JP6522450B2 - Ｓｃ杭 - Google Patents

Description

本発明は、巨大地震等により外殻鋼管が座屈しても圧壊により前記外殻鋼管から剥離した外殻鋼管内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動せず、変形性能（曲げ荷重による杭の変形性、せん断荷重による杭の変形性）が向上したＳＣ杭に関する。

ＳＣ杭は、外殻鋼管内に高強度コンクリートや膨張コンクリートによる円筒層（コンクリート層）を形成してなるものであり、大きな曲げ荷重やせん断荷重が生じてもコンクリートが外殻鋼管の局部座屈を防止するとともに、コンクリートは外殻鋼管により拘束されて大きな靱性を発揮し小径でも大きな耐力を持つことから、概して、杭基礎における上杭として使用されてきている。

しかし、東日本大震災のような巨大地震により高軸力下での繰り返し曲げ荷重やせん断荷重を受けた場合は、ＳＣ杭が最大荷重に達した時に外殻鋼管が座屈し、それによって圧縮側のコンクリート層の一部が外殻鋼管から剥離して外殻鋼管との間に隙間を作るとともに、内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動して杭の耐力が急激に減少し、杭が急激に折れ曲がって軸力が保持できなくなる恐れがある。

しかし、これまでは、このような問題に直面したことがなかったため、ＳＣ杭における耐力の急激な減少による杭の変形については十分に検討されてきていないが、幾つかの特許が公開されている。

例えば、特許文献１には、鋼管の内面に突条を設けることにより、コンクリートにひび割れが発生してもその拡大が抑制される高弾性ＳＣ杭が記載されている。また、特許文献２には、鋼管の内部に膨脹剤を混入した高強度コンクリートをライニングしたＳＣ杭において、該杭の中空内部に膨脹性コンクリート等のコンクリートを中詰めしてなる高靱性ＳＣ杭が記載されている。

特開昭６１−２０７７１６号公報 実開平３−７６０３１号公報

しかし、東日本大震災のような巨大地震が発生した場合には、特許文献１のように鋼管の内面に突条を設けただけでは鋼管の座屈を防ぐことができず、コンクリート層におけるひび割れの拡大や剥離の進行を遅らせることができても、最終的にはコンクリート層の一部が外殻鋼管から剥離して外殻鋼管との間に隙間を作るとともに、内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動して杭の耐力が急激に減少し、杭が急激に折れ曲がって軸力が保持できなくなる恐れがある。

また、特許文献２のように、中空部をコンクリートで中詰めしてしまえば、コンクリート層の一部が外殻鋼管から剥離することにより内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動することは防げるが、施工前に杭中空部に中詰めコンクリートを打設し杭中空部の無いＳＣ杭にすると、杭中空部に土砂が通過しないために施工が困難になる。施工後に中詰めコンクリートを打設し、杭中空部の無いＳＣ杭にするためには、杭内面と打設するコンクリートの付着を良くするために、中空部に充填された杭周固定液や土砂を取り除く必要がある。深い深度になると土砂の除去・清掃は困難になるといった問題が生じるので好ましくない。

本願発明は、上述のような課題を踏まえつつＳＣ杭の耐力向上を図ったものであり、巨大地震にも対応できるように座屈を防止しつつ、外殻鋼管の座屈によりコンクリートの外殻鋼管からの剥離が発生したとしても圧壊した内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内へ移動するのを防ぎ、それによって杭の急激な耐力低下による杭の急激な折れ曲がりを起こさないようにしたＳＣ杭を提供することを目的とする。

本願発明の一つは、「外殻鋼管の内側にコンクリート層を設けてなるＳＣ杭であって、前記コンクリート層の層厚を、層厚／杭半径＝２６〜６０％にするとともに、前記ＳＣ杭における前記コンクリート層の前記層厚の中心より内側に、前記ＳＣ杭の全長に渡って環状に配した軸方向鉄筋の少なくとも一部の区間に横方向鉄筋を巻いた鉄筋カゴを配筋したことを特徴とするＳＣ杭」である。

本願発明が対象とするＳＣ杭は、従来から杭基礎施工に用いられているものであれば特に限定されない。外殻鋼管の内側に設けられるコンクリート層は、無筋のものでも軸方向鉄筋などが配筋された鉄筋コンクリートからなるものでもよい。

コンクリートは、普通コンクリートの他、高強度コンクリート、膨張コンクリート、ポリマー混入コンクリート、繊維補強コンクリートなどを使用することができる。また、外殻鋼管とコンクリート層との付着を良くするため、外殻鋼管の内面に突起を設けるなどして外殻鋼管の内面を凹凸状にしておくことは好ましい。

本願発明では、前記コンクリート層の層厚の割合を、層厚／杭半径＝２６〜６０％にする。ＳＣ杭においては、通常、層厚／杭半径＝２５〜４０％であるが、本願発明ではコンクリート層の層厚を従来より厚くできるようにする。厚くすることによって軸方向鉄筋を配置しやすくし、軸方向鉄筋と鋼管の距離を長くすることにより、より多くのコンクリートをはさみこむことができる。

また、前記コンクリート層には鉄筋カゴを配し、コンクリートを鉄筋コンクリートにする。鉄筋コンクリートにすることによって上述の本願発明の目的が達成し易くなる。

前記鉄筋カゴは、前記ＳＣ杭の全長に渡って環状に配した軸方向鉄筋の少なくとも一部の区間に横方向鉄筋を巻いたものである。軸方向鉄筋はＳＣ杭の全長に渡って環状に配され両端の端板に固定される。軸方向鉄筋は、鉄筋、ＰＣ鋼棒、異形鋼棒、ＰＣ鋼線などである。

軸方向鉄筋の一つの環状における配筋本数は特に限定されない。環が多重でなく一つの場合は６〜５２本程度が好ましい。環が二重の場合は合計で１２〜１０４本程度が好ましい。軸方向鉄筋の太さは、従来からＳＣ杭やＰＨＣ杭に使われているものと同等である。

また、軸方向鉄筋からなる環は、少なくとも一つは、前記ＳＣ杭における前記コンクリート層の前記層厚の中心より内側に設けられる。このような配筋にすることによって、前記コンクリート層における内側のコンクリート（ＳＣ杭内面付近のコンクリート）の杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内へ移動を防ぐことができる。

前記軸方向鉄筋の最内側の環においては、前記軸方向鉄筋の少なくとも一部の区間に横方向鉄筋を巻いたカゴ状のものとなっている。

横方向鉄筋は前記軸方向鉄筋の全長に渡って巻くのが好ましいが、コスト削減、製造の簡略化等を図るのであれば、外殻鋼管の座屈部及びコンクリートの圧壊・剥離部を含む前記軸方向鉄筋の一部の区間に巻くだけでも良い。このようにすれば、コスト削減、製造の簡略化等を図れるとともに本願発明の前記目的が達成し易くなる。なお、前記一部の区間の長さは、前記軸方向鉄筋の全長の１／４以上であるのが好ましい。外殻鋼管の座屈はどこで起こるかわからないので前記区間の長さが短いと本願発明の目的が達成できなくなる虞がある。１／４以上であれば、前記座屈に対する補強効果を高くすることができるとともに、前記移動も防ぎやすくなる。

前記横方向鉄筋はピッチ４０〜１５０ｍｍで巻くのが好ましい。４０ｍｍ未満では横方向筋鉄の編成やコンクリートの投入が困難ととなり、１５０ｍｍを超えるとコンクリートの拘束効果が低減する。

また、横方向鉄筋としては螺旋状鉄筋が好ましい。この螺旋状鉄筋は中でも引張強度３００Ｎ／ｍｍ^２以上で太さ３〜８．５ｍｍのものが好ましい。この範囲のものであれば入手が容易である。

横方向鉄筋は鉄筋カゴの形状を保持するためにとりつけ、前記螺旋状鉄筋の代わりにフープ筋を用いることができる。フープ筋のピッチも４０〜１５０ｍｍが好ましい。４０ｍｍ未満ではフープ筋の製作が困難になり、１５０ｍｍを超えるとコンクリートの拘束効果が低減する。このフープ筋は中でも引張強度３００Ｎ／ｍｍ^２以上で直径６〜１６ｍｍのものが好ましい。この範囲のものであれば入手が容易である。

また、上記本願発明において、前記コンクリート層の前記層厚の中心の内側だけでなく、該中心より外側にも前記ＳＣ杭の全長に渡って環状に軸方向鉄筋を配して軸方向鉄筋を二重環構造にし、内側の軸方向鉄筋と外側の軸方向鉄筋とを固定治具で固定したＳＣ杭にすることもできる。このように軸方向鉄筋を二重環構造にすれば、前記座屈やコンクリートの圧壊に対する抵抗力を増すことができ、杭の耐力を高めることができる。

前記コンクリート層の前記層厚の中心の外側に配する軸方向鉄筋も、内側に配する軸方向鉄筋と同様、ＰＣ鋼棒、異形鋼棒、ＰＣ鋼線などを使用することができる。内側と外側とで必ずしも同じ種類や太さの軸方向鉄筋を使用する必要はなく、これらを変えることができる。内側の軸方向鉄筋と外側の軸方向鉄筋との間隔は、内側軸方向鉄筋と外側方向鉄筋との間にコンクリートが充填するようにするために、骨材径以上の間隔にするのが好ましい。

内側の軸方向鉄筋と外側の軸方向鉄筋とは固定治具で固定する。固定治具による固定は、作用する力に応じて任意の位置で行う。例えば、軸方向鉄筋の全長に渡っての固定、端部のみの固定、中央部のみの固定などである。

このような固定を行うことにより、内側の軸方向鉄筋と外側の軸方向鉄筋が一体し、コンクリートの変形に有効に抵抗する。固定治具は、例えば、鉄製、プラスチック製、ステンレス製などによる従来から用いられているものである。

前記外側の軸方向鉄筋と前記外殻鋼管との間にはスペーサを設けるのが好ましい。スペーサを設けることによって外側の軸方向鉄筋と鋼管の距離が確保できる。スペーサは、例えば、鉄製、プラスチック製、コンクリート製・モルタル製、ステンレス製によるものであり、形状は特に限定されない。軸方向鉄筋を両端板にしっかり固定できる場合は、スペーサは特に必要ない。

なお、外側の軸方向鉄筋にも、内側の軸方向鉄筋の場合と同様に、少なくとも一部の区間にも横方向鉄筋を巻くことで、鉄筋カゴの形状を安定させ、コンクリートの拘束効果をより高めることができる。外側の横方向鉄筋についても螺旋状鉄筋またはフープ筋を用いることができる。

外側の横方向鉄筋の引張強度、太さ、ピッチ、配置区間の長さ等は、上述した内側の横方向鉄筋の場合と同様としてもよいが、発明本来の効果である外殻鋼管の座屈に起因してコンクリートが圧壊することにより生じたコンクリート片の杭中空部内への移動阻止の観点からは、コンクリート片の移動阻止に対する外側の横方向鉄筋による直接的な効果は少ないため、内側の横方向鉄筋に比べ、引張強度が弱い螺旋状鉄筋あるいはフープ筋、または細い螺旋状鉄筋あるいはフープ筋を用いてもよい。

前記二重環構造において、前記内側の軸方向鉄筋の本数と前記外側の軸方向鉄筋の本数は同じでも良いし変えても良い。本数が同じの場合、内側の軸方向鉄筋と外側の軸方向鉄筋の配置位置を、半径方向の線上に並べても良いし周方向にずらしても良い。

これらを周方向にずらし断面千鳥状に配筋すると、半径方向の線上に並べた場合に比べて、１本の外側軸方向鉄筋を２本の内側軸方向鉄鉄筋で固定できるため、外側の軸方向鉄筋が安定する。

内側の軸方向鉄筋の本数と前記外側の軸方向鉄筋の本数を変えて配筋する場合は、外側の軸方向鉄筋の本数が内側の軸方向鉄筋の本数より少なくなるようにするのが好ましい。例えば、外側４本に対し内側８本、外側６本に対し内側８本などである。このように、内側の軸方向鉄筋の本数を外側のそれより多くすることによって、内側軸方向鉄筋が、鋼管から内側軸方向鉄筋にはさまれたコンクリートを拘束できる。

前記コンクリート層の前記層厚の中心より内側に配筋された前記軸方向鉄筋の前記コンクリート層内面からのかぶり厚さ（コンクリート内面から最内側の軸方向鉄筋までの距離）は、ＳＣ杭の径に応じ、１５〜１５０ｍｍであるのが好ましい。１５ｍｍ未満ではコンクリートの中性化による劣化が懸念され１５０ｍｍを超えると鋼管から内側軸方向鉄筋にはさまれたコンクリート量が減少し、拘束効果が減少する。

前述の通り、本願発明では、軸方向鉄筋の種類や材質・形状は特に限定されないが、前記コンクリート層の前記層厚の中心より内側に配筋される前記軸方向鉄筋はＰＣ鋼棒であるのが好ましい。ＰＣ鋼棒は入手が容易であるからして、内側の軸方向鉄筋をＰＣ鋼棒にすることにより端板に固定するヘディング加工や転造加工が容易にできる。

本願発明によれば、従来のＳＣ杭に比べて座屈し難く、外殻鋼管の座屈によりコンクリートの外殻鋼管からの剥離が発生したとしてもコンクリートの圧壊により生じたコンクリート片の杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内への移動（杭の中心方向へ向かっての移動）を防ぎ、それによって杭の急激な耐力低下による杭の急激な折れ曲がりを起こさない、杭の変形性能を向上させた（最大荷重を超えて、変位がすすんでも、荷重が急激に低下しない）ＳＣ杭が得られる。

ＳＣ杭が曲げ荷重やせん断荷重を受けた場合、外殻鋼管が座屈し膨らむことにより内側のコンクリート層のコンクリートが外殻鋼管から剥離して外殻鋼管との間に隙間を形成し、圧壊した内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動する様子を描いた模式図である。 ＳＣ杭にかかる曲げ荷重やせん断荷重（耐力）とＳＣ杭の変形量との関係を示すイメージ図である。 コンクリート層内に軸方向鉄筋と横方向鉄筋としての螺旋状鉄筋とからなる鉄筋カゴを配した本願発明のＳＣ杭の例である。（ａ）は（ｂ）に示すＡの位置での横断面図、（ｂ）は一部の正面図を示す。 コンクリート層内に二重環構造の軸方向鉄筋と横方向鉄筋としての螺旋状鉄筋とからなる鉄筋カゴを配した本願発明のＳＣ杭の例である。（ａ）は（ｂ）に示すＢの位置での横断面図、（ｂ）は一部の正面図を示す。 コンクリート層内に二重環構造の軸方向鉄筋と横方向鉄筋としての二重の螺旋状鉄筋とからなる鉄筋カゴを配した本願発明のＳＣ杭の例である。（ａ）は（ｂ）に示すＣの位置での横断面図、（ｂ）は一部の正面図を示す。 コンクリート層に配される軸方向鉄筋と横方向鉄筋としての螺旋状鉄筋による鉄筋カゴの設置状況例を示す正面図である。（ａ）は螺旋状鉄筋を軸方向鉄筋の全長に渡って巻いた例、（ｂ）は螺旋状鉄筋を軸方向鉄筋の一部の区間に巻いた例である。 軸方向鉄筋の二重環構造における軸方向鉄筋の配置例を示す断面図である。（ａ）は内側鉄筋（内側の軸方向鉄筋）と外側鉄筋（その側の軸方向鉄筋）の本数が同じであり、これらを半径方向の同一線上に配した例、（ｂ）は内側鉄筋と外側鉄筋の本数が同じであり、これらを周方向にずらして配した例、（ｃ）は内側鉄筋の本数が外側鉄筋の本数より多く、内側鉄筋の一部と外側鉄筋を半径方向の同一線上に配した例、（ｄ）は内側鉄筋の本数が外側鉄筋の本数が多く、内側鉄筋のすべてが外側鉄筋と半径方向の同一線上に並ばないよう、これらを周方向にずらして配した例である。 軸方向鉄筋の二重環構造において、内側鉄筋（内側の軸方向鉄筋）と外側鉄筋（外側の軸方向鉄筋）の固定治具による固定の仕方を示す断面図である。（ａ）は外側鉄筋１本を内側鉄筋１本で固定する場合、（ｂ）は外側鉄筋１本を内側鉄筋２本で固定する場合、（ｃ）は外側鉄筋と内側鉄筋の各１本を他の２本で連続固定する場合を示す断面図である。 固定治具の例と該固定治具による内側鉄筋（コンクリート層における内側の軸方向鉄筋）と外側鉄筋（コンクリート層における外側の軸方向鉄筋）との固定例を示す図である。（ａ）は固定前の状態を示す図、（ｂ）は固定時の状態を示す図、（ｃ）は固定治具の設置状態を示す図である。 図３に示すような軸方向鉄筋が単環構造のＳＣ杭の製造方法例を示す図である。 図４に示す軸方向鉄筋が二重環構造のＳＣ杭の製造方法例を示す図である。

以下、本願発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本願発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は、ＳＣ杭が曲げ荷重やせん断荷重を受けた場合、外殻鋼管が座屈し膨らむことにより内側のコンクリート層のコンクリートが外殻鋼管から剥離して外殻鋼管との間に隙間を形成し、圧壊した内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動する様子を描いた模式図である。

図に示すように、外殻鋼管が座屈し膨らんだ箇所のコンクリート層（斜線の部分）は圧壊し外殻鋼管から剥離することにより外殻鋼管との間に隙間が生じ、内側のコンクリートは杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動する。すると、急激に杭の耐力が低下して杭は急激に折れ曲がる。

ＳＣ杭は外殻鋼管とコンクリート層からなるため、通常のコンクリート既製杭より耐力があるが、巨大地震等により巨大な曲げ荷重やせん断荷重を受けた場合はＳＣ杭でもこのような座屈が想定される。

外殻鋼管の座屈やそれによるコンクリートのひび割れや外殻鋼管からの剥離は完全に防げないまでも、図のような圧壊したコンクリートの杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内への移動（杭の中心方向へ向かっての移動）を防止できれば杭の急激な耐力低下の防止といった効果が生ずる。本願発明の主たる目的は、図のようなコンクリートの移動（離脱）を防止することである。

図２は、ＳＣ杭にかかる曲げ荷重やせん断荷重（耐力）とＳＣ杭の変形量との関係を示すイメージ図である。従来のＳＣ杭では、曲げ荷重、せん断荷重が最大荷重に達した時に外殻鋼管が座屈し、それによって圧縮側のコンクリートが圧壊して内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動（離脱）する。そうすると、図の実線に示すように、杭の耐力が急激に低下して軸力が保持できなくなるため杭は急激に折れ曲がる。

本願発明のＳＣ杭では、前記座屈やコンクリートの剥離を完全に防止できなかったとしてもコンクリート片の杭中空部への剥離は完全に防止できるので、図の破線に示すように、杭の耐力を緩やかに低下させることができ、それによって杭の急激な折れ曲がりを防ぐことができる。したがって、杭が破損しても、鉛直支持力が失われず、建物が傾斜しないといった効果が生ずる。

本願発明で言う「変形性能」とは、変形に伴う荷重保持能力であり、「変形性能の向上」とは、急激に折れ曲がることなく、荷重が急激に低下せずゆっくりと大きく変形する（最大荷重を超えて、変位が進行してでも、荷重が急激に低下しない）能力である。

図３は、コンクリート層内に軸方向鉄筋と横方向鉄筋としての螺旋状鉄筋とからなる鉄筋カゴを配した本願発明のＳＣ杭の例である。（ａ）は（ｂ）に示すＡの位置での横断面図、（ｂ）は一部の正面図を示す。

ＳＣ杭１は、肉厚６ｍｍの外殻鋼管２の内側に層厚１１４ｍｍの高強度コンクリートからなるコンクリート層３を形成してなるものであり、端部には端板４が設けられている。ＳＣ杭１の外径は６００ｍｍである。

コンクリート層３の層厚の割合は、層厚／杭半径＝２６〜６０％であり、従来のＳＣ杭におけるコンクリート層の層厚（層厚／杭半径＝２５〜４０％）より厚くできるようにする。このようにするのは、鋼管と内側軸方向鉄筋との距離を長くし、鋼管と内側軸方向鉄筋との間に挟み込まれるコンクリート面積を多くできるからである。

コンクリート層３の前記層厚の中心より内側に、ＳＣ杭１の全長に渡って環状に配した軸方向鉄筋５に螺旋状鉄筋６を巻いた鉄筋カゴ７が配筋される。軸方向鉄筋５をコンクリート層３の前記層厚の中心より内側に配筋するのは、その方が内側軸方向鉄筋、鋼管内側の距離が長くなり、より多くのコンクリートを拘束できるからである。軸方向鉄筋５は端板４に固定される。

螺旋状鉄筋６のピッチＰは４０〜１５０ｍｍが好ましい。４０ｍｍ未満ではコンクリートの投入が困難になり、１５０ｍｍを超えるとコンクリートの拘束効果が低減する。

コンクリート層３をこのような鉄筋カゴ７を配した鉄筋コンクリートにすることにより、従来のＳＣ杭に比べて座屈し難く、外殻鋼管２の座屈によりコンクリートの外殻鋼管２からの剥離が発生したとしてもコンクリートの圧壊により生じたコンクリート片の杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部８内への移動（杭の中心方向へ向かっての移動）を防ぎ、それによって杭の急激な耐力低下による杭の急激な折れ曲がりを起こさない、杭の変形性能を向上させたＳＣ杭１が得られる。

図中、Ｄはコンクリート層３の内面からのかぶり厚さ（内面から内側の軸方向鉄筋までの距離）である。Ｄは１５〜１５０ｍｍにするのが好ましい。１５ｍｍ未満では内側のコンクリートが中性化し劣化するおそれがあり１５０ｍｍを超えると軸方向鉄筋と鋼管との距離が短くなりコンクリートの拘束効果が低減する。

なお、図に示すように、杭中空部８は杭施工前（杭使用前）は中空であるが、杭施工時には杭周固定液や掘削土砂で満たされ中空ではなくなることは言うまでもない。

図４は、コンクリート層内に二重環構造の軸方向鉄筋と横方向鉄筋としての螺旋状鉄筋とからなる鉄筋カゴを配した本願発明のＳＣ杭の例である。（ａ）は（ｂ）に示すＢの位置での横断面図、（ｂ）は一部の正面図を示す。

この発明では、コンクリート層３の前記層厚の中心より外側にも環状に軸方向鉄筋５を配して軸方向鉄筋５を二重環構造にする点で、上述の図３に示す発明のものとは異なる。

この発明では、鉄筋カゴ７は、外側の軸方向鉄筋５と内側の軸方向鉄筋５と螺旋状鉄筋６と固定治具９とで構成される。螺旋状鉄筋６は、少なくとも内側（コンクリート層３の内面側）の軸方向鉄筋５に対しては巻く。このようにすることにより、コンクリート層３の一部圧壊により発生したコンクリート片の杭中空部８内への移動（杭の中心方向へ向かっての移動）を防ぎ易くなる。外側の軸方向鉄筋５に対しても螺旋状鉄筋を巻いても良いが、コスト高になったり製造工程が複雑になったりするので必須要件ではない。

このように軸方向鉄筋５を二重環構造にすれば、前記座屈やコンクリートの圧壊に対する抵抗力を増すことができ、杭の耐力を高めることができる。

コンクリート層３における内側の軸方向鉄筋５と外側の軸方向鉄筋５とは固定治具９で固定する。固定治具９による固定は、作用する力に応じて任意の位置で行えばよく特に限定されない。例えば、軸方向鉄筋の全長に渡っての固定、端部のみの固定、中央部のみの固定などである。

このような固定を行うことにより、内側軸方向鉄筋と外側軸方向鉄筋が一体となりコンクリートの内側への移動に抵抗する。固定治具９は、内側軸方向鉄筋と外側軸方向鉄筋を固定できるような鉄製、プラスチック製、ステンレス製の板でよい。例えば、後述の図８に示すものである。

軸方向鉄筋は、両方向の端板に固定されるため、外側軸方向鉄筋と鋼管内側の距離が保つためのスペーサは必要ないが、杭長が長い場合で、杭製造時の遠心成形によって鉄筋カゴが円周方向に移動するおそれがある場合には、外側の軸方向鉄筋５と外殻鋼管２との間にはスペーサ１０を設ける。スペーサ１０を設けることによって外側軸方向鉄筋と鋼管内側の距離が保てる。スペーサ１０は、例えば、鉄製、プラスチック製、コンクリート製、モルタル製、ステンレス製といった従来から鉄筋コンクリート工事に使用されているものでよい。スペーサは、内側の軸方向鉄筋５と外殻鋼管２との間に設けてもよい。

図５は、コンクリート層内に二重環構造の軸方向鉄筋と横方向鉄筋としての二重の螺旋状鉄筋とからなる鉄筋カゴを配した本願発明のＳＣ杭の例である。（ａ）は（ｂ）に示すＣの位置での横断面図、（ｂ）は一部の正面図を示す。

上述の図４の例では、内側の軸方向鉄筋５だけに螺旋状鉄筋６を巻き、外側の軸方向鉄筋５には螺旋状鉄筋を巻いていないのに対し、図５は外側の軸方向鉄筋５にも螺旋状鉄筋６'を巻いた場合である。

このように外側の軸方向鉄筋５にも螺旋状鉄筋６'を巻くことで、鉄筋カゴの形状を安定させ、コンクリートの拘束効果をさらに高めることができる。その他の構成は、基本的に図４の場合と同様であるので、説明を省略する。

図６は、コンクリート層に配される軸方向鉄筋と横方向鉄筋としての螺旋状鉄筋による鉄筋カゴの設置状況例を示す正面図である。（ａ）は螺旋状鉄筋を軸方向鉄筋の全長に渡って巻いた例、（ｂ）は螺旋状鉄筋を軸方向鉄筋の一部の区間に巻いた例である。

図６（ａ）に示すように、本願発明のＳＣ杭１においては、通常、軸方向鉄筋５と螺旋状鉄筋６による鉄筋カゴ７を軸方向鉄筋５の全長に渡って設ける。このようにすることによって、杭の座屈に対する補強を高めることができるとともに、杭のどの箇所で座屈が起こっても、コンクリート層３の一部圧壊により発生したコンクリート片の杭中空部８内への移動（杭の中心方向へ向かっての移動）を阻止できる。

用いる螺旋状鉄筋６は、引張強度３００Ｎ／ｍｍ^２以上のものが好ましい。３００Ｎ／ｍｍ^２未満だとコンクリートの拘束効果が低減する。螺旋状鉄筋６の太さは、従来から杭に使用されているものと同等でよく、特に限定されない。

螺旋状鉄筋６は必ずしも軸方向鉄筋５の全長に渡って設ける必要はなく、図６（ｂ）に示すように、軸方向鉄筋５の一部の区間にだけ設けることもできる。本願発明の第１の目的は、前述の通り、前記移動を防ぐことにあるので、前記移動が起こりそうな箇所にだけ設けておけば第１の目的は達成できる。

但し、螺旋状鉄筋６を巻く区間の長さは、軸方向鉄筋５の全長の１／４以上であるのが好ましい。外殻鋼管２の座屈はどこで起こるかわからないので前記区間の長さが短いと本願発明の前記第１の目的が達成できなくなる虞がある。１／４以上であれば、前記座屈に対する補強効果を高くすることができるとともに、前記移動も防ぎ易くなる。

図７は、図４に示す軸方向鉄筋の二重環構造における軸方向鉄筋の配置例を示す断面図である。（ａ）は内側鉄筋（内側の軸方向鉄筋）と外側鉄筋（その側の軸方向鉄筋）の本数が同じであり、これらを半径方向の同一線上に配した例、（ｂ）は内側鉄筋と外側鉄筋の本数が同じであり、これらを周方向にずらして配した例、（ｃ）は内側鉄筋の本数が外側鉄筋の本数より多く、内側鉄筋の一部と外側鉄筋を半径方向の同一線上に配した例、（ｄ）は内側鉄筋の本数が外側鉄筋の本数が多く、内側鉄筋のすべてが外側鉄筋と半径方向の同一線上に並ばないよう、これらを周方向にずらして配した例である。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、通常、内側鉄筋５−１と外側鉄筋５−２の本数は同じにするが、必ずしも同じにする必要はなく変えても良い。その場合は、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、外側鉄筋５−２の本数が内側鉄筋５−１の本数より少なくなるようにするのが好ましい。この例では、外側４本に対し内側８本である。このように、内側鉄筋５−１の本数を外側鉄筋５−２より多くすることによって、外側鉄筋の本数が少ないために端板への固定作業が簡略化され、製造時に内側軸方向鉄筋と外側軸方向鉄筋との間をコンクリートが流動しやすくなり、コンクリートの充填性が良くなる。

また、図７（ｂ）、（ｄ）に示すように、内側鉄筋５−１と外側鉄筋５−２のすべてを周方向にずらして断面千鳥状に配することもできる。このようにすることによって、外側鉄筋１本で内側鉄筋２本を固定することにより、外側鉄筋の円周および上下方向が固定されるため、より強固な鉄筋カゴが得られる。外側鉄筋１本と内側鉄筋２本に挟まれる三角形の領域で、コンクリートを挟むため、よりコンクリートの拘束効果が増加する。

図８は、図４に示す軸方向鉄筋の二重環構造において、内側鉄筋（内側の軸方向鉄筋）と外側鉄筋（外側の軸方向鉄筋）の固定治具による固定の仕方を示す断面図である。（ａ）は外側鉄筋１本を内側鉄筋１本で固定する場合、（ｂ）は外側鉄筋１本を内側鉄筋２本で固定する場合、（ｃ）は外側鉄筋と内側鉄筋の各１本を他の２本で連続固定する場合を示す断面図である。

図８（ａ）に示すように、通常、外側鉄筋５−２の１本と内側鉄筋５−１の１本とを固定治具９で固定する。このような固定を行うことにより、外側鉄筋と内側鉄筋が一体となり、コンクリート層３の一部圧壊により発生したコンクリート片の杭中空部８内への移動（杭の中心方向へ向かっての移動）をより効果的に阻止できる。

該固定は、図８（ｂ）に示すように、外側鉄筋５−２の１本を内側鉄筋５−１の２本で固定してもよい。このような固定を行えば、外側鉄筋の円周および上下方向が固定されるため、より強固な鉄筋カゴが得られる。

また、該固定は、図８（ｃ）に示すように、外側鉄筋５−２と内側鉄筋５−１の各１本を他の２本で連続固定することもできる。このような固定にすれば変形し難い強固な鉄筋カゴが得られるので杭の座屈に対する補強がより強化でき、コンクリート層３の一部圧壊により発生したコンクリート片の杭中空部８内への移動（杭の中心方向へ向かっての移動）をより効果的に阻止できる。

図９は、固定治具の例と該固定治具による内側鉄筋（コンクリート層における内側の軸方向鉄筋）と外側鉄筋（コンクリート層における外側の軸方向鉄筋）との固定例を示す図である。（ａ）は固定前の状態を示す図、（ｂ）は固定時の状態を示す図、（ｃ）は固定治具の設置状態を示す図である。

この例では、固定治具９は上下に切欠き部のある２枚の金属片からなる。また、中央にはボルト穴１１が設けられている。図９（ａ）に示すように、２枚の金属片で内側鉄筋５−１と外側鉄筋５−２を挟み込みボルト穴１１にボルト１２を通して固定する。ボルトではなく番線などを用いて固定してもよい。

図９（ｂ）に示すように、固定治具９の２枚の金属片の切欠き部を合わせることにより内側鉄筋５−１と外側鉄筋５−２を挟み込み固定する。

固定治具９は、図９（ｃ）に示すような状態で設置される。固定治具９による固定は、作用する力に応じて任意の位置で行うことができる。例えば、軸方向鉄筋の全長に渡っての固定、端部のみの固定、中央部のみの固定などである。

次に、本願発明のＳＣ杭の製造方法の概要を示す。

図１０は、図３に示すような軸方向鉄筋が単環構造のＳＣ杭の製造方法例を示す図である。以下にその概要を示す。

(1)軸方向鉄筋５と螺旋状鉄筋６とからなる鉄筋カゴ７を作る。（ａ）
(2)鉄筋カゴ７の片側に端板４を取り付ける（ｂ）
(3)外殻鋼管２に鉄筋カゴ７を入れる。（ｃ）
(4)残りの片側に端板４を取付けナット１３で固定し、端板４，４と外殻鋼管２を溶接１４で一体化する。（ｄ）
(5)外殻鋼管２を型枠１５にセットし、コンクリート注入管１８でコンクリート１７を注入しながら遠心成形する。（ｅ）
(6)養生後、型枠１５を脱型することによりＳＣ杭１を得る。なお、養生方法は、常圧蒸気養生、高温高圧蒸気養生である。（ｆ）

図１１は、図４に示す軸方向鉄筋が二重環構造のＳＣ杭の製造方法例を示す図である。以下にその概要を示す。

(1)軸方向鉄筋５（内側鉄筋）と螺旋状鉄筋６とからなる鉄筋カゴ７の一部を作る。（ａ）
(2)鉄筋カゴ７の一部の外側に軸方向鉄筋５（外側鉄筋）を配置し内側鉄筋と外側鉄筋とを固定治具９を用いて固定して鉄筋カゴ７を得るとともに、該鉄筋カゴ７の片側に端板４を取り付ける。（ｂ）
(3)外殻鋼管２に鉄筋カゴ７を入れる。（ｃ）
(4)残りの片側に端板４を取付けナット１３で固定し、端板４，４と外殻鋼管２を溶接１４で一体化する。（ｄ）
(5)外殻鋼管２を型枠１５にセットし、コンクリート注入管１８でコンクリート１７を注入しながら遠心成形する。（ｅ）
(6)養生後、型枠１５を脱型することによりＳＣ杭１を得る。なお、養生方法は、常圧蒸気養生、高温高圧蒸気養生である。（ｆ）

以上述べたように、本願発明のＳＣ杭は、従来のＳＣ杭に比べ、杭の耐力（曲げ性能、せん断性能、鉛直保持性能など）向上、急激な折れ曲がりを起こさず最大荷重を超えて変位が進んでも、荷重が急激に低下しないといった変形性能の向上を図ったものであるからして、今後発生が想定される巨大地震への対応が期待できる。

１…ＳＣ杭、２…外殻鋼管、３…コンクリート層、４…端板、５…軸方向鉄筋、６、６'…螺旋状鉄筋（横方向鉄筋）、７…鉄筋カゴ、８…杭中空部、９…固定治具、１０…スペーサ、１１…ボルト穴、１２…ボルト、１３…ナット、１４…溶接、１５…型枠、１６…ゴム、１７…コンクリート、１８…コンクリート注入管、１９…コンクリート漏れ防止蓋

Claims (6)

1. 外殻鋼管の内側にコンクリート層を設けてなるＳＣ杭であって、前記コンクリート層の層厚の割合を、層厚／杭半径＝２６〜６０％にするとともに、前記ＳＣ杭における前記コンクリート層の前記層厚の中心より内側に、前記ＳＣ杭の全長に渡って環状に配した軸方向鉄筋の少なくとも一部の区間に横方向鉄筋を巻いた鉄筋カゴを配筋し、前記コンクリート層の前記層厚の中心より外側にも前記ＳＣ杭の全長に渡って環状に軸方向鉄筋を配して軸方向鉄筋を二重環構造にし、内側の軸方向鉄筋と外側の軸方向鉄筋とを固定治具で固定してあることを特徴とするＳＣ杭。
2. 前記外側の軸方向鉄筋の少なくとも一部の区間にも横方向鉄筋を巻いてあることを特徴とする請求項１に記載のＳＣ杭。
3. 前記二重環構造において、前記内側の軸方向鉄筋の本数と前記外側の軸方向鉄筋の本数とが同じであり、これらが周方向にずれて断面千鳥状に配筋されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＳＣ杭。
4. 前記外側の軸方向鉄筋の本数が前記内側の軸方向鉄筋の本数より少ないことを特徴とする請求項１または２に記載のＳＣ杭。
5. 前記コンクリート層の前記層厚の中心より内側に配筋された前記軸方向鉄筋の前記コンクリート層内面からのかぶり厚さが１５〜１５０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＳＣ杭。
6. 前記コンクリート層の前記層厚の中心より内側に配筋された前記軸方向鉄筋がＰＣ鋼棒であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＳＣ杭。

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