JP5420376B2 - 杭頭接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管コンクリート杭や鋼管杭の杭頭部にアンカー鉄筋（杭頭鉄筋）を接合する杭頭接合構造に関する。より詳しくは、杭頭部外周面に接合したスタッドボルトとアンカー鉄筋とを、接続金物を介して接続するにあたり、これら接続金物とスタッドボルトをがたつきなく接続して、杭頭部の接合性能を向上する杭頭接合構造に関する。

近年、需要が増えつつある高強度の杭において、その杭と基礎コンクリートやフーチングなどの基礎躯体とを剛接合する場合には、一般的な杭頭部の仕様よりも、曲げ耐力などの接合性能を高める必要がある。

その際、杭頭部に生じる応力に抵抗できるだけのアンカー鉄筋を杭頭部の端板に設置することになるが、アンカー鉄筋の本数を増やすことは、フーチングなどの配筋に問題があり、太径のアンカー鉄筋を用いたとしても、アンカー鉄筋間に所定の間隔を設ける必要があるため、設置本数に限界があり、杭頭部の端板に接合することは難しい。また、鉄筋径を変えずに高強度材のアンカー鉄筋を端板に接合することは、当該端板への接合条件や定着長さの確保などの点で問題がある。

そこで、端板ではなく、杭頭部外周面にアンカー鉄筋を設置して本数の増大を図ったり、杭頭部外周面から離れた位置にアンカー鉄筋を配置することによって、杭頭部に作用する曲げモーメントに伴う引張力を小さくし、これにより、アンカー鉄筋を太径化したり、高強度化することなく、接合性能を増大するようにした技術が特許文献１〜３に示されている。

特許文献１及び２では、杭頭外周面に直接、折り曲げたアンカー鉄筋の端部を接合している。特許文献３では、杭頭外周面にカプラーや接続金具を溶着し、これらカプラー等にアンカー鉄筋を接合している。

特開平９−７１９４９号公報 特開２００４−３０８３５９号公報 特開２００２−１１５２４８号公報

特許文献１及び２では、アンカー鉄筋を予め折り曲げているため、杭頭外周面に接合することが非常に難しく、さらに、折り曲げ部分が杭頭部の接合性能に悪影響を与えてしまう。詳細には、折り曲げにより張り出した部分に曲げが作用すると、鉛直部分に十分に力を伝達することができないため、張り出し部分の曲げ剛性が低く、期待される性能を十分に発揮することができない。

特許文献３では、現場にて縦向きの溶接を行う必要があり、手間がかかると共に、熟練工を要する。また、カプラーや接続金具を長さ方向全長に亘って溶接する必要があり、溶接量が多い。さらに、溶接作業スペースを確保しなければならない関係上、隣り合うカプラー等の間隔を広く空けなければならず、結局アンカー鉄筋の設置本数が制約される。

またこれら特許文献１〜３いずれにあっても、アンカー鉄筋に生じる力が杭に伝達される際、直接、溶接部分に力が作用するため、溶接については十分な施工管理が必要となる。しかも、現場溶接作業となるため、ブローホールなどの溶接不良が発生するおそれが常にあり、溶接性能（耐力）の信頼性が懸念される。

そこで、接合対象の杭が既成コンクリート杭ではあるものの、上記問題点を解決し得る技術として、特許文献２に開示されている構造が知られており、この構造を鋼管杭等に適用することが考えられる。当該構造は、杭頭部外周面に溶接接合したスタッドボルトを挿通する挿通孔及びアンカー鉄筋を螺入する雌ねじ孔を形成した接続金具を介して、杭頭部にアンカー鉄筋を接続するものである。

しかし、杭頭部外周面へのスタッドボルトの溶接接合は、高い施工精度・位置精度を確保することが難しく、このためスタッドボルト用の挿通孔を、当該スタッドボルトの外径よりも大径にする必要がある。アンカー鉄筋１本当たりに使用するスタッドボルト本数を増やすと、融通を利かせるために、挿通孔の孔径をさらに大径にする必要がある。また、接続金具は、杭頭部外周面に当接する面が当該外周面輪郭に合わせた弧状に形成されている。以上の点を検討すると、挿通孔の大径化による接続金具とスタッドボルトとのがたつき、そしてそれに伴う接合性能（固定度合い）の低下や、大径の挿通孔内部でスタッドボルトが片当たりすることによるせん断耐力の低下、接続金具の弧状部を杭頭部外周面に合わせる必要から、杭毎に接続金具を作製・用意する必要があり、接続金具の仕様が膨大になるといった課題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、杭頭部外周面にスタッドボルトを接合することを前提として、スタッドボルトのがたつきや片当たりを防止して杭頭部外周面に対し高い接合性能でアンカー鉄筋を接続することが可能であり、また種々の杭径に対して汎用性高く適用し得る杭頭接合構造を提供することを目的とする。

本発明にかかる杭頭接合構造は、杭の杭頭部外周面を形成する鋼管にこれより外方へ向かって横向きに接合したスタッドボルトに、該スタッドボルトが貫通する挿通部及びアンカー鉄筋の端部が接続される接続部を有する接続金物を挿通し、該接続金物を貫通させた該スタッドボルトにナットを螺着することで、該接続金物を該杭頭部外周面に当接させつつ、該アンカー鉄筋を該杭頭部に接続するようにした杭頭接合構造であって、上記挿通部は上記スタッドボルトに対してルーズホールで形成されるとともに、上記杭頭部外周面に面する上記接続金物表面が平坦面で形成されることを特徴とする。

前記杭頭部外周面に面する前記接続金物表面には、内面が該杭頭部外周面との間に隙間を空けた状態で一対の開口縁部が当該杭頭部外周面と当接するとともに前記挿通部と連通される溝が、上下方向縦向きに形成されることを特徴とする。

前記接続金物は、上向きのＵ字状片と、該Ｕ字状片の端部同士を連結する連結片とからなり、前記挿通部が上記Ｕ字状片で形成されると共に、前記接続部が上記連結片で構成されることを特徴とする。

前記Ｕ字状片の底部には、内面が前記杭頭部外周面との間に隙間を空けた状態で一対の開口縁部が当該杭頭部外周面と当接する切り欠きが形成されることを特徴とする。

本発明にかかる杭頭接合構造にあっては、杭頭部外周面にスタッドボルトを接合することを前提として、スタッドボルトのがたつきや片当たりを防止して杭頭部外周面に対し高い接合性能でアンカー鉄筋を接続することができると共に、種々の杭径に対して汎用性高く適用することができる。

本発明に係る杭頭接合構造の第１実施形態を示す杭頭部の一部破断側面図である。 本発明に係る杭頭接合構造の第１実施形態を示す一部断面分解図である。 図１中、Ａ部拡大図である。 第１実施形態に適用される接続金物の正面図である。 図４に示した接続金物の平面図である。 第１実施形態の変形例に適用される接続金物の平面図である。 第１実施形態の他の変形例を示す側面図である。 本発明に係る杭頭接合構造の第２実施形態を示す側面図である。 第２実施形態に適用される接続金物の正面図である。 図９に示した接続金物の平面図である。 第２実施形態の第１変形例に適用される接続金物の正面図である。 図１１に示した接続金物の平面図である。 第２実施形態の第２変形例に適用される接続金物の正面図である。 図１３に示した接続金物の平面図である。 第２実施形態の第３変形例に適用される接続金物の正面図である。 図１５に示した接続金物の平面図である。 第２実施形態の第４変形例に適用される接続金物の正面図である。 図１７中、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。

以下に、本発明にかかる杭頭接合構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図５には、第１実施形態に係る杭頭接合構造が示されている。鋼管杭や図１に示した鋼管コンクリート杭１は、杭頭部を含め、外周面が鋼管で形成されている。

杭頭部外周面１ａには、その周方向に沿って互いに間隔を隔てて、スタッドボルト２が溶接接合される。スタッドボルト２は、杭頭部外周面１ａにこれより杭１の径方向外方へ向かって、水平方向横向きに接合される。図示例にあっては、スタッドボルト２は、一本のアンカー鉄筋３に対し、一つ配設されている。

接続金物４は、直方体ブロック状の鋼製部品である。接続金物４には、左右方向横向きに挿通孔５が形成されると共に、上下方向縦向きに雌ネジ孔６が形成される。雌ネジ孔６には、アンカー鉄筋３の端部が螺入され、これにより接続金物４にアンカー鉄筋３が接続される。

挿通孔５には、スタッドボルト２が貫通状態で挿通される。挿通孔５は、緩やかに融通を利かせてスタッドボルト２を貫通させ得るように、ルーズホールで形成される。ルーズホールとされる挿通孔５は、上下方向もしくは左右方向に長孔状に形成しても、全体的に孔径を大きく形成しても良い。

第１実施形態にあっては図２に示すように、杭頭部外周面１ａに面する挿通孔５の端部には、スタッドボルト２をスタッド溶接する際に生じるフラッシュ７を避けると共に杭頭部外周面１ａに向かって挿通孔５の孔径を広げるために、テーパ状のザグリ８が形成されている。

杭頭部外周面１ａに面する接続金物４の表面４ａは、どのような杭径の杭頭部外周面１ａに対しても適合して当接させ得るように、平坦面で形成される。スタッドボルト２を挿通孔５に挿通することにより、湾曲している杭頭部外周面１ａに対して、接続金物４の平坦な表面４ａを当接させると、図５に示すように、スタッドボルト２の左右両脇には、杭頭部外周面１ａと接続金物４の平坦な表面４ａとの間に間隙Ｑが形成される。

このような接続金物４の当接状態で、挿通孔５を貫通させたスタッドボルト２に、ワッシャ９を介して螺着して、ナット１０が設けられる。

次に、第１実施形態に係る杭頭接合構造の作用について説明する。まず、杭頭部外周面１ａに、スタッドボルト２を溶接接合する。次いで、スタッドボルト２を挿通孔５に挿通して、接続金物４をスタッドボルト２に装着する。この際、接続金物４の平坦な表面４ａが一箇所で、湾曲している杭頭部外周面１ａに当接する。

その後、ナット１０を、ワッシャ９を介してスタッドボルト２に螺着することで、接続金物４を杭１の杭頭部に取り付ける。最後に、接続金物４の雌ネジ孔６に、アンカー鉄筋３の端部を螺入する。これにより、スタッドボルト２及び接続金物４を介して、アンカー鉄筋３が杭１に接続される。アンカー鉄筋３は、接続金物４を杭頭部外周面１ａに設置する前に、予め当該接続金物４に接続しておいても良い。

ところで、接続金物４を杭頭部外周面１ａに取り付けた状態では、スタッドボルト２とルーズホールである挿通孔５とは融通が利く状態であると共に、杭頭部外周面１ａと接続金物４の平坦な表面４ａとの間には間隙Ｑが形成されている。その後、杭１の杭頭部周辺にコンクリートを打設した際、そのコンクリートやノロ等が杭頭部外周面１ａと表面４ａの間の間隙Ｑに流れ込む。

間隙Ｑへ流れ込んだノロ等は、当該間隙Ｑを埋めると共に、上記テーパ状のザクリ８によって円滑に挿通孔５内へと流れ込む。挿通孔５内へ流れ込んだノロ等は、スタッドボルト２と挿通孔５の間に充填されることとなる。ノロ等はその後、間隙Ｑ及び挿通孔５内で固化する。

以上説明した第１実施形態に係る杭頭接合構造にあっては、接続金物４の平坦な表面４ａによって杭頭部外周面１ａとの間に形成できる間隙Ｑから挿通孔５内へ流れ込むノロ等により、挿通孔５内部を埋めることができ、その内方でスタッドボルト２ががたついたり片当たりすることを防止できると共に、ノロ等の介在により、アンカー鉄筋３に作用する力をスタッドボルト２の長さ方向ほぼ全断面で負担させることができ、スタットボルト２側の杭頭部外周面１ａと、接続金物４側のアンカー鉄筋３との固定度合やせん断耐力など、接合性能を格段に向上することができる。

また、杭頭部外周面１ａに面する接続金物表面４ａを平坦面としたので、どのような杭径であっても、それらの杭頭部外周面１ａに対応して当接させることができ、汎用性高く適用することができる。

図６には、第１実施形態の変形例が示されている。杭頭部外周面１ａに面する接続金物４の表面４ａには、接続金物４の上面から下面にかけて上下方向縦向きに溝１１が形成される。溝１１は、接続金物４を貫通する挿通孔５と連通するように、挿通孔５位置を経過するように形成される。

溝１１は、接続金物４の表面４ａを杭頭部外周面１ａに押し当てた際、その内面１１ａが杭頭部外周面１ａとの間に隙間Ｃを空けた状態となる形態で形成される。また溝１１は、接続金物４の表面４ａを杭頭部外周面１ａに押し当てた際、左右一対の開口縁部１１ｂが二箇所で杭頭部外周面１ａと当接する形態で形成される。このような溝１１は例えば、断面弧状の形態とした場合、湾曲面となる内面１１ａの曲率半径を杭頭部外周面１ａの曲率半径よりも小さくすればよい。また、溝１１を断面長方形状とする形態では、杭頭部外周面１ａが溝内面１１ａに接しないように、溝１１の開口幅寸法を狭めるか、溝１１の深さを深くすればよい。

このような溝１１を備えた接続金物４では、これを杭頭部外周面１ａに押し当てた際、溝１１の一対の開口縁部１１ｂが、曲面である杭頭部外周面１ａを挟み込むように二箇所で当接するので、接続金物４を安定的に杭頭部外周面１ａに押し当てることができ、当該接続金物４、ひいてはアンカー鉄筋３を杭頭部外周面１ａへ接続するときの作業性を向上することができる。

また、溝１１の一対の開口縁部１１ｂは、杭頭部外周面１ａを挟む形態であるので、上記第１実施形態と同様に、種々の杭径の杭頭部外周面１ａに対応させることができ、汎用性高く適用することができる。

さらに、このような変形例であっても、杭頭部周辺に打設したコンクリートやそのノロ等が、接続金物４に形成された溝１１より、当該溝１１と杭頭部外周面１ａとの間の隙間Ｃへ流れ込み、さらに溝１１と連通する挿通孔５内部へと流れ込むこととなるので、上記第１実施形態と同様に、スタッドボルト２のがたつき等を防止して、高い接合性能を発揮させることができる。

図７には、第１実施形態の他の変形例が示されている。この変形例は、一本のアンカー鉄筋３に対し、上下二本で一組のスタッドボルト２を用いるようにしたものである。三本以上であっても良いことはもちろんである。二本以上のスタッドボルト２の配列は、上下方向に配列する場合の他、周方向に配列しても良い。

図８から図１０には、第２実施形態に係る杭頭接合構造が示されている。第２実施形態の接続金物４は、開断面が上向きとされる鋼製Ｕ字状片１２と、当該Ｕ字状片１２の先端部同士を連結する連結片１３とから構成され、この連結片１３により開断面が閉断面となっている。

Ｕ字状片１２は、鋼製板状材を曲げ加工するなどして形成される。連結片１３は本実施形態では、Ｕ字状片１２の先端間に架設される孔あき鋼製平板材１３ａの上下に、当該孔に合わせて二つのナット１３ｂを配設して構成され、アンカー鉄筋３の端部の接続部とされる。Ｕ字状片１２には、連結片１３の下方に、第１実施形態のルーズホールで形成される挿通孔５と同様に、スタッドボルト２が貫通する挿通用空所１４が左右方向横向きに区画形成される。この挿通用空所１４にコンクリートやノロ等Ｎが充填される。

杭頭部外周面１ａへの接続金物４等の接合作業は、上記第１実施形態と同様である。Ｕ字状片１２は、杭頭部外周面１ａに面する端面１２ａが平坦面で形成されていて、第１実施形態の図５に示した状態で杭頭部外周面１ａに一箇所で当接されることとなり、当該第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

図１１および図１２には、第２実施形態の第１変形例が示されている。この第１変形例は、第２実施形態の構造を前提として、杭頭部外周面１ａに面する連結片１３の端面及びＵ字状片１２の端面（底部）に、第１実施形態の変形例で示した溝１１に対応する切り欠き１５を形成したものである。切り欠き１５は、その内面１５ａが杭頭部外周面１ａとの間に隙間を空けた状態で一対の開口縁部１５ｂが当該杭頭部外周面１ａと当接する。

従って、この第１変形例にあっては、二箇所での当接と、切り欠き１５からのノロ等の流入とを確保でき、上記第１実施形態の変形例と同様の作用効果を奏する。

図１３および図１４には、第２実施形態の第２変形例が示されている。この第２変形例は、第２実施形態の構造を前提として、連結片１３が、Ｕ字状片１２間に挟み込んで接合される六角形状の長ナットで構成され、これにアンカー鉄筋３の端部が接続される。連結片１３は、Ｕ字状片１２の一端側に寄せて設けられ、Ｕ字状片１２の他端側には、上方に向かって開放されて、挿通用空所１４と連通する縦向き空所１６が形成される。

この第２変形例は、杭頭部外周面１ａに面するＵ字状片１２の端面（底部）が一箇所で杭頭部外周面１ａに当接される構造であって、接続金物４の取付性は第１実施形態相当である一方で、上方へ開放された縦向き空所１６を備えることから、コンクリートのノロ等の充填性は、第１実施形態の変形例相当であり、それらによって得られる作用効果と同等の作用効果を奏する。

図１５および図１６には、第２実施形態の第３変形例が示されている。この第３変形例は、上記第２変形例に対し、上記第１変形例の切り欠き１５を追加して構成したもので、ノロ等の流入は第２変形例相当であり、さらに二箇所での当接により取付作業性が改善されて、上記第１実施形態の変形例と同様の作用効果を奏する。

図１７および図１８には、第２実施形態の第４変形例が示されている。この第４変形例は、図１１および図１２に示した第１変形例の連結片１３を、孔なしの鋼製平板材とし、これにアンカー鉄筋３の端部を溶接接合するようにしたものである。第４変形例にあっても、第１変形例と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

特に、第２実施形態にあっては、Ｕ字状片１２と、平板材やナット等からなる連結片１３を組み合わせた接続金物４なので、挿通孔５の孔加工が必要な第１実施形態と異なり、孔加工することなくスタッドボルト２用の挿通用空所１４を形成でき、接続金物４を、容易かつ安価に製作できると共に、軽量化することができる。

上記いずれの実施形態や変形例にあっても、挿通孔５や挿通用空所１４は、スタッドボルト２のスタッド溶接に伴うフラッシュ７の影響を受けないような大きさで形成することが望ましい。挿通孔５等を大きくすることに代えて、挿通孔５の開口縁にザクリ８を形成することで、フラッシュ７との干渉を避けるようにしても良い。また、溝１１や切り欠き１５の幅寸法を広げることで、フラッシュ７との干渉を避けるようにしても良い。

コンクリートやそのノロ等が挿通孔５へ流入しやすくするために、挿通孔５の開口縁を口広に形成しても良く、当該構成を上記ザグリ８で兼用するようにしても良い。上記実施形態では、コンクリートのノロ等を挿通孔５や挿通用空所１４等へ充填するようにしたが、溝１１や切り欠き１５を介して予め別途グラウト材を充填しておくようにしても良い。また、図１中、仮想線で示すように、アンカー鉄筋３は、杭頭部の端板１７に対しても適宜に接合するようにしても良い。

１ 杭
１ａ 杭頭部外周面
２ スタッドボルト
３ アンカー鉄筋
４ 接続金物
４ａ 接続金物表面
５ 挿通孔
６ 雌ネジ孔
１０ ナット
１１ 溝
１１ａ 溝の内面
１１ｂ 溝の開口縁部
１２ Ｕ字状片
１３ 連結片
１４ 挿通用空所
１５ 切り欠き
１５ａ 切り欠きの内面
１５ｂ 切り欠きの開口縁部
Ｃ 隙間

Claims (4)

1. 杭の杭頭部外周面を形成する鋼管にこれより外方へ向かって横向きに接合したスタッドボルトに、該スタッドボルトが貫通する挿通部及びアンカー鉄筋の端部が接続される接続部を有する接続金物を挿通し、該接続金物を貫通させた該スタッドボルトにナットを螺着することで、該接続金物を該杭頭部外周面に当接させつつ、該アンカー鉄筋を該杭頭部に接続するようにした杭頭接合構造であって、
   上記挿通部は上記スタッドボルトに対してルーズホールで形成されるとともに、上記杭頭部外周面に面する上記接続金物表面が平坦面で形成されることを特徴とする杭頭接合構造。
2. 前記杭頭部外周面に面する前記接続金物表面には、内面が該杭頭部外周面との間に隙間を空けた状態で一対の開口縁部が当該杭頭部外周面と当接するとともに前記挿通部と連通される溝が、上下方向縦向きに形成されることを特徴とする請求項１に記載の杭頭接合構造。
3. 前記接続金物は、上向きのＵ字状片と、該Ｕ字状片の端部同士を連結する連結片とからなり、前記挿通部が上記Ｕ字状片で形成されると共に、前記接続部が上記連結片で構成されることを特徴とする請求項１に記載の杭頭接合構造。
4. 前記Ｕ字状片の底部には、内面が前記杭頭部外周面との間に隙間を空けた状態で一対の開口縁部が当該杭頭部外周面と当接する切り欠きが形成されることを特徴とする請求項３に記載の杭頭接合構造。

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