JP7492406B2 - 柱脚構造とその杭頭接合施工時に用いられる治具、および杭頭接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管杭などの杭と建築構造物や土木構造物などの上部構造物とを接合するための柱脚構造とその杭頭接合施工時に用いられる治具、および杭頭接合方法に関する。

鋼管杭などの杭と、建築構造物や土木構造物などの上部構造物とを接合する構造ないしは工法として、筒状の接合部材（例えば円筒状ないしは角形の鋼管）を用いてこれら杭と上部構造物とを接合する技術が提案され、利用されている。接合部材の上部開口には、コンクリート充填用の孔が形成されたプレートが溶接されて取り付けられ、その後、孔からコンクリートが充填されて杭と上部構造物とが固定される。

また、筒状の接合部材の高さ調整を可能とするべく、接合部材と杭との間に垂直位置調整用の治具を配置するという接合構造ないし工法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許４６５７０２８号公報

しかし、接合部材を実際に設置する際には、接合部材の高さのみならずその水平位置の調整もまた重要であるのに対し、従来、水平位置の調整に適した構造等は提案されていないのが実情である。この問題は、角形鋼管といった重量物を接合部材に用いていて、少なくとも一人の作業者が重機で接合部材を吊り上げ、他の作業者が吊り上げられた接合部材の水平位置調整を何度も繰り返すという多くの現状に照らせば顕著であり、改善の余地が大きいものである。

そこで、本発明は、杭頭接合施工時、角形鋼管などの接合物の水平位置をより簡単に調整することを可能にした柱脚構造とその杭頭接合施工時に用いられる治具、および杭頭接合方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、地盤に設けられた杭の杭頭に杭頭接合部材を設置する際に用いられる治具であって、
杭頭接合部材に形成された受け面に当接し、杭頭接合部材の水平方向の移動を容易にする摺動抵抗低減部材と、
該摺動抵抗低減部材を保持するフレーム部材と、
を備える、治具である。

かかる治具によれば、杭頭接合部材を水平に移動させる際の摺動抵抗が低減することから、水平位置の調整が従前よりも行いやすく、作業に要する手間が少なくて済む。

上記のごとき治具において、摺動抵抗低減部材は、杭頭接合部材の受け面に球面を当接させるボールローラーであってもよい。

上記のごとき治具において、少なくとも３個のボールローラーが配置されていてもよい。

上記のごとき治具において、ボールローラーが周方向において等間隔に配置されていてもよい。

上記のごとき治具において、摺動抵抗低減部材は、フレーム部材に対して着脱可能に取り付けられていてもよい。

上記のごとき治具は、少なくとも受け面が摺動抵抗低減部材から離間する程度まで杭頭接合部材を上方まで押し上げる押上げ部材をさらに備えていてもよい。

上記のごとき治具において、押上げ部材は、摺動抵抗低減部材の杭頭接合部材への当接位置よりも上方の位置まで受け面を上昇させる部材で構成されていてもよい。

上記のごとき治具において、押上げ部材および摺動抵抗低減部材は、杭頭接合部材に設けられた開口部を通じて作業者が杭頭接合部材の外側から操作等することが可能な位置に配置されていてもよい。

上記のごとき治具において、押上げ部材は、鉛直方向に上下するようにフレーム部材に設けられた天面ボルトで構成されていてもよい。

また、本発明の別の一態様は、地盤に設けられた杭の杭頭に杭頭接合部材を介して柱材を接合する柱脚構造であって、上記のいずれかの治具が杭頭接合部材の内部にある状態で柱材が接合された、柱脚構造である。

本発明の別の一態様は、上記のごとき治具を用いて、杭の杭頭に杭頭接合部材を設置する杭頭接合工法である。

また、本発明の別の一態様は、地盤に設けられた杭の杭頭に杭頭接合部材を設置する際の杭頭接合工法であって、
杭頭接合部材を設置した後、当該杭頭接合部材の、杭の位置を基準とした所定の位置にアンカーボルト孔を穿設し、該アンカーボルト孔にアンカーボルトを設置する、杭頭接合方法である。

本発明によれば、杭頭接合施工時、角形鋼管などの接合物の水平位置をより簡単に調整することが可能となる。

本発明の実施形態における治具の構成例を示す全体図である。 治具の斜視図である。 鋼管杭に設置された状態の治具を示す図である。 鋼管杭に設置された状態の治具を示す斜視図である。 鋼管杭に治具を介して接合された状態の角形鋼管を示す斜視図である。 治具の構成例と角形鋼管との位置関係について示す図である。 治具の構成例と角形鋼管との位置関係について示す斜視図である。 鋼管杭に設置された状態の治具を、角形鋼管との位置関係とともに示す図である。 角形鋼管の一例を示す平面図である。 角形鋼管の一例を示す斜視図である。 アンカーボルトを備えた角形鋼管の一例を示す平面図である。 アンカーボルトを備えた角形鋼管の一例を示す斜視図である。 杭頭接合工法の一例において用いられる、アンカーボルト孔が設けられていない角形鋼管の平面図である。 アンカーボルト孔が設けられていない角形鋼管の斜視図である。 基準位置Ｃからずれた位置に配置された角形鋼管を示す斜視図である。 設置後、基準位置Ｃに基づきアンカーボルト孔が穿設された角形鋼管を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。

［第１の実施形態］
治具５０は、地盤に設けられた杭たとえば鋼管杭１０の杭頭１１に、角形鋼管２０といった杭頭接合部材を設置する際の施工時に用いられるものであり、角形鋼管２０を水平に移動させる際の摺動抵抗が低減することによって移動が容易となるように構成されている。本実施形態の治具５０は、アンカーフレーム５１、ボールローラー５２、天面ボルト５３などを備えている（図１、図２等参照）。

アンカーフレーム（フレーム部材）５１は、治具５０のフレームを構成する部材である。アンカーフレーム５１の具体的な構成は特に限定されるものではないが、一例として、本実施形態では、リング部材５１ａ，５１ｂとロッド部材５１ｃとでアンカーフレーム５１を構成している。

リング部材は板状の部材で、複数たとえば２枚のリング部材５１ａ，５１ｂが一組とされて上下に配置された構成となっている（図２等参照）。本実施形態では、これらリング部材５１ａ，５１ｂのうち下方に位置するもの（以下、「下リング部材」ともいう）５１ｂを、鋼管杭１０の開口端に載置できるよう、当該鋼管杭１０の内径よりも大きくしている（図３、図４等参照）。なお、本実施形態では円環状のリング部材５１ａ，５１ｂを示しているがこれらは環状であればよく、多角形でもよい。

ロッド部材５１ｃはこれら複数（たとえば２枚）のリング部材５１ａ，５１ｂを接合する部材で、一例として、３本のロッド部材５１ｃがこれらリング部材５１ａ，５１ｂの間に配置される。ロッド部材５１ｃとリング部材５１ａ，５１ｂとは、例えば図示するようにロッド部材５１ｃの端部に螺合するナット等からなる締結部材５１ｄで連結されてもよいし、溶接によって連結されてもよい。これらリング部材５１ａ，５１ｂとロッド部材５１ｃは、角形鋼管２０の重量を支持しうる剛性を有するたとえば鋼製の部材によって構成され、互いに剛な状態で連結されている。

本実施形態のアンカーフレーム５１は、さらに円形プレート５１ｆと接続シャフト５１ｅを備える。円形プレート５１ｆは、鋼管杭１０の内径に合わせた大きさに形成されており、施工時、鋼管杭１０の内部に挿入されて、当該鋼管杭１０に対するリング部材５１ａ，５１ｂやロッド部材５１ｃの相対位置を好適に位置決めする。接続シャフト５１ｅは、下リング部材５１ｂと円形プレート５１ｆとを接続する例えば３本の棒状部材からなり（図２等参照）、下リング部材５１ｂに対しては、例えば当該下リング部材５１ｂの底面に溶接されたナット（図示省略）を介して取り付けられる。

ボールローラー５２は、角形鋼管２０を水平方向に移動させるときの摺動抵抗を低減させることによって移動を容易とする摺動抵抗低減部材の一例として設けられているもので、いずれの方向にも回転可能なボール（フリーローラー）を有している。これらボールローラー５２は、ボールの球面を、角形鋼管２０の裏面（受け面）２１ｂに当接させるように配置されている（図６等参照）。このようなボールローラー５２の個数や配置が特に限定されることはないが、一例として、本実施形態では、３個のボールローラー５２を周方向に等間隔になるように周状（ボールローラー５２が４個以上である場合、これらの配置が厳密に円周上にある必要はない）に配置し、上方に位置するリング部材（以下、「上リング部材」ともいう）５１ａに取り付けている（図２等参照）。

これらボールローラー５２は、アンカーフレーム５１（の上リング部材５１ａ）に対して着脱可能に取り付けられていることが好ましい。こうした場合には、角形鋼管２０の内部へコンクリートを充填する前にこれらボールローラー５２を回収して使いまわすことが可能となる。ボールローラー５２を着脱可能に取り付けるための構成は特に限られることはなく、図示はしていないが、たとえばボルト・ナット、クランプ、磁石などを利用することができる。

天面ボルト５３は、角形鋼管２０を上方に押し上げる押上げ部材として機能するもので、複数たとえば３個がそれぞれ上リング部材５１ａに設けられている（図２等参照）。本実施形態では、上リング部材５１ａに天面ナット５４を複数たとえば３個設け、これら天面ナット５４のそれぞれにボルト頭部５３ａが上向きとなるように天面ボルト５３を螺合させて、天面ボルト５３を回すとボルト頭部５３ａが昇降する（つまり鉛直方向に沿って上下する）ようにしている（図１、図２等参照）。天面ボルト５３は、ボルト頭部５３ａがボールローラー５２のボールの球面よりも高くなるまで回転できるように設けられている。ボルト頭部５３ａがボールローラー５２のボールの球面よりも高くなると、後述するように角形鋼管２０の裏面（受け面）２１ｂがボールローラー５２のボールの球面から離間する。

続いて、上記のごとき治具５０を利用して行う角形鋼管２０の施工方法（杭頭接合工法）と、該施工方法によって構築される柱脚構造１について説明する（図４、図５等参照）。なお、従前の工法と特に変わらない部分については簡略な説明にとどめる。

＜材料検収＞
鋼管杭１０、杭頭キャップ（図示省略）、アンカーボルト２４、アンカーフレーム５１、杭頭ずれ止めリング（図示省略）など、施工に必要な各種材料等について検収する。

＜杭施工＞
施工現場に重機などを搬入し、鋼管杭１０の杭芯をセットし、継手部（図示省略）を溶接したら、鋼管杭１０の周辺部分を掘削し、杭頭１１をカットする。

＜杭頭接合施工＞
鋼管杭１０の中空部にコンクリートといった充填材の受け部（たとえば生コン受け）を設置する。その後、治具５０を設置する。本実施形態の治具５０は、アンカーフレーム５１を構成する円形プレート５１ｆが鋼管杭１０に挿入され、下リング部材５１ｂが鋼管杭１０の開口端上に直接あるいは杭頭ずれ止めリングを介して載置された状態で設置される（図３、図４参照）。

次に、角形鋼管２０を設置する。本実施形態では、天面部２１を有する角形鋼管２０を採用し、鋼管杭１０の少なくとも上部や治具５０内部に収まるように当該角形鋼管２０を設置する（図６等参照）。角形鋼管２０の天面部２１には、所定の大きさの開口部２２と、複数（たとえば８本）のアンカーボルト２４を取り付けるためのアンカーボルト孔２６が設けられている（図５～図７、図９～図１２等参照）。角形鋼管２０は、その天面部２１の裏面（受け面）２１ｂがボールローラー５２のボールの球面に当接した状態で保持される。

次に、角形鋼管２０の位置を確認し、水平に移動させて位置修正する。上記のごとく角形鋼管２０はその天面部２１の下側からボールローラー５２によって支えられた状態にあり、水平に移動させる際の抵抗が小さいことから移動と位置調整が極めて簡単に行えるようになっている。したがって、従前のように角形鋼管を重機で吊り上げながらその水平位置調整を何度も繰り返すといった煩雑かつ非効率的な作業をせずとも簡単に位置調整をすることが可能である。

角形鋼管２０の位置調整と確認が完了したら、天面ボルト５３を回転させて上昇させる（図１等参照）。ボルト頭部５３ａの位置がボールローラー５２のボールの位置を超えると、それまでボールローラー５２によって支えられていた角形鋼管２０の荷重が、天面ボルト５３によって支えられるようになる（図６等参照）。天面ボルト５３を回転させてさらに上昇させると、角形鋼管２０の裏面（受け面）２１ｂがボールローラー５２のボールの球面から離間する（図８参照）。

この時点で、ボールローラー５２を回収することができる。本実施形態では、上リング部材５１ａに対して着脱可能に取り付けられているボールローラー５２を、上記のように角形鋼管２０の荷重を天面ボルト５３によって支える状態になった後、角形鋼管２０の開口部２２から取り出して回収する。

その後、開口部２２から角形鋼管２０の内部にコンクリート等の充填材を充填し、角形鋼管２０の内部にある治具５０ごと鋼管杭１０の杭頭１１とアンカーボルト２４とを拘束し、接合する。角形鋼管２０は、建築構造物や土木構造物などの上部構造物（たとえば柱材３０（図６参照）など）と鋼管杭１０を接合するための杭頭接合部材として機能し、柱脚構造１の一部を構成することができる。

なお、角形鋼管２０の開口部２２は、充填材を充填する際のほか、上述のごとく天面ボルト５３を回転させたり、ボールローラー５２を取り出したりする際に利用されるものであり、その形状や大きさは、角形鋼管２０に要求される剛性・耐久性が確保される範囲において、こういった作業のしやすさを考慮して適宜設計されうる。たとえば、作業者がスパナなどの工具を用いて天面ボルト５３を回転させることが想定されるなら、複数配置される天面ボルト５３のいずれに対しても作業が可能であって尚かつ行いやすいような位置・大きさ、形状となるように開口部２２が設計されていることが望ましい。

ここまで説明した本実施形態のごとき治具５０によれば、角形鋼管２０を水平に移動させる際の摺動抵抗が低減することから、水平位置の調整が従前よりも行いやすく、作業に要する手間が少なくて済む。

［第２の実施形態］
鋼管杭１０の杭頭１１に杭頭接合部材を設置する際の杭頭接合工法の一形態を以下に説明する（図１３～図１６参照）。

ここで説明する工法は、地盤に設けられた鋼管杭（杭）１０の杭頭１１に角形鋼管（杭頭接合部材）２０を設置する際の杭頭接合工法であって、角形鋼管（杭頭接合部材）２０を設置した後、当該角形鋼管（杭頭接合部材）２０の（より詳しくは、角形鋼管２０の天面部２１の）、鋼管杭１０の位置を基準とした所定の位置にアンカーボルト設置用のアンカーボルト孔２６を穿設し、当該アンカーボルト孔２６にアンカーボルト２４を設置する、というものである。

杭頭接合構造ないしは柱脚構造１を構築するにあたり、角形鋼管２０の設置位置に関する規定ないし制限は特になく、ある程度の範囲内に収まっていれば角形鋼管２０としての機能は実現されうる。一方、アンカーボルト２４の位置に関しては規定ないし制限があり、基準位置からたとえば±5mm以内であることが求められる。ここでいう「基準位置」とは、鋼管杭１０の平面位置（図１５、図１６において符号Ｃで示す）をベースとして設定される各アンカーボルト２４の位置のことであり、角形鋼管２０の位置にかかわらず、あくまで鋼管杭１０の平面位置に基づき設定される。この点、上記のごとく、角形鋼管２０を設置した後、天面部２１にアンカーボルト孔２６を現場にて事後的に穿設（後開け）することとすれば、角形鋼管２０の設置位置にかかわらず、各アンカーボルト２４を基準位置に設置することが可能となる。角形鋼管２０を所定の位置に精度よく設置しようとすればどうしても時間と手間がかかってしまうのに対し、上記のごとき工法によればこのような問題を解消し、施工時間を短縮することができる。

また、上記のごとき工法を採用した場合、大きさが均一（１種類のみ）である同一の角形鋼管２０だけで運用できるようになる。すなわち、通常は、柱材３０の大きさに応じてアンカーボルト２４の位置が決定し、これに応じて角形鋼管２０の大きさが決まるのであるが、この点、上記工法のごとくアンカーボルト孔２６を後開けすることにより、用意すべき角形鋼管２０は１種類のみで、どのような柱径の柱材３０にも対応することが可能となる。一例ではあるが、たとえば1000×1000mmの角形鋼管２０であれば、400×400 mmや600×600mmの柱材が設置されることになっても後孔加工により如何様にも対応できる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態ではボールローラー（フリーボールベアリング）５２について説明したがこれは角形鋼管２０を移動する際の摺動抵抗を低減する部材の好適な一例にすぎない。このほかにも、たとえばローラーベアリング、ローラーコンベア（コロ）などを摺動抵抗低減部材として採用することが可能である。

また、上述の実施形態では、ボールローラー５２の球面を角形鋼管２０の天面部２１の裏面（受け面）２１ｂに当接させる場合について説明したが、これは、ボールローラー５２によって支えられる受け面の好適な一例にすぎない。特に図示はしないが、角形鋼管２０の天面部２１が二重蓋構造である場にはその下側の蓋部分の裏面を受け面として機能させてもよい。あるいは、天面部２１の下方に、角形鋼管２０の内壁から中心に向かって突出するブラケット状の段部を設け、該段部の裏面を受け面として機能させてもよい。

また、上述の実施形態では、アンカーフレーム５１の上リング部材５１ａ上にボールローラー５２を配置した形態を説明したが、これとは逆に、角形鋼管２０（のたとえば天面部２１の裏面２１ｂ）にボールローラー５２を下向きに取り付けておき、当該ボールローラー５２の球面をアンカーフレーム５１（のたとえば上リング部材５１ａの上面）に当接させて受ける形態にすることも可能である。

本発明は、鋼管杭などの杭と建築構造物や土木構造物などの上部構造物とを接合するための柱脚構造とその杭頭接合施工時に用いられる治具に適用して好適である。

１…柱脚構造
１０…鋼管杭（杭）
１１…杭頭
２０…角形鋼管（杭頭接合部材）
２１…天面部
２１ｂ…裏面（受け面）
２２…開口部
２４…アンカーボルト
２６…アンカーボルト孔
３０…柱材
５０…治具
５１…アンカーフレーム（フレーム部材）
５１ａ…上リング部材
５１ｂ…下リング部材
５１ｃ…ロッド部材
５１ｄ…締結部材
５１ｅ…接続ロッド
５１ｆ…円形プレート
５２…ボールローラー（摺動抵抗低減部材）
５３…天面ボルト（押上げ部材）
５３ａ…ボルト頭部
５４…天面ナット

Claims (12)

1. 地盤に設けられた杭の杭頭に杭頭接合部材を設置する際に用いられる治具であって、
   前記杭頭接合部材に形成された受け面に当接し、前記杭頭接合部材の水平方向の移動を容易にする摺動抵抗低減部材と、
   該摺動抵抗低減部材を保持するフレーム部材と、
   を備える、治具。
2. 前記摺動抵抗低減部材は、前記杭頭接合部材の前記受け面に球面を当接させるボールローラーである、請求項１に記載の治具。
3. 前記摺動抵抗低減部材は、前記杭頭接合部材の前記受け面に球面を当接させるローラーベアリング又はローラーコンベアのいずれかである、請求項１に記載の治具。
4. 少なくとも３個の前記ボールローラーが配置されてなる、請求項２に記載の治具。
5. 前記ボールローラーが周方向において等間隔に配置されてなる、請求項４に記載の治具。
6. 前記摺動抵抗低減部材は、前記フレーム部材に対して着脱可能に取り付けられている、請求項２から５のいずれか一項に記載の治具。
7. 少なくとも前記受け面が前記摺動抵抗低減部材から離間する程度まで前記杭頭接合部材を上方まで押し上げる押上げ部材をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の治具。
8. 前記押上げ部材は、前記摺動抵抗低減部材の前記杭頭接合部材への当接位置よりも上方の位置まで前記受け面を上昇させる部材で構成されている、請求項７に記載の治具。
9. 前記押上げ部材および前記摺動抵抗低減部材は、前記杭頭接合部材に設けられた開口部を通じて作業者が前記杭頭接合部材の外側から操作等することが可能な位置に配置されている、請求項７または８に記載の治具。
10. 前記押上げ部材は、鉛直方向に上下するように前記フレーム部材に設けられた天面ボルトからなる、請求項９に記載の治具。
11. 地盤に設けられた杭の杭頭に杭頭接合部材を介して柱材を接合する柱脚構造であって、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の治具が前記杭頭接合部材の内部にある状態で前記柱材が接合された、柱脚構造。
12. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の治具を用いて、前記杭の杭頭に前記杭頭接合部材を設置する杭頭接合工法。