JP2018059294A - 建築物の基礎工事方法及び建築物の基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト力による鋼管杭の杭頭の位置ずれを、地中梁を用いることなく、簡便かつ確実に防止することができる建築物の基礎工事方法及基礎構造を提供する。【解決手段】建築物１の基礎工事方法は、フランジ状の杭頭プレート１３を有する複数の鋼管杭１０を地中に埋設する工程と、隣接する鋼管杭１０の杭頭プレート１３同士をコンクリート補強用の鉄筋２０で連結する工程と、鉄筋２０が埋没するようにコンクリートを打設して土間コンクリート３０を形成する工程を含む。これにより、杭頭プレート１３に接続される上部構造物４０から受けるスラスト力による杭頭間の開きを防止することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、鋼管杭を用いた建築物の基礎工事方法及び建築物の基礎構造に関するものである。

上部構造物を建設するとき、下端に螺旋翼を備えた複数の鋼管杭を地中に回転圧入して埋設し、その杭頭に溶接された杭頭プレートに、上部構造物の支柱用鋼管の下部をボルトによって結合する施工方法（特許文献１）が知られている。この特許文献１に示されるように、埋設現場における溶接作業を減少させるため、杭頭プレートは予め工場において鋼管杭の杭頭に溶接されている。

また特許文献２には、鋼管杭を地中に所定深さまで埋設したうえで、杭頭プレートに複数のボルト孔を形成し、これらのボルト孔を利用して上部構造物を結合することが記載されている。このため上部構造物の支柱用鋼管を、正確に各鋼管杭の杭頭プレートにボルトで結合することができる。

しかし図７に示すように、上部構造物１０１が山形ラーメン構造であるような場合には、上部構造物１０１の荷重によって支柱用鋼管１０２に曲げモーメントが発生し、支柱用鋼管１０２の下部に外向きのスラスト力が作用することがある。このため鋼管杭１０３を正確な位置に埋設したにもかかわらず、スラスト力によって杭頭が外側に押し拡げられ、杭頭プレート１０４の位置がずれてしまうことがあった。

この問題は、各鋼管杭１０３の間に大型の地中梁を設けることによって解消することができる。地中梁とは、独立した基礎の間を連結するために地中に形成された鉄筋コンクリート製の梁を意味するものである。しかし地中梁を設けるためには、工期と建設コストが大幅に増加するという問題があった。

特開２０１０−２８１０８１号公報 特許第５７０２４１０号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、スラスト力による鋼管杭の杭頭の位置ずれを、地中梁を用いることなく、簡便かつ確実に防止することができる建築物の基礎工事方法及び建築物の基礎構造を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の建築物の基礎工事方法は、フランジ状の杭頭プレートを有する複数の鋼管杭を地中に埋設する工程、隣接する前記鋼管杭の杭頭プレート同士をコンクリート補強用の鉄筋で連結する工程、および、前記鉄筋が埋没するようにコンクリートを打設して土間コンクリートを形成する工程を含むことを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するためになされた本発明の建築物の基礎構造は、フランジ状の杭頭プレートを有する、地中に埋設された複数の鋼管杭と、隣接する前記鋼管杭の杭頭プレート同士を連結するコンクリート補強用の鉄筋と、前記鉄筋が埋没された土間コンクリートと、を有することを特徴とするものである。

なお、前記鋼管杭が、前記杭頭プレートに固定されかつ当該杭頭プレートの径方向に突出する連結片を有し、前記鉄筋が、前記連結片に接続されている構造とすることができる。また、前記鉄筋が、前記杭頭プレートに溶接されている構造とすることができる。さらに、前記鋼管杭が、下端に螺旋翼を有している構造とすることができる。

本発明によれば、コンクリート補強用の鉄筋で、隣接する前記鋼管杭の前記杭頭プレート同士を連結するので、スラスト力による杭頭位置のずれを防止することができる。鉄筋は大きい引張強度を備えたものであるから、従来から用いられている土間コンクリート補強用の鉄筋を用いれば、スラスト力に耐えることができる。もし耐張力が不足する場合には、複数本の鉄筋で杭頭プレート同士を連結すればよい。このため、本発明によれば従来のような大型の地中梁を設ける必要がなくなり、工期と建設コストを大幅に低下させることができる。

実施形態の建築物の基礎構造を示す全体説明図である。 鋼管杭の杭頭プレート同士をコンクリート補強用の鉄筋で連結した状態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す要部の平面図である。 本発明の実施形態の要部を示す断面図である。 杭頭プレートと鉄筋とを連結片を用いて接続する形態を示す断面図である。 杭頭プレートと鉄筋とを直接接続する形態を示す部分断面図である。 従来の基礎構造を示す説明図である。

以下に図１を参照しつつ、本発明の実施形態の構成を説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る基礎構造を有する建築物１は、地中に埋設された複数の鋼管杭１０と、これらの鋼管杭１０間に配置されたコンクリート補強用の鉄筋２０と、前記鉄筋２０が埋没された土間コンクリート３０と、上部構造物４０とを有している。これと同様のものが、紙面手前−奥方向に複数並んでいる。

鋼管杭１０は、管状の支柱部１１と、支柱部１１の下端に設けられた埋設用の螺旋翼１２と、支柱部１１の杭頭（上端）に溶接されたフランジ状の杭頭プレート１３と、連結片１７とを有するものである。螺旋翼１２は工場において支柱部１１の下端に溶接されている。この実施形態では螺旋翼１２は対向位置に配置された２枚翼であるが、螺旋翼１２の形状は特に限定されるものではなく、鋼管杭１０を回転させながら地中に埋設することができるものであればその形状は任意である。なおトラック運搬の都合上、１本の鋼管杭１０の長さには制限があるから、必要な杭打深さが深い場合には、１本の鋼管杭１０を、複数の鋼管部分（すなわち、支柱部１１と螺旋翼１２とからなる下端部分、支柱部１１と杭頭プレート１３とからなる上端部分、および、必要に応じて下端部分と上端部分との間に配置される支柱部１１のみからなる中間部分）により構成し、現場においてこれら各部分を順次つなぎ合わせて埋設する。

杭頭プレート１３は平面視円形状または平面視円環状の鋼板からなり、支柱部１１の上端にその半径方向が支柱部１１の軸線に対して直交するように溶接されることにより、支柱部１１にフランジ状に取り付けられている。この杭頭プレート１３にはボルト孔が形成されており、後述する上部構造物４０の支柱用鋼管４１の下端に溶接されたフランジ４２がボルト結合されるものである。

連結片１７は、溶接によって杭頭プレート１３の下面に外側に突出するように一体に取り付けられている。

コンクリート補強用の鉄筋２０は、土間コンクリート３０とともに用いられる一般的な鉄筋であり、格子状に組み上げて用いられる。本実施形態では、複数の鋼管杭１０、１０の間に延びるコンクリート補強用の鉄筋２０の両端を杭頭プレート１３に取り付けられた連結片１７に溶接して接続することで隣接する鋼管杭１０、１０の杭頭プレート１３、１３同士を連結している（図３）。

土間コンクリート３０は、地面に直接、平面的に打ったコンクリートであり、本実施形態においては、杭頭プレート１３と後述するフランジ４２との接続部分および鉄筋２０が埋没するように打設される。

上部構造物４０は、山形ラーメン構造を採用しており、複数の支柱用鋼管４１と、支柱用鋼管４１の下端に溶接されたフランジ４２と、隣接する支柱用鋼管４１の上端を連結する斜梁４３と、を有している。

この建築物１において、鋼管杭１０と、コンクリート補強用の鉄筋２０と、土間コンクリート３０が基礎構造を構成する。

次に、本発明の実施形態に係る基礎構造の工事方法について、図２〜図６を参照して説明する。

まず図２に示すように、フランジ状の杭頭プレート１３を有する複数の鋼管杭１０を、所定深さまで地中に埋設する（埋設工程）。このためには、下端に螺旋翼１２を備えた鋼管杭１０を鉛直に支持し、回転式の杭打用重機によって予め設定された位置に回転圧入する。必要な杭打深さが深い場合には、複数の鋼管部分を順次つなぎ合わせて地中に圧入して行く必要がある。鋼管部分どうしのつなぎ合わせは現場溶接によるほか、テーパ状のリングを上下の鋼管部分の端部に取り付け、それらの外側に接合用リングを嵌めたうえ、鉛直方向の荷重を加えて圧接する方法を採用してもよい。現場溶接は、鋼管部分の周囲を移動しながら溶接する自動溶接機で行うことができる。

このようにして複数の鋼管杭１０を所定位置に、所定深さまで回転圧入する。各鋼管杭１０の杭頭の杭頭プレート１３は、必要な杭打深さを確保した上で図２に破線で示す床面レベルＬよりも下方となるように、鋼管杭１０の埋設量（長さ）を調整する。

次に、図３に示すように、コンクリート補強用の鉄筋２０の両端部を、隣接する鋼管杭１０の杭頭プレート１３に取り付けられた連結片１７に溶接して接続することで隣接する杭頭プレート１３、１３同士を連結する（連結工程）。周知のように、土間コンクリート３０を補強するための鉄筋２０は格子状に組まれるが、それらのうち隣接する鋼管杭１０、１０が並ぶ方向（図１の左右方向）に延びる鉄筋２０を選択して溶接する。その連結態様については、後述する。なお、図１の紙面手前−奥方向に隣接する鋼管杭１０、１０の杭頭プレート１３、１３同士を鉄筋２０で連結してもよい。

その後、図４に示すように、前記鉄筋２０が埋没するように、コンクリートを床面レベルＬとなるまで打設して土間コンクリート３０を形成する（コンクリート打設工程）。この結果、各鋼管杭１０の杭頭プレート１３及び鉄筋２０は打設された土間コンクリート３０中に完全に埋設された状態となる。なお、土間コンクリート３０の打設前に、上部構造物４０の支柱用鋼管４１のフランジ４２と杭頭プレート１３とをボルト結合してフランジ接続しておくことはいうまでもない。

その後に上部構造物４０の建設工事が行われると、上部構造物４０の重量によって支柱用鋼管４１の下部には従来と同様のスラスト力が発生する。しかし本実施形態では図１に示すように、支柱用鋼管４１の下部が固定される隣接する杭頭プレート１３、１３間はコンクリート補強用の鉄筋２０により連結されているため、スラスト力を受けても杭頭プレート１３、１３が外側に移動することがない。

次に、コンクリート補強用の鉄筋２０を杭頭プレート１３に溶接する各種の連結態様を説明する。図３、図４に示す実施形態では、杭頭プレート１３の下面に外側に突出するように連結片１７を溶接により取り付け、鉄筋２０のうちの２本の先端をこの連結片１７の上に載せて溶接している。図５（Ａ）に拡大図を示す。必要とされる強度によっては、鉄筋２０は１本であってもよく、３本以上であってもよい。このように杭頭プレート１３の下面外側に連結片１７を設ければ、杭頭プレート１３と支柱用鋼管４１のフランジ４２との接続に支障が生じない。

また図５の（Ｂ）に示すように、連結片１７に貫通孔を形成し、鉄筋２０の端部を直角に折り曲げて通して溶接してもよい。これにより端部の接続強度を高めることができる。鉄筋２０は現場にて端部を折り曲げても、予め工場において端部を折り曲げておいてもよい。

また図５の（Ｃ）に示すように、連結片１７を断面Ｌ型としてその垂直部分１８を杭頭プレート１３の外周面に溶接し、その水平部分１９に鉄筋２０の端部を載せて溶接してもよい。この場合でも杭頭プレート１３の外周面より内側に連結片１７が入り込まないので、杭頭プレート１３と支柱用鋼管４１のフランジ４２との接続に支障が生じない。

このように杭頭プレート１３に連結片１７を介して鉄筋２０の端部を取り付けるほか、図６（Ａ）に示すように杭頭プレート１３に鉄筋２０の先端を直接溶接することも可能である。また図６（Ｂ）に示すように、杭頭プレート１３を支柱用鋼管４１のフランジ４２よりも大型化しておき、貫通孔を形成して鉄筋２０の端部を直角に折り曲げて通し、溶接することもできる。さらに図６（Ｃ）に示すように、鉄筋２０の先端をＵ字状に折り返すことも可能である。これらの構造とすれば、鉄筋２０の端部の接続強度を高めることができる。また、図６（Ｂ）、（Ｃ）では杭頭プレート１３を支柱用鋼管４１のフランジ４２よりも大型化するために特殊加工が必要であることに鑑み、図６（Ｄ）に示すように、杭頭プレート１３とフランジ４２との間に補助プレート４４を配置して杭頭プレート１３、フランジ４２、補助プレート４４の３部材をボルト、ナット締めするようにしてもよい。補助プレート４４は、上記大型化した杭頭プレート１３と同等の寸法を有し、図６（Ａ）に示された杭頭プレート１３とフランジ４２よりも横方向（図６（Ｄ）では右横方向）へ突出している。そして、この補助プレート４４に鉄筋２０の先端部分が結合される。こうすれば、上記特殊加工は不要となり製作コストの増大を防ぐことができる。

なお、図１、図２では２本の鋼管杭１０の間のみに鉄筋２０を図示したが、実際には右側の鋼管杭１０の右側箇所や、左側の鋼管杭１０の左側箇所にも鉄筋２０が同様に配置され、当該箇所についても土間コンクリート３０が打設されることはいうまでもない。

このように、本発明は鋼管杭１０の上部に打設される土間コンクリート３０の補強用の鉄筋２０を利用してスラスト力を受ける構造であり、従来のように大型の地中梁を設ける必要がないから、工期と建設コストを大幅に低下させることができる。鉄筋２０は引張強度に優れているため、多くの場合には特別に太い鉄筋を用いなくてもよいが、上部構造物４０の形状や重量に応じて、通常よりも太い鉄筋を用いてもよい。

この鉄筋２０や杭頭プレート１３は土間コンクリート３０中に埋設されてしまうため、施工後の外観は従来と同様の美観を備えたものとなる。

上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１…建築物
１０…鋼管杭
１１…支柱部
１２…螺旋翼
１３…杭頭プレート
１７…連結片
１８…垂直部分
１９…水平部分
２０…鉄筋
３０…土間コンクリート
４０…上部構造物
４１…支柱用鋼管
４２…フランジ
４３…斜梁
Ｌ…床面レベルＬ
１０１…上部構造物（従来）
１０２…支柱用鋼管（従来）
１０３…鋼管杭（従来）
１０４…杭頭プレート（従来）

Claims (5)

1. フランジ状の杭頭プレートを有する複数の鋼管杭を地中に埋設する工程、
   隣接する前記鋼管杭の杭頭プレート同士をコンクリート補強用の鉄筋で連結する工程、および、
   前記鉄筋が埋没するようにコンクリートを打設して土間コンクリートを形成する工程を含むことを特徴とする建築物の基礎工事方法。
2. フランジ状の杭頭プレートを有する、地中に埋設された複数の鋼管杭と、
   隣接する前記鋼管杭の杭頭プレート同士を連結するコンクリート補強用の鉄筋と、
   前記鉄筋が埋没された土間コンクリートと、を有することを特徴とする建築物の基礎構造。
3. 前記鋼管杭が、前記杭頭プレートに固定されかつ当該杭頭プレートの径方向に突出する連結片を有し、
   前記鉄筋が、前記連結片に接続されていることを特徴とする請求項２記載の建築物の基礎構造。
4. 前記鉄筋が、前記杭頭プレートに溶接されていることを特徴とする請求項２記載の建築物の基礎構造。
5. 前記鋼管杭が、下端に螺旋翼を有していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の建築物の基礎構造。