JP2014152447A - 小径耐蝕鉄筋コンクリート杭 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、耐蝕性に富み曲げ強度に優れる小径の鉄筋コンクリート杭と手工具および手持ちのパワーツールを用いた人力による埋設方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 薄肉鋼管内１に、該鋼管内接する形状の合成樹脂コーティングスパイラル鉄筋４ａと、棒鋼３からなるカゴ鉄筋が設置され、モルタル５又はコンクリートが充填されたことを特徴とする小径鉄筋コンクリート杭。
【選択図】図１

Description

塩分や酸性水を含む土地に設置可能な小径鉄筋コンクリート杭構造および該小径鉄筋コンクリート杭を手持ちのパワーツールを用いた人力による作業で埋設する方法に関する。

塩分や酸性水を含む土地では、小径杭として木製杭が多用されてきたが、耐久性や耐力の問題があった。鉄筋コンクリート杭は、塩分や弱酸性水に対してはかぶり厚を確保すれば、かなりの耐久性を期待できるが、直径３００ｍｍ以下の小径杭では、かぶり厚を確保すると鉄筋が曲げに対して有効に働かなくなるという問題があった。鋼管杭では腐蝕代を確保するのが一般的であるが、長期の耐久性を要求される場合には肉厚が厚くなり高価になる。

そこで、特許文献1には少なくとも土中に埋設される所要箇所まで、木製の杭本体の周囲を合成樹脂で被覆し、筒状体の頂部にキャップを被せた杭が提案されている。特許文献２には、保護層を設けた鋼管杭の保護層を損傷させることなく埋設する施工方法が開示されており、埋設杭の保護層として特殊アスファルト、ポリエチレンウレタンエラストマー、モルタル、セメントペースト、コンクリートが示されている。特許文献３には、鋼製杭とプラスチック製杭の長所を合わせてもつ木製の芯材と外周に螺旋状のリブが形成され、さらにプラスチック被覆が施されており、回転させることにより地中に貫入する杭が開示されている。特許文献４には、鋼製杭の上端部分に外周に配筋すると共に、合成樹脂繊維入りポリマーセメントモルタルで鉄筋を埋設した耐蝕構造が示されている。特許文献５には、海洋構造物用の鋼管杭で外周面に防錆層、プラスチック層、耐蝕性金属からなる保護層を設ける防食施工方法が開示されている。
また、周知技術として他にメッキ鋼管が存在する。

特開平11-315647 特開2002-97633 特開2009-243111 特開2007-177482 特開2012-57411

木製杭は強度のバラつきが大きく信頼性に欠け、地表近辺の使用では腐朽の問題がある。鋼管はそのものがかなり高価であり合成樹脂被覆やコンクリートを巻きつけるとさらに高価になる。そもそもコンクリートには、塩分等の遮断効果があり、鉄筋コンクリート杭を腐蝕環境で用いる場合には、かぶり厚の増加や耐塩・耐酸性セメントの使用、緻密なコンクリート採用等で対応してきている。しかしながら、何れもかぶり厚が確保しやすい直径の大きい杭が対象である。直径が３００ｍｍ以下の小径杭では、かぶり厚を確保しようとすると鉄筋が中央部分に集まり、鉄筋が曲げ応力に対抗しにくくなるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、耐蝕性に富む小径の鉄筋コンクリート杭と手工具および手持ちのパワーツールを用いた人力による埋設方法を提供することを目的とする。

本発明の外表面に薄肉鋼管を有する小径鉄筋コンクリート杭は、薄肉鋼管内に、該鋼管に内接する形状の合成樹脂コーティングされたスパイラル鉄筋と、棒鋼からなるカゴ鉄筋が設置され、モルタル又はコンクリートが充填されたことを特徴とする。

この発明において、薄肉鋼管は土に打込む時のケーシング、モルタル、コンクリートの型枠、モルタル、コンクリートの養生材を兼ねている。単管パイプと称される薄肉鋼管でも、海岸で塩分を含むような土地でも腐蝕して穴が開くようになるまで少なくとも数年は要する。この間にモルタル、コンクリートは十分養生され、緻密になり遮塩性が高まり、かぶり厚が１０ｍｍ以下と薄くても棒鋼に対して優れた防蝕性を発揮する。

さらに、最外周にある合成樹脂コーティングスパイラル鉄筋は塩分と接触しても腐蝕しないが、スパイラル鉄筋に内接する棒鋼に合成樹脂コーティングしていない場合に、鋼線を用いて両方を結束すると、棒鋼が電気的に最外周と繋がることになり棒鋼が腐蝕しやすくなることから、結束材として合成樹脂製バンドを用い、電気的に遮断することで耐蝕性をさらに向上させることができる。合成樹脂コーティングした棒鋼を用いた場合にも、結束材として合成樹脂製バンドを用いることが好ましい。

また、本発明の外表面に薄肉鋼管を有する小径鉄筋コンクリート杭の埋設方法は、先端に尖った形状を有する鋼製ヘッドを固定した薄肉鋼管を埋設する位置に建込む工程と、前記薄肉鋼管上端部を打撃して所定位置まで埋設する工程と、合成樹脂コーティングされたスパイラル鉄筋と、棒鋼からなるカゴ鉄筋を挿入する工程と、モルタル又はコンクリートを打設する工程とを備えることを特徴とする。この方法によれば、杭を埋設する時の各部材が軽いので、手工具および手持ちのパワーツールを使用した人力による作業で埋設することができる。

また、本発明の外表面に合成樹脂パイプを有する小径鉄筋コンクリート杭は、合成樹脂製パイプ内に、該パイプに内接する形状のスパイラル鉄筋と棒鋼からなるカゴ鉄筋が設置され、モルタル又はコンクリートが充填されたことを特徴とする。
この発明において、合成樹脂パイプは土に打込む時のケーシング、モルタル、コンクリートの型枠、モルタル、コンクリートへの塩類、酸の遮蔽材を兼ねている。

また、本発明の外表面に合成樹脂パイプを有する小径鉄筋コンクリート杭の埋設方法は、先端に尖った形状を有する鋼製ヘッドを固定した合成樹脂製パイプを埋設する位置に建込む工程と、前記鋼製ヘッドを前記合成樹脂製パイプ内部から打撃可能とする前記合成樹脂製パイプより長い打撃用棒状部材を内部に挿通する工程と、前記合成樹脂製パイプより突出した前記打撃用棒状部材端部を打撃して合成樹脂製パイプを所定位置まで埋設する工程と、前記打撃用棒状部材を引き抜く工程と、スパイラル鉄筋と棒鋼からなるカゴ鉄筋を挿入する工程と、モルタル又はコンクリートを打設する工程とを備えることを特徴とする。
この方法によれば、杭を埋設する時の各部材が軽いので、手工具および手持ちのパワーツールを使用した人力による作業で埋設することができる。

本発明の外表面に薄肉鋼管を有する小径鉄筋コンクリート杭は、モルタル又はコンクリートが十分硬化する期間は薄肉鋼管が残存し、その後腐蝕して遮断性は失われるが、スパイラル鉄筋は合成樹脂コーティングされているので当然のことながら腐蝕しない。しかしながら、モルタル又はコンクリートは、薄肉鋼管の遮断性が失われる時期には、十分に緻密になり、棒鋼までのかぶり厚はスパイラル鉄筋の直径とほぼ同一程度と薄いものの効果的に塩類を遮断することができるので、棒鋼は合成樹脂コーティングされていなくても容易に腐蝕することはない。また、カゴ鉄筋は一部が薄肉鋼管に内接する形で設置されていることから、補強鉄筋が曲げ応力に対して効果的に作用することができる。

本発明の合成樹脂パイプに打込まれた小径鉄筋コンクリート杭は、合成樹脂パイプが塩類や酸を遮断することから耐蝕性に富む。また、カゴ鉄筋が一部が合成樹脂パイプに内接する形で設置されていることから、補強鉄筋が曲げ応力対して効果的に作用することができる。

本発明の杭の埋設方法によれば、長さや口径、地盤にもよるが、例えば口径１００ｍｍ、長さ３ｍ程度まででの杭であれば、杭を埋設する時の各部材が軽いので、手工具および手持ちのパワーツールを使用した人力による作業で埋設が可能となる。

本発明に係る第一の実施形態に係る杭を示す断面図である。 本発明のアンカー設置状況を示す断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る杭を示す断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る杭の打込み状況を示す図である。

本発明の第一の実施形態に係る外表面に薄肉鋼管１を有する小径鉄筋コンクリート杭は、図１に示すように、薄肉鋼管１、鋼製ヘッドＡ３１、フープ筋である合成樹脂コーティングスパイラル鉄筋４ａ、杭主筋となる棒鋼３、上部構造との接続に使用するアンカー６及びモルタル５から構成される。なお、合成樹脂コーティングスパイラル鉄筋４ａと棒鋼３を結束する結束材は図示していない。

本発明の第一の実施形態の薄肉鋼管１は、単管パイプ（外径４８．６ｍｍ、内径４５ミリ、肉厚１．８ｍｍ）と称されている鋼管であり、薄い亜鉛メッキが施されている。本発明の薄肉鋼管１は２００ｍｍ以下が好ましく、厚さも１〜３ｍｍ程度が好ましい。メッキの有無は問われない。

本第一の実施形態の鋼製ヘッドＡ３１は、ダクタル鋳鉄製で先端が円錐形状をなし、単管パイプを挿入する側の外径が５２．６ｍｍ、内径が４９．３ｍｍ、中に入るにつれて径が小さくなるテーパーを有している。１０ｍｍ内部に入った部分が４８．３ｍｍとなり、この部分に内部側に１ｍｍほど突出したリブがある。単管パイプをこの鋼製ヘッドＡ３１に叩き込むと、このリブ部分で単管パイプの端部が止まり嵌合して一体化する。

本発明の第一の実施形態の合成樹脂コーティングスパイラル鉄筋４ａは、塩化ビニルコーティングされた直径４ｍｍの鉄筋を加工し、曲げ直径４２ｍｍで、コーティング厚は、約０．２ｍｍとなっている。ピッチは４０ｍｍとしたが製造する段階ではピッチは４ｍｍ程度とし、カゴ鉄筋として組む時に伸ばして所定のピッチとした。コーティング合成樹脂は、ポリエチレン合成樹脂、エポキシ合成樹脂等、必要な機械特性と防蝕性を有する合成樹脂であれば採用できる。

本第一の実施形態の棒鋼３は、通常使用されている異形鉄筋のＤ６である。鉄筋コンクリート用の異形鉄筋であれば、エポキシ塗装鉄筋を含めていずれも使用できる。

本発明の第一の実施形態のアンカー６は、長ナット２１とボルト２０からなる。長ナット２１は、ボルト２０ともにＭ１０であり、長ナット２１はステンレス製で、長さ１００ｍｍの鋼製ボルトがねじ込まれ、鋼製ダブルナット２２で固定されている。カゴ鉄筋内に挿入できれば、通常使用されているアンカーが適用できる。

本発明の第一の実施形態のモルタル５は、ＰＣａ版の目地に充填される既調合のグラウトモルタルであり４０N／ｍｍ2の設計基準強度を有している。塩分濃度が高い場合や長期の耐久性が要求される場合には、高強度ＰＣａ版の目地に使用される８０〜１５０Ｎ／ｍｍ2の設計基準強度を有するグラウトモルタルを使用することもできる。杭の口径が８０ｍｍ以上になれば普通のモルタルを、杭の口径が１００ｍｍ以上となれば普通のコンクリートを充填することができる。

本発明の第一の実施形態に係る外表面に薄肉鋼管１を有する小径鉄筋コンクリート杭を工場で製作する場合の方法を示す。
所定寸法に切断した単管パイプを鋼製ヘッドＡに叩き込み一体化する。合成樹脂製の２ｍｍ幅の結束バンドを用いて組み上げたカゴ鉄筋を単管パイプ内に挿入した後、図２に示すようにアンカー６をグラウトの注入口１５を有するアンカー設置蓋１３にアンカー固定ボルト１４で固定し、さらにアンカー６が仮固定されたアンカー設置蓋１３を蝶ネジ１６で単管パイプの端部に取り付け固定した後、図示しない架台に略垂直に固定する。既調合のグラウトモルタルに所定量の水を加えて混練した後、前記注入口１５からグラウトモルタルを注入し、１日以上静置してから蝶ネジ１６を緩め、アンカー固定ボルト１４を外した後に、アンカー設置蓋１３を撤去し、さらに所定の強度が発生するまで養生して完成する。

本発明の第一の実施形態の完成した杭の従来の方法を利用した埋設方法について説明する。単なる単管パイプを杭として埋設する方法、オーガー等で単管パイプよりやや小さい穴を開けこの穴に差し込む方法、単に小型の振動打設機を用いて叩き込む方法、重機を利用し押し込む方法等の従来の埋設方法が採用できる。また本発明の完成した杭の埋設方法は、従来の小径杭の埋設方法又は準じた方法が適用できる。

次に、本発明の第一の実施形態に係る外表面に薄肉鋼管１を有する小径鉄筋コンクリート杭の本発明による埋設方法について説明する。
金属ヘッドＡに所定の長さの単管パイプを挿入して叩き込む。軟弱地盤であれば埋設位置に建込み、手持ちのハンマーや振動打撃機を用いて所定の深さまで打込む。打込めない固い地盤であればオーガー等で削孔しておく。以後の工程は、上記工場で実施する方法と同様にしてグラウトモルタルを注入して養生する。少なくとも１日以上静置してから蝶ネジ１６を緩め、アンカー固定ボルト１４を外した後に、アンカー設置蓋１３を撤去し、さらに所定の強度が発生するまで養生して完成する。上部構造物と接続するまでの間、アンカー６の上部となる長ナットにはボルトを挿入し、ゴミが入らないようにしておく。
本発明の第二の実施形態に係る外表面に合成樹脂パイプ２を有する小径鉄筋コンクリート杭は、図３に示すように、合成樹脂パイプ２、鋼製ヘッドＢ、スパイラル鉄筋４、杭主筋となる棒鋼３’、上部構造との接続に使用するアンカー６’及びモルタル５’から構成される。なお、スパイラル鉄筋４と棒鋼３’を結束する結束材は図示していない。

本発明の第二の実施形態の合成樹脂パイプ２は、住宅用丸たてどい（外径６０．２ｍｍ、内径５８ミリ、肉厚１．１ｍｍ）と称されている塩化ビニル樹脂製パイプである。前記合成樹脂パイプ２は１００ｍｍ以下が好ましく、厚さも１〜２ｍｍ程度が好ましい。

本発明の第二の実施形態の鋼製ヘッドＢは、ダクタル鋳鉄製で先端が円錐形状をなし、単管パイプを挿入する側の外径が６５．３ｍｍ、内径が６０．３ｍｍ、３０ｍｍ内部に入った部分に内部側に１ｍｍほど突出したリブがある。前記塩化ビニル樹脂製パイプにゴム系接着剤塗り付けて鋼製ヘッドＢ３２に差し込むことで一体化する。

本発明の第二の実施形態のスパイラル鉄筋４は、直径４ｍｍの鉄筋を加工し、曲げ直径５５ｍｍでピッチは４０ｍｍとしたが、製造する段階ではピッチは４ｍｍ程度とし、カゴ鉄筋として組む時に伸ばして所定のピッチとした。本第二の実施形態の棒鋼３’は、通常使用されている異形鉄筋のＤ６である。

本発明の第二の実施形態のアンカー６’は、第一の実施形態のアンカー６と同一形状である。カゴ鉄筋内に挿入できれば、通常使用されているアンカーが適用できる。

本発明の実施形態のモルタル５’は、ＰＣａ版の目地に充填される既調合のグラウトモルタルであり５０Ｎ／ｍｍ2の設計基準強度を有している。塩分濃度が高い場合や長期の耐久性が要求される場合には、１００〜１５０Ｎ／ｍｍ2の設計基準強度を有するグラウトモルタルを使用することもできる。杭の口径が８０ｍｍ以上になれば普通のモルタルを、杭の口径が１００ｍｍ以上となれば普通のコンクリートを充填することができる。

次に本発明の第二の実施形態に係る外表面に合成樹脂パイプ２を有する小径鉄筋コンクリート杭を工場で製作する場合の方法を示す。所定寸法に切断した住宅用丸たてどいに使用されている塩化ビニル樹脂パイプの端部に合成ゴム系の接着剤を塗り付けて鋼製ヘッドＢに差し込み一体化する。スパイラル鉄筋４、棒鋼３’を用いて組立てたカゴ鉄筋（防蝕処理されていない通常のもの）を塩化ビニル樹脂パイプ内に挿入した後、本発明の実施形態に係る外表面に単管パイプを有する小径鉄筋コンクリート杭を工場での製作する場合と同様にアンカー６’を設置し、グラウトモルタルを注入、養生して完成させる。
本発明の前記第二の実施形態の完成した杭の従来の方法を利用した埋設方法は、従来の小径杭の埋設方法又は準じた方法が適用できる。

次に、本発明の第二の実施形態に係る外表面に合成樹脂パイプ２を有する小径鉄筋コンクリート杭の本発明による埋設方法について説明する。
上記金属ヘッドＢに所定の長さの上記住宅用丸たてどいを挿入して接着し、一体化しておく。軟弱地盤であれば埋設位置に建込み、打撃用パイプ１０として管打ち金具１１を取り付けた単管パイプを上記住宅用丸たてどいに挿入し、上記単管パイプと上記丸たてどいとの隙間に楔１２を差し込んでから、管打ち金具１１を手持ちのハンマーや振動打撃機で叩いて所定の深さまで打込む。打込めない固い地盤であればオーガー等で削孔しておく。以後の工程は、上記の工場で実施する方法と同様にしてグラウトモルタルを注入して養生する。少なくとも１日以上静置してから蝶ネジを緩め、アンカー固定ボルトを外した後に、アンカー設置蓋１３を撤去し、さらに所定の強度が発生するまで養生して完成する。上部構造物と接続するまでの間、アンカー６’の上部となる長ナットにはボルトを挿入し、ゴミが入らないようにしておく。

なお、鋼製ヘッドＢは、合成樹脂製、例えば打撃部分を厚くした塩化ビニル樹脂のヘッドとしてもよく、この場合は、塩化ビニル樹脂用の接着材が効果を発揮するようスローテーパーを設け、密着させるようにするとよい。

１ 薄肉鋼管
２ 合成樹脂パイプ
３ ３’棒鋼
４ スパイラル鉄筋
４ａ 合成樹脂コーティングスパイラル鉄筋
５ ５’ モルタル
６ ６’ アンカー
１０ 打撃用パイプ
１１ 菅打ち金具
１２ 楔
１３ アンカー設置蓋
１４ アンカー固定ボルト
１５ 注入口
１６ 蝶ネジ
２０ ボルト
２１ 長ナット
２２ ダブルナット
３１ 鋼製ヘッドＡ
３２ 鋼製ヘッドＢ

Claims (5)

1. 薄肉鋼管内に、該鋼管に内接する形状の合成樹脂コーティングスパイラル鉄筋と、棒鋼からなるカゴ鉄筋が設置され、モルタル又はコンクリートが充填されたことを特徴とする小径鉄筋コンクリート杭。
2. 合成樹脂コーティングスパイラル鉄筋と棒鋼との結束が合成樹脂製のバンドで行われていることを特徴とする請求項1記載の小径鉄筋コンクリート杭。
3. 先端に尖った形状を有する鋼製ヘッドを固定した薄肉鋼管を埋設する位置に建込む工程と、前記薄肉鋼管上端部を打撃して所定位置まで埋設する工程と、合成樹脂コーティングされたスパイラル鉄筋と、棒鋼からなるカゴ鉄筋を挿入する工程と、モルタル又はコンクリートを打設する工程とを備えることを特徴とする小径鉄筋コンクリート杭の埋設方法。
4. 合成樹脂製パイプ内に、該パイプに内接する形状のスパイラル鉄筋と棒鋼からなるカゴ鉄筋が設置され、モルタル又はコンクリートが充填されたことを特徴とする小径鉄筋コンクリート杭。
5. 先端に尖った形状を有する鋼製ヘッドを固定した合成樹脂製パイプを埋設する位置に建込む工程と、前記鋼製ヘッドを前記合成樹脂製パイプ内部から打撃可能とする前記合成樹脂製パイプより長い打撃用棒状部材を内部に挿通する工程と、前記合成樹脂製パイプより突出した前記打撃用棒状部材端部を打撃して合成樹脂製パイプを所定位置まで埋設する工程と、前記打撃用棒状部材を引き抜く工程と、スパイラル鉄筋と棒鋼からなるカゴ鉄筋を挿入する工程と、モルタル又はコンクリートを打設する工程とを備えることを特徴とする小径鉄筋コンクリート杭埋設方法。

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