場所打ち杭と柱の接合構造および接合方法

【課題】
本発明は、１柱１杭工法で使用する杭と柱の接合構造において、柱の据え付け施工工期を短縮することを根本の目的としたもので、簡単な構成で杭やアンカーボルトの施工誤差を吸収できる接合構造を得、しかも、施工ヤードを小さくでき、短い工期で柱を据え付けできる接合施工方法を得ることを目的とする。
【解決手段】
杭と柱との接合構造であって、アンカーボルトを固定し、柱の据え付け高さ調整代を残して、場所打ちされた杭の上に、アンカーボルトより大径のボルト通し孔を有する接合フレームを下端部に取り付けた柱を載置し、ボルト通し孔に通されたアンカーボルトにより接合フレームを杭に締結して、柱を杭に接合するようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、場所打ち杭（以下単に杭とする）と、例えば、橋梁や立体道路などの構造物の脚柱（以下単に柱とする）の接合構造および接合方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来、橋梁や立体道路などの構造物を支える場合、多数の基礎杭を地盤に打ち込み、該基礎杭で支えるコンクリート基礎（以下フーチングとする）を形成し、このフーチングにアンカーフレームを設け、アンカーフレーム上に構造物の柱を建て付け、アンカーボルトで固定するのが一般的である。
【０００３】
しかし、この方法では、フーチングを複数本の杭で支える構造であり、基礎工事が極めて大規模であって、施工コストが高くなるし、大きな基礎工事施工ヤードが必要となる。
また、杭を打ち込んでから、コンクリートを打設してフーチングを形成するので、コンクリートの強度発現を待たねばならず、柱施工までに長い施工期間を要することになる。
【０００４】
したがって、例えば、交通量が多い道路上に立体交差道路を建設するような場合は、その工事中長期間にわたって交通を遮断し、あるいは大幅な交通規制をしなければならないという不都合があった。
【０００５】
このため、大規模なフーチングを形成せず、基礎工事を小規模な範囲で行うよう、図９に示すように１つの鋼管杭１に、１つの柱２を差し込んで、周りにコンクリート３を流し込み、柱２を鋼管杭１に直接接合して支持する１柱１杭工法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
この工法によれば、フーチングを形成する方法に比べて、基礎工事は小規模となり、上記のような交通の規制が幾分は緩和される。
【０００６】
しかし、この工法では、柱２を含めて構造体は工場で製作され、その製作誤差は数ｍｍ程度であるが、鋼管杭１は場所で打ち込み施工されるため、その施工誤差は１０ｃｍ程度に及ぶことがあり、柱２は鋼管杭１に余裕を持って差し込める構造としなければならず、柱２と比較して相当に大径の鋼管杭１を必要とする。なお、鋼管杭でない場所打ち杭でも同等の誤差が生じる。
また、この場合、場所で打ち込み施工された鋼管杭１内に、柱２を配設してから鋼管杭１の杭頭部にコンクリート３を流し込んで固めるので、後打ちコンクリートが硬化するまで柱２は安定せず、柱２の施工工期は長くなる。
【０００７】
また、地盤に鋼管を打ち込んで基礎杭を形成し、この基礎杭の杭頭部にコンクリートを充填し、該コンクリートに緊結材を固定し、杭頭部に充填したコンクリート上に柱を建て付け、柱に固定した基礎梁を、前記緊結材で固定するようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。この場合も基礎工事は小規模となり、基礎杭の施工誤差はコンクリート施工時に吸収できる。
【０００８】
しかし、この工法では、柱の設置面積を小さくし、伸縮変形する緊結材に引張応力を負担させ半剛接合状態とする考えであって、このため、道路高架橋などのトップヘビーな構造に対して、柱に大きな外力が作用した場合、柱基部の浮き上がり量が大きくなって不安定となり、トップヘビーな構造の柱に対しては信頼性にかける。
【０００９】
また、特許文献１に示される緊結材や一般的なアンカーボルトの位置精度、鉛直精度を確保するためには、強固な構造の立体フレームやアンカーフレーム、あるいは冶具などが必要となる。また、アンカーフレームや直接定着方式での立体フレームは、位置精度や鉛直精度の基準精度を確保するための仮組みが必要になる。
【００１０】
【非特許文献１】２００３年６月２５日発行日経産業新聞記事サットインパイル工法
【特許文献１】特開２００３−９００５０号公報（第２頁、第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、１柱１杭工法で使用する杭と柱の接合構造において、柱の据え付け施工工期を短縮することを根本の目的としたもので、簡単な構成で杭の施工誤差やアンカーボルトの施工誤差を吸収でき、しかも、施工ヤードを小さくでき、短い施工工期で柱を据え付けできる接合方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
杭と柱との接合構造であって、アンカーボルトを固定し、柱の据え付け高さ調整代を残して形成された場所打ち杭の上に、アンカーボルトより大径のボルト通し孔を有する接合フレームを下端部に取り付けた柱を載置し、ボルト通し孔に通したアンカーボルトにより接合フレームを杭に締結して柱を接合するようにした。
この構造のものにおいて、場所打ち杭の上部に鋼管ソケットを設け、該鋼管ソケットの内側にリブプレートを介してアンカーボルトを固定する構造とした。
【００１３】
前記接合フレームは中央に柱を通す穴を有し、該穴の外周りに円弧状に多数のボルト通し孔を設けた上下のフランジと、上下のフランジ間に、上下のフランジのボルト通し孔を貫通するように配設したパイプと、上下のフランジ間に縦向きに設けたリブプレートで構成した。また、接合フレームの上下のフランジ外周面にカバープレートを設け、このカバープレートと上下のフランジと柱の外周面で囲まれる空部にコンクリートを充填するようにした。
【００１４】
場所打ち杭と柱の接合方法であって、上面に柱据え付け高さ調整代を残してコンクリートを打設すると共に、アンカーボルトを固定して場所打ち杭を形成し、この杭を形成する間に場所近くに設定したヤードなどで柱を組み立て、該柱の下端部には、アンカーボルトより大径のボルト通し孔を有し、工場で製作された接合フレームを取り付け、この接合フレームを取り付けた柱を、形成された杭上に運び込み、柱の据え付け高さおよび据え付け位置を調整し、接合フレームのボルト通し孔に通したアンカーボルトにより杭に接合フレームを締結し、柱を杭に接合させるようにした。
【００１５】
前記の場所打ち杭と柱の接合方法において、コンクリートを所定の高さまで打設して所定高さの杭を形成し、該所定高さの杭上に、内側にリブプレートを介してアンカーボルトを固定して工場で製作した鋼管ソケットを設置し、該鋼管ソケット内にコンクリートを打設して場所打ち杭を形成するようにした。
【００１６】
また、アンカーボルトの基礎部にカプラを装着し、該カプラの表面が略地表面の高さとなるようにしてアンカーボルトの基礎部を固定し、杭上に柱を運び込んだあと、接合フレームのボルト通し孔からアンカーボルトのねじ込み部を通し、該ねじ込み部を前記カプラにねじ込み、この基礎部とねじ込み部とで構成されるアンカーボルトにより接合フレームを杭に締結するようにしたことも特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、柱の下端部に、柱の外周りに円弧状に多数の、アンカーボルトより大径としたボルト通し孔を有する接合フレームを取り付け、この接合フレームを取り付けた柱を、アンカーボルトを固定し、柱の据え付け高さ調整代を残して場所打ちされた杭の上に載置し、柱の据え付け高さおよび据え付け位置を調整して、接合フレームのボルト通し孔に通したアンカーボルトにより接合フレームを杭に締結して杭と柱とを接合するようにしたので、杭の施工誤差やアンカーボルトの施工誤差をボルト通し孔とアンカーボルトとの余裕で吸収することができる。
【００１８】
また、アンカーボルトをカプラを介し、基礎部とねじ込み部との分割構造としたものにおいては、場所組みした柱を地表面からそのままの高さで杭の上に運び込み、アンカーボルトのねじ込み部を差し込んで締結できる。このため、柱の運び込み作業においてジャッキダウンする作業が不要であり、柱の据え付け工期が大幅に短縮できる。
さらに、場所打ち杭の上部に鋼管ソケットを設けるものにおいて、鋼管ソケットの内側にリブプレートを介してアンカーボルトを固定するようにしたものでは、工場においてアンカーボルトを精度高く固定でき、また、場所打ち杭の形成時にアンカーボルトをコンクリートに埋め込み固定する作業が不要であり、施工が簡単で、早く行えるようになった。
【００１９】
また、柱に取り付ける接合フレームを締結できる程度の直径の杭を設ければよく、基礎工事のための施工ヤードも小さくできる。このようなことから、例えば、交通量が多い道路上に、立体交差道路を建設するような場合でも、交通規制の量および期間が大幅に緩和できる。
さらに、アンカーボルトの施工誤差を接合フレームで吸収できるので、アンカーボルトの所定の精度を確保するために、従来使用されていた立体フレームや冶具などを必要としない簡単な構成が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下図に沿って本発明の最良の形態について説明する。図１は本発明による杭と柱との接合構造の断面を示す図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った杭の平断面図、図３は鋼管ソケットを設けた例の杭と柱との接合構造の断面を示す図であり、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿った杭の平断面図である。図５は図１の構造においてアンカーボルトを分割構造とした例を示す図であり、図６は図３の構造においてアンカーボルトを分割構造とした例を示す図である。図７は接合フレームの平断面図であり、図８は接合フレームの他の例を示す平断面図である。
【００２１】
図において、１１は場所打ちされる杭であり、地中の基礎地盤まで掘られたピット内にコンクリートを打設して形成される。コンクリートには鉄筋１２が配設され、柱の据え付け高さ調整代（約５０ｍｍ程度）を残して打設される。
１３は、アンカーボルトであって、杭１１に固定されている。また、該アンカーボルト１３には、コンクリートとの結合性を高めるため、孔明板１４が固定されている。
なお、図１の左側に示すように、アンカーボルト１３を杭１１内で延在させて、コンクリート内に配設する鉄筋と兼用させてもよい。また、コンクリートとの結合性を高めるための孔明板１４に替えて、多数のスタッドを設けてもよい。
【００２２】
１５は杭１１に据え付けられる柱であり、該柱１５の下端部には後述する構成の接合フレーム１６が取り付けられる。
接合フレーム１６は、中央に柱１５を通す穴を有し、該穴の外周りに円弧状に、アンカーボルト１３より大径とした多数のボルト通し孔を設けた上フランジ１７、下フランジ１８と、この上下のフランジ１７、１８との間に、上下のフランジ１７、１８のボルト通し孔を貫通するように配設されるパイプ１９とで構成されている。
【００２３】
前記したボルト通し孔の径は、杭１１の製作誤差が中心とする位置から両側に５０ｍｍずつ、計１００ｍｍ程度まで許容されるとして、アンカーボルト１３の径＋１００ｍｍ程度とする。具体的には、アンカーボルト１３は径８０〜１６０ｍｍのものが使用されるとして、ボルト通し孔の径は１８０〜２６０ｍｍ程度にする。
【００２４】
上下のフランジ１７、１８間には、縦向きにリブプレート２０が配設されており、上下のフランジ１７、１８を補強している。
なお、下フランジ１８は前記したボルト通し孔のみを設けた円板形状にし、柱１５の底板となるように取り付けてもよい。
【００２５】
図８に示す例の接合フレーム１６は、上下のフランジ１７、１８の外周面にカバープレート２１を設けており、柱１５を組み立てたあと、カバープレート２１と上下のフランジ１７、１８と柱１５の外周面で囲まれる空部にコンクリートを充填することができる。このコンクリートは、接合フレーム１６の防錆を図るためと、地震時に掛かる水平力などに対し、充分な強度を確保することに有効である。
なお、コンクリートの充填は、カバープレート２１、上下のフランジ１７、１８と柱１５の外周面で囲まれ、リブプレート２０で分割された各空部に対応して、上フランジ１７面に設けられているコンクリート充填孔（図示せず）から充填される。
【００２６】
２２はパイプ１９に対応して十分な面積を有する厚板ワッシャーである。また、２３は柱１５の据え付け高さ調整代部分に充填されたモルタルである。このモルタル２３は、柱１５の確実な支圧面を得るためのものであり、接合フレーム１６の外周面と杭１１との隙間に目張りを施して、その一部から杭１１の上面、つまり、柱１５の据え付け高さ調整代部分に圧入充填される。
【００２７】
このように、杭１１と柱１５とは、柱１５に取り付けられた接合フレーム１６にアンカーボルト１３を通して、ナット締めして締結されるが、このとき、アンカーボルト１３は、接合フレーム１６のボルト通し孔、パイプ１９より小径であって、これらボルト通し孔、パイプ１９に余裕をもって通されているので、この余裕により杭１１およびアンカーボルト１３の施工誤差を吸収できる。
【００２８】
図３、図４に示す例では、杭１１の上部に鋼管ソケット２４を設けている。該鋼管ソケット２４の内側には、アンカーボルト１３がリブプレート２５を介して固定されている。リブプレート２５は鋼管ソケット２４内のコンクリートとの結合性を高めるために孔明き板が使用されている。
【００２９】
この例の場合、製作工場において、鋼管ソケット２４の内面にリブプレート２５が溶接接合され、該リブプレート２５にアンカーボルト１３が溶接接合により組み付けられるため、アンカーボルト１３のより高い設置精度を確保できる。また、アンカーボルト１３はリブプレート２５と鋼管ソケット２４を介してコンクリートと接合されるため、コンクリートとの接合性が強固となり、図１、図２に示す例と比べてアンカーボルト１３自体は短いものが使用できる。
【００３０】
さらに、図５に示した例では、アンカーボルト１３を略地表面の位置でカプラ２６を介して接続される基礎部１３′とねじ込み部１３″との分割体で構成している。この場合、頂部にカプラ２６を装着した基礎部１３′を、カプラ２６の表面が略地表面の高さとなるようにして杭１１に固定し、接合フレーム１６を下端部に装着した柱１５を杭１１上に運び込んだあと、ねじ込み部１３″を接合フレーム１６のボルト通し孔の上方から差し込んで、カプラ２６にねじ込み、基礎部１３′とねじ込み部１３″とを接続している。
なお、図６は図３に示す鋼管ソケット２４を設けた例において、アンカーボルト１３を図５の例と同様に基礎部１３′とねじ込み部１３″との分割体で構成した例を示す。
【００３１】
次に、本発明による柱と杭の接合方法について説明する。
先ず、立体交差橋などを建設する場所に、場所打ちして杭１１を形成する。このとき、杭１１上面には柱据え付け高さ調整代を残してコンクリートを打設すると共に、アンカーボルト１３を固定する。
【００３２】
併せて、近くに設定したヤードなどにおいて、据え付ける柱１５を組み立て、柱１５の下端部には工場で製作された接合フレーム１６を取り付ける。場合によっては、上部構造体も一体化する。そして、杭１１が形成されたら、接合フレーム１６を取り付けた柱１５をドーリーなどの台車で杭１１上へ運び込み、柱１５の据え付け高さおよび据え付け位置を調整する。
【００３３】
前記柱１５の杭１１上への運び込みにおいて、そのジャッキダウン時に、接合フレーム１６のボルト通し孔にアンカーボルト１３が通される。そして、柱１５の据え付け高さおよび位置が調整されたら、アンカーボルト１３をナット締めして接合フレーム１６を杭１１に締結する。
この作業において、アンカーボルト１３に対しボルト通し孔およびパイプ１９は大径であって、余裕があるから、アンカーボルト１３は容易く接合フレーム１６のボルト通し孔に通されるし、杭１１やアンカーボルト１３に施工誤差があっても、アンカーボルト１３とボルト通し孔の径との余裕により吸収できる。
【００３４】
接合フレーム１６を杭１１に締結し、柱１５を杭１１に接合したら、接合フレーム１６の下端外周面に目張りを施し、杭１１の上面の柱据え付け高さ調整代部分にモルタル２３を圧入充填して柱１５の確実な支圧面を確保する。また、最終的にはアンカーボルト１３が通されたパイプ１９内にもモルタルを充填し、防錆と、アンカーボルト１３と接合フレーム１６の一体化を図る。
【００３５】
なお、図３、図４に示す例の場合は、まず、所定の高さまでコンクリートを打設して所定高さまでの場所打ち杭を形成し、該所定高さまでの場所打ち杭上に、製作工場で、内面にリブプレート２５を溶接接合し、該リブプレート２５にアンカーボルト１３を溶接接合により組み付けた鋼管ソケット２４を設置し、該鋼管ソケット２４内にコンクリートを打設して場所打ち杭１１を形成する。
【００３６】
したがって、杭１１を場所打ちする間に、据え付ける柱１５を組み立て、上部構造体も一体化される。そして、場所打ち杭１１が形成されたら、柱１５を杭１１上に運び込み、据え付けるが、杭１１やアンカーボルト１３の施工誤差をアンカーボル１３とボルト通し孔の径との余裕により吸収できるので、柱１５の接合が迅速に行える。このようなことから柱の据え付け工期を大幅に短縮できる。また、杭１１だけを場所打ちするものなので、基礎工事の施工ヤードを小さくできる。これらのことから、道路上などで工事する場合でも、交通規制が大幅に緩和されることになる。
【００３７】
なお、図３に示す例の場合は、製作工場で鋼管ソケット２４にアンカーボルト１３を接合できるので、アンカーボルト１３の設置精度を高め得ると共に、場所打ち杭１１のコンクリートを打設する工程でアンカーボルト１３を配置固定すると云う作業が不要になる。
さらに、図５、図６に示す例のように、アンカーボルト１３を、カプラ２６で接続する基礎部１３′とねじ込み部１３″との分割体で構成する場合は、柱１５を杭１１上に運び込んでからねじ込み部１３″を差し入れることになるから、柱１５は略地表面高さで運び込みができ、大きくジャッキダウンする工程が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による杭と柱の接合構造の断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った杭の平断面図。
【図３】鋼管ソケットを設けた例の杭と柱の接合構造の断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿った杭の平断面図。
【図５】図１の構造においてアンカーボルトを分割構造とした例を示す図。
【図６】図３の構造においてアンカーボルトを分割構造とした例を示す図。
【図７】接合フレームの平断面図。
【図８】接合フレームの他の例を示す平断面図。
【図９】従来公知の１柱１杭工法の概略を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１杭２柱
３コンクリート１１杭
１２鉄筋１３アンカーボルト
１４孔明板１５柱
１６接合フレーム１７上フランジ
１８下フランジ１９パイプ
２０リブプレート２１カバープレート
２２厚板ワッシャー２３モルタル
２４鋼管ソケット２５リブプレート
２６カプラ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンカーボルトを固定し、柱の据え付け高さ調整代を残して形成された場所打ち杭の上に、アンカーボルトより大径のボルト通し孔を有する接合フレームを下端部に取り付けた柱を載置し、ボルト通し孔に通したアンカーボルトにより接合フレームを杭に締結して柱を接合したことを特徴とする場所打ち杭と柱の接合構造。
【請求項２】
場所打ち杭の上部に鋼管ソケットを設け、該鋼管ソケットの内側にリブプレートを介してアンカーボルトを固定する構造としたことを特徴とする請求項１記載の場所打ち杭と柱の接合構造。
【請求項３】
アンカーボルトを、略地表面の位置でカプラを介して接続する基礎部とねじ込み部との分割構造としたことを特徴とする請求項１、請求項２記載の場所打ち杭と柱の接合構造。
【請求項４】
接合フレームを、中央に柱を通す穴を設け、該穴の外周りに円弧状に多数のボルト通し孔を設けた上下のフランジと、該上下のフランジ間に、上下のフランジのボルト通し孔を貫通するように配設したパイプと、上下のフランジ間に縦向きに設けたリブプレートとで構成したことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３記載の場所打ち杭と柱の接合構造。
【請求項５】
接合フレームの上下のフランジ外周面にカバープレートを設け、該カバープレートと上下のフランジと柱の外周面で囲まれる空部にコンクリートを充填したことを特徴とする請求項４記載の場所打ち杭と柱の接合構造。
【請求項６】
上面に柱据え付け高さ調整代を残してコンクリートを打設すると共に、アンカーボルトを固定して場所打ち杭を形成し、この杭を形成する間に場所近くに設定したヤードなどで柱を組み立て、該柱の下端部には、アンカーボルトより大径のボルト通し孔を有し、工場で製作された接合フレームを取り付け、この接合フレームを取り付けた柱を、形成された杭上に運び込み、柱の据え付け高さおよび据え付け位置を調整し、接合フレームのボルト通し孔に通したアンカーボルトにより杭に接合フレームを締結し、柱を杭に接合させることを特徴とする場所打ち杭と柱の接合方法。
【請求項７】
コンクリートを所定の高さまで打設して所定高さの杭を形成し、該所定高さの杭上に、内側にリブプレートを介してアンカーボルトを固定して工場で製作した鋼管ソケットを設置し、該鋼管ソケット内にコンクリートを打設して場所打ち杭を形成することを特徴とする請求項６記載の場所打ち杭と柱の接合方法。
【請求項８】
アンカーボルトの基礎部にカプラを装着し、該カプラの表面が略地表面の高さとなるようにしてアンカーボルトの基礎部を固定し、杭上に柱を運び込んだあと、接合フレームのボルト通し孔からアンカーボルトのねじ込み部を通し、該ねじ込み部を前記カプラにねじ込み、この基礎部とねじ込み部とで構成されるアンカーボルトにより接合フレームを杭に締結することを特徴とする請求項６、請求項７記載の場所打ち杭と柱の接合方法。

【図１】