JP4458964B2 - 杭頭接合部の構造及び杭頭嵌装筒体 - Google Patents

Description

本発明は、杭体の杭頭と上部構造物とを接合する杭頭接合部の構造、及び杭頭を嵌装させる杭頭嵌装筒体に関する。

杭頭に橋脚、床版、建物等の上部構造物を構築する際には、上部構造物と杭頭を接合する必要がある。
従来の杭頭接合部の構造は、既製杭を打ち込んだ、あるいは場所打ち杭を構築した後、杭頭部を１０ｃｍ乃至杭径程度上部構造物の底版に埋め込むように底版を場所打ちコンクリートにて施工することにより造られている。かかる場合、杭頭部の強度を確保するために、杭頭端部から鉄筋を底版内に突出させるとともに、かかる突出鉄筋をループ状やスパイラル状等の鉄筋で巻いて補強している。
また、特許文献１に示すように、群杭を施工後、開口部を設けた鋼製の箱体に杭頭を嵌装させ、箱体内にコンクリートを打設することによって杭および箱体の一体化を図る工法もある。
さらに、３０ｃｍ以下の小口径の場所打ち杭または埋め込み杭（以下、マイクロパイルａ）を構築する工法としてマイクロパイル工法がある。マイクロパイル工法は、ボーリングマシンによって削孔しながら鋼管（ケーシング）ｂを支持地盤ｇまでに貫入させ、鋼管ｂ内に補強用ねじ鉄筋ｄなどを挿入した後、セメントミルクやモルタルなどのグラウトｃを注入することでマイクロパイルａを構築する工法である。さらに、杭の引抜き抵抗や底版の押抜きせん断抵抗などを向上させる目的で杭頭部に支圧板ｅを取り付け、その後、底版ｆのコンクリートを場所打ち施工してマイクロパイルａと底版ｆの一体化を図っている（図６参照）。

特開平９−２１１４１号公報

しかしながら、このような杭頭接合部は、上部構造物を支持する版の鉄筋や杭頭部から突出させた鉄筋およびその補強鉄筋などが錯綜し、あるいは杭頭部に設けた支圧板が障害となり、杭頭接合部へのコンクリートの確実な充填が困難であることから、品質の確保が難しい。
しかも、杭体を構築した後、杭頭部の処理をおこなってから上部構造物を現場打ちコンクリートにて施工するため工程の短縮が図り難い。また、杭体をマイクロパイル工法にて構築する場合は、杭体の構築に要する工程が一般の杭体施工に比べて短くなるものの、底版の構築は現場打ちコンクリートにて施工することから、杭体および底版の施工全体に要する工程を格段に短縮することが難しい。

このため、出願人は、底版をプレキャスト化するとともに、開口する杭頭嵌装筒体を底版に埋め込んでおき、杭頭嵌装筒体に杭頭を嵌装して注入材を注入充填することにより、杭頭と底版とを接合する発明を先に提案した（特願２００２−３７５３１０号）。
このような杭頭接合部の構造であれば、杭頭部分に鉄筋や支圧板などを設ける必要がないため、注入材によって杭頭嵌装筒体内の隙間を確実に充填することができ、しかも、底版のプレキャスト化により工期の短縮を図ることが可能となるが、このような杭頭接合部の構造にあっても、次のような改良すべき点がある。
＜１＞底版のプレキャスト化により、この底版に埋め込んだ杭頭嵌装筒体があらかじめ位置決めされるとともに、杭頭嵌装筒体は、軸方向一端部が閉塞され、被せるような態様で杭頭を嵌装するため、底版の設置位置に対して杭体の打込み位置または構築位置に誤差が生じると、杭頭嵌装筒体に杭頭を嵌装できなくなるおそれがあり、施工に支障をきたす可能性がある。
このため、杭体の打込み位置または構築位置に高い精度が要求される。
＜２＞あるいは、杭体の打込み位置または構築位置の多少の誤差を許容できるように、杭頭嵌装筒体の内空断面をあらかじめ大きく設定しておくといった策を講じておかなければならない。この場合には、底版の欠損部分が大きくなるため、構造物の強度低下につながる可能性がある。

本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、プレキャスト版に設けた杭頭嵌装筒体に杭頭を容易かつ確実に嵌装させることでき、しかも、プレキャスト版の欠損部分を小さく抑えることが可能な杭頭接合部の構造、及びこのような杭頭接合部の構造に用いられる杭頭嵌装筒体の提供を目的とする。

上記のような目的を達成するために、本発明に係るマイクロパイルの杭頭と上部構造物とを接合する杭頭接合部の構造は、厚さ方向に貫通孔を設けるとともに、この貫通孔に前記杭頭を嵌装させる杭頭嵌装筒体を埋め込んでなるプレキャスト版と、外周をネジ溝状に形成し、複数の中空枠を軸方向に間隔をもって前記杭頭嵌装筒体に嵌装させた前記杭頭と、前記貫通孔内に充填し、前記プレキャスト版及び前記杭頭間を連結するグラウト材と、からなり、前記杭頭嵌装筒体は、軸方向両端がそれぞれ、前記杭頭を嵌装可能に開放され、該筒体の内面に、軸方向に間隔をもって複数の突起部を備え、該突起部を介してグラウト材と密着している構造である。
さらに、本発明は、前記の杭頭接合部の構造であって、前記杭頭嵌装筒体は、軸方向両側部の内空断面と軸方向中間部の内空断面とを異なる大きさに形成してなり、内面が固結材と密着しているものとすることができる。
さらに、本発明は、前記の杭頭接合部の構造であって、先行して地盤に設置した前記プレキャスト版の前記貫通孔に前記杭体を挿入して、前記杭頭を前記杭頭嵌装筒体に嵌装させるものとすることができる。
さらに、本発明は、前記の杭頭接合部の構造を構成する前記杭頭嵌装筒体であって、前記杭頭嵌装筒体は、該筒体の内面に、軸方向に間隔をもって複数の突起部を備えるものとすることができる。
あるいは、本発明は、前記の杭頭接合部の構造を構成する前記杭頭嵌装筒体であって、前記杭頭嵌装筒体は、軸方向両端部の内空断面と軸方向中間部の内空断面とを異なる大きさに形成してなるものとすることができる。
さらに、本発明は、前記の前記杭頭嵌装筒体であって、軸方向両側の内空断面がそれぞれ、軸方向中間部から軸方向両端部に向かって漸次縮小しているものとすることができる。

以上説明したように、本発明の杭頭接合部の構造及び杭頭嵌装筒体は、次のような効果を得ることができる。
＜１＞杭頭嵌装筒体は、軸方向両端が開放されているとともに、プレキャスト版に設けた貫通孔に埋め込んであるため、プレキャスト版の地盤への設置後に、貫通孔及び杭頭嵌装筒体を通して杭体を地盤に打ち込む、あるいは構築することができる。これにより、杭体を所定位置に容易かつ確実に打ち込んで、あるいは構築して杭頭嵌装筒体に嵌装させることができるので、杭体位置の誤差により施工に支障をきたすといった事態を回避できる。
＜２＞また、杭体の所定位置への打込みまたは構築が容易に可能となることにより、杭頭嵌装筒体の内空断面を小さく設定しておくことができる。すなわち、プレキャスト版の欠損部分を小さく抑えることができる。

発明を実施するための最良の形態１

以下、本発明を実施するための形態１を図面を参照して説明する。

＜１＞杭頭接合部
杭頭接合部１は、上部構造物の底版や基礎架台等を構成するプレキャスト版５と杭体３の杭頭の接合部のことである。
杭頭接合部１の接合構造として、ピン結合と剛結合の２種類が一般的である。
ここで、ピン結合とは、例えば底版に杭頭を１０ｃｍ程度埋め込ませた構造である。地震時に上部構造物（底版）は水平変位を生じるが、杭体は杭頭部で底版とピン結合されているため、杭頭部は底版に拘束されることなく回転することで底版の水平変位に追随することができる。ピン結合の利点は、一般に、杭体に生じる曲げモーメントを剛結合に比べて小さくできること、及び杭頭部には曲げモーメントが発生しないため、底版に杭体からの曲げモーメントを負担させる必要がないことである。一方、欠点は、底版の水平変位に対する杭体の拘束力が弱いため、地震時の底版の水平変位量が、剛結合に比べて大きくなることである。
次に、剛結合とは、例えば底版に杭頭を杭径程度埋め込ませた構造である。剛結合の場合、地震時に底版が水平変位した際に、杭が底版を拘束することから底版の水平変位量はピン結合に比べて小さくすることができる。しかし、杭体が底版に拘束されているため、底版の水平変位により杭頭部には曲げモーメントが発生し、底版にかかる杭頭曲げモーメントを負担させる必要が生じる。
本発明は、図１に示すように、後述する杭頭嵌装筒体２を埋め込んだプレキャスト版５に杭頭部を嵌装させるものであるが、杭頭嵌装筒体２の埋込み長を調整することで、ピン結合構造、剛結合構造の双方の構造を実現することができる。

＜２＞杭頭嵌装筒体
杭頭嵌装筒体２は、後述するプレキャスト版５に埋め込んだ筒体であり、地盤中に構築して頭部を地上に突出させた杭体３の杭頭を筒体内部に嵌装させるものである（図１、２参照）。杭頭嵌装筒体２は、軸方向両端または軸方向両端部がそれぞれ開放した、直線状に延びる筒状の側板２３を備えている。すなわち、側板２３は、軸方向に貫通する筒状に形成してなる。
側板２３の内面及び外面には、複数の突起部２１を杭頭嵌装筒体軸方向に間隔をもって設置する。この場合、内面または外面に全周にわたって突起部２１を設けることもでき、また、内面または外面に周方向に間隔をもって突起部２１を設けることもできる。側板２３の内面に突起部２１を設ける目的は、後述する固結材４の硬化体が杭頭嵌装筒体２から容易に引き抜けないようにするためである。特に、軸方向両端の開放端部２６にそれぞれ、突起部２１を設けて、開放端部２６を狭くすることが効果的である。また、側板２３の外面に突起部２１を設ける目的は、杭頭嵌装筒体２がプレキャスト版５から容易に引き抜けないようにするためである。
なお、筒体を構成する側板２３の形状は、円筒のほか、多角形の筒などに成形することができる。
杭頭嵌装筒体２の内空断面は、軸方向両側から杭体３または杭頭を挿入できるように、杭の直径に対して余裕をもたせた大きさとしておくのが好ましい。
杭頭嵌装筒体２のプレキャスト版５への埋込み長は、杭頭の結合構造や杭径などに合わせて、自在に調整することができる。
杭頭嵌装筒体２の材質は、例えば、鋼材やセラミック、鋳鉄などにより製作することができる。

＜３＞プレキャスト版
プレキャスト版５は、上部構造物を支持する版をプレキャスト化したものである。従来の杭基礎構造物は、杭を構築した後、例えば底版を現場打ちコンクリートにて施工するのが一般的である。かかる施工方法によれば、杭構築後でなければ底版を構築できないため、工期の短縮が図り難かった。特に、図６に示すマイクロパイル工法により施工する場合には、かかる工法を採用することによって杭の構築に要する工期は従来に比べて短縮することができた。しかし、底版ｆの構築は現場打ちコンクリートによるため、マイクロパイルａおよび底版ｆを含んだ全体工程を格段に短縮するまでには到っていない。また、図６に示すように杭頭部に支圧板ｅを設けたり、杭頭部から杭頭補強鉄筋を突出させたりした場合（図示せず）には、支圧板ｅや杭頭補強鉄筋、あるいは底版の主筋などによりコンクリートが閉塞して密実な底版を構築し難いという問題が生じていた。そこで、本発明は、厚さ方向に貫通孔５１を設けるとともに、この貫通孔５１の内面に杭頭を嵌装させる杭頭嵌装筒体２を埋め込んだプレキャスト版５を工場あるいは現場ヤードにて構築し、このプレキャスト版５を地盤に設置した後（図２（ａ）参照）、貫通孔５１から杭体３を地盤に打ち込んで、あるいは構築して杭頭を杭頭嵌装筒体２に嵌装させることにより（図２（ｂ）参照）、杭と版との一体化を図るものである。
杭頭嵌装筒体２は、杭頭の結合構造や杭径などに合わせて、プレキャスト版５への埋込み長を自在に調整することができるが、固結材４のプレキャスト版５との付着性を考慮すると、プレキャスト版５の貫通孔５１の軸方向中心部に埋め込むことが好ましい。杭体３は、杭頭が杭頭嵌装筒体２内に収まるように、地盤に打ち込む、あるいは構築する。
杭頭部を杭頭嵌装筒体２に嵌装設置後、後述する固結材４をプレキャスト版５の表面側から貫通孔５１及び杭頭嵌装筒体２の内部に充填し、固結材４が硬化することにより杭体３とプレキャスト版５の一体化を図ることができる。

＜４＞杭体
杭体３とは、上部構造物の重量を地盤に伝達するとともに、地震時の外力等に抗して上部構造物を支持するためのものである。杭体３としては、３０ｃｍ以下の小口径の場所打ち杭や埋め込み杭などのマイクロパイル、鋼管杭やＰＨＣ杭などの既製杭、場所打ちコンクリート杭などがある。また、斜面の補強工事などにおいて使用するモルタルと鉄筋などの芯材からなる小口径杭、または地盤を改良したソイルセメントの中に鋼材などを挿入する補強柱体などもある。本発明の杭頭接合部の構造は、工事工程の短縮を図ることを目的の一つとしているため、杭の施工に要する期間が比較的短いマイクロパイルを杭体３とした場合に特に効果が大きい。
本発明に使用する杭体３の杭頭は、杭頭表面にネジ溝部３１を設けることができる。かかるネジ溝部３１を設ける目的は、杭体３を後述する硬化後の固結材４から抜け出し難くするためである。また、かかる抜け出し防止効果をさらに向上させるために、複数の中空枠３２を杭頭に嵌装させた構造を使用することもできる。中空枠３２の突出部が杭体軸方向の引抜き力に対して支圧板としての効果を発揮することとなり、杭体３が硬化後の固結材４からさらに抜け出し難くなる。

＜５＞固結材
固結材４は、プレキャスト版５に埋め込まれた杭頭嵌装筒体２に杭頭部を嵌装設置させた後、杭頭嵌装筒体２と杭頭に囲まれた空間に充填させるものである。充填された固結材４は、貫通孔５１の内面、杭頭嵌装筒体２の内面及び杭頭の外面と密着する。固結材４が硬化することにより、固結材４と杭頭、固結材４と杭頭嵌装筒体２、および固結材４とプレキャスト版５が夫々連結されて、プレキャスト版５と杭体３の一体化を図ることができる。
固結材４として、例えば、セメントグラウト材や無収縮グラウト材、膨張性高強度グラウト材、樹脂系グラウト材などを使用することができる。

杭頭嵌装筒体２は、開放端部２６の内径を３００ｍｍ程度、側板２３の軸方向長さを６５０ｍｍ程度に製作することができる。
また、上記の杭頭嵌装筒体２に嵌装させる杭体３は、杭径２００ｍｍ程度の杭体３を使用することができる。

発明を実施するための最良の形態２

以下、本発明を実施するための形態２を図面を参照して説明する。なお、実施の形態１と重複する部分については省略する。

杭頭嵌装筒体２を構成する側板２３の形状を円筒や多角形の筒であって、側板２３の軸方向両側の内空断面をそれぞれ、軸方向中間部２７側から開放端部２６に向かって漸次縮小するように形成することができる（図３参照）。すなわち、軸方向両側または開放端部２６の内空断面を、軸方向中間部２７の内空断面よりも小さく形成することができる。かかる成形の目的は、側板２３の内面に密着した固結材４の硬化体が杭頭嵌装筒体２から抜け出し難くなるとともに、杭体３に軸方向の引張力または押込力が加わった際に、楔効果による固結材４の硬化体の締め付け力を杭頭に作用させることにより、固結材４及び杭頭の拘束を図るためである。かかる側板形状の筒体においても、側板２３の外面、特に軸方向両端部の外面に突起部２１を設けることができる。
なお、側板２３の軸方向両側の内空断面をそれぞれ、軸方向中間部２７側から開放端部２６に向かって漸次拡大するように形成しても、同様の効果を得ることが可能である。
すなわち、側板２３を、軸方向両端部の内空断面と軸方向中間部の内空断面とが異なる大きさとなるように形成することができる。
さらに、図４に示すように、杭頭嵌装筒体２の内面に突起部２１を設ける構成を組み合わせてもよい。かかる構造の目的は、固結材４の硬化体を杭頭嵌装筒体２からより抜け出し難くするためである。

発明を実施するための最良の形態３

以下、本発明を実施するための形態３を図面を参照して説明する。なお、実施の形態１及び２と重複する部分については省略する。

杭頭嵌装筒体２を構成する側板２３の形状を円筒や多角形の筒であって、側板２３の外面、特に軸方向両端部の外面に突起部２１を設けることができる。
そして、プレキャスト版５と杭体３の一体化に、ブラケット６をさらに用いることができる（図５参照）。ブラケット６は、プレキャスト版５を地盤に設置して杭体３を地盤に打ち込んだ、あるいは構築した後に、杭体３及び杭頭嵌装筒体２に固定するものである。ブラケット６は、貫通孔５１及び杭頭嵌装筒体２内全体に固結材４を充填できるように、貫通孔５１及び側板２３内を閉塞しないような構造とし、杭体３及び杭頭嵌装筒体２への固定を、溶接等により行うことができる。
あるいは、側板２３が円筒状の場合には、側板２３の内周面に雌ネジ部２４を設けるとともに、ブラケット６の外周面に、雌ネジ部２４に螺合する雄ネジ部６１を設けておき、ブラケット６の雄ネジ部６１を側板２３の雌ネジ部２４にねじ込んで固定する構成とすることもできる（図５（ａ）参照）。この場合には、ブラケット６を、例えば、外周面に雄ネジ部６１を形成した環状部６２と、環状部６２内を横断するように設けた、杭体３の杭頭部に当接して固定する横断部６３と、を備えた有孔構造とすることができる（図５（ｂ）参照）。
ブラケット６を、溶接によって杭頭嵌装筒体２に固定する場合には、例えば、横断部６３のみから構成することができる（図５（ｃ）参照）。そして、横断部６３の横断方向端部をそれぞれ、杭頭嵌装筒体２または側板２３の内面に溶接する。
ブラケット６の固定後に、貫通孔５１及び杭頭嵌装筒体２内に固結材４を充填する。ブラケット６及び固結材４による二重固定によって、杭体３とプレキャスト版５とは強固に一体化される。

本発明の杭頭接合部の構造を示す断面図。 杭頭接合部の構造を手順を説明するための図。 杭頭接合部の構造の第１変更例を示す断面図。 本発明の杭頭嵌装筒体の変更例を示す斜視図。 杭頭接合部の構造の第２変更例を示す断面図。 従来のマイクロパイル工法の杭体及び杭頭接合部の構造を説明するための図。

符号の説明

１・・・杭頭接合部
２・・・杭頭嵌装筒体
２１・・突起部
２３・・側板
２７・・軸方向中間部
３・・・杭体
３１・・ネジ溝部
３２・・中空枠
４・・・固結材
５・・・プレキャスト版
５１・・貫通孔

Claims (6)

1. マイクロパイルの杭頭と上部構造物とを接合する杭頭接合部の構造であって、
   厚さ方向に貫通孔を設けるとともに、この貫通孔に前記杭頭を嵌装させる杭頭嵌装筒体を埋め込んでなるプレキャスト版と、
   外周をネジ溝状に形成し、複数の中空枠を軸方向に間隔をもって前記杭頭嵌装筒体に嵌装させた前記杭頭と、
   前記貫通孔内に充填し、前記プレキャスト版及び前記杭頭間を連結するグラウト材と、からなり、
   前記杭頭嵌装筒体は、軸方向両端がそれぞれ、前記杭頭を嵌装可能に開放され、該筒体の内面に、軸方向に間隔をもって複数の突起部を備え、該突起部を介してグラウト材と密着することを特徴とする、
   杭頭接合部の構造。
2. 請求項１に記載の杭頭接合部の構造であって、
   前記杭頭嵌装筒体は、軸方向両側部の内空断面と軸方向中間部の内空断面とを異なる大きさに形成してなり、内面が固結材と密着していることを特徴とする、
   杭頭接合部の構造。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載の杭頭接合部の構造であって、
   先行して地盤に設置した前記プレキャスト版の前記貫通孔に前記杭体を挿入して、前記杭頭を前記杭頭嵌装筒体に嵌装させることを特徴とする、
   杭頭接合部の構造。
4. 請求項１に記載の杭頭接合部の構造を構成する前記杭頭嵌装筒体であって、
   前記杭頭嵌装筒体は、該筒体の内面に、軸方向に間隔をもって複数の突起部を備えることを特徴とする、
   杭頭嵌装筒体。
5. 請求項１に記載の杭頭接合部の構造を構成する前記杭頭嵌装筒体であって、
   前記杭頭嵌装筒体は、軸方向両端部の内空断面と軸方向中間部の内空断面とを異なる大きさに形成してなることを特徴とする、
   杭頭嵌装筒体。
6. 請求項５に記載の杭頭嵌装筒体であって、
   軸方向両側の内空断面がそれぞれ、軸方向中間部から軸方向両端部に向かって漸次縮小していることを特徴とする、
   杭頭嵌装筒体。

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