JP5919675B2

JP5919675B2 - 複合基礎杭及び複合基礎杭の構築方法

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Publication number: JP5919675B2
Application number: JP2011176195A
Authority: JP
Inventors: 光男東野; 直之喜多; 章光森; 敏己須藤; 文生矢部
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2011-08-11
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2031-08-11
Also published as: JP2013040447A

Description

本発明は、複合基礎杭及び複合基礎杭の構築方法に関する。

場所打ちコンクリート杭の耐震性を向上させるために、杭頭などの曲げモーメントやせん断力が大きい部分を鋼管にした、鋼管杭と場所打ち杭とが一体化されてなる複合基礎杭が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の複合基礎杭では、場所打ち杭の底部に拡径部が形成されており、押し込み支持力が向上されている。

特開２００５−２６３５号公報

特許文献１に記載の複合基礎杭では、鋼管杭と場所打ち杭との一体化が確保されてこそ、鋼管杭の曲げやせん断力に対する耐力が発揮され、場所打ち杭の押し込み支持力が発揮される。このため、鋼管杭と場所打ち杭との接合強度が十分に確保されることを要する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複合基礎杭を構成する鋼管杭と場所打ち杭との接合強度を十分に確保することにより、複合基礎杭の効能を有効に発揮させることを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る複合基礎杭は、鋼管杭とその下方に造成された場所打ち杭とが一体化された複合基礎杭であって、前記場所打ち杭には、部分的に杭径が拡大された拡径部が形成され、前記鋼管杭と前記場所打ち杭とに跨るように、前記鋼管杭に挿入された内部鋼管を備え、前記内部鋼管の内部、及び、前記内部鋼管と前記鋼管杭との間にコンクリートが充填され、前記内部鋼管は、前記鋼管杭から前記拡径部まで延びていることを特徴とする。

前記複合基礎杭において、前記内部鋼管の前記拡径部の高さに相当する部位の前記開口による開口量は、その他の部位よりも大きくてよい。

また、本発明に係る複合基礎杭の構築方法は、地中に打設した鋼管杭の下方に場所打ち杭を造成して前記鋼管杭と一体化させる複合基礎杭の構築方法であって、前記場所打ち杭には、部分的に杭径を拡大させた拡径部を形成し、前記鋼管杭にその下端から内部鋼管を、当該内部鋼管が前記鋼管杭から前記拡径部まで延びるように挿入し、前記内部鋼管の内部、及び、前記内部鋼管と前記鋼管杭との間にコンクリートを充填することを特徴とする。

本発明によれば、複合基礎杭を構成する鋼管杭と場所打ち杭との接合強度を十分に確保することにより、複合基礎杭の効能を有効に発揮させることができる。

一実施形態に係る複合基礎杭を示す立面断面図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、アースドリル工法を用いた場所打ち杭の施工手順を示す図である。一実施形態に係る拡底杭を示す立面断面図である。図１の４−４断面図（平断面図）である。他の実施形態に係る複合基礎杭を示す立断面図である。他の実施形態に係る複合基礎杭を示す立断面図である。他の実施形態に係る複合基礎杭を示す立面図である。他の実施形態に係る複合基礎杭を示す立面図である。他の実施形態に係る複合基礎杭を示す立面図である。他の実施形態に係る複合基礎杭を示す立面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る複合基礎杭１０を示す立断面図である。この図に示すように、複合基礎杭１０は、地盤に打設される鋼管杭２０と、鋼管杭２０の下方に造成されて鋼管杭２０と接続される場所打ち杭３０とが一体化されてなり、陸上や洋上の構造物を支持する。なお、図示は省略するが、複合基礎杭１０が海底に打設される場合には、鋼管杭２０がその天端が洋上に突出するように打設される。

場所打ち杭３０は、砂礫層や土丹層等の支持層１まで延びている鉄筋コンクリート造の円柱状の杭であり、鉄筋籠３２が埋設されている。この鉄筋籠３２は、場所打ち杭３０の下端から鋼管杭２０の近傍まで延びている。なお、鉄筋籠３２は、鋼管杭２０内に挿入されるように設置してもよい。

鋼管杭２０は、円筒状の鋼管であり、場所打ち杭３０とは同軸的に配されている。また、鋼管杭２０の外径と場所打ち杭３０の外径とは、後述の節部３４を除いて略同一に設定されている。また、鋼管杭２０の内部には場所打ち杭３０と一体のコンクリートが打設されている。このコンクリートの打設高さは、図示するように鋼管杭２０の天端までであってもよく、鋼管杭２０の中間部までであってもよく、さらには、鋼管杭２０と場所打ち杭３０との継手部１２までであってもよい。

鋼管杭２０の内周面には、複数のリブ２２が軸方向に間隔を空けて形成されている。各リブ２２は、鋼管杭の周方向に延びており、無端状に形成されている。この複数のリブ２２は、鋼管杭２０内のコンクリートの打設高さまで設ければよく、例えば、図示するように鋼管杭２０の底端から天端まで設けたり、図示は省略するが、鋼管杭２０の底端から上下方向中間部まで設けたりすればよい。

ここで、場所打ち杭３０の軸方向中間部は、砂礫層や土丹層等の中間支持層２に位置しており、当該部位には、部分的に杭径が拡大された拡径部としての釣鐘状の節部３４が形成されている。この節部３４は、上側から下側へかけて次第に拡径する円錐台形状の上部３４Ａと、上部３４Ａから下側へかけて次第に縮径する逆円錐台形状の下部３４Ｂとで構成されている。なお、上部３４Ａの側面の傾斜角度は、下部３４Ｂの側面の傾斜角度よりも緩くなっている。

また、複合基礎杭１０は、鋼管杭２０と場所打ち杭３０との継手部１２を通るように、場所打ち杭３０及び鋼管杭２０内の中詰めコンクリートに埋設された継手鋼管４０を備えている。この継手鋼管４０は、円筒状の鋼管であり、鋼管杭２０の内周側に、鋼管杭２０及び場所打ち杭３０に対して同軸的に、かつ、これらに跨るように配されている。また、継手鋼管４０の下端は、節部３４の上下方向中央部に配されている。さらに、継手鋼管４０の下部には、鉄筋籠３２の上部が挿入されている。

ここで、継手鋼管４０の外径が大きくなるほど、継手鋼管４０の外周面の面積が大きくなり、継手鋼管４０とその周囲のコンクリートとの付着力が大きくなって、鋼管杭２０と場所打ち杭３０との接合強度が高くなる。そのため、鋼管杭２０と場所打ち杭３０との接合強度を高めることを目的として、継手鋼管４０の外径を大きくしており、これにより、継手鋼管４０と鋼管杭２０との隙間が狭くなっている。

継手鋼管４０の外周面には、複数のリブ４２が軸方向に間隔を空けて形成されている。各リブ４２は、継手鋼管４０の周方向に延びており、無端状に形成されている。この複数のリブ４２は、図示するように継手鋼管４０の上下方向中間部から上端まで設けたり、図示は省略するが、継手鋼管４０の下端から上端まで設けたりする。

ここで、鋼管杭２０の内周面のリブ２２と継手鋼管４０の外周面のリブ４２とを設けたことにより、鋼管杭２０及び継手鋼管４０とこれらの間に充填されたコンクリートとの付着力が増大し、また、継手鋼管４０を介した鋼管杭２０から場所打ち杭３０への応力の伝達が促進される。また、地震時には、継手鋼管４０を介した場所打ち杭３０から鋼管杭２０への応力の伝達が促進される。
なお、リブ２２、４２の形状は、本実施形態の形状に限らず、コンクリートとの付着力を増大させることができる形状であれば、突起であってもよい。

また、継手鋼管４０には、複数の開口４４が、周方向及び軸方向に間隔を空けて形成されており、この複数の開口４４を通して、継手鋼管４０の内周側のコンクリートと継手鋼管４０の外周側のコンクリートとが一体化されている。ここで、複数の開口４４は、継手鋼管４０の周方向及び軸方向の全域に亘って満遍なく形成されているが、節部３４の高さにはその他の範囲よりも多数形成されている。なお、開口４４の大きさ、数は、継手鋼管４０の外周側へのコンクリートの充填性に応じて適宜設定すればよい。また、開口４４の存在によって鋼管の剛性が低下するが、補剛する等して鋼管の必要な剛性を確保すればよい。

以上のような構成の複合基礎杭１０の施工手順について説明する。まず、鋼管杭２０を地盤の所定深さまで、打込み杭工法や埋込み杭工法等の既製杭工法により打設し、鋼管杭２０の内部の土砂を取除く。つぎに、鋼管杭２０の下方にアースドリル工法等の場所打ち杭工法を用いて場所打ち杭３０を構築する。なお、本実施形態では、アースドリル工法を用いて場所打ち杭３０を施工する。

図２（Ａ）〜（Ｃ）は、アースドリル工法を用いた場所打ち杭３０の施工手順を示す図である。まず、図２（Ａ）に示すように、支持層１まで削孔して所定径の杭孔３を構築し、中間支持層２内を拡大掘削して釣鐘状の拡大部４を構築する。この際、ロッドの先端に拡径機能を備えるドリリングバケットが取り付けられた掘削機を、鋼管杭２０を通して鋼管杭２０の下側に配備し、該掘削機で所定径の孔を支持層１まで掘削した後に、ドリリングバケットを拡径させた状態で中間支持層２内を掘削することにより中間支持層２内に拡大部４を構築する。

次に、図２（Ｂ）に示すように、鉄筋籠３２を杭孔３内に建て込み、継手鋼管４０を鋼管杭２０の下部と杭孔３の上部とに跨るように建て込む。この際、継手鋼管４０を鉄筋籠３２と予め一体化させておく。

次に、図２（Ｃ）に示すように、トレミー管５を、鋼管杭２０及び継手鋼管４０を通して杭孔３に挿入し、杭孔３内にコンクリートを打設する。この際、トレミー管５を引き上げながらコンクリートを打設するが、トレミー管５を継手鋼管４０まで引き上げて継手鋼管４０の高さでコンクリートを打設する際、継手鋼管４０に形成された複数の開口４４を通して継手鋼管４０の内周側と外周側とが連通されていることにより、複数の開口４４を通して継手鋼管４０の内周側から外周側にコンクリートを充填することができる。このため、継手鋼管４０と鋼管杭２０との隙間にトレミー管５を挿入してこの隙間にコンクリートを打設することを不要にできる。また、本実施形態のように、継手鋼管４０と鋼管杭２０との隙間が狭い場合には、この隙間にトレミー管５を挿入することが困難であるところ、この隙間に継手鋼管４０の内周側からコンクリートを打設できるため、効果的である。

ここで、拡大部４とその上下とのコンクリートの供給量の差を考慮して、開口４４を、継手鋼管４０の拡大部４の高さに相当する部位にはその他の部位よりも多数形成し、継手鋼管４０の拡大部４の高さに相当する部位における開口量を、その他の部位よりも大きくしている。これにより、拡大部４へのコンクリートの充填不良を抑制できる。なお、継手鋼管４０の開口量は、開口４４の数を増減する以外に、開口４４の大きさを拡縮することによっても調整可能である。

以上のようにして構築される複合基礎杭１０の作用について図３を参照して説明する。図３に示すように、複合基礎杭１０が支持する構造物が、高層ビルや洋上風力発電所等の細長い構造物である場合、当該構造物に地震時の水平力や風力や浮力等が作用した際に、当該構造物には、押込み力Ｐ１のみならず引抜き力Ｐ２も作用する。

ここで、鋼管杭２０と場所打ち杭３０との継手部１２に継手鋼管４０が埋設されることにより、継手部１２における鋼管杭２０と場所打ち杭３０との接合強度が高められ、鋼管杭２０と場所打ち杭３０との一体性が確保されている。これによって、場所打ち杭３０に押込み力Ｐ１及び引抜き力Ｐ２に対する抵抗力（軸方向抵抗力）を有効に発揮させることができ、押込み力Ｐ１及び引抜き力Ｐ２に対する抵抗力Ｑ１、Ｑ２を高めるという節部３４の効果を有効に発揮させることができる。

特に、基礎杭で支持する構造物に作用する引抜き力Ｐ２に対する抵抗力を高めるために、アンカーを打設したり、建物下部にコンクリートを打ち増ししたりする場合には、基礎杭に作用する軸力が高くなり、安全度を確保するために、基礎杭を大径化したり長尺化したりすることを要する。これに対して、本実施形態に係る複合基礎杭１０によれば、節部３４によって効率的に引抜き抵抗力Ｑ２を高めることができるため、基礎杭の大径化や長尺化を抑制できる。

また、本実施形態に係る複合基礎杭１０では、継手鋼管４０が節部３４の深さまで延びていることにより、場所打ち杭３０の中で軸方向の応力が最も高くなる節部３４における軸方向の耐力が高められている。これにより、節部３４の安全度を高めることができる。
なお、本実施形態では、継手鋼管４０が、節部３４の上下方向中央部に配されているが、継手鋼管４０は、節部３４の下端まで延びていてもよい。

また、図４は、図１の４−４断面図（平断面図）であるが、この図に示すように、開口４４を通して継手鋼管４０の内周側と外周側とのコンクリートが一体化されてジベル６の効果が発揮されることによって、継手鋼管４０と場所打ち杭３０のコンクリートとの一体性が高められる。従って、継手部１２における鋼管杭２０と場所打ち杭３０との接合強度がより一層高められることにより、鋼管杭２０と場所打ち杭３０との一体化がより確実なものになる。

なお、鋼管杭２０と場所打ち杭３０との長さや長さの比等は、杭に作用する曲げモーメントやせん断力や押込み力や引抜き力を考慮して適宜設定すればよいが、継手部１２は、地盤の層境等の曲げモーメントが大きくなる位置を外して設けることが望ましい。

図５は、他の実施形態に係る複合基礎杭１００を示す立断面図である。この図に示すように、複合基礎杭１００は、鋼管杭２０と、場所打ち杭１３０と、これらの継手部１２から場所打ち杭１３０の底部まで延びる継手鋼管１４０とを備えている。場所打ち杭１３０は、継手鋼管１４０が埋設された鋼管コンクリート造の杭となっている。

継手鋼管１４０は、上述の継手鋼管４０と同様に、円筒状の鋼管であり、複数の開口４４が、周方向及び軸方向に満遍なく形成され、節部３４の高さにはその他の範囲よりも多数形成されている。また、継手鋼管１４０の外周面には、複数のリブ４２が軸方向に間隔を空けて形成されている。なお、継手鋼管１４０内には鉄筋籠を設置してもよい。

図６は、他の実施形態に係る複合基礎杭２００を示す立断面図である。この図に示すように、複合基礎杭２００は、鋼管杭２０と、場所打ち杭３０と、これらの継手部１２に配置された継手鋼管２４０とを備えている。継手鋼管２４０は、上述の継手鋼管４０よりも小径の円筒状の鋼管であり、上述の開口４２は形成されていない。また、継手鋼管２４０の外周面には、複数のリブ４２が軸方向に間隔を空けて形成されている。

本実施形態に係る複合基礎杭２００では、継手鋼管２４０と鋼管杭２０の隙間が、上述の複合基礎杭１０、１００と比して広いことから、当該隙間にトレミー管を挿入して、当該隙間にコンクリートを充填することが可能である。

図７は、他の実施形態に係る複合基礎杭３００を示す立面図である。この図に示すように、複合基礎杭３００は、鋼管杭２０と、場所打ち杭３３０と、これらの継手部１２に配置された継手鋼管４０とを備えている。場所打ち杭３３０は、中間支持層２内に全体が収まるように形成された節部３４と、支持層１内に下部が収まるように形成された拡底部３６とを備えている。

本実施形態に係る複合基礎杭３００では、支持層１内に下部が納まるように拡底部３６が形成されていることによって、上述の実施形態に係る複合基礎杭１０、１００、２００と比して、押込み抵抗力を高めることができる。

図８は、他の実施形態に係る複合基礎杭４００を示す立面図である。この図に示すように、複合基礎杭４００は、鋼管杭２０と、場所打ち杭４３０と、これらの継手部１２に配置された継手鋼管４０とを備えている。場所打ち杭４３０は、中間支持層２内に下部３４Ｂが収まるように形成された節部３４と、支持層１内に下部が納まるように形成された拡底部３６とを備えている。

本実施形態に係る複合基礎杭４００では、上述の実施形態と比して厚みが小さい中間支持層２に下部３４Ｂが納まるように節部３４を形成しており、節部３４と拡底部３６とにより押込み抵抗力が確保されている。

図９は、他の実施形態に係る複合基礎杭５００を示す立面図である。この図に示すように、複合基礎杭５００は、鋼管杭２０と、場所打ち杭５３０と、これらの継手部１２に配置された継手鋼管４０とを備えている。場所打ち杭５３０は、中間支持層２内に上部３４Ａが収まるように埋設された節部３４と、支持層１内に下部が収まるように形成された拡底部３６とを備えている。

本実施形態に係る複合基礎杭５００では、図８に示す上記実施形態と同様に厚みが小さい中間支持層２に上部３４Ａが納まるように節部３４を形成しており、節部３４により引抜き抵抗力が確保され、拡底部３６により押込み抵抗力が確保されている。

図１０は、他の実施形態に係る複合基礎杭６００を示す立面図である。この図に示すように、複合基礎杭６００は、鋼管杭２０と、場所打ち杭６３０と、これらの継手部１２に配置された継手鋼管４０とを備えている。場所打ち杭６３０は、上下一対の節部３４と、支持層１内に下部が納まるように形成された拡底部３６とを備えている。上側の節部３４は、中間支持層２内に下部３４Ｂが収まるように形成され、下側の節部３４は、中間支持層２内に上部３４Ａが収まるように形成されている。

本実施形態に係る複合基礎杭６００では、中間支持層２に下部３４Ｂが納まるように上側の節部３４を形成し、中間支持層２に上部３４Ａが納まるように下側の節部３４を形成しており、下側の節部３４により引抜き抵抗力が確保され、上側の節部３４及び拡底部３６により押込み抵抗力が確保されている。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の各実施形態では、拡径部を釣鐘状に形成したが、円盤状等の他の形状に形成してもよい。

１支持層、２中間支持層、３杭孔、４拡大部、５トレミー管、６ジベル、１０複合基礎杭、１２継手部、２０鋼管杭、２２リブ、３０場所打ち杭、３２鉄筋籠、３４節部（拡径部）、３４Ａ上部、３４Ｂ下部、３６拡底部（拡径部）、４０継手鋼管（内部鋼管）、４２リブ、４４開口、１００複合基礎杭、１３０場所打ち杭、１４０継手鋼管（内部鋼管）、２００複合基礎杭、２４０継手鋼管（内部鋼管）、３００複合基礎杭、３３０場所打ち杭、４００複合基礎杭、４３０場所打ち杭、５００複合基礎杭、５３０場所打ち杭、６００複合基礎杭、６３０場所打ち杭

Claims

鋼管杭とその下方に造成された場所打ち杭とが一体化された複合基礎杭であって、
前記場所打ち杭には、部分的に杭径が拡大された拡径部が形成され、
前記鋼管杭と前記場所打ち杭とに跨るように、前記鋼管杭に挿入された内部鋼管を備え、
前記内部鋼管の内部、及び、前記内部鋼管と前記鋼管杭との間にコンクリートが充填され、
前記内部鋼管は、前記鋼管杭から前記拡径部まで延びていることを特徴とする複合基礎杭。
前記内部鋼管の前記拡径部の高さには、複数の開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合基礎杭。
前記内部鋼管の前記拡径部の高さに相当する部位の前記開口による開口量は、その他の部位よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の複合基礎杭。
地中に打設した鋼管杭の下方に場所打ち杭を造成して前記鋼管杭と一体化させる複合基礎杭の構築方法であって、
前記場所打ち杭には、部分的に杭径を拡大させた拡径部を形成し、
前記鋼管杭にその下端から内部鋼管を、当該内部鋼管が前記鋼管杭から前記拡径部まで延びるように挿入し、前記内部鋼管の内部、及び、前記内部鋼管と前記鋼管杭との間にコンクリートを充填することを特徴とする複合基礎杭の構築方法。