JP4316985B2

JP4316985B2 - コンクリート基礎の支持構造

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Publication number: JP4316985B2
Application number: JP2003370573A
Authority: JP
Inventors: 一三川端; 正人真島; 一樹青島
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: JP2005133423A

Description

本発明は、杭によるコンクリート基礎の支持構造に関するものである。

杭によるコンクリートスラブ等のコンクリート基礎の支持構造としては、両者を剛接合する構造が広く知られている。この剛接合の場合、一般には杭の主筋をコンクリート基礎に定着するので、杭によりコンクリート基礎を十分に支持することが可能となる。しかし、コンクリート基礎により杭の杭頭部が拘束されるため、地震等により大きな外力が加わると杭頭部において曲げモーメントが増大し、その破損を招く場合がある。このような破損を防止するためには、杭頭部に補強筋をより多く配設する等の補強措置が必要となり、コストの増加や施工の手間の点で問題がある。そこで、杭頭部に加わる曲げモーメントを低減すべく、接合部分の固定度を下げる様々な支持構造が提案されている。例えば、特許文献１には、中空杭の杭頭を基礎スラブの底面に衝合すると共に、基礎スラブの一部が杭内に貫入させたものが提案されている。

特開２００２−２７５９１５号公報

特許文献１の構造では、比較的簡易な構造で、基礎スラブから杭に対する剪断力について高い伝達能力が得られて十分な支持力が得られる一方で、杭頭部に生じる曲げモーメントが基礎スラブと杭頭部の支圧による曲げ曲げーモーメントに制限され、杭頭部に対する基礎スラブからの引張力がほとんど伝達されないようにすることができるので、杭頭部の破損を防止することができる。尤も、特許文献１の構造であっても、基礎スラブから杭に対する剪断力伝達能力を更に高め、杭頭部に加わる曲げモーメントを更に抑制すべく、改良の余地はある。

本発明の目的は、比較的簡易な構造で杭による十分な支持力を得ると共に、杭頭及び基礎に生じる曲げ応力を抑制して杭及び基礎の断面を低減し、かつ、杭頭の破損防止をより一層図ることにある。

本発明によれば、コンクリート基礎の底面に、上端が開口した杭の当該上端を衝合して支持するコンクリート基礎の支持構造において、前記杭の上端に装着され、当該上端を閉鎖すると共に前記杭の内部に突出するカップ状の閉鎖部材を備え、前記コンクリート基礎が、前記閉鎖部材に画定されて前記杭の内部に突出する突出部を有し、前記閉鎖部材は、先細り状の筒体をなし、前記杭の内壁上端と接触する一方、当該内壁上端よりも下方では前記杭の内壁と離隔した側壁部と、前記側壁部の下端部を閉鎖する平坦な底部と、を備えたことを特徴とするコンクリート基礎の支持構造が提供される。

本発明によれば、比較的簡易な構造で杭による十分な支持力を得ると共に、杭頭及び基礎に生じる曲げ応力を抑制して杭及び基礎の断面を低減し、かつ、杭頭の破損防止をより一層図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る支持構造Ａの構造図である。支持構造Ａは杭１により、フーチング或いはコンクリートスラブ等のコンクリート基礎２を支持するものである。本実施形態において杭１は中空円筒状に形成された既製コンクリート杭であって、杭本体１ａと、杭本体１ａの上端に設けられた端部鋼板１ｂと、からなり、杭頭部分を残して地中に埋め込まれている。杭本体１ａは円筒状のコンクリートからなり、端部鋼板１ｂは杭本体１ａの端面形状に合わせて円盤状に形成されている。従って、杭１の杭頭上端は開放されており円形に開口している。そして、杭１の杭頭上端面とコンクリート基礎２の底面２ａとが衝合することで杭１によりコンクリート基礎２が支持されている。つまり、本実施形態の支持構造Ａでは、コンクリート基礎２が杭１の杭頭上で載置状態にて支持されており、コンクリート基礎２は杭１上に単に乗せただけの状態であって、例えば、杭１から延びる補強筋等のような、コンクリート基礎２と杭１との間で杭軸方向の引張力を実質的に伝達する部材は存在しない。なお、本実施形態では杭１として円筒状の既製コンクリート杭を例示しているが鋼管杭や鋼管コンクリート杭のような他の種類や他の形状の杭も採用可能である。

閉鎖部材３は杭１の杭頭上端を閉鎖するための部材であって、杭１の内部に突出するカップ状の部材である。この閉鎖部材３は、例えば、鉄、アルミ等の金属やプラスチック等から作成することが望ましいが、本実施形態では鋼製である場合を想定している。図１（ｂ）は閉鎖部材３の外観斜視図である。閉鎖部材３は有底筒状に構成されており、開口した上端部を縁取るようにして側方に突出した縁部３ａと、筒状の側壁部３ｂと、側壁部の下端部を閉鎖する底部３ｃと、から一体に構成されている。閉鎖部材３は杭１の杭頭上端を閉鎖するために、杭１の形状に沿って構成されており、本実施形態の杭１は円筒形であるため、これにならって円形に構成されている。縁部３ａは杭頭上端の開口径よりも大きな径を有し、図１（ａ）に示すようにこの縁部３ａが杭１の杭頭上端面に係止することにより、側壁部３ｂ以下を杭１内に挿入するようにして閉鎖部材３を杭頭上端に載置するだけで杭頭上端に装着することができる。つまり、本実施形態ではボルト等による閉鎖部材３の杭頭上端に対する固定は不要である。閉鎖部材３における底部３ｃまでの深さ（底面２ａから底部３ｃまでの距離）は、後述するようにコンクリート基礎２から杭１に対して剪断力が伝達されるという作用が発揮されるように設定されることが望ましく、例えば、５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度であることが望ましい。

側壁部３ｂはその径が杭軸方向下方に向かって徐々に縮小するように先細り形状に形成されている。つまり、側壁部３ｂはテーパがかけられた筒体を構成しており図１（ａ）に示すように、その断面は鉛直方向に対して角度θを持って略直線的に傾斜している。このように側壁部３ｂを先細り形状にしたのは、閉鎖部材３の側面（つまり側壁部３ｂの外周面）が、杭１の内壁１ｃ（つまり杭１の内周面）の上端から杭軸方向下方の所定の範囲で内壁１ｃと接触する一方、当該所定の範囲から更に杭軸方向下方の範囲では離隔するように構成するためであり、このような構成は側壁部３ｂを本実施形態に示すように先細り形状とすることで簡易に実現することができる。本実施形態の場合、側壁部３ｂの断面が直線的に傾斜するようなテーパ状としているため、閉鎖部材３の側面と杭１の内壁１ｃとが、内壁１ｃの上端部分において断面で見れば略点で（全体で見れば略線で）接触し、それよりも下方においては離隔していることになる。このように閉鎖部材３の側面と杭１の内壁１ｃとが上方で接触し、下方で離隔するようにするためには、本実施形態の構成に限られず、種々の構成を採用することができ、例えば、側壁部３ｂの断面が曲線的に傾斜するような先細り形状としてもよい。

なお、本実施形態では閉鎖部材３の上端に縁部３ａを設け、この縁部３ａを杭１の上端面に係止し、閉鎖部材３が杭１の上端に載置状態にて装着されるようにしており、コンクリート基礎２の底面２ａの上方へ向かって閉鎖部材３が延在しない構成としているが、閉鎖部材が延在する構成を採用することもできる。図４は、縁部３ａを設けずにコンクリート基礎２の底面２ａの上方へ延在するように構成した閉鎖部材３’を採用した構成例である。この閉鎖部材３’では、側壁部３ｂ’をコンクリート基礎２の底面２ａより上方に延設し、この延設された部分の径は杭頭上端の開口径よりも大きな径を有し、かつ、上方にゆくほど径がより大きくなるように形成されている。このため、閉鎖部材３’では、側壁部３ｂ’の途中の部位において杭頭上端の開口した穴に嵌ることで装着されている。このように構成される閉鎖部材３’もボルト等によって杭頭上端に固定することは不要であり、閉鎖部材３’を単に杭頭上端の開口した穴に差し込めば足りる。さらに、このような構成とすることで、閉鎖部材３’が底面２ａの位置を跨ぐので突出部２ｂが構造的に補強され、コンクリート基礎２からの水平力を突出部２ｂから杭１に伝達する能力が向上し、特に、閉鎖部材３’として鋼製のものを用いれば、より大きく向上する。なお、コンクリート基礎２の底面２ａから閉鎖部材３’の上端までの距離ｄは例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度が好ましい。また、図４の構成例では、突出部２ｂに鉄筋群を設けていない構成を採用しているが、図１の構成例と同様に鉄筋群を設けてもよいことはいうまでもない。

次に、本実施形態におけるコンクリート基礎２は、捨てコンクリート５を介して地面上に打設されており、その底面２ａから杭軸方向下方に向けて杭１内に突出した突出部２ｂを有する。この突出部２ｂは閉鎖部材３に画定されて形成される。つまり、突出部２ｂは閉鎖部材３内に密に形成され、閉鎖部材３の内面に沿った形状を有する。閉鎖部材３はいわば型枠となって、コンクリート基礎２の打設時に突出部２ｂを形成する役割を果たすことになる。本実施形態の場合、この突出部２ｂから、底面２ａよりも上方へ向かって鋼材である鉄筋群４がコンクリート基礎２内に埋設することで配設されている。この鉄筋群４は、丁度底面２ａの位置を跨ぐことになるので突出部２ｂが構造的に補強され、コンクリート基礎２のその余の部分との一体性が向上することになる。

次に、係る構成からなる支持構造Ａについて、地震等の外力が加わった場合の作用について説明する。まず、コンクリート基礎２に対して水平方向の外力が作用した場合、コンクリート基礎２の突出部２ｂが杭１内に突出し、かつ、杭１の内壁１ｃの上端部分において、当該内壁１と閉鎖部材３の側面とが接触しているので、閉鎖部材３を介して突出部２ｂから杭１に伝達する。つまり、コンクリート基礎２から杭１に対して剪断力が効果的に伝達され、杭１により十分な支持力を得ることができる。特に、本実施形態では鋼製の閉鎖部材３を用いたことにより、これとコンクリートである突出部２ｂとで高い剪断力伝達能力を発揮する。更に、本実施形態の場合、鉄筋群４を設けることにより突出部２ｂを補強しているので、水平方向に強力な外力が作用したとしても突出部２ｂの損壊を抑制し、杭１により一層効果的に外力に抵抗できる。一方、本実施形態では、杭１の杭頭上端面とコンクリート基礎２の底面２ａとが衝合することで杭１によりコンクリート基礎２が支持されており、コンクリート基礎２は杭１上に単に乗せただけの状態であるので、コンクリート基礎２からの鉛直方向の圧縮力（支圧）に対しては杭１に荷重が伝達されるが、コンクリート基礎２からの引張力は実質的に伝達されない。従って、杭１の杭頭に生じる曲げ応力は支圧による曲げ応力に制限され、杭頭に作用する曲げモーメントが抑制される。従って、杭頭の破損が防止されると共に杭及び基礎の断面を低減する設計が可能となる。

ここで、例えば、図５に示すように、コンクリート基礎２に突出部２ｂを設けて、これを杭１内に単に突出して構成した場合、つまり、突出部２ｂの側面が杭１の内壁１ｃと一様に接触している構成の場合、コンクリート基礎２に対して外力が働くと、いわゆるテコ作用が生じて、この突出部２ｂが杭１の内壁１ｃを押圧し、かつ、基礎の回動に伴い突出部２ｂと内壁１ｃとの間に摩擦力が働き、突出部２ｂに作用する曲げモーメントが大きくなり、突出部２ｂの根元の部分にひび割れを生じて水平力の伝達能力が低下する畏れがある。しかし、本実施形態では、閉鎖部材３の側壁部３ｂの下方が杭１の内壁１ｃから離隔した構成であるため、杭１に対するコンクリート基礎２の回動が許容され、突出部２ｂの根元に作用する曲げモーメントを抑制でき、かつ、閉鎖部材３により突出部２ｂのコンクリート表面が被覆補強されるので、突出部２ｂに損傷が生じることなく水平力の伝達能力を維持することができる。

次に、図２を参照して支持構造Ａの施工手順について説明する。図２（ａ）乃至（ｃ）は支持構造Ａの施工手順を示す図である。まず、図２（ａ）に示すように杭１を地中に埋め込んだ後、閉鎖部材３を杭１の杭頭上端面に装着する。上述したように、本実施形態の場合、閉鎖部材３を杭頭上端面に載置するだけで装着が完了する。次に、図２（ｂ）に示すように、閉鎖部材３の内部に鉄筋群４を配筋し、また、地面上に捨てコンクリート５を打設する。次に、コンクリート基礎２を打設するための型枠（図示せず）を設置し、そこにコンクリートを打設する。打設されたコンクリートは閉鎖部材３内にも流入し、突出部２ｂが形成される。コンクリートの硬化後に型枠を撤去して支持構造Ａが完成する（図２（ｃ））。このように本実施形態の支持構造Ａでは、閉鎖部材３の設置だけで、他の工程は一般的な杭基礎の施工と変わらないため、施工性がよいといえる。このように本実施形態の支持構造Ａは、従来の構造に対して実質的に閉鎖部材３を付加したという比較的簡易な構造でありながら、杭１による十分な支持力を得ると共に、杭頭及び基礎に生じる曲げ応力を抑制し、かつ、杭頭の破損防止をより一層図ることができ、また、施工性がよいという利点がある。

＜第２実施形態＞
上述した支持構造Ａではコンクリート基礎２からの引張り力が杭１の杭頭に伝達しないように構成しているが杭基礎の適用箇所においては引張り力も伝達させた方がよい場合もあり得る。そこで、杭１に対するコンクリート基礎２からの引張り力を伝達する伝達部材を設けることもできる。図３（ａ）は係る構成を採用した本発明の第２実施形態に係る支持構造Ｂの構造図である。支持構造Ａと異なる構成についてのみ説明すると、図３（ａ）に示すように杭１の上端に複数の鋼棒６が立設されている。鋼棒６の下端部はボルトになっており、鋼棒６を杭１の杭頭上端面に固定するのに用いられる。鋼棒６のその余の部分はコンクリート基礎２内に埋め込まれ、定着されている。このため、支持構造Ｂでは鋼棒６を介してコンクリート基礎２からの引張り力が杭１の杭頭に伝達することになる。鋼棒６は予め杭１に設けておいてもよいし、現場でコンクリート基礎２の打設前に設けてもよい。このように、支持構造Ｂでは支持構造Ａの構成を転用して、鋼棒６を付加するだけの構造でコンクリート基礎２からの引張力を杭１に伝達できる支持構造を得ることができる。なお、本実施形態では引張り力を伝達する伝達部材として鋼棒６を用いたが、引張り力を伝達することができれば他の部材でもよい。

＜支持構造Ａ及びＢを用いた杭基礎構造＞
次に、本発明の一実施形態に係る杭基礎構造について図３（ｂ）を参照して説明する。図３（ｂ）は支持接合構造Ａ及びＢを混在させた本発明の一実施形態に係る杭基礎構造のレイアウト図である。この杭基礎構造は、複数の杭について上述した接合構造Ａ及びＢを混在させたものである。同図ではある構造物を支持する基礎を構成する、フーチングを想定するコンクリート基礎２を４行×４列分配設した例を示しており、各コンクリート基礎２に対してそれぞれ１つづ杭１が割り当てられている。上述した通り、支持構造Ａは杭頭に対する曲げモーメントがほとんど働かず、杭頭の破損を防止する特性があり、支持構造Ｂは杭頭の破損防止機能は支持構造Ａよりも劣るがコンクリート基礎２からの引張り力が杭１に伝達する点で引張り力に対する支持力が強い。そこで、支持構造Ａの採用を基調としつつ引張り力が作用し易い箇所において支持構造Ｂを補充的に採用すれば理想的な杭基礎構造が得られる。

一般的に構造物の基礎はその周縁部分において引張り力が比較的大きくなるが、中心部分においては比較的小さい。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように引張力が強く作用する可能性が高い４隅のコンクリート基礎２については上述した支持構造Ｂを採用し、引張力が強く作用する可能性が低い他のコンクリート基礎２については上述した支持構造Ａを採用している。こうすることで、支持構造Ａ及びＢのそれぞれの特性を活かした杭基礎構造を構成することができる。しかも、支持構造ＡとＢとは鋼棒６についてのみ構成が相違するから、両者を混在させても施工性が大きく劣ることはない。なお、本実施形態では、引張力が強く作用する可能性が高い４隅のコンクリート基礎２について支持構造Ｂを採用しているが、例えば、他のコンクリート基礎２についても支持構造Ｂを採用してもよいし、一つ飛ばし或いは数個飛ばしで支持構造Ａと支持構造Ｂを交互に設ける等、種々の形態を採用することができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る支持構造Ａの構造図、（ｂ）は閉鎖部材３の外観斜視図である。（ａ）乃至（ｃ）は支持構造Ａの施工手順を示す図である。（ａ）は本発明の第２実施形態に係る支持構造Ｂの構造図、（ｂ）は支持構造Ａ及びＢを混在させた本発明の一実施形態に係る杭基礎構造のレイアウト図である。支持構造Ａについて閉鎖部材３’を用いた場合の例を示す構造図である。コンクリート基礎２に突出部２ｂを設けて、これを杭１内に単に突出して構成した例を示す構造図である。

符号の説明

Ａ、Ｂ支持構造
１杭
１ａ杭本体
１ｂ端部鋼板
２コンクリート基礎
３、３’ 閉鎖部材
４鉄筋群
６鋼棒

Claims

コンクリート基礎の底面に、上端が開口した杭の当該上端を衝合して支持するコンクリート基礎の支持構造において、
前記杭の上端に装着され、当該上端を閉鎖すると共に前記杭の内部に突出するカップ状の閉鎖部材を備え、
前記コンクリート基礎が、前記閉鎖部材に画定されて前記杭の内部に突出する突出部を有し、
前記閉鎖部材は、
先細り状の筒体をなし、前記杭の内壁上端と接触する一方、当該内壁上端よりも下方では前記杭の内壁と離隔した側壁部と、
前記側壁部の下端部を閉鎖する平坦な底部と、
を備えたことを特徴とするコンクリート基礎の支持構造。