JP2013189797A - Ｓｃ杭 - Google Patents

Abstract

【課題】杭頭結合部の強度を向上可能なＳＣ杭を提供する。
【解決手段】鋼管１Ａと該鋼管１Ａ内周面に形成された内部コンクリート１Ｂとを有する中空のＳＣ杭１である。ＳＣ杭１の杭頭部に対し、鋼管の外周面よりも外径方向に張り出したリブ３を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建築基礎スラブ又はＲＣフーチング構造を支持する基礎杭としてのＳＣ杭の構造に関する。ここで、ＳＣ杭は外殻鋼管付きコンクリート杭とも呼ばれる。

ＳＣ杭は、特許文献１に記載のように、予め工場にて、鋼管（外殻鋼管）の内周面に高強度のコンクリートを一体化することにより製造される中空の既製杭である。
このＳＣ杭の製造の際には、上記鋼管の軸方向の端面に、中央が開口した端板が固定され、その端板中央の開口からコンクリートを鋼管内に打設し、更に遠心力によって打設したコンクリートを鋼管内周面に付着させて、鋼管内周面とコンクリートとを一体化させる。この際、端板は、鋼管内に打設したコンクリートが鋼管から飛び出ることを抑制する役割を有する。ここで、特許文献１の図面に記載のように、端板の外周面は、鋼管の外周面から張り出す必要はない。

上述のように鋼管とコンクリートとが一体に形成されたＳＣ杭は、鋼管だけからなる鋼管杭に比べて曲げ耐力が大きくなる。更に、鋼管の引張強度をより高くすると共に内部コンクリートの強度を高くすることで、さらにＳＣ杭の支持力が向上することで、ＳＣ杭の杭１本あたりに作用する荷重（常時、地震時）が大きくなる傾向にある。これに伴って、杭体と上部構造の杭頭結合部にも、大きな荷重が生じることが予想される。

特開２０１０−２４２４９９号公報

ＳＣ杭と上部構造物の基礎スラブコンクリートとを結合する杭頭結合の構造について考えると、基礎スラブコンクリートは、基本的に現地で鉄筋を組み、コンクリートを打ち込んで形成する「場所打ちコンクリート」であるため、施工性（流動性、品質保持）を考慮するとコンクリート材料を高強度化することは困難である。
従来、ＳＣ杭と基礎スラブとの杭頭結合構造は、特許文献１に記載のように、ＳＣ杭の杭頭を基礎スラブに埋設する構造となっている。なお特許文献１には記載がないが、端板中央部の開口を上下に貫通する杭頭結合用の複数の鉄筋を配筋する場合が多い。しかし、上述のように基礎スラブのコンクリートの高強度化は難しいため、本構造では高強度化したＳＣ杭本体の強度に対して、十分な杭頭結合部の強度を得ることは難しく、作用荷重に対してＳＣ杭本体は健全でも、杭頭結合部の強度不足により基礎構造全体が不安定となってしまう懸念がある。

本発明は、上記のような点に着目したもので、杭頭結合部の強度を向上可能なＳＣ杭の提供を目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、鋼管と該鋼管内周面に形成された内部コンクリートとを有する中空のＳＣ杭において、
杭頭部に対し、鋼管外周面よりも外径方向に張り出したリブを設けたことを特徴とするものである。
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記リブは、杭頭上端に設けられて上記内部コンクリートと軸方向で対向配置する端板に対し設けられていることを特徴とする。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した構成に対し、上記端板の外周端縁部は、鋼管外周面よりも外径方向に張り出して構成され、その端板の外周端縁部が、上記リブを構成することを特徴とする。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３に記載した構成に対し、上記リブの鋼管外周面に対する張り出し量は、２０ｍｍ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、基礎スラブとの杭頭結合において、ＳＣ杭に設けたリブが、コンクリートに対するずれ止めとなって、ＳＣ杭を使用した場合における杭頭結合部の強度を向上させることが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係るＳＣ杭を説明する側断面図である。 実施形態に係る杭頭結合構造を説明する図である。 荷重伝達機構を説明する図である。 結合用筒体の軸を傾けた場合の例を説明する図である。 結合用筒体の軸を傾けた場合の例を説明する模式的平面図である。 捨コンクリートを打設した例を説明する図である。 ＳＣ杭構造の変形例の図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は上面図である。 ＳＣ杭構造の変形例を説明する側面図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（ＳＣ杭の構造）
図１は、本実施形態のＳＣ杭を説明する図である。
ＳＣ杭１は、図１に示すように、外殻鋼管１Ａと内部コンクリート１Ｂと端板１Ｃ、１Ｄとを備える。

すなわち、外殻鋼管１Ａの軸方向両端面に対し、それぞれ鋼管１Ａと同軸に端板１Ｃ、１Ｄが固定されている。端板１Ｃ、１Ｄの鋼管１Ａへの固定は溶接等で実施されて、端板１Ｃ、１Ｄは鋼管１Ａと一体となっている。
本実施形態では、上端側に設けられる端板１Ｃの径が、鋼管１Ａの外径よりも大きく設定されている。これよって、端板１Ｃの外周端縁部は、杭外周面よりも外径方向に張り出し、その端板１Ｃの張出部が円環状のリブ３を構成する。

鋼管１Ａ外周面に対する上記端板１Ｃの張り出し量δ、つまりリブ３（張出部）の張り出し量δは、２０ｍｍ以上に設定することが好ましい。打設されるコンクリート７との付着強度に影響するコンクリート骨材の大きさを考慮した場合、張り出し量δを２０ｍｍ以上とすることで、コンクリートとの間で確実に所定以上の付着強度を確保することが可能となる。

なお、鋼管１Ａ外周面からの上記リブ３の張り出し量δの上限は特に無いが、後述のように、結合用筒体に差し込まれることを考慮した場合、上記端板１Ｃの張り出し量δは、１００ｍｍ以下が好ましい。
そして、従来と同様に、鋼管１Ａ（外殻鋼管１Ａ）の内周面に高強度のコンクリートを付着させることで、内部コンクリート１Ｂが形成される。

（杭頭結合構造）
図２は、上記ＳＣ杭１と基礎スラブ２との杭頭結合構造を説明する図である。
本実施形態の杭頭結合構造は、地盤に打設されたＳＣ杭１の頭部１ａに対し、その上方に位置する基礎スラブ２を結合するための結合構造である。
本実施形態では、従来と異なり、図２に示すように、結合用筒体４を介してＳＣ杭１の杭頭と基礎スラブ２とを結合する構造となっている。

すなわち、前述した本発明に係るＳＣ杭と基礎スラブとの結合する杭頭結合構造の一例において、外形形状が軸を上下に向け且つ頂点を下側に配した錐台形状の鋼管からなる結合用筒体と、その結合用筒体に固定されて当該結合用筒体の上端位置よりも上方に延びる複数の杭頭定着鉄筋と、を備え、
上記結合用筒体の下側開口部内に上記杭の杭頭部が差し込まれた状態に配置すると共に、上記結合用筒の上側開口部、及び上記杭頭定着鉄筋のうち結合用筒体の上端位置よりも上方に位置する鉄筋部分が、上記基礎スラブ内に埋設される、といった構造例となっている。

ここで、上記リブ３は、結合用筒体４内に打設されたコンクリート７に対する、ずれ止め用の突起を構成する。
上記杭頭結合構造を構成する部品として、倒立した錐台形状の結合用筒体４と、２以上の杭頭定着鉄筋５と、を備える。なお、結合用筒体４の外形形状としては、後述のように倒立した錐台形状が特に好ましいが、軸方向に同径の筒形状の鋼管１Ａから構成されていても良い。

上記結合用筒体４は、その外形形状が、軸Ｌを上下に向け且つ頂点Ｐ側を下側（小径側を下側）にした、つまり底辺を上側にした錐台形状の鋼管１Ａからなる。なお、結合用筒体４の内周面形状は錐台形状となっていなくても良い。本実施形態の結合用筒体４は、上側に向かうほど径が大きくなる円錐台形状の鋼管１Ａで構成した場合を例に挙げて説明する。上記錐体の断面は、円形に限定されず、四角形などの他断面形状であっても採用することが出来る。

その結合用筒体４の下端開口部の内径は、下側から上記リブ３付きの杭頭を挿入可能な径となっている。
結合用筒体４の外周面の、上下軸Ｌに対する傾斜は、杭頭の径Ｄとし、結合用筒体４の下端面での外径を「１．０５×Ｄ」とした場合、結合用筒体４の上端面での外径が「１．３×Ｄ」以上であることが好ましい。なお、結合用筒体４の軸Ｌ方向の寸法（高さ）は２．０×Ｄとして記載している。通常、高さは、１．５×Ｄ〜２．０×Ｄの範囲で設定されるものと考えられる。

また、結合用筒体４の外周面の、上下軸Ｌに対する傾斜角θは、４５度以下が好ましい。４５度を超えると、上下方向の引張力の伝達に対する寄与度が小さくなる。
次に、杭頭定着鉄筋５について説明する。
杭頭定着鉄筋５は、通常の建築用の鉄筋を採用すればよい。杭頭定着鉄筋５の断面は、円形に限定されず、角形等でも構わない。

そして、複数の杭頭定着鉄筋５が、上記結合用筒体４の外周面に対して周方向に間隔を開けて配置され、各杭頭定着鉄筋５の下側部分は、当該結合用筒体４に溶接等によって固定される。その各杭頭定着筋は、結合用筒体４の外周面に沿って上方に延びるように配筋されている。このように、本実施形態の杭頭定着筋は、結合用筒体４の外周面に沿って軸Ｌが配置されることで、上記錐体形状の頂点Ｐを中心にして、複数の杭頭定着筋が斜め上方に放射状に延びた状態となる。なお、杭頭定着鉄筋５は、予め結合用筒体４に固定しても良いし、結合用筒体４を杭頭に取り付けた後に、当該結合用筒体４に対して杭頭定着鉄筋５を溶接その他で固定しても良い。杭頭定着鉄筋５に予め結合用筒体４に固定しておいた方が、現場施工が楽になる。また、杭頭定着鉄筋５は、結合用筒体４の内周面側に固定されても良いし、結合用筒体４の上端面に対して鉛直方向上方に延びるように設定されていても良い。

（杭頭結合方法）
予め地盤に打設されて地盤に立設している杭１の頭部１ａが、図１のように、上記結合用筒体４の下端開口部内に配置されるように、当該結合用筒体４を杭頭部１ａに配置する。
なお、予め杭頭定着鉄筋５を上述のように結合用筒体４に溶接して固定してあるものとする。なお、杭頭定着鉄筋５の溶接は、現場でも良いし、工場で実施しても良い。

次に、基礎スラブ２用の型枠（不図示）を設置すると共に、型枠内に基礎スラブ２用の鉄筋や梁等を配筋する。このとき、結合用筒体４の上端面が基礎スラブ２内に完全に埋設出来る位置に、上記型枠を設置したり、結合用筒体４の上下位置を許容範囲で調整したりする。
次に、結合用筒体４内及び上記型枠内に充填材として現場打ちコンクリート７，８を打設する。そして打ち込んだコンクリート７，８の養生が完了したら、型枠を撤去する。捨て型枠でも良い。

結合用筒体４内及び上記型枠内に打設する充填材は、モルタルやソイルセメントなどでも良い。また、先に結合用筒体４内にコンクリート７等を打設してから、上記型枠内にコンクリート８等を打設するようにしても良い。

（作用効果など）
円錐台形状の結合用筒体４とＳＣ杭１の定着構造について、円錐台形状の結合用筒体４の内面とＳＣ杭１の外周との間にコンクリートやモルタル、ソイルセメントなどの充填材を打設することで、これらの材料を介して、ＳＣ杭１の杭頭部１ａに設けたずれ止め用のリブ３と錐台形状の結合用筒体４との間で荷重を伝達する。

また、錐台形状の結合用筒体４と基礎スラブ２との間では、図３に示すように、結合用筒体４に固定した杭頭定着鉄筋５を基礎スラブ２のコンクリートに埋設することで、鉄筋と基礎スラブ２コンクリートとの付着力により荷重を伝達する。
ここで、結合用筒体４を倒立した錐体形状とすることで、上下方向の引張力の荷重伝達を結合用筒体４を通じて行うことが出来る。すなわち、杭頭結合部の断面性能は、結合用筒体４の径の２乗に比例するため、結合用筒体４を倒立した錐体形状とすることで、杭頭に作用する曲げモーメントに対する抵抗力（強度）が増し、ＳＣ杭１の高強度化に伴う杭頭反力増大に対応した「杭頭結合構造」を得ることができる。

なお、荷重伝達力を高めるため、円錐台形状の結合用筒体４下端の内面にもずれ止め用の突起を設けても良い。
そして、上記杭頭結合構造では、次の効果を得ることが出来る。
上記倒立した錐体形状の鋼管１Ａからなる結合用筒体４を通じて、ＳＣ杭１と基礎スラブ２との間の荷重伝達を行うことで、対象とするＳＣ杭１の高強度化に伴う杭頭反力増大に対応した荷重伝達が可能となる。

また、結合用筒体４を倒立した錐体形状の鋼管１Ａとすることで、水平ダイアフラム等を別途設けなくても、結合用筒体４で垂直荷重を十分に伝達可能となる。この結果、杭頭結合構造の施工が簡略して施工容易性が向上すると共に施工時間の短縮にも繋がる。また、荷重伝達のための水平ダイアフラム等が不要となる分、製作コストを下げることにも繋がる。

結合用筒体４について、杭頭が挿入される下端部に比べて上端部の径が大きくなっている。このため、基礎スラブ２内に埋設される杭頭定着鉄筋５の鉄筋部分で考えた場合、従来のような円筒形状の外鋼管１Ａに対して同数の杭頭定着鉄筋５を固定した場合に比べて、杭頭定着鉄筋５間の間隔を大きくなる。すなわち、鉄筋の配筋径が大きくなる。このことにより杭頭結合部の断面性能（径の２乗に比例）が向上するため、杭頭に作用する曲げモーメントに対する抵抗力（強度）が増し、ＳＣ杭１の高強度化に伴う杭頭反力増大に対応した「杭頭結合構造」を得ることができる。

さらに、杭頭定着鉄筋５は下から上に放射状に広がる形で並ぶため、鉄筋の間隔が上方ほど大きくなり、基礎スラブ２の配筋を容易となる。なお、結合用筒体４の上端から突出する杭頭定着鉄筋５の部分は鉛直方向に向けて突出していても良い。
また、杭頭定着鉄筋５間の間隔を大きくできることから、基礎スラブ２内に配筋される横方向に延びる鉄筋の配筋が容易となる。

ここで、従来のような円筒形状の外鋼管１Ａを使用して、本実施形態と同等の杭頭定着鉄筋５間の間隔を確保しようとすると、外鋼管１Ａの径その分大きく設計する必要があり、杭頭結合構造が占める部分が大きくなってしまう。
また、上述のように水平ダイアフラムが不要であるので、結合用筒体４の下端部の内径を、杭頭の外径に近い径に設定することも可能となり、その分、杭頭外周での杭頭結合構造が大型化することも抑えることが可能である。また、結合用筒体４の下端部を杭１と同心に配置する必要もない。

以上のように、本発明のＳＣ杭１を使用して上記杭頭結合構造を適用することで、高強度で施工性、品質信頼性が高く、かつ基礎スラブ２形状がコンパクトとなる「杭頭結合構造」を得ることができる。

（変形例）
ここで、結合用筒体４の軸Ｌを、杭１と同軸Ｌとなるように配置する必要もない。例えば基礎スラブ２の配筋との干渉を避けるように、結合用筒体４の上下軸Ｌを鉛直方向から、若しくは杭１の軸Ｌ若しくは軸Ｌと平行な方向に対し傾けるようにしても良い。杭１の軸Ｌが鉛直方向の場合には、その鉛直方向が基準となるが、杭１の軸Ｌが傾いている場合には、その杭１の軸Ｌを基準として、結合用筒体４の軸Ｌを設定する。

また結合用筒体４及び杭頭定着鉄筋５を基準に、基礎スラブ２の外周面側に、予め設定した必要被り厚Ｂを確保する必要がある。このとき、基礎スラブ２の外周面に近い結合用筒体４を杭１と同軸Ｌに配置した場合、その杭１の位置から基礎スラブ２の外周面（スラブ２縁端）までの寸法が大きくなる。
このとき、図４に示すように、結合用筒体４の上下軸Ｌを、鉛直方向Ｈから、一番近いスラブ２縁端から離れる方向に向けて傾けることで、平面視で、杭頭近傍位置からの被り厚を小さくすることが可能となる。すなわち、一番近いスラブ２縁端に近い結合用筒体４の外面が鉛直方向（スラブ２縁端と平行となる方向）に近付くように結合用筒体４の上下軸Ｌを設定するほど、杭頭近傍位置からの被り厚を小さく設定することが出来る。

図５は、各結合用筒体４の上下軸Ｌを、一番近いスラブ２縁端から離れる方向に傾けた場合の例を示す模式的平面図である。なお、基礎スラブ２の角部に配置される杭１を結合する結合用筒体４の上下軸Ｌは、２つのスラブ２縁端から離れる方向に傾けている。
このようにすることで、結合用筒体４の基礎スラブ２縁端方向への張り出しを緩和し、基礎スラブ２の形状を、その分、コンパクトに設計することが可能となる。

なお、円錐台形状の結合用筒体４を傾けた際の定位置を安定化させるために、図６に示すように、結合用筒体４周辺に捨コンなどを打設してもよい。
また、錐台形状の結合用筒体４を、基礎スラブ２コンクリート打設時の型枠として利用してもよい。
また、円錐台形状の結合用筒体４の製造について、平板からスパイラル製法で製作してもよいし、板曲げ加工、鋳造、鍛造で製作してもよい。

ここで、杭頭の端板１Ｃについては、中央が開口した円形の板であっても良いし、中空のドーナツ形状などであっても良い。
また、上記端板１Ｃに形成されるずれ止め用のリブ３は、リング状である必要はなく、円周方向に沿って所定間隔毎に径方向に突出するように離散的に形成しても良い。
またずれ止め用のリブ３は、端板１Ｃ自体に形成する必要はない、例えば図７に示すように、端板１Ｃに対して、複数のリブ３板を溶接等にて固定することで、ずれ止め用のリブ３を端板１Ｃに設けても良い。

また、ずれ止め用のリブ３を端板１Ｃに固定することなく、図８に示すように、杭頭部を形成する鋼管１Ａ外周に対して、リブ３を直接固定しても良い。
また、杭の軸方向に複数段となるように、リブ３を形成しても良い。

１ 杭
１Ａ 鋼管
１Ｂ 内部コンクリート
１Ｃ 端板
１ａ 頭部
２ 基礎スラブ
３ リブ
４ 結合用筒体
５ 杭頭定着鉄筋
７，８ コンクリート
８ コンクリート
δ 張り出し量
θ 傾斜角

Claims (4)

1. 鋼管と該鋼管内周面に形成された内部コンクリートとを有する中空のＳＣ杭において、
   杭頭部に対し、鋼管外周面よりも外径方向に張り出したリブを設けたことを特徴とするＳＣ杭。
2. 上記リブは、杭頭上端に設けられて上記内部コンクリートと軸方向で対向配置する端板に対し設けられていることを特徴とする請求項１に記載したＳＣ杭。
3. 上記端板の外周端縁部は、鋼管外周面よりも外径方向に張り出して構成され、その端板の外周端縁部が、上記リブを構成することを特徴とする請求項２に記載したＳＣ杭。
4. 上記リブの鋼管外周面に対する張り出し量は、２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載したＳＣ杭。

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