(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも杭頭部に鋼管部を有する杭と鉄筋コンクリート構造物とを結合する杭頭結合構造であって、
前記鋼管部の周囲に上端部が前記杭頭部より上方に延出するように配置された複数の定着鉄筋と、該定着鉄筋の周囲にスパイラル状に巻回された補強筋とを有し、該補強筋を含む前記杭頭部の周囲に根巻きコンクリートを打設してなり、
前記定着鉄筋を方形に配置すると共に、前記補強筋を前記定着鉄筋の周囲にスパイラル角度を10°〜40°で方形のスパイラル状に巻回し、
前記各定着鉄筋の下端に支圧板を設けてなることを特徴とする杭頭結合構造。
【請求項２】
前記鋼管部にずれ止めを設けたことを特徴とする請求項１記載の杭頭結合構造。
【請求項３】
前記根巻きコンクリートの長さを杭径の0.5倍〜2.0倍にしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の杭頭結合構造。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の杭頭結合構造の施工方法であって、前記杭を打設する杭打設工程と、前記下端に支圧板を設けてなる定着鉄筋を前記鋼管部の周囲に配置する定着鉄筋配置工程と、前記定着鉄筋の周囲に前記補強筋をスパイラル状に配置する補強筋配置工程と、補強筋を含む前記杭頭部の周囲に根巻きコンクリートを打設する根巻きコンクリート打設工程とを備えたことを特徴とする杭頭結合構造の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも杭頭部に鋼管部を有する杭と鉄筋コンクリート構造物とを結合する杭頭結合構造に関する。
なお、杭と結合される鉄筋コンクリート構造物とは、杭と直接結合されるものが鉄筋コンクリート造であることを意味しており、その上部の構造物まで鉄筋コンクリートであることを意味するものではない。
【背景技術】
【０００２】
回転杭、鋼管ソイルセメント杭など高支持力タイプの鋼管杭が開発されたことにより杭1本あたりに作用する荷重（常時，地震時）が大きくなった。これに伴って、杭と上部構造の結合部にも大きな荷重が生じることになる。
従来の杭頭結合構造として、例えば鋼管杭の杭頭部内面にずれ止めを設置すると共に杭頭部内周部に中詰め補強筋を配置するという道路橋示方書に方法Ｂとして示された杭頭結合方法がある。しかし、この方法では杭本体の強度に対して、十分な杭頭結合部の強度を得ることは難しく、結合部の強度不足により基礎構造全体が不安定となってしまう懸念がある。
【０００３】
また、道路橋示方書に記載の方法Ｂを強化した杭頭結合構造として、杭外周に鉄筋を現場溶接する方法があるが、鉄筋が増え過密配筋になって、施工性や品質信頼性が低下する恐れがある。また、この方法は建設現場において鉄筋を鋼管杭に溶接する作業を行うことから、雨天や強風などの悪天候時作業や溶接技術水準の差異により、溶接部の強度や耐久性が損なわれる恐れがある。
【０００４】
安定した高い曲げ耐力を有する杭頭結合構造の例として、先行文献１に開示された「鋼管杭頭部の接合構造および鋼管杭頭部の施工方法」がある。この鋼管杭頭部の接合構造は、地盤中に打設された鋼管杭の頭部の周囲に、定着筋が固定された外鋼管が配置され、前記外鋼管と前記鋼管杭との間隙および前記外鋼管の少なくとも上端部の周囲にコンクリートが打設されて、前記鋼管杭とフーチングまたは基礎梁とが接合されている鋼管杭頭部の接合構造であって、前記外鋼管の下部に、内側に突出する定着部材が設けられていることを特徴とするものである（特許文献１の請求項１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2005-139731号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の先行文献１に記載のものは、外鋼管の周囲に定着筋を固定し、かつ外鋼管の下端部に杭側に張り出す定着部材を設置するという構造である。
このような構造の場合、上部の鉄筋コンクリート構造物の配筋との干渉の危険が生ずること、また荷重伝達が不十分になること等の理由から外鋼管の上端を杭上端よりも上方に突出させるとことができない。
また、外鋼管の上端を杭上端よりも下方に位置させると荷重伝達が不十分になるので好ましくない。
このように先行文献１に記載のものでは外鋼管の上端位置を杭上端位置と一致させる必要があり、それ故に外鋼管は杭上端から下方に延びる所定の長さを有することが必須となる。
外鋼管が所定の長さを有することが必須となることから、先行文献１の鋼管杭頭部の接合構造では以下のような問題がある。
【０００７】
杭の高止り、低止り、杭芯ずれなどの施工誤差が生じた場合、それに対する対応が難しい。以下、この点を具体的に説明する。
(a)杭が高止りした場合であっても、外鋼管の上端を杭上端に一致させなければならず、そのようにすると定着筋が上方に延出しすぎるため上部の鉄筋コンクリート構造物の配筋との取り合いに不具合が生ずる可能性がある。その場合に定着鉄筋の長さを調整することも考えられるが、そうすると荷重伝達が不十分になる可能性がある。
(b)他方、杭が低止りしたような場合には、外鋼管の上端を杭上端よりも上方に延出させることができず杭上端に一致させなければならないため、地盤の掘削をしなければならないと共に定着筋の長さが不足して荷重伝達が不十分になるという危険がある。
(c)また、杭芯ずれが生じた場合には、外鋼管と鋼管杭との間でずれを吸収することになるが、特許文献１の構造では定着部材が杭側に張り出しているため、外鋼管と鋼管杭との隙間でずれを吸収するだけの余裕がなく対応できない。また、杭芯ずれの他の態様として杭が斜めになったような場合には、外鋼管と杭との隙間が上下で不均等になり荷重伝達が不確実になるという危険もある。
このように、特許文献１のものでは、杭の施工誤差の影響を受けるという問題がある。
【０００８】
また、先行文献１のものでは、外鋼管の周面に定着筋を溶接し、また定着部材を外鋼管の下端部に固定したりしなければならず、予め組み立てる部材が多く、製作に手間がかかるという問題がある。
さらに、外鋼管が所定の長さを必要としていることから、全体の形状が大きくなり現場までの運搬や現場でのハンドリングが容易でないという問題もある。
【０００９】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、杭の高強度化に伴う杭頭反力増大に対応した高強度でかつ施工の容易な杭頭結合構造及びその施工方法を提供することを目的としている。
また、杭の高止り、低止り、杭芯ずれなどの杭の施工誤差によって施工の影響を受けず、製作が容易で、ハンドリングにも優れる杭頭結合構造及びその施工方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る杭頭結合構造は、少なくとも杭頭部に鋼管部を有する杭と鉄筋コンクリート構造物とを結合する杭頭結合構造であって、
前記鋼管部の周囲に上端部が前記杭頭部より上方に延出するように配置された複数の定着鉄筋と、該定着鉄筋の周囲にスパイラル状に巻回された補強筋とを有し、該補強筋を含む前記杭頭部の周囲に根巻きコンクリートを打設してなり、前記定着鉄筋を方形に配置すると共に、前記補強筋を前記定着鉄筋の周囲にスパイラル角度を10°〜40°で方形のスパイラル状に巻回し、前記各定着鉄筋の下端に支圧板を設けてなることを特徴とするものである。
【００１１】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記鋼管部にずれ止めを設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記根巻きコンクリートの長さを杭径の0.5倍〜2.0倍にしたことを特徴とするものである。
【００１６】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の杭頭結合構造の施工方法であって、前記杭を打設する杭打設工程と、前記下端に支圧板を設けてなる定着鉄筋を前記鋼管部の周囲に配置する定着鉄筋配置工程と、前記定着鉄筋の周囲に前記補強筋をスパイラル状に配置する補強筋配置工程と、補強筋を含む前記杭頭部の周囲に根巻きコンクリートを打設する根巻きコンクリート打設工程とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、少なくとも杭頭部に鋼管部を有する杭と鉄筋コンクリート構造物とを結合する杭頭結合構造であって、前記鋼管部の周囲に該鋼管と所定間隔を離し、かつ上端部が前記杭頭部より上方に延出するように配置された複数の定着鉄筋と、該定着鉄筋の周囲にスパイラル状に巻回された補強筋とを有し、該補強筋を含む前記杭頭部の周囲に根巻きコンクリートを打設してなるので、鋼管杭から根巻きコンクリートに作用する水平支圧力に対して補強筋のフープテンションにより抵抗するとともに、根巻きコンクリートを拘束することでコンクリート強度および強靭性が高められ、鋼管杭と鉄筋コンクリート構造物との間の荷重伝達が効果的に行われるので、杭の高強度化に伴う杭頭反力増大に対応した高強度な杭頭結合構造が実現できる。また、定着鉄筋の周囲にスパイラル状に補強筋を巻回するという構造であり、上下方向の位置の自由度が高いので杭の施工誤差による施工の影響を受けず、製作も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る杭頭結合構造の説明図である。
【図２】図１における矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図であって、鋼管杭周囲のコンクリートを省略して示した図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る杭頭結合構造における補強筋のスパイラル角度βの最適値を求める実験結果を示したグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態に係る杭頭結合構造の実施例の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る杭頭結合構造の説明図である。
【図６】図５における矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面図であって、鋼管杭周囲のコンクリートを省略して示した図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る杭頭結合構造の説明図である。
【図８】図７における矢視Ｃ−Ｃ線に沿う断面図であって、鋼管杭周囲のコンクリートを省略して示した図である。
【図９】本発明の実施の形態３の他の態様に係る杭頭結合構造の説明図である。
【図１０】図９における矢視Ｄ−Ｄ線に沿う断面図であって、鋼管杭周囲のコンクリートを省略して示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る杭頭結合構造の施工方法の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る杭頭結合構造の施工方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［実施の形態１］
図１および図3に基づいて本発明の実施の形態１を説明する。
本発明の実施の形態１に係る杭頭結合構造は、図１に示すように、鋼管杭１と鉄筋コンクリート構造物である基礎梁３とを結合する杭頭結合構造であって、鋼管杭１の杭頭部に設けた２段のずれ止め５ａ、５ｂと、鋼管杭１の周囲に配置された定着鉄筋７と、定着鉄筋７の周囲にスパイラル状に巻き回された補強筋９とを有し、杭頭部に補強筋９を含む範囲に根巻きコンクリート１１を打設して構成されている。
以下、各構成について詳細に説明する。
【００２０】
＜鋼管杭＞
鋼管杭１の杭頭内部には、コンクリートを充填してもよいし、あるいはコンクリートを充填しないものでもよい。
なお本実施の形態では鋼管杭１を例に挙げているが、本発明が対象としている杭は鋼管杭１に限らず少なくとも杭頭部に鋼管を有していれば杭頭部以外の下部構造は鋼管でないような杭や、杭内部の全長に亘ってコンクリートを充填した杭であってもよい。例えば、杭頭部に鋼管を巻いた耐震場所打コンクリート杭（通称ＴＢ杭）や、高強度コンクリートを鋼管の中空部に注入し、遠心締固めによって製造した鋼管コンクリート杭（ＳＣ杭）などが挙げられる。
なお、杭頭に作用する水平せん断力を基礎梁３との間で伝達させるため、杭頭はその上端部を100mm程度以上基礎梁３に埋め込むことが望ましい。
【００２１】
＜基礎梁＞
基礎梁３は、本発明の鉄筋コンクリート構造物に相等するものである。基礎梁３には下端筋１２が配筋されている。
なお、本発明を構成する鉄筋コンクリート構造物とは、鋼管杭１と直接結合する部分を指している。したがって、鋼管杭１と直接結合される部分が鉄筋コンクリート構造物であれば、その上部構造物が例えば鉄骨造などの鉄筋コンクリート構造物でなくてもよい。
【００２２】
＜ずれ止め＞
ずれ止め５ａ、５ｂは、杭頭部に設けられて根巻きコンクリート１１を介して定着鉄筋７との間で力の伝達を行なう部材である。
ずれ止め５ａ、５ｂは、本実施の形態では、図１に示されるように、２段設けているがこれに限られるものではなく１段でもよく、あるいは３段以上でもよい。最上段のずれ止め５ａは端板を杭径外に張り出させたものでもよいし、杭周面に固定したリング部材でもよい。なお、本実施の形態においける２段目のずれ止め５ｂはリング部材を杭周面に固定したものである。
ずれ止め５ａ、５ｂの形態は上記のような端板やリング部材に限定されるものではく、例えば杭頭周面に形成した凹凸のようなものであってもよい。
【００２３】
ずれ止め５ａ、５ｂを設けることにより、杭頭と基礎梁３との間での力の伝達をより効果的に行うことができる。もっとも、引き抜き力が小さい場合は、スパイラル状に巻き回された補強筋９がコンクリート１１を拘束しているので、ずれ止め５ａ、５ｂを設けなくても杭頭と基礎梁３との間での曲げモーメントの伝達を効果的に行うという効果は得られる。
【００２４】
＜定着鉄筋＞
定着鉄筋７は、杭頭部の周囲に杭頭部と所定間隔を離し、かつ上端部が杭頭部より上方に延出するように配置されている。杭頭部と離す所定間隔としては、コンクリート最大骨材径の2.5倍以上とし、杭径×0.5倍以下とするのが好ましい。
このように配置された定着鉄筋７は、鋼管杭１と基礎梁３間において、曲げモーメントや引き抜き力を伝達させるための部材である。力の伝達を行えるように、定着鉄筋７は、側面視したときに鋼管杭１と重なるように配置され、後述の根巻きコンクリート１１部に定着させるようにしている。また、定着鉄筋７の上部は基礎梁３側にも延出して基礎梁３にも定着させるようにしている。そして、根巻きコンクリート１１部及び基礎梁３に必要な荷重が伝達するように、その周面付着性能に応じて相当の定着長を確保する。
【００２５】
＜補強筋＞
補強筋９は、定着鉄筋７の周囲にスパイラル状に巻回され、鋼管杭１から根巻きコンクリート１１に作用する水平支圧力に対して補強筋９のフープテンションにより抵抗するとともに、根巻きコンクリート１１を拘束することでコンクリート強度および強靭性を高める役割を有する。
補強筋９は、スパイラル状に巻回されており、その上下方向の高さ位置は施工現場で自由に調整できる。それ故、杭の高止り、低止りなどの杭の施工誤差に対して、より自由な位置に配置して対処することができ、杭の施行誤差の影響を受けない。
【００２６】
補強筋９のスパイラル角度（補強筋９と水平軸の成す角度）βが大きくなるにつれ、補強筋９のフープテンション能力が低下することが懸念される。
そこで、スパイラル角度βを１０°〜５０°まで１０°ごとに変更して、スパイラル角度とフープテンションとの関係を調査する付着実験を実施した。
図３は実験結果をグラフで表示したものであり、縦軸がフープテンションT（kN）を示し、横軸が変形量S（mm）を示している。
図３のグラフから分かるように、βが40°を超えるとフープテンションTが急激に低下することが確認できた。
従って，補強筋９のフープテンション能力を安定的に確保するためには、スパイラル角度を40°以下にするのが好ましい。
【００２７】
＜根巻きコンクリート＞
根巻きコンクリート１１は杭頭部に補強筋９を含む範囲に打設され、鋼管杭１と基礎梁３間において、鋼管杭１から作用する曲げモーメント、水平力に対し、補強筋９とともに抵抗すると共に、定着鉄筋７を固定させる役割を有する。
【００２８】
作用荷重に対し、十分な抵抗力を得るためには、根巻きコンクリート１１の長さＬを杭径Ｄの0.5倍から2.0倍程度、確保するのが好ましい。
根巻きコンクリート１１は、施工現場において地表部を掘削し、型枠を設置した後、根巻きコンクリート１１を打設して形成することができる。
従って，根巻きコンクリート１１の位置および形状は施工現場で自由に調整できることから、杭の高止り、低止りなどの杭の施工誤差に対して、自由な位置に配置して対処することができ、杭の施行誤差の影響を受けない。
なお、本実施形態では、根巻きコンクリート１１を方形にした例を示したが、これに限られるものではなく円筒状あるいは楕円状、三角形状にしてもよい。
【００２９】
上記のように構成された本実施の形態においては、定着鉄筋７の周面付着性能と鋼管杭１に設けたずれ止め５ａ、５ｂの支圧性能によって荷重伝達機能を果たし、高強度の杭頭結合構造を実現できる。
また、本実施の形態においては、杭径よりも大きい配筋径で定着鉄筋７を固定したことにより、杭頭結合部の断面性能（径の2乗に比例）が向上するため、杭頭部に作用する曲げモーメントに対する抵抗力（強度）が増し、鋼管杭１の高強度化に伴う杭頭反力増大に対応した「杭頭結合構造」を得ることができる。
【００３０】
さらに、配筋径が大きくなることにより隣り合う定着鉄筋７の間隔が大きくとれることから施工が容易になり、また過密配筋となりやすい基礎梁３（フーチング）に定着鉄筋７が緩衝しないように鉄筋位置を調整することも可能である。
この点、特許文献１に示した外鋼管を用いるものでも外鋼管の径を大きくすることは可能ではあるが、外鋼管が所定の長さを必要としていることから外鋼管の径を大きくすると外鋼管が大きくなり、運搬やハンドリングが大変になるが、本実施の形態で用いる補強筋９はフープ状に巻回されており、現場で上下方向の高さ調整ができ、運搬やハンドリングが問題になることはない。
また、本実施の形態では定着鉄筋７と補強筋９（スパイラル形状）を主要な構成要素としているシンプルな構造であることから施工が簡略化でき、かつ経済性に優れた「杭頭結合構造」となっている。
さらにまた、本実施の形態においては、現場溶接が不要となり、現場溶接で生ずるような溶接不良が発生しないので、品質信頼性の高い「杭頭結合構造」ともなっている。
【実施例】
【００３１】
本実施の形態の実施例として、以下に示す仕様で杭頭結合構造を実施した。
なお、以下に示す記号Ｄ、Ｄ１、Ｄ２、Ｌ、がどの位置を示しているかは図１及び図４を参照。
鋼管杭径Ｄ＝φ1000mm
定着鉄筋：D35-12本、配筋径Ｄ1＝1600mm
根巻きコンクリート：長さＬ＝1000mm、Fc=24N/mm2
補強筋：φ13mm、β：20°、スパイラル径Ｄ２：1720mm
基礎コンクリート：Fc=24N/mm2
【００３２】
上記の実施例と同等の強度を有する杭頭結合構造を、前述した道路橋示方書に記載の方法Ｂによって実現したものと比較すると、定着鉄筋７の本数において、従来例では34本必要であったものが12本で足り、大幅に低減できた。また、隣り合う鉄筋間隔を4倍以上広げることもできた。このことから、本実施例の杭頭結合構造がコスト面及び施工面において優れた構造であることが分かる。
【００３３】
［実施の形態２］
図５、図６は本発明の実施の形態２の説明図であり、図１、図２と同一部分及び相当する部分には同一の符号を付してある。なお、図６は図５の矢視Ｂ−Ｂ線に沿う断面図であって、鋼管杭周囲の根巻きコンクリート１１を省略して示した図である。
本発明の実施の形態２に係る杭頭結合構造は、図５、図６に示すように、定着鉄筋７を方形に配置するとともに、定着鉄筋７の周囲に方形に成形した補強筋９を方形のスパイラル状に巻回して補強したものである。
【００３４】
定着鉄筋７を方形に配置することで、各定着鉄筋間の隙間を均等にすることができる。それ故に、定着鉄筋間に挿通する基礎梁３の下端鉄筋の配筋が容易となる。
【００３５】
［実施の形態３］
図７、図８は本発明の実施の形態３に係る杭頭結合構造の説明図であり、図１、図２と同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。なお、図８は図７の矢視Ｃ−Ｃ線に沿う断面図であって、鋼管杭周囲の根巻きコンクリート１１を省略して示した図である。
本実施の形態においては、定着鉄筋７の下端に型枠兼荷重伝達部材として機能するドーナツ状の支圧板１３を設置したものである。
ドーナツ状の支圧板１３を設けることにより、根巻きコンクリート打設時の型枠を簡略化できると共にずれ止め５ａ、５ｂと定着鉄筋間の荷重伝達機構を確実なものとするとともに、定着鉄筋７の長さを短くできるとういう効果がある。
【００３６】
なお、図９及び図９の矢視Ｄ−Ｄ線に沿う断面図であって、鋼管杭周囲の根巻きコンクリート１１を省略して示した図１０に示すように、ドーナツ状の支圧板１３に代えて矩形状の支圧板１５を定着鉄筋７の下端に設けるようにしてもよい。
【００３７】
［実施の形態４］
図１１、図１２は図１に示した杭頭結合構造の施工方法の説明図である。以下、図１１、図１２に基づいて本実施の形態を説明する。
鋼管杭１を地盤１９に打設する（図１１（ａ））。次に、根巻きコンクリートを打設する範囲の地表部を掘削し、掘削した所にスパイラル状に巻回した補強筋９を杭頭部に挿通して配置する（図１１（ｂ））。
なお、補強筋９の配置に際して、補強筋９の杭頭部に対する上下方向の配置の自由度が高いので、仮に杭が高止りしたり、低止りしたりした場合であっても、杭頭部に対して最適の位置に設置することができる。また、杭芯がずれた場合であっても、補強筋９の鋼管杭１に対する水平方向の自由度が高いので、補強筋９を基礎梁３に対して最適位置に配置することができる。
なお、補強筋９を配置する際には補強筋９の配置位置を正確にするために地盤１９の上に敷設板２１を設置するのが好ましい。
【００３８】
補強筋９の配置後、定着鉄筋７を補強筋９の内周に所定間隔離して配置し、補強筋９に仮止めする（図１１（ｃ））。補強筋９を囲むように型枠を設置する（図１２（ｄ））。
さらに、基礎梁３の下端筋１２等の配筋を行い、根巻きコンクリート１１を打設すると共に基礎梁３のコンクリートを打設する（図１２（ｅ））。
【００３９】
本実施の形態によれば、杭の施工誤差に影響されることなく確実な応力伝達できる杭頭結合構造を実現できる。
【００４０】
なお、上記の実施の形態４においては補強筋９と定着鉄筋７を現場で仮止めする例を示したが、補強筋９と定着鉄筋７を工場などで予め仮止めしておき、現場において鋼管杭１の杭頭部に挿入するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  鋼管杭
３  基礎梁
５ａ、５ｂ  ずれ止め
７  定着鉄筋
９  補強筋
１１  根巻きコンクリート
１２  下端筋
１３  ドーナツ状の支圧板
１５  矩形状の支圧板
１７  型枠
１９  地盤
２１  敷設板
【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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【図１１】
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【図１２】
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