JP4912580B2 - 杭頭部の接合構造及びその施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭頭部の接合構造及びその施工方法に関する。

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（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外周の鋼管を杭頭部の外側に巻いた状態に取り付けた杭頭部と外鋼管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（特許文献２、３参照）が提案されている。
特公平３−５４７３６号公報 特開平１１−１３１３９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る。しかも、アンカー筋が鋼管内部に配置されているため、杭頭曲げ応力に対してアンカー筋の断面効率が低く、杭頭固定時に生じる杭頭応力に対処できない場合が多い。
また、ひげ筋方式では、内籠方式と比較して断面効率が高いが、杭頭部の外周面にアンカー筋を現場溶接するため、溶接品質に問題がある。そして、杭頭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ず、杭頭固定時の杭頭応力を処理できない場合がある。
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しやすい。また、杭頭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ず、杭頭固定時の杭頭応力を処理できない場合がある。
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軽減されない。また、アンカー筋を杭頭部と外鋼管との間のコンクリートに定着することから、定着長を確保するために外鋼管の長さが長くなり、コストアップの要因となり易いといった問題がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、施工性および品質が向上し、且つ、コストダウンが図れる杭頭部の接合構造及びその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、鋼管杭または鋼管が巻かれた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、杭頭部を周囲から取り囲む筒形状の外鋼管と、外鋼管及び杭頭部の間隙を閉塞するように間隙の下端に配置されるとともに前記外鋼管に全周溶接されたダイアフラムとから構成される拡径部材と、外鋼管の外周部に備えられる複数の第一のアンカー筋と、拡径部材を載置するように杭頭部に取り付けられた支持部材とを備え、外鋼管と杭頭部との間隙に充填材が充填され、外鋼管の長さが杭径の０．５〜１．０倍であることを特徴としている。
本発明では、杭径より大きい外鋼管にアンカー筋を取り付けることで、断面効率が高くなり強度が増すため、杭頭接合部が破壊されることなく品質の高い剛接合を実現できる。そして、ダイアフラムが杭頭部に接合されていることで、外鋼管と杭とを定着する充填材の充填量を少なくでき、外鋼管と杭とのラップ長を短くできる。したがって、施工が容易となり、コストダウンを図ることができる。また、杭の打設後に拡径部材を取り付けることができる構造であるため、杭打設の施工方法に依存せず適用範囲が広くなる。

また、本発明に係る杭頭部の接合構造は、杭頭部上部の外周部に第二のアンカー筋が備えられている構造とすることができる。
本発明では、杭頭曲げ応力が大きな場合に、杭頭部の接合構造を強化できるため、杭頭曲げ応力に合わせた杭頭接合部を構築できる。

また、本発明に係る杭頭部の接合構造は、杭頭部上部の外周部に充填材との付着力を高めるための固定部材が設けることもできる。
本発明では、固定部材と拡径部材内の充填材とが付着力を高めることにより、外鋼管が効果的に引張力に対抗することができる。

また、本発明に係る杭頭接合部の施工方法は、鋼管杭または鋼管が巻かれた杭を構造物の基礎に接合するための杭頭接合部の施工方法において、杭頭部に支持部材を取り付けた後、予め杭径の０．５〜１．０倍の長さである筒形状の外鋼管の下端にダイアフラムを全周溶接により取り付けて形成した拡径部材を杭頭部に建て込み支持部材に載置し、杭頭部を外鋼管で囲み杭頭部と外鋼管との間隙の下端をダイアフラムで閉塞させる第一の工程と、外鋼管と杭頭部との間隙に充填材を充填する第二の工程とを備えることを特徴としている。
本発明では、予め工場などで拡径部材を製作しておくことがで、現場における溶接及び組立て作業を減少できて施工を簡略化し、作業時間を短縮できるとともに、安定した品質の杭頭接合部を構築できる。

本発明によれば、杭径より大きい外鋼管にアンカー筋を取り付けることで、高い耐力性能を発揮できる杭頭接合を実現することができる。そして、ダイアフラムが杭頭部に接合されていることで、外鋼管と杭とを定着する充填材の充填量を少なくでき、外鋼管と杭とのラップ長を短くできるため、施工性が向上するうえ、コストダウンを図ることができる。また、杭の打設後に拡径部材を取り付けできるため、高止まりのある杭に対しても適用でき、杭の設置方法に依存せず拡径部材を取り付けできる。

以下、本発明の第一の実施の形態による杭頭部の接合構造ついて、図面に基づいて説明する。図１は第一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線断面図である。
図１に示すように、第一の実施の形態による杭頭部の接合構造では、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外周部が鋼管からなる杭１を対象としている。杭頭部の接合構造は、杭頭部２を周囲から取り囲む円筒形状の外鋼管３と、外鋼管３及び杭頭部２の間隙の下端に設置されて間隙を閉塞する水平ダイアフラム４（ダイアフラム）とから拡径部材５が構成されている。拡径部材５は、杭頭部２に環状に取り付けられたリング部材６（支持部材）上に載置されている。なお、このリング部材６は、必ずしも閉鎖形の円環状でなく複数に分割されていてもよい。さらに、水平ダイアフラム４は、円形状の鋼板からなり、その中央部には杭頭部２が貫通できるような穴が形成されている。
また、拡径部材５の周部には、拡径部材５を取り付けるために掘削される領域Ｒがある（図１参照）。

図１及び図２に示すように、外鋼管３の上部外周面には、基礎梁７に埋設される複数のアンカー筋８（第一のアンカー筋）が所定の間隔をおいて溶接されている。外鋼管３と杭頭部２の間隙には、コンクリート、ソイルモルタル、モルタル等からなる充填材９が充填されている。また、図２に示すように、外鋼管３の上端と杭頭部２との間は開口部１１を形成し、開口部１１から充填材９を拡径部材５内に充填できるようになっている。
なお、杭頭部２の上端部の内周面にはリング状にリブ２ａが形成されており、杭頭部２内の中空部に充填されているコンクリート１０との付着力を高める構成となっている。

次に、拡径部材５の水平ダイアフラム４をリング部材６上に載置する取付け構造について、図３に基づいて説明する。図３は第一の実施の形態による杭頭部の接合構造の水平ダイアフラムをリング部材上に載置する取付け構造を示す拡大図であり、例えば２通りの構造がある。
図３（ａ）に示す取付け構造では、リング部材６の上端部が杭頭部２に第一溶接部Ｗ１によって溶接等で固着され、その上に水平ダイアフラム４を直接載置し、水平ダイアフラム４と杭頭部２とが第二溶接部Ｗ２によって全周溶接等で固着される。ここで、埋め込み杭の場合は、工場等で予めリング部材６を杭頭部２の所定高さに先付け溶接できるため、その溶接箇所は第一溶接部Ｗ１または第三溶接部Ｗ３のいずれか又は両方でもよい。
一方、図３（ｂ）に示す取付け構造では、リング部材６は断面Ｌ字形に形成され、杭頭部２との間の第四溶接部Ｗ４によって固着されている。そして、リング部材６上に載置される水平ダイアフラム４と杭頭部２との隙間には、くさび１２が打ち込まれ固定される。また、リング部材６は必ずしも一体物である必要はなく、円弧状の鋼材を杭頭部２の外周面に複数溶接してリング状に形成してもよく、くさび１２も複数に分割されていてもよい。また、図３（ｃ）に示す取付け構造では、断面台形に形成されたリング部材６のくさびを無溶接で杭頭部２に取り付けることもできる。
以下、第一の実施の形態では、水平ダイアフラム４の取り付けは、図３（ａ）に示す第一溶接部Ｗ１及び第二溶接部Ｗ２の溶接による取り付けとする。

次に、本発明の第一の実施の形態による杭頭接合部の施工方法について、図１及び図４に基づいて説明する。図４は図１に示す杭頭接合部の施工工程説明図である。
先ず、予め工場等で、外鋼管３の片方の端面に水平ダイアフラム４を溶接して拡径部材５を製作し、さらに拡径部材５の外周部に複数のアンカー筋８を溶接等により固着しておく（図４（ａ）参照）。一方、杭頭部２の外周面にはリング部材６を図３（ａ）に示す第一溶接部Ｗ１により固定する（図４（ｂ）参照）。

次に、図１に示すように、杭頭部２にリング部材６が環状に取り付けられた杭１を地盤に打設した後、杭頭から所定の深さまで杭頭部２の周囲Ｒを掘削する。そして、杭頭部２と拡径部材５とがラップする部分について、杭頭部２の外周面を清掃し、拡径部材５を杭頭部２に建て込んで、リング部材６上に載置させ、水平ダイアフラム４を杭頭部２の外周壁に第二溶接箇所Ｗ２により溶接して固定する（図４（ｃ）参照）。この後、拡径部材５内をよく清掃し、杭頭部２の周囲Ｒを埋め戻し、充填材９を開口部１１より拡径部材５内側の上端部まで充填した後、拡径部材５上に基礎梁７を構築する。なお、拡径部材５内に充填する作業を省略し、基礎を施工する段階において拡径部材内にも同時に充填材９を打設することもできる。

第一の実施の形態による杭頭接合部の施工方法では、拡径部材５を予め工場等で製作しておくことができ、アンカー筋８も現場溶接する必要がなく、杭１の打設後に拡径部材５を杭頭部２に取り付けることができる。このため、溶接及び組立て作業が簡略されるなど施工性が向上し、杭頭接合において安定した品質を低コストで実現することができる。しかも、特別な技量や工具も不要なため、施工時間を短縮することができる。
また、従来工法のように予め杭に二重鋼管を溶接しておく必要がないため、杭に高止まりがある場合でも、杭頭部２の高さを調整した後に拡径部材５を取り付けることができる。

さらに、杭径より大きい外鋼管３にアンカー筋８を取り付けできるので、過密配筋を解消することができ、アンカー筋８が配置されている外鋼管３の外径を変えることによって配筋密度を自在に調整できる。
また、従来のひげ筋方式や内籠方式と比較して、杭頭部２の曲げ耐力や引抜き耐力を容易に増大することができ、杭頭部２の接合構造の高耐力化を図れ、杭頭接合部の破壊を防止できる。そして、杭の変形能力の高い杭頭接合構造を実現できるため、靭性のある細径の杭を採用でき、低コストで高い耐力と変形性能を発揮できる合理的な杭設計が可能となる。

さらにまた、水平ダイアフラム４が杭頭部２に接合されていることで、外鋼管３と杭１とを定着する充填材９の充填量を少なくでき、拡径部材５（外鋼管３）と杭頭部２とのラップ長Ｌを従来工法より短くすることができる。例えば、本第一の実施の形態によると、拡径部材５（外鋼管３）の幅は杭径Ｄの１．５倍程度であり、ラップ長Ｌは、従来工法の半分以下となり、杭径Ｄの０．５〜１倍程度でよい。これにより、拡径部材５等の材料および杭頭部２の周囲Ｒの掘削土量を大幅に低減させることができる。しかも、基礎梁７の下端から拡径部材５を設置するので掘削土量が大幅に低減し、施工性が向上するとともに工期短縮とコストダウンが図れる。

次に、本発明の第二の実施の形態による杭頭部の接合構造について、図５に基づいて説明する。図５は第二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。
第一の実施の形態では、アンカー筋８の基端部を外鋼管３の上部外周面に直接溶接する構造を示したが、第二の実施の形態では、アンカー筋８に加え第二のアンカー筋を設けた接合構造であり、以下に第一の実施の形態と異なる点を説明する。
第二の実施の形態で対象となる杭１は、第一の実施の形態と同様である。図６に示すように、第二の実施の形態における杭頭接合部のアンカー筋は、外鋼管３の外周部に溶接されたアンカー筋８と、杭頭部２の外周部に溶接された第二のアンカー筋１３とから構成されている。ここで、第二の実施の形態による杭頭接合部の施工方法は、第一の実施の形態とほぼ同じ施工であり、拡径部材５が建て込まれる前に第二のアンカー筋１３が杭頭部２に現場溶接される施工が追加される。

第二の実施の形態では、第一の実施の形態で得られた効果に加えて、アンカー筋８と第二のアンカー筋１３とが設けられることにより、アンカー筋の断面積が増加し、外鋼管３にかかる負荷を軽減できるという効果を奏する。これにより、杭頭接合部の耐力が増大し、杭頭曲げ応力が大きい場合にも対応することができる。

次に、本発明の第三の実施の形態による杭頭部の接合構造について、図面に基づいて説明する。図６は、第三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。
第三の実施の形態は、第一の実施の形態の杭頭接合部に固定部材を設けた接合構造であり、以下に第一の実施の形態と異なる点を説明する。
第三の実施の形態で対象となる杭１は、第一の実施の形態と同様である。そして、図６に示すように、第一の実施の形態による杭頭接合部の構成に加えて、杭頭部２の上端部の外周面には、リング状に形成されたせん断ずれ止め１４（固定部材）が溶接等により固着されており、充填材９との付着力を高める構成となっている。なお、せん断ずれ止め１４は、リング状に形成されたものでなく、複数の円弧状の部材を取り付けて構成してもよい。

第三の実施の形態による杭頭接合部の施工方法は、第一の実施の形態と同様、拡径部材５を杭頭部２に設置する。その後、杭頭部２の外周部を清掃し、せん断ずれ止め１４が現場溶接され、充填材９が充填される。ここで、拡径部材５に接合されるアンカー筋８は、工場等で取り付けたものであっても、現場溶接であってもよい。

第三の実施の形態では、第一の実施の形態で得られた効果に加え、せん断ずれ止め１４を設けたことによって、充填材９との付着力を高めることができ、外鋼管３が引張力に効果的に対抗することができる。

次に、本発明の第四の実施の形態による杭頭部の接合構造ついて、図面に基づいて説明する。図７は第四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８は図７に示す杭頭部の接合構造の平面図である。
図７及び図８に示すように、第四の実施の形態では、第一乃至第三の実施の形態に示した有底円筒形状の拡径部材５に代わって有底角筒形状の角形拡径部材１５を使用している。角形拡径部材１５は、杭頭部２を周囲から取り囲む四角形状の角形外鋼管１６と、角形外鋼管１６及び杭頭部２の間隙の下端に設置されてこの間隙を閉塞する角形水平ダイアフラム１７が設けられている。アンカー筋８は、角形拡径部材１５の外周部に所定間隔で溶接固着されている。その他の構成については、第一の実施の形態と同様である。
図８に示すように、角形拡径部材１５を角筒形状とすることにより、第一の実施の形態で得られた効果に加えて、角形拡径部材１５の外周面の直交する水平二方向にアンカー筋８を配置することができるので、アンカー筋８と基礎梁７の鉄筋１８との干渉が無くなり、施工性が極めて良くなる。なお、この角形拡径部材１５の形状は四角形に限らず、例えば八角形などの多角形でもよい。

以上、本発明による杭頭部の接合構造及びその施工方法の各実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施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、上記杭頭接合部の施工方法では、予めアンカー筋８を拡径部材５に配設しておく構成としているが必ずしもこれにこだわるものではなく、作業性や品質管理等必要に応じて、予めアンカー筋８を設けていない拡径部材５、１５を取り付けた杭１を打設し、基礎底面の掘削後にアンカー筋８を拡径部材５に溶接やねじ締め等の固着手段により配設してもよい。
また、各実施の形態によるとアンカー筋８は溶接による接合構造としているが、他の接合構造としてもよい。例えば、雌ねじが形成されたカプラーを予め工場等で外鋼管３の外周面に溶接しておき、基端部に雄ねじ部が形成されたアンカー筋８をカプラーにねじ込み挿入する接合構造としてもよい。

本発明の第一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。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す杭頭部の接合構造の水平ダイアフラムをリング部材上に載置する取付け構造を示す拡大図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す杭頭接合部の施工工程説明図である。 本発明の第二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。 本発明の第三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。 本発明の第四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７に示す杭頭部の接合構造の平面図である。

符号の説明

１ 杭
２ 杭頭部
３ 外鋼管
４ 水平ダイアフラム（ダイアフラム）
５ 拡径部材
６ リング部材（支持部材）
７ 基礎梁（基礎）
８ アンカー筋（第一のアンカー筋）
９ 充填材
１１ 開口部
１３ 第二のアンカー筋
１４ せん断ずれ止め（固定部材）
Ｄ 杭径
Ｌ ラップ長

Claims (4)

1. 鋼管杭または鋼管が巻かれた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、
   前記杭頭部を周囲から取り囲む筒形状の外鋼管と、当該外鋼管及び前記杭頭部の間隙を閉塞するように当該間隙の下端に配置されるとともに前記外鋼管に全周溶接されたダイアフラムとから構成される拡径部材と、
   前記外鋼管の外周部に備えられる複数の第一のアンカー筋と、
   前記拡径部材を載置するように前記杭頭部に取り付けられた支持部材とを備え、
   前記外鋼管と前記杭頭部との間隙に充填材が充填され、
   前記外鋼管の長さが杭径の０．５〜１．０倍であることを特徴とする杭頭部の接合構造。
2. 前記杭頭部上部の外周部に第二のアンカー筋が備えら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. 前記杭頭部上部の外周部に前記充填材との付着力を高めるための固定部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭頭部の接合構造。
4. 鋼管杭または鋼管が巻かれた杭を構造物の基礎に接合するための杭頭接合部の施工方法において、
   杭頭部に支持部材を取り付けた後、予め杭径の０．５〜１．０倍の長さである筒形状の外鋼管の下端にダイアフラムを全周溶接により取り付けて形成した拡径部材を前記杭頭部に建て込み前記支持部材に載置し、前記杭頭部を外鋼管で囲み前記杭頭部と前記外鋼管との間隙の下端を前記ダイアフラムで閉塞させる第一の工程と、
   前記外鋼管と前記杭頭部との間隙に充填材を充填する第二の工程とを備えることを特徴とする杭頭接合部の施工方法。

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