(57)【要約】【課題】  真水、海水や下水、又は水中の生物、植物、昆虫若しくはその他の食べることが好きなものに晒された場合に、錆びず、腐食せず、又は分解しない成分であること（ａ）、生コンクリートを得ることを現場に対して要求しないこと（ｂ）、現場への輸送が容易であること（ｃ）等の技術的要求のすべてに添うような基礎杭又は類似の耐荷重体を提供すること。【解決手段】  この課題を達成するために、本発明の基礎杭は、最内部と、前記最内部の外側を放射状に囲繞して非金属材料からなる構造管部と、前記構造管部の外側を放射状に囲繞し、前記構造管部と接する複合材料層と、前記複合材料層の外側面に用いられる摩擦コーティングと、を備えたことを特徴とする。
2005525490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最内部と、
前記最内部の外側を放射状に囲繞して非金属材料からなる構造管部と、
前記構造管部の外側を放射状に囲繞し、前記構造管部と接する複合材料層と、
前記複合材料層の外側面に用いられる摩擦コーティングと、
を備えたことを特徴とする基礎杭。
【請求項２】
前記構造管部は、コンクリート、プラスチック、ゴム及び構造泡の何れか又はこれらの組合せからなる素材によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【請求項３】
前記複合材料層は、ガラス繊維及び炭素繊維の何れか又はこれらの組合せからなる素材によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【請求項４】
前記複合材料層は、複数の別個の層からなることを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【請求項５】
前記複合材料層は、杭を設置した後に酸化するべく、金属成分を含むことを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【請求項６】
前記構造管部と前記複合材料層との間に接続層をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【請求項７】
前記接続層は、樹脂からなることを特徴とする請求項６記載の基礎杭。
【請求項８】
前記複合材料層と前記摩擦コーティングとの間に接続層をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【請求項９】
前記接続層は、樹脂からなることを特徴とする請求項８記載の基礎杭。
【請求項１０】
前記最内部は、中空導管を形成することを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【請求項１１】
前記中空導管は、充填材によって充填されていることを特徴とする請求項１０記載の基礎杭。
【請求項１２】
前記最内部は、固体であることを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【請求項１３】
前記最内部の内側に位置する少なくとも１つの伸長テンドンをさらに備え、伸長方向に伸長されていることを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎杭及び類似の耐荷重構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下のａ）〜ｍ）の技術特性のすべてに応えるために、現在の技術を前進させるような杭及び／又は類似の耐荷重構造体が必要となる。
ａ）  真水、海水や下水、又は水中の生物、植物、昆虫若しくはその他の食べることが好きなものに晒された場合に、錆びず、腐食せず、又は分解しない成分であること。
ｂ）  生コンクリートを得ることを現場に対して要求しないこと。
ｃ）  現場への輸送が容易であること。
ｄ）  海及びその他の用途において、浮かぶことのできる杭のように（但し、杭に限られるものではない。）、取扱い及びリギングが容易であること。
ｅ）  高価な取扱い及び／又は杭打設備を新たに必要としないこと。
ｆ）  杭のように（但し、杭に限られるものではない。）、構造部セクションの組立てが容易であること。
ｇ）  州局によって証明されて（ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ）用いられており、連邦機関によって使用が承認されているコンポーネントによる杭、設計及び構造など（但し、これらに限られるものではない。）のような構造部セクションであること。
ｈ） 既存の技術設計コードの使用が可能であり、適切な技術設計一致基準及びスペックを満たすこと。
ｉ）  高い「表面摩擦係数」を提供すること。
ｊ）  杭の設計者が、杭の「表面摩擦係数」を、杭が配置されるべき土壌基盤に調整させることができること。
ｋ）  杭など（但し、杭に制限されるものではない。）の構造部セクションが、「摩耗面」の利用によって難燃性であること。
ｌ）  杭など（但し、杭に制限されるものではない。）の構造部セクションが、衝撃による損傷に耐えるものであって、杭の設計は、「摩耗面」の効用によって、輸送、配置、設置及び意図された使用などに関連して予想される衝撃による荷重、並びに安全性を考慮に入れることを可能とするものであること。
ｍ）  杭など（但し、杭に制限されるものではない。）の構造部セクションの設計が、原位置での検査を可能とするものであること。
【０００３】
従来、海洋で用いられる杭の構造に関する技術は、経済的かつ技術的理由により、鋼、木又は金属補強コンクリートから製造されたものに限られてきた。
金属成分の腐食や、木製構成部に対する海生動物による限りない攻撃から生じる維持費のため、海用杭構造に関する現在技術の欠点に取り組む多くの試みがなされてきた。
【０００４】
グロッセとフェール（米国特許番号３，９３９，６６５（１９７６年２月２４日））は、既に現場で用いられている金属製Ｈ型杭を保護する「・・・硬プラスチックの外部シールドから成る耐腐食性カバーによるコーティングを用いること」について述べている。グロッセとフェール（米国特許番号３，９３９，６６５）は、「・・・水面下及び半水面下環境における腐食からの金属製杭の保護に関する。」ものである。グロッセとフェール（米国特許番号３，９３９，６６５）は、フォクス（米国特許番号１，０１３，７５８（１９１２年１月２日））、ドラスベルら（米国特許番号２，８７４，５４８（１９５９年２月２４日））、リドル（米国特許番号３，３２１，９２４（１９６７年５月３０日））、及びウィズウェル（米国特許番号３，３７０，９９８）を参照して、次のように述べる。すなわち、「そのような先行技術による開示および実践は、一般的には、杭に耐腐食性コーティングを付与するためにある程度は有効であるものの、Ｈ型又はＩ型の金属製杭又はその他の不規則形状をした杭に耐腐食性コーティングを付与する場合においても顕著な効果を示したとはいえない。Ｈ型又はＩ型杭の、外部のプラスチックコーティングの内部と外部との間に存する水分を除外するのに有効な良好の相互適合を得ることは、そのような杭の不都合な形状のため、極めて困難であり、多くの場合殆ど不可能であると証明されている。」と述べる。
【０００５】
グロッセとフェール（米国特許番号３，９３９，６６５）は、金属製の杭の使用がなぜ良好な設計でないのかを説明する。グロッセとフェール（米国特許番号３，９３９，６６５）から引用するに、「鉄は、良く知られているところであるが、通常の表面の大気条件にさらされた場合に安定しない。そのような条件の下においては、保護されていない鉄は、化合していない金属よりも表面状況下で安定的である様々な酸化鉄を生成するべく酸化する。そのような酸化または腐食は、知られているように、水、特に海水のボディーの表面下で加速される。金属面の腐食は、いわゆる「水はね域」において特に激しく生じる。水はね域は、水のボディーの表面付近の区域をいい、この区域は、潮の変化する水位、波の切れ目、波のしぶき、及び金属構造物に接する様々な他の乱れによって、水と空気に交互に晒される。」
【０００６】
グロッセとフェール（米国特許番号３，９３９，６６５）は、関連する問題がすべて与えられたにもかかわらず、Ｈ型杭又はＩ型杭がなぜ杭に使用されるのかという点について答えない。グロッセとフェール（米国特許番号３，９３９，６６５）は、「不運にも、Ｈ型及びＩ型杭は、その重さのため強く頑丈であるものの、腐食させる環境に晒されたときに酸化作用及びその他の腐食作用を受けやすい金属（通常は鉄）で作られた大きな表面積を有している。」と述べる。
Ｈ型及びＩ型杭が腐食問題にもかかわらず多用されるのは、それらが「・・・大きな表面積・・・」を有しているからである。杭は土壌基盤に「打ち込まれる」。杭を「打ち込む」行為は、土壌基盤と杭の表面の間に摩擦を生じさせる。これは、一般に杭の表面摩擦と呼ばれる。杭の表面摩擦は、しばしば、土壌基盤が提供する物理的サポートの殆ど又はすべてを説明する。表面摩擦が支配的な支持機構である場合に杭を用いるとき、「（表面積）／（横断面積）比率」は、種々の理由により重要な経済問題となる。
【０００７】
それらの理由として、下記のＡ）ないしＤ）が挙げられる（これらに制限されるものでない。）。
Ａ）杭セクションの設置場所までの運送費。杭セクションの設置場所までの運送費は、どれだけの「表面積」を一度に輸送することができるかということに関連するものである。
すなわち、摩擦が重要な設計要素である場合には、構造部の単位長当たりに生じる摩擦が大きくなればなるほど、総輸送費及び明らかに他の関連費が低くなるからであろう。
それゆえに、「丸い」断面は「正方形」ほど効率的でなく、「正方形」は「三角形」等ほど効率的でない。
本発明のより効率的な形状は、特定利用において、「波状の」「シート」杭となるであろう。
【０００８】
Ｂ）杭打操作は、要求される設計荷重に抵抗する摩擦量を生じさせるのに、杭を土壌基盤に対してどれくらいの時間「押し付ける」ことが必要となるのかという作用である。「（表面積）／（横断面積）の比率」が大きくなればなるほど、要求される摩擦を生じさせるために、土壌基盤に打ち込まことが必要となる杭の長さはより短くなる。
【０００９】
Ｃ）非常に「弱い」土壌基盤条件においては、杭自体の「むだ負荷」となる重さが、表面積の単位長さに対する比率として、設計要素になる。
すなわち、杭基礎は、杭自体の重さを含め、すべての設計荷重に耐えるように設計されなければならない。
問題の杭の重さを減らす一方で、杭と土壌基盤の間の摩擦負荷に利用可能な表面積の合計を増加させることは、問題の杭基礎に保持されることが意図された構造に対する、材料のより全面的で経済的な使用を可能とする。
【００１０】
Ｄ）往々にして、現場のマクロ的な土壌基盤は、「弱い土」の層と交錯した「強い土」の層を含んでいる。より短い杭は、杭基礎を設置した後に基礎不安定性を招来しうる「弱い土」の層まで深く浸透せずに、設計荷重の十分な発生を可能にする。例えば、杭基礎が、（以前に水密層に「穴を開ける」こととなる）「弱い土」の層又は一連の「弱い土」の層を通って埋め込まれる場合、前記の層の荷重支持容量の削減に帰着しうる  問題の層を「脱水」することができるようになる。
【００１１】
グロッセとフェール（米国特許番号３，９３９，６６５）は、杭インストーラーに、原位置にある杭に対して「・・・内側面に適用された重いグリース又は他の石油生成物・・・」を使用させるであろう。グロッセとフェール（米国特許番号３，９３９，６６５）の特許当時、すなわち１９７６年における技術水準では、このやり方が可能であったであろうが、今日においては、現在の米国環境保護庁による規制によってそのようなやり方を実践することがより高価なものとなっている。
【００１２】
フォックス（米国特許番号４，０１９，３０１（１９７７年１０月２４日））は、「コンクリートを保護するシステム、すなわち木及び鋼の杭又はその他の構造は、水の作用により腐食又は疲労しやすい。このシステムは、覆いスリーブ・・・と、前記覆いスリーブと杭との間の・・・充填剤とを含む。」と述べ、さらに、「水または他の部材から同じものを保護し、かつ構造体の元の構造を保持するべく疲労箇所を再生するために、該覆いスリーブと充填剤とは当該構造に永久に残される。」と述べる。フォックス（米国特許番号４，０１９，３０１）は、古い時代に適合する発明である。それは、原位置にある杭の修理を意図するものである。フォックス（米国特許番号４，０１９，３０１）から引用するに、「・・・また、ガラス繊維、エポキシ樹脂または類似素材などの不活発なスリーブは、杭の周囲に適合するように形成され、また杭打ちする場所であって、水面よりも下に位置される。覆いスリーブと杭との間のスペースでは、エポキシ樹脂グラウト又は同種の物からなる充填剤が配置され、脱水処理の必要なく杭用の保護カバーを完成するようセットすることが可能である。」上に言及されるように、フォクスの当時の技術的水準はこのやり方を可能にしたのに対して、現在の米国環境保護庁による規制によってそのようなやり方を実践することは、現在の米国環境保護庁の定める要件の下で適法に実践しようとするならば、より高価なものとなっている。フォックスの発明（米国特許番号４，０１９，３０１）の潜在的な環境的側面に加えて、フォックス（米国特許番号４，０１９，３０１）の性質は、構造的問題を隠蔽する。
【００１３】
フォックス（米国特許番号４，０１９，３０１）の「容器」、コルベールら（米国特許番号４，０２３，３７４（１９７７年５月１７日））の「スリーブ」、ムーア（米国特許番号４，３０６，８２１（１９８１年１２月２２日））の「外部の周辺形式」、フォーリー（米国特許番号５，６３３，０５７（１，９９７年５月２７日）の  「スリーブを強化する複合物」、又はニューネルら（米国特許番号５，９２５，５７９（１９９９年７月２日））は、 問題の構造部に意図しない構造的負荷をかけることとなるであろう。
上記の発明はすべて、元々の構造部材の直径を増加させる。そうする際に、当初意図した断面係数は、より大きな断面係数となる。加えて、前述の発明において引用された材料の使用は、負荷をかけた場合に、構造部材の耐負荷容量を著しく増加させるかもしれないだけでなく、前記構造部材の歪み特性を著しく増加させるかもしれない。「強度」がこのように前記構造部まで増加することは、それ自体では、重要でないのかもしれない。しかしながら、言及された構造部材は、通常、より大きく、より複雑な構造をしたシステムの単一の構成部分である。すなわち、ふ頭の場合、すなわち構造部材がふ頭のデッキを保持するために使用される多くの杭の一つである場合には、一本の杭の強度の増加は、より少ない堅い杭から単一のより堅い杭に対して負荷を移転させるであろう。負荷力の集中は、波止場の構造的システムのどこかで、重大で意図しない構造的負荷となる。
【００１４】
フォックス（米国特許番号４，０１９，３０１）では、「コンクリート、木又は鋼で作られた従来の杭が、これらの素材を組み合わせることによって強化されている場合であっても、水際で急速に悪化することは良く知られている。」とされている。ミルミランら（米国特許番号５，５９９，５９９（１，９９７年２月４日））は、「本発明は、インフラストラクチャー支持物の打放コンクリート桁や杭を防水・断絶し、腐食作用からセメントコア内の鋼/金属鉄筋やケージを保護する効果がある」として、フォックス（米国特許番号４，０１９，３０１）によって明らかにされた問題について取り組んでいる。
ミルミラン（米国特許番号５，５９９，５９９）は、被覆により防水し、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）のような高断熱材の使用により、そういった問題を取り扱わない。ミルミラン（米国特許番号５，５９９，５９９）は、ＦＲＰ外部シェルとコンクリート・コアとの間でシヤー移転のためにＦＲＰ突出構成部を用いているが、ＦＲＰ突出に対する自然で滑らかな表面からすると、疑問である。最後に、ミルミラン（米国特許番号５，５９９，５９９）は、外部のＦＲＰシェルとコンクリート・コアとの間を結合することについて何ら提示するものでない。コンクリートの性質が年月を経るにつれて老朽化するものであるならば、ＦＲＰシェルとコンクリート・コアとの間のいかなる当初のシヤー移転結合も、時とともに低下するに違いない。フォーリー（米国特許番号５，６３３，０５７）によって示さているように、シヤーとは、「・・・コンクリート・スラリー・・・収縮・老朽化・・・のため、荷重の伝達が十分でない・・・」ことをいう。
【００１５】
ミルミラン（米国特許番号５，５９９，５９９）で開示されている実施形態（図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂ）の何れにおいても、ミルミラン（米国特許番号５，５９９，５９９）から引用するに、「当該発明は、コンクリートで満たされた中空のＦＲＰシェルから成る」。ミルミラン（米国特許番号５，５９９，５９９）は、「・・・当該発明は、コンクリート杭として使用することができる・・・」と提案する一方で、その発明は、そこにいうＦＲＰが如何にして表面摩擦を強化するのかという点について述べておらず、当該発明を土壌基盤に設置する行為において如何にして「防水性」を維持するのかという点についても述べていない。上記の土壌構造部材として使用することに関し、ミルミラン（米国特許番号５，５９９，５９９）は、防災及び／損傷からの外側壁の保護について取り組むことを見落としており、これらは何れも、ミルミラン（米国特許番号５，５９９，５９９）の構造の構造上の保全性を直接に脅かすものである。
【００１６】
マーチら（米国特許番号５，６５８，５１９（１９９７年８月１９日））は、火災の脅威に取り組むものでも、表面摩擦の問題に取り組むものでも、プラスチックの使用と関連する経済的コストに取り組むものでもない。マーチ（米国特許番号５，６５８，５１９）は、杭などが取り扱われ、打ち込まれる際の「強度」の不足に取り組むものでない。マーチ（米国特許番号５，６５８，５１９）は、各部の杭を現場で取り付ける手段又は方法を提供するものでない。
【００１７】
アイズリー・ジュニア（米国特許番号５，２１８，８１０（１９９３年６月１５日））は、前記の桁に対して「輪」の強度を提供するために、外側表面に複合補強層を備えた鉄筋コンクリート桁の改善に取り組む。アイズリー・ジュニア（米国特許番号５，２１８，８１０）は、鉄筋コンクリートの桁の周囲で「覆われている」ため、一貫した性質上複合材料が残存することを求める。本発明の複合材料を構造体のコア上に戦略的に配置する能力は、桁以外の、たとえば構造ビーム（梁）（これに限られるものではない。）などの用途で用いることを可能とする。海洋基礎杭という特別の場合においては、現場において杭を取り扱う現在の技術は、「ビーム（梁）」としての役割をする杭が求められている。アイズリー・ジュニア（米国特許番号５，２１８，８１０）は、改善された用途について取り組むのみであって、完全な構造部の、予め組み立てられた及び／又はプレキャストの及び／又は現場を離れた場所での製造／組立てについて取り組むものでなく、それ故に、アイズリー・ジュニア（米国特許番号５，２１８，８１０）は、予め組み立てられ、プレキャストされた構造部の取扱いに関する現在技術における問題に取り組むものでない。
基礎杭及び類似の耐荷重体を更に改善することが望ましいと考えられている。
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−２３３１６５  この文献においては、鋼製杭本体の海上の露出部および海中の所望深さまでを被うことができる高さで、鋼製杭本体の外面を引張状態で被うことができる幅を有する弾性材製のカバーを鋼製杭本体の上記箇所の外面に密着させて取り付けた鋼製杭に関する技術が開示されている。  しかしながら、この文献が開示する技術による場合、防錆効果を得るための部材点数が増えてしまい、現実的でないという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
そこで、本発明は、先行技術の欠点を克服する基礎杭を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の基礎杭は、最内部と、
前記最内部の外側を放射状に囲繞して非金属材料からなる構造管部と、
前記構造管部の外側を放射状に囲繞し、前記構造管部と接する複合材料層と、
前記複合材料層の外側面に用いられる摩擦コーティングと、
を備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項２に記載の基礎杭は、前記構造管部は、コンクリート、プラスチック、ゴム及び構造泡の何れか又はこれらの組合せからなる素材によって形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の基礎杭は、前記複合材料層は、ガラス繊維及び炭素繊維の何れか又はこれらの組合せからなる素材によって形成されていることを特徴とする。
請求項４に記載の基礎杭は、前記複合材料層は、複数の別個の層からなることを特徴とする。
請求項５に記載の基礎杭は、前記複合材料層は、杭を設置した後に酸化するべく、金属成分を含むことを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
請求項６に記載の基礎杭は、前記構造管部と前記複合材料層との間に接続層をさらに備えたことを特徴とする。
請求項７に記載の基礎杭は、前記接続層は、樹脂からなることを特徴とする請求項６記載の基礎杭。
【００２２】
請求項８に記載の基礎杭は、前記複合材料層と前記摩擦コーティングとの間に接続層をさらに備えたことを特徴とする。
請求項９に記載の基礎杭は、前記接続層は、樹脂からなることを特徴とする。
請求項１０に記載の基礎杭は、前記最内部は、中空導管を形成することを特徴とする。
請求項１１に記載の基礎杭は、前記中空導管は、充填材によって充填されていることを特徴とする。
請求項１２に記載の基礎杭は、前記最内部は、固体であることを特徴とする。
請求項１３に記載の基礎杭は、前記最内部の内側に位置する少なくとも１つの伸長テンドンをさらに備え、伸長方向に伸長されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
基礎杭が本発明に従って設計された場合、グロッセに対する特許におけるような、金属パイプを接続するために外部に耐腐食性コーティングをする必要がなくなるため、表面摩擦問題に対処しないですむ。
また、腐食が望ましくないような箇所で金属を用いることを回避することができ、フォクス、ムーア、ファウル及びニュネールらに付与された特許において開示された多くの問題を解決する重要な摩擦面を提供することができる。
コンクリートが、湿ったままの状態であれば全面的な強度を増し続けるという認識に基づいて使用された場合においては、それはそのコンクリートを保護しない。
それは、ミルミランに対する特許とは対照的に、火災の脅威と衝撃による破損を回避することができ、アイズリーに対する特許とは対照的に、異なった素材からなる複合材料の個々の素材を設けることを可能にするとともに、コアとして鉄筋コンクリート以外を使用することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明による基礎杭は、たとえば、海用の基礎杭又は他の用途のための耐荷重支持体として形成することができる。
（第１の実施形態）
基礎杭の中心部は、伸長方向の軸に沿って伸びている伸縮性のテンドン１である。テンドン１は、金属から構成することもでき、プラスチックから構成することもできる。テンドン１は、公知の方法によって張力が予め付与されている。本発明の基礎杭は、番号１全体として示されている。
【００２５】
本発明の基礎杭は、中空の導管を形成する、最内部ないし最内構造を有している。典型的な実施形態として図面に示されている当該構造は、例えばプラスチックなどからなる管状の壁として形成されており、番号２によって示されている。構造２の内部の中空空間は番号３によって示されている。管状の壁は、番号３で示されているように、内部の中空空間が導管の管状の壁の内側面とテンドン１又は複数のテンドンとの間にできるような内径を有している。
【００２６】
中空導管は、構造管部４によって囲まれている。構造管部４は、さまざまな素材から形成しうるが、非金属のものでなければならない。そのような素材としては、例えば、コンクリート、プラスチック、ゴム、構造泡などがあり得る。中空導管の壁と構造管部との間の接続を良好なものとするべく、摩擦コーティングを、中空導管の管状の壁に用いても良い。摩擦コーティングは、たとえば、バインダー中で分配された砂から生成することが可能であり、エポキシ樹脂５のような樹脂から生成することも可能である。しかしながら、摩擦コーティングは絶対に必要というわけではない。
【００２７】
本発明の基礎杭の次の構成部分は、構造管部４の周囲の外側層として適用される複合材料である。複合材料層は番号６によって示されている。複合材料層６は、繊維ガラス、炭素繊維及び／又はこれらに類似する素材から形成しうる。複合材料層６は、単一のシェルとして形成することも、複数の薄層によって構成することも可能である。さらに、複合材料層６は、杭を土壌などの媒体に配置した際に酸化することが意図された金属成分を含むことも可能である。複合材料は、異なった素材からなる複数の個別片（ストリップ）から生成しうる。構造管部４は、中間接続層によって、複合材料層６と接している。番号７によって示されている中間接続層は、樹脂、例えばエポキシ樹脂又はその他の同種素材から形成しうる。
【００２８】
本発明の基礎杭の最も外側の構成部分は、番号８によって示されている摩擦コーティングである。摩擦コーティング８は、接合剤における、摩擦を付与する多くの粒子を含んでいる層として形成されうる。接合剤は、樹脂、先と同様に例えばエポキシ樹脂であっても良く、粒子は杭が埋め込まれる媒体に対応させて選択される。たとえば、砂の土壌のような細骨材からなる土壌の場合には、摩擦コーティングの充填剤の摩擦成分は砂となりえよう。弱い土である沢や沼地のような高有機質土壌の場合には、摩擦コーティングの充填剤は砕かれた岩となりえよう。
【００２９】
製造工程は下記の工程からなる。
ｉ）摩擦コーティング（常に必要となるものではない。）を、中空導管に形成し、
ｉｉ） コンクリート、及び／又はプラスチック、及び／又はゴム及び／又は構造泡を、中空導管の周囲に形成し、
ｉｉｉ） コンクリート、及び／又はプラスチック、及び／又はゴム及び／又は構造泡からなる表面へ、複合素材のシェル又は複数の層を形成し、かつ貼付し、
ｉｖ）複合材料のシェル又は複数の層に対して、摩擦コーティング材料を選択して貼付し、
ｖ） コア・マテリアルを備えた複合シェルおよび充填シェルに対して、内部摩擦コーティングを選択的に加える。
【００３０】
「杭の打込み」の問題に関し、杭がその頭部で振動ないし連打されることによって打ち込まれる際に、打ち込まれる力を、「打込み」力に抵抗する土の層に接している杭の先端及び表面に伝達しなければならない。
杭身が杭打ハンマの衝撃に抵抗する性能を有するように設計する必要はないが、杭打ハンマに露出される杭のエンドは、衝撃に耐えて杭身へ打込みの負荷を一様に伝達できるように強化されていなければならない。
【００３１】
各杭セクションの組立てに関し、４０〜４５フィートの標準的トレイラー・トラックの通常の長さ制限の場合、通常は、複数の杭セクションを取り付け又は結合するための設置要件が定められている。すなわち、最初のセクションが土壌基盤に打ち込まれた場合、杭打ち操作によって、次の杭セクションを取り付けなければならない。経済的理由により、迅速な組立て手順が必要とされる。
【００３２】
歪みゲージを緊張後のストランドに設けることによって、当該構造の緊張後の導管への開閉可能な入り口を経て張力を付与した後は、製造、輸送、据付けが順調に進行しているかどうかを監視することができ、また据付け後においては、設置された杭基礎上に構造体を配置する前、配置している最中、配置した後の荷重の移動を監視することができる。
【００３３】
本発明は、構造部のコアに複合材料を戦略的に設けているので、コアの圧縮力のある素材を強くする「輪」を提供すること以外の応用を可能にする。このことは、構造ビーム（これに限られるものではない。）を可能とする。海用の基礎杭、すなわち海で用いられる基礎杭としての取扱いという特定の場合においては、「桁（ビーム）」としての役割を果たすように設計された杭であることが求められる。
【００３４】
以下は、必要となる次の技術特性について、本発明を海用の杭として利用した場合、如何にして応えることができるかという例を提示するものである。
ａ）  真水、海水や下水、又は水中の生物、植物、昆虫若しくはその他の食べることが好きなものに晒された場合に、錆びず、腐食せず、又は分解しない成分であること。
ｂ）  生コンクリートを得ることを現場に対して要求しないこと。
ｃ）  現場への輸送が容易であること。
ｄ）  海及びその他の用途において、浮かぶことのできる杭のように（但し、杭に限られるものではない。）、取扱い及びリギングが容易であること。
ｅ）  高価な取扱い及び／又は杭打設備を新たに必要としないこと。
ｆ）  杭のように（但し、杭に限られるものではない。）、構造部セクションの組立てが容易であること。
ｇ）  州局によって証明されて（ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ）用いられており、連邦機関によって使用が承認されているコンポーネントによる杭、設計及び構造など（但し、これらに限られるものではない。）のような構造部セクションであること。
ｈ） 既存の技術設計コードの使用が可能であり、適切な技術設計一致基準及びスペックを満たすこと。
ｉ）  高い「表面摩擦係数」を提供すること。
ｊ）  杭の設計者が、杭の「表面摩擦係数」を、杭が配置されるべき土壌基盤に調整させることができること。
ｋ）  杭など（但し、杭に制限されるものではない。）の構造部セクションが、「摩耗面」の利用によって難燃性であること。
ｌ）  杭など（但し、杭に制限されるものではない。）の構造部セクションが、衝撃による損傷に耐えるものであって、杭の設計は、「摩耗面」の効用によって、輸送、配置、設置及び意図された使用などに関連して予想される衝撃による荷重、並びに安全性を考慮に入れることを可能とするものであること。
ｍ）  杭など（但し、杭に制限されるものではない。）の構造部セクションの設計が、原位置での検査を可能とするものであること。
【００３５】
上記ａ）で述べたように、適切な海洋杭の構造は、杭が設置される場所で予想される環境に対処するものでなければならない。そのため、個々の構成部分の選択は、錆びない、腐食しない、分解しない又は食べられないもののみから成るものでなければならない。設計者は、実際、後で議論される特定の利用目的の場合においては、個々の構成部分が錆びるように設計しても良い。本発明は、問題となる環境にとって受容可能である、プラスチック、ガラス繊維、炭素繊維、ゴム、エポキシ樹脂、コンクリート及び金属といった成分を利用するものである。
【００３６】
ｂ）に関し、本発明は、あらかじめ組み立てられた杭として設計されている。コンクリートを使用する際、杭を使用する際に現場で生コンクリートが必要とならないように、当該コンクリート成分は「プレキャスト」されている。
【００３７】
上記ｃ）に関し、現場への輸送が容易であることは、本発明の経済的側面における重要な要因である。現場へのアクセスによって課される制約、及び杭打ち設備による制限は、個々の杭セクションの長さを決定するであろう。本発明は、設計によってこれに取り組む。個々の部分の長さは、現場へのアクセスを可能にする輸送がどのような種類のものによってなされるかという方法及び手段によってのみ制限される。
【００３８】
上記ｄ）に述べた、海用及びその他の用途における、取扱い及びリギングの容易性の問題に関しては、杭部が浮かぶことが必要である。本発明の設計は、杭の「身」及び／又は杭部の「端」において、構造上の「ハードポイント」の、特別の取扱い及び／又はリギングの導入を可能とする。本発明を使用した場合においては、個々の杭セクション（杭部）の構成にかかわらず、伸長テンドン中空導管の直径、それ故にまた体積を調整することにより、個々の杭セクションの「浮揚」を保障するように設計することが可能である。杭セクションの「横側への」損失は、海用の場合においては、物理的に危険となりえ、かつ経済的に高価となりうる。浮揚問題を扱うことは、本発明の重要な側面である。所与の体積に対する全重量の設計の提供という別の側面は、杭のユーザによって指示された運送方法の（重さ）/（体積）制限を最大にすることにより、全体的な輸送費の縮小を可能とする。
【００３９】
上記ｅ）に関し、本発明は、新規で高価な杭打設備を全く必要としない。本発明は、既存の杭打設備を使用する。
【００４０】
上記ｆ）に関し、本発明によれば、現場において、杭セクションを別の杭に迅速に接合することが可能である。既に用いられており、連邦及び州の輸送局によって承認されているプレキャスト・コンクリート構造部を接合する方法を使用することによって、本発明は、迅速な若しくは現在の技術よりも迅速な及び／又は現在の技術よりも廉価な、杭セクションの結合を提供する。
【００４１】
上記ｇ）に関し、本発明の杭の設計及び構造は、州局によって証明されて（ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ）用いられており、連邦機関によって使用が承認されているコンポーネントを形成する、新規な手段及び方法である。既に証明されて（ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ）いるコンポーネントを使用することは、同業者によって本発明が迅速に受け容れられることを可能とする。
【００４２】
上記ｈ）に関し、ｇ）にサポートされ、本発明は、既存の技術設計コードの使用を可能とし、適切な設計基準及びスペックを満たす。
【００４３】
上記ｉ）に関し、本発明は、高い「表面摩擦係数」(杭の設計荷重要件を超過する負荷)を提供する。杭基礎のコストは、通常、杭と問題となる土壌基盤との「表面」と、杭と土壌基盤とが接する合計表面積との間に生じる摩擦の一次関数である。インターフェース・エリアと結び付けられた表面摩擦は、杭の数と個々の杭が打ち込まれるべき長さとがこれら２つの一次関数であるので、多くの海の杭基礎がどれくらい高価となるかを規定する。本発明は、個々の杭セクションの横断面形状への柔軟な設計アプローチを提供することにより、杭の土壌基盤に対する合計表面積の問題を扱う。
【００４４】
上記ｊ）に関し、本発明は、杭の設計者に対して、杭の「表面土壌の係数」を杭が設置されるであろう土壌基盤に合わせるための設計柔軟性を付与する。既に述べたように、杭の設計は、往々にして、杭の表面摩擦、及び杭と土壌とが接する面の合計面積の問題である。
基礎の技術者は、土壌のボーリングに対するアクセスを有する。そのため、摩擦係数を最大化するために、杭の表面コーティングを、土壌、フリント（これに限られるものではない。）のような砕石、砂、エポキシ及び／又は複合樹脂のサイズを測ったり、これらを混ぜ合わせたりすることによって、所定の土壌基盤成分に調整することは、杭の数、及び／又は個々の杭のコスト及び総基礎コストに直接に影響することとなる杭が打ち込まれるべき深さを最小化する。
【００４５】
上記ｋ）に関し、本発明は、杭が耐火性でなければならないという要求を満たすものである。
現在の技術は、ガラス繊維及び炭素繊維布のような材料から成る外側シェルを用いる多くの手段及び方法を提示するが、これらの複合材料は、強い熱及び／又は火に曝されると、急速に強度を失う傾向がある。現在の技術は、さらに、コア素材の完全な被覆及び密閉を強調するが、これは通常コンクリートである。現在の技術は、実際、外側シェルの断絶性及び防水性の効果を強調する。本発明は、複合材料のシェルを囲む、「断絶部材」、「防水部材」の使用を必要としない。火災が生じた場合に曝されるであろう杭のトップ部を用いることにより（これに限られるものではない。）、本発明は、当該複合材料が、杭の「身」に対して長手方向及び／又は周囲及び／又は対角線方向を向くような「ストリップ」状で取り付けられることとなる設計を可能とする。形状は、火が関心事である場合、外部の「摩擦」コートに対して「コア」材料を露出しておくギャップ又は穴を備えているべきである。コンクリートを「コア」として使用する場合、特に海の杭として使用する場合においては、コンクリートの中へ水が浸入してくることが有益である。コンクリート、特にプレキャスト・コンクリートは、養生後に湿ったままにしておくと、構造的な強度を実際に増す。「開いた」形状の便益は、火災の場合には、「コア」のかなりの「熱だめ」を可能とする点にあり、コンクリートの場合には、複合材料シェルが構造的強度を喪失する前に長い猶予期間を可能にする複合材料シェルから熱を放射する点にある。外部の「摩擦」コートは、熱に敏感な複合材料シェルに対して保護を提供するナチュラルな断絶体の役割をする。
【００４６】
上記ｌ）に関し、前述の当該外部の「摩擦」コートは、輸送、配置、設置および用途と関連して予期される衝撃荷重を許す。現在の技術は、建設現場と通常関連した粗い操作方法、及び複合材料シェルがドンと打たれるか、突き当てられるか、あるいは、その意図した場所に至るまでの任意の層で傷ついてしまった場合に生じ得る潜在的な損傷に取り組むものでない。ガラス繊維や利用可能な同種素材を利用している２、３の海用杭設計がある限り、それらはすべて多くの欠点に苦しむ。第一に、大部分は「表面摩擦」に取り組むものでない。これは、エンジニアリング及び経済的な考察の両方に影響する重要な見落としである。海の杭の「表面摩擦係数」は、サンド・ペーパーのグレードと類似する。通常、表面が「より粗く」、「よりがさつく」と、「表面摩擦係数」はより高くなる。杭が（連打されて）設置されるべき土壌基盤は、「摩擦」を生じさせる杭表面の相手方（パートナー）であるので、「通常」という語が使用される。
そうであるので、杭の設計者に対して、杭の表面のプロフィールを、問題となる土壌基盤に適合させるための能力を提示することは、特定の土壌基盤を与えられた杭の長さをより短くしうるであろう。これは、購入するべき杭の直線的長さを短くし、及び打ち込むべき直線的長さを短くする。つまり、より経済的な杭設計に帰着する。砂の段階的選択、及び／又は粉砕された岩及び／又はその他の摩擦性物質の段階的選択から成る「摩擦コート」を用いることは、問題となる土壌基盤に対する「表面摩擦係数」と、火災及び／又は複合張力コーティングの潜在的な衝撃断絶とを提供する。
【００４７】
上記ｍ）に関し、従来の基礎構造の性質は、いったん設置された杭の検査を制限するものであった。本発明は、伸長テンドン空間経由で、原位置での検査のための杭構造を提供する。杭を設置する際に、ある杭部の空間から次の杭部の空間へ、密封した通路がインストールされた場合には、標準構造の検査カメラ設備が潜り込んで「蛇のように」杭全体を行き来する。杭の長さに対するこの同じ通路は、複合材料シェルと外部の「摩擦」コートとの間に意図的に設けられた金属成分を酸化させるための空気及び／又は酸素の供給路として用いることもできる。酸化は、「摩擦」コート・コンポーネントを押している金属酸化膜を、周囲の土壌基盤の中へ「拡大」させ、このようにして摩擦抵抗を増加させる。中空導管は、用いられるならば、さらに、土壌基盤における個々の杭セクションの実際の位置に関して情報を提供することができる設備の設置を可能にする。
【００４８】
（第２の実施形態）
図３に示される第２の実施形態においては、最内部の内部空間は、たとえば、リサイクル・プラスチック、リサイクル・ゴム、コンクリートなどの充填材で満たされている。
【００４９】
（第３の実施形態）
図４に示される第３の実施形態においては、最内部の構成部分は固体であって、それらの素材又はその他の素材から形成することが可能である。
テンドン１は、すべての実施形態において、杭の内部に位置されうる。
【００５０】
なお、以上３つの実施形態に示した具体的態様以外の態様についても、本発明の目的の範囲内で各種の変形実施、変形的な構成が可能であり、出願人は、このような変形実施等を排除する意思を有していないので、特許請求の範囲を解釈する際には当該各種の変形態様も含まれるものとして解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における基礎杭の縦断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態における基礎杭の横断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態における基礎杭の縦断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態における基礎杭の横断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  伸長テンドン
２  最内部（最内構造）
４  構造管部
６  複合材料層
７  接続層（中間接続層）
８  摩擦コーティング  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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