JP2018178667A - 杭用鉄筋篭、杭及び地中熱交換配管の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】建物の基礎杭内に設置した熱交換配管を用いて、コンクリートの断面欠損や充填不良を起こすこともなく、熱交換配管の変形や配管同士の接触による熱交換効率の低下を抑制しながら、土の近くで効率的かつ的確に熱交換を行なう杭用鉄筋篭、杭及び地中熱交換配管の施工方法を提供する。【解決手段】鉄筋篭２０は、杭芯を囲んで配置される複数の杭主筋２１と、複数の杭主筋２１を平面内で保持するフープ筋２２とを含む篭構造体と、一端を鉄筋篭２０に固定され、他端を篭構造体の外側まで延出された延出部材４２と、この他端に接続され、篭構造体に対して所定間隔を離間させて沿設されるフラットバー４４とを備える。この鉄筋篭２０を掘削孔１０に挿入し、フラットバー４４に、配管支持部４０を締結する。【選択図】図１

Description

本発明は、建物の基礎杭を利用した地中熱交換を行なう地中熱交換配管が取り付けられる杭用鉄筋篭、杭及び地中熱交換配管の施工方法に関するものである。

外気温度に比べて年間を通して、安定した地中の温度を空調用の熱源として利用することがある。例えば、地中に孔を開けて熱交換パイプを挿入し、孔を充填するボアホール方式がある。しかし、この方式は掘削コストが嵩む。そこで、建物の基礎杭の内部に水等の熱媒体を流す熱交換配管を設置して熱交換を行なう方法もある。

図８は、掘削孔１０に建て込み、場所打ちの基礎杭を構築するための鉄筋篭２０の説明図である。鉄筋篭２０は、深さ方向に配置された複数の杭主筋２１のまわりに多数のフープ筋２２が配筋されている。更に、鉄筋篭２０上部側の外周には、外側が狭い台形板状のスペーサ２５を備える。このスペーサ２５は、掘削孔１０において、鉄筋篭２０の偏った設置（偏心）を防止するために、掘削孔１０と鉄筋篭２０との間の空隙１１に配置される。

この鉄筋篭２０（杭主筋２１、フープ筋２２）の外周側の空隙１１に熱交換配管３０を配置する。この熱交換配管３０は、下部が連なった一対のパイプから成るＵ字状となっている。そして、掘削孔１０にコンクリートを打設して基礎杭を構築する。熱交換配管３０が鉄筋篭２０の外周側に突出しているため、掘削孔１０の内壁面により近い位置に配置させることができ、熱交換を効率的に行なうことができる。

この熱交換配管３０を鉄筋篭２０のスペーサ２５により、鉄筋篭２０の外周側に設ける技術も検討されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３３２３３０号公報

しかしながら、熱交換配管３０は、ある程度、柔軟性を有する。このため、上記特許文献１に記載されているように、スペーサ２５に熱交換配管３０を番線等で結束して支持する場合、スペーサ２５で固定されていない領域においては、熱交換配管３０を円滑に配置することが難しい。また、熱交換配管３０が掘削孔１０の孔壁と衝突した場合、熱交換配管３０内の熱媒体が漏れる原因となることがある。

また、Ｕ字状の熱交換配管３０では、往路と復路とで流れる水温が異なる。従って、２本の配管が接触した場合、地中での適切な熱交換を実現することができない。

・上記課題を解決するための杭用鉄筋篭は、杭芯を囲んで配置される複数の杭主筋と、前記複数の杭主筋を平面内で保持する保持部材とを含む篭構造体と、一端を前記篭構造体に固定され、他端を前記篭構造体の外側まで延出された延出部材と、前記他端に接続され、前記篭構造体に対して所定間隔を離間させて沿設される沿設部材とを備える。これにより、篭構造体の外側で、効率的な熱交換を実現するとともに、地中熱交換配管を沿設部材に沿わせて保持することができる。

・上記杭用鉄筋篭においては、前記沿設部材に締結される地中熱交換配管を備えたことが好ましい。これにより、地中熱交換配管の変形を抑制することができる。
・上記杭用鉄筋篭においては、前記篭構造体の補強リングに、前記延出部材を固定したことが好ましい。これにより、地中熱交換配管を強固に固定することができる。

・上記杭用鉄筋篭においては、脚部が前記篭構造体に接続され、頭部が前記延出部材の前記他端と前記沿設部材との間に介設され、前記沿設部材を支持する支持部材を備えることが好ましい。これにより、沿設部材を強固に固定することができる。

本発明は、建物の基礎杭に設置した熱交換配管を用いて、コンクリートの断面欠損や充填不良を起こすこともなく、また、地中熱交換配管の変形による損傷や配管同士の接触による熱交換効率の低下を抑制しながら、土の近くで効率的かつ的確に熱交換を行なうことができる。

本実施形態における杭用鉄筋篭の説明図であって、（ａ）は杭用鉄筋篭の全体の平面断面図、（ｂ）は杭用鉄筋篭の要部の平面断面図。 本実施形態における配管支持部の斜視図。 本実施形態における熱交換配管の取付の説明図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図。 本実施形態の地中熱交換配管の施工手順の説明図であって、（ａ）は鉄筋篭の建て込み、（ｂ）は熱交換配管の取付の説明図。 変更例における配管支持部の説明図であって、（ａ）はＴバー、（ｂ）はＬアングルを利用した場合の説明図。 変更例における配管支持部の説明図。 変更例における配管支持部の説明図であって、（ａ）は地中熱交換配管の取付前、（ｂ）は地中熱交換配管の取付後の説明図。 従来例における杭用鉄筋篭の正面断面図。

以下、図１〜図４を用いて、杭用鉄筋篭、杭及び地中熱交換配管の施工方法の一実施形態を説明する。本実施形態では、杭芯を囲んだ円筒形状の場所打ち杭を用いる場合を想定する。

図１（ａ）は、掘削孔１０に、鉄筋篭２０を建て込んだ状態の平面断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の要部の平面断面図である。なお、場所打ちの基礎杭を構築するための工法としては、アースドリル工法、リバースサーキュレーション工法、オールケーシング工法等の工法を用いることができる。

図１（ａ）に示すように、鉄筋篭２０は、複数の杭主筋２１の回りに多数のフープ筋２２（保持部材）が配筋された篭構造体を有する。この鉄筋篭２０の外周には、鉄筋篭２０の偏心防止用のスペーサ２５を設ける。この実施の形態では、スペーサ２５は山形板状で、鉄筋篭２０の外周に等間隔で設置される。更に、この鉄筋篭２０の杭主筋２１の内側には、鋼製の平板リング（フラットバー）からなる補強リング２３（保持部材）が、深さ方向に所定の間隔で溶接されている。なお、補強リング２３には、Ｈ型鋼、等辺山形鋼等を用いてもよい。この補強リング２３の間隔は、フープ筋２２の間隔より広いが、補強リング２３はフープ筋２２よりも強度が高く、鉄筋篭２０の変形を抑止し、鉄筋篭２０の形状を保つ。

この鉄筋篭２０の外周には、複数の熱交換配管３０を設ける。熱交換配管３０は、下部が連なった一対のパイプから成るＵ字状である。この熱交換配管３０は、後述する配管支持部４０により、鉄筋篭２０に取り付けて支持される。本実施形態では、この配管支持部４０は、スペーサ２５の近傍に設ける。

（配管支持部４０の構成）
図２を用いて、熱交換配管３０を支持する配管支持部４０を説明する。なお、図２では、鉄筋篭２０の杭主筋２１、フープ筋２２及び熱交換配管３０を省略している。

補強リング２３は、鉄筋篭２０の外側に突出する延出部材４２を備える。本実施形態では、延出部材４２には鉄筋を用いる。
補強リング２３に対して深さの上下位置に、フープ筋２２と同様な配置及び形状で、杭主筋２１に補助鉄筋４５を固定する。なお、補助鉄筋４５として、フープ筋２２そのものを用いることも可能である。

延出部材４２によって、頂上部の背面（鉄筋篭２０側）が支持されたフラットバー支持部材４３を設ける。このフラットバー支持部材４３は、台形状の鋼製平板で構成されており、フラットバー支持部材４３の裾（脚部）は、補助鉄筋４５に溶接により固定される。

そして、フラットバー支持部材４３の頂上部（頭部）の外側面には、鋼製のフラットバー４４（沿設部材）が溶接により固定される。このフラットバー４４は、掘削孔１０において、熱交換配管３０が配置される領域に沿設される。
この場合、フラットバー４４の外側端部は、スペーサ２５の外側端部よりも鉄筋篭２０に近くなるように、配管支持部４０の突出長さを設計しておく。

（熱交換配管３０の施工方法）
次に、図３を用いて、配管支持部４０への熱交換配管３０の施工方法を説明する。図３（ａ）は、熱交換配管３０の途中領域及び最下端の側面図であり、図３（ｂ）は、その斜視図である。図３（ｂ）においても、鉄筋篭２０の杭主筋２１、フープ筋２２を省略している。図３（ｂ）に示すように、一対の熱交換配管３０がフラットバー４４を挟むように配置される。なお、フラットバー４４の最下端は、熱交換配管３０のＵ字部の上方手前までとする。

（熱交換配管３０の取付手順）
次に、図４を用いて、上述した配管支持部４０を設けた鉄筋篭２０への熱交換配管３０の取付手順を説明する。

図４（ａ）に示すように、鉄筋篭２０をクレーン５０により吊り下げ、掘削孔１０の中に挿入する。この場合、掘削孔１０の周囲には、未使用の一対の熱交換配管３０が巻き付けられたチューブリール５１を配置しておく。

図４（ｂ）は、掘削孔１０とチューブリール５１との配置を示す上面図である。複数の熱交換配管３０を鉄筋篭２０に固定する場合には、固定数に応じたチューブリール５１を準備しておく。そして、一対の熱交換配管３０の下端部にＵ字部を取り付けて、フラットバー４４の下方で鉄筋篭２０に固定する。そして、一対の熱交換配管３０の各配管を、フラットバー４４の両側に配置する。

具体的には、作業員５５が、チューブリール５１に巻きつけられた一対の熱交換配管３０を引き出しながら、鉄筋篭２０の配管支持部４０に取り付けていく。
この場合、クレーン５０により、所定の長さの鉄筋篭２０を降下させながら、熱交換配管３０を、所定間隔で、フラットバー４４に番線（例えば、針金や結束バンド等）を用いて固定する。

更に、必要に応じて、掘削孔１０内に建て込んだ鉄筋篭２０に、新たな鉄筋篭２０を順次、繋げる。この場合にも、チューブリール５１から、一対の熱交換配管３０を引き出しながら、鉄筋篭２０の配管支持部４０に取り付けていく。

鉄筋篭２０が杭天頭レベルに達した場合、鉄筋篭２０の降下を停止する。そして、チューブリール５１から熱交換配管３０を切り離し、熱交換配管３０を支持させた鉄筋篭２０を建て込んだ掘削孔１０内に、コンクリートを打設して基礎杭の本体を構築する。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態においては、熱交換配管３０は鉄筋篭２０の外周に設置されるので、効率的に熱交換を行なうことができる。熱交換配管３０と土（掘削孔１０の孔壁）との間にはコンクリートが充填されるが、杭内部に熱交換配管３０を設置する場合よりもコンクリート厚は小さく、土により近いため、効率的に熱交換を行なうことができる。更に、また杭本体の内部に設ける場合のように、コンクリートの断面欠損や充填不良を起こすこともない。

（２）本実施形態の配管支持部４０においては、フラットバー４４は、掘削孔１０において、熱交換配管３０が配置される領域に沿設される。そして、熱交換配管３０を、所定間隔で、フラットバー４４に番線を用いて固定する。これにより、掘削孔１０内において、熱交換配管３０に変形があった場合にも、掘削孔１０の孔壁への接触や変形による損傷を抑制することができる。更に、一対の熱交換配管３０の各配管を、フラットバー４４の両側に配置する。これにより、熱交換配管３０の往路と復路との配置を、フラットバー４４により離間させて、往路配管と復路配管との接触による熱交換効率の低下を抑制することができる。

（３）本実施形態の配管支持部４０においては、補強リング２３には延出部材４２が固定される。この延出部材４２には、フラットバー支持部材４３の頂上部が固定される。そして、フラットバー支持部材４３にフラットバー４４が固定される。鉄筋篭２０の鋼製部材である補強リング２３を用いて、熱交換配管３０を、掘削孔１０の孔壁側に寄せることができる。また、フラットバー支持部材４３の変形を、延出部材４２により抑止することができる。更に、フラットバー支持部材４３により、フラットバー４４を面で強固に固定することができる。

また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、補強リング２３に取り付けた配管支持部４０により熱交換配管３０を支持する。この配管支持部４０は、延出部材４２、フラットバー支持部材４３、フラットバー４４、補助鉄筋４５により構成される。配管支持部４０の構成はこれらに限定されるものではない。例えば、熱交換配管３０を覆う形状の沿設部材を用いてもよい。

図５（ａ）に示すように、上記実施形態のフラットバー４４に代えて、断面がＴ字形状のＴバー６１を用いてもよい。この場合には、Ｔバー６１の両角部に、熱交換配管３０を配置する。これにより、熱交換配管３０の掘削孔１０の孔壁への接触を、より確実に抑制することができる。

また、図５（ｂ）に示すように、上記実施形態のフラットバー４４に代えて、断面が傘形状の沿設部材を用いることも可能である。この場合には、フラットバー４４の上端にＬ字形上のＬアングル６２の内側部分を固定する。この場合には、フラットバー４４とＬアングル６２との間に熱交換配管３０に固定されるので、熱交換配管３０のあばれ（変形）を抑制することができる。

・上記実施形態では、フラットバー支持部材４３に、フラットバー４４を固定する。フラットバー４４の固定方法は、これに限定されるものではない。
図６に示すように、フラットバー４４を、延出部材４２に直接、固定するようにしてもよい。
また、延出部材４２の固定先も、補強リング２３に限定されるものではなく、鉄筋篭２０を構成する部材（杭主筋２１やフープ筋２２）に固定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、沿設部材としてのフラットバー４４に熱交換配管３０を固定する。沿設部材は、熱交換配管３０を鉄筋篭２０の深さ方向の所定領域で支持するものであれば、フラットバー４４に限定されるものではない。

図７（ａ）に示すように、沿設部材としての沿設材６６を支持する支持部材６５（延出部材）を用いてもよい。この場合には、支持部材６５を鉄筋篭２０の杭主筋２１やフープ筋２２に固定する。そして、図７（ｂ）に示すように、熱交換配管３０を沿設材６６の両側に、番線６７を用いて固定する。

・上記実施形態では、沿設部材として、鋼製のフラットバー４４を用いる。ここで、フラットバー４４の素材は、鋼製に限定されるものではない。フラットバー４４は熱伝導の悪いもの（例えば、強化プラスティック等）が好ましい。これにより、熱交換配管３０の往路と復路とを熱的に分離することができる。

１０…掘削孔、１１…空隙、２０…鉄筋篭、２１…杭主筋、２２…フープ筋、２３…補強リング、２５…スペーサ、３０…熱交換配管、４０…配管支持部、４５…補助鉄筋、４２…延出部材、４３…フラットバー支持部材、４４…フラットバー、５０…クレーン、５１…チューブリール、５５…作業員、６１…Ｔバー、６２…Ｌアングル、６５…支持部材、６６…沿設材、６７…番線。

Claims (6)

1. 杭芯を囲んで配置される複数の杭主筋と、
   前記複数の杭主筋を平面内で保持する保持部材とを含む篭構造体と、
   一端が前記篭構造体に固定され、他端が前記篭構造体の外側まで延出された延出部材と、
   前記他端に接続され、前記篭構造体に対して所定間隔を離間させて沿設される沿設部材とを備える杭用鉄筋篭。
2. 前記沿設部材に締結される地中熱交換配管を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の杭用鉄筋篭。
3. 前記篭構造体の補強リングに、前記延出部材を固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の杭用鉄筋篭。
4. 脚部が前記篭構造体に接続され、
   頭部が前記延出部材の前記他端と前記沿設部材との間に介設され、
   前記沿設部材を支持する支持部材を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の杭用鉄筋篭。
5. 杭芯を囲んで配置される複数の杭主筋と、前記複数の杭主筋を平面内で保持する保持部材とを含む篭構造体と、一端が前記篭構造体に固定され、他端が前記篭構造体の外側まで延出された延出部材と、前記他端に接続され、前記篭構造体に対して所定間隔を離間させて沿設される沿設部材とを備える杭用鉄筋篭を杭孔に建て込み、前記杭孔に設けられたコンクリートとを有する杭。
6. 杭芯を囲んで配置される複数の杭主筋と、
   前記複数の杭主筋を平面内で保持する保持部材とを含む篭構造体と、
   一端が前記篭構造体に固定され、他端が前記篭構造体の外側まで延出された延出部材と、
   前記他端に接続され、前記篭構造体に対して所定間隔を離間させて沿設される沿設部材とを備える杭用鉄筋篭を杭孔に建て込み、
   前記沿設部材に、地中熱交換配管を締結することを特徴とする地中熱交換配管の施工方法。

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