JP2017172328A

JP2017172328A - 場所打ち鋼管コンクリート杭及びその鋼管

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Publication number: JP2017172328A
Application number: JP2017134536A
Authority: JP
Inventors: 菅　一雅; Kazumasa Suga; 一雅菅; 圭将服部; Keisho Hattori; 那穂吉川; Nao Yoshikawa; 映吉田; Ei Yoshida
Original assignee: Japan Pile Corp
Current assignee: Asia Pile Holdings Corp
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: JP6406560B2

Abstract

【課題】鋼管とコンクリートとの一体化を図ることができ、しかも鉄筋籠が鋼管内を通過可能としつつ、スペーサの寸法を掘削孔径に応じた適正なものとすることができる、場所打ち鋼管コンクリート杭及びその鋼管を提供すること。【解決手段】掘削孔上部に設置される鋼管１と、外周に複数のスペーサを有し、鋼管１内を通して掘削孔に建て込まれる鉄筋籠と、掘削孔に打設されるコンクリートとからなる場所打ち鋼管コンクリート杭であって、鋼管１の内周に該鋼管と硬化コンクリートとの間の軸方向ずれを拘束するための複数の拘束部材２を周方向に間隔を置いて設け、鉄筋籠の建て込み時にスペーサが拘束部材２，２間を通過可能とし、鋼管の軸線方向にて拘束部材の少なくとも直上であって鋼管の外周に補強部材を設けた。【選択図】図１

Description

この発明は、場所打ち鋼管コンクリート杭及びその鋼管に関する。

例えば、ＫＣＴＢ工法として知られている場所打ち鋼管コンクリート杭工法は、場所打ちコンクリート杭の頭部に、これを取り囲むように、スパイラル状の内面突起を有する鋼管を設置する工法である。

この工法によれば、杭頭部がスパイラル状突起によってコンクリートと一体化した鋼管で補強されるので、杭頭部の断面積を増やすことなく、大きな曲げモーメントやせん断力に対する必要な杭耐力が得られる。また、同時に高い変形性能（靱性）を得ることができ、より耐震性を向上させることができる。通常の鉄筋コンクリートだけの場所打ちコンクリート杭と比較して、杭頭部を細くすることができるため、拡底杭工法と組み合わせると、工期の短縮を図り、コンクリートや掘削残土の量を低減することができる。

しかしながら、スパイラル状の内面突起を有する鋼管は、多数の突条を有する帯状鋼板をスパイラル状に丸めることによって円筒形のものにするという製造方法によって作られるため、納期の問題やコストが高くなるという難点がある。

また、場所打ちコンクリート杭工法には、鋼管内部をコンクリートのみとする場合（ＳＣタイプ）と、鉄筋コンクリートとする場合（ＳＲＣタイプ）とがあるが、ＳＲＣタイプの場合、鉄筋籠は図１２に示すようにして掘削孔に建て込まれる。すなわち、同図（ａ）に示すように、地盤に形成した掘削孔上部にケーシング５０が建て込まれ、このケーシング５０に鋼管５１が預けられる。鉄筋籠５２は一般には所定長さにユニット化され、この鉄筋籠ユニット５２は順次接続しながら鋼管５１の内部を通して掘削孔５３に建て込まれる。

鉄筋籠ユニット５２の外周には、鉄筋籠を掘削孔５３の軸心に保持するための複数のスペーサ５４が設けられている。しかしながら、鋼管５１は上述のように内面にスパイラル状の突起５５を有しているため（同図（ｂ）参照）、鉄筋籠ユニット５２が鋼管５１内を通過できるようにするためには、スペーサ５４の鉄筋籠ユニット５２からの径方向突出寸法を小さくせざるをえない。その結果、スペーサ５４は鋼管５１を通過したものの、掘削孔５３の孔壁から大きく離れることとなり、スペーサとしての機能を果たさなくなってしまう。

上記問題点に言及したものではないが、場所打ち鋼管コンクリート杭に関する先行技術文献としては例えば、以下に記すようなものを挙げることができる。

特開２００２−４２７１号公報特開２０１１−７４５６９号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、コスト高となるスパイラル状突起を有する鋼管によらなくとも、鋼管とコンクリートとの一体化を図ることができ、加えて鉄筋籠が鋼管内を通過可能としつつ、スペーサの鉄筋籠からの突出寸法を掘削孔径に応じた適正なものとすることができ、それによって鉄筋籠を掘削孔軸心に保持することができる、場所打ち鋼管コンクリート杭及びその鋼管を提供することにある。

スペーサの鉄筋籠からの突出寸法を制限しているスパイラル状突起は、上述のように、コンクリートと鋼管との付着力を増し、硬化コンクリートの軸方向ずれを拘束するためのものである。そこで、この発明の発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、鋼管内面に設ける突起をスパイラル状としなくとも、単にリング状のものとするだけで硬化コンクリートを十分に拘束することができることを見出した。しかし、依然として、スペーサの寸法が制限されるので、これを解決すべく次のような解決手段を見出した。

すなわち、この発明は、掘削孔上部に設置される鋼管と、外周に複数のスペーサを有し、前記鋼管内を通して前記掘削孔に建て込まれる鉄筋籠と、前記掘削孔に打設されるコンクリートとからなる場所打ち鋼管コンクリート杭であって、
前記鋼管の内周に該鋼管と硬化コンクリートとの間の軸方向ずれを拘束するための複数の拘束部材を周方向に間隔を置いて設け、前記鉄筋籠の建て込み時に前記スペーサが前記拘束部材間を通過可能としたことを特徴とする場所打ち鋼管コンクリート杭にある。

上記場所打ち鋼管コンクリート杭において、前記拘束部材の少なくとも直上であって前記鋼管の外周に補強部材を設けるとよい。また、前記拘束部材の下方であって前記鋼管の内周に、コンクリートのブリーディングによる分離水が前記拘束部材に向かって上昇するのを阻止するための複数のブリーディング処理部材を、前記拘束部材の間隔に対応した間隔を置いて設けるようにしてもよい。

また、この発明は、掘削孔上部に設置されて、その内部を通して外周に複数のスペーサを有する鉄筋籠が前記掘削孔に建て込まれる、場所打ち鋼管コンクリート杭用の鋼管であって、
内周に該鋼管と硬化コンクリートとの間の軸方向ずれを拘束するための複数の拘束部材を周方向に間隔を置いて設け、前記鉄筋籠の建て込み時に前記スペーサが前記拘束部材間を通過可能としたことを特徴とする場所打ち鋼管コンクリート杭用鋼管にある。

上記場所打ちコンクリート杭用鋼管において、前記拘束部材の少なくとも直上であって前記鋼管の外周に補強部材を設けるとよい。また、前記拘束部材の下方であって前記鋼管の内周に、コンクリートのブリーディングによる分離水が前記拘束部材に向かって上昇するのを阻止するための複数のブリーディング処理部材を、前記拘束部材の間隔に対応した間隔を置いて設けるようにしてもよい。

この発明によれば、鋼管の内周に複数の拘束部材を設けることによってコンクリートと鋼管との一体化を図るようにしたので、鋼管は通常の平鋼板を丸めたものを使用することができ、納期の短縮やコストを安価なものとすることができる。また、複数の拘束部材間には間隔が形成されているので、鉄筋籠の建て込み時にはスペーサが拘束部材間を通過することができる。これにより、スペーサの鉄筋籠からの突出寸法を、その先端が鋼管の内周にほぼ達する大きなものとすることができる。その結果、スペーサの外周端が掘削孔の孔壁近くに位置することとなり、スペーサは鉄筋籠を掘削孔の軸心に保持する本来の機能を発揮する。

この発明による鋼管の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は軸方向断面図である。鋼管の別の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は軸方向断面図である。拘束部材の形態例を示す平面図である。拘束部材の他の形態例を示す軸方向断面図である。この発明による場所打ち鋼管コンクリート杭の施工手順を示す鉛直方向断面図である。図５に引き続く施工手順を示す鉛直方向断面図である。鋼管内のコンクリートを押し抜く力によって鋼管に作用する膨張圧を説明する断面図である。鋼管に作用する膨張圧と鋼管円周方向に発生する引張力との関係を説明するための模式図（ａ）、及び拘束圧とＤ／ｔとの関係を示すグラフ（ｂ）である。拘束圧を考慮した鋼管の別の実施形態を示す軸方向断面図である。コンクリートのブリーディングによる拘束部材への影響（ａ）と、対処法（ｂ）を示す図である。鋼管にブリーディング処理部材を設けた実施形態を示す軸方向断面図である。従来例を示し、（ａ）は鉛直方向断面図、（ｂ）は鉄筋籠建て込み時におけるスペーサとスパイラル状突起との関係を示す拡大断面図である。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１に示すように、鋼管１の下部内周には複数の拘束部材２が周方向に間隔ｄを置いて設けられている。拘束部材２は、鋼管１内に打設されて硬化したコンクリートが、鋼管１との間で軸方向にずれるのを拘束するためのものであり、所定の厚みを持った断面四角形の鋼材で作られている。拘束部材２は突起あるいは突条と言い換えることもでき、その厚みが突起あるいは突条の高さとなる。

拘束部材２の個数すなわち間隔ｄの数は、鉄筋籠に設けられるスペーサの周方向の個数に応じた数であり、一般には杭径に応じて同一円周上に４〜８個設けられる。図示の例では拘束部材２は鋼管１の軸方向に関して一段であるが、複数段となるように配置してもよい。

拘束部材２の周方向長さは、コンクリートに対する必要な拘束力の大きさに応じて増減することができる。必要な拘束力が小さくてよい場合、図２に示すように、周方向長さを短くすることができ、その結果、間隔ｄを大きくすることができる。

拘束部材２は溶接により鋼管１の内周に固着されるが、ボルト止め等の他の手段によって固着してもよい。拘束部材２は図３，図４に示すように、種々の形態を採ることができる。同図（ａ）は、拘束部材２の両端に厚み（突起高さ）が徐々に減じるようなテーパ部３を設けた例である。このようなテーパ部３を設けることにより、間隔ｄは鋼管の内方側が広がることになるので、拘束部材２，２間をスペーサが通過しやすくなる。

同図（ｂ）は拘束部材２の両端に溶接ビード５を盛って厚みを部分的に増加させた例である。これによって、コンクリートと鋼管１との付着力を増すことができる。同図（ｃ）は、リング部材を溶接した後、そのリング部材を周方向に間隔を置いた複数箇所で研削して複数の拘束部材２を形成した例である。

また、図４は拘束部材２の両端部に幅（鋼管の軸方向寸法）が徐々に減じるようなテーパ部４を設けた例を示している。このようなテーパ部４を設けることにより、間隔ｄは上方に向けて広がることになるので、図中矢印で示すスペーサの下降通過の際に、スペーサが拘束部材２，２間を通過しやすくなる。

図５，図６は、上記鋼管１を使用した場所打ち鋼管コンクリート杭の概略施工手順を示している。図５（ａ）に示すように、アースドリル機等によりケーシング１０用の孔１１を先行掘削した後、さらにその下方に先行掘削孔１１よりも小径の杭軸部用の孔１２を掘削する。そして、先行掘削孔１１にケーシング１０を設置し、このケーシング１０に支持具１３を介して鋼管１を預ける。

次いで、同図（ｂ）に示すように、所定長さに製作された鉄筋籠ユニット１４ａを鋼管１内を通して軸部掘削孔１２に建て込む。この鉄筋籠ユニット１４ａには周方向に間隔を置いて、また軸方向に間隔を置いて複数のスペーサ１５が設けられている。スペーサ１５は一般にＵ字形に作られ、開放側の両端部が鉛直方向上下にそれぞれ位置するように鉄筋籠ユニット１４ａに固着されている。

先行する鉄筋籠ユニット１４ａを建て込んだら、これを支持具１６を介して鋼管１に仮受けし、同図（ｃ）に示すように、後行する鉄筋籠ユニット１４ａを吊り下げて、その下端部を先行する鉄筋籠ユニット１４ａの上端部に接続する。

以下、同様にして鉄筋籠ユニット１４ａを順次接続しながら軸部掘削孔１２に建て込むことにより、図６（ｄ）に示すように、所定長さの鉄筋籠１４が構成される。鉄筋籠１４を仮受けする支持具１６は、鋼管１に固定されており、所定長さとされた鉄筋籠１４は支持具１６に溶接により固着される。すなわち、鉄筋籠１４の上端部が支持具１６を介して鋼管１の上端部に固定される。

次に、同図（ｅ）に示すように、鋼管１及び鉄筋籠１４を、鋼管１の下端部が地盤上方の適宜高さに位置するまで一旦引き上げ、この鋼管１の下端部と鉄筋籠１４とを複数の連結鉄筋１７で連結し、鋼管１の下端部に鉄筋籠１４を固定する。そして、同図（ｆ）に示すように、鋼管１及び鉄筋籠１４を軸部掘削孔１２までに下降させ、杭天端をセットする。すなわち、ケーシング１０に治具１８を取付け、吊りバー１９により鋼管１を所定の高さ位置に保持する。その後、図示しないが、掘削孔１１，１２のスライムを除去した後、掘削孔１１，１２にコンクリートを打設し、ケーシング１０を引き抜いて施工を完了する。

上記のような施工手順において、鉄筋籠ユニット１４ａを鋼管１内を通過させる際（図５（ｂ）（ｃ））、拘束部材２，２間には間隔ｄが形成されているので、スペーサ１５は拘束部材２，２間を通過することができる。これにより、スペーサ１５の鉄筋籠ユニット１４ａからの突出寸法を、その先端が鋼管１の内周にほぼ達する大きなものとすることができる。その結果、スペーサ１５の外周端が軸部掘削孔１２の孔壁近くに位置することとなり、スペーサ１５は鉄筋籠１４を軸部掘削孔１２の軸心に保持する本来の機能を発揮する。

ところで、上記のようにして築造されたコンクリート杭において、図７（ａ）に示すように、鋼管１内の硬化コンクリートＣに押し抜き力Ｆが作用すると、拘束部材２がコンクリートＣを支圧拘束し、押し抜き力に対して抵抗する。しかし、その一方、拘束部材２の直上のコンクリート部分が拘束部材２による支圧で拘束されるため、拘束による膨張作用が発生する。そして、コンクリートが支圧破壊するため、最終破壊形状としては同図（ｂ）に示すように拘束部材２の直上が膨らんだ状態となり、その結果、鋼管１も提灯状態に膨張変形する。

鋼管１に作用する膨張圧と鋼管内周方向に発生する引張力との関係は、図８（ａ）を参照して、次のように表すことができる。
Ｔ(N) = ｐ(N/mm) × Ｄ／２(mm) ・・・・・（１）
ただし、Ｔ：鋼管に発生する引張力
ｐ：膨張等分布荷重
Ｄ：鋼管径

ここで、鋼管厚をｔとすると、鋼管円周方向応力度σ_sr(N/mm²) = Ｔ(N)/(t(mm)×1(mm))、また膨張圧σ_p(N/mm²) = ｐ(N/mm2)/1(mm) より、（１）式は次のようになる。
σ_p = (２×ｔ)・σ_sr／Ｄ・・・・・（２）

鋼管円周方向応力度σ_srは、設計値で定められていることから、図８（ｂ）に示すように、同一鋼管厚ｔでは鋼管径Ｄが大きくなるほど鋼管の耐えうる膨張圧いわゆる拘束圧が小さくなることになる。この拘束圧が大きいほど、コンクリートの押し抜き抵抗力が向上する。

そこで、この発明では拘束部材２の支圧拘束効果により拘束部材２の直上部に作用する応力に対して補強するため、図９に示すように、拘束部材２の直上部から直下部にわたって鋼管１の外周に補強部材２１を設けた。拘束部材２の直上部のみならず、直下部にも補強部材２１を設けたのは、押し抜き力とは逆方向のコンクリートの引抜き力によって生じる応力に対して補強するためである。

補強部材２１は断面四角形の鋼材からなり、リング状に形成されているが、複数個を周方向に間隔を置いて部分的に設ける形態を採ってもよい。この補強部材２１も拘束部材２のように溶接により鋼管１に固着されるが、ボルト止め等の他の手段を用いてもよい。このような補強部材２１を設けることにより、（２）式における鋼管厚ｔが部分的に厚くなることから、コンクリートに対する拘束性能を向上させ、押し抜きや引抜き抵抗力を向上させることができる。なお、補強部材２１は拘束部材２の直上部分から直下部分まで一体となっているが、拘束部材２の外周部分は必ずしも無くともよく、したがってこれら直上部分と直下部分は分離していてもよい。

上述のように、拘束部材２はコンクリートの押し抜き力や引抜き力に抵抗する有効な手段であるが、コンクリートの打設後に発生するブリーディング現象によって拘束圧が働かないおそれがある。すなわち、図１０（ａ）に示すように、コンクリートのブリーディングによって分離水が矢印Ａのように上昇すると、拘束部材２の下部で遮られ、この部分に空洞などのコンクリートの不良部分２２が発生する。

そうすると、矢印Ｂ，Ｃで示す押し抜き力及び引抜き力のうち、引抜き力Ｃが拘束部材２に伝達せず、引抜き抵抗が不十分になってしまう。このような、ブリーディングに対処するためには、拘束部材の下方における鋼管１の内周に分離水が拘束部材２に向かって上昇するのを阻止するブリーディング処理部材２３を設ければよい。これにより不良部分２２はブリーディング処理部材２３の下部に発生するが、拘束部材２の下部には発生せず、したがって拘束部材２は押し抜き力及び引抜き力Ｂ，Ｃの双方に対してコンクリートを拘束し、十分に抵抗することができる。

ブリーディング処理部材２３は、図１１に示すように、拘束部材２と同様に断面四角形の部材であり、鋼管１の内周に間隔を置いて複数設けられている。ブリーディング処理部材２３，２３間の間隔は、鉄筋籠１のスペーサ１５が通過できるように、拘束部材２，２間の間隔ｄに対応している。ブリーディング処理部材２３の設置位置は、拘束部材２から離れすぎると処理効果が小さくなるので、拘束部材２の下方３０ｃｍ以内とすることが望ましい。

また、ブリーディング処理部材２３は厚み（突起あるいは突条としての高さ）が拘束部材２の厚みと同等以上であることが望ましい。ブリーディング処理部材２３は、その機能の点からは鋼材としなくともプラスチック材料等軽微な材料を用いることができるが、鋼材を使用することにより拘束部材２とともにコンクリートに対する拘束力を期待することができる。

１：鋼管
２：拘束部材
１１，１２：掘削孔
１４：鉄筋籠ユニット
１５：スペーサ
２１：補強部材
２３：ブリーディング処理部材
ｄ：間隔

Claims

掘削孔上部に設置される鋼管と、外周に複数のスペーサを有し、前記鋼管内を通して前記掘削孔に建て込まれる鉄筋籠と、前記掘削孔に打設されるコンクリートとからなる場所打ち鋼管コンクリート杭であって、前記鋼管の内周に該鋼管と硬化コンクリートとの間の軸方向ずれを拘束するための複数の拘束部材を周方向に間隔を置いて設け、前記鉄筋籠の建て込み時に前記スペーサが前記拘束部材間を通過可能とし、前記鋼管の軸線方向にて前記拘束部材の少なくとも直上であって前記鋼管の外周に補強部材を設けたことを特徴とする場所打ち鋼管コンクリート杭。
前記拘束部材の下方であって前記鋼管の内周に、コンクリートのブリーディングによる分離水が前記拘束部材に向かって上昇するのを阻止するための複数のブリーディング処理部材を、前記拘束部材の間隔に対応した間隔を置いて設けたことを特徴とする請求項１記載の場所打ちコンクリート杭。
掘削孔上部に設置されて、その内部を通して外周に複数のスペーサを有する鉄筋籠が前記掘削孔に建て込まれる、場所打ち鋼管コンクリート杭用の鋼管であって、内周に該鋼管と硬化コンクリートとの間の軸方向ずれを拘束するための複数の拘束部材を周方向に間隔を置いて設け、前記鉄筋籠の建て込み時に前記スペーサが前記拘束部材間を通過可能とし、前記鋼管の軸線方向にて前記拘束部材の少なくとも直上であって前記鋼管の外周に補強部材を設けたことを特徴とする場所打ち鋼管コンクリート杭用鋼管。
前記拘束部材の下方であって前記鋼管の内周に、コンクリートのブリーディングによる分離水が前記拘束部材に向かって上昇するのを阻止するためのブリーディング処理部材を、前記拘束部材の間隔に対応した間隔を置いて設けたことを特徴とする請求項３記載の場所打ち鋼管コンクリート用鋼管。