JP6016863B2 - 杭頭連結ユニット - Google Patents

Description

本発明は、杭頭連結ユニットに係り、特に、地中から突出する杭の上端部分（杭頭）に上方構造体や各種部材等を連結するための構造を具備した杭頭連結ユニットに関するものである。

構造物の基礎を形成するために、下端部が地中に埋設された杭が使用される。
この杭は鋼製部材であり、閉断面形状のものがよく使用される。
このような杭の上端部（以下、「杭頭」と記す）には、構造物の梁、支持部材等、一般的には鋼製の部材が連結されるのであるが、鋼製部材に対する鋼製部材の連結であるため、当該連結には様々な技術が提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照）。

特許文献１には、上部杭構造と杭との接続構造が開示されている。
当該技術では、杭頭内部に溶接固定されたトルク伝達金具から接続軸が上方へと突出しており、この接続軸の上端部が中間金具を介して調整金具に螺合される。
この構造により、接続軸によって、杭頭に調整金具が連結されることとなる。
特許文献２には、杭基礎構造が開示されている。
当該技術では、鋼管杭の杭頭に杭頭プレートを溶接し、この杭頭プレートを介して被取付部材を取付ける。
つまり、杭頭プレートは、その中央部にボルト孔が形成されるとともに、このボルト孔の片面側（下方を向く面側）にナットが溶接された構造であり、被取付部材に形成されたボルト孔と杭頭プレートのボルト孔とを整合させて、ボルトを螺合することにより、杭頭に被取付部材を連結する構成である。
特許文献３には、基礎杭が開示されている。
杭頭プレートは、杭となる鋼管の内径とほぼ等しい直径を有するように形成されており、杭頭内周面にその側面が溶接されている。
この杭頭プレートには、ボルトの頭部を通過させることができる切欠き部が形成されており、その切欠き部に連通するように、切欠き部と杭頭プレートの中心部とに渡る溝が形成されている。そして、この溝の端部（中心部側の端部）の片側面（下方を向く面）側にはナットが溶接されている。
そして、被取付部材に形成されたボルト孔と杭頭プレートの溝の端部（中心部側の端部）とを整合させて、ボルトを螺合することにより、杭頭に被取付部材を連結する構成である。

特開２０１３−１８９７８４号公報 特開２０１４−１４８８２９号公報 特開２０１４−１４５２４１号公報

しかし、特許文献１乃至特許文献３に記載の技術によると、杭頭と被取付部材とを連結する際の介在となるプレート部材を、杭頭の上端部若しくは内周面に溶接する必要があり、このため、溶接に要する時間と手間が発生するという問題があった。
また、錆の発生を抑制するために溶融亜鉛メッキを行う必要があるが、プレートの溶接後に、溶融亜鉛メッキを行うため、製造ラインのロスが発生するという問題もあった。
このような背景下、上記問題を解決することができる技術の開発が求められていた。

本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、溶接を行うことなく、簡易な構成で杭頭に被連結部材を連結することができる杭頭連結ユニットを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、製造及び組立工程を効率化することが可能な杭頭連結ユニットを提供することにある。

上記課題は、請求項１に係る杭頭連結ユニットによれば、下端が地中に埋設されるとともに上端部が地上に突出する鋼製の杭と鋼製の被連結部材とを連結するための杭頭連結ユニットであって、該杭頭連結ユニットは、筒状若しくは少なくとも２個の面を有する前記杭と、該杭の上端部側である杭頭に固定される杭頭プレートと、を有して構成されており、前記杭頭の側壁には、杭頭内側方向に凸となる複数の凹部が形成されるとともに、該凹部には、水平方向に切り込まれたスリットが形成されており、前記杭頭プレートは、少なくとも複数の前記凹部間の距離を超える幅を最大幅として有する平板状の部材であって、前記杭頭プレートの中央部には、連結部材が貫通する連結部材貫通孔が形成されるとともに、該連結部材貫通孔の位置に整合させてナットが固定されており、前記杭頭プレートにおいて、前記最大幅を有する部分の両端部が、複数の前記スリットに嵌合固定されることにより解決される。

このように、本発明に係る杭頭連結ユニットを構成する杭頭プレートは、複数の凹部間の距離を超える幅を最大幅として有する平板状の部材として構成され、この最大幅を有する部分の両端部が、杭頭に形成された複数のスリットに嵌合固定されるよう構成されている。つまり、複数のスリット間を架橋するように杭頭プレートが固定される。
このように構成されているため、従来のように、杭頭と杭頭プレートを溶接する必要がなく、溶接に要する時間と手間を削減することができる。
また、杭頭プレートの溶接後に行われる、溶融亜鉛メッキを行う必要がないため、製造ラインのロスを軽減することができる。

このとき、具体的な構成としては、請求項２に記載のように、前記杭は、筒状の鋼管であり、前記凹部は、前記杭頭の平面視円形中心方向に向けて凸となるよう２個形成されるとともに、前記杭頭の平面視円形中心に対して対称となる位置に各々形成されていると好適である。
更に、具体的な構成としては、請求項３に記載のように、前記杭頭プレートは、前記杭の内壁面に嵌合可能な略円形状の平板に対し、中心と対向となる両位置に略矩形状の切欠きを各々形成した形状をとると好適である。

このように構成されていると、最初に杭頭プレートを凹部が形成されていない部分に嵌合させて仮固定した後、回転させて、杭頭プレートの最大幅を有する部分の両端部を、杭頭に形成された複数のスリットに嵌合固定することができる。
つまり、杭は鋼管であり内部空間の平面視は円形であり、その平面視円形の内壁面に嵌合可能な略円形状の平板が、杭頭プレートの形状の基礎である。
この杭頭プレートに対し、中心に対称な位置に切欠き部を各々設けたのであるから、杭頭プレートの最大幅は直径である。
よって、最大幅の部分（直径を含む部分）を、杭頭の凹部が形成されていない部分内壁に嵌合させた後、回転させることで、（凹部間は直径よりも小さい距離となることから）杭頭プレートの最大幅を有する部分の両端部は、スリットに圧入され、最終的には嵌合状態となる。
このように、簡易に杭頭プレートを杭頭内に固定することができる。
また、切欠き部が形成されているため、この両切欠き部により形成される空間が、治具、工具、機器等によって杭頭プレートを回転させる際の把持部とすることが可能となるため、作業効率が向上する。

本発明に係る杭頭連結ユニットによれば、杭頭プレートにおいて最大幅を有する部分の両端部が、杭頭に形成された複数のスリットに嵌合固定されるよう構成されている。つまり、複数のスリット間を架橋するように杭頭プレートが固定される。
よって、溶接を行うことなく、簡易な構成で杭頭に被連結部材を連結することができる。
このため、杭頭プレートの溶接後に行われる、溶融亜鉛メッキを行う必要がないため、製造ラインのロスを軽減することができる。
また、切欠き部を把持部とすることにより、作業効率が向上する。
このように、本発明によれば、製造及び組立工程を効率化することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る杭頭連結ユニットの使用状態斜視図及び上面図である。 本発明の一実施形態に係る杭頭プレートを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る杭頭を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る杭頭プレートの組付説明上面図である。 本発明の一実施形態に係る杭頭プレートの組付説明斜視図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施形態に係る杭頭プレートとの取合状態例を示す縦断面相当図である。 本発明の一実施形態に係るスペーサ使用方法を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、溶接を行うことなく、簡易な構成で杭頭に被連結部材を連結することができる杭頭連結ユニットに関するものである。そして、製造及び組立工程を効率化することを目指す。

図１乃至図８は、本発明に係る一実施形態を示すものであり、図１は杭頭連結ユニットの使用状態斜視図及び上面図、図２は杭頭プレートを示す斜視図、図３は杭頭を示す斜視図、図４は杭頭プレートの組付説明上面図、図５は杭頭プレートの組付説明斜視図、図６は図４のＡ−Ａ線断面図、図７は杭頭プレートとの取合状態例を示す縦断面相当図、図８はスペーサ使用方法を示す説明図である。

図１により、本実施形態に係る杭頭連結ユニットＳの使用箇所及び使用状態を説明する。
なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）の上面視、つまり、Ｘ方向から見た図である。
本発明に係る杭頭連結ユニットＳは、杭頭に被連結部材を連結するためのものであり、使用される杭１及び第一被連結部材Ｈ１は鋼材である。
本実施形態においては、鋼管で形成された杭１の杭頭１１に、鋼製の第一被連結部材Ｈ１を連結する例を示す。
なお、本明細書において、水平方向とは、地表面に沿う方向を指し、上下方向とは水平方向と垂直な方向（つまり、地表面から離れる方向が上方、反対が下方）を指す。
図１に示すように、杭１は、地表面から上端部が突出する状態で、その下方側が地中に埋設されている。

なお、杭頭１１とは、杭１の上端側を指し、本明細書においては、杭１の地表面突出部分のうち、第一被連結部材Ｈ１を接合するために必要な部分を指す。
杭頭１１には、第一被連結部材Ｈ１が固定されており、その上面側には、第二被連結部材Ｈ２が載置固定される構造となる。
これらの連結に関しては、後に詳述する。

本実施形態に係る杭頭連結ユニットＳは、杭１と、杭頭プレート２と、連結ボルト３と、を有して構成されている。なお、連結ボルト３は、公知のボルトが使用される。
図３に示すように、本実施形態に係る杭１は、鋼管であり、その上方部分である杭頭１１には、凹部１１Ａ，１１Ａが形成されている。
この凹部１１Ａ，１１Ａは、杭１の内側方向に凸となるドーム状の窪みであり、杭１の横断面円形における中心角１８０°離隔した位置に形成されている。つまり、横断面円形の中心に対して対称な位置に形成されている。
この凹部１１Ａ，１１Ａは、打設、かしめ等、物理的力を外側から付与することによって形成される。

そして、凹部１１Ａ，１１Ａには、水平方向に延びるスリット１１ａ，１１ａが各々形成されている。
このスリット１１ａ，１１ａは、凹部１１Ａ，１１Ａの中央部分の底部（つまり、一番内側方向に突出する部分であり、内側方向からみると頂部付近となる）に、各々切り込まれており、その開口幅ｔ５（上下方向開口距離）は、後述する杭頭プレート２の厚さと同程度、若しくは杭頭プレート２の厚さｔ４より若干小さめとなるように形成される。

なお、凹部１１Ａ，１１Ａ及びスリット１１ａ，１１ａは、杭１の上端部から上下方向同距離の位置に形成される。
つまり、後述するが、スリット１１ａ，１１ａに杭頭プレート２の両端部が挟持された際に、杭頭プレート２が水平となるように構成されている。
なお、当該構成により、杭頭１１内部には、内径の異なる箇所が形成されることとなる。
つまり、凹部１１Ａ，１１Ａが形成されていない部分が、最大内径ｔ２を有する箇所であり、凹部１１Ａ，１１Ａ間（杭頭１１内部からみて頂点となる部分間）が、最小内径Ｔ３を有する箇所となる（図４参照）。

図２に示すように、本実施形態に係る杭頭プレート２は、略円形状のプレートを２箇所略台形状に切欠いた形状の鋼材である。
本実施形態に係る杭頭プレート２に形成された略台形状の切欠き部分を「切欠き部２１」と記す。
この切欠き部２１，２１は、元来の円形平板における中心角１８０°離隔した位置に形成されている。つまり、中心に対して対称な位置に各々形成されている。

この杭頭プレート２の直径ｔ１（切欠き部２１，２１が形成される前の元来の円形平板における直径であり、中心を通る最大長直線を指す）は、杭頭１１の内径より僅かに小さくなるように構成されている。この「僅かに」という表現は、力を加えると、杭頭プレート２が、杭頭１１の最大内径部（図４参照：最大内径ｔ２の箇所）に嵌合する程度の「僅かさ」を指す。本例において、この力は、例えば、工具・機器等で加え得る力であり、必要とされる強度に応じて設定されるとよい。
このため、杭頭プレート２は、杭頭１１の内部（最大径部分）に嵌合する。

また、杭頭プレート２の中央部には、プレート側ボルト孔２２が形成されている。
そして、このプレート側ボルト孔２２の一面側（杭１に配設した際、下方を向く側の面）には、プレート側ナット２３が（孔部分を連通させた状態で）溶接により固定されている。

なお、切欠き部２１，２１を形成したことにより、切欠き部２１，２１の両端部には、部分円形状の部分が各々形成される。
この部分円形状の箇所を「嵌入固定部２４」と記す。
この嵌入固定部２４，２４は、前術の通り、切欠き部２１，２１の両端部に各々形成されることとなり、その外周部は、元々の（切欠き部２１，２１を形成する前の）略円形状のプレートの円周の一部であり、よって、杭頭１１の内径に沿うようになっている。
また、杭頭プレート２の中心点Ｏ、嵌入固定部２４の最外点Ｐ１，Ｐ１は、一直線上に並ぶよう構成され、当該直線が元々の略円形状の直径であり、同時に杭頭プレート２の直径ｔ１（最大長直線）である。

以上のように構成された杭頭連結ユニットＳの使用状態について説明する。
図４及び図５に、杭頭プレート２を杭頭１１にセットする方法を説明する。
杭頭プレート２は、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、杭頭１１内部のうち最大内径ｔ２を有する位置に嵌合される。
前述の通り、杭頭プレート２の最大径ｔ１は、（ある程度大きな力の付加により嵌合可能な程度に）杭頭１１の最大内径ｔ２より僅かに小さく形成されており（最大径ｔ１≒ｔ２）、よって、杭頭プレート２は、杭頭１１の最大内径部に嵌合する。
次いで、この状態から、杭頭プレート２を矢印方向に回転させる。

回転途中の状態を、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示す。
なお、本例においては、杭頭プレート２は杭頭１１に強く嵌合しているため、回転させるためには、治具、工具、機器等を使用した大きな力が必要である。
このように治具、工具、機器等を使用する際には、杭頭プレート２に形成された切欠き部２１，２１が有効に作用する。
つまり、杭頭１１内壁面と切欠き部２１，２１との間には、空隙Ｋ，Ｋが形成されるため、当該空隙Ｋ，Ｋに、治具、工具、機器等の把持部を挿入して杭頭プレート２を把持することが可能となり、有効に力を付加できる。

そして、嵌入固定部２４，２４が、杭頭１１の凹部１１Ａ，１１Ａに形成されたスリット１１ａ，１１ａに嵌入する。
このとき、スリット１１ａ，１１ａの開口幅ｔ５は、杭頭プレート２の厚さｔ４と同程度若しくは僅かに小さくなるように構成されている。
よって、本例においては、杭頭プレート２の回転力によって、杭頭プレート２を構成する嵌入固定部２４，２４が、スリット１１ａ，１１ａを押し開くように、スリット１１ａ，１１ａに圧入される。

本例においては、スリット１１ａ，１１ａを押し開きながら圧入する構成であるため、治具、工具、機器等を使用した大きな力が付与されると好適である。
最終的に、図４（ｃ）及び図５（ｃ）の状態となり、嵌入固定部２４，２４がスリット１１ａ，１１ａに把持固定され、よって、杭頭プレート２が杭頭１１の内部に固定される。
この状態の縦断面図を図６に示す。

このように、本例においては、スリット１１ａ，１１ａに嵌入固定部２４，２４が強固に固定される。
よって、必要な固定強度を維持しながら、杭頭プレート２を杭頭１１内壁に溶接する工程を無くすことができる。
これにより、溶接後に行われていた溶融亜鉛メッキ工程もまた無くすことが可能となる。
更に、溶接を行っていないため、仮に、分解する必要が生じた場合には、杭頭プレート２をはずすこともまた可能となる。

以上のように構成された杭頭接合ユニットＳの使用方法についての一例を、図７乃至図８を参照して説明する。
本例においては、第一被連結部材Ｈ１を杭頭１１に連結し、当該第一被連結部材Ｈ１の上部に第二被連結部材Ｈ２を連結する構成を説明する。

第一被連結部材Ｈ１は、矩形状の第一平板部Ｈ１１と、円筒形状の第一円筒部Ｈ１２と、第一円筒部Ｈ１２内壁面に固着される円形の第一固定板Ｈ１３と、を有して構成されている。
第一平板部Ｈ１１の中央部には、第一円筒部Ｈ１２の内壁面と連通する第一平板孔部Ｈ１１ａが形成されており、これらが連通して円筒形の第一連通空間Ｈ１４が形成されている。この第一連通空間Ｈ１４の自由端側（下方側となる）に第一固定板Ｈ１３が固定される。
また、第一平板部Ｈ１１の両側端部には、第一平板部ボルト孔Ｈ１１１，Ｈ１１１が形成されており、これら第一平板ボルト孔Ｈ１１１，Ｈ１１１にて第二被連結部材Ｈ２を固定する。

第一固定板Ｈ１３の中央部には、第一固定板ボルト孔Ｈ１３１が形成されている。
なお、第一連通空間Ｈ１４は、第一固定板Ｈ１３を境界として、有底円筒形の２個の空間に分割されている。
この分割された空間のうち、杭頭１１側に開口する側を「杭頭把持空間Ｈ１４１」とし、第一平板部Ｈ１１側に開口する側を「ボルト頭収納空間Ｈ１４２」とする。
本例においては、杭頭把持空間Ｈ１４１の内径は、杭頭１１の上端部の外径よりも僅かに大きく（杭頭１１上端部を嵌合可能に）形成されている。

第一被連結部材Ｈ１１は、その杭頭把持空間Ｈ１４１により杭頭１１の上端部を嵌合した状態で仮止めされる。
なお、このとき、第一固定板ボルト孔Ｈ１３１は、プレート側ボルト孔２２の直上に位置するように構成されている。
このように構成されているため、連結ボルト３をボルト頭収納空間Ｈ１４２から、第一固定板ボルト孔Ｈ１３１を通して、プレート側ボルト孔２２へと挿通することができ、この連結ボルト３の下端側をナット２３に留め付ければ、杭頭１１に第一被連結部材Ｈ１１を本固定することができる。

このように杭頭Ｈ１１に固定された第一被連結部材Ｈ１の上面に、第二被連結部材Ｈ２が取付けられる。
本例においては、第二被連結部材Ｈ２として、矩形状の第二平板部Ｈ２１上面中央部に、横断面クロス形状の第二柱部Ｈ２２が起立した部材が使用されている。
この第二平板部Ｈ２１の両端部には、には、第二平板ルーズホールＨ２１１，Ｈ２１１が形成されている。

第二被連結部材Ｈ２と第一被連結部材Ｈ１は、第一平板部Ｈ１１上面に第二平板部Ｈ２１を積層した状態で、第一平板ボルト孔Ｈ１１１，Ｈ１１１と第二平板ルーズホールＨ２１１，Ｈ２１１との連通孔をボルト締めすることにより行われる。
このとき、第二平板ルーズホールＨ２１１，Ｈ２１１は、長孔状（ルーズホール状）に形成されているため、第二柱部２２の位置の微調整が可能である。
また、図８に示すように、杭頭１１の上端部と第一平板部との間にドーナツ状のスペーサＨ３を介在させることにより、高さ調整もまた可能となる。

なお、本実施形態においては、鋼管状の杭１を好適例として説明したが、これに限られることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、どのような形態の杭１が使用されていてもよい。
例えば、２個以上の面を有する杭１であればよく、角型鋼管、山形鋼、溝型鋼等、であってもよい。
例えば、山形鋼である場合には、外側から内側に向かって凸となる凹部１１Ａ，１１Ａを各々形成し、ここに形成されたスリット１１ａ，１１ａに、内隅部を架橋するように、杭頭プレート２を固定してもよい。

Ｓ 杭頭連結ユニット
１ 杭
１１ 杭頭
１１Ａ 凹部
１１ａ スリット
２ 杭頭プレート
２１ 切欠き部
２２ プレート側ボルト孔（連結部材貫通孔）
２３ プレート側ナット
２４ 嵌入固定部（最大幅を有する部分の両端部）
３ 連結ボルト
Ｈ１ 第一被連結部材（被連結部材）
Ｈ１１ 第一平板部
Ｈ１１ａ 第一平板孔部
Ｈ１１１ 第一平板ボルト孔
Ｈ１２ 第一円筒部
Ｈ１３ 第一固定板
Ｈ１３１ 第一固定板ボルト孔
Ｈ１４第一連通空間
Ｈ１４１ 杭頭把持空間
Ｈ１４２ ボルト頭収納空間
Ｈ２ 第二被連結部材
Ｈ２１ 第二平板部
Ｈ２１１ 第二平板ルーズホール
Ｈ２２ 第二柱部
Ｈ３ スペーサ
Ｋ 空隙

Claims (3)

1. 下端が地中に埋設されるとともに上端部が地上に突出する鋼製の杭と鋼製の被連結部材とを連結するための杭頭連結ユニットであって、
   該杭頭連結ユニットは、筒状若しくは少なくとも２個の面を有する前記杭と、該杭の上端部側である杭頭に固定される杭頭プレートと、を有して構成されており、
   前記杭頭の側壁には、杭頭内側方向に凸となる複数の凹部が形成されるとともに、該凹部には、水平方向に切り込まれたスリットが形成されており、
   前記杭頭プレートは、少なくとも複数の前記凹部間の距離を超える幅を最大幅として有する平板状の部材であって、
   前記杭頭プレートの中央部には、連結部材が貫通する連結部材貫通孔が形成されるとともに、該連結部材貫通孔の位置に整合させてナットが固定されており、
   前記杭頭プレートにおいて、前記最大幅を有する部分の両端部が、複数の前記スリットに嵌合固定されることを特徴とする杭頭連結ユニット。
2. 前記杭は、筒状の鋼管であり、
   前記凹部は、前記杭頭の平面視円形中心方向に向けて凸となるよう２個形成されるとともに、前記杭頭の平面視円形中心に対して対称となる位置に各々形成されていることを特徴とする請求項１に記載の杭頭連結ユニット。
3. 前記杭頭プレートは、前記杭の内壁面に嵌合可能な略円形状の平板に対し、中心と対向となる両位置に略矩形状の切欠きを各々形成した形状をとることを特徴とする請求項２に記載の杭頭連結ユニット。

Images