JP4551663B2 - 杭頭接合部の構造及びその施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭頭と上部構造物とを接合する杭頭接合部の構造及びその施工方法に関するものである。

杭と上部構造物を接合する場合は、杭頭を上部構造物内に杭径程度埋め込んで接合する方法や１０ｃｍ程度埋め込んで接合する方法など多様である。一般に、杭と上部構造物の接合部を剛結合構造とする場合には、杭径程度の埋め込みと補強鉄筋などによる補強の併用がなされる。剛結合構造を採用する場合は、上部構造物の地震時水平変位に杭が追随して変位することにより杭頭部に曲げモーメントが発生し、かかる曲げモーメント及び水平力に抗し得る杭耐力が要求される。一方、杭と上部構造物の接合部をピン結合構造とする場合は、上部構造物の地震時変位に杭は追随することなく、すなわち杭頭部は回転することによりかかる杭頭部に曲げモーメントは発生せず、杭頭部よりも下方に曲げモーメント（剛結合構造に比して一般的に小さな曲げモーメント）が発生する。ピン結合構造の場合は、杭に生じる曲げモーメント等が剛結合構造に比べて小さくなるものの、上部構造物の水平変位の拘束力が低下するためにかかる水平変位が大きなものとなり得る。
ここで、上部構造物とは、橋脚や建屋等の構造物全体の他に、かかる構造物を支持する底版やフーチングなどをも示すものである。

ところで、杭と底版との接合に際しては、杭を施工後、かかる底版を現場打ちコンクリートにて施工し両者を一体化するのが一般的である。
ここで、上部構造物として橋脚を施工する場合、該橋脚が鋼製橋脚であれば、予めアンカーフレームを埋め込んだ状態で底版を現場施工し、かかるアンカーフレームと鋼製橋脚をボルト接合するとともに橋脚下部（根元）は根巻きコンクリートなどで補強等することにより施工されている。
一方、橋脚が鉄筋コンクリート橋脚の場合は、現場にて底版を構築し、かかる底版上に突出させた橋脚用柱筋に更に柱筋を継ぎ足しながら現場打ちにて橋脚の施工がおこなわれている。

前記した従来の杭頭接合部の構造及びその施工方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞杭施工後、現場にて底版やフーチングなどの鉄筋、型枠の組み立て、コンクリート打設、養生をおこなった後にその上部工の施工をおこなうこととなり、工期の短縮が困難である。
＜２＞底版やフーチングなどをプレハブ化した場合に、複数の杭夫々の平面配置及び高さ方向の施工誤差をかかるプレハブ部材が吸収しきれないため、工期が長期化し得る現場打ち施工を余儀なくされていた。

上記のような問題を解決するために、本発明の杭頭接合部の構造は、杭頭と上部構造物とを接合する杭頭接合部の構造において、杭が貫通可能な貫通孔を備えた、上部構造物を支持するプレハブ版又はプレハブ桁と、外周をネジ溝状に成形した杭頭と、杭を前記貫通孔に貫通させた際に前記プレハブ版又は前記プレハブ桁が係止可能であり、前記杭頭に螺合可能に成形して杭が貫通可能な貫通孔を備えた係止具と、前記プレハブ版又は前記プレハブ桁から突出した前記杭頭の上部に備えて該杭頭と該プレハブ版又は該プレハブ桁を固定可能であり、前記杭頭に螺合可能に成形して杭が貫通可能な貫通孔を備えた固定具と、からなることを特徴とする、杭頭接合部の構造である。

また、本発明の杭頭接合部の構造は、前記杭頭接合部の構造において、前記プレハブ版又は前記プレハブ桁に斜杭を接合する際に、前記係止具の上面及び前記固定具の下面に杭が貫通可能な貫通孔を備えたテーパープレートを夫々備えたことを特徴とする、杭頭接合部の構造である。

また、本発明の杭頭接合部の構造は、前記杭頭接合部の構造において、前記プレハブ版又は前記プレハブ桁に備えた前記貫通孔と杭頭の間を充填材で一体化したことを特徴とする、杭頭接合部の構造である。

さらに、本発明の杭頭接合部の構造の施工方法は、杭頭接合部の構造を施工する施工方法であって、既施工の杭に前記係止具を設置し、前記プレハブ版又は前記プレハブ桁の前記貫通孔を杭に貫通設置し、前記プレハブ版又は前記プレハブ桁から突出した前記杭頭の上部に固定具を設置し、前記貫通孔と前記杭頭の間に前記充填材を充填して、杭と前記プレハブ版又は前記プレハブ桁を一体化することを特徴とする、杭頭接合部の構造の施工方法である。

また、本発明の杭頭接合部の構造の施工方法は、杭頭接合部の構造を施工する施工方法であって、所要本数のうちの一部である既施工の前施工杭に、前記係止具を設置し、前記プレハブ版又は前記プレハブ桁の前記貫通孔を前記前施工杭に貫通設置し、前記プレハブ版又は前記プレハブ桁から突出した前記前施工杭の杭頭の上部に前記固定具を設置し、前記貫通孔と前記杭頭の間に前記充填材を充填し、所要本数のうちの残りの後施工杭と上部構造物との施工を並行しておこない、前記プレハブ版又は前記プレハブ桁及び前記前施工杭の前記杭頭と、前記後施工杭の杭頭をコンクリートにて一体化することを特徴とする、杭頭接合部の構造の施工方法である。

本発明の杭頭接合部の構造及びその施工方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞プレハブ化した底版やフーチングと杭を接合するため、工期の大幅な短縮が可能となる。
＜２＞杭頭部に備えた係止具のレベルを調整可能とすることで複数の杭の高さ方向の誤差を吸収（調整）可能とし、プレハブ部材に備えた貫通孔の孔径または孔の大きさに施工誤差を考慮した余裕をもたせて複数の杭の平面的な誤差を吸収（調整）可能とすることで、底版やフーチングをプレハブ化する場合の杭施工誤差の問題を解消することができる。
＜３＞プレハブ版又はプレハブ桁を係止具及び固定具で締め付け固定することで杭と底版又はフーチングを容易かつ強固に一体化することができる。この場合、杭頭と係止具及び固定具の貫通孔が螺合可能となるようにネジ溝状に成形するのがよい。さらに、底版又はフーチングの貫通孔と杭との間に充填材を充填固化させることで、より一層強固な接合構造を形成することができる。

＜１＞杭頭接合部
杭頭接合部１は、上部構造物（底版やフーチングなど）と杭３の杭頭３１の接合部のことである。本発明では、特に底版やフーチングとして後述するプレハブ版２１やプレハブ桁などの工場製作された版と杭頭３１との接合部を対象とするものである。以下、上部構造物としてプレハブ版２１を例に杭頭接合部１の構造を説明する。
杭頭接合部１の構造は、杭３（杭頭３１）が貫通可能な貫通孔２３を備えたプレハブ版２１と、該貫通孔２３に貫通させた杭頭３１、杭頭３１に設けてプレハブ版２１を係止させる係止具４と、プレハブ版２１から突出した杭頭３１の上部を固定する固定具５とから構成される（図１参照）。ここで、固定具５による固定とは、係止具４と固定具５によってプレハブ版２１を上下から挟み込んで締め付けながら固定することである。
プレハブ版２１と杭３の結合をより強固にするために、プレハブ版２１に備えた貫通孔２３と杭頭３１の間に充填材７を充填固化させるのが好ましい。ここで、充填材７としては、セメントグラウト材や無収縮グラウト材、膨張性高強度グラウト材、樹脂系グラウト材などを使用することができる。

本発明における杭３としては、鋼管杭やＰＨＣ杭などの既製杭のほか、マイクロパイルなどの小口径杭などを使用するのがよい。工事工程の短縮を本発明の目的の一つとしているため、かかる杭３を使用することでより工程の短縮を図ることが可能となるからである。
ここで、マイクロパイルとは、３０ｃｍ以下の小口径の場所打ち杭や埋め込み杭をいう。マイクロパイルを構築するマイクロパイル工法は、ボーリングマシンによって地盤を削孔しながら鋼管（ケーシング）を支持地盤まで貫入させ、鋼管内に補強用ネジ鉄筋などを挿入した後、セメントミルクやモルタルなどのグラウト材を充填することでマイクロパイルを構築する工法である。

また、杭頭３１をネジ溝状に成形して製作し、係止具４に備えた貫通孔及び固定具５に備えた貫通孔の各内空面も杭頭３１と螺合可能にネジ溝状に成形することもできる（図１参照）。

杭３は直杭のほか、直杭と斜杭の組合せなどがあり、各設計仕様に応じた杭頭接合部１の構造を選定できる。
斜杭とプレハブ版２１を接合する場合は、後述するテーパープレート６を係止具４の上面及び固定具５の下面とプレハブ版２１との間に楔のように備えて斜杭の傾斜に適合させるのがよい（図２参照）。

＜２＞プレハブ版及びプレハブ桁
プレハブ版２１やプレハブ桁は、上部構造物である橋脚（柱体）や壁体などを支持する版（底版など）やフーチング、桁（格子桁など）などをプレハブ化したものである。
プレハブ版２１の形状は、平面視が矩形、正方形、円形など設計仕様に応じて多様に選定でき、また、その材質はコンクリート製材料や鋼製材料などが考えられる。
プレハブ版２１は、複数の杭３が貫通可能な貫通孔２３を備えて製作する。ここで、貫通孔２３の孔径または孔の断面寸法（孔の延伸方向に垂直な断面寸法）は、杭の施工誤差を勘案して、使用する杭の杭径よりも所定の余裕幅をもって決定するのが好ましい。杭３と貫通孔２３の内空面に間隙があっても、充填材７を充填固化させることによってかかる隙間を密実にでき、杭３とプレハブ版２１との結合力を確保することができる。

＜３＞係止具及び固定具
係止具４は、平面板材からなりその中央に杭３が貫通可能な貫通孔を備えた係止プレート４１と、係止プレート４１の片面に取り付けて杭が貫通可能な筒体４３、及び係止プレート４１と筒体４３側面に取り付けて係止プレート４１のうち筒体４３の外径から張り出した部分を支持する支持プレート４２とから構成できる（図１参照）。使用する杭３の杭頭３１がネジ溝状に成形されている場合は、筒体４３の内空面も杭３と螺合可能にネジ溝状に成形するのがよい。
固定具５は、係止具４とその構成は同じであり、プレハブ版２１から突出した杭頭３１の上部に平らな係止プレートを下方にして杭頭３１に設置するものである。
杭頭３１に設置した係止具４及び固定具５でプレハブ版２１を挟むように締め付けて杭３（杭頭３１）とプレハブ版２１を一体化する。
係止具４及び固定具５は、例えば鋼製材料にて製作することができる。

上記するように、ネジ溝状に製作した杭頭３１に適合するように筒体４３の内空面もネジ溝状に製作した場合、複数の杭３の打設誤差（高さ方向）等が生じても、係止具４のレベルを杭頭部３で調整することにより、すべての係止具４の支持プレート４１上面のレベルを容易に一定にすることができる。また、杭頭３１及び筒体４３の内空面を互いに螺合可能にネジ溝状に成形することで、杭頭３１と係止具４及び固定具５との取り付け強度が向上するとともに締め付け施工等も容易となる。
なお、図１に示すように、係止具４の下方、固定具５の上方には係止具４や固定具５のネジ回りによる締め付け力の低下を防止すべく、カプラー８を備えることもできる。図１では、筒体４３とほぼ同外径のカプラー８を使用している実施例を示している。

＜４＞テーパープレート
プレハブ版２１と斜杭を接合する場合、係止具４の係止プレート４１の上面とプレハブ版２１の底面、及び固定具５の係止プレートの下面とプレハブ版２１の上面との間には、斜杭の傾斜角だけ隙間が生じ得る。そこで、かかる隙間を埋めるために、例えば傾斜角分のテーパーを備えたプレート状のテーパープレート６を使用するのがよい（図２参照）。
テーパープレート６は、その中央（中央付近）に杭３が貫通可能な貫通孔を備えて成形される。
テーパープレート６は、係止具４や固定具５と同材質（例えば鋼製材料）にて製作することもできるし、ゴム製材料にて製作することもできる。ゴム製材料等、伸縮性のある材料にて製作する場合は、予め伸縮性能に応じてテーパー角度を杭の傾斜角よりも大きく設計しておくのが好ましい。

以下、図３〜図６を参照して、本発明の杭頭接合部の構造の施工方法について説明する。
まず、杭３として例えば杭頭３１をネジ溝状に成形した複数のマイクロパイルを施工する。
次に、杭頭３１にカプラー８を螺合するとともに係止具４も螺合させる（図３参照）。
ここで、各杭３の高さレベルに誤差がある場合は、カプラー８や係止具４のレベルを調整しながら杭頭３１と螺合させ、少なくとも係止具４の係止プレート４１の上面レベルが各杭３でほぼ同一レベルとなるように調整する。

次に、プレハブ版２１を図４のように吊り下ろし（又はジャッキダウンさせ）、各杭３を貫通孔２３に貫通させながらプレハブ版２１を複数の係止具４上に係止させる。

プレハブ版２１を各係止具４上に係止させた後、プレハブ版２１の上面から突出した杭頭３１に固定具５及びカプラー８を螺合させる（図５参照）。ここで、固定具８を強固に締め付けて、杭３とプレハブ版２１の接合部の接合強度を確保するのがよい。

固定具５を締め付けた後、杭頭３１と貫通孔２３の内空面との間の間隙に充填材７を充填する。ここで、充填材７の充填は、例えばプレハブ版２１の上面から上記内空面に備えた充填口に連通する充填パイプを介して充填することができる（図示せず）。
かかる充填材７が固化することにより、杭３（杭頭３１）とプレハブ版２１がより強固に一体化される。

図７及び図８に、本発明の杭頭接合部の構造を備えた橋脚の実施例を示す。図７は、すべての杭３（直杭、斜杭のすべて）の数だけの貫通孔２３を備えたプレハブ版２１を各杭頭３１に設置した実施例である。なお、本実施例では、プレハブ版２１及び橋脚の根元を根巻きコンクリート９にて被覆している。
一方、図８は、施工する杭３の一部とプレハブ版２１を連結した構造の実施例を示している。かかる構造を使用する利点は、上部構造物を支持し得る必要最小限の杭３を施工後、プレハブ版２１を既施工の杭３と連結させ、その他の杭３の施工と上部構造物の付帯工事などを並行させることにより、全体工程の短縮を図ることができる点である。
この場合、プレハブ版２１及びプレハブ版２１と直接連結していない杭３とは所要の配筋を備えた根巻きコンクリート９（又は本設底版）にて一体化させるのがよい。

直杭の場合の杭頭接合部の構造を示した断面図。 斜杭の場合の杭頭接合部の構造を示した断面図。 杭頭接合部の構造の施工方法を示した施工フロー図。 図３につづく施工フロー図。 図４につづく施工フロー図。 図５につづく施工フロー図。 杭頭接合部の構造の実施例を示した全体断面図。 杭頭接合部の構造の実施例を示した全体断面図。

符号の説明

１・・・・杭頭接合部
２１・・・プレハブ版
２３・・・貫通孔
３・・・・杭
３１・・・杭頭
４・・・・係止具
５・・・・固定具
６・・・・テーパープレート
７・・・・充填材

Claims (5)

1. 杭頭と上部構造物とを接合する杭頭接合部の構造において、
   杭が貫通可能な貫通孔を備えた、上部構造物を支持するプレハブ版又はプレハブ桁と、
   外周をネジ溝状に成形した杭頭と、
   杭を前記貫通孔に貫通させた際に前記プレハブ版又は前記プレハブ桁が係止可能であり、前記杭頭に螺合可能に成形して杭が貫通可能な貫通孔を備えた係止具と、
   前記プレハブ版又は前記プレハブ桁から突出した前記杭頭の上部に備えて該杭頭と該プレハブ版又は該プレハブ桁を固定可能であり、前記杭頭に螺合可能に成形して杭が貫通可能な貫通孔を備えた固定具と、からなることを特徴とする、
   杭頭接合部の構造。
2. 請求項１に記載の杭頭接合部の構造において、
   前記プレハブ版又は前記プレハブ桁に斜杭を接合する際に、前記係止具の上面及び前記固定具の下面に斜杭が貫通可能な貫通孔を備えたテーパープレートを夫々備えたことを特徴とする、
   杭頭接合部の構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の杭頭接合部の構造において、
   前記プレハブ版又は前記プレハブ桁に備えた前記貫通孔と杭頭の間を充填材で一体化したことを特徴とする、
   杭頭接合部の構造。
4. 請求項３記載の杭頭接合部の構造を施工する施工方法であって、
   既施工の杭に、前記係止具を設置し、
   前記プレハブ版又は前記プレハブ桁の前記貫通孔を杭に貫通設置し、
   前記プレハブ版又は前記プレハブ桁から突出した前記杭頭の上部に固定具を設置し、
   前記貫通孔と前記杭頭の間に前記充填材を充填して、杭と前記プレハブ版又は前記プレハブ桁を一体化することを特徴とする、
   杭頭接合部の構造の施工方法。
5. 請求項３記載の杭頭接合部の構造を施工する施工方法であって、
   所要本数のうちの一部である既施工の前施工杭に、前記係止具を設置し、
   前記プレハブ版又は前記プレハブ桁の前記貫通孔を前記前施工杭に貫通設置し、
   前記プレハブ版又は前記プレハブ桁から突出した前記前施工杭の杭頭の上部に前記固定具を設置し、
   前記貫通孔と前記杭頭の間に前記充填材を充填し
   所要本数のうちの残りの後施工杭と上部構造物との施工を並行しておこない、
   前記プレハブ版又は前記プレハブ桁及び前記前施工杭の前記杭頭と、前記後施工杭の杭頭をコンクリートにて一体化することを特徴とする、
   杭頭接合部の構造の施工方法。

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