JP6761169B2 - コンクリート杭 - Google Patents

Description

本開示はコンクリート杭に関する。

既製のコンクリート杭は、一般的に、中空の円筒形状を有している。コンクリート杭には、外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）と称されるものもあり、ＳＣ杭は、コンクリートを含み、中空部を有する円筒形状の杭本体部と、杭本体部の外周面を覆う外殻鋼管とによって構成されている（例えば特許文献１参照）。

特許第５２６５４４７号公報

中空の円筒形状のコンクリート杭にあっては、曲げモーメントや剪断力が作用して変形したときに、杭本体部の内周面からコンクリートが剥落して、曲げ耐力や剪断耐力が急激に低下しやすいという問題がある。この問題は、通常のコンクリート杭のみならず、ＳＣ杭でも生じ得るものである。
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、曲げ耐力及び剪断耐力が従来よりも改善されたコンクリート杭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コンクリート杭は、
コンクリートを含み、中空部を有する円筒形状の杭本体部と、
前記杭本体部の中空部に配置され、前記杭本体部の内周面に沿って前記杭本体部の軸線の周りを螺旋状に延びる螺旋部材と、
を備え、
前記螺旋部材は、前記杭本体部の径方向外側に向かって付勢するように前記杭本体部の内周面に弾性的に接触している。

上記構成（１）によれば、螺旋部材が杭本体部の中空部に配置されており、杭本体部に曲げモーメントや剪断力が作用して杭本体部が変形したときに、螺旋部材によって、杭本体部の内周面から杭本体部の一部が剥落することが抑制される。この結果として、上記構成（１）によれば、曲げ耐力及び剪断耐力を従来よりも改善することができる。
そして、上記構成（１）によれば、螺旋部材が杭本体部の内周面に接触しているので、螺旋部材によって、杭本体部の内周面から杭本体部の一部が剥落することが抑制される。この結果として、上記構成（１）によれば、曲げ耐力及び剪断耐力を従来よりも改善することができる。
更に、上記構成（１）によれば、螺旋部材が、杭本体部の径方向外側に向かって付勢するように杭本体部の内周面に弾性的に接触している。このため、杭本体部が変形したときでも杭本体部の内周面と螺旋部材との間に隙間が生じることが抑制され、螺旋部材によって、杭本体部の一部が剥落することを確実に抑制することができる。この結果として、上記構成（１）によれば、曲げ耐力及び剪断耐力を従来よりも改善することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記杭本体部の外周面を覆う外殻鋼管を更に備える。

上記構成（２）のコンクリート杭は、外殻鋼管を備える外殻鋼管付きコンクリート杭である。外殻鋼管付きコンクリート杭は、外殻鋼管を有することにより、通常のコンクリート杭よりも高い曲げ耐力及び剪断耐力を有しているが、螺旋部材によって杭本体部の内周面から杭本体部の一部が剥落することが抑制されることで、曲げ耐力及び剪断耐力を従来よりも改善することができる

（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記螺旋部材は、金属によって構成されている。

上記構成（３）によれば、螺旋部材が金属によって構成されているので、簡単な構成にて、杭本体部の一部が剥落することを抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（３）の何れか１つにおいて、
前記螺旋部材は、中空のチューブによって構成され、
前記チューブ内に、コンクリート、モルタル、グラウト、水、油、金属線、又は、繊維が充填されている。

上記構成（４）によれば、螺旋部材が中空のチューブによって構成され、チューブ内に、コンクリート、モルタル、グラウト、水、油、金属線、又は、繊維が充填されている。
螺旋部材に水等を充填することにより、螺旋部材の剛性を高めることができ、簡単な構成にて、杭本体部の一部が剥落することを抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（４）の何れか１つにおいて、
前記螺旋部材の螺旋のピッチを決定するピッチ決定部材を更に備える。

上記構成（５）によれば、ピッチ決定部材によって、螺旋部材の螺旋のピッチが過大になることを抑制することができ、螺旋部材によって、杭本体部の一部が剥落することを抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記螺旋部材と前記杭本体部の内周面との間に配置された金属製の剥落抑制壁を更に備え、
前記剥落抑制壁は、前記杭本体部の内周面に接するように前記杭本体部の内周面に沿って湾曲し、
前記螺旋部材は前記剥落抑制壁の内周面に接している。

上記構成（６）によれば、剥落抑制壁によって、より広範囲に渡って、杭本体部の内周面を覆うことができ、杭本体部の一部が剥落することを抑制することができる。この際、螺旋部材によって、剥落抑制壁が杭本体部の内周面から離れることを抑制することができるので、杭本体部の一部が剥落することを確実に抑制することができる。
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るコンクリート杭は、
コンクリートを含み、中空部を有する円筒形状の杭本体部と、
前記杭本体部の中空部に配置され、前記杭本体部の内周面に沿って前記杭本体部の軸線の周りを螺旋状に延びる螺旋部材と、
前記螺旋部材と前記杭本体部の内周面との間に配置された金属製の剥落抑制壁と、
を備え、
前記剥落抑制壁は、前記杭本体部の内周面に接するように前記杭本体部の内周面に沿って湾曲し、
前記螺旋部材は前記剥落抑制壁の内周面に接している。
上記構成（７）によれば、螺旋部材が杭本体部の中空部に配置されており、杭本体部に曲げモーメントや剪断力が作用して杭本体部が変形したときに、螺旋部材によって、杭本体部の内周面から杭本体部の一部が剥落することが抑制される。この結果として、上記構成（７）によれば、曲げ耐力及び剪断耐力を従来よりも改善することができる。
そして、上記構成（７）によれば、剥落抑制壁によって、より広範囲に渡って、杭本体部の内周面を覆うことができ、杭本体部の一部が剥落することを抑制することができる。この際、螺旋部材によって、剥落抑制壁が杭本体部の内周面から離れることを抑制することができるので、杭本体部の一部が剥落することを確実に抑制することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、曲げ耐力及び剪断耐力が従来よりも改善されたコンクリート杭が提供される。

本発明の第１実施形態に係る外殻鋼管付きコンクリート杭の概略的な縦断面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略的な横断面図である。 図１の外殻鋼管付きコンクリート杭に適用された螺旋部材を概略的に示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る外殻鋼管付きコンクリート杭に適用可能な螺旋部材を概略的に示す斜視図である。 図４の螺旋部材と共にピッチ決定部材を概略的に示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る外殻鋼管付きコンクリート杭に適用可能な螺旋部材を概略的に示す斜視図である。 図６の螺旋部材を縮径された状態で概略的に示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る外殻鋼管付きコンクリート杭の概略的な縦断面図である。 図８中のＩＸ―ＩＸ線に沿う概略的な横断面図である。 図８の外殻鋼管付きコンクリート杭に適用された剥落抑制壁を概略的に示す斜視図である。 本発明の第５実施形態に係るプレストレストコンクリート杭の概略的な縦断面図である。

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。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る外殻鋼管付きコンクリート杭（以下、ＳＣ杭とも称する）１ａの構成を概略的示す縦断面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略的な断面図である。図３は、ＳＣ杭１ａに適用された螺旋部材３ａを概略的に示す斜視図である。

図１に示したように、ＳＣ杭１ａは、杭本体部５と、外殻鋼管７と、一対の端板９と、螺旋部材３ａとを有している。
杭本体部５は、コンクリートによって構成されている。杭本体部５は、円筒形状を有し、軸線方向に延びる中空部１１を有する。中空部１１は、円柱形状の空洞であり、杭本体部５を貫通している。

外殻鋼管７は、円筒形状を有しており、杭本体部５の外周面を覆っている。外殻鋼管７は、金属によって構成され、例えば、一般構造用圧延鋼材によって構成されている。外殻鋼管７は、例えば、３００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下の外径を有し、外殻鋼管７の外径は、ＳＣ杭１ａの外径に相当する。また、外殻鋼管７は、例えば、４．５ｍｍ以上２５ｍｍ以下の肉厚を有する。

一対の端板９は、それぞれ環形状を有し、杭本体部５の両端面を覆っている。ただし、端板９は中空部１１に連なる開口を有しており、中空部１１は端板９によって覆われていない。端板９は、金属によって構成され、例えば、一般構造用圧延鋼材によって構成されている。一対の端板９は、外殻鋼管７の両端にそれぞれ溶接されている。

螺旋部材３ａは、杭本体部５の中空部１１に配置され、杭本体部５の内周面に沿って杭本体部５の軸線の周りを螺旋状に延びている。

上述した第１実施形態のＳＣ杭１ａによれば、螺旋部材３ａが杭本体部５の中空部１１に配置されており、杭本体部５に曲げモーメントや剪断力が作用して杭本体部５が変形したときに、螺旋部材３ａによって、杭本体部５の内周面１３から杭本体部５の一部が剥落することが抑制される。この結果として、上述したＳＣ杭１ａによれば、曲げ耐力及び剪断耐力を従来よりも向上させることができる。

また、上述した第１実施形態のＳＣ杭１ａは、外殻鋼管７を有することにより、通常のコンクリート杭、例えばプレストレストコンクリート杭よりも高い曲げ耐力及び剪断耐力を有しているが、螺旋部材３ａによって杭本体部５の内周面１３から杭本体部５の一部が剥落することが抑制されることで、曲げ耐力及び剪断耐力を従来よりも向上させることができる。

好ましくは、螺旋部材３ａは、杭本体部５の内周面１３に接している。
上記構成によれば、螺旋部材３ａが杭本体部５の内周面１３に接触しているので、螺旋部材３ａによって、杭本体部５の内周面１３から杭本体部５の一部が剥落することが抑制される。この結果として、上記構成によれば、曲げ耐力及び剪断耐力を従来よりも向上させることができる。

好ましくは、螺旋部材３ａは、杭本体部５の径方向外側に向かって付勢するように杭本体部５の内周面１３に弾性的に接触している。
上記構成によれば、螺旋部材３ａが、杭本体部５の径方向外側に向かって付勢するように杭本体部５の内周面１３に弾性的に接触しているので、杭本体部５が変形したときでも杭本体部５の内周面１３と螺旋部材３ａとの間に隙間が生じることが抑制される。この結果として、螺旋部材３ａによって、杭本体部５の一部が剥落することを確実に抑制することができ、曲げ耐力及び剪断耐力を従来よりも向上させることができる。
なお、螺旋部材３ａが杭本体部５の内周面に弾性的に接触している場合、螺旋部材３ａは、自由状態では、杭本体部５の内周面１３の直径又は曲率半径よりも大きい直径又は曲率半径を有する。
螺旋部材３ａの直径が杭本体部５の内周面１３の直径よりも大きい場合、螺旋部材３ａを中空部１１の内部に配置するには、螺旋部材３ａの軸線の周りにて螺旋部材３ａを巻くか、螺旋部材３ａの軸線方向に螺旋部材３ａを引っ張ることによって、螺旋部材３ａの直径を小さくし、その状態で螺旋部材３ａを中空部１１に挿入すればよい。

好ましくは、螺旋部材３ａは、金属、例えば一般構造用圧延鋼材によって構成されている。なお、螺旋部材３ａの材料は、一般構造用圧延鋼材に限定されることはなく、形状記憶合金や超弾性合金であってもよい。例えば、螺旋部材３ａは、円形の断面形状を有する金属製の棒によって構成される。
上記構成によれば、螺旋部材３ａが金属によって構成されているので、簡単な構成にて、杭本体部５の一部が剥落することを抑制することができる。
好ましくは、螺旋部材３ａの螺旋のピッチＰ（中心間距離）は、５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。

〔第２実施形態〕
図４は、図３の螺旋部材３ａの変形例として、中空の螺旋部材３ｂを概略的に示す斜視図である。
なお、第２実施形態以降の説明では、先行する実施形態と異なる構成について主に説明し、先行する実施形態にて説明した構成と同一又は類似の形状又は機能を有する構成については、図中に同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。

螺旋部材３ｂは、樹脂又はゴムによって構成されたチューブであり、螺旋状に曲げられている。螺旋部材３ｂの内部には、大気圧、好ましくは、大気圧よりも高圧の液体、例えば水や油、が充填される。チューブは、強化用の繊維を含んでいてもよい。
上記構成によれば、螺旋部材３ｂに液体を充填することで、螺旋部材３ｂの剛性を高めることができる。この結果として、螺旋部材３ｂによって、簡単な構成にて、杭本体部５の一部が剥落することを抑制することができる。
なお、螺旋部材３ｂの内部には、液体に代えて、硬化性材料、例えばセメント、モルタル又はグラウト等が充填されてもよい。あるいは、螺旋部材３ｂの内部には、液体に代えて、金属製の線材、例えばピアノ線が挿入されていてもよい。またあるいは、螺旋部材３ｂの内部には、繊維等が充填されていてもよい。

好ましくは、図５に示したように、螺旋部材３ｂと共に、螺旋部材３ｂの螺旋のピッチＰを決定するピッチ決定部材１５が使用される。ピッチ決定部材１５は、杭本体部５の軸線方向に延びる延在部１７と、延在部１７と一体に設けられた複数の環状部１９とを有する。複数の環状部１９は、杭本体部５の軸線方向にて等間隔に設けられている。例えば、延在部１７及び環状部１９は、繊維製の帯によって構成されている。
上記構成によれば、複数の環状部１９に螺旋部材３ｂを挿通することで、螺旋部材３ｂのピッチＰが過大になることを抑制することができ、螺旋部材３ｂによって、杭本体部５の一部が剥落することを抑制することができる。
なお、図５では、２つのピッチ決定部材１５が、杭本体部５の直径方向に相互に離間するように配置されているが、ピッチ決定部材１５の数は、２つに限定されることはなく、１つであっても、３つ以上であってもよい。

〔第３実施形態〕
図６及び図７は、螺旋部材３ａ，３ｂに代えて使用可能な螺旋部材３ｃを概略的に示す斜視図である。図６及び図７に示したように、螺旋部材３ｃは、螺旋状に延びる金属製の板によって構成されている点において、螺旋部材３ａ，３ｂと異なっている。
なお、図７の螺旋部材３ｃは、螺旋の軸線方向に伸張した状態を示しており、螺旋状に延びる隙間２１を有している。これに対し、図６の螺旋部材３ｃは、螺旋の軸線方向に収縮した状態を示しており、図７に示したような螺旋状の隙間２１を有していない。
図６に示した状態の螺旋部材３ｃであれば、杭本体部５の内周面１３を隙間無く覆うことができる。この結果として、螺旋部材３ｃによって、杭本体部５の一部が剥落することを確実に抑制することができる。

〔第４実施形態〕
図８は、本発明の第４実施形態に係るＳＣ杭１ｂの構成を概略的示す縦断面図である。図９は、図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿う概略的な断面図である。図１０は、ＳＣ杭１ｂに適用された剥落抑制壁２３を概略的に示す斜視図である。
図８及び図９に示したように、ＳＣ杭１ｂは、金属製の剥落抑制壁２３を更に備えている。剥落抑制壁２３は、例えば、一般構造用圧延鋼材によって構成されている。なお、剥落抑制壁２３の材料は、一般構造用圧延鋼材に限定されることはなく、形状記憶合金や超弾性合金であってもよい。
剥落抑制壁２３は、螺旋部材３ａと杭本体部５の内周面１３との間に挟まれた状態で配置されている。剥落抑制壁２３は、杭本体部５の内周面１３に接するように杭本体部５の内周面１３に沿って湾曲している。
より具体的には、剥落抑制壁２３は、金属製の板を湾曲させるか、若しくは、金属製の管を軸線方向に切断することにより略筒状に形成されている。このため、剥落抑制壁２３は中空部１１の一部を占めているが、剥落抑制壁２３の内側には、中空部１１の残部が存在している。これにより、杭本体部５の径方向にて剥落抑制壁２３の内側に、螺旋部材３ａを配置可能である。

上述した第４実施形態のＳＣ杭１ｂによれば、剥落抑制壁２３によって、より広範囲に渡って、杭本体部５の内周面１３を覆うことができ、杭本体部５の一部が剥落することを抑制することができる。この際、螺旋部材３ａによって、剥落抑制壁２３が杭本体部５の内周面１３から離れることを抑制することができるので、杭本体部５の一部が剥落することを確実に抑制することができる。

好ましくは、剥落抑制壁２３は、杭本体部５の径方向外側に向かって付勢するように杭本体部５の内周面１３に弾性的に接触している。
このように、剥落抑制壁２３が、杭本体部５の径方向外側に向かって付勢するように杭本体部５の内周面１３に弾性的に接触している場合、杭本体部５が変形したときでも杭本体部５の内周面１３と剥落抑制壁２３との間に隙間が生じることが抑制される。この結果として、剥落抑制壁２３によって、杭本体部５の一部が剥落することを確実に抑制することができ、曲げ耐力及び剪断耐力を従来よりも向上させることができる。
なお、剥落抑制壁２３が杭本体部５の内周面に弾性的に接触している場合、剥落抑制壁２３は、自由状態では、杭本体部５の内周面１３の直径又は曲率半径よりも大きい直径又は曲率半径を有する。

好ましくは、図８〜１０に示したように、剥落抑制壁２３は、杭本体部５の軸線方向に延びる第１側縁部２５と、杭本体部５の軸線方向に延びる第２側縁部２７とを有し、第１側縁部２５と第２側縁部２７は杭本体部５の径方向に重なり合っている。
上記構成によれば、第１側縁部２５と第２側縁部２７が相互に重なり合っているので、剥落抑制壁２３によって、杭本体部５の内周面１３を隙間無く覆うことができる。

〔第５実施形態〕
図１１は、第５実施形態に係るプレストレストコンクリート杭（以下、ＰＣ杭とも称する）１ｃの概略的な縦断面図である。ＰＣ杭１ｃは、外殻鋼管７を有しておらず、端板９，９間に渡って設けられた複数のＰＣ鋼棒２９を有する点において、ＳＣ杭１ａと異なっている。
ＰＣ杭１ｃにおいても、螺旋部材３ａが杭本体部５の中空部１１に配置されている。このため、杭本体部５に曲げモーメントや剪断力が作用して杭本体部５が変形したときに、杭本体部５の内周面１３から杭本体部５の一部が剥落することが抑制される。この結果として、ＰＣ杭１ｃによれば、曲げ耐力及び剪断耐力を従来のＰＣ杭よりも向上させることができる。
つまり、本発明は、ＳＣ杭に好適であるが、ＰＣ杭、高強度プレストレストコンクリート杭（ＰＨＣ杭）、鉄筋コンクリート杭（ＲＣ杭）等、コンクリートを含み、中空部を有する円筒形状の杭本体部を有する既製のコンクリート杭全般に適用可能である。

なお、上述した各実施形態において、螺旋形状の螺旋部材３ａ、３ｂ、３ｃを用いた場合について説明したが、この形状に限定されるものではなく、リング状の部材を用いてもよい。
最後に、本発明は上述した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。

１ａ，１ｂ，１ｃ 外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）
１ｄ プレストレストコンクリート杭（ＰＣ杭）
３ａ，３ｂ，３ｃ 螺旋部材
５ 杭本体部
７ 外殻鋼管
９ 端板
１１ 中空部
１３ 内周面
１５ ピッチ決定部材
１７ 延在部
１９ 環状部
２１ 隙間
２３ 剥落抑制壁
２５ 第１側縁部
２７ 第２側縁部
２９ ＰＣ鋼棒

Claims (7)

1. コンクリートを含み、中空部を有する円筒形状の杭本体部と、
   前記杭本体部の中空部に配置され、前記杭本体部の内周面に沿って前記杭本体部の軸線の周りを螺旋状に延びる螺旋部材と、
   を備え、
   前記螺旋部材は、前記杭本体部の径方向外側に向かって付勢するように前記杭本体部の内周面に弾性的に接触している
   ことを特徴とするコンクリート杭。
2. 前記杭本体部の外周面を覆う外殻鋼管を更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート杭。
3. 前記螺旋部材は、金属によって構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート杭。
4. 前記螺旋部材は、中空のチューブによって構成され、
   前記チューブ内に、コンクリート、モルタル、グラウト、水、油、金属線、又は、繊維が充填されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のコンクリート杭。
5. 前記螺旋部材の螺旋のピッチを決定するピッチ決定部材を更に備える
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のコンクリート杭。
6. 前記螺旋部材と前記杭本体部の内周面との間に配置された金属製の剥落抑制壁を更に備え、
   前記剥落抑制壁は、前記杭本体部の内周面に接するように前記杭本体部の内周面に沿って湾曲し、
   前記螺旋部材は前記剥落抑制壁の内周面に接している
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート杭。
7. コンクリートを含み、中空部を有する円筒形状の杭本体部と、
   前記杭本体部の中空部に配置され、前記杭本体部の内周面に沿って前記杭本体部の軸線の周りを螺旋状に延びる螺旋部材と、
   前記螺旋部材と前記杭本体部の内周面との間に配置された金属製の剥落抑制壁と、
   を備え、
   前記剥落抑制壁は、前記杭本体部の内周面に接するように前記杭本体部の内周面に沿って湾曲し、
   前記螺旋部材は前記剥落抑制壁の内周面に接している
   ことを特徴とするコンクリート杭。

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