JP2006249808A - 杭とフーチングの接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな引き抜き力が加わった場合であっても、優れた引き抜き耐力を備えた杭とフーチングの接合構造を提供する。
【解決手段】 外周面にずれ止め部２１が形成された杭２の杭頭部２Ａをフーチング３に埋め込み、杭２とフーチング３とを接合させる構造であって、前記杭頭部２Ａの外周側のフーチング３内に、軸を上下方向に向けた一本又は二本以上の鉄筋４１が配され、この鉄筋４１の上端部を杭頭部２Ａよりも上方に延ばし、前記鉄筋４１周面には、一又は二以上の突起部４１ａを形成した杭２とフーチング３の接合構造。
【選択図】 図１

Description

本発明は、杭基礎等で適用される杭とフーチングの接合構造に関する。

杭とフーチングの接合構造の一例として、鋼管杭を杭頭部が突出するように地盤に埋め込み、この杭頭部をフーチング（コンクリート基礎）に埋め込むことにより、杭とフーチングとを接合したものが知られている。
このような接合構造で用いられる鋼管杭２の一例として、図８に示すように、杭頭部２Ａをなす鋼管杭２の周面にずれ止め部２１が形成されたものが知られている（特許文献１参照）。この鋼管杭２を用いることにより、地震等でフーチング３に接続した上部の構造物が大きく揺れて、鋼管杭２に引き抜き力（重力とは反対側に向かう力）が加わった場合であっても、ずれ止め部２１で支圧力が発生し、フーチング３をなすコンクリートのせん断耐力で引き抜き力に抵抗できるようになっている。なお、図８中の符号１は、鋼管杭２が埋め込まれた地盤を指す。
特開２００４−１２４４９１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の鋼管杭２を、高重量構造物を支持可能な高支持力型鋼管杭として用いると、地震時に作用する引き抜き力も大きくなるため、コンクリートのせん断耐力だけで引き抜き力に抵抗するのは難しい。よって、大きな引き抜き力が加えられた高支持力型鋼管杭では、図９に示すように、支圧力が発生したずれ止め部２１から地盤１の上面に至るまでコンクリートのせん断破壊が生じて、その後の引き抜き力に対する抵抗力が小さくなるおそれがある。
そこで、本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、例えば高支持力型鋼管杭のように大きな引き抜き力が加わる場合であっても、優れた引き抜き耐力を備えた杭とフーチングの接合構造を提供することを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明の杭とフーチングの接合構造は、少なくとも外周面にずれ止めが形成された杭の杭頭部をフーチングに埋め込むことにより、前記杭と前記フーチングとを接合させる構造であって、前記杭頭部の外周側のフーチング内に、軸を上下方向に向けた一本又は二本以上の鉄筋が配設され、この鉄筋の上端部は前記杭頭よりも上方に延びているとともに、前記鉄筋の周面には、一又は二以上の突起部が形成されていることを特徴とするものである。

これによれば、鋼管杭に引き抜き力が加えられた場合であっても、軸を上下方向に向けて配設した鉄筋自体のせん断耐力や、鉄筋及びフーチングをなすコンクリート間の付着力が作用するとともに、従来は杭の杭頭部に形成されたずれ止め部だけで発生していた支圧力が、鉄筋に形成された突起部でも発生するようになるため、上述した特許文献１に記載の接合構造よりも、引き抜き力に対する抵抗力が大きくなる。

本発明において「杭頭よりも上方に延びる鉄筋の長さ」は、鉄筋及びフーチングをなすコンクリート間で十分な付着力が得られる長さであれば特に限定されない。例えば、鉄筋とコンクリート間の付着力を十分に得るためには、「 鉄筋とコンクリートの相対引抜け量の算出方法について」（コンクリート工学論文，松本進ら）や「マッシブなコンクリートに埋め込まれた異形鉄筋の付着応力，すべりーひずみ関係」（島弘ら，土木学会論文集，第３７８号，Ｖ−６，１９８７年２月）より考察すると、杭頭よりも２０ｄ（ｄ：鉄筋径）以上、より望ましくは２５ｄ以上の長さとすることが好ましい。

また、鉄筋とコンクリート間の付着力を十分に得るための他の手段として、鉄筋の上端部にアンカー部材（固定部材）を設けたり、鉄筋の上端部を水平方向に折り曲げたりすることが挙げられる。このような手段を採用した場合、杭頭よりも上方に延びる鉄筋の長さを、上述した好ましい長さ（杭頭よりも２０ｄ以上）よりも短くすることが可能となる。 また、本発明の杭とフーチングの接合構造において、少なくとも一本の前記鉄筋の中心と、前記杭頭部の外周面との最短距離は、前記杭頭部の外径の０．２倍以下であることが好ましい。

これによれば、ずれ止め部と突起部との間で荷重が円滑に伝達されるため、引き抜き力に対する抵抗力がより大きくなり、より優れた引き抜き耐力を得ることができる。
ここで、少なくとも一本の鉄筋の中心と、杭頭部の外周面との最短距離が杭頭部の外径の０．２倍を超える程、ずれ止め部と突起部との間で伝達される荷重が小さくなる。よって、ずれ止め部と突起部との間で荷重の伝達をより円滑に行うためには、上記距離を出来る限り短くすることが好ましい（後述する図７参照）。

さらに、本発明の杭とフーチングの接合構造において、前記フーチング内に、前記杭頭部の外周面を貫通した状態で水平方向に延びる鉄筋、及び／又は、前記外周面に接した状態で水平方向に延びる鉄筋が、一本又は二本以上配設されていることが好ましい。
これによれば、水平方向に延びるように配設した鉄筋自体のせん断耐力や、鉄筋及びフーチングをなすコンクリート間の付着力がさらに大きくなるため、引き抜き力に対する抵抗力がさらに大きくなる。

本発明の杭とフーチングの接合構造によれば、杭頭部の外周側のフーチング内に、軸を上下方向に向けた一本又は二本以上の鉄筋が配設され、この鉄筋の上端部は杭頭よりも上方に延びているとともに、鉄筋の周面には一又は二以上の突起部が形成されていることにより、例えば高支持力型鋼管杭のように大きな引き抜き力が加わる場合であっても、優れた引き抜き耐力を備えることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の杭とフーチングの接合構造の一例を示す断面図である。図２は、図１に示す杭と鉄筋との配置状態を示す平面図である。
この接合構造は、図１及び図２に示すように、杭頭部２Ａの突出長さＬ２が、杭頭部２Ａの外径Ｄ以上となるように地盤１に埋め込まれた鋼管杭２と、地盤１から突出した杭頭部２Ａが埋め込まれたフーチング３と、杭頭部２Ａの外周側のフーチング３内に埋め込まれた複数本（本実施形態では８本）の異形鉄筋（鉄筋）４１と、を備えている。

鋼管杭２の内部には、少なくとも杭頭部２Ａをなす深さまで内部コンクリート２２が充填されている。この杭頭部２Ａをなす鋼管杭２の内周面及び外周面には、複数段（本実施形態では二段）のずれ止め部２１が鋼管杭２の外周面と内周面にそれぞれ帯状に形成されている。
異形鉄筋４１は、その周面に軸方向に沿った複数の突起部４１ａが形成されており、その下端部が地盤１に出来る限り近づけて配置され、その上端部が鋼管杭２の杭頭よりも長さＬ１（本実施形態では、鉄筋径の２５倍の長さ）以上、上方に配置されている。また、異形鉄筋４１の中心と、杭頭部２Ａの外周面との最短距離Ｗは、杭頭部２Ａの外径Ｄの０．２倍以下となっている。

また、異形鉄筋４１は、軸を上下方向（鋼管杭２の軸方向）に向けた状態で、鋼管杭２の外周面に沿って等間隔で配設されている。これらの異形鉄筋４１は、上下方向の複数箇所（本実施形態では四箇所）でフープ筋４２により束ねられた状態で支持され、フープ筋４２との各交差部には溶接による固着部４３が形成されている。この固着部４３は、上述した異形鉄筋４１に形成された突起部４１ａと同様に、鋼管杭２に引き抜き力が加えられた場合に、支圧力を発生させる突起部として作用する。
フーチング３は、鋼管杭２が埋め込まれ、この鋼管杭２の外周側に異形鉄筋４１を配設した後の地盤１の上にコンクリートを打設することで、鋼管杭２の内部コンクリート２２と同時に形成した。

次に、上記構成の杭とフーチングの接合構造における作用・効果について説明する。
このような接合構造では、地震等により、フーチング３に接続した上部の構造物が大きく揺れて、鋼管杭２に引き抜き力が加わった場合であっても、軸を上下方向に向けて配設した異形鉄筋４１自体のせん断耐力と、異形鉄筋４１及びフーチング３をなすコンクリート間の付着力との作用に加えて、鋼管杭２の外周面にあるずれ止め部２１と、異形鉄筋４１の突起部４１ａと、異形鉄筋４１とフープ筋４２との固着部４３とでそれぞれ支圧力が発生して相互間で荷重が伝達されるため、優れた引き抜き耐力を備えることができる。

なお、本実施形態では、軸を上下方向に向けた異形鉄筋４１を、鋼管杭２の外周面に沿って等間隔で複数本配設したが、この異形鉄筋４１は杭頭部２Ａの外周側に一本又は二本以上配設されるのであれば、その配設状態はこれに限らない。例えば、軸を上下方向に向けた複数本の異形鉄筋４１を、鋼管杭２の周面に沿ってランダムに配設してもよい。
また、本実施形態では、軸を上下方向に向けた複数本の異形鉄筋４１を、図２に示すように、平面視で円形状に配設したが、これに限らず、平面視で二重以上の円形状に配設してもよい。この場合、杭頭部２Ａの外周面と、この杭頭部２Ａと最も近い距離に配設される異形鉄筋４１の中心との最短距離Ｗを、杭頭部２Ａの外径Ｄの０．２倍以下とすることが好ましい。

さらに、本実施形態では、杭頭部２Ａの外周側に、軸を上下方向に向けて配設され、周面に一又は二以上の突起部が形成された鉄筋として、異形鉄筋４１を用いたが、鋼管杭２に引き抜き力が加わった場合に支圧力を発生させる構成であればこれに限らない。例えば、周面に突起部のない鉄筋を軸を上下方向に向けて配設し、上述したように、この鉄筋を支持するフープ筋との交差部に固着部を形成することで、周面に突起部が形成された鉄筋としてもよいし、予め溶接等で周面に突起部が形成された鉄筋を配設してもよい。

さらに、本実施形態では、鋼管杭２のフーチング３への埋め込み長さ（つまり、杭頭部２Ａの突出長さＬ２）を杭頭部２Ａの外径Ｄ以上としたが、鋼管杭２のフーチング３への埋め込み長さはこれに限らず、フーチング３上に設けられる構造物の重量等により適宜変更可能である。
さらに、本実施形態では、異形鉄筋４１の下端部を地盤１よりも浮かせて配置したが、これに限らず、異形鉄筋４１の下端部を地盤１に接して配置してもよい。

＜第二実施形態＞
図３は、本発明の杭とフーチングとの接合構造の他の例を示す断面図である。図４は、図３に示す杭と鉄筋との配置状態を示す平面図である。
この接合構造は、図３及び図４に示すように、杭頭部２Ａの外周側に、軸を上下方向に向けた複数本（本実施形態では１２本）の異形鉄筋４１が、第一実施形態と同様に配設されているとともに、杭頭部２Ａの外周面より水平方向（鋼管杭２の直径方向）に延びる複数本（本実施形態では１０本）の異形鉄筋４４が配設されている。
水平方向に延びる異形鉄筋４４の周面には、軸方向に沿った複数の突起部４４ａが形成されており、両端部にはアンカー部材４６が設けられている。

また、異形鉄筋４４は、杭頭部２Ａの外周面を貫通した状態で水平方向に延びるものと、杭頭部２Ａの外周面に接した状態で水平方向に延びるものとからなり、平面視で格子状となるように、図示しないフーチング形成用配筋よりも上方に配設されている。これらの異形鉄筋４４の各交差部のうち、杭頭部２Ａの外周側に存在する交差部には、溶接による固着部４５が形成されている。

次に、上記構成の杭とフーチングの接合構造における作用・効果について説明する。
このような接合構造では、地震等により、フーチング３に接続した上部の構造物が大きく揺れて、鋼管杭２に引き抜き力が加わった場合であっても、異形鉄筋４１，４４自体のせん断耐力と、異形鉄筋４１，４４及びフーチング３をなすコンクリート間の付着力との作用に加えて、鋼管杭２の外周面にあるずれ止め部２１と、異形鉄筋４１，４４の突起部４１ａ，４４ａと、異形鉄筋４４間の固着部４５とでそれぞれそれぞれ支圧力が発生して相互間で荷重が伝達されるため、優れた引き抜き耐力を備えることができる。

また、水平方向に延びる異形鉄筋４４の各両端部にアンカー部材４６が固定されていることにより、軸を上下方向に向けて配設する異形鉄筋４１の上端部を上述した第一実施形態よりも下方に位置させても、優れた引き抜き耐力を得ることができる。
なお、本実施形態では、水平方向に延びる異形鉄筋４４の両端部にアンカー部材４６を固定した場合について説明したが、引き抜き耐力が得られる構成であればこれに限らない。例えば、水平方向に延びる異形鉄筋４４の各両端部を地盤１の方向或いはその逆方向に折り曲げた形状としてもよい。また、水平方向に延びる異形鉄筋４４の各両端部を折り曲げる代わりに、定着長として、水平方向に延びる異形鉄筋４４の各両端部が、鋼管杭２の外周面から２０ｄ（ｄ：鉄筋径）以上、より望ましくは２５ｄ以上突出するように配設してもよい。

また、本実施形態では、杭頭部２Ａの外周面より水平方向に延びる鉄筋として、周面に突起部４４ａが形成された異形鉄筋４４を用いたが、これに限らず、突起部が形成されていない鉄筋を用いてもよい。
さらに、本実施形態では、水平方向に延びる異形鉄筋４４として、杭頭部２Ａの外周面を貫通した状態で水平方向に延びるものと、杭頭部２Ａの外周面に接した状態で水平方向に延びるものとを配設したが、これに限らない。例えば、水平方向に延びる異形鉄筋４４として、杭頭部２Ａの外周面を貫通した状態で水平方向に延びるものだけを配設してもよいし、杭頭部２Ａの外周面に接した状態で水平方向に延びるものだけを配設してもよい。

さらに、本実施形態では、水平方向に延びる異形鉄筋４４を、平面視で直角に交わる格子状に配設したが、これに限らず、平面視で斜めに交わるように配設してもよい。
さらに、本実施形態では、軸を上下方向に向けた異形鉄筋４１と、杭頭部２Ａの外周面より水平方向に延びる異形鉄筋４４とを接触しないように配設したが、これに限らず、例えば、軸を上下方向に向けた異形鉄筋４１と、杭頭部２Ａの外周面より水平方向に延びる異形鉄筋４４とを接触するように配設し、各接触部を溶接等により固着させてもよい。

以下、本発明の効果を本発明例及び比較例の引き抜き試験の結果に基づいて検証する。 本発明例の杭とフーチングの接合構造として、図５に示すように、鋼管杭２の杭頭部２Ａと、その外周側に第一実施形態と同様に配設された異形鉄筋４１及びフープ筋４２とが、フーチングと同様のコンクリート体５の上側に埋め込まれたものを疑似的に作製した。 なお、コンクリート体５は、図示しないアンカー部材によって固定支持されている。そして、軸を上下方向に向けた異形鉄筋４１の中心と、杭頭部２Ａの外周面との最短距離Ｗを、鋼管杭２の杭頭部２Ａの外径Ｄの０倍以上０．５倍以下の間で種々変更し、以下に示す条件で引き抜き試験を行った。

この引き抜き試験では、公知の引き抜き試験機により各接合構造の鋼管杭２に対して引き抜き力を加え、その最大引き抜き耐力を測定した。そして、この結果を用いて、軸を上下方向に向けた異形鉄筋４１の中心と杭頭部２Ａの外周面との最短距離Ｗと、最大引き抜き耐力との関係を示す図７のグラフを作成した。
＜引き抜き試験条件＞
鋼管杭：杭径（鋼管外径）３１８．５ｍｍ，鋼管厚み１５ｍｍ，杭長さ１１００ｍｍ，
鋼管杭の埋め込み長さ：３００ｍｍ
鋼管杭の周面に形成されたすべり止め：２段，突出長さ各９ｍｍ
異形鉄筋：直径１６ｍｍ，１６本
フープ筋：直径１６ｍｍ，３本
異径鉄筋の杭頭よりも突出した長さ：４００ｍｍ（２５ｄ）
フーチング寸法：高さ８００ｍｍ，横方向長さ１５００ｍｍ，縦方向長さ１５００ｍｍ

一方、比較例の杭とフーチングの接合構造として、図６に示すように、杭頭部２Ａの外周側に鉄筋を配設していないものを作製し、上述と同様の条件で引き抜き試験を行った。この結果は、上述した図７のグラフに併せて示した。
図７のグラフから、コンクリート体５に埋め込まれた杭頭部２Ａの外周側に、軸を上下方向に向けた異形鉄筋４１を配設した本発明例では、杭頭部２Ａの外周側に鉄筋を配設していない比較例と比べて、最大引き抜き耐力が大きくなっていることが分かった。
特に、軸を上下方向に向けた異形鉄筋４１の中心と、杭頭部２Ａの外周面との最短距離Ｗを杭頭部２Ａの外径Ｄの０．５倍以上とすると、最大引き抜き耐力が比較例と比べて大きくなり、最短距離Ｗを杭頭部２Ａの外径Ｄの０．２倍以下とすると、最大引き抜き耐力が大幅に大きくなっていることが分かった。

本発明の杭とフーチングの接合構造の一例を示す断面図である。 図１に示す杭と鉄筋との配置状態を示す平面図である。 本発明の杭とフーチングの接合構造の他の例を示す断面図である。 図３に示す杭と鉄筋との配置状態を示す平面図である。 引き抜き試験用に作製した本発明例の杭とフーチングとの接合構造を模擬的に示す側面図である。 引き抜き試験用に作製した比較例の杭とフーチングの接合構造を模擬的に示す側面図である。 軸を上下方向に向けた異形鉄筋の中心と、杭頭部の外周面との距離と、最大引き抜き耐力との関係を示すグラフである。 従来の杭とフーチングの接合構造の一例を示す断面図である。 従来の杭とフーチングの接合構造において、引き抜き力が加わった場合の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 地盤
２ 鋼管杭（杭）
２Ａ 杭頭部
２１ ずれ止め部
２２ 内部コンクリート
３ フーチング
４１ 異形鉄筋（軸を上下方向に向けた鉄筋）
４１ａ 突起部
４２ フープ筋
４３ 固着部（突起部）
４４ 異形鉄筋（水平方向に延びる鉄筋）
４６ アンカー部材
５ コンクリート体
Ｄ 杭頭部の外径
Ｌ１ 杭頭よりも上方に延びる異形鉄筋の長さ
Ｌ２ 杭頭部の突出長さ
Ｗ 異形鉄筋の中心と、杭頭部の外周面との最短距離

Claims (3)

1. 少なくとも外周面にずれ止めが形成された杭の杭頭部をフーチングに埋め込むことにより、前記杭と前記フーチングとを接合させる構造であって、
   前記杭頭部の外周側のフーチング内に、軸を上下方向に向けた一本又は二本以上の鉄筋が配設され、この鉄筋の上端部は前記杭頭よりも上方に延びているとともに、
   前記鉄筋の周面には、一又は二以上の突起部が形成されていることを特徴とする杭とフーチングの接合構造。
2. 少なくとも一本の前記鉄筋の中心と、前記杭頭部の外周面との最短距離は、前記杭頭部の外径の０．２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の杭とフーチングの接合構造。
3. 前記フーチング内に、前記杭頭部の外周面を貫通した状態で水平方向に延びる鉄筋、及び／又は、前記外周面に接した状態で水平方向に延びる鉄筋が、一本又は二本以上配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭とフーチングの接合構造。

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