JP6710137B2

JP6710137B2 - 杭頭接合部の構造

Info

Publication number: JP6710137B2
Application number: JP2016192811A
Authority: JP
Inventors: 正美遠藤
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: JP2018053618A

Description

本発明は、地中に設置される既製コンクリート杭の頭部と、該既製コンクリート杭の頭部上に支持されるフーチングとの間の接合部の構造に関する。

従来、杭基礎を構成する既製コンクリート杭の頭部とフーチングとの間の接合部の構造として、既製コンクリート杭の頭部に被せられた、フーチングと一体をなす鋼製のキャップを備えるものが提案されている。キャップは頂部と該頂部に連なる側部とを備え、側部は既製コンクリート杭の頭部の周囲を取り巻く、下方に向けて漸増する直径を有する切頭円錐面を規定する（後記特許文献１参照）。

これによれば、キャップの側部の切頭円錐面が規定する下方に向けて末広がりの空間が、地震時における既製コンクリート杭の頭部の回転を許容する。この回転の許容が、既製コンクリート杭の頭部に生じる曲げモーメントの低減に寄与する。

ところで、前記従来の接合部の構造は、フーチング上の上部構造に加わる引き抜き力に対する抵抗機能を発揮する手段を欠く。このため、前記従来の接続部の構造の適用対象は、倉庫のような比較的簡易な上部構造を支持する杭基礎に制限される。

特開昭５８−１５３８２２号公報

本発明の目的は、前記従来の実情に鑑み、地震時に既製コンクリート杭の頭部に生じる曲げモーメントを低減することが可能であり、また、フーチング上の上部構造に加わる引き抜き力に対する抵抗機能を発揮する手段を有する杭頭の接合部の構造を提供することにある。

本発明は、地中に設置され上下方向へ伸びる円筒状の既製コンクリート杭の頭部のフーチングに対する接合部の構造に係り、当該接合部の構造は、前記既製コンクリート杭の頭部に被せられかつ固定された、頂部及び該頂部に連なる側部を有する鋼製の第１のキャップと、前記第１のキャップに被せられた、前記フーチングと一体をなす鋼製の第２のキャップであって前記第１のキャップの頂部に接する頂部及び該頂部に連なり地震時における前記既製コンクリート杭の頭部の回転を許す空間を規定する側部を有する第２のキャップとを含み、前記第２のキャップの側部は、その内部に、円筒面を有する。ここにおいて、前記第１のキャップは、その頂部と側部との境界上の一箇所において、地震時における前記フーチングの水平変位が０〜８ｃｍの範囲にあるときに前記円筒面に接触し、前記フーチングの水平変位が８ｃｍを超えたときに前記円筒面に接触しない（発明の一の実施形態）。あるいは、前記第１のキャップはその一箇所において、地震時における前記フーチングの水平変位が１ｃｍを超えて８ｃｍまでの範囲にあるときに前記円筒面に接触し、前記フーチングの水平変位が０〜１ｃｍの範囲にあるとき及び８ｃｍを超えたときに前記円筒面に接触しない（発明の他の実施形態）。

本発明によれば、既製コンクリート杭の頭部を覆う第１のキャップに被せられた第２のキャップの側部が規定する空間が地震時における前記既製コンクリート杭の頭部の回転を許容する。特に、地震時における前記フーチングの水平変位が１ｃｍ以上であるとき、前記既製コンクリート杭の頭部の回転の許容が、前記既製コンクリート杭の頂部に生じる曲げモーメントの低減に寄与する。また、本発明にあっては、前記第２のキャップの円筒面に対する前記第１のキャップの頂部と側部との境界上の一箇所の接触に伴って前記第１のキャップと前記第２のキャップとの間に摩擦力が生じる。前記摩擦力は、前記フーチング上に支持される上部構造に加わる引き抜きに対する抵抗力をなす。

前記発明の一の実施形態においては、前記第１のキャップの側部に該第１のキャップの頂部と側部との境界及びその近傍において前記側部の周囲を取り巻く帯状の摩擦力調整部材を取り付けることができる。前記摩擦力調整部材は、例えば、複数の繊維シートの積層体（好ましくは複数の炭素繊維製のシートの積層体）、複数の樹脂シートの積層体又はゴムシートからなる。これによれば、前記第２のキャップの円筒面に対する前記第１のキャップの前記一箇所における接触が前記摩擦力調整部材を介してなされる。このため、前記接触に伴って生じる前記摩擦力を所望の大きさに調整することができる。

各発明の実施形態においては、前記第２のキャップの側部が、前記円筒面を規定する上部分及び前記円筒面に連なる、下方に向けて直径が漸増する切頭円錐面を規定する下部分からなるもの、あるいは、前記円筒面を規定する上部分及び前記円筒面に連なる、前記円筒面より大径の円筒面を規定する下部分からなるものとすることができる。

本発明の一の実施形態に係る杭頭の接合部の構造の断面図である。比較的規模の小さい地震発生時における、図１に示す杭頭の接合部の構造の断面図である。比較的規模の大きい地震発生時における、図１に示す杭頭の接合部の構造の断面図である。

図１を参照すると、本発明の一の実施形態に係る杭頭の接合部の構造、すなわち既製コンクリート杭１０の頭部１２の接合部の構造が全体に符号１４で示されている。

既製コンクリート杭１０は地盤１６中（地中）に設置され上下方向（鉛直方向）へ伸びている。既製コンクリート杭１０は、該既製コンクリート杭に支持される鉄筋コンクリート製のフーチング１８と共に杭基礎２０を構成する。杭基礎２０は、フーチング１８上に構築される建物のような上部構造（図示せず）を地盤１６上に支持する。符号２１は、フーチング１８のコンクリート中を伸びる補強鉄筋を示す。これらの補強鉄筋２１は、後記第２のキャップ３０の頂部３６に固定され該頂部から上方に向けて伸びている。

既製コンクリート杭１０は、遠心力成形の外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）、高強度プレストレストコンクリート杭（ＰＨＣ）、高強度プレストレスト鉄筋コンクリート杭（ＰＲＣ）等からなり、全体に円筒状を呈する。

地中への既製コンクリート杭１０の設置は、例えば、セメント及び水を撹拌してなるセメントミルクを満たしながら地盤１６を掘削して形成された孔２４内に既製コンクリート杭１０を投入することにより行われる。孔２４内に投入された既製コンクリート杭１０はその中空部２６内とその周囲の空間とにおいて前記セメントミルクで満たされる。前記セメントミルクは経時的に硬化してソイルセメント２２となり、ソイルセメント２２により既製コンクリート杭１０と地盤１６とが一体にされる。図示の例において、既製コンクリート杭１０の頭部１２は、前記セメントミルクの硬化後に施された地盤１６に対する根切りにより、地盤１６の上方空間に露出している。なお、既製コンクリート杭１０の中空部２６の一部をなす頭部１２の内部は、これを図示のソイルセメント２２で満たすにことに代えて、コンクリート（図示せず）で満たすことができる。

杭頭の接合部の構造１４は、既製コンクリート杭１０の頭部１２に被せられた鋼製の第１のキャップ２８と、該第１のキャップに被せられた、フーチング１８と一体をなす鋼製の第２のキャップ３０とを含む。

第１のキャップ２８は円形の平面形状を有する頂部３２と、該頂部に連なり、既製コンクリート杭１０の頭部１２の周囲を取り巻く円筒状の側部３４とを有する。第１のキャップ２８は、その頂部３２を経て既製コンクリート杭１０の頭部１２中に伸びる複数のボルトのような固定手段（図示せず）を介して、既製コンクリート杭１０に固定されている。

他方、第２のキャップ３０はフーチング１８に埋設されている。フーチング１８に埋設された第２のキャップ３０は地盤１６に向けて開放し、地盤１６に接している。

第２のキャップ３０は円形の平面形状を有する頂部３６と該頂部に連なる側部３８とを有する。第２のキャップ３０の頂部３６は第１のキャップ２８の頂部３２上にあってこれに接し、第２のキャップ３０の側部３８は第１のキャップ２８の側部３４の周囲に空間４０を規定する。空間４０は、地震時における既製コンクリート杭１０の頭部１２の回転、より詳細にはフーチング１８上の前記上部構造に地震力（水平外力）が作用するときに生じる頭部１２の回転（図２及び図３参照）を許容する。前記回転は、第２のキャップ３０の頂部３６に接する、第１のキャップ２８の頂部３２と側部３４との境界上の一箇所ａを中心として生じる。既製コンクリート杭１０は、前記回転の間、第１のキャップ２８における一箇所ａにおいて、前記上部構造を支持する。

空間４０を規定する第２のキャップ３０の側部３８は頂部３６に連なる上部分４２と該上部分に連なる下部分４４とからなる。上部分４２はその内部に円筒面４６を規定する。下部分４４は、その内部に、円筒面４６に連なり下方に向けて直径が漸増する切頭円錐面４８を規定する。図示の切頭円錐面４８に代えて、円筒面４６に連なる、該円筒面より大きい直径を有する大径の円筒面（図示せず）とすることができる。

図示の例においては、第１のキャップ２８の側部３４と第２のキャップ３０の上部分４２（円筒面４６）との間に空間４０の一部をなす間隙が存し、該間隙を埋める摩擦力調整部材５０を介して、第１のキャップ２８の側部３４が第２のキャップ３０の上部分４２に対して密接している。摩擦力調整部材５０は帯状を呈し、第１のキャップ２８の側部３４に取り付けられ第１のキャップ２８の頂部３２と側部３４との前記境界及びその近傍において第１のキャップの側部３４の周囲を取り巻いている。摩擦力調整部材５０は、例えば、複数の繊維シートの積層体（好ましくは複数の炭素繊維製のシートの積層体）、複数の樹脂シートの積層体、ゴムシート等からなり、比較的大きい厚さ寸法を有する。

第１のキャップ２８は、地震のためにフーチング１８、したがってフーチング１８上の前記上部構造が水平方向に変位するとき、既製コンクリート杭１０の頭部１２に前記回転が生じる。ところで、前記上部構造の水平方向変位が１ｃｍ未満であるとき、前記上部構造には実質的に引き抜き力が作用しない。このことを考慮して、本発明においては、前記上部構造の水平方向変位が１〜８ｃｍの設定範囲内にあるとき、すなわち比較的小規模な地震のとき、前記上部構造に作用する引き抜き力に対抗可能とする。

既製コンクリート杭１０の頭部１２に前記回転が生じると、第１のキャップ２８がその頂部３２と側部３４との前記境界上の他の一箇所ｂにおいて、摩擦力調整部材５０を介して、第２のキャップ３０の上部分４２の円筒面４６に接触する（図２）。接触時、摩擦力調整部材５０は第１のキャップ２８の他の一箇所ｂにおいて圧縮され、その厚さ寸法が減少した状態におかれる。また、摩擦力調整部材５０は、他の一箇所ｂ以外の他の部分においては、圧縮されることなく第２のキャップ３０の円筒面４６に接する状態におかれる。

但し、前記上部構造の水平変位が１ｃｍ未満であるとき、既製コンクリート杭１０の頭部１２の回転量は極めて小さい状態にある。また、このとき、摩擦力調整部材５０の圧縮量は極めて小さいため、既製コンクリート杭１０の頭部１２は、実質的に、第１のキャップ２８及び摩擦力調整部材５０を介して第２のキャップ３０の第１の部分４２に対して剛的に接合されている状態にあるとみなすことができる。このため、既製コンクリート杭１０の頭部１２のきわめて小さい回転のエネルギは、前記剛的接合に吸収される。

次に、前記上部構造の水平変位が１〜８ｃｍの設定範囲内にあるとき、既製コンクリート杭１０の頭部１２の前記回転時における接触、すなわち他の一箇所ｂにおける接触が、第１のキャップ２８と第２のキャップ３０との間に摩擦力を生じさせる。円筒面４６の上下方向長さすなわち高さ寸法は前記接触がこの範囲内で生じるように定められている。また、図示の例においては、摩擦力調整部材５０は他の一箇所ｂに加えて該一箇所を除く他の部分においても第１のキャップ２８と第２のキャップ３０との間に摩擦力を生じさせる。前記摩擦力は、フーチング１８上の前記上部構造に加わる引き抜きに対する抵抗力をなす。前記摩擦力は、摩擦力調整部材５０の選択により、所望の大きさに設定することができる。

また、前記上部構造の水平方向変位が前記設定範囲を超えるとき、すなわち比較的大規模な地震のとき、既製コンクリート杭１０の頭部１２の前記回転に伴って、第１のキャップ２８における一箇所ｂが、第２のキャップ３０の上部分４２内を経て下部分４４内へと移行する。したがって、一箇所ｂは、第２のキャップ３０の上部分４２内における円筒面４６との前記接触を経て、第２のキャップ３０の下部分４４内における非接触の状態に至る。地震時における既製コンクリート杭１０の頭部１２の回転の許容は、前記上部構造の水平方向変位が１〜８ｃｍの設定範囲内にある比較的小規模な地震のとき及び前記設定範囲を超える比較的大規模な地震のときのいずれのときにおいても、既製コンクリート杭１０の頭部１２に生じる回転モーメントの低減に寄与する。

図示の例に代えて、摩擦力調整部材５０の配置を省略した他の例とすることができる（図示せず）。摩擦力調整部材５０が存しないこの他の例にあっては、第１のキャップ２８の側部３４と、第２のキャップ３０の上部分４２内の円筒面４６との間に前記間隙が存する。この間隙は、前記上部構造の水平方向変位が１ｃｍを超えたとき、第１のキャップ２８の一箇所ｂが第２のキャップ３０内の円筒面４６に直接に接触し、第１のキャップ２８と第２のキャップ３０との間に摩擦力を生じさせる大きさとすることができる。また、前記間隙が存するこの例においては、既製コンクリート杭１０の頭部１２に対する前記剛的な接合を提供しない。このため、前記上部構造の水平方向変位が１ｃｍ未満においては、既製コンクリート１０の頭部１２は単に回転を許される状態におかれる。

また、前記他の例において、第１のキャップ２８の側部３４と第２のキャップ３０の円周面４６との間に存する前記間隙の大きさを零に設定することができる。これによれば、既製コンクリート杭１０の頭部１２の前記回転の際、第１のキャップ２８の一箇所ｂが、第２のキャップ３０の円筒面４６に当たって塑性変形をし、塑性変形をした状態で円筒面４６と接触する。この接触が、特に、前記上部構造の水平変位が１〜８ｃｍの設定範囲内にあるとき、前記上部構造の引き抜き力に対抗する前記したと同様の摩擦力を生じさせる。但し、前記上部構造の水平方向変位が１ｃｍ未満であるときは、きわめて小さい角度において回転する既製コンクリート杭１０の頭部１２は前記したと同様、実質的に剛接合の状態におかれ、既製コンクリート杭１０の頭部１２のきわめて小さい回転のエネルギは、前記剛的接合に吸収される。

１０既製コンクリート杭
１２頭部
１４杭頭の接続部の構造
１６地盤
１８フーチング
２０杭基礎
２８第１のキャップ
３０第２のキャップ
３２、３４第１のキャップの頂部及び側部
３６、３８第２のキャップの頂部及び側部
４０第２のキャップの側部が規定する空間
４２、４４第１の部分及び第２の部分
４６円筒面
４８切頭円錐面
５０摩擦力調整部材
ａ、ｂ第１のキャップの頂部及び側部の境界上の一箇所及び他の一箇所

Claims

地中に設置され上下方向へ伸びる円筒状の既製コンクリート杭の頭部のフーチングに対する接合部の構造であって、
前記既製コンクリート杭の頭部に被せられかつ固定された、頂部及び該頂部に連なる側部を有する鋼製の第１のキャップと、
前記第１のキャップに被せられた、前記フーチングと一体をなす鋼製の第２のキャップであって前記第１のキャップの頂部に接する頂部及び該頂部に連なり地震時における前記既製コンクリート杭の頭部の回転を許す空間を規定する側部を有する第２のキャップとを含み、
前記第２のキャップの側部は、その内部に、円筒面を有し、
前記第１のキャップは、その頂部と側部との境界上の一箇所において、地震時における前記フーチングの水平変位が０〜８ｃｍの範囲にあるときに前記円筒面に接触し、前記フーチングの水平変位が８ｃｍを超えたときに前記円筒面に接触しない、接合部の構造。
地中に設置され上下方向へ伸びる円筒状の既製コンクリート杭の頭部のフーチングに対する接合部の構造であって、
前記既製コンクリート杭の頭部に被せられかつ固定された、頂部及び該頂部に連なる側部を有する鋼製の第１のキャップと、
前記第１のキャップに被せられた、前記フーチングと一体をなす鋼製の第２のキャップであって前記第１のキャップの頂部に接する頂部及び該頂部に連なり地震時における前記既製コンクリート杭の頭部の回転を許す空間を規定する側部を有する第２のキャップとを含み、
前記第２のキャップの側部は、その内部に、円筒面を有し、
前記第１のキャップは、その頂部と側部との境界上の一箇所において、地震時における前記フーチングの水平変位が１ｃｍを超えて８ｃｍまでの範囲にあるときに前記円筒面に接触し、前記フーチングの水平変位が０〜１ｃｍの範囲にあるとき及び８ｃｍを超えたときに前記円筒面に接触しない、接合部の構造。
前記第２のキャップの側部は、前記円筒面を規定する上部分及び前記円筒面に連なる、下方に向けて直径が漸増する切頭円錐面を規定する下部分からなる、請求項１又は２に記載の接合部の構造。
前記第２のキャップの側部は、前記円筒面を規定する上部分及び前記円筒面に連なる、前記円筒面より大径の円筒面を規定する下部分からなる、請求項１又は２に記載の接合部の構造。
さらに、前記第１のキャップの側部に取り付けられ前記第１のキャップの頂部と側部との境界及びその近傍において前記第１のキャップの側部の周囲を取り巻く帯状の摩擦力調整部材を含む、請求項１に記載の接合部の構造。
前記摩擦力調整部材は、複数の繊維シートの積層体、複数の樹脂シートの積層体又はゴムシートからなる、請求項５に記載の接合部の構造。