JP5717118B2 - 場所打ち鋼管コンクリート杭 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管コンクリート部と鉄筋コンクリート部とを備えた場所打ち鋼管コンクリート杭に関するものである。

従来、杭の上部を鋼管コンクリート杭にし、下部を場所打ちコンクリート杭にした場所打ち鋼管コンクリート杭が知られている（特許文献１，２など参照）。

そして、このような複合構造の杭では、鋼管コンクリート部と鉄筋コンクリート部との境界に継手部が発生する。通常、杭には鉛直荷重が主に作用することになり、継手部が存在しても鉛直荷重に対しては支障をきたすことはない。しかしながら、地震時において、杭頭に大きな水平力が作用すると、杭に曲げモーメント及びせん断力が作用し、継手部が弱部となるおそれがある。

そこで、特許文献１では、鋼管コンクリート部と鉄筋コンクリート部との継手部を補強するために、鋼管の内周面に環状リブを設け、内空に充填するコンクリートとの付着力（摩擦抵抗）を大きくしている。

また、特許文献２には、鋼管の下端を底板で塞ぎ、その底板を貫通して吊り下げられた鉄筋（下部連結部材）に対して、鉄筋籠の上端部を重ね合わせる継手部の構成が開示されている。

特開２００６−１３８０９５号公報 特許第３７３３７７２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された環状リブは、鋼管の軸心方向に突出する高さがせん断抵抗となってコンクリートとの付着力を高めることができることは明らかであるが、どの程度の効果があるかという継手構造としての評価が難しく、特殊な設計計算が必要になる。

他方、特許文献２の継手部では、鉄筋の継手構造としてはよく知られた重ね継手によって鉄筋籠と下部連結部材とが継手されるが、下部連結材を固定するために鋼管を底板で塞ぐという特殊な構成としなければならない。また、鋼管の下端が底板で塞がれるため、鋼管を建て込んだ後に、鉄筋籠を沈設するという従来の場所打ち鋼管コンクリート杭の施工方法が実施できなくなる。

そこで、本発明は、確実に補強の効果が見込める継手構造を備えた場所打ち鋼管コンクリート杭を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の場所打ち鋼管コンクリート杭は、上部に形成される鋼管コンクリート部と下部に形成される鉄筋コンクリート部とを備えた場所打ち鋼管コンクリート杭であって、前記鋼管コンクリート部を構成する鋼管の下端付近の内周面又は外周面には、前記鋼管の軸方向と略平行に延伸される継手芯材が、前記鋼管の周方向に間隔を置いて複数固着され、前記鉄筋コンクリート部を構成する鉄筋籠の上端部が、前記継手芯材とラップされることを特徴とする。

ここで、前記継手芯材は、前記鋼管の内周面に固着されるとともに、前記鉄筋籠の上端部が前記鋼管の内部に収容される構成とすることができる。また、前記継手芯材の下端は、前記鋼管の下端面より上方に位置する構成とすることができる。

また、前記継手芯材は、前記鋼管の内周面に固着される固着部と、杭の軸心に向けて折り曲げられる曲折部と、その曲折部の下端から下方に向けて垂下する近接部とを有する構成であってもよい。さらに、前記継手芯材の下端は、前記鋼管の下端面より下方に突出していてもよい。

このように構成された本発明の場所打ち鋼管コンクリート杭は、鋼管の下端付近の内周面又は外周面に継手芯材が固着される。そして、その継手芯材に鉄筋籠の上端部がラップされる。

ここで、継手芯材と鉄筋籠とをラップさせる重ね継手であれば、鉄筋籠の主鉄筋に発生した応力は、主鉄筋周辺のコンクリートの付着力が周囲のコンクリートにせん断力として伝わり、さらに付着力によって継手芯材に伝わった後に鋼管に伝達されるというメカニズムによって応力伝達がおこなわれる。

このように、明確な応力伝達メカニズムの継手構造であれば、確実に鋼管コンクリート部と鉄筋コンクリート部との継手部が補強されて、曲げ耐力及びせん断耐力を向上させることができる。

また、継手芯材を鋼管の内周面に固着し、鉄筋籠の上端部を鋼管の内部に収容する構成とすることで、鉄筋籠の上端部が鋼管に拘束されたコンクリートの中に埋設されることになって、継手部の強度をさらに高めることができる。

さらに、継手芯材の下端を鋼管の下端面より上方に位置させることで、継手芯材のかぶりが確実に確保でき、かぶり厚不足による継手芯材の劣化を抑えることができる。

また、継手芯材を杭の軸心に向けて折り曲げ、その下端から垂下させて近接部を設ける構成であれば、鋼管コンクリート部が鉄筋コンクリート部よりも拡幅された拡頭杭の継手部にも適用することができる。さらに、継手芯材の下端を鋼管の下端面より下方に突出させることで、鋼管の外部で容易に継手をおこなうことができる。

本発明の実施の形態の場所打ち鋼管コンクリート杭の継手部周辺の構成を説明する縦断面図である。 本発明の実施の形態の場所打ち鋼管コンクリート杭の全体構成を説明する縦断面図である。 場所打ち鋼管コンクリート杭の継手部周辺の構成を説明する図であって、（ａ）は鉄筋籠を挿入する前の鋼管の横断面図、（ｂ）は場所打ちコンクリートを充填した状態の横断面図である。 実施例の場所打ち鋼管コンクリート杭の継手部周辺の構成を説明する縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の場所打ち鋼管コンクリート杭１の継手部周辺の構成を説明するための部分拡大断面図、図２は、場所打ち鋼管コンクリート杭１の全体構成を説明する縦断面図である。

まず、全体構成から説明すると、場所打ち鋼管コンクリート杭１は、図２に示すように、上部に形成される鋼管コンクリート部２と、下部に形成される鉄筋コンクリート部３とを備えている。

また、場所打ち鋼管コンクリート杭１の頭部は、鉄筋コンクリート製のフーチング６に接続される。そして、建物などの基礎に作用する上載荷重は、このフーチング６を介して場所打ち鋼管コンクリート杭１に伝達される。

なお、この場所打ち鋼管コンクリート杭１は、図２に示すように、鉄筋コンクリート部３の下部に截頭円錐状の拡底部１１が設けられる拡底杭である。

そして、このフーチング６の下方に形成される鋼管コンクリート部２は、円筒状の鋼管２１と、その内空に充填されるコンクリート４とによって主に構成される。ここで、鋼管２１には、例えば直径が700mm〜2500mm程度の鋼製の管材が使用できる。

また、この鋼管２１の上端の外周面には、複数の杭頭定着筋１２，・・・が溶接などによって取り付けられる。この鋼管２１から上方に向けて突出された杭頭定着筋１２，・・・は、フーチング６内に埋設される。

一方、地震時には、このフーチング６が杭下部より大きく水平移動することによって、鋼管コンクリート部２と鉄筋コンクリート部３との接合部に曲げモーメントやせん断力が作用することになる。

そこで、このような力に対抗させるために、鋼管２１の下端付近に継手芯材としての継手鉄筋５を固着する。この継手鉄筋５は、図１に示すように、軸心Ｃと略平行するように鋼管２１の内周面２１ａに溶接部５１，・・・によって固着される。

この継手鉄筋５の太さは、後述する鉄筋籠３１の主鉄筋３１ｂと略同じ太さ（径）とする。また、継手鉄筋５の長さがラップ長になるため、主鉄筋３１ｂの太さ（径）、種類（異形鉄筋、丸鋼など）、コンクリート４の強度などに基づいて必要なラップ長を計算し、その必要ラップ長以上の長さの継手鉄筋５に形成する。例えば、継手鉄筋５には、主鉄筋３１ｂと同じ径で、長さがその径の４０倍の異形鉄筋が使用できる。

また、この継手鉄筋５は、下端５ａが鋼管２１の下端面２１ｂより上方に位置するように取り付けられる。この継手鉄筋５の下端５ａと鋼管２１の下端面２１ｂとの距離は、任意に設定することができるが、例えば、60mm〜150mmとすることができる。

さらに、図３（ａ）に示すように、鋼管２１の内周面２１ａに周方向に間隔を置いて複数の継手鉄筋５，・・・が取り付けられる。

また、下部に形成される鉄筋コンクリート部３は、図１に示すように、軸方向（軸心Ｃの延伸方向）に延設される鉄筋籠３１と、その周囲に充填されるコンクリート４とを備えている。

この鉄筋籠３１は、図３（ｂ）に示すように間隔を置いて平面視円状に配置される複数の主鉄筋３１ｂ，・・・と、図１に示すように軸方向に間隔を置いて配置される環状の帯鉄筋３１ｃ，・・・とによって主に構成される。

この主鉄筋３１ｂ，・・・は、図３（ｂ）に示すように、継手鉄筋５，・・・よりも軸心Ｃ側に配置される。また、この主鉄筋３１ｂ，・・・と継手鉄筋５，・・・との間には、コンクリート４がまわり込めるだけの隙間が確保される。例えば、この隙間は100ｍｍ程度にする。

さらに、鉄筋籠３１の上端部３１ａは、鋼管２１の内部に収容される。この鋼管２１の下部に収容された上端部３１ａは、継手鉄筋５，・・・と略同じ高さに配置されることによってラップされたことになる。

すなわち、鉄筋籠３１の上端面３１ｄは、図１に示すように継手鉄筋５の上端５ｂと略同じ高さにあり、継手鉄筋５の全長にわたって鉄筋籠３１の上端部３１ａがラップしているので、継手鉄筋５の長さがラップ長となる。このため、継手鉄筋５の長さで鋼管コンクリート部２と鉄筋コンクリート部３とは重ね継手されたことになる。

次に、本実施の形態の場所打ち鋼管コンクリート杭１の構築方法について説明する。

まず、鋼管２１の下端付近の内周面２１ａに継手鉄筋５，・・・を溶接部５１，・・・を介して固着する（図１、図３（ａ）参照）。一方、施工箇所においては、地中にアースドリル工法やリバース工法などによって杭孔（図示省略）を掘削する。

そして、クレーンによって杭孔の上方に鋼管２１を吊り上げ、杭孔の上部に鋼管２１を建て込む。この段階では、鋼管２１の内側は、空洞又は掘削用の安定液で満たされた状態となっている。

続いて、杭孔の上方に鉄筋籠３１を吊り上げ、鋼管２１の中に鉄筋籠３１を挿入し、沈降させる。ここで、図示していないが、鉄筋籠３１の上端部３１ａには鋼管２１より長い吊り筋が接続されており、この吊り筋を介して鉄筋籠３１を吊り下げることによって、鉄筋籠３１を図１に示す位置まで沈降させることができる。そして、吊り筋の杭孔からの突出量を計測することで、鉄筋籠３１の上端面３１ｄを継手鉄筋５の上端５ｂの位置に合せることができる。

このように鋼管２１と鉄筋籠３１を杭孔の所定の位置に配置した後に、杭孔にトレミー管を建て込んで、トレミー管を使ってコンクリート４を打設する。このコンクリート４は、図２に示すように鋼管２１の上端まで連続して打ち上げる。

そして、このコンクリート４の打設によって、鉄筋コンクリート部３と鋼管コンクリート部２とを備え、鋼管２１に固着された継手鉄筋５と鉄筋籠３１の上端部３１ａとが重ね継手された場所打ち鋼管コンクリート杭１が構築される。

次に、本実施の形態の場所打ち鋼管コンクリート杭１の作用について説明する。

このように構成された本実施の形態の場所打ち鋼管コンクリート杭１は、鋼管２１の下端付近の内周面２１ａに継手鉄筋５が溶接部５１によって固着される。そして、その継手鉄筋５に鉄筋籠３１の上端部３１ａがラップされる。

ここで、継手鉄筋５と鉄筋籠３１の主鉄筋３１ｂとをラップさせる重ね継手であれば、鉄筋籠３１の主鉄筋３１ｂに発生した応力（引張力又は圧縮力）は、主鉄筋３１ｂ周辺のコンクリート４の付着力が周囲のコンクリート４にせん断力として伝わって、さらに付着力によって継手鉄筋５に伝わった後に鋼管２１に伝達されるというメカニズムによって応力伝達がおこなわれる。また、鋼管２１に発生した応力は、上記とは逆の経路を辿って主鉄筋３１ｂに伝達される。

このように、重ね継手であれば、鉄筋同士の継手として従来から実施されており、応力伝達メカニズムが解明されているので、確実に鋼管コンクリート部２と鉄筋コンクリート部３との継手部が補強される。そして、継手部が補強された場所打ち鋼管コンクリート杭１は、曲げ耐力及びせん断耐力が向上し、耐震性能の高い杭とすることができる。

また、継手鉄筋５を鋼管２１の内周面２１ａに固着し、鉄筋籠３１の上端部３１ａを鋼管２１の内部に収容する構成とすることで、鉄筋籠３１の上端部３１ａが鋼管２１に拘束されたコンクリート４の中に埋設されることになって、継手部の強度をさらに高めることができる。

さらに、継手鉄筋５の下端５ａを鋼管２１の下端面２１ｂより上方に位置させることで、継手鉄筋５と地盤との間に充分なコンクリート４のかぶりが確保でき、かぶり厚不足による継手鉄筋５の劣化を抑えることができる。

以下、前記した実施の形態とは別の形態としての実施例について、図４を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

この実施例では、前記実施の形態で説明した場所打ち鋼管コンクリート杭１とは異なる拡頭杭１Ａについて説明する。拡頭杭１Ａは、上部が下部よりも拡幅された場所打ち鋼管コンクリート杭である。

この拡頭杭１Ａは、下部に形成される鉄筋コンクリート部３と、その鉄筋コンクリート部３よりも直径が大きく拡幅された鋼管コンクリート部２Ａとによって主に構成される。

この拡頭杭１Ａは、図４に示すように、鉄筋コンクリート部３と鋼管コンクリート部２Ａとの境界に段差が発生する。例えば、鋼管２１のかぶりが100mm程度、鉄筋籠３１のかぶりが100mm程度で100mm程度の段差が発生する。

そして、鋼管２１の直径が鉄筋籠３１の直径に比べて大きいため、前記実施の形態で説明した直線状の継手鉄筋５を使うと、鉄筋籠３１の上端部３１ａとの間に隙間が開きすぎてしまう。

そこで、鋼管２１の下端付近に固着する継手芯材として、軸心Ｃ側に折り曲げ加工された継手鉄筋７を使用する。この継手鉄筋７には、鋼管２１の内周面２１ａに溶接部５１によって固着させる固着部７１と、その下端から軸心Ｃに向けて折り曲げられる曲折部７２と、その下端から垂下される近接部７３とが設けられる。

例えば、固着部７１の長さを200mm〜300mm程度とし、曲折部７２の折り曲げ角度を１／６rad（上下方向の高さは500mm程度）とし、近接部７３の長さを600mm程度とする。

また、近接部７３は、鉄筋籠３１の上端部３１ａの外側に密接して配置される。さらに、近接部７３は、鋼管２１から下方に突出しており、鋼管２１の下端面２１ｂより継手鉄筋７の下端７ａの方が下方に位置することになる。

そして、固着部７１の下端付近の高さに鉄筋籠３１の上端面３１ｄの位置を合わせることによって、近接部７３と曲折部７２の上下方向の長さ（高さ）を重ね継手のラップ長（例えば1200mm程度）とすることができる。

また、この実施例の拡頭杭１Ａを構築するに際しては、前記実施の形態とは異なり、先に鉄筋籠３１を杭孔に挿入し、杭孔から上端部３１ａが地上に突出した状態で、鋼管２１から下方に突出した継手鉄筋７と上端部３１ａとを重ね合わせ、帯鉄筋３１ｃを近接部７３の外側に配置する。

このように鋼管２１の継手鉄筋７と鉄筋籠３１の上端部３１ａとをラップさせた後に、鋼管２１と鉄筋籠３１とを一緒に杭孔の所定の深さまで沈降させる。また、鋼管２１と鉄筋籠３１を配置した後は、杭孔にコンクリート４を打設して、鉄筋コンクリート部３と鋼管コンクリート部２Ａとが一体になった拡頭杭１Ａを完成させる。

このように継手鉄筋７を杭の軸心Ｃに向けて折り曲げ、継手鉄筋７の下端７ａを鋼管２１の下端面２１ｂより下方に突出させる構成であれば、鋼管コンクリート部２Ａが鉄筋コンクリート部３よりも拡幅された拡頭杭１Ａの継手部にも適用することができる。

さらに、継手鉄筋７の下端７ａを鋼管２１の下端面２１ｂより下方に突出させる構成であれば、鋼管２１の外部で容易に継手をおこなうことができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態又は実施例では、鋼管２１の内周面２１ａに継手鉄筋５，７を固着させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、鋼管２１の外周面に継手芯材を固着させる構成であってもよい。

また、前記実施の形態では、鉄筋籠３１の上端部３１ａを鋼管２１の内部に収容する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、継手鉄筋５の下端５ａを鋼管２１の下端面２１ｂより下方に突出させて、鋼管２１の外部で継手鉄筋５と鉄筋籠３１の上端部３１ａとの重ね継手をおこなう構成であってもよい。

さらに、前記実施例では、鋼管２１の外部で鉄筋籠３１の上端部３１ａと継手鉄筋７とをラップさせる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、継手鉄筋７の下端７ａが鋼管２１の下端面２１ｂより上方に位置するように取り付け、鉄筋籠３１の上端部３１ａを鋼管２１の内部に収容する構成とすることもできる。

また、前記実施の形態では、鉄筋籠３１の主鉄筋３１ｂ，・・・の数と継手鉄筋５，・・・の数とを同じにしたが、これに限定されるものではなく、重ね継手としての機能が確保できるのであれば、双方の数が異なっていてもよい。さらに、主鉄筋３１ｂと継手鉄筋５，７の太さ（径）も異なっていてもよい。

さらに、前記実施の形態及び実施例では、鋼管コンクリート部２，２Ａの内部に鉄筋を配置していないが、これに限定されるものではなく、鋼管２１の内部に鉄筋を配置して鋼管鉄筋コンクリートとしてもよい。

１ 場所打ち鋼管コンクリート杭
２ 鋼管コンクリート部
２１ 鋼管
２１ａ 内周面
２１ｂ 下端面
３ 鉄筋コンクリート部
３１ 鉄筋籠
３１ａ 上端部
４ コンクリート
５ 継手鉄筋（継手芯材）
５ａ 下端
５１ 溶接部（固着）
１Ａ 拡頭杭（場所打ち鋼管コンクリート杭）
２Ａ 鋼管コンクリート部
７ 継手鉄筋（継手芯材）
７ａ 下端
７１ 固着部
７２ 曲折部
７３ 近接部
Ｃ 軸心

Claims (3)

1. 上部に形成される鋼管コンクリート部と下部に形成される鉄筋コンクリート部とを備えた場所打ち鋼管コンクリート杭であって、
   前記鋼管コンクリート部を構成する鋼管の下端付近の内周面には、前記鋼管の軸方向と略平行に延伸される継手芯材が、前記鋼管の周方向に間隔を置いて複数、溶接部によって固着され、
   前記鉄筋コンクリート部を構成する鉄筋籠の上端部の主鉄筋が、前記継手芯材の前記溶接部の位置で、コンクリートがまわり込めるだけの隙間が確保された状態でラップされる重ね継手が設けられ、
   前記継手芯材は前記主鉄筋と略同じ太さであることを特徴とする場所打ち鋼管コンクリート杭。
2. 前記鉄筋籠の上端部が前記鋼管の内部に収容されることを特徴とする請求項１に記載の場所打ち鋼管コンクリート杭。
3. 前記継手芯材の下端は、前記鋼管の下端面より上方に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の場所打ち鋼管コンクリート杭。

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