JP4844928B2 - 杭頭部の接合構造およびその施工方法 - Google Patents

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本発明は、杭頭部を基礎に対して接合するための合理的な接合構造およびその施工方法に関する。
軟弱地盤や液状化地盤に設けられる杭の杭頭部には地震時に大きな応力が生じるため、近年においては杭頭部の応力を緩和する目的で基礎に対して半剛接合やピン接合による手法で接合することが提案され一般化しつつあるが、杭に対して大きな引き抜き力が作用するような場合には杭頭部と基礎との間で軸力、曲げモーメント、せん断力の全てを確実に伝達する必要があることから、そのような場合には剛接合とすることが好ましい場合もある。
そのような場合、杭頭部に生じる大きな力を処理するために杭としては鋼管を主体とするもの(たとえば鋼管杭やコンクリート充填鋼管杭、SC杭、PHC杭等)を使用することが多いが、そのような杭の杭頭部をコンクリート造の基礎に単に埋め込んで確実に剛接合することは基礎配筋との著しい錯綜が生じて必ずしも合理的ではないことから、たとえば、杭頭内にアンカー筋を挿入するいわゆる内籠方式や、杭頭部外周にアンカー筋を溶接するいわゆるひげ筋方式、予め杭頭部に取り付けたカプラーにアンカー筋としてのネジ鉄筋をねじ込むカプラー方式、等の剛接合方式が採用されている。
しかし、上記ような従来の各方式はいずれもアンカー筋が過密配筋となるばかりでなく施工性やコストの点でも十分に満足し得るものではなく、そのため、最近においては例えば特許文献1や特許文献2に示されるように、杭頭部の外側にさらに接合鋼管を装着してその接合鋼管内にコンクリートを充填するといういわゆる二重鋼管方式の接合手法も提案されている。
特開2005−171480号公報 特開2006−104886号公報
特許文献1〜2に示されるような二重鋼管方式によれば現場溶接を必要とせずに施工性良く確実な剛接合を実現できるのであるが、接合鋼管は短尺であるとはいえ杭径よりも大径の鋼管であるからそれに要するコストは少なくないし、当然にかなりの寸法と重量を有するものであるからその搬送や揚重のための作業に少なからぬ手間と費用を要するものでもあり、したがってより一層のコスト削減と施工性改善を実現し得るより有効適切な接合手法の開発がさらに望まれているのが実状である。
上記事情に鑑み、本発明の接合構造は、杭頭の外周面に係合凸部が設けられ、円環状の鋼板からなる底盤プレートが杭頭部に装着されて水平に配置され、該底盤プレートに複数のアンカー筋の下端が接合されて該アンカー筋が杭頭部を取り囲むようにその周囲に配筋され、該アンカー筋の外側にフープ筋が巻回されて配筋され、杭頭部の周囲に基礎と一体となるコンクリートが打設されていることを特徴とする。
本発明の接合構造においては、底盤プレートの外径寸法を杭径の略1.5〜2.0倍とし、該底盤プレートの杭頭部への装着位置の深さを杭頭から杭径の略0.5〜1.0倍の位置とすることが好適である。
本発明の施工方法は、杭頭の外周面に係合凸部を設けた杭を施工するとともに、杭頭部の周囲を根切りしてピットを設け、該ピットの底面に円環状の鋼板からなる底盤プレートを配置して杭頭部に装着するとともに、該底盤プレートに複数のアンカー筋の下端を接合して該アンカー筋を杭頭部を取り囲むようにその周囲に配筋し、かつ該アンカー筋の外側にフープ筋を巻回して配筋し、しかる後に、ピット内にコンクリートを打設することを特徴とする。
本発明の施工方法においては、ピット内へのコンクリート打設に際しては、アンカー筋の外側に型枠を設置して該型枠の内側にコンクリートを打設するとともに、型枠の外側となるピットの外周部を埋め戻すようにしても良い。
本発明の接合構造によれば、杭頭部に装着された底盤プレートと杭頭外周部に設けられた係合凸部との間でコンクリートの内部に圧縮抵抗要素(ストラット)が自ずと形成され、それにより杭頭での曲げに対して有効に抵抗して優れた曲げ耐力が得られる。しかも、その圧縮抵抗要素は杭に引っ張り力が作用した場合にも機能するので同時に優れた引っ張り耐力(引き抜き耐力)をも発揮する。したがって、本発明によれば極めて単純にして簡単な構造でありながら確実堅固な剛接合を実現することができ、構造的にも合理的である。
また、本発明の施工方法は、杭頭部の周囲に必要最小限の大きさのピットを設けて、そこに単なる円環状の底盤プレートを配置するとともに、その他には単なるアンカー筋とフープ筋を配筋するだけであるので、二重鋼管方式による接合構造の場合に比較すると使用材料に要するコストを大幅を削減できるとともに、搬送や揚重等の作業も軽減できることから施工性を大きく改善でき、したがって同等以上の性能を確保しつつ総合的にはコストを半減させることができる程度の十分なコスト削減効果が得られる。
本発明の接合構造の一実施形態をその施工手順とともに図1〜図3を参照して説明する。本実施形態は基礎1に対する杭2の杭頭部の剛接合を底盤プレート3およびアンカー筋4を介して行うことを主眼とするものである。
本実施形態では、杭2としてたとえば図示例のようなSC杭やPHC杭を用いて、まずその杭頭が基礎1の底面のレベルにほぼ一致するように施工するが、杭頭の外周面には係合凸部5を形成することとする。
係合凸部5はその周囲に後打ちされるコンクリートと係合してストラットを有効に形成できるものであれば良く、その形成手法は適宜でよいが、たとえば図1(a)や図3(a)に示すように鋼管杭やSC杭の場合には帯鋼を杭体6の外周面に巻回して隅肉溶接するか、あるいは図3(b)に示すようにPHC杭等の場合には端板7の上面に鋼板(端板7と同様のリング状の鋼材を周方向に分割した形状のもの)をやや外周側に突出させた状態で溶接すると良い。なお、いずれにしても係合凸部5は杭2の製作時に同時に形成しておくと良いが、あるいは現場での杭施工に先立って、あるいは杭施工後に、現場にて形成することでも良い。
上記のように杭2を施工した後、図1(a)に示すように杭頭部の周囲を根切りしてピット8を形成して杭頭部を露出させる。
ピット8の平面形状は図1(c)に示すように杭2を中心とする正方形状とし、底面の大きさはその一辺の長さが底盤プレート3を水平に配置できる程度、深さは杭径φの0.5〜1.0程度とし、法面傾斜は45度程度とし、底面および法面全体に捨てコンクリートあるいは吹き付けモルタルを施工すると良い。
そして、ピット8内に露出させた杭頭部に対して底盤プレート3を装着してピット8の底面上に水平に配置する。底盤プレート3は図2(a)に示すように中心孔を有する円環状の鋼材からなるもので、その外径寸法は杭径φの1.5〜2.0倍程度とし、内径寸法は杭径φよりもやや大きくして、図1(b)、(c)に示すように杭頭部に装着した状態では杭2の外周面と底盤プレート3の中心孔との間に若干のクリアランス9(たとえば20mm程度)を確保すると良い。
なお、杭頭部に対する底盤プレート3の装着前に上記の系統凸部5を杭頭に予め取り付けておく場合には、底盤プレート3を装着する際に係合凸部5の位置を支障なく通過し得るようにクリアランス9の大きさ(つまり中心孔の大きさ)を設定しておくと良い。
上記の底盤プレート3には複数本(図示例では16本)アンカー筋4の下端を接合して等間隔で立設し、それらアンカー筋4の下端部の外側にはフープ筋10を巻回する。
底盤プレート3に対するアンカー筋4の接合手法は適宜で良いが、たとえば図2(a)、(b)に示すようにアンカー筋4の配筋位置に対応させて底盤プレート3の上面にカプラー(メスねじ)11を溶接し、それにアンカー筋4としてのネジ筋をねじ込むようにすれば良い。あるいは図2(c)に示すように、底盤プレート3に貫通孔を形成してそこにアンカー筋4としてのネジ筋を通し、上下からナット12により締結することでも良い。また、アンカー筋4を底盤プレート3の上面にパイルスタッドで溶接しても良い。
フープ筋10としては、通常の柱配筋等の場合と同様に異形棒鋼を環状ないしスパイラル状に加工したのものや高強度鉄筋を用いると良いが、いずれにしても図1(a)に示しているようにアンカー筋4の下端部に対してたとえば50mm間隔程度で密に3段程度配筋するのみとして後段で配筋する基礎鉄筋と干渉しないようにし、かつその範囲で最上段のフープ筋10は基礎1中に埋設されるように基礎1底面よりやや上(たとえば20mm程度)のレベルに配筋すると良い。
なお、底盤プレート3に対するアンカー筋4の接合や、アンカー筋4に対するフープ筋10の配筋は、底盤プレート3を杭頭部に装着するに先だって、あるいは可能であれば底盤プレート3を装着した後に、現場にて適宜行えば良いが、あるいは底盤プレート3にアンカー筋4を接合したユニット、さらにはフープ筋10までを配筋したユニットを予め工場製作しておき、そのようなユニットを現場に搬入して杭頭に装着することでも良い。但し、そのようなユニット化は現場作業を軽減することができる反面、ユニット製作のためのコストを要するばかりでなく、底盤プレート3を単体で取り扱う場合に比べてその搬送や設置の際の作業効率が低下する場合があるので、総合的なコストや施工性を考慮して有利な方を選択すれば良い。
以上のようにして、底盤プレート3を杭頭部に装着してピット8の底面に配置するとともに、それと同時に、あるいは相前後して、杭頭部の周囲にそれをを取り囲むようにアンカー筋4およびフープ筋10を配筋した後、必要に応じてピット8内に適宜の配筋を行ったうえでコンクリートを打設し、それにより杭2の杭頭部、底盤プレート3、アンカー筋4の下端部、フープ筋10をコンクリート中に埋設してそれらをコンクリートを介して構造的に一体化する。
引き続いて、適宜の基礎配筋を行って基礎コンクリートを打設すれば、アンカー筋4の上端部が基礎1中に定着されるとともに、ピット8内に打設されたコンクリートと基礎コンクリートとが最終的に自ずと一体化し、杭2の杭頭部と基礎1とが構造的に確実堅固に剛接合される。
なお、ピット8内へのコンクリート打設は法面部も含めてピット8内全体に対して行うことでも良いが、図1(a)に鎖線で示しているようにアンカー筋4の周囲に型枠13を取り付けてその内側にのみコンクリートを充填し、型枠13の外側は適宜埋め戻すことでも良い。その場合の型枠13としてはメッシュ型枠やボイド型枠等の簡易な捨て型枠を用いることで十分である。
また、上記のようにピット8内へのコンクリート打設(あるいは型枠13内へのコンクリート打設とその外側への埋め戻し)を行った後に、あらためて基礎配筋と基礎コンクリートの打設を行うことが現実的ではあるが、あるいはそれに代えて、ピット8内への底盤プレート3の配置やアンカー筋4、フープ筋10の配筋と相前後して基礎配筋を行ってしまい、ピット8内へのコンクリート打設と基礎コンクリートとの打設を同時に一括して行うことでも良い。
上記の構造により杭頭部と基礎1とを接合することにより、杭頭部に装着した底盤プレート3と杭頭外周部に形成した係合凸部5との間でコンクリートの内部に圧縮抵抗要素(ストラット)が自ずと形成され、それが杭頭での曲げに対して有効に抵抗して優れた曲げ耐力が得られる。しかも、その圧縮抵抗要素は杭2に引っ張り力が作用した場合にも機能するので、同時に優れた引っ張り耐力(引き抜き耐力)をも発揮するものとなる。
また、上記のようなストラットにより杭頭接合部の耐力が増強されるばかりでなく、杭頭部の周囲に配筋したアンカー筋4の上端部を基礎1に対して定着することから、実質的に杭頭部の外周径が杭2自体の杭径φよりも拡大されて定着部の耐力も自ずと大きくなり、それにより高耐力杭の場合でも杭頭接合部が先行破壊されないような杭頭接合部の耐力が得られる。
そして、本実施形態の接合構造は、特許文献1〜2に示されているような接合鋼管を用いる二重鋼管方式の場合に比較すると、接合鋼管に代えて単なる円環状の底盤プレート3を用いてその他には単なるアンカー筋4とフープ筋10を配筋するだけであるので使用材料に要するコストを大幅を削減できるばかりでなく、搬送や設置の際の作業も軽減でき、現場溶接を一切不要とすることが可能であるから、施工性を大きく改善できるものであって二重鋼管方式の場合と同等以上の性能を確保しつつ総合的にはコストを半減させる程度にまで削減することが可能である。
勿論、本発明においては杭頭部の周囲に底盤プレート3およびアンカー筋4を配筋するためのピット8を設ける必要があるものの、そのようなピット8は二重鋼管方式の場合にも必要であるし、本発明においては十分な剛接合強度を確保するために必要とされるピット8の平面的な大きさは杭径φの1.5〜2.0倍程度、その深さは杭径φの0.5〜1.0倍程度でしかなく、そのような必要最小限の大きさのピット8を設けてそこにコンクリートを打設することによるコスト増は問題とならない。
なお、本発明は上記実施形態で例示したような鋼管を主体とする各種の杭(SC杭、PHC杭、単なる鋼管杭、コンクリート充填鋼管杭等)に適用するのみならず任意の構造の杭全般に対して同様に適用できるものであって、いずれにしても本発明は各種構造の杭と基礎との合理的な剛接合を実現できるものである。
本発明の接合構造の実施形態を示す概略構成図である。 同、底盤プレートおよびそれに接合するアンカー筋を示す図である。 同、杭頭に設ける係合凸部を示す図である。
符号の説明
1 基礎
2 杭
3 底盤プレート
4 アンカー筋
5 係合凸部
6 杭体
7 端板
8 ピット
9 クリアランス
10 フープ筋
11 カプラー
12 ナット
13 型枠

Claims (4)

  1. 基礎に対して杭頭部を接合するための接合構造であって、
    杭頭の外周面に係合凸部が設けられ、円環状の鋼板からなる底盤プレートが杭頭部に装着されて水平に配置され、該底盤プレートに複数のアンカー筋の下端が接合されて該アンカー筋が杭頭部を取り囲むようにその周囲に配筋され、該アンカー筋の外側にフープ筋が巻回されて配筋され、杭頭部の周囲に基礎と一体となるコンクリートが打設されていることを特徴とする杭頭部の接合構造。
  2. 請求項1記載の杭頭部の接合構造であって、
    底盤プレートの外径寸法が杭径の略1.5〜2.0倍とされ、該底盤プレートの杭頭部への装着位置の深さが杭頭から杭径の略0.5〜1.0倍の位置とされていることを特徴とする杭頭部の接合構造。
  3. 請求項1または2記載の接合構造によって杭頭部と基礎とを接合するための施工方法であって、
    杭頭の外周面に係合凸部を設けた杭を施工するとともに、杭頭部の周囲を根切りしてピットを設け、該ピットの底面に円環状の鋼板からなる底盤プレートを配置して杭頭部に装着するとともに、該底盤プレートに複数のアンカー筋の下端を接合して該アンカー筋を杭頭部を取り囲むようにその周囲に配筋し、かつ該アンカー筋の外側にフープ筋を巻回して配筋し、しかる後に、ピット内にコンクリートを打設することを特徴とする杭頭部の施工方法。
  4. 請求項3記載の杭頭部の施工方法であって、
    ピット内へのコンクリート打設に際しては、アンカー筋の外側に型枠を設置して該型枠の内側にコンクリートを打設するとともに、型枠の外側となるピットの外周部を埋め戻すことを特徴とする杭頭部の施工方法。
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