JP3755118B2 - 引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭及びその構築方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、建造物等の支持用として場所打ちコンクリートで構築される鉄骨鉄筋コンクリート造杭（以下、ＳＲＣ杭と言う。）の技術分野に属し、特には軸圧縮力に抵抗することはもとより、引き抜き力にも強く抵抗する場所打ちＳＲＣ杭及びその構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地下の深い場所に建設された建物等には、地下水による浮力が作用するので、永久アンカー等を施工して浮力による引き抜きに抵抗する措置が実施されている。高層又は超高層建物が地震や風荷重による水平力の作用を受けた際には、転倒モーメントが引き抜き力を発生することがあり、やはり引き抜き力に抵抗する措置の実施が要請されている。
【０００３】
従来、建物等を支持する杭に引き抜き力が作用すると想定される場合には、地盤の摩擦抵抗は地震時にしか評価されず、しかもその数値は現実のものよりも低く設定されている。その理由は、杭の周面摩擦力の評価が一様ではないことに加えて、コンクリート躯体は本質的に引っ張り力に弱く、この点を補強するためには鉄筋量の増加が通例の対策と考えられているが、この対策ではコストと手間が増加する。また、地下水位以下のレベルでは、杭体に微小なひび割れでも発生すると地下水が浸透してゆき、鉄筋の錆（腐食）等による耐力の低下が予想されるからである。
【０００４】
従って、地震時の水平力に起因する引き抜き力、又は地下水位の上昇による浮力に起因する引き抜き力に対する抵抗力の不足分は、現実には建物の躯体重量を増大させたり、永久地盤アンカー（アースアンカー）を打設する等々の対応策を実施して対処しているが、コストの大幅増加、工程数の増加を招いている。
なお、杭体に引っ張り力（引き抜き力）が作用する際の問題点としては、下記の事項が挙げられる。
１ 杭体に引っ張り力が生じるため、継手強度や杭体のひび割れに対する検討が必要である。
２ 杭と基礎梁との接合部の曲げひび割れ、引っ張り力の伝達機構の詳細な検討が必要である。
【０００５】
次に、従来公知の技術を列挙する。
（１） 特公昭６２−２１９２９号公報に記載された場所打ち杭は、杭体の先端部にアースアンカーを施工し、該アンカーを利用して杭体にプレストレスを導入した構成である。
（２） 特公昭６３−１９６４８号公報に記載されたプレストレス場所打ちコンクリート杭は、杭体外周部に緊張用ケーシングを設置し、この緊張用ケーシングを反力受けとして杭の主鉄筋を引っ張り、杭体にプレストレスを導入した構成である。
（３） 特開昭６３−１０７６１２号公報に記載された場所打ちコンクリート杭は、場所打ちコンクリート杭の杭頭部分に鉄骨を配置し、その部分のみをＳＲＣ杭として大きな耐力を得る構成である。
（４） 特公昭６４−５３５号公報に記載された場所打ちコンクリート杭は、場所打ちコンクリート杭の杭体内の底部にドーナツ形のシューを引っ張り部材と共に建て込み、コンクリートの硬化後に前記引っ張り部材を利用して杭体にプレストレスを導入した構成である。
（５） 特開平５−２４７９３３号及び特開平７−３４４５２号公報に各々記載された鉄骨内蔵場所打ちコンクリート杭は、所謂逆打ち工法に於ける構真柱と呼ばれるもので、場所打ちコンクリート杭の杭頭部分にのみ鉄骨が挿入された構成である。
（６） 特開平７−１３８９４９号公報に記載された基礎コンクリート杭は、杭体内に防蝕プレストランドを配置し、該防蝕プレストランドを利用して杭体にプレストレスを導入した構成である。
（７） 特公平７−９９０２０号公報に記載された場所打ちプレストレストコンクリート杭は、杭体内にＵターン状にＰＣ鋼線を配置し、杭頭部において前記ＰＣ鋼線を利用してプレストレスを導入した構成である。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
上記した従来公知の技術（１）〜（７）によれば、杭体にプレストレスを導入した場所打ち杭が公知であることは明らかである。しかし、その多くはアンカーや杭の主鉄筋、引っ張り材、プレストランド、ＰＣ鋼線を杭体内に埋め込んでプレストレスを導入した構成である。従って、前記の構造で杭体に常時荷重に対応するプレストレスが導入されても、地震時等に大きな引き抜き力が作用した場合、その引き抜き力を構造的要素で杭体へ伝達する手段に欠け、通例は基礎梁へ連結した主鉄筋等で負担して抵抗する他なく、結局は高耐力の場所打ち杭になっていないのである。
【０００７】
上記（３）、（５）は杭頭部分のみが一部ＳＲＣ構造になっているにすぎず、その鉄骨に引き抜き力を負担させた場合、杭体のひび割れに対する対策になっておらず、実質引っ張りに抵抗する構造になっていない。従って、本発明の目的は、場所打ちコンクリート杭を鉄骨鉄筋コンクリート造とすることによって杭の水平耐力と靭性を向上させ、鉄骨を反力受けに利用して場所打ちコンクリート杭部分にプレストレスを導入することを可能ならしめ、もって常時の引き抜き荷重に対して杭体にひび割れが発生せず、しかも大地震時の引き抜き力と曲げせん断力に対しても強く効果的に抵抗するように改良した、引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ちＳＲＣ杭及びその構築方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭は、
鉄筋コンクリート造杭体の中心部の軸方向の略全長に、表面にアンボンド処理１０が施された構真柱や構造物の鉄骨柱として汎用される鉄骨６が配置されており、前記鉄骨６の先端部に設けた先端支圧部４と、硬化した鉄筋コンクリート造杭体の上端部に設けた頭部支圧盤１１との間の杭体に、鉄骨６を利用してプレストレスが導入されていること、及び前記鉄骨６の上部は上部構造と繋がっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭において、
鉄骨６の先端支圧部４は、支圧盤若しくはスタッド又は前記両者の併用型として設けられていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１に記載した引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭において、
鉄筋コンクリート造杭体の上端部に設けた頭部支圧盤１１は、鉄骨６の横断面が貫通する形状、大きさの中空部を有する環状形態とされ、プレストレスの導入後にスチフナー１４と共に鉄骨６へ一体的に固着されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明に係る引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭の構築方法は、
地盤に掘削した杭用孔２の中へ、鉄筋３と共に杭の略全長に及ぶ長さで、表面にアンボンド処理１０が施され先端支圧部４を設けた構真柱や構造物の鉄骨柱として汎用される鉄骨６を挿入し、各々の位置決め、固定を行った後に、同孔中へコンクリート打設を行う段階と、
打設コンクリート５が強度を発現した後に、その鉄骨鉄筋コンクリート造杭体の上端部に設けた頭部支圧盤１１と鉄骨６の露出部に取り付けたプレストレス導入用治具１２との間にジャッキ１３を設置し、鉄骨６と先端支圧部４を利用して杭体へプレストレスを導入する段階と、
プレストレスが予定の大きさに達すると、その導入状態を維持したまま鉄骨６にプレストレス固定用スチフナー１４を固着し、該スチフナー１４と頭部支圧盤１１とに前記プレストレスの反力を前記ジャッキ１３から盛り代え、前記プレストレス導入用治具１２及びジャッキ１３は撤去する段階とから成ることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施形態及び実施例】
請求項１記載の発明に係る引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭、及び請求項４記載の発明に係る引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭の構築方法は、好ましくは図１以下に示した形態で実施される。
【００１２】
図１〜図４は請求項４記載の発明に係るＳＲＣ杭の構築方法の枢要な工程図を示したものである。先ず図１は地盤１に掘削した杭用孔２の中へ、鉄筋３と共に杭の略全長に及ぶ長さで先端支圧部４を設けた鉄骨６を挿入し、各々の位置決め、固定を行った後に、同孔中へコンクリート５の打設を行った段階を示している。鉄骨６は、後述するように構造物の鉄骨柱として汎用されるＨ形鋼や鋼管、或いは組み立て柱材などを好適に採用することが出来る。また、鉄骨６の外面には、図５に詳細を示したように、樹脂系塗料などのアンボンド剤８を塗布し、更にその表面に保護シート又はプレート９を貼り付ける等々のアンボンド処理１０を施したものが使用される。また、鉄骨６の先端支圧部４の構造は、図６Ａに例示した単なる平盤状の支圧盤４ａ、又は同図６Ｂに例示した複数のスタッド４ｂ、或いは図６Ｃに例示したように支圧盤４ａと複数のスタッド４ｂを併用した構造などを実施することが出来る。
【００１３】
図２は、前記の打設コンクリート５が所定の強度を発現した後に、その鉄骨鉄筋コンクリート造杭体の上端面部に設けた頭部支圧盤１１と、鉄骨６の杭体上方の露出部に取り付けたプレストレス導入用治具１２との間にジャッキ１３を設置し、前記の鉄骨６を反力受けに利用して前記頭部支圧盤１１と先端支圧部４との間の杭体にプレストレスを導入する段階を示している。上述したように鉄骨６の表面にはアンボンド処理１０を施しているので、プレストレスの導入は効果的に行える。因みに、頭部支圧盤１１は、中央部に鉄骨６の横断面形状と略同形、同大の中空部を設けた環状形態の盤体が好適に使用される。
【００１４】
図３は、前記ジャッキ１３によるプレストレスの導入が予定の大きさに達した段階で、その導入状態を静的に維持したまま、鉄骨６にプレストレス固定用スチフナー１４を固着し、該スチフナー１４によって頭部支圧盤１１と共に前記プレストレスの反力を前記ジャッキ１３から盛り代えて負担させ、プレストレス導入状態を構造的に強固に固定化させ、その後前記ジャッキ１３を撤去した段階を示している。図３において残存しているプレストレス導入用治具１２は、都合により撤去する場合と放置する場合とがある。
【００１５】
図４は前記杭体５の上端部に基礎梁１５を構築し、同基礎梁１５を垂直上方に貫通させた鉄骨６は図示を省略した上部構造と繋ぐ完成段階を示している。
かくして鉄筋コンクリート造杭体５の中心部の軸方向の略全長には構真柱等の鉄骨６が配置され、同鉄骨６の先端部に設けた先端支圧部４と、硬化した鉄筋コンクリート造杭体５の上端部に設けた頭部支圧盤１１との間の杭体に、鉄骨６を反力受けに利用して杭体にプレストレスが導入された、引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ちＳＲＣ杭（請求項１の発明）が構築され使用されるのである。
【００１６】
図７Ａ，Ｂ，Ｃは更に詳しく、鉄骨がＨ形鋼６ａである場合に、杭頭部に於けるプレストレスの導入とその定着処理の構造を示している。図７Ａ，Ｂはプレストレス導入用治具１２が箱型構造体で、これがハイテンションボルト１６によってＨ形鋼６ａのフランジ外面に固定されている。一方、プレストレス固定用スチフナー１４はＨ形鋼６ａのウエブに対し上下方向に２枚平行に連続隅肉溶接で固着され、頭部支圧盤１１を下向きに押さえる構成を示している。必要に応じて頭部支圧盤１１の内周もＨ形鋼６ａと連続隅肉溶接で固着される。図７Ｃは、導入したプレストレスをプレストレス固定用スチフナー１４及び頭部支圧盤１１に盛り代えて構造的に強固に固定化させた後、前記ジャッキ１３はもとより、プレストレス導入用治具１２も撤去した段階を示している。
【００１７】
図８Ａ，Ｂ，Ｃ、は鉄骨が鋼管６ｂである場合に、杭頭部に於けるプレストレスの導入とその定着処理の構造を示している。図８Ｃは、プレストレス導入用治具１２が上下方向に平行な２枚の縦リブと底版とで構成され、各々が鋼管６ｂの外周面に連続隅肉溶接で固着されでいることを示す。その故に、導入したプレストレスをプレストレス固定用スチフナー１４及び頭部支圧盤１１に盛り代えて構造的に強固に固定化させた後、前記ジャッキ１３は撤去するが、プレストレス導入用治具１２は構造上問題が無ければ鋼管６ｂに放置することになる。
【００１８】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ちＳＲＣ杭及びその構築方法によれば、場所打ちコンクリート杭を鉄骨鉄筋コンクリート造とすることによって杭の水平耐力と靭性を向上させることはもとより、鉄骨を反力受けに利用して場所打ちコンクリート杭にプレストレスを導入したので、常時に想定される大きさの引き抜き力が負荷する迄は杭体コンクリートに引っ張り亀裂（ひび割れ）が発生しない。そして、杭体コンクリートには常時は圧縮力しか負荷しないので、鉄筋継手強度の特別な検討は不要である。
【００１９】
また、地震時等で想定する以上の引き抜き力が作用する場合でも、抵抗する引張り材としては鉄筋３の他にプレストレス導入に利用した鉄骨６があり、しかもその鉄骨６が上部構造の柱中に鉄骨鉄筋コンクリートの鉄骨と繋がっているため、過大な引き抜き変位は生じない。
杭頭の上部構造との接合部には鉄骨が存在するので、杭頭部の曲げモーメントの補強も達成される。
【００２０】
また、杭頭において、荷重は主に鉄骨に伝達されるので、引っ張り力の伝達メカニズムが明快で設計、施工に至便である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の場所打ちＳＲＣ杭構築方法の初期段階を示した断面図である。
【図２】 場所打ちＳＲＣ杭構築方法のプレストレス導入段階を示した断面図である。
【図３】 場所打ちＳＲＣ杭構築方法において導入プレストレスの盛り代え段階を示した断面図である。
【図４】 本発明の場所打ちＳＲＣ杭の完成、使用の段階を示した断面図である。
【図５】 鉄骨のアンボンド処理を示した詳細図である。
【図６】 Ａ，Ｂ，Ｃは鉄骨の先端支圧部の例を示した部分図である。
【図７】 Ａ，Ｂ，Ｃは鉄骨がＨ形鋼である場合の杭頭部の処理工程を順に示した部分図である。
【図８】 Ａ，Ｂ，Ｃは鉄骨が鋼管である場合の杭頭部の処理工程を順に示した部分図である。
【符号の説明】
６ 鉄骨
４ 先端支圧部
５ コンクリート（杭体）
１１ 頭部支圧盤
４ａ 支圧盤
４ｂ スタッド
１０ アンボンド処理
１４ プレストレス固定用スチフナー
２ 杭用孔
３ 鉄筋
１３ ジャッキ

Claims (4)

1. 鉄筋コンクリート造杭体の中心部の軸方向の略全長に、表面にアンボンド処理が施された構真柱や構造物の鉄骨柱として汎用される鉄骨が配置されており、前記鉄骨の先端部に設けた先端支圧部と、硬化した鉄筋コンクリート造杭体の上端部に設けた頭部支圧盤との間の杭体に、鉄骨を利用してプレストレスが導入されていること、及び前記鉄骨の上部は上部構造と繋がっていることを特徴とする、引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭。
2. 鉄骨の先端支圧部は、支圧盤若しくはスタッド又は前記両者の併用型として設けられていることを特徴とする、請求項１に記載した引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭。
3. 鉄筋コンクリート造杭体の上端部に設けた頭部支圧盤は、鉄骨の横断面が貫通する形状、大きさの中空部を有する環状形態とされ、プレストレスの導入後にスチフナーと共に鉄骨へ一体的に固着されていることを特徴とする、請求項１に記載した引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭。
4. 地盤に掘削した杭用孔の中へ、鉄筋と共に杭の略全長に及ぶ長さで、表面にアンボンド処理が施され先端支圧部を設けた構真柱や構造物の鉄骨柱として汎用される鉄骨を挿入し、各々の位置決め、固定を行った後に、同孔中へコンクリート打設を行う段階と、
   打設コンクリートが強度を発現した後に、その鉄骨鉄筋コンクリート造杭体の上端部に設けた頭部支圧盤と鉄骨の露出部に取り付けたプレストレス導入用治具との間にジャッキを設置し、鉄骨と先端支圧部を利用して杭体へプレストレスを導入する段階と、
   プレストレスが予定の大きさに達すると、その導入状態を維持したまま鉄骨にプレストレス固定用スチフナーを固着し、該スチフナーと頭部支圧盤とに前記プレストレスの反力を前記ジャッキから盛り代え、前記プレストレス導入用治具及びジャッキは撤去する段階とから成ることを特徴とする、引き抜き及び圧縮力に抵抗する場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート杭の構築方法。

Images