JP2018040179A - 杭 - Google Patents

Abstract

【課題】変形性能が高く、施工も容易な杭を提供する。【解決手段】SC杭１は、鋼管３、筒体５、端板７、内側補強体９、充填材１１等を有する。SC杭１は、筒体５の内側に内側補強体９と充填材１１を設けることによって筒体５のコンクリートの拘束効果を発揮させ、以て脆性破壊を防ぎ変形性能を高めたものである。鋼管３は筒体５の軸方向の全長に亘って設けられる。内側補強体９は筒状部９１とフランジ部９２を有し、フランジ部９２を端板７に重ねて配置し、筒状部９１を筒体５の内側に挿入するようにして取付けられる。充填材１１は、筒体５と内側補強体９の間に充填される。【選択図】図１

Description

本発明は、杭に関する。

建物の杭基礎等に、杭体を工場にて製造した既製杭を用いることがある。既製杭の種類としては、外殻鋼管付きコンクリート杭（SC杭）、遠心力プレストレスト鉄筋コンクリート杭（PRC杭）、プレテンション方式遠心力高強度プレストレストコンクリート杭（PHC杭）などがある（例えば、特許文献１−３参照）。

これらの既製杭は、高強度コンクリートを使用し遠心成形により製造された円筒状の杭体を有するが、曲げモーメント等が加わった際の杭体の変形性能に乏しく、杭体のコンクリートが圧壊して内側にコンクリート片が剥落し、脆性的な破壊に至りやすいという問題がある。

そのため、既製杭の変形性能を改善すべく、杭体の内側に中詰コンクリートを設ける方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。杭体の内側に中詰コンクリートを充填し、拘束コンクリートとして挙動させ、以て脆性破壊を防ぎ変形性能を高めることができる。

特開2012-162983号公報 特開2012-224991号公報 特開2002-309572号公報

長江拓也、林静雄、香取慶一「PRC杭の終局性能に関する評価」、コンクリート工学、Vol.41,No.8,2003.8

しかしながら、杭体の内側に中詰コンクリートを設ける方法は施工性の面で課題がある。すなわち、現場での杭打ち込み以前に中詰コンクリートを設けると、打ち込み時に杭体が沈降しなくなる恐れがある。また、杭打ち込み後に中詰コンクリートを設ける場合、杭打ち込み時に生じる杭体内側のソイルセメントを除去するために工期が長期化する懸念がある。また中詰コンクリートは必要な範囲に設けるが、その位置管理も難しい。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、変形性能が高く、施工も容易な杭を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明は、コンクリート製の筒体と、前記筒体の端面に設けられた端板と、前記筒体の外周面に設けられた筒状の外側補強体と、前記筒体の内側に設けられた筒状の内側補強体と、前記筒体と前記内側補強体との間に充填された充填材と、を具備することを特徴とする杭である。

本発明では、筒体の内側に内側補強体を設け、筒体と内側補強体との間に充填材を充填することで、筒体のコンクリートに対する拘束効果を発揮させることができる。これにより、前記したように中詰コンクリートを設ける場合と同様、筒体のコンクリートが圧壊して内側にコンクリート片が剥落するのを防止し、脆性破壊を防いで杭の変形性能が向上する。且つ本発明では筒体の内側に中詰コンクリートを設ける必要が無くなるので、杭打ち込みに支障が生じることはなく、施工も容易になる。また充填材によって筒体の製造時に生じる内周面の不陸を吸収し、内側補強体による拘束効果を好適に発揮させることができる。

前記外側補強体は前記筒体の全長に亘って配置される。あるいは、前記外側補強体は前記筒体の軸方向の中央部を除く部分に配置される。
本発明はSC杭にもPHC杭、PRC杭にも適用でき、SC杭の場合、外側補強体は筒体の全長に亘って配置される。PRC杭やPHC杭の場合、外側補強体は筒体の軸方向の中央部を除く部分に配置される。

前記内側補強体は、例えば筒状部と環状のフランジ部を有し、前記フランジ部と前記端板とが重ねて配置され接合される。前記フランジ部と前記筒状部とが、前記筒状部より引張耐力の小さい接合部で接合されてもよい。
内側補強体を筒状部と環状のフランジ部によって構成し、フランジ部と筒体の端板とを接合することで、内側補強体を容易に取付けることができ、内側補強体を充填材の充填時の型枠とすることもできる。内側補強体のフランジ部と筒状部を引張耐力の小さい接合部で接合することで、杭に曲げモーメントが加わった際に杭の一方の側部で内側補強体が曲げモーメントを負担して反対側にある筒体のコンクリートに過度な圧縮力が加わるのを防ぐことができる。

前記端板は環状であり内縁部が前記筒体の内側に張り出すように設けられ、前記内側補強体が前記端板の内縁部に接合されてもよい。
これにより、杭を上下に接続しやすくなる。

本発明によれば、変形性能が高く、施工も容易な杭を提供できる。

SC杭１を示す図。 内側補強体９を示す図。 SC杭１の製造方法を示す図。 SC杭１’を示す図。 SC杭１に加わる曲げモーメントMを示す図。 内側補強体９ａ、９ａ’を示す図。 SC杭１ａを示す図。 PHC杭３１を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。

[第１の実施形態]
図１は本発明の第１の実施形態に係る杭であるSC杭１を示す図である。図１（ａ）はSC杭１の軸方向に沿った断面を示す図であり、図１（ｂ）はSC杭１の端部の斜視図である。

SC杭１は、鋼管（外側補強体）３、筒体５、端板７、内側補強体９、充填材１１等を有する外殻鋼管付きコンクリート杭（既製杭）である。このSC杭１は、筒体５の内側に内側補強体９と充填材１１を設けることによって筒体５のコンクリートの拘束効果を発揮させ、以て脆性破壊を防ぎ変形性能を高めたものである。

鋼管３は、筒体５の外周面を覆うように設けられる筒状の補強体である。鋼管３は、筒体５の軸方向の全長に亘って配置される。

筒体５は、高強度コンクリート製の略円筒状の杭体であり、遠心成形により製造される。

端板７は、筒体５の軸方向の両端面に設けられる環状の板材であり、鋼板等が用いられる。端板７と鋼管３の端部は図示しない溶接部により接合される。

内側補強体９は、筒体５の内側に設けられる筒状の補強体である。図２は内側補強体９を示す斜視図である。図２に示すように、内側補強体９は筒状部９１とフランジ部９２を有する。

筒状部９１は略円筒状の部材であり、例えば鋼管が用いられる。フランジ部９２は筒状部９１の端部から外側に張り出すように設けられる環状の板材であり、鋼板等が用いられる。

本実施形態では、筒状部９１の端部とフランジ部９２の内縁部が溶接部９５で溶接され、筒状部９１とフランジ部９２が接合されて一体化される。溶接部９５は完全溶け込み溶接とする。

図１に示すように、内側補強体９は、フランジ部９２を前記の端板７に重ねて配置し、筒状部９１を筒体５の内側に挿入するようにして取付けられる。フランジ部９２は、外周部に沿った溶接部１７で溶接を行うことで端板７に接合され、筒状部９１は筒体５の端面から軸方向の中央部に向かって所定長さの範囲に設けられる。なお、図１（ａ）の９７は、溶接部９５にて完全溶け込み溶接を行う際に用いる当て板である。

充填材１１は、筒体５と内側補強体９の間に充填される。充填材１１には例えば無収縮モルタルや高流動コンクリートなどが用いられる。充填材１１は、筒体５の製造時に筒体５の内周面に生じる不陸を吸収し、内側補強体９による筒体５のコンクリートの拘束効果を確実に発揮させる役割を有する。以上の内側補強体９、充填材１１は筒体５の軸方向の両端部で設けられるが、杭頭側の端部のみで設けてもよい。

SC杭１を製造するには、まず図３（ａ）に示すように、従来の製造方法によって鋼管３、筒体５、端板７等からなるSC杭を製造する。その後、図３（ｂ）に示すように、このSC杭に前記したように内側補強体９を取付ける。そして、この内側補強体９を型枠として用い、図３（ｃ）に示すように筒体５と内側補強体９の間に充填材１１を充填することで、前記のSC杭１が製造される。

このように、本実施形態では、SC杭１の筒体５の内側に内側補強体９を設け、筒体５と内側補強体９との間に充填材１１を充填することで、筒体５のコンクリートに対する拘束効果を発揮させることができる。これにより、前記したように中詰コンクリートを設ける場合と同様、SC杭１に曲げモーメント等が加わった際に筒体５のコンクリートが圧壊して内側にコンクリート片が剥落するのを防止し、脆性破壊を防いでSC杭１の変形性能が向上する。

且つ本実施形態では筒体５の内側に中詰コンクリートを設ける必要が無くなるので、SC杭１の現場打ち込みに支障が生じることはなく、施工も容易になる。また充填材１１によって筒体５の製造時に生じる内周面の不陸を吸収し、内側補強体９による拘束効果を好適に発揮させることができる。加えて、SC杭１は、従来のSC杭の製造工程の後に付加的な工程を行うだけで製造できるので、従来の製造ラインをそのまま利用して製造できる。

また内側補強体９を筒状部９１と環状のフランジ部９２によって構成し、フランジ部９２と端板７を接合することで、内側補強体９を容易に取付けることができ、内側補強体９を充填材１１の充填時の型枠とすることもできる。なお、本実施形態では端板７と内側補強体９のフランジ部９２とを溶接部１７で接合したが、接合方法はこれに限らない。図４のSC杭１’に示すように、端板７と内側補強体９のフランジ部９２とをボルト２５を用いて接合してもよい。

以下、本発明の別の例について第２〜第４の実施形態として説明する。各実施形態は、それまでに説明した実施形態と異なる点について主に説明し、同様の点については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。また、第１の実施形態も含め、各実施形態で説明する構成は必要に応じて組み合わせることが可能である。

[第２の実施形態]
前記したSC杭１では、図５に示すような曲げモーメントMが杭頭に加わった場合、SC杭１の一方の側部（図５の例では右側部）において、鋼管３が曲げモーメントMを負担して生じる引張力Tに加えて、内側補強体９の筒状部９１が曲げモーメントMを負担することによる引張力T’が生じる。そのため、SC杭１の反対側の側部（図５の例では左側部）において、上記の引張力(T+T’)と釣り合う圧縮力C(=T+T’)が大きくなり、筒体５のコンクリートの圧壊を早める可能性がある。

筒体５のコンクリート強度が十分に高い場合や、充填材１１の厚さが十分に厚い場合など、内側補強体９の筒状部９１が曲げモーメントMを負担しても筒体５のコンクリートの圧壊に影響を及ぼさない場合は良いが、上記のように内側補強体９の筒状部９１が曲げモーメントMを負担することで筒体５のコンクリートの圧壊が早まる可能性がある場合は、筒状部９１とフランジ部９２とを第１の実施形態のように一体化せずに部分的に接合し、筒状部９１の引張耐力よりも接合部の引張耐力を低くすればよい。

例えば図６（ａ）の内側補強体９ａの例では、薄厚の鋼板９３を隅肉溶接等によって筒状部９１とフランジ部９２を跨ぐように取付け、筒状部９１とフランジ部９２を内周面で接合する。鋼板９３は当該内周面に沿って間隔を空けて複数配置され、これにより筒状部９１とフランジ部９２の接合部９４が構成される。この接合部９４の引張耐力は筒状部９１より低く、前記の引張力T’に対し接合部９４が早期に破断し、内側補強体９ａの筒状部９１が曲げモーメントMを負担しないようにすることで、筒体５のコンクリートに過度な圧縮力Cが発生するのを防ぎ、その圧壊を抑制できる。

一方、図６（ｂ）の内側補強体９ａ’の例では、筒状部９１とフランジ部９２の溶接部９６（接合部）を部分溶け込み溶接としている。この例では、溶接部９６の引張耐力が、溶接部９６ののど厚、溶接長さ（筒状部９１の内周面の周方向の長さ）、および溶接強度（溶接金属の引張強度等によって定まる）から求められるので、この引張耐力を筒状部９１より低く定めるとよい。

[第３の実施形態]
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７（ａ）は、第３の実施形態に係るSC杭１ａの軸方向の端部を示す図である。

このSC杭１ａは、その端部の構成において第１の実施形態と異なる。すなわち、図７（ａ）に示すSC杭１ａでは、端板７ａの内縁部が筒体５の内側に張り出しており、当該内縁部に内側補強体９ｂの筒状部９１が直接接合される。接合方法は特に問わず、第１の実施形態のような完全溶け込み溶接、第２の実施形態のような鋼板による接合や部分溶け込み溶接を行うことが可能である。内側補強体９ｂは筒状部９１のみで構成されており、前記のようなフランジ部９２は省略される。

本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、SC杭１ａの端板７ａ同士を溶接等により直接接合することで、SC杭１ａを上下に接続し長くして用いることができる。第１の実施形態のように内側補強体９のフランジ部９２が端板７に重ねられている場合（図１等参照）、フランジ部９２が接合の障害となるが、本実施形態ではそのようなことがなく、SC杭１ａを上下に接続しやすい。

なお、上記した端部の構成はSC杭１ａの杭頭部に適用することも可能であり、SC杭１ａの一方の端部のみに適用しても両端部に適用してもよい。図７（ｃ）に示すように、図７（ｂ）のSC杭１ａ、１ａの間に、両端部を上記した構成としたSC杭１ａを用い、SC杭１ａをさらに長く接続して用いることも可能である。

[第４の実施形態]
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、既製杭であるPHC杭やPRC杭に前記した内側補強体を用いる例である。

図８はPHC杭３１の例であり、PHC杭３１の軸方向に沿った断面を示す図である。このPHC杭３１は、外側補強体３３、筒体３５、端板３７、内側補強体９、充填材１１、緊張材４１等を有する。

筒体３５、端板３７は、前記の筒体５、端板７と同様である。また本実施形態でも内側補強体９が前記と同様に取付けられる。すなわち、フランジ部９２が溶接部３９によって端板３７に接合され、筒状部９１が筒体３５の内側に挿入される。充填材１１も第１の実施形態と同様に設けられる。

外側補強体３３は、筒体３５の軸方向の端部付近の外周面を覆うように設けられ、筒体３５の軸方向の中央部を除く部分に配置される。外側補強体３３は鋼製の筒状体であり、例えば鋼管である。外側補強体３３の端部と端板３７は、溶接等により接合される。

なお、外側補強体３３は、PHC杭の外周面に設けられる一般的な補強バンドより長いものとなっており、筒体３５の端面からの長さが、内側補強体９の筒状部９１よりも大きい。

緊張材４１は、筒体３５に軸方向のプレストレスを導入するための鋼材であり、PC鋼材等が用いられる。緊張材４１は、筒体３５の軸方向に沿って筒体３５に埋設され、その端部が端板３７に定着される。

この第４の実施形態のPHC杭３１でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。同様の構成は、緊張材４１に加えて軸方向の補強筋を筒体３５に埋設したPRC杭にも適用できる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１'、１ａ：SC杭
３：鋼管
５、３５：筒体
７、７ａ、３７：端板
９、９ａ、９ａ'、９ｂ：内側補強体
１１：充填材
１７、３９、９５、９６：溶接部
２５：ボルト
３１：PHC杭
３３：外側補強体
４１：緊張材
９１：筒状部
９２：フランジ部
９３：鋼板
９４：接合部
９７：当て板

Claims (6)

1. コンクリート製の筒体と、
   前記筒体の端面に設けられた端板と、
   前記筒体の外周面に設けられた筒状の外側補強体と、
   前記筒体の内側に設けられた筒状の内側補強体と、
   前記筒体と前記内側補強体との間に充填された充填材と、
   を具備することを特徴とする杭。
2. 前記外側補強体は前記筒体の全長に亘って配置されることを特徴とする請求項１記載の杭。
3. 前記外側補強体は前記筒体の軸方向の中央部を除く部分に配置されることを特徴とする請求項１記載の杭。
4. 前記内側補強体は、筒状部と環状のフランジ部を有し、
   前記フランジ部と前記端板とが重ねて配置され接合されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の杭。
5. 前記フランジ部と前記筒状部とが、前記筒状部より引張耐力の小さい接合部で接合されたことを特徴とする請求項４記載の杭。
6. 前記端板は環状であり内縁部が前記筒体の内側に張り出すように設けられ、
   前記内側補強体が前記端板の内縁部に接合されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の杭。

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