JP6240421B2 - 杭構造および杭の製造方法 - Google Patents
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Description
第1に、鉛直方向に延びる採熱専用の井戸を設けて、この井戸の内部に採熱配管を設置するボアホール方式がある。第2に、建物基礎の杭を構築する際に、この杭の鉄筋コンクリート造の杭体に熱交換配管を埋め込む基礎杭方式がある。第3に、採熱配管を地中内で水平方向に設置する水平埋設方式がある。
また、水平埋設方式では、配管を設置するための敷地を確保する必要がある上に、掘削孔を水平に施工するため、掘削孔の安定性を確保することが困難であった。
〔第1実施形態〕
建物1には、基礎2を支持する杭10が設けられている。この杭10は、図示しないヒートポンプに接続されて、地中熱を採熱あるいは地中に放熱するものである。具体的には、この杭10は、ここでは、2本の円筒形状で所定長さの中間杭20と、この中間杭20の直下に接続された1本の円筒形状で所定長さの採熱杭30と、を備える。
これら中間杭20および採熱杭30は、工場で製作された後、現場に運搬され、現場にて軸方向に互いに接続されて、地中に打ち込まれている。
採熱杭30は、工場製作されたSC杭(Steel & Concrete composite)である。この採熱杭30は、鉄筋コンクリート造の円筒形状の杭体40と、この杭体40の外周面を覆う円筒形状の鋼製の外殻鋼管50と、杭体40の内部で外殻鋼管50の内周面に当接して設けられて、液体である熱交換媒体が流通する一対の採熱配管60A、60Bと、を備える。
杭体40の円筒形状の内部の空間を、杭中空部40Aとする。
外殻鋼管50は、剛性の高い鋼管であり、杭体40の外周を覆うことで、杭体40の耐力を増大させる。
以下、採熱配管60Aについて説明するが、採熱配管60Bも採熱配管60Aと同様の構成である。
採熱配管60Aは、熱伝導率の高い材質で形成され、外殻鋼管50の内周面に沿ってこの外殻鋼管50の上端側と下端側との間を複数回往復するように、つづら折り状に設けられる。
杭体40は、杭として基礎2を支持する構造体41と、この構造体41の外周面を囲んで設けられた非構造体であるふかし部42と、を備える。
ふかし部42には、メッシュ筋43および上述の採熱配管60Aが打ち込まれている。具体的には、採熱配管60Aは、このメッシュ筋43と外殻鋼管50との間に挟み込まれている。
また、採熱配管60Aは、断面視で蒲鉾形状であり、この蒲鉾形状の底面の部分が外殻鋼管50の内周面に当接している。
中間杭20は、鉄筋コンクリート造の円筒形状である。この中間杭20の内部には、4本の接続配管21が打ち込まれている。これら接続配管21は、断熱性の高い断熱パイプであり、中間杭20の上下端付近で内周面から杭中空部40Aに向かって突出した後、軸方向に延びている。
採熱配管60A、60Bの流入口61と接続配管21とは、ジョイント22で接続されている。また、採熱配管60A、60Bの流出口62と接続配管21とは、ジョイント22で接続されている。また、接続配管21同士も、ジョイント22で接続されている。
まず、メッシュ筋43を用意し、このメッシュ筋43に採熱配管60A、60Bを結束線などで取り付けて、採熱配管60A、60Bをメッシュ筋43に取り付ける。さらに、この採熱配管60A、60Bが取り付けられたメッシュ筋43を、外殻鋼管50の内径より小さく丸めて、この状態で、図6に示すように、外殻鋼管50の内部に挿入して、採熱配管60A、60Bを外殻鋼管50内に配置する。
この拡張治具70は、ホースの固定バンドを転用したものであり、円弧状のバンド71と、このバンド71の両端同士の距離を調整する調整部72と、を備える。調整部72は、バンド71の両端に設けられて雌ねじが形成された雌ねじ部73と、これら雌ねじ部73に螺合された調整ねじ74と、を備える。この拡張治具70によれば、調整ねじ74を回転させて、雌ねじ部73同士を接近させると、バンド71の外径が小さくなり、雌ねじ部73同士を離隔させると、バンド71の外径が大きくなる。
なお、図示しないが、採熱杭30の上端付近では、メッシュ筋43に垂直に鉄筋棒を固定して、この鉄筋棒に採熱配管60A、60Bの両端部を固定することで、採熱配管60A、60Bの両端部を外殻鋼管50の中心軸に向かって突出させておく。
(1)外殻鋼管50は採熱杭30の外周面を構成しており、採熱配管60A、60Bはこの外殻鋼管50の内周面に当接しているので、採熱杭30の周囲の地中熱を保持している土との接触面積を広く確保でき、効率よく地中熱を採熱あるいは放熱できる。
図8は、本発明の第2実施形態に係る採熱配管80と外殻鋼管50との関係を示す図であり、採熱杭30Aの縦断面図である。図8では、理解の容易のため、杭体40の表示を省略している。
本実施形態では、採熱配管80の構造が第1実施形態と異なる。
すなわち、採熱杭30Aは、一対の採熱配管60A、60Bの代わりに、採熱配管80を備えている。
採熱配管80は、外殻鋼管50の内周面に沿ってこの外殻鋼管50の上端側から下端側に向かって螺旋状に延びる螺旋部81と、この螺旋部81の下端から外殻鋼管50の軸方向に直線状に延びる直線部82と、を備える。
この螺旋部81の一端は、熱交換媒体が流入する流入口83であり、他端は、熱交換媒体が流出する流出口84である。
すなわち、図9(a)に示すように、螺旋状の鉄筋44に結束線などで採熱配管80を取り付けて、その後、この螺旋状の鉄筋44の両端を互いに反対方向(図9(a)中矢印で示す方向)に捩って、図9(b)に示すように、鉄筋44の螺旋の外径を外殻鋼管50の内径よりも小さくする。この状態で、鉄筋44を外殻鋼管50の内部に挿入し、捻れを解放する。すると、復元力により鉄筋44の螺旋の外径が大きくなって、鉄筋44に取り付けられた採熱配管80が外殻鋼管50の内周面に押し付けられる。
例えば、本実施形態では、杭10を2本の中間杭20と1本の採熱杭30とで構成したが、これに限らない。すなわち、地中熱を採熱する深度に応じて、中間杭20の本数を適宜増減させてもよいし、採熱量に応じて、採熱杭30の本数を適宜増やしてもよい。
2…基礎
10…杭
20…中間杭
21…接続配管
22…ジョイント
30、30A…採熱杭
40…杭体
40A…杭中空部
41…構造体
42…ふかし部
43…メッシュ筋
44…鉄筋
50…外殻鋼管
60A、60B…採熱配管(配管)
61…流入口
62…流出口
70…拡張治具
71…バンド
72…調整部
73…雌ねじ部
74…調整ねじ
80…採熱配管(配管)
81…螺旋部
82…直線部
83…流入口
84…流出口
Claims (4)
- 地中熱を採熱あるいは放熱する杭の構造であって、
当該杭は、鉄筋コンクリート造で円筒形状の中間杭と、当該中間杭の下端に接続された採熱杭と、を備え、
当該採熱杭は、コンクリート造で円筒形状の杭体と、当該杭体の外周面を覆う鋼管と、前記杭体の内部に前記鋼管の内周面に当接して設けられて熱交換媒体が流通する採熱配管と、を備え、
前記中間杭には、熱交換媒体が地上から流入するまたは熱交換媒体を地上に流出させる接続配管がコンクリートに埋設されており、当該接続配管と前記採熱杭の前記採熱配管が接続されていることを特徴とする杭構造。 - 前記採熱杭および前記中間杭の内部には、杭中空部が設けられ、
前記接続配管と前記採熱配管とは、当該杭中空部にて接続されており、
当該採熱杭の上端部には、前記採熱配管に熱交換媒体が流入する流入口と、前記採熱配管から熱交換媒体が流出する流出口とが、当該採熱杭の中心軸を挟んで対向して配置されているとともに、
前記採熱配管は、前記鋼管の内周面に沿って当該鋼管の上端側と下端側との間をつづら折り状に複数回往復するように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の杭構造。 - 前記採熱杭は、工場製作されたSC杭であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の杭構造。
- 地中熱を採熱あるいは放熱する杭の製造方法であって、
当該杭は、コンクリート造で円筒形状の杭体と、当該杭体の外周面を覆う鋼管と、前記杭体の内部に前記鋼管の内周面に当接して設けられて熱交換媒体が流通する採熱配管と、を備え、
前記採熱配管は、前記鋼管の内周面に沿って当該鋼管の上端側と下端側との間をつづら折り状に複数回往復するように設けられ、
メッシュ筋に採熱配管を取り付けて、当該メッシュ筋を前記鋼管の内径より小さく丸めて、この状態で、前記鋼管の内部に挿入する工程と、
拡張治具により、前記丸めて挿入されたメッシュ筋の直径を拡大させて、前記採熱配管を前記鋼管の内周面に押し付ける工程と、
前記鋼管の内部に鉄筋を配筋してコンクリートを打設する工程と、を備えることを特徴とする杭の製造方法。
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