杭頭接合構造
【課題】杭の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整でき、上部構造物を支持し固定することが可能な杭頭接合構造を提供する。
【解決手段】上部構造物を上側で支持し固定する筒形状の杭１０と、軸方向が杭内部で杭の中空部分を横切って配置され杭に固定された棒部材１０４と、棒部材の下部を通過する第一端部と、杭の上端部から突出して配置され、上部構造物と連結する第二端部とを有し、杭内部の可動範囲内で上部構造物の水平方向位置を調節する固定部材１１０と、杭の中空部分に充填され固定部材を杭の中空部分で固定する硬化部材１５０とを備える。
【解決手段】上部構造物を上側で支持し固定する筒形状の杭１０と、軸方向が杭内部で杭の中空部分を横切って配置され杭に固定された棒部材１０４と、棒部材の下部を通過する第一端部と、杭の上端部から突出して配置され、上部構造物と連結する第二端部とを有し、杭内部の可動範囲内で上部構造物の水平方向位置を調節する固定部材１１０と、杭の中空部分に充填され固定部材を杭の中空部分で固定する硬化部材１５０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭頭接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上に設置される構造物は、地盤に施工された杭の上部に設置されることで、地盤に対して安定的に設置される（以下、杭上部に設置される構造物を「上部構造物」ともいう）。杭と上部構造物が接合されることによって、杭は上部構造物の荷重を支持し、上部構造物が受ける風等によって上部構造物が地盤から離れてしまうのを防止する。地盤に施工される杭は、材料によって、コンクリート杭、鋼管杭などに分類される。
【０００３】
特許文献１では、土台を支持する支持金具に設けられた円形突出部が杭頭開口部に挿入され、土台と杭が接合される技術が開示されている。また、特許文献２では、アンカーパイル本体の上端部に、土台が載置されるキャップ部材が螺合接続され、キャップ部材の上下方向位置が調整される技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１３６９９号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０４７０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、地盤に施工される杭が、垂直・水平方向に正確に埋設されることは困難であり、多少傾斜する場合もある。また、複数の杭の上部に一つの上部構造物を設置する場合、複数の杭の高さを全て一致させて埋設させておくことも困難である。また、杭の埋設位置についても、精度良く施工することは困難であるため、複数の杭を一直線上に配置できないという問題がある。そのため、複数の杭の上部に一つの上部構造物を水平に設置するためには、杭の上部で杭の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整する必要がある。
【０００６】
しかし、特許文献１では、土台と杭の接合部分において杭の施工によって生じる垂直方向の誤差や傾斜誤差を考慮したディテールになっていないため、特許文献１で開示された接合方法によって施工誤差を解消することは難しい。また、特許文献２でも、特許文献１と同様に、土台とアンカーパイルの接合部分において施工誤差を解消するディテールとなっていないため、特許文献２で開示された接合方法は水平方向の誤差や傾斜誤差を解消できない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、杭の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整でき、上部構造物を支持し固定することが可能な、新規かつ改良された杭頭接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、上部構造物を上側で支持し固定する筒形状の杭と、軸方向が前記杭内部で杭の中空部分を横切って配置され杭に固定された棒部材と、棒部材の下部を通過する第一端部と、杭の上端部から突出して配置され、上部構造物と連結する第二端部とを有し、杭内部の可動範囲内で上部構造物の水平方向位置を調節する固定部材と、杭の中空部分に充填され固定部材を杭の中空部分で固定する硬化部材とを備える杭頭接合構造が提供される。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上部構造物を上側で支持し固定する筒形状の杭と、軸方向が杭内部で杭の中空部分を横切って配置され杭に固定された棒部材と、杭の上端部で、上部構造物の荷重を杭に伝達するように配置される板状の支持部材と、棒部材の下部を通過する第一端部と、杭の上端部から突出して配置され、支持部材と連結する第二端部とを有し、杭内部の可動範囲内で上部構造物の水平方向位置を調節する固定部材と、杭の中空部分に充填され固定部材を杭の中空部分で固定する硬化部材とを備える、杭頭接合構造が提供される。
【００１０】
上記硬化部材は、上面が杭の上端部より上になるように杭の中空部分に注入され、硬化部材の上面が支持部材の下面と接触して上部構造物の設置傾斜角を調節してもよい。
【００１１】
上記固定部材は筒形状であり、第二端部は、支持部材の下面と接合し、支持部材と共に上部構造物の設置傾斜角を調節してもよい。
【００１２】
上記支持部材のうち固定部材に対応する位置に開口部が形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、杭の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整でき、上部構造物を支持し固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す正面図である。
【図２】同実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す側面図である。
【図３】同実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す斜視図である。
【図４】同実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す断面図である。
【図５】同実施形態に係る杭頭接合構造１００のアイボルト１１０を示す側面図である。
【図６】同実施形態に係る杭頭接合構造１００のアイボルト１１０を示す正面図である。
【図７】同実施形態に係る杭頭接合構造１００の施工過程状態を示す断面図である。
【図８】同実施形態に係る杭頭接合構造２００と上部構造物を示す斜視図である。
【図９】同実施形態に係る杭頭接合構造２００と上部構造物を示す断面図である。
【図１０】同実施形態に係る杭頭接合構造１００の変形例の一部と上部構造物の一部を示す断面図である。
【図１１】同実施形態に係る杭頭接合構造２００の変形例の一部と上部構造物の一部を示す断面図である。
【図１２】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００と上部構造物を示す斜視図である。
【図１３】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００と上部構造物を示す断面図である。
【図１４】同実施形態に係る杭頭接合構造２００のアイボルト１１０の上端における結合部分を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る杭頭接合構造４００と上部構造物を示す断面図である。
【図１６】同実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す断面図である。
【図１７】同実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す断面図である。
【図１８】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【図１９】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【図２０】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【図２１】同実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す横断面図である。
【図２２】同実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す横断面図である。
【図２３】プレート３２０の変形例であるプレート４２０を示す平面図である。
【図２４】プレート３２０を示す平面図である。
【図２５】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【図２６】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【図２７】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造６００を示す断面図である。
【図２８】同実施形態に係る杭頭接合構造４００の変形例を示す横断面図である。
【図２９】同実施形態に係る杭頭接合構造４００の変形例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
［１．第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る杭頭接合構造１００は、図１に示すように、杭１０の上部に適用され、杭１０の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整でき、上部構造物を支持し固定することが可能である。図１は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す正面図である。図２は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す側面図である。
【００１７】
図１及び図２に示す例では、杭頭接合構造１００が杭１０の上部に適用され、上部構造物が杭１０と接合されて、杭１０の上部において上部構造物が支持され固定される。具体的には、複数の杭１０の上部にベースレール３０が水平に設置され、ベースレール３０の上にフレーム２０が設置される。ベースレール３０は、杭１０に載置される下面と、下面に対向する上面が平行な部材である。そのため、杭頭接合構造１００が、杭１０の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整することで、ベースレール３０を水平に設置でき、その結果、フレーム２０を正確な高さや水平方向に基づいて設置できる。
【００１８】
ベースレール３０は、図２に示すように、例えば断面がコ字形状の鋼材であり、複数の杭１０の上部を水平につなぐことができるつなぎ材である。ベースレール３０には、杭１０に対応する位置に開口部３２が形成される。開口部３２は、杭頭接合構造１００のアイボルト１１０が貫通する。フレーム２０は、例えばソーラーパネル４０を設置するための支持構造体である。本明細書では、上部構造物としてフレーム２０、ベースレール３０及びソーラーパネル４０の例を説明するが、本発明の杭頭接合構造は、その他の上部構造物にも適用できる。
【００１９】
次に、本実施形態に係る杭頭接合構造１００の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す斜視図である。図４は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す断面図である。図５は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００のアイボルト１１０を示す側面図である。図６は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００のアイボルト１１０を示す正面図である。
【００２０】
杭頭接合構造１００は、杭１０とベースレール３０を接合する構造であり、ボルト１０２と、ナット１０６と、ワッシャー１０７，１０８と、アイボルト１１０と、ワッシャー１３２と、ナット１３４，１３６などを有する。杭頭接合構造１００は、杭１０の上部にベースレール３０の中間部分が位置するときに、杭１０とベースレール３０を接合する場合に適用される。
【００２１】
杭１０は、例えば筒形状の鋼管杭であり、地盤１に埋設される。地盤に施工される杭１０は、垂直方向を目標として埋設されるが、正確な垂直方向に埋設されることは困難であり、多少傾斜する場合がある。図４では、杭１０がわずかに傾斜している例を示している。
【００２２】
杭１０には、杭１０本体の上部に開口部１２が二つ形成される。二つの開口部１２はボルト１０２が貫通可能な開口部であり、互いに対向する位置に形成される。開口部１２の設置位置は、アイボルト１１０の設置時の可動範囲などを考慮して決定される。開口部１２はボルト１０２が杭１０に対する水平方向、垂直方向及び斜め方向に移動しないように固定する。なお、開口部１２は、杭頭接合構造１００のために設けられた孔でもよいし、杭１０を回転しながら埋設する際に、杭施工装置と杭１０を固定するために使用される孔でもよい。
【００２３】
杭１０内部には、仕切り板１４が設けられる。仕切り板１４は、杭１０内部に注入されるモルタル１５０が杭１０の上端側にのみ施工されるようにする。仕切り板１４の設置位置は、開口部１２やアイボルト１１０の設置位置よりも下である。
【００２４】
ボルト１０２は、二つの開口部１２を貫通して杭１０に設置される。その際、ボルト１０２の軸部１０４（棒部材の一例である。）は、軸方向が杭１０内部で杭１０の中空部分を横切って配置される。ボルト１０２は、ナット１０６とワッシャー１０７，１０８と共にねじ結合されて杭１０に固定される。ワッシャー１０７は、ボルト１０２の頭部側に設けられ、ワッシャー１０８は、ナット１０６側に設けられる。ボルト１０２の軸部１０４には雄ねじが形成され、軸部１０４はアイボルト１１０のリング部１１２を貫通する。
【００２５】
アイボルト１１０は、リング部１１２と、軸部１１４を有する。リング部１１２は、アイボルト１１０の軸部１１４の一端側に設けられ、図６に示すように開口部１１６を有する環状部材である。アイボルト１１０の軸部１１４には雄ねじが形成され、軸部１１４はベースレール３０の開口部３２を貫通してナット１３４，１３６によってねじ結合で固定される。軸部１１４の先端は杭１０の上端部から突出して配置される。アイボルト１１０は固定部材の一例である。また、リング部１１２は第一端部の一例であり、軸部１１４は第二端部の一例である。なお、第一端部は環状部材に限定されず、ボルト１０２の軸部１０４を貫通させることができれば他の形状でもよい。
【００２６】
ナット１３４，１３６は、アイボルト１１０の軸部１１４とねじ結合して、ベースレール３０を杭１０に固定する。ワッシャー１３２は、ベースレール３０のプレート部材とナット１３４の間に設置される。
【００２７】
モルタル１５０は杭１０に注入され、上面が杭１０の上端より突出するように施工される。モルタル１５０は硬化したのち、杭１０内部でアイボルト１１０が移動しないようにアイボルト１１０を固定する。また、硬化したモルタル１５０は、アイボルト１１０を介して、ベースレール３０上に設置された上部構造物で発生した水平力を杭１０に伝達することができる。
【００２８】
モルタル１５０は、杭１０の上部に設置する上部構造物の設置傾斜角を調節できる。即ち、モルタル１５０の上面を水平に施工し硬化させることによって、杭１０の上部に設置するベースレール３０を水平に配置でき、更にベースレール３０上部に設置するフレーム２０などの上部構造物を水平に設置できる。また、モルタル１５０の上面の高さを調整して硬化させることによって、杭１０の上部に設置するベースレール３０やフレーム２０等の上部構造物の設置高さを調節してもよい。
【００２９】
アイボルト１１０は、杭１０の中空部分で、図５及び図６に示すように設置位置を調整できる。即ち、アイボルト１１０は、図５に示すように、ボルト１０２の軸部１０４の軸方向に沿って移動することができる。また、アイボルト１１０は、図６に示すように、軸部１０４の軸方向に対して垂直方向に移動することも可能である。図６に示す例では、リング部１１２の開口部１１６が円形であり、アイボルト１１０の可動範囲は限定されているが、本実施形態のリング部１１２や開口部１１６の形状は、他の形状でもよい。例えば、開口部１１６を長穴形状にすることで、図６の例に比べて可動範囲を広げることもできる。
【００３０】
このように、アイボルト１１０の設置位置が調整できることで、アイボルト１１０に固定されるベースレール３０の水平方向の設置位置を調節できる。その結果、杭１０の水平方向の施工誤差を吸収できる。
【００３１】
また、アイボルト１１０の軸部１１４は、上部構造物の設置に要求される水平面に対して垂直方向に設置される。そして、上面が水平に施工されたモルタル１５０の上に、ベースレール３０の両面が平行なプレート部材と、両面が平行なワッシャー１３２が設置される。ワッシャー１３２が、ナット１３４，１３６によって固定されることによって、ワッシャー１３２とモルタル１５０の間で、ベースレール３０のプレート部材が水平に設置され、ベースレール３０を水平にかつ確実に杭１０に固定できる。即ち、アイボルト１１０は、杭１０の立設方向が傾斜していても、垂直方向に設置できるため、杭１０の傾き誤差を吸収できる。
【００３２】
次に、図７を使用して、アイボルト１１０の固定方法を含む杭頭接合構造１００の施工方法の一例について説明する。図７は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００の施工過程状態を示す断面図である。図７では、分かりやすさのため、杭１０が極端に傾斜した状態を示している。
【００３３】
まず、アイボルト１１０のリング部１１２を軸部１１４より下側にして、アイボルト１１０を杭１０の中空部分に挿入する。次に、ボルト１０２の軸部１０４を、杭１０の一方の開口部１２と、アイボルト１１０のリング部１１２の開口部１１６と、杭１０の他方の開口部１２に貫通させる。そして、ナット１０６をボルト１０２に結合し、ボルト１０２を杭１０に固定する。
【００３４】
次に、図７に示すように、杭１０の上端の周囲に段ボール等による仮設材５０を全周にわたって巻く。そして、モルタル１５０を杭１０及び仮設材５０の中空部分に注入する。所望の高さまでモルタル１５０を注入しながら、ベースレール３０の水平方向の設置位置に合わせて、アイボルト１１０の軸部１１４を水平方向に移動させる。また、アイボルト１１０の軸部１１４を、上部構造物の設置に要求される水平面に対して垂直方向に設置する。アイボルト１１０の位置が決定したら、アイボルト１１０を固定したままモルタル１５０上面を水平にならして、モルタル１５０を硬化させる。アイボルト１１０を固定する方法としては、例えば穴の空いた板材を仮設材５０の上にかぶせて、板材の穴にアイボルト１１０の軸部１１４を貫通させて固定する方法がある。
【００３５】
モルタル１５０が硬化する前又は硬化した後、プレート１２０をモルタル１５０の上部にプレート１２０を設置する。プレート１２０は、ナット１３４，１３６、ワッシャー１３２をアイボルト１１０の軸部１１４に結合することによって、杭１０に固定される。
【００３６】
そして、プレート１２０の上面にベースレール３０を載せて、ボルト１４０を、プレート１２０の開口部１２４と、ベースレール３０の開口部３４に貫通させる。そして、ナット１４４，１４６、ワッシャー１４２，１４３をボルト１４０に結合し、プレート１２０にベースレール３０を固定する。
【００３７】
（杭頭接合構造２００）
次に、本実施形態に係る杭頭接合構造２００について説明する。図８は、本実施形態に係る杭頭接合構造２００と上部構造物を示す斜視図である。図９は、本実施形態に係る杭頭接合構造２００と上部構造物を示す断面図である。
【００３８】
上記の杭頭接合構造１００は、杭１０の上部にベースレール３０の中間部分が位置するときに適用される構造であるが、杭頭接合構造２００は、杭１０の上部に二つのベースレール３０の端部が位置するときに、杭１０と二つのベースレール３０を接合する場合に適用される。杭頭接合構造２００は、杭頭接合構造１００に対して、プレート１２０を追加した構成である。
【００３９】
杭頭接合構造２００は、杭１０とベースレール３０を接合する構造であり、ボルト１０２と、ナット１０６と、ワッシャー１０７，１０８と、アイボルト１１０と、プレート１２０と、ワッシャー１３２と、ナット１３４，１３６と、ボルト１４０と、ワッシャー１４２，１４３と、ナット１４４，１４６などを有する。
【００４０】
プレート１２０は、例えば板状部材であり、アイボルト１１０の軸部１１４の端部と、杭１０の上端部のモルタル１５０の上面との間に配置される。プレート１２０は、例えば金属製である。プレート１２０は支持部材の一例である。プレート１２０の下面は杭１０の上端部のモルタル１５０と接触し、プレート１２０の上面はベースレール３０の下面と接触する。プレート１２０には、開口部１２２，１２４が形成される。開口部１２２は、アイボルト１１０の軸部１１４が貫通する。開口部１２４は、ボルト１４０の軸部が貫通する。
【００４１】
ナット１３４，１３６は、アイボルト１１０の軸部１１４とねじ結合して、プレート１２０を杭１０に固定する。ワッシャー１３２は、プレート１２０とナット１３４の間に設置される。
【００４２】
ボルト１４０は、プレート１２０の開口部１２４を貫通し、ベースレール３０の開口部３４を貫通する。ベースレール３０の開口部３４は、プレート１２０の開口部１２４に対応する位置に形成される。ナット１４４，１４６は、ボルト１４０とねじ結合して、プレート１２０にベースレール３０を固定する。ワッシャー１４２は、ボルト１４０の頭部とプレート１２０の間に設置され、ワッシャー１４３は、ベースレール３０とナット１４４の間に設置される。これにより、ベースレール３０が杭１０に固定される。
【００４３】
図８及び図９では、杭頭接合構造２００が一のベースレール３０の端部と、他のベースレール３０の端部を支持している状態を示している。このような場合に、プレート１２０は、両方のベースレール３０を支持し、ベースレール３０等の上部構造物からの荷重を杭１０に伝達できる。
【００４４】
なお、上部構造物の高さ調整のため、図１０に示すように、ベースレール３０とモルタル１５０の間、または図１１に示すように、ベースレール３０とプレート１２０の間に、高さ調整プレート１６０を設置してもよい。図１０は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００の変形例の一部と上部構造物の一部を示す断面図である。図１１は、本実施形態に係る杭頭接合構造２００の変形例の一部と上部構造物の一部を示す断面図である。高さ調整プレート１６０は、所定の厚さを有する板状部材である。これにより、杭頭接合構造１００，２００が、杭１０の高さ方向の施工誤差を吸収できる。なお、ナット１３４，１３６はアイボルト１１０の軸部１１４とねじ結合して、図１０に示す例では、ベースレール３０を杭１０に固定し、図１１に示す例では、高さ調整プレート１６０とプレート１２０を杭１０に固定する。
【００４５】
（杭頭接合構造３００）
次に、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００について説明する。図１２は、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００と上部構造物を示す斜視図である。図１３は、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００と上部構造物を示す断面図である。
【００４６】
本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００は、杭頭接合構造２００のプレート１２０の代わりに、図１２及び図１３に示すように、断面係数が高い断面を有する支持部材２２０を使用したものである。
【００４７】
支持部材２２０は、例えば、平行な下面２２２と上面２２４を有する、断面がロ字形状のボックス型の部材である。支持部材２２０は、下面２２２を介して、ナット１３４，１３６、ワッシャー１３２をアイボルト１１０の軸部１１４に結合することによって、杭１０に固定される。また、ナット２４４，２４６、ワッシャー２４２，２４３をボルト２４０に結合し、支持部材２２０にベースレール３０を固定する。これにより、プレート１２０では曲げ耐力が足りないとき、杭頭接合構造の曲げ剛性を確保することができる。
【００４８】
図１２及び図１３では、杭頭接合構造３００が一のベースレール３０の端部と、他のベースレール３０の端部を支持している状態を示している。このような場合に、ボルト２４０にかかる軸力が大きくなるため、図８及び図９のプレート１２０よりも、図１２及び図１３で示した支持部材２２０を使用することで、杭頭接合構造の曲げ剛性を高め、より強固に上部構造物を支持できる。
【００４９】
なお、支持部材２２０は、断面がロ字形状のボックス型の部材に限定されず、例えば、断面がコ字形状、Ｈ字形状であってもよく、２枚のプレートが上下で対向するように配置されることで、杭頭接合構造の曲げ剛性を高めることができる。
【００５０】
以上、本実施形態の杭頭接合構造１００，２００，３００によれば、モルタル１５０が杭１０の高さ方向や傾き方向の施工誤差を調整し、ボルト１０２とアイボルト１１０の組み合わせが杭１０の水平方向の芯ずれを調整する。また、杭頭接合構造１００，２００，３００は、プレート１２０（又は支持部材２２０）及びモルタル１５０によって上部構造物の荷重を杭１０に伝達できる。更に、上部構造物に上方向の力（引き抜き力）が作用した場合でも、ボルト１０２とアイボルト１１０とナット１３４，１３６によって杭１０と上部構造物の接合を維持でき、上部構造物を杭１０に固定できる。特に、杭１０の中空部分にモルタル１５０が硬化していることによって、ボルト１０２の軸部１０４が曲がりづらくなり、大きな引き抜き力を杭１０に伝達することができる。
【００５１】
更に、杭頭接合構造１００，２００，３００は、上部構造物に水平力が作用した場合、アイボルト１１０とモルタル１５０を介して、杭１０に水平力が伝達される。そのため、杭１０の中空部分にモルタル１５０が充填されない場合に比べて、杭頭接合構造１００，２００，３００は、より大きな水平力を杭１０に伝達できる。
【００５２】
また更に、アイボルト１１０は、モルタル１５０の硬化前において、杭１０の中空部分で自由に移動できる。その結果、アイボルト１１０の水平方向の位置によって、杭１０の水平方向の誤差を吸収できる。従って、ボルト１４０，２４０を貫通させるベースレール３０の開口部３４の開口面積を広げてルーズホールとすることで、杭頭接合構造１００，２００，３００と、ベースレール３０の位置合わせをする必要がない。そのため、ベースレール３０の開口部３４の開口面積は、ボルト１４０の軸部が貫通できる必要最小限の大きさでよい。ルーズホールでねじ結合する場合は、摩擦接合が必要であり、高力ボルトを使用する必要があるが、本実施形態によれば、ボルトサイズの穴でよいため、支圧接合でよく、普通ボルトを使用して杭頭接合構造１００，２００，３００を構成できる。更に、本実施形態はボルト数を減らすこともできる。
【００５３】
なお、上記実施形態では、アイボルト１１０が上部構造物の設置に要求される水平面に対して垂直方向に設置される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図１４に示すように、上部構造物（ベースレール３０）に対して、斜め方向にアイボルト１１０を設けてもよい。図１４は、本実施形態に係る杭頭接合構造２００のアイボルト１１０の上端における結合部分を示す断面図である。この場合、ねじ結合によって、プレート１２０を杭１０に固定できるように、球面ワッシャー２３２、球面座付きフランジナット２３４、ナット２３６を使用する。
【００５４】
球面ワッシャー２３２、球面座付きフランジナット２３４は、ナット２３６と共に、アイボルト１１０の軸部１１４と結合して、プレート１２０を杭１０の上部に固定する。球面ワッシャー２３２は、一端に凹面が形成され、他端がプレート１２０と接触する。球面座付きフランジナット２３４は、一端が球面ワッシャー２３２の凹面と接触する球面部２３５であり、他端が、雌ねじが形成されたナット部である。
【００５５】
球面ワッシャー２３２と球面座付きフランジナット２３４を組み合わせることで、球面座付きフランジナット２３４が、プレート１２０及び杭１０に対して傾斜して配置できるため、球面座付きフランジナット２３４を貫通するアイボルト１１０も同様に傾斜配置できる。その結果、杭１０の上部に設置するベースレール３０を水平に配置でき、更にベースレール３０上部に設置するフレーム２０などの上部構造物を水平に設置できる。すなわち、球面ワッシャー２３２及び球面座付きフランジナット２３４が、杭１０の傾き方向の施工誤差を調整する。
【００５６】
［２．第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る杭頭接合構造４００について説明する。図１５は、本実施形態に係る杭頭接合構造４００と上部構造物を示す断面図であり、図１６及び図１７は、本実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す断面図である。
【００５７】
杭頭接合構造４００は、杭１０とベースレール３０を接合する構造であり、ボルト１０２と、ナット１０６と、ワッシャー１０７，１０８と、連結部材３１０と、プレート３２０と、ボルト１４０と、ワッシャー１４３と、ナット１４４，１４６などを有する。
【００５８】
ボルト１０２と、ナット１０６と、ワッシャー１０７，１０８と、ボルト１４０と、ワッシャー１４３と、ナット１４４，１４６は、上述した第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、ボルト１０２の軸部１０４は、連結部材３１０の開口部３１６を貫通する。
【００５９】
連結部材３１０は、中空の円筒形状部材であり、側面を切り欠いた形状を有する。連結部材３１０は固定部材の一例である。連結部材３１０は、下部３１２と、中間部３１４と、上部３１８に分けられる。下部３１２は、円筒状であり、上側で二つの中間部３１４と連結している。中間部３１４は、対向する二つの部材であり、下側で下部３１２と連結し、上側で上部３１８と連結する。上部３１８は、円筒状であり、下側で二つの中間部３１４と連結し、上側でプレート３２０の下面と連結している。連結部材３１０は、プレート３２０と溶接によって接合される。図１５〜図１７中の３３２は、溶接部分を示す。下部３１２と、中間部３１４と、上部３１８が四方を囲むことによって、開口部３１６が形成される。開口部３１６には、ボルト１０２が貫通する。
【００６０】
プレート３２０は、例えば金属製の板状部材であり、連結部材３１０の上端に配置され、溶接によって固定される。プレート３２０には、開口部３２２と、開口部１２４が形成される。開口部３２２は、モルタル１５０を杭１０の中空部分に注入するための穴である。開口部１２４は、第１の実施形態と同様に、ボルト１４０の軸部が貫通する。
【００６１】
連結部材３１０とプレート３２０は、杭１０に設置する前に両者を溶接によって接合しておく。連結部材３１０の軸方向は、プレート３２０の水平面に対して垂直である。
【００６２】
モルタル１５０は、硬化部材の一例であり、プレート３２０の開口部３２２を介して、杭１０に注入される。モルタル１５０の上面は、プレート３２０に接触してもよいし、プレート３２０から離隔してもよい。モルタル１５０は硬化したのち、杭１０内部で連結部材３１０が移動しないように連結部材３１０を固定する。また、硬化したモルタル１５０は、連結部材３１０を介して、ベースレール３０上に設置された上部構造物で発生した水平力を杭１０に伝達することができる。
【００６３】
連結部材３１０及びプレート３２０は、杭１０の上部に設置する上部構造物の設置傾斜角及び設置高さを調節できる。即ち、プレート３２０の上面を水平に施工し、モルタル１５０を硬化させることによって、杭１０の上部に設置するベースレール３０を水平に配置でき、更にベースレール３０上部に設置するフレーム２０などの上部構造物を水平に設置できる。また、連結部材３１０及びプレート３２０の設置高さを調整して、モルタル１５０を硬化させることによって、杭１０の上部に設置するベースレール３０やフレーム２０等の上部構造物の設置高さを調節できる。
【００６４】
連結部材３１０は、杭１０の中空部分で、水平方向に設置位置を調整できる。即ち、連結部材３１０は、ボルト１０２の軸部１０４の軸方向に沿って移動することができる。また、連結部材３１０は、軸部１０４の軸方向に対して垂直方向に移動することも可能である。このように、連結部材３１０の設置位置を水平方向に調整できることで、連結部材３１０に固定されるベースレール３０の水平方向の設置位置を調節できる。その結果、杭１０の水平方向の施工誤差を吸収できる。
【００６５】
また、連結部材３１０の軸方向は、上部構造物の設置に要求される水平面に対して垂直方向に設置される。その結果、プレート３２０の上面が水平に施工される。即ち、連結部材３１０は、杭１０の立設方向が傾斜していても、垂直方向に設置できるため、杭１０の傾き誤差を吸収できる。
【００６６】
次に、連結部材３１０及びプレート３２０の固定方法の一例について説明する。
まず、連結部材３１０とプレート３２０を溶接などによって結合しておく。そして、連結部材３１０を地盤に施工された杭１０の中空部分に挿入する。次に、ボルト１０２の軸部１０４を、杭１０の一方の開口部１２と、連結部材３１０の開口部３１６と、杭１０の他方の開口部１２に貫通させる。そして、ナット１０６をボルト１０２に結合し、ボルト１０２を杭１０に固定する。
【００６７】
次に、プレート３２０の開口部３２２を介して、モルタル１５０を杭１０の中空部分に注入する。所望の高さまでモルタル１５０を注入しながら、ベースレール３０の水平方向の設置位置に合わせて、連結部材３１０を水平方向に移動させる。また、連結部材３１０を、上部構造物の設置に要求される水平面に対して垂直方向に設置する。連結部材３１０の位置が決定したら、連結部材３１０を固定したままモルタル１５０を硬化させる。上述した第１の実施形態では、モルタル１５０を杭１０の中空部分に注入した後、プレート１２０をモルタル１５０上に設置した。そして、モルタル１５０が硬化する前にプレート１２０を設置する場合、モルタル１５０が硬化するまで、アイボルト１１０とプレート１２０の両方を支持する必要があった。一方、本実施形態によれば、連結部材３１０とプレート３２０が一体化しているため、モルタル１５０が硬化するまで、連結部材３１０とプレート３２０のいずれか一方を支持すればよい。
【００６８】
モルタル１５０が硬化した後、プレート３２０の上面にベースレール３０を載せて、ボルト１４０を、プレート３２０の開口部１２４と、ベースレール３０の開口部３４に貫通させる。そして、ナット１４４，１４６、ワッシャー１４２，１４３をボルト１４０に結合し、プレート３２０にベースレール３０を固定する。
【００６９】
以上、本実施形態の杭頭接合構造４００によれば、連結部材３１０及びプレート３２０の組み合わせが高さ方向や傾き方向の施工誤差を調整し、連結部材３１０及びプレート３２０の組み合わせが杭１０の水平方向の杭１０の芯ずれを調整する。
【００７０】
また、杭頭接合構造４００は、プレート３２０、連結部材３１０及びモルタル１５０によって上部構造物の荷重を杭１０に伝達できる。更に、上部構造物に上方向の力（引き抜き力）が作用した場合でも、連結部材３１０と、モルタル１５０と、ボルト１０２によって、杭１０と上部構造物の接合を維持でき、上部構造物を杭１０に固定できる。連結部材３１０は、円筒形状を有するため、第１の実施形態のアイボルト１１０の軸部１１４に比べて剛性を高めることができ、より確実な力の伝達が可能となる。
【００７１】
杭１０を上部から見たとき、連結部材３１０の下部３１２と、ボルト１０２の軸部１０４が交差していることで、杭頭接合構造４００は引き抜き力に抵抗できる。また、下部３１２の周囲にモルタル１５０が付着し、付着応力によって力の伝達を高めることができる。更に、杭１０の中空部分にモルタル１５０が硬化していることによって、ボルト１０２の軸部１０４が曲がりづらくなり、大きな引き抜き力を杭１０に伝達することができる。
【００７２】
更に、杭頭接合構造４００は、上部構造物に水平力が作用した場合、連結部材３１０とモルタル１５０を介して、杭１０に水平力が伝達される。そのため、杭１０の中空部分にモルタル１５０が充填されない場合に比べて、杭頭接合構造は、より大きな水平力を杭１０に伝達できる。
【００７３】
（杭頭接合構造５００）
なお、上記実施形態では、連結部材３１０は、下部３１２と、中間部３１４と、上部３１８に分けられる構成であるが、本発明は、この例に限定されない。例えば、図１８〜図２０に示す連結部材４１０を適用できる。図１８〜図２０は、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【００７４】
連結部材４１０は、棒状部材４１２と、中間部４１４と、上部４１８に分けられる。棒状部材４１２は、両端で二つの中間部４１４と連結している。中間部４１４は、対向する二つの部材であり、下側で棒状部材４１２と連結し、上側で上部４１８と連結する。上部４１８は、円筒状であり、下側で二つの中間部４１４と連結し、上側でプレート３２０の下面と連結している。連結部材４１０は、プレート３２０と溶接によって接合される。図１８〜図２０中の３３２は、溶接部分を示す。棒状部材４１２と、中間部４１４と、上部４１８が四方を囲むことによって、開口部４１６が形成される。
【００７５】
この構成の連結部材４１０によれば、連結部材３１０に比べて部材数が多くなるが、連結部材３１０と同様に、杭１０を上部から見たとき、連結部材４１０の棒状部材４１２と、ボルト１０２の軸部１０４が交差していることで、杭頭接合構造５００は引き抜き力に抵抗できる。また、棒状部材４１２の周囲にモルタル１５０が付着し、付着応力によって力の伝達を高めることができる。
【００７６】
（プレート３２０の設置方向及びベースレール３０の設置方向について）
次に、本発明の第２の実施形態におけるボルト１０２の軸方向と、プレート３２０の設置方向及びベースレール３０の設置方向の関係について説明する。
【００７７】
ベースレール３０は、軸方向に長い長尺の部材であり、杭１０と結合される場所に予め開口部３４が形成されている。ベースレール３０と結合されるプレート３２０には、ベースレール３０の軸方向に沿うように、少なくとも二つの開口部１２４が連結部材３１０を間に挟んで形成される（例えば図１５参照）。そのため、プレート３２０をベースレール３０と結合する場合、全ての杭１０上のプレート３２０は、同一方向に揃う必要がある。
【００７８】
ボルト１０２を貫通させる杭１０の開口部１２は、杭１０を地盤に施工する前に形成したものでもよい。この場合、杭１０を所定深さに埋設し終えた後の開口部１２の方向は、杭１０によって相違する。そのため、二つの開口部１２を貫通するボルト１０２の方向も、杭１０によって相違する。ところで、連結部材３１０の設置方向は、図２１及び図２２に示すように、ボルト１０２の軸部１０４と、連結部材３１０の開口部３１６の関係によって規制される。そして、連結部材３１０とプレート３２０は一体的に形成されているため、ボルト１０２の方向によって、プレート３２０の設置方向範囲が制限される。図２１及び図２２は、本実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す横断面図である。
【００７９】
全ての杭１０上のプレート３２０を同一方向に揃えるためには、連結部材３１０の開口部３１６が広いほどよい。しかし、図２３に示すように、連結部材３１０を間に挟んで、プレート４２０に二つの開口部１２４を設ける場合、開口部３１６を広げてもプレート３２０の設置方向範囲を３６０°の範囲で網羅することはできない。図２３は、プレート３２０の変形例であるプレート４２０を示す平面図である。
【００８０】
そこで、図２４に示すように、連結部材３１０を中心にして、４方向に均等に開口部１２４を設ける。図２４は、プレート３２０を示す平面図である。これにより、連結部材３１０の設置方向が、図２１及び図２２に示すように、ボルト１０２の軸部１０４と、連結部材３１０の開口部３１６の関係によって規制されたとしても、常にベースレール３０の軸方向に沿うように、連結部材３１０を間に挟んで二つの開口部１２４を揃えることができる。
【００８１】
ところで、杭１０を地盤に回転させながら施工するため、杭１０に２組の開口部１２を形成する場合がある。ここで、２組の開口部１２とは、対向する二つの開口部１２−１と、他の対向する二つの開口部１２−２であり、開口部１２−１と開口部１２−２は上下関係にある。二つの開口部１２−１と二つの開口部１２−２が、図２５に示すように上下で隣接している場合、図２４に示すように、連結部材４１０を中心にして４方向に均等に開口部１２４を設けるプレート３２０を使用する。これにより、開口部１２−１，１２−２の方向に関わらず、プレート３２０の設置方向を全ての杭１０で揃えることができる。図２５は、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【００８２】
一方、二つの開口部１２−１と二つの開口部１２−３が、図２６に示すように上下で交差している場合、図２０に示すように、連結部材４１０を間に挟んで二つの開口部１２４を設けるプレート４２０を使用してもよい。すなわち、プレート４２０を揃えたい方向に応じて、ボルト１０２の軸部１０４を開口部１２−１又は開口部１２−３のいずれかに貫通させて、連結部材４１０の開口部４１６にボルト１０２の軸部１０４を貫通させればよい。図２６は、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【００８３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８４】
例えば、上記実施形態では、杭１０の上部に直接、杭頭接合構造を形成するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図２７に示すように、杭１０の上部に拡頭部４０を設けて、拡頭部４０に杭頭接合構造を形成してもよい。図２７は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る杭頭接合構造６００を示す断面図である。なお、図２７は、拡頭部４０に第２の実施形態の変形例を適用した例を示しているが、第１の実施形態に係る杭頭接合構造など他の構造を適用してもよい。拡頭部４０は、杭１０の直径より大きな径を有する例えば円筒部材８０と、円板８２からなる。円筒部材８０は、円板８２を介して杭１０の上端と接合される。円筒部材８０の側面には、開口部８４が形成され、開口部８４にはボルト１０２の軸部１０４が貫通する。
【００８５】
拡頭部４０は、杭１０よりも開口面積が広くなるため、連結部材４１０の水平方向の可動範囲が広くなる。その結果、杭頭接合構造によれば、杭１０の水平方向の施工誤差を調節できる範囲が広がる。
【００８６】
また、上記実施形態では、杭１０に設置されるボルト１０２の軸部１０４が直線状であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図２８に示すように、ボルト１０２は、軸部１０４の中間部で屈曲してもよい。図２８は、本発明の第２の実施形態に係る杭頭接合構造４００の変形例を示す横断面図である。このボルト１０２を使用すると、ボルト１０２を回転させることで、軸部１０４の屈曲部分が、杭１０の中心より、杭１０の軸方向に対して垂直方向に位置するように配置できる。このような構成とすることで、連結部材３１０は、一の開口部１２から他の開口部１２への方向に対して垂直方向へ移動できる範囲が広がる。その結果、杭１０の水平方向の施工誤差をより大きく吸収することができる。なお、図示しないが、アイボルト１１０を使用した本発明の第１の実施形態にも同様に屈曲したボルト１０２を適用できる。
【００８７】
更に、上記実施形態では、棒部材がボルト１０２の軸部１０４である例について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図２９に示すように、棒部材２０２は、丸鋼等の鋼製部材であってもよい。棒部材２０２は、ボルト１０２のように雄ねじ部分や頭部がない。棒部材２０２には、Ｃリング２０７，２０８が両端部分に装着される。これによって、棒部材２０２が杭１０から抜けることを防止できる。Ｃリング２０７，２０８は、例えば棒部材２０２の外面に形成された溝に嵌められて固定される。Ｃリング２０７，２０８の代わりにＥリング、割りピンなどが棒部材２０２に装着されてもよい。なお、図２９では、屈曲した棒部材の例について図示したが、直線状の棒部材でも丸鋼等の鋼製部材を使用できる。また、図２９では、本発明の第２の実施形態に係る杭頭接合構造４００における例を図示したが、アイボルト１１０を使用した本発明の第１の実施形態にも同様に棒部材２０２を適用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 杭
１２，３２，３４ 開口部
１４ 仕切り板
２０ フレーム
３０ ベースレール
４０ ソーラーパネル
５０ 仮設材
１００，２００，３００，４００，５００，６００ 杭頭接合構造
１０２，１４０ ボルト
１０４ 軸部
１０６，１３４，１３６，１４４，１４６，２３６ ナット
１０７，１０８，１３２，１４２，１４３ ワッシャー
１１０ アイボルト
１１２ リング部
１１４ 軸部
１１６，１２２，１２４，３１６，３２２，４１６ 開口部
１２０，３２０ プレート
１５０ モルタル
１６０ 高さ調整プレート
２２０ 支持部材
２２２ 下面
２２４ 上面
２３２ 球面ワッシャー
２３４ 球面座付きフランジナット
３１０，４１０ 連結部材
３１２ 下部
３１４，４１４ 中間部
３１８，４１８ 上部
４１２ 棒状部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭頭接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上に設置される構造物は、地盤に施工された杭の上部に設置されることで、地盤に対して安定的に設置される（以下、杭上部に設置される構造物を「上部構造物」ともいう）。杭と上部構造物が接合されることによって、杭は上部構造物の荷重を支持し、上部構造物が受ける風等によって上部構造物が地盤から離れてしまうのを防止する。地盤に施工される杭は、材料によって、コンクリート杭、鋼管杭などに分類される。
【０００３】
特許文献１では、土台を支持する支持金具に設けられた円形突出部が杭頭開口部に挿入され、土台と杭が接合される技術が開示されている。また、特許文献２では、アンカーパイル本体の上端部に、土台が載置されるキャップ部材が螺合接続され、キャップ部材の上下方向位置が調整される技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１３６９９号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０４７０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、地盤に施工される杭が、垂直・水平方向に正確に埋設されることは困難であり、多少傾斜する場合もある。また、複数の杭の上部に一つの上部構造物を設置する場合、複数の杭の高さを全て一致させて埋設させておくことも困難である。また、杭の埋設位置についても、精度良く施工することは困難であるため、複数の杭を一直線上に配置できないという問題がある。そのため、複数の杭の上部に一つの上部構造物を水平に設置するためには、杭の上部で杭の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整する必要がある。
【０００６】
しかし、特許文献１では、土台と杭の接合部分において杭の施工によって生じる垂直方向の誤差や傾斜誤差を考慮したディテールになっていないため、特許文献１で開示された接合方法によって施工誤差を解消することは難しい。また、特許文献２でも、特許文献１と同様に、土台とアンカーパイルの接合部分において施工誤差を解消するディテールとなっていないため、特許文献２で開示された接合方法は水平方向の誤差や傾斜誤差を解消できない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、杭の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整でき、上部構造物を支持し固定することが可能な、新規かつ改良された杭頭接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、上部構造物を上側で支持し固定する筒形状の杭と、軸方向が前記杭内部で杭の中空部分を横切って配置され杭に固定された棒部材と、棒部材の下部を通過する第一端部と、杭の上端部から突出して配置され、上部構造物と連結する第二端部とを有し、杭内部の可動範囲内で上部構造物の水平方向位置を調節する固定部材と、杭の中空部分に充填され固定部材を杭の中空部分で固定する硬化部材とを備える杭頭接合構造が提供される。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上部構造物を上側で支持し固定する筒形状の杭と、軸方向が杭内部で杭の中空部分を横切って配置され杭に固定された棒部材と、杭の上端部で、上部構造物の荷重を杭に伝達するように配置される板状の支持部材と、棒部材の下部を通過する第一端部と、杭の上端部から突出して配置され、支持部材と連結する第二端部とを有し、杭内部の可動範囲内で上部構造物の水平方向位置を調節する固定部材と、杭の中空部分に充填され固定部材を杭の中空部分で固定する硬化部材とを備える、杭頭接合構造が提供される。
【００１０】
上記硬化部材は、上面が杭の上端部より上になるように杭の中空部分に注入され、硬化部材の上面が支持部材の下面と接触して上部構造物の設置傾斜角を調節してもよい。
【００１１】
上記固定部材は筒形状であり、第二端部は、支持部材の下面と接合し、支持部材と共に上部構造物の設置傾斜角を調節してもよい。
【００１２】
上記支持部材のうち固定部材に対応する位置に開口部が形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、杭の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整でき、上部構造物を支持し固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す正面図である。
【図２】同実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す側面図である。
【図３】同実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す斜視図である。
【図４】同実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す断面図である。
【図５】同実施形態に係る杭頭接合構造１００のアイボルト１１０を示す側面図である。
【図６】同実施形態に係る杭頭接合構造１００のアイボルト１１０を示す正面図である。
【図７】同実施形態に係る杭頭接合構造１００の施工過程状態を示す断面図である。
【図８】同実施形態に係る杭頭接合構造２００と上部構造物を示す斜視図である。
【図９】同実施形態に係る杭頭接合構造２００と上部構造物を示す断面図である。
【図１０】同実施形態に係る杭頭接合構造１００の変形例の一部と上部構造物の一部を示す断面図である。
【図１１】同実施形態に係る杭頭接合構造２００の変形例の一部と上部構造物の一部を示す断面図である。
【図１２】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００と上部構造物を示す斜視図である。
【図１３】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００と上部構造物を示す断面図である。
【図１４】同実施形態に係る杭頭接合構造２００のアイボルト１１０の上端における結合部分を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る杭頭接合構造４００と上部構造物を示す断面図である。
【図１６】同実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す断面図である。
【図１７】同実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す断面図である。
【図１８】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【図１９】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【図２０】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【図２１】同実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す横断面図である。
【図２２】同実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す横断面図である。
【図２３】プレート３２０の変形例であるプレート４２０を示す平面図である。
【図２４】プレート３２０を示す平面図である。
【図２５】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【図２６】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【図２７】同実施形態の変形例に係る杭頭接合構造６００を示す断面図である。
【図２８】同実施形態に係る杭頭接合構造４００の変形例を示す横断面図である。
【図２９】同実施形態に係る杭頭接合構造４００の変形例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
［１．第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る杭頭接合構造１００は、図１に示すように、杭１０の上部に適用され、杭１０の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整でき、上部構造物を支持し固定することが可能である。図１は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す正面図である。図２は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す側面図である。
【００１７】
図１及び図２に示す例では、杭頭接合構造１００が杭１０の上部に適用され、上部構造物が杭１０と接合されて、杭１０の上部において上部構造物が支持され固定される。具体的には、複数の杭１０の上部にベースレール３０が水平に設置され、ベースレール３０の上にフレーム２０が設置される。ベースレール３０は、杭１０に載置される下面と、下面に対向する上面が平行な部材である。そのため、杭頭接合構造１００が、杭１０の鉛直方向、水平方向及び傾斜角の施工誤差を調整することで、ベースレール３０を水平に設置でき、その結果、フレーム２０を正確な高さや水平方向に基づいて設置できる。
【００１８】
ベースレール３０は、図２に示すように、例えば断面がコ字形状の鋼材であり、複数の杭１０の上部を水平につなぐことができるつなぎ材である。ベースレール３０には、杭１０に対応する位置に開口部３２が形成される。開口部３２は、杭頭接合構造１００のアイボルト１１０が貫通する。フレーム２０は、例えばソーラーパネル４０を設置するための支持構造体である。本明細書では、上部構造物としてフレーム２０、ベースレール３０及びソーラーパネル４０の例を説明するが、本発明の杭頭接合構造は、その他の上部構造物にも適用できる。
【００１９】
次に、本実施形態に係る杭頭接合構造１００の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す斜視図である。図４は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００と上部構造物を示す断面図である。図５は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００のアイボルト１１０を示す側面図である。図６は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００のアイボルト１１０を示す正面図である。
【００２０】
杭頭接合構造１００は、杭１０とベースレール３０を接合する構造であり、ボルト１０２と、ナット１０６と、ワッシャー１０７，１０８と、アイボルト１１０と、ワッシャー１３２と、ナット１３４，１３６などを有する。杭頭接合構造１００は、杭１０の上部にベースレール３０の中間部分が位置するときに、杭１０とベースレール３０を接合する場合に適用される。
【００２１】
杭１０は、例えば筒形状の鋼管杭であり、地盤１に埋設される。地盤に施工される杭１０は、垂直方向を目標として埋設されるが、正確な垂直方向に埋設されることは困難であり、多少傾斜する場合がある。図４では、杭１０がわずかに傾斜している例を示している。
【００２２】
杭１０には、杭１０本体の上部に開口部１２が二つ形成される。二つの開口部１２はボルト１０２が貫通可能な開口部であり、互いに対向する位置に形成される。開口部１２の設置位置は、アイボルト１１０の設置時の可動範囲などを考慮して決定される。開口部１２はボルト１０２が杭１０に対する水平方向、垂直方向及び斜め方向に移動しないように固定する。なお、開口部１２は、杭頭接合構造１００のために設けられた孔でもよいし、杭１０を回転しながら埋設する際に、杭施工装置と杭１０を固定するために使用される孔でもよい。
【００２３】
杭１０内部には、仕切り板１４が設けられる。仕切り板１４は、杭１０内部に注入されるモルタル１５０が杭１０の上端側にのみ施工されるようにする。仕切り板１４の設置位置は、開口部１２やアイボルト１１０の設置位置よりも下である。
【００２４】
ボルト１０２は、二つの開口部１２を貫通して杭１０に設置される。その際、ボルト１０２の軸部１０４（棒部材の一例である。）は、軸方向が杭１０内部で杭１０の中空部分を横切って配置される。ボルト１０２は、ナット１０６とワッシャー１０７，１０８と共にねじ結合されて杭１０に固定される。ワッシャー１０７は、ボルト１０２の頭部側に設けられ、ワッシャー１０８は、ナット１０６側に設けられる。ボルト１０２の軸部１０４には雄ねじが形成され、軸部１０４はアイボルト１１０のリング部１１２を貫通する。
【００２５】
アイボルト１１０は、リング部１１２と、軸部１１４を有する。リング部１１２は、アイボルト１１０の軸部１１４の一端側に設けられ、図６に示すように開口部１１６を有する環状部材である。アイボルト１１０の軸部１１４には雄ねじが形成され、軸部１１４はベースレール３０の開口部３２を貫通してナット１３４，１３６によってねじ結合で固定される。軸部１１４の先端は杭１０の上端部から突出して配置される。アイボルト１１０は固定部材の一例である。また、リング部１１２は第一端部の一例であり、軸部１１４は第二端部の一例である。なお、第一端部は環状部材に限定されず、ボルト１０２の軸部１０４を貫通させることができれば他の形状でもよい。
【００２６】
ナット１３４，１３６は、アイボルト１１０の軸部１１４とねじ結合して、ベースレール３０を杭１０に固定する。ワッシャー１３２は、ベースレール３０のプレート部材とナット１３４の間に設置される。
【００２７】
モルタル１５０は杭１０に注入され、上面が杭１０の上端より突出するように施工される。モルタル１５０は硬化したのち、杭１０内部でアイボルト１１０が移動しないようにアイボルト１１０を固定する。また、硬化したモルタル１５０は、アイボルト１１０を介して、ベースレール３０上に設置された上部構造物で発生した水平力を杭１０に伝達することができる。
【００２８】
モルタル１５０は、杭１０の上部に設置する上部構造物の設置傾斜角を調節できる。即ち、モルタル１５０の上面を水平に施工し硬化させることによって、杭１０の上部に設置するベースレール３０を水平に配置でき、更にベースレール３０上部に設置するフレーム２０などの上部構造物を水平に設置できる。また、モルタル１５０の上面の高さを調整して硬化させることによって、杭１０の上部に設置するベースレール３０やフレーム２０等の上部構造物の設置高さを調節してもよい。
【００２９】
アイボルト１１０は、杭１０の中空部分で、図５及び図６に示すように設置位置を調整できる。即ち、アイボルト１１０は、図５に示すように、ボルト１０２の軸部１０４の軸方向に沿って移動することができる。また、アイボルト１１０は、図６に示すように、軸部１０４の軸方向に対して垂直方向に移動することも可能である。図６に示す例では、リング部１１２の開口部１１６が円形であり、アイボルト１１０の可動範囲は限定されているが、本実施形態のリング部１１２や開口部１１６の形状は、他の形状でもよい。例えば、開口部１１６を長穴形状にすることで、図６の例に比べて可動範囲を広げることもできる。
【００３０】
このように、アイボルト１１０の設置位置が調整できることで、アイボルト１１０に固定されるベースレール３０の水平方向の設置位置を調節できる。その結果、杭１０の水平方向の施工誤差を吸収できる。
【００３１】
また、アイボルト１１０の軸部１１４は、上部構造物の設置に要求される水平面に対して垂直方向に設置される。そして、上面が水平に施工されたモルタル１５０の上に、ベースレール３０の両面が平行なプレート部材と、両面が平行なワッシャー１３２が設置される。ワッシャー１３２が、ナット１３４，１３６によって固定されることによって、ワッシャー１３２とモルタル１５０の間で、ベースレール３０のプレート部材が水平に設置され、ベースレール３０を水平にかつ確実に杭１０に固定できる。即ち、アイボルト１１０は、杭１０の立設方向が傾斜していても、垂直方向に設置できるため、杭１０の傾き誤差を吸収できる。
【００３２】
次に、図７を使用して、アイボルト１１０の固定方法を含む杭頭接合構造１００の施工方法の一例について説明する。図７は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００の施工過程状態を示す断面図である。図７では、分かりやすさのため、杭１０が極端に傾斜した状態を示している。
【００３３】
まず、アイボルト１１０のリング部１１２を軸部１１４より下側にして、アイボルト１１０を杭１０の中空部分に挿入する。次に、ボルト１０２の軸部１０４を、杭１０の一方の開口部１２と、アイボルト１１０のリング部１１２の開口部１１６と、杭１０の他方の開口部１２に貫通させる。そして、ナット１０６をボルト１０２に結合し、ボルト１０２を杭１０に固定する。
【００３４】
次に、図７に示すように、杭１０の上端の周囲に段ボール等による仮設材５０を全周にわたって巻く。そして、モルタル１５０を杭１０及び仮設材５０の中空部分に注入する。所望の高さまでモルタル１５０を注入しながら、ベースレール３０の水平方向の設置位置に合わせて、アイボルト１１０の軸部１１４を水平方向に移動させる。また、アイボルト１１０の軸部１１４を、上部構造物の設置に要求される水平面に対して垂直方向に設置する。アイボルト１１０の位置が決定したら、アイボルト１１０を固定したままモルタル１５０上面を水平にならして、モルタル１５０を硬化させる。アイボルト１１０を固定する方法としては、例えば穴の空いた板材を仮設材５０の上にかぶせて、板材の穴にアイボルト１１０の軸部１１４を貫通させて固定する方法がある。
【００３５】
モルタル１５０が硬化する前又は硬化した後、プレート１２０をモルタル１５０の上部にプレート１２０を設置する。プレート１２０は、ナット１３４，１３６、ワッシャー１３２をアイボルト１１０の軸部１１４に結合することによって、杭１０に固定される。
【００３６】
そして、プレート１２０の上面にベースレール３０を載せて、ボルト１４０を、プレート１２０の開口部１２４と、ベースレール３０の開口部３４に貫通させる。そして、ナット１４４，１４６、ワッシャー１４２，１４３をボルト１４０に結合し、プレート１２０にベースレール３０を固定する。
【００３７】
（杭頭接合構造２００）
次に、本実施形態に係る杭頭接合構造２００について説明する。図８は、本実施形態に係る杭頭接合構造２００と上部構造物を示す斜視図である。図９は、本実施形態に係る杭頭接合構造２００と上部構造物を示す断面図である。
【００３８】
上記の杭頭接合構造１００は、杭１０の上部にベースレール３０の中間部分が位置するときに適用される構造であるが、杭頭接合構造２００は、杭１０の上部に二つのベースレール３０の端部が位置するときに、杭１０と二つのベースレール３０を接合する場合に適用される。杭頭接合構造２００は、杭頭接合構造１００に対して、プレート１２０を追加した構成である。
【００３９】
杭頭接合構造２００は、杭１０とベースレール３０を接合する構造であり、ボルト１０２と、ナット１０６と、ワッシャー１０７，１０８と、アイボルト１１０と、プレート１２０と、ワッシャー１３２と、ナット１３４，１３６と、ボルト１４０と、ワッシャー１４２，１４３と、ナット１４４，１４６などを有する。
【００４０】
プレート１２０は、例えば板状部材であり、アイボルト１１０の軸部１１４の端部と、杭１０の上端部のモルタル１５０の上面との間に配置される。プレート１２０は、例えば金属製である。プレート１２０は支持部材の一例である。プレート１２０の下面は杭１０の上端部のモルタル１５０と接触し、プレート１２０の上面はベースレール３０の下面と接触する。プレート１２０には、開口部１２２，１２４が形成される。開口部１２２は、アイボルト１１０の軸部１１４が貫通する。開口部１２４は、ボルト１４０の軸部が貫通する。
【００４１】
ナット１３４，１３６は、アイボルト１１０の軸部１１４とねじ結合して、プレート１２０を杭１０に固定する。ワッシャー１３２は、プレート１２０とナット１３４の間に設置される。
【００４２】
ボルト１４０は、プレート１２０の開口部１２４を貫通し、ベースレール３０の開口部３４を貫通する。ベースレール３０の開口部３４は、プレート１２０の開口部１２４に対応する位置に形成される。ナット１４４，１４６は、ボルト１４０とねじ結合して、プレート１２０にベースレール３０を固定する。ワッシャー１４２は、ボルト１４０の頭部とプレート１２０の間に設置され、ワッシャー１４３は、ベースレール３０とナット１４４の間に設置される。これにより、ベースレール３０が杭１０に固定される。
【００４３】
図８及び図９では、杭頭接合構造２００が一のベースレール３０の端部と、他のベースレール３０の端部を支持している状態を示している。このような場合に、プレート１２０は、両方のベースレール３０を支持し、ベースレール３０等の上部構造物からの荷重を杭１０に伝達できる。
【００４４】
なお、上部構造物の高さ調整のため、図１０に示すように、ベースレール３０とモルタル１５０の間、または図１１に示すように、ベースレール３０とプレート１２０の間に、高さ調整プレート１６０を設置してもよい。図１０は、本実施形態に係る杭頭接合構造１００の変形例の一部と上部構造物の一部を示す断面図である。図１１は、本実施形態に係る杭頭接合構造２００の変形例の一部と上部構造物の一部を示す断面図である。高さ調整プレート１６０は、所定の厚さを有する板状部材である。これにより、杭頭接合構造１００，２００が、杭１０の高さ方向の施工誤差を吸収できる。なお、ナット１３４，１３６はアイボルト１１０の軸部１１４とねじ結合して、図１０に示す例では、ベースレール３０を杭１０に固定し、図１１に示す例では、高さ調整プレート１６０とプレート１２０を杭１０に固定する。
【００４５】
（杭頭接合構造３００）
次に、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００について説明する。図１２は、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００と上部構造物を示す斜視図である。図１３は、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００と上部構造物を示す断面図である。
【００４６】
本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造３００は、杭頭接合構造２００のプレート１２０の代わりに、図１２及び図１３に示すように、断面係数が高い断面を有する支持部材２２０を使用したものである。
【００４７】
支持部材２２０は、例えば、平行な下面２２２と上面２２４を有する、断面がロ字形状のボックス型の部材である。支持部材２２０は、下面２２２を介して、ナット１３４，１３６、ワッシャー１３２をアイボルト１１０の軸部１１４に結合することによって、杭１０に固定される。また、ナット２４４，２４６、ワッシャー２４２，２４３をボルト２４０に結合し、支持部材２２０にベースレール３０を固定する。これにより、プレート１２０では曲げ耐力が足りないとき、杭頭接合構造の曲げ剛性を確保することができる。
【００４８】
図１２及び図１３では、杭頭接合構造３００が一のベースレール３０の端部と、他のベースレール３０の端部を支持している状態を示している。このような場合に、ボルト２４０にかかる軸力が大きくなるため、図８及び図９のプレート１２０よりも、図１２及び図１３で示した支持部材２２０を使用することで、杭頭接合構造の曲げ剛性を高め、より強固に上部構造物を支持できる。
【００４９】
なお、支持部材２２０は、断面がロ字形状のボックス型の部材に限定されず、例えば、断面がコ字形状、Ｈ字形状であってもよく、２枚のプレートが上下で対向するように配置されることで、杭頭接合構造の曲げ剛性を高めることができる。
【００５０】
以上、本実施形態の杭頭接合構造１００，２００，３００によれば、モルタル１５０が杭１０の高さ方向や傾き方向の施工誤差を調整し、ボルト１０２とアイボルト１１０の組み合わせが杭１０の水平方向の芯ずれを調整する。また、杭頭接合構造１００，２００，３００は、プレート１２０（又は支持部材２２０）及びモルタル１５０によって上部構造物の荷重を杭１０に伝達できる。更に、上部構造物に上方向の力（引き抜き力）が作用した場合でも、ボルト１０２とアイボルト１１０とナット１３４，１３６によって杭１０と上部構造物の接合を維持でき、上部構造物を杭１０に固定できる。特に、杭１０の中空部分にモルタル１５０が硬化していることによって、ボルト１０２の軸部１０４が曲がりづらくなり、大きな引き抜き力を杭１０に伝達することができる。
【００５１】
更に、杭頭接合構造１００，２００，３００は、上部構造物に水平力が作用した場合、アイボルト１１０とモルタル１５０を介して、杭１０に水平力が伝達される。そのため、杭１０の中空部分にモルタル１５０が充填されない場合に比べて、杭頭接合構造１００，２００，３００は、より大きな水平力を杭１０に伝達できる。
【００５２】
また更に、アイボルト１１０は、モルタル１５０の硬化前において、杭１０の中空部分で自由に移動できる。その結果、アイボルト１１０の水平方向の位置によって、杭１０の水平方向の誤差を吸収できる。従って、ボルト１４０，２４０を貫通させるベースレール３０の開口部３４の開口面積を広げてルーズホールとすることで、杭頭接合構造１００，２００，３００と、ベースレール３０の位置合わせをする必要がない。そのため、ベースレール３０の開口部３４の開口面積は、ボルト１４０の軸部が貫通できる必要最小限の大きさでよい。ルーズホールでねじ結合する場合は、摩擦接合が必要であり、高力ボルトを使用する必要があるが、本実施形態によれば、ボルトサイズの穴でよいため、支圧接合でよく、普通ボルトを使用して杭頭接合構造１００，２００，３００を構成できる。更に、本実施形態はボルト数を減らすこともできる。
【００５３】
なお、上記実施形態では、アイボルト１１０が上部構造物の設置に要求される水平面に対して垂直方向に設置される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図１４に示すように、上部構造物（ベースレール３０）に対して、斜め方向にアイボルト１１０を設けてもよい。図１４は、本実施形態に係る杭頭接合構造２００のアイボルト１１０の上端における結合部分を示す断面図である。この場合、ねじ結合によって、プレート１２０を杭１０に固定できるように、球面ワッシャー２３２、球面座付きフランジナット２３４、ナット２３６を使用する。
【００５４】
球面ワッシャー２３２、球面座付きフランジナット２３４は、ナット２３６と共に、アイボルト１１０の軸部１１４と結合して、プレート１２０を杭１０の上部に固定する。球面ワッシャー２３２は、一端に凹面が形成され、他端がプレート１２０と接触する。球面座付きフランジナット２３４は、一端が球面ワッシャー２３２の凹面と接触する球面部２３５であり、他端が、雌ねじが形成されたナット部である。
【００５５】
球面ワッシャー２３２と球面座付きフランジナット２３４を組み合わせることで、球面座付きフランジナット２３４が、プレート１２０及び杭１０に対して傾斜して配置できるため、球面座付きフランジナット２３４を貫通するアイボルト１１０も同様に傾斜配置できる。その結果、杭１０の上部に設置するベースレール３０を水平に配置でき、更にベースレール３０上部に設置するフレーム２０などの上部構造物を水平に設置できる。すなわち、球面ワッシャー２３２及び球面座付きフランジナット２３４が、杭１０の傾き方向の施工誤差を調整する。
【００５６】
［２．第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る杭頭接合構造４００について説明する。図１５は、本実施形態に係る杭頭接合構造４００と上部構造物を示す断面図であり、図１６及び図１７は、本実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す断面図である。
【００５７】
杭頭接合構造４００は、杭１０とベースレール３０を接合する構造であり、ボルト１０２と、ナット１０６と、ワッシャー１０７，１０８と、連結部材３１０と、プレート３２０と、ボルト１４０と、ワッシャー１４３と、ナット１４４，１４６などを有する。
【００５８】
ボルト１０２と、ナット１０６と、ワッシャー１０７，１０８と、ボルト１４０と、ワッシャー１４３と、ナット１４４，１４６は、上述した第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、ボルト１０２の軸部１０４は、連結部材３１０の開口部３１６を貫通する。
【００５９】
連結部材３１０は、中空の円筒形状部材であり、側面を切り欠いた形状を有する。連結部材３１０は固定部材の一例である。連結部材３１０は、下部３１２と、中間部３１４と、上部３１８に分けられる。下部３１２は、円筒状であり、上側で二つの中間部３１４と連結している。中間部３１４は、対向する二つの部材であり、下側で下部３１２と連結し、上側で上部３１８と連結する。上部３１８は、円筒状であり、下側で二つの中間部３１４と連結し、上側でプレート３２０の下面と連結している。連結部材３１０は、プレート３２０と溶接によって接合される。図１５〜図１７中の３３２は、溶接部分を示す。下部３１２と、中間部３１４と、上部３１８が四方を囲むことによって、開口部３１６が形成される。開口部３１６には、ボルト１０２が貫通する。
【００６０】
プレート３２０は、例えば金属製の板状部材であり、連結部材３１０の上端に配置され、溶接によって固定される。プレート３２０には、開口部３２２と、開口部１２４が形成される。開口部３２２は、モルタル１５０を杭１０の中空部分に注入するための穴である。開口部１２４は、第１の実施形態と同様に、ボルト１４０の軸部が貫通する。
【００６１】
連結部材３１０とプレート３２０は、杭１０に設置する前に両者を溶接によって接合しておく。連結部材３１０の軸方向は、プレート３２０の水平面に対して垂直である。
【００６２】
モルタル１５０は、硬化部材の一例であり、プレート３２０の開口部３２２を介して、杭１０に注入される。モルタル１５０の上面は、プレート３２０に接触してもよいし、プレート３２０から離隔してもよい。モルタル１５０は硬化したのち、杭１０内部で連結部材３１０が移動しないように連結部材３１０を固定する。また、硬化したモルタル１５０は、連結部材３１０を介して、ベースレール３０上に設置された上部構造物で発生した水平力を杭１０に伝達することができる。
【００６３】
連結部材３１０及びプレート３２０は、杭１０の上部に設置する上部構造物の設置傾斜角及び設置高さを調節できる。即ち、プレート３２０の上面を水平に施工し、モルタル１５０を硬化させることによって、杭１０の上部に設置するベースレール３０を水平に配置でき、更にベースレール３０上部に設置するフレーム２０などの上部構造物を水平に設置できる。また、連結部材３１０及びプレート３２０の設置高さを調整して、モルタル１５０を硬化させることによって、杭１０の上部に設置するベースレール３０やフレーム２０等の上部構造物の設置高さを調節できる。
【００６４】
連結部材３１０は、杭１０の中空部分で、水平方向に設置位置を調整できる。即ち、連結部材３１０は、ボルト１０２の軸部１０４の軸方向に沿って移動することができる。また、連結部材３１０は、軸部１０４の軸方向に対して垂直方向に移動することも可能である。このように、連結部材３１０の設置位置を水平方向に調整できることで、連結部材３１０に固定されるベースレール３０の水平方向の設置位置を調節できる。その結果、杭１０の水平方向の施工誤差を吸収できる。
【００６５】
また、連結部材３１０の軸方向は、上部構造物の設置に要求される水平面に対して垂直方向に設置される。その結果、プレート３２０の上面が水平に施工される。即ち、連結部材３１０は、杭１０の立設方向が傾斜していても、垂直方向に設置できるため、杭１０の傾き誤差を吸収できる。
【００６６】
次に、連結部材３１０及びプレート３２０の固定方法の一例について説明する。
まず、連結部材３１０とプレート３２０を溶接などによって結合しておく。そして、連結部材３１０を地盤に施工された杭１０の中空部分に挿入する。次に、ボルト１０２の軸部１０４を、杭１０の一方の開口部１２と、連結部材３１０の開口部３１６と、杭１０の他方の開口部１２に貫通させる。そして、ナット１０６をボルト１０２に結合し、ボルト１０２を杭１０に固定する。
【００６７】
次に、プレート３２０の開口部３２２を介して、モルタル１５０を杭１０の中空部分に注入する。所望の高さまでモルタル１５０を注入しながら、ベースレール３０の水平方向の設置位置に合わせて、連結部材３１０を水平方向に移動させる。また、連結部材３１０を、上部構造物の設置に要求される水平面に対して垂直方向に設置する。連結部材３１０の位置が決定したら、連結部材３１０を固定したままモルタル１５０を硬化させる。上述した第１の実施形態では、モルタル１５０を杭１０の中空部分に注入した後、プレート１２０をモルタル１５０上に設置した。そして、モルタル１５０が硬化する前にプレート１２０を設置する場合、モルタル１５０が硬化するまで、アイボルト１１０とプレート１２０の両方を支持する必要があった。一方、本実施形態によれば、連結部材３１０とプレート３２０が一体化しているため、モルタル１５０が硬化するまで、連結部材３１０とプレート３２０のいずれか一方を支持すればよい。
【００６８】
モルタル１５０が硬化した後、プレート３２０の上面にベースレール３０を載せて、ボルト１４０を、プレート３２０の開口部１２４と、ベースレール３０の開口部３４に貫通させる。そして、ナット１４４，１４６、ワッシャー１４２，１４３をボルト１４０に結合し、プレート３２０にベースレール３０を固定する。
【００６９】
以上、本実施形態の杭頭接合構造４００によれば、連結部材３１０及びプレート３２０の組み合わせが高さ方向や傾き方向の施工誤差を調整し、連結部材３１０及びプレート３２０の組み合わせが杭１０の水平方向の杭１０の芯ずれを調整する。
【００７０】
また、杭頭接合構造４００は、プレート３２０、連結部材３１０及びモルタル１５０によって上部構造物の荷重を杭１０に伝達できる。更に、上部構造物に上方向の力（引き抜き力）が作用した場合でも、連結部材３１０と、モルタル１５０と、ボルト１０２によって、杭１０と上部構造物の接合を維持でき、上部構造物を杭１０に固定できる。連結部材３１０は、円筒形状を有するため、第１の実施形態のアイボルト１１０の軸部１１４に比べて剛性を高めることができ、より確実な力の伝達が可能となる。
【００７１】
杭１０を上部から見たとき、連結部材３１０の下部３１２と、ボルト１０２の軸部１０４が交差していることで、杭頭接合構造４００は引き抜き力に抵抗できる。また、下部３１２の周囲にモルタル１５０が付着し、付着応力によって力の伝達を高めることができる。更に、杭１０の中空部分にモルタル１５０が硬化していることによって、ボルト１０２の軸部１０４が曲がりづらくなり、大きな引き抜き力を杭１０に伝達することができる。
【００７２】
更に、杭頭接合構造４００は、上部構造物に水平力が作用した場合、連結部材３１０とモルタル１５０を介して、杭１０に水平力が伝達される。そのため、杭１０の中空部分にモルタル１５０が充填されない場合に比べて、杭頭接合構造は、より大きな水平力を杭１０に伝達できる。
【００７３】
（杭頭接合構造５００）
なお、上記実施形態では、連結部材３１０は、下部３１２と、中間部３１４と、上部３１８に分けられる構成であるが、本発明は、この例に限定されない。例えば、図１８〜図２０に示す連結部材４１０を適用できる。図１８〜図２０は、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【００７４】
連結部材４１０は、棒状部材４１２と、中間部４１４と、上部４１８に分けられる。棒状部材４１２は、両端で二つの中間部４１４と連結している。中間部４１４は、対向する二つの部材であり、下側で棒状部材４１２と連結し、上側で上部４１８と連結する。上部４１８は、円筒状であり、下側で二つの中間部４１４と連結し、上側でプレート３２０の下面と連結している。連結部材４１０は、プレート３２０と溶接によって接合される。図１８〜図２０中の３３２は、溶接部分を示す。棒状部材４１２と、中間部４１４と、上部４１８が四方を囲むことによって、開口部４１６が形成される。
【００７５】
この構成の連結部材４１０によれば、連結部材３１０に比べて部材数が多くなるが、連結部材３１０と同様に、杭１０を上部から見たとき、連結部材４１０の棒状部材４１２と、ボルト１０２の軸部１０４が交差していることで、杭頭接合構造５００は引き抜き力に抵抗できる。また、棒状部材４１２の周囲にモルタル１５０が付着し、付着応力によって力の伝達を高めることができる。
【００７６】
（プレート３２０の設置方向及びベースレール３０の設置方向について）
次に、本発明の第２の実施形態におけるボルト１０２の軸方向と、プレート３２０の設置方向及びベースレール３０の設置方向の関係について説明する。
【００７７】
ベースレール３０は、軸方向に長い長尺の部材であり、杭１０と結合される場所に予め開口部３４が形成されている。ベースレール３０と結合されるプレート３２０には、ベースレール３０の軸方向に沿うように、少なくとも二つの開口部１２４が連結部材３１０を間に挟んで形成される（例えば図１５参照）。そのため、プレート３２０をベースレール３０と結合する場合、全ての杭１０上のプレート３２０は、同一方向に揃う必要がある。
【００７８】
ボルト１０２を貫通させる杭１０の開口部１２は、杭１０を地盤に施工する前に形成したものでもよい。この場合、杭１０を所定深さに埋設し終えた後の開口部１２の方向は、杭１０によって相違する。そのため、二つの開口部１２を貫通するボルト１０２の方向も、杭１０によって相違する。ところで、連結部材３１０の設置方向は、図２１及び図２２に示すように、ボルト１０２の軸部１０４と、連結部材３１０の開口部３１６の関係によって規制される。そして、連結部材３１０とプレート３２０は一体的に形成されているため、ボルト１０２の方向によって、プレート３２０の設置方向範囲が制限される。図２１及び図２２は、本実施形態に係る杭頭接合構造４００を示す横断面図である。
【００７９】
全ての杭１０上のプレート３２０を同一方向に揃えるためには、連結部材３１０の開口部３１６が広いほどよい。しかし、図２３に示すように、連結部材３１０を間に挟んで、プレート４２０に二つの開口部１２４を設ける場合、開口部３１６を広げてもプレート３２０の設置方向範囲を３６０°の範囲で網羅することはできない。図２３は、プレート３２０の変形例であるプレート４２０を示す平面図である。
【００８０】
そこで、図２４に示すように、連結部材３１０を中心にして、４方向に均等に開口部１２４を設ける。図２４は、プレート３２０を示す平面図である。これにより、連結部材３１０の設置方向が、図２１及び図２２に示すように、ボルト１０２の軸部１０４と、連結部材３１０の開口部３１６の関係によって規制されたとしても、常にベースレール３０の軸方向に沿うように、連結部材３１０を間に挟んで二つの開口部１２４を揃えることができる。
【００８１】
ところで、杭１０を地盤に回転させながら施工するため、杭１０に２組の開口部１２を形成する場合がある。ここで、２組の開口部１２とは、対向する二つの開口部１２−１と、他の対向する二つの開口部１２−２であり、開口部１２−１と開口部１２−２は上下関係にある。二つの開口部１２−１と二つの開口部１２−２が、図２５に示すように上下で隣接している場合、図２４に示すように、連結部材４１０を中心にして４方向に均等に開口部１２４を設けるプレート３２０を使用する。これにより、開口部１２−１，１２−２の方向に関わらず、プレート３２０の設置方向を全ての杭１０で揃えることができる。図２５は、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【００８２】
一方、二つの開口部１２−１と二つの開口部１２−３が、図２６に示すように上下で交差している場合、図２０に示すように、連結部材４１０を間に挟んで二つの開口部１２４を設けるプレート４２０を使用してもよい。すなわち、プレート４２０を揃えたい方向に応じて、ボルト１０２の軸部１０４を開口部１２−１又は開口部１２−３のいずれかに貫通させて、連結部材４１０の開口部４１６にボルト１０２の軸部１０４を貫通させればよい。図２６は、本実施形態の変形例に係る杭頭接合構造５００を示す断面図である。
【００８３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８４】
例えば、上記実施形態では、杭１０の上部に直接、杭頭接合構造を形成するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図２７に示すように、杭１０の上部に拡頭部４０を設けて、拡頭部４０に杭頭接合構造を形成してもよい。図２７は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る杭頭接合構造６００を示す断面図である。なお、図２７は、拡頭部４０に第２の実施形態の変形例を適用した例を示しているが、第１の実施形態に係る杭頭接合構造など他の構造を適用してもよい。拡頭部４０は、杭１０の直径より大きな径を有する例えば円筒部材８０と、円板８２からなる。円筒部材８０は、円板８２を介して杭１０の上端と接合される。円筒部材８０の側面には、開口部８４が形成され、開口部８４にはボルト１０２の軸部１０４が貫通する。
【００８５】
拡頭部４０は、杭１０よりも開口面積が広くなるため、連結部材４１０の水平方向の可動範囲が広くなる。その結果、杭頭接合構造によれば、杭１０の水平方向の施工誤差を調節できる範囲が広がる。
【００８６】
また、上記実施形態では、杭１０に設置されるボルト１０２の軸部１０４が直線状であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図２８に示すように、ボルト１０２は、軸部１０４の中間部で屈曲してもよい。図２８は、本発明の第２の実施形態に係る杭頭接合構造４００の変形例を示す横断面図である。このボルト１０２を使用すると、ボルト１０２を回転させることで、軸部１０４の屈曲部分が、杭１０の中心より、杭１０の軸方向に対して垂直方向に位置するように配置できる。このような構成とすることで、連結部材３１０は、一の開口部１２から他の開口部１２への方向に対して垂直方向へ移動できる範囲が広がる。その結果、杭１０の水平方向の施工誤差をより大きく吸収することができる。なお、図示しないが、アイボルト１１０を使用した本発明の第１の実施形態にも同様に屈曲したボルト１０２を適用できる。
【００８７】
更に、上記実施形態では、棒部材がボルト１０２の軸部１０４である例について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図２９に示すように、棒部材２０２は、丸鋼等の鋼製部材であってもよい。棒部材２０２は、ボルト１０２のように雄ねじ部分や頭部がない。棒部材２０２には、Ｃリング２０７，２０８が両端部分に装着される。これによって、棒部材２０２が杭１０から抜けることを防止できる。Ｃリング２０７，２０８は、例えば棒部材２０２の外面に形成された溝に嵌められて固定される。Ｃリング２０７，２０８の代わりにＥリング、割りピンなどが棒部材２０２に装着されてもよい。なお、図２９では、屈曲した棒部材の例について図示したが、直線状の棒部材でも丸鋼等の鋼製部材を使用できる。また、図２９では、本発明の第２の実施形態に係る杭頭接合構造４００における例を図示したが、アイボルト１１０を使用した本発明の第１の実施形態にも同様に棒部材２０２を適用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１０ 杭
１２，３２，３４ 開口部
１４ 仕切り板
２０ フレーム
３０ ベースレール
４０ ソーラーパネル
５０ 仮設材
１００，２００，３００，４００，５００，６００ 杭頭接合構造
１０２，１４０ ボルト
１０４ 軸部
１０６，１３４，１３６，１４４，１４６，２３６ ナット
１０７，１０８，１３２，１４２，１４３ ワッシャー
１１０ アイボルト
１１２ リング部
１１４ 軸部
１１６，１２２，１２４，３１６，３２２，４１６ 開口部
１２０，３２０ プレート
１５０ モルタル
１６０ 高さ調整プレート
２２０ 支持部材
２２２ 下面
２２４ 上面
２３２ 球面ワッシャー
２３４ 球面座付きフランジナット
３１０，４１０ 連結部材
３１２ 下部
３１４，４１４ 中間部
３１８，４１８ 上部
４１２ 棒状部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造物を上側で支持し固定する筒形状の杭と、
軸方向が前記杭内部で前記杭の中空部分を横切って配置され前記杭に固定された棒部材と、
前記棒部材の下部を通過する第一端部と、前記杭の上端部から突出して配置され、上部構造物と連結する第二端部とを有し、前記杭内部の可動範囲内で前記上部構造物の水平方向位置を調節する固定部材と、
前記杭の中空部分に充填され前記固定部材を前記杭の中空部分で固定する硬化部材と
を備える、杭頭接合構造。
【請求項２】
上部構造物を上側で支持し固定する筒形状の杭と、
軸方向が前記杭内部で前記杭の中空部分を横切って配置され前記杭に固定された棒部材と、
前記杭の上端部で、上部構造物の荷重を杭に伝達するように配置される板状の支持部材と、
前記棒部材の下部を通過する第一端部と、前記杭の上端部から突出して配置され、前記支持部材と連結する第二端部とを有し、前記杭内部の可動範囲内で前記上部構造物の水平方向位置を調節する固定部材と、
前記杭の中空部分に充填され前記固定部材を前記杭の中空部分で固定する硬化部材と
を備える、杭頭接合構造。
【請求項３】
前記硬化部材は、上面が前記杭の上端部より上になるように前記杭の中空部分に注入され、前記硬化部材の上面が前記支持部材の下面と接触して前記上部構造物の設置傾斜角を調節する、請求項１又は２に記載の杭頭接合構造。
【請求項４】
前記固定部材は筒形状であり、前記第二端部は、前記支持部材の下面と接合し、前記支持部材と共に前記上部構造物の設置傾斜角を調節する、請求項１又は２に記載の杭頭接合構造。
【請求項５】
前記支持部材のうち前記固定部材に対応する位置に開口部が形成される、請求項４に記載の杭頭接合構造。
【請求項１】
上部構造物を上側で支持し固定する筒形状の杭と、
軸方向が前記杭内部で前記杭の中空部分を横切って配置され前記杭に固定された棒部材と、
前記棒部材の下部を通過する第一端部と、前記杭の上端部から突出して配置され、上部構造物と連結する第二端部とを有し、前記杭内部の可動範囲内で前記上部構造物の水平方向位置を調節する固定部材と、
前記杭の中空部分に充填され前記固定部材を前記杭の中空部分で固定する硬化部材と
を備える、杭頭接合構造。
【請求項２】
上部構造物を上側で支持し固定する筒形状の杭と、
軸方向が前記杭内部で前記杭の中空部分を横切って配置され前記杭に固定された棒部材と、
前記杭の上端部で、上部構造物の荷重を杭に伝達するように配置される板状の支持部材と、
前記棒部材の下部を通過する第一端部と、前記杭の上端部から突出して配置され、前記支持部材と連結する第二端部とを有し、前記杭内部の可動範囲内で前記上部構造物の水平方向位置を調節する固定部材と、
前記杭の中空部分に充填され前記固定部材を前記杭の中空部分で固定する硬化部材と
を備える、杭頭接合構造。
【請求項３】
前記硬化部材は、上面が前記杭の上端部より上になるように前記杭の中空部分に注入され、前記硬化部材の上面が前記支持部材の下面と接触して前記上部構造物の設置傾斜角を調節する、請求項１又は２に記載の杭頭接合構造。
【請求項４】
前記固定部材は筒形状であり、前記第二端部は、前記支持部材の下面と接合し、前記支持部材と共に前記上部構造物の設置傾斜角を調節する、請求項１又は２に記載の杭頭接合構造。
【請求項５】
前記支持部材のうち前記固定部材に対応する位置に開口部が形成される、請求項４に記載の杭頭接合構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１２−８２６２０（Ｐ２０１２−８２６２０Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９９５２（Ｐ２０１０−２２９９５２）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
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