特許 6233753 杭頭構造及び杭頭構造の構築方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6233753

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】杭頭構造及び杭頭構造の構築方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/12 20060101AFI20171113BHJP

   E02D 5/28 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   E02D27/12 Z

   E02D27/12 A

   E02D5/28

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-125103(P2014-125103)

(22)【出願日】2014年6月18日

(65)【公開番号】特開2016-3508(P2016-3508A)

(43)【公開日】2016年1月12日

【審査請求日】2016年7月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000173784

【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】新日鉄住金エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082670

【弁理士】

【氏名又は名称】西脇 民雄

(74)【代理人】

【識別番号】100180068

【弁理士】

【氏名又は名称】西脇 怜史

(72)【発明者】

【氏名】清水 克将

(72)【発明者】

【氏名】西岡 英俊

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏征

(72)【発明者】

【氏名】日下 裕貴

(72)【発明者】

【氏名】中澤 公博

(72)【発明者】

【氏名】和田 昌敏

【審査官】 苗村 康造

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２４１６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３６０２９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ２７／００〜 ２７／５２

Ｅ０２Ｄ ５／２２〜 ５／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼管杭の頭部に形成される杭頭構造であって、
前記鋼管杭の頭部に周方向に間隔を置いて穿孔される複数の貫通孔と、
前記貫通孔に挿入される下端部が形成されるとともに、前記鋼管杭の軸方向と略平行となるように本体部が配置される複数の定着鉄筋とを備え、
前記定着鉄筋のそれぞれは、前記本体部及び下端部が１本の鉄筋又は丸鋼によって形成されていることを特徴とする杭頭構造。

【請求項2】

前記鋼管杭の上端開口を塞ぐ円板状の蓋部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の杭頭構造。

【請求項3】

前記下端部と前記本体部との隅角部は、略直交していることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭頭構造。

【請求項4】

鋼管杭の頭部に形成される杭頭構造の構築方法であって、
前記鋼管杭の頭部に周方向に間隔を置いて複数の貫通孔を穿孔する工程と、
前記貫通孔に定着鉄筋の下端部を挿入するとともに、前記鋼管杭の軸方向と略平行となるように定着鉄筋の本体部を配置する工程とを備えたことを特徴とする杭頭構造の構築方法。

【請求項5】

前記鋼管杭の頭部内空にコンクリートを充填する工程と、前記鋼管杭の上端開口を円板状の蓋部で塞ぐ工程とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の杭頭構造の構築方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼管杭の頭部に形成される杭頭構造、及び杭頭構造の構築方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

地中に打ち込まれた鋼管杭の頭部と鉄筋コンクリート製のフーチングや基礎梁とを接合させるための構造として、杭頭の外周面に直接、定着鉄筋の下部を溶接したり、杭頭の内部に定着鉄筋の下部を埋設させたりする杭頭接合構造が知られている（特許文献１の従来技術の記載を参照）。

【0003】

しかしながらこのような杭頭接合構造では、過密配筋となったり、現場での作業が手間取ったりするため、特許文献１，２に開示されているような円環状のベースプレートを使った接合構造が提案されている。

【0004】

ここで、特許文献１，２では、円環状のベースプレートを開先溶接によって鋼管杭の頭部に接合している。他方、特許文献３には、工場加工によって鋼管杭の頭部に予めボルト孔を設けておき、そのボルト孔に通したボルトによって鋼管杭の頭部に支圧プレートを固定した構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３３８９１６２号公報

【特許文献2】特開２０００−１５４５３６号公報

【特許文献3】特許第５１３３６５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら特許文献１，２に開示されたような円環状のベースプレートを溶接によって鋼管杭に接合させる場合は、現場での溶接作業が必要になる。そして、現場で溶接する場合は、品質管理に手間がかかる。

【0007】

そこで、本発明は、現場での施工性が高いうえに、大きな引抜き力に対して抵抗可能な杭頭構造、及び杭頭構造の構築方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記目的を達成するために、本発明の杭頭構造は、鋼管杭の頭部に形成される杭頭構造であって、前記鋼管杭の頭部に周方向に間隔を置いて穿孔される複数の貫通孔と、前記貫通孔に挿入される下端部が形成されるとともに、前記鋼管杭の軸方向と略平行となるように本体部が配置される複数の定着鉄筋とを備えたことを特徴とする。

【0009】

ここで、前記鋼管杭の上端開口を塞ぐ円板状の蓋部を備えた構成とすることが好ましい。また、前記下端部と前記本体部との隅角部は、略直交している構成とすることができる。

【0010】

さらに、本発明の杭頭構造の構築方法は、鋼管杭の頭部に形成される杭頭構造の構築方法であって、前記鋼管杭の頭部に周方向に間隔を置いて複数の貫通孔を穿孔する工程と、前記貫通孔に定着鉄筋の下端部を挿入するとともに、前記鋼管杭の軸方向と略平行となるように定着鉄筋の本体部を配置する工程とを備えたことを特徴とする。

【0011】

ここで、前記鋼管杭の頭部内空にコンクリートを充填する工程と、前記鋼管杭の上端開口を円板状の蓋部で塞ぐ工程とを備えた構成とすることができる。

【発明の効果】

【0012】

このように構成された本発明の杭頭構造は、鋼管杭の頭部に周方向に間隔を置いて複数の貫通孔が穿孔されており、その貫通孔にはそれぞれ定着鉄筋の下端部が挿入される。

【0013】

このため、簡単な取り付け作業によって大きな引抜き力に対する抵抗部材となる定着鉄筋を配置することができるようになるので、現場での施工性が高いといえる。

【0014】

また、鋼管杭の上端開口を円板状の蓋部で塞ぐことによって、大きな押込み力に対しても充分に抵抗させることができるようになる。さらに、貫通孔に挿入される定着鉄筋の下端部は、本体部と略直交するように折り曲げ加工されていればよいので、簡単に製作することができる。

【0015】

また、本発明の杭頭構造の構築方法は、鋼管杭の頭部に周方向に間隔を置いて複数の貫通孔を穿孔する工程と、その貫通孔にそれぞれ定着鉄筋の下端部を挿入する工程とを備えている。

【0016】

このように現場で鋼管杭の頭部に貫通孔を穿孔するだけで、大きな引抜き力に対する抵抗部材となる定着鉄筋を容易に配置していくことができるようになるので、現場での施工性が高いといえる。

【0017】

また、鋼管杭の頭部内空にコンクリートを充填して、上端開口を円板状の蓋部で塞ぐことによって、大きな押込み力に対しても充分に抵抗可能な接合構造を容易に構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施の形態の鋼管杭の杭頭構造の構成を示した説明図である。

【図2】本実施の形態の鋼管杭の杭頭構造の構成を説明する断面図である。

【図3】別の形態の定着鉄筋の構成を説明する斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，２は、本実施の形態の鋼管杭１の頭部に設けられる杭頭構造１１の構成を説明する図である。

【0020】

本実施の形態の鋼管杭１は、鋼管１２を地中に埋設することによって構築される。鋼管１２には、既製の長さのものが使用され、杭として必要な長さになるように鋼管１２を逐次、継ぎ足していくことになる。

【0021】

鋼管１２は、杭打ち機によって打ち込むことで地中に埋設することができる。また、最初に埋設させる鋼管１２の先端に羽根（回転翼）を設けておき、鋼管１２を回転させながら埋設していくこともできる。

【0022】

一方、鋼管１２の単位長さの区切りで丁度打ち込みが終了することは少なく、地上に飛び出しすぎた部分は、ガスバーナーなどを使って切断される。図１は、鋼管１２の余分な部分を切断した後の鋼管杭１の頭部周辺を示している。

【0023】

本実施の形態の杭頭構造１１は、鋼管杭１の頭部に周方向に間隔を置いて穿孔される複数の貫通孔１２１，・・・と、それぞれの貫通孔１２１に装着される定着鉄筋２とによって主に構成される。

【0024】

貫通孔１２１は、鋼管１２を径方向（肉厚方向）に貫通するように穿孔される。また、鋼管杭１の上端面１１１から貫通孔１２１までの距離は、定着鉄筋２から鋼管杭１に伝達された力によって損傷又は破断することのない距離に設定される。

【0025】

この貫通孔１２１の大きさ（直径）は、後述する定着鉄筋２の太さ（外径）よりも大きくする必要がある。どのくらい大きくするかは、貫通孔１２１に挿入される定着鉄筋２の下端部２２の形状によって左右されるため、後で詳述する。

【0026】

この貫通孔１２１は、工場で予め穿孔しておくこともできるが、通常は現場で穿孔される。上述したように鋼管１２のいずれの位置が鋼管杭１の頭部になるかは、打ち込みが終了しないと判明しないため、現場で貫通孔１２１，…を穿孔することになる。

【0027】

定着鉄筋２は、異形鉄筋や丸鋼などによって形成される棒状部材である。この定着鉄筋２は、直線状の本体部２１と、その下部に設けられる下端部２２とによって主に構成される。

【0028】

図１，２に示した定着鉄筋２の下端部２２は、本体部２１に対して略直角に折り曲げられるとともに、さらに略直角に上方に向けて折り曲げられてフック状（略Ｕ字状）に形成される。ここで、Ｕ字状という表現は、本体部２１の下部と下端部２２とを合わせた形状を指している。

【0029】

一方、定着鉄筋２の下端部２２の形状は、この形状に限定されるものではない。例えば図３に示すように、下端部２２Ａと本体部２１との隅角部を略直交させただけの定着鉄筋２Ａであってもよい。すなわち、略Ｌ字状の定着鉄筋２Ａを使用することができる。

【0030】

ここで、貫通孔１２１の大きさと、下端部２２，２２Ａの形状との関係について説明する。例えば、図１に示したフック状の下端部２２を備えた定着鉄筋２を使用する場合は、貫通孔１２１に下端部２２を通した後に本体部２１が鋼管杭１の軸方向と略平行となるように起こさなければならないので、少し余裕のある大き目の孔になる。

【0031】

このように貫通孔１２１を定着鉄筋２の太さに対して大きめに穿孔しても、フック状に下端部２２が形成されていれば、装着後に簡単に外れてしまうことはない。

【0032】

これに対して、図３に示した直線状の下端部２２Ａを備えた定着鉄筋２Ａを使用する場合は、貫通孔１２１の内径は下端部２２Ａの外形（外径）よりも僅かに大きい程度にする。

【0033】

要するに、Ｌ字状の定着鉄筋２Ａは、本体部２１が鋼管杭１の軸方向と略平行となる向きにしたままで貫通孔１２１に下端部２２Ａを簡単に挿入することができるが、貫通孔１２１が下端部２２Ａの太さに対して大きすぎると装着後に簡単に外れてしまうので、僅かに大きい程度にする。

【0034】

定着鉄筋２（２Ａ）は、貫通孔１２１に下端部２２（２２Ａ）を挿し込んだ後に、鋼管１２の外周面１２ａと本体部２１とをスポット溶接などで簡単に接合させる。

【0035】

また、定着鉄筋２に丸鋼など周面付着性能が低い棒状部材を使用する場合や必要とされる定着力が大きい場合は、定着鉄筋２の上端に定着金物２３を取り付ける。

【0036】

本実施の形態では、円板状の定着金物２３を定着鉄筋２の上端に固定させる。なお、定着力を高めるためには、上端をフック状（Ｕ字状）に折り曲げ加工するだけでもよい。

【0037】

また、本実施の形態の鋼管杭１の上端開口１１ａは、蓋部としての鋼蓋３で塞ぐ。鋼蓋３の厚さは、押込み力に対する抵抗部材として所望される性能に合わせて任意に設定することができる。

【0038】

鋼蓋３は、押込み力に対する抵抗部材として鋼管杭１の上端面１１１の上に周縁が載せられる。このため、鋼蓋３と鋼管杭１との接合は、スポット溶接などの点付け溶接程度の簡単なものでよい。

【0039】

また、杭頭構造１１を形成する鋼管１２の内部は、図２に示すように中蓋１３によって仕切られており、中蓋１３より上方には中詰コンクリート１４が充填されている。よって、鋼蓋３は、中詰コンクリート１４の上端を塞ぐことにもなる。

【0040】

図２は、地盤Ｇに打ち込まれた鋼管杭１の杭頭構造１１が、フーチング部４に接合されている状態を示している。ここで、杭頭構造１１は、地盤Ｇよりも上方に突出している。そして、杭頭構造１１は、フーチング部４の鉄筋コンクリートの内部に埋設されている。

【0041】

次に、本実施の形態の鋼管杭１の杭頭構造１１の構築方法について説明する。まず、鋼管杭１を構成する鋼管１２を、地盤Ｇに打ち込む。最初の鋼管１２を所定の長さ打ち込んだ後に、打ち込み作業を中断して、後行の鋼管１２の下端を先行の鋼管１２の上端に溶接によって接合する。

【0042】

そして、一体化された鋼管１２，１２を引き続き地盤Ｇに打ち込んでいく。この鋼管１２を継ぎ足す作業は、杭として必要な長さが地盤Ｇに埋設されるまで繰り返し続けられる。

【0043】

鋼管１２が打ち止まった後には、地盤Ｇの上方に突出した余分な部分をガスバーナーによって切断する。そして、杭頭構造１１となる地上に露出している鋼管１２の外周面１２ａに対して、貫通孔１２１，・・・を穿孔する作業を行う。

【0044】

貫通孔１２１は、鋼管杭１の頭部に周方向に間隔を置いて穿孔する。穿孔する貫通孔１２１の大きさ、上端面１１１からの距離及び貫通孔１２１，１２１間の間隔は、鋼管杭１の設計に従って設定される。

【0045】

続いて貫通孔１２１に定着鉄筋２を装着する。定着鉄筋２は、図１に示すように定着金物２３が上になるようにして持ち、定着金物２３を鋼管杭１の軸心側に傾けながら下端部２２の先端を貫通孔１２１に挿し込む。

【0046】

そして、定着金物２３が鋼管杭１の軸心から離れるように定着鉄筋２を起こして、本体部２１が鋼管杭１の軸方向と略平行となるように配置する。また、鋼管１２の外周面１２ａに本体部２１をスポット溶接などで簡単に固定する。この定着鉄筋２の装着は、すべての貫通孔１２１，・・・に対して行う。

【0047】

さらに、杭頭構造１１を設ける鋼管１２の内空には、上から円板状の中蓋１３をスポット溶接で取り付ける（図２参照）。なお、この中蓋１３の鋼管１２への取り付け工程は、上記貫通孔１２１の穿孔工程の前又は定着鉄筋２の装着工程の前に行うこともできる。そして、鋼管１２の中蓋１３よりも上方にコンクリートを流し込み、中詰コンクリート１４を形成する。

【0048】

続いて、鋼管杭１の上端開口１１ａを、周縁を上端面１１１に載せた鋼蓋３で塞ぎ、フーチング部４及び杭頭構造１１の周囲に必要な配筋を行う。その後、フーチング部４にコンクリートを流し込み、鋼管杭１の頭部とフーチング部４との杭頭の接合構造を完成させる。

【0049】

次に、本実施の形態の鋼管杭１の杭頭構造１１の作用について説明する。

【0050】

このように構成された本実施の形態の杭頭構造１１では、鋼管杭１の頭部に周方向に間隔を置いて複数の貫通孔１２１，・・・が穿孔されており、その貫通孔１２１にはそれぞれ定着鉄筋２の下端部２２が挿入される。

【0051】

このため、開先（グルーブ）溶接やすみ肉溶接などの品質管理及び作業に時間がかかる溶接作業を行わなくても、大きな引抜き力に対する抵抗部材となる定着鉄筋２，・・・を容易に配置することができるので、現場での施工性が高いといえる。

【0052】

また、鋼管杭１の上端開口１１ａを円板状の鋼蓋３で塞ぐことによって、大きな押込み力に対しても充分に抵抗させることができるようになる。さらに、この鋼蓋３と鋼管杭１との接合は、スポット溶接のような簡単な接合作業でよく、開先溶接のような手間のかかる溶接作業を必要としない。

【0053】

また、貫通孔１２１に挿入される定着鉄筋２，２Ａの下端部２２，２２Ａは、本体部２１と略直交するように折り曲げ加工されていればよいので、簡単に製作することができる。

【0054】

さらに、定着鉄筋２（２Ａ）の装着や鋼蓋３の配置は、上方から実施することができる。例えばベースプレートを下から溶接で杭頭に取り付けるような場合は、溶接の作業スペースを確保するために余掘りが必要になる。このような場合に比べて、上から作業が実施できる本実施の形態の杭頭構造１１は、現場での施工性が非常に高いといえる。

【0055】

そして、定着鉄筋２（２Ａ）と鋼蓋３とを備えた本実施の形態の鋼管杭１の杭頭構造１１は、大きな引抜き力や押込み力に対して充分に抵抗させることができる。

【0056】

例えば、高架橋の橋脚を支持させる基礎を独立型のフーチング部４と複数の鋼管杭１，・・・とによって構成した場合、地震時などの水平力が高架橋に作用すると、鋼管杭１，・・・に大きな引抜き力や押込み力が作用することが知られている。

【0057】

従来はこのような引抜き力や押込み力に対抗させるために、内挿鉄筋やずれ止めを多数設置していたが、過密配置になって施工性などに問題があった。これに対して、鋼管１２の外周面１２ａ側から取り付けられる定着鉄筋２，・・・や上端面１１１に載せられる鋼蓋３であれば、過密配筋になることもないうえに、上方からの作業で取り付けられるので、施工性に優れている。

【0058】

そして、鋼管杭１内部の過密配筋だけでなくフーチング部４内の過密配筋も解消され、コンクリートの充填性もよくなる。このように充分に引抜き力及び押込み力に対抗できる鋼管杭１の杭頭接合構造であれば、施工スペースの制限や軟弱地盤などで大型の重機が使用できない場合や、高架橋下などの上空の使用範囲に制限のある施工箇所においても、群杭として鋼管杭１，・・・を適用してより大径の杭に代えることが可能になる。

【0059】

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

【0060】

例えば前記実施の形態では、鋼管杭１の頭部（杭頭構造１１）をフーチング部４に埋設する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、基礎梁や床版に埋設させる場合にも本発明を適用することができる。

【0061】

また、前記実施の形態では、鋼蓋３の下方に中詰コンクリート１４を充填したが、これに限定されるものではなく、作用する押込み力に対して鋼蓋３の厚さが充分にある場合は、中詰コンクリート１４を充填する工程を省略して鋼管１２の内空を空洞のままにしておくこともできる。

【0062】

これに対して、前記実施の形態では、鋼蓋３を蓋部として配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、中詰コンクリート１４などで充分に押込み力に抵抗できる場合は鋼蓋３の配置を省略することができる。

【符号の説明】

【0063】

１ 鋼管杭
１１ 杭頭構造
１１ａ 上端開口
１２ 鋼管
１２１ 貫通孔
２，２Ａ 定着鉄筋
２１ 本体部
２２，２２Ａ 下端部
３ 鋼蓋（蓋部）

【図1】

【図2】

【図3】