JP2002146704A - 杭と桁の結合構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】杭の打設誤差により桁と多少の偏心が生じた場
合に簡単に結合が可能であり、溶接を不要として現場作
業の省力化を図り、コンパクトな構造ながら杭頭に大き
な荷重が作用してもそれに対抗し得る耐力を発生する。 【解決手段】円筒部２０及びこの円筒部の上部開口を閉
塞した蓋部２２とからなる外管１４を、円筒部の外周に
桁１８を接続した状態で、円筒部の内周面で杭１２の杭
頭部１２ａを取り囲むとともに、蓋部の下面及び杭頭部
の頂部との間に、複数本の板状部材を井桁状に組み込ん
でなる補強ビーム２４を介装する。そして、蓋部に設け
た注入口２２ａからモルタル又はコンクリート２６を注
入し、杭の内部を充填し、外管と前記杭頭部との間に生
じた隙間を充填し、さらには補強ビームが埋設されるよ
うに充填することで、杭及び桁を一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、建設工事における杭
と桁の結合構造体に係り、特に杭頭に加わる荷重が非常
に大きい場合に好適な杭と桁の結合構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の杭を打設し、これら杭頭間を桁で
結んで上部構造体を支持する構造は、一般に建築工事に
おいて採用されている。その建築工事の一例として、図
８に示すように、拡幅道路を新たに構築する山岳道路工
事がある。この山岳道路工事は、所定間隔をあけて地盤
Ｇに打設した複数本の杭２Ａ、２Ｂの頭部（以下、杭
頭）２ａにトッププレート４を溶接により固定し、谷側
に突出しながら杭２Ａ、２Ｂの上方に配置した桁６の下
端を、トッププレート４に溶接により固定し、桁６上に
床版１０を配置して、既存道路Ｒ１に平行に、谷側に突
出した拡幅道路Ｒ２を設けた道路としている。

【０００３】この構造によると、杭２Ａ、２Ｂの打設誤
差などにより桁６と杭頭２ａとの位置が多少ずれている
場合であっても、問題なく杭頭２ａと桁６とを固定でき
るというメリットがある。また、既存道路Ｒ１側に大型
車両等の通行による大荷重が加わると、桁６と杭頭２ａ
との結合部分に対して桁６から非常に大きな押し込み荷
重が作用し、拡幅道路Ｒ２側に大荷重が加わると、杭２
Ａを支点として杭２Ｂの桁６と杭頭２ａとの結合部分に
対して桁６から非常に大きな引き抜き荷重が作用する
が、杭頭２ａと桁が６がトッププレート４を介して強固
に固定されているので、それらの荷重に十分に耐える構
造としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した杭頭
２ａと桁６の結合構造は、現場における溶接作業が律速
工程となり、工期が不安定で、品質も一定とするのが難
しく、しかもコスト的にも割高になるデメリットがあ
る。また、杭頭２ａとトッププレート４との溶接作業の
ために杭頭２ａよりもかなり下方まで地盤Ｇを掘削する
余計な作業を必要としていた。

【０００５】ところで、現場溶接作業を不要とする杭頭
と桁との構造として、例えば特開平８−２８４１５９号
公報に開示されているように、外面突起付きの杭の杭頭
の外周を覆うように、桁が連結した内面突起付きの大径
鋼管を配置し、それらの相互間にコンクリートを充填し
てその付着力により杭頭及び桁を一体化する構造が知ら
れている。

【０００６】しかし、この特開平８−２８４１５９号公
報に開示した構造を図８の工事に採用すると、前述した
ように桁６と杭頭２ａとの結合部分に非常に大きな押し
込み荷重、引き抜き荷重が作用するので、杭頭と大径鋼
管との間のコンクリート充填高さを大きくして杭頭及び
コンクリートの間、コンクリート及び大径外管の間の剪
断抵抗を大きくする必要があり、桁６と杭頭２ａとの結
合部分が過大に大型構造となるおそれがある。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、杭の打設誤差により桁と多少の偏心が生じた場合
にも簡単に結合が可能であり、溶接を不要として現場作
業の省力化を図るとともに、コンパクトな構造ながら杭
頭に大きな荷重が作用してもそれに対抗し得る耐力を発
生することができる杭と桁の結合構造体を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、杭と桁とを強固に繋ぐ結合
構造体であって、円筒部及び当該円筒部の上部開口を閉
塞する注入口を有する蓋部とからなる外管が、前記円筒
部の外周に桁を接続した状態で、該円筒部の内周面で杭
の杭頭部を取り囲み、前記蓋部の下面及び前記杭頭部の
頂部との間に蓋部補強部材を介装するとともに、前記蓋
部に設けられた注入口から注入されたモルタル又はコン
クリートが、少なくとも前記外管と前記杭頭部との間に
生じた隙間に充填され、さらには前記蓋部補強部材が埋
設されるように充填されることで、前記杭及び前記桁を
一体化するようにした。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の杭と桁の結合構造体において、前記蓋部補強部材
を、複数本の板状部材を井桁状に組み込んで形成した。
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の
杭と桁の結合構造体において、前記杭頭部と前記外管と
を、互いに隙間を設けた状態で補強ボルトで連結した。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明に
係る実施形態を具体的に説明する。図１は、第１実施形
態の杭と桁の結合構造体をその平面について示したもの
であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図を示したもので
ある。これらの図の符号１２は、地盤に打設されている
中空円筒形状の杭であり、この杭１２の杭頭部１２ａ
を、外管１４が隙間を設けた状態で取り囲んでいる。な
お、符号１６は、外管１４と杭頭部１２ａの隙間の下側
を閉塞する閉塞ブラケットであり、杭１２の外周に締め
付けた状態で配置されている。

【００１１】この閉塞ブラケット１６は後述する杭頭部
１２ａと外管１４との隙間へモルタル、或いはコンクリ
ートなどを充填する際の底板として使用するものであ
り、本発明を構成する部材でない。モルタル、或いはコ
ンクリートなどの施工、養生が終わった時点で取り外し
て別の杭頭部の施工に再利用することができる。もちろ
ん、再利用する手間を省力する場合には放置していても
良い。

【００１２】外管１４は、水平方向に延在するＨ形鋼か
らなる桁１８の端部が外周に溶接により接続され、杭頭
部１２ａの外径より大きな内径とした円筒部２０と、円
筒部２０の上部開口部を閉塞する蓋部２２とを備えた部
材である。そして、蓋部２２の中心位置には、蓋部２２
の外部から内部に貫通する注入穴２２ａが形成されてい
るとともに、蓋部２２の外周側にも、周方向に所定間隔
をあけて複数の空気抜き穴２２ｂが形成されている。な
お、外管１４と桁１８の端部との接続、円筒部２０及び
蓋部２２からなる外管１４は、予め、工場等で製作され
ている。

【００１３】また、外管１４は、蓋部２２の下面と杭頭
部１２ａの頂部との間に補強ビーム２４を介在させた状
態で杭頭部１２ａを取り囲んでいる。補強ビーム２４
は、図３に示すように、金属製の複数の板状部材２４ａ
を互いに直角に交叉するように接続して外観が井桁状を
なす部材であり、予め、蓋部２２の下面に溶接により固
定されている。

【００１４】そして、蓋部２２の注入穴２２ａからモル
タル又はコンクリート２６を注入していく。注入したモ
ルタル又はコンクリート２６は、杭１２の下側から充填
されていき、杭頭部１２ａまで充填されていった後、杭
頭部１２ａから溢れ出て、補強ビーム２４の各板状部材
２４ａの間を通過して外管１４と杭頭部１２ａとの間の
隙間に充填されていく。この際、外管１４と杭頭部１２
ａとの間に存在している空気は、蓋部２２に形成した空
気抜き穴２２ｂから外部に抜け出ていく。

【００１５】なお、モルタル、或いはコンクリートなど
は、杭１２の内部全体へ充填される必要はなく、外管１
４に対応する範囲程度で杭１２の内部へ充填されれば強
度上十分である。予め、杭１２内部に底板を設けておく
ことで、適当な位置で杭１２内へモルタル、或いはコン
クリートなどを充填することができる。また、杭１４と
してコンクリート杭を使用した場合には、当然、杭頭内
部へモルタル、或いはコンクリートが注入されることは
ないが、本発明の効果を得るのに妨げとなるものではな
い。

【００１６】この第１実施形態の杭と桁の結合構造体に
よると、従来、不可欠であった現場溶接の工程を省くこ
とができるとともに、杭１２の打設において多少の偏心
があっても、それを解消することができる。また、蓋部
２２の下面と杭頭部１２ａの頂部との間に補強ビーム２
４を介在させたことにより、桁１８に押し込み荷重（図
２のＦ１で示す荷重）が作用しても蓋部２２の剛性を高
めることができる。すなわち、結合構造体を道路工事の
躯体として使用すると、大型車両による大荷重の押し込
み荷重Ｆ１が桁１８に加わり、蓋部２２を上部に押し上
げようとする杭反力が杭頭部１２ａから働くが、複数の
板状部材２４ａを井桁状に組み込んでなる補強ビーム２
４は、自身の変形耐力が大きいので蓋部２２の剛性を高
める。したがって、本実施形態の結合構造体は、桁１８
に押し込み荷重が作用する場合、桁１８と杭頭部１２ａ
との結合部分を過大に大型構造としなくても、強度を長
期にわたって維持することができる。

【００１７】さらに、モルタル又はコンクリート２６
は、補強ビーム２４を構成する井桁状に組み込んだ板状
部材２４ａの間を通過して充填されるので、杭１２の内
部、杭頭部１２ａ及び外管１４の間の隙間への充填をス
ムーズに行うことができる。加えて、補強ビーム２４と
して井桁状に組み込んだ板状部材とすることで、杭１２
の打設において多少の偏心があった場合でも、井桁に組
んだ中央の交差部分の少なくとも３点以上が杭頭部上に
載置させることが可能であり、大荷重が掛かったときに
補強ビームと杭頭の間の荷重伝達を良好に維持でき、好
適である。

【００１８】次に、図４は、第２実施形態の杭と桁の結
合構造体の平面について示したものであり、図５は、図
４のＢ−Ｂ線断面図を示したものである。なお、第１実
施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその説明
を省略する。また、図５では、便宜的に、補強ボルト２
８、ナット３０を断面をずらして記入した。本実施形態
は、杭頭部１２ａ及び外管１４を補強ボルト２８が貫通
しており、この補強ボルト２８の両端部をナット３０が
螺合して締め付けている。なお、杭頭部１２ａ、外管１
４には、現場或いは工場等でボルト貫通孔が設けられて
いるものとする。

【００１９】この第２実施形態の杭と桁の結合構造体
は、第１実施形態と同様に、現場溶接の工程を省くこと
ができるとともに、杭１２の打設において多少の偏心が
あっても、それを解消することができる。また、本実施
形態は、補強ボルト２８が杭頭部１２ａ及び外管１４を
貫通していることで、桁１８に引き抜き荷重（図６のＦ
２で示す荷重）が作用しても杭１２と桁１８の結合力を
高めることができる。すなわち、結合構造体を道路工事
の躯体として使用すると、他の箇所に配置した杭１２を
支点として図５の桁１８に大荷重の引き抜き荷重Ｆ２加
わる場合があるが、補強ボルト２８の曲げ耐力が作用す
ることで杭１２と桁１８の結合力を高める。

【００２０】したがって、本実施形態の結合構造体は、
桁１８に押し込み荷重、或いは引き抜き荷重の両者が作
用する場合、桁１８と杭頭部１２ａとの結合部分を過大
に大型構造としなくても、強度を長期にわたって維持す
ることができる。

【００２１】

【実施例】図１から図３に示した第１実施形態の結合構
造体を図６に示す山岳道路の拡幅工事に採用する場合
に、第１実施形態の結合構造体を構成する補強ビーム２
４の形状、材質を設定した。谷側に突出した拡幅道路Ｒ
２に大型車両等が通過する際には、桁１８に１００トン
（ｔｆ）［9.81×10⁵ Ｎ］の押し込み荷重Ｆ１が加わる
ものとした。この場合、杭１８から杭反力が作用する補
強ビーム２４は、図３に示すように、４本の板状部材２
４ａにより構成されているので、一本の板状部材２４ａ
に作用する杭反力は２５ｔｆ［2.45×10⁵ Ｎ］である。
各板状部材２４ａに作用する最大曲げモーメントＭ_max
を３．１２５ｔｆ・ｍ、許容応力度を１４００kgf/cm²
［132.3 ＭＰａ］、必要断面係数Ｗを２２３cm³ とする
と、各板状部材２４ａは、材質をＳＳ４００材として、
形状を高さ２００mm、厚さ３５mmの矩形板状体とした。
したがって、図６に示す具体例においても、杭１２の打
設誤差により桁１８と多少の偏心が生じた場合にも簡単
に結合が可能であり、溶接を不要として現場作業の省力
化を図るとともに、コンパクトな構造ながら杭頭部１２
ａに大きな押し込み荷重Ｆ１が作用しても対抗し得る耐
力を発生する山岳道路の拡幅工事を行うことができる。

【００２２】次に、図４及び図５に示した第２実施形態
の結合構造体を、図７に示す山岳道路の拡幅工事に採用
する場合に、第２実施形態の結合構造体を構成する補強
ボルト３０を設定した。既存道路Ｒ１に大型車両等が通
過する際には、図６でも説明したように、補強ビーム２
４を配設したことによって、大きな押し込み荷重が作用
しても対抗し得る耐力を発生することができる。

【００２３】それに対して、拡幅道路Ｒ２に大型車両等
が通過する場合には、図７の左側の杭１２を支点とし
て、右側の杭１２の杭頭部１２ａ付近に引き抜き力Ｆ２
が作用する。ここで、杭１２を厚さ９．５mm、直径が５
０８mmになるシーム鋼管とし、外管１４を、厚さ９．５
mm、直径が７１１．２mmになるシーム鋼管とすると、ボ
ルト直径が３６mmの補強ボルト２８を、杭頭部１２ａ及
び外管１４を貫通させた。

【００２４】この補強ボルト２８を使用し、杭１２及び
杭１２の周囲にモルタル（普通モルタル）を充填して杭
の引き抜き試験（試験条件：静的載荷試験、破壊までの
単調載荷）を行ったが、その結果、補強ボルト２８を有
しない他は同様の条件になる結合構造体においては荷重
の増加は停止したであろうと考えられる点以降もボルト
の曲げ耐力により再び荷重が緩やかに増加し２４０．１
ｔｆ［2.35×10⁶ Ｎ］の最大荷重を確認できた。

【００２５】したがって、図７に示す具体例において
も、杭１２の打設誤差により桁１８と多少の偏心が生じ
た場合にも簡単に結合が可能であり、溶接を不要として
現場作業の省力化を図るとともに、コンパクトな構造な
がら杭頭部１２ａに大きな押し込み荷重Ｆ１、引き抜き
荷重Ｆ２が作用しても、十分に対抗し得る耐力を発生す
る山岳道路の拡幅工事を行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の杭
と桁の結合構造体によると、従来、不可欠であった現場
溶接の工程を省くことができるとともに、杭の打設にお
いて多少の偏心があっても、正常に結合構造体を構築す
ることができる。また、蓋部の下面と杭頭部の頂部との
間に蓋部補強部材を介在させたことにより、桁に押し込
み荷重が作用しても蓋部の剛性を高めることができ、杭
と桁との結合部分を過大に大型構造としなくても、強度
を長期にわたって維持することができる。

【００２７】また、請求項２記載の杭と桁の結合構造体
によると、蓋部補強部材を井桁状に組み込んだ板状部材
で構成しているので、蓋部から注入したモルタル又はコ
ンクリートは、各板状部材の間を通過して、杭の内部
や、杭頭部及び外管の間の隙間に向けてスムーズに流れ
ていくので、充填作業を容易に行うことができる。さら
に、請求項３記載の杭と桁の結合構造体によると、補強
ボルトが杭頭部及び外管を貫通していることで、桁に引
き抜き荷重が作用しても杭と桁の結合力を高めることが
できる。したがって、さらに、杭と桁の結合部分の強度
を長期にわたって維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態の杭と桁の結合構造
体を示す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】第１実施形態で使用している蓋部補強部材を示
す斜視図である。

【図４】本発明に係る第２実施形態の杭と桁の結合構造
体を示す平面図である。

【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】第１実施形態の構造体を採用した山岳道路の拡
幅工事を示す図である。

【図７】第２実施形態の構造体を採用した山岳道路の拡
幅工事を示す図である。

【図８】従来の杭と桁の結合構造体を採用した山岳道路
の拡幅工事を示す図である。

【符号の説明】

１２ 杭 １２ａ 杭頭部 １４ 外管 １８ 桁 ２０ 円筒部 ２２ 蓋部 ２２ａ 注入穴（注入口） ２４ 補強ビーム（蓋部補強部材） ２４ａ 板状部材 ２６ モルタル又はコンクリート ２８ 補強ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉武 英樹 東京都台東区蔵前２丁目17番４号 川鉄テ クノコンストラクション株式会社内 (72)発明者 塩田 啓介 東京都台東区蔵前２丁目17番４号 川鉄テ クノコンストラクション株式会社内 Ｆターム(参考） 2D041 AA03 BA19 BA37 DB02 2D046 AA11 CA05 2D051 BA03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 杭と桁とを強固に繋ぐ結合構造体であっ
   て、円筒部及び当該円筒部の上部開口を閉塞する注入口
   を有する蓋部とからなる外管が、前記円筒部の外周に桁
   を接続した状態で、該円筒部の内周面で杭の杭頭部を取
   り囲み、前記蓋部の下面及び前記杭頭部の頂部との間に
   蓋部補強部材を介装するとともに、前記蓋部に設けられ
   た注入口から注入されたモルタル又はコンクリートが、
   少なくとも前記外管と前記杭頭部との間に生じた隙間に
   充填され、さらには前記蓋部補強部材が埋設されるよう
   に充填されることで、前記杭及び前記桁が一体化されて
   なることを特徴とする杭と桁の結合構造体。
2. 【請求項２】 前記蓋部補強部材を、複数本の板状部材
   を井桁状に組み込んで形成したことを特徴とする請求項
   １記載の杭と桁の結合構造体。
3. 【請求項３】 前記杭頭部と前記外管とを、互いに隙間
   を設けた状態で補強ボルトで連結したことを特徴とする
   請求項１又は２記載の杭と桁の結合構造体。