JP4799368B2 - 杭頭部の接合構造及び施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭頭部の接合構造及び施工方法に関する。

従来、コンクリート充填鋼管杭や鋼管杭と基礎梁とを接続する際の杭頭部の接続構造としては、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や、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（例えば、特許文献１参照）がある。また、最近では、杭頭部よりひと回り大きな径を有する円筒状の鋼管を杭頭部の外側に巻いた状態に取り付け、杭頭部と外鋼管部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管方式（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
特公平３−５４７３６号公報 特開２０００−２９７４７２号公報

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、コンクリート充填鋼管杭のように杭頭で大きな曲げモーメントが生じる場合に、アンカー筋の配筋断面が過密となり、施工性に劣るという問題があった。
また、ひげ筋方式では、内籠方式と比較して断面効率は高いが、杭頭部の外周面にアンカー筋を現場溶接するため、現場での施工性や溶接品質に問題があった。そして、杭頭部の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ない場合があった。
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するといった欠点があった。
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、杭頭部の中心からアンカー筋までの距離が大幅に大きくならないため、アンカー筋の軸力負担はさほど低減されることがなく、大きな曲げ応力への対応が困難であった。また、アンカー筋を杭頭部と外鋼管部との間のコンクリートに定着させることから、定着長を確保するために外鋼管部の長さが長くなり、コストアップの要因になるといった問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、品質を向上させ、しかも現場溶接作業を少なくすることでコストの低減を図ると共に施工性を向上させた杭頭部の接合構造及び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では、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、杭頭部の外周部に固定された受け部材と、杭頭部の周囲を取り囲む外鋼管部、および外鋼管部の下端に固着されて杭頭部を挿通可能に形成した水平ダイアフラムからなり、受け部材上に配置されてなる拡径部材と、受け部材の外側に配置された弾性を有するウレタンフォーム製の材料からなり、地盤と拡径部材の下面との間の高さ寸法より大きな高さ寸法の仕切り部材と、拡径部材と杭頭部との間に充填されてなる硬化材とを備え、仕切り部材は、杭頭部の周囲の地盤と拡径部材の下面とに接するように配置され、充填される硬化材の流出を阻止するように構成されていることを特徴としている。
また、本発明に係る杭頭部の施工方法では、杭を構造物の基礎に接合する杭頭部の施工方法であって、杭頭部の外周部に受け部材を固定する工程と、受け部材の外側で、杭頭部の周囲の地盤上に弾性を有するウレタンフォーム製の材料からなる仕切り部材を配置する工程と、杭頭部の周囲を取り囲む外鋼管部、および外鋼管部の下端に固着されて杭頭部を挿通可能に形成した水平ダイアフラムからなる拡径部材を、受け部材上に配置する工程と、拡径部材と杭頭部との間に硬化材を充填する工程とを有し、仕切り部材を配置する工程では、地盤と拡径部材の下面との間の高さ寸法より大きな高さ寸法の仕切り部材を配置することを特徴としている。
本発明では、杭頭部の外周部に受け部材を固定し、受け部材の外側において地盤上に仕切り部材を設置し、受け部材上に拡径部材の水平ダイアフラムを載置させるようにして拡径部材を配置することができる。このとき、仕切り部材は、地盤と拡径部材の下面との両者に接した状態で配置される。そして、拡径部材と杭頭部との間に硬化材が充填され、その硬化材は仕切り部材よってそれより外方への流出が阻止される。このように本接合構造では、流出がなく順次下方より均一な状態で硬化材を充填することができることから、品質の低下がなく、拡径部材と杭頭部とが一体化された構造を構築することができる。

また、地盤と拡径部材の下面との間の高さ寸法より大きな高さ寸法の仕切り部材を使用することで、地盤の凹凸形状に対して隙間なく馴染ませて配置することができる。
さらに、仕切り部材を上下方向に圧縮した状態で配置することができ、拡径部材と地盤との両者に対して密接した状態で設置することができる。そのため、拡径部材内に充填される硬化材が外方に流出することを防止することができる。

また、本発明に係る杭頭部の接合構造では、仕切り部材は、リング形状をなしていることが好ましい。
本発明では、杭頭部と仕切り部材の内周面との間に一定の距離をもった略リング形状の隙間が形成されることになり、角部が形成されない隙間形状となることから、充填した硬化材がその隙間に一様に流れ込み、空隙がなく確実な充填を行うことができる。

また、本発明に係る杭頭部の接合構造では、仕切り部材は、円周の一部が切り離され、切り離されてなる端面同士が接続手段によって連結されていることが好ましい。
本発明では、切り離されている仕切り部材の両端部を例えば粘着テープなどの簡易な接続手段により接続して円環状に形成し、受け部材の外側に仕切り部材を配置させることができる。

本発明の杭頭部の接合構造及び施工方法によれば、受け部材の外側の仕切り部材が地盤と拡径部材の下面と接した状態で配置されることから、拡径部材内に充填される硬化材を外方に流出させることなく確実な充填がなされ、拡径部材と硬化材と杭頭部とが強固に一体化された構造を実現でき、品質の向上が図れる。
そして、拡径部材は硬化材が充填されるまでの間、受け部材によって位置決めされた状態で配置し、受け部材は拡径部材を下方より支持できる程度の範囲に設けられていればよいことから、受け部材と杭頭部の溶接箇所を少なくすることができ、溶接作業が低減され、コストダウンを図ることができると共に、施工性を向上させることができる。

以下、本発明に係る杭頭部の接合構造及び施工方法の実施の形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による杭頭部の接合構造を示す立断面図、図２は図１に示す杭頭部の接合構造のＡ−Ａ線断面図、図３は環状弾性部材の設置状態を示す拡大図である。

図１に示すように、本実施の形態による杭頭部の接合構造では、例えば鋼管杭、ＳＣ杭（鋼管で被覆した既成コンクリート杭）、コンクリート充填鋼管杭などの杭体２を対象としている。
図１及び図２に示すように、杭頭部の接合構造１は、杭頭部２Ａの外周部の所定高さ位置に固定されている受け部材３と、受け部材３の外側に杭頭部２Ａを囲うように配置されている環状弾性部材４（仕切り部材）と、受け部材３上に載置されて杭頭部２Ａの周囲に設けられた拡径部材５と、拡径部材５と杭頭部２Ａとの間に充填された硬化材６とから概略構成されている。

受け部材３は、例えば箱状、平板状の鋼材などが使用され、杭頭部２Ａの外周部に夫々の上面３ａが同じ高さとなるように溶接などの固着手段により固定されている。そして、各受け部材３上に載置させるようにして拡径部材５を設置することにより、拡径部材５が杭頭部２Ａの周面の所定位置に位置決めされることになる。このように拡径部材５が受け部材３上に載置される構成であることから、受け部材３の水平方向の厚さ寸法（杭体２の径方向の長さ）は、後述する水平ダイアフラム８の円孔８ａと杭頭部２Ａとの間に形成される隙間寸法よりも、少なくとも大きい寸法となっている。

また、図２及び図３に示すように、環状弾性部材４は、リング形状をなし、その内周面４ａが受け部材３の外側面３ｂに接すると共に、杭頭部２Ａの周囲の所定領域を掘削してなる掘削底盤９（図１参照、本発明の「地盤」に相当する）上に配置されている。環状弾性部材４をリング形状とすることで、杭頭部２Ａの外周面から一定の距離をもった位置に配置されることになる。つまり、杭頭部２Ａと環状弾性部材４の内周面４ａとの間に一定の距離をもった略リング形状の隙間Ｓ（図２参照）が形成されることになり、角部が形成されない隙間形状となることから、充填した硬化材６がその隙間Ｓに一様に流れ込み、空隙がなく確実な充填を行なうことができる。

そして、環状弾性部材４は、弾性を有する材料からなり、ウレタンフォーム製で、その硬さは容易に潰れる程度の材質のものが用いられる。このときの環状弾性部材４の高さ寸法は、掘削底盤９と拡径部材５の下面との高さ寸法Ｆより大きくし、上下方向に圧縮した状態で設置されることが好ましい。さらに、環状弾性部材４として水密性の低い材料が好ましいとされる。
つまり、環状弾性部材４を採用することで、掘削底盤９と拡径部材５の下面との間の高さ寸法より大きな高さ寸法の仕切り部材を使用することで、掘削底盤９の凹凸形状に対して隙間なく馴染ませて配置することができる。さらに、環状弾性部材４を上下方向に圧縮した状態で配置することで、拡径部材５と掘削底盤９との両者に対して密接した状態で設置することができる。そのため、拡径部材５内に充填される硬化材６が外方に流出することを防止することができる。

さらに、環状弾性部材４は、適宜な位置で円周の一部が切り離されている。そして、環状弾性部材４を現場で設置するときは、受け部材３の外側面３ｂに接するようにして、環状弾性部材４の切り離されている端部同士を例えばホッチキスや粘着テープなどの簡易な接続手段によって接続し、円環状に形成する。このとき、環状弾性部材４は、杭頭部２Ａの周部に掘削した掘削底盤９上に載置させた状態で配置されることになる。

図１に示すように、拡径部材５は、杭頭部２Ａの周囲から取り囲む円筒形状の鋼管からなる外鋼管部７と、外鋼管部７の下端７ａと杭頭部２Ａとの間隙を閉塞する水平ダイアフラム８とから構成されている。外鋼管部７は、その内径が杭体２の外径Ｄと比較して大きい鋼管からなり、外鋼管部７の部材長はその杭体２の外径Ｄの約０．５〜１倍程度となっている。水平ダイアフラム８は、外鋼管部７の下端７ａに固着され、杭頭部２Ａを挿通する円孔８ａ（図２参照）を有している。

図１及び図２に示すように、水平ダイアフラム８の円孔８ａは、杭体２の外径Ｄよりわずかに大きい径に形成されている。そして、水平ダイアフラム８の外周部８ｂは、外鋼管部７の下端７ａに溶接などの固定手段によって固着されている。一方、その内周部をなす円孔８ａに、杭頭部２Ａが非固着状態で挿通され、受け部材３に載置した状態となっている。すなわち、受け部材３と水平ダイアフラム８とは溶接されない構造となっている。
なお、拡径部材５は、外鋼管部７と水平ダイアフラム８との取付け及び溶接作業を、例えば工場などの作業性のよい場所で実施することができる。

また、図１に示すように、拡径部材５（杭頭部２Ａ）の周囲には、拡径部材５を取り付けるための作業領域を確保するために所定領域が掘削されている。そして、本実施の形態では、環状弾性部材４が掘削した掘削底盤９に載置されることにより、拡径部材５は杭頭部２Ａの周囲の所定位置に位置決めされて配置されている。
また、図１に示すように、拡径部材５内（外鋼管部７と杭頭部２Ａの間隙）には、コンクリート、モルタル等からなる硬化材６が充填されている。これにより、拡径部材５と杭頭部２Ａとは剛接合となる。

次に、本発明の実施の形態による杭頭部の施工方法について、図面に基づいて説明する。
先ず、図１に示すように、地盤に埋設されている既設の杭体２の杭頭部２Ａを露出させるため、杭頭部２Ａの周囲の所定領域を掘削する。このとき、掘削領域における掘削底盤９を、拡径部材５を所定位置に載置させ得るように形成しておく。具体的には、掘削領域は、例えば一辺の長さが杭径Ｄの２倍程度とされ、深さは同じく杭径Ｄの０．５倍程度となるように掘削される。なお、掘削底盤９の上面は、例えば受け部材３の上端３ａ（図３参照）から例えば１０〜５０ｍｍ程度下がった位置となるように掘削され、ここでは３０ｍｍとする。

次いで、露出した杭頭部２Ａの外周部に、三個の受け部材３を例えば溶接などの固着手段によって所定箇所に固定する。そして、環状弾性部材４を受け部材３の外側面３ｂにおいて掘削底盤９上に円環状に配置する。このときの環状弾性部材４は、例えば５０ｍｍ程度の高さ寸法のものを採用する。
続いて、水平ダイアフラム８の円孔８ａを杭頭部２Ａに被せるようにして拡径部材５を受け部材３上に載置する。そうすると、拡径部材５（水平ダイアフラム８）の下面と掘削底盤９との隙間が上述したように３０ｍｍであるため、環状弾性部材４は上下方向に圧縮した状態となり、掘削底盤９の凹凸形状に対して隙間なく密接させることができる。

そして、拡径部材５内に水の流入がないことを確認してから、拡径部材５内にコンクリートなどの硬化材６を充填する。拡径部材５に充填される硬化材６は、環状弾性部材４と杭頭部２Ａとの間の隙間Ｓ（図２参照）に流れ込むが、環状弾性部材４よってそれより外方への流出が阻止されることになる。このように本接合構造１では、流出がなく順次下方より均一な状態で硬化材６を充填することができることから、品質の低下がなく、拡径部材５と杭頭部２Ａとが一体化された構造を構築することができる。
なお、本接合構造１を構築するにあたって、地盤の地下水位が高い場合、すなわち掘削底盤９に水が溜まるような場合には、先ず水を汲み上げてから環状弾性部材４を設置して拡径部材５を被せるようにする。或いは、予め拡径部材５における水平ダイアフラム８の底面の所定位置に環状弾性部材４を取り付けておくようにしてもよい。

上述のように実施の形態による杭頭部の接合構造及び施工方法では、受け部材３の外側の環状弾性部材４が掘削底盤９と拡径部材５（水平ダイアフラム８）の下面と接した状態で配置されることから、拡径部材５内に充填される硬化材６を外方に流出させることなく確実な充填がなされ、拡径部材５と硬化材６と杭頭部２Ａとが強固に一体化された構造を実現でき、品質の向上が図れる。
そして、拡径部材５は硬化材６が充填されるまでの間、受け部材３によって位置決めされた状態で配置されるため、従来のように拡径部材を杭頭部に対して全周溶接により固着する必要がない。しかも、受け部材３は拡径部材５を下方より支持できる程度の範囲に設けられていればよいことから、受け部材３と杭頭部２Ａの溶接箇所を少なくでき、溶接作業を低減でき、コストダウンを図ることができる。そのうえ、作業工数を削減できることから、工期短縮を図ることができる。

以上、本発明による杭頭部の接合構造及び施工方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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、本実施の形態では環状弾性部材４が受け部材３の外側面３ａに接した状態で配置されているが、このような配置に限定されることはなく、環状弾性部材４と受け部材３とが離れていてもよい。要は受け部材３の外側の任意の位置に設けられ、掘削底盤９と拡径部材５の下面との間に密接した状態をなす仕切り部材が設けられればよいのである。
さらに、本実施の形態では受け部材３を杭頭部２Ａに対して３箇所設けているが、この数量に限定されることはない。そして、本実施の形態ではリング形状の環状弾性部材４としているがこの形状に限定されることはない。すなわち、受け部材３、環状弾性部材４等の具体的な構造、形状についても、何ら上記のものに限定されることはない。

本発明の実施の形態による杭頭部の接合構造を示す立断面図である。 図１に示す杭頭部の接合構造のＡ−Ａ線断面図である。 環状弾性部材の設置状態を示す拡大図である。

符号の説明

１ 接合構造
２ 杭体
２Ａ 杭頭部
３ 受け部材
４ 環状弾性部材（仕切り部材）
５ 拡径部材
６ 硬化材
７ 外鋼管部
８ 水平ダイアフラム
９ 掘削底盤（地盤）

Claims (4)

1. 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、
   前記杭頭部の外周部に固定された受け部材と、
   前記杭頭部の周囲を取り囲む外鋼管部、および該外鋼管部の下端に固着されて前記杭頭部を挿通可能に形成した水平ダイアフラムからなり、前記受け部材上に配置されてなる拡径部材と、
   前記受け部材の外側に配置された弾性を有するウレタンフォーム製の材料からなり、地盤と前記拡径部材の下面との間の高さ寸法より大きな高さ寸法の仕切り部材と、
   前記拡径部材と前記杭頭部との間に充填されてなる硬化材と、
   を備え、
   前記仕切り部材は、前記杭頭部の周囲の地盤と前記拡径部材の下面とに接するように配置され、充填される前記硬化材の流出を阻止するように構成されていることを特徴とする杭頭部の接合構造。
2. 前記仕切り部材は、リング形状をなし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. 前記仕切り部材は、円周の一部が切り離され、該切り離されてなる端面同士が接続手段によって連結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。
4. 杭を構造物の基礎に接合する杭頭部の施工方法であって、
   前記杭頭部の外周部に受け部材を固定する工程と、
   前記受け部材の外側で、前記杭頭部の周囲の地盤上に弾性を有するウレタンフォーム製の材料からなる仕切り部材を配置する工程と、
   前記杭頭部の周囲を取り囲む外鋼管部、および該外鋼管部の下端に固着されて前記杭頭部を挿通可能に形成した水平ダイアフラムからなる拡径部材を、前記受け部材上に配置する工程と、
   前記拡径部材と前記杭頭部との間に硬化材を充填する工程と、
   を有し、
   前記仕切り部材を配置する工程では、地盤と前記拡径部材の下面との間の高さ寸法より大きな高さ寸法の仕切り部材を配置することを特徴とする杭頭部の施工方法。

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