JP6905817B2 - 杭頭構造 - Google Patents

Description

本発明は、杭頭構造に関する。

下記特許文献１には、ＰＨＣ杭の杭頭に鉄骨柱を配置し、これらの周囲に型枠を組みコンクリートを打設するフーチングの構成が示されている。

特開平１１−３３６０８７号公報

上記特許文献１のフーチング（パイルキャップ）は、例えばフーチングの大きさを大きくしなければ、ＰＨＣ杭の杭頭又は鉄骨柱の柱脚に曲げモーメントが作用した際に杭頭又は柱脚から支圧力を受けて圧壊する虞がある。

本発明は上記事実を考慮して、パイルキャップコンクリートに作用する支圧力を抑制できる杭頭構造を提供することを目的とする。

請求項１の杭頭構造は、パイルキャップコンクリートと、前記パイルキャップコンクリートに上端部が埋設された杭と、前記パイルキャップコンクリートに下端部が埋設された柱と、前記パイルキャップコンクリートに埋設され、前記上端部及び前記下端部の双方の周面の横方向に配置されて、前記杭又は前記柱から前記パイルキャップコンクリートに作用する支圧力に抵抗する拘束部材と、を備えている。

請求項１の杭頭構造では、パイルキャップコンクリートに埋設された杭の上端部及び柱の下端部の周囲に、拘束部材が配置されている。杭の上端部又は鉄骨柱の下端部に曲げモーメントが作用して、杭の上端部又は柱の下端部がパイルキャップコンクリートを支圧した際には、拘束部材が支圧力に抵抗する。これにより、パイルキャップコンクリートの圧壊が抑制される。また、柱を露出柱脚とする場合と比較して、柱の下端部に溶接されたベースプレートをパイルキャップコンクリートの上面にアンカーボルトで固定する必要がないため施工性が高い。

請求項２の杭頭構造は、前記杭において、前記パイルキャップコンクリートに埋設された前記上端部の軸方向長さは、前記杭の径と等しい寸法以上とされ、前記拘束部材は前記パイルキャップコンクリートに定着された基礎梁主筋であり、前記基礎梁主筋は、端部が下方向に折り曲げられて延設されて前記下端部の周面の横方向に配置された上端筋と、端部が上方向に折り曲げられて延設されて前記上端部及び前記下端部の双方の周面の横方向に配置された下端筋と、を備えている。

請求項２の杭頭構造では、杭の上端部又は鉄骨柱の下端部に曲げモーメントが作用すると、周囲のパイルキャップコンクリートが支圧される。この支圧力によって基礎梁主筋には引張力が作用し、基礎梁主筋はこの引張力に抵抗する。すなわち、基礎梁主筋が支圧力に抵抗する。このため、パイルキャップコンクリートの圧壊が抑制される。

請求項３の杭頭構造は、前記杭において、前記パイルキャップコンクリートに埋設された前記上端部の軸方向長さは、前記杭の径と等しい寸法以上とされ、前記拘束部材は、基礎梁主筋における上端筋と下端筋との間に配置され、かつ、前記パイルキャップコンクリートに埋設され、前記杭の前記上端部及び前記柱の前記下端部の双方の周面を取り囲んで配置された鋼管である。

請求項３の杭頭構造では、杭の上端部又は鉄骨柱の下端部に曲げモーメントが作用すると、杭又は鉄骨柱の周囲のパイルキャップコンクリートが支圧される。この支圧力に鋼管が抵抗することで、鋼管の周囲のパイルキャップコンクリートの圧壊が抑制される。
請求項４の杭頭構造は、前記基礎梁主筋は、平面視において、前記杭及び前記柱からみて前記基礎梁主筋が配筋された基礎梁とは反対側において折り曲げられている。
請求項５の杭頭構造は、前記杭において、前記パイルキャップコンクリートに埋設された前記上端部の軸方向長さは、前記杭の径と等しい寸法以上とされている。

本発明に係る杭頭構造によると、パイルキャップコンクリートに作用する支圧力を抑制できる。

本発明の実施形態に係る杭頭構造を示す立断面図である。 本発明の実施形態に係る杭頭構造を示す平断面図である。 本発明の実施形態に係る杭頭構造において、梁主筋に折り曲げ部を形成せず、柱脚及び杭頭を取り囲む鋼管を配置した例を示す立断面図である。

［第１実施形態］
（杭頭構造）
図１に示すように、第１実施形態に係る杭頭構造１０は、パイルキャップコンクリート２０と、パイルキャップコンクリート２０に杭頭（上端部）が埋設された杭３０と、パイルキャップコンクリート２０に柱脚（下端部）が埋設された柱４０とを備えている。パイルキャップコンクリート２０には基礎梁５０が接合されており、基礎梁５０の梁鉄筋（上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８）の端部がパイルキャップコンクリート２０に定着されている。上端筋５２、下端筋５４は、基礎梁５０の梁主筋であり、また、上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８は、本発明における拘束部材の一例である。なお、中吊筋５６、５８は、それぞれ２段筋とされた上端筋、下端筋としてもよい。

（杭）
杭３０は、杭頭（上端部）がパイルキャップコンクリート２０に埋設された既成コンクリート杭である。杭３０におけるパイルキャップコンクリート２０に埋設された部分の軸方向長さＬ１は、一例として杭径Ｄ１と等しい寸法以上とされている（Ｌ１≧Ｄ１）。なお、杭３０は鋼管杭や場所打ち杭としてもよい。

杭３０を設置するには、まずオーガーで地盤Ｇを掘削して掘削孔を形成し、この掘削孔へ根固め液を注入する。その後、下端部が根固め液に浸かるように杭３０を掘削孔へ挿入する。

このとき杭３０は、杭頭が床付面ＧＬ１から突出するように配置される。床付面ＧＬ１は地盤Ｇを壷掘りして形成された地表面であり、第１実施形態では、杭３０の挿入後、表面を地均しし、敷均しコンクリートを打設して形成される。なお、この敷均しコンクリートは省略してもよいし、敷均しコンクリートに代えて敷き砂利等を敷設してもよい。

（パイルキャップコンクリート）
パイルキャップコンクリート２０は杭３０の杭頭を固定するフーチング部材であり、現場打ちコンクリートで形成されている。パイルキャップコンクリート２０において杭３０の杭頭が埋設される杭頭埋設部２０Ｂと、柱４０の柱脚が埋設される柱脚埋設部２０Ｕとは、次に示す手順で形成される。

パイルキャップコンクリート２０を形成するには、床付面ＧＬ１を形成した後、杭頭埋設部２０Ｂを形成する。杭頭埋設部２０Ｂを形成するには、まずパイルキャップコンクリート２０の主筋２２とフープ筋２４とを配筋する。このとき、フープ筋２４を配置する部分は、高さ方向でパイルキャップコンクリート２０の下端面から杭３０の上端面３０Ｅまでの範囲とし、上端面３０Ｅ付近におけるフープ筋２４Ｂのピッチは、その他の部分のフープ筋２４のピッチよりも小さくする。なお、フープ筋２４Ｂは本発明における拘束部材の一例であり、ピッチを細かくする代わりに直径を大きくしてもよい。

さらに、基礎梁５０の下端筋５４、中吊筋５８を配筋する。下端筋５４、中吊筋５８の端部はパイルキャップコンクリート２０の内部において主筋２２の手前で折り曲げ、上方向に延設する。上方向に折り曲げられた下端筋５４、中吊筋５８（折り曲げ部５４Ｂ、５８Ｂ）は、上端部が杭頭埋設部２０Ｂの上端面から突出し、杭３０の杭頭及び柱４０の柱脚の周囲に配置されるように長さが調節される。

その後、柱４０を杭頭埋設部２０Ｂに仮固定するための仮ボルト４６を設置し、主筋２２及びフープ筋２４を取り囲むように図示しない型枠を組付けてコンクリートを打設し、杭頭埋設部２０Ｂを形成する。杭頭埋設部２０Ｂを形成するコンクリートは、杭３０の上端面３０Ｅを被覆するように打設され、コンクリートの上部に柱４０を設置した際に柱４０が鉛直方向に沿って立設されるよう、表面が水平面と略一致するように均される。

次に、柱脚埋設部２０Ｕを形成する。柱脚埋設部２０Ｕを形成するには、まず杭頭埋設部２０Ｂを形成するコンクリートの硬化後、杭頭埋設部２０Ｂの上部に柱４０を立設し、仮ボルト４６を用いて、柱４０の下端部に溶接されたベースプレート４４を杭頭埋設部２０Ｂに固定する。

なお、仮ボルト４６は、柱脚埋設部２０Ｕを形成するコンクリートが硬化するまでの間、杭頭埋設部２０Ｂに柱４０を固定しておくためのボルトであり、柱４０を露出柱脚形式とする場合に必要なアンカーボルトと比較して小径とされ、端部に鉤状の加工を施したり支圧プレートを設ける必要がない。つまり、仮ボルト４６は杭頭埋設部２０Ｂに柱４０を仮固定するための強度を備えていればよく、例えばケミカルアンカー（登録商標）などの後施工アンカーボルトの他、任意の固定手段を用いることができる。

次に、フープ筋２４を配筋する。このときフープ筋２４を配置するのは、高さ方向で柱脚埋設部２０Ｕの下端面２０ＵＥ（杭頭埋設部２０Ｂの上端面）からパイルキャップコンクリート２０の上端面までの範囲とし、下端面２０ＵＥ付近におけるフープ筋２４ＵＥのピッチは、その他の部分のフープ筋２４のピッチよりも小さくする。なお、フープ筋２４ＵＥは、本発明における拘束部材の一例であり、フープ筋２４Ｂと同様に、ピッチを細かくする代わりに直径を大きくしてもよい。

さらに、基礎梁５０の上端筋５２、中吊筋５６を配筋する。上端筋５２、中吊筋５６の端部はパイルキャップコンクリート２０の内部において主筋２２の手前で折り曲げ、下方向に延設する。下方向に折り曲げられた上端筋５２、中吊筋５６（折り曲げ部５２Ｂ、５６Ｂ）は、下端部がそれぞれ下端筋５４、中吊筋５８の折り曲げ部５４Ｂ、５８Ｂの上端部と対向し、柱４０の柱脚の周囲に配置される。

その後、主筋２２及びフープ筋２４を取り囲むように図示しない型枠を組付けてコンクリートを打設し、柱脚埋設部２０Ｕを形成する。これにより、パイルキャップコンクリート２０が形成される。

なお、杭頭埋設部２０Ｂと柱脚埋設部２０Ｕとの接合強度を増すために、杭頭埋設部２０Ｂのコンクリート打設時に、杭頭埋設部２０Ｂの上端面から突出するスタッドボルト等を埋設しておいてもよい。

（柱）
柱４０は、柱脚（下端部）がパイルキャップコンクリート２０に埋設された角型鋼管柱とされている。パイルキャップコンクリート２０に埋設された部分の軸方向長さＬ２は、一例として柱径Ｄ２の約２．５倍とされている（Ｌ２≧２．５Ｄ２）。なお、柱４０を設置する方法は上述した通りである。なお柱４０は、Ｈ型鋼で形成された柱や、Ｈ型鋼や角型鋼管を芯材とする鉄骨鉄筋コンクリート柱としてもよい。

（基礎梁）
基礎梁５０は、パイルキャップコンクリート２０に接合された梁であり、基礎梁５０の上端面はパイルキャップコンクリート２０の上端面と高さが揃えられている。なお、基礎梁５０の上端面とパイルキャップコンクリート２０の上端面とは、必ずしも同じ高さである必要はなく、例えばそれぞれの下端面が揃えられていてもよいし、上端面と下端面の何れも揃えられていない構成にしてもよい。

図２に示すように、基礎梁５０は、パイルキャップコンクリート２０の互いに直交する２側面に接合されている。基礎梁５０の端部は、基礎梁５０の中央寄りの部分からパイルキャップコンクリート２０に向かって、断面積が徐々に大きくなるように形成されている（拡径部５０Ａ）。

材軸ＣＬ１を挟んで両側に配置された上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８は、それぞれ拡径部５０Ａにおいて拡径部５０Ａの両側面と平行な方向へ延設されている。そしてパイルキャップコンクリート２０の内部において互いに平行になるよう向きを調節され、パイルキャップコンクリート２０の主筋２２の手前で、図１に示すように、上下方向へ折り曲げられている。

なお、上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８は必ずしも拡径部５０Ａの両側面と平行な方向へ延設する必要はない。さらに拡径部５０Ａは必ずしも形成する必要はなく、基礎梁５０は断面積を一様に形成することができる。つまり、上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８が、水平方向に延設された部分において柱４０及び杭３０と干渉しないように構成されていれば、各種の構成を適用することができる。

基礎梁５０を形成するには、下端筋５４、中吊筋５８の配筋に先立って、図１に示す基礎梁５０の梁底となる地盤Ｇの表面を地均しし、敷均しコンクリートを打設して床付面ＧＬ２を形成する。そして上述した手順に従って下端筋５４、中吊筋５８、上端筋５２、中吊筋５６を敷設しながらパイルキャップコンクリート２０を施工したあと、上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８にあばら筋５９を巻きつける。そして上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８、あばら筋５９の周囲に図示しない型枠を組付けてコンクリートを打設し、基礎梁５０を形成する。

なお、本実施形態において下端筋５４は、基礎梁５０に埋設される部分とパイルキャップコンクリート２０に埋設される部分とが連続した一本の異形鉄筋で形成され、パイルキャップコンクリート２０施工時の鉄筋工事で敷設されるものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば下端筋５４は、基礎梁５０に埋設される部分とパイルキャップコンクリート２０に埋設される部分とを別々に形成し、パイルキャップコンクリート２０の端部に開口する機械式継手等を用いてこれらを接続してもよい。下端筋５４をこのように形成することで、パイルキャップコンクリート２０施工時の鉄筋工事を簡略化することができ、施工性が向上する。

上端筋５２、中吊筋５６、５８についても同様に、基礎梁５０に埋設される部分とパイルキャップコンクリート２０に埋設される部分とを別々に形成することができる。

（作用・効果）
第１実施形態に係る杭頭構造１０では、図２に示すように、基礎梁５０はパイルキャップコンクリート２０の互いに直交する２側面に接合され、残りの２側面には接合されていない。

柱４０の柱脚や杭３０（図１参照）の杭頭に曲げモーメントが作用して、パイルキャップコンクリート２０に対して矢印Ｃ１で示す方向へ支圧力が発生した場合、パイルキャップコンクリート２０には、図２に網掛けで示した部分に圧縮応力が発生する。この部分には支圧力に抵抗できる基礎梁５０が接合されていないため、矢印Ｃ３、Ｃ４で示す方向へ支圧力が発生した場合とは異なり基礎梁５０による抵抗力を期待することができない。矢印Ｃ２で示す方向へ支圧力が発生した場合も同様である。

これに対して、第１実施形態に係る杭頭構造１０では、パイルキャップコンクリート２０に埋設された下端筋５４、中吊筋５８が上方向に折り曲げられ、杭３０の杭頭及び柱４０の柱脚の周囲に配置されるように長さが調節されている。さらに、パイルキャップコンクリート２０に埋設された上端筋５２、中吊筋５６が下方向に折り曲げられ、柱４０の柱脚の周囲に配置されるように長さが調節されている。

このため、杭３０の杭頭に曲げモーメントが作用して、杭頭がパイルキャップコンクリート２０を支圧した際には、杭頭の周囲に配置された下端筋５４、中吊筋５８の折り曲げ部５４Ｂ、５８Ｂが横方向に力をうけて、下端筋５４、中吊筋５８に引張力が作用する。下端筋５４、中吊筋５８がこの引張力に抵抗することにより、コンクリートに作用する支圧力が抑制される。これにより、パイルキャップコンクリートの圧壊が抑制される。

また、柱４０の柱脚に曲げモーメントが作用して、柱脚がパイルキャップコンクリート２０を支圧した際には、柱脚の周囲に配置された下端筋５４、中吊筋５８の折り曲げ部５４Ｂ、５８Ｂ及び上端筋５２、中吊筋５６の折り曲げ部５２Ｂ、５６Ｂが横方向に力をうけて、下端筋５４、中吊筋５８、上端筋５２、中吊筋５６に引張力が作用する。下端筋５４、中吊筋５８、上端筋５２、中吊筋５６がこの引張力に抵抗することにより、コンクリートに作用する支圧力が抑制される。これにより、パイルキャップコンクリートの圧壊が抑制される。

さらに、第１実施形態に係る杭頭構造１０では、杭３０の上端面３０Ｅ付近におけるフープ筋２４Ｂ及び柱脚埋設部２０Ｕの下端面２０ＵＥ付近におけるフープ筋２４ＵＥのピッチが、その他の部分のフープ筋のピッチよりも小さい。このため、杭３０の杭頭又は柱４０の柱脚に曲げモーメントが作用した際に、最も大きな支圧力が発生する部分のコンクリートの変形が抑制されている。これにより、パイルキャップコンクリート２０の圧壊が抑制される。なお、フープ筋２４Ｂ、フープ筋２４ＵＥのピッチを小さくする代わりにこれらの直径を大きくした場合も、同様の効果を得ることができる。

このように、第１実施形態に係る杭頭構造１０によれば、基礎梁５０がパイルキャップコンクリート２０の互いに直交する２側面に接合され、残りの２側面には接合されていない場合においても、パイルキャップコンクリート２０の圧壊が抑制される。

なお、本実施形態において基礎梁５０はパイルキャップコンクリート２０の互いに直交する２側面のみに接合されているものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば基礎梁５０が３側面又は４側面に接合されている場合においても、上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８がパイルキャップコンクリート２０の内部で上下方向に折り曲げられた構成（以下、「折り曲げ部の構成」と称す）と、杭３０の上端面３０Ｅ付近及び柱脚埋設部２０Ｕの下端面２０ＵＥ付近におけるフープ筋２４Ｂ、２４ＵＥのピッチが他のフープ筋２４よりも小さい構成（以下、「フープ筋の構成」と称す）とを適用することができる。基礎梁５０がパイルキャップコンクリート２０の３面以上に接合されている場合にこれらの構成を適用することで、パイルキャップコンクリート２０を更に圧壊しにくくできる。

また、本実施形態においては、「折り曲げ部の構成」と、「フープ筋の構成」との何れも備えているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば、「折り曲げ部の構成」と、「フープ筋の構成」のうち、何れかを備えていればよい。このような構成でも、何れも備えない構成と比較して、パイルキャップコンクリート２０の圧壊が抑制される。

また、第１実施形態に係る杭頭構造１０では、杭頭埋設部２０Ｂを形成するコンクリートは、杭３０の上端面３０Ｅを被覆するように打設され、表面が水平面と略一致するように均される。このため、杭３０の施工精度に関わらず柱４０を鉛直方向に立設しやすく、柱４０の建て方精度を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、パイルキャップコンクリート２０を構成する杭頭埋設部２０Ｂと柱脚埋設部２０Ｕとを別々に形成しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば杭頭埋設部２０Ｂと柱脚埋設部２０Ｕとを一体的に打設してもよい。この場合、杭３０の打設後、杭３０に柱４０を載置し、基礎梁５０の上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８、パイルキャップコンクリート２０の主筋２２、フープ筋２４を配筋し、その後、パイルキャップコンクリート２０を形成するコンクリートを打設する。

パイルキャップコンクリート２０をこのように形成することで、杭３０の施工後パイルキャップコンクリート２０を打設する前に、柱４０を杭３０の上に建て込むことができるため、コンクリート工事をまとめて行うことができる。このため工期を短縮できる。

［第２実施形態］
（構成）
第１実施形態に係る杭頭構造１０では、パイルキャップコンクリート２０に埋設された下端筋５４、中吊筋５８が上方向に折り曲げられ、上端筋５２、中吊筋５６が下方向に折り曲げられているが、第２実施形態に係る杭頭構造１２では、図３に示すように、上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８が折り曲げられていない。なお、上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８に必要とされるパイルキャップコンクリート２０への定着長さは、水平部分５２Ｈ、５４Ｈ、５６Ｈ、５８Ｈにおいて確保されている。

第２実施形態に係る杭頭構造１２では、杭３０の杭頭及び柱４０の柱脚を取り囲むように、円筒形の鋼管６０が配置されている。

（作用・効果）
第２実施形態に係る杭頭構造１２では、杭３０の杭頭又は柱４０の柱脚に曲げモーメントが作用すると、杭３０又は柱４０の周囲のパイルキャップコンクリート２０が支圧される。この支圧力に鋼管６０が抵抗することで、鋼管６０の周囲のパイルキャップコンクリート２０の圧壊が抑制される。

なお、本実施形態に係る杭頭構造１２においては、上端筋５２、下端筋５４、中吊筋５６、５８が折り曲げられていない構成としたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば、第１実施形態に係る杭頭構造１０と同様に、下端筋５４、中吊筋５８を上方向に折り曲げ、上端筋５２、中吊筋５６を下方向に折り曲げてもよい。このようにすることで、パイルキャップコンクリート２０の圧壊を抑制する効果を高めることができる。

また、円筒形の鋼管６０に代えて、角型鋼管や、２つの溝型鋼のフランジ先端同士を溶接して形成された部材などを用いてもよい。すなわち、杭３０の杭頭及び柱４０の柱脚を取り囲む形状であれば、各種の構成を採用することができる。

１０、１２ 杭頭構造
２０ パイルキャップコンクリート
２０Ｂ、２０Ｕ フープ筋（拘束部材）
３０ 杭
４０ 柱
５２ 上端筋（基礎梁主筋、拘束部材）
５４ 下端筋（基礎梁主筋、拘束部材）
５６、５８ 中吊筋（拘束部材）
６０ 鋼管（拘束部材）

Claims (5)

1. パイルキャップコンクリートと、
   前記パイルキャップコンクリートに上端部が埋設された杭と、
   前記パイルキャップコンクリートに下端部が埋設された柱と、
   前記パイルキャップコンクリートに埋設され、前記上端部及び前記下端部の双方の周面の横方向に配置されて、前記杭又は前記柱から前記パイルキャップコンクリートに作用する支圧力に抵抗する拘束部材と、
   を備えた杭頭構造。
2. 前記杭において、前記パイルキャップコンクリートに埋設された前記上端部の軸方向長さは、前記杭の径と等しい寸法以上とされ、
   前記拘束部材は前記パイルキャップコンクリートに定着された基礎梁主筋であり、
   前記基礎梁主筋は、
   端部が下方向に折り曲げられて延設されて前記下端部の周面の横方向に配置された上端筋と、
   端部が上方向に折り曲げられて延設されて前記上端部及び前記下端部の双方の周面の横方向に配置された下端筋と、
   を備えている、請求項１に記載の杭頭構造。
3. 前記杭において、前記パイルキャップコンクリートに埋設された前記上端部の軸方向長さは、前記杭の径と等しい寸法以上とされ、
   前記拘束部材は、基礎梁主筋における上端筋と下端筋との間に配置され、かつ、前記パイルキャップコンクリートに埋設され、前記杭の前記上端部及び前記柱の前記下端部の双方の周面を取り囲んで配置された鋼管である、請求項１に記載の杭頭構造。
4. 前記基礎梁主筋は、平面視において、前記杭及び前記柱からみて前記基礎梁主筋が配筋された基礎梁とは反対側において折り曲げられている、請求項２に記載の杭頭構造。
5. 前記杭において、前記パイルキャップコンクリートに埋設された前記上端部の軸方向長さは、前記杭の径と等しい寸法以上とされている、請求項１〜４の何れか１項に記載の杭頭構造。

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