(57)【要約】【課題】  本発明は、杭基礎の改良体に関し、従来の杭基礎の改良体のコスト低減と工期の短縮を図り、更に、改良体の設置自由度を増すようにすることが課題であって、それを解決することである。【解決手段】  軟弱な表層地盤５の下方における支持層に先端部が支持された支持杭が配設され、前記表層地盤における前記支持杭の通り芯に沿って形成される改良体３において、前記改良体３は、支持杭毎に個別に設けられ、支持杭２の頭部から所要深さで水平方向に十字状に張り出して隣接の改良体３と非連続的に形成されている杭基礎の改良体３とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱な表層地盤の下方における支持層に先端部が支持された支持杭が配設され、前記表層地盤における前記支持杭の通り芯に沿って形成される改良体において、
前記改良体は、支持杭毎に個別に設けられ、支持杭の頭部から所要深さで水平方向に十字状に張り出して隣接の改良体と非連続的に形成されていること、
を特徴とする杭基礎の改良体。
【請求項２】
改良体で深層改良する場合には、単軸若しくは多軸の掘削機で表層地盤を掘削して連続壁を十字状に配設して前記改良体が形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の杭基礎の改良体。
【請求項３】
十字状の改良体の長さ：（２Ｂ）を、支持杭間のスパン：（Ｌ）に対して、
浅層改良の場合には３０％≦（２Ｂ／Ｌ）×１００≦５５％にすること、若しくは、
深層改良の場合には１６％≦（２Ｂ／Ｌ）×１００≦８０％にすること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の杭基礎の改良体。
【請求項４】
支持杭の頭部に十字状の張出し部でなる請求項１乃至３に記載の改良体を有した杭基礎を軟弱地盤に配設して杭頭部の水平剛性によって地盤の水平変位を低減させる改良体の構築工法において、
前記支持杭を支持層に支持させて格子状に配設した後に、前記支持杭の対角線と前記改良体の張出し部の軸芯とが略平行になるようにして、前記改良体を形成し配設したこと、
を特徴とする改良体の構築工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭基礎において杭を囲む軟弱な地盤を改良する工法で、更に施工性を良くしてコストの嵩まない改良体とその構築工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱な表層地盤の下方に支持地盤がある地盤において、杭基礎の水平剛性を高めたものとして、図８に示すように、前記支持層に先端部が支持された支持杭２１が配設され、地盤に配設された支持杭２１の通り芯に沿った表層地盤に、セメント系固化材を混合した高剛性な浅層改良体２２が設けられたものが知られている（特許文献1参照）。
【０００３】
前記浅層改良体は、格子状に配設された改良体による改良工法を効率的に行うようにしている。前記支持杭２１を、表層地盤の下の支持層に杭先端部を支持させるようにして打設する。該支持杭２１の通り芯に沿って格子状の浅層改良体２２を浅層混合処理工法で形成するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６２７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の杭基礎の浅層改良体とその構築工法においては、隣接する杭２１同士のスパンが長いと、改良体２２を連続的に施工するにはコストが嵩み、施工の工期も長くなる。また、深層改良体の場合は、多軸（３軸または５軸）オーガでのＳＭＷ工法(Soil Mixing Wall)  において、隣接の穿孔をセミラップさせる場合などでは、連続する部分を２日間に亘って施工する必要があって工期が長期化するものである。更に、軟弱地盤の水平抵抗力を改良させる際の設置状況に応じた改良体の配置の自由度も低いものである。本発明に係る杭基礎の改良体とその構築工法は、このような課題を解決するとともに杭の水平抵抗の改良効果を従来よりも低下させないようにするために提案されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る杭基礎の改良体の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、軟弱な表層地盤の下方における支持層に先端部が支持された支持杭が配設され、前記表層地盤における前記支持杭の通り芯に沿って形成される改良体において、前記改良体は、支持杭毎に個別に設けられ、支持杭の頭部から所要深さで水平方向に十字状に張り出して隣接の改良体と非連続的に形成されていることである。
【０００７】
前記改良体で深層改良する場合には、単軸若しくは多軸の掘削機で表層地盤を掘削して連続壁を十字状に配設して前記改良体が形成されていること、；
十字状の改良体の長さ：（２Ｂ）を、支持杭間のスパン：（Ｌ）に対して、浅層改良の場合には３０％≦（２Ｂ／Ｌ）×１００≦５５％にすること、若しくは、深層改良の場合には１６％≦（２Ｂ／Ｌ）×１００≦８０％にすることを含むものである。
【０００８】
本発明に係る改良体の構築工法における上記課題を解決して目的を達成する要旨は、支持杭の頭部に十字状の上記の改良体を有した杭基礎を軟弱地盤に配設して杭頭部の水平剛性によって地盤の水平変位を低減させる改良体の構築工法において、前記支持杭を支持層に支持させて格子状に配設した後に、前記支持杭の対角線と前記改良体の張出し部の軸芯とが略平行になるようにして、前記改良体を形成し、隣接の改良体同士が非連続になるように配設したことである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の杭基礎の改良体とその改良体を用いた構築工法によれば、改良体を隣接するものに連続させないので、表層地盤の水平変位は連続させた改良体に対しては減少するものの、改良長さの減少の割には表層地盤の水平変位の減少の割合が大きい。よって、改良長さ当たりの改良効果が大きく、それにより改良体を形成する材料費が低減され及び工期が短縮されてコストダウンとなる。
改良体を単軸もしくは多軸のオーガで連続壁に形成する場合、隣接させる連続壁とラップさせて格子状にしないので、効率的な施工が可能となる。
十字状の改良体を、各支持杭毎に形成するので、例えば、図７−Ｂ（ａ）に示すように、支持杭の通り芯ａ方向にこだわることなく施工が可能となり、軟弱地盤の改良状況に応じて、改良体の配置の自由度が高まる。例えば、改良体３，４を支持杭２，２の対角線ｂ方向に沿って前記改良体の張出し部３ａ，４ａの軸芯とが略平行になるように配設することで、この対角線ｂ方向のせん断力に抵抗することになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る浅層の地盤改良の場合における、杭基礎の改良体の概略斜視図である。
【図２】同本発明に係る杭基礎の改良体の浅層地盤モデルに一定の水平力を加えた場合の境界条件及び解析用斜視図（ａ），その平面図（ｂ），その立面図（ｃ）である。
【図３】浅層の改良体３による変位低減効果とコストダウン効果とを示した特性図（ａ）、曲げ低減効果とその曲げのコストダウン効果とを示した特性図（ｂ）である。
【図４】同本発明に係る深層の地盤改良の場合における、杭基礎の改良体の概略斜視図である。
【図５】同本発明に係る杭基礎の改良体の深層地盤モデルに一定の水平力を加えた場合の境界条件及び解析用斜視図（ａ），その平面図（ｂ），その立面図（ｃ）である。
【図６】深層の改良体４による変位低減効果とコストダウン効果とを示した特性図（ａ）、曲げ低減効果とその曲げのコストダウン効果とを示した特性図（ｂ）である。
【図７−Ａ】本発明の改良体３，４におけるスパンＬが縦，横で異なっていて正方形でない場合の配置を示す平面図である。
【図７−Ｂ】本発明の改良体３，４を、その張出し部３ａ，４ａの軸芯が対角線上に平行に配置した場合の平面図（ａ）と、支持杭の通り芯ａに沿って配置した場合の平面図（ｂ）とである。
【図８】従来例に係る杭基礎の改良体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る杭基礎の改良体と改良体の構築工法は、図１に示すように、軟弱地盤の改良に当たり、各支持杭の頭部に表層地盤にセメント系固化材を混合した高剛性な十字状の改良体を設けて、当該改良体の材料費の削減と施工の工期短縮を図ると共に、併せて改良体の配置の自由度を高めるものである。
【実施例１】
【００１２】
本発明に係る杭基礎１の改良体３について説明する。図１に示すように、軟弱な表層地盤５の下方における支持層に先端部が支持された支持杭２が配設され、前記表層地盤５における前記支持杭２の通り芯に沿って形成される、表層地盤にセメント系固化材を混合した高剛性な改良体３において、前記改良体３は、支持杭２，２…毎に個別に設けられ、支持杭２の頭部から水平方向に所要深さで十字状に張り出してバットレス状にし、隣接の改良体３と非連続的に形成されている。
【００１３】
前記十字状の改良体３は、浅層改良の場合のものである。該改良体３の大きさは、バットレス長さＢが、４．０５ｍ，２．２５ｍ，１．２ｍ，０．６ｍ及び０ｍの５ポイントを解析用に用意し、幅Ｗが１．２ｍ（幅Ｗが杭径の２倍以上）、深さＨが０．９ｍ（深さＨは杭径の２倍かつ２ｍ以内、５０ｃｍ以上）である。解析的検討のモデルは図２に示すように、支持杭２は、その杭径が０．６ｍ（杭径は主として０．３ｍ〜１．２ｍ）で、杭長さが１０ｍであり、杭定数としてヤング係数が４×１０７  ｋＮ／ｍ２、中実断面である。支持杭２，２間のスパンＬは９ｍである。また、軟弱な表層地盤５の剛性は５ＭＮ／ｍ２で、浅層の改良体３の剛性は８０ＭＮ／ｍ２（改良体の剛性は表層地盤の１０倍以上の剛性）である。
【００１４】
上記のような条件で、杭頭に水平力として荷重１００ｋＮを加える。３次元有限要素法（ＦＥＭ）による解析結果を、図３（ａ），（ｂ）に示す。横軸は、改良体３の改良長であるバットレス長さＢの２倍がスパンＬに占める割合（％）であり、縦軸は、上記バットレス長さＢの５ポイントにおける、変位低減効果、変位低減におけるコストダウン効果、曲げ低減効果、曲げ低減におけるコストダウン効果を表したものである。
【００１５】
例えば、図３（ａ）に示すように、バットレス長さＢを４．０５ｍとすると、（２Ｂ／Ｌ）は９０％であり、そのときの変位低減効果は８０％程度となり、９０％よりも低く、下図のコストダウン効果もマイナスになっていて、手間が掛かる割には材料費の低減効果が発揮されず、効率的な効果を上げていない。
【００１６】
次に、改良体３のバットレス長さＢを２．２５ｍにすると、（２Ｂ／Ｌ）は５０％であり、そのときの変位低減効果は６０％以上となり、５０％よりも遙かに高く、下図のコストダウン効果も１０％以上になっている。よって、バットレス長さＢを短くした割には、水平抵抗力が強く、コストダウンも図れているものである。
【００１７】
このようにして考察すると、図３（ｂ）に示す曲げの場合の効果も参酌して、低減効果が５０％以上でコストダウン効果が１０％以上となるような範囲を条件とすると、バットレス長さＢは、３０％≦（２Ｂ／Ｌ）×１００≦５５％にすることが最も好ましいものである。
【００１８】
また、図４に示すように、十字状の改良体４で深層改良する場合には、多軸（図示の場合は５軸の場合を示す）の掘削機で表層地盤５を掘削して連続壁を十字状に配設して前記改良体４が形成される。３軸や５軸のオーガを使用すれば、一つの改良体４を一度に穿孔することができて、隣接の改良体４にセミラップさせる必要がないので、工期短縮される。
【００１９】
解析的検討のモデルは、図５に示すように、前記改良体４の大きさは、孔径が６００ｍｍ（施工径は５５０〜９００ｍｍ）、深さＨが５ｍ（深さＨは３ｍ以上で１０ｍ以内）、支持杭２は前記と同様。支持杭２，２間のスパンＬは９ｍである。また、軟弱な表層地盤５の剛性は、５ＭＮ／ｍ２で、深層の改良体４の剛性は３５０ＭＮ／ｍ２（改良体の剛性は１００ＭＮ／ｍ２以上）である。
【００２０】
前記改良体４に前述と同様に杭頭に水平力として荷重１００ｋＮを加える。深層改良体の解析において、改良体が杭を押す影響を考慮した、通常の単杭の境界とは相違した研究成果を踏まえた図４に示す境界条件を用いている。解析結果は図６（ａ），（ｂ）に示すようになる。変位について検討すると、低減効果が５０％以上でコストダウン効果が５％以上となるような範囲を条件とすると、バットレス長さＢは、１６％≦（２Ｂ／Ｌ）×１００≦８０％にすることが最も好ましいものである。これに、杭に生じる曲げモーメントも同様なコストダウンと変位低減効果を参酌すると、バットレス長さＢは、３８％≦（２Ｂ／Ｌ）×１００≦５０％にすることが最も好ましいものとなる。
【００２１】
一連の解析結果はスパンＬが９ｍのケースであるが、スパンＬが６ｍ〜１０ｍでも同様な結果となる。スパンＬは一連の説明では正方形スパンＬを用いたが、図７−Ａに示すように、構造物の形状に対応させた結果、改良体の張出し部の長さが異なる場合における、横Ｌ１、縦Ｌ２でも同様に、２Ｂ１／Ｌ１，２Ｂ２／Ｌ２により、上記と同様な結果となる。
【００２２】
前記改良体３，４において、変位低減効果やコストダウンの効果を参酌して、バットレス長さＢを技術的に最も好ましい範囲として、浅層の場合と深層の場合の当該バットレス長さＢを技術的に範囲限定するものである。
【００２３】
また、本発明の改良体３，４は、隣接の改良体と連続していないので、設置回転角度が自由になり、例えば、図７−Ｂ（ａ）に示すように、支持杭の頭部に十字状の張出し部３ａ，４ａでなる改良体を有した杭基礎を軟弱地盤に配設して、杭頭部の水平剛性によって地盤の水平変位を低減させる改良体の構築工法において、前記支持杭２を支持層に支持させて格子状に配設した後に、前記支持杭２の対角線ｂと前記改良体の張出し部３ａ，４ａの軸芯とが略平行になるようにして、前記改良体３，４を形成し配設することができる。これにより、軟弱な表層地盤５の水平抵抗力を増強したい方向が、格子状に配設された支持杭２の対角線ｂ上にあるような場合に、主せん断面に抵抗するように配置することができるなど、図７−Ｂ（ｂ）に示す格子状配置ばかりでなく、設計自由度が高まるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の杭基礎の改良体と改良体の構築工法は、コスト低減と工期短縮の効率的な施工を求める地盤改良工事に適している。また、改良体の自由度が大きいので、複雑な地形の軟弱地盤にも適した工法である。
【符号の説明】
【００２５】
１          杭基礎、
２          支持杭、
３          浅層の改良体、            ３ａ        張出し部、
４          深層の改良体、            ４ａ        張出し部、
５          軟弱な表層地盤、
２１        支持杭、
２２        浅層改良体、  
Ｂ          バットレス長さ、
Ｗ          幅、
Ｈ          深さ、
ａ          通り芯、
ｂ          対角線。
【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−Ａ】
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【図７−Ｂ】
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【図８】
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