JP7102062B2 - 建築物の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、建築物の上部構造と杭とを接合する接合構造に関する。

建築物の上部構造（基礎梁や柱等）と杭とを接合する接合構造には、杭頭を埋め込むとともに上部構造と接合する、パイルキャップと呼ばれるキャップ部材が使用される。このパイルキャップを現場打ちで形成しようとすると、この部位が、構造上、鉄筋が複雑に集合する部位であることから、施工性に難点を伴うものとなりがちである。

このことに鑑み、現場打ちで形成するのではなく、工場生産によるプレキャスト部材に置き換え、工期短縮や品質向上等の改善を図ることが行われてきた。特に、杭として既製杭を用いる場合、杭径が比較的小さいことから、これと組み合わせるパイルキャップも、取り回しが容易な小型のもので良く、杭自体の工期短縮と相まってプレキャスト部材とすることが好まれている。

プレキャスト化されたパイルキャップは、杭頭と接する部分に、施工誤差を吸収できるように遊びの空間が設けられており、その空間にコンクリートや無収縮モルタルを充填することにより、杭と接合され、一体化される（例えば、特許文献１～３参照）。コンクリート等を充填する方法としては、杭の上部から重力によりコンクリートを打設する方法や、パイルキャップの下方から無収縮モルタルを圧入して、空気を抜きながら上方に充填していく方法がある。

特開２００６－２９１６４１号公報 特開平４－３４７２１４号公報 特開２００１－１３２２７５号公報

しかしながら、上部から重力により充填する方法では、パイルキャップと杭頭が施工誤差等で接近していると、コンクリートを充分に打設することができない場合があるという問題があった。また、下方から無収縮モルタルを圧入する方法では、充填完了の確認を空気抜き孔からの充填材の漏出により確認しているが、内部視認できないことから、空気溜まりが残存し、杭頭の構造性能に影響を及ぼすという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、建築物の上部構造と杭とを接合する接合構造であって、
杭頭を収容し、杭の上面に対向する地面に対して傾斜した天井面を有する収容部と、天井面の最も高い箇所から外部へと連続し、収容部内の空気を排出するための排出孔とを含み、上部構造と接合するとともに杭頭を覆うように設置されるキャップ部材と、
杭頭の外周面とキャップ部材の収容部の内側面との間に配置される緩衝材とを含む、接合構造が提供される。

本発明によれば、杭の施工誤差を許容しながら、充填材の充填性や杭頭の構造性能を確保することができ、プレキャスト材により施工することが可能となる。

接合構造の第１の例を示した図。 図１に示す接合構造を構築する方法について説明する図。 接合構造の第２の例を示した図。 接合構造の第３の例を示した図。

図１は、プレキャストで製造されたパイルキャップを使用して上部構造と杭とを接合する接合構造の第１の例を示した図である。比較的軟弱な地盤に建築物を構築する場合、地中の固い支持層に届く杭１０が打ち込まれ、杭１０により建築物を支持する。杭１０としては、例えば円筒形の既製コンクリート杭が用いられ、機械によって掘削された孔に接続しながら埋め込まれることにより下部構造としての基礎が構築される。なお、杭１０は、円筒形の既製コンクリート杭に限られるものではなく、鋼製の円管から構成される鋼管杭等の既製杭や、現場にて地盤を掘削し、鉄筋籠を補強筋として挿入し、コンクリートを打設して構築される場所打ちコンクリート杭であってもよい。

上部構造は、下部構造としての杭１０により支持される建築物の本体であり、垂直に立てられ、上部の荷重を支える柱や、柱と柱を繋ぐ梁等により構成される。梁には、各柱の下の基礎を繋ぐ基礎梁４０がある。

杭１０と、柱もしくは基礎梁またはその両方とは、接合部材であって、杭１０の上端の杭頭１１を覆うように設置されるキャップ部材としてのパイルキャップ２０により接合される。パイルキャップ２０は、上部構造および杭１０からの力を相互に伝達する。

パイルキャップ２０は、プレキャストと呼ばれる、工場で予め製造されたコンクリート製品で、内部に鉄筋が埋め込まれたものが使用される。パイルキャップ２０には、杭頭１０を収容する凹部である収容部２１を備えている。なお、パイルキャップ２０は、工場で製造されるものに限られるものではなく、現場の専用ヤードにて製造されるものであってもよい。

パイルキャップ２０は、地面から突出する杭頭１１に被せるように設置される。杭頭１１は、パイルキャップ２０の収容部２１に収容され、収容部２１と杭頭１１との隙間は、無収縮モルタル等の充填材２２が注入され、杭１０とパイルキャップ２０とが接合される。

パイルキャップ２０にプレキャスト材で製造されたものを用いることで、パイルキャップ２０を現場で施工する際の鉄筋籠や型枠の設置、コンクリートの打設、養生等の工程が不要になるため、工期を短縮することができる。また、鉄筋が複雑に集合する現場ではなく、工場等で製造されるため、品質向上等の改善を図ることができる。

杭１０を設置する際、施工精度や地中障害物等の存在によって、杭１０の芯ずれが発生する。芯ずれは、設計した杭の断面の中心を通る中心線と、実際に打ち込んだ杭１０の断面の中心を通る中心線とのずれである。

また、杭１０の地面から突出する杭頭１１の長さは、杭１０を設置する深さの精度によって変わり、設計した長さを超える場合、高止まりとなり、設計した長さ未満の場合、低止まりとなる。設計した長さとの差は、高止まり誤差または低止まり誤差となる。

パイルキャップ２０の収容部２１の空間には、芯ずれや高止まり誤差を吸収できるように、遊びの空間が設けられる。これにより、施工誤差が生じたとしても、杭頭１１を収容部２１に収容することができる。

しかしながら、芯ずれにより杭頭１１が収容部２１と近接している場合、近接した空間に充填材２２を注入することができず、また、注入できたとしても、不充分な注入で、空気溜まりが発生する。このような空気溜まりの発生は、設計通りの接合強度が得られない等の、杭頭１１の構造性能に影響を及ぼす。

また、高止まりにより杭頭１１の地面からの突出長さが長い場合、地震時等の杭１０の変形により、パイルキャップ２０の、杭頭１１の外周を取り囲む部分である縁空き部２３に対し過大な負荷がかかる。このような過大な負荷も、杭頭１１の構造性能に影響を及ぼす。

そこで、本実施形態の接合構造では、施工された杭頭１１の芯ずれや高止まり誤差を比較的大きな値まで許容できるようにする。すなわち、収容部２１の空間を大きくする。ただし、収容部２１の空間を大きくしただけでは、空気溜まりの発生を抑制できないので、空気を抜くための排出孔２４を設ける。また、縁空き部２３への過大な負荷を低減するため、緩衝材２５を間に配置する。

収容部２１の空間は、従来の空間より広い空間とする。具体的には、適用する杭径によらず、杭頭１１の外周に設置した緩衝材２５から収容部２１の内壁までの間隔Aを、例えば１００mmとする。これにより、杭１０の施工誤差および充填材の充填性を踏まえ、芯ずれを最大８５mm許容できる。

すなわち、間隔Aが最も狭くて１５mm、最も広くて１８５mmとなる。この範囲であれば、間隔Aが狭すぎて充填材を充分に充填できないといったことがなくなる。

杭頭１１のレベル誤差（高止まり誤差）については、パイルキャップ２０の収容部２１への杭１０の埋め込み深さHを、例えば１００mm以上かつ杭径Dの０．５倍以下とし、杭１０の上面と、収容部２１の天井面の最も高さの位置が低い箇所との間隔Bを１００mmとする。これにより、杭１０の高止まりを最大８５mmまで許容できる内部空間とすることができる。

すなわち、杭１０の上面と、収容部２１の天井面の最も高さ位置が低い箇所との間隔Bが、標準の１００mmから最も狭くて１５mmとなり、上記と同様、間隔Bが狭すぎて充填材２２を充分に充填できないといったことがなくなる。

なお、低止まりについては、杭頭１１のレベルが標準に対して足りない状態であるから、杭頭１１の上面に端板（杭端部鋼板同等品）を全周溶接する等して、所定の杭頭レベルとなるまで補正することができる。

収容部２１は、杭頭１１を収容するとともに、円錐形に中心に向けて高くなるように傾斜する天井面２６を有する。天井面２６の傾斜の度合いを表す勾配は、１／１０以上とされる。勾配は、水平距離に対する垂直距離を表し、１／１０は、水平方向に１０行くと垂直方向に１上がることを意味する。

排出孔２４は、収容部２１の天井面２６の最も高い箇所の中心２７からパイルキャップ２０の外部へと連続し、収容部２１内の空気を排出する。排出孔２４は、天井面２６の最も高い箇所に１箇所のみ設けることで、空気を完全に排出することができ、空気溜まりの発生を抑制することができる。

ちなみに、高止まり誤差をもって施工されると、パイルキャップ２０の収容部２１内に収容される杭１０の埋め込み深さも大きくなる。杭１０の埋め込み深さが大きいほど、縁空き部２３が負担する曲げモーメントが大きくなる。曲げモーメントが無視できない程大きくなると、縁空き部２３の厚さWを厚くしなければならないかを再照査する必要があり、施工の妨げとなる。

このため、緩衝材２５が、杭頭１１の外周面とパイルキャップ２０の収容部２１の内側面との間に配置され、埋め込み深さHが変化しても曲げモーメントの増大を緩和させる。

緩衝材２５としては、充填材２２より変形性に富む材料、例えば発泡ポリエチレンやゴム等の柔らかく、曲げやすい材料を用いることができる。緩衝材２５は、リング状のものであってもよいし、板状のものを複数用い、杭１０の外周面に隙間無く配置してもよい。このような緩衝材２５を用いることで、杭１０の上端に近いほど集中する応力を緩和させることができる。

縁空き部２３の厚さは、杭１０に接する充填材の部分は含まない厚さで、緩衝材２５を用いることにより薄くすることができる。充填材がない一般的なパイルキャップの慣例では、杭径Dの０．７５倍以上とされる。充填材が含まれると縁空き部２３の厚さはさらに厚くなるが、緩衝材２５を用いることで、例えば２５０mm以上、かつ杭径Dの０．５倍以上であって、０．７５倍以下とすることができる。緩衝材２５を配置した後の収容部２１の空間は、充填材２２を注入し、埋めることができる。

充填材２２は、設置したパイルキャップ２０と地盤の隙間を通し、パイルキャップ２０の下方から圧入することにより充填することができる。充填材２２の充填中は、収容部２１内の空気が排出孔２４を通して排出される。収容部２１内が充填材２２で充填されたか否かは、排出孔２４からの充填材２２の漏出の有無により確認することができる。

次に、図２を参照して、図１に示す接続構造を構築する方法について説明する。基礎梁は、地面の中に施工されるため、地盤を所定の深さ掘り下げる根切りが行われる。根切りを行った後、砕石を敷き、プレート等で転圧を掛ける。そして、施工の基準となる水平面を作るために捨てコンクリートが打設される。

杭１０の周囲も同様に、図２（ａ）に示すように根切りを行い、穴３０を形成して、杭頭１１を露出させる。図２（ａ）では、形成した穴３０の側壁が斜めに延びているが、穴３０の側壁は、鉛直方向に延びていてもよい。

杭頭１１を露出させた後、必要に応じて杭頭処理を行い、図２（ｂ）に示すように杭頭１１の外周囲に緩衝材２５を配置する。そして、砕石を敷き、転圧を掛け、捨てコンクリートを打設する。その後、クレーン等を使用し、パイルキャップ２０を吊り下げ、穴３０に挿入する。

穴３０に挿入すると、図２（ｃ）に示すようにパイルキャップ２０の収容部２１内に杭頭１１が収容された状態となる。パイルキャップ２０の縁空き部２３と捨てコンクリートとの隙間を通して、充填材２２を圧入することにより、縁空き部２３と杭１０の外周囲に配置した緩衝材２５との間から充填材２２が注入される。なお、充填材２２の注入のために、パイルキャップ２０の下部や捨てコンクリート等に注入孔を設けてもよい。この場合、注入孔は、最後に充填材２２により埋めることができる。

収容部２１内の空気は、パイルキャップ２０の下方から注入される充填材２２により押し上げられ、天井面２６に集められる。天井面２６は、中心２７に向けて傾斜が設けられ、中心２７の高さが最も高くなっているため、中心２７に集められる。中心２７には、外部へと連続する排出孔２４が設けられており、中心２７に集められた空気は、排出孔２４を通して外部へ排出される。このため、空気溜まりは発生しない。

収容部２１内が充填材２２により全て埋められると、充填材２２が排出孔２４へ入り、排出孔２４から外部へ排出されるようになる。これにより、収容部２１内が全て埋められ、空気溜まりがないことを確認することができる。

収容部２１の杭１０の上面に対向する天井面２６は、円錐形に中心に向けて高くなるように傾斜を有するものに限らず、図３に示すように一方に向けて高くなるように傾斜を有するものであってもよい。この場合も同様に、排出孔２４は、天井面２６の最も高い箇所から外部へと連続するように設けられる。

また、緩衝材２５は、図４に示すように杭頭１１の上端から下方に向けて傾斜を有するテーパ状とすることができる。傾斜は、杭頭１１の上端から、杭径Dの０．５倍＋高止まり許容値８５mmの範囲までとされ、傾斜の度合いを表す勾配は、１／１０～１／３０とされ、好ましくは１／２０である。

このように緩衝材２５に傾斜を設けることで、充填材２２がパイルキャップ２０の根元側で良く圧密されて空気溜まりが生じにくくなる。

本実施形態の接続構造は、従来と同程度の一定の杭の施工誤差を許容しながら、充填材の充填性や杭頭の構造性能を確保することができ、プレキャスト材により施工することが可能となる。

これまで本発明の接続構造について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…杭
１１…杭頭
２０…パイルキャップ
２１…収容部
２２…充填材
２３…縁空き部
２４…排出孔
２５…緩衝材
２６…天井面
２７…中心
３０…穴
４０…基礎梁

Claims (6)

1. 建築物の上部構造と杭とを接合する接合構造であって、
   杭頭を収容し、前記杭の上面に対向する地面に対して傾斜した天井面を有する収容部と、前記天井面の最も高い箇所から外部へと連続し、前記収容部内の空気を排出するための排出孔とを含み、前記上部構造と接合するとともに前記杭頭を覆うように設置されるキャップ部材と、
   前記杭頭の外周面と前記キャップ部材の前記収容部の内側面との間に配置され、一部が地面に埋設された緩衝材とを含み、
   前記緩衝材を配置した後の前記杭頭を覆うように前記キャップ部材を設置し、前記収容部内へ充填材が前記キャップ部材の下方から圧入される 、接合構造。
2. 前記天井面は、円錐形に中心に向けて高くなるように傾斜し、前記排出孔は、前記中心から前記外部へと連続する、請求項１に記載の接合構造。
3. 前記天井面の傾斜の度合いが、１／１０以上である、請求項１または２に記載の接合構造。
4. 前記緩衝材は、前記杭頭の外周面に隣接して配置され、前記杭の上面から下方に向けて傾斜を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合構造。
5. 前記緩衝材の傾斜の度合いが、１／１０～１／３０である、請求項４に記載の接合構造。
6. 前記杭頭の外周を取り囲む、前記キャップ部材の縁空き部の厚さが、前記杭の径の０．７５倍以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の接合構造。

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