋、リブを設けている。

特開平５−３０６５２７号公報 特開平１１−３６３２６号公報

特許文献１では、座板下面に設けたカップラーナットを介して、アンカー鉄筋と杭頭鉄筋を１対１で接続する構成となっている。杭頭鉄筋の本数を増やそうとしても、接続に用いるカップラーナットはアンカー鉄筋の径よりも大径であることから、カップラーナットの設置可能数により、杭頭鉄筋やアンカー鉄筋の間隔や設置本数が制限され、杭頭部の接合構造の仕様が制約されてしまうという問題があった。

また、杭頭鉄筋に作用する力をアンカー鉄筋に負担させる構造であるため、付着耐力の面から、アンカー鉄筋の長さを長くする必要がある。遠心成形などによる杭の製造段階を考慮すると、座板から長尺なアンカー鉄筋を延出させた状態での成形となるため、アンカー鉄筋の振れ動きが懸念され、振れ動きが生じないように仮止め作業を施さなければならないなど、杭の製造面でも種々の問題があった。

また、特許文献２では、端部鋼板上の接合用異形スタッドから伝達される力を負担する頭付きスタッド等が、端部鋼板直下のコンクリート杭本体中に埋設されている。異形スタッドからの引張力が頭付きスタッド等に加わると、その周囲のコンクリートには亀裂が発生し、この亀裂はコンクリート杭本体内部へ進行していく。

頭付きスタッド等は、異形スタッドの数に合わせて、杭の周方向に多数配設されているため、端部鋼板直下のコンクリート杭本体には、全体的に多数の亀裂が生じることになる。特に、亀裂がコンクリート杭本体の内周面へ向かって進行すると、当該内周面には何ら被覆されていないため、亀裂により割裂が発生するおそれがあった。

さらに、杭頭部は、杭頭鉄筋や異形スタッドに作用する曲げモーメントを負担するのみならず、フーチング等の基礎部分に埋め込まれることで、地震などの過大な水平力によって生じるせん断力も負担しなければならない。しかしながら、いずれの特許文献にあっても、アンカー鉄筋や頭付きスタッド等によるコンクリートとの付着や定着のみで抵抗する構造であるため、杭頭部の構造健全性が懸念されるという問題があった。

要するに、いずれの特許文献にあっても、座板や端部鋼板直下に、コンクリートに埋め込む形態で、アンカー鉄筋や頭付きスタッド等を設けているため、杭頭鉄筋や異形スタッドからの力を杭に伝達することはできるものの、杭頭部の耐力の低下を招き、地震などの過大な水平力により杭頭部が破壊してしまうおそれがあった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、杭頭鉄筋からの力を確実に鋼管コンクリート杭に伝達することが可能であると共に、杭頭部の耐力も増強することが可能で、過大な水平力が作用しても、杭頭部が破壊されることを抑制し得、また鋼管コンクリート杭の製造性も良好な鋼管コンクリート杭の杭頭構造を提供することを目的とする。

本発明にかかる鋼管コンクリート杭の杭頭構造は、外周面を鋼管で覆った中空筒体状の鋼管コンクリート杭の杭頭部に該鋼管と接合して設けられ、杭頭鉄筋が接合されるリング状端板を有する鋼管コンクリート杭の杭頭構造であって、上記鋼管コンクリート杭のコンクリート内周面に付着される管状に形成され、上記リング状端板の内周縁周辺に一端部が固着される応力伝達部材を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる鋼管コンクリート杭の杭頭構造は、外周面を鋼管で覆った中空筒体状の鋼管コンクリート杭の杭頭部に該鋼管と接合して設けられ、杭頭鉄筋が接合されるリング状端板を有する鋼管コンクリート杭の杭頭構造であって、上記鋼管コンクリート杭のコンクリート内周面に付着される管状に形成されると共に、上記リング状端板上に重ねられて該鋼管コンクリート杭の杭頭部に杭軸方向に締結されるフランジ部が一端部に形成された応力伝達部材を備えたことを特徴とする。

前記応力伝達部材は、前記鋼管コンクリート杭のコンクリート内周面の周方向に分割されていることを特徴とする。

本発明にかかる鋼管コンクリート杭の杭頭構造にあっては、杭頭鉄筋からの力を確実に鋼管コンクリート杭に伝達することができ、杭頭部の耐力も増強することができて、過大な水平力が作用しても、杭頭部が破壊されることを抑制し得ると共に、また鋼管コンクリート杭を良好に製造することができる。

本発明に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造の第１実施形態を示す側断面図である。 本発明に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造の第２実施形態を示す側断面図である。 本発明に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造の第３実施形態を示す側断面図である。 本発明に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造の第４実施形態を示す側断面図である。 本発明に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造の第５実施形態を示す側断面図である。 図５に示した第５実施形態の平面図である。 本発明に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造の第６実施形態を示す側断面図である。 本発明に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造の第７実施形態を示す側断面図である。 図８に示した第７実施形態の平面図である。 本発明に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造の第８実施形態を示す側断面図である。

以下に、本発明にかかる鋼管コンクリート杭の杭頭構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１には、第１実施形態が示されている。鋼管コンクリート杭１は従来周知のように、外周面を形成する鋼管２を外殻として、当該鋼管２で覆った内側に、遠心成形などによって普通コンクリート３や高強度コンクリート、超高強度コンクリートを打設して、中空円筒体状に形成される。もちろん、遠心成形に限らず、型枠によって製造するようにしても良く、また中空角筒体状に形成しても良い。

鋼管コンクリート杭１の杭頭部には、鋼製のリング状端板４が設けられる。リング状端板４は、その外周縁が鋼管２の上端部に溶接接合される。リング状端板４は、鋼管２の内側に位置するように、外周縁の外面４ａを鋼管２の上端部内周面２ａに突き合わせて接合しても、鋼管２の外側に位置するように、外周縁の下面４ｂを鋼管２の上端部端面２ｂに突き合わせて接合するようにしても良い。リング状端板４の幅寸法は、ほぼコンクリート３の肉厚相当の寸法に設定される。リング状端板４には、周方向に間隔を隔てて複数のネジ孔５が貫通形成され、これらネジ孔５には、杭頭鉄筋６が螺合される。

第１実施形態に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造にあっては、応力伝達部材７が設けられる。応力伝達部材７は、鋼管等の鋼材で形成される。応力伝達部材７は、中空筒体状の鋼管コンクリート杭１のコンクリート内周面３ａにその周方向に沿って付着される管状に形成される。応力伝達部材７の断面形状は、鋼管コンクリート杭１の断面形状に合わせて形成される。管状の応力伝達部材７は、杭頭鉄筋６の設置本数に関わりなく、鋼管コンクリート杭１の周方向に連続的に応力伝達部分を構成する。従って、杭頭鉄筋６を望ましい本数、リング状端板４に設置することができる。

環状の応力伝達部材７は、管軸方向一端部７ａ，７ｂがリング状端板４の内周縁４ｃ，４ｄ周辺に、溶接接合などによって、固着される。応力伝達部材７は、リング状端板４の内側に位置するように、一端部の外周面７ａを、リング状端板４の内周縁の内面４ｃに突き合わせて接合しても、リング状端板４の直下に位置するように、一端部の上端面７ｂを、リング状端板４の内周縁の下面４ｄに突き合わせて接合するようにしても良い。

応力伝達部材７の管軸方向長さは、コンクリート内周面３ａとの付着で必要な応力伝達作用が得られるように、適宜に設定される。また、応力伝達部材７の厚さは、杭頭鉄筋６がリング状端板４の中央に接合される場合には、鋼管２の厚さ相当とされ、杭頭鉄筋６が鋼管２側に寄せて接合される場合には、鋼管厚さよりも肉薄に設定され、杭頭鉄筋６が応力伝達部材７側に寄せて接合される場合には、鋼管厚さよりも肉厚に設定されるなど、適宜に設定される。

この応力伝達部材７により、鋼管コンクリート杭１の杭頭部には、コンクリート内周面３ａを被覆する鋼製部分が設けられ、これら応力伝達部材７と、鋼管２と、リング状端板４とによって、杭頭部のコンクリート３を上方及び左右水平方向両側から完全に包囲するコ字状断面の環状凹部８を有する鋼製構造が構成される。応力伝達部材７には、鋼管コンクリート杭１を製造する際に、当該コ字状断面部分へのコンクリート充填性を確保するために、適宜に空気抜き孔（図示せず）を形成することが好ましい。

次に、第１実施形態に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造の作用について説明する。まず、鋼管コンクリート杭１を製造する際には、鋼管２にリング状端板４を溶接接合すると共に、リング状端板４に応力伝達部材７を溶接接合し、断面コ字状の環状凹部８を備えた鋼製部材を作製する。また、リング状端板４のネジ孔５には、コンクリート打設時にコンクリート漏れやネジ孔５へのコンクリート付着が生じないように、栓をする。

次いで、この鋼製部材を遠心成形機にセットし、コンクリート３を打設しつつ、遠心成形する。遠心成形により、鋼管２内側にコンクリート３が中空筒体状に打設充填されると共に、環状凹部内にも、空気抜き孔から空気を逃がしつつ、コンクリート３が流入充填され、これにより、応力伝達部材７を備えた鋼管コンクリート杭１が製造される。

応力伝達部材７は、背景技術のように、座板や端部鋼板直下のコンクリート中に埋設されるものではなく、リング状端板４の内周縁４ｃ，４ｄ周辺に一端部７ａ，７ｂを固着してコンクリート内周面３ａに付着されるものなので、鋼管コンクリート杭１の製造時において良好なコンクリート充填性を確保することができ、鋼管コンクリート杭１の構造健全性を確保することができる。また、応力伝達部材７は管状であって、一端部７ａ，７ｂをリング状端板４に固着して成形時の鋼製部材を構成するものであるので、遠心成形などによる成形方法であっても、鋼製部材の一部として形態が安定していて、良好に鋼管コンクリート杭１を製造することができる。

鋼管コンクリート杭１は現場で打設され、リング状端板４に杭頭鉄筋６が接合される。その後、鋼管コンクリート杭１周りに、フーチングや基礎スラブなどの基礎構造が構築される。杭頭鉄筋６に作用する力は、リング状端板４に伝達される。リング状端板４には、鋼管２に加えて、コンクリート内周面３ａと付着する応力伝達部材７が固着されている。従って、リング状端板４は、片持ち梁状ではなく、両端固定で杭頭部に保持される。このため、杭頭鉄筋６からの力を、鋼管コンクリート杭１に十分に伝達することができる。また、応力伝達部材７により、コンクリート内周面３ａを補強することもできる。

また、応力伝達部材７は、背景技術のように座板等直下のコンクリート中に定着させるものではなく、コンクリート内周面３ａに付着させるものであるので、コンクリート３内部に亀裂を生じさせることなく、コンクリート内周面３ａから鋼管コンクリート杭１に応力を伝達することができる。従ってまた、地震などの過大な水平力が、フーチング等を介して杭頭部にせん断力として作用しても、これを鋼管２、リング状端板４及び応力伝達部材７が協働して負担することができ、杭頭部の耐力を増強することができる。

以上要するに、第１実施形態に係る鋼管コンクリート杭の杭頭構造にあっては、応力伝達部材７により、杭頭鉄筋６からの力を確実に鋼管コンクリート杭１に伝達することができると共に、杭頭部の耐力も増強することができ、過大な水平力が作用しても、杭頭部が破壊されることを抑制することができる。

図２には、第２実施形態が示されている。第２実施形態は、応力伝達部材７の外周面に周方向に沿って間隔を隔てて、コンクリート内部に応力を伝達する反力受け鉄筋９を溶接接合したものである。反力受け鉄筋９は、中途部に、コンクリート３内方へ向かって屈曲させた屈曲部９ａが形成され、これにより、コンクリート３の厚さ方向ほぼ中央に配設される。反力受け鉄筋９の屈曲部９ａは、リング状端板４直下若しくはその近辺でコンクリート３の破壊が生じないように、リング状端板４から少なくとも１００ｍｍ以上隔てた位置に設定される。

反力受け鉄筋９を設けることにより、応力伝達部材７の管軸方向長さを短縮することができ、鋼材量を低減することができる。このような第２実施形態にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図３には、第３実施形態が示されている。第３実施形態は、応力伝達部材７の外周面に、コンクリート内周面３ａと係合する帯状リング体１０を溶接接合したものである。この帯状リング体１０は、コッター作用による支圧によって、応力伝達部材７からコンクリート内周面３ａへの応力伝達作用を高めることができる。帯状リング体１０は、応力伝達部材７の管軸方向に間隔を隔てて複数設けるようにしても良い。

また、帯状リング体１０に代えて、応力伝達部材７の周方向に間隔を隔てて、当該応力伝達部材７の径方向外方へ突出させてスタッドを設けるようにしても良い。第３実施形態にあっても、応力伝達部材７の長さを短縮することができる。このような第３実施形態にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図４には、第４実施形態が示されている。第４実施形態は、応力伝達部材７を、外周面が平滑な管状ではなく、外周面に凹凸が現れる縞鋼板を用いて形成したものである。縞鋼板による摩擦作用で、応力伝達部材７からコンクリート内周面３ａに応力が伝達される。縞鋼板を用いることで、応力伝達部材７そのものの強度を増強することができ、さらに杭頭部の耐力を高めることができる。第４実施形態にあっても、応力伝達部材７の長さを短縮することができる。このような第４実施形態にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図５および図６には、第５実施形態が示されている。第５実施形態では、管状の応力伝達部材７の一端部、すなわち上端部に、径方向外方へ拡張してフランジ部７ｃが形成される。フランジ部７ｃは、リング状端板４上に重ねて設置される。フランジ部７ｃには、リング状端板４のネジ孔５に合致させて、ネジ挿通孔１１が形成される。ネジ挿通孔１１を介してネジ孔５に、鋼管コンクリート杭１の杭軸方向からボルト１２を締結することにより、フランジ部７ｃを介して、応力伝達部材７とリング状端板４とが一体化される。

第５実施形態では、応力伝達部材７をリング状端板４にボルト１２で締結する構造であるので、第１〜第４実施形態のように溶接接合する場合と比べて、鋼管コンクリート杭１の製造時の鋼製部材の作製作業を簡略化することができる。第５実施形態では、鋼管コンクリート杭１を現場打ちした後、ボルト１２を外し、ネジ孔５に杭頭鉄筋６を螺合することで、当該杭頭鉄筋６にてフランジ部７ｃとリング状端板４とを一体化することができる。

図示例にあっては、応力伝達部材７として、縞鋼板を用いた場合が示されているが、第１〜第３実施形態に示したような、外周面が平滑な鋼管や反力受け鉄筋９、帯状リング体１０を設けたものであっても良い。このような第５実施形態にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図７には、第６実施形態が示されている。第６実施形態は、第５実施形態の応力伝達部材７の他端部、すなわち下端部に、径方向外方へ拡張して環状鍔部７ｄを形成し、この環状鍔部７ｄをコンクリート３中に埋設してアンカー作用を強化したものである。第６実施形態では、アンカー作用の強化により、杭頭鉄筋６の引き抜き作用や地震等による水平力に対し、応力伝達部材７のコンクリート３への定着を確実化することができ、応力伝達部材７による抵抗作用を高めることができる。このような第６実施形態にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図８および図９には、第７実施形態が示されている。第７実施形態は、第５実施形態の構造を前提として、応力伝達部材７を、鋼管コンクリート杭１のコンクリート内周面３ａの周方向に分割して、複数の分割ピース１３で構成するようにしたものである。分割ピース１３とすることで、鋼材量の削減を図ることができる。また、鋼管コンクリート杭１の製造時、分割ピース１３間の隙間を空気抜きに利用することができて、コンクリート３の充填性良好に、鋼管コンクリート杭１を製造することができる。鋼管コンクリート杭１の製造時、分割ピース１３間に露出するネジ孔５には、栓をするようにする。このような第７実施形態にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図１０には、第８実施形態が示されている。第８実施形態は、環状鍔部７ｄを設けた第６実施形態の構造を前提として、第７実施形態と同様に、応力伝達部材７を、鋼管コンクリート杭１のコンクリート内周面３ａの周方向に分割して、複数の分割ピース１３で構成するようにしたものである。このような第８実施形態にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

第１〜第４実施形態では、管状の応力伝達部材７を例示して説明したが、これら実施形態の応力伝達部材７を、第７及び第８実施形態のように、分割ピース１３で構成してもよいことはもちろんである。

上記いずれの実施形態にあっても、杭頭鉄筋６をリング状端板４にネジで接合する場合を例示して説明したが、溶接接合するようにしてもよいことはもちろんである。特に、第５〜第８実施形態では、ボルト１２を外したネジ孔５に杭頭鉄筋６をネジ結合するようにしているが、ボルト１２を外さずに、ボルト１２間のフランジ部７ｃ上面に杭頭鉄筋６を溶接接合するようにしても良い。

また、上記実施形態では、応力伝達部材７のみを設けるようにしたが、当該応力伝達部材７で杭頭部のコンクリート３を補強することができるので、リング状端板４直下に、アンカー作用を奏する異形鉄筋や頭付きスタッド等を追加して設けるようにしても良い。

１ 鋼管コンクリート杭
２ 鋼管
３ コンクリート
３ａ コンクリート内周面
４ リング状端板
４ｃ，４ｄ リング状端板の内周縁周辺
６ 杭頭鉄筋
７ 応力伝達部材
７ａ，７ｂ 応力伝達部材の一端部
７ｃ フランジ部
１３ 分割ピース

Claims (3)

1. 外周面を鋼管で覆った中空筒体状の鋼管コンクリート杭の杭頭部に該鋼管と接合して設けられ、杭頭鉄筋が接合されるリング状端板を有する鋼管コンクリート杭の杭頭構造であって、
   上記鋼管コンクリート杭のコンクリート内周面に付着される管状に形成され、上記リング状端板の内周縁周辺に一端部が固着される応力伝達部材を備えたことを特徴とする鋼管コンクリート杭の杭頭構造。
2. 外周面を鋼管で覆った中空筒体状の鋼管コンクリート杭の杭頭部に該鋼管と接合して設けられ、杭頭鉄筋が接合されるリング状端板を有する鋼管コンクリート杭の杭頭構造であって、
   上記鋼管コンクリート杭のコンクリート内周面に付着される管状に形成されると共に、上記リング状端板上に重ねられて該鋼管コンクリート杭の杭頭部に杭軸方向に締結されるフランジ部が一端部に形成された応力伝達部材を備えたことを特徴とする鋼管コンクリート杭の杭頭構造。
3. 前記応力伝達部材は、前記鋼管コンクリート杭のコンクリート内周面の周方向に分割されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管コンクリート杭の杭頭構造。

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