JP2013159968A - 杭頭部接合構造、杭頭部接合方法、及びプレキャストコンクリート製のリング - Google Patents

Abstract

【課題】杭頭部の回転剛性を抑えると共に、基礎から杭への水平力の伝達性能を確保することを課題とする。
【解決手段】基礎２０と一体化されたプレキャストコンクリート製のリング３０に挿入された状態で基礎２０と接合された既製杭１０の頭部１０Ａの接合構造であって、リング３０の外周部と基礎２０とを一体化させる鉄筋３４が設けられ、リング３０の内周下部と頭部１０Ａとの間には、隙間が形成されて圧縮力により収縮する緩衝材４０が挟み込まれ、リング３０と頭部１０Ａとの間における緩衝材４０より上側には、リング３０の内周部と頭部１０Ａとの間にコンクリートが充填されてなり、リング３０が頭部１０Ａを水平方向に拘束する拘束部５０が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基礎と一体化されたプレキャストコンクリート製のリングに挿入された状態で前記基礎と接合された既製杭の頭部の接合構造、接合方法、及び該接合構造に備えられるプレキャストコンクリート製のリングに関する。

杭頭部と基礎との相対的な回転変位を許容しつつこれらの相対的な水平変位を拘束することを目的として、基礎と一体化されたプレキャストコンクリート製のリングに杭頭部を挿入し、これらを水平方向に係合させた状態で杭頭部と基礎とを接合した杭頭部接合構造が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００４―１２４４５８号公報 特開２００２−１６７７７６号公報

特許文献１、２に記載の杭頭部接合構造では、基礎から杭への水平力の伝達を可能とするために、リングと杭頭部とを係合させていることから、これらに水平力が作用すると杭頭部が回転しようとするが（図６の矢印Ｏ参照）、杭頭部とリングとが当接した状態で杭頭部に基礎から支圧力が作用することによって、杭頭部の回転が拘束される。そのため、支圧力によって杭頭部に局部的に曲げモーメントが与えられ、杭の回転剛性が高くなる。

また、杭頭部とリングとの間には、製作寸法精度による或いは設置するための隙間が必要となるところ、基礎から杭へ水平力を伝達させるにあたり、鉛直方向の力（建物重量）による杭と基礎との摩擦力が水平力よりも大きい場合には、基礎と杭との間に滑りが生じないことから、基礎から杭へ上記摩擦力により直接伝達されるが、軸力が小さいことにより上記摩擦力が水平力よりも小さい場合には、上記隙間があることにより基礎と杭との間に滑りが生じることから、基礎から杭へリングを介して伝達される。そのため、水平力によりリングに加わる衝撃が大きくなり、リングが損傷し易くなる。そして、リングが損傷すると、基礎から杭へ水平力を伝達させることができなくなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、杭頭部の回転剛性を抑えると共に、基礎から杭への水平力の伝達性能を確保することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る杭頭部接合構造は、基礎と一体化されたプレキャストコンクリート製のリングに挿入された状態で前記基礎と接合された既製杭の頭部の接合構造であって、前記リングの外周部と前記基礎とを一体化させる一体化構造が設けられ、前記リングの内周下部と前記頭部との間には、隙間が形成されて圧縮力により収縮する圧縮収縮部材が挟み込まれ、前記リングと前記頭部との間における前記圧縮収縮部材より上側には、前記リングが前記頭部を水平方向に拘束する拘束部が形成されていることを特徴とする。

前記杭頭部接合構造において、前記一体化構造は、前記リングから放射方向へ突出し前記基礎に埋設された鉄筋を備えてもよい。また、前記一体化構造は、前記リングの外周部に凹凸形状に形成された凹凸部を備えてもよい。

また、前記杭頭部接合構造において、前記リングは、前記基礎よりも高強度のコンクリートで形成されてもよい。

また、前記杭頭部接合構造において、前記リングの内周上部と前記頭部との間の前記拘束部より上側には、隙間が形成されて圧縮力により収縮する圧縮収縮部材が挟み込まれてもよい。

また、本発明に係る杭頭部接合方法は、基礎と一体化させるプレキャストコンクリート製のリングに挿入させた状態で前記基礎と接合する既製杭の頭部の接合方法であって、前記リングの外周部と前記基礎とを一体化させる一体化構造を設け、前記リングの内周下部と前記頭部との間には、隙間を形成して圧縮力により収縮する圧縮収縮部材を挟み込み、前記リングと前記頭部との間における前記圧縮収縮部材より上側には、前記リングが前記頭部を水平方向に拘束する拘束部を形成することを特徴とする。

前記杭頭部接合方法において、前記リングの上面に前記リングの開口を跨ぐように仮設材を取り付け、該仮設材を前記既製杭の天端に載置することで、前記リングを前記既製杭に対して位置決めしてもよい。

また、本発明に係るリングは、前記杭頭部接合構造において用いられるプレキャストコンクリート製のリングであって、内周下部に圧縮力により収縮する圧縮収縮部材が接合され、外周部から放射方向へ鉄筋が突出していることを特徴とする。

本発明によれば、杭頭部の回転剛性を抑えると共に、基礎から杭への水平力の伝達性能を確保することができる。

一実施形態に係る杭頭部接合構造を示す縦断面図（図２の１−１断面図）である。 図１における２−２断面図である。 本実施形態に係る杭頭部構造の施工方法を示す縦断面図である。 本実施形態に係る杭頭部構造の施工方法を示す縦断面図である。 本実施形態に係る杭頭部構造の施工方法を示す縦断面図である。 本実施形態に係る杭頭部接合構造の水平力の伝達のメカニズムを示す縦断面図（図７の６−６断面図）である。 図６における７−７断面図である。 他の実施形態に係る杭頭部接合構造を示す縦断面図（図９の８−８断面図）である。 図８における９−９断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る杭頭部接合構造を示す縦断面図（図２の１−１断面図）である。また、図２は、図１における２−２断面図である。これらの図に示すように、本実施形態に係る杭頭部接合構造では、杭１０の頭部１０Ａが、基礎２０と一体化されたリング３０に挿入された状態で、基礎２０に接合されている。なお、杭１０の頭部１０Ａとは、リング３０に挿入されている上端部分に相当する。

杭１０は、地盤１に打設された中空すなわち円筒状の既製コンクリート杭であり、その頭部１０Ａは、地盤１から突出している。また、基礎２０は、杭１０の上部に構築された鉄筋コンクリート製のパイルキャップ２２と、その周りに構築された不図示の基礎梁とを備えている。

リング３０は、プレキャストコンクリート製の円環状の部材であり、パイルキャップ２２の下端に埋設されている。リング３０の内径は、杭１０の外径より６０ｍｍ程度大きく設定されており、リング３０の内周面と杭１０の頭部１０Ａの外周面との間には、３０ｍｍ程度の隙間が設けられている。また、杭１０の天端とリング３０の上面とが略面一になるように、杭１０の頭部１０Ａとリング３０との高さが設定されている。

リング３０には、その周方向に延びる円状の鉄筋３２が埋設されている。さらに、鉄筋３２には、放射方向へ延びる複数の鉄筋３４が所定間隔おき（例えば、図示するように４５°間隔）に配されている。ここで、鉄筋３４は、リング３０から放射方向へ突出し、パイルキャップ２２に埋設されており、これにより、リング３０の外周部とパイルキャップ２２とが一体化されている。

地盤１と基礎２０との間には捨てコンクリート２が打設されている。捨てコンクリート２の強度は基礎２０に比して低く設定されている。また、捨てコンクリート２は、杭１０の外周面近傍には打設されておらず、捨てコンクリート２と杭１０との間には土または砕石が敷き詰められている。

ここで、杭１０の頭部１０Ａの外周面とリング３０の内周面との間には、３０ｍｍ程度の隙間が設けられているところ、この隙間内の下側には円環状の緩衝材４０が嵌め込まれ、この隙間内の緩衝材４０の上側には、パイルキャップ２２を構成するコンクリートが詰め込まれている。緩衝材４０は、ゴムチューブやスポンジやスタイロフォーム等の圧縮力により収縮する材料で作製された目地ガスケットであり、杭１０の頭部１０Ａの外周面とリング３０の内周面との隙間内への土や石等の貫入を防止する。

即ち、上記隙間内の緩衝材４０の上側にコンクリートが詰め込まれていることにより、緩衝材４０の上側には、杭１０の頭部１０Ａとリング３０とが密着され、リング３０が杭１０の頭部１０Ａを水平方向に拘束する拘束部５０が形成されている。一方で、拘束部５０の下側では、杭１０の頭部１０Ａとリング３０との隙間が緩衝材４０により確保されていることにより、杭１０の頭部１０Ａの水平力による回転が拘束されていない。

図３〜図５は、本実施形態に係る杭頭部構造の施工方法を示す縦断面図である。まず、図３に示すように、杭１０を頭部１０Ａがリング３０の高さ以上突出するように地盤１に打設し、地盤１（基礎底面）に捨てコンクリート２を打設する。この際、杭１０の外周面の近傍には捨てコンクリート２を打設せずに、杭１０の外周面と捨てコンクリート２とを所定間隔だけ離間させる。そして、杭１０の外周面と捨てコンクリート２との間に土又は砕石を敷き詰める。

次に、図４に示すように、リング３０を杭１０の頭部１０Ａにセットする。この際、リング３０の上面に仮設の板材や山形鋼（Ｌ形鋼）等である金物３を、リング３０の開口を跨ぐように、リング３０の直径線と重なるように取り付ける。その取付方法としては、リング３０の上面にボルト又はナットを埋設し、金物３にボルト挿通孔を形成しておき、ボルト及びナットで締結する方法等が挙げられる。そして、金物３を杭１０の天端に載置することにより、杭１０の天端とリング３０の上面とが略面一となるように、リング３０を杭１０の頭部１０Ａに対して位置決めする。なお、金物３の形状は長方形状でも十字状でもよい。

ここで、リング３０の内周下部には、緩衝材４０を全周に亘って接着しておき、リング３０の内周下部と杭１０の頭部１０Ａとの間に挟み込む。

次に、図５に示すように、基礎２０のパイルキャップ２２を構築する。この際、鉄筋を配筋し、型枠を設置した後にコンクリートを打設するが、コンクリートを、リング３０と杭１０の頭部１０Ａとの間における緩衝材４０の上側に充填する。また、コンクリートは、リング３０の外周面から放射方向へ突出した鉄筋３４が埋設されるように、さらには、リング３０の全体が埋設されるように、杭１０上から捨てコンクリート２上にかけて打設する。ここで、金物３は、パイルキャップ２２に埋設してもよく、コンクリートに埋まる前に撤去してもよい。

図６は、本実施形態に係る杭頭部接合構造の水平力の伝達のメカニズムを示す縦断面図（図６の７−７断面図）であり、図７は、図６における７−７断面図である。これらの図に示すように、リング３０の内周下部と杭１０の頭部１０Ａとの間に、土や石の貫入を防止する緩衝材４０を挟み込んで隙間を確保し、該緩衝材４０を圧縮力により収縮可能な部材としたことにより、リング３０の下部では、杭１０の頭部１０Ａがリング３０の内周面に接しない。従って、リング３０の下部では、杭１０の頭部１０Ａの水平力Ｐによる回転Ｏ（横軸周りの回転）がリング３０により拘束されないため、杭１０の頭部１０Ａに局部的に曲げモーメントが生じることを抑制でき、杭１０の損傷を抑制できる。また、杭１０の頭部１０Ａに生じる曲げモーメントを低減させることができることにより、この曲げモーメントを負担する基礎２０の基礎梁を小さくしたり、基礎梁の鉄筋量を少なくしたりすることができる。さらに、杭１０の頭部１０Ａの曲げモーメントが低減されるため、杭１０の強度を低減することも可能である。

また、リング３０の上部では、リング３０の内周上部と杭１０の頭部１０Ａとの間にコンクリートを充填してなる拘束部５０において、リング３０が杭１０の頭部１０Ａを水平方向に拘束している。また、リング３０の外周部とパイルキャップ２２とが、リング３０の外周部から放射方向へ突出してパイルキャップ２２に埋設された鉄筋３４により一体化されている。これにより、水平力Ｐが、鉛直方向の力（建物重量）による支圧力Ｑによるパイルキャップ２２と頭部１０Ａとの摩擦力Ｒよりも大きい場合でも、パイルキャップ２２と頭部１０Ａとの間に滑りがない状態で、パイルキャップ２２が杭１０をリング３０を介して水平に押すことによって、パイルキャップ２２から杭１０へ水平力Ｐが伝達される。従って、パイルキャップ２２から杭１０へ水平力Ｐが伝達される際に、リング３０に加わる衝撃を緩和でき、リング３０の損傷を抑制できる。また、リング３０の損傷を抑制できることによって、パイルキャップ２２から杭１０への水平力Ｐの伝達性能を確実に確保できる。

また、地上構造物は複数の杭で支持されているが、本実施形態に係る杭頭部接合構造によれば、各杭１０への水平力Ｐの伝達性能を確保できることにより、各杭１０に水平力Ｐを均等に負担させることができる。従って、一部の杭１０に集中して水平力Ｐが作用して当該杭１０が損傷することを防止できる。

また、リング３０の外周面から放射方向に突出する複数の鉄筋３４があることにより、リング３０の水平力Ｐに対する正面のみならず側面においても、パイルキャップ２２から杭１０への水平力Ｐの伝達を行うことができる。従って、パイルキャップ２２から杭１０への水平力Ｐの伝達性能を向上させることができる。

ここで、リング３０から鉄筋を上方に突出させた場合には、リング３０の運搬時にリング３０を上下に重ねようとすると鉄筋が障害になり、上のリング３０を浮かせるための対策が必要になる。これに対して、本実施形態では、リング３０の外周面から鉄筋３４を放射方向に突出させているので、リング３０の運搬時にリング３０を上下に重ねるにあたって、鉄筋が障害になることがなく上記対策は不要である。従って、リング３０から鉄筋を上方に突出させる場合に比して、リング３０の運搬性を向上させることができる。

また、リング３０をパイルキャップ２２よりも高強度のコンクリートで形成したことにより、リング３０の損傷を抑制でき、ひいてはパイルキャップ２２の損傷をも抑制でき、パイルキャップ２２の杭１０からの端空き距離を小さくしたり、パイルキャップ２２の鉄筋量を減らしたりすることも可能になる。

図８は、他の実施形態に係る杭頭部接合構造を示す縦断面図（図９の８−８断面図）である。また、図９は、図８における９−９断面図である。これらの図に示すように、本実施形態に係る杭頭部接合構造では、杭１０の頭部１０Ａが、基礎２０と一体化されたリング１３０に挿入された状態で、基礎２０に接合されている。

リング１３０の内周下部及び内周上部には、全周に亘って溝１３０Ａ、１３０Ｂが形成されており、杭１０の頭部１０Ａとリング１３０の内周下部及び内周上部との間は離間されている。また、上下の溝１３０Ａ、１３０Ｂとの間には、リング１３０の内周部と杭１０の頭部１０Ａとが接してなる拘束部１５０が形成されている。なお、本実施形態のようにリング１３０の内周の中間部と杭１０の頭部１０Ａの外周部とを面で接するように構成することは必須ではなく、点で接するように、リング１３０の内周面を内周側へ凸の形状にしてもよい。

溝１３０Ａ、１３０Ｂには、円環状の緩衝材１４０が接着されている。この緩衝材１４０は、ゴムチューブやスポンジやスタイロフォーム等の圧縮力により収縮する材料で作製された目地ガスケットであり、杭１０の頭部１０Ａの外周面とリング１３０の内周面との隙間内への土や石等の貫入を防止する。

また、リング１３０には、複数の鉄筋１３４が所定角度（例えば、図示するように４５°）おきに設けられている。各鉄筋１３４は、コの字状（Ｕ字状）に屈曲されており、その中間の軸部１３４Ａがリング１３０の外周面から放射方向に突出するように、一部がリング１３０に埋設され、他の部位がパイルキャップ２２に埋設されている。これにより、リング１３０の外周部とパイルキャップ２２とが一体化されている。

また、リング１３０の外周面には、鉄筋１３４の位置に対応して、所定幅（例えば５０ｍｍ）、所定深さ（例えば６ｍｍ）の凹部１３６が形成されている。この凹部１３６は、リング１３０の外周面の下端から上端まで形成されており、この凹部１３６にパイルキャップ２２のコンクリートが埋め込まれていることにより、リング１３０の外周部とパイルキャップ２２との一体化がさらに強固になっている。

以上のような構成の杭頭部接合構造によれば、リング１３０の内周下部及び上部と杭１０の頭部１０Ａとの間に、土や石の貫入を防止する緩衝材１４０を挟み込んで隙間を確保し、該緩衝材１４０を圧縮力により収縮可能な部材としたことにより、リング１３０の下部及び上部（中間部の上下）では、杭１０の頭部１０Ａがリング３０の内周面に接しない。従って、リング１３０の下部及び上部では、杭１０の頭部１０Ａの水平力Ｐによる回転がリング１３０により拘束されないため、杭１０の頭部１０Ａに局部的に曲げモーメントが生じることを抑制でき、杭１０の損傷を抑制できる。また、杭１０の頭部１０Ａに生じる曲げモーメントを低減させることができることにより、この曲げモーメントを負担する基礎２０の基礎梁を小さくすることができ、基礎梁の鉄筋量も少なくすることができる。さらに、杭１０の頭部１０Ａの曲げモーメントが低減されるため、杭１０の強度を低減することも可能である。

また、リング１３０の中間部では、リング３０の内周中間部と杭１０の頭部１０Ａとが接している。また、リング１３０の外周部とパイルキャップ２２とが、リング１３０の外周面から放射方向へ突出してパイルキャップ２２に埋設された鉄筋１３４と、リング１３０の外周面に形成された凹部１３６とにより一体化されている。これにより、水平力が、鉛直方向の力（建物重量）による支圧力によるパイルキャップ２２と頭部１０Ａとの摩擦力よりも大きい場合でも、パイルキャップ２２と頭部１０Ａとの間に滑りがない状態で、パイルキャップ２２が杭１０をリング１３０を介して水平に押すことによって、パイルキャップ２２から杭１０へ水平力Ｐが伝達される。従って、パイルキャップ２２から杭１０へ水平力が伝達される際に、リング１３０に加わる衝撃を緩和でき、リング１３０の損傷を抑制できる。また、リング１３０の損傷を抑制できることによって、パイルキャップ２２から杭１０への水平力Ｐの伝達性能を確実に確保できる。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の各実施形態では、リング３０、１３０の外形を円形状としたが、矩形状であってもよい。また、リング３０、１３０は、プレキャストコンクリート製の環状部材であればよく、その外周部に鋼管が一体化される等してもよい。

また、杭１０を既製のコンクリート杭としたが、既製の鋼管杭としてもよい。さらに、基礎２０に接合される杭が既製杭であればよく、場所打ちコンクリート杭の上に基礎２０に接合される既製杭を接続してもよい。

１ 地盤、２ 捨てコンクリート、３ 金物（仮設材）、１０ 杭、１０Ａ 頭部、２０ 基礎、２２ パイルキャップ、３０ リング、３２、３４ 鉄筋、４０ 緩衝材（圧縮収縮部材）、５０ 拘束部、１３０ リング、１３０Ａ、１３０Ｂ 溝、１３４ 鉄筋、１３４Ａ 軸部、１３６ 凹部（凹凸部）、１４０ 緩衝材（圧縮収縮部材）、１５０ 拘束部

Claims (8)

1. 基礎と一体化されたプレキャストコンクリート製のリングに挿入された状態で前記基礎と接合された既製杭の頭部の接合構造であって、
   前記リングの外周部と前記基礎とを一体化させる一体化構造が設けられ、
   前記リングの内周下部と前記頭部との間には、隙間が形成されて圧縮力により収縮する圧縮収縮部材が挟み込まれ、
   前記リングと前記頭部との間における前記圧縮収縮部材より上側には、前記リングが前記頭部を水平方向に拘束する拘束部が形成されていることを特徴とする杭頭部接合構造。
2. 前記一体化構造は、前記リングから放射方向へ突出し前記基礎に埋設された鉄筋を備えることを特徴とする請求項１に記載の杭頭部接合構造。
3. 前記一体化構造は、前記リングの外周部に凹凸形状に形成された凹凸部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の杭頭部接合構造。
4. 前記リングは、前記基礎よりも高強度のコンクリートで形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の杭頭部接合構造。
5. 前記リングの内周上部と前記頭部との間の前記拘束部より上側には、隙間が形成されて圧縮力により収縮する圧縮収縮部材が挟み込まれていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の杭頭部接合構造。
6. 基礎と一体化させるプレキャストコンクリート製のリングに挿入させた状態で前記基礎と接合する既製杭の頭部の接合方法であって、
   前記リングの外周部と前記基礎とを一体化させる一体化構造を設け、
   前記リングの内周下部と前記頭部との間には、隙間を形成して圧縮力により収縮する圧縮収縮部材を挟み込み、
   前記リングと前記頭部との間における前記圧縮収縮部材より上側には、前記リングが前記頭部を水平方向に拘束する拘束部を形成することを特徴とする杭頭部接合方法。
7. 前記リングの上面に前記リングの開口を跨ぐように仮設材を取り付け、該仮設材を前記既製杭の天端に載置することで、前記リングを前記既製杭に対して位置決めすることを特徴とする請求項６に記載の杭頭部接合方法。
8. 請求項１に記載の杭頭部接合構造において用いられるプレキャストコンクリート製のリングであって、
   内周下部に圧縮力により収縮する圧縮収縮部材が接合され、
   外周部から放射方向へ鉄筋が突出していることを特徴とするリング。

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