JP2020094421A - Joint structure for pile and superstructure, construction method for joint structure, and structural body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造物に用いられる上部構造と地盤に埋め込まれた杭との接合構造、接合構造の施工方法、及びこれらを用いて構築された構造物に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a joint structure between an upper structure used for a structure and a pile embedded in the ground, a method for constructing the joint structure, and a structure constructed using these.
従来、建築構造物又は土木構造物等の構造物において、地盤に埋め込まれた杭と杭の上に建てられる柱との接合部分の構造として、杭の頭部にフーチングを設けられた構造が知られている。そして、フーチングに対し、水平方向に基礎梁が固定され、鉛直方向に柱が固定されている。この場合、基礎梁が地盤の水平方向に格子状に設置されて、複数の杭の頭部(以下、杭頭と呼ぶ)を連結している。そのため、1つの杭頭の水平方向の変位は、基礎梁と他の杭頭により強固に支持される。従って、杭の上に建てられた柱の基部は、水平方向の変位が抑制される。そのため、構造物は、地震荷重や風荷重などによる水平方向に掛かる外力が加わっても安定する。 Conventionally, in a structure such as a building structure or a civil engineering structure, a structure in which a footing is provided on a head of a pile is known as a structure of a joint portion between a pile embedded in the ground and a pillar built on the pile. Has been. Then, with respect to the footing, the foundation beams are fixed in the horizontal direction and the columns are fixed in the vertical direction. In this case, foundation beams are installed in a grid pattern in the horizontal direction of the ground to connect the heads of a plurality of piles (hereinafter referred to as pile heads). Therefore, the horizontal displacement of one pile head is firmly supported by the foundation beam and the other pile head. Therefore, the horizontal displacement of the base of the pillar built on the pile is suppressed. Therefore, the structure is stable even if an external force applied in the horizontal direction due to an earthquake load or a wind load is applied.
一方で、構造物は、基礎梁があるため、その施工の際に、掘削、鉄筋、型枠、コンクリート打設、型枠撤去、及び埋め戻しの工程が必要である。そのため、構造物を施工する際に多くの資材が必要で、長期の施工期間が掛かり、多大なコストが掛かるという課題があった。 On the other hand, since the structure has a foundation beam, the steps of excavation, rebar, formwork, concrete placing, formwork removal, and backfilling are necessary when constructing the structure. Therefore, there is a problem that a lot of materials are required for constructing the structure, a long construction period is required, and a great cost is required.
上記のような課題を解決するために、例えば特許文献1に開示されているような杭と上部構造物の接合構造が用いられている。この接合構造は、杭の頭部と柱とを直接接合し、柱から伝わる鉛直力、水平力、及び曲げモーメントを杭に伝達でき、上記の従来の構造物が有する基礎梁を不要にしたものである。特許文献1に開示されている接合構造においては、杭と柱との水平方向及び鉛直方向の位置ずれに対して効率的に位置を調整し、柱と杭とを固定できる構造になっている。これにより、構造物は、基礎梁を構築することによるコスト、工程、資材、及び労力を削減できる。 In order to solve the above problems, for example, a joint structure of a pile and an upper structure as disclosed in Patent Document 1 is used. In this joint structure, the head of the pile and the pillar are directly joined, and the vertical force, horizontal force, and bending moment transmitted from the pillar can be transmitted to the pile, and the foundation beam of the above conventional structure is unnecessary. Is. The joint structure disclosed in Patent Document 1 has a structure in which the position of the pile and the pillar can be efficiently adjusted with respect to the positional deviation in the horizontal direction and the vertical direction, and the pillar and the pile can be fixed. This allows the structure to reduce the costs, processes, materials, and labor associated with building the foundation beams.
特許文献1に開示されている杭と上部構造物との接合構造においては、2つの杭の間に基礎梁が設けられていないため、杭頭部の水平方向の支持する構造がない。従って、柱に加わる水平力及び曲げモーメントによって、杭頭部は、水平方向に移動しやすいという課題があった。さらに、特許文献1に開示されている杭と上部構造物との接合構造を有する構造物は、その設計段階で、上部構造と杭と地盤とを一体的に解析することにより、杭頭部の変形量及び杭頭部に掛かる荷重を算出し、算出結果に応じて安全な各部材の材質や断面を定める必要がある。従って、基礎梁を省略した杭と上部構造物との接合構造を採用した構造物においては、上部構造の規模及び地盤条件の少なくとも何れかにおいて適用限界があるという課題があった。また、杭と上部構造物との接合構造を構造物に適用できたとしても、杭、柱、及び梁の断面が、地中梁を有する従来構造物に比べて増大してしまうという課題があった。 In the joint structure between the pile and the upper structure disclosed in Patent Document 1, since the foundation beam is not provided between the two piles, there is no structure for supporting the pile head in the horizontal direction. Therefore, there is a problem that the pile head easily moves in the horizontal direction due to the horizontal force and the bending moment applied to the column. Further, the structure having the joint structure between the pile and the upper structure disclosed in Patent Document 1 is designed so that the upper structure, the pile, and the ground are integrally analyzed at the designing stage, thereby It is necessary to calculate the amount of deformation and the load applied to the pile head, and determine the safe material and cross section of each member according to the calculation result. Therefore, there is a problem that there is an application limit in at least one of the scale of the upper structure and the ground condition in the structure adopting the joint structure of the pile and the upper structure without the foundation beam. Further, even if the joint structure of the pile and the upper structure can be applied to the structure, there is a problem that the cross section of the pile, the pillar, and the beam is increased as compared with the conventional structure having the underground beam. It was
例えば、特許文献1に開示されている杭と上部構造物との接合構造は、上部構造として3階建て以上の構造物には適用が困難であり、また粘土などの軟弱地盤地域においては適用が困難であるという課題があった。 For example, the joint structure between a pile and an upper structure disclosed in Patent Document 1 is difficult to apply to a structure having three or more stories as an upper structure, and is not applicable to a soft ground area such as clay. There was a problem that it was difficult.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、杭頭間に基礎梁を有しない杭と上部構造との接合構造において、杭頭を水平方向に変位させる外力が加わっても、杭頭の水平方向変位を減少することができる杭と上部構造との接合構造、接合構造の施工方法、及び構造物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above problems, in a joint structure of a pile and a superstructure having no foundation beam between the pile heads, even if an external force for horizontally displacing the pile heads is applied, An object of the present invention is to provide a joint structure of a pile and an upper structure capable of reducing the horizontal displacement of the pile head, a construction method of the joint structure, and a structure.
本発明に係る杭と上部構造との接合構造は、地盤の中に設置される杭と、前記杭の上方に建てられる上部構造と、前記杭と前記上部構造の下端部とを接合する接合部と、前記杭、前記接合部、及び前記上部構造の前記下端部の少なくとも1つの周りに設置される固化体と、を備え、前記固化体は、前記地盤に埋め込まれているものである。 A joint structure of a pile and an upper structure according to the present invention is a joint that joins a pile installed in the ground, an upper structure built above the pile, and the lower end of the pile and the upper structure. And a solidified body installed around at least one of the pile, the joint, and the lower end of the upper structure, the solidified body being embedded in the ground.
本発明に係る接合構造の施工方法は、地盤の中に杭を設置する工程と、前記杭の杭頭部の周囲の前記地盤に根切りを形成する工程と、前記杭の上方に上部構造を設置する上部構造設置工程と、前記根切りに充填材を充填する充填工程と、を備えるものである。 The method for constructing a joint structure according to the present invention includes a step of installing a pile in the ground, a step of forming a root cutting in the ground around the pile head of the pile, and an upper structure above the pile. It comprises a superstructure installing step of installing and a filling step of filling the root cutting with a filler.
本発明に係る構造物は、上記の杭と上部構造との接合構造を備えるものである。 A structure according to the present invention includes the above-described joint structure of the pile and the upper structure.
本発明によれば、杭の周りに固化体を設置し、固化体が地盤に埋め込まれていることにより、杭頭部を大きくする。これにより、杭頭部が水平方向に変位する力を受けた場合においても、埋め込まれた固化体から地盤が力を受けるため、地盤は力を受ける面積が増大する。そのため、杭頭部が水平方向に変位するときに地盤が変形しにくく、固化体が設置された杭頭部の水平方向変位が減少する。従って、上記の杭と上部構造との接合構造を備える構造物は、従来よりも規模を大きくすることができ、また軟弱地盤に対しても適用の範囲が広がる。 According to the present invention, the solidified body is installed around the pile, and the solidified body is embedded in the ground, so that the pile head is enlarged. As a result, even if the pile head receives a force that displaces in the horizontal direction, the ground receives the force from the embedded solidified body, so that the area of the ground receiving the force increases. Therefore, when the pile head is displaced in the horizontal direction, the ground is not easily deformed, and the horizontal displacement of the pile head on which the solidified body is installed is reduced. Therefore, the structure provided with the above-described joint structure of the pile and the upper structure can be made larger in scale than before, and the range of application to the soft ground is widened.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。各図において、同一の符号を付した部位については、同一の又はこれに相当する部位を表すものであって、これは明細書の全文において共通している。また、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であって、本発明は明細書内の記載のみに限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。さらに、添字で区別等している複数の同種の部位について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the drawings, the parts denoted by the same reference numerals represent the same or corresponding parts, which are common to all the texts of the specification. Further, the forms of the constituent elements appearing in the entire text of the specification are merely examples, and the present invention is not limited to the description in the specification. In particular, the combination of components is not limited to the combination in each embodiment, and the components described in other embodiments can be applied to another embodiment. Further, when it is not necessary to specifically distinguish or specify a plurality of similar parts that are distinguished by subscripts, the subscripts may be omitted. Further, in the drawings, the size relationship of each component may be different from the actual one.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る杭と上部構造との接合構造10を備える構造物100の斜視図である。図2は、実施の形態1に係る杭と上部構造の接合構造10の断面図である。図1及び図2は、杭と上部構造との接合構造10及び構造物100を模式的に表したものである。構造物100は、杭50と上部構造30とを接合して形成されたもの全体を意味し、図2に示される杭と上部構造との接合構造10を少なくとも1つ備える。また、構造物100は、水平方向において、杭と上部構造との接合構造10と、構造物100を構成する他の構造とを接続する部材を備えていない。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a perspective view of a
例えば、構造物100は、杭と上部構造との接合構造10同士を接続する基礎梁(地中梁)等の構造を備えていない、建築構造物又は土木構造物である。すなわち、構造物100は、1つの柱31に対し、1つの杭が接続されて構成されている、一柱一杭構造を有している。なお、図1に示される構造物100は、一例であり、上部構造30にその他の構造部材を備えていても良い。
For example, the
図2に示される杭と上部構造との接合構造10は、地盤90の中に設置された杭50と、上部構造30の下端部を構成する柱31と、を接合する部分の構造である。柱31の下端には接合具60が接合されており、接合具60は、杭50の上端部である杭頭部51を覆い、接合部20を形成している。接合部20の周りには、固化体40が設置されている。固化体40の周りは、地盤90であり、固化体40に接している。なお、構造物100において、隣合う杭と上部構造との接合構造10同士の間は、地盤90のみ、又は地盤90及び固化体同士を繋ぐ仮想線に対し交差する方向に延びる部材のみが配置されている。即ち、構造物100は、隣合う杭と上部構造との接合構造10の固化体同士の間を接続する基礎梁のような構造、部材を有さない。
The
上部構造30は、主に柱31と柱31間を接続する梁32とにより構成される。柱31は、上部構造30の下端部を構成しており、例えばH形鋼又は鋼管等の材料により構成されるものである。柱31の下端は、接合具60が溶接接合、ボルト止め等の接合手段により接合されている。図2において、接合具60は、円筒部62とトッププレート61とを溶接等の接合手段により接合して構成されており、円筒部62の上端がトッププレート61により塞がれた有底筒状を成している。
The
杭50は、例えば地盤90の中に設置された鋼管杭又はコンクリート杭であり、上部構造30を支持する杭基礎を構成する。杭50は、その長手方向を上下方向に向けて、下端52が地盤90の支持層に達するように設置されるものである。杭50の断面積及び長さは、上部構造30の規模により適宜設定されるものである。
The
図2に示される様に、杭50の杭頭部51は、接合具60が被せられ、上部構造30と杭50とが接合される。図2においては、杭50の杭頭部51と接合具60との間には、隙間が無く、互いに接するように表示されているが、実際には隙間が設けられていても良い。接合具60の上面を構成するトッププレート61は、例えば孔(図示せず)が設けられており、孔から充填材を注入できる様に形成されている。孔から充填された充填材は、接合具60と杭50の杭頭部51との隙間を満たし、固化する。上部構造30に加わった荷重は、接合具60と杭50の杭頭部51との隙間に満たされた固化した充填材を介して杭50に伝達される。なお、充填材は、例えばコンクリート等の材料を用いることができる。実施の形態1においては、充填材としてコンクリートが用いられ、上部構造30と杭50とはコンクリート充填接合されている。この、上部構造30の柱31と杭50の杭頭部51とを接合した部分を接合部20と称する。
As shown in FIG. 2, the
図2に示される様に、接合部20の周囲には固化体40が設置されている。固化体40は、接合部20の側面を囲み配置され、接合部20と接している。固化体40は、断面において外形が台形になっている。つまり、固化体40の上面41は、下面42よりも幅が広く形成されており、これは図2に示される視点に対し直交する水平方向においても同様である。固化体40の側面43は、上面41から下面42に向かうに従い接合部20側に近づく様に傾斜する面になっている。
As shown in FIG. 2, a solidified
固化体40は、杭50の上端部である杭頭部51よりも水平方向に幅が広くなっており、また接合部20を含めた幅よりも大きい。上部構造30に外力が加わり、杭頭部51に対し水平方向の荷重が掛かったときに、地盤90は、接合部20から固化体40を介して荷重が掛かる。このとき、地盤90は、接合部20から直接荷重が掛かるよりも広い面積で荷重を受けることができる。従って、杭頭部51の水平方向変位が抑えられる。
The width of the solidified
固化体40は、接合部20の周囲の地盤90を掘削し、表面91に開口する根切り92を形成して、充填材を根切り92に注入することにより設置される。つまり、固化体40は、根切り92に充填された充填材が固化して形成されたものである。充填材は、例えば、コンクリート、モルタル、鉄鋼スラグ固化体、セメント混入地盤改良体、又はソイルセメント固化体である。
The solidified
根切り92は、地盤90を掘削して形成される。即ち、根切り92は、接合部20の周りに接合部20の側面21から所定の距離を置いて、土などの地盤90を構成するものを盛って形成されるものではない。地盤90の上に土などを持って根切り92を形成した場合、根切り92の側面93は、締め固める等の地盤90の強度を上げるための工程が必要になる。よって、盛り土により根切り92を形成するに当たり余計な作業が増え、コストの増加及び工期の長期化の懸念がある。従って、根切り92は、地盤90の表面91を掘削して形成されるのが望ましく、更には掘削前に地盤90の表面91を整地すると共に締め固める作業をしても良い。このようにすることで、固化体40の周りの地盤90の強度が上がり、杭頭部51の水平方向変位がより抑えられる。
The root cutting 92 is formed by excavating the
(杭と上部構造との接合構造10の固化体40の作用)
図3は、図1の上部構造30に水平方向荷重Pが加わったときに杭50及び固化体40に発生する反力を示す模式図である。図3は、杭50の中心軸を含む断面を示している。上部構造30に水平方向荷重Pが加わると、柱31から接合部20に荷重が伝達され、接合部20から杭頭部51及び固化体40に荷重が伝達する。杭頭部51及び固化体40に伝達された荷重は、杭50及び固化体40と接する地盤90に伝達され、地盤90から反力を受ける。
(Operation of the solidified
FIG. 3 is a schematic diagram showing a reaction force generated in the
杭50は、杭頭部51に水平方向の荷重が掛かると、杭50の下端52又は杭頭部51と下端52との間の点を中心として回転する様に変位する。同様に固化体40も、杭50の下端52又は杭頭部51と下端52との間の点を中心として回転するように変位する。よって、固化体40は、水平方向の地盤90から側面43に反力f1を受け、下側の地盤90から下面42に反力f3を受けることになる。また、杭50は、固化体40の下面42から下に位置する杭側面53に地盤90から水平方向の反力f2を受ける。反力f2は、杭50の剛性及び長さにもよるが、概ね杭頭部51側が大きく下端52に向かうに従い小さくなるように分布している。
When a horizontal load is applied to the
また、固化体40の水平方向荷重Pに平行な側面43は、地盤90に接しているため摩擦による反力f5を受ける。同様に固化体40の下面42も水平方向に摩擦による反力f4を受ける。固化体40及び杭50は、f1〜f5により示される反力を受けることにより、変位が抑えられる。特に、固化体40は、杭50の上端に位置しており、側面43と接している地盤90に水平方向から支持され、変位を抑えることができる。
Further, the
図4〜6は、図1の上部構造30に水平方向荷重Pが加わったときの杭と上部構造との接合構造10の作用の説明図である。図4〜6は、下側に表示されている(b)が図1と同じ断面を示しており、上側に表示されている(a)が杭と上部構造との接合構造10を平面視した図である。図4〜6においては、図3における反力f1〜f5のうち、反力f1だけを考慮して固化体40が水平方向に受ける抵抗力について説明する。
4 to 6 are explanatory views of the operation of the
図4は、固化体40に十分強度が高い材質を用いたときの杭と上部構造との接合構造10の作用の説明図である。杭と上部構造との接合構造10は、固化体40に用いる材料の強度により、上部構造30に加わる水平方向荷重Pに対する挙動が変わる。つまり、固化体40を構成する材質の強度が高いと、固化体40が破損せずに接合部20からの水平方向の荷重を受け、固化体40からの水平方向の荷重を地盤90が受ける。これにより、地盤90の強度及び固化体40の水平方向の投影面積に依存して杭頭部51の水平方向変位が抑えられる。
FIG. 4 is an explanatory view of the action of the
ここで、図3に示される、Pを上部構造30に加わる外力の水平方向成分とし、B1を固化体40の上面41の水平方向の幅、B2を固化体40の下面42の水平方向の幅、Hを固化体40の下面42から上面41までの高さ、Dを接合部20の直径、とする。接合部20の直径Dは、接合具60の円筒部62の断面の直径である。実施の形態1においては、接合具60の上端は、固化体40の上面41と一致しており、接合具60の下端は、固化体40の下面42と一致している。また、固化体40の内部にある内部構造70を地盤の表面に平行な水平方向に投影した投影面積をA1とし、固化体40を水平方向に投影した投影面積をA2とする。
Here, as shown in FIG. 3, P is the horizontal component of the external force applied to the
上部構造30に外力が加わったとき、水平方向荷重Pは、柱31から接合部20に伝達され、さらに、杭頭部51と固化体40とに伝達される。水平方向荷重Pは、固化体40の側面43において地盤90により支持される。従って、固化体40が受ける水平抵抗力は、固化体40の水平方向の投影面積分の地盤反力である。このとき、固化体40からの力を受ける地盤90の受圧面積は、A2=(B1+B2)H/2で表される。地盤90の一軸圧縮強度をquとすると、図4の状態において、地盤90が水平方向に受けることができる極限荷重Pu1は、
Pu1=qu・A2 ・・・(1)
で表すことができる。
When an external force is applied to the
Pu1=qu·A2 (1)
Can be expressed as
図5は、固化体40に強度が低い材質を用いたときの杭と上部構造との接合構造10の作用の説明図である。固化体40の極限せん断応力τが十分に高い場合、図4に示される様に水平方向荷重Pは、固化体40の側面43と接する地盤90により支持される。しかし、固化体40の極限せん断応力τが低い場合は、接合部20から固化体40に荷重が伝達すると固化体40がせん断破壊する。具体的には、図5(a)に示される様に、接合部20から荷重を受ける部分と受けない部分との境界Lで固化体40がせん断破壊する。そのため、固化体40がせん断破壊した後に水平方向荷重Pを受ける地盤90の面積は、接合部20を水平方向に投影した面積A1=D・Hになる。つまり、固化体40の強度が低い場合は、水平方向荷重Pが固化体40の全体の投影面積分の地盤90により受けられない状態になる。なお、図5において、固化体40の寸法は、図4と同じになっている。
FIG. 5 is an explanatory view of the action of the
従って、図5においては、水平方向荷重Pは、固化体40のせん断強度Sと接合部20を水平方向に投影した面積分の地盤90により支持される。固化体40のせん断強度Sは、固化体40の材質の圧縮強度を圧縮強度Kとすると、固化体40の極限せん断応力τは、τ=K/10で表される。また、固化体40のせん断面積AKは、図5の境界Lの断面積であるため、
AK=2(B1/2+B2/2)H/2=(B1+B2)H/2=A2
で表される。従って、固化体40のせん断強度Sは、
S=τA2
で表される。
Therefore, in FIG. 5, the horizontal load P is supported by the shear strength S of the solidified
A K =2(B1/2+B2/2)H/2=(B1+B2)H/2=A2
It is represented by. Therefore, the shear strength S of the solidified
S=τA2
It is represented by.
また、図5において、地盤90が水平方向に受けることができる極限荷重P0は、
P0=qu・A1
で表される。従って、図5のように固化体40の極限せん断応力τが低い場合は、固化体40及び地盤90が受けられる水平方向の極限荷重Pu2は、
Pu2=P0+S=qu・A1+τA2 ・・・(2)
で表される。
Further, in FIG. 5, the ultimate load P 0 that the
P 0 =qu·A1
It is represented by. Therefore, when the ultimate shear stress τ of the solidified
Pu2=P 0 +S=qu·A1+τA2 (2)
It is represented by.
図4及び図5から、固化体40がせん断破壊せずに固化体40が杭50と一体となって挙動して地盤90からの水平方向抵抗力を確保するための固化体40の圧縮強度Kを求める。すると、図5の様に固化体40がせん断破壊する場合の地盤90が受けられる水平方向の極限荷重Pu2が、図4のように固化体40が破壊しない場合の地盤90が受けられる水平方向の極限荷重Pu1以上であれば、固化体40が破壊せずに杭50と一体となって挙動する。このような条件は、Pu2≧Pu1で表されるが、上記式(1)、式(2)、及びτ=K/10より、固化体40に必要な圧縮強度Kは、
K≧10・qu(1−A1/A2) ・・・(3)
と表される。
From FIG. 4 and FIG. 5, the compressive strength K of the solidified
K≧10·qu(1-A1/A2) (3)
Is expressed as
実施の形態1において、固化体40の水平方向投影面積A2は、固化体40の内部にある接合部20の水平方向投影面積A1よりも大きいため、式(3)のA1/A2は、0〜1の範囲で変化する。よって、固化体40の大きさ(水平方向の投影面積A2)に拘わらず、固化体40がせん断破壊せずに杭50と一体となって挙動し、地盤90からの水平方向抵抗力を確保するための十分条件は、K≧10・quとなる。
In the first embodiment, the horizontal direction projected area A2 of the solidified
以上の説明から、実施の形態1に係る固化体40を有する杭と上部構造との接合構造10において、固化体40の圧縮強度をK≧10・quとすることにより、固化体40は、杭50と一体に挙動し、水平方向荷重Pによる杭と上部構造との接合構造10の水平方向変位を抑えることが可能となる。つまり、固化体40の圧縮強度Kは、地盤90の一軸圧縮強度quの10倍以上を確保していれば良いことになる。
From the above description, in the
図6は、固化体40として地盤90と同じ土を埋め戻した場合の杭と上部構造との接合構造10の作用の説明図である。根切り92に地盤90の土を埋め戻した場合、固化体40の強度は、周辺の地盤90の強度と同じである。従って、図6の状態において、地盤90が水平方向に受けることができる極限荷重Pu3は、接合部20の水平方向の投影面積A1=D・Hとして、
Pu3=qu・A1 ・・・(4)
として表される。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the action of the
Pu3=qu·A1 (4)
Expressed as
図7は、実施の形態1に係る杭と上部構造との接合構造10に水平方向荷重Pを掛けたときの水平方向変位量yを測定した実験結果を示す図である。実験は、固化体40の材質を変えて実施され、図7のNo.1で示される実験結果は、固化体40として埋戻土を用い、No.2及びNo.4の実験結果は、固化体40として改良土を用い、No.3の実験結果は、固化体40としてコンクリートを用いている。なお、No.1〜No.4の実験結果は、接合部20の直径Dを全て同じ条件で実施しており、即ち、接合部20を水平方向に投影した面積A1を全て同じ値で揃えて実施している。また、No.1〜No.3の実験結果は、固化体40を水平方向に投影した投影面積A2を同じ値に揃えて実施している。
7: is a figure which shows the experimental result which measured the horizontal displacement amount y when the horizontal load P is applied to the
図7のNo.1〜No.3に示される実験結果をそれぞれ同じ水平方向変位量yで比較すると、固化体40としてコンクリートを使用したNo.3の水平方向荷重Pが最も高く、その次に改良土を使用したNo.2、埋戻土を使用したNo.1と続く。コンクリートは、一般に圧縮強度が18000[kN/m2]であり、標準貫入試験のN値を3とした場合であっても、地盤90の一軸圧縮強度は、75[kN/m2]であるため、コンクリートの圧縮強度は、地盤90の一軸圧縮強度の10倍以上の強度を有している。そのため、図7のNo.3の実験条件においては、固化体40がせん断破壊することなく、地盤90は、固化体40の水平方向投影面積A2の全体で水平方向荷重Pを受けることができる。よって、杭と上部構造との接合構造10は、水平方向荷重Pを受けても変位を抑える効果が高い。また、No.3の実験結果は、所定の水平方向投影面積A2を有する固化体40を有する杭と上部構造との接合構造10のものであるが、固化体40の水平方向投影面積A2を増加させると所定の水平方向荷重Pに対する水平方向変位量yは、小さくなる。
No. 1 in FIG. 1-No. Comparing the experimental results shown in FIG. 3 with the same horizontal displacement amount y, No. 3 using concrete as the solidified
また、図7のNo.2の実験条件においては、固化体40として改良土を用いている。この改良土は、圧縮強度Kが100[kN/m2]のものである。改良土は、地盤90の一軸圧縮強度よりも圧縮強度が高いが、1.3倍程度である。図5に示される様に改良土により構成された固化体40は、せん断破壊を起こしている。そのため、図7においては、No.2及びNo.1の実験結果における所定の水平方向荷重Pに対する水平方向変位量yは、コンクリートを用いたNo.3の実験結果と比較して大きい結果となっている。
In addition, in FIG. Under the experimental conditions of 2, the improved soil is used as the solidified
なお、図7のNo.2とNo.4との実験結果を比較すると、水平方向荷重Pと水平方向変位量yとの関係は、ほぼ同じになっている。この2つの実験結果は、固化体40として同じ改良土を用いているためであると考えられるが、同じ水平方向変位量yで比較した場合、固化体40のせん断面積Ak(水平方向投影面積A2)が大きいNo.4のほうが、水平方向荷重Pが若干高い結果となっている。
In addition, in FIG. 2 and No. Comparing the experimental results with No. 4, the relationship between the horizontal load P and the horizontal displacement amount y is almost the same. It is considered that these two experimental results are because the same improved soil is used as the solidified
固化体40には、コンクリートだけでなく、モルタル、鉄鋼スラグ固化体、セメント混入地盤改良体、又はソイルセメント固化体等を用いることができる。これらの材質は、一般に地盤90の一軸圧縮強度quに対し10倍以上の圧縮強度を有しており、杭頭部51の水平方向変位を抑えることができる。
As the solidified
(杭と上部構造との接合構造10の施工方法)
以上のように、固化体40に圧縮強度の高い材質を適用することにより、杭頭部51の水平方向変位を抑えることができる。一例として、固化体40にコンクリートを適用した場合の杭と上部構造との接合構造10の施工方法について以下に説明する。
(Construction method of
As described above, by applying a material having high compressive strength to the solidified
まず、地盤90の中に杭50が設置される。杭50の設置方法は特に限定されるものではない。杭50は、例えば鋼管杭である。
First, the
次に、杭50の杭頭部51の周囲を掘削し、根切り92を形成する掘削工程が行われる。掘削工程は、杭頭部51の周囲を所定の深さ、幅で地盤90を掘削し、所定の寸法の根切り92が形成される。根切り92は、掘削した後で側面93及び底面94を突き固める等して成形しても良い。また、根切り92の側面93は、垂直に形成すると崩落し易いため、例えば地盤90の表面に垂直な面に対し30°の傾斜角度(水平面に対し60°の傾斜角度)を持つ斜面に形成されると良い。
Next, an excavation process of excavating the periphery of the
また、掘削工程の後に、根切り92の底面94に捨てコンクリート(図示せず)及びレベルモルタル(図示せず)を設けても良い。図1に示される様に、接合部20の構成が、接合具60を杭頭部51に被せて接合するような構造の場合、接合具60を捨てコンクリート及びレベルモルタルの上に置くことにより、位置を正確に出すことができる。
Further, after the excavation process, the
掘削工程の後には、杭50の上方に上部構造30が設置される。つまり、実施の形態1においては、杭50の杭頭部51に接合具60が被せられ、接合具60と杭頭部51との間の隙間に充填材が注入され、接合部20が形成される。なお、上部構造30の柱31は、接合具60が杭50に接合された後に接合されても良い。この工程を上部構造設置工程と称する。
After the excavation process, the
上部構造設置工程の後に、根切り92に固化して固化体40となる充填材が注入される。この工程を充填工程と称する。実施の形態1において、充填材は、コンクリートである。充填材が根切り92に充填されるため、固化体40は、周囲の地盤90と接して設置される。また、固化体40は、根切り92の形状に合わせて成形されることになる。実施の形態1においては、図1に示される様に、断面形状が台形になっており、平面視すると矩形に形成されているが、この形状に限定されるものではない。例えば、固化体40は、断面形状が矩形で、平面視において矩形になるように根切り92を形成すると、平面視における固化体40の占有面積を小さくすることができ、周辺の例えば配線ピット等の構造物との干渉を避けることができる。なお、固化体40の平面視とは、固化体40を杭50の軸方向視点から見た状態を指す。
After the superstructure installation step, the filler that solidifies into the root cutting 92 and becomes the solidified
杭と上部構造との接合構造10の施工方法は、上記の工程を備える。根切り92に充填されたコンクリートが固化すると、固化体40となる。固化体40の周囲の地盤90は、埋め戻されたり盛り土をされたものではなく、当初の締め固まった状態の土により構成されている。そのため、固化体40が接する地盤90は、下面42及び側面43が締め固まった状態で強度が高い。従って、杭と上部構造との接合構造10は、固化体40が締め固まった地盤90に形成された根切り92の内面に接した状態で隙間なく形成されるため、水平方向荷重Pを受けても固化体40の変位が最小限に抑えられる。
The method for constructing the
図8は、実施の形態1に係る杭と上部構造との接合構造10の周囲の地盤90が沈下した場合の断面図である。杭と上部構造との接合構造10は、固化体40が接合部20の周囲に形成されるが、固化体40が下方向に移動可能に構成されていても良い。実施の形態1においては、固化体40は、例えばコンクリートを固化して形成されているため、固化体40と接合部20の側面21とは接している。接合部20の側面21に固化体40が引っ掛かる構造を備えないように構成することで、固化体40と側面21との間は、摩擦力が働くのみで、固化体40が下方に移動可能に構成することができる。このように構成されることにより、地盤90が沈下したときに、固化体40が地盤90の沈下に追従することができる。
FIG. 8 is a cross-sectional view when the
地盤90が沈下すると、地盤90の表面91、根切り92の側面93、及び底面94が略平行に下方に移動する。仮に固化体40が下方に移動できない構成であった場合、固化体40は、当初の位置に固定されたままになり、根切り92の内面との間に図8に示される隙間wが出来てしまう。そのため、杭と上部構造との接合構造10の水平方向は、地盤90に支持されないため、上部構造30が水平方向荷重Pを受けたときに、水平方向変位が大きくなってしまう。しかし、固化体40が接合部20等の内部構造70に対し下方に移動可能に構成されることにより、固化体40は、地盤90の沈下に追従して移動し、地盤90と接した状態を維持できるため、水平方向変位を抑える効果を維持することができる。
When the
(変形例)
図9は、変形例の杭と上部構造との接合構造10aの断面図である。実施の形態1に係る杭と上部構造との接合構造10は、以下のように各部を変形しても良い。例えば、図2に示される杭と上部構造との接合構造10においては、接合部20を形成している接合具60の上端及び下端が、固化体40の上面41及び下面42と一致している。しかし、図9に示される様に変形例に係る杭と上部構造との接合構造10aにおいては、接合具60は、固化体40の上面41よりもはみ出して設置されていても良い。この場合、水平方向投影面積A1は、接合具60及び杭50の固化体40の内部にある部分を水平方向に投影した面積となる。固化体40の内部にある上部構造30の下端部及び杭50の一部分を内部構造70と称する。
(Modification)
FIG. 9: is sectional drawing of the joining
図10は、変形例の杭と上部構造との接合構造10bの断面図である。変形例に係る杭と上部構造との接合構造10bは、上部構造30と杭50との接合部20が固化体40の上面41よりも上方に位置している。この場合、水平方向投影面積A1は、固化体40の内部に位置する杭50の一部分を水平方向に投影した面積となる。
FIG. 10: is sectional drawing of the joining
図11は、変形例の杭と上部構造との接合構造10cの断面図である。変形例に係る杭と上部構造との接合構造10cは、上部構造30と杭50との接合部20の構造が異なる。接合部20は、杭頭部51の上端に接合されたプレート54と上部構造30の下端部に接合されたプレート65とがボルト接合されている。締結固定するボルト64は、杭と上部構造との接合構造10cに複数設けられている。
FIG. 11: is sectional drawing of the joining
図12は、変形例の杭と上部構造との接合構造10dの断面図である。変形例に係る杭と上部構造との接合構造10dは、上部構造30と杭50との接合部20の構造が異なる。接合部20は、杭頭部51の上端から杭50の内部に上部構造30の柱31の下端を挿し込んで構成される。柱31と杭50の内側面との間には、充填材を充填して固化させることにより、柱31と杭50とが固定されている。柱31と杭50との固定に用いる充填材と固化体40を形成するための充填材は、同じでも良い。つまり、柱31と杭50との固定及び固化体40を形成する充填工程とを同時に行っても良い。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a joining
図13は、変形例の杭と上部構造との接合構造10eの断面図である。変形例に係る杭と上部構造との接合構造10eは、内部構造70として、接合部20の側面21に取り付けられたフィン81を備える。フィン81は、接合具60の側面63から突出するように設けられている。そのため、フィン81が突出する方向と直交する方向において、水平方向投影面積A1が増加する。フィン81が設けられていることにより、内部構造70から固化体40に伝達される圧力を分散して、固化体40の強度が小さい場合にも固化体40が破壊するのを抑える効果がある。
FIG. 13: is sectional drawing of the joining
図14は、変形例の杭と上部構造との接合構造10fの断面図である。変形例に係る杭と上部構造との接合構造10fは、固化体40の内部に鉄筋82を配置している。鉄筋82により、固化体40のせん断強度Sが補強されるため、固化体40の水平方向の幅を大きくし、水平方向投影面積A2を更に大きくすることができ、水平方向変位を抑える効果を高くすることも可能となる。鉄筋82は、中央にある内部構造70を取り囲む様に設置されている。鉄筋82の本数及び配置は、図14に示される形態のみに限定されるものではない。
FIG. 14: is sectional drawing of the joining
図15は、変形例の杭と上部構造との接合構造10gの断面図である。杭と上部構造との接合構造10gは、基本的な構造が図2に示される杭と上部構造との接合構造10と同じである。しかし、固化体40の内部に配置されている内部構造70と固化体40との間に仲介部材80が配置されている点で異なる。仲介部材80は、内部構造70の側面である接合具60の側面63と隣合って配置されている。また、仲介部材80と接合具60とは、隣接していても良い。さらに、仲介部材80と接合具60の側面63との間、又は仲介部材80と固化体40との間は、上下に移動可能に構成されている。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a
例えば、仲介部材80は、薄い金属板により構成され、固化体40と接合具60とが直接接しないようにして、接合具60と固化体40とを上下に相対移動可能に構成しても良い。更に、仲介部材80は、例えばアンボンド剤であっても良く、接合具60の側面63に塗布して接合具60の側面63と固化体40との間の摩擦力を低下させることにより、接合具60と固化体40とを上下に相対移動可能に構成しても良い。
For example, the
図9〜図15に示される様に、上部構造30と杭50との接合部20は、固化体40に対する位置を変更しても良いし、接合のための構造を変更しても良い。接合部20の構造を変更しても、固化体40が十分な圧縮強度を備えていることにより、固化体40が破損することなく、周囲の地盤90による水平方向変位を抑える効果を得られる。実施の形態1に係る杭と上部構造との接合構造10、10a〜10gのように、上部構造30及び杭50の形状は、様々な形態を取ることができるため、様々な建築構造物又は土木構造物に杭と上部構造との接合構造を適用することができる。
As shown in FIGS. 9 to 15, the joint 20 between the
以上に本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施の形態の構成のみに限定されるものではない。例えば、接合部20は、上述した構造のみに限定されるものではない。また、固化体40の形状も、平面視において、正方形だけに限定されるものではなく、円形、長方形、その他の多角形に形成されても良い。さらに、上記の杭と上部構造との接合構造10、10a〜10gは、それぞれの構造を適宜組み合わせて用いることもできる。要するに、いわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲をも本発明の要旨(技術的範囲)に含むことを念のため申し添える。
Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiments. For example, the
10 接合構造、10a 接合構造、10b 接合構造、10c 接合構造、10d 接合構造、10e 接合構造、10f 接合構造、10g 接合構造、20 接合部、21 側面、30 上部構造、31 柱、32 梁、40 固化体、41 上面、42 下面、43 側面、50 杭、51 杭頭部、52 下端、53 杭側面、54 プレート、60 接合具、61 トッププレート、62 円筒部、63 側面、64 ボルト、65 プレート、70 内部構造、80 仲介部材、81 フィン、82 鉄筋、90 地盤、91 表面、92 根切り、93 側面、94 底面、100 構造物、A1 水平方向投影面積、A2 水平方向投影面積、AK せん断面積、K 圧縮強度、L 境界、P 水平方向荷重、P0 極限荷重、Pu1 極限荷重、Pu2 極限荷重、Pu3 極限荷重、S せん断強度、f1 反力、f2 反力、f3 反力、f4 反力、f5 反力、qu 一軸圧縮強度、w 隙間、y 水平方向変位量、τ 極限せん断応力。
10 joining structure, 10a joining structure, 10b joining structure, 10c joining structure, 10d joining structure, 10e joining structure, 10f joining structure, 10g joining structure, 20 joining part, 21 side surface, 30 upper structure, 31 pillar, 32 beam, 40 Solidified body, 41 upper surface, 42 lower surface, 43 side surface, 50 pile, 51 pile head, 52 lower end, 53 pile side surface, 54 plate, 60 joining tool, 61 top plate, 62 cylindrical portion, 63 side surface, 64 bolt, 65 plate , 70
Claims (22)
前記杭の上方に建てられる上部構造と、
前記杭と前記上部構造の下端部とを接合する接合部と、
前記杭、前記接合部、及び前記上部構造の前記下端部の少なくとも1つの周りに設置される固化体と、を備え、
前記固化体は、
前記地盤に埋め込まれている、杭と上部構造との接合構造。 Piles installed in the ground,
An upper structure built above the pile,
A joint portion that joins the pile and the lower end portion of the upper structure,
A solidified body installed around at least one of the pile, the joint, and the lower end of the superstructure,
The solidified body is
A joint structure of a pile and a superstructure embedded in the ground.
前記地盤の表面に位置する、請求項1に記載の杭と上部構造との接合構造。 The upper surface of the solidified body,
The joint structure between a pile and a superstructure according to claim 1, which is located on the surface of the ground.
前記接合部よりも下方に位置する、請求項1又は2に記載の杭と上部構造との接合構造。 The lower surface of the solidified body,
The joint structure between a pile and a superstructure according to claim 1 or 2, which is located below the joint portion.
前記固化体の上面から下面の間に位置する、請求項1〜3の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The joint is
The joint structure between the pile and the upper structure according to claim 1, wherein the joint structure is located between the upper surface and the lower surface of the solidified body.
前記接合部よりも下方に位置する、請求項1〜3の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The upper surface of the solidified body,
The joint structure between the pile and the upper structure according to any one of claims 1 to 3, which is located below the joint portion.
前記固化体の上面から下面に向かうに従い前記杭に近づく様に傾斜している、請求項1〜5の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The side surface of the solidified body is
The joint structure of a pile and an upper structure according to any one of claims 1 to 5, which is inclined so as to approach the pile from the upper surface of the solidified body toward the lower surface.
前記固化体の圧縮強度Kは、
K≧10・qu・(1−A1/A2)を満たす、請求項1〜6の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The uniaxial compressive strength of the ground is qua, at least one of the pile, the upper structure, and the joint portion, and an internal structure inside the solidified body is projected in a horizontal direction parallel to the surface of the ground. Assuming that the projected area is 1, and the projected area of the solidified product projected in the horizontal direction is A2,
The compressive strength K of the solidified body is
The joint structure between a pile and a superstructure according to any one of claims 1 to 6, which satisfies K≧10·qu·(1-A1/A2).
側面から外側に突出するフィンを備える、請求項7に記載の杭と上部構造との接合構造。 The internal structure inside the solidified body,
The joint structure between a pile and a superstructure according to claim 7, further comprising a fin protruding outward from a side surface.
18N/mm2以上である、請求項1〜8の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The compressive strength K of the solidified body is
The joining structure between the pile and the upper structure according to any one of claims 1 to 8, which has a bonding strength of 18 N/mm 2 or more.
コンクリート、モルタル、鉄鋼スラグ固化体、セメント混入地盤改良体、又はソイルセメント固化体、の何れかである、請求項1〜9の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The solidified body is
The joint structure between a pile and a superstructure according to any one of claims 1 to 9, which is one of concrete, mortar, solidified steel slag, cement-improved ground improvement, and solidified soil cement.
コンクリート充填接合、ボルト接合、又は溶接接合により前記杭と前記上部構造とを接合している、請求項1〜10の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The joint is
The joint structure between a pile and a superstructure according to any one of claims 1 to 10, wherein the pile and the superstructure are joined by concrete filling joint, bolt joint, or weld joint.
前記上部構造は、鋼管又はH形鋼により構成された柱を含む、請求項1〜11の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The pile is a steel pipe pile or a concrete pile,
The joint structure between a pile and a superstructure according to any one of claims 1 to 11, wherein the superstructure includes a column made of a steel pipe or H-shaped steel.
前記杭、前記上部構造、及び前記接合部のうち少なくとも1つであって前記固化体の内側にある構造に対し、前記杭の軸方向に移動可能に構成されている、請求項1〜12の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The solidified body is
The structure, which is at least one of the pile, the upper structure, and the joint and is inside the solidified body, is configured to be movable in the axial direction of the pile. A joint structure between the pile and the upper structure according to any one of claims.
前記固化体は、
前記仲介部材の周囲に隣接して設置される、請求項13に記載の杭と上部構造との接合構造。 Further comprising an intermediary member disposed adjacent to each other around at least one of the pile, the joint, and the lower end of the superstructure,
The solidified body is
The joint structure between a pile and a superstructure according to claim 13, wherein the joint structure is installed adjacent to the periphery of the intermediary member.
前記杭の軸方向視点において、矩形である、請求項1〜14の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The solidified body is
The joint structure between the pile and the upper structure according to any one of claims 1 to 14, wherein the pile has a rectangular shape in the axial direction of the pile.
内部に前記内部構造を囲んで配置される鉄筋を備える、請求項1〜15の何れか1項に記載の杭と上部構造との接合構造。 The solidified body is
The joint structure of a pile and an upper structure according to any one of claims 1 to 15, further comprising a rebar arranged inside the inner structure to surround the inner structure.
前記杭の杭頭部の周囲の前記地盤に根切りを形成する工程と、
前記杭の上方に上部構造を設置する上部構造設置工程と、
前記根切りに充填材を充填する充填工程と、を備える、接合構造の施工方法。 The process of installing piles in the ground,
Forming a root cutting in the ground around the pile head of the pile;
A superstructure installation step of installing a superstructure above the pile,
And a filling step of filling the root cutting with a filling material.
前記地盤に杭を設置する工程の後に行われる、請求項17に記載の接合構造の施工方法。 The step of forming the root cutting includes
The method for constructing a joint structure according to claim 17, which is performed after the step of installing a pile on the ground.
前記充填工程は、
前記仲介部材と前記根切りの側面との間に前記充填材を充填する、請求項17又は18に記載の接合構造の施工方法。 Between the superstructure setting step and the filling step, an intermediate member is arranged around the joint between the pile and the pile arranged in the root cutting, adjacent to the side surface of the joint. Further equipped with steps
The filling step is
The method for constructing a joint structure according to claim 17, wherein the filler is filled between the intermediary member and the side surface of the root cutting.
隣合う2つの前記杭と上部構造との接合構造が有するそれぞれの前記固化体同士の間は、
前記地盤のみ、又は前記地盤及び隣合う2つの前記固化体同士を繋ぐ仮想線に対し交差する方向に延びる部材のみが配置される、請求項20に記載の構造物。 Comprising a joint structure between a plurality of the piles and the upper structure,
Between each of the solidified bodies that the joint structure of the two adjacent piles and the upper structure has,
21. The structure according to claim 20, wherein only the ground or only members extending in a direction intersecting a virtual line connecting the ground and two adjacent solidified bodies are arranged.
隣合う2つの前記杭と上部構造との接合構造が有するそれぞれの前記固化体同士の間は、
当該固化体同士を接続する部材を有さない、請求項21に記載の構造物。 Comprising a joint structure between a plurality of the piles and the upper structure,
Between each of the solidified bodies that the joint structure of the two adjacent piles and the upper structure has,
The structure according to claim 21, which does not have a member that connects the solidified bodies to each other.
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