特開 2024-73886 杭基礎構造

(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】P2024073886

(43)【公開日】2024-05-30

(54)【発明の名称】杭基礎構造

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/12 20060101AFI20240523BHJP

【ＦＩ】

E02D27/12 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022184854

(22)【出願日】2022-11-18

(71)【出願人】

【識別番号】507011611

【氏名又は名称】株式会社進富

(71)【出願人】

【識別番号】516152952

【氏名又は名称】構法開発株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129849

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】大西 克則

(72)【発明者】

【氏名】依田 佳幸

【テーマコード（参考）】

2D046

【Ｆターム（参考）】

2D046AA13

2D046CA01

(57)【要約】

【課題】水平方向のみならず上下方向の杭の施工誤差を容易に吸収できる杭基礎構造を提供する。
【解決手段】地盤２に打ち込まれた杭１０と、当該杭１０の上に固定される基盤フレーム３０とを有する杭基礎構造１であって、杭１０は、杭頭部１１に形成され上方に開口する凹部１２を備え、基盤フレーム３０は、凹部１２に挿入されるアンカー部３５と、当該アンカー部３５から下方に向かって出没可能なレベル調整手段３６とを備え、レベル調整手段３６の下端は、凹部１２の底部に当接し、アンカー部３５は、凹部１２の内周面と隙間をあけて挿入され、隙間には固定用の充填材１５が充填される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤に打ち込まれた杭と、当該杭の上に固定される基盤フレームとを有する杭基礎構造であって、
前記杭は、杭頭部に形成され上方に開口する凹部を備え、
前記基盤フレームは、前記凹部に挿入されるアンカー部と、当該アンカー部から下方に向かって出没可能なレベル調整手段とを備え、
前記レベル調整手段の下端は、前記凹部の底部に当接し、
前記アンカー部は、前記凹部の内周面と隙間をあけて挿入され、前記隙間には固定用の充填材が充填される
ことを特徴とする杭基礎構造。

【請求項2】

前記アンカー部は、前記基盤フレームの底面に固定された中空パイプと、当該中空パイプの底部に設けられたフランジとを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の杭基礎構造。

【請求項3】

前記レベル調整手段は、ボルトとナットを備えており、
前記ナットは、前記アンカー部に固定され、
前記ボルトは、前記ナットに螺合して下向きに設置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の杭基礎構造。

【請求項4】

前記杭を囲んで設置され放射状に広がる根入れ補強部材をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の杭基礎構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、杭基礎構造に関する。

【背景技術】

【0002】

低層住宅の基礎は、一般的に直接基礎として一体となったベタ基礎や布基礎が用いられている。地盤が軟弱な場合には、地盤改良や杭により地盤を補強している。直接基礎工事は、多くの現地工数と工期を費やすため、ＰＣ基礎やハーフＰＣ基礎等の様々な工業化への取り組みが試みられてきたが、いずれも現地でのコンクリート打設が必要であるため基礎の重量は大きいままであった。

【0003】

二階建ての住宅の建物重量が６～８ｋＮ／ｍ^２であるのに対して、ＲＣベタ基礎の重量が５～６ｋＮ／ｍ^２である。ＲＣベタ基礎の重量は総重量の４５％程度占めているため、基礎重量を軽減することで地盤改良を避けることが可能となることがある。重量の大きいコンクリートを用いない基礎として、地盤に打ち込んだ杭を柱にして、杭頭部に構台や基礎フレームを固定して建物を構築する構造があった（例えば特許文献１参照）。このような基礎では、構台や基礎フレームの底面に受プレートを設け、杭頭部の上面に受プレートを載置して溶接するが、受プレートの設置面を大きくすることで、杭の施工誤差を吸収するようになっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２１０７０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の杭への設置構造では、杭の水平方向への施工誤差は容易に吸収できるが、上下方向の施工誤差を吸収するには、杭頭部に高さ調整プレートを設置したり、杭頭部を切断したりする必要があり、多くの施工手間と時間を要する問題があった。

【0006】

そこで、本発明は、水平方向のみならず上下方向の杭の施工誤差を容易に吸収できる杭基礎構造を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

このような課題を解決するための本発明は、地盤に打ち込まれた杭と、当該杭の上に固定される基盤フレームとを有する杭基礎構造であって、前記杭は、杭頭部に形成され上方に開口する凹部を備え、前記基盤フレームは、前記凹部に挿入されるアンカー部と、当該アンカー部から下方に向かって出没可能なレベル調整手段とを備え、前記レベル調整手段の下端は、前記凹部の底部に当接し、前記アンカー部は、前記凹部の内周面と隙間をあけて挿入され、前記隙間には固定用の充填材が充填されることを特徴とする杭基礎構造である。

【0008】

本発明の杭基礎構造によれば、アンカー部と凹部の内周面との間に隙間があるので、杭の水平方向の施工誤差を吸収できる。また、レベル調整手段の下方への突出量を杭頭部の高さに応じて設定することで、杭の上下方向の施工誤差を吸収できる。そして、アンカー部を凹部に挿入して隙間に充填材を充填することで、基盤フレームを杭に固定でき、施工手間と時間を軽減できる。

【0009】

本発明の杭基礎構造においては、前記アンカー部は、前記基盤フレームの底面に固定された中空パイプと、当該中空パイプの底部に設けられたフランジとを備えているものが好ましい。このような構成によれば、フランジが広がっているので、アンカー部を上方に引き抜こうとする応力が作用した際に、充填材にコーン状の剪断力が発生する。ここでフランジから斜め上方に４５°のコーン状に充填材の塊が剪断破壊したとしても、杭の内周と充填材との付着力により、アンカー部を上方に引き抜こうとする応力に対向することができ、アンカー部は引き抜けない。一方、アンカー部と杭頭部に作用する圧縮力に対しては、アンカー部とフランジに挟まれた充填材が主に対抗する。

【0010】

本発明の杭基礎構造においては、前記レベル調整手段は、ボルトとナットを備えており、前記ナットは、前記アンカー部に固定され、前記ボルトは、前記ナットに螺合して下向きに設置されているものが好ましい。このような構成によれば、ボルトをアンカー部の上方から回転させることができるので、出没量の調整作業を行い易い。また、アンカー部と杭頭部に作用する圧縮力に対して、ボルトが凹部の底板から支圧力を受けて対抗できる。

【0011】

本発明の杭基礎構造においては、前記杭を囲んで設置され放射状に広がる根入れ補強部材をさらに有するものが好ましい。このような構成によれば、地震時の地盤際での杭のずれを抑制できる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の杭基礎構造によれば、水平方向のみならず上下方向の杭の施工誤差を容易に吸収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る杭基礎構造を示した全体斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係る杭基礎構造の杭の配置状態を示した平面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る杭基礎構造の基盤フレームを示した平面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る杭基礎構造を示した要部断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る杭基礎構造の根入れ補強部材を示した平面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る杭基礎構造の根入れ補強部材を示した側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の杭基礎構造を実施するための形態を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態の建物形状は一例であって、敷地形状や平面プランに応じて適宜変更される。図１に示すように、本実施形態に係る杭基礎構造１は、杭１０と基盤フレーム３０とを備えている。

【0015】

杭１０は、所定の深さまで地盤２に打ち込まれ、杭頭部１１が地盤２の上に突出している。杭１０は、例えば鋼管にて構成されておいる。杭１０は、基盤フレーム３０の下側で、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に所定間隔をあけて配置されている（図２参照）。

【0016】

図４に示すように、杭１０は、凹部１２を備えている。凹部１２は、杭頭部１１に形成されており、上方に向けて開口している。杭１０の上端部は、蓋がなく中空部が開放されており、上端から所定距離の部分に鉄板１３が固定され、凹部１２が形成されている。鉄板１３は、全周が鋼管の内周面に溶接されており、凹部１２の底部となる。

【0017】

基盤フレーム３０は、図１および図３に示すように、基礎梁３１を格子フレーム状に組み合わせて構成され、ブレース３２によって補強されている。基礎梁３１は、例えば溝形鋼にて構成されており、ブレース３２はターンバックルにて構成されている。溝形鋼は、ウエブが縦方向になるように配置され、ウエブの上下にフランジが位置し、断面Ｃ型形状となっている。隣り合う基礎梁３１，３１同士は、図４に示すように、プレート３３を介してボルト止めされている。プレート３３は、基礎梁３１の長手方向端部や、溝形鋼の開口側面部に溶接されている。基礎梁３１，３１同士の接合部分において、隣り合うプレート３３，３３同士を当接させて、ボルト・ナットで挟持することで、基礎梁３１，３１同士が互いに固定されている。ブレース３２は、基礎梁３１同士の交点間に掛け渡され、基礎梁３１で区画される四角形の対角線上に配置されている。

【0018】

基盤フレーム３０は、その下側に設けられたアンカー部３５と、レベル調整手段３６とを備えている。アンカー部３５は、凹部１２に挿入される部位であって、基礎梁３１の底面に下向きに突出して取り付けられている。アンカー部３５は、凹部１２の内側空間より小さく形成されており、凹部１２の内周面と隙間をあけて挿入される。アンカー部３５と凹部１２との隙間には固定用の充填材１５が充填される。充填材１５は、例えば無収縮モルタル等のグラウト材が用いられる。

【0019】

アンカー部３５は、中空パイプ３７と、フランジ３８とを備えている。中空パイプ３７は、基盤フレーム３０の底面となる基礎梁３１の下側のフランジの下面に固定されている。中空パイプ３７は、円筒形状を呈しており、上端面がフランジの下面に当接して溶接されている。中空パイプ３７は、その軸方向がフランジに直交して上下方向に延在するように配置されている。中空パイプ３７の直径は、必要な剪断強度を得られるとともに、杭の水平位置の精度誤差を吸収できる範囲の大きさに設定されている。つまり、中空パイプ３７の直径を大きくすると剪断強度が大きくなり、直径を小さくすると吸収できる杭位置の精度誤差が大きくなるが、両方の条件を満たすように直径が設定されている。なお、中空パイプ３７の直径を、杭位置の精度誤差を吸収できる範囲内で大きくすれば、アンカー部３５と凹部１２との隙間に充填される充填材１５の容量を少なくすることができ、充填材１５の費用を低減できる。

【0020】

フランジ３８は、中空パイプ３７の底部に溶接にて取り付けられ、中空パイプ３７の底面開口部を塞ぐ部材である。フランジ３８は、中空パイプ３７の外径よりも大きい外径を有する円盤形状を呈している。これにより、フランジ３８の周縁部は、中空パイプ３７の底面よりも外側に張り出して鍔部３８ａを構成している。フランジ３８の中心部には、貫通孔３９が形成されている。貫通孔３９は、レベル調整手段３６のうち後記するボルト４０が挿通する孔である。

【0021】

レベル調整手段３６は、凹部１２へのアンカー部３５の設置高さを調整する手段である。レベル調整手段３６は、ボルト４０と、ナット４１とを備えている。ボルト４０は、下向きに設置され、フランジ３８の貫通孔３９を上方から下方に向かって挿通される。ボルト４０の軸部４０ａの先端部は、フランジ３８から下方に向かって突出する。

【0022】

ナット４１は、ボルト４０が螺合され、ボルト４０を回転させることで上下方向に出没させるための部位である。ナット４１は、フランジ３８の上面で貫通孔３９と同軸状に配置されている。ナット４１は、貫通孔３９の周縁部に溶接されている。一方、ナット４１の上方には、基礎梁３１の下側のフランジが位置するが、このフランジにボルト４０の貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４は、貫通孔３９およびナット４１と同軸状に配置されている。ボルト４０は、基礎梁３１の下側のフランジの上方から、貫通孔３４，ナット４１および貫通孔３９を通って下方に向けて挿通され、フランジ３８の下方に突出している。ボルト４０の軸部４０ａの先端部の突出量は、杭１０の設置高さの施工誤差に応じて決定される。ボルト４０は、回転することで上下方向位置の微調整を行うことができる。

【0023】

根入れ補強部材５０は、杭１０の水平変位を抑制する部材であって、例えば水平変位が鋼管径の４％を超える場合に設置する。図５および図６に示すように、根入れ補強部材５０は、杭１０を囲んで設置され、放射状に広がる形状となっている。具体的には、根入れ補強部材５０は、一対のＴ字金具５１と、固定金具５２とを備えている。Ｔ字金具５１は、第一プレート５３と第二プレート５４とを備えており、平面視でＴ字形状を呈している。第一プレート５３と第二プレート５４は、ともに同じ高さ寸法の金属製プレートからなる。第一プレート５３の側面に第二プレート５４の端面が当接して溶接されている。

【0024】

固定金具５２は、Ｔ字金具５１同士を固定するものであって、ボルト５５とナット５６とを備えてなる。ボルト５５は、一方のＴ字金具５１の第二プレート５４を貫通し、他方のＴ字金具５１の第一プレート５３に固定されたナット５６に螺合することで、Ｔ字金具５１同士を固定する。ナット５６は、第一プレート５３の外側表面に溶接されている。ナット５６は、軸方向が他方のＴ字金具５１の第二プレート５４の法線方向に沿って配置されている。ナット５６が対向する第二プレート５４には、ボルト５５の挿通孔（図示せず）が形成されている。固定金具５２は、上下方向に例えば二段設けられている。なお、固定金具５２の設置個所数は、杭１０や地盤２の状態に応じて適宜決定される。

【0025】

一対のＴ字金具５１，５１を互いに固定すると、各Ｔ字金具５１の第一プレート５３と第二プレート５４が杭１０を囲い、根入れ補強部材５０が杭１０に固定される。根入れ補強部材５０は、地盤２の表面近くの杭１０周りの土砂を掘削し、露出した杭１０を囲って設置される。根入れ補強部材５０の設置後に、その周囲が砂や砂利等の裏込め土で埋め戻される。

【0026】

以下に、本実施形態の杭基礎構造１による作用効果について説明する。本実施形態に係る杭基礎構造１によれば、基盤フレーム３０のアンカー部３５と、杭頭部１１の凹部１２の内周面との間に隙間があるので、杭１０の水平方向の施工誤差を吸収できる。また、レベル調整手段３６のボルト４０の軸部４０ａの、アンカー部３５の底面から下方への突出量を杭頭部１１の施工高さに応じて設定することで、杭１０の上下方向の施工誤差を吸収できる。つまり、ボルト４０を回転させるだけで、容易にアンカー部３５の設置高さを調整できる。さらに、ボルト４０は、基盤フレーム３０の基礎梁３１の内側から可能に挿通しているので、ボルト４０の頭部が接触し易い高さにあり、ボルト４０の回転をアンカー部３５の上方から容易に行うことができる。したがって、ボルト４０の軸部４０ａの出没量の調整作業を行い易い。

【0027】

アンカー部３５を凹部１２に挿入して所定高さに設置し、アンカー部３５と凹部１２との隙間に充填材１５を充填することで、基盤フレーム３０を杭１０に固定できるので、基礎工事におけるコンクリート工事を大幅に低減できる。したがって、施工手間および時間を軽減できる。また、アンカー部３５の底部のフランジ３８は中空パイプ３７の周縁部から張り出し、フランジ３８の周縁部に鍔部３８ａが形成されているので、アンカー部３５を上方に引き抜こうとする応力が作用した際に、充填材１５にコーン状の剪断力（図４の充填材１５内に破線にて示す）が発生する。ここでフランジ３８から斜め上方に４５°のコーン状に充填材１５の塊が剪断破壊したとしても、杭１０の内周と充填材１５との付着力により、地震時に基盤フレーム３０に作用する引抜力（アンカー部３５を上方に引き抜こうとする応力）に対向することができ、アンカー部３５は引き抜けない。

【0028】

一方、アンカー部３５と杭頭部１１との間に作用する圧縮力に対しては、アンカー部３５の底板（フランジ３８）の全面積に相当する充填材１５の支圧力が凹部１２の底板（鉄板１３）に伝わるが、ボルト４０の支圧力も加算される。なお、アンカー部３５の中空パイプ３７の表面と、凹部１２の鋼管の内面に介在する充填材１５との付着力も支圧力に加わるが、中空パイプ３７の表面積が小さいので微力である。
さらに、アンカー部３５と杭頭部１１との間に作用する剪断力（基盤フレーム３０にかかる水平力を杭頭部１１に伝達する応力）に対しては、アンカー部３５の中空パイプ３７と、杭頭部１１の鋼管の内面に介在する充填材１５の支圧力で伝達されるため、中空パイプ３７の直径と深さで伝達強度（中空パイプ３７の直径×深さ×充填材１５の支圧強度）が決まるので、アンカー部３５の直径が大きい方が有利である。従来は充填材にアンカーボルトを差し込む方式が多く採用されているが、本実施形態のように、アンカー部３５を中空パイプ３７で構成することで、アンカー部３５の直径を大きくでき、大きな支圧力を得ることができる。

【0029】

また、本実施形態に係る杭基礎構造１は、根入れ補強部材５０を有しているので、地震時の地盤際での杭１０のずれを抑制できる。また、根入れ補強部材５０は、一対のＴ字金具５１，５１を備えており、これらＴ字金具５１，５１は、ボルト５５およびナット５６にて固定されるので、施工現場において溶接作業を必要とせず、根入れ補強部材５０の設置に係る施工手間および時間を軽減できる。

【0030】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。例えば、前記実施形態では、アンカー部３５は、円筒状の中空パイプ３７と、円盤状のフランジ３８とで構成されているがこれに限定されるものではない。例えば、下方が広がる円錐台形状の中空パイプを用いてもよい。このような構成によれば、径が大きいフランジを設けてなくても、充填材にせん断力を生じさせることができる。

【符号の説明】

【0031】

１ 杭基礎構造
２ 地盤
１０ 杭
１１ 杭頭部
１２ 凹部
１５ 充填材
３０ 基盤フレーム
３５ アンカー部
３６ レベル調整手段
３７ 中空パイプ
３８ フランジ
４０ ボルト
４１ ナット
５０ 根入れ補強部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】