JP6610183B2 - 既製杭 - Google Patents

Description

本開示は既製杭及び既製杭製造方法に関する。

杭基礎を構成する杭には、地震時に杭頭部に大きな曲げモーメントが作用する。そこで、既製杭の中でも高い靭性を有するＳＣ杭（外殻鋼管付き既製コンクリート杭）が、杭頭部に用いられることが多い。
ＳＣ杭は、例えばプレボーリング工法の一種であるセメントミルク工法によって、予め掘られた杭孔に沈設される。ＳＣ杭の外周面と杭孔の壁面との間にはソイルセメントによって杭周部が構成され、ＳＣ杭は、地震時にソイルセメントを介して水平方向の力を受ける。

一方、杭基礎には鋼管杭も使用されている。鋼管杭も、予め掘られた杭孔に沈設される。言い換えれば、鋼管杭は、ソイルセメント中に埋設される。この種の鋼管杭には、外周面に突起が設けられたものがある（特許文献１参照）。特許文献１の鋼管杭は、両面に突起を設けた鋼板をスパイラル状に巻き、継ぎ目を溶接して形成される。
これに対し、特許文献２は、鋼管杭やＳＣ杭の外周面に異形鉄筋を溶接することによって、これら鋼管杭やＳＣ杭の外周面に突起を形成することを開示している。

特開昭６３−９７７１１号公報 特開２００９−６８３２６号公報

ソイルセメント中に鋼管杭を埋設した場合、鋼管杭の内部にはソイルセメントが充填される。ソイルセメントの強度はコンクリートに比べて小さくなる。このため、杭孔内の鋼管杭の内部に単にコンクリートを充填したとしても、充填されたコンクリートの強度は、遠心力を利用して成形されたＳＣ杭等のプレキャストコンクリートの強度には及ばない。
一方、特許文献２が開示するように、ＳＣ杭の外周面に異形鉄筋を溶接すると当該ＳＣ杭の強度に影響を及ぼすおそれがあるとともに、溶接作業は煩雑であるためコストがかかる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、簡単な構成にて、高強度且つ高靭性であって周囲との一体性を向上可能である既製杭及び既製杭製造方法を提供することにある。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る既製杭は、
金属製の筒形状の外殻と、
前記外殻の内部に遠心力を利用して成形され、コンクリートによって構成された筒形状の本体部と、
前記外殻の外周面に圧延によって一体に成形され、前記外殻の周方向に沿って延びる突条と
を備える。

上記構成（１）の既製杭は、金属製の外殻を有するので高い靭性を有する。また本体部が遠心力を利用して成形された筒形状のコンクリートによって構成されているので、高い強度を有する。
更に、上記構成（１）の既製杭は、外殻の外周面に突条を有するので、既製杭が杭孔内に沈設されたとき、既製杭と周囲との一体性、例えばソイルセメントとの一体性を向上させることができる。
一方、上記構成（１）では、突条が外殻に対し圧延により一体に成形されているので、既製杭を簡単に製造することができる。

（２）本発明の少なくとも一実施形態に係る既製杭製造方法は、
金属製の筒形状の外殻であって、圧延によって一体に成形され、前記外殻の周方向に沿って延びる突条を外周面に有する外殻を用意する外殻準備工程と、
前記外殻の内部に遠心力を利用してコンクリートによって構成された筒形状の本体部を成形するプレキャスト工程と
を備える。

上記構成（２）の既製杭製造方法によれば、金属製の外殻を用いることで、得られる既製杭が高い靭性を有する。また、遠心力を利用して、筒形状のコンクリートによって構成された本体部を成形しているので、得られる既製杭が高い強度を有する。
更に、上記構成（２）の既製杭製造方法では、用意される外殻が外周面に突条を有するので、得られる既製杭の周囲との一体性、例えばソイルセメントとの一体性が高い。なおここで、突条は、外殻に対し圧延により一体に成形されているので、簡単に形成することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、簡単な構成にて、高強度且つ高靭性であって周囲との一体性を向上可能である既製杭及び既製杭製造方法が提供される。

本発明の一実施形態に係る構造体の概略的な構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る既製杭の構成を概略的に示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る既製杭の構成を概略的に示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る既製杭の構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る既製杭製造方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る既製杭の製造方法を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、構造体１の概略的な構成を示す図である。構造体１は、複数の既製杭２と、複数の既製杭２によって支持された上部構造３と、複数の既製杭２と上部構造３とを接続するパイルキャップ４ａ及び基礎梁４ｂとを有する。複数の既製杭２、パイルキャップ４ａ及び基礎梁４ｂは、上部構造３を支持するための杭基礎６を構成している。
複数の既製杭２は、例えば、鉛直方向に配列されて列をなし、複数の既製杭２によって構成される列が水平方向に離間して並列に配置されている。各列において、既製杭２同士は、図示しない杭継手や溶接によって相互に連結されている。

図２乃至図４は、本発明の一実施形態に係る既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃの構成を概略的に示す図である。既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、それぞれ図１中の既製杭２に適用可能である。なお、図２乃至図４において、左半分は側面図であり、右半分は断面図であり、円内は断面の一部を拡大して示している。

図２乃至図４に示したように、既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、外殻１０と、本体部１２とを備えている。外殻１０は、例えばＳＫＫ４００やＳＫＫ４９０等の金属製であり、筒形状を有する。
本体部１２は、コンクリートによって構成されて筒形状を有し、外殻１０の内部に遠心力を利用して成形されたものである。従って、本体部１２は外殻１０に対し密着している。
そして、既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、少なくとも１つの突条１４を備えている。

突条１４は、外殻１０の外周面１６に圧延によって一体に成形されている。突条１４は、外殻１０の外周面１６から外殻１０の径方向に突出し、且つ外殻１０の周方向に沿って延びている。なお、突条１４を形成するための圧延は、筒形状に成形される前の外殻１０の原材料に対して行われてもよい。

上記構成の既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、金属製の外殻１０を有するので高い靭性を有する。また本体部１２が遠心力を利用して成形された筒形状のコンクリートによって構成されているので、高い強度を有する。
更に、上記構成の既製杭２Ａ，２Ｂ、２Ｃは、外殻１０の外周面１６に突条１４を有するので、既製杭２Ａ，２Ｂ、２Ｃが杭孔内に沈設されたとき、既製杭２Ａ，２Ｂ、２Ｃと周囲との一体性、例えばソイルセメントとの一体性を向上させることができる。
一方、上記構成では、突条１４が外殻１０に対し圧延により一体に成形されているので、既製杭２Ａ，２Ｂ、２Ｃを簡単に製造することができる。

幾つかの実施形態では、突条１４を含む既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃの外径Ｄｎ（図２乃至図４参照）は４０５ｍｍ以上１６３０ｍｍ以下である。
幾つかの実施形態では、突条１４を含まない既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃの外径Ｄｐ（即ち軸部。図２乃至図４参照）は４００ｍｍ以上１６００ｍｍ以下である。

幾つかの実施形態では、図２乃至図４に示したように、既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、本体部１２の両端に配置される金属製の環形状の端板１８有している。端板１８は、例えば外殻１０に対し溶接によって固定される。

幾つかの実施形態では、図２乃至図４に示したように、突条１４は、台形状の断面形状を有する。
幾つかの実施形態では、外殻１０の外周面１６に対する突条１４の側面２０の傾斜角度θ（図２乃至図４参照）は４５°以上７５°以下である。また、幾つかの実施形態では、外殻１０の径方向に沿った、外殻１０の外周面１６からの突条１４の突出高さｈ（図２乃至図４参照）は、２．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
対象の建築物等が受けるであろう過去、将来にわたって最強と考えられる大地震時（例えば、レベル２相当）であっても、軸部の径の大小にかかわらず、突条１４の傾斜角度θを４５°以上７５°以下とし、且つ突出高さｈを２．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることで、既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃに軸力が作用しても突条１４の傾斜部に当接するコンクリート部の局部破壊を確実に防止し、ソイルセメントとの一体性を維持することができる。例えば、突条１４の傾斜角度θを７５°以上９０°以下で突出高さｈを１５ｍｍ以上とした場合に上記大地震が発生すると、突条１４の傾斜部に当接するコンクリート部分が局部破壊してしまうおそれがある。

幾つかの実施形態では、外殻１０の軸線方向に沿った、外殻１０の外周面１６における突条１４の幅Ｗ（図２乃至図４参照）は、３ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
幾つかの実施形態では、図２及び図４に示したように、既製杭２Ａ，２Ｃは、外殻１０の周方向に沿って螺旋形状に延びる１以上の突条１４Ａ，１４Ｃを有している。
幾つかの実施形態では、複数の突条１４Ａ，１４Ｃのピッチｐ（図２及び図４参照）は、２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。
上記大地震時であっても、軸部の径の大小にかかわらず、突条１４の幅Ｗを３ｍｍ以上５０ｍｍ以下とし、且つピッチｐを２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることで、既製杭２Ａ，２Ｃに軸力が作用しても突条１４の頂部位置で軸方向にせん断破壊（すべり破壊）が発生することを確実に防止し、ソイルセメントとの一体性を維持することができる。
幾つかの実施形態では、突条１４Ａ，１４ＣのリードＬ（図２及び図４参照）は、２０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下である。すなわち、突条１４Ａ，１４Ｃは、１〜３条ねじと同様のリードＬとなるように設定される。

幾つかの実施形態では、図３に示したように、既製杭２Ｂは、外殻１０の周方向に沿って環形状に延びる１以上の突条１４Ｂを有している。
幾つかの実施形態では、複数の突条１４Ｂのピッチｐ（図３参照）は、２０ｍｍ以上
４０ｍｍ以下である。既製杭２Ａ，２Ｃの場合と同様に、突条１４Ｂのピッチｐを２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下とすることで、既製杭２Ｂに軸力が作用しても突条１４の頂部位置でせん断破壊が発生することを確実に防止することができる。

幾つかの実施形態では、図２乃至図４に示したように、突条１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、少なくとも、既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃの一端から１／βの範囲内に形成される。ここでβは、基礎の特性値であり、次式（１）によって算出される。

ただし、式（１）中、ｋＨは基礎の水平方向地盤反力係数であり、Ｄは基礎の幅又は直径であり、ＥＩは基礎の曲げ剛性を表している。

その建築物が受けるであろう過去、将来にわたって最強と考えられる大地震時（例えば、レベル２相当）に、塑性化等により杭周部のソイルセメントが有効で無くなる範囲は、柱頭部から１／βの範囲であると考える。この点、上記構成では、既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃが、少なくとも一端から１／βの範囲内に突条１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを有しているので、１／βの範囲内で、レベル２の地震後もソイルセメント柱と既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃとの一体性が確保される。この結果として、大地震後も、既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、上部構造３を支持することができる。

幾つかの実施形態では、突条１４は、図４に示したように、突条１４Ｃは、既製杭２Ｃの一端から１／βの範囲内にのみ形成されている。
ここで、典型的な値として、１／βは３ｍ以上１０ｍ以下である。従って、幾つかの実施形態では、突条１４Ｃは、既製杭２Ｃの上端から１０ｍ以下の範囲内にのみ形成されている。既製杭２Ｃの１本の全長が例えば１５ｍの場合には、当該既製杭２Ｃの上端から１０ｍ以下の範囲に突条１４Ｃが形成されている。また、既製杭２の１本の全長が例えば６ｍの場合には、パイルキャップ４ａの直下に既製杭２Ａを１本使用し、当該既製杭２Ａの直下に既製杭２Ｃを１本連結して、突条１４の範囲を１０ｍ以下にする。
幾つかの実施形態では、突条１４Ｃは、既製杭２Ｃの上端から３ｍ以下の範囲内にのみ形成されている。

幾つかの実施形態では、図４に示したように、外殻１０は、内周面２２に突条２４を有していてもよい。
幾つかの実施形態では、外殻１０及び本体部１２は、筒形状の一種として円筒形状を有していたけれども、断面形状が多角形の角筒形状を有していてもよい。
幾つかの実施形態では、図示しないけれども、本体部１２には、ストレート鉄筋や異形鉄筋等の補強筋が埋設されていてもよい。

図５は、本発明の一実施形態に係る既製杭製造方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
図５に示したように、既製杭製造方法は、外殻準備工程Ｓ１と、プレキャスト工程Ｓ３とを備えている。
外殻準備工程Ｓ１では、金属製の筒形状の外殻１０であって、圧延によって一体に成形され、外殻１０の周方向に沿って延びる突条１４（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ）を外周面に有する外殻１０を用意する。
そして、外殻１０内にコンクリート５を充填する。この充填は外殻１０内に挿入可能な径のスクリューフィーダー等によって行う。スクリューフィーダーはある程度コンクリートが充填されてきた段階で、徐々に引き抜きながらコンクリートを充填する。
ここで用いる外殻１０は、外周面に複数の凹部を有し、銅合金素材から成る円柱状のロールで圧延することにより製造される。即ち、ロールの凹部によって外殻１０の突条１４（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ）が形成される。

図６は、本発明の一実施形態に係る既製杭の製造方法を示したもので、以下のような手順で既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃを製造することができる。
プレキャスト工程Ｓ３では、コンクリート５が充填された外殻１０を遠心成形装置の型枠８内に入れ、型枠８の回転によりコンクリート５の遠心成形を行う。遠心成形装置の型枠８内面と外殻１０との間にはガスケット（パッキン）７が介在されている。
コンクリート５がある程度強度を発現する段階で、遠心成形装置の型枠８から外し、蒸気養生を行うことにより筒形状の本体部１２が成形される。
なお、本発明の実施形態に係る既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃは必ずしも中空でなければならないというわけではなく、遠心成形法によらない中実の複合杭であってもよい。

上記構成の既製杭製造方法によれば、金属製の外殻１０を用いることで、得られる既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃが高い靭性を有する。また、遠心力を利用して、筒形状のコンクリートによって構成された本体部１２を成形しているので、得られる既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃが高い強度を有する。

更に、上記構成の既製杭製造方法では、用意される外殻１０が外周面１６に突条１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを有するので、得られる既製杭２Ａ，２Ｂ，２Ｃの周囲との一体性、例えばソイルセメントとの一体性が高い。なおここで、突条１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、外殻１０に対し圧延により一体に成形されているので、安価で簡単に形成することができる。突条１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを形成するための圧延は、外殻１０の原材料である金属製の板材に対して行うことができ、圧延された板材を筒形状に成形後、つなぎ目を溶接することにより、外殻１０を製造することができる。

最後に、本発明は上述した幾つかの実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 構造体
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 既製杭
３ 上部構造
４ａ パイルキャップ
４ｂ 基礎梁
５ コンクリート
６ 杭基礎
７ ガスケット
８ 型枠
１０ 外殻
１２ 本体部
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ 突条
１６ 外周面
１８ 端板
２０ 側面
２２ 内周面
２４ 突条

Claims (2)

1. 金属製の筒形状の外殻と、
   前記外殻の内部に遠心力を利用して成形され、コンクリートによって構成された筒形状の本体部と、
   前記外殻の外周面に圧延によって一体に成形され、前記外殻の周方向に沿って延びる突条と
   を備える既製杭において、
   前記突条は、前記既製杭の一端から１／βの範囲内にのみ設けられている
   ことを特徴とする既製杭。
2. 前記突条の側面の傾斜角度は４５°以上７５°以下であり、
   前記突条の突出高さは２．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする既製杭。

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