JPS6043521A - 場所打ち鋼管コンクリ−ト杭 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、場所打ち銅管コンクリート杭に関するもので
ある。

現在性なわれている場所打ち鉄筋コンクリート杭の耐震
設計においては、第１図に示すように、杭頭に水平力Ｐ
の作用した状態を考え、これＫよ多発生した曲げモーメ
ントに対し杭断面の設計を行っている。結果的には、杭
１の杭頭近傍（例えば杭径１２５０ＩＩＩＩＩ＋の場所
打ち杭においては杭頭からほぼ１０ｍの間）に大きな曲
げモーメントが発生することから、杭頭近傍においての
み耐震設計を行い、杭１の中間部及び下部においては実
質的に耐震設計を行なっていなかった。なお第１図にお
いて、（ａ）は杭溝造、（ｂ）は杭の曲げモーメント分
布を示す。

しかしながら、実際に地震が発生した場合には、杭頭近
傍以外の場所に、大きな曲げ歪が発生していることが観
測され始めている。例えば第２図に示すように１上部が
軟弱沖漬層でＮ中０、深さ約２１常以下の洪積層でＮ〉
５０のＮ値分布を有する地盤に１直杭１ａとして径６０
０餌、肉厚９’ｎｍの鋼管杭を、斜杭１ｂとして径６０
０餌、肉厚１２簡の鋼管杭が第６図（ａ）に示すように
合計６４本打設されておシ、この基礎に対し地震が発生
したときの杭各部における歪が観測されている。地震の
強さが基盤最大加速度２．４５ｄの場合、直航１ａの深
度に対する歪は第３図（ｂ）に、また斜杭１ｂの深度に
対する歪は（ｅ）に示す如くなる。すなわち、直航１ａ
の杭頭部の曲げ歪は最大１５．４μであるが、従来耐震
設計上考慮に入れていない支持層上端部においても最大
＆９μの曲げ歪が生じている。

この観測結果から、地震の強さが基盤最大加速度２００
−の場合の歪を推定すると、第１表のようになる。

第　１　表 この場合、直航１ａの支持層上部の最大歪は１０５８μ
となシ、杭の降伏点を超えてしまうという問題が生じる
。

このように、実際に地震が発生した場合の観測結果から
、現在行われている杭の耐震設計法は不十分であること
が判明ｌ−たので、地震時に杭に生じる歪の分布を模型
振動実験に−よシ詳細に調査したところ、以下のことが
明らかになった。実験模型としてば、第４図に示すよう
に、地盤、杭、上部構造物よりなるものを考え、地盤モ
デルが表層。

軟弱層、Ｎ値３Ｄ程度の砂層からなる中間層、粘土等の
軟弱層及び支持層からな夛、実地盤、基礎及び構造物が
相似律を満足している構造とした、第５図は上記の実験
結果を示すもので、（ａｌは場所打ち杭モデルを使用し
、入力加速度１０−１地盤共振周波数５．３　Ｈｚの振
動を加えた場合の曲げ歪分布を示し、（ｂｌは鋼管杭モ
デルを使用し、入力加速度１０ＰＩ、地盤共振周波数３
．２１にの振動を加えた場合の曲げ歪分布を示す。

なお、図において、ヤング係数Ｅｔｎ　の数値は、地盤
モデルとして使用した各地盤層のヤング係数を示す。第
５図（ａ）　、　（ｂｌから明らかなように、曲げ歪は
中間層の上下端、支持層上端等地鳥の境界で大きな値を
示している。

以上のように、実際に発生した地震の際の観測結果及び
模型実験の結果から、杭の曲げモーメントを発生させる
要因は、第６図（ａｌに示すような杭頭部の水平力Ｐに
よる歪のみならず、（ｂ）に示すような地震時における
地盤変位による杭の強制変位も大きく影響する、このた
め杭の耐賞設計にあたっては、（ｅ）に示すように、（
ｅ）に示す地盤変位による曲げモーメントと、（ｄｌに
示す杭頭部の水平力による曲げモーメントを合成した曲
げモーメントを考慮する必要がある。

上記の地盤変位による曲げモーメントを、場所打ち鉄筋
コンクリート杭について計算でめ、地盤条件の影４′！
を調べたものを第７図乃至第９図に示す。なお、支持層
での加速度は２００Ｐ＋である。

第７図乃至第９図において、おのおの（ａ）は地盤条件
、（ｂ）は杭栴造、（ｃ）は地盤変位による曲げモーメ
ントを示す。なお計算法は日本国有鉄道「耐震設計指針
（案）解説」（昭和５４年７月）ＰＰＳ４〜７５の方法
を準用した。

第７図けＮ＝６０の中間砂層を有する地盤に、杭径Ｄ＝
１２５０＋ｍ、長さ６０慴の波頭した拡底場所打ち鉄筋
コンクリート杭を打設した場合の、地盤変位による曲げ
モーメント分布を示す。図から明らかなように、杭頭部
近傍と共に、中間砂層の境界近傍で大きな曲げモーメン
トが発生している、第８図は軸径Ｄ＝１２５０割、長さ
２５ｍの場所打ち鉄筋コンクリート杭を支持層へ約Ａｍ
根太れした場合の、地盤変位による曲げモーメント分布
を示す。この場合は、図から明らかなように、支持層上
端近傍で大きな曲げモーメントが発生している。

第９図は、Ｎ＝４．深さ６０ｍの軟弱層の下に支持層の
ある場合を考え、軸径Ｄ＝１２５０ｍの拡底場所打ち鉄
筋コンクリ−ト杭が支持層に約１ｍ根太れされたときの
地盤変位による曲げモーメント分布を示す。軟弱層が厚
く、中間砂層がない場合、支持層への根入れが小さくて
も図から明らかなようＫ、支持層上端近傍で大きな曲げ
モーメントが発生して腟る。

さらに、杭径が犬となった場合の地盤変動による曲げモ
ーメント分布を第１０図に示す。第１０図において（ａ
）は地盤条件、（ｂ）は杭構造、（ｃ）は曲げモーメン
ト分布を示す。場所打ち鉄筋コンクリート杭は杭径Ｄ＝
２５００ｍｍ、長さ６０ｍである。

以上のことよシ、場所打ち鉄筋コンクリート杭は、次の
問題点を持っているということができる。

Ｃ）拡底杭に作用する杭頭水平力は、同一杭径の非拡底
杭に比べて大きな値となシ、これにより杭頭部に発生す
る曲げモーメントに対して頭部を拡径しない杭では設計
できないことが多く、頭部を拡径して設計１するのが通
常である。しかし地震時の地盤変位による杭曲げモーメ
ントは、第７図にみられるように、杭頭による杭頭部の
曲げ剛性増大のため大きな値となる。この曲げモーメン
トと杭頭水平力による曲げモーメントをあわせて考えた
場合、鉄筋比は６％前後になる場合が多く、高い鉄筋比
のため地盤変位による曲げモーメントを考えない場合に
比べ材工費が著しく増大する。

■　杭頭水平力による曲げモーメントの影響が小さい航
中間部、下部において、第７図乃至第１０図にみられる
ように、杭径Ｄ＝１２５０ｍ＋の場合、最大曲げモーメ
ントは約２００ｔｍ、杭径Ｄ＝２５００ｍの場合約１７
００ｔｍとなる。鉄筋比は、いずれにおいても５．５〜
６％と高い値となる場合が多く杭頭部と同様付工費が著
しく増大する。

本発明は、上記の諸問題を解決した場所打ち鋼管コンク
リート杭を提供することを目的とするものである、 本発明に係る場所打ち鋼管コンクリート杭は、上記の目
的を達成するため、場所打ちコンクＩＪ−ト杭全長に鋼
管を巻くことにょυ、断面補強を行い、鉄筋を無くする
か、又は減少することを特徴とするものである。

以下、実施例に基いて本発明を説明する。

第１１図（ａ）は本発明の実施例の縦断面図、（ｂｌは
そのＡ−Ａ断面図を示し、１は杭、２はコンクリート、
３はコンクリートに巻いた鋼管である。

〔例１〕。

第１１図に示した場所打ち鋼管コンクリート杭として、
常時荷重の一部をコンクリートで・一部を鋼管で保持す
る場合は、同一常時荷重に対して、鋼管コンクリート杭
の杭径は鉄筋コンクリート杭の杭径ニジ小さくなる、例
えば、常時鉛直荷重７３０ｔＫ対して、拡底場所打ち鉄
筋コンクリート杭の杭径が直径１２５０ｍ必要な場合、
本発明に係る場所打ち鋼管コンクリート杭では、直径９
００雪、鋼管の肉厚１２畔（腐蝕式１咽）で保持するこ
とができる。このため杭の曲げ剛性も小゛さくなる。

杭の曲げ剛性が小さくなると、地震時の地盤変位によ多
発生する杭軸部の曲げモーメントも小さくなる。第１２
図に前記常時鉛直荷重７３０．の場合の拡底場所打ち鉄
筋コンクリート杭と、本発明に係る拡底場所打ち鋼管コ
ンクリート杭の曲げモーメント分布を示す。第１２図に
おいて、（ａ）は杭径Ｄ＝１２５０ｍ、拡底径１９００
＋ｍ、杭長１９ｍの従来の拡底場所打ち鉄筋コンクリー
ト杭を、また（ｂ）は杭径Ｄ１＝９００ｗｎ％鍋管肉厚
１２Ｂ、拡底径１９００ｍｍ、杭長１９ｍの本発明に係
る拡底場所打ち鋼管コンクリート杭を示す。

さらに（ｃ）は地盤条件が（ｄ）で示すように、表層が
Ｎ＝７の細砂、中間層がＮ＝３のシルト、支持層がＮ＝
５０の砂礫に％　（ａｌ　ｌ　（ｂ）に示した杭を設置
した場合の地震時の地盤変位によ多発生する曲げモーメ
ント分布の一例を示す。なお（Ｃ）において（イ）は従
来の拡底場所打ち鉄筋コンクリート杭（ａ）の場合、（
ロ）は本発明に係る拡底場所打ち鋼管コンクリート杭（
ｂｌの場合を示す。

第１２図忙おいて、杭の代表曲げモーメントとして深さ
８ｍの値をとって比較すると、従来の拡底場所打ち鉄筋
コンクリート杭の発生モーメントは９５ｔ−ｍであるの
に対し、本発明の拡底場所打ち鋼管コンクリート杭の発
生モーメントは４５ｔ・ｍとなシ、約１／２となってい
る。

この発生モーメントに、地震時軸力を考慮に入れ、杭の
設、計を行い、雑誌「建設物価」（昭和５８年３月）に
基いて材工費をめると、杭頭近傍を除く一般部で鋼管コ
ンクリートの場合は４７．ＯＯ０円４鉄筋コンクリート
の場合は５５．０００円４となり、材工費の低減が果た
せる。

〔例２〕 第１１図に示した本発明の場所打ち鋼管コンクリート杭
において、常時荷重を全てコンクリート部分で支持し、
外殻の鋼管で地震時の地盤変位による曲げモーメントを
処理する場合を考える、まず最初に杭頭近傍を除いた一
般部について考える、“例えば杭径１２５０ｍの場所打
ち鉄筋コンクリート杭の地盤変位による曲げモーメント
は杭頭近傍を除く一般部において、第７図乃至第９図か
ら明らかなように１５０〜２００ｔ＝ｍが発生する場合
がかなシある。このときの鉄筋比は４〜６％となシ、現
在の地盤変位を考えない場合に通常用いられる鉄筋比約
０．４％と比較して、非常に密な配筋が必要となシ、鉄
筋についての材工費が非常に太き（なる、第１３図は杭
径１２５０−の場合における本発明に係る場所打ち鋼管
コンクリート杭と、従来の場所打ち鉄筋コンクリート杭
との地盤変位により発生する曲げモーメントに対する単
位長期軸力（ｔ）、単位長さ＆Ｆｌ）あたシの材工費を
、雑誌「建設物価」（昭和５８年３月）に基いて算出し
た一籠１である。第１５図において、（イ）は本発明に
係る場所打ち鋼管コンクリート杭の材工費、（’ｌけ従
来の場所打ち鉄筋コンクリート杭の材工費、（ハ）は°
、この従来の場所打ち鉄筋コンクリート杭の材工費（ロ
）に対する本発明に係る場所打ち鋼管コンクリ−１・杭
の利工費（イ）の割合を示したものである。

第１６図（ハ）から明らかなように、本発明に係る杭の
材工費は、従来の杭の材工費と比較して、地盤変位の哩
げモーメントが大となるに従い有利となシ、曲げモーメ
ントが２００ｔ−ｍの場合の材工費は８０頭程度となる
。

常時荷重を全てコンクリート部分で支持し、外殻の鋼管
で地震時の地盤変位にＪ：る曲げモーメントを処理する
場合について、杭頭近傍を除く一般部での鋼管板厚の範
囲を第２表に示す。但し板厚は腐蝕式１烟を含んでいる
。

第２表 次に１本実施例の杭頭近傍について考える。前述の問題
点Ｏで示したように、通常の場所打ち鉄筋コンクリート
杭においては、拡底に伴い、波頭が行われ拡頭部の曲は
剛性増加のため、地盤変位による曲げモーメントが非常
に大きな値となっている。以下においては、頭部を拡径
した鉄筋コンクリートとする代シに、頭部杭径は、下部
の一般部とほぼ同じとして、この部分に鋼管を巻いた鋼
管コンクリートとすることの優位性を述べる。

第１４図（ａ）において、（イ）は（ｂ）に示した拡頭
部の径Ｄ２＝１７５Ｑｍｍ、長さ８　ｆｐ　ｓ−股部の
径Ｄａ＝１２５０曙の波頭場所打ち鉄筋コンクリ−ト杭
に地盤変位によって発生する曲げモーメント分布を示す
、、（ロ）は（ｃ）に示した頭部の杭径りを１２５０＋
ｗのままとし、肉厚２５頭の鋼管３１を頭部に８ｍ＠き
、その下方に肉厚１０ｍの鋼管３２をまいた場所打ち鋼
管コンクリート杭の同じく、曲げモーメント分布を示す
。両杭共に、杭長け１９　ｔｒＩ、拡底部の径は２００
０ｍｍであシ、常時軸カフ６０ｔ、地震時軸力１４６０
ｔ、水平力１４０ｔを支持し、かつ曲げモーメントに抵
抗できるよう設計したものである。

杭頭は固定としている。また杭を設置した地盤を（ｄ）
に示す。この図よシ鋼管コンクリートとすることに工）
、地盤変位による曲げモーメントの値を杭頭部にお諭で
小さくおさえることができる様子をみることができる。

また、この場合頭部１ｍあたシの材工費は鋼管コンクリ
ート杭で１５０．５８０円拡頭鉄筋コンクリート杭で２
２８．４９Ｑ円であシ、頭部を鋼管コンクリートにする
ことに、ｌニジ、大きな経済性をみることができる。、
なおこの材工費は前記雑誌「建設物価」（昭和５８年３
月）に基いて算出したものである。

以上述べた説明から明らかなように、本発明によれば、
場所打ちコンクリート杭の全長に鋼管を巻いたことによ
シ、地震時の地盤変位による杭の曲げモーメントに対し
杭を経済的に補強することができ、鉄筋を無くするが又
は減少することができるので、実施による効果が大であ
る。なお鋼管にはシームレス鋼管、スパイラル鋼管、電
縫管。

ＵＯＥ溶接鋼管、板巻き鋼管等各種のものが使用するこ
とができ、いずれの場合も同様な効果を発揮し得るもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来の耐震膜用法による杭の模式図、（
ｂ）はその曲げモーメント分布図、第２図は地震発生時
の杭の歪を観測したときの地盤条件図、第３図（ａｌは
地５発生時の杭の歪を観測したときの杭構造図、（ｂｌ
はそのときの直航の歪分布図、（Ｃ）は斜杭の歪分布図
、第４図は模型振動実験のモデル図、第５図（ａｌ　、
　（ｂ）は模型振動実験における杭の曲げ歪分布図、第
６図（ａ）は杭の模式図、申）は地盤変位図、（ｃ）は
地盤変位による曲はモーメント分布図、（ｄｌけ分布図
、第１１図（ａ）は本発明の実施例の縦断面図（ｂ）け
そのＡ−Ａ断面図、第１２図（ａｌは常時鉛直荷ｇ　７
３０　ｔの場合の従来の拡底ｉＪ＋打ち鉄筋コンクリー
ト杭の正面図、（ｂ）は本発明に係る拡底場所打ち鋼管
コンクリート杭の正面図、（ｃｌは地盤変位による曲げ
モーメント分布図、（ｄＪは地盤構造図、第１！１図は
材工費分布図、第１４図（ａ）は波頭場所打ち鉄筋コン
クリート杭と、本発明による場所打ち鎖管コンクリート
杭において地盤変位にょシ発生する曲げモーメント分布
図、（ｂ）け波頭場所打ち鉄筋コンクリート杭の正面図
、（Ｃ）は場所打ち鋼管コンクリート杭の正面図、　’
　（ｄｌは地盤条件図である。 １：杭、２：コンクリート、３．３１，３２：コンクリ
ートに巻いた鋼管。 代理人　弁理士　木　村　三　朗 区 沫　舷 Ｏ１ 沫 瞳ヤノ　ε　→ 第５図 （０） ｔｉ１１イ゛Ｌ（、ｕ） 第５図 （ｂ） 引・−１＝ｉ　（７’） 第７図 （ａ）　Ｎ　４Ｍ　（ｂ）　（ｃ）　、、ｆ、、−、、
、（ｔｌｍ）第８図 （ａ）　（ｂ）　（ｃ） Ｎ　ＡＢ　ｌｂ’ｆ’ｕ−メ４（ｔ−ｍ）第９図 第１０図 （ａ）　（ｃ）　（ｂ） 区 −図 法　０ 法 ど　ぐ　の　さ　ｔＡ　Ｓ δ 第１４図 （ｄ） ＮＡ浸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 場所打ちコンクリート杭において、全長にわたシ鍋管を
   巻いたことを特徴とする場所打ち銅管コンクリート杭。