JP2022012840A

JP2022012840A - 外殻鋼管コンクリート杭

Info

Publication number: JP2022012840A
Application number: JP2020114958A
Authority: JP
Inventors: 一樹平尾; Kazuki Hirao; 正英新名; Masahide Niina
Original assignee: Nippon Concrete Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Concrete Industries Co Ltd
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2022-01-17

Abstract

【課題】安定した変形性能および耐力を得ることができ、かつ、施工性が良好な外殻鋼管コンクリート杭を提供する。【解決手段】外殻鋼管コンクリート杭１は、コンクリートで成形された杭本体部２を備える。外殻鋼管コンクリート杭１は、杭本体部２の外側に配置された円筒状の鋼管部４を備える。外殻鋼管コンクリート杭１は、杭本体部２の中心軸の周囲の複数箇所に軸方向に沿って埋設された軸方向鉄筋８を備える。外殻鋼管コンクリート杭１は、軸方向鉄筋８に応じて杭本体部２に埋設され、杭本体部２を拘束する拘束筋12を備える。杭本体部２を構成するコンクリートの鋼管部４からのひび割れや剥離の拡大を抑制し、変形性能および耐力を向上できるとともに、施工性が良好になる。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートで成形された杭本体部の外側に筒状の鋼管部が設けられた外殻鋼管コンクリート杭に関する。

ＳＣ杭と呼ばれる外殻鋼管コンクリート杭は、コンクリートで成形された円筒状の杭本体部の外側が円筒状の鋼管部で覆われた構成を有する。このような外殻鋼管コンクリート杭は、一般に、鋼管部のみが鋼材であり、高耐力化するためには鋼管部を厚くする。しかしながら、このような外殻鋼管コンクリート杭の破壊形態は、圧縮された側の杭本体部（コンクリート）の剥落による断面欠損であることが多く、このような場合、鋼管に局部座屈が生じ、設計通りの変形性能および耐力が得られないことがある。

例えば、杭本体部に軸方向に沿って緊張鋼材（ＰＣ鋼材）が配置された外殻鋼管コンクリート杭が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。これらの構成の場合、水平耐力は改善できても、緊張鋼材が細く、その横剛性が小さいため、杭本体部を構成するコンクリートの剥落を防止することが容易でない。

また、鋼管部の内面に突条を設けることでコンクリート製の杭本体部にひび割れが発生してもその拡大を抑制できる外殻鋼管コンクリート杭が知られている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、鋼管部の内面に突条を設けただけでは鋼管部の座屈を防止することは困難であり、杭本体部におけるひび割れの拡大や剥離の進行を遅らせることはできても、最終的には杭本体部の一部が鋼管部から剥離して鋼管部との間に隙間を作るとともに、杭本体部が杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動すると杭の耐力が急激に減少し、杭が急激に折れ曲がるおそれがある。

さらに、膨張剤を混入した高強度コンクリートを鋼管部の内部にライニングして円筒状の杭本体部を形成し、この杭本体部の中空部内に膨張性コンクリートなどのコンクリートを中詰めした外殻鋼管コンクリート杭が知られている（例えば、特許文献４参照。）。この構成では、杭本体部の一部が鋼管部から剥離することにより内側の杭本体部が杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動することは防げるものの、施工前に杭中空部に中詰めコンクリートを打設し杭中空部がない杭にすると、杭中空部に土砂が通過しないために施工が困難になる。

実公昭５３－２９３６３号公報実開昭５８－１０９３８号公報特開昭６１－２０７７１６号公報実開平３－７６０３１号公報

このように、安定した変形性能および耐力を有し、かつ、施工が容易な外殻鋼管コンクリート杭が求められている。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、安定した変形性能および耐力を得ることができ、かつ、施工性が良好な外殻鋼管コンクリート杭を提供することを目的とする。

請求項１記載の外殻鋼管コンクリート杭は、コンクリートで成形された杭本体部と、この杭本体部の外側に配置された筒状の鋼管部と、前記杭本体部の中心軸の周囲の複数箇所に軸方向に沿って埋設された軸方向補強体と、これら軸方向補強体に応じて前記杭本体部に埋設され、前記杭本体部を拘束する拘束補強体と、を備えるものである。

請求項２記載の外殻鋼管コンクリート杭は、請求項１記載の外殻鋼管コンクリート杭において、拘束補強体は、軸方向補強体毎に螺旋状に巻き付けられているものである。

請求項３記載の外殻鋼管コンクリート杭は、請求項１または２記載の外殻鋼管コンクリート杭において、拘束補強体は、杭本体部の中心軸を囲む複数の軸方向補強体の外側を囲んでループ状に配置されているものである。

本発明によれば、杭本体部を構成するコンクリートの鋼管部からのひび割れや剥離の拡大を抑制し、安定した変形性能および耐力を得ることができ、かつ、施工性が良好になる。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態の外殻鋼管コンクリート杭を示す横断面図、（ｂ）は外殻鋼管コンクリート杭を示す縦断面図である。（ａ）は本発明の第２の実施の形態の外殻鋼管コンクリート杭を示す横断面図、（ｂ）は外殻鋼管コンクリート杭を示す縦断面図である。（ａ）は本発明の第３の実施の形態の外殻鋼管コンクリート杭を示す横断面図、（ｂ）は外殻鋼管コンクリート杭を示す縦断面図である。

以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１（ａ）および図１（ｂ）において、１は外殻鋼管コンクリート杭を示す。外殻鋼管コンクリート杭１は、ＳＣ杭とも呼ばれる。なお、説明を明確にするために、以下、外殻鋼管コンクリート杭１を単に杭１と言うものとする。また、図１（ｂ）において、杭１は、一端側のみを示しているが、他端側も同様に形成されている。

杭１は、杭本体部２を備えている。杭本体部２は、コンクリートで円筒状に成形されている。すなわち、杭本体部２は、中央側が中空部３となっている。中空部３は、杭本体部２の軸方向両端部間に亘り連通している。杭本体部２の外側には、鋼管部４が配置されている。鋼管部４は、外殻鋼管とも呼ばれる。鋼管部４は、鋼板により円筒状に成形されている。

また、これら杭本体部２および鋼管部４の軸方向の両端部には、端板５が設けられている。端板５は、平板状の鋼板であり、内側面が杭本体部２および鋼管部４の軸方向の端部に接触して配置されている。端板５は、中央部に開口部６が形成されている。開口部６は、杭本体部２の中空部３と連通している。本実施の形態において、開口部６は、中空部３と等しいまたは略等しい径寸法を有する円形状に形成されている。

さらに、杭１は、主筋としての軸方向補強体である軸方向鉄筋８を備えている。軸方向鉄筋８は、鉄筋、ＰＣ鋼棒、異形鋼棒、ＰＣ鋼線などであり、杭本体部２に埋設されている。軸方向鉄筋８は、杭本体部２の軸方向に沿って、この軸方向に平行または略平行に配置されている。

また、軸方向鉄筋８は、杭本体部２の中心軸の周囲の複数箇所に、杭本体部２の全長もしくは少なくとも一部の区間に連なって配置されている。つまり、各軸方向鉄筋８は、両端部の端板５間に亘り連なって、もしくは片側端部の端板５に連なって配置されている。各軸方向鉄筋８の端部は、端板５に溶接などにより固定されていてもよいし、端板５に対して離れていてもよい。

本実施の形態において、各軸方向鉄筋８は、杭本体部２の厚みの中央部または杭本体部２と鋼管部４との和の厚みの中央部に配置されている。つまり、各軸方向鉄筋８は、杭本体部２の内側と外側とから等距離または略等距離の中間部に配置されている。そのため、各軸方向鉄筋８は、鋼管部４の内側面である内周面に対して杭本体部２の中心軸側、すなわち中空部３に離れて位置している。さらに、各軸方向鉄筋８は、杭本体部２の中心軸の周囲に、同一円周上または略同一円周上に位置して配置されている。図示される例では、軸方向鉄筋８は、８本配置されている。これら軸方向鉄筋８は、杭本体部２の中心軸の周囲に互いに等間隔または略等間隔に離れて配置されている。軸方向鉄筋８の量は、杭１に要求される耐力、軸力、変形性能の条件に応じて設定される。

また、軸方向鉄筋８には、組立部材である組立筋９が溶接されている。組立筋９は、線状の鋼材あるいはリング筋で形成されている。組立筋９は、軸方向鉄筋８の内側に溶接されている。組立筋９は、杭本体部２に埋設されている。組立筋９は、複数の軸方向鉄筋８により囲まれる仮想的な円周面に沿って環状に配置されている。本実施の形態において、組立筋９は、複数の軸方向鉄筋８により囲まれる仮想的な円周面に沿って螺旋状（スパイラル状）に配置されている。また、本実施の形態において、組立筋９は、軸方向鉄筋８の軸方向全体に亘り配置されている。組立筋９により複数の軸方向鉄筋８がまとめられて、鉄筋籠10が形成されている。

さらに、杭１は、拘束補強体である拘束筋12を備えている。拘束筋12は、線状の鋼材であり、軸方向鉄筋８を構成する鋼材よりも細く形成されている。拘束筋12は、軸方向鉄筋８に応じて配置され、杭本体部２を構成するコンクリートを拘束する。本実施の形態において、拘束筋12は、軸方向鉄筋８毎に螺旋状に配置されたスパイラル筋である。つまり、各拘束筋12は、各軸方向鉄筋８の軸方向に沿って螺旋状に巻き付けられて配置され、杭本体部２に埋設されている。各拘束筋12は、各軸方向鉄筋８の全長、または、一部に亘り配置されている。各拘束筋12は、例えば一定のピッチで螺旋状に配置されている。拘束筋12のピッチが小さいほど、杭本体部２を構成するコンクリートをより確実に拘束可能である。各拘束筋12は、端板５に対して溶接されていてもよいし、溶接されていなくてもよい。

そして、杭１を製造する際には、鋼管部４の一端部に一方の端板５を固定し、複数の軸方向鉄筋８に予め組立筋９を溶接し、各軸方向鉄筋８に拘束筋12をそれぞれ螺旋状に巻き付けた鉄筋籠10を鋼管部４の他端部から一端部に向かって挿入する。その後、軸方向鉄筋８の一端部を一方の端板５に固定するとともに、軸方向鉄筋８の他端部を他方の端板５に固定し、この端板５を鋼管部４の他端部に固定する。なお、拘束筋12を鉄筋籠10の軸方向鉄筋８に対し予め巻き付けた状態で鉄筋籠10を取り付けてもよい。この後、鋼管部４の内部にコンクリートを打設し、遠心力締め固めなどによって杭本体部２を成形する。

以上により、鋼管部４および端板５の内側に一体にコンクリート層である杭本体部２が成形され、杭本体部２に軸方向鉄筋８および拘束筋12が埋設された杭１が完成する。

このように、第１の実施の形態によれば、杭本体部２の中心軸の周囲の複数箇所に軸方向に沿って軸方向鉄筋８を配置するとともに、これら軸方向鉄筋８に応じて杭本体部２に埋設された拘束筋12により杭本体部２を拘束することで、杭本体部２を構成するコンクリートの鋼管部４からのひび割れや剥離の拡大を抑制でき、曲げ性能を改善して圧縮靭性を改善できる。そのため、高軸力下の地震時挙動などにおいても、最大耐力（最大荷重）以降の耐力（荷重）低下を抑制して、変形が進展しても耐力低下が少ない安定した変形性能（荷重－変形関係）および耐力を得ることができる。

また、拘束筋12を軸方向鉄筋８毎に螺旋状に巻き付けることで、一本毎の軸方向鉄筋８の周りのコンクリート層である杭本体部２を拘束するとともに、拘束筋12のピッチに応じて、杭本体部２の拘束の度合いを容易に設定できる。

次に、第２の実施の形態について、図２を参照して説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示す本実施の形態の杭１は、軸方向鉄筋８が、杭本体部２の厚みの中央部または杭本体部２と鋼管部４との和の厚みの中央部に対して外側に位置している。これら軸方向鉄筋８は、鋼管部４の内周面に近接して配置されている。また、これら軸方向鉄筋８は、鋼管部４の内周面に対し、杭本体部２の中心軸側に離れて位置している。

また、拘束筋12は、軸方向鉄筋８に応じて配置される。本実施の形態の拘束筋12は、杭本体部２の中心軸を囲む複数の軸方向鉄筋８の外側を囲んでループ状に配置されたフープ筋である。拘束筋12は、杭本体部２の軸方向に対して直交または略直交する方向に配置されている。拘束筋12は、各軸方向鉄筋８に対して溶接され、鉄筋籠10と一体的となっている。

また、拘束筋12は、杭本体部２の軸方向に見て、杭本体部２の中心軸を中心または重心とし軸方向鉄筋８を頂点とする多角形状に配置されている。本実施の形態において、拘束筋12は、杭本体部２の軸方向に見て、四角形状（正方形状）に配置されている。拘束筋12は、４本の軸方向鉄筋８の外側を囲んで配置されている。したがって、軸方向鉄筋８を８本有する本実施の形態の場合、拘束筋12は、軸方向鉄筋８のうち、一のグループである第一のグループを構成する４本の一の軸方向補強体である第一の軸方向鉄筋8aを囲む一の拘束補強体である第一の拘束筋12aと、軸方向鉄筋８のうち、第一のグループとは異なる他のグループである第二のグループを構成する４本の他の軸方向補強体である第二の軸方向鉄筋8bを囲む他の拘束補強体である第二の拘束筋12bと、を有する。

本実施の形態において、第一の軸方向鉄筋8aと第二の軸方向鉄筋8bとは、杭本体部２の中心軸の周囲に交互に配置されている。すなわち、拘束筋12は、杭本体部２の中心軸の周囲に１本置きの軸方向鉄筋８を囲んで配置されている。なお、例えば４ｎ（ｎは２以上の整数）本の軸方向鉄筋８を有する杭１の場合、拘束筋12は、杭本体部２の中心軸の周囲に（ｎ－１）本置きの軸方向鉄筋８を囲んで配置されている。

第一の拘束筋12aと第二の拘束筋12bとは、杭本体部２の軸方向に見て、杭本体部２の周方向に互いに所定角度（４ｎ（ｎは２以上の整数）本の軸方向鉄筋８を有する場合には（９０／ｎ）°）、本実施の形態では４５°ずれて配置された、いわゆるダイヤ形の配置となっている。また、第一の拘束筋12aと第二の拘束筋12bとは、互いに杭本体部２の軸方向に近接または隣接して配置されている。例えば、第一の拘束筋12aと第二の拘束筋12bとは、杭本体部２の軸方向に見て互いに交差する位置において、図示されない結束バンドなどの結束手段により互いに一体的に固定されている。第一の拘束筋12aと第二の拘束筋12bとが纏められた拘束筋12は、杭本体部２の軸方向に離れて順次配置されている。

そして、杭１を製造する際には、鋼管部４の一端部に一方の端板５を固定し、複数の軸方向鉄筋８に予め組立筋９を溶接するとともに拘束筋12を溶接した鉄筋籠10を鋼管部４の他端部から一端部に向かって挿入し、軸方向鉄筋８の一端部を一方の端板５に固定するとともに、軸方向鉄筋８の他端部を他方の端板５に固定し、この端板５を鋼管部４の他端部に固定した後、鋼管部４の内部にコンクリートを打設し、遠心力締め固めなどによって杭本体部２を成形する。

このように、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、杭本体部２の中心軸の周囲の複数箇所に軸方向に沿って軸方向鉄筋８を配置するとともに、これら軸方向鉄筋８に応じて杭本体部２に埋設された拘束筋12により杭本体部２を拘束することで、安定した変形性能および耐力、および、良好な施工性を得ることができるなど、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、拘束筋12を、杭本体部２の中心軸を囲む複数の軸方向鉄筋８の外側を囲んでループ状に配置することで、複数の軸方向鉄筋８を拘束筋12により静止し、杭本体部２をより確実に拘束できる。

特に、拘束筋12をダイヤ形に配置することで、ダイヤ形に囲まれたコンクリート部分である杭本体部２を拘束できる。

次に、第３の実施の形態について、図３を参照して説明する。なお、各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示す本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、拘束筋12が、杭本体部２の中心軸を囲む複数の軸方向鉄筋８の外側を囲んでループ状に配置されたフープ筋である。また、本実施の形態の拘束筋12は、杭本体部２の軸方向に見て、四角形状（長方形状）に配置されている。第一の拘束筋12aと第二の拘束筋12bとは、杭本体部２の軸方向に見て、杭本体部２の周方向に互いに所定角度（４ｎ（ｎは２以上の整数）本の軸方向鉄筋８を有する場合には（１８０／ｎ）°）、本実施の形態では９０°ずれて配置された、いわゆる井桁状の配置となっている。

また、第一の拘束筋12aにより囲まれる第一の軸方向鉄筋8aは、杭本体部２の中心軸を基準として互いに反対側に２本ずつ配置されている。同様に、第二の拘束筋12bにより囲まれる第二の軸方向鉄筋8bは、杭本体部２の中心軸を基準として互いに反対側に２本ずつ配置されている。

そして、第２の実施の形態と同様に杭１を製造する。

このように、第３の実施の形態によれば、各実施の形態と同様に、杭本体部２の中心軸の周囲の複数箇所に軸方向に沿って軸方向鉄筋８を配置するとともに、これら軸方向鉄筋８に応じて杭本体部２に埋設された拘束筋12により杭本体部２を拘束することで、安定した変形性能および耐力、および、良好な施工性を得ることができるなど、各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、第２の実施の形態と同様に、拘束筋12を、杭本体部２の中心軸を囲む複数の軸方向鉄筋８の外側を囲んでループ状に配置することで、杭本体部２をより確実に拘束できるなど、第２の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

特に、拘束筋12を井桁状に配置することで、井桁形に囲まれたコンクリート部分である杭本体部２を拘束できる。

なお、第２および第３の実施の形態において、拘束筋12は、杭本体部２の軸方向に見て、杭本体部２の中心軸を中心または重心とし軸方向鉄筋８を頂点とする多角形状に配置されていればよく、四角形状には限定されない。

また、拘束筋12は、杭本体部２を拘束するように軸方向鉄筋８に応じて杭本体部２に埋設されていれば、上記各実施の形態以外の任意の配置としてよい。

さらに、第２および第３の実施の形態の軸方向鉄筋８に対し、第１の実施の形態の拘束筋12を組み合わせてもよい。

１外殻鋼管コンクリート杭
２杭本体部
４鋼管部
８軸方向補強体である軸方向鉄筋
12 拘束補強体である拘束筋

Claims

コンクリートで成形された杭本体部と、
この杭本体部の外側に配置された筒状の鋼管部と、
前記杭本体部の中心軸の周囲の複数箇所に軸方向に沿って埋設された軸方向補強体と、
これら軸方向補強体に応じて前記杭本体部に埋設され、前記杭本体部を拘束する拘束補強体と、
を備えることを特徴とする外殻鋼管コンクリート杭。
拘束補強体は、軸方向補強体毎に螺旋状に巻き付けられている
ことを特徴とする請求項１記載の外殻鋼管コンクリート杭。
拘束補強体は、杭本体部の中心軸を囲む複数の軸方向補強体の外側を囲んでループ状に配置されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の外殻鋼管コンクリート杭。