JP7278703B2

JP7278703B2 - コンクリート杭

Info

Publication number: JP7278703B2
Application number: JP2017132323A
Authority: JP
Inventors: 一雅菅; 佑二郎田中
Original assignee: Japan Pile Corp
Current assignee: Japan Pile Corp
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2023-05-22
Anticipated expiration: 2037-07-05
Also published as: JP2019015069A

Description

本開示は中空のコンクリート杭に関する。

既製杭の一種である外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）は、一般的に、外殻鋼管と、外殻鋼管によって覆われた中空で円筒形状のコンクリート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

ＳＣ杭は、外殻鋼管を有することから、外殻鋼管を有さない通常のコンクリート杭よりも、高い曲げ耐力及び靭性を有する。しかしながら、そのようなＳＣ杭に対しても、曲げ耐力及び靭性の更なる向上が望まれている。
一方、ＳＣ杭のみならず、外殻鋼管を備えていないＰＲＣ杭（プレストレスト鉄筋高強度コンクリート杭）やＰＨＣ杭（プレストレスト高強度コンクリート杭）等のコンクリート杭においても、中実にせずに、靭性を向上させる手段の開発が望まれる。
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、曲げ耐力及び靭性が従来よりも改善された既製のコンクリート杭を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために種々検討を重ねた結果、外殻鋼管付きコンクリート杭が所定の径厚比を有する場合、曲げ耐力及び靭性が向上することを見出した。そして更に、当該径厚比を、外殻鋼管を備えていないコンクリート杭に適用しても、曲げ耐力及び靭性が向上することを見出し、本発明に想到した。
（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、
コンクリートを少なくとも一部に含む中空で円筒形状の杭体を備えるコンクリート杭において、
前記杭体は、該杭体の軸線方向にて中間部に金属材によって覆われていない外周面を有し、
前記杭体の外径をＤとし、前記杭体の厚さをｔｃとし、径厚比をｔｃ／Ｄとしたとき、
次式：
０．２４≦ｔｃ／Ｄ＜０．５
で示される関係を満たし、
前記杭体の厚さｔｃは、前記杭体の軸線方向全体に渡って、前記杭体の軸線方向に直交する前記杭体の断面内において、各頂点が前記杭体の外周面に接しており６０度の頂角を有する仮想の三角形の各辺が前記杭体内に含まれる厚さであり、
前記杭体は、同心に配置された２つ以上の円筒部を含み、
前記２つ以上の円筒部のうち最内周に位置する最内周円筒部を構成する材料は、最外周に位置する最外周円筒部を構成する材料よりも小さい圧縮強度を有し、
前記２つ以上の円筒部の各々は３０Ｎ／ｍｍ ^２以上の圧縮強度を有する材料によって構成されている。

上記構成（１）によれば、径厚比ｔｃ／Ｄが０．５未満であって、杭体は円筒形状を有して完全には中実ではなく、径方向中央に円柱形状の空洞を有する。このため、杭体に亀裂が発生すると、杭体の内面の一部が剥落し、コンクリート杭の曲げ耐力及び靭性が低下する虞がある。
しかしながら、上記構成によれば、径厚比ｔｃ／Ｄが０．２４以上であるので、径厚比ｔｃ／Ｄが０．２４未満の場合に比べて、曲げ耐力及び靭性が向上する。
また、コンクリート杭は中空なので、杭孔に挿入する際に生じる浮力を低減できる。さらに、中実のコンクリート杭よりも重量が軽くなることで輸送や杭施工の負担を軽減することができる。

更に、上記構成（１）によれば、杭体は同心に配置された２つ以上の円筒部によって構成されているので、例えば遠心成形を用いて、最外周円筒部の成形後に最内周円筒部の成形を行うことが可能であり、杭体の成形が容易である。
また、上記構成（１）によれば、最内周円筒部を構成する材料が、最外周円筒部を構成する材料よりも小さい圧縮強度を有しているので、最内周円筒部の材料コストを低減することができる。
上記構成（１）によれば、最外周円筒部を構成する材料の圧縮強度が最内周円筒部を構成する材料の圧縮強度よりも大きいので、最外周円筒部における亀裂の発生が抑制され、曲げ耐力及び靭性を向上させながら、コストを削減することができる。
また、上記構成（１）によれば、各円筒部を構成する材料は、３０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を有しているので、円筒部の圧縮強度が不足することはなく、曲げ耐力及び靭性を確実に向上させることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記最内周円筒部はセメントペースト又はモルタルによって構成されている。
上記構成（２）によれば、最内周円筒部が硬化性材料であるグラウトによって構成されているので、最内周円筒部の形成が容易である。

（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記コンクリート杭は、
前記杭体の内部を前記杭体の軸線方向に延び、前記杭体に含まれるコンクリートに圧縮力を作用させる緊張材と、
前記杭体の内部を前記杭体の周方向に延び、前記杭体の径方向にて前記緊張材よりも外側に配置された第１補強材と、を更に備える。

上記構成（３）によれば、杭体の周方向に延びる第１補強材によって、杭体の外側が補強される。この結果として、外殻鋼管を有していなくても、軸力が作用している状態でも優れた靱性を有するＰＨＣ杭等のコンクリート杭が提供される。

（４）幾つかの実施形態では、上記構成（３）において、
前記コンクリート杭は、
前記杭体の内部を前記杭体の軸線方向に延びる第２補強材を更に備える。

上記構成（４）によれば、杭体の軸線方向に延びる第２補強材によって、曲げ耐力を高めることができ、より高い靱性を有するＰＲＣ杭等のコンクリート杭が提供される。

（５）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、
コンクリートを少なくとも一部に含む中空で円筒形状の杭体と、
前記杭体の軸線方向に沿って前記杭体の内部に配置され、前記杭体に含まれるコンクリートに圧縮力を作用させる緊張材と、
前記杭体の周方向に沿って前記杭体の内部に配置されて、前記緊張材よりも前記杭体の径方向の外側に配置された第１補強材と、
を備えるコンクリート杭において、
前記杭体は、該杭体の軸線方向の中間部に金属材によって覆われていない外周面を有し、
前記杭体の外径をＤとし、前記杭体の厚さをｔｃとし、径厚比をｔｃ／Ｄとしたとき、
次式：
０．２４≦ｔｃ／Ｄ＜０．５
で示される関係を満たし、
前記杭体の厚さｔｃは、前記杭体の軸線方向全体に渡って、前記杭体の軸線方向に直交する前記杭体の断面内において、各頂点が前記杭体の外周面に接しており６０度の頂角を有する仮想の三角形の各辺が前記杭体内に含まれる厚さであり、前記杭体は、
コンクリートによって構成された円筒形状の最外周円筒部と、
前記最外周円筒部よりも前記杭体の径方向にて内側に位置し、前記杭体の内周面を構成する円筒形状の最内周円筒部と、を含み、
前記第１補強材は前記最外周円筒部の内部に配置され、
前記最外周円筒部における前記第１補強材の体積比と降伏点の積は２．４５Ｎ／ｍｍ^２より大きい値である。

上記構成（５）によれば、杭体の最外周円筒部における第１補強材の体積比と降伏点の積が２．４５Ｎ／ｍｍ^２より大きい値であるので、杭体の外側を確実に補強することができる。この結果として、外殻鋼管を有していなくても、軸力が作用している状態でも優れた靱性を有する、ＰＲＣ杭やＰＨＣ杭等のコンクリート杭が提供される。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、外周に外殻鋼管を備えていなくても、曲げ耐力及び靭性が従来よりも改善されたコンクリート杭が提供される。

本発明の一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のＩＩ－ＩＩ線に沿う概略的な断面図である。本発明の一実施形態に係る外殻鋼管付きコンクリート杭の図２に相当する断面図である。径厚比Ｔ／Ｄを０．２４以上に設定することによる効果を説明するための図である。図１に示した外殻鋼管付きコンクリート杭の製造方法の一例の概略的な手順を示すフローチャートである。図３に示した外殻鋼管付きコンクリート杭の製造方法の一例の概略的な手順を示すフローチャートである。外殻鋼管付きコンクリート杭の試験装置の概略的な構成を外殻鋼管付きコンクリート杭とともに示す図である。試験体への載荷ステップを示すグラフである。実施例及び比較例における荷重と中央たわみの関係の包絡線図である。本発明の他の一実施形態に係るプレストレスト鉄筋高強度コンクリート杭の概略的な縦断面図である。図１０のＸＩ－ＸＩ線に沿う概略的な断面図である。図１０に示したプレストレスト鉄筋高強度コンクリート杭の製造方法の一例の概略的な手順を示すフローチャートである。本発明の他の一実施形態に係る既製のコンクリート杭の一種である節杭の概略的な縦断面である。本発明の他の一実施形態に係る既製のコンクリート杭の一種である拡径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。

図１は、本発明の一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）１（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、本発明の他の一実施形態に係るＳＣ杭１（１Ｂ）の図２に対応する横断面図である。
図１～図３に示したように、ＳＣ杭１（１Ａ，１Ｂ）は、外殻鋼管３と、杭体５（５Ａ，５Ｂ）とを備える。
外殻鋼管３は、円筒形状を有しており、例えば、一般用圧延鋼材によって構成されている。外殻鋼管３は、例えば、３００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下の外径Ｄを有し、外殻鋼管３の外径Ｄは、ＳＣ杭１（１Ａ，１Ｂ）の外径に相当する。また、外殻鋼管３は、例えば、４．５ｍｍ以上２５ｍｍ以下の肉厚ｔｓを有する。

杭体５（５Ａ，５Ｂ）は、外殻鋼管３の内周面に付着した状態で外殻鋼管３内に配置され、コンクリートを少なくとも一部に含む。杭体５（５Ａ，５Ｂ）は、円筒形状を有し、例えば硬化性の材料を硬化させて形成され、図２及び図３に示したように、横断面でみて厚さｔｃを有する。例えば、外殻鋼管３の両端には円環形状の端板７が溶接によって取り付けられ、杭体５（５Ａ，５Ｂ）は、外殻鋼管３の軸線方向にて２つの端板７間に渡って延びている。なお、端板７が取り付けられている場合、ＳＣ杭１（１Ａ，１Ｂ）の長さＬは、端板７の外面間の長さである。ＳＣ杭１（１Ａ，１Ｂ）は、例えば、２ｍ以上１５ｍ以下の長さＬを有する。

ここで、ＳＣ杭１（１Ａ，１Ｂ）の厚さＴは、図２及び図３に示したように、外殻鋼管３の厚さｔｓと杭体５（５Ａ，５Ｂ）の厚さｔｃの和（ｔｓ＋ｔｃ）であり、ＳＣ杭１（１Ａ，１Ｂ）の外径Ｄと内径ｄの差の半分である。
そして、ＳＣ杭１（１Ａ，１Ｂ）にあっては、ＳＣ杭１（１Ａ，１Ｂ）の外径Ｄに対する厚さＴの比である径厚比Ｔ／Ｄ、換言すれば、外殻鋼管３の外径Ｄに対する、外殻鋼管３及び杭体５（５Ａ，５Ｂ）の厚さの合計（ｔｓ＋ｔｃ）の比である径厚比Ｔ／Ｄが、次式：
０．２４≦Ｔ／Ｄ＜０．５
で示される関係を満たしている。

上記構成によれば、径厚比Ｔ／Ｄが０．５未満であって、杭体５（５Ａ，５Ｂ）は円筒形状を有して完全には中実ではなく、径方向中央に円柱形状の空洞を有する。このため、杭体５（５Ａ，５Ｂ）の内周面に亀裂が発生すると、杭体５（５Ａ，５Ｂ）の内周面付近の一部が剥落し、ＳＣ杭１（１Ａ，１Ｂ）の曲げ耐力及び靭性が低下する虞がある。
しかしながら、上記構成によれば、径厚比Ｔ／Ｄが０．２４以上であるので、径厚比Ｔ／Ｄが０．２４未満の場合に比べて、曲げ耐力及び靭性が向上する。

ここで、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、径厚比Ｔ／Ｄを０．２４以上に設定することによる効果を説明するための図である。
図４（ａ）に示したように、径厚比Ｔ／Ｄが０．２４未満である場合、ＳＣ杭１’に曲げモーメントが作用すると、杭体５’にて６０度破壊が生じ、６０度の頂角を有する破片１０が剥離し易いものと考えられる。

これに対し、図４（ｂ）に示したように、径厚比Ｔ／Ｄが０．２４以上である場合、ＳＣ杭１（１Ａ，１Ｂ）に曲げモーメントが作用しても、杭体５（５Ａ，５Ｂ）での６０度破壊が抑制され、６０度の頂角を有する破片の剥離が防止されるものと考えられる。
このように、６０度よりも大きな頂角を有するような大きい破片はもとより、６０度の頂角を有するような小さい破片の剥離が防止されることで、径厚比Ｔ／Ｄが０．２４以上である場合、径厚比Ｔ／Ｄが０．２４未満の場合に比べて、曲げ耐力及び靭性が向上するものと考えられる。

上記実施形態では、径厚比Ｔ／Ｄの下限は、０．２４に設定されているが、好ましくは０．２４５に設定され、より好ましくは０．２５に設定され、更により好ましくは０．２６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、杭体５Ｂは、同心に配置された２つ以上の円筒部９ａ，９ｂを含む。２つ以上の円筒部９ａ，９ｂは相互に付着している。
そして、２つ以上の円筒部９ａ，９ｂのうち最内周に位置する最内周円筒部９ａを構成する材料は、最外周に位置する最外周円筒部９ｂを構成する材料よりも小さい圧縮強度を有する。
そして更に、２つ以上の円筒部９ａ，９ｂの各々は３０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を有する材料によって構成されている。

上記構成によれば、杭体５Ｂは同心に配置された２つ以上の円筒部９ａ，９ｂによって構成されているので、例えば遠心成形を用いて、最外周円筒部９ｂの成形後に最内周円筒部９ａの成形を行うことが可能であり、杭体５Ｂの成形が容易である。
また、上記構成によれば、最内周円筒部９ａを構成する材料が、最外周円筒部９ｂを構成する材料よりも小さい圧縮強度を有しているので、最内周円筒部９ａの材料コストを低減することができる。

上記構成によれば、最外周円筒部９ｂを構成する材料の圧縮強度が最内周円筒部９ａを構成する材料の圧縮強度よりも大きいので、最外周円筒部９ｂにおける亀裂の発生が抑制され、曲げ耐力及び靭性を向上させながら、コストを削減することができる。

また、上記構成によれば、各円筒部９ａ，９ｂを構成する材料は、３０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を有しているので、円筒部９ａ，９ｂの圧縮強度が不足することはなく、曲げ耐力及び靭性を確実に向上させることができる。
なお、杭体５Ｂが複数の円筒部９ａ，９ｂによって構成されている場合、図３に示したように、杭体５Ｂの厚さｔｃは、各円筒部９ａ，９ｂの厚さｔｃ１，ｔｃ２の合計（ｔｃ１＋ｔｃ２）である。

幾つかの実施形態では、最外周円筒部９ｂはコンクリートによって構成され、最内周円筒部９ａはグラウトによって構成されている。グラウトは、例えばセメントペーストやモルタルである。
上記構成によれば、最内周円筒部９ａが硬化性材料であるグラウトによって構成されているので、最内周円筒部９ａの形成が容易である。また、グラウトを用いることによって、材料コストの削減を図ることができる。

幾つかの実施形態では、最内周円筒部９ａ及び最外周円筒部９ｂはそれぞれコンクリートによって構成され、最内周円筒部９ａは、最外周円筒部９ｂよりも小さい圧縮強度を有するコンクリートによって構成されている。
上記構成によれば、最内周円筒部９ａに、最外周円筒部９ｂよりも圧縮強度の低いコンクリートを適用することで、材料コストの低減を図ることができる。

なお、図３に示した杭体５Ｂのように、杭体５Ｂが２つ以上の円筒部９ａ，９ｂを含む場合、杭体Ｂの厚さＴに対する、最外周円筒部９ｂの厚さｔｃ２の比ｔｃ２／Ｔは、例えば０．４～０．６に設定されるが、これに限定されることはない。

図５は、ＳＣ杭１（１Ａ）の製造方法の一例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、ＳＣ杭１（１Ａ）の杭製造方法は、外殻鋼管準備工程Ｓ１と、プレキャスト工程（第１プレキャスト工程）Ｓ２と、遠心成形工程（第１遠心成形工程）Ｓ３とを備えている。

外殻鋼管準備工程Ｓ１では外殻鋼管３を用意する。
プレキャスト工程Ｓ２では、外殻鋼管３内に生コンクリートを充填する。この充填は外殻鋼管３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、ある程度生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生コンクリートを充填する。

遠心成形工程Ｓ３では、生コンクリートが充填された外殻鋼管３を遠心成形装置の型枠内に入れ、型枠の回転により生コンクリートの遠心成形を行う。
この後、生コンクリートがある程度強度を発現した段階で、外殻鋼管３を遠心成形装置の型枠から外し、蒸気養生を行うことにより円筒形状の杭体５（５Ａ）が形成される。

図６は、ＳＣ杭１（１Ｂ）の製造方法の一例の概略的な手順を示すフローチャートである。
図６に示したＳＣ杭１（１Ｂ）の製造方法は、第２プレキャスト工程Ｓ４及び第２遠心成形工程Ｓ５を有する点において、図５に示したＳＣ杭１（１Ａ）の製造方法と異なっている。図６に示したＳＣ杭１（１Ｂ）の製造方法によれば、第１遠心成形工程Ｓ３後に行われる第２プレキャスト工程Ｓ４にて、第１遠心成形工程Ｓ３にて成形された生コンクリートの内側に、生コンクリートが更に充填される。

そして、第２遠心成形工程Ｓ５では、第１遠心成形工程Ｓ３と同様にして、生コンクリートが更に充填された外殻鋼管３を遠心成形装置の型枠内に入れ、型枠の回転により生コンクリートの遠心成形を行う。
この後、第１プレキャスト工程Ｓ２及び第２プレキャスト工程Ｓ４で充填された生コンクリートがある程度強度を発現した段階で、外殻鋼管３を遠心成形装置の型枠から外し、蒸気養生を行うことにより円筒形状の杭体５（５Ｂ）が形成される。
なお、第２プレキャスト工程Ｓ４の前に、第１プレキャスト工程Ｓ２で充填された生コンクリートの強度が発現している必要は必ずしもない。

〔実施例〕
以下、実施例について説明する。
１．試験体の準備
まず、比較例１、２及び実施例１、２の試験体として、以下の表１～３に示す仕様を有するＳＣ杭を用意した。

２．試験方法
試験装置２０の概要を試験体としてＳＣ杭１とともに図７に示す。試験は、単純梁方式の曲げ試験とし、一方向繰返し載荷とした。試験装置２０は、試験体としてのＳＣ杭１を支持点にて支持するための支持装置２２と、試験体の両端及び中央の変位を測定するための変位計２４と、試験体の中央部の２箇所に均等に荷重を加える荷重装置（不図示）とを備えている。

試験体への載荷ステップを図８に示す。部材角が２．５／１０００ｒａｄ～５０／１０００ｒａｄの範囲では、各部材角になるまで、各試験体に対し２回繰返し載荷を行った。部材角が８０／１０００，１００／１０００ｒａｄでは、各部材角になるまで、各試験体に対し１回載荷を行った。ただし、前回部材角時の荷重を上回らない場合は、それ以降の載荷ステップを１回載荷とした。
なお、部材角は、杭中央たわみ量を支持点から載荷点中央までの距離で割った値とする。

３．試験結果
試験結果として、荷重と中央たわみの関係の包絡線図を図９に示し、各試験体の最大荷重と耐力比を表４に示し、各試験体の中央たわみ（残留変位）が１００ｍｍ時の荷重と耐力低下率を表５に示す。

図９及び表４から明らかなように、径厚比Ｔ／Ｄが０．２４以上の実施例１及び実施例２のＳＣ杭では、径厚比Ｔ／Ｄが０．２４未満の比較例２のＳＣ杭に比べて、大きな最大荷重が発現している。このため、実施例１及び実施例２のＳＣ杭は、比較例２のＳＣ杭に比べて、良好な耐力を有することがわかる。
一方、図９及び表５から明らかなように、径厚比Ｔ／Ｄが０．２４以上の実施例１及び実施例２のＳＣ杭では、径厚比Ｔ／Ｄが０．２４未満の比較例２のＳＣ杭に比べて、中央たわみが１００ｍｍ時の荷重が大きく、比較例２のＳＣ杭に比べて耐力低下率が低い。これより、実施例１及び実施例２のＳＣ杭は、比較例２のＳＣ杭に比べて、良好な靭性を有することがわかる。

特に、径厚比Ｔ／Ｄが０．３３の実施例２のＳＣ杭では、径厚比Ｔ／Ｄが０．５０の比較例１のＳＣ杭と比べても、同等の最大荷重が発現しているとともに、中央たわみ１００ｍｍ時の荷重も略同等であり、実施例２のＳＣ杭は、特に良好な耐力及び靭性を有することがわかる。

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。
例えば、最内周円筒部９ａの成形方法は、遠心成形に限定されることはなく、例えば、型枠を配置して振動詰めによって行ってもよい。
更に本発明は、ＳＣ杭に限定されることはなく、以下に述べるように、外殻鋼管を有さない既製のコンクリート杭にも適用可能である。なお、以下の説明において、上述した実施形態と同一又は類似の構成については、同一の符号を付して説明を省略又は簡略化する。

図１０は、本発明の他の一実施形態に係るＰＲＣ杭（プレストレスト鉄筋高強度コンクリート杭）３０の概略的な縦断面図である。図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩ線に沿う概略的な断面図である、なお、図１０は、図１１のＸ－Ｘ線に沿う概略的な断面図である。

図１０及び図１１に示したように、ＰＲＣ杭３０は、外殻鋼管を有さない点においてＳＣ杭１Ａと異なっている。一方、ＰＲＣ杭３０は、緊張材としての複数のＰＣ鋼材（ＰＣ鋼棒）３２と、第１補強材としてのせん断補強筋３４と、第２補強材としての複数の異形鉄筋３６とを備えている。

複数のＰＣ鋼材３２は、それぞれ、杭体５Ｂの内部を杭体５Ｂの軸線方向に延び、両端に配置された端板７,７間に架け渡されている。複数のＰＣ鋼材３２は、杭体５Ｂの軸線方向でみて、同心上に配置されている。複数のＰＣ鋼材３２の両端は、端板７，７に係合され、複数のＰＣ鋼材３２は、端板７,７とともに、杭体５Ｂに含まれるコンクリートに圧縮力を作用させる。ＰＣ鋼材３２は、例えば、６本以上２４本以下配置され、杭体５Ｂの周方向にて等間隔で配置される。ＰＣ鋼材３２は、例えば１０ｍｍ以上１２ｍｍ以下の直径を有する。

第１補強材としてのせん断補強筋３４は、杭体５Ｂの内部を杭体５Ｂの周方向に延び、杭体５Ｂの径方向にてＰＣ鋼材３２よりも外側に配置されている。本実施形態では、せん断補強筋３４は、杭体５Ｂの内部を螺旋状に延びており、杭体５Ｂの軸線方向に延設されている。せん断補強筋３４は、例えば、５．０ｍｍ以上７．５ｍｍ以下の直径を有し、７８５Ｎ／ｍｍ^２の強度を有し、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のピッチの螺旋状に延びている。なお、せん断補強筋３４は、螺旋状ではなく、杭体５Ｂの周方向に延びるリング状のものを杭体５Ｂの軸方向に沿って複数設けることとしてもよい。また、せん断補強筋３４は、丸鋼や異形鉄筋によって構成されていてもよい。

第２補強材としての複数の異形鉄筋３６は、それぞれ、杭体５Ｂの内部を杭体５Ｂの軸線方向に延び、両端に配置された端板７,７間に配置されている。複数の異形鉄筋３６は、杭体５Ｂの軸線方向でみて、同心上に配置され、杭体５Ｂの周方向にてＰＣ鋼材３２の中間に配置されている。例えば、異形鉄筋３６が配置される円の直径は、ＰＣ鋼材３２が配置される円の直径と等しいか、わずかに小さい。

そして、ＰＲＣ杭３０は、ＰＲＣ杭３０の外径、すなわち杭体５Ｂの外径をＤとし、杭体５Ｂの厚さをｔｃとし、径厚比をｔｃ／Ｄとしたとき、次式：
０．２４≦ｔｃ／Ｄ＜０．５
で示される関係を満たしている。

上記構成によれば、径厚比ｔｃ／Ｄが０．５未満であって、杭体５Ｂは円筒形状を有して完全には中実ではなく、径方向中央に円柱形状の空洞を有する。このため、杭体５Ｂに亀裂が発生すると、杭体５Ｂの内面の一部が剥落し、ＰＲＣ杭３０の曲げ耐力及び靭性が低下する虞がある。
しかしながら、上記構成によれば、径厚比ｔｃ／Ｄが０．２４以上であるので、径厚比ｔｃ／Ｄが０．２４未満の場合に比べて、曲げ耐力及び靭性が向上する。
また、ＰＲＣ杭３０は中空なので、杭孔に挿入する際に生じる浮力を低減できる。さらに、中実のコンクリート杭よりも重量が軽くなることで輸送や杭施工の負担を軽減することができる。

上記実施形態では、径厚比ｔｃ／Ｄの下限は、０．２４に設定されているが、好ましくは０．２４５に設定され、より好ましくは０．２５に設定される。

なお、ＰＲＣ杭３０は、杭体５Ｂの両端部の外周面を保護するための筒状材３８を更に備えていてもよい。各筒状材３８は、例えば端板７に溶接により固定され、杭体５Ｂの外周面の一端部を覆う。つまり、ＰＲＣ杭３０の杭体５Ｂは、金属材によって覆われていない外周面を軸線方向の中間部に部分的にでも有していればよく、また、ＰＲＣ杭３０の一部が外殻鋼管によって覆われていてもよい。

幾つかの実施形態では、最内周円筒部９ａ及び最外周円筒部９ｂのうち少なくとも最外周円筒部９ｂはコンクリートによって構成され、緊張材としてのＰＣ鋼材３２、第１補強材としてのせん断補強筋３４及び第２補強材としての異形鉄筋３６は最外周円筒部９ｂの内部に配置されている。

幾つかの実施形態では、第１補強材としてのせん断補強筋３４は杭体５Ｂの最外周円筒部９ｂの内部に配置され、最外周円筒部９ｂにおける第１補強材の体積比と降伏点（降伏強度）の積は２．４５Ｎ／ｍｍ^２より大きい値である。
上記構成によれば、杭体５Ｂの最外周円筒部９ｂにおける第１補強材としてのせん断補強筋３４の体積比と降伏点の積が２．４５Ｎ／ｍｍ^２より大きい値であるので、杭体５Ｂの外側を確実に補強することができる。この結果として、外殻鋼管を有していなくても、軸力が作用している状態でも優れた靱性を有するＰＲＣ杭３０が提供される。

図１２は、ＰＲＣ杭３０の製造方法の手順を概略的に示すフローチャートである。
ＰＲＣ杭３０の製造方法は、図６に示したＳＣ杭１Ｂの製造方法と比べたときに、外殻鋼管準備工程Ｓ１に代えて、鉄筋かご準備工程Ｓ６を備えている。鉄筋かご準備工程Ｓ６では、ＰＣ鋼材３２、せん断補強筋３４及び異形鉄筋３６からなる鉄筋かごを用意する。
また、ＰＲＣ杭３０の製造方法は、杭体５Ｂにプレストレスを導入するために、緊張工程Ｓ７及びプレストレス導入工程Ｓ８を更に備えている。

緊張工程Ｓ７は、第１プレキャスト工程Ｓ２の後に行われる。緊張工程Ｓ７では、ジャッキによってＰＣ鋼材３２を軸線方向に引っ張り、そのまま引っ張られた状態に保持する。具体的には、端板７にアダプタを取り付け、アダプタをジャッキで引っ張る。アダプタは、端板７の外面にボルトで固定される円盤形状の緊張板と、緊張板と一体に設けられ、型枠の端面を貫通して延びる緊張ロッドと、緊張ロッドに螺合可能な緊張ナットとからなる。ジャッキによって緊張ロッドを引っ張りながら、緊張ナットを型枠の端面に当接するまでねじ込むことで、ＰＣ鋼材３２を引っ張られた状態に保持することができる。
ＰＣ鋼材３２は、第１遠心成形工程Ｓ３、第２プレキャスト工程Ｓ４及び第２遠心成形工程Ｓ５の間、引っ張られた状態に保持される。

第２遠心成形工程Ｓ５の終了後に、所定の養生プログラムに沿って蒸気養生を行う。
蒸気養生を所定時間行った後、プレストレス導入工程Ｓ８において、ＰＣ鋼材３２の引っ張り状態が解除される。つまり、緊張ナットが緩められる。これにより、引っ張られていたＰＣ鋼材３２が収縮しようとし、端板７，７及びＰＣ鋼材３２によって、杭体５Ｂにプレストレスが導入される。つまり、ＰＲＣ杭３０が実際に使用される前から、杭体５Ｂには予め圧縮力が作用させられる。
なお、プレストレス導入工程Ｓ８は、第１遠心成型工程Ｓ３と第２プレキャスト工程Ｓ４との間に行ってもよい。この場合、杭体５Ｂの最外周円筒部９ｂにのみプレストレスが導入される。

図１３は、本発明の他の一実施形態に係る既製のコンクリート杭の一種である節杭４０の概略的な縦断面図である。節杭４０は、杭体５Ｂの外周面から突出する１つ以上の節部４２を有する点においてＰＲＣ杭３０と異なっている。節部４２は、コンクリートによって最外周円筒部９ｂと一体に形成されている。なお、節杭４０において、杭体５Ｂの厚さｔｃや外径Ｄを定める横断面の位置は、杭体５Ｂの軸線方向にて、節部４２が設けられていない位置とする。

図１４は、本発明の他の一実施形態に係る既製のコンクリート杭の一種である拡径杭（ＳＴ杭）５０の概略的な縦断面図である。ＳＴ杭５０は、杭体５Ｂの一端部（拡径部５２）の外径が、杭体５Ｂの中間部よりも大きくなっている点において、ＰＲＣ杭３０と異なっている。拡径部５２は、節部４２と同様に、コンクリートによって最外周円筒部９ｂと一体に形成されている。なお、ＳＴ杭５０において、杭体５Ｂの厚さｔｃや外径Ｄを定める横断面の位置は、杭体５Ｂの軸線方向にて、拡径部５２が設けられていない位置とする。

なお、図１４のＳＴ杭５０は、一端部のみが拡径されているが、本発明は、杭体５Ｂの両端部が拡径された拡径杭や、杭体５Ｂの軸線方向中間部が拡径された中間拡径杭にも適用可能である。また、図１４のＳＴ杭５０は、節部４２を有していないが、ＳＴ杭５０は、節部４２を有していてもよい。

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。
例えば、上述した実施形態において、ＰＲＣ杭３０は第２補強材として複数の異形鉄筋３６を備えていたが、異形鉄筋３６を備えていなくてもよい。つまり、本発明は、ＰＲＣ杭３０のみならず、既製のコンクリート杭の一種であるプレストレスト高強度コンクリート杭（ＰＨＣ杭）にも適用可能である。
また、ＰＲＣ杭３０において、各異形鉄筋３６は、杭体５Ｂの全長に渡って延びているが、各異形鉄筋３６の長さは、杭体５Ｂの全長よりも短くてもよい。

１（１Ａ，１Ｂ）外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）
３外殻鋼管
５（５Ａ，５Ｂ）杭体
７端板
９円筒部
９ａ最内周円筒部
９ｂ最外周円筒部
１０破片
２０試験装置
２２支持装置
２４変位計
３０プレストレスト鉄筋高強度コンクリート杭（ＰＲＣ杭）
３２ＰＣ鋼材（緊張材）
３４せん断補強筋（第１補強材）
３６異形鉄筋（第２補強材）
３８筒状材
４０節杭
４２節部
５０拡径杭（ＳＴ杭）
５２拡径部

Claims

コンクリートを少なくとも一部に含む中空で円筒形状の杭体を備えるコンクリート杭において、
前記杭体は、該杭体の軸線方向の中間部に金属材によって覆われていない外周面を有し、
前記杭体の外径をＤとし、前記杭体の厚さをｔｃとし、径厚比をｔｃ／Ｄとしたとき、
次式：
０．２４≦ｔｃ／Ｄ＜０．５
で示される関係を満たし、
前記杭体の厚さｔｃは、前記杭体の軸線方向全体に渡って、前記杭体の軸線方向に直交する前記杭体の断面内において、各頂点が前記杭体の外周面に接しており６０度の頂角を有する仮想の三角形の各辺が前記杭体内に含まれる厚さであり、
前記杭体は、同心に配置された２つ以上の円筒部を含み、
前記２つ以上の円筒部のうち最内周に位置する最内周円筒部を構成する材料は、最外周に位置する最外周円筒部を構成する材料よりも小さい圧縮強度を有し、
前記２つ以上の円筒部の各々は３０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を有する材料によって構成されていることを特徴とするコンクリート杭。
前記最内周円筒部はセメントペースト又はモルタルによって構成され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。
前記杭体の軸線方向に沿って前記杭体の内部に配置され、前記杭体に含まれるコンクリートに圧縮力を作用させる緊張材と、
前記杭体の周方向に沿って前記杭体の内部に配置されて、前記緊張材よりも前記杭体の径方向の外側に配置された第１補強材と、を更に備え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。
前記杭体の軸線方向に沿って前記杭体の内部に配置された第２補強材を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のコンクリート杭。
コンクリートを少なくとも一部に含む中空で円筒形状の杭体と、
前記杭体の軸線方向に沿って前記杭体の内部に配置され、前記杭体に含まれるコンクリートに圧縮力を作用させる緊張材と、
前記杭体の周方向に沿って前記杭体の内部に配置されて、前記緊張材よりも前記杭体の径方向の外側に配置された第１補強材と、
を備えるコンクリート杭において、
前記杭体は、該杭体の軸線方向の中間部に金属材によって覆われていない外周面を有し、
前記杭体の外径をＤとし、前記杭体の厚さをｔｃとし、径厚比をｔｃ／Ｄとしたとき、
次式：
０．２４≦ｔｃ／Ｄ＜０．５
で示される関係を満たし、
前記杭体の厚さｔｃは、前記杭体の軸線方向全体に渡って、前記杭体の軸線方向に直交する前記杭体の断面内において、各頂点が前記杭体の外周面に接しており６０度の頂角を有する仮想の三角形の各辺が前記杭体内に含まれる厚さであり、
前記杭体は、
コンクリートによって構成された円筒形状の最外周円筒部と、
前記最外周円筒部よりも前記杭体の径方向の内側に位置し、前記杭体の内周面を構成する円筒形状の最内周円筒部と、を含み、
前記第１補強材は前記最外周円筒部の内部に配置され、
前記最外周円筒部における前記第１補強材の体積比と降伏点の積は２．４５Ｎ／ｍｍ^２より大きい値である
ことを特徴とするコンクリート杭。