JP5142200B2

JP5142200B2 - Ｓｃ杭の接合具及び接合構造

Info

Publication number: JP5142200B2
Application number: JP2008003745A
Authority: JP
Inventors: 治克角屋; 亨渡辺; 俊二藤井; 喜照丸山
Original assignee: 岡部株式会社
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: JP2009167597A

Description

本発明は、主として大規模あるいは重要構造物の基礎に採用されるＳＣ杭の接合具及び接合構造に関する。

ＳＣ杭(外殻鋼管コンクリート杭、以下、ＳＣ杭)は、鋼管を外殻としてその内側にコンクリートを遠心締固めでライニングしたものであり、せん断耐力や曲げ耐力が高いため、耐震性が要求される構造物の杭基礎に広く採用されている。

かかるＳＣ杭は、ＲＣ杭やＰＨＣ杭といった他の既製杭と同様、杭頭から延びる鉄筋（以下、杭頭鉄筋）を鉄筋コンクリートで形成されたフーチングや基礎梁等に定着させることによって、上部構造物の基礎に接合される。

ここで、杭頭接合部は、上部構造物から常時作用する鉛直力のみならず、地震時に作用する水平力や曲げモーメントあるいは引抜き力を杭本体に確実に伝達させなければならない。そのため、杭頭接合部には杭本体と同様の高い信頼性が要求される。

杭頭接合部の構造形式としては、杭頭鉄筋と鋼管との取合いに着目すると、以下の５種類に大別される。

(a) 鋼管の内面又は外面に溶接された接合部材を介して杭頭鉄筋を接合する形式。特公平3-54736号公報、特開2004-124700号公報、特開2005-9300号公報、特開平9-71949号公報などに開示された接合構造がこれに該当する。

(b) 鋼管の上端面に溶接された接合部材に杭頭鉄筋を立設する形式。特許第2732238号公報、特開2002-167777号公報、特開平11-36326号公報、特開2004-270416号公報、特開2005-113531号公報などに開示された接合構造がこれに該当する。

(c) 鋼管の上端面に杭頭鉄筋を溶接で立設するとともに該杭頭鉄筋の立ち上がり箇所を鋼管の内面及び外面に設けられた補強板で補強する形式。特開2002-21068号公報などがこれに該当する。

(d) 杭頭鉄筋の基端側にアンカー鉄筋を延設し、該アンカー鉄筋を鋼管内面に溶接する形式。特開平11-29942号公報などがこれに該当する。

(e) 杭頭鉄筋の基端側にアンカー鉄筋を延設し、該アンカー鉄筋を鋼管内面にライニングされているコンクリートに埋設する形式。特開平5-306527号公報などがこれに該当する。

特公平3-54736号公報特開平11-36326号公報特開2002-21068号公報特開平11-29942号公報特開平5-306527号公報

ここで、構造物の規模が大きくなると、部材力の増大によって杭径が大きくなり、それに伴って杭頭鉄筋も太くせざるを得ない。

そのため、ケース(a)では、カプラーに代表される接合部材の大型化が避けられず、溶接による鋼管への取付けに困難が生じる。ケース(b)も同様であり、リングプレートに代表される接合部材の大型化が不可避となり、鋼管への溶接作業に問題が生じる。ケース(c)においても、補強板の大型化を余儀なくされ、経済性に欠ける結果となる。

そこで、アンカー鉄筋を用いるケース(d)やケース(e)の採用が検討されるが、かかるケースにおいても、アンカー鉄筋の太さを杭頭鉄筋と同等の太さにする必要があるため、ケース(d)では、アンカー鉄筋を鋼管内面に溶接する際、上述した溶接時の問題点を何ら解決することができない。

一方、アンカー鉄筋を鋼管内側にライニングされたコンクリートに埋設するケース(e)については、コンクリートのかぶり厚さを確保しなければならない関係上、アンカー鉄筋の外径にはどうしても限界がある。

このように、杭径増大に伴って杭頭鉄筋が太くなることへの問題点は未だ解決されていない。現段階では本数の増加によって杭頭鉄筋の太径化をできるだけ避けるようにしているが、杭頭鉄筋の本数を増加させた場合、上部構造物側の定着部（パイルキャップ部）において杭頭鉄筋と補強筋とが複雑に交錯し配筋時の作業性低下を招いたり鉄筋同士のあきを確保することが困難になるという別の問題が生じる。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、杭頭鉄筋の太径化に対処可能なＳＣ杭の接合具及び接合構造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ＳＣ杭の接合具は請求項１に記載したように、鋼管の内面にコンクリートを遠心締固めで形成してなるＳＣ杭の頭部を上部構造物のパイルキャップ部に接合するＳＣ杭の接合具であって、前記鋼管の端面に取り付けられる端板と、前記パイルキャップ部に定着され前記端板に形成された鉄筋挿通孔に挿通される杭頭鉄筋と、前記鉄筋挿通孔に挿通された前記杭頭鉄筋がねじ込まれる雌ネジが一方の端部に形成された接合部材と、該接合部材の他方の端部から前記杭頭鉄筋とは逆方向に延設され前記コンクリート内に埋設されるアンカー鉄筋とからなるとともに、前記杭頭鉄筋からの引張力の一部が前記鋼管に流れるように前記アンカー鉄筋の外径を前記杭頭鉄筋の外径よりも小さくしたものである。

また、本発明に係るＳＣ杭の接合構造は請求項２に記載したように、端面に端板が取り付けられた鋼管と該鋼管の内面に遠心締固めで形成されたコンクリートとからなるＳＣ杭の頭部を上部構造物のパイルキャップ部に接合した接合構造であって、前記端板に形成された鉄筋挿通孔に杭頭鉄筋を挿通して該杭頭鉄筋を前記パイルキャップ部に定着するとともに、接合部材の一方の端部が前記端板の杭本体側に当接されるように前記杭頭鉄筋を前記接合部材の一方の端部に形成された雌ネジに螺合し、前記接合部材の他方の端部から前記杭頭鉄筋とは逆方向にアンカー鉄筋を延設して該アンカー鉄筋を前記コンクリートに埋設し、前記杭頭鉄筋からの引張力の一部が前記鋼管に流れるように前記アンカー鉄筋の外径を前記杭頭鉄筋の外径よりも小さくしたものである。

本出願人は、杭頭鉄筋が太くなればなるほど、溶接による鋼管への取付けが困難になり、あるいはアンカー鉄筋のコンクリートかぶり厚さを確保することが困難になるという現状に鑑み、いかにすれば太径の杭頭鉄筋をＳＣ杭の杭頭に取り付けることができるか、研究開発を行ってきた。しかし、外殻鋼管の厚みは最大でも２５ｍｍ程度であることから、かかる鋼管に例えば３０ｍｍ径を超える杭頭鉄筋を立設することは本来的に無理があり、さりとて外殻鋼管の内面にライニングされるコンクリートの厚みが６０〜７０ｍｍ程度が最大であることから、杭頭鉄筋と同径のアンカー鉄筋ではコンクリートかぶり厚さを確保できない。

このような従来技術においては、外殻鋼管への取付けは、杭頭鉄筋からの引張力を外殻鋼管にすべて伝達させることを技術思想とするものである一方、アンカー鉄筋のコンクリートへの埋設は、杭頭鉄筋からの引張力をすべてアンカー鉄筋に伝達させて外殻鋼管の負担を減らすことを技術思想とするものである（特許文献５の段落番号１５参照）。

本出願人は、これらの技術思想に基づく限り、問題を解決することが困難であるとの認識の下、太径の杭頭鉄筋を介して上部構造物から作用する引張力をアンカー鉄筋と鋼管の両方に伝達させることができないだろうかと研究開発を積み重ねた結果、アンカー鉄筋の径を杭頭鉄筋よりも細くすることでアンカー鉄筋側の引張剛性を意図的に低下させ、それによって杭頭鉄筋から作用する引張力を鋼管側にも伝達させることができるとともに、アンカー鉄筋のコンクリートかぶり厚さも同時に確保することができるという産業上きわめて有用な知見を得るに至った。

すなわち、本発明に係るＳＣ杭の接合具及び接合構造においては、アンカー鉄筋の外径を杭頭鉄筋の外径よりも小さくしてある。

このようにすると、杭頭鉄筋からの引張力は、従来のようにアンカー鉄筋にすべて流れるのではなく、一部が端板を介して外殻鋼管へと流れることとなり、かくしてアンカー鉄筋のコンクリートかぶり厚さを確保しつつ、しかも困難な溶接作業を行うことなく、太径の杭頭鉄筋をＳＣ杭の杭頭に接合することが可能となる。

なお、パイルキャップ部とは、ＳＣ杭が接合される上部構造物のコンクリート領域を意味するものとし、具体的には、上部構造物の基礎梁、フーチング等に形成される。

以下、本発明に係るＳＣ杭の接合具及び接合構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は、本実施形態に係るＳＣ杭の接合具を示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係るＳＣ杭の接合具１は、外殻鋼管３（以下、単に鋼管３）及び該鋼管の内面に遠心成形によって形成されたコンクリート４からなるＳＣ杭２の頭部を上部構造物の基礎に接合するものであり、鋼管３の端面に取り付けられる端板５と、杭頭鉄筋７と、該杭頭鉄筋が一方の端部に螺着される接合部材９と、該接合部材の他方の端部に螺着され杭頭鉄筋７とは逆方向に延設されるアンカー鉄筋１０とからなる。

端板５には鉄筋挿通孔６を形成してあり、該鉄筋挿通孔に杭頭鉄筋７の端部１１を挿通することができるようになっている。

接合部材９の一方の端部には雌ネジ８を形成してあり、該一方の端部を端板５の杭本体側に当接させた状態で雌ネジ８に杭頭鉄筋７の端部１１をねじ込み、該端部に予め螺合されたナット１６との間に端板５を挟み込むことで、杭頭鉄筋７を端板５に立設できるようになっている。

一方、接合部材９の他方の端部には雌ネジ１３を形成してあり、該雌ネジにアンカー鉄筋１０の端部１４をねじ込み、該端部に予め螺合されたナット１７を締め付けることで、アンカー鉄筋１０を接合部材９に固定することができるようになっている。

ここで、アンカー鉄筋１０は、その外径φ₁を杭頭鉄筋７の外径φ₂よりも小さくしてある。

図２は、本実施形態に係るＳＣ杭の接合構造を示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係るＳＣ杭の接合構造２１は、ＳＣ杭２の頭部を接合具１を介して上部構造物２２のパイルキャップ部２３に接合してなる。すなわち、ＳＣ杭の接合構造２１は、接合部材９及びナット１６によって端板５に立設された杭頭鉄筋７をパイルキャップ部２３に定着するとともに、コンクリート４にアンカー鉄筋１０を埋設してある。

本実施形態に係るＳＣ杭の接合具１及びそれを用いた接合構造２１においては、アンカー鉄筋１０の外径φ₁を杭頭鉄筋７の外径φ₂よりも小さくしてある。

このようにすると、アンカー鉄筋１０側の引張剛性は、鋼管３側の引張剛性よりも相対的に小さくなり、その剛性比に応じて、杭頭鉄筋７からの引張力Ｔは図２に示すように、引張力Ｔ₁がアンカー鉄筋１０に流れ、引張力Ｔ₂（Ｔ―Ｔ₁）が端板５を介して鋼管３へと流れる。

すなわち、アンカー鉄筋１０側の引張剛性Ｋ₁は、杭頭鉄筋７を単位量だけ鉛直上方に引き抜こうとしたときにアンカー鉄筋１０から受ける引抜き反力であり、鋼管３側の引張剛性Ｋ₂は、杭頭鉄筋７を単位量だけ鉛直上方に引き抜こうとしたときに鋼管３から受ける引抜き反力であるから、杭頭鉄筋７から引張力Ｔが作用したときの杭頭の変位量をδとすると、

Ｔ＝Ｔ₁＋Ｔ₂ ；杭頭での力の釣り合い
Ｔ₁＝Ｋ₁・δ ；アンカー鉄筋側の荷重変位関係
Ｔ₂＝Ｋ₂・δ ；鋼管側の荷重変位関係
の各式が成立する。したがって、Ｔ₁及びＴ₂はそれぞれ、
Ｔ₁＝（Ｋ₁／（Ｋ₁＋Ｋ₂））・Ｔ
Ｔ₂＝（Ｋ₂／（Ｋ₁＋Ｋ₂））・Ｔ
となる。これらの式から、杭頭鉄筋７からの引張力Ｔは、アンカー鉄筋１０側の引張剛性Ｋ₁と鋼管３側の引張剛性Ｋ₂との剛性比に応じて、アンカー鉄筋１０と鋼管３に流れることがわかる。

上述した考え方は、鉄筋挿通孔６が形成された端板５における杭頭位置を基準としてあり、それゆえ、アンカー鉄筋１０側の引張剛性は、主としてコンクリート４からのアンカー鉄筋１０の引抜き剛性が寄与し、鋼管３側の引張剛性は、主として端板５の面外曲げ剛性及び鋼管３自体の引張剛性が寄与する。

ここで、上述した式でわかるように、杭頭鉄筋７からの引張力Ｔの分担比率は、アンカー鉄筋１０側の引張剛性と鋼管３側の引張剛性との剛性比に依存し、杭頭鉄筋７の外径とアンカー鉄筋１０の外径が直接的に関与するわけではないが、ＳＣ杭２を構成する鋼管３の仕様や杭頭鉄筋７の仕様は、設計外力から必要量としておのずと定まるため、アンカー鉄筋１０の外径φ₁と杭頭鉄筋７の外径φ₂との相対的な大きさの相違をもって、アンカー鉄筋１０側の引張剛性と鋼管３側の引張剛性との剛性比に関連づけることは合理的であり、よって、アンカー鉄筋１０の外径φ₁を杭頭鉄筋７の外径φ₂よりも小さくすることで引張力Ｔの一部を鋼管３に流すという技術思想が成立するものである。

以上説明したように、本実施形態に係るＳＣ杭の接合具１及びそれを用いた接合構造２１によれば、アンカー鉄筋１０の外径φ₁を杭頭鉄筋７の外径φ₂よりも小さくしたので、杭頭鉄筋７からの引張力Ｔは、従来のようにアンカー鉄筋にすべて流れるのではなく、引張力Ｔ₁がアンカー鉄筋１０に流れ、残りの引張力Ｔ₂（Ｔ―Ｔ₁）が端板５を介して鋼管３へと流れる。

そのため、アンカー鉄筋のコンクリートかぶり厚さを確保しつつ、しかも困難な溶接作業を行うことなく、太径の杭頭鉄筋をＳＣ杭の杭頭に接合することが可能となる。

本実施形態では、ナット１６と接合部材９との間に端板５を挟み付けることで、杭頭鉄筋７を端板５に立設するようにしたが、これに代えてナット１６を省略し、鉄筋挿通孔６の内面に形成された雌ネジに杭頭鉄筋７の端部１１をねじ込むようにしてもよいし、鉄筋挿通孔６と雌ネジ８とを位置合わせした状態でと接合部材９の一方の端部を端板５の杭本体側に溶接するようにしてもよい。

また、本実施形態では、杭頭鉄筋７の外径とアンカー鉄筋１０の外径の違いに合わせて、雌ネジ１３の内径を雌ネジ８の内径より小さくしたが、杭頭鉄筋７の端部１１とアンカー鉄筋１０の端部１４を螺合することができる限り、雌ネジ１３や雌ネジ８の内径は任意であり、例えば同径であってもかまわない。

また、本実施形態では、アンカー鉄筋１０を接合部材９に螺着するようにしたが、そもそもアンカー鉄筋１０を螺着によって接合部材９に固定する構成に限定されるものではなく、これに代えて、圧着、溶接等の公知の手段で接合部材９に固定するようにしてもよい。

本実施形態に係るＳＣ杭の接合具１の図であり、(a)は分解斜視図、(b)は断面図。本実施形態に係るＳＣ杭の接合構造２１の断面図。

符号の説明

１接合具
２ＳＣ杭
３鋼管
４コンクリート
５端板
６鉄筋挿通孔
７杭頭鉄筋
８雌ネジ
９接合部材
１０アンカー鉄筋
２１ＳＣ杭の接合構造
２２上部構造物
２３パイルキャップ部

Claims

鋼管の内面にコンクリートを遠心締固めで形成してなるＳＣ杭の頭部を上部構造物のパイルキャップ部に接合するＳＣ杭の接合具であって、前記鋼管の端面に取り付けられる端板と、前記パイルキャップ部に定着され前記端板に形成された鉄筋挿通孔に挿通される杭頭鉄筋と、前記鉄筋挿通孔に挿通された前記杭頭鉄筋がねじ込まれる雌ネジが一方の端部に形成された接合部材と、該接合部材の他方の端部から前記杭頭鉄筋とは逆方向に延設され前記コンクリート内に埋設されるアンカー鉄筋とからなるとともに、前記杭頭鉄筋からの引張力の一部が前記鋼管に流れるように前記アンカー鉄筋の外径を前記杭頭鉄筋の外径よりも小さくしたことを特徴とするＳＣ杭の接合具。
端面に端板が取り付けられた鋼管と該鋼管の内面に遠心締固めで形成されたコンクリートとからなるＳＣ杭の頭部を上部構造物のパイルキャップ部に接合した接合構造であって、前記端板に形成された鉄筋挿通孔に杭頭鉄筋を挿通して該杭頭鉄筋を前記パイルキャップ部に定着するとともに、接合部材の一方の端部が前記端板の杭本体側に当接されるように前記杭頭鉄筋を前記接合部材の一方の端部に形成された雌ネジに螺合し、前記接合部材の他方の端部から前記杭頭鉄筋とは逆方向にアンカー鉄筋を延設して該アンカー鉄筋を前記コンクリートに埋設し、前記杭頭鉄筋からの引張力の一部が前記鋼管に流れるように前記アンカー鉄筋の外径を前記杭頭鉄筋の外径よりも小さくしたことを特徴とするＳＣ杭の接合構造。