(57)【要約】【課題】作業効率を確保しつつ、杭の支持力を増大させることができる杭基礎及び杭基礎の施工方法を得る。【解決手段】杭基礎１０は、鉛直方向に沿って延在されて塔状構造物を支持すると共に、杭頭２４Ａが地盤２６よりも上方に突出され、下端が開放された杭２４と、杭２４が地盤２６に打ち込まれた状態において、杭２４内に設けられ、少なくとも一部が杭２４の内周面２４Ｂと密着された地盤改良体２８と、を有する。【選択図】図２
2020180436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に沿って延在されて塔状構造物を支持すると共に、杭頭が地盤よりも上方に突出され、下端が開放された杭と、
前記杭が地盤に打ち込まれた状態において、前記杭内に設けられ、少なくとも一部が前記杭の内周面と密着された地盤改良体と、
を有する杭基礎。
【請求項２】
前記杭内には土砂が侵入しており、
前記地盤改良体は、前記杭の内周面と土砂との間に設けられている請求項１に記載の杭基礎。
【請求項３】
前記地盤改良体は、前記杭を軸方向から見た断面視で前記杭の内周面に沿って間隔をあけて複数カ所に設けられている請求項２に記載の杭基礎。
【請求項４】
前記地盤改良体は、前記杭の内部に入り込んだ土砂のうち、軸方向の一部のみに形成されている請求項２又は３に記載の杭基礎。
【請求項５】
前記地盤改良体は、前記杭を軸方向から見た断面視で前記杭内の全域に設けられている請求項１に記載の杭基礎。
【請求項６】
前記杭頭の近傍における前記杭の内周面には、前記地盤改良体を上方から支持する支持部材が設けられている請求項１〜５の何れか１項に記載の杭基礎。
【請求項７】
鉛直方向に沿って延在されて塔状構造物を支持すると共に、杭頭が地盤よりも上方に突出され、下端が開放された杭と、
前記杭頭の近傍における前記杭の内周面に設けられ、前記杭の内部に入り込んだ土砂の少なくとも一部を上方から支持する支持部材と、
を有する杭基礎。
【請求項８】
前記支持部材は、前記杭の内周面から径方向内側へ延出された環状のフランジである請求項７に記載の杭基礎。
【請求項９】
前記支持部材は、前記杭頭の下端部を閉塞させる円盤状部材である請求項７に記載の杭基礎。
【請求項１０】
前記杭の内部に入り込んだ土砂と前記支持部材との間に充填材が充填されている請求項７〜９の何れか１項に記載の杭基礎。
【請求項１１】
地盤上に床版が設置されており、前記床版が前記杭頭に固定されて前記杭に作用する力を地盤へ伝達させる請求項１〜１０の何れか１項に記載の杭基礎。
【請求項１２】
前記塔状構造物は、風力発電装置の脚部を構成している請求項１〜１１の何れか１項に記載の杭基礎。
【請求項１３】
下端が開放された杭を杭頭が地盤よりも上方に突出するように地盤に打ち込む工程と、
前記杭の内部に入り込んだ土砂のうち、少なくとも前記杭の内周面の近傍の土砂を地盤改良させる工程と、
を有する杭基礎の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭基礎及び杭基礎の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、中空のモノパイル基礎上に風力発電装置が施工された構造が開示されている。一方、特許文献２には、鋼管杭の下端における内周面に円筒状のコンクリートを挟持させることで、鋼管の下端における端面面積を増大させた基礎杭が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９３９３８号公報
【特許文献２】特開昭５７−１６１２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、モノパイル基礎などの杭基礎の施工方法として、打撃によって地盤に杭を直接打ち込む工法が知られている。杭を地中に打ち込むことで、先端閉塞効果によって支持力を増大させることができ、かつ、短期間で施工することができる。しかしながら、杭の口径が大口径になると先端閉塞効果を十分に得ることができず、大きな支持力が得られない。一方、特許文献２のように杭の下端の端面面積を増大させた場合、地盤に杭が打ち込み難くなり作業効率が低下する。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、作業効率を確保しつつ、杭の支持力を増大させることができる杭基礎及び杭基礎の施工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】
【０００６】
請求項１に記載の杭基礎は、鉛直方向に沿って延在されて塔状構造物を支持すると共に、杭頭が地盤よりも上方に突出され、下端が開放された杭と、前記杭が地盤に打ち込まれた状態において、前記杭内に設けられ、少なくとも一部が前記杭の内周面と密着された地盤改良体と、を有する。
【０００７】
請求項１に記載の杭基礎では、杭が地盤に打ち込まれた状態において、杭内に地盤改良体が設けられている。そして、この地盤改良体の少なくとも一部が杭の内周面と密着されている。これにより、杭と地盤改良体とが密着している部分で杭の内周面の摩擦力が向上される。この結果、杭の支持力を増大させることができる。
【０００８】
また、杭自体の厚みを厚くすることなく支持力を増大させることができるため、打撃によって杭を地盤へ打ち込むことができる。
【０００９】
請求項２に記載の杭基礎は、請求項１において、前記杭内には土砂が侵入しており、前記地盤改良体は、前記杭の内周面と土砂との間に設けられている。
【００１０】
請求項２に記載の杭基礎では、杭の内周面と土砂との間に地盤改良体を設けることにより、土砂の全体を地盤改良体とする場合と比較して、工期を短縮させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の杭基礎は、請求項２において、前記地盤改良体は、前記杭を軸方向から見た断面視で前記杭の内周面に沿って間隔をあけて複数カ所に設けられている。
【００１２】
請求項３に記載の杭基礎では、杭の内周面に沿って全周に亘って地盤改良体を設けた場合と比較して、工期を短縮させることができる。
【００１３】
請求項４に記載の杭基礎は、請求項２又は３において、前記地盤改良体は、前記杭の内部に入り込んだ土砂のうち、軸方向の一部のみに形成されている。
【００１４】
請求項５に記載の杭基礎は、請求項１において、前記地盤改良体は、前記杭を軸方向から見た断面視で前記杭内の全域に設けられている。
【００１５】
請求項５に記載の杭基礎では、地盤改良体によって杭の内部全体の剛性を向上させることができる。
【００１６】
請求項６に記載の杭基礎は、請求項１〜５の何れか１項において、前記杭頭の近傍における前記杭の内周面には、前記地盤改良体を上方から支持する支持部材が設けられている。
【００１７】
請求項６に記載の杭基礎では、支持部材によって地盤改良体が上方から支持されるため、杭と地盤改良体とをより密着させて一体化させることができる。
【００１８】
請求項７に記載の杭基礎は、鉛直方向に沿って延在されて塔状構造物を支持すると共に、杭頭が地盤よりも上方に突出され、下端が開放された杭と、前記杭頭の近傍における前記杭の内周面に設けられ、前記杭の内部に入り込んだ土砂の少なくとも一部を上方から支持する支持部材と、を有する。
【００１９】
請求項７に記載の杭基礎では、杭頭の近傍における杭の内周面に支持部材が設けられており、この支持部材によって杭の内部に入り込んだ土砂の少なくとも一部が上方から支持されている。このように支持部材を設けることで、杭を地盤に打ち込んだときに杭内の土砂を支持部材によって圧縮させることができ、先端閉塞効果を得ることができる。
【００２０】
請求項８に記載の杭基礎は、請求項７において、前記支持部材は、前記杭の内周面から径方向内側へ延出された環状のフランジである。
【００２１】
請求項８に記載の杭基礎では、環状のフランジによって杭内の土砂を圧縮させることができる。また、フランジの上下の空間が連通されているので、杭を打ち込んだ後に薬剤などを土砂へ投入して地盤改良を行うことができる。
【００２２】
請求項９に記載の杭基礎は、請求項７において、前記支持部材は、前記杭頭の下端部を閉塞させる円盤状部材である。
【００２３】
請求項９に記載の杭基礎では、円盤状部材によって杭内の土砂全体に鉛直力を伝達させることができる。
【００２４】
請求項１０に記載の杭基礎は、請求項７〜９の何れか１項において、前記杭の内部に入り込んだ土砂と前記支持部材との間に充填材が充填されている。
【００２５】
請求項１０に記載の杭基礎では、充填材によって土砂と支持部材とを一体化させることができる。
【００２６】
請求項１１に記載の杭基礎は、請求項１〜１０の何れか１項において、地盤上に床版が設置されており、前記床版が前記杭頭に固定されて前記杭に作用する力を地盤へ伝達させる。
【００２７】
請求項１１に記載の杭基礎では、杭が倒れる方向の外力が入力された場合であっても、この外力の少なくとも一部を床版を介して地盤へ伝達させることができ、水平力に対する杭の抵抗力を確保することができる。
【００２８】
請求項１２に記載の杭基礎は、請求項１〜１１の何れか１項において、前記塔状構造物は、風力発電装置の脚部を構成している。
【００２９】
請求項１２に記載の杭基礎では、風力発電装置などの重量物によって杭に転倒する方向のモーメントが作用した場合であっても、杭の支持力を増大させることで杭の転倒を抑制することができる。
【００３０】
請求項１３に記載の杭基礎の施工方法は、下端が開放された杭を杭頭が地盤よりも上方に突出するように地盤に打ち込む工程と、前記杭の内部に入り込んだ土砂のうち、少なくとも前記杭の内周面の近傍の土砂を地盤改良させる工程と、を有する。
【００３１】
請求項１３に記載の杭基礎の施工方法では、少なくとも杭の内周面の近傍の土砂を地盤改良させることにより、この地盤改良体と杭の内周面とを密着させることができる。これにより、杭の内周面の摩擦力が向上され、杭の支持力を増大させることができる。また、杭を地盤へ打ち込むことで、地盤を切削してから杭を施工する方法と比較して、作業効率を確保することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明に係る杭基礎及び杭基礎の施工方法によれば、作業効率を確保しつつ、杭の支持力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係る杭基礎が適用された風力発電装置の全体図を示す模式図である。
【図２】（Ａ）は第１実施形態に係る杭基礎の立断面図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は第１実施形態の変形例に係る杭基礎の立断面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。
【図４】（Ａ）は第２実施形態に係る杭基礎の立断面図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）の４Ｂ−４Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。
【図５】（Ａ）は第３実施形態に係る杭基礎の立断面図であり、（Ｂ）は図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。
【図６】（Ａ）は第４実施形態に係る杭基礎の立断面図であり、（Ｂ）は図６（Ａ）の６Ｂ−６Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。
【図７】（Ａ）は第５実施形態に係る杭基礎の立断面図であり、（Ｂ）は図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。
【図８】（Ａ）は第１実施形態の他の例に係る杭基礎の立断面図であり、（Ｂ）は図８（Ａ）の８Ｂ−８Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。
【図９】（Ａ）は第１実施形態の他の例に係る杭基礎の立断面図であり、（Ｂ）は図９（Ａ）の９Ｂ−９Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。
【図１０】杭の先端における圧力球根を示す模式図であり、（Ａ）には小径の杭における圧力球根が示され、（Ｂ）には大径の杭における圧力球根が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る杭基礎１０について、図面を参照して説明する。図１に示されるように、本実施形態の杭基礎１０は、風力発電装置１２を支持する基礎とされている。
【００３５】
風力発電装置１２は、杭基礎１０から鉛直方向に延在された塔状構造物としての脚部（タワー）１４と、この脚部１４の上端部に設けられた風車部１６とを含んで構成されている。また、風車部１６は、ナセル１８、ハブ２０及びブレード２２を含んで構成されている。
【００３６】
風力発電装置１２の脚部１４は、上方へ向かうにつれて徐々に小径となるように形成されており、この脚部１４の下端が杭基礎１０に連結されている。また、風車部１６を構成するナセル１８は、脚部１４の上端部に回動自在に取り付けられており、このナセル１８の内部には、図示しない発電機や増幅器が収容されている。
【００３７】
ナセル１８は、図示しないロータ軸を介してハブ２０と連結されている。そして、ハブ２０には複数の回転翼であるブレード２２が取り付けられており、本実施形態では一例として３枚のブレード２２がハブ２０の周面に取り付けられている。
【００３８】
以上のように構成された風力発電装置１２の脚部１４が杭基礎１０に支持されている。ここで、本実施形態の杭基礎１０は、略円筒状の杭２４を含んで構成されている。
【００３９】
杭２４は、鋼管で形成されて鉛直方向を軸方向として延在されており、風力発電装置１２の脚部１４と略同軸上に設けられている。また、杭２４は、上部に設けられた杭頭２４Ａを除いた部分が打撃工法によって地盤２６に打ち込まれている。ここで、本実施形態では、洋上の風力発電装置１２の杭基礎１０に適用しているため、杭２４は、海底に打ち込まれており、地盤２６から杭２４の杭径の４〜６倍程度の深さまで打ち込まれる。本実施形態では一例として、杭径が５〜９ｍの杭２４を用いており、地盤２６から３０ｍ程度の深さまで打ち込まれている。
【００４０】
図２（Ａ）に示されるように、杭２４は、上端及び下端が開放されており、杭２４を打撃工法によって地盤２６に打ち込むことで、杭２４の内部に土砂Ｓが入り込んでいる。なお、杭２４を地盤２６に打ち込むことで、杭２４内の土砂Ｓの表面が地盤２６の表面よりも下方に位置している。
【００４１】
ここで、杭２４が地盤２６に打ち込まれた状態において、杭２４内には地盤改良体２８が設けられている。図２（Ｂ）に示されるように、地盤改良体２８は、少なくとも一部が杭２４の内周面２４Ｂと密着されるように設けられており、本実施形態の地盤改良体２８は、杭２４の内周面２４Ｂと土砂Ｓとの間に設けられている。
【００４２】
（杭基礎の施工方法）
次に、本実施形態の杭基礎１０の施工方法の一例について説明する。初めに、打撃工法により杭２４を地盤２６に所定の深さまで打ち込む。このとき、杭頭２４Ａが地盤２６よりも上方に突出するように杭２４を打ち込む。このように打撃工法を採用すれば、地盤２６が土砂地盤や比較的緩い礫地盤に限らず、軟岩であっても杭２４を施工する（打ち込む）ことができる。
【００４３】
続いて、杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓのうち、杭２４の内周面２４Ｂの近傍の土砂Ｓを地盤改良させる。具体的には、杭２４の内周面２４Ｂ又は杭２４の内部に、鋼管の軸方向に複数の注入孔を形成し、これらの注入孔に対して、薬剤又はセメント微粒子などの改良材を杭２４の上部より投入し、浸透注入によって地盤改良体２８を形成させる。他の方法として、杭２４の上部からボーリング孔を掘削し、攪拌翼やジェット噴射などによってセメント等の地盤改良材を投入することで地盤改良体２８を形成させる。このようにして杭基礎１０が施工される。
【００４４】
（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４５】
本実施形態の杭基礎１０では、地盤改良体２８の少なくとも一部が杭２４の内周面２４Ｂと密着されている。これにより、杭２４と地盤改良体２８とが密着している部分で杭２４の内周面２４Ｂの摩擦力が向上される。この結果、杭２４の支持力を増大させることができる。
【００４６】
特に、杭２４の口径が大口径になると先端閉塞効果を十分に得ることができず、大きな支持力が得られないが、本実施形態の構造により、大きな支持力を得ることができる。この作用について図１０に示される杭のモデル図を参照して説明する。
【００４７】
図１０（Ａ）には、小口径の杭１００が図示されている。この杭１００の径は、例えば、直径が１ｍとされている。この杭１００を打撃工法により地盤２６へ打ち込んだ場合、先端閉塞効果を得ることで帯荷重の圧力球根が形成される。なお、杭１００の周囲の領域Ｔは、杭１００の打撃によって攪乱された土砂である。このようにして、見かけ上の杭１００の断面積が大きくなることで、杭１００の支持力が増大される。
【００４８】
一方、図１０（Ｂ）には、大口径の杭１０２が図示されている。この杭１０２の径は、例えば、直径が５〜９ｍとされている。この杭１０２を打撃工法により地盤２６へ打ち込んだ場合、杭１０２の周囲の領域Ｔの土砂が攪乱される幅は、主に地盤に依存する。そして、杭１０２の径方向中心部分の土砂は、杭１０２の周面から遠くなるため、攪乱されない。このため、線荷重の圧力球根が形成されることとなり、小口径の杭１００と比較して先端閉塞効果による支持力の増大が期待できない。
【００４９】
以上のように、図１０（Ｂ）のようなモデルでは杭１０２の内周面の摩擦力を超えて先端閉塞効果を発揮することができず、この先端閉塞効果が杭１０２の内周面の摩擦力にほぼ等しくなると考えられる。ここで、杭１０２の内周面の単位面積当たりの摩擦力をτ、杭１０２の内周面の半径をｒｉｎ、杭１０２に侵入する土砂の高さをｈとすると、全摩擦力Ｆは以下の数式（１）のように算出される。
【００５０】
【数１】
2020180436.tif 000003
・・・・（１）
【００５１】
一方、杭１０２の内周面における土砂の先端支持力をＰとし、単位面積当たりの支持力をｐｉｎとすると、Ｐとｐｉｎとの関係は以下の数式（２）となる。
【００５２】
【数２】
2020180436.tif 000004
・・・・（２）
【００５３】
上述したように、先端閉塞効果が杭１０２の内周面の摩擦力に等しい場合、先端支持力Ｐと全摩擦力Ｆとが等しくなるため、以下の数式（３）が成り立つ。
【００５４】
【数３】
2020180436.tif 000005
・・・・（３）
【００５５】
数式（３）から以下の数式（４）が導かれる。
【００５６】
【数４】
2020180436.tif 000006
・・・・（４）
【００５７】
以上の数式（４）を見ると、杭１０２の内周面における単位面積当たりの支持力ｐｉｎは、杭１０２の内周面の半径ｒｉｎに反比例することが分かる。すなわち、杭１０２が大口径になるほど先端の支持力が小さくなる。
【００５８】
一方、数式（４）によれば、摩擦力τを大きることで、杭１０２が大口径であっても先端の支持力を確保することができることが分かる。ここで、本実施形態では、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、地盤改良体２８と杭２４の内周面２４Ｂとを密着させることで、杭２４の内周面２４Ｂの摩擦力を大きくしている。これにより、大口径の杭２４を用いた場合であっても杭２４の支持力を増大させることができる。
【００５９】
また、本実施形態では、杭２４自体の厚みを厚くすることなく支持力を増大させることができるため、打撃によって杭２４を地盤２６へ打ち込むことができる。すなわち、地盤２６を切削してから杭を施工する必要がない。この結果、作業効率を確保しつつ、杭２４の支持力を増大させることができる。特に、洋上で杭基礎１０を施工する場合には、本実施形態のように地盤改良体２８によって支持力を増大させる構成を採用することにより、コンパクトな杭２４を用いることができ、運搬用の船舶をスペックダウンさせることができる。この結果、施工に係るコストを削減することができる。
【００６０】
さらに、本実施形態では、杭２４の内周面２４Ｂと土砂Ｓとの間に地盤改良体２８を設けることにより、土砂Ｓの全体を地盤改良体とする場合と比較して、工期を短縮させることができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、図２（Ｂ）に示されるように、杭２４の内周面２４Ｂに全周に亘って地盤改良体２８が設けられているが、これに限定されない。例えば、図３に示される変形例の構成を採用してもよい。
【００６２】
（変形例）
図３（Ａ）に示されるように、本変形例の杭基礎３０を構成する杭２４は、実施形態と同様に上部に設けられた杭頭２４Ａを除いた部分が打撃工法によって地盤２６に打ち込まれている。
【００６３】
ここで、図３（Ｂ）に示されるように、杭２４が地盤２６に打ち込まれた状態において、杭２４内には地盤改良体２８が設けられている。地盤改良体２８は、杭２４の内周面２４Ｂと土砂Ｓとの間に設けられている。また、地盤改良体３１は、杭２４を軸方向から見た断面視で杭２４の内周面２４Ｂに沿って間隔をあけて複数カ所に設けられており、本変形例では内周面２４Ｂに沿って間隔をあけて五ケ所に地盤改良体３１が設けられている。
【００６４】
以上のように、本変形例では、地盤改良体３１と杭２４の内周面２４Ｂとが密着している部分で摩擦力を大きくさせることができる。また、杭２４の内周面２４Ｂに沿って間隔をあけて複数カ所に地盤改良体３１を設けたことにより、杭２４の内周面２４Ｂに沿って全周に亘って地盤改良体を設けた場合と比較して、工期を短縮させることができる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る杭基礎３２について、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６６】
図４（Ａ）に示されるように、本実施形態の杭基礎３２を構成する杭２４は、第１実施形態と同様に構成されている。そして、杭２４は、杭頭２４Ａを除いた部分が打撃工法によって地盤２６に打ち込まれている。
【００６７】
ここで、杭２４の内部には地盤改良体３３が設けられている。地盤改良体３３は、少なくとも一部が杭２４の内周面２４Ｂと密着されるように設けられており、本実施形態の地盤改良体３３は、杭２４を軸方向から見た断面視で杭２４内の全域に設けられている。
【００６８】
また、杭２４の内周面２４Ｂには、杭２４の内部空間を上下に仕切ると共に地盤改良体３３を上方から支持する支持部材としてのフランジ３４が設けられている。フランジ３４は、金属製で杭頭２４Ａの近傍に配置されており、溶接などによって杭２４の内周面２４Ｂに接合（固定）されている。
【００６９】
また、フランジ３４は、杭２４の内周面２４Ｂから径方向内側へ延出されて環状に形成されており、図４（Ｂ）に示されるように、フランジ３４の径方向中央部分には略円形の開口３４Ａが形成されている。このため、開口３４Ａを通じて地盤改良体３３が杭頭２４Ａ側へ露出された構成となっている。
【００７０】
ここで、本実施形態の杭基礎３２の施工方法の一例について説明する。初めに、杭２４の内周面２４Ｂにフランジ３４を接合する。そして、フランジ３４を備えた杭２４を打撃工法によって地盤２６に所定の深さまで打ち込む。このとき、杭頭２４Ａを地盤２６よりも上方に突出させる。
【００７１】
続いて、杭２４の内部に入り込んだ土砂全体を地盤改良することで地盤改良体３３を形成される。このようにして杭基礎１０が施工される。
【００７２】
（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００７３】
本実施形態の杭基礎３２では、杭２４内の全域に設けられた地盤改良体３３によって杭２４の内部全体の剛性を向上させることができる。また、フランジ３４によって地盤改良体３３が上方から支持されるため、杭２４と地盤改良体３３とをより密着させて一体化させることができる。
【００７４】
さらに、本実施形態では、フランジ３４が環状に形成されているため、このフランジ３４によって杭２４内の土砂を圧縮させることができる。また、フランジ３４の上下の空間が連通されているので、杭２４を打ち込んだ後に薬剤などを土砂へ投入して地盤改良を行うことができる。その他の作用については第１実施形態と同様である。
【００７５】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の杭基礎４０について、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７６】
図５（Ａ）に示されるように、本実施形態の杭基礎４０を構成する杭２４は、第１実施形態と同様に構成されている。そして、杭２４は、杭頭２４Ａを除いた部分が打撃工法によって地盤２６に打ち込まれている。
【００７７】
また、杭２４が地盤２６に打ち込まれた状態において、杭２４内には地盤改良体２８が設けられている。地盤改良体２８は、杭２４の内周面２４Ｂと土砂Ｓとの間に設けられている。
【００７８】
ここで、本実施形態では、杭２４の杭頭２４Ａに床版４２が設けられており、床版４２は、ベース４２Ａと三角板４２Ｂとを含んで構成されている。
【００７９】
ベース４２Ａは、杭２４の軸方向（鉛直方向）を厚み方向として形成されており、地盤２６上に設置されている。また、図５（Ｂ）に示されるように、ベース４２Ａは、平面視で杭２４と同心状の略円形に形成されている。そして、本実施形態では一例として、ベース４２Ａが鋼材で形成されており、杭頭２４Ａの周面に固定されている。ベース４２Ａを杭頭２４Ａに固定する方法としては、溶接の他、ボルト及びナット等によって機械的に締結する方法を採用してもよい。
【００８０】
ベース４２Ａの上面側には複数の三角板４２Ｂが設けられている。三角板４２Ｂは、杭２４の周方向に沿って等間隔に８つ設けられている。また、図５（Ａ）に示されるように、それぞれの三角板４２Ｂは、杭２４に沿った方向とベース４２Ａに沿った方向とが直線部分となるように略三角形状に形成されている。
【００８１】
三角板４２Ｂの下端面は、ベース４２Ａに沿って杭２４の径方向に延在されており、ベース４２Ａの上面に固定されている。また、三角板４２Ｂにおける杭２４の中心側に位置する側面は、杭頭２４Ａに沿って鉛直方向に延在されており、この杭頭２４Ａに固定されている。この三角板４２Ｂをベース４２Ａ及び杭頭２４Ａに固定する方法としては、ベース４２Ａと同様に溶接の他、ボルト及びナット等によって機械的に締結する方法を採用してもよい。
【００８２】
以上のように、床版４２は、地盤２６上に設置されており、杭頭２４Ａに固定されている。このため、杭２４に作用する外力が床版４２を介して地盤２６へ伝達されるように構成されている。
【００８３】
（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００８４】
本実施形態の杭基礎４０では、杭２４が倒れる方向の外力が入力された場合であっても、この外力の少なくとも一部を床版４２を介して地盤２６へ伝達させることができ、水平力に対する杭２４の抵抗力を確保することができる。また、床版４２によって海底面の洗掘を抑制することができる。その他の作用については第１実施形態と同様である。
【００８５】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態の杭基礎５０について、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して説明する。なお、第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８６】
図６（Ａ）に示されるように、本実施形態の杭基礎５０は、第２実施形態の構成に対して、第３実施形態で説明した床版４２が取り付けられている。具体的には、杭２４の内部に地盤改良体３３が設けられており、この地盤改良体３３は、杭２４を軸方向から見た断面視で杭２４内の全域に設けられている。
【００８７】
また、杭２４の内周面２４Ｂにはフランジ３４が設けられている。フランジ３４は、杭頭２４Ａの近傍に配置されており、溶接などによって杭２４の内周面２４Ｂに接合されている。
【００８８】
さらに、杭２４の杭頭２４Ａには床版４２が設けられており、床版４２を構成するベース４２Ａ及び三角板４２Ｂが杭頭２４Ａに固定されている。
【００８９】
（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００９０】
本実施形態の杭基礎５０では、第３実施形態と同様に、杭２４が倒れる方向の外力が入力された場合であっても、この外力の少なくとも一部を床版４２を介して地盤２６へ伝達させることができ、水平力に対する杭２４の抵抗力を確保することができる。その他の作用については第１実施形態と同様である。
【００９１】
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態の杭基礎６０について、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
【００９２】
図７（Ａ）に示されるように、本実施形態の杭基礎７０を構成する杭２４は、第１実施形態と同様に構成されている。そして、杭２４は、杭頭２４Ａを除いた部分が打撃工法によって地盤２６に打ち込まれている。
【００９３】
ここで、杭２４の内周面２４Ｂには、杭２４の内部空間を上下に仕切ると共に土砂Ｓを上方から支持する支持部材としての円盤状部材６２が設けられている。円盤状部材６２は、杭頭２４Ａの近傍に配置されており、円盤状部材６２の周縁部が溶接などによって杭２４の内周面２４Ｂに接合（固定）されている。
【００９４】
また、杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓと円盤状部材６２との間には充填材６４が充填されている。充填材６４としては、例えば、モルタル、コンクリート、繊維強化コンクリート、石膏、グラウト及び繊維強化樹脂などを用いることができる。そして、充填材６４によって土砂Ｓと円盤状部材６２とが一体化されている。
【００９５】
（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００９６】
本実施形態の杭基礎６０では、杭頭２４Ａの近傍における杭の内周面に円盤状部材６２が設けられており、この円盤状部材６２によって杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓが上方から支持されている。このように円盤状部材６２を設けることで、杭２４を地盤２６に打ち込んだときに杭２４内の土砂Ｓを円盤状部材６２によって圧縮させることができ、先端閉塞効果を得ることができる。
【００９７】
特に、本実施形態では円盤状部材６２によって杭２４内の土砂Ｓ全体に鉛直力を伝達させることができるため、杭２４の支持力を増大させることができる。
【００９８】
また、本実施形態では充填材６４によって土砂Ｓと円盤状部材６２とが一体化されている。これにより、充填材６４が設けられていない構成と比較して、杭２４内の土砂Ｓを地盤改良することなく杭２４の支持力を増大させることができる。
【００９９】
以上、第１〜第５実施形態及び変形例について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上記実施形態をそれぞれ組み合わせた構成を採用してもよい。すなわち、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示される第１実施形態の杭基礎１０に対して、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示される第２実施形態のフランジ３４を固定してもよい。また、第２実施形態のフランジ３４と地盤改良体３３との間に、図７（Ａ）に示される第５実施形態の充填材６４を設けた構成としてもよい。
【０１００】
また、上記２実施形態及び第４実施形態では、杭２４の内周面２４Ｂに金属製のフランジ３４を設けたが、これに限定されない。例えば、コンクリート製のフランジを設けてもよい。この場合、杭２４を地盤２６へ打ち込んだ後にフランジを打設してもよい。さらに、フランジと土砂又は地盤改良体との間にグラウトなどの充填材を充填してもよい。
【０１０１】
さらに、上記実施形態では、杭２４を鋼管で形成したが、杭２４の材質は特に限定されず、他の材質で杭を形成してもよい。例えば、木造の木杭やコンクリート造のコンクリート杭を用いてもよい。また、これらの材質を組み合わせた杭を用いてもよい。
【０１０２】
さらにまた、上記実施形態では、塔状構造物として風力発電装置１２の脚部１４を支持する杭基礎について説明したが、これに限定されない。すなわち、他の塔状構造物を支持する杭基礎に適用してもよく、鉄塔などの塔状構造物を支持する杭基礎に適用してもよい。この場合、複数の杭を地盤に打ち込んで鉄塔などの塔状構造物を支持させてもよい。
【０１０３】
また、上記第１実施形態では、図２に示されるように、杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓに対して、軸方向の全域に地盤改良体２８を形成したが、これに限定されない。例えば、図８及び図９に示される構成を採用してもよい。
【０１０４】
図８（Ａ）に示されるように、杭基礎７０では、杭２４が地盤２６に打ち込まれた状態において、杭２４内に地盤改良体２８が設けられている。ここで、地盤改良体２８は、杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓのうち、軸方向の一部のみに形成されている。また、図８（Ｂ）に示されるように、地盤改良体２８は、杭２４の内周面２４Ｂと土砂Ｓとの間に設けられている。
【０１０５】
さらに、図９（Ａ）に示される杭基礎８０では、杭２４内に地盤改良体３１が設けられており、この地盤改良体３１は、杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓのうち、軸方向の一部のみに形成されている。また、図９（Ｂ）に示されるように、地盤改良体３１は、杭２４を軸方向から見た断面視で杭２４の内周面２４Ｂに沿って間隔をあけて複数カ所に設けられており、本変形例では内周面２４Ｂに沿って間隔をあけて五ケ所に地盤改良体３１が設けられている。
【符号の説明】
【０１０６】
１０      杭基礎
１２      風力発電装置
１４      脚部（塔状構造物）
２４      杭
２４Ａ    杭頭
２４Ｂ    内周面
２６      地盤
２８      地盤改良体
３０      杭基礎
３１      地盤改良体
３２      杭基礎
３３      地盤改良体
３４      フランジ（支持部材）
４０      杭基礎
４２      床版
５０      杭基礎
６０      杭基礎
６２      円盤状部材（支持部材）
６４      充填材
７０      杭基礎
８０      杭基礎
Ｓ        土砂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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