(57)【要約】【課題】  無限杭長を想定することなく、短尺な杭部分によって長尺物を安定的に設置できる安定化法を提供するとともに、当該設置安定化法を実現する設置方法を提供する。【解決手段】  長尺物を設置すべき場所の地盤を調査して地盤のＮ値を求めるとともに、地中に埋設される杭部分に作用する反力を、Ｎ値を定数に換算しつつ杭部分の変位の関数として算出する。支柱部分に作用する水平方向の荷重が想定される最大となるときの該荷重から算出される、支柱部分と杭部分との境界（杭頭）におけるせん断力および曲げモーメントと、有限杭長とするときの波動に伴う杭部分の水平方向の変位とに基づいて、杭頭における水平方向の変位およびたわみ角として求め、杭部分の変位から算出される反力と、杭頭における水平方向の変位およびたわみ角とに基づいて、支柱部分の上端における変位を求める。その変位が許容範囲内となるような有限杭長を杭部分の長さとする。【選択図】  図１
2015135045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体的に連続して構成される長尺物を、地上に立設される範囲を支柱部分とし、地中に埋設される範囲を杭部分として、両者を地表面において区分するとともに、杭部分を有限杭長として地中に埋設する場合の該長尺物の安定化法であって、
前記長尺物を設置すべき場所の地盤を調査して該地盤のＮ値を求めるとともに、地中に埋設される杭部分に作用する反力を、前記Ｎ値を定数に換算しつつ該杭部分の変位の関数として算出し、
前記支柱部分に作用する水平方向の荷重が想定される最大となるときの該荷重から算出される、支柱部分と杭部分との境界（杭頭）におけるせん断力および曲げモーメントと、有限杭長とするときの波動に伴う杭部分の水平方向の変位とに基づいて、杭頭における水平方向の変位およびたわみ角として求め、
前記杭部分の変位から算出される反力と、前記杭頭における水平方向の変位およびたわみ角とに基づいて、前記支柱部分の上端における変位を求め、
前記支柱部分の上端および杭頭における前記変位の双方が長尺物の性質から導かれる許容範囲内となるような有限杭長を杭部分の長さとすることを特徴とする長尺物の設置安定化法。
【請求項２】
一体的に連続して構成される長尺物を、地上に立設される範囲を支柱部分とし、地中に埋設される範囲を杭部分として、両者を地表面において区分するとともに、杭部分を有限杭長として、地質の異なる複数の地盤が積層する地中に埋設する場合の該長尺物の安定化法であって、
前記長尺物を設置すべき場所の地盤を調査して異なる地質の地盤ごとのＮ値をそれぞれ求めるとともに、地中に埋設される杭部分に作用する反力を、地盤ごとに前記Ｎ値を定数に換算しつつ該杭部分の変位の関数として算出し、
前記支柱部分に作用する水平方向の荷重が想定される最大となるときの該荷重から算出される、支柱部分と杭部分との境界（杭頭）におけるせん断力および曲げモーメントと、有限杭長とするときの波動に伴う杭部分の水平方向の変位とに基づいて、杭頭における水平方向の変位およびたわみ角として求め、
前記杭部分の異なる地盤ごとの変位から算出される地盤ごとの反力と、前記杭頭における水平方向の変位およびたわみ角とに基づいて、前記支柱部分の上端における変位を求め、
前記支柱部分の上端および杭頭における前記変位の双方が長尺物の性質から導かれる許容範囲内となるような有限杭長を杭部分の長さとすることを特徴とする長尺物の設置安定化法。
【請求項３】
有限杭長とする前記杭部分を含む長尺物の水平方向の変位およびたわみ角は、該長尺物のたわみによる波動状態を支配する支配方程式である式（１）に用いて算出するものである請求項１または２に記載の長尺物の設置安定化法。
【数１】
2015135045.tif 000050
【請求項４】
前記杭部分に対する反力の関数は、設置すべき地盤を弾性地盤と想定しつつ、弾性領域地盤における杭部分の変位を線形とする式（２）によるものである請求項１ないし３のいずれかに記載の長尺物の設置安定化法。
【数２】
2015135045.tif 000051
【請求項５】
前記杭部分を有限杭長とするときの長さは、複数の長さを想定するものとし、支柱部分の上端および杭頭の変位が前記許容範囲内となる有限杭長を複数算出するとともに、これらの杭長のうち最も短尺となるものを選択することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の長尺物の設置安定化法。
【請求項６】
前記杭頭におけるせん断力および曲げモーメントは、地上に立設される支柱部分の長さ、支柱部分に設置される設置物の位置、および支柱部分および設置物に対する水平方向の風荷重によって算出するものである請求項１ないし５のいずれかに記載の長尺物の設置安定化法。
【請求項７】
前記支柱部分に対する水平方向の風荷重は等分布荷重とし、設置物に対する水平方向の風荷重は該設置物の中心に対する集中荷重として杭頭におけるせん断力および曲げモーメントを算出するものである請求項６に記載の長尺物の設置安定化法。
【請求項８】
前記支柱部分および杭部分は、前記支柱部分の上端における変位の許容値に対する余裕度および曲げ応力または曲げ捩り応力の許容値に対する余裕度を想定し、これらの余裕度を満たすように、杭部分の長さ寸法を除く他の寸法および材質を選択するものである請求項１ないし７のいずれかに記載の長尺物の設置安定化法。
【請求項９】
一体的に連続して構成される前記長尺物は、支柱部分と杭部分とが異なる部材で設けられ、支柱部分が杭部分の適宜範囲に挿入された状態で一体的に構成されたものである請求項１ないし８のいずれかに記載の長尺物の設置安定化法。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれかに記載の長尺物の設置安定化法による長尺物の設置方法であって、
長尺物を設置すべき場所の地盤を調査し、該調査結果に基づき有限杭長とした場合に必要となる杭部分の長さを算出するとともに、算出された長さの杭部分を備える長尺物を構成し、
設置すべき場所において、前記長尺物の杭部分を挿入できる領域を地中に形成し、該領域に該杭部分を侵入して地中に埋設することを特徴とする長尺物の設置方法。
【請求項１１】
請求項１ないし８のいずれかに記載の長尺物の設置安定化法を使用し、複数の長尺物によって設置物を支持する場合における該長尺物の設置方法であって、
各長尺物に作用する水平方向の荷重を算出するとともに、長尺物を個々に設置すべき複数の場所の地盤を調査し、該調査結果に基づき有限杭長とした場合に必要となる杭部分の長さを算出するとともに、算出された長さの杭部分を備える長尺物を構成し、
設置すべき複数の場所において、複数の前記長尺物の各杭部分を挿入できる領域を各設置場所の地中に形成し、該領域のそれぞれに該杭部分を侵入して地中に埋設することを特徴とする長尺物の設置方法。
【請求項１２】
前記長尺物は、支柱部分と杭部分とが異なる部材で設けられ、支柱部分が杭部分の適宜範囲に挿入された状態で連結されることによって、一体的に連続して構成される長尺物を構成するものであって、
前記長尺物を設置すべき場所の周辺地盤について地盤改良を行いつつ地中に杭部分のみを埋設し、該杭部分が埋設された後に支柱部分を該杭部分に挿入しつつ両者を連結するものである請求項１０または１１に記載の長尺物の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路標識や照明灯または看板など（以下、まとめて支柱と称する場合がある）を立設する際の地中部分（杭部分）を含めた長尺物の設置安定化法および設置方法に関し、特に、地中に重力式基礎構造物を構築することなく、地中に杭部分を埋設することによって、この杭部分に連続する支柱を立設する場合に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、従来は、支柱を立設すべき場所の地盤を掘削し、型枠によって所定範囲を確保しつつコンクリートを打設することによってコンクリート基礎を構築し、このコンクリート基礎に杭部分を埋設するか、またはアンカーボルトをコンクリート基礎内に埋設し、当該アンカーボルトに支柱底部を接続する方法が一般的に採用されてきた。
【０００３】
ところが、コンクリート基礎の構築には、掘削工程、型枠設置工程、コンクリート打設工程など、大掛かりな工程を必要とするため、交通量の多い道路近傍での工事の際には、工事期間中の通行規制を強いられることがあった。また、構築されたコンクリート基礎は、周辺地盤を掘削した後に掘削土壌が埋め戻されることから、当該コンクリート基礎と周辺地盤とが一体化せず、支柱の保持強度が十分に担保されないという不具合を有していた。
【０００４】
そこで、基礎を構築すべき領域を掘削し、その掘削した部分の底部に底盤を設置し、地表面付近に上盤を設置するとともに、両者の間に盛土を施し、さらに、底盤と上盤とを緊張部材で緊張させる基礎構造物が提案されている（特許文献１参照）。また、外周に螺旋状の翼を設けた鋼管杭を使用し、この鋼管杭を回転掘進させて地中に設置し、この鋼管杭によって支柱を支持させるものが提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８３３４７号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５５９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献のうち、特許文献１に掲げる方法によれば、設置現場においてコンクリートの打設工程を必要としないことから工期が短縮できることとなり、特許文献２に掲げる方法によれば、基礎を構築することなく鋼管杭を設置できることから基礎工事を行う必要がないという利点を有している。
【０００７】
しかしながら、前記の従来技術は、基本的には、道路内部に埋設されている水道管やガス管等の制約から地中深くに基礎部分を構築できないとの想定であるところ、地中埋設部分が極めて浅いことから、支柱の保持強度が十分でないという問題点があった。
【０００８】
他方、基礎杭によって支柱を支持する方法は、建築物や橋梁などの支柱を構築する際に使用されているが、この場合、専らＣｈａｎｇの公式によって杭長が算出されているため、基礎杭の水平抵抗に有効な範囲の杭長としては、一般論として、π／β（「β」は無限杭長における特性値を意味する）としなければならなかった。
【０００９】
ところが、Ｃｈａｎｇの公式は、弾性領域地盤による反力の算出にあたって、杭部分の弾性限度を固定値として設定することから、杭部分の変位の絶対値が弾性限度内に収まるように杭の性質を選択しなければならなかった。また、いわゆる無限杭長であるため、不必要に長尺な杭部分が算出されるという不具合があった。すなわち、無限杭長を想定する場合、支柱に作用する水平方向の荷重を杭部分の全体で収束させるように算出することが原因と考えられる。
【００１０】
本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、無限杭長を想定することなく、短尺な杭部分によって長尺物を安定的に設置できる安定化法を提供するとともに、当該設置安定化法を実現する設置方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意研究の結果、杭部分を十分な適宜長さの有限杭長とする場合であっても、支柱部分に作用する水平方向の荷重は、限られた杭部分の範囲内における重複反射によって、十分に収束させることができることを見出し、重複反射法に基づいた長尺物の設置安定化法および設置方法を発明するに至ったものである。
【００１２】
すなわち、長尺物の設置安定化法に係る本発明は、一体的に連続して構成される長尺物を、地上に立設される範囲を支柱部分とし、地中に埋設される範囲を杭部分として、両者を地表面において区分するとともに、杭部分を有限杭長として地中に埋設する場合の該長尺物の安定化法であって、前記長尺物を設置すべき場所の地盤を調査して該地盤のＮ値を求めるとともに、地中に埋設される杭部分に作用する反力を、前記Ｎ値を定数に換算しつつ該杭部分の変位の関数として算出し、前記支柱部分に作用する水平方向の荷重が想定される最大となるときの該荷重から算出される、支柱部分と杭部分との境界（杭頭）におけるせん断力および曲げモーメントと、有限杭長とするときの波動に伴う杭部分の水平方向の変位とに基づいて、杭頭における水平方向の変位およびたわみ角として求め、前記杭部分の変位から算出される反力と、前記杭頭における水平方向の変位およびたわみ角とに基づいて、前記支柱部分の上端における変位を求め、前記支柱部分の上端および杭頭における前記変位の双方が長尺物の性質から導かれる許容範囲内となるような有限杭長を杭部分の長さとすることを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成によれば、長尺部分が水平方向の荷重を受けてたわむ場合の波動による地中の変位を算出することができ、その波動の地表面（地上と地中との境界：杭頭）における重複反射の波動を解析しつつ、その境界における変位およびたわみ角を算出することができる。さらに、これらの変位およびたわみ角から支柱部分上端の変位を算出することにより、長尺物の全体のたわみ状態が許容されるものであるか否かを判定することが可能となる。このとき、杭部分に作用する反力は、地盤のＮ値によって異なるが、これを定数に換算することにより、杭部分の変位の関数として算出することから、硬度が異なる地盤であっても杭部分の変位に応じた反力計算が可能である。そして、この反力計算により、地中における杭部分の波動の状態を解析することができるのである。なお、杭頭におけるせん断力と曲げモーメントは、長尺物の支柱部分の長さおよび外径、ならびに支柱部分の先端付近に設けられる設置物の大きさおよび位置、これらに作用する風速等によって、水平方向に作用する荷重から算出可能な数値である。
【００１４】
また、長尺物の設置安定化法に係る本発明は、一体的に連続して構成される長尺物を、地上に立設される範囲を支柱部分とし、地中に埋設される範囲を杭部分として、両者を地表面において区分するとともに、杭部分を有限杭長として、地質の異なる複数の地盤が積層する地中に埋設する場合の該長尺物の安定化法であって、前記長尺物を設置すべき場所の地盤を調査して異なる地質の地盤ごとのＮ値をそれぞれ求めるとともに、地中に埋設される杭部分に作用する反力を、地盤ごとに前記Ｎ値を定数に換算しつつ該杭部分の変位の関数として算出し、前記支柱部分に作用する水平方向の荷重が想定される最大となるときの該荷重から算出される、支柱部分と杭部分との境界（杭頭）におけるせん断力および曲げモーメントと、有限杭長とするときの波動に伴う杭部分の水平方向の変位とに基づいて、杭頭における水平方向の変位およびたわみ角として求め、前記杭部分の異なる地盤ごとの変位から算出される地盤ごとの反力と、前記杭頭における水平方向の変位およびたわみ角とに基づいて、前記支柱部分の上端における変位を求め、前記支柱部分の上端および杭頭における前記変位の双方が長尺物の性質から導かれる許容範囲内となるような有限杭長を杭部分の長さとすることを特徴とするものである。
【００１５】
上記構成によれば、長尺物を設置すべき地盤が異なる地質による層状地盤（複数の異なる地質が層状を形成する地盤）である場合であっても、重複反射法に基づいた解析を可能にするものである。すなわち、異なる地質の地盤においては、その地盤ごとのＮ値を調査し、地盤ごとに異なる反力を計算することができる。そして、地中における杭部分の波動は、地盤の土質に応じて変化することとなるが、それぞれに異なる杭部分の変位を算出しつつ、各層の境界における変位とたわみ角を求めることにより、杭頭における変位とたわみ角を算出し、これらから支柱上端の変位を得ることによって、長尺物全体のたわみの程度が許容範囲内にあるか否かを判定することが可能となるのである。
【００１６】
上記各発明においては、有限杭長とする前記杭部分を含む長尺物の水平方向の変位およびたわみ角を、該長尺物のたわみによる波動状態を支配する支配方程式である式（１）に用いて算出するように構成することができる。
【数３】
2015135045.tif 000003
【００１７】
上記構成によれば、水平方向の荷重によるたわみの波動を反力によって解析することが可能となり、前記式（１）から派生するせん断力、曲げモーメント、たわみ角および変位について、マトリックス方程式を組み立てることにより数値的に解を求めることができる。垂直方向の長さ（長尺物の軸線方向の長さ）を有限にすることにより有限杭長とした場合の杭部分の長さに応じた各点での変位およびたわみ角を算出することができる。なお、反力ｐは、地盤のＮ値を定数に換算しつつ変位の関数で算出できるものであるが、地上の支柱部分においては０となるものである。
【００１８】
前記杭部分に対する反力の関数は、設置すべき地盤を弾性地盤と想定しつつ、弾性領域地盤における杭部分の変位を線形とする式（２）によるものである請求項１ないし３のいずれかに記載の長尺物の設置安定化法。
【数４】
2015135045.tif 000004
【００１９】
上記構成によれば、本来的には弾性地盤における杭部分の変位と反力との関係は非線形となるところ、降伏変位（δｙ）を設定することにより、杭部分の変位が降伏変位に到達するまでの反力を線形的に変化するものと想定でき、杭部分の変位から反力を導くことが容易となる。なお、バネ定数は、地盤のＮ値（標準貫入試験による数値）から換算されるものであり、地盤調査によりＮ値が特定されれば、バネ定数も決定するものである。
【００２０】
さらに、上記各発明における杭部分を有限杭長とするときの長さは、複数の長さを想定するものとし、支柱部分の上端および杭頭の変位が前記許容範囲内となる有限杭長を複数算出するとともに、これらの杭長のうち最も短尺となるものを選択するものとすることができる。
【００２１】
上記構成によれば、複数の杭部分の長さ（杭長）を想定し、許容範囲とされる杭長のうち、最も短いものを選択することから、可能な限り短尺の杭長により長尺物を安定化させることができる。これは、有限杭長とした場合における杭部分の長さが十分に長ければ、観念的に長尺物の許容範囲内に設定できることが想定されるが、杭部分の長さ（杭長）を可能な限り短くしつつ長尺物を安定化させるためである。
【００２２】
上記各発明における杭頭におけるせん断力および曲げモーメントは、地上に立設される支柱部分の長さ、支柱部分に設置される設置物の位置、および支柱部分および設置物に対する水平方向の風荷重によって算出するものとすることができる。
【００２３】
支柱部分を垂直に立設する場合の水平方向に対して作用する外力は風荷重によるものである。そこで、上記構成によれば、風荷重が支柱部分および看板等の設置物に作用する水平方向の力から杭頭におけるせん断力と曲げモーメントを算出しているのである。
【００２４】
なお、上記構成においては、前記支柱部分に対する水平方向の風荷重は等分布荷重とし、設置物に対する水平方向の風荷重は該設置物の中心に対する集中荷重として杭頭におけるせん断力および曲げモーメントを算出するものとすることができる。
【００２５】
また、上記構成の各発明における支柱部分および杭部分は、前記支柱部分の上端における変位の許容値に対する余裕度および曲げ応力または曲げ捩り応力の許容値に対する余裕度を想定し、これらの余裕度を満たすように、杭部分の長さ寸法を除く他の寸法および材質を選択するようにすることができる。
【００２６】
上記構成によれば、支柱部分上端の変位の許容値、および曲げ（曲げ捩り）応力の許容値に対する余裕度を想定したうえで、長尺物の長さに関する条件を除く寸法および材質を決定することから、余裕度の範囲内における各種条件下での杭部分の長さを算出することができ、これらの中から最も短尺となる杭部分の長さを選定することができる。従って、材質、外径および肉厚等の条件を変化させつつ、杭部分の長さを短尺化させることができる。ここで、余裕度とは、許容値（変位および応力の最大値）に対する余裕の程度を示すものとして、許容値に対する剛性の割合として表すことができ、その割合を１．０以上とすることにより、許容値に対して余裕のある剛性であることを示すことができる。なお、長尺物の性質が異なることによりヤング率や強度は変化し、また、長尺物の径および肉厚が異なれば、剛性が変化することとなることから、前記余裕度を例えば２とする場合には、比較的軽量にしつつ十分な強度を得ることができる。なお、長さ寸法以外の寸法とは、円筒管であれば、外径および肉厚（ならびに断面積）となり、角筒管であれば一辺の幅寸法および肉厚（ならびに断面積）であり、これらの寸法は、前記変位および応力から算出される断面２次モーメントおよび断面係数を参照しつつ、材質（ヤング率等）に応じて決定されるものである。
【００２７】
さらに、上記構成の各発明において、一体的に連続して構成される前記長尺物とは、支柱部分と杭部分とが異なる部材で設けられたものであってもよく、この場合、支柱部分が杭部分の適宜範囲に挿入された状態で一体的に構成されたものとすることができる。
【００２８】
上記構成によれば、軟弱地盤において長尺物を設置する場合のように、杭部分の長さが非常に長くなるような場合には、杭部分の径を大きくするなど、支柱部分とは異なる部材で設計することにより、比較的短尺な構成することができる。なお、杭部分と支柱部分との連結には、支柱部分の挿入時に生じる間隙にコンクリート等を打設するなどにより行うことができる。なお、この場合の杭頭は、杭部分の上端となる。
【００２９】
他方、長尺物の設置方法に係る本発明は、前記各発明のいずれかに記載の長尺物の設置安定化法による長尺物の設置方法であって、長尺物を設置すべき場所の地盤を調査し、該調査結果に基づき有限杭長とした場合に必要となる杭部分の長さを算出するとともに、算出された長さの杭部分を備える長尺物を構成し、設置すべき場所において、前記長尺物の杭部分を挿入できる領域を地中に形成し、該領域に該杭部分を侵入して地中に埋設することを特徴とするものである。
【００３０】
上記構成によれば、長尺物の杭部分の長さは地盤調査により許容範囲内となるものとすることができ、この長尺物を設置現場において立設することにより、長尺物を設置することができることとなる。地盤の調査としては、標準嵌入試験のほか、スウェーデン式サウンディング試験などによることができる。杭部分を挿入できる領域の形成は、ドリル式掘削機により小口径の穴を掘削する方法のほか、湿式柱状改良工法を採用する場合があり得る。湿式柱状改良工法とは、セメント系固化剤と水とによるスラリ状の混合物を地盤に低圧で注入しつつ撹拌翼で撹拌する地盤改良の工法であるが、スラリ状混合物の硬化前に杭部分を侵入させることができるのである。なお、湿式柱状改良工法を採用する場合は、スラリ状混合物が硬化すれば杭部分の埋設は完了し、掘削穴に挿入する場合は、穴と杭部分とに生じる間隙に高級モルタル等の充填剤を充填することにより、埋め戻しに比較して地盤の硬度を維持させることができる。
【００３１】
また、長尺物の設置方法に係る本発明は、前記各発明のいずれかに記載の長尺物の設置安定化法を使用し、複数の長尺物によって設置物を支持する場合における該長尺物の設置方法であって、各長尺物に作用する水平方向の荷重を算出するとともに、長尺物を個々に設置すべき複数の場所の地盤を調査し、該調査結果に基づき有限杭長とした場合に必要となる杭部分の長さを算出するとともに、算出された長さの杭部分を備える長尺物を構成し、設置すべき複数の場所において、複数の前記長尺物の各杭部分を挿入できる領域を各設置場所の地中に形成し、該領域のそれぞれに該杭部分を侵入して地中に埋設することを特徴とするものである。
【００３２】
上記構成によれば、複数の長尺物によって設置物を支持するような場合においても、各長尺物について作用する荷重を算出したうえで、個々の長尺物を安定化させることができる。従って、各種の設置物を支持する際に使用される長尺物を安定して設置できることとなり、１本の支柱によって支持される看板や道路標識にかぎらず、門型（アーチ型）の設置物や、３本以上の支柱によって支持する設置物の設置が可能となる。複数の支柱によって支持する設置物としては、例えば、遮音壁や擁壁などがあり得る。これは、杭長を長く設けるような構造物、すなわち、大きい支持力が必要な設置物については、その用途を問わず、本発明が有効に利用できることを意味するものである。
【００３３】
さらに、上記の長尺物の設置方法においては、長尺物が、支柱部分と杭部分とが異なる部材で設けられ、支柱部分が杭部分の適宜範囲に挿入された状態で連結されることによって、一体的に連続して構成される長尺物を構成するものであって、前記長尺物を設置すべき場所の周辺地盤について地盤改良を行いつつ地中に杭部分のみを埋設し、該杭部分が埋設された後に支柱部分を該杭部分に挿入しつつ両者を連結するように構成してもよい。
【００３４】
上記構成のような設置方法によれば、長尺物は、支柱部分と杭部分とが区分され、地上において看板等を支持する支柱部分を細く設計しつつ、杭部分を太く設計することができる。杭部分を太く設計することにより、その耐荷重を大きくすることができ、杭長を短くすることが可能となる。特に軟弱地盤（Ｎ値が小さい場合）では杭長は長くなる傾向にあるため、それを比較的短く設計し得る。そして、杭部分のみを地盤改良時に埋設することができ、杭部分の設置後に改めて支柱部分を連結することにより、連続的な長尺物として立設することが可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
長尺物の設置安定化法に係る本発明によれば、杭部分が地中に埋設され、地上に立設された長尺物について、たわみによる波動の地中における変位を解析することができることから、当該変位に基づく反力を算出でき、結果として、杭頭および支柱上端の変位を算出することができる。これにより、杭部分を有限杭長とした場合であっても許容範囲内となり得る杭部分の長さを特定することができる。従って、無限杭長を想定することなく、短尺な杭部分によって長尺物を安定して設置させることができる。
【００３６】
また、長尺物の設置方法に係る本発明によれば、予め地盤調査を行うことにより、長尺物の材質や寸法などを選定し、さらに、設置に必要な杭部分の長さを算定したうえで長尺物を構成することができことから、設置現場においては、当該杭部分が挿入できる領域を形成したうえで杭部分を挿入させることにより、長尺物を安定的に設置できることとなる。従って、長尺物を設置すべき場所の周辺を大きく掘削する必要がないことから、極めて限られたエリアで工事を行うことができる。また、本発明の設置方法によれば、複数の長尺物によって設置物を支持する場合においても、全体に作用する荷重を個々の長尺物に分離することにより、それぞれの長尺物を安定的に設置すればよいこととなり、これらにより全体を安定化させることができる。さらに、設置のための穴は杭部分が遊嵌できる程度であるため、設置場所の地表面における土圧による反力を必要としないことから、設置場所が傾斜地（斜面）である場合であっても、水平地面の場合と同様に設置することができる。すなわち、傾斜地においては、掘削範囲が広い場合、設置場所の斜面上側と斜面下側との地表面の高さが異なることとなるが、極めて限定された範囲において掘削されることから、地表面の高低差による設置安定化の状態が大きく相違しないこととなるのである。
【００３７】
なお、支柱部分と杭部分とが異なる部材で構成する場合には、杭部分は、支柱部分とは個別に構成されることから、杭部分の材質を変え、または外径および肉厚等の寸法を変更することにより、短尺に設計することが可能となる。また、杭部分のみを優先して地中に埋設（設置）し、その後に当該杭部分に支柱を連結させることにより、工事を簡略化するとともに、連結した支柱部分の安定的な設置を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】弾性領域地盤による単層均質地盤に杭部分を埋設した場合の長尺物の設置状態を示す説明図である。
【図２】弾性領域地盤による二層の層状地盤に杭部分を埋設した場合の長尺物の設置状態を示す説明図である。
【図３】長尺物の外径と肉厚の関係を示すグラフである。
【図４】長尺物の外径と支柱部分先端の変位の関係を示すグラフである。
【図５】杭部分について実験例１において算出した長さと比較例の長さを比較したグラフである。
【図６】杭部分について実験例２において算出した長さと比較例の長さを比較したグラフである。
【図７】杭部分と支柱部分とが異なる部材で構成した長尺物についての設置状態示す説明図である。
【図８】杭部分と支柱部分とが異なる部材で構成した長尺物についての設置状態示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明を詳述するため、図面を参照しつつ説明する。長尺物の設置安定化法に係る発明は、長尺物に水平方向の荷重が作用した場合のたわみの状態を波動としており、その波動を支配する支配方程式を使用して解析され、その支配方程式は前記式（１）に記載のとおりである。そこで、式（１）から導かれる要素解および一般解は次のとおりとなる。
【００４０】
＜地上における支柱部分＞
地上に立設される支柱部分については、反力が作用しないことからｐ＝０となり、その要素解は次式のとおりである。
【数５】
2015135045.tif 000005
【００４１】
さらに、地上に立設される支柱部分の一般解を次式のように導くことができる。
【数６】
2015135045.tif 000006
【００４２】
上記の式から次の一般解を求めることができる。
【数７】
2015135045.tif 000007
【００４３】
＜地中における杭部分（弾性領域地盤の場合）＞
地中に埋設される杭部分については、変位に応じた反力が作用することから、次式のような要素解となる。なお、ここでは、弾性領域地盤を想定している。
【数８】
2015135045.tif 000008
【００４４】
また、一般解は次のように導くことができる。
【数９】
2015135045.tif 000009
【００４５】
上記式より、次式の一般解を得ることができる。
【数１０】
2015135045.tif 000010
【００４６】
＜地中における杭部分（完全塑性領域地盤の場合）＞
地中に埋設される杭部分について、地盤が完全塑性領域地盤の場合は、弾性領域地盤とは異なり、次式のような要素解となる。
【数１１】
2015135045.tif 000011
【００４７】
また、この場合の一般解は次式により導くことができる。
【数１２】
2015135045.tif 000012
【００４８】
そして、上記式から次式の一般解を得ることができる。
【数１３】
2015135045.tif 000013
【００４９】
そこで、具体的な有限杭長における変位の算出方法について説明する。まず、図１に想定される長尺物の設置状態を示す。この図は、弾性領域地盤による単層均質地盤に杭部分を埋設した状態を示している。この図において、Ｆは、支柱に取り付ける設置物（看板等）に水平方向に作用する風荷重を示し、ｐは、長尺物に作用する分布風荷重を示す。ｈは、支柱部分の全長を示し、ｈＦは、地表面から設置物（看板等）に対する風荷重（Ｆ）が作用する位置までの高さ、ｈｐは地表面から分布風荷重（ｐ）の作用する位置までの支柱部分の長さを示す。ｌは、杭部分の長さであり、ｚ０は、支柱部分上端を０とした鉛直方向下向きの座標、ｚは地表面を０とした鉛直方向下向きの座標である。δ０は、杭頭における変位であり、θ０は、杭頭におけるたわみ角である。なお、風荷重は、支柱部分に対しては等分布荷重とし、設置物に対しては集中荷重とすることができるが、これらを積算したうえで、全荷重を一点に作用するものと置き換えることができる。
【００５０】
この図に示される条件により、前記一般解からδ０およびθ０を算出し、さらに、支柱部分上端の変位を算出するのである。
【００５１】
ここで、各点における条件を整理する。
地上部分における一般解は、次のとおりである。
【数１４】
2015135045.tif 000014
【００５２】
地中部分における一般解は、次のとおりである。
【数１５】
2015135045.tif 000015
【００５３】
各境界点における条件は次のとおりである。
支柱部分の上端（ｚ０＝０）については、次の条件（条件１）が与えられる。
【数１６】
2015135045.tif 000016
【００５４】
杭頭（地表面）については、次の条件（条件２）が与えられる。
【数１７】
2015135045.tif 000017
【００５５】
杭頭（地表面）については、さらに、次の条件（条件３）も与えられる。
【数１８】
2015135045.tif 000018
【００５６】
杭部分の下端（ｚ１＝ｌ）については、次の条件（条件４）が与えられる。
【数１９】
2015135045.tif 000019
【００５７】
上記に基づいて、各条件１〜４に従って一般式を利用すると、条件１からは、次の式（解１）を得ることができる。
【数２０】
2015135045.tif 000020
【００５８】
また、条件２からは、次の式（解２）を得ることができる。
【数２１】
2015135045.tif 000021
【００５９】
また、条件３からは、次の式（解３）を得ることができる。
【数２２】
2015135045.tif 000022
【００６０】
ここで、上記により与えられた各式をまとめることにより、次のようなマトリックス方程式を組み立てることができ、このマトリックス方程式を解くことにより未定の定数であるａ，ｂ，ｃ，ｄの解を得ることができる。
【数２３】
2015135045.tif 000023
【００６１】
さらに、得られたａ，ｂ，ｃ，ｄを条件２に基づく式（解２）に代入することにより、杭頭（地表面）における変位θｓおよびたわみ角δｓを得ることができる。
【数２４】
2015135045.tif 000024
【００６２】
上記により算出された杭頭（地表面）における変位とひずみ角を、地上の支柱部分における式（解１）に代入することにより、支柱部分上端におけるせん断力（Ｑ０）および曲げモーメント（Ｍ０）を算出し、さらに、一般解より変位（δ０）およびたわみ角（θ０）を算出するのである。このとき、水平方向の全荷重Ｆが作用する位置または全反力ｐが作用する位置までの範囲では、せん断力および曲げモーメントが異なることとなるから、それぞれの範囲ごとに積算することにより、全体の変位およびたわみ角を算出することとなる。
【００６３】
次に、層状地盤における場合についての具体的な変位の算出方法について説明する。図２に想定される長尺物の設置状態を示す。この図は、いずれも弾性領域地盤による二層の層状地盤に杭部分を埋設した状態を示している。図中の符号は図１と基本的に同じであるが、地中における杭部分のうち、ｌ１は、上層地盤に存在する杭部分の長さを示し、ｌ２は、下層地盤に存在する杭部分の長さを示す。また、地中におけるｚ１は、地表面を原点とする垂直方向の座標であり、ｚ２は、層状地盤の境界点を原点とする垂直方向の座標である。
【００６４】
この図に示される条件により、前記一般解からδ０およびθ０を算出し、さらに、支柱部分上端の変位を算出するのである。
【００６５】
ここで、各点における条件を整理する。
地上部分における一般解は、次のとおりである。
【数２５】
2015135045.tif 000025
【００６６】
層状地盤中の上層部おける一般解は、次のとおりである。
【数２６】
2015135045.tif 000026
【００６７】
層状地盤中の下層部おける一般解は、次のとおりである。
【数２７】
2015135045.tif 000027
【００６８】
各境界点における条件は図１の場合と基本的に同様であるが、積層地盤の境界における条件が追加されることから、改めて下記に示すこととする。
支柱部分の上端（ｚ０＝０）については、次の条件（条件１）が与えられる。
【数２８】
2015135045.tif 000028
【００６９】
杭頭（地表面）については、次の条件（条件２）が与えられる。
【数２９】
2015135045.tif 000029
【００７０】
杭頭（地表面）については、さらに、次の条件（条件３）も与えられる。
【数３０】
2015135045.tif 000030
【００７１】
層状地盤の境界（ｚ１＝ｌ１、ｚ２＝０）については、次の条件（条件４）が与えられる。
【数３１】
2015135045.tif 000031
【００７２】
杭部分の下端（ｚ１＝ｌ）については、次の条件（条件５）が与えられる。
【数３２】
2015135045.tif 000032
【００７３】
上記に基づいて、各条件１〜５に従って一般式を利用すると、条件１からは、次の式（解１）を得ることができる。
【数３３】
2015135045.tif 000033
【００７４】
また、条件２からは、次の式（解２）を得ることができる。
【数３４】
2015135045.tif 000034
【００７５】
また、条件３からは、次の式（解３）を得ることができる。
【数３５】
2015135045.tif 000035
【００７６】
さらに、条件４からは、次の式（解４）を得ることができる。
【数３６】
2015135045.tif 000036
【００７７】
ここで、上記により与えられた各式をまとめることにより、次のようなマトリックス方程式を組み立てることができ、このマトリックス方程式を解くことにより未定の定数であるａ，ｂ，ｃ，ｄ（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１，ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２）の解を得ることができる。
【数３７】
2015135045.tif 000037
【００７８】
さらに、得られたａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１を条件２に基づく式（解２）に代入することにより、杭頭（地表面）における変位θｓおよびたわみ角δｓを得ることができる。
【数３８】
2015135045.tif 000038
【００７９】
層状地盤においても、上記により算出された杭頭（地表面）における変位とひずみ角を、地上の支柱部分における式（解１）に代入して、支柱部分上端におけるせん断力（Ｑ０）および曲げモーメント（Ｍ０）を算出するのである。また、変位（δ０）およびたわみ角（θ０）についても一般解から算出するのである。なお、水平方向の全荷重Ｆが作用する位置や全反力ｐが作用する位置などのそれぞれの範囲ごとに、せん断力および曲げモーメントを積算することは積層地盤においても同様である。
【００８０】
なお、上記積層地盤については、代表的に二層に積層された弾性領域地盤について例示したが、三層以上の積層地盤や一部において塑性領域地盤が積層される地盤においても同様の手法により算出することができるものである。
【００８１】
以上のような手法により算出された杭頭（地表面）の変位と、支柱部分上端における変位について、使用される長尺物の材質、径（外径）および肉厚等により、許容される範囲内（たわみに耐えることができる程度）の変位であるか否かを比較し、許容範囲内であれば、当該長尺物を設置した場合に倒壊することなく安定した状態となり、許容範囲を逸脱する場合には、設置できないものと判断されるのである。上述のとおり、上記杭頭（地表面）および支柱上端の変位は、杭部分を有限杭長としたときの当該杭部分の長さによって異なるため、十分な長さが要求されることとなるが、杭部分の長さに関する複数の数値を使用して、そのときの変位を算出するとともに、許容範囲内となる杭部分の長さのうち、最も短尺となるものを選択することにより、可能な限り短尺の杭部分による設置を可能とすることができる。
【００８２】
＜実験例１＞
上記安定化法に基づいて、杭部分の長さを算出した。条件としては、支柱部分の長さを８ｍとし、水平方向に作用する風荷重を３０００Ｎとした。使用する長尺部材の材質をステンレス鋼とし、ヤング率は２０５，０００Ｎ／ｍｍ２とした。
【００８３】
ここで、地表面における曲げモーメントＭｓ（Ｆ×ｈ＝２４００Ｎｍ）から、最大曲げ圧縮応力σｍａｘを次の式から算出した。
【数３９】
2015135045.tif 000039
【００８４】
ここで、前記長尺物の許容曲げ圧縮応力σａ＝２３５Ｎ／ｍｍ２であるため、余裕度を（σａ／σｍａｘ）と定め、長尺物を円筒管とした場合の外径と肉厚の関係を余裕度が１、２または３となる場合について計算すると図３のとおりとなる。
【００８５】
さらに、前記余裕度において、支柱部分の上端における変位δｔは、次の式で求められることから、それぞれの計算結果を図４に示す。
【数４０】
2015135045.tif 000040
【００８６】
ここでは、支柱部分の上端の変位を制限するために、支柱部分の長さの３％を上限とし、その範囲となるように、長尺物の外径と肉厚を選定し、下表のように３つのタイプの鋼管を使用することとする。
【表１】
2015135045.tif 000041
【００８７】
上記の条件に基づき、Ｎ値が５、１０および２０である均質地盤において、杭部分の長さを算出した。なお、算出に際しては、複数の長さ（βｚ＝０．４π，０．６π，０．８π，π）について順次計算した。また、支柱部分の上端の変位の許容値としては、支柱部分の長さの３％（＝２４ｃｍ）とし、地表面（杭頭）における変位を１ｃｍ以下と設定した。
【００８８】
なお、地盤のＮ値は次の式によりバネ定数に換算した。
【数４１】
2015135045.tif 000042
【００８９】
上記算出の結果を下表に示す。
【表２】
2015135045.tif 000043
【００９０】
＜比較例＞
上記同一条件において、Ｃｈａｎｇの公式を使用する無限杭長の場合の杭部分の長さを算出した。その結果を下表に示す。この場合、杭長（ｌ）をｌ＝π／β（「β」は無限杭長における特性値を意味する）とした。
【表３】
2015135045.tif 000044
上記の結果の比較を理解しやすくするために、図５に、各数値をグラフとして示す。図中の縦軸は、杭部分の長さを下向きに表示しており、横軸は、杭部分の外径によって３つの種類を特定している。なお、各折れ線グラフの右に記載する「５」、「１０」および「２０」は、地盤の「Ｎ値」を示している。また、黒色の丸印を使用する折れ線グラフが本安定化法によるものを示し、白抜きの丸印を使用する折れ線グラフがＣｈａｎｇの公式を使用したものを示している。前記の計算結果および図３のグラフから明らかなとおり、各種寸法による３ケースについて、いずれのＮ値においても、明らかに、本発明の方法による杭部分の長さが短くなっていることが理解できる。
【００９１】
＜実験例２＞
上記と同様の条件による長尺物を使用し、弾性領域地盤による二層の層状地盤について、杭部分の長さを算出した。ここでは、上層の地盤についてはＮ値が３で、１ｍの層厚であることを想定し、かつ、下層の地盤については、Ｎ値が５、１０および２０である場合とした。なお、算出に際しては、複数の長さ（βｚ＝０．４π，０．６π，０．８π，π）について順次計算したこと、および、変位の許容値については、実験例１と同様である。
【００９２】
上記算出の結果を下表に示す。
【表４】
2015135045.tif 000045
【００９３】
＜比較例＞
ここでも、上記同一条件において、Ｃｈａｎｇの公式を使用する無限杭長の場合の杭部分の長さを算出した。その結果を下表に示す。
【表５】
2015135045.tif 000046
【００９４】
上記の結果から明らかなとおり、層状地盤においても、Ｃｈａｎｇの公式（無限杭長）による杭部分の長さに比較して、本安定化法による場合、短くすることができた。上記結果についても図６に比較のためにグラフを示す。なお、図中において、各折れ線グラフの右に記載する「５」、「１０」および「２０」は、層状地盤の下層の地盤についての「Ｎ値」を示し（但し、上層地盤のＮ値は３で統一）、その他は、図５と同様である。この図から明らかなとおり、無限杭長による場合と比較すれば大きく短尺化されていることが理解される。
【００９５】
長尺物の安定化法による実施の形態については上記のとおりであることから、この安定化法により決定した長さの杭部分を備える長尺物を構成し、これを地中に埋設すれば、安定した状態で支柱部分を支持することができるものである。
【００９６】
そこで、上記のような長尺物の設置安定化法を利用する長尺物の設置方法について説明する。上述の安定化法を利用する場合の手順としては、概略、次のようにまとめることができる。
【００９７】
第１．事前調査および事前準備
まず、設置物（看板または交通標識等）の設置すべき高さ、設置物の形状（面積等）などの条件を決定する。ただし、これらの条件は、工事発注者等において指定されることが一般的であるので、指定される場合には、その数値を使用することとなる。そこで、上記のような設置物等の諸条件に基づいて、風荷重を計算するのである。風荷重の計算方法は、建築基準に基づくことになるが、地域ごとに異なる風速が観測されるため、行政庁などから公表される風速等のデータを参照することとなる。これらの計算と並行して、地盤の調査を行う。地盤調査は、地中の状況を把握するためのものであり、調査結果に基づき地盤プロファイル（地盤柱状図）等が作成される。地盤の調査としては、標準貫入試験のほか、スウェーデン式サウンディング試験などによることができる。いずれの方法による場合でも、プロフィルを作成することができ、Ｎ値を得ることができる。また、前記プロファイルから地中の積層構造を判断する。すなわち、地中の地盤が、単層地盤であるのか、層状地盤であるのかなどを特定するのである。上記の調査結果を参照して基本設計を行うのであるが、その際、前記風荷重の計算結果から、事前に長尺物の材質や断面形状などを決定しておくことで、基本設計を容易にすることができる。長尺物の材質としては、一般的に構造用鋼材が使用されるが、材質に応じてヤング率が異なることから、使用可能な材料の中から適宜選定するのである。長尺物の断面形状としては、特殊な場合を除き、円筒鋼管（断面円環形状）または角筒鋼管（断面四辺形環状）などが選択される。
【００９８】
第２．基本設計
基本設計としては、許容値に対する余裕度を求め、長尺物の具体的な断面寸法を決定したうえで、前述の安定化法（重複反射解析法）に基づき、支柱部分の上端および杭頭における許容変位を満たす最も短尺となる杭部分の長さを求めるものである。許容値に対する余裕度は、支柱部分の上端における変位の許容値（前述のとおり、例えば、支柱部分の長さの３％）、および曲げ（曲げ捩り）応力の許容値（材質に対する基準値）に対する割合であることから、その余裕値を１．０以上として（例えば、暫定的に２．０として）、その範囲内とするために必要な寸法が計算される。例えば、支柱部分の上端における変位の許容値に対しては、長尺物に必要とされる断面の断面２次モーメントを算出し、曲げ（曲げ捩り）応力の許容値に対しては、長尺物に必要とされる断面の断面係数を算出する。そして、上記断面２次モーメントおよび断面係数から、断面寸法（外径および肉厚）を算定するのである。こられの各種寸法が決定したのちに、杭部分の長さを変化させつつ支柱部分上端および杭頭の変位を算出し、許容範囲内となる長さの中から最も短尺となるものを最適長さとして選択するのである。なお、このとき、最大曲げモーメントおよびその発生位置を算定することにより、後述の詳細設計に使用することができる。
【００９９】
第３．詳細設計
詳細設計としては、自重および座屈に対して考慮しつつ計算を行う。すなわち、前記基本設計において算出された最適長さを杭部分の長さとした場合において、最大曲げモーメントの発生位置に関し、長尺物の自重を考慮しつつ応力計算を行い、また、長尺物の座屈を考慮しつつ許容応力に対する検証を行うのである。これは、長尺物そのものの重量または設置物（看板等）の重量の大きさによって、鉛直下向きの荷重が異なるため、水平方向の風荷重のほかにこれらの荷重を考慮するためである。すなわち、最大曲げモーメントが作用した際の応力に耐え得るか、また、座屈の発生の可能性がないかを検証するためである。なお、この詳細設計の結果によっては、異なる余裕度を設定して、基本設計から再度行う場合もあり得る。その余裕度の設定としては、増加させる（余裕の程度を大きくする）場合もあれば、減少させる（余裕の程度を小さくする）場合もあり得る。
【０１００】
第４．長尺物の設置
前記設計段階が終了した後、最適長さと判断された杭部分を有する長尺部を構成し、これを設置現場において設置するのである。設置方法には、小口径の穴を掘削し、杭部分を挿入する場合のほか、地盤改良を行いつつ杭部分を挿入する場合がある。地盤改良とともに杭部分を挿入する工法としては、湿式柱状改良工法を採用することができる。湿式柱状改良工法とは、前述したように、セメント系固化剤と水とによるスラリ状の混合物を地盤に低圧で注入しつつ撹拌翼で撹拌する地盤改良の工法であることから、スラリ状混合物が硬化する前に（スラリの状態で）杭部分を挿入することができるものである。そして、このスラリ状混合物を硬化させることにより、杭部分の埋設を完了させるのである。なお、掘削穴に杭部分を挿入する場合は、穴と杭部分との間には、少なからず間隙を生じさせることとなるため、この間隙に高級モルタル等の充填剤を充填し、地盤との一体性を確保するようにしてもよい。
【０１０１】
なお、長尺物については、支柱部分と杭部分とを異なる部材で構成することができる。例えば、鉛直に立設した長尺物の先端に看板等を備える構成（いわゆる直立式）の場合を図７に示し、長尺物の先端に横架部材を設けて該横架部材に看板等を設ける構成（いわゆる片持ち式）の場合を図８に示す。いずれの場合においても、長尺部は周辺地盤（改良地盤）２に埋設される杭部分３と一体的に構成されるものとし、この杭部分３は、支柱部分１の径よりも大きい径を有する筒状の鋼管が使用され、当該杭部分３の内部に支柱部分１の下部１ａが挿入された状態で固定されるものである。支柱部分１の上部１ｂは、地上において看板等Ｐを支持する構成としているが、片持ち式（図８）では、支柱１の上端から水平方向に延出する横架部材１１を設け、その先端に看板等Ｐが設けられる構成としている。なお、前記の両図は、設置すべき地盤Ｇが、大きく４つの層Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４によって構成されている場合を示しており、各層Ｇ１〜Ｇ４は、相互にＮ値が異なるものを想定している。
【０１０２】
この場合、前記湿式柱状改良法により地盤改良する場合には、まず、杭部分を構成する鋼管を、改良地盤（スラリ状混合物）中に埋設し、改良地盤（スラリ状混合物）が硬化した後に鋼管内に支柱部分を挿入することができる。支柱部分を挿入する場合には、予め鋼管内に流入した改良地盤（スラリ状混合物の硬化物）を適宜な範囲において除去し、そこに支柱部分を挿入する。鋼管と支柱部分との間隙にはモルタル等を充填することにより、鋼管内における支柱部分を強固に一体化させることができる。なお、支柱部分を挿入させるべき範囲は、通常の高さ（６ｍ〜９ｍ程度）に看板等を設置する場合には１．５ｍ程度であれば十分である。
【０１０３】
そして、上記鋼管（大径の杭部分）を使用することを前提として、杭長を設計することにより、比較的短尺な杭長となり得るものである。また、杭部分として使用するための鋼管を選定する際には、その材質や肉厚等も適宜選択することができることから、前記設計法による場合に短尺となり得る種類の鋼管を選択することも可能である。
【０１０４】
本発明の実施形態は上記のとおりであるが、これらは一例であって、本発明が上記実施形態に限定される趣旨ではない。従って、層状地盤の積層状態については、実験例２に示した上層が軟弱地盤である場合に限られるものではなく、上層が下層よりも硬質地盤である場合があり得る。また、二層に限らず、三層以上に積層される場合もある。これらの層状地盤においても、同様の手法により杭部分の長さを算出すれば、長尺物を安定的に設置し得るものである。なお、実施形態の説明中に、地盤改良によって杭部分を埋設する方法を説明したが、これは、掘削の場合の埋め戻しと同じ効果を得るためのものであり、安全率を考慮して、改良範囲が決定されるものである。そして、この種の地盤改良を行ったとしても杭部分が周辺の地盤全体を硬化させるものではなく、調査により算出される周辺地盤の硬さ（Ｎ値）に基づいて杭部分の変位が関数として算出されることに変わりはない。
【０１０５】
また、長尺物としては、標識や看板または街路灯などの支柱のためのものに限られず、風力発電のための大型支柱としても使用可能であり、通信用の中継基地局のための塔にも使用できる。さらに、建造物の基礎杭としても使用可能であり、例えば、土留のための杭として使用するほか、擁壁基礎杭や防音壁用基礎杭などとして使用することも可能である。
【実施例】
【０１０６】
前記実施形態における長尺物安定化法に基づいて長尺物を設置し場合の状態を確認するために、直立式（図７）および片持ち式（図８）の二種類の看板を支持させた長尺物について検証実験を行った。この検証実験は、現実の地盤に基礎構造を構築し、長尺物（直立式および片持ち式の二種類）を立設するとともに、風荷重が看板に作用することを想定し、横向きの荷重を支柱の先端（片持ち式については横架部材の先端）に作用させ、杭頭部の変位および応力ならびに支柱先端の変位を測定した。片持ち式については、さらに杭頭の回転変位および横架部材先端の変位を併せて測定した。
【０１０７】
支柱を設置した地盤は、事前調査により、地表面から第１層、第２層、第３層および第４層の異なるＮ値を示すものであることが判明した。第１層は深度１ｍまでの層であり、そのＮ値は３であった。第２層は深度１ｍ〜３ｍの層であり、そのＮ値は２であった。第３層は深度３ｍ〜４ｍであり、そのＮ値は３であった。第４層は深度４ｍを超える層であり、そのＮ値は４であった。各層のＮ値は、０．２５ｍごとに算出し、１ｍごとに平均的な値とした。また、Ｎ値の算出方法はスウェーデン式サウンディング法による地盤調査結果に基づいて算出した。
【０１０８】
前記地盤調査の結果に基づいて、杭部分の長さを決定した。計算に使用した条件は下記のとおりである。なお、杭部分と支柱部分とは異なる部材で構成することとし、杭部分は鋼管によって構成することとした。また、杭部分と支柱との連結は、挿入長さ１．５ｍとし、両者の間隙にはモルタルを充填して固定することとした。なお、片持ち式に使用する杭部分は回転方向の荷重が作用することを考慮して、略正方形の外形を有する角筒状とし、外径としては、その１辺の長さを表示することとした。
【０１０９】
【表６】
2015135045.tif 000047
【０１１０】
上記のような構成において、直立式については、看板表面に垂直に風荷重が作用する際の算出方法としては、基準風速から速度圧を求め、さらに速度係数に基づき風圧力算出したうえで風荷重を求めた。このときの風荷重は、直立式では約１３．５ｋＮであり、片持ち式では約４．０ｋＮであった。
【０１１１】
上記の条件に基づいて、杭長を算出した結果、直立式では５．５ｍとなり、片持ち式では３．０ｍとなった。なお、杭部分の埋設には湿式柱状改良法によることとした。従って、杭部分の埋設のための掘削・埋め戻しを省略し、改良地盤によって埋め戻しと同じ条件（安全率を考慮した条件）とした。このときの施工状態を次表に示す。
【０１１２】
【表７】
2015135045.tif 000048
【０１１３】
上記のような設置状態において、上記二種類について基準風速に基づく風荷重（設計荷重）の前後における支柱の状態を測定するため、横荷重を数段階に分けて作用させた。直立式を想定した支柱の先端に対しては、５．０ｋＮ、１０．０ｋＮ、１２．０ｋＮ、１５．０ｋＮ、２０．０ｋＮの５段階で徐々に横荷重を増加しながら各測定値を検出した。また、片持ち式を想定した支柱（横架部材の先端）に対しては、３．０ｋＮ、４．０ｋＮ、６．０ｋＮ、８．０ｋＮ、１０．０ｋＮ、１２．５ｋＮ、１６．０ｋＮの７段階で徐々に横荷重を増加しながら各測定値を検出した。片持ち式の場合には、回転方向への変位を検出するため、回転量を計測した。各段階での横荷重の作用が終了した後、一度荷重を０まで戻し、変位量の復元状態も併せて検出した。その結果は次のとおりであった。なお、横荷重は、実測値を示し、設計荷重の欄は、最も近い実測値の前後に挿入して表示している。また、計算荷重における変位量および応力度は設計上の数値であり、応力度の数値は、いずれも鋼材の弾性係数を２１０ｋＮ／ｍｍ２として算出した値としている。
【０１１４】
【表８】
2015135045.tif 000049
【０１１５】
上記の結果から明らかなとおり、杭頭の応力度から判断すれば、設計荷重の数倍の横荷重（風荷重）が作用した場合であっても鋼材（例えばＳＴＫ−４００）の短期許容応力度（２３５Ｎ／ｍｍ２）を超えることがなく、十分な強度が保持されている。また、片持ち式の場合における杭頭の回転変位はいずれの場合も検知されず、捩り荷重に対する変位は生じなかった。
【０１１６】
回転変位以外の各位置における変位量は、最大値を示している。それぞれの横荷重を作用させた後、当該横荷重を０に戻した場合の変量は、いずれも０であった。さらに、その際の杭頭におけるひずみ量も０に戻っていた。すなわち、各段階における変位量の変化は全て弾性変形によるものであることが判った。
【０１１７】
これらの実験結果を総合すれば、本発明に係る長尺物の安定化法に基づいて算出した杭長によって支持される長尺物（直立式および片持ち式の双方）は、十分な強度を有するものであるということができる。従って、上記の方法を利用することにより、店舗の看板や交通標識を設置するための支柱を立設することができるものである。
【符号の説明】
【０１１８】
１  支柱
１ａ  支柱の下部
１ｂ  支柱の上部
２  改良地盤
３  杭部分
１１  横架部材
Ｇ  地盤
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４  地盤の層
Ｐ  看板等
【図７】
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【図８】
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【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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