JP4452066B2 - 杭頭部の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管杭、コンクリート充填鋼管杭あるいは既製コンクリート杭などの杭と、その上部に位置するフーチングあるいは基礎梁などのコンクリート構造体とが接合されている杭頭部の接合構造に関する。

杭とその上部に位置するフーチングあるいは基礎梁などのコンクリート構造体とが接合されている杭頭部の接合構造としては、従来、例えば、図１１に示すように、鋼管杭等の杭２１の内部に籠鉄筋２２を鋼管杭２１の上方に突出するように配置し、コンクリートを打設して、杭頭部をフーチングや基礎梁などのコンクリート構造体２３と接合する方式（内籠方式）、または図１２に示すように、鋼管杭２１の外面の上端部に上方に延びる複数本の定着筋２４を溶接により固定し、コンクリートを打設して、杭頭部をコンクリート構造体２３と接合する方式（ひげ筋方式）が知られている。

しかしながら、内籠方式（籠鉄筋方式）は、鉄筋の配置スペースが狭くなるため、鉄筋が過密配筋となり、施工性に劣る。また、鋼管杭２１の内部に鉄筋が配置されるため、曲げに対しての断面効率が悪く、接合部の耐力が小さい。
一方、ひげ筋方式は、内籠方式に比べて鉄筋が鋼管杭２１の外側に配置されることになるため、断面効率が改善される。しかし、近年の杭の高支持力化、大規模地震を対象とした設計とそれに伴う杭体の高耐力化（鋼管の厚肉化、コンクリート充填）により、ひげ筋方式でも過密配筋が避けられず、施工性に問題が生じたり、条件によっては、杭体の耐力に見合う接合構造に構成できない場合も生じる。また、杭建て込み後にひげ筋を溶接する際に、作業姿勢が悪く、接合部の品質確保に問題が残されている。

このような問題に対して、図１３に示すように、杭２５の外側に円筒形の鋼管（外鋼管）２６を配置し、これらの杭２５と外鋼管２６との間に鉄筋２７を設置し、隙間にコンクリート２８を充填する、杭２５とコンクリート構造体２９との接合工法が記載されている（例えば、特許文献１参照）。この二重管方式によれば、鉄筋２７が杭２５より外側に配置されるため、断面効率が向上する。

特開平１１−１３１３９号公報

しかしながら、図１３の方式では、地震時の水平力に対して、フーチングや基礎梁などのコンクリート構造体と杭との間の力の伝達が外鋼管と隙間に充填されたコンクリートを介して行われるため、外鋼管とコンクリートをそれに耐え得る十分な耐力を持ったものとする必要がある。
具体的には、同図に示すように、地震時に外鋼管２６には充填コンクリート２８からの支圧力Ｒ１、Ｒ２が作用し、これによって杭２５との間での水平力のやりとりが行われる。このとき、外鋼管２６にはせん断力、曲げモーメントあるいは斜め方向の引張力などの断面力が作用し、外鋼管２６はこれに耐え得る肉厚のものを用いることが必要である。
また、充填コンクリート２８が安定的に支圧力Ｒ１、Ｒ２による荷重伝達機能を発揮するためには、外鋼管２６の管径Ｄ１と杭２５の杭径Ｄ２の差に対して、外鋼管２６には十分な長さＬ（外鋼管２６の全長からコンクリート構造体２９への埋め込み長を除いた長さ）を確保することが必要である。また、外鋼管２６には、支圧力Ｒ１、Ｒ２作用時に支圧、割裂破壊による充填コンクリート２８の耐力低下を防止するために十分な拘束力を発揮できるような肉厚が必要となる。
また、杭頭付近の曲げモーメントＭによって、鉄筋２７には引張力Ｔ１あるいは押し込み力Ｔ２が作用する。さらに、構造物のロッキングなどによる杭２５への引き抜き力Ｎが作用すると、それによる引張力Ｔ０も加わる。これらの力に対して、鉄筋２７が引き抜けることなく、杭２５の間で力の伝達を確実に行う必要があるため、外鋼管２６の長さＬ、すなわち付着長を相当長くとるか、あるいは少なくとも杭２５外面の相当区間に付着のための突起を設けることが必要となる。

以上のことを勘案すると、外鋼管２６には、十分な耐力を確保するためにかなり肉厚が大きく、かつ少なくとも杭径Ｄ２の１．５〜２．０倍程度の長さＬの鋼管を用いることが望ましく、結果的にかなりの材料費の増加につながる。また、通常、外鋼管２６は杭施工後に設置されるため、長さＬが大きいと、設置時の杭頭付近の地盤の掘削量が増加し、ベンチカットや場合によっては山留めが必要になる場合も考えられ、施工費および工期が増加してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、二重管方式の杭頭部の接合構造において、外鋼管の肉厚と長さを小さく抑えることで、材料費を低減するとともに、設置時の掘削土量を低減することにより、施工費の低減および工期の短縮を図ることができる杭頭部の接合構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の杭頭部の接合構造は、大口径側に定着筋が固定された円錐状の外鋼管が、大口径側を上側にして地盤中に設置された杭の頭部の周囲に配置され、該外鋼管と前記杭との間隙に固化材が充填されているとともに、該円錐状外鋼管の少なくとも大口径側の端部が上部のコンクリート構造体に埋設され、前記外鋼管の小口径側端部と杭との間に、楔状の断面を有する環状の金物が嵌め込まれていることを特徴とする。

ここで、円錐状とは、テーパー状の断面を有することをいう。
円錐状外鋼管の形状（長さ、大口径側の外径）や肉厚は、杭の条件や発生曲げモーメントに応じて所要の耐力が得られるように構造設計すればよい。円錐状外鋼管の長さについては、例えば、円錐状外鋼管の全長から上部コンクリート構造体への埋め込み長さを除いた長さが、杭の外径の０．５〜１．５倍程度になるように設定することができる。また、円錐状外鋼管の大口径側の外径については、例えば、杭の外径の１．５〜２．０倍程度になるように設定することができる。
杭としては、例えば、鋼管杭、コンクリート充填鋼管杭あるいは杭頭部付近にコンクリートが中詰された鋼管杭、既製コンクリート杭などを用いることができる。既製コンクリート杭には、例えば、ＰＨＣ（高強度プレストレスコンクリート）杭、ＰＣ（プレストレスコンクリート）杭あるいはＲＣ（鉄筋コンクリート）杭などを含み、これらの外側に鋼管を巻いた杭も含む。
固化材には、例えば、コンクリートあるいはモルタルを含む。
コンクリート構造体には、例えば、フーチングあるいは基礎梁などを含む。
定着筋は、例えば、円錐状外鋼管の外面あるいは内面に固定することができる。定着筋を外鋼管の内面に固定する場合には、定着筋の全長がコンクリートなどの固化材内に埋め込まれるため、腐食を防止することができる。

請求項１に記載の発明においては、円錐状外鋼管を用いているので、杭から固化材を介して伝達される力に対して、円錐表面で軸方向への分力が発生し、鋼材の強度をより有効に活用できる荷重支持機構が形成される。すなわち、外鋼管を円筒でなく円錐とすることで、斜辺を利用した合理的な構造体を形成できる。また、杭と円錐状外鋼管との間に介在する固化材を上部のコンクリート構造体方向に押さえ込む力を生じ、その結果固化材に対する拘束効果が発揮され、固化材が支圧、割裂破壊に対して安定的で、かつ外鋼管が円筒形の場合に比べて大きな強度を発揮できる。さらに、定着筋が円錐状外鋼管に固定されているので、固化材の中に定着筋を付着により定着させる従来技術の場合のように、定着に必要な外鋼管の長さ（外鋼管の全長から上部コンクリート構造体への埋め込み長さを除いた長さ）を確保する必要がない。したがって、円錐状外鋼管を用いることにより、外鋼管の肉厚および長さを低減することができ、材料費を低減することができる。
また、設置される円錐状外鋼管の下端から少し下側の杭の外面位置から斜めに立ち上がった領域を掘削すればよいので、円筒形の外鋼管の場合に比べて、掘削土量を低減することができ、施工費の低減および工期の短縮を図ることができる。
また、円錐状外鋼管と杭との間に金物が配置されているので、外鋼管と杭の設置に伴う寸法誤差を吸収して円錐状外鋼管の小口径側の端部と杭との間に隙間なく嵌め込むことができる。

請求項２に記載の杭頭部の接合構造は、請求項１に記載の発明において、前記杭の頭部に前記コンクリート構造体に埋設される定着筋が固定されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明においては、杭の上端部にも定着筋が固定されているので、杭からコンクリート構造体に伝達される力の一部がこの定着筋を介して直接伝達されるため、杭から円錐状外鋼管、さらに円錐状外鋼管の定着筋を介してコンクリート構造体に伝達しなければならない力が軽減される。このため、円錐状外鋼管に対する必要耐力が小さくなり、円錐状外鋼管の肉厚や長さをさらに低減できる。また、軸方向の押し込み力や地震時の構造物のロッキングなどにより生じる引き抜き力については、杭の上端部に固定された定着筋により、杭から直接コンクリート構造体へ伝達することができる。

請求項３に記載の杭頭部の接合構造は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記杭の外面に固定された載置板上に、前記外鋼管が載置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明においては、円錐状外鋼管を杭の頭部に被せて、載置板に載置するだけで、固化材を充填することができる。また、寸法誤差にも容易に対応して施工することができる。

請求項４に記載の杭頭部の接合構造は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明において、前記外鋼管と前記環状の金物とが接合されるとともに、前記環状の金物と前記杭とが接合されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明においては、杭と円錐状外鋼管との間で軸方向の押し込み力や引き抜き力の伝達が可能になり、さらに定着筋を介してコンクリート構造体との力の伝達も可能になる。
また、円錐状外鋼管と杭とが直接または間接に接合されていると、杭に曲げモーメントが作用した際に、杭から円錐状外鋼管への直接的な荷重伝達が大きくなり、また引張側も含めた杭の全周面から円錐状外鋼管へ直接的な荷重伝達が行われることから、斜辺の軸方向への分力を利用する円錐状外鋼管の優れた構造特性をより有効に活用することができる。

請求項５に記載の杭頭部の接合構造は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発明において、前記円錐状外鋼管の上端部に円筒部が形成され、この円筒部に前記定着筋が固定されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明においては、円錐状外鋼管の上端部に円筒部が形成されているので、定着筋の固定が容易になるとともに、定着筋の折曲部をなくすことができる。さらに、この円筒部をコンクリート構造体に埋設することにより、埋め込み部分が鉛直面となり、この部分の構造がより安定で確実な構造となる。

請求項６に記載の杭頭部の接合構造は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の発明において、前記杭の上端部に支圧板が固定されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明においては、杭の上端部に支圧板が固定されているので、杭とコンクリート構造体との間での押し込み、引き抜きの軸方向力の伝達が可能となる。杭に引き抜き力が作用した場合には、支圧板より下方のコンクリートおよび固化材へ引き抜き力が伝達される。さらに、固化材から円錐状外鋼管、定着筋を介してコンクリート構造体に引き抜き力が伝達可能であり、支圧板と円錐状外鋼管とを組み合わせて用いることにより、引き抜き力に対して安定的な構造とすることができる。また、支圧板は、杭に曲げモーメントが作用した際の杭頭部の固定度を高め、円錐状外鋼管へ伝達せずに杭で負担可能な曲げモーメントを増加させることができる。このとき、杭の引張側では支圧板から固化材へ軸方向の支圧力が伝達されるが、円錐状外鋼管との間で固化材に対する拘束効果が発揮され、これにより杭頭接合部の曲げ耐力をより高めることができる。

請求項７に記載の杭頭部の接合構造は、請求項６に記載の発明において、前記支圧板に、前記コンクリート構造体に埋設される定着筋が固定されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明においては、支圧板にも定着筋が固定されているので、杭からコンクリート構造体に伝達される力の一部がこの定着筋を介して直接伝達されるため、杭から円錐状外鋼管、さらに円錐状外鋼管の定着筋を介してコンクリート構造体に伝達しなければならない力が軽減される。このため、円錐状外鋼管に対する必要耐力が小さくなり、円錐状外鋼管の肉厚や長さをさらに低減できる。また、軸方向の押し込み力や地震時の構造物のロッキングなどにより生じる引き抜き力については、支圧板に固定された定着筋により、杭から直接コンクリート構造体へ伝達することができる。

請求項８に記載の杭頭部の接合構造は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の発明において、前記定着筋の上端部に、定着部材が固定されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明においては、定着筋の上端部に定着部材が設けられているので、コンクリート構造体内での定着筋の定着長を短くすることができる。その結果、コンクリート構造体２内の配筋を容易にし、施工性を高めたり、あるいは高強度の鉄筋を用いた場合の定着長の増加を抑制することができる。

請求項９に記載の杭頭部の接合構造は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の発明において、前記杭の前記固化材に面する外面および／または前記外鋼管の内面に突起が設けられていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明においては、杭の固化材に面する外面に設けられた突起は、杭に曲げモーメントが作用した際の杭頭部の固定度を高め、円錐状外鋼管へ伝達せずに杭で負担可能な曲げモーメントを増加させることができる。このとき、杭の引張側では突起から固化材へ軸方向の支圧力が伝達されるが、円錐状外鋼管との間で固化材に対する拘束効果が発揮され、これにより杭頭接合部の曲げ耐力をより高めることができる。
また、円錐状外鋼管の内面に設けられた突起は、円錐状外鋼管と固化材とのずれを防止し、押し込み、引き抜きの軸方向力に対してより安定な構造を構築する。

以上説明したように、本発明によれば、二重管方式の杭頭部の接合構造において、外鋼管の肉厚と長さを小さく抑えることで、材料費を低減するとともに、設置時の掘削土量を低減することにより、施工費の低減および工期の短縮を図ることができる。
また、施工も、現場で円錐状外鋼管を杭の頭部の周囲に被せて、両者の間にコンクリートなどの固化材を充填するだけの簡単な作業であり、特殊な技能を必要とせず、杭頭レベルの施工誤差などにも対応しやすい。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、各図において同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略または簡略化する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。
この杭頭部の接合構造では、コンクリート充填鋼管杭あるいは杭頭部付近にコンクリートが中詰された鋼管杭からなる杭１の頭部とフーチング（コンクリート構造体）２とが接合されている。
すなわち、地盤中に設置された杭１の頭部の周囲に、円錐状の外鋼管３が大口径側を上側にして、かつ上端を杭１の上端にほぼ一致させて配置されている。外鋼管３の小口径側の内径は杭１の外径と略同じに設定されており、外鋼管３の小口径側と杭１との間には殆ど隙間がない。円錐状外鋼管３と杭１との間隙には、コンクリートあるいはモルタルなどの固化材４が充填されている。円錐状外鋼管３の外面の上端部には、複数本の定着筋５が周方向に例えば等間隔に、かつ上方に垂直に突出するようにして、溶接等により固定されている。これらの定着筋５および円錐状外鋼管３の上端部は、フーチング２内に埋設されている。また、杭１の外面の上端部にも、複数本の定着筋６が周方向に例えば等間隔に、かつ上方に垂直に突出するようにして、溶接等により固定されている。これらの定着筋６も、フーチング２内に埋設されている。一方、フーチング２内には、水平方向に延びる上側鉄筋７および下側鉄筋８が埋設されている。
なお、施工に際しては、図２に示すように、円錐状外鋼管３に予め定着筋５を固定しておき、この円錐状外鋼管３を、定着筋６が固定された杭１の上方から、該杭１の頭部に被せる方法と、杭１の頭部に円錐状外鋼管３を被せた後に定着筋６を杭頭に固定する方法がある。

この杭頭部の接合構造にあっては、フーチング２内に定着される定着筋５が、杭１より径が大きい円錐状外鋼管３の大口径側の端部に固定されているので、フーチング２内のコンクリートと定着筋５により構成されるＲＣ断面部で曲げモーメントに抵抗するときの断面積を大きくとることができる。このため、断面効率が向上し曲げ耐力が増大することから、過密配筋とすることなく、高耐力の杭頭部の接合構造を構成することができる。なお、定着筋５の材料強度を大きくしたり、あるいはフーチング２のコンクリートの強度を大きくすることにより、杭頭部の接合構造の耐力をさらに向上させることも可能である。

また、この杭頭部の接合構造では、杭１の上端部にも定着筋６が固定されているので、杭１からフーチング２に伝達される力の一部が定着筋６を介して直接伝達されるため、杭１から円錐状外鋼管３、さらに定着筋５を介してフーチング２に伝達しなければならない力が軽減される。その結果、円錐状外鋼管３に対する必要耐力が小さくなり、円錐状外鋼管３の肉厚や長さをさらに低減できる。
また、軸方向の押し込み力や地震時の構造物のロッキングなどにより生じる引き抜き力については、円錐状外鋼管３に固定された定着筋５だけでなく杭１の上端部に固定された定着筋６によっても、杭１から直接フーチング２へ伝達することが可能である。
また、円錐状外鋼管３の小口径側の内径が杭１の外径と略同じであるので、円錐状外鋼管３を杭１の頭部に被せるだけで、固化材４を充填することができる。
ここでは杭の上端部に定着筋が固定された例について説明したが、図９のように杭の上端部に支圧板が固定されている場合には、前記定着筋は該支圧板に固定されていても同様の効果が得られる。

図３は、図１の杭頭部の接合構造に曲げモーメントが作用した時の力の伝達を示す概念図である。この図を用いて、円錐状の外鋼管３を用いることの効果をより詳細に説明する。
杭１に曲げモーメントＭが作用すると、杭１が円錐状外鋼管３を押し込む側において両者の間に直接的な荷重の伝達が行われる他、円錐状外鋼管３と杭１との間に充填された固化材４を介して、力が円錐状外鋼管３へ伝達される。すなわち、固化材４の支圧力Ｒ１、Ｒ２によって円錐状外鋼管３へ伝達される。さらに、円錐状外鋼管３へ伝達された力は、円錐状外鋼管３のフーチング２への埋め込み部、あるいは円錐状外鋼管３の上端部に固定された定着筋５により、せん断力あるいは曲げモーメントとしてフーチング２内に伝達される。

このように杭１の曲げモーメントＭの全てが円錐状外鋼管３に伝達されずに、一部が杭１の上端部まで伝達された場合に、杭１のフーチング２への埋め込み部、あるいは杭１の上端部に固定された定着筋６によってせん断力あるいは曲げモーメントとして直接フーチング２に伝達される。

この杭頭部の接合構造においては、円錐状外鋼管３を用いているので、杭１から固化材４を介して伝達される力に対して、円錐表面で軸方向への分力Ｑが発生し、鋼材の強度をより有効に活用できる荷重支持機構が形成される。すなわち、外鋼管を円筒でなく円錐とすることで、斜辺を利用した合理的な構造体を形成できる。
また、円錐状外鋼管３を用いることにより、杭１と円錐状外鋼管３との間に閉塞されて介在する固化材４をフーチング２方向に押さえ込む力を生じ、これにより固化材４に対する拘束効果が発揮されるため、固化材４が支圧、割裂破壊に対して安定的で、外鋼管が円筒形の場合に比べて大きな強度を発揮できる。

また、定着筋５が円錐状外鋼管３に固定されているので、図１３の従来技術のように、固化材（充填コンクリート２８）の中に定着筋２７を付着により定着させる方式のように、定着に必要な長さの外鋼管２６の長さＬを確保する必要がない。
以上のことから、円錐状外鋼管３を用いることにより、外鋼管３の肉厚や長さを低減できる。

円錐状外鋼管３の形状（長さ、大口径側の径）や肉厚は、杭１の条件や発生曲げモーメントに応じて所要の耐力が得られるように構造設計すればよいが、長さに関する一つの目安としては、円錐状外鋼管３の全長から上部コンクリート構造体（フーチング２）への埋め込み長さを除いた長さＬが、杭１の外径の０．５〜１．５倍程度、円錐状外鋼管３の大口径側の外径については、杭１の外径の１．５〜２．０倍程度あれば十分な耐力を持った杭頭部の接合構造が構成できる。

図４および図５は、掘削が必要な地盤の領域を説明するための図であって、図４は、本実施の形態に係る図１の杭頭部の接合構造についてものであり、図５は、円錐状外鋼管３代えて、円筒形の外鋼管２６を用いた従来例として杭頭部の接合構造についてものである。なお、図４および図５において、杭１に定着筋は固定されておらず、また図５において、定着筋５は外鋼管２８の外面の上端部に固定されている。これらの図を用いて、円錐状外鋼管３を用いる場合の掘削土量の低減効果を説明する。

これらの図においては、いずれも地表面からおおよそ４５°の角度で地盤を掘削する場合を想定している。円錐状外鋼管３を用いた図４の場合には、設置される円錐状外鋼管３の下端から少し下側の杭１の外面位置からおおよそ４５°で立ち上がった領域Ａのみを掘削すればよい。これに対し、円筒形の外鋼管２６を用いる図５の場合には、設置される外鋼管２６の下端の位置までの深さでかつ杭１の外面から外鋼管２６の外面までの幅の円筒状の領域と、外鋼管２６の下端の外周の位置からおおよそ４５°で立ち上がった領域とをプラスした領域Ｂを掘削する必要がある。このように、円錐状外鋼管３を用いることにより、掘削土量を削減することができる。
なお、図４において、掘削後に、円錐状外鋼管３を設置し、これらの円錐状外鋼管３の外側に空隙が残る場合には、掘削土砂を埋め戻すか、あるいは円錐状外鋼管３と杭１との間隙に固化材４を充填する際に、同時に前記空隙にこの固化材４を充填するようにしてもよい。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。
本実施の形態では、円錐状外鋼管３の小口径側の端部が鋼管杭からなる杭１Ａに溶接などにより接合されている。溶接による接合の場合には、上側から下向きに溶接が可能である。

図７は、本発明の第３の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。
本実施の形態では、小口径側の内径が杭１Ａの外径よりも少し大きく製作された円錐状の外鋼管３Ａが用いられ、杭１Ａの頭部の周囲に、この円錐状外鋼管３Ａが大口径側を上側にして、かつ上端を杭１Ａの上端にほぼ一致させて配置されている。この円錐状外鋼管３Ａの下端部と杭１Ａとの間には、横断面形状が三角形の楔状でかつ内面が円形の環状金物（環状部材）１１が上側から嵌め込まれており、この環状金物１１と円錐状外鋼管３Ａ、および環状金物１１と杭１Ａとはそれぞれ、溶接などにより接合されている。溶接による接合の場合には、上側から下向きに溶接される。楔状の環状金物１１としては、閉合した環状金物でもよいし、あるいは周方向に複数個に分割されている環状金物を用いてもよい。

図６および図７の実施の形態にあっては、円錐状外鋼管３、３Ａが直接または環状金物１１を介して杭１Ａに接合されているので、杭１Ａに曲げモーメントが作用した際に、杭１Ａから円錐状外鋼管３、３Ａへの直接的な荷重伝達が大きくなり、また引張側も含めた杭１Ａの全周面から円錐状外鋼管３、３Ａへ直接的な荷重伝達が行われることから、斜辺の軸方向への分力を利用する円錐状外鋼管３、３Ａの優れた構造特性をより有効に活用することが可能になる。

また、図６および図７の実施の形態にあっては、杭１Ａの上端部に定着筋６が設置されていないが、円錐状外鋼管３、３Ａが直接または環状金物１１を介して杭１Ａに接合されているので、杭１Ａと円錐状外鋼管３、３Ａとの間で軸方向の押し込み力や引き抜き力の伝達が可能になり、さらに定着筋５を介してフーチング２との力の伝達も可能である。

さらに、図７の実施の形態にあっては、円錐状外鋼管３Ａと杭１Ａとの間に介在させる環状金物として楔状の環状金物１１を用いているので、寸法誤差を吸収して円錐状外鋼管３Ａの小口径側の端部と杭１Ａとの間に隙間なく嵌め込むことができる。また、溶接による接合の場合には、下向きの溶接が可能となり、施工性が良い。

図８は、本発明の第４の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。
本実施の形態では、杭１Ａの打設前に、杭１Ａの外面に予め溶接などにより円環状の載置板１３が溶接などにより固定されている。この杭１Ａの頭部の周囲に、円錐状外鋼管３Ａが大口径側を上側にして被せられて、杭１Ａの載置板１３に載置されている。円錐状外鋼管３Ａの上端は杭１Ａの上端にほぼ一致している。円錐状外鋼管３Ａの下端部と杭１Ａとの間には、横断面形状が台形の楔状でかつ内面が円形の環状金物（金物）１４が上側から嵌め込まれており、この環状金物１４と杭１Ａとは溶接などにより接合されている。溶接による接合の場合には、上側から下向きに溶接される。楔状の環状金物１４としては、閉合した環状金物でもよいし、あるいは周方向に複数個に分割されている環状金物を用いてもよい。

本実施の形態にあっては、鉛直方向の押し込み力は、載置板１３を介して杭１Ａから円錐状外鋼管３Ａ、さらにはフーチング２に伝達可能であり、引き抜き力は、楔状の環状金物１４の楔効果によって杭１Ａから円錐状外鋼管３Ａへ、さらにフーチング２へと伝達可能である。
また、円錐状外鋼管３Ａと杭１Ａとの間に介在させる環状金物として楔状の環状金物１４を用いているので、寸法誤差を吸収して円錐状外鋼管３Ａの小口径側の端部と杭１Ａとの間に隙間なく嵌め込むことができる。また、環状金物１４を杭１Ａに溶接により接合する場合には、楔状の環状金物１４と杭１Ａとの間の１箇所を下向きの溶接をするだけでよいので、施工性が良い。

図９は、本発明の第５の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。
本実施の形態では、杭１の上端に、円環状の支圧板１５が杭１の内外方に突出するようにして固定されている。また、定着筋５の上端にプレートナットなどの定着部材１６が取り付けられている。

本実施の形態にあっては、杭１の上端に支圧板１５が固定されているので、杭１とフーチング２との間での押し込み、引き抜きの軸方向力の伝達が可能となる。すなわち、杭１に引き抜き力が作用した場合には、支圧板１５からフーチング２のコンクリートおよび固化材４へ引き抜き力が伝達される。さらに、固化材４から円錐状外鋼管３、定着筋５を介してフーチング２に引き抜き力が伝達可能であり、支圧板１５と円錐状外鋼管３とを組み合わせて用いることにより、円錐状外鋼管３の内面に突起などを設けなくても、引き抜き力に対して安定的な構造とすることができる。

また、支圧板１５は、杭１に曲げモーメントが作用した際の杭１頭部の固定度を高め、円錐状外鋼管３へ伝達せずに杭１で負担可能な曲げモーメントを増加させる効果も期待できる。このとき、杭１の引張側では支圧板１５から固化材４へ軸方向の支圧力が伝達されるが、円錐状外鋼管３との間で固化材４に対する拘束効果が発揮され、これにより杭１頭部接合部の曲げ耐力をより高めることができる。
なお、支圧板１５は、軸方向の押し込み力や引き抜き力、あるいは曲げモーメント作用時に、荷重を分散して伝達し、フーチング２のコンクリートや固化材４の支圧破壊を防止できる面積と剛性を有するものであればよい。

また、本実施の形態にあっては、定着筋５の端部に定着部材１６が設けられているので、フーチング２内での定着筋５の定着長を短くすることができる。これにより、フーチング２内の配筋を容易にし、施工性を高めたり、あるいは高強度の鉄筋を用いた場合の定着長の増加を抑制することができる。

図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。
本実施の形態では、円錐状の外鋼管３Ｂが、図１の円錐状の外鋼管３の大口径側の端部に円筒形の円筒部３ｂが形成されている形状に形成されている。円筒部３ｂの内側に定着筋５が溶接により固定されている。定着筋５の上端には、定着部材１６が取り付けられている。円筒部３ｂの略上半分はフーチング２内に埋設される。
また、杭１の固化材に面する外面に環状の突起１７（この例では３個）が上下方向に間隔をおいて設けられている。また、円錐状外鋼管３Ｂの内面には、複数個（この例では３個）の環状の突起１８が上下方向に間隔をおいて設けられている。

本実施の形態にあっては、円錐状外鋼管３Ｂの上端部に円筒部３ｂが形成されているので、定着筋５の固定が容易になり、また定着筋５の折曲部をなくすことができるとともに、フーチング２への埋め込み部分が鉛直面となることにより、この部分の構造がより安定で確実な構造となる。
また、定着筋５が円錐状外鋼管３Ｂの内面に固定されているので、定着筋５の全長がコンクリートなどの固化材内に埋め込まれ、腐食を防止することができる。
なお、本実施の形態では、定着筋５を溶接により円錐状外鋼管３Ｂに直接固定するようにしたが、これに代えて、例えば、予め円錐状外鋼管３Ｂに溶接などで固定したカプラー（ねじ孔付き接続具）を用いて定着筋５を固定するようにして、現場での溶接作業を省略することも可能である。

また、本実施の形態にあっては、杭１の固化材に面する外面に突起１７が設けられているとともに、円錐状外鋼管３Ｂの内面に突起１８が設けられているので、円錐状外鋼管３Ｂ、固化材４および杭１の互いのずれが防止されて、剛性断面が形成される。これにより、杭１に曲げモーメントが作用したときの断面性能を大きく向上させることができ、押し込み、引き抜きの軸方向力に対してもより安定な構造を構築することができる。
突起を構成する方法としては、鋼板や鉄筋を杭や円錐状外鋼管に溶接して一体化することで容易に施工できる。

本発明の第１の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。 同、円錐状外鋼管の杭への装着方法を説明するための斜視図である。 図１の杭頭部の接合構造に曲げモーメントが作用した時の力の伝達を示す概念図である。 図１の杭頭部の接合構造について、掘削が必要な地盤の領域を説明するための縦断面図である。 従来例として杭頭部の接合構造について、掘削が必要な地盤の領域を説明するための縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る杭頭部の接合構造を示す縦断面図である。 従来の杭頭部の接合構造を示す概念図である。 従来の杭頭部の接合構造の他の例を示す縦断面図である。 従来の杭頭部の接合構造のさらに他の例を示す縦断面図である。

符号の説明

１、１Ａ 杭
２ フーチング（コンクリート構造体）
３、３Ａ、３Ｂ 外鋼管
３ｂ 円筒部
４ 固化材
５ 定着筋
６ 定着筋
１１、１４ 環状金物（金物）
１３ 載置板
１５ 支圧板
１６ 定着部材
１７、１８ 突起

Claims (9)

1. 大口径側に定着筋が固定された円錐状の外鋼管が、大口径側を上側にして地盤中に設置された杭の頭部の周囲に配置され、該外鋼管と前記杭との間隙に固化材が充填されているとともに、該円錐状外鋼管の少なくとも大口径側の端部が上部のコンクリート構造体に埋設され、
   前記外鋼管の小口径側端部と杭との間に、楔状の断面を有する環状の金物が嵌め込まれていることを特徴とする杭頭部の接合構造。
2. 前記杭の頭部に前記コンクリート構造体に埋設される定着筋が固定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. 前記杭の外面に固定された載置板上に、前記外鋼管が載置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の杭頭部の接合構造。
4. 前記外鋼管と前記環状の金物とが接合されるとともに、前記環状の金物と前記杭とが接合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の杭頭部の接合構造。
5. 前記外鋼管の上端部に円筒部が形成され、この円筒部に前記定着筋が固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の杭頭部の接合構造。
6. 前記杭の上端部に支圧板が固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の杭頭部の接合構造。
7. 前記支圧板に、前記コンクリート構造体に埋設される定着筋が固定されていることを特徴とする請求項６に記載の杭頭部の接合構造。
8. 前記定着筋の上端部に、定着部材が固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の杭頭部の接合構造。
9. 前記杭の前記固化材に面する外面および／または前記外鋼管の内面に突起が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の杭頭部の接合構造。

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