【手続補正書】
【提出日】平成17年10月14日(2005.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】基礎杭構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
根固め部を有する杭穴内にセメントミルク等の硬化性材料を充填し、該杭穴内に、既製杭を設置した基礎杭構造において、前記根固め部の上方に、１又は複数の中間拡径部を形成し、該中間拡径部内にもセメントミルク等の硬化性材料を充填し、前記既製杭を設置してなり、
前記既製杭は、外周に複数の突起を形成し、前記中間拡径部に前記突起が位置するように、かつ各突起の「下面」及び／又は「上面」から伝搬する支圧力が互いに重ならないように前記既製杭を埋設したことを特徴とする基礎杭構造。
【請求項２】
中間拡径部の高さ範囲は、突起付き既製杭の１又は複数の突起を包含するような高さ範囲で、形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の基礎杭構造。
【請求項３】
地盤の中間支持層の位置に対応させて中間拡径部を形成した請求項１又は２記載の基礎杭構造。
【請求項４】
突起付き既製杭の突起部を、杭穴の中間拡径部の直上又は直下の該中間拡径部の範囲外に位置させたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の基礎杭構造。
【請求項５】
杭穴の根固め部を拡大掘削して拡底部とし、該拡底部以外の杭穴の部分を杭穴軸部とし、該杭穴軸部に充填される硬化性材料の固化強度を、拡底部に充填される硬化性材料の固化強度よりも小さくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の基礎杭構造。
【請求項６】
根固め部の穴径を杭穴軸部と略同径としたストレート状の杭穴とし、中間拡径部を含めて杭穴軸部の杭周部に充填する硬化性材料の固化強度を、杭穴の根固部に充填される硬化性材料の固化強度よりも小さくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５記載の基礎杭構造。
【請求項７】
杭穴軸部に設けた中間拡径部に充填される硬化性材料の固化強度を、杭穴軸部で前記中間拡径部以外の部分に充填される硬化性材料の固化強度以上で、拡底部に充填される硬化性材料の固化強度以下の範囲内で、造成したことを特徴とする請求項１乃至請求項５記載の基礎杭構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、根固め部をストレート状とし、あるいは拡底部とした杭穴内に、セメントミルクなどの硬化性材料を充填して、既製杭を埋設する基礎杭構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、既製杭を埋設する方法として、杭穴軸部の底に拡底部を形成し、該拡底部内に根固液としてのセメントミルクを、杭穴軸部内に杭周固定液としてのセメントミルクを充填し、その後既製杭を埋設し、該既製杭の先端部が拡底部内に位置するように設置するプレボーリング拡大根固め工法が用いられている。
【０００３】
また、ストレート状の杭穴の下端に根固液としてのセメントミルクを、その上部に杭周固定液としてのセメントミルクを充填し、その後既製杭を埋設し、該既製杭の先端部が根固部内に位置するように設置するプレボーリング根固め工法も知られている。
【０００４】
前者の工法は、支持層となり得る層に拡底部を形成し、該拡底部内に根固液を充填し、既製杭の先端を拡底部内に位置させることによって、上部構造物等による荷重応力を拡底部に伝達させ、高支持力を得られるものである。
【０００５】
後者の工法も同様に、支持層となり得る層までストレート状に掘削して杭穴を形成し、該杭穴の下端部に根固液を充填し、既製杭の先端を根固部内に位置させることによって、上部構造物による荷重応力を根固部に伝達させ、支持力を得るものである。
【０００６】
前記支持層となり得るためには、所定の地盤強度（例えばＮ値５０以上）を持ち、杭の先端から一定の長さ根入れでき、かつ杭先端の下方にも数メートル十分な地盤強度を有するような層厚がなければならない。
【０００７】
そのため、例えば地盤強度は基準値を超えていても、層厚が薄いため、支持層として採用できない地層があった場合は、通常の杭穴掘削として掘削され、杭周面摩擦力として寄与するものの、比較的大きな支持力化や耐引抜力化としては不充分であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような、地盤強度は基準値を超えていても層厚が薄い場合や、支持層となり得る地盤強度が不足しているが、層厚は所定の厚さがある場合には、これらの層を有効に活用できなかった。
【０００９】
本発明では、支持層とはなり得ない層の杭穴軸部を拡大掘削して中間拡径部を形成し、該中間拡径部にもセメントミルク等の硬化性材料を充填することによって、根固め部（支持層への根入れ部）における先端支持力、また杭全長の杭周面摩擦力に加えて中間拡径部における中間支持力を得られるものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
然るにこの発明では、杭穴に中間拡径部を形成して、硬化性材料を充填して基礎杭を埋設したので、前記問題点を解決した。
【００１１】
(1) 即ちこの発明は、根固め部を有する杭穴内にセメントミルク等の硬化性材料を充填し、該杭穴内に、既製杭を設置した基礎杭構造において、前記根固め部の上方に、１又は複数の中間拡径部を形成し、該中間拡径部内にもセメントミルク等の硬化性材料を充填し、前記既製杭を設置してなり、前記既製杭は、外周に複数の突起を形成し、前記中間拡径部に前記突起が位置するように、かつ各突起の「下面」及び／又は「上面」から伝搬する支圧力が互いに重ならないように前記既製杭を埋設したことを特徴とする基礎杭構造である。
【００１２】
また、前記において、中間拡径部の高さ範囲は、突起付き既製杭の１又は複数の突起を包含するような高さ範囲で、形成したことを特徴とする基礎杭構造である。
【００１３】
また、前記において、地盤の中間支持層の位置に対応させて中間拡径部を形成した基礎杭構造である。また、突起付き既製杭の突起部を、杭穴の中間拡径部の直上又は直下の該中間拡径部の範囲外に位置させたことを特徴とする基礎杭構造である。
【００１４】
また、前記において、杭穴の根固め部を拡大掘削して拡底部とし、該拡底部以外の杭穴の部分を杭穴軸部とし、該杭穴軸部に充填される硬化性材料の固化強度を、拡底部に充填される硬化性材料の固化強度よりも小さくしたことを特徴とする基礎杭構造である。また、根固め部の穴径を杭穴軸部と略同径としたストレート状の杭穴とし、中間拡径部を含めて杭穴軸部の杭周部に充填する硬化性材料の固化強度を、杭穴の根固部に充填される硬化性材料の固化強度よりも小さくしたことを特徴とする基礎杭構造である。更に、杭穴軸部に設けた中間拡径部に充填される硬化性材料の固化強度を、杭穴軸部で前記中間拡径部以外の部分に充填される硬化性材料の固化強度以上で、拡底部に充填される硬化性材料の固化強度以下の範囲内で、造成したことを特徴とする基礎杭構造である。
【００１５】
(2) 前記における硬化性材料とは、セメントミルクまたはこれと同等の水硬性材料、あるいはこれらと掘削土とを攪拌混合したいわゆるソイルセメントをも含めた材料である。この固化性材料の強度は、周辺地盤強度と同等又はそれ以上の固化強度を有する材料を採用する。
【００１６】
また、前記における既製杭は、構成する基礎杭構造の深さに応じて、単独の既製杭から構成する場合、複数（通常２本）本の既製杭を接合して使用することもできる。この場合、使用する既製杭は、一般的には、杭穴との間隙の硬化性材料との付着を考慮し、コンクリート系の材料からなる構造とすることが望ましいが、鋼管杭あるいは、これらを合わせた構造とすることもできる。
【００１７】
また、既製杭の構造は、ストレート状の構造の他、いわゆる節杭のように外面に円環状の突起を形成した構造の既製杭を採用することもできる。また、複数の既製杭を使用する場合、各構成する既製杭を同一の構造とするか異なる構造とするかは求める基礎杭構造に応じて適宜選択できる。
【００１８】
また、突起付きの既製杭を使用した場合、突起の形状は、円環状に限らず、環状突起の一部を切り欠いた形状、独立した突起（例えば、いぼ状、板状、帯状等）であっても、突起による支圧力が発現できる強度の材料・形状であれば、可能である。また、独立した突起を使用した場合の突起の配置も自由であり、例えば、整列配置、散点状配置、螺旋状に沿った配置などが可能である。また、上部、中間部、下部で所定長さに亘って他の位置より軸径を大きく形成して突起とすることもできる。
【００１９】
また、前記において、中間拡径部に充填する硬化性材料の強度を、杭穴の根固め部に充填する硬化性材料の固化強度以下で、杭穴の軸部に充填する硬化性材料の固化強度以上としたので、地盤性状に応じて、経済的面を含めて、効率良い支持力の増強を図れる。中間拡径部に充填する硬化性材料の固化強度を、杭穴軸部の杭周部に充填する硬化性材料の固化強度未満とした場合、中間拡径部が杭周部の強度より弱いため、中間拡径部に応力が集中した際に、地盤からの抵抗力によって杭周部が損傷するよりも先に中間拡径部が破壊されるおそれがある。また、根固め部に充填する硬化性材料の固化強度より強い強度とした場合、逆に根固め部が先に破壊されるおそれがあり、材料費や作業の繁雑さを考慮すると根固め部よりも強度の強い中間拡径部は無駄となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
(1) この発明は、杭穴１７の軸部１８に中間拡径部２０を形成して、杭穴１７の底部に根固め部２３を形成して杭穴１７を掘削する。杭穴１７内に、セメントミルクを注入した後、あるいは杭穴１７内にセメントミルクを注入しながら、既製杭１３を埋設して、セメントミルクが固化発現後、この発明の基礎杭構造３０を構成する（図２（ａ））。従って、この発明では、杭穴１７内で、既製杭１３との間隙で固化したセメントミルクと既製杭１３とが一体となって、杭穴１７の形状で、支持力を発揮できる。
【００２１】
(2) 地盤の支持層に対応する位置の杭穴１７を根固め部２３とし、中間支持層２８の位置に対応させて、中間拡径部２０を形成すれば、効率的に支持力を増強できる（図１、図２）。また、地盤強度（地盤性状）と関係なく、地盤強度が比較的弱い位置に中間拡径部２０を形成した場合であっても、支持力の増強を獲得することができる。
【００２２】
(3) 例えば、中間層に支持層となるべき層厚はないが、例えばＮ値５０以上の地盤強度を持ち合わせていた場合、その地層の深さに対応して、杭穴の中間拡径部２０を形成する。この場合、中間拡径部２０のソイルセメント層の強度と組合わせることによって、中間拡径部２０から周辺地盤への支圧力がさらに向上し、この中間拡径部２０における中間支持力と拡底部２３の先端支持力によって、基礎杭構造３０としての支持力が増大する。
【００２３】
また、支持地盤としての層厚はあるが、地盤強度が基準値を満たさない地層があった場合にも、前記した中間拡径部２０のソイルセメント層の強度と組合わせることによって、中間拡径部２０による周辺地盤への摩擦力が発生し、この中間支持力と拡底部２３の先端支持力によって基礎杭構造３０としての支持力が増大する。
【００２４】
(4) 基礎杭構造３０では、杭穴１７の根固め部を拡底部２３とし、既製杭１３をストレート状の構造を採用した場合、鉛直荷重に対しては、既製杭１３の下面１６から斜め下方にむけて拡がるように支圧力が伝搬すると共に、杭穴１７の拡底部２３の底２４、中間拡径部２０の下面２２でも同様に斜め下方に向けて拡がるように支圧力が伝搬する。従って、既製杭１３の下面１６、拡底部２３の下面２４、中間拡径部２０の下面２２で鉛直荷重に対する抵抗力Ｐ、Ｐが作用するので、総体として鉛直支持力を強化できる（図１０（ａ））。
【００２５】
また、引抜力に対しては、杭周面の摩擦力だけでなく、拡底部２３の上面２５、中間拡径部２２の上面２１で、斜め上方に向けて拡がるように支圧力が伝搬する。従って、拡底部２３の上面２５、中間拡径部２０の上面２１で、引抜力に対する抵抗力Ｑ、Ｑが作用するので、総体として大きな引抜力に抵抗できる（図１０（ａ））。
【００２６】
(5) 基礎杭構造３０では、杭穴１７の根固め部２３を拡底部とし、既製杭１３を外周に節部（環状突起）３２を有する構造を採用した場合、ストレート状の既製杭１３の場合の作用に加えて、鉛直荷重に対しては節部３２の下面３４で抵抗力Ｐ、Ｐが、引抜力に対しては節部３２の上面３３、３３で、抵抗力Ｑ、Ｑ、が夫々作用して、ストレート状の既製杭１３に比較してより大きな鉛直支持力、引抜抵抗力を得ることができる（図１０１０（ｂ）（ｃ））。
【００２７】
外周に突起部を形成した既製杭を使用し、中間拡径部に突起部を位置させるに際し、各突起によるせん断支圧が互いに重ならないで十分発現できるような突起間隔を持つように既製杭を形成することが望ましい。また、必要耐力を満たす固化強度のソイルセメント層の形成された（ソイルセメント層の厚さ、幅が所要寸法で、セメントミルク濃度も所望の値で充填されている）中間拡径部に突起部を配置することにより、突起部によるせん断力を最大限に有効活用することができ、安定した高支持力が得られる。中間拡径部の拡径寸法を増減することによって、中間支持力を増減することも可能である。
【００２８】
即ち、従来のように、単に既製杭の表面に突起などを設け、杭の表面積を増加させ、あるいは表面の摩擦係数を増加させて、杭周面での摩擦力を増加させる手法ではなく、基礎杭の中間部で積極的に支持力を発現させるべく、所要支持力に適合して杭穴に中間拡径部を設けると共に適切な構造の既製杭を組み合わせて、基礎杭を採用したことにある。
【００２９】
(6) 前記における杭穴の根固め部は、通常は、杭穴軸部に充填するセメントミルクより、固化強度が高いセメントミルクを充填して構成し、及び／または、杭穴底部を拡径して、拡大根固め部を形成することもできる。
【００３０】
(7) 前記における中間拡径部は、１つあるいは２つ以上形成することができる。複数の中間拡径部を設けた場合、中間拡径部の外径は同一とすることもでき（図２（ｂ）、図４（ｂ）等）それぞれ異なる寸法とすることもできる。
【００３１】
例えば、杭穴１７の軸部１８の径Ｄ０、根固め部２３の径Ｄ１、中間拡径部２０ａ、２０ｂの径を上から径Ｄ２−１、Ｄ２−２、とする。
Ｄ０＜Ｄ１、Ｄ２−１＜Ｄ２−２、とする構造（図９（ａ））、また、最上の中間拡径部２０ａから拡底部２３へと下方に向けて徐々に大径となるように、Ｄ０＜Ｄ２−１＜Ｄ２−２＜Ｄ１、とする構造（図９（ｂ））、また、逆に最上の中間拡径部２０ａを最大径として拡径部２３へと下方に向けて徐々に小径となるように、Ｄ０＜Ｄ１＜Ｄ２−２＜Ｄ２−１、とする構造（図９（ｃ））等とすることができる。
【００３２】
このように、杭穴の長さ方向で中間拡径部及び／又は拡底部の径を変化させることによって、過剰な鉛直荷重や引抜力が作用した際に、ある箇所の中間拡径部が損傷した場合であっても、他の箇所の中間拡径部でカバーさせることができる。とりわけ、地盤強度が強い層に大きい径の中間拡径部及び／又は拡底部を設ければ、この中間拡径部及び／又は拡底部が地盤への抵抗体として高い効果を発揮する。
【００３３】
(8) この発明の実施に使用する掘削ロッド１の掘削ヘッド２の構成は任意であるが、中間拡径部２０を形成できるような掘削径を可変とすることができる構造とすることが望ましい。例えば、拡開できる拡大掘削用の掘削刃を設ける構造（図１（ａ）（ｂ））、揺動する掘削アーム６、６を一側と他側の揺動方向で掘削径を変更できる構造（図３（ａ）（ｂ））等を使用することができる。その他、数段階に拡開が可能な油圧を使用した掘削ヘッドを用いたり、ジェット噴射機能を有する掘削ヘッドによってジェット圧を調節して寸法の異なる掘削ヘッドを有する掘削ロッドを使用することができる（図示していない）。
【００３４】
また、本発明では、プレボーリング工法だけでなく、杭中空部内に、先端に掘削ヘッドを有する掘削ロッドを挿通させて、掘削と同時に既製杭を埋設する中掘工法であっても同様に適用できる。
【００３５】
【実施例１】
図１、図２に基づき、この発明の実施例を説明する。
【００３６】
(1) この発明の実施に使用する掘削ロッド１は、先端に掘削ヘッド２を有し、中間部には、所定間隔毎に練付ドラム１０、１０、攪拌バー１１、１１を有し、掘削土を破砕攪拌して、杭穴壁に練付られる構成となっている。掘削ヘッド２には種々なものがあるが、本実施例では、螺旋状に形成されたヘッド本体３に、水平方向に開く拡大翼４、４が取付けられた構造の掘削ヘッド２を用いる。掘削ヘッド２は、掘削ロッド１の逆回転時に拡大翼４、４が拡開し、通常時の杭穴掘削に比べて大きな杭穴１７を形成することができるようになっている（図１（ａ）（ｂ））。
【００３７】
(2) この施工地盤２６では、深度２５ｍ以降に支持層２７となるべき地盤が続いているものとし、地上から２５ｍ〜２７ｍまで拡底部２３を形成して、既製杭１３の先端を２６ｍに位置させる。また、深度１９ｍ〜２２ｍに中間支持層２８が続いているものとし、深度２０ｍ〜２１ｍに中間拡径部２０を形成するように杭穴１７を構築する。
【００３８】
(3) 従って、本実施例で使用する既製杭１３は、
下杭１４：ＰＨＣ杭Ａ種   外径６００ｍｍ
杭長１４ｍの中空円筒杭
上杭１５：ＰＲＣ杭Ｂ種   外径６００ｍｍ
杭長１０ｍの中空円筒杭
とし、下杭１４と上杭１５を溶接又は無溶接（上下杭の端板外周に、リングを複数個に分割した接続プレートを嵌合し、該プレート外面から端板にボルト締めを行う等）にて連結して使用する（図２（ａ））。
【００３９】
(4) このようにして構成された掘削ロッド１を、杭打ち機のオーガーに取り付けると共に、杭打機を杭芯位置（杭穴掘削位置）に移動し、掘削ヘッド２を杭芯にセットし、掘削を開始する。まず、掘削ロッド１を正回転させて、掘削ヘッド２で水等を吐出しながら掘削し、掘削によって生じる掘削土を攪拌バー１１、１１で破砕して、練付けドラム１０、１０で杭穴壁に練付けながら杭穴軸部１８を形成する。杭穴軸部１８は、既製杭１３の外径よりも若干大径の径Ｄ０（例えば６３０ｍｍ程度）で形成する（図１（ａ））。
【００４０】
(5) 深度２０ｍ付近まで杭穴軸部１８を形成した後、掘削ロッド１を逆回転して掘削ヘッド２の拡大翼４、４を拡開させ、中間拡径部２０、２０を形成する。中間拡径部は、例えば径Ｄ２（Ｄ２＝８００ｍｍ程度）とし、深度２１ｍまで、深さＬ２（Ｌ２＝１ｍ程度）形成する（図１（ｂ））。
【００４１】
(6) 中間拡径部２０を形成した後、掘削ロッド１を正回転に戻し、再び深度２５ｍまで杭穴軸部１８を形成する（図１（ｃ））。
【００４２】
(7) 深度２５ｍに到達した後、掘削ロッド１を逆回転させて支持層２７内に拡底部（根固め部）２３を形成する。拡底部２３の形状は、例えば外径Ｄ１（Ｄ１＝８００ｍｍ）、拡底部長Ｌ１（Ｌ１＝２ｍ）とする（図１（ｄ））。
【００４３】
(8) 拡底部２３を形成した後、掘削ヘッド２先端から吐出していた水をセメントミルクに切替え、拡底部２３内に根固液（固化強度３０Ｎ／ｍｍ２程度）を注入して拡底部２３内の掘削土と撹拌・混合し、ソイルセメント層（固化強度３０Ｎ／ｍｍ２以上）を形成する。
【００４４】
その後、掘削ロッド１を正回転に戻し、杭穴軸部１８内に杭周固定液（固化強度２０Ｎ／ｍｍ２程度）を注入して杭穴軸部内の掘削土（泥土を含む）と撹拌・混合し、ソイルセメント層（固化強度０.５Ｎ／ｍｍ２以上）を形成する。
【００４５】
前記杭周固定液を深度２０ｍ〜２１ｍの中間拡径部２０にも注入して、前記同様にソイルセメント層（固化強度０.５Ｎ／ｍｍ２以上）を形成する（図１（ｅ））。
【００４６】
ここでは杭穴軸部１８と中間拡径部２０とに注入するセメントミルクの強度と同等したが、地上構造物の荷重、使用する既製杭１３の種類、地盤性状（地質、Ｎ値等）などによっては、中間拡径部２０に注入するセメントミルクの強度を杭穴軸部１８のものより大きくすることもできる。例えば根固液に用いるセメントミルクと同等とすることもできる。これによって、中間拡径部２０のソイルセメント層の強度が向上し、中間拡径部２０から周辺地盤への鉛直荷重による支圧力、及び引抜力による支圧力を増加させることができる。
【００４７】
(9) 地上付近までソイルセメント層を形成した後、杭穴１７内から掘削ロッド１を引抜き、杭打ち機から掘削ロッドを取り外す。杭打ち機のオーガーの掘削ロッドを杭保持キャップと取替えて、杭保持キャップに下杭を把持させて、沈設を開始する（図１（ｆ））。既製杭１３の埋設に際し、下杭１４を杭頭部から１ｍ程度残して沈設した状態で沈設作業を一旦停止し、下杭１４の杭頭部を杭穴１７の開口部付近で支持する。オーガーから下杭１４を外し、オーガーに上杭１５を取り付けると共に、下杭１４の上部に上杭１５を連結し、連結した上杭１５及び下杭１４の沈設を再び進行する。杭穴１７の拡底部２３の底（最下端）２４から約１ｍ上方に下杭１４の杭先端部が位置するように下杭１４を設置し、既製杭１３（上杭１４、下杭１５）の埋設が完了する（図１（ｇ））。以上のようにして、セメントミルクが固化発現後に、この発明の基礎杭構造３０を構成する（図１（ｇ））。
【００４８】
(10)他の実施例前記実施例において、中間拡径部２０は、１箇所だけ形成したが、２箇所に形成することもできる（図２（ｂ））。この場合、周辺地盤に比べて、比較的に地盤強度が高い、深さ位置に形成すれば、より効率的に支持力を高められるので、望ましいが、地盤強度に拘わらず、適宜位置に中間拡径部２０、２０を形成しても支持力等を高めることができる。
【００４９】
【実施例２】
図３、４に基づき、この発明の他の実施例を説明する。
【００５０】
(1) この発明の実施に使用する掘削ロッド１は、先端に掘削ヘッド２を有し、中間部には、所定間隔毎に練付ドラム１０、１０及び攪拌バー１１、１１を有し、掘削土を破砕攪拌して、杭穴壁に練付られる構成となっている。掘削ヘッド２として本実施例では、先端に固定刃を有するヘッド本体３の両面に、２本の掘削アーム６、６を揺動自在に取り付けてなる掘削ヘッド２を用いる。掘削ヘッド２はヘッド本体３にストッパーが固着されており、掘削ロッド１を正回転させたとき、掘削アーム６、６が一側に杭穴軸部１８の径Ｄ０に対応して小さく揺動し、掘削ロッド１を逆回転させたときは、掘削アーム６、６が他側に中間拡径部２０（拡底部２３）の径Ｄ１、Ｄ２に対応して大きく揺動でき、掘削アーム６、６の拡開度が替えられるようになっている（図３（ａ）（ｂ））。
【００５１】
(2) この施工地盤２６では、深度２５ｍ以降に支持層２７となるべき地盤が続いているものとし、２５〜２７.５ｍまで拡底部２３を形成して、既製杭１３の底面（先端）１６を、深さ２７ｍに位置させる。また、深度１９ｍ〜２３ｍに中間支持層２８が続いているものとし、深度２０ｍ〜２２ｍに、中間拡底部２０を形成するように杭穴１７を構築する。
【００５２】
(3) 本実施例で使用する既製杭１３は、
下杭１４：節杭Ａ種
軸部径６００ｍｍ
節部径７５０ｍｍ
杭長１４ｍの中空杭
先端から５０ｃｍの位置に第１の節部、以後１ｍ間隔で第２、第３の節部を有する
上杭１５：ＳＣ杭（外殻鋼管付きコンクリート杭）
外径６００ｍｍ
杭長１０ｍの中空円筒杭
とし、下杭１４と上杭１５を溶接又は無溶接（例えば、実施例１と同様の接合構造）にて連結して使用する（図４（ａ））。
【００５３】
(4) このようにして構成された掘削ロッド１を、杭打ち機のオーガーに取り付けると共に、杭打機を杭芯位置（杭穴掘削位置）に移動し、掘削ヘッド２を杭芯にセットし、掘削を開始する。まず、掘削ロッド１を正回転させて、掘削アーム６、６を通常掘削状態に一側に揺動させ、掘削ヘッド２の先端から水等を吐出しながら掘削し、掘削によって生じる掘削土を攪拌バー１１、１１で破砕して練付けドラム１０、１０で杭穴壁に練付けながら杭穴軸部１８を形成する。杭穴軸部１８は、節杭（既製杭）の節部３２の外径（７５０ｍｍ）よりも若干大径の径Ｄ０（Ｄ０＝７８０ｍｍ程度）で形成する（図３（ａ））。
【００５４】
(5) 深度２０ｍ付近まで杭穴軸部１８を形成した後、掘削ロッド１を逆回転して掘削ヘッド２の掘削アーム６、６を拡大掘削状態に揺動拡開させ、中間拡径部２０を形成する。中間拡径部２０は、外径Ｄ２（Ｄ２＝１１００ｍｍ）で深さＬ２（Ｌ２＝２ｍ）の範囲で形成する（図３（ｂ））。
【００５５】
(6) 中間拡径部２０を形成した後、掘削ロッド１を正回転に戻し、再び深度２５ｍまで杭穴軸部１８を形成する（図１（ｃ））。
【００５６】
(7) 深度２５ｍに到達した後、掘削ロッド１を逆回転させて支持層２７内に拡底部２３を形成する。拡底部２３の形状は、外径Ｄ１（Ｄ１＝１１００ｍｍ）、深さＬ１（Ｌ１＝２．５ｍ）とする（図３（ｄ））。
【００５７】
(8) 拡底部２３を形成した後、掘削ヘッド１の先端から吐出していた水をセメントミルクに切替え、拡底部２３内に根固液（固化強度２０Ｎ／ｍｍ２程度）を注入して拡底部２３内の掘削土と撹拌・混合し、ソイルセメント層（固化強度２０Ｎ／ｍｍ２以上）を形成する。
【００５８】
その後、掘削ロッド１を正回転に戻し、杭穴軸部１８内に杭周固定液（固化強度２０Ｎ／ｍｍ２程度）を注入して杭穴軸部１８内の掘削土（泥土を含む）と撹拌・混合し、ソイルセメント層（固化強度１.０Ｎ／ｍｍ２以上）を形成する。
【００５９】
杭周固定液を深度２０ｍ〜２２ｍの中間拡径部２０にも注入して、同様にソイルセメント層（固化強度１．０Ｎ／ｍｍ２以上）を形成する（図３（ｅ））。
【００６０】
杭穴拡大部に注入するセメントミルクの強度は、上記のようにすることが望ましいが、実施例１と同様に適宜可変することもできる。
【００６１】
(9) 地上付近までソイルセメント層を形成した後、杭穴１７内から掘削ロッド１を引抜き、杭打ち機から掘削ロッド１を取り外す。杭打ち機のオーガーの掘削ロッドを杭保持キャップと取替えて、杭保持キャップに下杭（節杭）１４を把持させて、沈設を開始する（図３（ｆ））。下杭１４を杭頭部から１ｍ程度残して沈設した状態で沈設作業を一旦停止し、下杭１４を杭穴１７の開口部付近で支持する。オーガーを下杭１４から外し、オーガーに上杭１５を取り付けると共に、下杭１４の上部に上杭１５を連結し、連結した上杭１５及び下杭１４の沈設を再び進行する。杭穴１７の拡底部２３の底（最下端）２４から約５０ｃｍ上方に下杭１４の底（先端）１６が位置するように下杭１４を設置し、埋設が完了する（図３（ｇ））。以上のようにして、セメントミルクが固化発現後に、この発明の基礎杭構造３０を構成する（図３（ｇ））。
【００６２】
(10)  また、上記のように、杭穴１７内に既製杭１３を埋設した状態で、拡底部２３内に下杭（節杭）１４の節部３２、３２が配置され、また、既製杭１３の下面１６と拡底部２３の底２４との間、および拡底部２３内に位置する最上の節部３２と拡底部２３の上面の間、に夫々間隙が形成され、セメントミルクが充填される。また、セメントミルクが充填された中間拡径部２０内にも下杭１４の節部３２、３２が位置する。
【００６３】
従って、杭穴拡底部２３内で、既製杭１３の下面１６からの支圧力だけでなく、節部３２下面からの斜め下方に向けた支圧力、および節部３２上面からの斜め上方に向けた支圧力などの伝搬も得られる。よって、支圧力の伝播範囲が拡底部２３内に拡がるため、既製杭１３の下端部での鉛直及び引抜方向の支持力・抵抗力が大幅に向上する。
【００６４】
更に、中間拡径部２０にも下杭１４の節部３２、３２が配置されるため、前記拡底部２３内における作用と同様に節部３２からの支圧力が得られ、拡底部２３の既製杭１３の先端支持力と相俟って基礎杭構造３０全体としてさらに大きな支持力を得ることができる。
【００６５】
(11)他の実施例前記実施例において、中間拡径部２０を杭穴１７の中間部より下方に１箇所のみ設けたが、杭穴軸部１８であればいずれの場所でも可能である。また中間拡径部２０は、２つなど複数箇所設けることも可能である（図４（ｂ））。
【００６６】
また、前記実施例では中間拡径部を形成するにあたって、杭の突起部（ここでは節部）を包含する形状・寸法に構築したが、突起部を外して杭軸部が位置する杭穴に杭穴拡大部を形成することもできる。例えば、突起部が中間拡径部の直上又は直下に位置させれば、突起部を外して杭穴拡大部を形成した場合でも、上下の突起部間に杭穴拡大部が設けられているため、鉛直荷重に対しては、上側の突起部の下面から杭穴拡大部に支圧力が伝播し、引抜力に対しては下側の突起部の上面から杭穴拡大部に支圧力が伝播し、中間支持力として十分に機能させることができる（図４（ｂ））。また、節部３２、３２が中間拡径部２０の直上又は直下に位置させることが望ましいが、他の位置でも可能である（図示していない）。
【００６７】
前記実施例における既製杭の突起部の形状は、支圧力の伝搬を考慮すれば、円環状とすることが望ましいが、その形状は任意である。
【００６８】
【実施例３】
図５、図６に基づき、この発明の他の実施例を説明する。この実施例では、拡底部を有しないストレート状（杭穴軸部のみ）の杭穴において、既製杭の支持層への根入れ部分よりも上方の杭穴に中間拡径部を形成した基礎杭構造である。
【００６９】
(1) この発明の実施に使用する掘削ロッド１は、前記実施例１と同様である。
【００７０】
(2) この施工地盤２６では、例えば深度２５ｍ以降に支持層となるべき地盤が続いている場合、２７ｍまでを根固部とし、杭先端を２６ｍに位置させる。また、杭穴の２０ｍ〜２１ｍに中間拡径部を形成する。
【００７１】
(3) 本実施例で使用する既製杭１３は、実施例１と同様とする。
【００７２】
(4) 実施例１と同様に、掘削ロッド１を、杭打ち機のオーガーに取り付けると共に、杭打機を杭芯位置（杭穴掘削位置）に移動し、掘削ヘッド２を杭芯にセットし、掘削を開始する。まず、掘削ロッド１を正回転させて、掘削ヘッド２で水等を吐出しながら掘削し、掘削によって生じる掘削土を攪拌バー１１、１１で破砕し、練付けドラム２０、２０で杭穴壁に練付けながら杭穴軸部１８を形成する。杭穴軸部１８の径Ｄ０は、杭外径よりも若干大径に（例えば６３０ｍｍ程度）形成する（図５（ａ））。
【００７３】
(5) 深度２０ｍ付近までストレート状の杭穴１７の軸部１８を形成した後、掘削ロッド１を逆回転して掘削ヘッド１の拡大翼６、６を拡開させ、中間拡径部２０を形成する。中間拡径部２０の径Ｄ２は、例えば８００ｍｍ程度とし、深度２１ｍまで形成する（図５（ｂ））。
【００７４】
(6) 中間拡径部２０を形成した後、掘削ロッド１を正回転に戻し、再び深度２７ｍまでストレート状の杭穴軸部１８を形成する（図５（ｃ））。杭穴１７の根固め部２３は拡大しないので（根固め部２３の径Ｄ１＝Ｄ０）、そのままの径で杭穴１７の底２４まで掘削する。
【００７５】
(7) 杭穴１７を形成後、掘削ヘッド２の先端から吐出していた水をセメントミルクに切替え、深度２５ｍ〜２７ｍの根固部内に根固液（固化強度３０Ｎ／ｍｍ２程度）を注入して、根固部２内の掘削土と撹拌・混合し、ソイルセメント層（固化強度３０Ｎ／ｍｍ２以上）を形成する。
【００７６】
(8) その後、根固部２３より上方の杭穴１７に杭周固定液（固化強度２０Ｎ／ｍｍ２程度）を注入して、杭１７内の掘削土（泥土を含む）と撹拌・混合し、ソイルセメント層（固化強度０．５Ｎ／ｍｍ２以上）を形成する。
【００７７】
前記杭周固定液を深度２０ｍ〜２１ｍの中間拡径部にも注入して、前記同様にソイルセメント層（固化強度０．５Ｎ／ｍｍ２以上）を形成する。
【００７８】
ここでは中間拡径部２０に注入するセメントミルクの強度を杭周固定液と同等としたが、中間拡径部２０に注入するセメントミルクの強度を杭周固定液より大きくすることもできる。これによって、中間拡径部２０のソイルセメント層の強度が向上し、中間拡径部２０から周辺地盤への鉛直荷重による支圧力、及び引抜力による支圧力が増加する。また、根固部２３、杭周固定部及び杭穴拡大部に注入するセメントミルクの固化強度を同一としてもよい。
【００７９】
(9) 地上付近までソイルセメント層を形成した後、掘削ロッド１を引抜き、前記実施例１と同様に、ストレート状の下杭１４、上杭１５を順次沈設し、杭穴１７の拡底部２３の底部２４から約１ｍ上方に下杭１４の下面１６が位置するように既製杭１３（上杭１５、下杭１４）を設置し、埋設が完了する（図５（ｆ）（ｇ））。以上のようにして、セメントミルクが固化発現後に、この発明の基礎杭構造３０を構成する（図５（ｇ））。
【００８０】
(10)この基礎杭構造３０によれば、杭の根入れ部（根固め部２３の深さ範囲Ｌ１。例えば杭径の約１.５倍）よりも上方の杭穴１７に、すなわち杭穴１７の深度方向に支持地盤としての地盤強度はあるが、層厚が薄くて支持層とはなり得ない地層、及び支持地盤としての層厚はあるが、地盤強度が基準値を満たさない地層等に中間拡径部２０を設けたため、ソイルセメント層と既製杭１３とが一体となった基礎杭構造３０として、根固部２３での先端支持力及び杭周面の摩擦力と相俟って、中間拡径部２０が鉛直荷重や引抜力の抵抗体となるため、安定した支持力を得ることができる。
【００８１】
(11)他の実施例前記実施例において、中間拡径部２０を杭穴１７の中間部下方に１箇所のみ設けたが、２箇所に設けることもでき（図６（ｂ））、支持層への根入れ部分より上方であればいずれの場所でも、また３箇所以上の複数箇所に設けることもできる（図示していない）。
【００８２】
【実施例４】
図７、図８に基づきこの発明の他の実施例について説明する。この実施例では、実施例３と同様な杭穴１７を形成し、既製杭１３（上杭１５、下杭１４）として、全長に亘り節部（突起部）３２を有する節杭を使用した実施例である。
【００８３】
(1) この発明の実施に使用する掘削ロッド１は、前記実施例１と同様である。
【００８４】
(2) 本実施例では、地盤性状に応じて、実施例３と同様な杭穴１７（杭穴の軸部Ｄ０＝７８０ｍｍ程度）を形成し、深度２０ｍ〜２２ｍに中間拡径部２０を設ける。
【００８５】
(3) 本実施に使用する既製杭は、
下杭：節杭Ａ種   軸部径６００ｍｍ  節部径７５０ｍｍ 
杭長１４ｍの中空杭先端から５０ｃｍの位置に第１の節部を、以後１ｍ間隔で第２、第３の節部を有する
上杭：異形鉄筋入り節杭   軸部径６００ｍｍ  節部径７５０ｍｍ 
杭長１０ｍの中空杭
とし、下杭１４と上杭１５とを溶接又は無溶接（例えば、実施例１と同様の接合構造）にて連結して既製杭１３として使用する（図８（ａ））。尚、上杭１５に使用した異形鉄筋入り節杭とは、下杭１４に、曲げ強度を大きくするため異形鉄筋を埋設した構造である。
【００８６】
(4) 実施例１等と同様に、掘削ロッド１を、杭打ち機のオーガーに取り付けると共に、杭打機を杭芯位置（杭穴掘削位置）に移動し、掘削ヘッド２を杭芯にセットし、掘削を開始する。まず、掘削ロッド１を正回転させて、掘削ヘッド２で水等を吐出しながら掘削し、掘削によって生じる掘削土を攪拌バー１１、１１で破砕して、練付けドラム１０、１０で杭穴壁に練付けながら杭穴軸部１８を形成する。杭穴軸部１８の径Ｄ０は、節杭の節部外径よりも若干大径（Ｄ０＝７８０ｍｍ程度）に形成する（図７（ａ））。
【００８７】
(5) 深度２０ｍ付近まで杭穴軸部１８を形成した後、掘削ロッド１を逆回転して掘削ヘッド２の拡大翼４、４を拡大掘削状態に拡開させ、中間拡径部２０を形成する。中間拡径部２０は径Ｄ２（Ｄ２＝１１００ｍｍ程度）、深度２２ｍまで、高さＬ２（Ｌ２＝２ｍ程度）で形成する（図７（ｂ））。
【００８８】
(6) 中間拡径部２０を形成した後、掘削ロッド１を正回転に戻し、再び深度２７ｍまで杭穴軸部１８を形成する（図７（ｃ）（ｄ））。杭穴１７の根固め部２３は拡大しないので（根固め部２３の径Ｄ１＝Ｄ０）、そのままの径で杭穴１７の底２４まで掘削する。
【００８９】
(7) 杭穴１７を形成後、掘削ヘッド２の先端から吐出していた水をセメントミルクに切替え、深度２５ｍ〜２７ｍに根固め液（固化強度７.５Ｎ／ｍｍ２程度）を注入して掘削土と置換する。この際、根固め液の注入の仕方は任意である。例えば、根固め液の全量を杭穴の底から注入する場合、適量を杭穴底部で注入し残量を掘削ロッド１を引き上げながら注入する場合等が可能である。
【００９０】
(8) 引続き、中間拡径部２０を含めて、杭穴１７の根固め部２３の上方に、杭周固定液（固化強度７．５Ｎ／ｍｍ２程度）を注入して掘削土と撹拌・混合してソイルセメント層（固化強度０.５Ｎ／ｍｍ２以上）を形成する。
【００９１】
(9) 地上付近までソイルセメント層を形成した後、掘削ロッド１を引抜き、前記実施例２と同様に、下杭１４、上杭１５を順次沈設し、杭穴１７の拡底部の底２４から約５０ｃｍ上方に下杭１４の下面１６が位置するように下杭１４を設置し、埋設が完了する（図７（ｆ）（ｇ））。以上のようにして、セメントミルクが固化発現後に、この発明の基礎杭構造３０を構成する（図７（ｇ））。
【００９２】
(10) この基礎杭構造３０によれば、中間拡径部２０内に埋設した既製杭１３の節部３２、３２が配置され、既製杭１３（下杭１４）の下面１６からの支圧力だけでなく、節部３２からの支圧効果も得られ、中間拡径部２０内に位置する節部からの支圧効果も得られ、中間拡径部２０内に位置する節部３２、３２からの支圧力の伝播範囲が中間拡径部２０内に拡がるため、基礎杭構造３０全体として大きな摩擦力、鉛直支持力、引抜抵抗力を得ることができる。
【００９３】
(11)他の実施例ここでは中間拡径部２０を杭穴１７の中間部より下方に１箇所のみ設けたが、支持層への根入れ部分（根固め部２３）より上方であればいずれの場所でも、また複数箇所設けることができる。
【００９４】
また、前記実施例における中間拡径部２０と節部３２、３２との位置関係は、前記実施例２と同様に、他の設定とすることもできる（図８（ｂ））。
【００９５】
また、前記実施例において、中間拡径部２０に注入するセメントミルクの強度を杭周固定液と同等としたが、中間拡径部２０に注入するセメントミルクの強度を杭周固定液より大きくすることもできる。これによって、中間拡径部２０のソイルセメント層の強度が向上し、中間拡径部２０から周辺地盤への鉛直荷重の支圧力及び引抜荷重の支圧力が増加する。また、根固め部２３、杭周固定部及び中間拡径部２０に注入するセメントミルクの強度を同一とすることもできる。
【００９６】
前記実施例における既製杭の突起部の形状は、支圧力の伝搬を考慮すれば、円環状とすることが望ましいが、その形状は任意である。
【００９７】
(12)以上実施例１〜４を説明したが、次に、実施例１〜４が夫々適用されると最適な場合について説明する。
【００９８】
(a) 実施例２及び実施例４は、地盤上層部が軟弱地盤で支持力が不足し、下層部で支持力が期待されているが、従来の基礎杭構造では総合的な支持力が不足するような場合に好適である。ここで、上部構造物の荷重が大きい場合には、実施例２が有効であり、実施例４に比べて大きい支持力が得られるため、上部構造物の１本の柱当たりの基礎杭の本数を減らすことができ、それに伴い産業廃棄物として処理される掘削残土量を削減でき、環境上も好ましい結果となる。
【００９９】
また、実施例２、４の場合は、根固め部での高先端支持力に対し、上部構造物や地盤にもよるが、地盤上層で水平力や曲げモーメント等が相対的に不足しがちであるため、連結杭とする場合には上杭に外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）を利用することが多い。従って、実施例２、４の基礎杭構造において、根固部の下杭にＳＣ杭を使用し、その外側面に棒状、角状、板状の鋼材を溶接等の手段で固定させた突起付き既製杭、あるいは外殻の鋼管部を突起状に形成した突起付き既製杭を利用することにより、上下杭の杭材を同一にでき、上下杭の応力バランスが良くなり、更に、既製杭同士の連結も容易で施工性も良くなり、上部構造物からの荷重、耐震力等の要求仕様に対する地盤強度、施工性等に関し、選択範囲が広がり有効である。
【０１００】
(b) 上部構造物の荷重に対して、施工地盤の地質が良く、地盤強度が比較的高い場合には、実施例１及び実施例３が有効であり、比較的良い地盤に中間拡径部を用いると効率的である。ここで、上部構造物の荷重が大きい場合には実施例１が有効であり、比較的に荷重が大きくないような場合には実施例３を用いることができる。
【０１０１】
【発明の効果】
杭穴の根固め部の上方に１又は複数の中間拡径部を形成し、杭穴内にセメントミルク等の硬化性材料を充填し、既製杭と一体化したため、鉛直荷重や引抜力が作用した際に、中間支持力とし中間拡径部が周面地盤への支圧力を発生し、基礎杭構造全体として支持力を向上させることができる。
【０１０２】
また、突起付きの既製杭を使用して、中間拡径部内に突起を位置させたり、突起を包含するように中間拡径部を形成することによって、鉛直荷重や引抜力が作用した際に、突起の上面又は下面からの支圧力が得られ、既製杭の下端面の支持力と相俟って基礎杭構造全体としてさらに大きな支持力を得ることができる。
【０１０３】
また、この発明は、杭穴に中間拡径部を形成して硬化性材料を充填するので、注入するセメントミルク等の硬化性材料や、形成されるソイルセメント層の固化強度を、基礎杭構造の上方に構築される構造物の荷重、使用する既製杭の種類、地盤性状（地質、Ｎ値等）などに応じて、選定することによって、より一層安定した中間支持力を得ることができる効果がある。
【０１０４】
また、既製杭を複数の杭で連結した杭を使用した場合、中間拡径部に上下杭の連結部を位置させれば、比較的強度が弱くなりがちな杭の連結部が杭穴の中間拡径部内のセメントミルク等の硬化性材料によって補強され、基礎杭構造の総体として、地震時等の水平力や曲げモーメントに対する耐力を増強することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
（ａ）〜（ｇ）は、この発明の実施例１の基礎杭構造の構築工程を説明する縦断面図である。
【図２】
（ａ）（ｂ）は実施例１の基礎杭構造の縦断面図である。
【図３】
（ａ）〜（ｇ）は、この発明の実施例２の基礎杭構造の構築工程を説明する縦断面図である。
【図４】
（ａ）（ｂ）は実施例２の基礎杭構造の縦断面図である。
【図５】
（ａ）〜（ｇ）は、この発明の実施例３の基礎杭構造の構築工程を説明する縦断面図である。
【図６】
（ａ）（ｂ）は実施例３の基礎杭構造の縦断面図である。
【図７】
（ａ）〜（ｇ）は、この発明の実施例４の基礎杭構造の構築工程を説明する縦断面図である。
【図８】
（ａ）（ｂ）は実施例４の基礎杭構造の縦断面図である。
【図９】
（ａ）〜（ｃ）は、この発明の中間拡径部と根固め部の径の設定を表す縦断面図である。
【図１０】
この発明の基礎杭構造で、鉛直荷重に対する抵抗力、引抜力に対する抵抗力を表す図で、（ａ）はストレート状の既製杭を使用した場合を表し、（ｂ）は節部を有する既製杭を使用した場合を表し、（ｃ）は（ｂ）の節部の拡大図である。
【符号の説明】
１ 掘削ロッド
２ 掘削ヘッド
１０ 練付ドラム
１１ 攪拌バー
１３ 既製杭
１４ 上杭
１５ 下杭
１６ 既製杭（下杭）の下面
１７ 杭穴
１８ 杭穴の軸部
２０、２０ａ、２０ｂ 杭穴の中間拡径部
２１ 中間拡径部の上面
２２ 中間拡径部の下面
２３ 杭穴の根固め部（拡底部）
２４ 杭穴の根固め部（拡底部）の底
２５ 拡底部の上面
２６ 地盤
２７ 支持層
２８ 中間支持層
３０ 基礎杭構造
３２ 既製杭の節部
３３ 節部の上面
３４ 節部の下面