JP7200048B2 - 杭基礎構造 - Google Patents

Description

本発明は杭基礎構造に係り、杭体で支持される各種構造物の基礎構造において、杭体の杭頭部と杭基礎の構造部分とを一体的に接合させることができる杭基礎構造に関する。

杭体の杭頭部と、鉄筋コンクリート構造の基礎梁や基礎フーチング等の構造部分との接合構造では、杭頭部と杭基礎の構造部分とが一体として所定の強度剛性が確保されるように、狭い接合構造の空間内に多数の鉄筋が配筋され、労力を要する煩雑な配筋作業が必要とされている。

この問題を解消するために、杭頭部と基礎フーチングとの剛性を高めた基礎構造が開示されている（特許文献１）。この基礎構造では、杭頭部の外周位置に所定の空間（杭頭挿入部）を確保して下側プレキャスト基礎部材を設置し、杭頭挿入部に所定の応力伝達部材を設けて空間内に充填材を充填することで杭頭杭頭部と下側プレキャスト基礎部材とを一体化させるようになっている。

特許文献１に開示された下側プレキャスト基礎部材は、その上に構築されるフーチング部材と一体化させるために十分な水平断面積と埋設深さに設定されている大型のプレキャストコンクリート部材となっている。このプレキャストコンクリート部材の製造、現場への搬入設置作業は大がかりな作業となる。また、この下側プレキャスト基礎部材上に立設される柱と基礎梁等の接合、フーチング部材の構築はすべて現場作業となるため、煩雑な作業工程が必要となる。

これに対して、現場での作業工程を低減するための基礎構造として、特許文献２に開示された基礎構造が提案されている。この基礎構造は、杭頭部に設置された輪切鋼管と接合部構造とを一体化させた構造からなる。基礎構造の下部に位置する輪切鋼管は杭体の杭頭部を囲むように設置され、内部に充填されたコンクリートにより杭頭部を固定保持する。基礎構造の上部の接合部構造としてのフーチングは基礎梁との仕口部を有し、立設された柱の柱脚部を支持するとともに基礎梁端と柱とが構造的に接合される。

特開２０１６－７００２８号公報 特開２０１７－１３７７１１号公報

特許文献２に開示された基礎構造は、輪切鋼管と接合部構造のフーチングを構成する鋼管あるいはプレキャストコンクリート筒体とが一体的に構築されている大型の構造体であるため、現場への搬入、据え付け工事が大がかりとなり、作業効率が悪いという問題がある。

そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、杭頭部を堅固に支持する鋼管コンクリート合成構造からなる杭頭部接合管と、あらかじめ基礎梁や基礎フーチング等の杭基礎の構造部分の構造筋と接合される接合筋が組み込まれた接合部鋼管とを一体的に重ねて構築し、基礎梁等と杭頭部との構造的な接合を容易かつ確実に行え、省力化、省人化が図れる杭基礎構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の杭基礎構造は、杭頭部が地盤面から所定の突出長をなして打設された杭と、前記杭頭部と接合される杭基礎の構造部分と、内部空間が平面視して環状形をなし、前記杭頭部が前記内部空間のほぼ中心に位置するように盤下げ地盤面上に設置され、前記内部空間が中詰めコンクリートで充填されて前記杭頭部を支持する杭頭部接合管と、該杭頭部接合管の周囲地盤が埋め戻された地盤面上に設置され、前記杭基礎の構造部分の主筋端と継手接合される主筋接合筋を保持し、管内に中詰めコンクリートが充填される外殻鋼管を有する構造部接合体とを備え、前記杭基礎の構造部分が、前記構造部接合体の外周面と所定の離隔部分を設けて設置され、前記杭基礎の構造部分の主筋端と前記主筋接合筋とが接合された状態で接合コンクリートを介して前記構造部接合体と一体化され、前記構造部接合体が、前記外殻鋼管内に充填された中詰めコンクリートで前記杭頭部接合管と上下に重ねて構築されて前記杭頭部と接合されたことを特徴とする。

前記杭頭部接合管は、外皮鋼管と内周コンクリート部とからなる鋼管コンクリート合成構造のプレキャストコンクリート部材であることが好ましい。

前記杭頭部接合管は、前記外殻鋼管内に位置する補強接合筋が配筋されたことが好ましい。

前記外殻鋼管は、前記杭基礎の構造部分の基礎梁の主筋位置に相対する管壁位置に貫通孔が形成され、該貫通孔に前記主筋接合筋が保持されたことが好ましい。

前記外殻鋼管は、前記主筋接合筋に加え、前記構造部接合体上面に立設される柱の主筋と接合される柱主筋接合筋を保持することが好ましい。

前記杭基礎の構造部分は、鉄筋コンクリート造の基礎梁または基礎フーチングであることが好ましい。

本発明の杭基礎構造の一実施形態の外観形状を示した平面図、側面図。 図１（ｂ）に示した杭基礎構造のＩＩ－ＩＩ断面線に沿った構造部接合体および梁接合部の内部構成例を示した平断面図。 図１（ａ）に示した杭基礎構造のＩＩＩ－ＩＩＩ断面線に沿った構造部接合体および梁接合鋼管の内部構成例を示した側断面図。 本発明の杭基礎構造を構成する杭頭部接合管の側断面図、平断面図。 杭頭部接合管による杭頭部の固定状態を示した平断面図（図３Ｖ－Ｖ断面線）。 外殻鋼管の配筋状態を示した平断面図。 外殻鋼管の配筋状態を示した側断面図、側面図。 本発明の杭基礎構造の構築手順を示した説明図（その１:（ａ）－（ｃ））。 本発明の杭基礎構造の構築手順を示した説明図（その２：（ｄ），（ｅ））。 本発明の杭基礎構造の構築手順を示した説明図（その３：（ｆ），（ｇ））。

以下、本発明の杭基礎構造の構成について、添付図面を参照して説明する。図１各図は、本発明の杭基礎構造１０の一実施形態として、平面視して縦横に配置された基礎梁１５と、杭体１の杭頭部２とを接合した杭基礎構造１０の外観形状の一部を示している。本発明の杭基礎構造１０は、図１（ｂ）に示したように、杭体１の杭頭部２を覆うパイルキャップを構成する杭頭部接合管２０と、杭頭部接合管２０の上面に構造的に一体的に構築され、杭基礎の構造部分の一態様としての基礎梁１５と杭頭部接合管２０とを接合させるための構造部接合体３０とを主構成としてなる。構造部接合体３０の側面には、平面視（図１（ａ））して十字形状をなして縦横に配置された４本の基礎梁１５が、接合コンクリート４６を介して接合されている。さらに構造部接合体３０の天端面にはプレキャストコンクリート柱（１，０００ｍｍ□）４０が立設されている（図１（ｂ））。

本実施形態の杭体１は、杭外径１，０００ｍｍφの鋼管杭からなり、杭頭部２には中詰めコンクリート（図示せず）が充填され補剛されている。この杭頭部２の位置する地盤は、図１（ｂ）、図３に示したように、原地盤面５ａから約１ｍ盤下げ掘削され、杭頭部２は、盤下げ地盤面５ｂから所定長突出した状態にあり、この杭頭部２を囲むように杭頭部接合管２０が盤下げ地盤面５ｂ上に敷設された均しコンクリート７上に載置される。

本実施形態の基礎梁１５は、梁成２，０００ｍｍ、梁幅１，０００ｍｍのプレキャスト鉄筋コンクリート部材からなり、図１各図に示したように、杭頭部２を中心として設置された構造部接合体３０の周囲に、所定の離隔部分１６をとって平面視して十字形をなすように縦横に配置され、地盤面５ａ上に敷設された均しコンクリート６上に載置され、接合コンクリート４６を介して構造部接合体３０に構造的に剛接合されている。

本実施形態の杭頭部接合管２０の構成について、図４各図を参照して説明する。杭頭部接合管２０は、杭体１の杭頭部２の側部を覆うように盤下げされた地盤面５ｂ上に載置され、後述する構造部接合体３０と杭体１の杭頭部２とを接合するための主構成部材である。杭頭部接合管２０は、図４（ａ）、（ｂ）に示したように、平面視して円形の内部空間２２を有する円筒体からなる。この円筒体は外皮鋼管２１の内周面に所定厚さの内周コンクリート２４が一体形成された、鋼管コンクリート合成構造のプレキャストコンクリート部材である。本実施形態の外皮鋼管２１の寸法は直径（外径）１，７００ｍｍφ、高さ１，１５０ｍｍ、板厚１６ｍｍである。外皮鋼管２１と内周コンクリート２４との一体化を図るために、外皮鋼管２１の内面に図示しない各種のジベル、スタッドを配設することが好ましい。杭頭部接合管２０の内部空間２２の直径は、打設された杭位置の施工誤差を考慮して設定されている。たとえば内部空間２２の直径は、たとえば杭外径の１５％以上として所定のクリアランスを設けること杭体１の打設位置のずれ等を吸収して杭頭部接合管２０の設置位置を調整し、基礎梁１５を精度よく設置することができる。図４（ｃ）は、杭頭部接合管２０の外皮鋼管２１に角形鋼管を用い、内部空間が図４（ａ）に示した形状と同形となるように外皮鋼管２１内周面に内周コンクリート２４を形成した変形例を示している。この場合、後述する縦筋２５を直線の列状に配筋することができ、縦筋２５と組み合わされるフープ筋２７（後述する。）も□形状にすることができ、図４（ａ）に示した場合に比べて配筋が複雑でなくなるため、現場での配筋作業を容易にできる。

さらに、図２，図５に示したように、杭頭部２と杭頭部接合管２０（図４（ａ））との間には中詰めコンクリート２３が打設され、杭頭部２と杭頭部接合管２０との一体化が図られている。

杭頭部接合管２０の内周コンクリート２４には、図４（ａ）、（ｂ）に示したように、縦筋２５が周方向に所定間隔をあけて配筋されている。内周コンクリート２４の上面から突出した縦筋２５は、後述する構造部接合体３０との補強接合筋となる。また、内周コンクリート２４の表面近傍にはフープ筋２６がコンクリート高さ方向に所定間隔をあけて配筋され、杭頭部２の補強筋として機能する。

杭頭部接合管２０の上部に構築される構造部接合体３０の構成部材について、図６、図７各図を参照して説明する。構造部接合体３０は、接合対象の梁、柱の鉄筋と接合される接合筋を保持するとともに鋼管コンクリート合成構造の外殻部材となる外殻鋼管３１と、外殻鋼管３１内に充填される中詰めコンクリート３３とを主構成とする。

外殻鋼管３１は、図６，図７（ａ）、（ｂ）に示したように、直径（外径）１，８００ｍｍφ、高さ２，０００ｍｍ、板厚１９ｍｍの円形鋼管からなる。外殻鋼管３１には、図６，図７各図に示されたように、基礎梁１５の梁主筋１７を杭基礎部分に定着させる梁主筋接合筋３５が配筋されている。梁主筋接合筋３５は基礎梁１５の梁主筋１７の配筋位置に対応した外殻鋼管３１に形成された貫通孔に挿通されるようにして外殻鋼管３１に組み込まれ、保持されている。本実施形態では、図６，図７（ａ）に示したように、４本の基礎梁１５の接合位置に合わせて梁幅方向に配列された６本の梁主筋接合筋３５が、梁上端、下端の鉄筋としてそれぞれ２段で縦横方向に配筋されている。さらに梁主筋接合筋３５の交差部をガイドとして柱主筋接合筋３６が配筋されている。これらの柱主筋接合筋３６の上端は、図３に示したように、構造部接合体３０の上面に載置されるプレキャストコンクリート柱４０の柱主筋４３の下端と機械式継手４２を介して接合される。また図７（ａ）に示したように、柱４０の隅角部に相当する位置に配筋される柱主筋接合筋３６の配筋位置を保持するために、平面視して□形状をなすフープ筋３７が柱主筋接合筋３６を囲むように柱高さ方向に所定間隔をあけて配筋されている。構造部接合体３０との補強接合筋となる縦筋２５を補強するために、リング状のフープ筋２７が組立筋（図示せず）に結束されて柱高さ方向に所定間隔をあけて配筋されている。

さらに接合コンクリート４６と接合される外殻鋼管３１の側面には、図７（ｂ）に示したような開口３８が形成されている。この開口３８は外殻鋼管３１内に充填される中詰めコンクリート３３と、プレキャストコンクリート製の基礎梁１５との間を接合する現場打ちされる接合コンクリート４６の一部とを直接密着させ、基礎梁１５と構造部接合体３０とのせん断抵抗性を確保する機能を果たす。さらに開口３８を跨ぐように補剛鋼材３９が配設されている。この補剛鋼材３９により開口形成で生じた断面欠損による鋼管３１の剛性低下を防止している。

上述した外殻鋼管３１の外形寸法は、たとえば図６，図７各図のように、工場で各部の梁主筋接合筋３５、柱主筋接合筋３６の各鉄筋が組み込まれ、梁主筋接合筋３５の端部が外殻鋼管３１の側面から突出した状態で車載可能な車両の荷台寸法をもとに設定されている。運搬時の寸法制限がない場合には、上記寸法より大きくすることもできる。

現場設置後の外殻鋼管３１内には中詰めコンクリート３３が充填され、構造部接合体３０は外殻鋼管３１と中詰めコンクリート３３とからなる鋼管コンクリート合成構造として所定の剛性と強度を発揮することができる。中詰めコンクリート２３，３３のコンクリート強度は２７Ｎ／ｍｍ²程度を設定しているが、現場打ちされる各部のコンクリート（中詰めコンクリート２３，３３、接合コンクリート４６）のコンクリート強度は杭基礎構造１０の設計条件によって適宜設定することが好ましい。

以下、上述した鋼管コンクリート合成構造からなる杭頭部接合管２０と構造部接合体３０とを上下に重ねて一体的に構築して杭体１の杭頭部２に杭基礎の構造部分を接合するようにした本発明の杭基礎構造１０の内部構成について、図２、図３を参照して説明する。図２は杭基礎構造１０の構造部接合体３０及び基礎梁１５との梁接合部の内部構成例を示し、図３は、杭頭部接合管２０、構造部接合体３０及び基礎梁１５との梁接合部の内部構成例を示している。

杭頭部接合管２０は、図３に示したように、盤下げされた地盤面５ｂから突出した杭体１の杭頭部２を囲むように設置され、内部空間２２の杭体１との隙間に充填された中詰めコンクリート２３により杭体１の杭頭部２との一体化が図られている。杭頭部接合管２０の周囲地盤は杭基礎の構造部分の設置レベルまで埋め戻され、整地された地盤面５ａ上に構造部接合体３０の外殻鋼管３１（たとえば図７（ａ））が載置され、その管内に中詰めコンクリート３３が充填されている。外殻鋼管３１の中詰めコンクリート３３は、杭頭部接合管２０内の中詰めコンクリート２３の上面部分と一体的になるように充填されている。構造部接合体３０との補強接合筋となる縦筋２５の周囲には所定本数のフープ筋２７が配筋され、中詰めコンクリート３３で充填された構造部接合体３０とその下部に位置する杭頭部接合管２０との一体化が図られている。

構造部接合体３０の側部には接合コンクリート４６を介して基礎梁１５が接合されている。基礎梁１５は、埋め戻され整地された地盤面５ａに敷設された均しコンクリート６上に載置され、基礎梁１５の梁主筋１７が構造部接合体３０の梁主筋接合筋３５と機械式継手１８を介して接合され、構造部接合体３０と基礎梁１５端面との間の離隔部分１６を連結する接合コンクリート４６が現場打ちコンクリートとして打設されている。また外殻鋼管３１内に充填された中詰めコンクリート３３により杭体の杭頭部２、構造部接合体３０、基礎梁１５本体が一体的に構築、接合され、杭基礎構造１０の各部材の剛接合が実現している。

以下、図８（ａ）－（ｃ）、図９（ｄ），（ｅ）、図１０（ｆ），（ｇ）を参照して本発明の杭基礎構造１０を構築する施工手順について説明する。

杭体１として鋼管杭等の既製杭を打設し、所定の突出長が確保できるように、原地盤５ａを盤下げした地盤面５ｂに均しコンクリート７を打設する。杭頭部２の杭内の所定高さにわたり補剛用の中詰めコンクリート（図示せず）を充填して杭頭処理を行う（図８（ａ））。

均しコンクリート７上に杭頭部接合管２０を、杭体１の杭頭部２が杭頭部接合管２０の内部空間２２のほぼ中央に位置するように載置する（図８（ｂ））。

杭頭部接合管２０の内部空間２２と杭体１との隙間に中詰めコンクリート２３を充填する。このとき中詰めコンクリート２３は杭頭部接合管２０の上端よりわずかに低い位置まで打設することが好ましい。その位置より上部は構造部接合体３０内に打設する中詰めコンクリート３３（図１０（ｆ））で満たすことで、上下に重ねて構築される杭頭部接合管２０と構造部接合体３０との境界に中詰めコンクリート２３，３３の打ち継ぎ目ができないようにすることが好ましい。次いで杭頭部接合管２０の周囲の盤下げ部分の地盤５ｂを杭基礎の構造部分の設置レベルの地盤面５ａまで埋戻す（図８（ｃ））。

埋め戻された地盤面５ａ上に構造部接合体３０の外殻鋼管３１を載置する。外殻鋼管３１の側面からは梁主筋接合筋３５の端部が突出しているので、梁主筋接合筋３５の保持位置と、梁主筋接合筋３５が接合される梁主筋１７（図９（ｅ））の配筋位置、すなわち基礎梁１５の軸芯方向とが正確に合致するように、構造部接合体３０を地盤面５ａ上に設置する。縦筋２５とフープ筋２７とは、後工程で外殻鋼管３１内に充填される中詰めコンクリート３３とともに構造部接合体３０と杭頭部接合管２０との一体化を図る補強接合筋として機能する。（図９（ｄ））。

次いで、図９（ｅ）に示したように、構造部接合体３０に接続させる基礎梁１５を設置するための均しコンクリート６を地盤面５ａ上に打設し、プレキャストコンクリート製の基礎梁１５を、すでに設置されている構造部接合体３０の梁接合面に正対し所定の離隔部分１６だけ離して均しコンクリート６上に載置する。さらに基礎梁１５の端部から突出している梁主筋１７の端部と構造部接合体３０の梁主筋接合筋３５とを機械式継手１８によって接合するとともに、離隔部分１６に必要なスターラップ４５を配筋し、梁幅に相当する側面型枠（図示せず）を取り付ける。このとき同図に示したように、構造部接合体３０の側面から梁主筋接合筋３５が突出しているため、梁主筋接合筋３５と基礎梁１５の梁主筋１７との位置決め作業は容易かつ高精度で行える。

側面型枠で囲まれた離隔部分１６内に基礎梁１５のコンクリート強度と同強度の接合コンクリート４６を打設する。接合コンクリート４６のコンクリート打設作業と並行して、縦筋２５とフープ筋２７とが組み立てられた構造部接合体３０の外殻鋼管３１内に中詰めコンクリート３３を打設する。これにより杭頭部２（パイルキャップ）を剛構造とするとともに、杭頭部２と基礎梁１５と剛接合させた杭基礎構造１０を構築することができる（図１０（ｆ））。

各基礎梁１５と構造部接合体３０との接合完了後、図１０（ｇ）に示したように、構造部接合体３０の上面から突出して柱主筋接合筋３６の位置をガイドとしてにプレキャストコンクリート柱４０を建て込み、各柱主筋接合筋３６とプレキャストコンクリート柱４０の主筋４３とを機械式継手４２によって接合する。なお、立設される柱４０は、現場施工による鉄筋コンクリート柱でもよい。その場合には柱主筋接合筋を基準として柱主筋、フープ筋を建て込み、型枠組み立て、コンクリート打設作業を行って鉄筋コンクリート柱を構築する。

なお、添付された各図には構造部接合体３０に対して基礎梁が直交する４方向から接合する態様が描かれているが、平面視して基礎梁がＩ字形（１方向）、Ｌ字形（２方向）、Ｔ字形（３方向）をなすように杭頭部２に接合されるような外周杭、隅角部杭に適用することができる。たとえば基礎梁がＬ字形をなすように接合される場合、基礎梁の延長方向に合わせて直角２方向を向くように梁主筋接合筋を外殻鋼管に組み込むことが好ましい。

以上、構造部接合体に接合される杭基礎の構造部分として基礎梁を例に説明したが、杭基礎の構造部分には基礎梁の他、基礎フーチングの一部であるような場合も想定できる。その場合には、外殻鋼管に組み込まれる梁主筋接合筋は、基礎フーチングの配筋の一部が構造部接合体側の鉄筋と確実に接合できる位置に設けることが好ましい。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 杭体
２ 杭頭部
５ａ，５ｂ 地盤面
１０ 杭基礎構造
１５ 基礎梁（構造部分）
１６ 離隔部分
１７ 梁主筋
２０ 接合部鋼管
２１ 外皮鋼管
２４ 内周コンクリート
２３，３３ 中詰めコンクリート
３０ 構造部接合体
３１ 外殻鋼管
３５ 梁主筋接合筋
３６ 柱主筋接合筋
４０ プレキャストコンクリート柱
４３ 柱主筋
４６ 接合コンクリート

Claims (6)

1. 杭頭部が地盤面から所定の突出長をなして打設された杭と、
   前記杭頭部と接合される杭基礎の構造部分と、
   内部空間が平面視して環状形をなし、前記杭頭部が前記内部空間のほぼ中心に位置するように盤下げ地盤面上に設置され、前記内部空間が中詰めコンクリートで充填されて前記杭頭部を支持する杭頭部接合管と、
   該杭頭部接合管の周囲地盤が埋め戻された地盤面上に設置され、前記杭基礎の構造部分の主筋端と継手接合される主筋接合筋を保持し、管内に中詰めコンクリートが充填される外殻鋼管を有する構造部接合体とを備え、
   前記杭基礎の構造部分が、前記構造部接合体の外周面と所定の離隔部分を設けて設置され、前記杭基礎の構造部分の主筋端と前記主筋接合筋とが接合された状態で接合コンクリートを介して前記構造部接合体と一体化され、
   前記構造部接合体が、前記外殻鋼管内に充填された中詰めコンクリートで前記杭頭部接合管と上下に重ねて構築されて前記杭頭部と接合されたことを特徴とする杭基礎構造。
2. 前記杭頭部接合管は、外皮鋼管と内周コンクリート部とからなる鋼管コンクリート合成構造のプレキャストコンクリート部材である請求項１に記載の杭基礎構造。
3. 前記杭頭部接合管は、前記外殻鋼管内に位置する補強接合筋が配筋された請求項１に記載の杭基礎構造。
4. 前記外殻鋼管は、前記杭基礎の構造部分の主筋位置に相対する管壁位置に貫通孔が形成され、該貫通孔に前記主筋接合筋が保持された請求項１に記載の杭基礎構造。
5. 前記外殻鋼管は、前記主筋接合筋に加え、前記構造部接合体上面に立設される柱の主筋と接合される柱主筋接合筋を保持する請求項１に記載の杭基礎構造。
6. 前記杭基礎の構造部分は、鉄筋コンクリート造の基礎梁または基礎フーチングである請求項１に記載の杭基礎構造。

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