JP6071125B2 - 地中支持体の接合構造 - Google Patents

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本発明は、杭やグラウンドアンカー等の地中支持体とコンクリート構造体とを接合する地中支持体の接合構造に関する。
従来、地中に埋め込まれた比較的小径の鋼管からなる杭を上部構造物のコンクリート躯体に接合する構造として、杭頭部に支圧板を取り付けて、杭頭部と支圧板を上部構造物のコンクリート躯体に埋設する構造が知られている(特許文献1、図6参照)。この杭頭部への支圧板の取り付けは、通常、支圧板に設けられたスチフナを杭頭部に溶接することによって行われる。
例えば図9に示すように、鋼管杭1の頭部1aの上端面に支圧板2を載置すると共に、支圧板2の下面に溶接部4aで溶接して周方向に間隔を開けて設けられているスチフナ3を頭部1aの外面に沿うように配置し、溶接部4bで頭部1aとスチフナ3の内側縁とを溶接し、溶接部4cで頭部1aと支圧板2の下面とスチフナ3の内側縁の上端部とを溶接することにより、支圧板2が鋼管杭1の頭部1aに取り付けられる。そして、溶接で固定された支圧板2と頭部1aが、地盤100上に設けられるコンクリート躯体5に埋設されて、鋼管杭1がコンクリート躯体5と接合される。
特許第4458964号公報
ところで、コンクリート躯体への杭の埋め込み長は、本来、許容される杭頭曲げモーメント及び水平力によってコンクリート躯体に発生する水平支圧応力度が担保されるように設計されるべきであるが、実際には、支圧板と地面との間隔が狭いと溶接作業が困難になるため、コンクリート躯体への杭の埋め込み長、換言すれば地面からの杭の突出長は、コンクリート躯体への埋め込みが必要な設計長ではなく、溶接作業性に支配された長さとなっている。このような余分な長さを有する杭の突出長は、コンクリート躯体のコンクリートの厚さも余分に取ることを必要とし、余分なコンクリートの打設作業や余分なコンクリートのコスト増加による経済性の低下を招いている。例えば設計上は地面からの杭の突出長が200〜300mm程度で済む場合に、200〜300mm程度では溶接作業が困難となり、溶接作業には500mm以上が必要になる場合もある。
他方において、溶接作業に必要な地面からの杭の突出長を確保しないと、十分な溶接を行うことが難しくなり、不十分な溶接は杭とコンクリート躯体の良好な応力伝達を保証することを困難にし、高品質の支持構造を得ることができなくなる。
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、抵抗力に優れる高品質の支持構造を構築することができると共に、杭等の地中支持体の地面からの突出長を短くすることができ、施工の経済性を向上することができる地中支持体の接合構造を提供することを目的とする。
本発明の地中支持体の接合構造は、地中支持体の頭部が地盤の上側に突出した状態で設けられ、前記地中支持体の前記頭部の上端部分に第1の雄ねじ部が形成され、支圧板が側方に突出する支圧板付き部材の下端部分に第2の雄ねじ部が形成され、前記第1の雄ねじ部と前記第2の雄ねじ部にカプラーの雌ねじ部を螺合することにより、前記頭部の上端部分と前記支圧板付き部材の下端部分がねじ結合され、前記頭部と前記支圧板とがコンクリート構造体に埋設されて前記地中支持体が前記コンクリート構造体に接合されることを特徴とする。
この構成によれば、地中支持体の頭部と支圧板とを確実に固定することが可能となり、地中支持体と上部構造物の基礎躯体であるコンクリート躯体等のコンクリート構造体との良好な応力伝達を確保し、抵抗力に優れる高品質の支持構造を構築することができる。また、溶接作業が不要であるため杭、グラウンドアンカー等の地中支持体の地面からの突出長を短くすることが可能となり、コンクリート構造体を厚くすることによる経済性の低下を回避することができ、作業や使用材料に関連して施工の経済性を向上することができる。また、地中支持体と支圧板付き部材の結合部分について高強度の結合部分を形成することができる。
本発明の地中支持体の接合構造は、前記第1の雄ねじ部と前記第2の雄ねじ部の各々が、先端に向かって小径となるテーパー状で台形ねじを配列して形成され、前記カプラーが、略中央から両端の各々に向かって大径となるテーパー状で台形ねじを配列して形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、大きなねじ締結力のねじ結合を得ることができ、第1の雄ねじ部とカプラーの嵌め合い長、第2の雄ねじ部とカプラーの嵌め合い長を短くすることが可能となり、その分だけ地中支持体の地面からの突出長をより短くすることができる。
本発明の地中支持体の接合構造は、地中支持体の頭部が地盤の上側に突出した状態で設けられ、前記地中支持体の前記頭部の上端部分に第1のねじ部が形成され、支圧板が側方に突出する支圧板付き部材の下端部分に第2のねじ部が形成され、前記第1のねじ部と前記第2のねじ部とを螺合することにより、前記頭部の上端部分と前記支圧板付き部材の下端部分がねじ結合され、前記頭部と前記支圧板とがコンクリート構造体に埋設されて前記地中支持体が前記コンクリート構造体に接合されることを特徴とする。
この構成によれば、地中支持体の頭部と支圧板とを確実に固定することが可能となり、地中支持体と上部構造物の基礎躯体であるコンクリート躯体等のコンクリート構造体との良好な応力伝達を確保し、抵抗力に優れる高品質の支持構造を構築することができる。また、溶接作業が不要であるため杭、グラウンドアンカー等の地中支持体の地面からの突出長を短くすることが可能となり、コンクリート構造体を厚くすることによる経済性の低下を回避することができ、作業や使用材料に関連して施工の経済性を向上することができる。また、カプラーを用いずとも地中支持体と支圧板付き部材とをねじ結合することができ、部品点数を削減することができる。また、地中支持体と支圧板付き部材との所要の結合強度を得るために、第1のねじ部と第2のねじ部の嵌め合い長を長くした場合にも、地中支持体の地面からの突出長をより短くすることができる。
本発明の地中支持体の接合構造は、前記支圧板付き部材の前記支圧板として、第1の支圧板と、前記第1の支圧板の下側に間隔を開けて配置されている第2の支圧板が設けられることを特徴とする
この構成によれば、地中支持体がコンクリート構造体に押し込まれる方向の力に対して下側の第2の支圧板が作用し、外側に拡がるように斜め上方に延びる所要の剪断抵抗面を確保することができると共に、地中支持体がコンクリート構造体から引き抜かれる方向の力に対して上側の第1の支圧板が作用し、外側に拡がるように斜め下方に延びる所要の剪断抵抗面を確保することができる。従って、所要の剪断抵抗面を確保するために必要となるコンクリート構造体の厚さを減少させることができ、コンクリート構造体をより薄くし、作業や使用材料に関連して経済性を高めることができる。
本発明の地中支持体の接合構造によれば、抵抗力に優れる高品質の支持構造を構築することができると共に、杭、グラウンドアンカー等の地中支持体の地面からの突出長を短くすることができ、施工の経済性を向上することができる。
第1実施形態の地中支持体の接合構造の模式断面図。 (a)は第1実施形態における支圧板付き部材の平面図、(b)は第1実施形態における杭の頭部と支圧板付き部材をねじ結合した状態を示す部分拡大断面図。 図2のねじ結合部分の拡大断面図。 (a)〜(e)は第1実施形態における鋼管杭の施工工程を示す説明図。 (a)〜(c)は第1実施形態における鋼管杭の頭部に支圧板付き部材をねじ結合する工程を示す説明図。 (a)は第1実施形態の地中支持体の接合構造において鋼管杭がコンクリート躯体に押し込まれる方向の力に対する剪断抵抗面を示す図、(b)はその鋼管杭がコンクリート躯体から引き抜かれる方向の力に対する剪断抵抗面を示す図。 (a)は従来例の地中支持体の接合構造において鋼管杭がコンクリート躯体に押し込まれる方向の力に対する剪断抵抗面を示す図、(b)はその鋼管杭がコンクリート躯体から引き抜かれる方向の力に対する剪断抵抗面を示す図。 (a)は第2実施形態における支圧板付き部材の平面図、(b)は第2実施形態における鋼管杭の頭部と支圧板付き部材をねじ結合した状態を示す部分拡大断面図。 (a)は従来の地中支持体の接合構造の要部断面図、(b)はその接合構造における支圧板の平面図、(c)はスチフナが溶接されている支圧板の正面図。
〔第1実施形態の地中支持体の接合構造〕
本発明による第1実施形態の地中支持体の接合構造は、図1に示すように、地中に埋め込まれる鋼管杭11が地中支持体である場合の例であり、鋼管杭11の接合構造である。鋼管杭11は、略円筒状であり、地盤100の硬い支持層101に達するまで打ち込まれている。鋼管杭11には、地盤100との摩擦抵抗による支持力を増加させるため、長手方向の所定間隔毎に節状突起111が外周に突出して形成されている。また、鋼管杭11には、長手方向の所定間隔毎に加圧注入されるグラウト材を吐出する吐出孔112が形成されている。
地盤100に打ち込まれた鋼管杭11の周囲には、吐出孔112から周囲の地盤100に吐出されたグラウト材により、地盤改良体12が形成されており、鋼管杭11と地盤改良体100が一体となって後述するコンクリート躯体15或いはその上に構築される上部構造物を支持するようになっている。
鋼管杭11の地盤100から突出する頭部113の上端部分には、図2及び図3に示すように、雄ねじ部114が形成されている。雄ねじ部114は、鋼管杭11の上端に向かって小径となるテーパー状に形成され、且つ台形ねじを配列して形成されている。
鋼管杭11の上側には、支圧板付き部材13が取り付けられる。支圧板付き部材13は、鋼管杭11と対応する外径を有する筒体131を有し、筒体131の上端面に載置するようにして円盤状の第1の支圧板132が固着されており、第1の支圧板132は筒体131の側方に突出して設けられている。第1の支圧板132には中央近傍の2箇所にグラウト注入孔133が形成されており、一方はエア抜き用である。
支圧板付き部材13には、第1の支圧板132の下側に間隔を開けて第2の支圧板134が配置されている。第2の支圧板134は円形鍔状であり、筒体131の中間位置で筒体131の外周に沿って固着され、側方に突出するように設けられている。
支圧板付き部材13の筒体131の下端部分には、雄ねじ部135が形成されている。雄ねじ部135は、筒体131の下端に向かって小径となるテーパー状に形成され、且つ台形ねじを配列して形成されている。そして、支圧板付き部材13の筒体131の下端部分と鋼管杭11の頭部113の上端部分とが筒状のカプラー14を介してねじ結合されている。
カプラー14の内面は、略中央から両端の各々に向かって大径となるテーパー状に形成され、且つ台形ねじを配列して形成されている雌ねじ部141が設けられている。支圧板付き部材13の下端部分と鋼管杭11の上端部分のねじ結合では、鋼管杭11の上端部分の雄ねじ部114にカプラー14の下側の雌ねじ部141を螺合し、支圧板付き部材13の下端部分の雌ねじ部135にカプラー14の上側の雌ねじ部141を螺合することにより結合され、支圧板付き部材13の筒体131の下端面と鋼管杭11の頭部113の上端面とが当接或いは近接して配置される。
鋼管杭11の頭部113と、鋼管杭11にねじ結合された支圧板付き部材13の第1の支圧板132、第2の支圧板134は、図1に示すように、地盤100上に打設されるコンクリート構造体であるコンクリート躯体15(フーチング)に埋設され、コンクリート躯体15に接合されている。
第1実施形態の接合構造を施工する際には、図4(a)に示すように、例えば拡径ビットである削孔ビット21を用いた二重管削孔方式で削孔しつつ鋼管杭11を地盤100に打設する。図4中、22はダウンザホールハンマー、102は地盤100に形成された削孔である。
そして、図示省略する支持層101まで鋼管杭11を打設し、鋼管杭11の頭部113が地盤100の上側に突出する状態にした後、図4(b)に示すように、削孔ビット21を縮径して鋼管杭11内に収容し、削孔ビット21、ダウンザホールハンマー22、削孔ロッド23等の削孔機構を鋼管杭11から抜いて回収する。尚、鋼管杭11の地盤100への打設において、複数の鋼管杭11を連結する際には、下側の鋼管杭11の上端部分と上側の鋼管杭11の下端部分に雄ねじ部114をそれぞれ形成し、支圧板付き部材13のねじ結合で用いるのと同様のカプラー14を下側と上側の雄ねじ部114に螺合して連結すると好適である。
その後、図4(c)に示すように、鋼管杭11内にパッカー24及びグラウト注入管25を挿入してパッカー24を鋼管杭11の下端近傍に配置し、パッカー24を膨張拡径して鋼管杭11内を閉塞してグラウト材を加圧注入する。次に、パッカー24を縮径して引き上げ、再度拡径して、鋼管杭11内を閉塞し、グラウト材を加圧注入する。この作業を繰り返し行うことで、パッカー24を引き揚げながらグラウト注入管25からグラウト材を加圧注入する。注入されたグラウト材は、鋼管杭11の吐出孔112から周囲の地盤100に吐出され、鋼管杭11の周囲にグラウト柱体の地盤改良体12が形成される(図4(d)、(e)参照)。所定の地盤改良体12を形成した後には、グラウト注入管25とパッカー24を鋼管杭11から抜いて回収する。
その後、図5に示すように、鋼管杭11の頭部113の上端部分に形成されている雄ねじ部114に、下側の雌ねじ部141が螺合するようにしてカプラー14を螺合し(図3参照)、更に、鋼管杭11の雄ねじ部114に螺合されたカプラー14の上側の雄ねじ部141に、支圧板付き部材13の雄ねじ部135を螺合するようにして、支圧板付き部材13をねじ結合で取り付ける。尚、取り付けられた支圧板付き部材13の筒体131内には、コンクリート躯体15の打設前にグラウト注入孔133からグラウト材を注入する工程等を行う。
そして、地盤100上にコンクリート躯体15を打設して、鋼管杭11の頭部113と、鋼管杭11にねじ結合された支圧板付き部材13の第1の支圧板132、第2の支圧板134をコンクリート躯体15に埋設し、コンクリート躯体15と接合することにより、第1実施形態の接合構造が完成する。
第1実施形態の地中支持体の接合構造によれば、鋼管杭11の頭部と第1、第2の支圧板132、134とを確実に固定することが可能となり、鋼管杭11とコンクリート躯体15との良好な応力伝達を確保し、抵抗力に優れる高品質の上部構造物の基礎を構築することができる。また、溶接作業が不要であるため鋼管杭11の地面からの突出長を短くすることが可能となり、コンクリート躯体15を厚くすることによる経済性の低下を回避することができ、作業や使用材料に関連して施工の経済性を向上することができる。
また、カプラー14によるねじ結合により、鋼管杭11と支圧板付き部材13の結合部分について高強度の結合部分を形成することができる。また、ねじ部をテーパー状で台形ねじを配列して形成することにより、大きなねじ締結力のねじ結合を得ることができ、雄ねじ部114とカプラー14の嵌め合い長、雄ねじ部135とカプラー14の嵌め合い長を短くすることが可能となり、その分だけ鋼管杭11の地面からの突出長をより短くすることができる。
また、図6に示すように、鋼管杭11がコンクリート躯体15に押し込まれる方向の力に対して下側の第2の支圧板134が作用し、外側に拡がるように斜め上方に延びる所要の剪断抵抗面S1を確保することができると共に、鋼管杭11がコンクリート躯体15から引き抜かれる方向の力に対して上側の第1の支圧板132が作用し、外側に拡がるように斜め下方に延びる所要の剪断抵抗面S2を確保することができる。従って、所要の剪断抵抗面S1、S2を確保するために必要となるコンクリート躯体15の厚さを減少させることができ、コンクリート躯体15をより薄くし、作業や使用材料に関連して経済性を高めることができる。
付言すると、従来例の支圧板2が一枚の接合構造では、図7に示すように、鋼管杭1がコンクリート躯体5に押し込まれる方向の力に対して支圧板2で所要の剪断抵抗面S1’を確保し、鋼管杭1がコンクリート躯体5から引き抜かれる方向の力に対して同一の支圧板2で所要の剪断抵抗面S2’を確保することになるので、所要の剪断抵抗面S1’、S2’の確保に必要なコンクリート躯体5の厚さは、第1の支圧板132と第2の支圧板134の間隔に対応する厚さだけ余分に厚くなってしまう。
〔第2実施形態の地中支持体の接合構造〕
第2実施形態の地中支持体の接合構造は、基本的な構成は第1実施形態と同一であるが、支圧板付き部材16の構成のみが相違する。支圧板付き部材16は、図8に示すように、鋼管杭11と対応する外径を有する筒体161を備え、筒体161は上下に開放されている。
そして、支圧板付き部材16には、筒体161の上端近傍位置の外周に沿って、円形鍔状の第1の支圧板162が側方に突出するように固着して設けられている。また、支圧板付き部材16には、第1の支圧板162の下側に間隔を開けて第2の支圧板163が配置されている。第2の支圧板163も円形鍔状であり、筒体161の中間位置で筒体161の外周に沿って固着され、側方に突出するように設けられている。
支圧板付き部材16の筒体161の下端部分には、雄ねじ部164が形成されている。雄ねじ部164は、筒体161の下端に向かって小径となるテーパー状に形成され、且つ台形ねじを配列して形成されている。そして、支圧板付き部材16の筒体161の下端部分と、第1実施形態と同様の鋼管杭11の頭部113の上端部分とが、第1実施形態と同様の筒状のカプラー14を介してねじ結合されている。
第2実施形態の接合構造の施工の際には、第1実施形態と同様に地盤改良体12の形成、グラウト注入管25とパッカー24の鋼管杭11からの回収を行った後、鋼管杭11の頭部113の上端部分に形成されている雄ねじ部114に、下側の雌ねじ部141が螺合するようにしてカプラー14を螺合し、更に、鋼管杭11の雄ねじ部114に螺合されたカプラー14の上側の雄ねじ部141に、支圧板付き部材16の雄ねじ部164を螺合するようにして、支圧板付き部材16をねじ結合で取り付ける。
取り付けられた支圧板付き部材16の筒体161内には、コンクリート躯体15の打設前に筒体161の上側開放部から筒体161内にグラウト材を注入して充填するか、或いは後工程のコンクリート躯体15の打設時に筒体161内にコンクリートを充填する。そして、第1実施形態と同様、地盤100上にコンクリート躯体15を打設して、鋼管杭11の頭部113と、鋼管杭11にねじ結合された支圧板付き部材16の第1の支圧板162、第2の支圧板163をコンクリート躯体15に埋設し、コンクリート躯体15と接合することにより、第2実施形態の接合構造が完成する。
第2実施形態の地中支持体の接合構造も第1実施形態と同様の効果を奏する。
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明、各実施形態の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものであり、下記変形例も包含する。
例えば鋼管杭11の頭部113の上端部分と支圧板付き部材13、16の下端部分とのねじ結合は、第1、第2実施形態の鋼管杭11の雄ねじ部114と支圧板付き部材13、16の雄ねじ部135、164にカプラー14の雌ねじ部141を螺合するねじ結合以外にも適宜であり、例えば鋼管杭11の頭部113の上端部分に雄ねじ部或いは雌ねじ部である第1のねじ部を形成し、支圧板付き部材13、16の筒体131、161の下端部分に雌ねじ部或いは雄ねじ部である第2のねじ部を形成し、第1のねじ部と第2のねじ部を直接螺合することにより、鋼管杭11の頭部113の上端部分と支圧板付き部材13、16の下端部分をねじ結合するようにすることも可能である。
この第1のねじ部と第2のねじ部を直接螺合する構成によれば、カプラー14を用いずともねじ結合することができ、部品点数を削減することができると共に、鋼管杭11と支圧板付き部材13、16との所要の結合強度を得るために、第1のねじ部と第2のねじ部の嵌め合い長を長くした場合にも、鋼管杭11の地面からの突出長をより短くすることができる。
また、鋼管杭11は、内部に鉄筋や鋼線が建て込まれて併用されるものでもよく、又、二重管削孔方式で打設されるものに限定されず、例えば鋼管本体の先端に羽根状の部材を設けて鋼管本体自体を回転貫入で打設されるもの等でもよい。
また、第1、第2実施形態における支圧板132、134、162、163は、円盤状と円形鍔状としたが、支圧板の形状は適宜であり、例えば矩形、六角形等の穴のない板或いは鍔状の板等とすることが可能である。また、支圧板の枚数は、2枚以外の1枚、或いは3枚以上の複数枚とする場合も本発明に含まれる。また、第1の支圧板132、162と第2の支圧板134、163等の2枚の支圧板を設ける場合、コンクリートの未充填箇所の発生を防止し且つコンクリート躯体15等のコンクリート構造体の厚さを効果的に減少させるため、2枚の支圧板相互の間隔を粗骨材寸法の1.25倍以上又は25mm以上開けて設けることが好ましい。
また、本発明における地中支持体には、地中に設けられて地盤上のコンクリート構造体を支持する適宜のものが含まれ、例えば第1、第2実施形態の鋼管杭11等の杭の他、上部構造物のコンクリート躯体、或いは斜面等で地盤安定のために設けられる補強体等のコンクリート構造物を引張力で支持するグラウンドアンカーに本発明の接合構造を適用することも可能である。
本発明は、例えば地中に設けられる杭やグラウンドアンカーとコンクリート躯体とを接合する際に利用することができる。
1…鋼管杭 1a…頭部 2…支圧板 3…スチフナ 4a、4b、4c…溶接部 5…コンクリート躯体 11…鋼管杭 111…節状突起 112…吐出孔 113…頭部 114…雄ねじ部 12…地盤改良体 13…支圧板付き部材 131…筒体 132…第1の支圧板 133…グラウト注入孔 134…第2の支圧板 135…雄ねじ部 14…カプラー 141…雌ねじ部 15…コンクリート躯体 16…支圧板付き部材 161…筒体 162…第1の支圧板 163…第2の支圧板 164…雄ねじ部 21…削孔ビット 22…ダウンザホールハンマー 23…削孔ロッド 24…パッカー 25…グラウト注入管 100…地盤 101…支持層 102…削孔 S1、S2、S1’、S2’…剪断抵抗面

Claims (4)

  1. 地中支持体の頭部が地盤の上側に突出した状態で設けられ、
    前記地中支持体の前記頭部の上端部分に第1の雄ねじ部が形成され、支圧板が側方に突出する支圧板付き部材の下端部分に第2の雄ねじ部が形成され、前記第1の雄ねじ部と前記第2の雄ねじ部にカプラーの雌ねじ部を螺合することにより、前記頭部の上端部分と前記支圧板付き部材の下端部分がねじ結合され、
    前記頭部と前記支圧板とがコンクリート構造体に埋設されて前記地中支持体が前記コンクリート構造体に接合される
    ことを特徴とする地中支持体の接合構造。
  2. 前記第1の雄ねじ部と前記第2の雄ねじ部の各々が、先端に向かって小径となるテーパー状で台形ねじを配列して形成され、前記カプラーが、略中央から両端の各々に向かって大径となるテーパー状で台形ねじを配列して形成されていることを特徴とする請求項1記載の地中支持体の接合構造。
  3. 地中支持体の頭部が地盤の上側に突出した状態で設けられ、
    前記地中支持体の前記頭部の上端部分に第1のねじ部が形成され、支圧板が側方に突出する支圧板付き部材の下端部分に第2のねじ部が形成され、前記第1のねじ部と前記第2のねじ部とを螺合することにより、前記頭部の上端部分と前記支圧板付き部材の下端部分がねじ結合され、
    前記頭部と前記支圧板とがコンクリート構造体に埋設されて前記地中支持体が前記コンクリート構造体に接合される
    ことを特徴とする地中支持体の接合構造。
  4. 前記支圧板付き部材の前記支圧板として、第1の支圧板と、前記第1の支圧板の下側に間隔を開けて配置されている第2の支圧板が設けられることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の地中支持体の接合構造。
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