JP4675101B2

JP4675101B2 - コンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁との半剛接合構造及びその施工方法

Info

Publication number: JP4675101B2
Application number: JP2004368536A
Authority: JP
Inventors: 富男土屋; 純次濱田; 裕司田屋; 栄俊伊藤; 照正定本; 武司伊藤; 進一谷田; 英一細田; 一巳鈴木
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: JP2006176962A

Description

この発明は、無筋構造とし柱鉄骨を立ち上げたコンクリート杭の杭頭部を、構造物の基礎スラブ又は基礎梁と半剛接合した構造及びその施工方法の技術分野に属し、更に云えば、地震等による水平力及び曲げモーメントが杭頭部に集中する不具合を解消する半剛接合構造及びその施工方法に関する。

従来、基礎スラブ又は基礎梁と剛接合されたコンクリート杭は、地震等による水平力及び曲げモーメントが杭頭部に過大に集中して損傷する問題があった。そのため、前記杭頭部に集中する応力に抵抗するために、杭頭部分の杭主筋を基礎スラブ又は基礎梁に強固に定着させ、高い剛性と強度を確保する接合構造及びその施工方法が知られている。しかし、この接合構造及び施工方法では、杭又は基礎梁又は基礎スラブの耐力を増大させるために杭径の増大、杭主筋の増加、柱材又は柱鉄骨の補強が必要となり、コストが嵩む。その上、構造物の基礎を構築する際に、杭主筋の多い杭頭部分では、スラブ筋、柱筋又は基礎梁の鉄筋が混み合って配筋作業を行いづらいことも問題である。そこで、杭頭部分の杭主筋を基礎スラブ又は基礎梁へ定着せず、杭頭部分に集中する応力を低減させる半剛接合構造及びその施工方法が種々開示され実用に供されている。

特許文献１に開示された半剛接合構造及びその施工方法は、コンクリート杭の杭頭部分と構造物の基礎スラブ又は基礎梁とを高強度のコンクリート充填鋼管、又は鉄のインゴット等で製作されたジョイント部材を介して接合した構成である。杭頭部分周辺のコンクリートには、他部位のコンクリートよりも強度が大きいものを使用し、杭頭部分と構造物基礎との間にスタイロフォーム等の絶縁材を装填し、さらに、配筋密度を高くしたフープ筋を設置し、杭頭部分付近の強度を高めたと記載されている。

特許文献２〜４に開示された半剛接合構造及びその施工方法も、コンクリート杭の杭頭部分と基礎スラブ又は基礎梁とを、コンクリート充填鋼管から成る接合部材を介して接合した構成である。コンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁とは直接接しておらず、両者の間に間隙が設けられている。

特許文献５に開示された半剛接合構造及びその施工方法は、構造物の基礎スラブ又は基礎梁を貫通させた鉄骨コンクリート柱の柱鉄骨をコンクリート杭の杭頭部分に埋設させて接合した構成である。杭頭部分と構造物の基礎との間には、地震等の水平力によりコンクリート杭が変形しても、杭頭部分が構造物の基礎に接触しないだけの間隙が設けられている。

特許文献６に開示された半剛接合構造及びその施工方法は、コンクリート杭の杭頭部分に強度が大きいコンクリートを用い、杭頭部分の耐力を増加させ、杭頭部分と基礎スラブ又は基礎梁とは接合せず、杭頭部分に基礎スラブ又は基礎梁を載置させ支持させた構成である。

特開２０００−２８２４８４号公報特開２００１−２３４５４９号公報特開平８−１０５０７２号公報特許第３１９６４１２号公報特開２０００−１４４９０４号公報特開２００３−３１３８６１号公報

上記特許文献１〜５の半剛接合構造及びその施工方法は、杭頭部分と基礎スラブ又は基礎梁との間にスタイロフォーム等の絶縁体、又は間隙を設けた構成であるから、地震等による水平力又は曲げモーメントに対して、杭頭部付近の水平剛性は小さくなるが、同時に抵抗力（強度）も小さくなる。その結果、小地震であっても、杭頭部分の水平耐力が低下し又は不足して、水平方向の変形が大きくなる。その耐力を増加させるには、ジョイント部材、或いは柱鉄骨の断面形状を大きくする必要があり、不経済である。

特許文献６の半剛接合構造及びその施工方法は、コンクリート杭の杭頭部分にのみ強度の大きいコンクリートを使用した構成であるから、施工の煩雑さ、施工費用の低減は認められるが、応力を低減させることはできない。

本発明の目的は、小地震時にはコンクリートの強度で水平力と曲げモーメントに耐えることができ、一方、中・大地震時には杭頭部分のコンクリートは破壊しても柱鉄骨によって健全性を維持してコンクリート杭の損傷を最小限に抑えることができる、コンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁との半剛接合構造及びその施工方法を提供することである。

上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るコンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁との半剛接合構造は、
杭頭部分１ａが無筋構造で柱鉄骨４が立ち上がるコンクリート杭１が打設され、前記杭頭部分１ａの上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁５が前記柱鉄骨４により前記コンクリート杭１と連結して構築されており、
小地震時には、無筋構造とした前記杭頭部分１ａのコンクリートが抵抗して固定状態を保ち、
大地震時には、前記杭頭部分１ａのコンクリートが破壊されて前記柱鉄骨４が抵抗して半剛接合となることを特徴とする。

請求項２に記載した発明に係るコンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁との半剛接合構造は、
杭頭部分１ａが無筋構造で柱鉄骨４が立ち上がるコンクリート杭１が打設され、この杭頭部分１ａの上にコンクリート杭のコンクリート、又は基礎スラブ又は基礎梁５のコンクリートよりも低強度のコンクリート７が打設され、その上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁５が前記柱鉄骨４により前記コンクリート杭１と連結して構築されており、
小地震時には、無筋構造とした前記杭頭部分１ａのコンクリートが抵抗して固定状態を保ち、
大地震時には、前記杭頭部分１ａのコンクリートが破壊されて前記柱鉄骨４が抵抗して半剛接合となることを特徴とする。

請求項３に記載した発明に係るコンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁とを半剛接合する施工方法は、
地盤に掘削した杭孔２内へ、杭主筋の上端が基礎スラブ又は基礎梁５の底面Ｈよりも低い位置Ｈ’となるように杭鉄筋３を設置し、更に柱鉄骨４の下端部を杭孔２内へ挿入して立ち上げ、杭孔２内へコンクリートを打設して、杭頭部分１ａが無筋構造で柱鉄骨４が立ち上がる場所打ちコンクリート杭１を構築する工程と、
前記打設コンクリートが硬化した後に、前記杭主筋の上端よりも上方の余盛りコンクリート１ｂを除去する工程と、
前記場所打ちコンクリート杭１の杭頭部分１ａの上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁５を、前記柱鉄骨４により前記コンクリート杭１と連結して構築する工程とから成り、
小地震時には、無筋構造とした前記杭頭部分１ａのコンクリートが抵抗して固定状態を保ち、
大地震時には、前記杭頭部分１ａのコンクリートが破壊されて前記柱鉄骨４が抵抗して半剛接合となることを特徴とする。

請求項４に記載した発明に係るコンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁とを半剛接合する施工方法は、
地盤を掘削して杭孔２を形成すると共に同杭孔２内をソイルセメント１１で満たし、この杭孔２中へ、杭頭部分１ａから上方へ立ち上がる柱鉄骨４を備えた既製コンクリート杭１を挿入し、その上端が基礎スラブ又は基礎梁５の底面Ｈよりも低い位置Ｈ’となるように挿入してコンクリート杭１を打設する工程と、
前記既製コンクリート杭１の杭頭部分１ａの上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁５を、前記柱鉄骨４により前記コンクリート杭１と連結して構築する工程とから成り、
小地震時には、前記既製コンクリート杭１の上端と基礎スラブ又は基礎梁５の底面Ｈとの間に満たされたソイルセメント１１が抵抗して固定状態を保ち、
大地震時には、前記既製コンクリート杭１の上端と基礎スラブ又は基礎梁５の底面Ｈとの間に満たされたソイルセメント１１が破壊されて前記柱鉄骨４が抵抗して半剛接合となることを特徴とする。

請求項５に記載した発明に係るコンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁とを半剛接合する施工方法は、
地盤を掘削して杭孔２を形成すると共に同杭孔２内をソイルセメント１１で満たし、この杭孔２中へ、既製コンクリート杭１をその上端が基礎スラブ又は基礎梁５の底面Ｈよりも低い位置Ｈ’となるように挿してコンクリート杭１を打設し、しかる後に杭頭部分１ａへ柱鉄骨４を固定して上方へ立ち上がらせる工程と、
前記既製コンクリート杭１の杭頭部分１ａの上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁５を、前記柱鉄骨４により前記コンクリート杭１と連結して構築する工程とから成り、
小地震時には、前記既製コンクリート杭１の上端と基礎スラブ又は基礎梁５の底面との間に満たされたソイルセメント１１が抵抗して固定状態を保ち、
大地震時には、前記既製コンクリート杭１の上端と基礎スラブ又は基礎梁５の底面との間に満たされたソイルセメント１１が破壊されて前記柱鉄骨４が抵抗して半剛接合となることを特徴とする。

請求項６に記載した発明は、請求項３〜５のいずれか一に記載したコンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁とを半剛接合する施工方法において、
場所打ちコンクリート杭、又は既製コンクリート杭１の杭頭部１ａの上端に、コンクリート杭１のコンクリート、又は基礎スラブ又は基礎梁５のコンクリートよりも低強度のコンクリート７を打設し、該低強度コンクリート７の上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁５を構築することを特徴とする。

本発明に係るコンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁との半剛接合構造によれば、小地震時には、無筋構造とした杭頭部分のコンクリートの抵抗力（強度）で固定状態を保ち、健全性を維持する。一方、中・大地震時に、たとえ無筋構造とした杭頭部分のコンクリートが破壊されても、なお柱鉄骨が抵抗して健全性を維持する。柱鉄骨はコンクリートに比べて低剛性であるため半剛接合となり、靱性を発揮して応力の集中を低減し、杭の損傷を最小限に抑えることができる。
また、コンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁とを半剛接合する施工方法によれば、杭孔内へ、杭主筋を設置し、更に柱鉄骨を挿入して立ち上げ、コンクリートを打設するだけでよく、簡便であり作業性に優れている。

杭頭部分１ａが無筋構造で柱鉄骨４が立ち上がるコンクリート杭１を打設し、前記杭頭部分１ａの上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁５を前記柱鉄骨４により前記コンクリート杭１と連結して構築する。

以下に、請求項１記載の発明を図１〜６に示した実施例に基づいて説明する。
図１は、地盤を硬質土層又は支持層Ａまで掘削した杭孔２内へ、杭鉄筋３における主筋の上端が杭の天端となる基礎スラブ５（図５参照）の底面位置Ｈよりも若干低い位置Ｈ’となるように設置し、更に柱鉄骨４の下端部を杭孔２内へ挿入して立ち上げた段階を示す。図中の符号Ｂは軟質土層を示し、符号６は掘削孔周壁の崩落を防止するための安定液を示している。前記杭鉄筋３を設置する位置Ｈ’の具体的な深さとして、例えば基礎スラブ５の底面位置Ｈから１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度下方位置に杭主筋３の上端を位置させることが望ましい。

図２は、前記杭鉄筋３を設置し柱鉄骨４を挿入した杭孔２内へコンクリートを杭１の天端から適度な余盛り状態にまで打設して、杭頭部分１ａが無筋構造で柱鉄骨４が立ち上がる場所打ちコンクリート杭１を構築した段階を示す。なお、前記柱鉄骨４は、杭孔２内へコンクリートを打設した後、速やかに設置して実施してもよい。

図３は、前記打設コンクリートが硬化した後に、前記杭主筋３の上端よりも上方の余盛り部分１ｂが露出する深さ位置Ｈまで地盤を掘削した段階を示す。図中の符号１０は構造物の基礎を均す捨てコンクリートを示している。このとき、上階から下階へと施工を進め、建物の地下構造を築造しながら地盤の掘削を進める、所謂逆打ち工法を好適に実施することができる。勿論、コンクリート杭１を直接杭として建物を築造して実施してもよい。
図４は、前記露出した余盛りコンクリート１ｂを、基礎スラブ５の底面となる位置Ｈまで除去した段階を示す。

図５は、前記場所打ちコンクリート杭１の杭頭部分１ａの上に構造物の基礎スラブ５を柱鉄骨４により前記コンクリート杭１と連結して構築した段階を示す。図中の符号８は基礎スラブ５の鉄筋であり、符号９が柱コンクリートである。つまり、杭主筋の上端を杭頭部分１ａの天端Ｈよりも若干低い位置に止め、基礎スラブ５まで到達させない構成である。かくすると、小地震時には、無筋構造とした杭頭部分１ａの抵抗力（強度）で固定状態を保ち、健全性を維持する。一方、中・大地震時には、仮に無筋構造とした杭頭部分１ａのコンクリートが破壊されても、なお柱鉄骨４が抵抗して健全性を維持する。柱鉄骨４はコンクリートに比べて低剛性であるため半剛接合となり、靱性を発揮して応力の集中を低減し、杭の損傷を最小限に抑えることができる。しかも、杭孔２内へ杭主筋を設置し、更に柱鉄骨４を挿入して立ち上げ、コンクリートを打設するだけでよく、簡便であり作業性にも優れている。

また、図６に示すように、前記露出したコンクリート杭１の余盛りコンクリート１ｂを、前記杭主筋３の上端より高い位置であって、捨てコンクリート１０の上面位置Ｈよりも少し低い位置Ｈ”まで除去（図６Ａ）した後、杭頭部分１ａの上端に前記の高さ位置Ｈまで、打設したコンクリート杭１のコンクリート、又は基礎スラブ５のコンクリートよりも低強度のコンクリート７を打設し、該低強度コンクリート７の上に構造物の基礎スラブ５を構築（図６Ｂ）する実施例も同様の作用効果を奏する（請求項２及び請求項６記載の発明）。
なお、本実施例は、コンクリート杭１と基礎スラブ５との接合を示したが、コンクリート杭１と基礎梁との接合においても同様に実施することができる。

上記実施例１は、場所打ちコンクリート杭を打設する内容であるが、既製コンクリートを使用しても同様に実施可能である。図７に示すように、具体的には地盤改良の深層混合処理工法で周知であるように、地盤に掘削泥水を注入しながら掘削し、杭の天端となる位置Ｈまでは泥土１２を充満させる。それ以深はセメントミルクを注入しつつ地盤を掘削して杭孔を形成することにより杭孔２内をソイルセメント１１で充満させる（図７Ａ）。その後、地盤の掘削と共に泥土１２を除去し、ソイルセメント１１で満たされた杭孔２中へ、杭頭部分１ａから上方へ立ち上がる柱鉄骨４を備えた既製コンクリート杭１を前記杭孔２中へ挿入してゆき、上端が基礎スラブ５の底面Ｈよりも低い位置Ｈ’となるように設置して既製コンクリート杭１を打設する（図７Ｂ）方法を実施することができる（請求項４記載の発明）。但し、杭孔２の掘削により発生した掘削土を一旦地上へ排出し、処理槽においてセメントミルクと混合攪拌してソイルセメントを作成し、これを杭孔２内へ戻す方法を実施することもできる。

また、ソイルセメント１１で充満させた杭孔２中へ、既製コンクリート杭１を挿入してコンクリート杭１を打設した後に、杭頭部分１ａへ柱鉄骨４を固定する方法を実施することもできる（請求項５記載の発明）。この場合に、既製コンクリート杭１の杭頭部分１ａへ柱鉄骨４を固定する方法として、例えば、図８に示すように、既製コンクリート杭１の杭端部鋼材１３と柱鉄骨４のベースプレート１４とをボルト接合する方法、或いは図９に示すように、既製コンクリート杭１の中空部内へ設置した底板１５まで柱鉄骨４を挿入して、同中空部内へコンクリート１６を打設する方法を実施することもできる。

なお、以上に本発明の実施例を説明したが、本発明のこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施し得る。

杭孔内へ杭鉄骨を設置し柱鉄骨を挿入した段階を示した立断面図である。上記杭孔内へコンクリートを打設した段階を示した立断面図である。コンクリート杭の余盛り部分が露出するまで地盤を掘削した段階を示した立断面図である。コンクリート杭の余盛り部分を除去した段階を示した立断面図である。コンクリート杭と基礎スラブとを半剛接合した段階を示した立断面図である。Ａ、Ｂはコンクリート杭と基礎スラブとの異なる半剛接合を示した立断面図である。Ａ、Ｂは既製コンクリート杭を用いた半剛接合の実施例を示した立断面図である。既製コンクリート杭と柱鉄骨との接合方法を示した立断面図である。既製コンクリート杭と柱鉄骨との異なる接合方法を示した立断面図である。

符号の説明

１コンクリート杭
１ａ杭頭部分
１ｂ余盛りコンクリート
２杭孔
３杭鉄筋
４柱鉄骨
５基礎スラブ（又は基礎梁）
７低強度コンクリート
１１ソイルセメント

Claims

杭頭部分が無筋構造で柱鉄骨が立ち上がるコンクリート杭が打設され、前記杭頭部分の上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁が前記柱鉄骨により前記コンクリート杭と連結して構築されており、
小地震時には、無筋構造とした前記杭頭部分のコンクリートが抵抗して固定状態を保ち、
大地震時には、前記杭頭部分のコンクリートが破壊されて前記柱鉄骨が抵抗して半剛接合となることを特徴とする、コンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁との半剛接合構造。
杭頭部分が無筋構造で柱鉄骨が立ち上がるコンクリート杭が打設され、この杭頭部分の上にコンクリート杭のコンクリート、又は基礎スラブ又は基礎梁のコンクリートよりも低強度のコンクリートが打設され、その上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁が前記柱鉄骨により前記コンクリート杭と連結して構築されており、
小地震時には、無筋構造とした前記杭頭部分のコンクリートが抵抗して固定状態を保ち、
大地震時には、前記杭頭部分のコンクリートが破壊されて前記柱鉄骨が抵抗して半剛接合となることを特徴とする、コンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁との半剛接合構造。
地盤に掘削した杭孔内へ、杭主筋の上端が基礎スラブ又は基礎梁の底面よりも低い位置となるように杭鉄筋を設置し、更に柱鉄骨の下端部を杭孔内へ挿入して立ち上げ、杭孔内へコンクリートを打設して、杭頭部分が無筋構造で柱鉄骨が立ち上がる場所打ちコンクリート杭を構築する工程と、
前記打設コンクリートが硬化した後に、前記杭主筋の上端よりも上方の余盛りコンクリートを除去する工程と、
前記場所打ちコンクリート杭の杭頭部分の上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁を、前記柱鉄骨により前記コンクリート杭と連結して構築する工程とから成り、
小地震時には、無筋構造とした前記杭頭部分のコンクリートが抵抗して固定状態を保ち、
大地震時には、前記杭頭部分のコンクリートが破壊されて前記柱鉄骨が抵抗して半剛接合となることを特徴とする、コンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁とを半剛接合する施工方法。
地盤を掘削して杭孔を形成すると共に同杭孔内をソイルセメントで満たし、この杭孔中へ、杭頭部分から上方へ立ち上がる柱鉄骨を備えた既製コンクリート杭を、その上端が基礎スラブ又は基礎梁の底面よりも低い位置となるように挿入してコンクリート杭を打設する工程と、
前記既製コンクリート杭の杭頭部分の上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁を、前記柱鉄骨により前記コンクリート杭と連結して構築する工程とから成り、
小地震時には、前記既製コンクリート杭上端と基礎スラブ又は基礎梁の底面との間に満たされたソイルセメントが抵抗して固定状態を保ち、
大地震時には、前記既製コンクリート杭上端と基礎スラブ又は基礎梁の底面との間に満たされたソイルセメントが破壊されて前記柱鉄骨が抵抗して半剛接合となることを特徴とする、コンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁とを半剛接合する施工方法。
地盤を掘削して杭孔を形成すると共に同杭孔内をソイルセメントで満たし、この杭孔中へ、既製コンクリート杭をその上端が基礎スラブ又は基礎梁の底面よりも低い位置となるように挿してコンクリート杭を打設し、しかる後に杭頭部分へ柱鉄骨を固定して上方へ立ち上がらせる工程と、
前記既製コンクリート杭の杭頭部分の上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁を、前記柱鉄骨により前記コンクリート杭と連結して構築する工程とから成り、
小地震時には、前記既製コンクリート杭上端と基礎スラブ又は基礎梁の底面との間に満たされたソイルセメントが抵抗して固定状態を保ち、
大地震時には、前記既製コンクリート杭上端と基礎スラブ又は基礎梁の底面との間に満たされたソイルセメントが破壊されて前記柱鉄骨が抵抗して半剛接合となることを特徴とする、コンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁とを半剛接合する施工方法。
場所打ちコンクリート杭、又は既製コンクリート杭の杭頭部の上端に、コンクリート杭のコンクリート、又は基礎スラブ又は基礎梁のコンクリートよりも低強度のコンクリートを打設し、該低強度コンクリートの上に構造物の基礎スラブ又は基礎梁を構築することを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一に記載したコンクリート杭と基礎スラブ又は基礎梁とを半剛接合する施工方法。