鋳造杭
【課題】 杭とその端部に設けられるフランジを一体成型し、フランジを杭に溶接する工程を省く。
【解決手段】 上杭１０は鉄筋を取り付けるための貫通孔１２が複数形成されたフランジ１１と、直管状の杭本体２１と、フランジ１１と杭本体２１との間に配置された連結部３１とからなり、これらは予め工場にて一体に鋳造される。上杭１０は、フランジ１１が一端に形成され、そのフランジ１１から連結部３１を介してフランジ１１より径の小さい直管状の杭本体２１が形成されている、即ち、一方側から他方側に向かって径が縮小されかつ表面が平坦な形状に構成されているため、これらが予め工場にて一体に鋳造された後、一端のフランジ１１側から引き抜くことで、上杭１０を鋳造型から容易に取り出すことができる。
【解決手段】 上杭１０は鉄筋を取り付けるための貫通孔１２が複数形成されたフランジ１１と、直管状の杭本体２１と、フランジ１１と杭本体２１との間に配置された連結部３１とからなり、これらは予め工場にて一体に鋳造される。上杭１０は、フランジ１１が一端に形成され、そのフランジ１１から連結部３１を介してフランジ１１より径の小さい直管状の杭本体２１が形成されている、即ち、一方側から他方側に向かって径が縮小されかつ表面が平坦な形状に構成されているため、これらが予め工場にて一体に鋳造された後、一端のフランジ１１側から引き抜くことで、上杭１０を鋳造型から容易に取り出すことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の基礎杭、とくに建物の土台と直接接続する地上側の鋳造杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤上に低層階のビルを建てる場合、その建物を支える基礎として鋼製の基礎杭（鋼管杭）が使用される。この基礎杭は地中に埋設され、その杭頭部に建物を支える土台やコンクリートスラブが一体に形成される。
基礎杭は、一般に建物の基部と一体に連結する上杭と、下杭から成りこれを地中に埋設するときは、螺旋状の翼部材が先端に取り付けられた下杭に回転力を与え、上記螺旋状の翼部材により地中に推進する。下杭がある程度の深さまで埋設されると、下杭の上端部に新たな杭材を継ぎ足して、この継ぎ足した杭材に回転力を与えて再び推進を開始する。この作業を杭が支持層に達するまで繰り返し行う。
【０００３】
基礎杭が所定の地中位置に埋設された後、基礎杭の杭頭部と建物の基部とを一体に連結するために、地表に突出した杭頭部に鉄筋を多数本溶接し、次に、杭頭部を含む建物の基部を形成するための型枠を組み立てて、型枠内にコンクリートを打設することが行われている。
ここでコンクリートを打設して形成した土台やコンクリートスラブは、基礎杭の杭頭部及び杭頭部から起立した鉄筋と一体になり、建物の荷重を基礎杭を介して地盤に伝えることで鉛直及び水平支持力を得ている。
【０００４】
従来の鋼管杭は、その杭頭部の鋼管側面に鉄筋を溶接することになるが、杭頭部の地表からの突出長さは一般的に鋼管外径以下であるため作業位置やスペースに制約があり、溶接がし難いという問題がある。また、鋼管側面へ円形断面の鉄筋を溶接するには、鉄筋に開先加工を施す必要があり鉄筋への加工負荷がかかる。
さらに、技術者の技量や天候などによって溶接品質が左右されるため、良好な品質を確保するために厳重な検査を行わなければならないという課題もある。
【０００５】
これに対し、鉄筋を取り付ける孔を複数設けたリング状の部材を鋼管杭の杭頭部に溶接して、その孔にねじ溝を一端に形成した鉄筋（ねじ鉄筋）を挿入し、リング状の部材の下側と上側からナットを締めて鉄筋をリング状の部材に固定する杭頭構造が知られている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
これによれば、鉄筋の溶接を不要にすると共に、鉄筋を杭頭部に安定して確実に固着することができるため、上記の問題を解決することができる。
【０００６】
しかしながら、一般の鋼管杭の製造工程においてはリング状の部材を鋼管杭と一体に成型することはできないため、リング状部材は鋼管杭とは別体として製造され、かつ、これを鋼管杭端部に溶接する必要がある。また、このリング状の部材は鋼管杭に対して直角に溶接されるため、リング状の部材の鋼管杭との溶接面には高い寸法精度が要求され、リング状の部材に切削などの加工が必要となる。
したがって、この杭頭構造は鉄筋の溶接作業を不要にするが、リング状部材の製造及び鋼管杭への溶接作業を要するため、杭材料の加工負荷が大きいという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−４６６０４号公報
【特許文献２】特開２００５−９３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、従来鋼管が用いられてきた基礎杭の分野において、フランジ付きの基礎杭を鋳造により一体成型し、フランジ部材を杭に溶接する工程を省いて品質を安定させるだけではなく、フランジ部材の製造及び加工の工数を削減することで、コストを削減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は鋳造杭であって、杭頭部に設けられた鉄筋取り付け用のリング状のフランジと、直管状の杭本体と、前記フランジと前記杭本体を繋ぐ連結部とを一体に鋳造したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された鋳造杭において、前記連結部は前記杭本体よりも肉厚に形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された鋳造杭において、前記連結部は内周面に蓋体受部を有し、前記蓋体受部に直管状の杭本体の内部を閉鎖する蓋体を配置したことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載された鋳造杭において、前記フランジは複数の貫通孔を有し、該貫通孔に鉄筋を貫通して固定したことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載された鋳造杭において、前記杭本体の前記フランジと反対側の端部近傍に連結具を挿入するための複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載された鋳造杭において、前記連結具は、筒状のスリーブと該筒状のスリーブに挿入されるピンから成り、前記筒状のスリーブは、上記ピンを挿入したときにピンの先端部で拡径する先端部分を有し、前記拡径する先端部分により前記貫通孔から抜け止め規制されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、杭本体と杭頭部に設けられるフランジを鋳造により一体成型し、所望の構造を備えた基礎杭を容易に得ることができ、また、フランジを杭に溶接する等の現場または工場での加工工程を省いて品質を安定させるとともに、コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る基礎杭について、添付した図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る基礎杭を示す正面図である。
本実施形態に係る基礎杭１は、図示のように、基礎杭１の地上側（基礎杭１を地中に埋設するときの杭の進行方向の後端側）に位置する上杭１０と、地底側（基礎杭１を地中に埋設するときの杭の進行方向の先端側）に位置する下杭４０と、下杭４０の先端に取り付ける先端部材５０と、上杭１０と下杭４０及び下杭４０と先端部材５０を連結した状態で固定する連結具７０とから成っている。
【００１１】
この基礎杭１は、比較的低層のビルディングなどを支持可能な最大径がおよそ３０〜７０センチ程度のものを想定する。この基礎杭１を埋設するときは、まず、アースオーガなどで基礎杭１を埋設する位置に支持層の深さまで穴を掘削しながらセメントミルクを注入し、掘削土とセメントミルクを混練して地中にソイルセメント柱を形成する。次に、そのソイルセメント柱に先端部材５０を取り付けた下杭４０を回転貫入していき、下杭４０を貫入し終わったら、下杭４０を固定して、その上端部に上杭１０を継ぎ足して連結具７０で固定し、同様に地中に回転貫入させて埋設する。
【００１２】
次に、図１に示した基礎杭１を構成する要素である上杭１０について説明する。
図２は本実施形態に係る基礎杭１を構成する上杭１０を示す図であり、図２Ａは上杭１０の平面図、図２Ｂは上杭１０の一部を縦断面で示す正面図である。
上杭１０は、図２Ｂに示すように、上杭１０上に打設されるコンクリートスラブ等と一体となる鉄筋を取り付けるため上杭１０の地上側に一体に設けたフランジ１１と、所定長さの直管状の杭本体２１と、杭本体２１と同径の直管状に形成された下端部２３と、フランジ１１と杭本体２１間をつなぐ連結部３１とから成り、これらは溶解した鋳鉄の溶湯を例えば冷却水の中で高速回転する鋳型に流し込み、遠心力を作用させながら鋳造して一体に成型されている。その後、熱処理を行いダクタイル鋳鉄にしたものである。
【００１３】
フランジ１１は、所定の厚みを有するリング状を成しており、そのフランジ面には、図２Ａに示すように、鋳造時に形成した貫通孔１２が等間隔に配置されており、この貫通孔１２には、図２Ｂに示すように、端部にねじ溝が形成されたねじ付き鉄筋１３が挿入され、フランジ１１の両面側からナット１４ａ、１４ｂで、フランジ１１を挟むように締めて固定される。なお、鉄筋を施工現場などで自由に配置する場合には、貫通孔１２は鋳造によらずドリル等の穿孔手段で適宜形成するように構成してもよい。
【００１４】
フランジ１１の内径は、杭本体２１の内径よりも僅かに大きく形成されており、後述するように、杭本体２１の径との間に蓋体受部３２が形成されている（図２Ｂ左側の断面図参照）。即ち、連結部３１の地底側端部と地上側端部の略中間部内周面には蓋体受部３２が形成されており、この蓋体受部３２には、上杭１０上にコンクリートスラブ等を形成するためコンクリートを打設するときに、コンクリートが杭の内部に落下するのを防止する落とし蓋３３を設置する。この落とし蓋３３は外径が連結部３１の地上側の内径とほぼ同一の円板状に形成されている。図２においては、この蓋体受部３２は段部状になっているが、これに限らずテーパー状など落とし蓋３３が設置できる形状であればよい。
【００１５】
連結部３１の外周面形状は、この実施形態では図２Ｃにその断面を拡大して示すように、内周面の蓋体受部３２に対応してテーパー面３４とその上側に続く大径の円筒面３５に形成されており、この外周面形状によって、連結部３１は杭本体２１に比して肉厚に形成できるため、亀裂若しくは破損が生じ難いだけではなく、上記鉄筋１３を介してフランジ１１に作用する荷重に抵抗すると共に、杭本体２１へスムーズに荷重を伝達することができる。
なお、連結部３１の外周面形状は上記実施形態に限定することなく、図２Ｄに示すように全てテーパー面３４で構成しても、或いは図２Ｅに示すように円筒面３５のみで形成してもよい。
【００１６】
杭本体２１の地底側端部には、下杭４０の大径部４１に挿入して連結する下端部２３（杭本体２１と大径部４１のオーバーラップする部分を指す）が形成されている。
下端部２３の周面には、図２Ｂに示すように、上杭１０と下杭４０との連結に用いる後述する連結具７０（図５参照）を挿入するための径方向に相対向する貫通孔２２が二対（横方向に一対と、紙面奥行き方向に一対）軸方向に所定の間隔で形成されている。ただし、この貫通孔２２を形成する位置はこれ以外であってもよい。
なお、この貫通孔２２は上杭１０を下杭４０に挿入した後、ドリルなどの任意の穿孔手段で形成する。または、下端部２３を大径部４１に挿入したときに大径部４１の周面に形成されている貫通孔４４と位置整合するよう位置決めした状態で、貫通孔２２を予め形成しておいてもよい。
【００１７】
以上で説明したように、上杭１０は鋳造によるためフランジ１１の貫通孔１２や、連結部３１に形成されている蓋体受部３２及び拡径部３５、テーパー面３４などの複雑な形状や構造も容易に形成することができる。また、上杭１０には、フランジ１１が一端に形成され、そのフランジ１１から連結部３１を経てフランジ１１より小径の直管状の杭本体２１となる形状に構成されているため、工場にて鋳造された後鋳型から取り出すとき、フランジ１１側から引き抜くことで上杭１０を容易に取り出すことができる。
【００１８】
また、フランジ１１に対するねじ付き鉄筋１３の取り付けは、ねじ付き鉄筋１３をフランジの貫通孔１２に挿入して、そのねじ溝にナット１４ａ、１４ｂを螺合して固定するだけであるから、溶接を行う場合のようにその品質が天候や技術者の技量に左右されず、常に一定に保つことができる。
【００１９】
次に、図１に示した基礎杭１を構成する要素である下杭４０について説明する。
図３は下杭４０の一部を縦断面で示す正面図である。
下杭４０は、図示のように、所定長さの直管状に形成された杭本体４３と、杭本体４３と同径の直管状に形成された下端部４８と、円筒状の大径部４１と、この大径部４１と杭本体４３間をつなぐ連結部４２とから成っており、上杭１０と同様の鋳造によって一体に成型した後熱処理を行ってダクタイル鋳鉄にしたものである。
また、この下杭４０は、基礎杭１上に形成されたコンクリートスラブ等に加わる水平荷重に対しては、図２に示した上杭１０に比してその影響は小さいため、その周壁は上杭１０の厚みより全体的に薄く形成されている。
【００２０】
杭本体４３の地上側端部には大径部４１が長手方向所定長さで一体に形成されている。大径部４１の内径は、上杭１０と連結する際に下端部２３を嵌合できるよう下端部２３の外径よりも僅かに大きなサイズに形成されている。また、大径部４１の内径と杭本体４３の内径との境界部の段部４５は、嵌合される上杭１０の下端部２３を受け止める支持部となり、大径部４１は全体として上杭１０に対する接続用の受口を構成している。
大径部４１の周面には、上杭１０と下杭４０との連結に用いる後述する連結具７０を挿入するための径方向に相対向する貫通孔４４が段部４５よりも地上側に二対（横方向に一対と、紙面奥行き方向に一対）軸方向に所定の間隔を有して形成されている。ただし、この貫通孔４４を形成する位置はこれ以外であってもよい。
なお、この貫通孔４４は下杭４０に上杭１０を挿入した後、ドリルなどの任意の穿孔手段で形成する。または、下端部２３を大径部４１に挿入したときに下端部２３の周面に形成されている貫通孔２２と位置整合するよう位置決めした状態で、貫通孔４４を予め形成しておいてもよい。
【００２１】
連結部４２は、地上側端部が大径部４１の地底側端部と一体に形成されており、その外周面はテーパー面となっており、大径部４１の内周面には連結部４２の内径と大径部４１の内径とのサイズの差によって段部４５が形成されている。この段部４５は、図２に示した上杭１０の下端部２３を下杭４０の大径部４１に嵌合したときに、下端部２３の地底側端部が当接して、下端部２３の位置決めをすると共に、上に連結する上杭からの下向きの荷重を受け止める。
【００２２】
杭本体４３の地底側端部には、後述する先端部材５０の受口５４（図４参照）に挿入して連結する下端部４８（杭本体４３と受口５４のオーバーラップする部分を指す）が形成されている。
下端部４８の周面には、図３に示すように、下杭４０と先端部材５０の連結に用いる後述する連結具７０を挿入するための径方向に相対向する貫通孔４６が二対（横方向に一対と、紙面奥行き方向に一対）軸方向に所定の間隔で形成されている。ただし、この貫通孔４６を形成する位置はこれ以外であってもよい。
なお、この貫通孔４６は下杭４０を先端部材５０に挿入した後、ドリルなどの任意の穿孔手段で形成する。または、下端部４８を受口５４に挿入したときに受口５４の周面に形成されている貫通孔５５と位置整合するよう位置決めした状態で、貫通孔４６を予め形成しておいてもよい。
【００２３】
以上で説明したように、下杭４０は鋳造により大径部４１から連結部４２を介して杭本体４３へと連続的に一体成形されるため、基礎杭１を構成する各部材との連結に際して別体の連結部材を用いたり、大径部を形成するための例えば拡径などの加工を行なう必要がない。連結部材の製造や加工などを行なわないことで、製造コストを低減することができるとともに安定した品質が得られる。
また、下杭４０は大径部４１と、連結部４２で連結された大径部４１より径の小さい杭本体４３を形成しているため、工場にて鋳造された後鋳型から取り出すとき、大径部４１側から引き抜くことで下杭４０を容易に取り出すことができる。
【００２４】
次に、図１に示した基礎杭１を構成する要素である先端部材５０について説明する。
図４は先端部材５０を示す図であり、図４Ａは先端部材５０の平面図、図４Ｂは先端部材５０の側面図、図４Ｃは先端部材５０の断面図である。
この先端部材５０は、図４Ｂに示すように、円筒状の直管部５１と、直管部５１の地上側端部に形成された直管状の受口５４と、直管部５１の地底側端部に形成された螺旋状の翼部５２とからなり、上杭１０及び下杭４０と同様、鋳造して一体に成型した後熱処理を行いダクタイル鋳鉄にしたものである。
【００２５】
直管部５１の地上側端部には受口５４が長手方向所定長さで一体に形成されている。受口５４の内径は、直管部５１の内径より大きく、かつ下杭４０と連結する際に下端部４８を嵌合できるよう下端部４８の外径よりも僅かに大きなサイズに形成されている。また、直管部５１の内径は、下杭４０の下端部４８の内径とほぼ同一である。
この受口５４の内径と直管部５１の内径とのサイズ差によって境界部に形成される段部５３は、受口５４に嵌合される下杭４０の下端部４８の位置決めをするとともに、上に連結する下杭４０からの荷重を受け止める。
【００２６】
また、直管部５１の周面には、下杭４０と先端部材５０との連結に用いる後述する連結具７０を挿入するための径方向に相対向する貫通孔５５が、段部５３よりも地上側に二対（横方向に一対と、紙面奥行き方向に一対）軸方向に所定の間隔を有して形成されている。ただし、この貫通孔５５を形成する位置はこれ以外であってもよい。
なお、この貫通孔５５は先端部材５０に下杭４０を挿入した後、ドリルなどの任意の穿孔手段で形成する。または、下端部４８を受口５４に挿入したときに下端部４８の周面に形成されている貫通孔４６と位置整合するよう位置決めした状態で、貫通孔５５を予め形成しておいてもよい。
【００２７】
直管部５１の地底側端部は螺旋状に形成されている。つまり地上側端部と地底側端部までの軸方向長さが最も短い地上側端部ａ点（始点）から、地上側端部と地底側端部までの軸方向長さが最も長い地底側端部ｂ点（終点）まで、直管部５１の地底側端部が螺旋状に変化するよう形成されている。
【００２８】
また、直管部５１の地底側端部には翼部５２が一体に形成されている。翼部５２は、直管部５１の径方向の内外方向に延在し、その幅は直管部５１の内部を所定径の螺旋状の開口で絞った半閉塞状態にするため、例えば上記内外方向にそれぞれ直管部５１の半径の略半分の幅にされており、直管部５１の地底側端部に沿って螺旋状に形成されている。
【００２９】
以上で説明したように、翼部５２が直管部５１の地底側端部を半閉塞の状態にしているため、基礎杭１を埋設するときに土砂やソイルセメント（以下、土砂等という）を杭内部に適量取り込みながら貫入して、土砂等の流動を妨げず、貫入時の杭に対する土砂等の抵抗を低減するとともに、施工後の基礎杭１の軸方向に対する支持力を確保することができる。即ち、先端が閉塞した構造に比べて貫入抵抗を低減でき、先端が開放した構造に比べて支持面積が大きいため支持力を確保することができる。
【００３０】
さらに、翼部５２は、図４Ａに示すように、その螺旋の始端５２ａと終端５２ｂ間に平面視僅かな隙間Ｇを残して直管部５１の地底側端部をほぼ一周しているため、図４Ｂにおいて上記ａ点とｂ点とを結ぶ直線は、先端部材５０の中心線に対して所定角度を成すように傾斜している。この隙間Ｇおよび傾斜によって成型後の型抜きが容易になる。
【００３１】
次に、基礎杭１を構成する各杭や先端部材を相互に連結する連結具について説明する。
図５は連結具７０の拡大断面図である。図５に示すように、連結具７０は円筒状のスリーブ７１と、このスリーブ７１が形成する円筒内に挿入するピン７２とから成る。これらのスリーブ７１及びピン７２はクロムモリブデン鋼などの鋼材によって形成されている。
【００３２】
スリーブ７１は、既に説明した上杭１０などの周面に形成された貫通孔の内径に対応した外径を有する円筒状に形成され、その後端側（ピン７２をスリーブ７１内に挿入するときの挿入方向の後端側）の外周にフランジ部７３が一体に形成されると共に、先端側（ピン７２をスリーブ７１内に挿入するときの挿入方向の先端側）の内周には、厚みが先端側に向かうにつれて次第に薄くなるテーパー面７９により先端が鋭角に形成された環状の突起７４が形成されている。
また、スリーブ７１の先端には、その周方向に沿った複数の位置において、その軸芯方向に平行なスリット７５が、スリーブ７１の先端面から所定長さに形成されている。
【００３３】
ピン７２は、スリーブ７１の内径に対応した外径を有する円柱状を成しており、スリーブ７１の内部に貫入でき、その後端の外周にフランジ部７６が一体に形成されると共に、その先端にはテーパー面７７が形成されている。ピン７２の外周面において、このテーパー面７７から軸芯方向に所定距離を置いた位置に横断面矩形状の環状の溝７８が形成されている。
【００３４】
図６ないし図８は、この連結具７０を用いて上杭１０と下杭４０とを連結する手順を説明する図である。
図６Ａは、各杭に貫通孔を形成した状態を、図６Ｂは、各杭の貫通孔にスリーブ７１を挿入した状態を示している。
図７Ａは、貫通孔に挿入されたスリーブ７１の内部にピン７２を挿入する状態を、図７Ｂは、スリーブ７１にピン７２を挿入してスリーブ７１の先端を拡径させた状態を示している。
図８Ａは、スリーブ７１に完全に挿入したピン７２に抜け出し力が作用した状態を、図８Ｂは、溝７８に突起７４がはまり込んだ状態を示している。
【００３５】
まず、図６Ａに示すように、下杭４０の大径部４１に上杭１０の下端部２３を挿入して、ドリルなどの穿孔手段で下杭４０に貫通孔４４を、上杭１０に貫通孔２２を形成する。次に、図６Ｂに示すように、下杭４０の大径部４１の貫通孔４４の外側からスリーブ７１を差し込んで、そのフランジ部７３が大径部４１の外周面に接触させるまではめ込む。これにより、スリーブ７１の先端の突起７４やスリット７５が形成された部分を下端部２３の貫通孔２２から上杭１０の内部に突出させる。
【００３６】
次に、図７Ａに示すように、ピン７２の先端をスリーブ７１の円筒の入口に合わせ、ピン７２をスリーブ７１の内部に打ち込む。すると、図７Ｂに示すように、ピン７２の先端部がスリーブ７１の突起７４を径方向の外向きに押し広げるように変形させながら突起７４を通過する。このとき、スリーブ７１にスリット７５が形成されているため、突起７４が形成されている部分におけるスリーブ７１の変形が容易に行われる。また、前述のように、突起７４の先端はテーパー面７９に形成されているため、このテーパー面７９がピン７２の先端に形成されているテーパー面７７に当接し、そのテーパー面間の力の伝達により、ピン７２のテーパー面７７がスリーブ７１の先端を容易且つ確実に押し広げる。
このピン７２によって押し広げられたスリーブ７１の先端には、拡径部８０が形成され、この拡径部８０によって貫通孔２２、４４から連結具７０が抜け出すことを防止する。
【００３７】
また、貫通孔２２、４４に挿入された連結具７０のピン７２に、スリーブ７１からの抜け出し力が作用したとき、即ち、図８Ａに示すように溝７８がスリーブ７１から突出している状態のピン７２に図中矢印Ｘ方向の力が作用したときには、図８Ｂに示すように、ピン７２がスリーブ７１に対して後端側に変位するが、その溝７８が突起７４の位置に到達すると、突起７４がスプリングバックして溝７８にはまり込む。これにより、スリーブ７１からのピン７２の抜け出しが完全に防止できる。
なお、ピン７２とスリーブ７１の長さの関係は、図９に示すように、ピン７２をそのフランジ部７６がスリーブ７１のフランジ部７３に当接するまで打ち込んだときに、突起７４が溝７８にはまるように構成しても差し支えない。
【００３８】
次に、この連結具７０の先端の位置（ピン７２の長さ）について説明する。
図１０は下杭４０を先端部材５０に挿入し、連結具７０で連結した状態を示す断面図であり、図１０Ａは連結具７０の先端の位置が翼部５２の内側端５２ｄの位置とほぼ等しい状態を、図１０Ｂは連結具７０の先端が翼部５２の内側端５２ｄの径方向外側に位置した状態を示す。
図１０Ａに示すように、下杭４０の下端部４８を先端部材５０の受口５４に挿入して、ドリルなどの穿孔手段にて貫通孔５５、貫通孔４６をそれぞれ設け、そこへスリーブ７１を挿入し、ピン７２をスリーブ７１の内部へ打ち込んで下杭４０と先端部材５０を連結している。
【００３９】
既に説明したように、本実施形態に係る基礎杭１を構成する先端部材５０は、螺旋状の翼部５２が直管部５１の地底側端部を半閉塞の状態にしており（図４参照）、基礎杭１を地中に埋設するときは、その半閉塞の地底側端部からソイルセメントを杭の内部に取り込みながら地中に推進する。連結具７０を各貫通孔に挿入したときの連結具７０の杭内部に突出した部分に杭の内部に取り込まれたソイルセメントが接触すると、それが基礎杭１を地中に推進する際の抵抗になるため、連結具７０の杭内部への突出量、即ち連結具７０の長さを調整する必要がある。
【００４０】
本実施形態では、連結具７０の長さは、ピン７２の先端の位置が翼部５２の内側端５２ｄの位置とほぼ等しくなるように形成されている（図ではピン７２の先端が内側端５２ｄよりも僅かに径方向内側に位置している）。即ち、この連結具７０の先端の位置は、先端部材５０を下から平面視したときの翼部５２の内側端５２ｄの位置と、ほぼ等しい位置となっている。
しかし、杭の貫入によって連結具７０にかかる土砂等の抵抗が低減されるよう、ピン７２の先端が先端部材５０の翼部５２の内側端５２ｄよりも径方向外側に位置するように連結具７０の長さをより短く形成することが望ましい。
【００４１】
以上で説明したように、この連結具７０は、貫通孔に挿入されたスリーブ７１の内部にピン７２を打ち込むだけで杭同士を連結一体化することができるため、連結作業に要する時間が短く、かつ、ピン７２をスリーブ７１の内部に打ち込んでスリーブ７１の先端を拡径させると共に、ピン７２に抜け出し力が作用したときにはスリーブ７１の先端の突起７４がピン７２の溝７８にはまり込むため、スリーブ７１及びピン７２が杭の貫通孔から抜け出すことがない。
また、連結具７０の長さを先端部材５０の翼部５２に対応して短くすることで、基礎杭１を地中に貫入したときに杭内部に取り込まれる土砂等が連結具７０に接触したときの、基礎杭１の回転及び貫入に対する土砂等による抵抗を低減することができる。
【００４２】
以上で説明した、上杭１０、下杭４０、先端部材５０及び連結具７０から構成された基礎杭１は、複雑な形状部位であっても全体が鋳造によって形成されているため、技術者の技量や天候等によって品質が左右される現場での溶接に加え、工場での溶接作業も不要であるため、基礎杭１全体として、常に一定の品質を保つことができる。
また、現場での連結作業等においては、連結具を挿入する貫通孔を孔あけ加工するだけで、鉄筋を取り付ける貫通孔等他の全ての構造が工場にて形成されているため、現場での作業を最小限にでき、さらに連結具７０によって迅速に連結作業が行えるため、現場での施工工数および施工時間を削減することができる。
なお、基礎杭１を形成する材料はダクタイル鋳鉄に限らず、例えばその他の鋳鉄や鋳鋼などであってもよい。
【００４３】
本実施形態に係る基礎杭１は、上杭１０、下杭４０および先端部材５０とから形成しているが、これに限らず例えば上杭１０と先端部材５０、または上杭１０と複数の下杭４０と先端部材５０から形成してもよく、その組み合わせは任意である。したがって基礎杭１の長さを調整して、現場の支持層深さに適合した基礎杭１を形成することができる。
【００４４】
以上で説明した基礎杭１は、上杭１０、下杭４０および先端部材５０で構成されているが、さらに先端部材５０とほぼ同一形状の中間部材１５０を下杭１４０と上杭１０との連結部間に介在させて取り付けることにより、基礎杭１の中間部にも螺旋状の翼部を配置できるため、杭埋設時の推進力が増し、施工能率を向上することができるとともに、杭埋設後には鉛直荷重に対して前記翼部が抵抗となり、基礎杭１の鉛直支持力を向上することができる。
【００４５】
以下、その構造について説明する。
図１１は、中間部材１５０を下杭１４０と上杭１０との連結部間に介在させる状態を示す図である。
中間部材１５０の形状は、図１１のように、図４に示した先端部材５０とほぼ同一であるが、中間部材１５０の翼部１５２が直管部１５１の径方向の外方向にのみ延在して直管部１５１の内径方向には存在していない。また、直管部１５１の内径は上杭１０と連結する際に下端部２３を嵌合できるよう下端部２３の外径よりも僅かに大きなサイズに形成されており、直管部１５１の外径は下杭１４０と連結する際に大径部１４１に挿入できるよう大径部１４１の内径よりも僅かに小さなサイズに形成されている。
その他の構成は、図４に示した先端部材５０と同じであり、同様に一体に鋳造されたものである。
【００４６】
取り付けに際しては、中間部材１５０の翼部１５２を地上側に向けた状態で、その直管部１５１を下杭１４０の大径部１４１に挿入し、さらに、中間部材１５０の直管部１５１の内部に上杭１０の下端部２３を挿入した後、ドリルなどの任意の穿孔手段で各貫通孔１４４、１５５、２２を形成して、ここに連結具７０を挿入することで、上杭１０と下杭１４０との連結部に中間部材１５０を取り付ける。
【００４７】
図１２は、中間部材１５０を下杭１４０と上杭１０との間に介在させた状態を示す断面図であり、図１２Ａは中間部材１５０の外周面が直線状の場合を、図１２Ｂは中間部材１５０の外周面がテーパー状の場合を示している。特に図１２Ｂのように大径部１４１の内面と中間部材１５０の外面が地上側に向かって開いた相互補完形状のテーパー形状にすることによって、大径部１４１の内面と中間部材１５０の外面が密接し、施工中および施工後における連結部のガタツキの発生を抑制することができる。
【００４８】
以上の説明では、上杭１０と下杭１４０との連結部に中間部材１５０を介在させるとしたが、これに限らず他の基礎杭１を構成する杭または先端部材との連結部に介在してもよく、その組み合わせは任意である。
【００４９】
また、既に説明した基礎杭１では、上杭１０のフランジ１１は鋳造によって鉄筋を取り付ける貫通孔１２が予め工場で形成されるため、鉄筋の取り付け位置が予め設定されている。そのため、鉄筋の取り付け位置を変更することは容易ではない。
そこで、従来のように鉄筋をフランジ１１の上部に溶接で取り付けられるようにして、鉄筋の取り付け位置の自由度を高めることもできる。
【００５０】
図１３は、上杭１０の杭頭部分を示す図であり、図１３Ａは上杭１０の平面図を、図１３Ｂは断面図を示している。
図１３Ｂに示す上杭１０は、フランジ１１の上面にフランジ１１と同形状の鉄板９１が載置され、フランジ１１及び鉄板９１を挟むようにボルト９２とナット９３で固定されている。
この鉄板９１は、図１３Ａに示すように、その円周に沿って複数箇所（図では４箇所）のボルト９２を挿入するための貫通孔９４が設けられている。さらに、この鉄板９１の表面には複数本（図では４本）の鉄筋１３の下端部が例えばスタッド溶接によって固着されている。
【００５１】
以上で説明した基礎杭１は、フランジ１１の上面に鉄板９１を取り付けることで、鉄板９１上であればどこにでも鉄筋１３を取り付けることができるため、例えば基礎杭１の施工現場等で急遽鉄筋を取り付ける位置を変更する必要が生じた場合などに迅速な対応をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係る基礎杭を示す正面図である。
【図２】基礎杭を構成する上杭を示す図であり、図２Ａは上杭の平面図、図２Ｂは上杭の一部を縦断面で示す正面図、図２Ｃは上杭の杭頭部の拡大断面図、図２Ｄは連結部をテーパー面のみで形成した上杭の杭頭部の拡大断面図、図２Ｅは連結部を円筒面のみで形成した上杭の杭頭部の拡大断面図を示す。
【図３】下杭の一部を縦断面で示す正面図である。
【図４】先端部材を示す図であり、図４Ａは先端部材の平面図、図４Ｂは先端部材の側面図、図４Ｃは先端部材の断面図である。
【図５】連結具の拡大断面図である。
【図６】連結具を用いて上杭と下杭とを連結する手順を説明する図であり、図６Ａは各杭に貫通孔を形成した状態を、図６Ｂは各杭の貫通孔にスリーブ７１を挿入した状態を示している。
【図７】連結具を用いて上杭と下杭とを連結する手順を説明する図であり、図７Ａは貫通孔に挿入されたスリーブの内部にピンを挿入する状態を、図７Ｂはスリーブにピンを挿入してスリーブの先端を拡径させた状態を示している。
【図８】連結具を用いて上杭と下杭とを連結する手順を説明する図であり、図８Ａはスリーブに完全に挿入したピンに抜け出し力が作用した状態を、図８Ｂは溝に突起がはまり込んだ状態を示している。
【図９】ピンの長さを変えた連結具を用いて上杭と下杭とを連結した状態を示す図である。
【図１０】下杭を先端部材に挿入し、連結具で連結した状態を示す断面図であり、図１０Ａは連結具の先端の位置が翼部の内側端の位置とほぼ等しい状態を、図１０Ｂは連結具の先端が翼部の内側端の径方向外側に位置した状態を示す図である。
【図１１】中間部材を下杭と上杭との連結部間に介在させる状態を示す斜視図である。
【図１２】中間部材を下杭と上杭との連結部間に介在させた状態を示す断面図である。
【図１３】上杭の杭頭部分を示す図であり、図１３Ａは上杭の平面図を、図１３Ｂは断面図を示している。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・基礎杭、１０・・・上杭、１１・・・フランジ、１２，２２，４４，４６，５５，９４，１４４，１５５・・・貫通孔、１３・・・鉄筋、１４ａ，１４ｂ・・・ナット、２１，４３・・・杭本体、２３，４８・・・下端部、３１，４２，１４２・・・連結部、３２・・・蓋体受部、４５，５３・・・段部、３３・・・落とし蓋、３４・・・テーパー面、３５・・・円筒面、４０・・・下杭、４１，１４１・・・大径部、５０・・・先端部材、５１，１５１・・・直管部、５２，１５２・・・翼部、５２ａ・・・始端、５２ｂ・・・終端、５２ｃ・・・外側端、５２ｄ・・・内側端、７０・・・連結具、７１・・・スリーブ、７２・・・ピン、７３・・・フランジ部、７４・・・突起、７５・・・スリット、７６・・・フランジ部、７７・・・テーパー面、７８・・・溝、７９・・・テーパー面、８０・・・拡径部、９１・・・鉄板、９２・・・ボルト、９３・・・ナット、１４０・・・下杭、１５０・・・中間部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の基礎杭、とくに建物の土台と直接接続する地上側の鋳造杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤上に低層階のビルを建てる場合、その建物を支える基礎として鋼製の基礎杭（鋼管杭）が使用される。この基礎杭は地中に埋設され、その杭頭部に建物を支える土台やコンクリートスラブが一体に形成される。
基礎杭は、一般に建物の基部と一体に連結する上杭と、下杭から成りこれを地中に埋設するときは、螺旋状の翼部材が先端に取り付けられた下杭に回転力を与え、上記螺旋状の翼部材により地中に推進する。下杭がある程度の深さまで埋設されると、下杭の上端部に新たな杭材を継ぎ足して、この継ぎ足した杭材に回転力を与えて再び推進を開始する。この作業を杭が支持層に達するまで繰り返し行う。
【０００３】
基礎杭が所定の地中位置に埋設された後、基礎杭の杭頭部と建物の基部とを一体に連結するために、地表に突出した杭頭部に鉄筋を多数本溶接し、次に、杭頭部を含む建物の基部を形成するための型枠を組み立てて、型枠内にコンクリートを打設することが行われている。
ここでコンクリートを打設して形成した土台やコンクリートスラブは、基礎杭の杭頭部及び杭頭部から起立した鉄筋と一体になり、建物の荷重を基礎杭を介して地盤に伝えることで鉛直及び水平支持力を得ている。
【０００４】
従来の鋼管杭は、その杭頭部の鋼管側面に鉄筋を溶接することになるが、杭頭部の地表からの突出長さは一般的に鋼管外径以下であるため作業位置やスペースに制約があり、溶接がし難いという問題がある。また、鋼管側面へ円形断面の鉄筋を溶接するには、鉄筋に開先加工を施す必要があり鉄筋への加工負荷がかかる。
さらに、技術者の技量や天候などによって溶接品質が左右されるため、良好な品質を確保するために厳重な検査を行わなければならないという課題もある。
【０００５】
これに対し、鉄筋を取り付ける孔を複数設けたリング状の部材を鋼管杭の杭頭部に溶接して、その孔にねじ溝を一端に形成した鉄筋（ねじ鉄筋）を挿入し、リング状の部材の下側と上側からナットを締めて鉄筋をリング状の部材に固定する杭頭構造が知られている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
これによれば、鉄筋の溶接を不要にすると共に、鉄筋を杭頭部に安定して確実に固着することができるため、上記の問題を解決することができる。
【０００６】
しかしながら、一般の鋼管杭の製造工程においてはリング状の部材を鋼管杭と一体に成型することはできないため、リング状部材は鋼管杭とは別体として製造され、かつ、これを鋼管杭端部に溶接する必要がある。また、このリング状の部材は鋼管杭に対して直角に溶接されるため、リング状の部材の鋼管杭との溶接面には高い寸法精度が要求され、リング状の部材に切削などの加工が必要となる。
したがって、この杭頭構造は鉄筋の溶接作業を不要にするが、リング状部材の製造及び鋼管杭への溶接作業を要するため、杭材料の加工負荷が大きいという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−４６６０４号公報
【特許文献２】特開２００５−９３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、従来鋼管が用いられてきた基礎杭の分野において、フランジ付きの基礎杭を鋳造により一体成型し、フランジ部材を杭に溶接する工程を省いて品質を安定させるだけではなく、フランジ部材の製造及び加工の工数を削減することで、コストを削減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は鋳造杭であって、杭頭部に設けられた鉄筋取り付け用のリング状のフランジと、直管状の杭本体と、前記フランジと前記杭本体を繋ぐ連結部とを一体に鋳造したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された鋳造杭において、前記連結部は前記杭本体よりも肉厚に形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された鋳造杭において、前記連結部は内周面に蓋体受部を有し、前記蓋体受部に直管状の杭本体の内部を閉鎖する蓋体を配置したことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載された鋳造杭において、前記フランジは複数の貫通孔を有し、該貫通孔に鉄筋を貫通して固定したことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載された鋳造杭において、前記杭本体の前記フランジと反対側の端部近傍に連結具を挿入するための複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載された鋳造杭において、前記連結具は、筒状のスリーブと該筒状のスリーブに挿入されるピンから成り、前記筒状のスリーブは、上記ピンを挿入したときにピンの先端部で拡径する先端部分を有し、前記拡径する先端部分により前記貫通孔から抜け止め規制されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、杭本体と杭頭部に設けられるフランジを鋳造により一体成型し、所望の構造を備えた基礎杭を容易に得ることができ、また、フランジを杭に溶接する等の現場または工場での加工工程を省いて品質を安定させるとともに、コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る基礎杭について、添付した図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る基礎杭を示す正面図である。
本実施形態に係る基礎杭１は、図示のように、基礎杭１の地上側（基礎杭１を地中に埋設するときの杭の進行方向の後端側）に位置する上杭１０と、地底側（基礎杭１を地中に埋設するときの杭の進行方向の先端側）に位置する下杭４０と、下杭４０の先端に取り付ける先端部材５０と、上杭１０と下杭４０及び下杭４０と先端部材５０を連結した状態で固定する連結具７０とから成っている。
【００１１】
この基礎杭１は、比較的低層のビルディングなどを支持可能な最大径がおよそ３０〜７０センチ程度のものを想定する。この基礎杭１を埋設するときは、まず、アースオーガなどで基礎杭１を埋設する位置に支持層の深さまで穴を掘削しながらセメントミルクを注入し、掘削土とセメントミルクを混練して地中にソイルセメント柱を形成する。次に、そのソイルセメント柱に先端部材５０を取り付けた下杭４０を回転貫入していき、下杭４０を貫入し終わったら、下杭４０を固定して、その上端部に上杭１０を継ぎ足して連結具７０で固定し、同様に地中に回転貫入させて埋設する。
【００１２】
次に、図１に示した基礎杭１を構成する要素である上杭１０について説明する。
図２は本実施形態に係る基礎杭１を構成する上杭１０を示す図であり、図２Ａは上杭１０の平面図、図２Ｂは上杭１０の一部を縦断面で示す正面図である。
上杭１０は、図２Ｂに示すように、上杭１０上に打設されるコンクリートスラブ等と一体となる鉄筋を取り付けるため上杭１０の地上側に一体に設けたフランジ１１と、所定長さの直管状の杭本体２１と、杭本体２１と同径の直管状に形成された下端部２３と、フランジ１１と杭本体２１間をつなぐ連結部３１とから成り、これらは溶解した鋳鉄の溶湯を例えば冷却水の中で高速回転する鋳型に流し込み、遠心力を作用させながら鋳造して一体に成型されている。その後、熱処理を行いダクタイル鋳鉄にしたものである。
【００１３】
フランジ１１は、所定の厚みを有するリング状を成しており、そのフランジ面には、図２Ａに示すように、鋳造時に形成した貫通孔１２が等間隔に配置されており、この貫通孔１２には、図２Ｂに示すように、端部にねじ溝が形成されたねじ付き鉄筋１３が挿入され、フランジ１１の両面側からナット１４ａ、１４ｂで、フランジ１１を挟むように締めて固定される。なお、鉄筋を施工現場などで自由に配置する場合には、貫通孔１２は鋳造によらずドリル等の穿孔手段で適宜形成するように構成してもよい。
【００１４】
フランジ１１の内径は、杭本体２１の内径よりも僅かに大きく形成されており、後述するように、杭本体２１の径との間に蓋体受部３２が形成されている（図２Ｂ左側の断面図参照）。即ち、連結部３１の地底側端部と地上側端部の略中間部内周面には蓋体受部３２が形成されており、この蓋体受部３２には、上杭１０上にコンクリートスラブ等を形成するためコンクリートを打設するときに、コンクリートが杭の内部に落下するのを防止する落とし蓋３３を設置する。この落とし蓋３３は外径が連結部３１の地上側の内径とほぼ同一の円板状に形成されている。図２においては、この蓋体受部３２は段部状になっているが、これに限らずテーパー状など落とし蓋３３が設置できる形状であればよい。
【００１５】
連結部３１の外周面形状は、この実施形態では図２Ｃにその断面を拡大して示すように、内周面の蓋体受部３２に対応してテーパー面３４とその上側に続く大径の円筒面３５に形成されており、この外周面形状によって、連結部３１は杭本体２１に比して肉厚に形成できるため、亀裂若しくは破損が生じ難いだけではなく、上記鉄筋１３を介してフランジ１１に作用する荷重に抵抗すると共に、杭本体２１へスムーズに荷重を伝達することができる。
なお、連結部３１の外周面形状は上記実施形態に限定することなく、図２Ｄに示すように全てテーパー面３４で構成しても、或いは図２Ｅに示すように円筒面３５のみで形成してもよい。
【００１６】
杭本体２１の地底側端部には、下杭４０の大径部４１に挿入して連結する下端部２３（杭本体２１と大径部４１のオーバーラップする部分を指す）が形成されている。
下端部２３の周面には、図２Ｂに示すように、上杭１０と下杭４０との連結に用いる後述する連結具７０（図５参照）を挿入するための径方向に相対向する貫通孔２２が二対（横方向に一対と、紙面奥行き方向に一対）軸方向に所定の間隔で形成されている。ただし、この貫通孔２２を形成する位置はこれ以外であってもよい。
なお、この貫通孔２２は上杭１０を下杭４０に挿入した後、ドリルなどの任意の穿孔手段で形成する。または、下端部２３を大径部４１に挿入したときに大径部４１の周面に形成されている貫通孔４４と位置整合するよう位置決めした状態で、貫通孔２２を予め形成しておいてもよい。
【００１７】
以上で説明したように、上杭１０は鋳造によるためフランジ１１の貫通孔１２や、連結部３１に形成されている蓋体受部３２及び拡径部３５、テーパー面３４などの複雑な形状や構造も容易に形成することができる。また、上杭１０には、フランジ１１が一端に形成され、そのフランジ１１から連結部３１を経てフランジ１１より小径の直管状の杭本体２１となる形状に構成されているため、工場にて鋳造された後鋳型から取り出すとき、フランジ１１側から引き抜くことで上杭１０を容易に取り出すことができる。
【００１８】
また、フランジ１１に対するねじ付き鉄筋１３の取り付けは、ねじ付き鉄筋１３をフランジの貫通孔１２に挿入して、そのねじ溝にナット１４ａ、１４ｂを螺合して固定するだけであるから、溶接を行う場合のようにその品質が天候や技術者の技量に左右されず、常に一定に保つことができる。
【００１９】
次に、図１に示した基礎杭１を構成する要素である下杭４０について説明する。
図３は下杭４０の一部を縦断面で示す正面図である。
下杭４０は、図示のように、所定長さの直管状に形成された杭本体４３と、杭本体４３と同径の直管状に形成された下端部４８と、円筒状の大径部４１と、この大径部４１と杭本体４３間をつなぐ連結部４２とから成っており、上杭１０と同様の鋳造によって一体に成型した後熱処理を行ってダクタイル鋳鉄にしたものである。
また、この下杭４０は、基礎杭１上に形成されたコンクリートスラブ等に加わる水平荷重に対しては、図２に示した上杭１０に比してその影響は小さいため、その周壁は上杭１０の厚みより全体的に薄く形成されている。
【００２０】
杭本体４３の地上側端部には大径部４１が長手方向所定長さで一体に形成されている。大径部４１の内径は、上杭１０と連結する際に下端部２３を嵌合できるよう下端部２３の外径よりも僅かに大きなサイズに形成されている。また、大径部４１の内径と杭本体４３の内径との境界部の段部４５は、嵌合される上杭１０の下端部２３を受け止める支持部となり、大径部４１は全体として上杭１０に対する接続用の受口を構成している。
大径部４１の周面には、上杭１０と下杭４０との連結に用いる後述する連結具７０を挿入するための径方向に相対向する貫通孔４４が段部４５よりも地上側に二対（横方向に一対と、紙面奥行き方向に一対）軸方向に所定の間隔を有して形成されている。ただし、この貫通孔４４を形成する位置はこれ以外であってもよい。
なお、この貫通孔４４は下杭４０に上杭１０を挿入した後、ドリルなどの任意の穿孔手段で形成する。または、下端部２３を大径部４１に挿入したときに下端部２３の周面に形成されている貫通孔２２と位置整合するよう位置決めした状態で、貫通孔４４を予め形成しておいてもよい。
【００２１】
連結部４２は、地上側端部が大径部４１の地底側端部と一体に形成されており、その外周面はテーパー面となっており、大径部４１の内周面には連結部４２の内径と大径部４１の内径とのサイズの差によって段部４５が形成されている。この段部４５は、図２に示した上杭１０の下端部２３を下杭４０の大径部４１に嵌合したときに、下端部２３の地底側端部が当接して、下端部２３の位置決めをすると共に、上に連結する上杭からの下向きの荷重を受け止める。
【００２２】
杭本体４３の地底側端部には、後述する先端部材５０の受口５４（図４参照）に挿入して連結する下端部４８（杭本体４３と受口５４のオーバーラップする部分を指す）が形成されている。
下端部４８の周面には、図３に示すように、下杭４０と先端部材５０の連結に用いる後述する連結具７０を挿入するための径方向に相対向する貫通孔４６が二対（横方向に一対と、紙面奥行き方向に一対）軸方向に所定の間隔で形成されている。ただし、この貫通孔４６を形成する位置はこれ以外であってもよい。
なお、この貫通孔４６は下杭４０を先端部材５０に挿入した後、ドリルなどの任意の穿孔手段で形成する。または、下端部４８を受口５４に挿入したときに受口５４の周面に形成されている貫通孔５５と位置整合するよう位置決めした状態で、貫通孔４６を予め形成しておいてもよい。
【００２３】
以上で説明したように、下杭４０は鋳造により大径部４１から連結部４２を介して杭本体４３へと連続的に一体成形されるため、基礎杭１を構成する各部材との連結に際して別体の連結部材を用いたり、大径部を形成するための例えば拡径などの加工を行なう必要がない。連結部材の製造や加工などを行なわないことで、製造コストを低減することができるとともに安定した品質が得られる。
また、下杭４０は大径部４１と、連結部４２で連結された大径部４１より径の小さい杭本体４３を形成しているため、工場にて鋳造された後鋳型から取り出すとき、大径部４１側から引き抜くことで下杭４０を容易に取り出すことができる。
【００２４】
次に、図１に示した基礎杭１を構成する要素である先端部材５０について説明する。
図４は先端部材５０を示す図であり、図４Ａは先端部材５０の平面図、図４Ｂは先端部材５０の側面図、図４Ｃは先端部材５０の断面図である。
この先端部材５０は、図４Ｂに示すように、円筒状の直管部５１と、直管部５１の地上側端部に形成された直管状の受口５４と、直管部５１の地底側端部に形成された螺旋状の翼部５２とからなり、上杭１０及び下杭４０と同様、鋳造して一体に成型した後熱処理を行いダクタイル鋳鉄にしたものである。
【００２５】
直管部５１の地上側端部には受口５４が長手方向所定長さで一体に形成されている。受口５４の内径は、直管部５１の内径より大きく、かつ下杭４０と連結する際に下端部４８を嵌合できるよう下端部４８の外径よりも僅かに大きなサイズに形成されている。また、直管部５１の内径は、下杭４０の下端部４８の内径とほぼ同一である。
この受口５４の内径と直管部５１の内径とのサイズ差によって境界部に形成される段部５３は、受口５４に嵌合される下杭４０の下端部４８の位置決めをするとともに、上に連結する下杭４０からの荷重を受け止める。
【００２６】
また、直管部５１の周面には、下杭４０と先端部材５０との連結に用いる後述する連結具７０を挿入するための径方向に相対向する貫通孔５５が、段部５３よりも地上側に二対（横方向に一対と、紙面奥行き方向に一対）軸方向に所定の間隔を有して形成されている。ただし、この貫通孔５５を形成する位置はこれ以外であってもよい。
なお、この貫通孔５５は先端部材５０に下杭４０を挿入した後、ドリルなどの任意の穿孔手段で形成する。または、下端部４８を受口５４に挿入したときに下端部４８の周面に形成されている貫通孔４６と位置整合するよう位置決めした状態で、貫通孔５５を予め形成しておいてもよい。
【００２７】
直管部５１の地底側端部は螺旋状に形成されている。つまり地上側端部と地底側端部までの軸方向長さが最も短い地上側端部ａ点（始点）から、地上側端部と地底側端部までの軸方向長さが最も長い地底側端部ｂ点（終点）まで、直管部５１の地底側端部が螺旋状に変化するよう形成されている。
【００２８】
また、直管部５１の地底側端部には翼部５２が一体に形成されている。翼部５２は、直管部５１の径方向の内外方向に延在し、その幅は直管部５１の内部を所定径の螺旋状の開口で絞った半閉塞状態にするため、例えば上記内外方向にそれぞれ直管部５１の半径の略半分の幅にされており、直管部５１の地底側端部に沿って螺旋状に形成されている。
【００２９】
以上で説明したように、翼部５２が直管部５１の地底側端部を半閉塞の状態にしているため、基礎杭１を埋設するときに土砂やソイルセメント（以下、土砂等という）を杭内部に適量取り込みながら貫入して、土砂等の流動を妨げず、貫入時の杭に対する土砂等の抵抗を低減するとともに、施工後の基礎杭１の軸方向に対する支持力を確保することができる。即ち、先端が閉塞した構造に比べて貫入抵抗を低減でき、先端が開放した構造に比べて支持面積が大きいため支持力を確保することができる。
【００３０】
さらに、翼部５２は、図４Ａに示すように、その螺旋の始端５２ａと終端５２ｂ間に平面視僅かな隙間Ｇを残して直管部５１の地底側端部をほぼ一周しているため、図４Ｂにおいて上記ａ点とｂ点とを結ぶ直線は、先端部材５０の中心線に対して所定角度を成すように傾斜している。この隙間Ｇおよび傾斜によって成型後の型抜きが容易になる。
【００３１】
次に、基礎杭１を構成する各杭や先端部材を相互に連結する連結具について説明する。
図５は連結具７０の拡大断面図である。図５に示すように、連結具７０は円筒状のスリーブ７１と、このスリーブ７１が形成する円筒内に挿入するピン７２とから成る。これらのスリーブ７１及びピン７２はクロムモリブデン鋼などの鋼材によって形成されている。
【００３２】
スリーブ７１は、既に説明した上杭１０などの周面に形成された貫通孔の内径に対応した外径を有する円筒状に形成され、その後端側（ピン７２をスリーブ７１内に挿入するときの挿入方向の後端側）の外周にフランジ部７３が一体に形成されると共に、先端側（ピン７２をスリーブ７１内に挿入するときの挿入方向の先端側）の内周には、厚みが先端側に向かうにつれて次第に薄くなるテーパー面７９により先端が鋭角に形成された環状の突起７４が形成されている。
また、スリーブ７１の先端には、その周方向に沿った複数の位置において、その軸芯方向に平行なスリット７５が、スリーブ７１の先端面から所定長さに形成されている。
【００３３】
ピン７２は、スリーブ７１の内径に対応した外径を有する円柱状を成しており、スリーブ７１の内部に貫入でき、その後端の外周にフランジ部７６が一体に形成されると共に、その先端にはテーパー面７７が形成されている。ピン７２の外周面において、このテーパー面７７から軸芯方向に所定距離を置いた位置に横断面矩形状の環状の溝７８が形成されている。
【００３４】
図６ないし図８は、この連結具７０を用いて上杭１０と下杭４０とを連結する手順を説明する図である。
図６Ａは、各杭に貫通孔を形成した状態を、図６Ｂは、各杭の貫通孔にスリーブ７１を挿入した状態を示している。
図７Ａは、貫通孔に挿入されたスリーブ７１の内部にピン７２を挿入する状態を、図７Ｂは、スリーブ７１にピン７２を挿入してスリーブ７１の先端を拡径させた状態を示している。
図８Ａは、スリーブ７１に完全に挿入したピン７２に抜け出し力が作用した状態を、図８Ｂは、溝７８に突起７４がはまり込んだ状態を示している。
【００３５】
まず、図６Ａに示すように、下杭４０の大径部４１に上杭１０の下端部２３を挿入して、ドリルなどの穿孔手段で下杭４０に貫通孔４４を、上杭１０に貫通孔２２を形成する。次に、図６Ｂに示すように、下杭４０の大径部４１の貫通孔４４の外側からスリーブ７１を差し込んで、そのフランジ部７３が大径部４１の外周面に接触させるまではめ込む。これにより、スリーブ７１の先端の突起７４やスリット７５が形成された部分を下端部２３の貫通孔２２から上杭１０の内部に突出させる。
【００３６】
次に、図７Ａに示すように、ピン７２の先端をスリーブ７１の円筒の入口に合わせ、ピン７２をスリーブ７１の内部に打ち込む。すると、図７Ｂに示すように、ピン７２の先端部がスリーブ７１の突起７４を径方向の外向きに押し広げるように変形させながら突起７４を通過する。このとき、スリーブ７１にスリット７５が形成されているため、突起７４が形成されている部分におけるスリーブ７１の変形が容易に行われる。また、前述のように、突起７４の先端はテーパー面７９に形成されているため、このテーパー面７９がピン７２の先端に形成されているテーパー面７７に当接し、そのテーパー面間の力の伝達により、ピン７２のテーパー面７７がスリーブ７１の先端を容易且つ確実に押し広げる。
このピン７２によって押し広げられたスリーブ７１の先端には、拡径部８０が形成され、この拡径部８０によって貫通孔２２、４４から連結具７０が抜け出すことを防止する。
【００３７】
また、貫通孔２２、４４に挿入された連結具７０のピン７２に、スリーブ７１からの抜け出し力が作用したとき、即ち、図８Ａに示すように溝７８がスリーブ７１から突出している状態のピン７２に図中矢印Ｘ方向の力が作用したときには、図８Ｂに示すように、ピン７２がスリーブ７１に対して後端側に変位するが、その溝７８が突起７４の位置に到達すると、突起７４がスプリングバックして溝７８にはまり込む。これにより、スリーブ７１からのピン７２の抜け出しが完全に防止できる。
なお、ピン７２とスリーブ７１の長さの関係は、図９に示すように、ピン７２をそのフランジ部７６がスリーブ７１のフランジ部７３に当接するまで打ち込んだときに、突起７４が溝７８にはまるように構成しても差し支えない。
【００３８】
次に、この連結具７０の先端の位置（ピン７２の長さ）について説明する。
図１０は下杭４０を先端部材５０に挿入し、連結具７０で連結した状態を示す断面図であり、図１０Ａは連結具７０の先端の位置が翼部５２の内側端５２ｄの位置とほぼ等しい状態を、図１０Ｂは連結具７０の先端が翼部５２の内側端５２ｄの径方向外側に位置した状態を示す。
図１０Ａに示すように、下杭４０の下端部４８を先端部材５０の受口５４に挿入して、ドリルなどの穿孔手段にて貫通孔５５、貫通孔４６をそれぞれ設け、そこへスリーブ７１を挿入し、ピン７２をスリーブ７１の内部へ打ち込んで下杭４０と先端部材５０を連結している。
【００３９】
既に説明したように、本実施形態に係る基礎杭１を構成する先端部材５０は、螺旋状の翼部５２が直管部５１の地底側端部を半閉塞の状態にしており（図４参照）、基礎杭１を地中に埋設するときは、その半閉塞の地底側端部からソイルセメントを杭の内部に取り込みながら地中に推進する。連結具７０を各貫通孔に挿入したときの連結具７０の杭内部に突出した部分に杭の内部に取り込まれたソイルセメントが接触すると、それが基礎杭１を地中に推進する際の抵抗になるため、連結具７０の杭内部への突出量、即ち連結具７０の長さを調整する必要がある。
【００４０】
本実施形態では、連結具７０の長さは、ピン７２の先端の位置が翼部５２の内側端５２ｄの位置とほぼ等しくなるように形成されている（図ではピン７２の先端が内側端５２ｄよりも僅かに径方向内側に位置している）。即ち、この連結具７０の先端の位置は、先端部材５０を下から平面視したときの翼部５２の内側端５２ｄの位置と、ほぼ等しい位置となっている。
しかし、杭の貫入によって連結具７０にかかる土砂等の抵抗が低減されるよう、ピン７２の先端が先端部材５０の翼部５２の内側端５２ｄよりも径方向外側に位置するように連結具７０の長さをより短く形成することが望ましい。
【００４１】
以上で説明したように、この連結具７０は、貫通孔に挿入されたスリーブ７１の内部にピン７２を打ち込むだけで杭同士を連結一体化することができるため、連結作業に要する時間が短く、かつ、ピン７２をスリーブ７１の内部に打ち込んでスリーブ７１の先端を拡径させると共に、ピン７２に抜け出し力が作用したときにはスリーブ７１の先端の突起７４がピン７２の溝７８にはまり込むため、スリーブ７１及びピン７２が杭の貫通孔から抜け出すことがない。
また、連結具７０の長さを先端部材５０の翼部５２に対応して短くすることで、基礎杭１を地中に貫入したときに杭内部に取り込まれる土砂等が連結具７０に接触したときの、基礎杭１の回転及び貫入に対する土砂等による抵抗を低減することができる。
【００４２】
以上で説明した、上杭１０、下杭４０、先端部材５０及び連結具７０から構成された基礎杭１は、複雑な形状部位であっても全体が鋳造によって形成されているため、技術者の技量や天候等によって品質が左右される現場での溶接に加え、工場での溶接作業も不要であるため、基礎杭１全体として、常に一定の品質を保つことができる。
また、現場での連結作業等においては、連結具を挿入する貫通孔を孔あけ加工するだけで、鉄筋を取り付ける貫通孔等他の全ての構造が工場にて形成されているため、現場での作業を最小限にでき、さらに連結具７０によって迅速に連結作業が行えるため、現場での施工工数および施工時間を削減することができる。
なお、基礎杭１を形成する材料はダクタイル鋳鉄に限らず、例えばその他の鋳鉄や鋳鋼などであってもよい。
【００４３】
本実施形態に係る基礎杭１は、上杭１０、下杭４０および先端部材５０とから形成しているが、これに限らず例えば上杭１０と先端部材５０、または上杭１０と複数の下杭４０と先端部材５０から形成してもよく、その組み合わせは任意である。したがって基礎杭１の長さを調整して、現場の支持層深さに適合した基礎杭１を形成することができる。
【００４４】
以上で説明した基礎杭１は、上杭１０、下杭４０および先端部材５０で構成されているが、さらに先端部材５０とほぼ同一形状の中間部材１５０を下杭１４０と上杭１０との連結部間に介在させて取り付けることにより、基礎杭１の中間部にも螺旋状の翼部を配置できるため、杭埋設時の推進力が増し、施工能率を向上することができるとともに、杭埋設後には鉛直荷重に対して前記翼部が抵抗となり、基礎杭１の鉛直支持力を向上することができる。
【００４５】
以下、その構造について説明する。
図１１は、中間部材１５０を下杭１４０と上杭１０との連結部間に介在させる状態を示す図である。
中間部材１５０の形状は、図１１のように、図４に示した先端部材５０とほぼ同一であるが、中間部材１５０の翼部１５２が直管部１５１の径方向の外方向にのみ延在して直管部１５１の内径方向には存在していない。また、直管部１５１の内径は上杭１０と連結する際に下端部２３を嵌合できるよう下端部２３の外径よりも僅かに大きなサイズに形成されており、直管部１５１の外径は下杭１４０と連結する際に大径部１４１に挿入できるよう大径部１４１の内径よりも僅かに小さなサイズに形成されている。
その他の構成は、図４に示した先端部材５０と同じであり、同様に一体に鋳造されたものである。
【００４６】
取り付けに際しては、中間部材１５０の翼部１５２を地上側に向けた状態で、その直管部１５１を下杭１４０の大径部１４１に挿入し、さらに、中間部材１５０の直管部１５１の内部に上杭１０の下端部２３を挿入した後、ドリルなどの任意の穿孔手段で各貫通孔１４４、１５５、２２を形成して、ここに連結具７０を挿入することで、上杭１０と下杭１４０との連結部に中間部材１５０を取り付ける。
【００４７】
図１２は、中間部材１５０を下杭１４０と上杭１０との間に介在させた状態を示す断面図であり、図１２Ａは中間部材１５０の外周面が直線状の場合を、図１２Ｂは中間部材１５０の外周面がテーパー状の場合を示している。特に図１２Ｂのように大径部１４１の内面と中間部材１５０の外面が地上側に向かって開いた相互補完形状のテーパー形状にすることによって、大径部１４１の内面と中間部材１５０の外面が密接し、施工中および施工後における連結部のガタツキの発生を抑制することができる。
【００４８】
以上の説明では、上杭１０と下杭１４０との連結部に中間部材１５０を介在させるとしたが、これに限らず他の基礎杭１を構成する杭または先端部材との連結部に介在してもよく、その組み合わせは任意である。
【００４９】
また、既に説明した基礎杭１では、上杭１０のフランジ１１は鋳造によって鉄筋を取り付ける貫通孔１２が予め工場で形成されるため、鉄筋の取り付け位置が予め設定されている。そのため、鉄筋の取り付け位置を変更することは容易ではない。
そこで、従来のように鉄筋をフランジ１１の上部に溶接で取り付けられるようにして、鉄筋の取り付け位置の自由度を高めることもできる。
【００５０】
図１３は、上杭１０の杭頭部分を示す図であり、図１３Ａは上杭１０の平面図を、図１３Ｂは断面図を示している。
図１３Ｂに示す上杭１０は、フランジ１１の上面にフランジ１１と同形状の鉄板９１が載置され、フランジ１１及び鉄板９１を挟むようにボルト９２とナット９３で固定されている。
この鉄板９１は、図１３Ａに示すように、その円周に沿って複数箇所（図では４箇所）のボルト９２を挿入するための貫通孔９４が設けられている。さらに、この鉄板９１の表面には複数本（図では４本）の鉄筋１３の下端部が例えばスタッド溶接によって固着されている。
【００５１】
以上で説明した基礎杭１は、フランジ１１の上面に鉄板９１を取り付けることで、鉄板９１上であればどこにでも鉄筋１３を取り付けることができるため、例えば基礎杭１の施工現場等で急遽鉄筋を取り付ける位置を変更する必要が生じた場合などに迅速な対応をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係る基礎杭を示す正面図である。
【図２】基礎杭を構成する上杭を示す図であり、図２Ａは上杭の平面図、図２Ｂは上杭の一部を縦断面で示す正面図、図２Ｃは上杭の杭頭部の拡大断面図、図２Ｄは連結部をテーパー面のみで形成した上杭の杭頭部の拡大断面図、図２Ｅは連結部を円筒面のみで形成した上杭の杭頭部の拡大断面図を示す。
【図３】下杭の一部を縦断面で示す正面図である。
【図４】先端部材を示す図であり、図４Ａは先端部材の平面図、図４Ｂは先端部材の側面図、図４Ｃは先端部材の断面図である。
【図５】連結具の拡大断面図である。
【図６】連結具を用いて上杭と下杭とを連結する手順を説明する図であり、図６Ａは各杭に貫通孔を形成した状態を、図６Ｂは各杭の貫通孔にスリーブ７１を挿入した状態を示している。
【図７】連結具を用いて上杭と下杭とを連結する手順を説明する図であり、図７Ａは貫通孔に挿入されたスリーブの内部にピンを挿入する状態を、図７Ｂはスリーブにピンを挿入してスリーブの先端を拡径させた状態を示している。
【図８】連結具を用いて上杭と下杭とを連結する手順を説明する図であり、図８Ａはスリーブに完全に挿入したピンに抜け出し力が作用した状態を、図８Ｂは溝に突起がはまり込んだ状態を示している。
【図９】ピンの長さを変えた連結具を用いて上杭と下杭とを連結した状態を示す図である。
【図１０】下杭を先端部材に挿入し、連結具で連結した状態を示す断面図であり、図１０Ａは連結具の先端の位置が翼部の内側端の位置とほぼ等しい状態を、図１０Ｂは連結具の先端が翼部の内側端の径方向外側に位置した状態を示す図である。
【図１１】中間部材を下杭と上杭との連結部間に介在させる状態を示す斜視図である。
【図１２】中間部材を下杭と上杭との連結部間に介在させた状態を示す断面図である。
【図１３】上杭の杭頭部分を示す図であり、図１３Ａは上杭の平面図を、図１３Ｂは断面図を示している。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・基礎杭、１０・・・上杭、１１・・・フランジ、１２，２２，４４，４６，５５，９４，１４４，１５５・・・貫通孔、１３・・・鉄筋、１４ａ，１４ｂ・・・ナット、２１，４３・・・杭本体、２３，４８・・・下端部、３１，４２，１４２・・・連結部、３２・・・蓋体受部、４５，５３・・・段部、３３・・・落とし蓋、３４・・・テーパー面、３５・・・円筒面、４０・・・下杭、４１，１４１・・・大径部、５０・・・先端部材、５１，１５１・・・直管部、５２，１５２・・・翼部、５２ａ・・・始端、５２ｂ・・・終端、５２ｃ・・・外側端、５２ｄ・・・内側端、７０・・・連結具、７１・・・スリーブ、７２・・・ピン、７３・・・フランジ部、７４・・・突起、７５・・・スリット、７６・・・フランジ部、７７・・・テーパー面、７８・・・溝、７９・・・テーパー面、８０・・・拡径部、９１・・・鉄板、９２・・・ボルト、９３・・・ナット、１４０・・・下杭、１５０・・・中間部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭頭部に設けられた鉄筋取り付け用のリング状のフランジと、直管状の杭本体と、前記フランジと前記杭本体を繋ぐ連結部とを一体に鋳造したことを特徴とする鋳造杭。
【請求項２】
請求項１に記載された鋳造杭において、
前記連結部は前記杭本体よりも肉厚に形成されていることを特徴とする鋳造杭。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された鋳造杭において、
前記連結部は内周面に蓋体受部を有し、前記蓋体受部に直管状の杭本体の内部を閉鎖する蓋体を配置したことを特徴とする鋳造杭。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載された鋳造杭において、
前記フランジは複数の貫通孔を有し、該貫通孔に鉄筋を貫通して固定したことを特徴とする鋳造杭。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載された鋳造杭において、
前記杭本体の前記フランジと反対側の端部近傍に連結具を挿入するための複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする鋳造杭。
【請求項６】
請求項５に記載された鋳造杭において、
前記連結具は、筒状のスリーブと該筒状のスリーブに挿入されるピンから成り、前記筒状のスリーブは、上記ピンを挿入したときにピンの先端部で拡径する先端部分を有し、前記拡径する先端部分により前記貫通孔から抜け止め規制されることを特徴とする鋳造杭。
【請求項１】
杭頭部に設けられた鉄筋取り付け用のリング状のフランジと、直管状の杭本体と、前記フランジと前記杭本体を繋ぐ連結部とを一体に鋳造したことを特徴とする鋳造杭。
【請求項２】
請求項１に記載された鋳造杭において、
前記連結部は前記杭本体よりも肉厚に形成されていることを特徴とする鋳造杭。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された鋳造杭において、
前記連結部は内周面に蓋体受部を有し、前記蓋体受部に直管状の杭本体の内部を閉鎖する蓋体を配置したことを特徴とする鋳造杭。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載された鋳造杭において、
前記フランジは複数の貫通孔を有し、該貫通孔に鉄筋を貫通して固定したことを特徴とする鋳造杭。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載された鋳造杭において、
前記杭本体の前記フランジと反対側の端部近傍に連結具を挿入するための複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする鋳造杭。
【請求項６】
請求項５に記載された鋳造杭において、
前記連結具は、筒状のスリーブと該筒状のスリーブに挿入されるピンから成り、前記筒状のスリーブは、上記ピンを挿入したときにピンの先端部で拡径する先端部分を有し、前記拡径する先端部分により前記貫通孔から抜け止め規制されることを特徴とする鋳造杭。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−５７６９１（Ｐ２００９−５７６９１Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２３２５１（Ｐ２００７−２２３２５１）
【出願日】平成１９年８月２９日（２００７．８．２９）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２９日（２００７．８．２９）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
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