特開 2023-40636 接合構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023040636

(43)【公開日】2023-03-23

(54)【発明の名称】接合構造

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/12 20060101AFI20230315BHJP

【ＦＩ】

E02D27/12 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021147738

(22)【出願日】2021-09-10

(71)【出願人】

【識別番号】000195971

【氏名又は名称】西松建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000420

【氏名又は名称】弁理士法人ＭＩＰ

(72)【発明者】

【氏名】新井 寿昭

(72)【発明者】

【氏名】桜井 悦雄

(72)【発明者】

【氏名】原 智紀

(72)【発明者】

【氏名】郡司 康浩

【テーマコード（参考）】

2D046

【Ｆターム（参考）】

2D046CA03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】パイルキャップの損傷を抑制することができる接合構造を提供する。
【解決手段】上部構造と杭１０とを接合する接合構造は、上部構造が接合され、地面から露出した杭頭１３を収容する収容部２１を有するキャップ部材と、収容部２１の内側面を覆うように設置される被覆部材と、杭頭１３の外周面に隣接して設置される緩衝材２２とを含み、収容部２１内における杭頭１３および緩衝材２２と被覆部材との間の空間に充填材２３が充填されて杭と接合する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部構造と杭とを接合する接合構造であって、
前記上部構造が接合され、地面から露出した杭頭を収容する収容部を有するキャップ部材と、
前記キャップ部材の前記収容部の内側面を覆うように設置される被覆部材と、
前記杭頭の外周面に隣接して設置される緩衝材と
を含み、
前記収容部内における前記杭頭および前記緩衝材と前記被覆部材との間の空間に充填材が充填されて前記杭と接合する、接合構造。

【請求項2】

前記被覆部材は、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維の少なくとも１つから製造された繊維シートである、請求項１に記載の接合構造。

【請求項3】

前記緩衝材は、前記杭頭の外周面のうちの上端側の一部を除いた面を被覆するように設置される、請求項１または２に記載の接合構造。

【請求項4】

前記収容部は、前記杭の上面に対向し、地面に対して傾斜した天井面を有し、
前記キャップ部材は、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を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の接合構造。

【請求項5】

前記天井面の傾斜の度合いが、１／１０以上である、請求項４に記載の接合構造。

【請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、上部構造と杭とを接合する接合構造に関する。

【背景技術】

【0002】

基礎梁や柱等の上部構造と杭とを接合し、上部構造の荷重や地震時の力を杭に伝達する接合構造（接合構造体）には、パイルキャップと呼ばれるキャップ部材が使用される。パイルキャップは、現場でコンクリートを打設して構築することも可能であるが、この部位が構造上、鉄筋が複雑に集合する部位であり、施工性に難点があり、近年の工期短縮の観点から、工場生産によるプレキャストで製造されたプレキャストパイルキャップの使用が望まれている。

【0003】

プレキャストパイルキャップは、下面から上方へと延びる空洞である収容部を有し、地面から露出した杭頭に被せるように設置される。これにより、杭頭は、プレキャストパイルキャップの収容部内に収容され、杭の頭部が収容された収容部内の空間は、モルタル等の充填材で充填され、プレキャストパイルキャップと一体化される。

【0004】

プレキャストパイルキャップを使用して上部構造と杭とを接合した構造物は、地震が発生すると、杭頭の上面が水平方向に対して傾斜し、杭頭が回転する。杭頭が回転すると、杭頭の側方に充填された充填材に力が作用し、充填材が充填された部分にひび割れが発生する。そこで、杭頭の側方に作用する力を軽減させるべく、杭頭の側面に隣接して緩衝材を設置した接合構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－１９００９７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、上記の従来の接合構造では、地震の規模が大きくなり、杭頭の回転角が大きくなると、緩衝材を設置するだけでは充填材が充填された部分のひび割れを抑えることができず、パイルキャップへもひび割れが伸展し、パイルキャップの損傷を抑えることができないという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、上部構造と杭とを接合する接合構造であって、
上部構造が接合され、地面から露出した杭頭を収容する収容部を有するキャップ部材と、
キャップ部材の収容部の内側面を覆うように設置される被覆部材と、
杭頭の外周面に隣接して設置される緩衝材と
を含み、
収容部内における杭頭および緩衝材と被覆部材との間の空間に充填材が充填されて杭と接合する、接合構造が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、パイルキャップの損傷を抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】従来のパイルキャップの構成例を示した図。

【図2】従来のパイルキャップの損傷の一例を示した図。

【図3】緩衝材を設置した場合のパイルキャップの損傷の一例を示した図。

【図4】本実施形態に係る接合構造の第１の例を示した図。

【図5】パイルキャップを製作する方法を説明する図。

【図6】本実施形態に係る接合構造を構築する方法を説明する図。

【図7】本実施形態に係る接合構造の第２の例を示した図。

【図8】本実施形態に係る接合構造の第３の例を示した図。

【図9】本実施形態に係る接合構造の第４の例を示した図。

【図10】解析モデルを示した図。

【図11】検討したケースを示した図。

【図12】ひび割れ幅を算出した位置を示した図。

【図13】解析に用いた各部材の物性をまとめた図。

【図14】Case-0の解析結果を示した図。

【図15】Case-1の解析結果を示した図。

【図16】Case-2の解析結果を示した図。

【図17】解析結果をまとめた図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

ビル、マンション、病院、学校等の構造物は、地盤に固定し、支持するため、地盤中に杭が施工され、杭の上部に梁や柱等の上部構造を構築することにより構築される。このとき、上部構造と杭とは、接合構造を介して接合される。接合構造には、地面から露出した杭頭を収容する収容部を備えたパイルキャップが使用される。

【0011】

図１を参照して、従来のパイルキャップの構成について説明する。杭１０は、挿入方向の先端が固い支持層に届くように施工される。なお、杭１０は、鋼製の円管から構成される鋼管杭等の既製杭や円筒形の既製コンクリート杭であってもよいし、現場において地盤を削孔し、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。

【0012】

ちなみに、梁には、各柱１１の下の基礎を繋ぐ基礎梁１２があり、基礎梁１２は、地面の中に施工されるため、地盤を所定の深さ堀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、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、捨てコンクリート上に基礎梁１２が構築される。

【0013】

パイルキャップ２０は、杭頭１３を収容する収容部２１を備え、杭頭１３に被せるように設置される。このため、杭１０の周囲も、基礎梁１２と同様に、図１に示すように根切りを行い、杭頭１３を露出させる。杭頭１３を露出させた後、必要に応じて、杭頭処理を行い、杭頭１３の周囲に緩衝材２２を設置する。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。

【0014】

捨てコンクリートを打設した後、プレキャストで製造されたパイルキャップ２０をクレーン等により持ち上げ、地面から突出する杭頭１３が収容部２１に収容されるように位置決めし、降下させて捨てコンクリート上に設置する。そして、捨てコンクリートとパイルキャップ２０との隙間から無収縮モルタル等の充填材を圧入し、収容部２１内の空間を充填材２３で充填して杭１０とパイルキャップ２０を一体化させる。パイルキャップ２０には、柱１１や基礎梁１２等が接合され、上部構造が構築される。これにより、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。

【0015】

パイルキャップ２０は、工場や現場内の施工ヤード等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プレキャストパイルキャップが使用される。これにより、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り、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。

【0016】

杭１０を施工する際、施工精度や地中障害物等の存在により芯ずれが発生する。芯ずれは、設計した杭１０を長手方向（長さ方向）に切断した断面の、短手方向（幅方向）の中心を通る中心線と、実際に施工した杭１０の長さ方向に切断した断面の、幅方向の中心を通る中心線とのずれである。

【0017】

また、杭１０を施工する際の深さの精度により地面から突出する杭頭１３の長さが変化する。地面から突出する杭頭１３の長さが、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、高止まり誤差もしくは低止まり誤差となる。

【0018】

パイルキャップ２０の収容部２１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１３を収容部２１内に収容することができる。

【0019】

遊びの空間が小さい場合、芯ずれにより杭頭１３と収容部２１の内側面とが近接し、その近接した狭い隙間に充填材２３を充填しようとしても、充填材２３が入っていかず、入ったとしても、不十分で、気溜まりが発生する。これでは、設計通りの接合強度が得られず、杭頭１３の構造性能に影響を及ぼす。

【0020】

また、建物規模が大きい場合や、大規模地震が発生した場合や、地盤が軟弱な場合等に、杭１０の変形により、パイルキャップ２０の、杭頭１３の外周を取り囲む部分である縁空き部２４に対し、過大な負荷がかかる。縁空き部２４は、パイルキャップ２０の中で、コンクリートの厚さが最も薄い部分である。したがって、このような過大な負荷がかかると、杭頭１３やパイルキャップ２０の構造性能に影響が及ぶことになる。

【0021】

そこで、遊びの空間を広くとる。ただし、遊びの空間を広くとっただけでは気溜まりの発生を抑制することができないため、収容部２１内の空気を抜くための排出孔２５が設けられる。また、縁空き部２４への過大な負荷を低減するため、杭頭１３と縁空き部２４との間に緩衝材２２が設置される。

【0022】

遊びの空間は、杭頭１３の外周面に隣接させて緩衝材２２を設置した場合、緩衝材２２の外側面から縁空き部２４の内側面までの間隔Ａを、例えば１００ｍｍとすることができる。これにより、杭の施工誤差や充填材２３の充填性を考慮し、芯ずれを最大８５ｍｍ許容できる。したがって、芯ずれが発生し、８５ｍｍずれたとしても、１５ｍｍの間隔が残っているので、十分に充填材２３を充填することができる。

【0023】

杭頭１３のレベル誤差（高止まり誤差）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、杭頭１３の上面と収容部２１の天井面２６の高さ位置が最も低い箇所との間隔Ｂを１００ｍｍとすることができる。これにより、杭１０の高止まりを最大８５ｍｍまで許容できる。この場合も、高止まり誤差が８５ｍｍであっても、１５ｍｍの間隔が残っているので、十分に充填材２３を充填することができる。

【0024】

なお、低止まりについては、杭頭１３のレベルが標準に対して足りていない状態であるため、杭頭１３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。

【0025】

収容部２１は、充填材２３の充填時に空気を完全に排出させるため、天井面２６がその中心に向けて傾斜した円錐状となっており、その中心に排出孔２５が接続されている。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とは、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２５は、天井面２６の中心の最も高い箇所からパイルキャップ２０の内部を通り、パイルキャップ２０の外部へと繋がっており、収容部２１内の空気を外部へ排出する。排出孔２５は、収容部２１内の最も高い箇所に１箇所接続されていれば、十分に空気を排出させることができる。

【0026】

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内に収容される杭頭１３の埋め込み深さＨが大きくなり、その深さＨが大きくなるほど、杭頭１３の側方にある縁空き部２４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ほど大きくなると、縁空き部２４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。そこで、杭頭１３と縁空き部２４との間に緩衝材２２を設置し、緩衝材２２により曲げモーメントの増大を緩和させている。

【0027】

緩衝材２２は、充填材２３より変形性に富む材料であればいかなる材料であってもよく、発泡ポリエチレンやゴム等の柔らかく、曲げやすい材料が用いられる。緩衝材２２は、中空円筒状のものであってもよいし、板状のものであってもよい。

【0028】

縁空き部２４の厚さは、杭１０に接する充填材２３の部分（充填部分）は含まない厚さであり、緩衝材２２を設置することで薄くすることができる。一般には、杭径Ｄの０．７５倍以上とされるが、緩衝材２２を設置することで、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。

【0029】

充填材２３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で充填する。収容部２１内への充填材２３の充填により、空気は収容部２１内を天井面２６へと移動し、傾斜した天井面２６に沿って最も高い箇所へと移動し、最も高い箇所に接続される排出孔２５を通して外部へ排出される。収容部２１内が充填材２３で充填されたか否かは、排出孔２５から充填材２３が漏出したか否かにより判断される。

【0030】

図１に示した従来のパイルキャップ２０を使用し、杭頭１３が５０×１０^－３ｒａｄ以上回転するような状態を発生させたときの損傷の度合いを、図２に示す。５０×１０^－３ｒａｄは、杭頭１３の上面が約３°傾いた状態で、大規模地震が発生した場合にこのような状態が生じ得る。

【0031】

図２（ａ）は、パイルキャップ２０を東側から見た図で、図２（ｂ）は、西側から見た図で、図２（ｃ）は、南側から見た図で、図２（ｄ）は、北側から見た図である。従来のパイルキャップ２０では、パイルキャップ２０の外縁部にまで四方八方にひび割れが延びている。

【0032】

緩衝材２２を設置することで、杭頭１３が回転した際に、パイルキャップ２０との接触面である充填部分に作用する力を軽減させることができる。図３は、緩衝材２２を設置したパイルキャップ２０を使用し、杭頭１３が５０×１０^－３ｒａｄ以上回転するような状態を発生させたときの損傷の度合いを示した図である。杭頭１３に作用する地震時の水平方向への力が大きくなると、杭頭１３の回転角も大きくなり、緩衝材２２を設置していたとしても、充填部分にひび割れが発生し、ひび割れがパイルキャップ２０の縁空き部２４にまで伸展する。縁空き部２４へのひび割れの伸展は、最終的にパイルキャップ２０の破壊につながる。図３（ａ）～（ｄ）は、図２（ａ）～（ｄ）と同様、各方角から見た図である。ひび割れは、緩衝材２２を設置することで、図２に示す緩衝材２２を設置しない場合に比較して、ひび割れが少なくなっているが、パイルキャップ２０にまでひび割れが延びているため、パイルキャップ２０の破壊につながる可能性がある。

【0033】

震度６以上の大規模地震は、近い将来に発生することが想定されており、大規模地震が発生しても、パイルキャップ２０の損傷を軽微に抑えることができることが重要となる。

【0034】

パイルキャップ２０の損傷は、杭頭１３の回転により、杭頭１３と充填材２３の充填部との接触部から充填部の上方向および水平方向に力が伝達され、その力が許容範囲を超えることにより発生すると想定される。このため、コンクリートを拘束する鉄筋等の部材が貫通して設けられていない充填部分の外周側への膨張を一定の範囲に抑制することができれば、パイルキャップ２０の損傷を抑えることができるものと考えられる。

【0035】

そこで、充填部分の外周側への膨張を抑制するべく、パイルキャップ２０の収容部２１の内側面を覆うように被覆部材を設ける。図４は、本実施形態に係る接合構造の第１の例を示した図である。図４に示す接合構造は、図１に示した接合構造とほぼ同様の構成で、収容部２１の内側面を覆うように被覆部材として、補強シート２７が設置される。ここでは、被覆部材として補強シート２７を設置するものとして説明するが、膨張を抑制することができれば、シートに限定されるものではなく、鉄板等を用いてもよい。

【0036】

補強シート２７は、耐震補強に用いるシートであり、シートの材料は、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維等の繊維材料を使用することができ、２種類以上の繊維材料を組み合わせて使用してもよい。耐震補強シートは、伸びにくく、引張強度が高いという特徴を有する。このため、収容部２１の内側面を覆うように補強シート２７を設置することで、充填部分の外周側への膨張を抑制することができる。

【0037】

図５を参照して、パイルキャップ２０の製作方法について説明する。図５（ａ）に示すように、型枠の底板３０を配置し、底板３０の中央位置に収容部２１を形成するための打込み型枠３１を配置する。打込み型枠３１は、中空円筒形の第１の部材と、第１の部材の一端に連続し、円形の中心に向けて傾斜する中空円錐形の第２の部材とから構成され、その円形の中心に円形の穴３２が形成され、穴３２に連続して排出孔２５となるチューブが接続されている。なお、第１の部材と第２の部材は一体化されていてもよい。

【0038】

図５（ｂ）に示すように、打込み型枠３１の外側面の、穴３２を除いた全面にわたって補強シート２７を隣接させて配置する。補強シート２７は、継目に隙間がないように配置される。継目に隙間があると、隙間の部分において充填材２３がパイルキャップ２０の縁空き部２４と接した状態になり、その部分の外周側への膨張を適切に抑制することができなくなるからである。

【0039】

その後、図５（ｃ）に示すように、打込み型枠３１の外側に鉄筋を配し、型枠の側板３３を配置する。側板３３は、打込み型枠３１の四方を包囲するように４枚配置され、そのうちの１枚は、チューブが通される穴を有する。なお、チューブが通される側板３３の穴は、打込み型枠３１の最も高い箇所にある穴３２より高い位置に設けられる。

【0040】

型枠の側板３３を配置したところで、チューブを側板３３の１つの穴に差し込む等して設置し、型枠の上部のみが露出した状態となり、その上部からコンクリート３４を流し込み、コンクリート３４を打設する。コンクリート３４の打設後、型枠の上部を覆うように養生シートを被せ、養生を行う。必要に応じて、ヒータ等を用いて加温し、また、散水することができる。コンクリート３４が硬化し、所定の強度を発現したところで、養生を終了し、図５（ｄ）に示すように型枠を取り外し、パイルキャップ２０が製造される。

【0041】

補強シート２７は、打込み型枠３１の外周に配置しただけである。このため、パイルキャップ２０は、収容部２１の内側面のコンクリート３４に補強シート２７がくっ付いた状態で製造される。なお、補強シート２７に代えて鉄板で収容部２１の内側面を覆う場合、アンカーボルト等を使用して内側面に密着した状態で固定することができる。

【0042】

図６を参照して、本実施形態に係る接合構造を構築する方法について説明する。従来の接合構造を構築する方法と同様である。図６（ａ）に示すように、杭１０の周囲の地盤を掘削し、杭頭１３を露出させる。その後、図６（ｂ）に示すように、杭頭１３の外周囲を覆うように緩衝材２２を設置する。そして、砕石を敷き、捨てコンクリートを打設した後、クレーン等を使用して、プレキャストで製造されたパイルキャップ２０を吊り上げ、図６（ｃ）に示すように、杭頭１３に被せるようにパイルキャップ２０を設置する。従来と異なる点は、パイルキャップ２０の収容部２１の内側面に補強シート２７がくっ付いている点である。

【0043】

その後、図６（ｄ）に示すように、捨てコンクリートとパイルキャップ２０の隙間から収容部２１内へ無収縮モルタル等の充填材２３を圧入し、収容部２１内の空間を充填材２３により充填する。充填材２３は、パイルキャップ２０の下方から供給され、収容部２１の内部の空間（緩衝材２２と補強シート２７との間の空間）を下側から順に埋め、内部の空気を押し上げる。空気は、気溜まりになる箇所が存在しないため、収容部２１の傾斜した天井面を傾斜に沿って移動し、最も高い箇所に接続される排出孔２５を通して排出される。収容部２１内の隙間は、充填材２３により充填され、空気が追い出されていくと、最終的に排出孔２５を通して充填材２３が排出されることになる。このため、排出孔２５から充填材２３が排出されたところで、収容部２１内が充填材２３により充填されたと判断することができる。

【0044】

収容部２１内が充填材２３により充填された後、充填材２３の供給を停止し、養生を行い、接合構造を構築する。パイルキャップ２０は、水平方向や鉛直方向に突出する複数の鉄筋を有し、型枠を配してコンクリートを打設することにより基礎梁１２や柱１１を接合して上部構造を構築することができる。基礎梁１２等の梁や柱１１も、プレキャストで製造されたものを用いることができ、この場合、継手を使用してパイルキャップ２０と基礎梁１２や柱１１を接続することができる。

【0045】

本実施形態に係る接合構造を構築する別の方法について説明する。上記の第１の方法では、図４に示した予め補強シート２７が収容部２１の内側面に設けられたパイルキャップ２０を使用して接合構造を構築した。補強シート２７は、パイルキャップ２０の収容部２１の内側面に隣接して設置されれば、当該内側面にくっ付いた状態でなくてもよい。したがって、補強シート２７のないパイルキャップ２０をプレキャストで製造し、パイルキャップ２０を設置する前に、収容部２１の内側面に貼付する等して、その内側面に隣接させて設置することができる。この場合も、補強シート２７の継目を隙間なく、排出孔２５が接続される穴を除いて設置される。

【0046】

具体的には、杭頭１３を露出させ、杭頭１３の外周囲を覆うように緩衝材２２を設置する。その後、砕石を敷き、捨てコンクリートを打設する。補強シート２７は、パイルキャップ２０を架台等に仮置きして落下の危険性をなくした上で、収容部２１の内側面に貼付する。なお、補強シート２７は、型枠脱型時に貼り付けてもよいし、現場での施工時に貼り付けてもよい。

【0047】

その後、杭頭１３に被せるようにパイルキャップ２０を設置する。そして、捨てコンクリートとパイルキャップ２０の隙間から収容部２１内へ無収縮モルタル等の充填材２３を圧入し、収容部２１内の隙間を充填材２３により充填する。排出孔２５から充填材２３が排出されたところで、収容部２１内が充填材２３により充填されたと判断し、充填材２３による充填を終了する。収容部２１内が充填材２３により充填された後、充填材２３の供給を停止し、養生を行い、接合構造を構築する。

【0048】

なお、収容部２１の天井面は、従来の接合構造と同様に、図４に示したように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７に示すように一方の側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、排出孔２５は、天井面の一方の側の最も高い箇所に穴２８を設け、その穴２８に連続するように設けられる。

【0049】

また、緩衝材２２も、従来の接合構造と同様、図８に示すように杭頭１３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１３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、傾斜の度合いを示す勾配は、１／１０～１／３０とされ、好ましくは１／２０とされる。このように緩衝材２２に傾斜を設けることで、充填材２３がパイルキャップ２０の根元側で良く圧密されて気溜まりが生じにくくなる。

【0050】

緩衝材２２の杭頭１３の上端側の高さ位置は、杭頭１３の上端と同じ高さ位置であってもよいが、図９に示すように、杭頭１３の上端の高さ位置より低くすることが望ましい。すなわち、杭頭１３の上端の一部が、その周囲に巻かれた緩衝材２２から露出した状態が望ましい。

【0051】

緩衝材２２を設置する目的は、縁空き部２４への過大な負荷を低減するためである。緩衝材２２は、杭頭１３の回転を受けて変形し、緩衝材２２の周囲の充填部分にかかる負荷を低減し、充填部分に連続するパイルキャップ２０の縁空き部２４への負荷も低減する。

【0052】

縁空き部２４は、捨てコンクリートに接する下端に向けて延びており、杭頭１３の埋め込み深さが大きいほど、杭頭１３が回転した際に縁空き部２４の下端部に大きな力が作用することになる。このため、縁空き部２４の下端側への負荷を低減することが、パイルキャップ２０の損傷を抑えるために重要となる。

【0053】

緩衝材２２の上端と杭頭１３の上端が同じ高さ位置である場合、縁空き部２４の全体にわたってほぼ均一に負荷がかかる。一方、緩衝材２２の上端の高さ位置を杭頭１３の上端の高さ位置より低くすると、その差の部分は直接、充填部分に接する状態となり、その差の部分に対応する縁空き部２４の上側にかかる負荷が大きくなり、縁空き部２４の下端にかかる負荷が小さくなる。このように、縁空き部２４の下端側への負荷を低減することができるため、パイルキャップ２０の損傷を抑えることができる。

【0054】

なお、緩衝材２２の上端の高さ位置を杭頭１３の上端の高さ位置より低くし過ぎると、充填部分に直接接する部分が大きくなり、縁空き部２４への負荷を適切に低減させることができなくなる。そこで、杭頭１３の地面から突出した長さである、埋め込み深さＨが１００ｍｍ以上かつ杭径Ｄの０．５倍以下である場合、緩衝材２２の上端と杭頭１３の上端の高さの差Ｅは、例えば５～３０ｍｍとすることができる。

【0055】

充填材２３は、硬化や乾燥の際に、ほとんど膨張および収縮しない無収縮モルタルが望ましいが、モルタル等の他の材料であってもよい。

【0056】

ここに、本提案による構造について解析モデルを使用し、三次元有限要素法による非線形解析を行い、その解析結果を示す。図１０は、解析モデルを示し、図１１は、検討したケースを示し、図１２は、ひび割れ幅を算出した位置を示す。

【0057】

図１０は、解析モデルを斜め上方から見た断面図、側方から見た断面図であり、解析モデルは、実際の施工とは上下逆であるが、杭４０の杭頭（紙面に向かって下側）にプレキャストパイルキャップ４１を被せ、その隙間を充填材で充填して後打ち部４２を形成している。杭４０に作用させる力は、矢線Ａに示す加力方向とした。

【0058】

解析ケースは、図１１に示すように、補強シート４３を後打ち部４２の周囲に設けたケースをCase-1とし、補強シート４３をプレキャストパイルキャップ４１の外周に設けたケースをCase-2としている。また、補強シート４３を設けないケースをCase-0としている。Case-1が、本提案によるケースであり、Case-0、Case-2は、参考ケースである。

【0059】

解析位置は、図１２に示すように、ひび割れ幅算出位置として、後打ち部４２の周囲の加力方向側の２点（位置１、２）とした。

【0060】

杭体は、杭径４００ｍｍ、鋼管厚さ１２ｍｍ、コンクリート厚さ５３ｍｍの鋼管コンクリート（ＳＣ）杭とした。パイルキャップは、内部に配筋を有し、使用するコンクリートには、設計基準強度２４Ｎ／ｍｍ^２のものを使用した。緩衝材は、厚さ１０～２０ｍｍのものを使用した。補強シートは、厚さ０．１ｍｍのものを使用した。

【0061】

図１３は、解析に用いた各部材の物性をまとめた図である。解析は、載荷点位置に杭径４００ｍｍの１．５％（６ｍｍ）の変位を水平方向に強制変位させる方式で実施した。

【0062】

図１４～図１６に各ケースの解析結果を示す。図１４は、Case-0のひび割れ状況を示し図で、図１５は、Case-1のひび割れ状況を示した図で、図１６は、Case-2のひび割れ状況を示した図である。いずれも、斜め上方、上面から見た図を示している。図では分かりにくいが、加力方向側（紙面に向かって右側）が、ひび割れ幅が大きくなっており、位置１、２は、ひび割れ幅が大きい箇所に位置している。

【0063】

図１７は、各位置でのひび割れ幅の解析結果をまとめた図である。ひび割れ幅の結果を示すカッコ内は、Case-0の位置１、２の値を1.00とした場合のCase-1、2の各位置の値を比率で表したものである。ひび割れ幅は、位置１では、Case-0が最も大きく、位置２では、Case-2が最も大きくなった。Case-1での位置１のひび割れ幅は、Case-0の１／３程度、Case-2の１／２程度となり、位置２のひび割れ幅は、Case-0の１／３程度、Case-2の１／４程度となり、Case-0、Case-2のいずれのケースよりひび割れ幅を抑制することができた。補強シート４３は、耐力を向上させるというより損傷を軽微に抑える目的として使用され、その損傷を抑制できることが確認できたことから、本提案の構造が効果的であることが分かる。

【0064】

以上に説明してきたように、本発明によれば、収容部２１内の充填材２３を充填する充填部分に鉄筋を配筋することなく、耐震性能を向上させることができ、大規模地震に対するパイルキャップ２０の損傷をより軽微に抑えることが可能になる。

【0065】

これまで本発明の接合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。

【符号の説明】

【0066】

１０…杭
１１…柱
１２…基礎梁
１３…杭頭
２０…パイルキャップ
２１…収容部
２２…緩衝材
２３…充填材
２４…縁空き部
２５…排出孔
２６…天井面
２７…補強シート
２８…穴
３０…底板
３１…打込み型枠
３２…穴
３３…側板
３４…コンクリート
４０…杭
４１…プレキャストパイルキャップ
４２…後打ち部
４３…補強シート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】