JPH09174537A - 遠心力プレストレストコンクリート杭の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のＰＣ杭やＰＲＣ杭等は、曲げの性能と靱
性とが少ない問題があった。また、杭が曲げを受けたと
きには早期にひび割れを生じ、かつそのひび割れ巾も大
きくなる問題もあった。 【解決手段】降伏点強度が７０ｋｇ／ｍｍ² 〜１１０ｋ
ｇ／ｍｍ² の複数の高強度鉄筋を、その降伏点荷重以下
でかつ降伏点強度の７０％以上で緊張して定着し、プレ
ストレスを与えて遠心力プレストレストコンクリート杭
を製造する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木、建築構造物
の基礎杭として使用する既製コンクリートパイルに係
り、特に大きな曲げ性能と靱性とを得ることが出来ると
共に、杭が曲げを受けた時のひび割れを抑えることが出
来る遠心力プレストレストコンクリート杭の製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の既製コンクリート杭としては、鉄
筋コンクリート杭（ＲＣ杭）やプレストレストコンクリ
ート杭（ＰＣ杭）が用いられてきた。このうちの前者の
ＲＣ杭は、曲げ性能を向上させるために鉄筋量を増す必
要があるが、鉄筋の強度には限度があるので多量の鉄筋
を杭内に配置する必要があった。しかし、遠心力で成型
するコンクリート杭にあっては、鉄筋間隔が密になると
コンクリート中の骨材が成型中移動できず、成型不良に
なることがあるので配置できる鉄筋量には限度があっ
た。

【０００３】そのために、大きな曲げモーメントを有す
る杭は製造することができなかった。また、杭では鉄筋
量を多くしても曲げを受けたときに、コンクリートに曲
げ引張亀裂が生じる荷重はほぼ一定であり、コンクリー
トのひび割れを抑制することができなかった。このため
最近ではＲＣ杭はほとんど製造されなくなって来てい
た。

【０００４】前述のＲＣ杭の大きな問題であるひび割れ
の問題を解決したのが、後者のＰＣ杭である。このＰＣ
杭はキルド鋼を熱間圧延し、その後でストレチング、引
抜き、熱処理等を施して製造したＰＣ鋼棒（ＪＩＳＧ３
１０９）使用し、このＰＣ鋼棒を緊張させながらその周
りに遠心成形法でコンクリートを打設して製造した杭で
ある。従って、このＰＣ杭はコンクリートに予め圧縮力
（プレストレス）が与えられているので、杭が曲げを受
けても引張り亀裂を生じ難くさせることができる特徴を
有している。

【０００５】しかし、ＰＣ杭では曲げ性能を上げる目的
で配置するＰＣ鋼棒の量を増すとプレストレスによりコ
ンクリートの引張は改善されるものの、コンクリートの
圧縮側は厳しくなり、やはり配置できるＰＣ鋼棒の量に
も限度があった。さらにＰＣ杭の最大の欠点は、ＰＣ鋼
棒の伸び能力が鉄筋に比較してかなり小さいためＰＣ杭
の曲げ変形能力はＲＣ杭に比較してかなり小さく、いわ
ゆる靱性のない脆い杭となっていた。

【０００６】前記のように、ＲＣ杭あＰＣ杭では大きな
曲げ性能を確保するのが難しいので、これらを曲げ性能
の面で改善したのがＰＲＣ杭である。これは一つの杭の
中に鉄筋とＰＣ鋼棒を配置し、このうちＰＣ鋼棒のみを
緊張してプレストレスト杭としたものである。従って、
ＰＲＣ杭はＲＣ杭の欠点であったひび割れの問題を解決
し、ＰＣ杭の欠点であった曲げ性能（曲げ強度）をＰＣ
杭以上に高めることができた。

【０００７】しかし、このＰＲＣ杭といえどもＰＣ鋼棒
を使用しているので、ＰＣ杭の欠点である曲げ変形能力
（たわみ量）が小さいという問題は解決できなかった
し、杭内に鉄筋とＰＣ鋼棒を配置し、ＰＣ鋼棒のみを緊
張するので製造行程は繁雑であり製造に手間のかかる杭
となっていた。

【０００８】上述のＲＣ杭の欠陥を改善するために、Ｊ
ＩＳＧ３１１２の鋼棒を使用してその鋼棒の降伏点強度
の５０％以下で緊張させてプレストレスト杭として製造
し、杭の靱性をＲＣ杭よりも高めようとする試みが特開
昭６２ー２１５７１８号公報（第１公知技術）にて提案
されている。しかしこの場合でも、ＰＣ杭並の曲げ強度
と靱性を持たす為には、４倍程度の鋼棒本数を使用する
必要がり、しかもその上に、ひび割れの発生を押さえる
ことが出来ないという欠点を有するものであった。

【０００９】また、特開昭６０ー３６１０８号公報（第
２公知技術）には、ＲＣ杭を製造する場合のようにプレ
ストレスを与えることなく、ＰＣ鋼材を通常の鋼材の代
わりに使用した杭の製造方法が提案されているが、この
杭はＲＣ杭よりも靱性は高くなるものの、ひび割れの発
生を防止できず、杭の曲げ試験の早い段階でひび割れを
生じ、それほどの靱性が期待できないという欠点があっ
た。

【００１０】更に、特開昭６２ー２８０４１８号公報
（第３公知技術）には高い一様伸びを有する高価なＰＣ
鋼材を使用することが提案されているが、靱性を保持さ
せるためには、その明細書中に明記されているように、
通常のものよりも３倍以上も高い降伏点応力度（靱性
度）を有する横拘束筋を使用する必要がある。このよう
に高価な横拘束筋を使用しても、同一発明者の発明であ
る特開平５ー９８６３８号公報（第４公知技術）の従来
技術の欄に明示されているように、杭の曲げ試験の際に
曲げ変形が特に一カ所に集中して、予想していた靱性が
達成できなかったと報告されている。

【００１１】このように第３公知技術で提案された方法
は、高価な特殊ＰＣ鋼材と高価な特別な横拘束を使用し
ても、初期にひび割れが発生し、真に靱せいがある杭と
することが出来なかった。そして、前記した第４公知技
術では、縦筋として高い一様伸びを有し、しかも異形加
工した高価なＰＣ鋼材を使用すると共に横拘束として高
い一様伸びを有する高価なものを使用する方法が開示さ
れている。

【００１２】この第４公知技術に開示された方法では、
ＰＣ鋼棒として高い一様伸びを有する高価な材料を特殊
な加工を施した異形のものにする必要があり、しかも通
常のＲＣ杭や通常のＰＣ杭の製造の際に横拘束筋とし
て、螺旋状に巻いて使用される通常の鉄線を使用するこ
とは不可能であり、横拘束筋としても高価な材料を使用
する必要があり、製造に際し実際にはきわめて煩雑な手
間を要する上に、非常に高価な杭となり、現実の杭とし
て製品化するには問題があるものであった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
ＰＣ杭、ＲＣ杭及びＰＲＣ杭、これ等の杭の問題点を改
善するために開発された前記第１公知技術、第２公知技
術、第３公知技術及び第４公知技術に於いても、夫々の
コンクリート杭が曲げを受けた時に、ひび割れが生ずる
問題、破壊時に大きな曲げ性能と靱性とを得ることが困
難である問題、及び特殊な異形加工したＰＣ鋼材を使用
したり、高価な横拘束筋を使用しなければならず、製造
が極めて繁雑になると共にコスト高になる等の問題があ
った。

【００１４】本発明に係るプレストレストコンクリート
杭は、従来のこれ等の多くの問題点に鑑み開発された全
く新しい技術であって、特に所定の降伏点強度を有する
高強度鉄筋を使用すると共に、この高強度鉄筋に降伏度
以下の荷重で緊張してコンクリートプレストレスを与え
ることによって、大きな曲げ性能と靱性とを得ることが
出来ると共に、杭が曲げを受けた時のひび割れを抑える
ことが出来る全く新しいプレストレストコンクリート杭
の製造方法を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るコンクリー
ト杭の製造方法は、前述の従来の多くの問題点を根本的
に改善した技術であって、その発明の要旨は、降伏点強
度７０ｋｇ／ｍｍ² 以上１１０ｋｇ／ｍｍ² 以下の高強
度鉄筋を降伏点強度以下でかつ降伏点強度の７０％以上
の荷重で緊張してコンクリートにプレストレスを与える
ことを特徴とする遠心力プレストレストコンクリート杭
の製造方法である。

【００１６】本発明に使用するに好適な鉄筋は、通常の
ＰＣ鋼棒の様に焼入れ、焼きもどし処置をすることな
く、通常の鉄筋を製造するように熱間圧延工程のみを経
て製造される高強度な鉄筋であり、ＰＣ鋼棒ではない。

【００１７】本発明に使用する高強度鉄筋の降伏点強度
は、ＰＣ鋼棒並みに高いほど使用する量も少なくなり製
造的にも好都合である。一方降伏点強度が低いと鋼材一
本あたりの緊張力や緊張歪は相対的に小さくなる。その
結果コンクリート硬化後プレストレスを与えるとコンク
リートの収縮によって当初の緊張歪は消費され、プレス
トレスとして有効に作用する分は少なくなる。

【００１８】コンクリートの収縮量から見ても使用する
鉄筋の降伏点強度は７０ｋｇ／ｍｍ ² 以上あればよい。
しかし好ましくはＰＣ鋼棒に近い８０ｋｇ／ｍｍ² 以上
である。なお、降伏点強度が１１０ｋｇ／ｍｍ² 以下を
超える鉄筋は製造コストが割高になり、コンクリート杭
の製造費が高くなり避けるべきである。

【００１９】このように本発明では高強度鉄筋を使用す
るので、従って、ＰＣ鋼棒と異なり降伏強度に達した後
の最大強度に達するまでの歪量が、ＰＣ鋼棒が約２％程
度なのに対し、この本発明で使用する高強度鉄筋は５％
以上に達し得る。このような高い歪みを有する高強度鉄
筋が本発明に使用する鉄筋として好適な鉄筋である。こ
のような高強度鉄筋は、例えばバナジウム等を合金成分
として加えた鋼材より製造することができる。

【００２０】なお、本発明で使用する高強度鉄筋の降伏
点強度が通常のＰＣ杭に使用するＰＣ鋼棒よりも低い場
合は、本発明の曲げ強度を同じ程度とするために、相対
的に多量の鉄筋量（鋼材量）を使用する。この場合は本
発明では鋼材量が相対的に従来のＰＣ杭より多くなるの
で杭の圧縮強度や剪断強度が従来のＰＣ杭よりも高くな
るという余録がある。

【００２１】また、本発明においてはＲＣ杭の欠点であ
るひび割れを改善する目的で、鉄筋をＰＣ杭と同様の方
法で緊張し、コンクリートにプレストレスを与える。与
えるプレストレスの量は大きいほど杭体の剛性が高くな
るので望ましいが、与えすぎるとコンクリートの圧縮強
度との関係があるから限度がある。また、配置する鉄筋
の量に応じて付与できるプレストレス量には限度があ
る。それ故、鉄筋の降伏点強度の９０％以下で緊張する
のが望ましい。これ以上緊張すると鋼材が降伏点に近く
なり、鋼材が塑性変形する可能性がある。好ましくは鉄
筋の降伏点強度の７０〜８０％の範囲から選ばれる。

【００２２】このように、上記したような高強度鉄筋を
使用し、その降伏点強度以下の荷重で緊張してコンクリ
ートにプレストレスを与えて遠心力プレストレストコン
クリート杭を製造するのである。その結果、得られた杭
は、曲げ応力が加わった際にも、ＲＣ杭に見られるよう
なひび割れが阻止され、ＲＣ杭よりも高い強度を有しな
がら従来のＰＣ杭よりも伸び能力が高く、大きな曲げ靱
性が得られるのである。

【００２３】本発明に使用する高強度鉄筋の降伏点強度
は、上述のように７０ｋｇ／ｍｍ²以上、好ましくはＰ
Ｃ鋼棒に近い８０ｋｇ／ｍｍ² 以上である。それ故、本
発明において更に曲げ強度を高めようとすれば鉄筋の量
と強度を増大させるのと同時にコンクリートの圧縮強度
を高めたほうがよい。鉄筋量を増すと曲げ引張り側の強
度は増すが、曲げ圧縮側はコンクリートで保持されてい
るので変わらない。従ってコンクリートの圧縮強度を鉄
筋量に応じて高めると更に大きな曲げ性能が得られる。
コンクリートの圧縮強度は従来８００ｋｇ／ｃｍ² 程度
のものが多く用いられているが、鉄筋が多くなった場合
には可能な範囲として１２００ｋｇ／ｃｍ² 位まで高め
るほうが望ましい。

【００２４】また、本発明の前述の杭の製造方法では、
横筋（螺旋筋）として、従来の通常の杭の製造に使用さ
れていたＪＩＳＡ５３３５鉄線、或いはＪＩＳＧ３５３
２鉄線等の普通鉄線をそのまま使用出来る。本発明の製
造方法によるとこの普通線を横筋として使用しても、充
分に性能を発揮することが出来る。

【００２５】

【発明の実施の形態】先ず本発明の実施例に於いては、
次のような高強度鉄筋を使用した。即ち、外径１０．０
ｍｍ、降伏点強度約８０ｋｇ／ｍｍ² 、最大引張強度約
１０８ｋｇ／ｍｍ² の高強度鉄筋を用いた。この高強度
鉄筋に含有されている鉄以外の化学成分は、Ｃ：０．４
４、Ｓｉ：０．２４、Ｍｎ：１．０１、Ｐ：０．０１
３、Ｃｕ：０．０７、Ｃｒ：０．１１、Ｓｎ：０．０
１、Ｎｉ：０．０４、Ｖ：０．１９２、Ｎｂ：０．０５
１であった。

【００２６】また、前述の外径、降伏点強度、最大引張
強度及び化学成分を有する高強度鉄筋について降伏点荷
重、１％伸び時荷重、２％伸び荷重、破断荷重について
試験した結果は、次表の通りであった。

【００２７】

【００２８】更に、本発明に使用する高強度鉄筋の応力
の歪関係を示すと、図３に示す通りである。即ち、図３
に示す様に高強度鉄筋の引張荷重（応力σ％）と伸び
（歪ε％）との関係は荷重が小さい間は両者は比例的で
直線である。引張荷重が降伏点Ｘに達すると、荷重は増
大せず伸びのみが進行する。降伏伸びが終了したあと
は、再び荷重の増大につれて歪も増大する。降伏点Ｘ以
下の荷重のときの様な比例関係にはなく、荷重の増加に
つれて伸び量は相対的に大きい。荷重は次第に増大しな
くなり、最大点（破断荷重）Ｙを迎える。

【００２９】前述の如き性質を有する高強度鉄筋を使用
して、図１に示すようなプレストレストコンクリート杭
を製造した。即ち、図１に於いて、１は本発明の方法で
製造したプレストレストコンクリート杭である。のプレ
ストレストコンクリート杭１には前述の高強度鉄筋２が
配筋されている。３は螺旋筋（横筋）であって、前述の
ようなＪＩＳＡ５３３５鉄線が使用されている。４はコ
ンクリートであり、かつプレストレストコンクリート杭
１の両端には端板５が設けられている。この実施例にお
いては使用した高強度鉄筋と螺旋筋とは溶接電流４００
０Ａで２サイクル、焼き戻し用電流４１００Ａで２サイ
クル通電して溶接した。

【００３０】前記プレストレストコンクリート杭１は外
径を４００ｍｍ、コンクリート４の肉厚を６５ｍｍ、プ
レストレストコンクリート杭１の長さを６０００ｍｍ、
またコンクリート４の強度を８５０ｋｇ／ｃｍ² で製造
した。更に、前記プレストレストコンクリート杭１に使
用した高強度鉄筋２は、外径が１０ｍｍのものを使用
し、かつプレストレストコンクリート杭１内に１０本配
筋すると共に、プレストレスを４５ｋｇ／ｃｍ² 付与し
た。

【００３１】次に、図１に示すプレストレストコンクリ
ート杭１を、２点載荷法により曲げ試験を実施した処、
そのプレストレストコンクリート杭１の曲げ試験結果は
図２に示す通りであった。即ち、縦軸に荷重を現わし、
横軸に変位を現わしている。本発明に係る製造方法を用
いて製造したプレストレストコンクリート杭１の試験結
果は（Ａ）線で現わす通りであった。

【００３２】次に前述のプレストレストコンクリート杭
１と比較するために同一寸法を持ったＰＨＣ杭Ａ種のコ
ンクリート杭（ＰＣ杭）についても、同一の試験を施し
た処、（Ｂ）線で現わすような結果が得られた。前記試
験のために使用したＰＣ杭には、降伏点強度が１３０ｋ
ｇ／ｍｍ² 、最大引張り強度１４５ｋｇ／ｍｍ² 、外径
寸法が７．１ｍｍのＰＣ鋼棒を１０本使用した。

【００３３】前述の試験の結果は、（Ａ）線及び（Ｂ）
線の比較で明らかな如く、本発明に係る製造方法で製造
した（Ａ）線で現わすプレストレストコンクリート杭１
は、（Ｂ）線で現わす従来のＰＣ杭に比較して圧倒的に
大きな変形能力（靱性）を有することが明らかとなっ
た。即ち、本発明で製造されたプレストレストコンクリ
ート杭１とＰＣ杭とに同一の荷重を掛けた処、本発明の
プレストレストコンクリート杭１には約７０ｍｍの変位
が認められるのに対し、ＰＣ杭には約２５ｍｍの変位し
か認められなかった。この点でも明らかな如く、本発明
の製造方法を用いて製造したプレストレストコンクリー
ト杭が圧倒的に大きな変形能力を有することが明らかで
ある。

【００３４】

【発明の効果】本発明に係る遠心力プレストレストコン
クリート杭の製造方法は、前述のような構成を有するの
で、次のような多大な効果を有している。

【００３５】（１）本発明の製造方法で製造された遠心
力プレストレストコンクリート杭は、前述の従来のＰＣ
杭等で達成出来なかった大きな曲げ性能と、大きな変形
能力（靱性）とを得ることが出来る。（２）また、前述
のＲＣ杭の欠点であった曲げを受けたときの早期のひび
割れと、巾の大きなひび割れとを抑えることが出来る。

【００３６】（３）本発明の製造方法に於いて、従来の
ＰＣ杭の降伏点強度よりも低い鋼材を使用した場合に
は、使用する鋼材量が従来のＰＣ杭の場合よりも相対的
に多くなるので、初期の曲げ性能が同じＰＣ杭に比べて
圧縮力や剪断力に対しても強くなる。

【００３７】（４）高価なＰＣ鋼棒を使用する必要がな
いので、安価に量産することが出来る。（５）本発明の
製造方法によると普通線を横筋として使用しても、製造
された杭は充分に上記した性能を発揮することが出来
る。（６）全体の製造方法が簡単であるので、大量に生
産することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造された杭の外観図および断面
図である。

【図２】本発明により製造された杭とＰＣ杭の曲げ試験
における比較図である。

【図３】本発明に使用する高強度鉄筋の応力の一歪関係
図である。

【符号の説明】

１ プレストレストコンクリート杭 ２ 高強度鉄筋 ３ 螺旋筋 ４ コンクリート ５ 端板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】降伏点強度７０ｋｇ／ｍｍ² 以上１１０ｋ
   ｇ／ｍｍ² 以下の高強度鉄筋を降伏点強度以下でかつ降
   伏点強度の７０％以上の荷重で緊張してコンクリートに
   プレストレスを与えることを特徴とする遠心力プレスト
   レストコンクリート杭の製造方法。