JP2000220152A - 鋼管杭の杭頭構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 杭頭と基礎との接合部を簡略化した鋼管杭の
杭頭構造を提供する。 【解決手段】 鋼管杭１の切断面非処理の杭頭部３の外
周面１０に、当該杭頭部杭径より大きな定着鉄筋６付き
のベースプレート１１を開先溶接１３で固着したことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、杭頭と基礎との接
合部構造を簡略化し、工場生産品を使用し、現場での取
合い（接合）を少なくし、かつ杭頭の定着鉄筋と基礎鉄
筋との取合いを円滑に行えるようにした鋼管杭の杭頭構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地中へ打込んで埋設する鋼管杭におい
て、杭頭部と基礎（梁）との接合のための杭頭接合構造
は図１４〜図１６または、図１７のようになされてい
る。図１４〜図１６の図示例は、杭頭外面に溶接した鉄
筋による仮想鉄筋コンクリート断面で曲げモーメントを
受ける方法である。

【０００３】この従来例では、鋼管杭１を地中２へ打込
み、地中２から上方に突出している杭頭部３への天端面
４に杭頭キャップ５が溶接されていると共に、杭頭部３
の外周に複数の定着鉄筋６の下端部が直接当てがわれ、
現場での溶接で固着されている。また、この杭頭部３と
定着鉄筋６はコンクリート基礎（フーチング）８中に埋
設される。設計では、図１４，図１５の基礎内の仮想断
面７を杭の外周より＋１００ｍｍの仮想断面で設計して
いるので仮想断面７が小さくなる。そのため仮想断面７
の引張側の剛性が小さくなることが多い。

【０００４】前記の杭頭部構造において、鋼管杭１の杭
頭部３の径（Ｌ）が９００φの場合、この杭頭部３の外
周にＤ２９の定着鉄筋６を４０本直接溶接することでＦ
Ｃ（コンクリート強度）＝３００ｋｇ／ｃｍ２を達成し
ている。このように多数本（４０本）の定着鉄筋６を必
要とするのは、後に図６によって説明するように、地震
時にその水平力により鋼管杭１に曲げモーメントと軸力
が作用するとき、鋼管杭１に引張力と圧縮力が働き、鋼
管杭１に直接溶接される前記定着鉄筋６にも、引張力と
圧縮力が作用するので、これをバランスさせるためその
圧縮力用の定着鉄筋のほかに引張力用の定着鉄筋が必要
なためである。

【０００５】また、前記の杭頭部構造において、図１６
に示すように、杭頭部３の外周に溶接される定着鉄筋６
は等間隔で円形に配置されているので、多数の定着鉄筋
６の内のあるものは、図１６（Ｃ）に示すように、コン
クリート基礎（フーチング）８にメッシュ状に編まれて
配筋される基礎鉄筋９の網目（メッシュ状基準線交点）
２４からずれて、その鉄筋と干渉する（ぶつかる）た
め、配筋作業に手間取り作業が円滑にいかないという問
題がある。

【０００６】前述の問題は、図１７に示す杭頭部構造に
おいても生じる。図１７は、鋼管の杭頭部３の内部に定
着鉄筋６を等間隔で円形に配置し、帯鉄筋６ａを用いて
固着したものを挿入し、中詰めコンクリート２０を打設
してなる杭頭部構造である。図１７の杭頭部構造におい
ても、図１６の場合と同様、杭頭部３の内部に等間隔で
円形に配置される多数の定着鉄筋６の中には、コンクリ
ート基礎８中にメッシュ状に編まれて配筋される基礎鉄
筋９と干渉する鉄筋がでるため、配筋作業が円滑にでき
ないということがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のとおりであっ
て、従来の鋼管の杭頭部構造には、次の欠点があった。 定着鉄筋６を杭頭部外周部に直接溶接する構造では定
着鉄筋６の配置が密になり、その溶接作業及び検査に手
間がかかる。 従来の杭頭部の剛性は一体性が確保されていないこと
が多いので、杭頭固定して計算した値よりも、実際の地
震時などの杭頭の変形が大きく破壊する場合もある。 、さらに、杭頭部３の外周に等間隔で溶接される定着
鉄筋６または、鋼管の杭頭部３の内部に定着鉄筋６を等
間隔で円形に配置し、帯鉄筋６ａを用いて固着したもの
を挿入し、中詰めコンクリート２０を打設してなる何れ
の杭頭部構造にあっても、各定着鉄筋６が基礎鉄筋９と
干渉し、鉄筋の組立に手間取り、作業が円滑に行かな
い。 、前述のように、〜の要因が絡み合って、鋼管杭
の杭頭構造の構築施工に手間取り、施工コストが嵩むと
いう問題があった。 本発明は、前記の欠点を解決したを鋼管杭の杭頭構造提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る鋼管杭の杭頭構造は、次のように構成
する。 第１の発明は、鋼管杭の杭頭部に、当該杭頭部
杭径より大きな定着鉄筋付きのベースプレートを接合し
たことを特徴とする。第２の発明は、前記杭頭部の天端
面を、切断面非処理とし、かつ所定板厚の前記ベースプ
レート上面より上方に位置させてあり、ベースプレート
の内径部と杭頭部の外周とを溶接したことを特徴とす
る。第３の発明は、前記杭頭部の内側に杭頭キャップを
配設し、杭頭キャップ外周と杭頭部内周とを溶接したこ
とを特徴とする。第４の発明は、前記杭頭キャップは平
板とし、または所定厚の板からなり下に凸の円錐断面形
状とすることを特徴とする。第５の発明は、杭頭部に開
先をとり、ここに杭頭キャップを兼ねる定着鉄筋付きベ
ースプレートを接合し、または杭頭部にボルト結合する
ことを特徴とする。第６の発明は、環状配置の多数本の
定着鉄筋が、メッシュ状に配筋される基礎鉄筋のそれぞ
れの網目（メッシュ状基準線交点）に配置されるよう、
環状中心からの距離を各定着鉄筋毎に代えることによ
り、定着鉄筋相互の間隔を不均等にしてベースプレート
に固着することを特徴とする。第７の発明は、前記不均
等間隔に配置の多数本の定着鉄筋を結ぶ仮想線が多角形
をなすように、当該定着鉄筋を配置することを特徴とす
る。第８の発明は、前記ベースプレートの外形は、前記
多数本の定着鉄筋を結ぶ仮想線がなす多角形と相似形に
設けることを特徴とする。第９の発明は、鋼管杭の杭頭
部に環状に配設する多数の定着鉄筋を、メッシュ状に配
筋される基礎鉄筋のそれぞれの網目（メッシュ状基準線
交点）に配置されるよう、環状中心からの距離を各定着
鉄筋毎に代えることにより、各定着鉄筋相互の間隔を不
均等に配設していることを特徴とする。第１０の発明
は、不均等間隔に配置の多数本の定着鉄筋を結ぶ仮想線
が多角形をなすように、当該定着鉄筋を配置することを
特徴とする。

【０００９】本発明によると、杭頭部径より大きな定着
鉄筋付きベースプレートを鋼管杭の杭頭部外周に溶接す
ることにより、従来より少ない定着鉄筋で従来と同じ地
震時耐力を付与できるので、杭頭と基礎との接合部を簡
略化でき、現場での取合い（接合）を少なくできる。

【００１０】また本発明において、杭頭部より立ち上が
る定着鉄筋を、メッシュ状に配筋される基礎鉄筋との干
渉を避ける配置に設けることにより、基礎梁鉄筋との干
渉を避ける手間が省けるので作業性が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１，図２の実施形態１において、
地中２に埋設された鋼管杭１の杭頭部３の外周面１０
に、板厚の大きいリング状のベースプレート１１の内周
面が裏当て金１２を介して開先溶接１３により固着され
ている。このベースプレート１１の上面に円状配置に設
けられた、複数本の定着鉄筋６の下端がねじ結合または
溶接で固着されている（図では溶接の例を示す）。杭頭
部３の内側には杭頭キャップ１４が配設された杭頭キャ
ップ１４の外周と杭頭部内周とは裏当て金１５を介して
開先溶接１６により固着されている。また、杭頭部３の
天端面１７は、前記ベースプレート１１と杭頭部３の各
上面よりも若干上方に突出しているが、この天端面１７
には溶接等を行わないから切断面非処理でよく、特別の
処理は不要である。また、従来のように、杭頭に開先を
とり溶接してもよい。

【００１２】また、前記鋼管杭１が、その下端部に図示
の回転翼１８を有する回転杭の場合は、定着鉄筋６とベ
ースプレート１１とを鋼管杭１の杭頭部に工場で取付、
加工でき、現場で鋼管杭１を回転させながら地中２に埋
設できる。前記鋼管杭１が打込み式の杭の場合には、当
該鋼管杭１を所定の深さ地中に打込んだ後地上におい
て、杭頭部３の外周と内周に、ベースプレート１１と杭
頭キャップ１４を開先溶接１３，１６で固着するが、ベ
ースプレート１１の溶接作業に際しては、杭頭部周辺の
地盤を少し掘削して溶接すると、その溶接作業が円滑に
行える。このように杭頭部３に定着鉄筋６付きベースプ
レート１１が溶接された後、これらが埋設されるよう基
礎コンクリート８が打設される。

【００１３】図３，図４は実施形態２を示し、この例で
は、実施形態１における平板の杭頭キャップ１４に代え
て、所定板厚からなり下に凸の円錐断面形状からなる杭
頭キャップ（以下コーンヘッドという）２１が杭頭部に
開先溶接２２により固着された例が示されている。コー
ンヘッド２１は、所定板厚の平鋼板を扇形に切断し、そ
の両端縁を溶接して、ほぼ６０°の傾斜角で拡開し、か
つ先端に開口部２３を有する円錐形状に構成される。こ
のコーンヘッド２１の外周部を杭頭部３の上端内縁に係
合させ、天端面１７に形成される開先部に開先溶接２２
を施して固着する。

【００１４】コーンヘッド２１は、このように円錐断面
形状とすることにより、強度が向上し、より軽量で、か
つ少ない鋼材で強度性に富む杭頭キャップを構成でき
る。

【００１５】図５は実施形態３を示し、この例では、地
中２に打込まれた鋼管杭１の杭頭部３の周辺地盤を掘削
することによって、この掘削凹部１９から杭頭部３が突
出している。さらに、この杭頭部３の天端面１７を切断
することで開先をとり、前記掘削凹部１９の空間を利用
してこれに開先溶接１６ａを施すことにより、杭頭部天
端面１７に、鋼管杭１の径より大径で、杭頭キャップを
兼ねる定着鉄筋６付きベースプレート１１ａが固着され
ている。なお、前記開先溶接１６ａに代えて、ボルト接
合により杭頭部天端面１７にベースプレート１１ａを固
着してもよい（但し、図示省略）。

【００１６】本発明の前記実施形態１，２，３の鋼管杭
頭構造において、鋼管杭１の径が９００φに対し、ベー
スプレート１１，１１ａは８０ｍｍ厚で、かつ外径が１
３００φに設けられている。従って、前記の外径差によ
りベースプレート１１，１１ａは鋼管杭１の外周より２
００ｍｍ幅で外方に突出しており、定着鉄筋６はこの突
出したベースプレート１１，１１ａの上面に溶接されて
いる。また、本発明の鋼管杭の頭部構造によると、９０
０φの鋼管杭１において、杭頭部３から外方に突出した
ベースプレート１１，１１ａ上面にＤ２９の定着鉄筋６
を２８本溶接することで、ＦＣ（コンクリート強度）＝
２４０／ｃｍ２を達成できた。

【００１７】つまり、本発明の前記各実施形態による
と、従来と同じ９００φの鋼管杭１の杭頭部３に従来と
同じ定着鉄筋６としてＤ２９の鉄筋と配設する場合、従
来例に比較して次の効用が奏される。（Ａ）定着鉄筋６
の本数が４０本→２８本にできることで、１２本減少す
る。（Ｂ）コンクリート強度（ＦＣ）は、同等の終局強
度の場合、３００→２４０ｋｇ／ｃｍ２になり、６０ｋ
ｇ／ｃｍ２の減となる。

【００１８】前記（Ａ），（Ｂ）のことは図６によって
理解される。同図（Ａ）は従来の杭頭構造、同図（Ｂ）
は本発明の杭頭構造において、杭頭部に地震時曲げモー
メントＭ（ｔｍ）と、軸力Ｎ（ｔ）が作用した場合の力
の作用状態を示す。従来例の構造にあっては、鋼管杭径
９００φ、Ｍ（ｔｍ）：４００ｔｍ、Ｎ（ｔ）：１００
０ｔの場合、定着鉄筋６は、杭頭部３の外周に直接溶接
されている。簡便的に杭頭部を、杭頭部の外形Ｌを一辺
とする正方形と考えた場合、ｅ：偏心距離 ｅ＝４００／１０００＝０．４，ｅ／Ｌ＝０．４／０．
９＝０．４４≧１／６＝０．１６となる。前記の式か
ら、従来構造にあっては、図６（Ａ）に示すように、地
震時、杭頭部３には下向き矢印で示す圧縮力と、上向き
矢印で示す引張力が働く。このため圧縮力と引張力をバ
ランスさせるため圧縮力用鉄筋のほかに引張力用鉄筋が
必要となり、そのぶん定着鉄筋６が多数本必要となるこ
とが分る。

【００１９】本発明では、ベースプレート１１ｂを一辺
の長さがＬ１である正方形とし、Ｌ１を２．４ｍにする
と、前記式がｅ／Ｌ１＝０．４／２．４＝０．１６＝１
／６となり、杭頭部３には引張力が働かない。それ故、
引張用鉄筋が不要であり、そのぶん従来例に比べて定着
鉄筋６の本数が少なくてすむことがわかる。

【００２０】図７には、杭頭部における本発明と従来構
造の終局強度（曲げモーメント）Ｍ（ｔｍ）を横軸にと
り、軸力Ｎ（ｔ）を縦軸にとって相互の関係がグラフで
示されている。図示の実線が本発明の杭頭構造における
変化曲線を示し、図示の点線が従来構造における変化曲
線を示す。この図から分るとおり、本発明では、定着鉄
筋の本数が従来例より１２本減少したにも拘わらず、従
来とほぼ同じ耐力を発揮できる。なお、図示例では、定
着鉄筋の例として定着鉄筋６を示したが、ジベル筋やス
タッドをベースプレート１１に溶接することによっても
本発明を実施できる。

【００２１】図８〜図１０は、本発明の実施形態４を示
す。前述の実施形態１〜３では、多数本の定着鉄筋６を
等間隔で円形に配置しているので、コンクリート基礎８
中にメッシュ状に編まれて配筋される基礎鉄筋９との干
渉を避けるための作業手間が必要になるが、実施形態４
ではこの不具合が解消されている。つまり、実施形態４
では、ベースプレート１１に環状に固着される多数本の
定着鉄筋６は、メッシュ状に配筋される基礎鉄筋９のそ
れぞれの網目（メッシュ状基準線交点）２４に配置され
るよう、円形中心からの距離を各定着鉄筋毎に代えるこ
とにより、多数本の定着鉄筋相互の間隔を不均等にして
ベースプレート１１に固着している。

【００２２】図示例では、不均等間隔に配置の多数本の
定着鉄筋６を結ぶ仮想線２５が多角形をなすように、当
該定着鉄筋６が配置されている。なお、定着鉄筋６は、
基礎鉄筋９との干渉を避けるために、複数列に配置する
方法を採ることも出来る（ただし、図示せず）。

【００２３】図１１、図１２は、本発明の実施形態５と
実施形態６を示す。前述の実施形態４では、不均等間隔
（多角形）で多数本の定着鉄筋６が固着されるベースプ
レート１１の外形が円形であるのに対し、この実施形態
５，６では、ベースプレート１１ｃ、１１ｄの外形を、
定着鉄筋６を結ぶ多角形の仮想線２５の形状に近似させ
てある。つまりベースプレート１１ｃ、１１ｄの外形
を、矩形の角部を切除した八角形とし、または、角部を
残した矩形としてあり、これにより、多角形配置の各定
着鉄筋６をベースプレート１１ｃ、１１ｄにバランスよ
く配置できる。

【００２４】図１３は、本発明の実施形態７を示す。こ
の実施形態７では鋼管杭の杭頭部３内に中詰めコンクリ
ート２０の打設を介して環状に配設する多数の定着鉄筋
６を、メッシュ状に配筋される基礎鉄筋９のそれぞれの
網目（メッシュ状基準線交点）２４に配置されるよう、
環状中心からの距離を各定着鉄筋毎に代えることによ
り、各定着鉄筋相互の間隔を不均等に配設している。つ
まり、図示のように、多数本の定着鉄筋は、これらを結
ぶ仮想線が多角形（八角形）をなすように配置されてい
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る鋼管杭の杭頭構造による
と、杭頭定着鉄筋を減らしてもなお従来と同じ耐力を保
持できるので、基礎配筋や柱配筋が配筋しやすくなる。
さらに、杭頭に溶接するベースプレートの幅を適切に大
きくすることにより、引張力が生じない設計ができる。
そのため引張力用定着鉄筋が不要となり、地震時水平力
緩衝用の鉄筋やスタッドなどのずれ止めで済み、杭頭と
基礎との接合部を簡略化でき、工場生産品を多く使用
し、現場での取合い（接合）を少なくできる効果があ
る。さらに杭頭接合部の剛性の連続性を確保できる構造
が可能である。

【００２６】また本発明において、杭頭部径から立ち上
がる定着鉄筋を、メッシュ状に配筋される基礎鉄筋、基
礎梁鉄筋、柱鉄筋、床鉄筋等の鉄筋との干渉を容易に避
けられる配置としたので、従来のこれら各種の鉄筋との
干渉を避ける手間が省けて作業性が向上し、これらが相
俟って奏される本発明のトータル効果として、鋼管杭の
杭頭構造の構築の施工を迅速かつ容易に行うことがで
き、施工コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２に示す杭頭部の平面図である。

【図２】本発明の実施形態１に係る鋼管杭頭部の側断面
図と部分拡大図である。

【図３】図４に示す杭頭部の平面図である。

【図４】本発明の実施形態２に係る鋼管杭頭部の側断面
図と部分拡大図である。

【図５】本発明の実施形態３に係る鋼管杭頭部の側断面
図である。

【図６】（Ａ），（Ｂ）は従来例と本発明の杭頭部に作
用する地震時の曲げモーメントと軸力の作用状態を示す
説明図である。

【図７】従来例と本発明の実施形態１〜３の構造におい
て、杭頭部に作用する曲げモーメントと軸力の関係をグ
ラフで示す図である。

【図８】実施形態４としてベースプレートに定着鉄筋が
固着された状態を示す平面図である。

【図９】図８において、多数本の定着鉄筋を仮想線で結
んだ状態を示す平面図である。

【図１０】図８において、多数本の定着鉄筋とメッシュ
状に配筋される基礎鉄筋との取り合い状態を示す平面図
である。

【図１１】実施形態５として定着鉄筋が固着された外形
が八角形のベースプレートを示す平面図である。

【図１２】実施形態６として定着鉄筋が固着された外形
が矩形のベースプレートを示す平面図である。

【図１３】実施形態７を示し、（Ａ）は、中詰めコンク
リートを介して定着鉄筋が環状に配設された鋼管杭頭部
内の縦断側面図、（Ｂ）は、同図（Ａ）の平面図、
（Ｃ）は、定着鉄筋とメッシュ状に配筋される基礎鉄筋
の網目との取り合い状態の平面図である。

【図１４】図１５の杭頭部の平面図である。

【図１５】従来の鋼管杭頭部の第１例の側断面図ある。

【図１６】（Ａ）は、図１５に示す杭頭部の側面図、
（Ｂ）は同図（Ａ）の平面図、（Ｃ）は同（Ｂ）の定着
鉄筋と基礎に埋設するメッシュ状に鉄筋との取り合い状
態を示す平面説明図である。

【図１７】従来の鋼管杭頭部の第２例の側断面図、
（Ｂ）は同図（Ａ）の平面図、（Ｃ）は同（Ｂ）の定着
鉄筋と基礎に埋設するメッシュ状に鉄筋との取り合い状
態を示す平面説明図である。

【符号の説明】

１ 鋼管杭 ２ 地中 ３ 杭頭部 ４ 天端面 ５ 杭頭キャップ ６ 定着鉄筋 ６ａ 帯鉄筋 ７ 仮想断面 ８ コンクリート基礎 ９ 基礎鉄筋 １０ 外周面 １１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ベースプレート １２ 裏当て金 １３ 開先溶接 １４ 杭頭キャップ １５ 裏当て金 １６，１６ａ 開先溶接 １７ 天端面 １８ 回転翼 １９ 掘削凹部 ２０ 中詰めコンクリート ２１ コーンヘッド ２２ 開先溶接 ２３ 開口部 ２４ 網目（メッシュ状基準線交点） ２５ 仮想線

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼管杭の杭頭部に、当該杭頭部杭径より大
   きな定着鉄筋付きのベースプレートを固着したことを特
   徴とする鋼管杭の杭頭構造。
2. 【請求項２】前記杭頭部の天端面は、切断面非処理と
   し、かつ所定板厚の前記ベースプレート上面より上方に
   位置させてあり、ベースプレートの内径部と杭頭部の外
   周とを溶接したことを特徴とする請求項１記載の鋼管杭
   の杭頭構造。
3. 【請求項３】前記杭頭部の内側に杭頭キャップを配設
   し、杭頭キャップ外周部と杭頭部内周とを溶接したこと
   を特徴とする請求項２記載の鋼管杭の杭頭構造。
4. 【請求項４】前記杭頭キャップは平板とし、または所定
   厚の板からなり下に凸の円錐断面形状としてある請求項
   ３記載の鋼管杭の杭頭構造。
5. 【請求項５】杭頭部の天端面を切断して開先をとり、杭
   頭キャップを兼ねる定着鉄筋付きベースプレートを溶接
   するか、又はボルト接合する請求項１記載の鋼管杭の杭
   頭構造。
6. 【請求項６】環状配置の多数本の定着鉄筋は、メッシュ
   状に配筋される基礎鉄筋のそれぞれの網目（メッシュ状
   基準線交点）に配置されるよう、環状中心からの距離を
   各定着鉄筋毎に代えることにより、定着鉄筋相互の間隔
   を不均等にしてベースプレートに固着することを特徴と
   する請求項１〜５のいずれかに記載の鋼管杭の杭頭構
   造。
7. 【請求項７】前記不均等間隔に配置の多数本の定着鉄筋
   を結ぶ仮想線が多角形をなすように、当該定着鉄筋を配
   置することを特徴とする請求項６に記載の鋼管杭の杭頭
   構造。
8. 【請求項８】前記ベースプレートの外形は、前記多数本
   の定着鉄筋を結ぶ仮想線がなす多角形と相似形に設けら
   れていることを特徴とする請求項７に記載の鋼管杭の杭
   頭構造。
9. 【請求項９】鋼管杭の杭頭部に環状に配設する多数の定
   着鉄筋を、メッシュ状に配筋される基礎鉄筋のそれぞれ
   の網目（メッシュ状基準線交点）に配置されるよう、環
   状中心からの距離を各定着鉄筋毎に代えることにより、
   各定着鉄筋相互の間隔を不均等にして配設することを特
   徴とする鋼管杭の杭頭構造。
10. 【請求項１０】前記不均等間隔に配置の多数本の定着鉄
    筋を結ぶ仮想線が多角形をなすように、当該定着鉄筋を
    配置することを特徴とする請求項９に記載の鋼管杭の杭
    頭構造。