(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管杭の中心部に、支持層に到達して先端抵抗力を受ける芯杭が前記鋼管杭の内周面との間に若干の間隙をあけて設置され、当該芯杭にはその杭径をＤとするとき０．０３Ｄ程度の歪みを発生する大きさのプレロードが付与されており、前記プレロードを与えられた芯杭と鋼管杭との前記間隙に粘弾性体が充填されており、芯杭が上載荷重を受けた際の周面摩擦抵抗力は粘弾性体及び鋼管杭を介して地盤に伝達される構成であることを特徴とする、高信頼性の杭。
【請求項２】
中堀り工法により鋼管杭を地中に建込み、前記鋼管杭の中空部内の中心部に前記鋼管杭の内周面との間に若干の間隙をあける直径の芯杭を支持層に到達する状態に設置し、前記芯杭にその杭径をＤとするとき０．０３Ｄ程度の歪みを発生する大きさのプレロードを付与し、その後に、芯杭と鋼管杭との前記間隙に粘弾性体を充填する工程から成ることを特徴とする、高信頼性の杭を製造する方法。
【請求項３】
粘弾性体は、シール材、砂、又はベントナイトであることを特徴とする、請求項１に記載した高信頼性の杭。
【請求項４】
芯杭は、プレキャストコンクリート杭又は鉄筋コンクリート造若しくは鉄骨鉄筋コンクリート造の杭、又は鋼管巻き場所打ちコンクリート杭であることを特徴とする、請求項１に記載した高信頼性の杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として建造物の基礎を構成する支持杭として利用される高信頼性の杭と、その製造方法（構築方法）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建造物の支持杭の静的支持力の計算法は、図２に例示したように、杭体ａの先端を支持層ｂに到達させ、上載荷重Ｐを先端抵抗力ＱＰ  と周面摩擦抵抗力ＱＦ  との合力Ｒで支持するものとして設計、施工されている。即ち、Ｒ＝ＱＰ  ＋ＱＦ    とし、  Ｒａ  ＞Ｐ  の条件を満足するように、極限設計法では安全係数Ｆを考慮して  Ｐ≦１／Ｆ（ＱＰ  ＋ＱＦ  ）  の条件を満たすように設計、施工されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
従来の支持杭に関する極限設計法では、力の大きさにのみ注目して、地盤の歪と応力に基づく計算をしていないから合理性、信頼性に欠ける。と云うのも、長い杭の支持力を先端抵抗力と周面摩擦抵抗力の二面から検証してゆくと、杭の上載荷重は、地表面から始まる地盤の歪と応力に起因する周面摩擦抵抗力の働きによって大部分を支持するメカニズムになっており、先端抵抗力はほとんど働いていない（図３参照）。具体的に云えば、図３に応力−歪特性を示しているように、杭の周面摩擦抵抗力ＱＦは零点から急勾配で上昇して、杭径Ｄとは無関係に杭の周面と地盤のずれが１０〜２０mmで極大（ピーク）に達する。他方、先端抵抗力ＱＰは極めて緩やかな上昇勾配を描き、かなり大きな変形量（０．１Ｄ〜０．２５Ｄ）でやっと極大に達する。従って、例えば変形量０．１Ｄを基準にとった場合の抵抗合力Ｒａは、Ｒａ＝ＱＦａ＋ＱＰａということになり、ＱＦａはもとより、ＱＰａは極大値ＱＦ、ＱＰに比較すると数分の一の大きさでしかない。
【０００４】
にもかかわらず、現状の設計手法は、極大値ＱＦ  ，ＱＰ  を前提とした合力Ｒ＝ＱＦ  ＋ＱＰ  に安全係数１／Ｆを乗じて信頼性を確保しているので、大変大雑把で合理性、信頼性に欠ける設計、施工になっている。
従って、本発明の目的は、応力と歪の挙動に基づいた杭の周面摩擦抵抗力及び先端抵抗力を可及的に有効に重畳的に働かせることにより高信頼性を発揮する杭とその製造方法を提供することである。
【０００５】
本発明の次の目的は、杭の実際的な荷重支持機能に有効で経済的な設計、施工が可能な高信頼性の杭及びその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る高信頼性の杭は、
鋼管杭の中心部に、支持層に到達して先端抵抗力を受ける芯杭が前記鋼管杭の内周面との間に若干の間隙をあけて設置され、当該芯杭にはその杭径をＤとするとき０．０３Ｄ程度の歪みを発生する大きさのプレロードが付与されており、前記プレロードを与えられた芯杭と鋼管杭との前記間隙に粘弾性体が充填されており、芯杭が上載荷重を受けた際の周面摩擦抵抗力は粘弾性体及び鋼管杭を介して地盤に伝達される構成であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載した発明に係る高信頼性の杭を製造する方法は、
中堀り工法により鋼管杭を地中に建込み、前記鋼管杭の中空部内の中心部に前記鋼管杭の内周面との間に若干の隙間をあける直径の芯杭を支持層に到達する状態に設置し、前記芯杭にその杭径をＤとするとき０．０３Ｄ程度の歪みを発生する大きさのプレロードを付与し、その後に、芯杭と鋼管杭との前記間隙に粘弾性体を充填する工程から成ることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した高信頼性の杭において、粘弾性体は、シール材、砂、又はベントナイトであることを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、請求項１に記載した高信頼性の杭において、芯杭はプレキャストコンクリート杭又は鉄筋コンクリート造若しくは鉄骨鉄筋コンクリート造の杭、又は鋼管巻き場所打ちコンクリート杭であることを特徴とする。
【０００９】
本発明のように、鋼管杭の中に設置した芯杭にプレロード（上載荷重）を与えると、このプレロードは杭体を通じて先端の支持層へ直接的に伝達され、支持層から受ける先端抵抗力によって支持される。従って、この時の先端抵抗力Ｑ’ｐは図３中に示したように周面摩擦抵抗力が働く以前に急勾配で上昇する。プレロードは芯杭がその杭径をＤとするとき０．０３Ｄ程度の歪みを発生する大きさまで付与される。その後、鋼管杭と芯杭との隙間に粘弾性体が充填されるので、芯杭が上載荷重を受けると、同芯杭の沈下に伴い周面の粘弾性体の歪みに伴って発生する応力に起因する周面摩擦抵抗力ＱＦが増大してゆき、両者の合力（Ｑ’ｐ＋ＱＦ）で前記上載荷重を支持することになる。この場合、先端抵抗力Ｑ’ｐが卓越した内容であり、基準となる変形量０．１Ｄの近辺で先端抵抗力Ｑ’ｐａ及び周面摩擦抵抗力ＱＦａがピークを迎えるので、両者の合力Ｒａ＝Ｑ’ｐａ＋ＱＦａ は実質的な働きとして発揮され、もって高い信頼性の杭となる。
【００１０】
【発明の実施の形態、実施例】
以下に、図示した本発明の実施例を説明する。
図１に示した支持杭１は、中心部の芯杭２が、粘弾性体を充填する以前に、杭先端を地下の支持層５に到達させられ、直接先端抵抗力を受ける（支持される）状態で設置される。鋼管杭３は、前記芯杭２の外周に２０ｃｍ〜３０ｃｍ程度の均等な隙間をあける内径のものとされ、地中に必要十分な深さまで設置されている。芯杭２には、それが０．０３Ｄ程度歪む大きさのプレロード（上載荷重）を付与される。プレロードの付与後に、前記芯杭２と鋼管杭３との隙間中にシール材、砂、ベントナイト等の粘弾性体４が密実に充填される。従って、芯杭２の外周面と粘弾性体４及び鋼管杭３の間に摩擦抵抗力が発生し、該抵抗力は粘弾性体４から鋼管杭３を経て周辺地盤へ伝達する構成とされる。粘弾性体４の材質、性能は前記の機能を奏する物質であればよく、特に前記例示のものに限らない。この高支持力杭１を構成する芯杭２の外径は一般的に２．５ｍ、鋼管杭３の外径は３．０ｍぐらいの大きさとされる。芯杭２にはプレキャストコンクリート杭、又は鉄筋コンクリート造乃至鉄骨鉄筋コンクリート造の場所打ち杭、又は鋼管巻き場所打ちコンクリート杭などが適用される。鋼管杭３の深さは、粘弾性体４を介して伝達される芯杭２の周面摩擦抵抗力を周辺地盤へ伝達するのに有効な深さであれば足り、必ずしも図示例のように支持層５へ到達させることを要しない。
【００１１】
上記高信頼性の杭１を製造する方法は、まずドリリングバケット等の掘削機を使用した中掘り工法により、鋼管杭３の建込みを行う。鋼管杭３を所要の深さに設置した後に、その中空部内の中心部へ芯杭２を設置して、その先端を支持層５へ到達させ、所定大きさのプレロード（上載荷重）を付与する。かくして芯杭２に先端抵抗力が発生する状態とした上で、該芯杭２と鋼管杭３との隙間へ粘弾性体４を密実に充填する工程が実施される。
【００１２】
芯杭２の先端部に受ける先端抵抗力を可及的に大きくする手段として、芯杭先端面を水平な大径面として形成すること、そして、芯杭２と粘弾性体４との間の周面摩擦抵抗力、及び鋼管杭と粘弾性体及び周辺地盤との間の周面摩擦抵抗力を可及的に増大する手段として、芯杭２の外周面、及び鋼管杭の内・外周面の水平方向に環状（フランジ状）の凸条又は溝状（凹状）を形成し、あるいは凹凸を設けることも好適に実施される。
【００１３】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る高信頼性の杭及びその製造方法によれば、先端抵抗力が卓越した支持力を期待できると共に、地盤の歪と応力に基づいて先端抵抗力と周面摩擦抵抗力とが重畳、重複して確実に働くことを期待でき、合理的で高信頼性の支持杭等として利用できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高信頼性の杭の実施例を簡単に示した断面図である。
【図２】従来の杭及びその支持機能を示した断面図である。
【図３】杭に働く先端抵抗力と周面摩擦抵抗力の働きを応力−変形で示した特性図である。
【符号の説明】
１      高信頼性の杭
２      芯杭
３      鋼管杭
４      粘弾性体
５      支持層
【図１】
0003600885.tif 000002
【図２】
0003600885.tif 000003
【図３】
0003600885.tif 000004