JPH06280271A - 場所打ち鋼管コンクリート杭−柱構造及びその構築方法 - Google Patents

場所打ち鋼管コンクリート杭−柱構造及びその構築方法

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JPH06280271A
JPH06280271A JP5067114A JP6711493A JPH06280271A JP H06280271 A JPH06280271 A JP H06280271A JP 5067114 A JP5067114 A JP 5067114A JP 6711493 A JP6711493 A JP 6711493A JP H06280271 A JPH06280271 A JP H06280271A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な施工によって十分な強度が得られ、か
つ低コストの場所打ち鋼管コンクリート杭−柱構造及び
その構築方法を提供する。 【構成】 場所打ち鋼管コンクリート杭と、この場所打
ち鋼管コンクリート杭の地上部分に所定の定着長だけ挿
入されコンクリートを介して前記場所打ち鋼管コンクリ
ート杭に接合された小径の連結柱と、この連結柱の上端
部に所定の定着長だけ外挿されコンクリートを介して前
記連結柱に接合された大径の拡大柱と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、橋梁及び人工地盤等の
土木建築用の場所打ち鋼管コンクリート杭−柱構造及び
その構築方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来は図5に示すように、場所打ち鋼管
コンクリート杭が地上に突出する構造の場合は、地中部
分および地上部分とも同径である。
【0003】一方、特開昭62−284825号公報お
よび特開平3−51428号公報には場所打ち鋼管コン
クリート杭に柱を接合する構造が記載されている。これ
らの構造は、図7及び図8に示すように、内面突起付き
鋼管杭1に場所打ちコンクリート2を充填して場所打ち
鋼管コンクリート杭を築造し、次いで定着長L1 のコン
クリートを削除する。そして、この部分に柱10を挿入
し、コンクリート7を打設(充填)して柱10を杭1に
接合する。
【0004】このような杭−柱構造にすると、場所打ち
鋼管コンクリート杭1の上部が地表面上に突出している
構造とは異なり、施工時に地表面でスライムを含むコン
クリートを除去することが可能であり、また場所打ち鋼
管コンクリート杭と柱10との定着部分において場所打
ち鋼管コンクリート杭の施工誤差を修正することができ
るという利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
場所打ち鋼管コンクリート杭−柱構造は、柱10の径が
一様であり、柱10に実際に発生するモーメント分布を
考慮すると、必ずしも設計上合理的なものではない。
【0006】また、柱10の頭部を固定した場合に、一
般に杭1に発生する最大モーメントは柱10に発生する
最大モーメントよりも小さくなるにも拘らず、柱10の
端部を杭1内に挿入する関係から杭1の径を柱10の径
よりも大きくする必要があるという不合理を生じる。こ
のため、従来の構造においては杭1の径が過大になり、
高コストとなる。
【0007】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、簡単な施工によって十分な強度が得られ、か
つ低コストの場所打ち鋼管コンクリート杭−柱構造及び
その構築方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る場所打ち鋼
管コンクリート杭−柱構造は、場所打ち鋼管コンクリー
ト杭と、この場所打ち鋼管コンクリート杭の地上部分に
所定の定着長だけ挿入されコンクリートを介して前記場
所打ち鋼管コンクリート杭に接合された小径の連結柱
と、この連結柱の上端部に所定の定着長だけ外挿されコ
ンクリートを介して前記連結柱に接合された大径の拡大
柱と、を有することを特徴とする。
【0009】本発明に係る場所打ち鋼管コンクリート杭
−柱構造の築造方法は、地中に建込んだ鋼管杭内にコン
クリートを充填して場所打ち鋼管コンクリート杭を築造
する一方で、前記場所打ち鋼管杭よりも小径の連結柱の
一端部を拡大柱の一端部に所定の定着長だけ挿入して前
記連結柱を前記拡大柱に予め仮止めしておき、前記場所
打ち鋼管コンクリート杭のコンクリートが未だ凝固しな
いうちに、未凝固コンクリートの上部分を除去し、次い
で前記連結柱の他端部を前記場所打ち鋼管コンクリート
杭内に所定の定着長だけ挿入し、前記場所打ち鋼管コン
クリート杭のコンクリート除去部分にコンクリートを充
填し、この充填コンクリートが凝固した後に前記連結柱
および前記拡大柱のなかに更にコンクリートをそれぞれ
充填して一体化することを特徴とする。
【0010】この場合に、連結柱を拡大柱に仮止めする
代わりとして、連結柱−拡大柱挿入部分にコンクリート
を打設し、これを凝固させて連結柱および拡大柱を一体
化しておいてもよい。このようにコンクリートで予め一
体化した連結柱−拡大柱を場所打ち鋼管コンクリートの
コンクリート除去部分に挿入し、さらにコンクリートを
充填して杭に柱を連結する。
【0011】また、上部の未凝固コンクリートを除去し
た後に、ベースプレート(盲板)を下側にして溶着した
連結柱の他端部を場所打ち鋼管コンクリート杭内に挿入
するようにしてもよい。このようにすると上方からコン
クリートを連結柱の中に充填した際に、連結柱下端から
コンクリートがはみ出して周囲の施工面に流出しなくな
る。
【0012】
【作用】発明者らは、太さが一様な部材を上半部が地上
に突出するように地中に打ち込み、その頭部が梁などの
剛体に連結した構造物に地震力などの外力が作用した場
合を想定して、部材に生じる曲げモーメントの分布状態
について調べた。その結果の一例は図4に示すようなモ
ーメント分布となる。図4は、縦軸に杭の位置をとり、
横軸に杭に発生するモーメントをとって、杭の各部には
たらくモーメント分布を示した図である。図から明らか
なように、地上部分では部材の頭部に最大モーメントが
発生し、下方にいくに従って漸減して地表面の少し上の
箇所でモーメントがゼロになり、一方、地中部分では地
表面から一定深さの箇所で地中部最大モーメントが発生
し、下方にいくに従って漸減して下端部でモーメントが
ゼロになる。
【0013】具体的には、地上部分の長さが8mの場合
は、連結柱23を接合する位置は地表面から1mほどの
ところが最適である。この場合に、モーメントがゼロに
なる箇所は地上部分の長さにほぼ比例することが経験的
な知見として得られており、例えば、地上部分の長さが
4mの場合は、連結柱23を接合する位置は地表面から
0.5mほどのところが最適になる。なお、連結柱23
と杭20との接合箇所を第1接合部とし、連結柱23と
拡大柱25との接合箇所を第2接合部とすると、第1お
よび第2接合部のそれぞれに発生するモーメントが互い
に等しくなる位置に連結柱23を設けることが望まし
い。
【0014】しかし、従来の構造においては地上部分の
部材(拡大柱)の径は、最大曲げモーメントが発生する
頭部に強度上要求される断面の大きさに合わせて決定さ
れる。これでは設計の観点から不合理であり、地上部分
については発生モーメントの大きさに応じて部材の断面
形状を変化させたほうが適切である。
【0015】また、地中部分の部材(場所打ち鋼管コン
クリート杭)の径は、地中部最大曲げモーメントが発生
する地中部分の杭に強度上要求される断面の大きさに合
わせて決定される。一般的には地中部材に発生する最大
曲げモーメントは地上部材に発生するそれよりも小さい
ので、場所打ち鋼管コンクリート杭の径は拡大柱の径よ
り小さくてよい。
【0016】本発明の場所打ち鋼管コンクリート杭−柱
構造においては、場所打ち鋼管コンクリート杭と拡大柱
とを小径の連結柱を介して接続しているので、杭−柱構
造に生じるモーメントの大きさに応じて、それぞれの径
を決定することができる。このため、杭−柱構造の設計
上、合理的な設計が可能となる。
【0017】
【実施例】以下、添付の図面を参照しながら本発明の実
施例について説明する。
【0018】図1及び図2に示すように、鋼管杭21、
連結柱23、並びに拡大柱25の内周面には多数の突起
28がついている。突起28は、鋼管とコンクリートと
の密着性を改善し、鋼管コンクリート杭としての一体性
を高める役割を持つものである。突起28は、内周面の
みに限らず、連結柱23の外周面に取り付けてもよい。
この場合に、連結柱23の定着長L1 及びL2 に当たる
部分のみに突起28を取り付けることが望ましい。
【0019】場所打ち鋼管コンクリート杭20は、その
上端部を除き、大部分が地中に打ち込まれている。場所
打ち鋼管コンクリート杭20の上端部には連結柱23の
下端部が定着長L1 だけ挿入され、コンクリートで固め
られている。連結柱23は場所打ち鋼管コンクリート杭
20よりも小径である。
【0020】一方、連結柱23の上端部は拡大柱25の
下端部に定着長L2 だけ挿入され、コンクリートで固め
られている。連結柱23は拡大柱25よりも小径であ
る。拡大柱25は場所打ち鋼管コンクリート杭20より
も大径である。
【0021】拡大柱25の下端にはコンクリート打設の
型枠用として蓋板26が設けられており、連結柱23の
上端部は蓋板26を貫通して拡大柱25のなかに挿入さ
れている。蓋板26は連結柱23および拡大柱25に溶
接によって仮止めされている。場所打ち鋼管コンクリー
ト杭20、連結柱23、並びに拡大柱25のそれぞれの
径の関係は、次式(1)を満たすことが好ましい。場所
打ち鋼管コンクリート杭の径≦拡大柱の径≦連結柱の径
×3…(1)
【0022】拡大柱25の径が場所打ち鋼管コンクリー
ト杭20の径以上であるほうが好ましい理由は、図4に
示すように、拡大柱25の上端部でモーメントが最大と
なるからである。
【0023】一方、連結柱23の径は拡大柱25の径の
1/3以上である必要がある。連結柱23の径がこれを
下回ると、連結柱23が負担できるモーメントも必然的
に小さくなる。このため、連結柱23の長さが短くな
り、施工上不都合を生じる。好ましくは、連結柱23の
径は拡大柱25の径の1/2以上であるほうがよい。
【0024】定着長L1 およびL2 は、場所打ち鋼管コ
ンクリート杭20、連結柱23、拡大柱25の三者の径
および長さと、コンクリートの強度などの諸条件を勘案
して決定されるが、それぞれの長さは連結柱23の径の
1倍乃至3倍程度とするほうがよい。
【0025】なお、引き抜き力が作用する場合や定着長
1 及びL2 を短くする場合は、連結柱23の外周面に
も多数の突起28を取り付けるようにする。また、小径
の連結柱23を取り付ける変断面位置は、設計上発生す
るモーメントが小さいところ、すなわち図4に示すモー
メントゼロとなる箇所を選ぶ。図3を参照しながら場所
打ち鋼管コンクリート杭−柱構造の構築方法について説
明する。
【0026】鋼管杭21の上端部が基盤面から若干突出
するように鋼管杭21を地中に建て込む。この鋼管杭2
1内にコンクリートを打設し、場所打ち鋼管コンクリー
ト杭20を築造する(工程S1)。
【0027】コンクリート22が未だ凝固しないうち
に、連結柱23の定着長L1 に相当する量のコンクリー
トを除去する(工程S2)。これによってスライム等の
不純物もともに除去される。
【0028】連結柱23の下端部を場所打ち鋼管コンク
リート杭20の上端部のなかに挿入し、仮止めするか
(工程S3)、あるいは場所打ち鋼管コンクリート杭2
0のコンクリート除去部分にコンクリートを打設する。
このとき、場所打ち鋼管コンクリート杭20の施工誤差
は50mm程度あるので、連結柱23によって位置を調節
する。連結柱23の上端部は、拡大柱25の下端部に定
着長L2 だけ挿入され、これに予め仮止めされている
(工程S3)。
【0029】最後に連結柱23および拡大柱25の両者
の内部にコンクリート7を打設し、しばらくしてコンク
リート7が固まると、杭20と柱23,25とは一体化
する(工程S4)。連結柱23および打設コンクリート
によって杭20と拡大柱25とを一体化しているので、
地上部分の拡大柱25に作用した外力(水平力および軸
力)は地中部分の場所打ち鋼管コンクリート杭20に完
全に伝達される。
【0030】図5及び図6は比較例の場所打ち鋼管コン
クリート杭−柱構造を示す図である。比較例の構造で
は、杭にあたる地中部分と柱にあたる地上部分とが一様
な径の部材20で構成されている。部材20は、突起2
8を内面に有する鋼管杭21と打設コンクリート22と
で構成されている。部材20の下端部(地中部分)には
鉄筋かご39の上端部が挿入されている。鉄筋かご39
は垂直に掘った穴にコンクリートを打設して固められて
いる。比較例の杭−柱構造においては、次の4つの短所
がある。
【0031】第1に、柱と杭とを同径にするので、過剰
設計が生じて設計上の無駄が多い。第2に、施工誤差
(芯ずれ)を柱の上端で修正しなければならず、施工が
困難な高所作業を要する。第3に、柱の上部でスライム
除去しなければならず、、施工が困難な高所作業を要す
る。第4に、拡大柱35の内周面に多数の突起28を取
り付けているので、鉄筋かご39を鋼管杭21に挿入し
て溶接する際に、多数の突起28を削り落とさなければ
ならない。突起28を削除するのにガスカッティングを
用いると、鋼管杭21の内周面に損傷を与えるので、損
傷を与えにくい削除手段としてグラインダ研削を用い
る。しかし、グラインダ研削作業は、長時間を要し、工
期の遅延につながり、しかも作業環境が劣悪なため人体
に悪影響を及ぼす。このため、比較例のような基礎杭
は、かえって作業に手間がかかり、コスト高となる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、場所打ち鋼管コンクリ
ート杭と拡大柱とを小径の連結柱を介して接続している
ので、杭−柱構造に生じるモーメントの大きさに応じ
て、それぞれの径を決定することができる。また、連結
杭の取り付け箇所をモーメントゼロとなるところに選ぶ
ので、不連続断面形状による強度不足や応力集中の問題
は実質的に解消されている。このため、本発明の杭−柱
構造は設計上合理的であり、かつ低コストである。
【0033】さらに、本発明の構築方法によれば、場所
打ち鋼管コンクリート杭をモーメントの小さい位置まで
いったん築造し、上端部の充填コンクリートを除去し、
その後に拡大柱に仮止めした状態で小径の連結柱を場所
打ち鋼管コンクリート杭に挿入し、コンクリートを打設
している。連結柱が小径のため、連結柱を場所打ち鋼管
コンクリート杭のなかで自由に位置決めすることがで
き、拡大柱の場所打ち鋼管コンクリート杭に対する芯ず
れなどの施工誤差を容易に修正できる。このため、脚と
梁を接続する際に、現場での施工及び調節が容易にな
り、施工精度に優れた頭部拡大場所打ち鋼管コンクリー
トを築造することができる。
【0034】さらに、場所打ち鋼管コンクリート杭を構
築した後に、小径の連結柱を接続するので、スライムを
含む不純なコンクリートを容易に除去することもでき
る。このため、従来は柱の上部でスライム除去する高所
作業であったが、これを低所作業とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る場所打ち鋼管コンクリー
ト杭−柱構造の縦断面図。
【図2】本発明の実施例に係る場所打ち鋼管コンクリー
ト杭−柱構造の横断面図。
【図3】実施例の場所打ち鋼管コンクリート杭−柱構造
の構築方法を示す工程図。
【図4】地中に打ち込まれた場所打ち鋼管コンクリート
杭−柱構造のモーメント分布図。
【図5】従来の場所打ち鋼管コンクリート杭の縦断面
図。
【図6】従来の場所打ち鋼管コンクリート杭の横断面
図。
【図7】従来の方法によって構築された場所打ち鋼管コ
ンクリート杭−柱構造の縦断面図。
【図8】従来の方法によって構築された場所打ち鋼管コ
ンクリート杭−柱構造の横断面図。
【符号の説明】
20…場所打ち鋼管コンクリート杭、23…連結柱、2
5…拡大柱

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 場所打ち鋼管コンクリート杭と、この場
    所打ち鋼管コンクリート杭の地上部分に所定の定着長だ
    け挿入されコンクリートを介して前記場所打ち鋼管コン
    クリート杭に接合された小径の連結柱と、この連結柱の
    上端部に所定の定着長だけ外挿されコンクリートを介し
    て前記連結柱に接合された大径の拡大柱と、を有するこ
    とを特徴とする場所打ち鋼管コンクリート杭−柱構造。
  2. 【請求項2】 地中に建込んだ鋼管杭内にコンクリート
    を充填して場所打ち鋼管コンクリート杭を築造する一方
    で、前記場所打ち鋼管杭よりも小径の連結柱の一端部を
    拡大柱の一端部に所定の定着長だけ挿入して前記連結柱
    を前記拡大柱に予め仮止めしておき、前記場所打ち鋼管
    コンクリート杭のコンクリートが未だ凝固しないうち
    に、未凝固コンクリートの上部分を除去し、次いで前記
    連結柱の他端部を前記場所打ち鋼管コンクリート杭内に
    所定の定着長だけ挿入し、前記場所打ち鋼管コンクリー
    ト杭のコンクリート除去部分にコンクリートを充填し、
    この充填コンクリートが凝固した後に前記連結柱および
    前記拡大柱のなかに更にコンクリートをそれぞれ充填し
    て一体化することを特徴とする場所打ち鋼管コンクリー
    ト杭−柱構造の構築方法。
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