JP3896069B2 - 杭基礎構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビルや橋梁等のような建築・土木関係の構造物に固定されて地中地盤に埋め込まれたコンクリート製フーチング（構造物の基礎）を、中空状の基礎杭（硬盤層などの深い層に伝達して支持させる先端支持杭や杭外周面と地盤土砂との間の摩擦力で支持させる摩擦杭）の上端部たる杭頭部に支承させてなる杭基礎構造に関するものである。
【０００２】
この種の杭基礎構造として、基礎フーチングの下部に取付けた上支承部材と基礎杭の頭部（杭頭部）に取付けた下支承部材とを所定範囲で相対変位可能に接合させることにより、耐震性能及び免震性能を発揮しうるように構成された杭基礎構造が提案されている。而して、かかる耐震，免震構造によれば、両支承部材の相対変位により地震力によるエネルギーが効果的に吸収緩和され、地震力が作用したときの杭頭部とフーチングとの接合部への応力集中が著しく減少されるために、杭頭部やフーチング下部の損傷、破損を効果的に回避し得て、剛接合構造のような問題を生じることがない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、両支承部材による接合部分にフーチングを通じて上部構造体の重量が長期鉛直荷重として作用するが、基礎杭が中空状の既成杭（遠心力鉄筋コンクリート杭，プレテンション方式遠心力高強度プレストレスコンクリート杭（ＰＨＣ杭），ＳＣ杭，ＳＴ杭等）である場合には、両支承部材（直接的には下支承部材）の杭中空部に対応する部分は杭からの反力を受けることがないために、鉛直荷重によって歪を生じる虞れがある。その結果、両支承部材の相対変位が円滑に行われず、安定した良好な耐震，免震機能を発揮することができない。なお、このような問題を生じさせないためには、両支承部材を剛性の高いものとしておく必要があるが、このようにすると両支承部材による接合構造が必要以上に大型化する。
【０００４】
本発明は、このような問題を生じることなく、優れた耐震性能及び免震性能を発揮しうる杭基礎構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基礎フーチングの下部に取付けられた上支承部材と中空状の基礎杭の頭部に取付けられた下支承部材とを所定範囲で相対変位可能に接合させてなる杭基礎構造において、上記の目的を達成すべく、特に、（１）又は（２）の如く構成しておくことを提案するものである。
（１） 基礎杭の頭部に、杭中空部に対応する中央部分が支承荷重により撓みを生じない厚みとした金属製の補強支持板を、当該頭部の全面を覆う状態で設置し、この補強支持板上に下支承部材を載置支持させ、下支承部材と補強支持板とを固着すると共に基礎杭の頭部と補強支持板とを固着することによって、下支承部材を基礎杭の頭部に取付けるように構成する。
（２） 基礎杭の頭部に、杭中空部に対応する中央部分が支承荷重により撓みを生じない厚みとした金属製の補強支持板を、当該頭部の全面を覆う状態で設置し、この補強支持板上に下支承部材を載置支持させ、下支承部材と補強支持板とを固着すると共に補強支持板に垂設した筒状の連結体を基礎杭の内周部又は外周部に上方から嵌合させることにより、下支承部材を基礎杭の頭部に取付けるように構成し、この連結体を、少なくとも、地震力による引抜力が補強支持板に作用した場合にも当該連結体が基礎杭の頭部から外れない長さのものとする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１４に基づいて具体的に説明する。
【０００７】
本発明の杭基礎構造は、図１に示す如く、中空状の基礎杭１の頭部（杭頭部）１ａとその上位に配置された基礎フーチング２とを、ピン接合手段３又はスライド接合手段１０３により接合したものであり、以下に種々の実施の形態について説明する。なお、基礎フーチング２は、上部構造体である建物Ａから下方へ一体に延設した柱Ｂ及び基礎梁Ｃに固定させて地中に埋め込み設置されたコンクリート製のものである。
【０００８】
図２〜図５は第１の実施の形態を示したもので、この実施の形態における本発明に係る杭基礎構造（以下「第１杭基礎構造」という）は、中空状の基礎杭１と基礎フーチング２とを次のようなピン接合手段３により接合してなる。なお、基礎杭１は、地中地盤に打設された遠心力鉄筋コンクリート杭，プレテンション方式遠心力高強度プレストレスコンクリート杭（ＰＨＣ杭），ＳＣ杭，ＳＴ杭等の中空断面構造（円筒構造）をなす既成杭であり、杭頭部１ａには、図２に示す如く、環状の金属製端板１ｂが固着されている。
【０００９】
ピン接合手段３は、図２に示す如く、杭頭部１ａに取付けた下支承部材４と基礎フーチング２の下部に取付けた上支承部材５とを、両支承部材４，５の上下対向面４１ａ，５１ａ間に密閉充填された非圧縮性の可撓性部材６を介して、鉛直軸線に対して所定範囲で相対回転可能に接合させてなる。
【００１０】
すなわち、下支承部材４は、図２及び図３に示す如く、上方に開口する有底筒状のシリンダ部４１と、その下端外周部から水平に突出する環状鍔部４２と、環状鍔部４２に垂設した筒状の位置決め部４３とからなる金属製（この例では鋼製）のものであり、杭頭部１ａに補強支持板７を介して取付けられている。
【００１１】
シリンダ部４１及び環状鍔部４２は、図３に示す如く、金属円筒４ａの下端部にこれより大径の金属円板４ｂを同心状に溶着４ｃすることにより、一体的に構成されている。すなわち、シリンダ部４１は、鋼製円筒（鋼管）４ａとその下端部を閉塞する円形鋼板４ｂの中心部分とで構成されており、環状鍔部４２は、鋼管４ａの下端外周部から食み出す円形鋼板４ｂの外周側部分で構成されている。また、位置決め部４３は、円形鋼板４ｂの外周縁部（環状鍔部４２の外周縁部）に溶着した鋼製円筒（鋼管）で構成されている。
【００１２】
補強支持板７は、図２に示す如く、基礎杭１より若干大径とした円形状をなし且つ杭１の中空部に対応する中央部分７ａに支承荷重が作用したときにも撓みを生じない強度を有するに充分な厚みＨ２をなす金属製円板（この例では鋼板）であり、外周縁部に垂設（溶接）した円筒状の金属製連結体（この例では鋼管）７１を、杭１の外周部にその上方から嵌合（外嵌）させることにより、杭頭部１ａ（より正確には端板１ｂ）上に設置固定されている。なお、連結体７１の長さ（杭頭部１ａへの嵌合長さ）Ｈ１は、少なくとも、地震力等による引抜力が補強支持板７に作用した場合にも連結体７１と杭頭部１ａとの嵌合形態が解除されない（連結体７１が杭頭部１ａから外れない）程度に設定されている。また、連結体７１の断面形状は、杭頭部１ａの断面形状に相似するものであるが、杭頭部１ａへの嵌合を容易に行いうる範囲で可及的に小さくしておくこと、つまり両者１ａ，７１間の隙間が可及的に小さくなるように設定しておくことが好ましい。
【００１３】
而して、下支承部材４は、図２に示す如く、補強支持板７上に環状鍔部４２をボルト８…により固着することにより、補強支持板７を介して杭頭部１ａに取付けられている。このとき、下支承部材４の位置決めは、位置決め部４３を補強支持板７に嵌合させることにより行われる。なお、補強支持板７の厚みＨ２は、基礎杭１の中空部１ｃに対応する中央部分７ａがこれにピン接合手段３を介して作用する支承荷重によって撓みを生じない程度の充分な強度を有するように、設定されている。したがって、下支承部材４は、これが取付けられる基礎杭１が中空の既成杭であっても、上記支承荷重により杭中空部１ｃに対応する部分（杭１による反力を受けない部分）が撓んでピン接合機能が損なわれるような心配はない。
【００１４】
上支承部材５は、図２に示す如く、上方開放状の有底筒体をなす金属製の取付部たるピストン部５１と、ピストン部５１の下端部に設けられた環状シール部材５２とからなる。ピストン部５１は、図３に示す如く、鋼製円筒（鋼管）５ａの下端部にこれより若干大径の円形鋼板５ｂを同心状に溶着５ｃすることにより構成されており、その下端側部分が下支承部材４のシリンダ部４１に上方から嵌入されている。なお、ピストン部５１の外径は、これとシリンダ部４１との対向周面４１ｂ，５１ｂ間に両部４１，５１の相対回転変位（地震力を吸収すべき相対回転変位）を許容するために必要且つ充分な環状隙間３ｂを形成すべく、シリンダ部４１の内径より所定量小さく設定されている。また、ピストン部５１のシリンダ部４１への嵌合長さＨ３（図３参照）は、地震力等による引抜力が両部４１，５１の嵌合部に作用した場合にも両部４１，５１の嵌合形態が解除されない（ピストン部５１がシリンダ部４１から引き抜かれない）程度に設定されている。
【００１５】
環状シール部材５２は、充填材入りＰＴＦＥ等からなる合成樹脂製のもので、ピストン部５１の下端外周部つまり円形鋼板５ｂの外周部に係合保持されていて、シリンダ部４１の底面つまり円形鋼板４ｂの上面４１ａとピストン部５１の底面つまり円形鋼板５ｂの下面５１ａとの間に密閉空間３ａを形成すべく、ピストン部５１の下端外周面（円形鋼板５ｂの外周面）とこれに対向するシリンダ部４１の内周面（鋼管４ａの内周面）との間をシールするものである。
【００１６】
而して、上支承部材５は、基礎フーチング２のコンクリート打設時において、図１に示す如く、フーチング２の一部２ａをピストン部５１内に充填させることにより、フーチング２の下端部に取付けられる。なお、フーチング２の下端部とシリンダ部４１の上端面との鉛直方向距離は、地震による両支承部材４，５の相対回転を妨げない範囲で適宜に設定されるが、フーチング２は、ピストン部５１内への充填部分２ａがフーチング下端部２ｂから下方へ突出すると共にピストン部５１の上端部（周壁５ａの上端部）がフーチング下端部２ｂに没入する形態となるように、構築される。
【００１７】
可撓性部材６は、図２及び図３に示す如く、外径がシリンダ部４１の内径に一致する厚さ一定の弾性円板（中実円板）であり、前記密閉空間３ａに密に充填されている。弾性円板６の構成材としては、圧縮復元特性に優れた天然ゴム，合成ゴム等のゴム弾性材又はゴム基材で構成されるエラストマー材が使用されるが、この例では耐候性に優れた合成ゴムを使用している。
【００１８】
ところで、シリンダ部４１とこれに嵌合されたピストン部５１との対向周面４１ｂ，５１ｂ間に形成される環状隙間３ｂは、両部４１，５１の相対回転変位を許容するために不可避なものであるが、この環状隙間３ｂには、当該杭基礎構造の構築時又は上下支承部材４，５の相対変位時において周辺の土砂等が侵入，堆積する虞れがある。そして、環状隙間３ｂに土砂等が侵入，堆積すると、両支承部材４，５の相対回転変位が円滑に行われなくなり、ピン接合手段３による免震，耐震機能が良好に発揮されない虞れがある。そこで、環状隙間３ｂの少なくとも上端部（開口部）に弾性材製の環状スクレーパ９を配置して、環状隙間３ｂへの土砂等の侵入，堆積を防止しうるように図っている。すなわち、環状隙間３ｂの上端部（入口部）は、図２及び図３に示す如く、両部４１，５１の対向周面４１ｂ，５１ｂの一方に固着（接着剤等による）され且つ当該対向周面４１ｂ，５１ｂに圧接する弾性材製の環状スクレーパ９により、密閉シールされている。この例では、環状スクレーパ９の外周部をシリンダ部４１の内周面４１ｂに接着剤により固着して、その内周部９ａをピストン部５１の外周面５１ｂに圧接させてある。なお、スクレーパ９の構成材としては、両部４１，５１の相対変位に伴って弾性変形しうる弾性材であればよく、この例ではスポンジゴムが使用されている。
【００１９】
以上のようにピン接合手段３により杭頭部１ａとフーチング２とをピン接合した第１杭基礎構造にあっては、地震力が作用した場合、図４に示す如く、両支承部材４，５間に密閉充填された合成ゴム製円板６の弾性変形による杭頭部１ａとフーチング２との全方向への相対回転変位により、地震力によるエネルギーが効果的に吸収緩和されることになる。したがって、地震力が作用したときの杭頭部１ａとフーチング２との接合部への応力集中が著しく減少されるために、杭１及びフーチング２の断面を強度上の必要最低限に縮小し、かつ、配筋量も低減して施工の容易性及び低コスト化を図りながらも、過大な水平力が作用したときでも、杭頭部１ａ及びフーチング２の損傷、破損を防止して優れた耐震性能、免震性能を発揮させることが可能となる。
【００２０】
また、シリンダ部４１とこれに嵌合されたピストン部５１との間に介在されている弾性部材６にはフーチング２を通じて上部構造体の重量が長期鉛直荷重として作用しており、さらに、地震力が作用した場合には、杭頭部１ａとフーチング２との相対回転変位に伴い弾性部材６には強大な偏荷重が作用することになるが、弾性部材６が非圧縮性材製部材（合成ゴム製円板）であって両部４１，５１間に形成された密閉空間３ａに密に充填されたものであることから、ピン接合部に作用する荷重をすべて弾性部材６で受け止めることになり、当該荷重に対しては一種の剛体として機能することになる。一方、フーチング２はコンクリート製のものであるから、このように剛体として機能する弾性部材６に比して脆弱であるが、当該荷重が直接作用するフーチング部分２ａはピストン部５１内に充填されていて、当該フーチング部分２ａの横方向への変形がピストン部５１の鋼製周壁（鋼管）５ａで完全に阻止されているから、当該フーチング部分２ａの強度（圧縮強度）は大幅に増大されることになる。したがって、これらの点から、杭頭部１ａとフーチング２との相対回転変位に伴って作用する荷重に対して充分に対抗することができ、ピン接合部の強度，耐久性が大幅に向上する。その結果、耐震性能、免震性能を長期に亘って安定且つ良好に発揮させることができると共に、ピン接合構造の大幅な小型化を実現することができる。すなわち、ピン接合部の設置数低減と各ピン接合部の小型化とを共に実現することができる。
【００２１】
また、基礎杭１が中空断面構造をなす既成杭である場合、下支承部材４を杭頭部１ａ上に設置すると、上下支承部材４，５における杭中空部１ｃに対応する部分が杭１からの反力（支持力）を受け得ないことから、ピン接合手段３の強度を確保するために下支承部材４（及び上支承部材５）を必要以上に大型化しておく必要がある（さもないと、支承荷重により杭中空部１ｃに対応する部分が撓んでピン接合機能が損なわれる）が、下支承部材４を前記した補強支持板７を介して杭頭部１ａ上に設置しておくことにより、このような問題を回避することができ、上記したこととも相俟って、ピン接合部の設置数低減と各ピン接合部の小型化とを共に実現することができる。
【００２２】
しかも、補強支持板７を、これに設けた連結体７１を杭頭部１ａに嵌合させることにより、杭頭部１ａに固定させているから、下支承部材４と補強支持板７とをボルト８…により連結させていることとも相俟って、ピン接合手段３の設置及び組立作業を、天候に左右される溶接作業を必要とすることなく、容易且つ効率良く行うことができる。すなわち、ピン接合手段３の設置，組立は、補強支持板７をクレーンにより吊支，下降させて、連結体７１を介して杭頭部１ａに嵌合固定する第１工程、下支承部材４をクレーンにより吊支，下降させて、杭頭部１ａに固定された補強支持板７上に載置させる第２工程（下支承部材４の位置決めは位置決め部４３の補強支持板７への嵌合により行う）、下支承部材４を補強支持板７にボルト８…により連結させる第３工程、及び上支承部材５をクレーンにより吊支，下降させて、上支承部材５のピストン部５１を可撓性部材６が装填されている下支承部材４のシリンダ部４１に嵌合させる第４工程によって行われるが、これらの工程は、第３工程を除いて、すべてクレーン作業のみによって行うことができ、しかも第３工程も熟練を要しない極めて容易な作業であるから、溶接作業を必要とする場合に比して、ピン接合手段３の設置，組立極めて容易且つ効率良く行うことができる。
【００２３】
また、シリンダ部４１とこれに嵌合されているピストン部５１との対向周面４１ｂ，５１ｂ間に形成される環状隙間３ｂには、当該杭基礎構造の構築時又は上下支承部材４，５の相対変位時において周辺の土砂等が侵入，堆積する虞れがあるが、かかる土砂等の環状隙間３ｂへの侵入は当該環状隙間３ｂの開口部（上端部）に設けた環状スクレーパ９により確実に防止されて、両支承部材４，５の円滑な相対回転変位が確保され、ピン接合手段３による免震，耐震機能が良好に発揮される。すなわち、当該基礎構造の構築時及び上下支承部材４，５の相対変位時においては、図２〜図４に示す如く、環状隙間３ｂの開口部が、その形状変化に追従して弾性変形する環状スクレーパ９により、常に、閉塞（シール）されることから、環状隙間３ｂに土砂等が侵入することがない。
【００２４】
ところで、上下支承部材４，５の相対回転時においては、シリンダ部４１がピストン部５１に対して、図５に例示する如く、地震発生により、常態位置（同図に実線で示す位置）から免震位置（同図に鎖線で示す位置）へと相対変位（免震動作）し、地震沈静後は免震位置から常態位置へと相対変位（復帰動作）することになり、ピストン部５１の外周面５１ｂの一部５１ｃ，５１ｄが環状弾性部材（スクレーパ）９の内周部９ａを相対的に通過して環状隙間３ｂ内へと進入することになる。すなわち、免震動作においては、常態位置における環状弾性部材９から上方に食み出している外周面部分５１ｃが、免震位置への変位に伴って、相対的に環状弾性部材９の内周部９ａを通過して環状隙間３ｂへと変位する。また、復帰動作においては、免震位置における環状弾性部材９から上方に食み出している外周面部分５１ｄが、常態位置への変位に伴って、相対的に環状弾性部材９の内周部９ａを通過して環状隙間３ｂへと変位する。したがって、環状弾性部材９がシール機能のみを有するに過ぎないものである場合には、このような外周面部分５１ｃ，５１ｄの環状隙間３ｂへの進入に伴って、当該外周面部分５１ｃ，５１ｄに付着している土砂等が環状弾性部材９の内周部９ａを通過して環状隙間３ｂに侵入する虞れがある。また、復帰動作において、一旦環状隙間３ｂ内に進入した外周面部分５１ｃが再び環状隙間３ｂ外へと変位する際に、当該外周面部分５１ｃに付着，残存している土砂等が環状弾性部材９の内周部９ａによって環状隙間３ｂ内に掻き落とされる虞れもある。
【００２５】
しかし、環状弾性部材９が、前述した如く、内周部９ａをピストン部５１の外周面５１ｂに圧接させたスクレーパに構成されていることから、当該内周部９ａが両部４１，５１の相対変位に伴ってピストン部５１の外周面５１ｂを擦りつつ相対移動するスクレーパ機能を発揮することになり、前記外周面部分５１ｃ，５１ｄが環状隙間３ｂ内へと進行する際に、当該外周面部分５１ｃ，５１ｄに付着している土砂等がスクレーパ９の内周部９ａで掻き取られて環状隙間３ｂへと侵入することがない。すなわち、免震動作においては外周面部分５１ｃが、また復帰動作においては外周面５１ｄが、夫々、スクレーパ９の内周部であるスクレーパ部９ａで擦られつつ環状隙間３ｂ内に進行していくことになり、当該外周面部分５１ｃ，５１ｄに付着している土砂等をスクレーパ部９ａで掻き落とされた清浄面として環状隙間３ｂ内へと進入することになる。したがって、シール機能及びスクレーパ機能を有するスクレーパ９を環状隙間３ｂの入口部に設けておくことにより、環状隙間３ｂ内に土砂等が侵入，堆積することがなく、両部４１，５１の相対回転が円滑に行われ、免震，耐震機能が良好に発揮される。なお、スクレーパ機能を更に効果的に発揮させるためには、スクレーパ部（この例では、スクレーパ９の内周部）９ａを、図６に示す如く、尖端形状に構成しておくことが好ましい。また、スクレーパ９は、環状隙間３ｂの入口部のみならず、当該隙間３ｂ全面に充填されるような大きなものとしておいてもよい。
【００２６】
ところで、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。
【００２７】
例えば、図７は第２の実施の形態を示すものであり、この実施の形態における本発明に係る杭基礎構造（以下「第２杭基礎構造」という）にあっては、補強支持板７の杭頭部１ａへの固定手段及び下支承部材４との位置決め手段を工夫することによって、補強支持板７を含めたピン接合手段３の更なる小型化を図っている。なお、第２杭基礎構造の構成，作用効果は、以下に述べる点を除いて、第１杭基礎構造と同一である。
【００２８】
すなわち、補強支持板７及び下支承部材４の環状鍔部４２の外径は、同一であり、基礎杭１の外径と同一又はやや小径に設定されている。補強支持板７の下面中央部には同心状に円筒状の金属製連結体（鋼管）７２が垂設（溶接）されており、この連結体７２を杭１の内周部（中空部）１ｃにその上方から嵌合（内嵌）させることにより、補強支持板７を杭頭部１ａ（端板１ｂ）上に設置固定しうるように構成されている。また、下支承部材４と補強支持板７との位置決めを、シリンダ部４１の下面中心部に形成した位置決め凹部４４と補強支持板７の上面中心部に形成した位置決め凸部７３とを係合させることによって行うように構成されている。したがって、下支承部材４及び補強支持板７が、杭頭部１ａから横方向に食み出さないことから、下支承部材４及び補強支持板７の外周部（位置決め部４３及び連結体７１）が杭頭部１ａから横方向に食み出すことになる第１杭基礎構造に比して、補強支持板７を含むピン接合手段３を更に小型化できる。なお、連結体７２の長さ（杭中空部１ｃへの嵌合長さ）Ｈ１は、第１杭基礎構造における連結体７１と同様に、少なくとも地震力等による引抜力が補強支持板７に作用した場合にも連結体７２と杭頭部１ａとの嵌合形態が解除されない（連結体７２が杭頭部１ａから外れない）程度に設定される。また、連結体７２の断面形状は、杭中空部１ｃの断面形状に相似するものであるが、杭中空部１ｃへの嵌合を容易に行いうる範囲で可及的に大きくしておくこと、つまり杭１の内周面と連結体７２の外周面との隙間が可及的に小さくなるように設定しておくことが好ましい。
【００２９】
また、補強支持板７の杭頭部１ａへの取り付けは、連結体７１，７２による係合手段によらず、溶接手段によって行うこともできる。例えば、図８に示す杭基礎構造（以下「第３杭基礎構造」という）及び第９図に示す杭基礎構造（以下「第４杭基礎構造」という）では、補強支持板７を杭頭部１ａつまり端板１ｂに溶接８ａするようにしている。特に、第４杭基礎構造にあっては、下支承部材４と補強支持板７との連結を現場で行わず、予め両者４，７を溶接８ｂにより一体連結させておくようにしている。なお、第３及び第４杭基礎構造の構成，作用効果は、上記した点を除いて、第２杭基礎構造と同一である。
【００３０】
また、本発明は、図９〜図１４に示す如く、基礎杭１と基礎フーチング２とをスライド接合手段１０３により接合させた杭基礎構造にも適用することができる。
【００３１】
すなわち、図１０に示す杭基礎構造（以下「第５杭基礎構造」という）、図１１に示す杭基礎構造（以下「第６杭基礎構造」という）、図１２に示す杭基礎構造（以下「第７杭基礎構造」という）及び図１３に示す杭基礎構造（以下「第８杭基礎構造」という）にあっては、既成杭１の頭部１ａに補強支持板１０７を介して取付けられた下支承部材１０４とフーチング２の下部に取付けられた上支承部材１０５とを、図１４に示す如く、所定範囲で水平方向に相対変位可能に接合させてある。
【００３２】
すなわち、下支承部材１０４は、図１０〜図１３に示す如く、金属製の円板で構成されており、補強支持板１０７を介して杭頭部１ａに取り付けられている。補強支持板１０７は、前記補強支持板７と同一のものであり、当該補強支持板７と同様に、杭中空部に対応する中央部分に支承荷重が作用したときにも撓みを生じない強度を有するに充分な厚みＨ２をなす鋼板製円板である。第５〜第８杭基礎構造における補強支持板１０７の杭頭部１ａの取り付け及び下支承部材１０４と補強支持板１０７との連結は、夫々、第１〜第４杭基礎構造と同様に行われている。すなわち、第５杭基礎構造にあっては、図１０に示す如く、第１杭基礎構造と同様に、補強支持板１０７を、これに垂設した鋼管製の連結体１７１を杭頭部１ａに外嵌させることにより、杭頭部１ａに取付けると共に、下支承部材１０４をボルト１０８による締結及び円筒状位置決め部１４３の補強支持板１０７の外嵌により補強支持板１０７に取り付けてある。また、第６杭基礎構造にあっては、図１１に示す如く、第２杭基礎構造と同様に、補強支持板１０７を、これに垂設した鋼管製の連結体１７２を杭頭部１ａに内嵌させることにより、杭頭部１ａに取付けると共に、下支承部材１０４をボルト１０８による締結及び位置決め凹凸部１４４，１７３の係合により補強支持板１０７に取付けてある。また、第７杭基礎構造あっては、図１２に示す如く、第３杭基礎構造と同様に、補強支持板１０７を杭頭部１ａに溶着１０８ａすると共に、下支承部材１０８をボルト１０８により補強支持板１０７の取付けてある。また、第８杭基礎構造にあっては、図１３に示す如く、第４杭基礎構造と同様に、補強支持板１０７を杭頭部１ａに溶着１０８ａすると共に下支承部材１０８を補強支持板１０７に溶着１０８ｂしてある。
【００３３】
上支承部材１０５は、図１０〜図１３に示す如く、上方に開口する有底円筒状の取付部１５１とその下面部（底面部）に固着した摺動円板１５２とからなり、第１〜第７基礎杭構造と同様に、取付部１５１に基礎フーチング２の一部２ａを充填させることにより基礎フーチング２に取付けられている。なお、両支承部材１０４，１０５及び補強支持板１０７は、金属製（この例では鋼製）のものである。
【００３４】
而して、第５〜第８杭基礎構造にあって、両支承部材１０４，１０５は、その上下対向面（下支承部材１０４の上面１０４ａと摺動円板１５２の下面１５２ａ）間に設けた低摩擦性のスライド板１４２を介して、水平方向に相対変位可能に接合されている。そして、両支承部材１０４，１０５の上下対向面１０４ａ，１５２ａの一方（この例では、下支承部材１０４の上面１０４ａ）に、スライド板１４２を固着すると共に、スライド板１４２を囲繞し且つ当該上下対向面１０４ａ，１５２ａの他方（この例では、摺動円板１５２の下面１５２ａ）に圧接する環状スクレーパ１０９を固着してある。スライド板１４２は、ポリテトラフルオロエチレン等の低摩擦材で構成されており、上支承部材１０５を水位スライド自在に支持している。なお、スライド板１４２は、金属材又は多孔質材で構成されたスライド板本体の上面つまり摺動円板１５２との接触面１４２ａに液体潤滑材又は固体潤滑材等の低摩擦材を含浸，塗布，保持させたものでもよい。環状スクレーパ１０９は、スライド板１４２を囲繞する状態で下支承部材１０４の上面１０４ａに固着された円環状体で、先端部（上端部）を摺動円板１５２の下面１５２ａに圧接するスクレーパ部１０９ａに構成されていて、前記スクレーパ９と同様のシール機能及びスクレーパ機能により、両支承部材１０４，１０５の相対スライド部分への土砂等の侵入を防止するようになっている。すなわち、スクレーパ１０９は、両支承部材１０４，１０５間に形成されるスライド板１４２の収納空間１０３ｂを密閉シールして、当該収納空間１０３ｂへの土砂等の浸入を阻止するシール機能を発揮する。さらに、スクレーパ１０９のスクレーパ部１０９ａは、両支承部材１０４，１０５の相対変位（水平方向の相対スライド変位）に伴って、摺動円板１５２の下面１５２ａ上をこれに付着した土砂等を掻き取りつつ移動することによって、スライド板１４２が摺動する面（摺動円板１５２の下面１５２ａにおける収納空間１０３ｂ内の部分）を土砂等が付着しない清浄面に保持するスクレーパ機能を発揮する。スクレーパ１０９の構成材及び形状は、上記したシール機能及びスクレーパ機能を発揮できるものである限りにおいて任意であり、例えば、ゴム等の弾性材やポリテトラフルオロエチレン等の低摩擦性材で円環状に構成すると共に、スクレーパ部１０９ａは尖端形状に構成しておく。
【００３５】
以上のように構成された第５〜第８杭基礎構造にあっては、地震力が作用した場合、両支承部材１０４，１０５が、図１４（Ａ）に示す常態位置から同図（Ｂ）に示す免震位置へと、スライド板１４２を介して水平方向に所定量Ｌ相対変位し、地震力によるエネルギーが効果的に吸収緩和されることになり、第１〜第７杭基礎構造と同様に、フーチング部分２ａが筒状の取付部１５１に充填されて補強されていること、下支承部材１０４が補強支持板１０７を介して中空杭１の頭部１ａに支持されていること及びスクレーパ１０９により両支承部材１０４，１０５のスライド部分（収納空間）１０３ｂへの土砂等の侵入が阻止されることとも相俟って、耐震性能、免震性能が良好に発揮される。なお、第５〜第８杭基礎構造の構成，作用効果は、上記した点を除いて、第１〜第４杭基礎構造と同一である。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の杭基礎構造によれば、冒頭で述べた問題を生じることなく、杭基礎構造の小型化を図りつつ長期に亘って良好且つ安定した耐震，免震機能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１〜第８杭基礎構造を示す正面図である。
【図２】第１杭基礎構造の要部を示す縦断正面図である。
【図３】図２の要部（ピン接合手段の周辺部分）を拡大して示す詳細図である。
【図４】図２と異なる状態を示す図２相当の縦断正面図である。
【図５】ピン接合手段の作用状態を示す図２及び図４対応の概略図である。
【図６】第１杭基礎構造の変形例を示す図３対応の縦断正面図である。
【図７】第２杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図８】第３杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図９】第４杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図１０】第５杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図１１】第６杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図１２】第７杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図１３】第８杭基礎構造の要部を示す図２対応の縦断正面図である。
【図１４】第５〜第８杭基礎構造におけるスライド接合手段の作用状態を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１…基礎杭、１ａ…杭頭部、１ｃ…杭中空部、２…基礎フーチング、２ａ…フーチングの一部（充填部分）、３…ピン接合手段、３ａ…密閉空間、３ｂ…環状隙間、４，１０４…下支承部材、５，１０５…上支承部材、６…可撓性部材、７，１０７…補強支持板、９，１０９…スクレーパ、９ａ，１０９ａ…スクレーパ部、５１，１５１…ピストン部、７１，７２，１７１，１７２…連結体、１０３…スライド接合手段、１４２…スライド板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビルや橋梁等のような建築・土木関係の構造物に固定されて地中地盤に埋め込まれたコンクリート製フーチング（構造物の基礎）を、中空状の基礎杭（硬盤層などの深い層に伝達して支持させる先端支持杭や杭外周面と地盤土砂との間の摩擦力で支持させる摩擦杭）の上端部たる杭頭部に支承させてなる杭基礎構造に関するものである。
【０００２】
この種の杭基礎構造として、基礎フーチングの下部に取付けた上支承部材と基礎杭の頭部（杭頭部）に取付けた下支承部材とを所定範囲で相対変位可能に接合させることにより、耐震性能及び免震性能を発揮しうるように構成された杭基礎構造が提案されている。而して、かかる耐震，免震構造によれば、両支承部材の相対変位により地震力によるエネルギーが効果的に吸収緩和され、地震力が作用したときの杭頭部とフーチングとの接合部への応力集中が著しく減少されるために、杭頭部やフーチング下部の損傷、破損を効果的に回避し得て、剛接合構造のような問題を生じることがない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、両支承部材による接合部分にフーチングを通じて上部構造体の重量が長期鉛直荷重として作用するが、基礎杭が中空状の既成杭（遠心力鉄筋コンクリート杭，プレテンション方式遠心力高強度プレストレスコンクリート杭（ＰＨＣ杭），ＳＣ杭，ＳＴ杭等）である場合には、両支承部材（直接的には下支承部材）の杭中空部に対応する部分は杭からの反力を受けることがないために、鉛直荷重によって歪を生じる虞れがある。その結果、両支承部材の相対変位が円滑に行われず、安定した良好な耐震，免震機能を発揮することができない。なお、このような問題を生じさせないためには、両支承部材を剛性の高いものとしておく必要があるが、このようにすると両支承部材による接合構造が必要以上に大型化する。
【０００４】
本発明は、このような問題を生じることなく、優れた耐震性能及び免震性能を発揮しうる杭基礎構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基礎フーチングの下部に取付けられた上支承部材と中空状の基礎杭の頭部に取付けられた下支承部材とを所定範囲で相対変位可能に接合させてなる杭基礎構造において、上記の目的を達成すべく、特に、（１）又は（２）の如く構成しておくことを提案するものである。
（１） 基礎杭の頭部に、杭中空部に対応する中央部分が支承荷重により撓みを生じない厚みとした金属製の補強支持板を、当該頭部の全面を覆う状態で設置し、この補強支持板上に下支承部材を載置支持させ、下支承部材と補強支持板とを固着すると共に基礎杭の頭部と補強支持板とを固着することによって、下支承部材を基礎杭の頭部に取付けるように構成する。
（２） 基礎杭の頭部に、杭中空部に対応する中央部分が支承荷重により撓みを生じない厚みとした金属製の補強支持板を、当該頭部の全面を覆う状態で設置し、この補強支持板上に下支承部材を載置支持させ、下支承部材と補強支持板とを固着すると共に補強支持板に垂設した筒状の連結体を基礎杭の内周部又は外周部に上方から嵌合させることにより、下支承部材を基礎杭の頭部に取付けるように構成し、この連結体を、少なくとも、地震力による引抜力が補強支持板に作用した場合にも当該連結体が基礎杭の頭部から外れない長さのものとする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１４に基づいて具体的に説明する。
【０００７】
本発明の杭基礎構造は、図１に示す如く、中空状の基礎杭１の頭部（杭頭部）１ａとその上位に配置された基礎フーチング２とを、ピン接合手段３又はスライド接合手段１０３により接合したものであり、以下に種々の実施の形態について説明する。なお、基礎フーチング２は、上部構造体である建物Ａから下方へ一体に延設した柱Ｂ及び基礎梁Ｃに固定させて地中に埋め込み設置されたコンクリート製のものである。
【０００８】
図２〜図５は第１の実施の形態を示したもので、この実施の形態における本発明に係る杭基礎構造（以下「第１杭基礎構造」という）は、中空状の基礎杭１と基礎フーチング２とを次のようなピン接合手段３により接合してなる。なお、基礎杭１は、地中地盤に打設された遠心力鉄筋コンクリート杭，プレテンション方式遠心力高強度プレストレスコンクリート杭（ＰＨＣ杭），ＳＣ杭，ＳＴ杭等の中空断面構造（円筒構造）をなす既成杭であり、杭頭部１ａには、図２に示す如く、環状の金属製端板１ｂが固着されている。
【０００９】
ピン接合手段３は、図２に示す如く、杭頭部１ａに取付けた下支承部材４と基礎フーチング２の下部に取付けた上支承部材５とを、両支承部材４，５の上下対向面４１ａ，５１ａ間に密閉充填された非圧縮性の可撓性部材６を介して、鉛直軸線に対して所定範囲で相対回転可能に接合させてなる。
【００１０】
すなわち、下支承部材４は、図２及び図３に示す如く、上方に開口する有底筒状のシリンダ部４１と、その下端外周部から水平に突出する環状鍔部４２と、環状鍔部４２に垂設した筒状の位置決め部４３とからなる金属製（この例では鋼製）のものであり、杭頭部１ａに補強支持板７を介して取付けられている。
【００１１】
シリンダ部４１及び環状鍔部４２は、図３に示す如く、金属円筒４ａの下端部にこれより大径の金属円板４ｂを同心状に溶着４ｃすることにより、一体的に構成されている。すなわち、シリンダ部４１は、鋼製円筒（鋼管）４ａとその下端部を閉塞する円形鋼板４ｂの中心部分とで構成されており、環状鍔部４２は、鋼管４ａの下端外周部から食み出す円形鋼板４ｂの外周側部分で構成されている。また、位置決め部４３は、円形鋼板４ｂの外周縁部（環状鍔部４２の外周縁部）に溶着した鋼製円筒（鋼管）で構成されている。
【００１２】
補強支持板７は、図２に示す如く、基礎杭１より若干大径とした円形状をなし且つ杭１の中空部に対応する中央部分７ａに支承荷重が作用したときにも撓みを生じない強度を有するに充分な厚みＨ２をなす金属製円板（この例では鋼板）であり、外周縁部に垂設（溶接）した円筒状の金属製連結体（この例では鋼管）７１を、杭１の外周部にその上方から嵌合（外嵌）させることにより、杭頭部１ａ（より正確には端板１ｂ）上に設置固定されている。なお、連結体７１の長さ（杭頭部１ａへの嵌合長さ）Ｈ１は、少なくとも、地震力等による引抜力が補強支持板７に作用した場合にも連結体７１と杭頭部１ａとの嵌合形態が解除されない（連結体７１が杭頭部１ａから外れない）程度に設定されている。また、連結体７１の断面形状は、杭頭部１ａの断面形状に相似するものであるが、杭頭部１ａへの嵌合を容易に行いうる範囲で可及的に小さくしておくこと、つまり両者１ａ，７１間の隙間が可及的に小さくなるように設定しておくことが好ましい。
【００１３】
而して、下支承部材４は、図２に示す如く、補強支持板７上に環状鍔部４２をボルト８…により固着することにより、補強支持板７を介して杭頭部１ａに取付けられている。このとき、下支承部材４の位置決めは、位置決め部４３を補強支持板７に嵌合させることにより行われる。なお、補強支持板７の厚みＨ２は、基礎杭１の中空部１ｃに対応する中央部分７ａがこれにピン接合手段３を介して作用する支承荷重によって撓みを生じない程度の充分な強度を有するように、設定されている。したがって、下支承部材４は、これが取付けられる基礎杭１が中空の既成杭であっても、上記支承荷重により杭中空部１ｃに対応する部分（杭１による反力を受けない部分）が撓んでピン接合機能が損なわれるような心配はない。
【００１４】
上支承部材５は、図２に示す如く、上方開放状の有底筒体をなす金属製の取付部たるピストン部５１と、ピストン部５１の下端部に設けられた環状シール部材５２とからなる。ピストン部５１は、図３に示す如く、鋼製円筒（鋼管）５ａの下端部にこれより若干大径の円形鋼板５ｂを同心状に溶着５ｃすることにより構成されており、その下端側部分が下支承部材４のシリンダ部４１に上方から嵌入されている。なお、ピストン部５１の外径は、これとシリンダ部４１との対向周面４１ｂ，５１ｂ間に両部４１，５１の相対回転変位（地震力を吸収すべき相対回転変位）を許容するために必要且つ充分な環状隙間３ｂを形成すべく、シリンダ部４１の内径より所定量小さく設定されている。また、ピストン部５１のシリンダ部４１への嵌合長さＨ３（図３参照）は、地震力等による引抜力が両部４１，５１の嵌合部に作用した場合にも両部４１，５１の嵌合形態が解除されない（ピストン部５１がシリンダ部４１から引き抜かれない）程度に設定されている。
【００１５】
環状シール部材５２は、充填材入りＰＴＦＥ等からなる合成樹脂製のもので、ピストン部５１の下端外周部つまり円形鋼板５ｂの外周部に係合保持されていて、シリンダ部４１の底面つまり円形鋼板４ｂの上面４１ａとピストン部５１の底面つまり円形鋼板５ｂの下面５１ａとの間に密閉空間３ａを形成すべく、ピストン部５１の下端外周面（円形鋼板５ｂの外周面）とこれに対向するシリンダ部４１の内周面（鋼管４ａの内周面）との間をシールするものである。
【００１６】
而して、上支承部材５は、基礎フーチング２のコンクリート打設時において、図１に示す如く、フーチング２の一部２ａをピストン部５１内に充填させることにより、フーチング２の下端部に取付けられる。なお、フーチング２の下端部とシリンダ部４１の上端面との鉛直方向距離は、地震による両支承部材４，５の相対回転を妨げない範囲で適宜に設定されるが、フーチング２は、ピストン部５１内への充填部分２ａがフーチング下端部２ｂから下方へ突出すると共にピストン部５１の上端部（周壁５ａの上端部）がフーチング下端部２ｂに没入する形態となるように、構築される。
【００１７】
可撓性部材６は、図２及び図３に示す如く、外径がシリンダ部４１の内径に一致する厚さ一定の弾性円板（中実円板）であり、前記密閉空間３ａに密に充填されている。弾性円板６の構成材としては、圧縮復元特性に優れた天然ゴム，合成ゴム等のゴム弾性材又はゴム基材で構成されるエラストマー材が使用されるが、この例では耐候性に優れた合成ゴムを使用している。
【００１８】
ところで、シリンダ部４１とこれに嵌合されたピストン部５１との対向周面４１ｂ，５１ｂ間に形成される環状隙間３ｂは、両部４１，５１の相対回転変位を許容するために不可避なものであるが、この環状隙間３ｂには、当該杭基礎構造の構築時又は上下支承部材４，５の相対変位時において周辺の土砂等が侵入，堆積する虞れがある。そして、環状隙間３ｂに土砂等が侵入，堆積すると、両支承部材４，５の相対回転変位が円滑に行われなくなり、ピン接合手段３による免震，耐震機能が良好に発揮されない虞れがある。そこで、環状隙間３ｂの少なくとも上端部（開口部）に弾性材製の環状スクレーパ９を配置して、環状隙間３ｂへの土砂等の侵入，堆積を防止しうるように図っている。すなわち、環状隙間３ｂの上端部（入口部）は、図２及び図３に示す如く、両部４１，５１の対向周面４１ｂ，５１ｂの一方に固着（接着剤等による）され且つ当該対向周面４１ｂ，５１ｂに圧接する弾性材製の環状スクレーパ９により、密閉シールされている。この例では、環状スクレーパ９の外周部をシリンダ部４１の内周面４１ｂに接着剤により固着して、その内周部９ａをピストン部５１の外周面５１ｂに圧接させてある。なお、スクレーパ９の構成材としては、両部４１，５１の相対変位に伴って弾性変形しうる弾性材であればよく、この例ではスポンジゴムが使用されている。
【００１９】
以上のようにピン接合手段３により杭頭部１ａとフーチング２とをピン接合した第１杭基礎構造にあっては、地震力が作用した場合、図４に示す如く、両支承部材４，５間に密閉充填された合成ゴム製円板６の弾性変形による杭頭部１ａとフーチング２との全方向への相対回転変位により、地震力によるエネルギーが効果的に吸収緩和されることになる。したがって、地震力が作用したときの杭頭部１ａとフーチング２との接合部への応力集中が著しく減少されるために、杭１及びフーチング２の断面を強度上の必要最低限に縮小し、かつ、配筋量も低減して施工の容易性及び低コスト化を図りながらも、過大な水平力が作用したときでも、杭頭部１ａ及びフーチング２の損傷、破損を防止して優れた耐震性能、免震性能を発揮させることが可能となる。
【００２０】
また、シリンダ部４１とこれに嵌合されたピストン部５１との間に介在されている弾性部材６にはフーチング２を通じて上部構造体の重量が長期鉛直荷重として作用しており、さらに、地震力が作用した場合には、杭頭部１ａとフーチング２との相対回転変位に伴い弾性部材６には強大な偏荷重が作用することになるが、弾性部材６が非圧縮性材製部材（合成ゴム製円板）であって両部４１，５１間に形成された密閉空間３ａに密に充填されたものであることから、ピン接合部に作用する荷重をすべて弾性部材６で受け止めることになり、当該荷重に対しては一種の剛体として機能することになる。一方、フーチング２はコンクリート製のものであるから、このように剛体として機能する弾性部材６に比して脆弱であるが、当該荷重が直接作用するフーチング部分２ａはピストン部５１内に充填されていて、当該フーチング部分２ａの横方向への変形がピストン部５１の鋼製周壁（鋼管）５ａで完全に阻止されているから、当該フーチング部分２ａの強度（圧縮強度）は大幅に増大されることになる。したがって、これらの点から、杭頭部１ａとフーチング２との相対回転変位に伴って作用する荷重に対して充分に対抗することができ、ピン接合部の強度，耐久性が大幅に向上する。その結果、耐震性能、免震性能を長期に亘って安定且つ良好に発揮させることができると共に、ピン接合構造の大幅な小型化を実現することができる。すなわち、ピン接合部の設置数低減と各ピン接合部の小型化とを共に実現することができる。
【００２１】
また、基礎杭１が中空断面構造をなす既成杭である場合、下支承部材４を杭頭部１ａ上に設置すると、上下支承部材４，５における杭中空部１ｃに対応する部分が杭１からの反力（支持力）を受け得ないことから、ピン接合手段３の強度を確保するために下支承部材４（及び上支承部材５）を必要以上に大型化しておく必要がある（さもないと、支承荷重により杭中空部１ｃに対応する部分が撓んでピン接合機能が損なわれる）が、下支承部材４を前記した補強支持板７を介して杭頭部１ａ上に設置しておくことにより、このような問題を回避することができ、上記したこととも相俟って、ピン接合部の設置数低減と各ピン接合部の小型化とを共に実現することができる。
【００２２】
しかも、補強支持板７を、これに設けた連結体７１を杭頭部１ａに嵌合させることにより、杭頭部１ａに固定させているから、下支承部材４と補強支持板７とをボルト８…により連結させていることとも相俟って、ピン接合手段３の設置及び組立作業を、天候に左右される溶接作業を必要とすることなく、容易且つ効率良く行うことができる。すなわち、ピン接合手段３の設置，組立は、補強支持板７をクレーンにより吊支，下降させて、連結体７１を介して杭頭部１ａに嵌合固定する第１工程、下支承部材４をクレーンにより吊支，下降させて、杭頭部１ａに固定された補強支持板７上に載置させる第２工程（下支承部材４の位置決めは位置決め部４３の補強支持板７への嵌合により行う）、下支承部材４を補強支持板７にボルト８…により連結させる第３工程、及び上支承部材５をクレーンにより吊支，下降させて、上支承部材５のピストン部５１を可撓性部材６が装填されている下支承部材４のシリンダ部４１に嵌合させる第４工程によって行われるが、これらの工程は、第３工程を除いて、すべてクレーン作業のみによって行うことができ、しかも第３工程も熟練を要しない極めて容易な作業であるから、溶接作業を必要とする場合に比して、ピン接合手段３の設置，組立極めて容易且つ効率良く行うことができる。
【００２３】
また、シリンダ部４１とこれに嵌合されているピストン部５１との対向周面４１ｂ，５１ｂ間に形成される環状隙間３ｂには、当該杭基礎構造の構築時又は上下支承部材４，５の相対変位時において周辺の土砂等が侵入，堆積する虞れがあるが、かかる土砂等の環状隙間３ｂへの侵入は当該環状隙間３ｂの開口部（上端部）に設けた環状スクレーパ９により確実に防止されて、両支承部材４，５の円滑な相対回転変位が確保され、ピン接合手段３による免震，耐震機能が良好に発揮される。すなわち、当該基礎構造の構築時及び上下支承部材４，５の相対変位時においては、図２〜図４に示す如く、環状隙間３ｂの開口部が、その形状変化に追従して弾性変形する環状スクレーパ９により、常に、閉塞（シール）されることから、環状隙間３ｂに土砂等が侵入することがない。
【００２４】
ところで、上下支承部材４，５の相対回転時においては、シリンダ部４１がピストン部５１に対して、図５に例示する如く、地震発生により、常態位置（同図に実線で示す位置）から免震位置（同図に鎖線で示す位置）へと相対変位（免震動作）し、地震沈静後は免震位置から常態位置へと相対変位（復帰動作）することになり、ピストン部５１の外周面５１ｂの一部５１ｃ，５１ｄが環状弾性部材（スクレーパ）９の内周部９ａを相対的に通過して環状隙間３ｂ内へと進入することになる。すなわち、免震動作においては、常態位置における環状弾性部材９から上方に食み出している外周面部分５１ｃが、免震位置への変位に伴って、相対的に環状弾性部材９の内周部９ａを通過して環状隙間３ｂへと変位する。また、復帰動作においては、免震位置における環状弾性部材９から上方に食み出している外周面部分５１ｄが、常態位置への変位に伴って、相対的に環状弾性部材９の内周部９ａを通過して環状隙間３ｂへと変位する。したがって、環状弾性部材９がシール機能のみを有するに過ぎないものである場合には、このような外周面部分５１ｃ，５１ｄの環状隙間３ｂへの進入に伴って、当該外周面部分５１ｃ，５１ｄに付着している土砂等が環状弾性部材９の内周部９ａを通過して環状隙間３ｂに侵入する虞れがある。また、復帰動作において、一旦環状隙間３ｂ内に進入した外周面部分５１ｃが再び環状隙間３ｂ外へと変位する際に、当該外周面部分５１ｃに付着，残存している土砂等が環状弾性部材９の内周部９ａによって環状隙間３ｂ内に掻き落とされる虞れもある。
【００２５】
しかし、環状弾性部材９が、前述した如く、内周部９ａをピストン部５１の外周面５１ｂに圧接させたスクレーパに構成されていることから、当該内周部９ａが両部４１，５１の相対変位に伴ってピストン部５１の外周面５１ｂを擦りつつ相対移動するスクレーパ機能を発揮することになり、前記外周面部分５１ｃ，５１ｄが環状隙間３ｂ内へと進行する際に、当該外周面部分５１ｃ，５１ｄに付着している土砂等がスクレーパ９の内周部９ａで掻き取られて環状隙間３ｂへと侵入することがない。すなわち、免震動作においては外周面部分５１ｃが、また復帰動作においては外周面５１ｄが、夫々、スクレーパ９の内周部であるスクレーパ部９ａで擦られつつ環状隙間３ｂ内に進行していくことになり、当該外周面部分５１ｃ，５１ｄに付着している土砂等をスクレーパ部９ａで掻き落とされた清浄面として環状隙間３ｂ内へと進入することになる。したがって、シール機能及びスクレーパ機能を有するスクレーパ９を環状隙間３ｂの入口部に設けておくことにより、環状隙間３ｂ内に土砂等が侵入，堆積することがなく、両部４１，５１の相対回転が円滑に行われ、免震，耐震機能が良好に発揮される。なお、スクレーパ機能を更に効果的に発揮させるためには、スクレーパ部（この例では、スクレーパ９の内周部）９ａを、図６に示す如く、尖端形状に構成しておくことが好ましい。また、スクレーパ９は、環状隙間３ｂの入口部のみならず、当該隙間３ｂ全面に充填されるような大きなものとしておいてもよい。
【００２６】
ところで、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。
【００２７】
例えば、図７は第２の実施の形態を示すものであり、この実施の形態における本発明に係る杭基礎構造（以下「第２杭基礎構造」という）にあっては、補強支持板７の杭頭部１ａへの固定手段及び下支承部材４との位置決め手段を工夫することによって、補強支持板７を含めたピン接合手段３の更なる小型化を図っている。なお、第２杭基礎構造の構成，作用効果は、以下に述べる点を除いて、第１杭基礎構造と同一である。
【００２８】
すなわち、補強支持板７及び下支承部材４の環状鍔部４２の外径は、同一であり、基礎杭１の外径と同一又はやや小径に設定されている。補強支持板７の下面中央部には同心状に円筒状の金属製連結体（鋼管）７２が垂設（溶接）されており、この連結体７２を杭１の内周部（中空部）１ｃにその上方から嵌合（内嵌）させることにより、補強支持板７を杭頭部１ａ（端板１ｂ）上に設置固定しうるように構成されている。また、下支承部材４と補強支持板７との位置決めを、シリンダ部４１の下面中心部に形成した位置決め凹部４４と補強支持板７の上面中心部に形成した位置決め凸部７３とを係合させることによって行うように構成されている。したがって、下支承部材４及び補強支持板７が、杭頭部１ａから横方向に食み出さないことから、下支承部材４及び補強支持板７の外周部（位置決め部４３及び連結体７１）が杭頭部１ａから横方向に食み出すことになる第１杭基礎構造に比して、補強支持板７を含むピン接合手段３を更に小型化できる。なお、連結体７２の長さ（杭中空部１ｃへの嵌合長さ）Ｈ１は、第１杭基礎構造における連結体７１と同様に、少なくとも地震力等による引抜力が補強支持板７に作用した場合にも連結体７２と杭頭部１ａとの嵌合形態が解除されない（連結体７２が杭頭部１ａから外れない）程度に設定される。また、連結体７２の断面形状は、杭中空部１ｃの断面形状に相似するものであるが、杭中空部１ｃへの嵌合を容易に行いうる範囲で可及的に大きくしておくこと、つまり杭１の内周面と連結体７２の外周面との隙間が可及的に小さくなるように設定しておくことが好ましい。
【００２９】
また、補強支持板７の杭頭部１ａへの取り付けは、連結体７１，７２による係合手段によらず、溶接手段によって行うこともできる。例えば、図８に示す杭基礎構造（以下「第３杭基礎構造」という）及び第９図に示す杭基礎構造（以下「第４杭基礎構造」という）では、補強支持板７を杭頭部１ａつまり端板１ｂに溶接８ａするようにしている。特に、第４杭基礎構造にあっては、下支承部材４と補強支持板７との連結を現場で行わず、予め両者４，７を溶接８ｂにより一体連結させておくようにしている。なお、第３及び第４杭基礎構造の構成，作用効果は、上記した点を除いて、第２杭基礎構造と同一である。
【００３０】
また、本発明は、図９〜図１４に示す如く、基礎杭１と基礎フーチング２とをスライド接合手段１０３により接合させた杭基礎構造にも適用することができる。
【００３１】
すなわち、図１０に示す杭基礎構造（以下「第５杭基礎構造」という）、図１１に示す杭基礎構造（以下「第６杭基礎構造」という）、図１２に示す杭基礎構造（以下「第７杭基礎構造」という）及び図１３に示す杭基礎構造（以下「第８杭基礎構造」という）にあっては、既成杭１の頭部１ａに補強支持板１０７を介して取付けられた下支承部材１０４とフーチング２の下部に取付けられた上支承部材１０５とを、図１４に示す如く、所定範囲で水平方向に相対変位可能に接合させてある。
【００３２】
すなわち、下支承部材１０４は、図１０〜図１３に示す如く、金属製の円板で構成されており、補強支持板１０７を介して杭頭部１ａに取り付けられている。補強支持板１０７は、前記補強支持板７と同一のものであり、当該補強支持板７と同様に、杭中空部に対応する中央部分に支承荷重が作用したときにも撓みを生じない強度を有するに充分な厚みＨ２をなす鋼板製円板である。第５〜第８杭基礎構造における補強支持板１０７の杭頭部１ａの取り付け及び下支承部材１０４と補強支持板１０７との連結は、夫々、第１〜第４杭基礎構造と同様に行われている。すなわち、第５杭基礎構造にあっては、図１０に示す如く、第１杭基礎構造と同様に、補強支持板１０７を、これに垂設した鋼管製の連結体１７１を杭頭部１ａに外嵌させることにより、杭頭部１ａに取付けると共に、下支承部材１０４をボルト１０８による締結及び円筒状位置決め部１４３の補強支持板１０７の外嵌により補強支持板１０７に取り付けてある。また、第６杭基礎構造にあっては、図１１に示す如く、第２杭基礎構造と同様に、補強支持板１０７を、これに垂設した鋼管製の連結体１７２を杭頭部１ａに内嵌させることにより、杭頭部１ａに取付けると共に、下支承部材１０４をボルト１０８による締結及び位置決め凹凸部１４４，１７３の係合により補強支持板１０７に取付けてある。また、第７杭基礎構造あっては、図１２に示す如く、第３杭基礎構造と同様に、補強支持板１０７を杭頭部１ａに溶着１０８ａすると共に、下支承部材１０８をボルト１０８により補強支持板１０７の取付けてある。また、第８杭基礎構造にあっては、図１３に示す如く、第４杭基礎構造と同様に、補強支持板１０７を杭頭部１ａに溶着１０８ａすると共に下支承部材１０８を補強支持板１０７に溶着１０８ｂしてある。
【００３３】
上支承部材１０５は、図１０〜図１３に示す如く、上方に開口する有底円筒状の取付部１５１とその下面部（底面部）に固着した摺動円板１５２とからなり、第１〜第７基礎杭構造と同様に、取付部１５１に基礎フーチング２の一部２ａを充填させることにより基礎フーチング２に取付けられている。なお、両支承部材１０４，１０５及び補強支持板１０７は、金属製（この例では鋼製）のものである。
【００３４】
而して、第５〜第８杭基礎構造にあって、両支承部材１０４，１０５は、その上下対向面（下支承部材１０４の上面１０４ａと摺動円板１５２の下面１５２ａ）間に設けた低摩擦性のスライド板１４２を介して、水平方向に相対変位可能に接合されている。そして、両支承部材１０４，１０５の上下対向面１０４ａ，１５２ａの一方（この例では、下支承部材１０４の上面１０４ａ）に、スライド板１４２を固着すると共に、スライド板１４２を囲繞し且つ当該上下対向面１０４ａ，１５２ａの他方（この例では、摺動円板１５２の下面１５２ａ）に圧接する環状スクレーパ１０９を固着してある。スライド板１４２は、ポリテトラフルオロエチレン等の低摩擦材で構成されており、上支承部材１０５を水位スライド自在に支持している。なお、スライド板１４２は、金属材又は多孔質材で構成されたスライド板本体の上面つまり摺動円板１５２との接触面１４２ａに液体潤滑材又は固体潤滑材等の低摩擦材を含浸，塗布，保持させたものでもよい。環状スクレーパ１０９は、スライド板１４２を囲繞する状態で下支承部材１０４の上面１０４ａに固着された円環状体で、先端部（上端部）を摺動円板１５２の下面１５２ａに圧接するスクレーパ部１０９ａに構成されていて、前記スクレーパ９と同様のシール機能及びスクレーパ機能により、両支承部材１０４，１０５の相対スライド部分への土砂等の侵入を防止するようになっている。すなわち、スクレーパ１０９は、両支承部材１０４，１０５間に形成されるスライド板１４２の収納空間１０３ｂを密閉シールして、当該収納空間１０３ｂへの土砂等の浸入を阻止するシール機能を発揮する。さらに、スクレーパ１０９のスクレーパ部１０９ａは、両支承部材１０４，１０５の相対変位（水平方向の相対スライド変位）に伴って、摺動円板１５２の下面１５２ａ上をこれに付着した土砂等を掻き取りつつ移動することによって、スライド板１４２が摺動する面（摺動円板１５２の下面１５２ａにおける収納空間１０３ｂ内の部分）を土砂等が付着しない清浄面に保持するスクレーパ機能を発揮する。スクレーパ１０９の構成材及び形状は、上記したシール機能及びスクレーパ機能を発揮できるものである限りにおいて任意であり、例えば、ゴム等の弾性材やポリテトラフルオロエチレン等の低摩擦性材で円環状に構成すると共に、スクレーパ部１０９ａは尖端形状に構成しておく。
【００３５】
以上のように構成された第５〜第８杭基礎構造にあっては、地震力が作用した場合、両支承部材１０４，１０５が、図１４（Ａ）に示す常態位置から同図（Ｂ）に示す免震位置へと、スライド板１４２を介して水平方向に所定量Ｌ相対変位し、地震力によるエネルギーが効果的に吸収緩和されることになり、第１〜第７杭基礎構造と同様に、フーチング部分２ａが筒状の取付部１５１に充填されて補強されていること、下支承部材１０４が補強支持板１０７を介して中空杭１の頭部１ａに支持されていること及びスクレーパ１０９により両支承部材１０４，１０５のスライド部分（収納空間）１０３ｂへの土砂等の侵入が阻止されることとも相俟って、耐震性能、免震性能が良好に発揮される。なお、第５〜第８杭基礎構造の構成，作用効果は、上記した点を除いて、第１〜第４杭基礎構造と同一である。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の杭基礎構造によれば、冒頭で述べた問題を生じることなく、杭基礎構造の小型化を図りつつ長期に亘って良好且つ安定した耐震，免震機能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１〜第８杭基礎構造を示す正面図である。
【図２】第１杭基礎構造の要部を示す縦断正面図である。
【図３】図２の要部（ピン接合手段の周辺部分）を拡大して示す詳細図である。
【図４】図２と異なる状態を示す図２相当の縦断正面図である。
【図５】ピン接合手段の作用状態を示す図２及び図４対応の概略図である。
【図６】第１杭基礎構造の変形例を示す図３対応の縦断正面図である。
【図７】第２杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図８】第３杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図９】第４杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図１０】第５杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図１１】第６杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図１２】第７杭基礎構造の要部を示す図２相当の縦断正面図である。
【図１３】第８杭基礎構造の要部を示す図２対応の縦断正面図である。
【図１４】第５〜第８杭基礎構造におけるスライド接合手段の作用状態を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１…基礎杭、１ａ…杭頭部、１ｃ…杭中空部、２…基礎フーチング、２ａ…フーチングの一部（充填部分）、３…ピン接合手段、３ａ…密閉空間、３ｂ…環状隙間、４，１０４…下支承部材、５，１０５…上支承部材、６…可撓性部材、７，１０７…補強支持板、９，１０９…スクレーパ、９ａ，１０９ａ…スクレーパ部、５１，１５１…ピストン部、７１，７２，１７１，１７２…連結体、１０３…スライド接合手段、１４２…スライド板。
Claims (2)
- 基礎フーチングの下部に取付けられた上支承部材と中空状の基礎杭の頭部に取付けられた下支承部材とを所定範囲で相対変位可能に接合させてなる杭基礎構造において、基礎杭の頭部に、杭中空部に対応する中央部分が支承荷重により撓みを生じない厚みとした金属製の補強支持板を、当該頭部の全面を覆う状態で設置し、この補強支持板上に下支承部材を載置支持させ、下支承部材と補強支持板とを固着すると共に基礎杭の頭部と補強支持板とを固着することによって、下支承部材を基礎杭の頭部に取付けるように構成したことを特徴とする杭基礎構造。
- 基礎フーチングの下部に取付けられた上支承部材と中空状の基礎杭の頭部に取付けられた下支承部材とを所定範囲で相対変位可能に接合させてなる杭基礎構造において、基礎杭の頭部に、杭中空部に対応する中央部分が支承荷重により撓みを生じない厚みとした金属製の補強支持板を、当該頭部の全面を覆う状態で設置し、この補強支持板上に下支承部材を載置支持させ、下支承部材と補強支持板とを固着すると共に補強支持板に垂設した筒状の連結体を基礎杭の内周部又は外周部に上方から嵌合させることにより、下支承部材を基礎杭の頭部に取付けるように構成し、この連結体を、少なくとも、地震力による引抜力が補強支持板に作用した場合にも当該連結体が基礎杭の頭部から外れない長さのものとしたことを特徴とする杭基礎構造。
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