(57)【要約】【課題】杭全体の直径の増大を抑えた、地盤変形に追随して変形可能である杭を提供すること。【解決手段】本発明は地中に設置される杭に係る。杭（１０）は、互いに積み重ねられた複数の第１の杭要素（２０）と、第１の杭要素上に載置されかつ互いに積み重ねられた複数の第２の杭要素（２２）とを含む。第２の杭要素（２２）は杭先端（２４）から杭頭（２６）に向けて漸増する直径を有する。【選択図】図１
2014005614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に設置される杭であって、
互いに積み重ねられた複数の第１の杭要素と、
前記第１の杭要素上に載置されかつ互いに積み重ねられた複数の第２の杭要素とを含み、
前記第２の杭要素は杭先端から杭頭に向けて漸増する直径を有する、杭。
【請求項２】
地中に設置される杭であって、
互いに積み重ねられた複数の第１の杭要素と、
前記第１の杭要素間に配置されかつ互いに積み重ねられた複数の第２の杭要素とを含み、
前記第２の杭要素は杭先端から杭頭に向けて漸増し次いで漸減する直径を有する、杭。
【請求項３】
さらに、前記第１の杭要素と前記第２の杭要素とを貫通しかつ前記杭の軸線に沿って伸びる鋼材を含み、
前記第１の杭要素と前記第２の杭要素とは前記鋼材を介して互いに結合されている、請求項１又は２に記載の杭。
【請求項４】
さらに、前記第２の杭要素の相互間に配置された緩衝板を含む、請求項１又は２に記載の杭。
【請求項５】
前記第２の杭要素は、地中において最大の剪断力を受ける最大の直径を有する杭要素を含む、請求項２に記載の杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物のような構造物を支持するために地中に設置される杭、特に地震時における地盤の変形に追随して変形可能である杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上の構造物を支えるために設置され地中を鉛直に伸びる杭は、地震の発生に伴って地盤に変形（水平変位）が生じるとき、地盤からの水平外力を受けて損傷し又は破壊に至ることがある。杭による支持を受ける地上の構造物は前記杭の損傷又は破壊によりその存立に重大な悪影響を受けることから、従来、地盤の変形に追随して変形可能である杭、具体的には、互いに積み重ねられ地震時に横滑りをする複数の杭要素を含み又はこれらの杭要素からなり、あるいはさらに杭要素相互間に免震要素である積層ゴムが配置された杭が提案されている（後記特許文献参照）。
【０００３】
前記従来の杭によれば、地震の発生に伴って地盤に変形が生じるとき、これに合わせて杭要素の横滑りすなわち杭の変形が生じ、これにより杭の損傷又は破壊が回避される。また、このとき、前記杭要素の横滑りに伴って杭要素相互間に生じる摩擦力により地震エネルギの一部が吸収され、あるいはこれに加えて、前記積層ゴムによる免震効果が得られる。
【０００４】
ところで、地震時における地盤の変形の度合いは自由面である地表面に近いところ程、また、地層の境界面である層理面に近いところ程大きいことが知られている。したがって、地震時における前記杭の損傷又は破壊の回避、加えてより大きい地震エネルギの吸収のためには、地表面に近いところまた層理面に近いところに位置する杭要素に大きい横滑りを生じることが望ましい。杭要素のこのような大きい横滑りは、これを許容する比較的大きい直径を有する杭要素を含む杭において実現可能であるところ、実際には、大径の杭の設置には、多大の時間、労力、費用等を要するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１７４４１６号公報
【特許文献２】特開平２−１８３００９号公報
【特許文献３】特開平９−３１０３４４号公報
【特許文献４】特開平１０−３７１８１号公報
【特許文献５】特開２００３−２７４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、杭全体の直径の増大を抑えた、地盤変形に追随して変形可能である杭を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は地中に設置される杭に係り、互いに積み重ねられた複数の第１の杭要素と、該第１の杭要素上に載置されかつ互いに積み重ねられた複数の第２の杭要素とを含み、前記第２の杭要素は杭底の先端である杭先端から杭頭に向けて漸増する直径を有する。
【０００８】
本発明によれば、杭の複数の構成要素である第１の杭要素及び該第１の杭要素上の第２の杭要素がそれぞれ互いに積み重ねられている。このことから、地中に鉛直に設置された前記杭が地震時に変形する地盤から水平外力（剪断力）を受けるとき、前記第１の杭要素及び前記第２の杭要素がそれぞれ互いに他の一方に対して横滑りをする。その結果、前記杭は地盤の変形に追随して変形し、これにより杭の損傷又は破壊が回避され、また杭要素相互間に生じる摩擦力により地震エネルギの一部が吸収される。
【０００９】
本発明にあっては、前記杭の構成要素の一方である前記複数の第２の杭要素の直径が杭先端から杭頭に向けて漸増するように、すなわち地中において上位に位置する任意の第２の杭要素がその直下に位置する下位の第２の杭要素より大きい直径を有するように設定されている。この設定は、地震時における地盤の変形が地表面に向けて漸増することに対応している。この設定によれば、より地表面に近い上位の第２の杭要素ほど大きい直径を有し、またより大きい剪断力を受け、このためにより多大の横滑りが可能であり、したがって、また、より多くの地震エネルギの吸収が可能である。他方、前記第１の杭要素は前記第２の杭要素に比べて地表面からより離れた比較的深い深度に位置するところ、深い深度における地震時の地盤変形は比較的小さいことから、前記杭の変形のために前記第１の杭要素に求められる横滑り量の大きさは比較的小さいもので良く、このため前記第１の杭要素の直径は前記第２の杭要素の直径より小さいものに設定することが可能である。本発明によれば、地盤変形に追随して比較的大きい変形が可能である杭として、杭の一部に限って増大された直径を有する杭を提供することができ、この杭は、杭全体にわたる直径の増大設定がなされた杭と比べて、その設置に要する時間、労力、費用等は少ない。
【００１０】
本発明は、また、他の例の杭に係り、互いに積み重ねられた複数の第１の杭要素と、該第１の杭要素間に配置されかつ互いに積み重ねられた複数の第２の杭要素とを含む。ここにおいて、前記第２の杭要素は、杭先端から杭頭に向けて漸増し次いで杭先端から杭頭に向けて漸減する直径を有する。
【００１１】
この他の例に係る杭は、先に説明した杭の例と同様、互いに積み重ねられた複数の第１の杭要素と複数の第２の杭要素とを含み、したがって、地中において、前記第１及び第２の杭要素は地震時の地盤の変形に従って横滑りが可能であり、これにより杭は地盤の変形に追随して変形し、また、前記杭要素相互間に生じる摩擦力により地震エネルギの一部が吸収される。この他の例にあっては、先の例に係る杭と異なり、前記第２の杭要素が前記第１の杭要素間に配置されており、また、前記第２の杭要素の直径が杭先端から杭頭に向けて漸増し、次いで漸減する。
【００１２】
この他の例に係る杭は、特に、地質が変化する面である層理面を有する地盤中への設置に適する。この杭が地中に設置されるとき、上方に向けて次第に増大する直径を有する前記第２の杭要素（下方の第２の杭要素）と、次いで上方に向けて次第に縮小する直径を有する前記第２の杭要素（上方の第２の杭要素）とが、それぞれ、例えば層理面を挟む上下の地層中に位置し、前記第１の杭要素が前記第２の杭要素の上方位置及び下方位置にそれぞれ位置する。これによれば、層理面に近くより大きい直径を有する第２の杭要素がより多くの量の横滑りが可能であり、また、これにより、より多くの地震エネルギが吸収される。他方、前記第１の杭要素は層理面から比較的離れた位置にあり、当該位置における地盤変形度合いは比較的小さい。このことから、前記第１の杭要素に求められる横滑りの大きさは比較的小さいもので良く、このため前記第１の杭要素の直径は前記第２の杭要素の直径より小さいものに設定することが可能である。本発明によれば、地盤変形に追随して比較的大きい変形が可能である杭として、杭の一部に限って増大された直径を有する杭を提供することができ、この杭は、杭全体にわたる直径の増大設定がなされた杭と比べて、その設置に要する時間、労力、費用等は少ない。
【００１３】
前記他の例に係る杭において、前記第２の杭要素が、地中において最大の剪断力を受ける最大直径を有する杭要素を含むものとすることができる。このような杭要素は前記層理面上又はその近傍に配置される。
【００１４】
前記第１の杭要素と前記第２の杭要素とは、１の杭要素がその直下の杭要素の上に載置され、単に接触した状態（非結合状態）、あるいは結合された状態、すなわちこれらの杭要素を貫通しかつこれらの杭要素の軸線に沿って伸びる例えばＰＣ鋼より線のような鋼材を介して結合された状態のいずれかとすることができる。前記結合状態とするときは前記鋼材により前記杭要素相互に作用する結合力のために前記杭要素は、非結合状態におけるときと比べて、地盤からの比較的大きい水平外力を受けて横滑りをし、また、このとき比較的大きい摩擦力が生じる。
【００１５】
前記杭は、さらに、前記第１の杭要素相互間及び前記第２の杭要素相互間にそれぞれ配置された緩衝板（例えば、ゴム板、合成樹脂板等）を含むものとすることができる。これによれば、前記緩衝板の弾性変形が、前記杭により支えられる構造物に対する環境振動の低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】複数の杭要素を含む本発明に係る杭の一例を概略的に示す立面図である。
【図２】図１に示された複数の杭要素が鋼材を介して相互に結合された状態を示す概略的な立面図である。
【図３】本発明に係る杭の他の例を概略的に示す立面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図３に示す他の例に係る杭の第２の杭要素における共通の杭要素の側面図及び平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照すると、本発明に係る複数（図上２つ）の杭が全体に符号１０で示されている。各杭１０は地盤１２中（地中）に鉛直に設置され、フーチング１６を介して、建物のような構造物１４を支持し、該構造物の鉛直荷重を受ける。
【００１８】
図１には、説明の便宜のため、図上の右方及び左方にそれぞれ地震発生前の杭１０及び地震発生後の杭１０が概略的に示されている。また、地震発生前及び地震発生後の構造物１４は、それぞれ、実線及び想像線で示されている。これは、後述する本発明の他の例に係る杭１０を示す図２及び図３についても同様である。ただし、図３においては、図の右方及び左方に、それぞれ、本発明の他の例に係る杭１０及び従来の杭１８が概略的に示されている。
【００１９】
杭１０は、互いに積み重ねられた複数の杭要素（第１の杭要素）２０と、該第１の杭要素上に載置されかつ互いに積み重ねられた複数の杭要素（第２の杭要素）２２とを備え、最下方に位置する第１の杭要素２０及び最上方に位置する第２の杭要素２２がそれぞれ杭先端２４及び杭頭２６を規定する。杭頭２６を規定する最上方の第２の杭要素２２は、フーチング１６に対して水平方向に滑動可能であるように接している。前記最上方の第２の杭要素２２は、図示の例に代えて、フーチング１６に固定することができる。
【００２０】
杭１０の第１の杭要素２０及び第２の杭要素２２は、地震発生前の状態で見て、図１の右方の杭１０におけるように、これらの杭要素の中心又は軸線が同一の鉛直線上にあるように上下に整列した状態におかれている。
【００２１】
積み重ねの状態におかれた杭要素２０，２２は、それぞれ、地震発生に伴って地盤１２に変形（水平変位）が生じるとき、地盤１２からの水平外力すなわち剪断力を受けてその直下及び直上の２つの杭要素（最上方の杭要素２２についてはその直下の杭要素２２及びフーチング１６）に対して水平方向（横方向）へ滑動、すなわち横滑りをする。杭１０は、これにより、地盤１２の変形に追随した変形をする。杭１０の変形は、図１の左方の杭１０に示すように、第１の杭要素２０と第２の杭要素２２とがそれぞれその直下の杭要素上で左方へ横滑りをし、これらの右側面が整列する状態（実線で示す）に至った後、さらに左方へ横滑りをする（想像線で示す）ことにより生じる。その結果、杭１０の損傷又は破壊が免れる。また、杭要素２０，２２の前記横滑りに伴って杭要素相互間に発生する摩擦力により地震エネルギの一部が吸収される。
【００２２】
杭要素２０，２２は、想定震度のもと、地盤１２の構成を考慮して、その直下の杭要素上の範囲内での横滑りを許容する大きさ（直径）、換言すると、直下の杭要素上から落下することなく該杭要素上での移動を可能とする大きさとされている。本発明においては、地震時における地盤１２の変形の度合いが地表面２３において最も大きく、深度が深くなるに従って減少するとの知見に基づいて、第２の杭要素２２の直径が杭先端２４から杭頭２６に向けて、すなわち地中において上方に向けて漸増する大きさに設定され、また、複数の第１の杭要素２０の直径が同一の大きさに設定されている。このように設定された第２の杭要素２２によれば、該杭要素は、地盤１２が地表面２３に向けてその変形を漸増するのに応じて、地表面２３に向けてその横滑り量が漸増する。これにより、杭１０の変形を地盤１２の実際の変形により適合させ、杭１０の損傷又は破壊の可能性をより低減することができる。また、より大きい量の前記横滑りがより大きい摩擦量を生み、地震エネルギの吸収に寄与する。
【００２３】
図示の例では、第１の杭要素２０の直径が第２の杭要素２２の最小の直径より小さい同一の大きさに設定されているが、第１の杭要素２０の直径を互いに異なるものに設定し、あるいは、第１の杭要素２０の直径の大きさを第２の杭要素２２の最小の直径以上に設定することは任意である。また、第１の杭要素２０及び第２の杭要素２２のそれぞれの数量及びこれらの直径は、杭要素２０，２２の機械的強度、想定される地震の規模、地盤構造（例えば剛性）等を考慮して定めることができる。
【００２４】
杭１０を構成する第１の杭要素２０及び第２の杭要素２２は、円形の横断面形状を有するコンクリート製、鉄製、又はこれらを複合材料とする板状体又は環状体からなる。杭１０は、地盤１２に穿たれた孔（図示せず）の底部上に前記板状体又は環状体を積み重ねて配置することにより構築することができる。
【００２５】
また、前記杭要素相互間、好ましくは第２の杭要素２２の相互間にゴム板、合成樹脂板等からなる緩衝板（図示せず）を配置することができる。これによれば、平常時に構造物１４に生じる環境振動が第２の杭要素２２を介して前記緩衝板に伝えられ、該緩衝板が弾性変形することにより軽減される。
【００２６】
杭１０を構成する第１及び第２の杭要素２０，２２は単に積み重ねられたもの（図１）とし、あるいは、図２に示すように、さらにＰＣ鋼より線のような鋼材３０を介して互いに結合され、これにより上下方向に関して互いに締め付けられたものとすることができる。
【００２７】
鋼材３０は、杭１０の軸線に沿って上下方向に伸びている。すなわち、第１及び第２の杭要素２０，２２の中心又は軸線を経て伸びている。鋼材３０は、その上下両端部において、フーチング１６に形成された上端開放の凹所（図示せず）に配置された上部材３２と、杭先端を規定する最下端の第１の杭要素２０に接する下部材３４とに固定され、緊張状態におかれている。鋼材３０を介して結合された第１及び第２の杭要素２０，２２は、地震時、これらの杭要素が非結合状態におかれた場合と比べて前記杭要素相互間の横滑りの許容量に関して制限を受けるが、このことを除き、図１の左方に示す杭１０と同様の挙動をする（図２の左方に示す杭１０参照）
【００２８】
次に、図３を参照すると、層理面３６を有する地盤１２に設置された本発明の他の例に係る杭１０が示されている。
【００２９】
この杭１０は、互いに積み重ねられた複数の第１の杭要素２０と、該第１の杭要素間において互いに積み重ねられ杭先端２４から杭頭２６に向けて漸増し次いで漸減する直径を有する複数の第２の杭要素２２とを備える。より詳細には、杭１０が地中に設置された状態で見て、層理面３６からその上方及びその下方へそれぞれ間隔をおいて位置する一組の第１の杭要素２０と、下方の第１の杭要素２０上に積み重なりかつ上方の第１の杭要素２０に接する複数の第２の杭要素２２とを備える。第２の杭要素２２は、したがって、地質の異なる上下２つの地層３８，４０中にあって両地層３８，４０の境界面である層理面３６を経て上下に伸びている。
【００３０】
複数の第２の杭要素２２は、便宜上、これらを、上方に向けて漸増する直径を有する複数の第２の杭要素（下方の第２の杭要素）２２と、上方に向けて漸減する直径を有する複数の杭要素（上方の第２の杭要素）２２との２つに分けることができる。下方の第２の杭要素２２及び上方の第２の杭要素２２は、それぞれ、例えば層理面３６下及び層理面３６上に位置するように配置することができる。あるいは、図示の例のように、下方の第２の杭要素２２及び上方の第２の杭要素２２がこれらの双方に共通の杭要素である最大の直径を有する第２の杭要素２２ａを含むものとすることができる。共通の杭要素２２ａはその厚さ寸法内を層理面３６が横切る位置に配置することができ、この位置において最大の剪断力を受ける。
【００３１】
この例によれば、層理面３６の近傍に比較的大きい直径を有する第２の杭要素２２が配置される（図３の右方に実線で示す杭１０参照）。層理面３６の近傍は地震時に比較的大きい度合いの地盤変形をするところ、比較的大きい直径を有する第２の杭要素２２が、前記地表面の近傍における第２の杭要素２２におけると同様、この比較的大きい地盤変形に呼応した比較的多量の横滑りをする。また、これにより、より多くの地震エネルギが吸収される。
【００３２】
他方、下方及び上方の第１の杭要素２０は、図１に示す例におけると同様、比較的地盤変形の大きいところ、すなわち層理面３６から離れたところに位置する。したがって、図１に示す例におけると同様、第１の杭要素２０に生じる横滑りの大きさは比較的小さい（図３の右方に仮想線で示す杭１０参照）。図示の例では、下方の第１の杭要素２０及び上方の第１の杭要素２０が、それぞれ、これらの直径が同一に設定されている。図示の例に代えて、各第１の杭要素２０の直径の大きさを第２の杭要素２２の直径より小さいものとし、さらに、各第１の杭要素２０の直径の大きさを互いに異なるものとすることができる。
【００３３】
図４に示すように、前記した共通の第２の杭要素２２ａは、互いに重なり合う二対の円板４２，４４からなるものとすることができる。二対の円板４２，４４は、各対の円板がこれらの周縁において互いに接しかつこれらの円板の周囲を取り囲む仮想円筒面４６に内接するように配置されている。二対の円板４２，４４は、好ましくは、平面で見て互いに十字をなすように配置する。これによれば、共通の第２の杭要素２２ａが４つの円板４２，４４からなり、また、これらの円板が重ね合わされた状態で設置されることから、共通の第２の杭要素２２ａを単一の円板からなるものとする場合に比べて、杭１０の設置のために地盤１２に掘削された孔内への最大直径の杭要素の搬入及び設置を比較的容易に行うことができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  杭
１２  地盤
１４  構造物
１６  フーチング
２０  第１の杭要素
２２  第２の杭要素
２２ａ  共通の第２の杭要素
２４  杭先端
２６  杭頭
３０  鋼材
【図１】
2014005614.tif 000003
【図２】
2014005614.tif 000004
【図３】
2014005614.tif 000005
【図４】
2014005614.tif 000006