杭頭鉄筋接続金具

【課題】鋼管杭等の既製杭と構造物との間の結合力を低下させることなく、既製杭に対する杭頭鉄筋の取付作業を向上させることができ、高止まりによって切断された杭頭部への適用が可能で、小型化が容易な杭頭鉄筋接続金具を提供する。
【解決手段】既製杭１の上端部に対して、一対の半円状の円弧状プレート２１，２１の組合せからなる円筒状の杭頭鉄筋接続金具２を宛がい、それらをボルト・ナットなどの適宜の緊締部材で縮径する方向に締め付ける。これにより、杭頭鉄筋接続金具２は、その内周面が既製杭１の外周面に圧接状態で強固に結合される。杭頭鉄筋３は、円弧状プレート２１の外周面に固着されたカプラ等の鉄筋支持部材により立設状態に支持される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎杭の杭頭部と構造物の基礎とを鉄筋を介して結合するにあたり、杭頭部に対して鉄筋を立設状態に接続するための杭頭鉄筋接続金具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種土木建築構造物の構築において、鋼管杭やＰＣ杭などの既製の基礎杭（以下、「既製杭」という。）の設置に関しては、既製杭の杭頭部に定着用の鉄筋（以下、「杭頭鉄筋」という。）を接続して構造物側のフーチング等と結合することにより、既製杭と構造物とを連結する方法が広く行われている。例えば、鋼管杭の杭頭部に対する杭頭鉄筋の接続方法としては、杭頭部の外周面に杭頭鉄筋の下端部を直接的に溶接するもの（特許文献１）、あるいは杭頭部の外周面に溶接したカプラを介してねじ節鉄筋や端部にねじ加工を施した異形鉄筋などを螺着するもの（特許文献２）などが知られている。ところが、地中に埋め込まれた鋼管杭の杭頭部に対して、杭頭鉄筋またはそれを立設するためのカプラを施工現場で溶接する場合には、作業環境が制約されるばかりか、それぞれの杭頭鉄筋ないしカプラに沿った面倒な溶接作業となることから、作業時間の短縮が困難であり、しかも天候に影響されやすいといった工期上の問題があった。一方、工場等の現場以外の場所で予め溶接作業を行う場合には、鋼管杭の打込み時において、鋼管杭の端部に溶接された杭頭鉄筋やカプラが打込み作業の邪魔となって作業性の低下につながりやすい。さらに、鋼管杭が打込み途中で硬い地盤や岩石に当たり、それ以上の打込みが困難な状況（高止まり）となった場合には、地盤表面からの突出長が所定の長さとなるように余分な部分を切除した後、改めて杭頭鉄筋やカプラを杭頭部に再溶接せざるを得ないケースも生じるという問題点があった。
【特許文献１】特開２０００−３５２０６２号公報
【特許文献２】特公平３−５４７３６号公報
【０００３】
そこで、鋼管杭と杭頭鉄筋等との直接的な溶接を回避する技術が提案されている。例えば、半円状の鋼製バンドの外周面に鉄筋を溶接し、その一対を杭頭部の側面に円環状に配置してボルトとナットで緊締するもの（特許文献３）、さらには鋼管杭の外径より僅かに大きな内径を有する円筒形の鋼製リングの外周面に鉄筋を溶接したものを杭頭部に遊嵌状態で外嵌した後、鋼管杭と鋼製リングの隙間にモルタルまたはセメントペーストを充填・固化することにより接合するもの（特許文献４）も知られている。ところで、特許文献１のように鋼管杭に対して杭頭鉄筋を直接的に接続した場合の曲げモーメントに対する抵抗は、鋼管杭の中心から杭頭鉄筋までの径方向上での距離と、杭頭鉄筋の抵抗力との積（モーメント）になるため、設計上では、杭頭鉄筋をできるだけ鋼管杭の外周面から径方向外方の離れた位置に設置するのが有利である。この引張抵抗力の点においても、鋼管杭の表面から杭頭鉄筋が間隔をおいて立設される特許文献３，４の方法は、特許文献１の場合に比べて有利である。ところが、特許文献３の方法では鋼管杭の中心から杭頭鉄筋までの距離が鋼製バンドの板厚によって決まるため、距離を離すには厚い材料を使用することになる。このような場合には、一対の鋼製バンドをボルトとナットで緊締しても、鋼製バンドが変形しにくく、杭自体にも公差があって必ずしも真円でないことから、鋼管杭に対して密着状態が得られない。このため、杭頭鉄筋に引張力が負荷されたときに鋼製バンドと鋼管杭の間で滑りが生じやすく、却って引張抵抗力の低下につながるという問題点があった。さらに、特許文献４の方法の場合には、鋼製リングが鋼管杭を緊締する構造ではなく、鋼管杭と鋼製リングとの接合強度が両者の間に充填されたモルタル等の充填固化材との付着力等に依存するため、十分な接合強度を確保するには鋼製リングの長さを大きくせざるを得ず、杭頭鉄筋接続金具の小型化が難しいなど、いずれの従来技術においてもさらなる改善の余地が残されている。
【特許文献３】特公平１−４０１７８号公報
【特許文献４】特開２００５−１０５８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のような従来技術の状況に鑑みなされたもので、鋼管杭等の既製杭と構造物との間の結合力を低下させることなく、既製杭に対する杭頭鉄筋の取付作業を向上させることができ、また高止まりによって切断された杭頭部への適用が可能であり、さらには小型化も容易な杭頭鉄筋接続金具の提供をその目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記従来技術の問題点を解決するため、本願の請求項１に係る杭頭鉄筋接続金具では、コンクリート基礎内に埋設される杭頭鉄筋を立設状態に支持する複数の鉄筋支持部材が、外周面上に互いに所定の間隔をおいて固着され、既製杭の杭頭部に外嵌される円筒状リングと、この円筒状リングを縮径してその内周面を杭頭部の外周面に圧接状態で固定せしめる緊締部材とを備える構成を採用した点に特徴がある。
【０００６】
さらに、上記請求項１に係る杭頭鉄筋接続金具において、前記円筒状リングを複数の円弧状プレートの組合せとし、前記緊締部材としてボルトとナットを用い、それら円弧状プレートをボルトおよびナットで円筒状に一体化した構成（請求項２）、あるいは前記円筒状リングの円周上の少なくとも1個所に膨出部を形成し、前記緊締部材として当該膨出部に圧入可能なクサビを用いた構成（請求項３）とすることも可能である。さらに、前記円筒状リングの内周面をショットブラスト等によって粗面化処理すれば、摩擦抵抗が増加するので引張抵抗力の向上につながる（請求項４）。また、前記鉄筋支持部材としてカプラを使用すれば、杭頭鉄筋を取り付ける際のナットを省略することができる（請求項５）。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る杭頭鉄筋接続金具では、上記のような構成を採用したことにより、次の効果を得ることができる。
（１）埋設された既製杭の杭頭部に取り付ける際の現場での溶接作業が不要であって、ボルト・ナットあるいはクサビなどの適宜の緊締部材を用いて簡単に行うことができ、杭頭鉄筋接続金具の外周面に固着された鉄筋支持部材を利用して杭頭鉄筋を簡便に取り付けることができるので、杭頭部に対する杭頭鉄筋の接続に関わる作業性が大幅に向上する。
（２）杭頭鉄筋接続金具は、緊締部材によって杭頭部の外周面に圧接状態で固定されるので、杭頭鉄筋に負荷される引張力に対しては両者の接触面に生じる大きな静止摩擦力により抵抗し、既製杭に対して強固な結合状態が得られる。円筒状リングの内周面を予め粗面化処理すれば、その効果はより高まる。このため、円筒状リングの長さを短くするなどして杭頭鉄筋接続金具の小型化を図ることも可能である。
（３）杭頭鉄筋が円筒状リングの外側に固着された鉄筋支持部材を介して立設状態に取り付けられ、既製杭の外周面から離れた位置にあることから、その距離に応じて偏心モーメントが作用する。この偏心モーメントは、円筒状リングと既製杭の間に生じる圧縮力を増加させるので、杭頭鉄筋の引張抵抗力も増加し、既製杭と構造物との間の結合力を的確に確保することができる。
（４）杭頭部には何ら加工することなく、既製杭の設置後に杭頭部の端面側または側面側から所望の高さ位置に取付けが可能であるので、既製杭の高止まりによって杭頭部を切断した場合でも支障なく適用することができ、また打込み時に邪魔になることもない。
（５）円筒状リングを複数の円弧状プレートからなる分割型とした場合には、筒壁が連続する一体型のものに比べて製造が容易であり、特に保管や運搬の際に嵩張らない利点がある。
（６）円筒状リングを筒壁が連続する一体型とした場合には、上記分割型のものに比べて、カプラ等の鉄筋支持部材の固着位置を選択する際の自由度が高まる。
（７）鉄筋支持部材としてカプラを用いた場合には、杭頭鉄筋を取り付ける際にナットを省略することができ、接続作業の能率向上につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
上記のように、本発明による杭頭鉄筋接続金具は、円筒状リングをボルト・ナットなどの緊締部材によって縮径して杭頭部の外周面に圧接状態で固定し、この円筒状リングの外側に固着された鉄筋支持部材により複数の杭頭鉄筋を既製杭の外周面から離れた位置で立設状態に取り付ける構成を採用したことにより、杭頭鉄筋の現場での取付作業を合理化し、杭頭鉄筋の安定した接続状態を実現した点を大きな特徴としている。すなわち、図１（ａ）に示すように、既製杭１の上端部外周面に対して、本発明に係る円筒状の杭頭鉄筋接続金具２を宛がい、適宜の緊締部材で円筒状リング２１が縮径する方向に締め付けて取り付ける。これにより、杭頭鉄筋接続金具２の内面が既製杭１に圧接し、既製杭１には圧縮力が作用する。そして、地震時にはその水平力により既製杭１の杭頭部に曲げモーメントと軸力が作用する。このとき、引張力を受ける杭頭鉄筋３には、図１（ｂ）に示すように、既製杭１の外周面からの距離に比例した偏心モーメントが作用する。このため、図２に模式的に示すように、偏心モーメントによって円筒状リング２１の内面と既製杭１の外面間に生じる圧縮力Ｎは、張力分の圧縮力Ｎ_ａと偏心曲げ分の圧縮力Ｎ_ｂとの和となって増加し、引張抵抗力Ｆの向上につながるのである。さらに、円筒状リング２１の内周面をショットブラストなどにより粗面化処理すれば、摩擦抵抗の増加により引張抵抗力を一段と向上させることができる。
【０００９】
本発明による杭頭鉄筋接続金具２は、各種の既製の基礎杭に適用することができる。具体的には、ＰＨＣ杭、ＰＲＣ杭、外殻鋼管付きコンクリート杭、鋼管杭などが挙げられる。すなわち、本発明では杭頭部外周面の任意の高さ位置に嵌合し、適宜の緊締部材で円筒状リング２１を縮径する方向に外側から締め付け、既製杭１に対して圧接状態で固定するものであるから、杭頭部には何らの加工も必要とせず、しかも熟練者でなくとも簡単かつ確実に装着することができ、杭頭鉄筋の接続作業の合理化に大いに寄与する。特に、既製杭１の設置作業において、高止まりによって杭頭部を切断した場合でも、杭頭鉄筋接続金具２をそのまま適用できる点に大きな特徴がある。以下、図面に基づき本発明の実施例について説明するが、もちろんこれらの実施例に限定されるものではなく、各構成部材の材質、形状、数量、位置の変更など、本発明の技術思想内での種々の変更実施はもちろん可能である。
【実施例１】
【００１０】
図３ないし図７は、本発明による杭頭鉄筋接続金具の第一実施例を示している。図３および図４は、杭頭鉄筋接続金具２のそれぞれ平面図と正面図である。図示の杭頭鉄筋接続金具２において、円筒状リング２１は一対の半円状の円弧状プレート２２からなる。各円弧状プレート２２は、その両端部分がそれぞれ直径方向外方に屈曲され、それら屈曲部２３を互いに重ねた状態でほぼ真円状となるように形成されている。さらに、各円弧状プレート２２の外周面には、鉄筋支持部材としてのカプラ２４が互いに所定の間隔をあけ、円筒状リング２１の軸心と平行となるように溶接等で固着されている。また、円弧状プレート２２の両端側の屈曲部２３には、それぞれ２個のボルト挿通孔（図示せず）が形成され、ここに挿通した緊締部材４としての２組のボルト４１とナット４２により、一対の円弧状プレート２２，２２が円筒状リング２１として一体化されるとともに、縮径方向に緊締可能となっている。
【００１１】
図５および図６は、杭頭鉄筋接続金具２を既製杭１の上端部に取り付けた状態のそれぞれ平面図と正面図であり、図７はさらに杭頭鉄筋接続金具２に杭頭鉄筋を接続した状態の正面図である。杭頭鉄筋接続金具２は、ボルト４１とナット４２を緩めた状態の円筒状リング２１を既製杭１の上端側から挿入し、上端部の所定高さ位置で上下２組のボルト４１とナット４２を締め付けることにより、円筒状リング２１を縮径させ、各円弧状プレート２２の内周面を既製杭１の外周面に圧接させる。次いで、ねじ節鉄筋からなる杭頭鉄筋３を杭頭鉄筋接続金具２のカプラ２４に螺合することにより取り付ける。なお、杭頭鉄筋接続金具２を既製杭１に取り付ける場合、一対の円弧状プレート２２を分離した状態で既製杭１に対して側面から宛がい、ボルト４１とナット４２で締め付けてもよい。
【実施例２】
【００１２】
図８ないし図１４は、杭頭鉄筋接続金具の第二実施例であり、図８および図９は本実施例で使用する円弧状プレートのそれぞれ平面図と正面図、図１０は図８のＡ−Ａ線断面図である。本実施例に係る円弧状プレート５は、第一実施例のものと同様に半円状をなし、一対で円筒状リングを形成するとともに、後述するクサビにより緊締一体化されるものである。各円弧状プレート５の両端部分には、その外周面側にクサビ挿入部５１，５２がそれぞれ設けられている。各クサビ挿入部５１，５２は、軸心方向の半分の長さであって、横断面略矩形状の貫通孔５３，５４が軸心と平行に形成されるとともに、一端側のクサビ挿入部５１が円弧状プレート５の一方の周縁側に寄り、他端側のクサビ挿入部５２が円弧状プレート５の他方の周縁側に寄り、軸心方向にずれた位置関係となっている。なお、各円弧状プレート５の外周面には、前記実施例と同様に３個のカプラ５５がそれぞれ固着されている。
【００１３】
次に、図１１ないし図１４を参照しながら、本実施例に係る円弧状プレート５の取付方法について説明する。まず、図１１と図１２に示すように、既製杭１の上端部に対して一対の円弧状プレート５を対向位置で側面側から宛がい、両端側のクサビ挿入部５１，５２を軸心方向に重ね合わせる。この状態では、貫通孔５３，５４の位置は完全には一致せず、その一部のみが重なるような寸法に設定されている。そして、それぞれの貫通孔５３，５４が軸心方向において部分的に重なった状態でクサビ挿入部５１，５２のそれぞれの側から貫通孔５３，５４に対して、クサビ６，６を互いの傾斜面が当接するように挿入し、さらに上下方向から押圧する。この押込み操作により、クサビ６，６がさらに奥まで進入する結果、クサビ６，６の傾斜面の作用でクサビ挿入部５１，５２が互いに引き寄せられる。これにより、一対の円弧状プレート５の内周面が既製杭１の外周面に圧接状態となり、杭頭鉄筋接続金具と既製杭１とは強固に結合される。その後、杭頭鉄筋をカプラに取り付ける。なお、クサビ挿入部５１，５２の貫通孔５３，５４が完全に重なった状態で内面がテーパー状となるように形成すれば、クサビが１個でも緊締することも可能である。
【００１４】
ところで、上記両実施例ではいずれも円弧状プレート５，２２が半円状に２分割されたものについて説明したが、適用する既製杭の杭径や施工性などを考慮して３分割以上にすることは可能であり、また緊締部材についてもボルト・ナット、クサビ以外に変更することはもちろん可能である。
【実施例３】
【００１５】
図１５ないし図１９は、杭頭鉄筋接続金具の第三実施例であり、図１５および図１６は本実施例で使用する円筒状リングのそれぞれ平面図と正面図、図１７（ａ）〜(ｃ)は本実施例で使用するクサビのそれぞれ平面図、正面図および側面図である。本実施例に係る円筒状リング７は閉鎖形状であり、円周上の一部が平面視コ字状に外側に膨らんだ膨出部７１となり、その内側部分がクサビ挿入部７２となっている。円筒状リング７の外周面上には、前記実施例と同様に鉄筋支持部材としての６個のカプラ７３が、ほぼ等間隔で固着されている。クサビ挿入部７２に対応する緊締部材としてのクサビ８は、直方体の一面にテーパー部８１が形成された形状をなしている。
【００１６】
図１８は上記杭頭鉄筋接続金具の取付状態を示す平面図、図１９は図１８のＢ−Ｂ線断面図である。取付に際しては、円筒状リング７を既製杭１の上端部から挿入し、所定の高さ位置においてクサビ挿入部７２に対してクサビ８を上方より押し込む。クサビ８の進入に伴って円筒状リング７の内周面が軸心方向に引き寄せられる。その結果、円筒状リング７は既製杭１の外周面に対して圧接状態となり、杭頭鉄筋接続金具と既製杭１とは強固に結合される。その後、杭頭鉄筋をカプラに取り付ける。
【００１７】
なお、上記各実施例の杭頭鉄筋接続金具では、いずれも鉄筋支持部材としてカプラを使用した事例について説明したが、単なるパイプ状のものを用い、これに端部に雄ねじ部を形成した異形鉄筋をロックナットにより固定することも可能である。また、鉄筋支持部材と円筒状リングの距離をより離すために、板材などの適宜の間隔保持部材を両者の間に介在させたり、鉄筋支持部材と円筒状リングとの結合を溶接に代えてボルト等で行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の杭頭鉄筋接続金具を用いて接続された杭頭鉄筋に引張力が負荷されたときの状態を示す説明図である。
【図２】図１の要部を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る杭頭鉄筋接続金具の平面図である。
【図４】本発明の第１実施例に係る杭頭鉄筋接続金具の正面図である。
【図５】本発明の第１実施例に係る杭頭鉄筋接続金具の取付状態を示す平面図である。
【図６】本発明の第１実施例に係る杭頭鉄筋接続金具の取付状態を示す正面図である。
【図７】図６の杭頭鉄筋接続金具に杭頭鉄筋を接続した状態を示す正面図である。
【図８】本発明の第２実施例に係る円弧状プレートの平面図である。
【図９】本発明の第２実施例に係る円弧状プレートの正面図である。
【図１０】図８のＡ−Ａ線断面図である。
【図１１】本発明の第２実施例に係る杭頭鉄筋接続金具の取付途中の状態を示す平面図である。
【図１２】本発明の第２実施例に係る杭頭鉄筋接続金具の取付途中の状態を示す正面図である。
【図１３】本発明の第２実施例に係る杭頭鉄筋接続金具の取付後の状態を示す平面図である。
【図１４】本発明の第２実施例に係る杭頭鉄筋接続金具の取付後の状態を示す正面図である。
【図１５】本発明の第３実施例に係る円筒状リングの平面図である。
【図１６】本発明の第３実施例に係る円筒状リングの正面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３実施例で使用するクサビのそれぞれ平面図、正面図および側面図である。
【図１８】本発明の第３実施例に係る杭頭鉄筋接続金具の取付後の状態を示す平面図である。
【図１９】図１８のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１…既製杭、２…杭頭鉄筋接続金具、３…杭頭鉄筋、４…緊締部材、５，２２…円弧状プレート、６…クサビ、７，２１…円筒状リング、８…クサビ、２３…屈曲部、２４，５５，７３…鉄筋支持部材、５１，５２…クサビ挿入部、５３，５４…貫通孔、７１…膨出部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート基礎内に埋設される杭頭鉄筋を立設状態に支持する複数の鉄筋支持部材が、外周面上に互いに所定の間隔をおいて固着され、既製杭の杭頭部に外嵌される円筒状リングと、この円筒状リングを縮径してその内周面を杭頭部の外周面に圧接状態で固定せしめる緊締部材とを備える杭頭鉄筋接続金具。
【請求項２】
前記円筒状リングが複数の円弧状プレートからなるとともに、前記緊締部材がボルトとナットからなり、それら円弧状プレートがボルトとナットで円筒状に一体化されることを特徴とする請求項１に記載の杭頭鉄筋接続金具。
【請求項３】
前記円筒状リングが円周上に少なくとも1個所の膨出部を備えるとともに、前記緊締部材が当該膨出部に圧入可能なクサビからなることを特徴とする請求項１に記載の杭頭鉄筋接続金具。
【請求項４】
前記円筒状リングの内周面が粗面化処理されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の杭頭鉄筋接続金具。
【請求項５】
前記鉄筋支持部材がカプラであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の杭頭鉄筋接続金具。

【図１】