JP4430496B2 - 杭頭部の接合構造およびその施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭頭部の接合構造およびその施工方法に関する。

従来より、コンクリート充填鋼管杭や鋼管杭と基礎梁とを接合する際の杭頭部の接合構造としては、例えば、杭頭部の内部にアンカー筋の一端を挿入して固定する内籠方式や、杭頭部の外周面にアンカー筋の一端を溶接するひげ筋方式がある。あるいは、杭頭部の外周面に装着されたカプラーにねじ鉄筋を固定するカプラー方式（特許文献１参照）や、杭頭部よりひと回り大きな外鋼管を杭頭部に巻装して杭頭部と外鋼管との間にコンクリートを充填するとともに、当該コンクリートにアンカー筋の一端を埋設する二重鋼管方式（特許文献２、３参照）が提案されている。
特公平３−５４７３６号公報 （第１−２頁、第５図） 特開平１１−１３１３９号公報 （第３−４頁、第１図） 特開２０００−２９７４７２号公報 （第２−３頁、第１図）

しかしながら、従来の杭頭部の接合構造では以下のような問題が存在する。
内籠方式では、杭頭部に大きな曲げモーメントが生じる場合に、アンカー筋が過密配筋となり、施工性に劣るという問題がある。しかも、アンカー筋が杭頭部の内部に配置されるため、曲げに対してアンカー筋の断面効率が悪く、杭頭固定時に生じる杭頭応力に対処できない場合が多い。
また、ひげ筋方式では、アンカー筋が杭頭部の外周面に溶接されるため、内籠方式と比較して断面効率が高いものの、現場での施工性や溶接品質に課題があるだけでなく、杭頭曲げ応力が大きくなると必要数のアンカー筋を配置しきれず、杭頭固定時の杭頭応力を処理できない場合がある。
さらに、カプラー方式では、現場溶接が不要でアンカー筋の取り付けが容易なことから施工性および品質ともに向上するものの、カプラーが高価なため工費が増大しやすい。また、杭頭曲げ応力が大きくなると必要数のアンカー筋を配置しきれず、杭頭固定時の杭頭応力を処理できない場合がある。
さらにまた、二重鋼管方式では、内籠方式やひげ筋方式あるいは カプラー方式と比較して、杭体 の中立軸からアンカー筋までの距離が大幅には 大きくならないため、アンカー筋の軸力負担はさほど 軽減されない 。また 、アンカー筋を杭頭部 と外鋼管 との間の コンクリートに定着することから、定着長を確保するために外鋼管の長さが長くなり、コストアップの要因となり易いといった問題がある 。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、 施工性および品質 が向上し、且つ、工期短縮とコストダウンが図れる杭頭部の接合構造およびその施工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る杭頭部の接合構造は、鋼管杭または鋼管が巻装された杭を構造物の基礎（フーチングまたは基礎梁）に接合するための杭頭部の接合構造であって、前記基礎に埋設される複数のアンカー筋を外周部に有し、前記杭頭部を囲繞する平面視多角形状の外鋼管と、前記杭頭部の外周面に放射状に配設され当該杭頭部と前記外鋼管との間に架設される複数の鉛直リブとを備え、該鉛直リブは、前記杭頭部と前記外鋼管とを一体化させ、杭の曲げを前記外鋼管に伝達する機能を有し、前記杭頭部と前記外鋼管との間隙には充填材が充填されていることを特徴とする。
本発明では、杭頭部と外鋼管とを繋ぐ複数の鉛直リブを設けることにより、杭の曲げを鉛直リブを介して外鋼管に円滑に伝達することができる。その結果、杭頭部と外鋼管との間隙に充填される充填材の効果を期待せずに、杭頭部と外鋼管とを一体化することができる。一方、充填材に要求される機能は、鋼材の防錆と座屈防止のみとなるため、充填材の充填性や品質管理に特別な配慮を払う必要がなくなる。

また、本発明に係る杭頭部の接合構造では、前記杭頭部と前記外鋼管との間隙を閉塞するように当該間隙の上端面および／または下端面にダイアフラムが設置されていてもよい。

また、本発明に係る杭頭接合部の施工方法は、上記の接合構造を有する杭頭部の施工方法であって、前記杭頭部の外周面に複数の鉛直リブを放射状に配設する第一の工程と、隣接する前記鉛直リブ間に鋼板を架設し、前記杭頭部を囲繞する平面視多角形状の外鋼管を形成する第二の工程と、前記杭頭部と前記外鋼管との間隙に充填材を充填する第三の工程と、前記外鋼管の外周部にアンカー筋を配設する第四の工程とを備えることを特徴とする。
本発明では、杭の打設に先立ち、予め工場等で杭頭部に外鋼管を装着しておくので、安定した品質を低コストで実現することができる。しかも、特別な技量や工具も不要なため、施工時間を短縮することができる。

また、本発明に係る杭頭接合部の施工方法では、前記第二の工程と前記第三の工程の間に、前記杭頭部と前記外鋼管との間隙を閉塞するように当該間隙の上端面および／または下端面にダイアフラムを設置してもよい。
本発明では、杭頭部と外鋼管との間隙に充填材を充填する前に、当該間隙を閉塞するダイアフラムを設置するので、充填材が間隙から流れ出ないように別途処置する必要がなくなり、充填材の充填が容易となる。

本発明によれば、杭頭部と外鋼管とを繋ぐ複数の鉛直リブを設けることにより、杭の曲げを鉛直リブを介して外鋼管に円滑に伝達することができる。そのため、充填材に要求される機能は、鋼材の防錆と座屈防止のみとなり、充填材の充填性や品質管理に特別な配慮を払う必要がなくなる。
また、本発明によれば、杭の打設に先立ち、予め工場等で外鋼管を杭頭部に装着しておくので、安定した品質を低コストで実現することができる。しかも、特別な技量や工具も不要なため、施工時間を短縮することができる。

以下、本発明に係る杭頭部の接合構造の実施形態について図面に基いて説明する。
［杭頭部の接合構造］
図１は、本発明に係る杭頭部の接合構造の第一の実施形態を示す斜視図である。また、図２は、その平面図およびＡ−Ａ矢視断面図である。
本発明に係る杭頭部の接合構造は、鋼管杭、ＳＣ杭（鋼管で被覆した既製コンクリート杭）、コンクリート充填鋼管杭など外周部が鋼管からなる杭１を対象とし、杭１断面の中心から４５度ごとに放射状に複数の鉛直リブ３…が杭頭部２の外周面に溶接されている。また、隣接する鉛直リブ３、３の先端部同士は鋼板４ａに溶接され、平面視八角形状の外鋼管４を形成している。外鋼管４の上部外周面には、基礎（図示省略）に埋設される複数のアンカー筋６…が所定の間隔をおいて溶接されている。
一方、外鋼管４と杭頭部２との間隙には、鋼材の防錆と座屈防止のために、コンクリート、ソイルモルタル、モルタル等からなる充填材７が充填されている。

鉛直リブ３は、杭径Ｄの０．２５倍程度の幅と０．５〜１．０倍程度の長さ（鉛直リブ３と杭頭部２とのラップ長）を有する矩形状の鋼板である。同様に、外鋼管４を構成する鋼板４ａも、鉛直リブ３と同じ長さを有する矩形状の鋼板である。

アンカー筋６としては、通常の鉄筋を用いる他に、先端に拡径部を有するＴヘッドバーや定着プレートを鉄筋の先端に溶接等で固着したアンカー筋を用いることにより定着強度を増大させ、アンカー長を短くすることができる。
また、アンカー筋６を外鋼管４にフレア溶接する代わりに、雌ねじを有するカプラーや袋ナット等を予め工場等で外鋼管４の上部外周面に溶接しておいてもよい。これにより、杭１施工時にアンカー筋６がなくなり、中掘り工法も容易に施工でき、杭頭斫り時にアンカー筋６がないため施工能率が向上する。

図３は、本発明に係る杭頭部の接合構造の第二の実施形態を示す斜視図である。また、図４は、その平面図およびＡ−Ａ矢視断面図である。
本実施形態では、第一の実施形態に加えて、杭頭部２と外鋼管４との間隙を閉塞するように当該間隙の上端面および下端面にそれぞれダイアフラム５が設置されており、外鋼管４とダイアフラム５によって杭頭部２のせん断力を円滑に外鋼管４に伝達することができる。
ここでは、鉛直リブ３で仕切られた間隙について一つおきにダイアフラム５が設置されているが、鉛直リブ３で仕切られた全ての間隙にダイアフラム５を設置してもよい。また、間隙の下端面のみにダイアフラム５を設置してもよい。

本実施形態による杭頭部の接合構造では、杭頭部２と外鋼管４とを繋ぐ複数の鉛直リブ３…を設けることにより、杭１の曲げを鉛直リブ３を介して外鋼管４に円滑に伝達することができる。その結果、杭頭部２と外鋼管４との間隙に充填される充填材７の効果を期待せずに、杭頭部２と外鋼管４とを一体化することができる。一方、充填材７に要求される機能は、鋼材の防錆と座屈防止のみとなるため、充填材７の充填性や品質管理に特別な配慮を払う必要がなくなる。
また、本実施形態による杭頭部の接合構造では、外鋼管４の外周部にアンカー筋６を配設するので、 従来のひげ筋方式や内籠方式と比較して、 アンカー筋６ の配置径を大きくすることができ 、しかも、 その大きさを 外鋼管４ の断面径によって自在に調整できるため、過密配筋を解消することが できる。これにより、杭頭部２ の曲げ耐力や引抜き耐力を容易に増大することができ、無理なく杭頭部２ の接合構造の高耐力化を図ることが可能となる。その結果、杭頭接合部の損傷が無く、杭体に降伏部位を発生させる杭頭構造とすることができる。即ち、靭性指向の杭に最適な接合構造であり、細径の杭を採用して合理的な杭設計が可能となる。
さらに、本実施形態による杭頭部の接合構造では、 アンカー筋６ の配置形状が八角形で、従来の円形配置よりも基礎配筋との干渉が生じにくく、配置径が大きくなることで アンカー筋６ の本数も低減できるため、基礎の施工は大幅に容易になる。
加えて、本実施形態による杭頭部の接合構造では、杭頭部２と外鋼管４のラップ長が杭径Ｄの０．５〜１．０倍程度と、従来工法の半分以下のラップ長でよいため、材料や掘削土量の大幅な低減につながる。

［杭頭接合部の施工方法］
次に、本発明に係る杭頭接合部の施工方法について説明する。
図５は、本発明に係る杭頭接合部の施工方法を順を追って示したものである。
先ず、予め工場等で、杭１断面の中心から４５度ごとに放射状に複数の鉛直リブ３…を杭頭部２の外周面に溶接する（図５（ａ）参照）。
次いで、隣接する鉛直リブ３、３の先端部同士を鋼板４ａによって繋いで杭頭部２を囲繞する平面視八角形状の外鋼管４を形成し（図５（ｂ）参照）、外鋼管４と杭頭部２との間隙に充填材７を充填する（図５（ｃ）参照）。
そして杭打設現場において、杭頭部２に外鋼管４が装着された杭１を打設し、外鋼管４が露頭するまで掘削し、外鋼管４の外周部にアンカー筋６を溶接する（（図５（ｄ）参照）。
その後、外鋼管４の周囲Ｒを埋め戻し、杭頭部２上に基礎（図示省略）を構築する。

なお、杭頭部２と外鋼管４との間隙にダイアフラム５を設置する場合は、外鋼管４の形成後、且つ充填材７の充填前にダイアフラム５を設置し、ダイアフラム５に設けた充填孔（図示省略）より充填材７を間隙に充填する。

本実施形態による杭頭接合部の施工方法では、杭１の打設に先立ち、予め工場等で外鋼管４を杭頭部２に装着しておくので、安定した品質を低コストで実現することができる。しかも、杭頭部２に取り付ける補強鋼材は全て鋼板だけから成っており、プレス加工も必要ないため、製作期間を短縮でき、併せてコストダウンを図ることができる。

以上、本発明に係る杭頭部の接合構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、外鋼管は平面視八角形であるが、四角形や六角形など他の多角形でもよいことは言うまでもない。また、上記の実施形態では、外鋼管と杭頭部との間隙に充填材を充填してから杭を打設したが、外鋼管と杭頭部との間隙に土砂が入らないように養生してから杭を打設し、基礎施工時に基礎コンクリートと一緒に間隙が充填されるようにしてもよい。要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

本発明に係る杭頭部の接合構造の第一の実施形態を示す斜視図である。 同、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明に係る杭頭部の接合構造の第二の実施形態を示す斜視図である。 同、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明に係る杭頭接合部の施工方法を示す立断面図である。

符号の説明

１ 杭
２ 杭頭部
３ 鉛直リブ
４ 外鋼管
４ａ 鋼板
５ ダイアフラム
６ アンカー筋
７ 充填材

Claims (4)

1. 鋼管杭または鋼管が巻装された杭を構造物の基礎に接合するための杭頭部の接合構造であって、
   前記基礎に埋設される複数のアンカー筋を外周部に有し、前記杭頭部を囲繞する平面視多角形状の外鋼管と、前記杭頭部の外周面に放射状に配設され、当該杭頭部と前記外鋼管との間に架設される複数の鉛直リブとを備え、
   該鉛直リブは、前記杭頭部と前記外鋼管とを一体化させ、杭の曲げを前記外鋼管に伝達する機能を有し、
   前記杭頭部と前記外鋼管との間隙には充填材が充填されていることを特徴とする杭頭部の接合構造。
2. 前記杭頭部と前記外鋼管との間隙を閉塞するように当該間隙の上端面および／または下端面にダイアフラムが設置されていることを特徴とする請求項１に記載の杭頭部の接合構造。
3. 請求項１または２に記載の接合構造を有する杭頭部の施工方法であって、
   前記杭頭部の外周面に複数の鉛直リブを放射状に配設する第一の工程と、
   隣接する前記鉛直リブ間に鋼板を架設し、前記杭頭部を囲繞する平面視多角形状の外鋼管を形成する第二の工程と、
   前記杭頭部と前記外鋼管との間隙に充填材を充填する第三の工程と、
   前記外鋼管の外周部にアンカー筋を配設する第四の工程とを備えることを特徴とする杭頭接合部の施工方法。
4. 前記第二の工程と前記第三の工程の間に、
   前記杭頭部と前記外鋼管との間隙を閉塞するように当該間隙の上端面および／または下端面にダイアフラムを設置することを特徴とする請求項３に記載の杭頭接合部の施工方法。

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