(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端形状が円錐形であって、その頂角が９０度以上１２０度以下であることを特徴とする場所打ちコンクリート杭。
【請求項２】
先端部が拡底されていることを特徴とする請求項１記載の場所打ちコンクリート杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は場所打ちコンクリート杭に関する。さらに詳細には、先端形状を改善することにより高い鉛直支持力を得ることができる場所打ちコンクリート杭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築構造物の基礎杭として、施工時に騒音、振動が少ない場所打ちコンクリート杭が知られている。特に大型建築構造物に用いられる基礎杭としては、拡底場所打ちコンクリート杭が多用されている。杭先端の拡底はリバースサーキュレーション工法、又はアースドリル工法により行われる。
【０００３】
拡底杭を含む場所打ちコンクリート杭は、従来、先端形状が平坦面として施工されている。あるいは、掘削機の掘削翼の形態から、先端形状が１２０度を越える円錐形（円錐面）に施工されることもある。
【０００４】
ところで、拡底場所打ちコンクリート杭の場合、その先端部杭体の破壊機構に関して、建築基礎構造設計基準（日本建築学会）では、図８に示すように破線の鉛直円筒面を杭底部内に想定し、ＡＢ及びＣＤ部に作用する地盤反力に対し、せん断耐力が十分であることの検討を必要としている。他には、拡底部の破壊機構に言及した研究等は見当たらない。
【０００５】
この発明の発明者らは、有限要素モデルを用いた数値実験により、従来形状の拡底場所打ちコンクリート杭の先端部杭体の破壊機構の解明を試みた。その結果、杭先端部が円周方向及び半径方向の引張り応力により破壊し、しかも破壊は杭体に作用する鉛直荷重が地盤の極限荷重に達する前に発生することを見出した。これは、従来考慮されていなかった破壊機構である。
【０００６】
杭先端の引張り応力による破壊に対する防止策として、引張り鉄筋を配置することが考えられる。しかし、地下深部であること、拡底先端部補強用の鉄筋籠を杭軸部を通して先端に配置するのは困難なこと等施工上問題がある。
【０００７】
そこで、この発明の発明者らは、有限要素法による解析をさらに鋭意進めたところ、杭先端形状を所定の形状にすることにより、その破壊を阻止できることを見出した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような知見に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
【０００９】
この発明の目的は、鉛直支持力の増大を図り、先端部杭体の破壊を防止した場所打ちコンクリート杭を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採る。
【００１１】
すなわちこの発明は、先端形状が円錐形であって、その頂角が９０度以上１２０度以下であることを特徴とする場所打ちコンクリート杭にある。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
さらに、この発明は先端部が拡底されていることを特徴とする前記形状の場所打ちコンクリート杭にある。
【００１５】
【作用】
有限要素解析結果によれば、前記のような先端形状を持つ場所打ちコンクリート杭は、杭先端部に破壊域の発生が見られなかった。これは杭先端部に圧縮応力として作用する地盤反力の直成分が杭先端部内を圧縮応力状態に保ち、引張り応力が発生しないためと認められる。したがって、従来の場所打ちコンクリート杭で起こり得る、杭先端部の引張り応力による破壊現象を防止することが可能となる。
【００１６】
【実施例】
この発明の実施例を図面を参照しながら以下に説明する。
【００１７】
図１はこの発明の実施例を示す断面図である。この実施例及び以下の参考例は拡底場所打ちコンクリート杭１を示し、軸部２の先端に拡底部３が形成されている。
【００１８】
実施例において、拡底部３の先端部４の形状は円錐形となっている。そして、先端部４はその頂角θが１２０度以下（この実施例では９０度）になるように形成されている。頂角θがこの範囲にあることが望ましいことは後述する数値実験で確認されている。
【００１９】
図２は参考例を示す断面図である。この参考例は先端部４の形状を円錐台形としたものである。この参考例も頂角θを１２０度以下にするのが望ましい。
【００２０】
図３は別の参考例を示す断面図である。この参考例は先端部４の形状を略半球状としたものである。
【００２１】
＜数値解析結果＞
上記各形状の拡底場所打ちコンクリート杭の変形挙動を有限要素モデルを用いて解析した結果を図４、図５及び図６に示す。図４は拡底部の先端形状を円錐形としたものであり、（ａ）、（ｂ）の頂角θはそれぞれ９０度及び１２０度である。図５、図６は拡底部の先端形状をそれぞれ円錐台形及び半球状としたものである。解析では杭径１５００ｍｍ、拡底部径２７００ｍｍ、コンクリートの設計基準強度３２０ｋｇ／ｃｍ2 としている。
【００２２】
図４に示す凡例において、αc はコンクリートの耐力比であり、杭体内部の八面体せん断応力に対する破壊基準の比として定義され、αc ＝１が破壊の状態である。なお、この凡例は図５、図６及び図７に関しても適用される。荷重はいずれも４５００ｔｏｎの場合である。
【００２３】
図４、図５及び図６に示すいずれの場合も、軸部周囲においてαc ＝１の破壊域が見られるが、拡底部においては破壊域は見られず、耐力比は小さい値となっている。
【００２４】
＜比較例＞
図７は従来の拡底場所打ちコンクリート杭について、この発明のものと同一条件で数値解析を行った結果を示している。（ａ）は拡底部の先端形状を平坦面（θ＝１８０度）としたもの、（ｂ）は拡底部の先端形状を円錐形とし、その頂角θを１６０度としたものである。
【００２５】
拡底部の先端形状を平坦面とした場合、杭体の軸部周囲のみならず、先端部にも破壊域が現れているのが認められる。また、（ｂ）のように先端形状を円錐形とした場合であっても、その頂角が１２０度を越えると、先端部に耐力比の高い領域が現れるのが認められる。このように、杭先端部に破壊域ないし耐力比の大きい領域が発生するのは、この杭先端部に円周方向及び半径方向の引張り応力が生じているためであるということが、数値実験の結果分かった。
【００２６】
これに対し、図１、図２及び図３に示した形状のものでは、杭先端部に引張り応力は生じない。これは圧縮反力として杭先端部に作用する地盤反力の直成分が、杭先端部内を圧縮応力状態に保つことにほかならない。このような形状にすることにより、地盤支持力に与える影響がほとんどないことも解析の結果、確認されている。
【００２７】
なお、この発明による杭先端形状に対応した掘削孔は、従来のリバースサーキュレーション掘削機又はアースドリル掘削機等の掘削翼の形状を変えることにより、容易に成形することができる。
【００２８】
［その他の実施例］
上記実施例ではこの発明を拡底場所打ちコンクリート杭に適用した場合について説明したが、この発明は拡底されない場所打ちコンクリート杭にも適用できることはいうまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、従来の場所打ちコンクリート杭の先端部に発生し得る引張り応力による破壊を防止することが可能となる。これにより、地盤の破壊後も杭体が健全であるため、杭体の構造耐力が格段に向上し、従来よりも高い鉛直支持力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例を示す断面図である。
【図２】  参考例を示す断面図である。
【図３】  別の参考例を示す断面図である。
【図４】  この発明の実施例に対応する場所打ちコンクリート杭の変形挙動の数値解析結果を示す図である。
【図５】  図２に示した参考例に対応する場所打ちコンクリート杭の変形挙動の数値解析結果を示す図である。
【図６】  図３に示した参考例に対応する場所打ちコンクリート杭の変形挙動の数値解析結果を示す図である。
【図７】  従来の場所打ちコンクリート杭の変形挙動の数値解析結果を示す図である。
【図８】  従来要求されている構造基準を説明するための図である。
【符号の説明】
１…拡底場所打ちコンクリート杭
２…軸部
３…拡底部
４…先端部
【図１】
0003680952.tif 000002
【図２】
0003680952.tif 000003
【図３】
0003680952.tif 000004
【図４】
0003680952.tif 000005
【図５】
0003680952.tif 000006
【図６】
0003680952.tif 000007
【図７】
0003680952.tif 000008
【図８】
0003680952.tif 000009