特開 2024-168189 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】P2024168189

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】接合構造

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/12 20060101AFI20241128BHJP

   E02D 27/34 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

E02D27/12 Z

E02D27/34 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023084649

(22)【出願日】2023-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】引田 真規子

(72)【発明者】

【氏名】宮田 章

(72)【発明者】

【氏名】福島 隆

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 忠幸

(72)【発明者】

【氏名】舘野 公一

(72)【発明者】

【氏名】川田 拳也

【テーマコード（参考）】

2D046

【Ｆターム（参考）】

2D046CA04

2D046CA05

2D046DA11

(57)【要約】

【課題】上部構造のコンクリート内で高い圧縮応力が発生するのを防止できる接合構造等を提供する。
【解決手段】接合構造１０は、鋼管杭２の杭頭部と、コンクリート６１によって形成されたパイルキャップ６とを接合するものであり、パイルキャップ６は鋼管杭２の上方に配置される。接合構造１０では、鋼管２１の端面の上に鉄筋３が配置され、鉄筋３がコンクリート６１に埋設される。鉄筋３は、鋼管２１からパイルキャップ６に加わる荷重に伴う圧縮応力を、パイルキャップ６のコンクリート６１に拡散して伝達するための応力拡散材として機能する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼管を用いた杭の杭頭部と、コンクリートによって形成された上部構造とを接合する接合構造であって、
前記杭の上方に前記上部構造が設けられ、
前記鋼管の端面の上に、応力拡散材が配置され、
前記応力拡散材が、前記コンクリートに埋設されたことを特徴とする接合構造。

【請求項2】

前記応力拡散材は棒状部材であり、前記棒状部材は前記鋼管の端面に固定されずに載置されたことを特徴とする請求項１記載の接合構造。

【請求項3】

前記棒状部材は、前記鋼管の周方向に間隔を空けて複数配置され、複数の前記棒状部材が、前記鋼管の周方向に連続する周方向部材に固定されたことを特徴とする請求項２記載の接合構造。

【請求項4】

前記周方向部材が、前記鋼管の周方向に複数配置されたことを特徴とする請求項３記載の接合構造。

【請求項5】

前記杭頭部を囲むように枠状部材が配置され、前記枠状部材の上部が、前記上部構造のコンクリートに埋設されたことを特徴とする請求項１記載の接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、杭とその上部構造とを接合する接合構造等に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼管杭の杭頭部とパイルキャップ等の上部構造との接合方法として、定着筋を用いる方法や、ＰＣ（プレキャストコンクリート）リングを用いたＣＰ工法（キャプリングパイル工法またはキャブテンパイル工法）が知られている。

【0003】

前者は、鋼管杭の内部に建て込んだ鉄筋や、鋼管杭の外周面に溶接等で固定した鉄筋を上部構造のコンクリート内に埋設して定着筋とするものであり、後者は、鋼管杭の杭頭部を囲むように枠状のＰＣリングを配置し、ＰＣリングの上部を上部構造のコンクリート内に埋設するものである（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

定着筋を用いる前者の方法では鋼管杭の杭頭部と上部構造とが剛接されるが、後者のＣＰ工法では、杭頭部と上部構造を接続する定着筋が無いため両者が剛接されず、杭頭部に曲げが生じた際の杭頭部の回転が許容される。そのため、杭頭部に曲げが生じた際の杭頭部の応力が低減され、杭頭部の損傷を防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第3599050号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図６は、ＣＰ工法における、鋼管杭２の杭頭部と上部構造６０との接合部を示す図である。図中符号５はＣＰ工法で用いるＰＣリングである。

【0007】

この接合部では、鋼管杭２の杭頭部に曲げＭが生じると、鋼管２１の端面から上部構造６０に加わる荷重により、上部構造６０において、当該端面の直上のコンクリートに高い圧縮応力Ｒが生じ、許容圧縮応力度を超えてしまう恐れがある。

【0008】

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、上部構造のコンクリート内で高い圧縮応力が発生するのを防止できる接合構造等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前述した課題を解決するための本発明は、鋼管を用いた杭の杭頭部と、コンクリートによって形成された上部構造とを接合する接合構造であって、前記杭頭部の上方に前記上部構造が設けられ、前記鋼管の端面の上に、応力拡散材が配置され、前記応力拡散材が、前記コンクリートに埋設されたことを特徴とする接合構造である。

【0010】

本発明では、鋼管の端面の上に配置された応力拡散材が上部構造のコンクリートに埋設されることにより、鋼管の端面からの荷重でコンクリートに生じる圧縮応力を、応力拡散材とコンクリートとの付着等によってコンクリート内に拡散して伝達させ、上部構造のコンクリート内で高い圧縮応力が発生するのを防止できる。

【0011】

例えば、前記応力拡散材は棒状部材であり、前記棒状部材は前記鋼管の端面に固定されずに載置される。
棒状部材を鋼管の端面に載置することで、棒状部材の軸力により前記の荷重に抵抗させることができる。棒状部材の端面への固定は特に必要でなく、施工性に優れる。

【0012】

前記棒状部材は、前記鋼管の周方向に間隔を空けて複数配置され、複数の前記棒状部材が、前記鋼管の周方向に連続する周方向部材に固定されることが望ましい。
これら複数の棒状部材により、上部構造のコンクリート全体に圧縮応力を拡散できる。且つ上記の周方向部材を用いることで、鋼管の端面の上に、複数の棒状部材を間隔を保ちつつ容易に設置できる。

【0013】

前記周方向部材は、前記鋼管の周方向に複数配置されてもよい。
これにより、杭の上面に障害物が存在する場合に、障害物を避けつつ、鋼管の全周に亘って周方向部材を設置できる。

【0014】

前記杭頭部を囲むように枠状部材が配置され、前記枠状部材の上部が、前記上部構造のコンクリートに埋設されてもよい。
これにより、ＣＰ工法に本発明を適用できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、上部構造のコンクリート内で高い圧縮応力が発生するのを防止できる接合構造等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】接合構造１０を示す図。

【図2】鉄筋３を示す図。

【図3】上部構造６０の圧縮応力の分布を示す図。

【図4】鋼板４ａを示す図。

【図5】接合構造１０ａを示す図。

【図6】鋼管杭２と上部構造６０の接合部を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。

【0018】

図１は、本発明の実施形態に係る接合構造１０を示す図であり、接合構造１０の鉛直断面を示したものである。この接合構造１０は、鋼管杭２の杭頭部とパイルキャップ６とを接合するものである。

【0019】

鋼管杭２は、鋼管２１を地盤１に打設して形成される杭であり、その杭頭部では、鋼管２１の内側に現場打ちのコンクリート２２が充填される。

【0020】

パイルキャップ６は、鋼管杭２の上方に設けられる上部構造であり、コンクリート６１内に鉄筋かご等による配筋を行ったRC（鉄筋コンクリート）部材である。

【0021】

本実施形態の接合構造１０はＣＰ工法によるものであり、鋼管杭２の杭頭部を囲むようにＰＣリング５が配置される。前記したように、ＣＰ工法による接合構造１０では、鋼管杭２の杭頭部に曲げが生じた際の杭頭部の回転が許容される。

【0022】

ＰＣリング５は、プレキャストコンクリート製の枠状部材である。ＰＣリング５の上部は、パイルキャップ６のコンクリートに埋設される。ＰＣリング５の下部と鋼管杭２の間の隙間には、モルタル７が充填される。モルタル７は、鋼管杭２の上面とパイルキャップ６の間にも設けられる。またＰＣリング５の上面には、定着筋５１が上方へと突出するように設けられる。定着筋５１は、パイルキャップ６のコンクリートに埋設される。

【0023】

本実施形態の接合構造１０では、鋼管杭２の鋼管２１の端面の上に、鉛直方向の鉄筋３が配置される。鉄筋３は、鋼板４に固定した状態で端面上に載置される。鉄筋３と鋼板４は、パイルキャップ６のコンクリート６１に埋設される。

【0024】

図２（ａ）はこの鉄筋３を示す図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の鉄筋３および鋼板４と鋼管杭２とを分解して示す図である。

【0025】

鉄筋３は、鋼管２１の周方向に間隔を空けて複数配置される。鋼板４は、鋼管２１の周方向に連続する筒状の周方向部材であり、上記複数の鉄筋３の位置を固定するために用いられる。各鉄筋３の下部は、鋼板４の外周面に溶接によって固定される。ただし、鉄筋３の鋼板４への固定箇所が鉄筋３の下部に限ることはない。

【0026】

筒状の鋼板４の内径は鋼管２１と略同等であり、鋼板４の板厚は、鉄筋３を溶接可能な厚さであるが、鋼管２１の板厚よりは小さい。鋼板４の高さは任意であるが、少なくとも鉄筋３の溶接長さを十分とれるように設定される。

【0027】

本実施形態では、鋼板４の板厚と鉄筋３の直径との和が鋼管２１の板厚より小さいが、これに限ることはなく、上記の和はモルタル７の充填に支障を与えない程度であればよい。鉄筋３と鋼板４は、共に鋼管２１の端面２１１上に載置される。鉄筋３と鋼板４の下端は鋼管２１の端面２１１に接触するが、端面２１１に固定はされない。

【0028】

ただし、鋼板４の下端が端面２１１に接触している必要は特に無く、鋼板４の下端が端面２１１から浮いていても良いし、筒状の鋼板４の内径を若干小さくし、鋼板４が鋼管２１の端面２１１より内側に位置するようにしてもよい。

【0029】

接合構造１０を構築する際は、鋼管２１を地盤１中に打設して杭頭部にコンクリート２２を充填した後、図２（ｂ）に示したように、筒状の鋼板４に固定された鉄筋３を、鋼管２１の端面２１１の上に載置する。

【0030】

また、鋼管杭２の杭頭部を囲むようにＰＣリング５を配置し、モルタル７の充填とパイルキャップ６の配筋を行った後、パイルキャップ６のコンクリート６１を打設する。

【0031】

本実施形態の接合構造１０では、鋼管杭２の杭頭部に曲げが生じた際に、鋼管２１からの荷重でパイルキャップ６のコンクリート６１に生じる圧縮応力が、鉄筋３とコンクリート６１の付着を介してコンクリート６１内に拡散して伝達される。また鉄筋３の軸力により上記の荷重に抵抗することもできる。そのため、パイルキャップ６のコンクリート６１内で高い圧縮応力が生じるのを防止できる。鉄筋３は、圧縮応力を拡散して伝達するための応力拡散材として機能する。なお、圧縮応力の拡散は、上記の付着のみならず、鉄筋３の上端からコンクリート６１を上方に押圧することによっても行われる。

【0032】

鉄筋３の長さ、本数、径は、コンクリート６１内の圧縮応力低減を目的とする限りにおいて、任意に設定可能である。例えば、圧縮応力を広範囲に拡散させてコンクリート６１内で高い圧縮応力が発生するのを防止したい場合は、鉄筋３のコンクリート６１への埋設部分の長さ（定着長）を大きくすればよい。前記したように、圧縮応力は鉄筋３とコンクリート６１の付着を介して伝達されるため、鉄筋３の定着長が長い程、圧縮応力が広範囲に拡散される。

【0033】

特に本実施形態では、鉄筋３の定着長を、鉄筋３の上端が、パイルキャップ６内の最下段の水平鉄筋６２（図１参照）よりも上に位置するような長さとすることが望ましく、さらに、鉄筋３の上端から水平鉄筋６２までの距離ｄを、水平鉄筋６２の径以上とすることが望ましい。

【0034】

鉄筋３の軸力によって前記の荷重に抵抗することで、コンクリート６１内で高い圧縮応力が発生するのを防止したい場合は、鉄筋３の径を太くするか本数を増やすとよい。鉄筋３の径が大きく、本数が多い程、鉄筋３の軸力による荷重への抵抗力が大きくなる。

【0035】

なお、接合構造１０において、パイルキャップ６のコンクリート６１にバランス良く圧縮応力を拡散させるためには、複数の鉄筋３を鋼管２１の周方向に等間隔で配置することが望ましい。ただし、鉄筋３がパイルキャップ６内の配筋と干渉する場合は、鉄筋３の位置を多少ずらして配置してもよい（略等間隔としてもよい）。

【0036】

また、鋼管２１から鉄筋３に荷重が十分に伝達されるためには、鉄筋３の下端の小口面全体が鋼管２１の端面２１１に接触していることが望ましいが、小口面の一部のみが端面２１１に接触していてもよい。ただし、鉄筋３の小口面の一部が端面２１１よりも大きく外に出ているような状態であると、モルタル７の充填性が下がったり、鉄筋３がＰＣリング５の設置時の支障となることがある。鉄筋３の小口面が端面２１１から外に出る長さが数ミリ程度であれば、モルタル７の充填性等の支障とはならず、特に問題はない。

【0037】

図３は、鉄筋３の応力拡散効果について、ＦＥＭ解析により検討を行った結果を示す図である。ここでは、ＰＣリング５を用いたＣＰ工法により鋼管杭２の杭頭部と上部構造６０とを接合した接合構造において、鋼管杭２の右側に矢印Ｐに示すように荷重を与えた。上部構造６０はパイルキャップとその上方に立設される柱を含み、図中符号ｒは上部構造６０のコンクリートに埋設される鉄筋を示したものである。

【0038】

図３の左図は、鉄筋３を設置しない比較例の応力分布を示したコンター図であり、図３の右図は、鉄筋３を設置した本発明の実施例について応力分布を示したコンター図である。各コンター図は、圧縮応力の大小をグレースケールで表したものであり、黒に近い程圧縮応力は大きい。

【0039】

図３より、鉄筋３を使用しない左図の比較例よりも、鉄筋３を使用した右図の実施例の方が、広い範囲に圧縮応力が拡散されている様子が確認できる。例えば右図では、左図とは異なり、上部構造６０の左上部にも圧縮応力が生じている。このように圧縮応力が拡散して伝達される結果、右図では、鋼管杭２から上部構造６０への荷重伝達箇所の近辺（符号Ａ参照）の圧縮応力が、左図と比較して低減されている。

【0040】

このように、本実施形態の接合構造１０では、鋼管２１の端面２１１の上に配置された鉄筋３がパイルキャップ６のコンクリート６１に埋設されることにより、鋼管２１の端面２１１からの荷重でコンクリート６１に生じる圧縮応力を、鉄筋３とコンクリート６１との付着等によってコンクリート６１内に拡散して伝達させ、パイルキャップ６のコンクリート６１内で高い圧縮応力が発生するのを防止できる。

【0041】

また本実施形態の接合構造１０では、鉄筋３を鋼管２１の端面２１１に載置することで、鉄筋３の軸力により前記の荷重に抵抗させることができる。鉄筋３の鋼管２１の端面２１１への固定は特に必要でなく、施工性に優れる。

【0042】

また本実施形態の接合構造１０では、複数の鉄筋３により、パイルキャップ６のコンクリート６１全体に圧縮応力を拡散できる。且つこれら複数の鉄筋３を筒状の鋼板４に予め固定することにより、鋼管２１の端面２１１の上に、複数の鉄筋３を間隔を保ちつつ容易に設置できる。なお本実施形態では、鋼板４も鋼管２１の端面２１１上に載置しているので、鉄筋３のみならず鋼板４にも応力拡散材としての機能を持たせることができる。

【0043】

しかしながら、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば本実施形態では、筒状の鋼板４の外周面に鉄筋３を固定しているが、内周面に鉄筋３を固定してもよい。ただし、鋼管杭２の杭頭部の曲げにより杭頭部からパイルキャップ６に加わる荷重は、鋼管杭２の外側に行くほど大きくなると考えられるので、大きな応力拡散効果を得るには、鉄筋３はできるだけ外側に位置することが望ましい。そのため、鉄筋３と鋼板４の両方を鋼管２１の端面２１１上に配置する場合は、パイルキャップ６内の配筋との干渉等の問題が無ければ、鉄筋３を鋼板４の外周面に固定する方が望ましい。

【0044】

また本実施形態では応力拡散材として鉄筋３を用いているが、鉄筋３の代わりに、他の棒状部材（例えばボルト等）を用いてもよい。また本実施形態では鉄筋３を固定する周方向部材として筒状の鋼板４を用いているが、その他の部材でも良く、鉄筋３等の棒状部材の周方向部材への固定方法も溶接に限らない。例えば、周方向部材をリング状の鉄筋とし、鉄筋３等の棒状部材を番線等により鉄筋に固定しても良い。ただし、鋼板４を用いる方が施工は容易である。

【0045】

また、上記の周方向部材が鋼管２１の全周に亘って連続するものに限ることもなく、例えば図４に示すように、円弧状の鋼板４ａを鋼管２１の周方向に複数並べて配置し、各鋼板４ａに複数の鉄筋３を固定してもよい。

【0046】

ＰＣリング５から内側に突出する係止片（不図示）を用いてＰＣリング５を鋼管杭２の上面に係止することで、ＰＣリング５の高さを固定する場合もあり、このような係止片等の障害物が鋼管杭２の上面に存在するケースでは、当該障害物を避けつつ、円弧状の鋼板４ａを鋼管２１の全周に亘って配置することができる。各鋼板４ａは前記した筒状の鋼板４より小型且つ軽量となるため、取り扱いも容易である。

【0047】

また本実施形態の接合構造１０は、前記したように、鋼管杭２の杭頭部を囲むようにＰＣリング５を配置し、その上部をパイルキャップ６のコンクリート６１に埋設するＣＰ工法に適用されるが、図５の接合構造１０ａに示すように、ＰＣリング５を省略し、鋼管杭２の杭頭部がパイルキャップ６のコンクリート６１に直接埋設されてもよい。この場合も、鉄筋３の応力拡散効果により、前記の接合構造１０と同様の効果が得られる。

【0048】

また本実施形態では鋼管杭２とパイルキャップ６の接合構造１０、１０ａを例示したが、本発明の接合構造はこれに限らず、鋼管２１を用いた杭の杭頭部と、コンクリート６１によって形成された上部構造との接合部であれば適用できる。鋼管２１を用いた杭には、例えば、前記の鋼管杭２以外にも、鋼管２１の全長に亘って現場打ちのコンクリートを充填した場所打ち鋼管コンクリート杭、ＳＣ杭（外殻鋼管付きコンクリート杭）、杭頭部に鋼管２１を巻いたその他の杭等がある。また上部構造もパイルキャップ６に限らず、基礎梁等でもよい。

【0049】

なお、鋼管２１の端面２１１に載置された鉄筋３は、地震等で引張力が生じると杭頭部から離間してしまうことから、本発明の接合構造は、パイルキャップ６等の上部構造に上方への引張力が作用しない状況での使用が望ましい。ただし、引張力が上部構造と杭頭部の付着力より小さい場合はこの限りでない。一方、（定着筋としては機能しない）短い鉄筋３を鋼管２１の端面２１１に溶接等で固定しても応力拡散には有効であり、この場合、上記の引張力を考慮しなくもよい可能性がある。

【0050】

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0051】

１：地盤
２：鋼管杭
３：鉄筋
４、４ａ：鋼板
５：ＰＣリング
６：パイルキャップ
７：モルタル
１０、１０ａ：接合構造
２１：鋼管
２２、６１：コンクリート
６０：上部構造
２１１：端面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】