JP5822195B2

JP5822195B2 - 基礎杭ピン結合構造

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Publication number: JP5822195B2
Application number: JP2011257947A
Authority: JP
Inventors: 輿石　正己; 正己輿石; 啓明井上; みどり時弘
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: JP2013112945A

Description

本発明は、基礎杭の杭頭と上部構造をピン結合して、上部構造と基礎杭の間で応力を伝達させる基礎杭ピン結合構造に関する。

一般に、建物を構築する場合に、場所打ち杭などの基礎杭を支持地盤まで到達させて構築し、この基礎杭に支持させて上部構造を構築することが行なわれている。また、従来、基礎杭の杭頭を上部構造に剛に結合するようにしており、この場合には、地震が発生し、水平力を受けた際に、杭頭が破壊するおそれがあるため、杭頭鉄筋を密に配置した上、フーチング内に十分な定着長を確保するなどの対策が必要であった。

これに対し、上部構造と基礎杭の杭頭の間に基礎杭ピン結合装置（基礎杭ピン結合構造）を設け、上部構造と基礎杭の杭頭を相対回転可能にピン結合することで、杭頭に生じる曲げモーメントを低減し、耐震性能を向上させることが提案、実用化されている。

この種の基礎杭ピン結合装置には、基礎杭の杭頭に設置された杭頭部材と、上部構造に固定され、杭頭部材に対向配置される構造物支持部材と、これら杭頭部材及び構造物支持部材に取り付けられたＰＣ鋼棒とを備えて構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。この基礎杭ピン結合装置においては、杭頭部材に球座を設け、構造物支持部材に曲面状の凹面を設けて形成し、球座と凹面を当接させ、杭頭部材と構造物支持部材とを相対的に滑動可能に設置する。これにより、地震が発生した際に、上部構造に対して杭頭が相対回転し、杭頭に生じる曲げモーメントを低減させることができる。すなわち、耐震性能を向上させることが可能になる。

特開２００２−７００３８号公報

しかしながら、上記従来の基礎杭ピン結合装置においては、優れた耐震性能を付与することが可能である反面、杭頭部材と構造物支持部材が、ダクタイル鋳鉄製などで、球座や凹面を備えて形成することが必要であるため、非常に高価であり、また、施工に多大な労力が必要で、広く普及するに至っていないのが現状である。このため、より低コストで且つ容易に施工することを可能にしつつ、基礎杭の杭頭と上部構造をピン結合できる手法が強く望まれていた。

本発明は、上記事情に鑑み、より低コストで容易に施工することを可能にしつつ、基礎杭の杭頭と上部構造をピン結合する基礎杭ピン結合構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の基礎杭ピン結合構造は、基礎杭の杭頭の表面が基礎杭の軸線中心側から側面に向かうに従い下方に傾斜する断面凸円弧状の傾斜面を備えて断面略台形状あるいは断面略円弧状に形成され、該基礎杭の杭頭に結合して構築される上部構造に、下面から上方に向けて凹み、前記表面の上端部を下方を向く内面に当接させて前記上部構造の荷重を前記基礎杭に伝達させるように、前記基礎杭の杭頭が挿入配置される杭頭挿入凹所が設けられ、前記基礎杭の杭頭を前記上部構造の杭頭挿入凹所に挿入配置した状態で、一端側を前記基礎杭に、他端側を前記上部構造にそれぞれ接続してアンカーボルトが前記基礎杭の軸線上に配設され、前記杭頭挿入凹所と前記基礎杭の杭頭の隙間に弾性変形可能な充填材が充填され、前記隙間に前記充填材を充填するための注入口及び排出口を備えた円管状の鋼管パイプが前記基礎杭の杭頭の周囲を囲繞するように、且つ前記充填材を充填する前記隙間を密閉するように配設されていることを特徴とする。

本発明の基礎杭ピン結合構造においては、基礎杭の杭頭の表面を軸線中心側から基礎杭の側面に向かうに従い下方に傾斜する傾斜面を備えて形成し、上部構造に形成した杭頭挿入凹所に杭頭を挿入配置し、杭頭挿入凹所と杭頭（杭頭部）の間を発泡ウレタンなどの弾性変形可能な充填材で充填しているため、地震が発生した際に、充填材を変形させつつ、上部構造に対して杭頭を相対回転させて変位させることができる。すなわち、このような簡易な構成で基礎杭と上部構造をピン結合し、耐震性能を向上させることができ、地震時に杭頭に生じる曲げモーメントを低減させることが可能になる。

また、従来のように、球座や凹面を備えたダクタイル鋳鉄製などの杭頭部材と構造物支持部材を用いる場合と比較し、低コストの基礎杭ピン結合構造を実現することができる。

なお、基礎杭の杭頭と上部構造をピン結合した場合には、剛結合する場合と比較し、設計の省力化を図ることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る基礎杭ピン結合構造を示す図である。図１のＳ部を拡大した図である。図１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。

以下、図１から図３を参照し、本発明の一実施形態に係る基礎杭ピン結合構造について説明する。

はじめに、本実施形態の基礎杭ピン結合構造Ａは、図１に示すように、支持層まで到達させて地盤Ｇ内に構築した場所打ち杭などの基礎杭１の杭頭（杭頭部）１ａと、この基礎杭１に支持させて構築する上部構造２とをピン結合するための構造である。

この基礎杭ピン結合構造Ａでは、図１から図３に示すように、基礎杭１の杭頭１ａの表面１ｂが基礎杭１の軸線Ｏ１中心側から側面１ｃに向かうに従い下方に傾斜する傾斜面１ｅを備えて断面略台形状（断面略円弧状）に形成され、この基礎杭１の杭頭１ａに結合して構築される上部構造２に、下面から上方に向けて凹み、基礎杭１の杭頭１ａが挿入配置される杭頭挿入凹所２ａが設けられている。また、基礎杭１の杭頭１ａを上部構造２の杭頭挿入凹所２ａに挿入配置した状態で、一端側を基礎杭１に、他端側を上部構造２にそれぞれ接続してアンカーボルト３が基礎杭１の軸線Ｏ１（軸線Ｏ１の延長線）上に配設されている。さらに、杭頭挿入凹所２ａと基礎杭１の杭頭１ａの隙間に弾性変形可能な充填材４が充填されている。

そして、このように構成した本実施形態の基礎杭ピン結合構造Ａを施工する際には、まず、場所打ち杭を所定の長さのカットし、杭頭１ａの表面１ｂを台形に整形する。このとき、本実施形態では、杭頭１ａの基礎杭１の軸線Ｏ１中心の上端部に円形状の水平面１ｄを形成し、この水平面１ｄの周端から基礎杭１の側面１ｃまでの部分に、水平面１ｄの周端から基礎杭１の側面１ｃに向かうに従い漸次下方に傾斜する傾斜面１ｅを形成して、杭頭１ａの表面１ｂを断面略台形状に整形する。また、本実施形態では、傾斜面１ｅを断面凸円弧状に形成している。

次に、基礎杭１の杭頭１ａに、水平面１ｄから軸線Ｏ１中心で且つ軸線Ｏ１に沿ってアンカーボルト挿入孔１ｆを穿設し、このアンカーボルト挿入孔１ｆにアンカーボルト３の一端側を挿入するとともにグラウトして、アンカーボルト３を杭頭１ａに設置する。

次に、基礎杭１の杭頭１ａの周長を実測し、円管状の鋼管パイプ５を製作し、杭頭１ａの周囲を囲繞するようにスペーサー８等で高さを調整して設置する。また、この鋼管パイプ５には、注入口５ａと排出口５ｂ、それらに接続する注入パイプ６、排出パイプ７がそれぞれ設けられている。

そして、鋼管パイプ５上に充填材４をせき止めるためのせき板等を設置して、杭１の上面１ｂ、側面１ｃ、杭１とスペーサーの間に発泡ウレタン等の充填材４（弾性変形可能な充填材）を打設、注入する。充填材４の厚さは、設計で求めた基礎杭１の相対回転量から求めた隙間δの大きさや、上部構造構築時の充填材４の沈下量等を考慮して、上部構造２の杭頭挿入凹所２ａの内面（上面及び側面）と基礎杭１の天端角部１ｇとの間隔が隙間δとなるように決定する。

次に、鋼管パイプ５の注入口５ａから鋼管パイプ５の内部にグラウトを充填する。グラウトの充填管理は、排出パイプ７からのグラウトの排出の確認によって行なう。

最後に、上部構造２を構築する。上部構造２はアンカーボルト３の上端側（他端側）が埋設され、このアンカーボルト３が上部構造２と基礎杭１に接続されるとともに、杭頭１ａの水平面１ｄ上に上部構造２の杭頭挿入凹所２ａの下方を向く内面が当接して、上部構造２の荷重が基礎杭１に伝達支持される。以上で、本実施形態の基礎杭ピン結合構造Ａの施工が完了する。

そして、上記構成からなる本実施形態の基礎杭ピン結合構造Ａにおいては、地震が発生した際に、上部構造２の杭頭挿入凹所２ａの内面と基礎杭１の杭頭１ａの天端角部１ｇとの間の隙間δの大きさに応じた量で、上部構造２に対して杭頭１ａが相対回転する。これにより、地震時に杭頭１ａに生じる応力が低減され、耐震性能の向上が図られる。なお、本実施形態において、上部構造２の杭頭挿入凹所２ａの内面と基礎杭１の杭頭１ａの天端角部１ｇとの間の隙間δの大きさは、レベル２地震動の地震が発生した際に上部構造２に対して基礎杭１の杭頭１ａが回転する杭頭回転角に基づいて設定される。

したがって、本実施形態の基礎杭ピン結合構造Ａにおいては、基礎杭１の杭頭１ａの表面１ｂを軸線Ｏ１中心側から基礎杭１の側面１ｃに向かうに従い下方に傾斜する傾斜面１ｅを備えて形成し、上部構造２に形成した杭頭挿入凹所２ａに杭頭１ａを挿入配置し、杭頭挿入凹所２ａと杭頭（杭頭部）１ａの間を発泡ウレタンなどの弾性変形可能な充填材４で充填しているため、地震が発生した際に、充填材４を変形させつつ、上部構造２に対して杭頭１ａを相対回転させて変位させることができる。すなわち、このような簡易な構成で基礎杭１と上部構造２をピン結合し、耐震性能を向上させることができ、地震時に杭頭１ａに生じる曲げモーメントを低減させることが可能になる。

また、従来のように、球座や凹面を備えたダクタイル鋳鉄製などの杭頭部材と構造物支持部材を用いる場合と比較し、低コストの基礎杭ピン結合構造Ａを構築（実現）することができる。

さらに、基礎杭１の杭頭１ａと上部構造２をピン結合したことで、剛結合する場合と比較し、設計の省力化を図ることが可能になる。

以上、本発明に係る基礎杭ピン結合構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一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、本実施形態では、最後に上部構造２を構築することとしたが、何らかの方法で杭頭１ａの傾斜面１ｅ及び側面１ｃと上部構造２との隙間を確保した上で先に上部構造２を構築し、あらかじめ設置しておいた注入口から充填材４の注入を行なってもよい。

１基礎杭
１ａ杭頭
１ｂ表面
１ｃ側面
１ｄ水平面
１ｅ傾斜面
１ｆアンカーボルト挿入孔
１ｇ天端角部
２上部構造
２ａ杭頭挿入凹所
３アンカーボルト
４充填材
５鋼管パイプ
６注入パイプ
７排出パイプ
８スペーサー
Ａ基礎杭ピン結合構造
Ｇ地盤
Ｏ１軸線

Claims

基礎杭の杭頭の表面が基礎杭の軸線中心側から側面に向かうに従い下方に傾斜する断面凸円弧状の傾斜面を備えて断面略台形状あるいは断面略円弧状に形成され、
該基礎杭の杭頭に結合して構築される上部構造に、下面から上方に向けて凹み、前記表面の上端部を下方を向く内面に当接させて前記上部構造の荷重を前記基礎杭に伝達させるように、前記基礎杭の杭頭が挿入配置される杭頭挿入凹所が設けられ、
前記基礎杭の杭頭を前記上部構造の杭頭挿入凹所に挿入配置した状態で、一端側を前記基礎杭に、他端側を前記上部構造にそれぞれ接続してアンカーボルトが前記基礎杭の軸線上に配設され、
前記杭頭挿入凹所と前記基礎杭の杭頭の隙間に弾性変形可能な充填材が充填され、
前記隙間に前記充填材を充填するための注入口及び排出口を備えた円管状の鋼管パイプが前記基礎杭の杭頭の周囲を囲繞するように、且つ前記充填材を充填する前記隙間を密閉するように配設されていることを特徴とする基礎杭ピン結合構造。