JP2018159179A

JP2018159179A - 杭基礎構造およびその構築方法

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Publication number: JP2018159179A
Application number: JP2017055453A
Authority: JP
Inventors: 岡崎　浩徳; Hironori Okazaki; 浩徳岡崎
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: JP6916643B2

Abstract

【課題】杭と柱の接合箇所において芯ずれを吸収するために杭頭接合周囲体が大きくなるのを抑制できる杭基礎構造およびその構築方法を提供する。【解決手段】地中に打ち込まれた杭１と、上記杭１よりも細く、当該杭１の上部に立設された杭頭部１１と、上記杭頭部１１の周囲を囲う鋼製の杭頭接合周囲体２と、上記杭頭接合周囲体２内に入り込むとともに上記杭頭部１１の上部側が挿入された柱脚部５１と、上記杭頭接合周囲体２内および上記柱脚部５１内に充填されたコンクリート３と、を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、地中に打ち込まれた杭の杭頭部に鋼管からなる接合体が設けられた杭基礎構造およびその構築方法に関する。

特許文献１には、地面に打ち込まれた鋼管杭の杭頭天面高さ位置から所定の寸法下方の位置において、鋼管杭の内部に内プレートが設置されると共に、鋼管杭の杭頭内部に内プレートを受けとしてコンクリートが打設され、該コンクリートにアンカーボルトが植設され、該アンカーボルトで鉄骨柱のベースプレートがジョイントされている鉄骨柱と鋼管杭のジョイント構造が開示されている。この構造であれは、杭が多少の芯ずれを起こして地面に打ち込まれたとしても、この杭と柱の接合部において上記芯ずれを吸収することが可能となる。

また、特許文献２には、上部外周に複数のずれ止めリングが取付けられ地盤に建込まれる杭と、該杭の杭頭部に設置される垂直位置調整治具と、コンクリートの充填穴を有し上部構造物が接合されるトッププレートが上端部に設けられ、下部内周面にずれ止めリングが取付けられて上記杭の上部に嵌合され上記トッププレートが上記垂直位置調整治具上に載置される接合治具と、該接合治具の下端部を閉塞する閉塞板と、上記充填穴から接合治具内に充填されるコンクリートとを備えた杭と上部構造物との接合構造が開示されている。

特許第４５４５４７０号特許第４６５７０２８号

ところで、杭と柱の接合にアンカーボルトを用いると、上記柱に対する横方向の荷重によって、上記アンカーボルトが伸びて柱が傾き建物の層間変形が大きくなるおそれがある。この点、特許文献１に開示の技術では、柱と杭の接合箇所がコンクリートで固められるため、上記の柱傾きの恐れは小さい。しかしながら、杭の打ち込みの芯ずれを杭と柱の接合部において吸収するために外鋼管が大きくなるという欠点がある。また、柱の設置と基礎工事を同時進行で行う必要がある。

一方、特許文献２に開示の技術でも、杭の打ち込みの芯ずれを杭と柱の接合部において吸収するために接合治具を大きくする必要がある。また、柱の設置と基礎工事を同時進行で行う必要がある。

この発明は、上記の事情に鑑み、杭と柱の接合箇所において芯ずれを吸収するために杭頭接合周囲体が大きくなるのを抑制できる杭基礎構造およびその構築方法を提供することを目的とする。

この発明の杭基礎構造は、上記の課題を解決するために、地中に打ち込まれた杭と、上記杭よりも細く、当該杭の上部に立設された杭頭部と、上記杭頭部の周囲を囲う鋼製の杭頭接合周囲体と、上記杭頭接合周囲体内に入り込むとともに上記杭頭部の上部側が挿入された柱脚部と、上記杭頭接合周囲体内および上記柱脚部内に投入されたコンクリートと、を備えることを特徴とする。

上記の構成であれば、上記杭の打ち込みの芯ずれに対しては、上記杭よりも細い上記杭頭部に対して上記柱脚部および上記杭頭接合周囲体を既定の位置にずらせばよいので、上記杭頭部との接触を回避するための上記柱脚部側で設定する空隙領域を、上記杭自体に対して設定する場合の空隙領域に比べて狭くできる。これにより、上記杭頭接合周囲体の横幅を小さくしてスリム化を図りつつ、上記芯ずれの解消を図ることができる。また、上記杭頭部の上部側が上記柱脚部内に挿入されるので、上記杭と上記柱脚部との接合強度を向上させることができる。また、上記杭頭部の上部側を上記柱脚部内に位置させない構造に比べて、上記杭頭接合周囲体の高さを低くすることが可能になる。

上記柱脚部は、柱本体と別体であって当該柱本体に接続されてもよい。これによれば、基礎工事において柱全体ではなく、上記柱脚部を配置し、この柱脚部内および上記杭頭接合周囲体内に上記コンクリートを投入して基礎工事を終わらせた後に、建て方において柱本体を建てる作業を行っていくことができる。

上記杭頭部は上記杭の上部側に投入されたコンクリートによって立設されていてもよい。或いは、上記杭頭部は上記杭の上面に取り付けられた板部に固定されていてもよい。

上記杭頭接合周囲体の下部の内側に開口を有する底板が設けられていてもよい。上記底板によって上記杭頭接合周囲体に基礎梁が接合されることに対する強度向上を図ることができる。上記開口の直径は上記杭の直径よりも小さくてもよい。また、上記杭頭接合周囲体の下端が上記底板よりも下方に突出していてもよい。

上記杭頭接合周囲体内に上記柱脚部を支持する支持部が設けられていてもよい。これによれば、当該杭基礎構造の構築において、上記柱脚部を支持した状態で上記コンクリートを投入することができる。また、上記支持部は上記柱脚部の水平方向の位置ずれを規制する手段を備えてもよい。これによれば、上記コンクリートの投入で上記柱脚部が水平方向に位置ずれするのを防止することができる。

また、この発明の杭基礎構造を構築する方法は、杭を地中に打ち込む工程と、上記杭の上部側に当該杭よりも細い杭頭部を立設する工程と、上記杭頭部を囲うように杭頭接合周囲体を配置する工程と、柱脚部の下部側を上記杭頭接合周囲体内に位置させるとともに、上記杭頭部の上部側を下面側の開口から挿入させる工程と、コンクリートを上記杭頭接合周囲体内および上記柱脚部内に投入する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明であれば、杭と柱の接合箇所において芯ずれを吸収するために杭頭接合周囲体が大きくなるのを抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施形態にかかる杭基礎構造を構築する方法の途中段階を示した説明図である。図１の実施形態にかかる杭基礎構造の断面を示した説明図である。図１の実施形態にかかる杭基礎構造の斜視説明図である。本発明の他の実施形態にかかる杭基礎構造を構築する方法の途中段階を示した説明図である。図４の実施形態にかかる杭基礎構造の断面を示した説明図である。

以下、この発明の実施形態に係る杭基礎構造を添付図面に基づいて説明する。図１は、この実施形態に係る杭基礎構造を構築する方法の途中段階を示しており、図２および図３はこの実施形態に係る杭基礎構造を示している。

この実施形態に係る杭基礎構造では、例えば、円形鋼管からなる杭１が根切り箇所１００の地中に打ち込まれている。この杭１の上端は、上記根切り箇所１００の底面から多少突出していてもよいし、突出していなくてもよい。上記杭１の上部側には、上記杭１の内径よりも小径の杭頭部１１が設けられている。この杭頭部１１は、例えば、金属製のボルト状部材１１ａを、その頭部が下向きになるように配置されてなり、当該ボルト状部材１１ａの先端螺子部に当該ボルト状部材１１ａの直径よりも大きなナット１１ｂを設けた構造を有している。そして、上記杭１の上部側にはコンクリート１２が１ｍ程度の深さで充填されており、硬化したコンクリート１２によって上記杭頭部１１が立設支持されている。なお、上記杭頭部１１の上記のボルト状の構造として他のボルト状の構造を用いてもよいし、また、上記杭頭部は上記のボルト状の構造に限らず、例えば、複数本の鉄筋を杭内において杭内径よりも小径の環状に配置した構造とすることもできる。

上記杭頭部１１の周囲を囲うように角形鋼管からなる杭頭接合周囲体２が配置されている。この杭頭接合周囲体２の上面部には、トッププレート２２が設けられている。このトッププレート２２は、後述する例えば角形鋼管からなる柱脚部５１が挿入される開口２２ａを有する。

上記杭頭接合周囲体２の側面には、地中梁４が取り付けられる。もちろん、地中梁４に限らず、地中に完全に埋まらない基礎梁とすることもできる。上記地中梁４は、例えば、Ｈ形鋼からなり、端面にエンドプレート４ａを有している。このエンドプレート４ａには、水平方向に挿通孔が複数形成されている。また、上記杭頭接合周囲体２の側面にも、上記エンドプレート４ａの上記挿通孔の配置に対応した配置で水平方向に挿通孔が複数形成されている。上記地中梁４は、上記挿通孔を通して設けられたボルト・ナット４１によって、上記杭頭接合周囲体２の側面に固定される。上記ボルト・ナット４１による締結作業は、上記コンクリート３が未投入の段階で、作業者が上記開口２２ａから手を入れて行うことができる。

上記杭頭接合周囲体２の内壁面には、その高さ方向略中間位置において上記柱脚部５１を支持する支持板２５が固定されている。上記支持板２５には位置ずれ防止用のピン２５ａが立設されている。そして、上記柱脚部５１の下部側は上記杭頭接合周囲体２内に入れられており、この下部側に設けられている下部板部５１ａの水平方向突出部に形成されたピン挿通穴に上記ピン２５ａが挿通されている。なお、上記支持板２５を内ダイヤフラムのような環状形板とし、この環状形板にコンクリートを通過させる貫通孔を形成しておいてもよい。

また、上記下部板部５１ａには、例えば円形の開口５１ｂが形成されており、この開口５１ｂから上記杭頭部１１の上部（ナット１１ｂ）が上記柱脚部５１内に入り込んでいる。上記開口５１ｂの直径および上記柱脚部５１の本体部内径は、上記杭１の打ち込み誤差（例えば、１００ｍｍ程度）を吸収できるように設定されている。

上記柱脚部５１の上部側は上記開口２２ａを越えて上記杭頭接合周囲体２の上側に突出されている。また、上記柱脚部５１の上端部には、上部板部５１ｃが設けられている。上記上部板部５１ｃには、例えば円形の開口５１ｄが形成されており、この開口５１ｄからコンクリート３が充填できるようになっている。

また、上記上部板部５１ｃの水平方向突出部には、柱本体５のベースプレート５ａをボルト・ナット５２によって固定することができる。すなわち、この実施形態では、上記柱脚部５１は、柱本体５と別体であって当該柱本体５に接続される構造となっている。なお、上記接続は、ボルト・ナット５２に限らず、溶接を用いてもよい。

上記柱脚部５１の上記開口５１ｄからコンクリート３が充填されると、上記杭頭接合周囲体２内、上記柱脚部５１内、および上記杭頭部１１の周囲に上記コンクリート３が満たされ、これら杭頭接合周囲体２内、上記柱脚部５１内、および上記杭頭部１１がコンクリート３によって一体化された構造となる。また、上記杭頭接合周囲体２の下方へのコンクリート流出によって、当該杭頭接合周囲体２の下側にも上記コンクリート３が存在する。なお、上記ピン２５ａによって、上記コンクリート３の投入圧による上記柱脚部５１の水平方向の位置ずれが防止される。上記ピン２５ａに代えてボルト等を用いた位置ずれ防止手段を採用することもできる。なお、上記柱脚部５１の上記開口５１ｄからコンクリート３が充填されることに限らず、上記杭頭接合周囲体２の下側からコンクリート３を充填してもよく、また、上記トッププレート２２に空気抜け孔を形成しておいてもよい。また、上記コンクリート３を上記杭頭接合周囲体２内にフルに充填するのではなく、上記トッププレート２２の下面の例えば下５０ｍｍ程度のところまで投入し、このコンクリート３上に無収縮モルタルを充填するようにしてもよい。

ここで、上記杭頭接合周囲体２は、例えば、上記柱脚部５１を上記支持板２５に支持させない状態で、クレーンによって持ち上げられて、当該杭頭接合周囲体２内に上記杭頭部１１が入り込むように降下される。そして、上記柱脚部５１を上記杭頭接合周囲体２内に入れる前に、先述したように、上記ボルト・ナット４１による締結作業を、作業者が上記開口２２ａから手を入れて行うこととすることで、上記杭頭接合周囲体２のスリム化が図れる。もちろん、上記柱脚部５１を上記支持板２５に支持させた状態で、クレーンによって持ち上げて、当該杭頭接合周囲体２内および上記開口５１ｂ内に上記杭頭部１１が入り込むように降下させることもできる。上記杭頭接合周囲体２内に上記杭頭部１１を入り込ませるとき、上記杭１の打ち込み位置に誤差が生じていたとしても、上記柱脚部５１に形成された上記開口５１ｂの直径および上記柱脚部５１の本体部内径は、上記杭１の打ち込み誤差を吸収できる大きさに設定されているので、当該杭頭接合周囲体２を規定の位置に設置することができる。また、この設置においては、例えば、上記杭頭接合周囲体２の下の４か所に断面略Ｌ字形の部材を介在させて設置高さ調整等を行うことができる。また、この設置においては、上記杭頭接合周囲体２の下側において、上記根切り箇所１００の底面との間に隙間が形成されることになる。上記充填された上記コンクリート３が上記隙間から漏れ出る場合には、上記杭頭接合周囲体２の下部の外周側に堰き止め板（枠）６を配置して上記隙間から漏れ出ようとする上記コンクリート３を堰き止めるようにしてもよい。

また、上記杭基礎構造を構築する方法の一形態は、上述したように、上記杭１を地中に打ち込む工程と、上記杭１の上部側に当該杭１よりも細い杭頭部１１を立設する工程と、上記杭頭部１１を囲うように杭頭接合周囲体２を配置する工程と、柱脚部５１の下部側を上記杭頭接合周囲体２内に位置させるとともに、上記杭頭部１１の上部側を下面側の開口５１ｂから挿入させる工程と、上記杭頭接合周囲体２に地中梁を取り付ける工程と、コンクリート３を上記杭頭接合周囲体２内および上記柱脚部５１内に充填する工程と、を有する。なお、上記地中梁を取り付ける工程については、上記Ｈ形鋼からなる地中梁４を締結で締結する方法の他、例えば、地中梁を鉄筋コンクリート造りとするときの鉄筋となる部材を上記杭頭接合周囲体２に取り付ける方法等もある。また、上記柱脚部５１を上記杭頭接合周囲体２内にセットした状態で当該杭頭接合周囲体２を上記杭頭部１１上に配置してもよいし、上記杭頭接合周囲体２を上記杭頭部１１上に配置した後に上記柱脚部５１を上記杭頭接合周囲体２内にセットしてもよい。また、上記コンクリート３の充填は土間コンクリートを打つ際に行うようにしてもよい。

上記杭基礎構造であれば、上記杭頭部１１の周囲を囲う鋼製の杭頭接合周囲体２とこの杭頭接合周囲体２内に充填された上記コンクリート３とによって、柱脚部分においていわゆるＣＦＴ（Concrete Filled Steel Tube）構造が得られる。そして、上記杭１よりも細い上記杭頭部１１が上記杭頭接合周囲体２内に存在することで、半剛接合構造が得られることになる。

また、上記杭１の打ち込みの芯ずれに対しては、上記杭１よりも細い上記杭頭部１１に対して上記柱脚部５１および上記杭頭接合周囲体２を既定の位置にずらせばよいので、上記杭頭部１１との接触を回避するための上記柱脚部５１側で必要となる空隙領域を、上記杭自体に対して設定する場合の空隙領域に比べて狭くできる。これにより、上記芯ずれの解消を図りつつ、上記杭頭接合周囲体２の横幅を小さくしてスリム化することができる。なお、上記の芯ずれだけでなく、上記杭１のずれに対して上記杭頭部１１の位置もずらすことができる。また、杭自体を接合周囲体に入れ込む場合には、杭径と同程度の深さまで杭自体を入れ込むために、梁との接合の観点から上記接合周囲体の高さが高くなるが、上記杭頭部１１を上記杭頭接合周囲体２内および上記柱脚部５１内に入れ込む構造であると、当該杭頭接合周囲体２の高さを低くすることが可能になる。

また、柱全体ではなく、上記柱脚部５１を配置すると、上記コンクリート３を充填する基礎工事が終わった後に、建て方において柱本体５を建てる作業を行っていくことができる。すなわち、柱本体５の設置と基礎工事を同時進行で行うという制約を受けずに済むため、特に住宅建設において望ましい施工手順を実現できる。

一方、柱脚部が柱本体に一体に設けられる柱を用いる場合には、柱の設置と基礎工事を同時進行で行うという制約を受けることになる。また、このような柱を用いる場合においては、上記コンクリート３を上記トッププレート２２の開口２２ａと柱との隙間から投入することができる。また、このような柱を用いる場合において、当該柱の柱脚を上記杭頭接合周囲体２内に支持部２５にボルト等で固定した上で、当該柱付きの杭頭接合周囲体２を上記杭頭部１１上に配置するようにしてもよいし、上記杭頭接合周囲体２を上記杭頭部１１上に配置した後に上記柱を上記杭頭接合周囲体２内にセットしてもよい。

図４および図５に他の実施形態の杭基礎構造を示す。この杭基礎構造では、上記杭頭接合周囲体２の下部の内側には水平に底板２１が設けられており、この底板２１には上記杭頭部１１を通す開口２１ａが形成されている。この開口２１ａの直径は、上記杭１の打ち込み誤差（例えば、１００ｍｍ程度）を吸収できるように設定されており、上記杭頭部１１よりも大きい一方で、例えば、上記杭１の外径よりも小さくされている。また、上記底板２１の縁部には、水抜き孔２１ｂが複数個形成されている。また、上記底板２１は、上記杭頭接合周囲体２の下端よりも上側となる位置に設けられており、上記杭頭接合周囲体２の下端が上記底板２１よりも下側に突き出た構造となっている。

また、杭頭部１１Ａは、例えば、両切りボルト部材１１ｃを備えており、当該両切りボルト部材１１ｃの上側端螺子部にナット１１ｂを設けた構造を有している。そして、この杭頭部１１Ａは、上記杭１の上面に取り付けられた板部１３に固定されることによって当該杭１の上部に立設されている。この例では、上記板部１３に縦方向に形成された挿通孔に上記杭頭部１１Ａの下端側が挿通されており、上記板部１３の上側と下側で各々上記両切りボルト部材１１ｃに螺合された２個のナット１４が締め付けられて上記板部１３に上記杭頭部１１Ａが固定されている。また、上記板部１３は、例えば、現場での溶接によって上記杭１の上端に固定することができる。なお、上記板部１３の板厚は厚くしておくのが望ましい。また、上記杭１内の上部にコンクリート１２を充填しても構わない。下側のナット１４は上記板部１３に溶接固定されていてもよい。

上記杭頭接合周囲体２の下部の内側に底板２１が設けられていると、当該杭頭接合周囲体２に地中梁４が接合されることに対する強度向上を図ることができる。

また、上記杭頭接合周囲体２の下端が上記底板２１の下方に突出する構造としたが、これに限らず、上記杭頭接合周囲体２の下端と上記底板２１とを面一にしてもよいものである。

また、以上の例では、上記杭頭接合周囲体２は角形鋼管であったが、円形鋼管とすることもできる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１：杭
２：杭頭接合周囲体
３：コンクリート
４：地中梁
４ａ：エンドプレート
５：柱
５ａ：ベースプレート
６：堰き止め板
１１：杭頭部
１１Ａ：杭頭部
１１ａ：ボルト状部材
１１ｂ：ナット
１１ｃ：両切りボルト部材
１２：コンクリート
１３：板部
１４：ナット
２１：底板
２１ａ：開口
２１ｂ：水抜き孔
２２：トッププレート
２２ａ：開口
２５：支持板
２５ａ：ピン
４１：ボルト・ナット
５１：柱脚部
５１ａ：下部板部
５１ｂ：開口
５１ｃ：上部板部
５１ｄ：開口
５２：ボルト・ナット
１００：根切り箇所

Claims

地中に打ち込まれた杭と、上記杭よりも細く、当該杭の上部に立設された杭頭部と、上記杭頭部の周囲を囲う鋼製の杭頭接合周囲体と、上記杭頭接合周囲体内に入り込むとともに上記杭頭部の上部側が挿入された柱脚部と、上記杭頭接合周囲体内および上記柱脚部内に投入されたコンクリートと、を備えることを特徴とする杭基礎構造。
請求項１に記載の杭基礎構造において、上記柱脚部は、柱本体と別体であって当該柱本体に接続されることを特徴とする杭基礎構造。
請求項１または請求項２に記載の杭基礎構造において、上記杭頭部は上記杭の上部側に投入されたコンクリートによって立設されていることを特徴とする杭基礎構造。
請求項１または請求項２に記載の杭基礎構造において、上記杭頭部は上記杭の上面に取り付けられた板部に固定されることによって立設されていることを特徴とする杭基礎構造。
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の杭基礎構造において、上記杭頭接合周囲体の下部の内側に開口を有する底板が設けられていることを特徴とする杭基礎構造。
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の杭基礎構造において、上記杭頭接合周囲体内に上記柱脚部を支持する支持部が設けられていることを特徴とする杭基礎構造。
請求項６に記載の杭基礎構造において、上記支持部は上記柱脚部の水平方向の位置ずれを規制する手段を備えることを特徴とする杭基礎構造。
杭を地中に打ち込む工程と、上記杭の上部側に当該杭よりも細い杭頭部を立設する工程と、上記杭頭部を囲うように杭頭接合周囲体を配置する工程と、柱脚部の下部側を上記杭頭接合周囲体内に位置させるとともに、上記杭頭部の上部側を下面側の開口から挿入させる工程と、コンクリートを上記杭頭接合周囲体内および上記柱脚部内に投入する工程と、を含むことを特徴とする杭基礎構造の構築方法。