JP2009068326A - 摩擦杭 - Google Patents
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Abstract
【課 題】 既製杭とソイルセメント柱状体との一体性を向上させる。
【解決手段】 既製杭1の表面に、適切な傾斜角を以て異形鉄筋2を取り付ける。傾斜角は鉄筋の付着力の軸方向成分と鉄筋による既製杭軸方向の支圧力の和が最大になるように選択する。
【選択図】 図1
Description
既製杭の表面に鉄筋を取り付けた場合の、この既製杭と周囲のソイルセメントとの一体化力は、突起による鉄筋の付着力の軸方向成分(以下単に「付着力」という)と、鉄筋の軸直角方向の支圧力との合計によって発揮されるものと考えられる。既製杭の単位長さで考えて、単位長さに対して径が大きい場合には相対的に支圧力の割合が大きくなり、径が小さい場合には相対的に付着力の割合が大きくなる。
また、既製杭が鉄筋コンクリート杭(RC杭)、プレストレストコンクリート杭(PC杭)、高強度プレストレストコンクリート杭(PHC杭)、高強度コンクリート拡径杭(ST杭)等の既製コンクリート杭の場合には、これら既製コンクリート杭を製造する際に複数の鋼片等が表面(外周面)に露出するように形成し、これらの鋼片等に突起付き線材を溶接により取り付けるか、またはアンカー等を用いて既製コンクリート杭の表面(外周面)に複数の線材取り付け金具を設け、これらの線材取り付け金具に突起付き線材を取り付ける方法などによることができる。
以下においては既製杭として鋼管(鋼管杭)を用いた場合を例として説明するが、既製コンクリート杭の場合においても以下の説明は全く同じである。
ソイルセメントの圧縮強度をσc、鉄筋の付着係数をβ、鉄筋のソイルセメントとの接触面積の軸方向(鉛直方向)成分をSとすると、付着力τrは、
τr =β・σc・S ・・・(1)
である。一方、鉄筋の支圧係数をα、鉄筋の軸方向投影面積をAとすると、支圧力τsは、
τs =α・σc・A ・・・(2)
であり、一体化力はこの両者の和である。
θ<tan−1(L/πD)
のときである。図から
X・cosθ=πD
X=πD/cosθ ・・・(3)
である。これを式(1)に代入すれば、接触面積の軸方向成分Sは、
S=X・π・d/2・sinθ ・・・(4)
となるから、付着力τrは、
τr =β・σc・D・tanθ・π2・d/2 ・・・(5)
である。また支圧力τsは、
A=d・Xcosθ
=d・πD ・・・(6)
を式(2)に代入して、
τs =α・σc・d・πD ・・・(7)
となる。
θ≧tan−1(L/πD)
のときである。図から
X・sinθ=L
X=L/sinθ ・・・(8)
である。したがって付着力τrは、
τr =β・σc・L・π・d/2 ・・・(9)
であり、また支圧力τsは、
A=d・Xcosθ
Xsinθ=L
から、式(2)に代入して、
τs =α・σc・dL/tanθ ・・・(10)
である。
鋼管の径Dとしては、200〜800mm程度が考えられるが、例えば200mmとする。鉄筋は径で16〜51mmのものが市販されているが、例えば16mmとする。Lは1000mm、ソイルセメントとの圧縮強度σcは1N/mm2とし、付着係数βは3、支圧係数αは5として、角度θを変化させて一体化力の変化を計算した結果を図3のグラフに示す。
鋼管径と鉄筋径が決定すれば、取り付け角度θについて、(付着力+支圧力)が最大となる最適値が存在する。これが本発明にいう「適切な傾斜角」である。
図5は取り付け角度θを小さい角度から90度まで変化させた摩擦杭の斜視図、図6は同じく正面図である。図6でいうと、図3で見たとおり、θ=0度の場合は鉄筋は支圧力のみに寄与し、θ=90度の場合は付着力のみに寄与する。これらはいずれもいわば比較例であり、本発明はこれらの中間である支圧・付着ハイブリッド形である。
巻き付ける鋼管の径および取り付け角度を変化させて付着力を測定した結果、いずれの鋼管径においても取り付け角度0度がもっとも付着力が小さく、60度が最大であり、90度はやや低く、30度はさらに低いことがわかった。また鋼管径が大きくなるにつれ、上記の順序のまま、付着力は次第に大きくなっている。一方、鋼管の表面に線材を取り付けることによる製作コストは、鋼管径が小さいほど、すなわち小さい径で線材を曲げ、溶接するほど作業は困難でコストがかかっている。ただし、取り付け角度が大きい場合はそれほどでない。そこで付着力と製造コストを総合すると、鋼管径が100mm以下の場合は取り付け角度を90度近くにするのがよく、100〜200mmの範囲では30度程度が適当であり、200mm以上となると取り付け角度は60度程度が望ましいという結果となる。
2 鉄筋(突起付き線材)
3 溶接部
Claims (4)
- 地盤を柱状に掘削し、掘削土砂とセメントミルクとを攪拌して形成したソイルセメントの柱状体の中心部分に、この柱状体が硬化しないうちに芯材として貫入させる摩擦杭であって、既製杭の表面に突起付き線材を取り付けて柱状体との一体性を向上させたことを特徴とする摩擦杭。
- 前記突起付き線材が、既製杭の軸方向と直角な面に対して、適切な傾斜角を以て取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の摩擦杭。
- 前記適切な傾斜角が、前記既製杭の径および前記突起付き線材の径に応じて、突起付き線材の付着力の既製杭の軸方向の成分と既製杭の軸方向の支圧力の和が最大となるようにしたものである請求項2に記載の摩擦杭。
- 前記既製杭が鋼管である請求項1ないし3のいずれかに記載の摩擦杭。
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