(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の本体部と、
前記本体部の外周面から突出する少なくとも１つの節部とを備え、
前記本体部及び前記節部はコンクリートを含み、
前記本体部の外周面における前記節部の占有面積を根元面積Ａｒとし、前記本体部と直交する面に対し前記本体部の軸線方向にて投影された前記節部の面積を投影面積Ａｎとしたとき、前記根元面積Ａｒに対する前記投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒは０．０６９以上０．３２０以下である
ことを特徴とする節杭。
【請求項２】
前記本体部の外径は４００ｍｍ超であり、
前記本体部の径方向での前記節部の突出高さをｈとし、前記本体部の肉厚をｔとしたときに、前記肉厚ｔに対する前記突出高さｈの比ｈ／ｔは、０．２５０以上０．６２５以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の節杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は節杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
杭基礎に適用される既製杭には、大別すると、支持杭と摩擦杭とがある。支持杭の先端（底面）は支持層まで到達させられ、支持杭は、先端に作用する上向きの力によって上部構造を支持する。摩擦杭では、摩擦杭の周面に作用する摩擦力によって上部構造を支持する。
摩擦杭として、従来から節杭が用いられている。節杭は、本体部（軸部）と、本体部から径方向外方に突出する複数の環状の節部とを有している（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４１５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、節杭にも支持杭としての機能が求められるようになってきており、節杭についても、長期杭材許容支持力の増大が求められている。長期杭材許容支持力は、節杭の本体部の肉厚ｔと本体部を構成するコンクリートの強度に依存する。
ここで、節部の外径が一定という拘束条件下では、本体部からの節部の突出高さｈが高いほど、本体部の外径が小さくなる。このため、本体部の肉厚ｔの増大には限界があり、本体部の肉厚ｔに依存する節杭の長期杭材許容支持力の増大にも限界があった。
【０００５】
このような状況下において、本発明者等は、従来の節杭では、必要な節部支圧力に比べて、節部の突出高さｈが必要以上に高く設計されていることを見出した。節部の突出高さｈを小さくすることができれば、本体部の外径を大きくすることができ、本体部の肉厚ｔを大きくすることが可能になる。
【０００６】
そこで例えば、節部の形状を変えずに、従来の節部の根元部分を囲むように本体部の外径を大きくすれば、節部の突出高さｈを小さくすることができる。しかしながら、通常、節部の段差面は、本体部の外周面に対し４５°程度の傾きをもって交わっており、本体部の外径を大きくした場合、本体部と節部の間の接触面積（以下、根元面積Ａｒとも称する）が小さくなってしまう。根元面積Ａｒが小さくなると、節部の剪断耐力が小さくなってしまう。
【０００７】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、節部の剪断耐力が確保されながら、長期杭材許容支持力が改良された節杭を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る節杭は、
円筒形状の本体部と、
前記本体部の外周面から突出する少なくとも１つの節部とを備え、
前記本体部及び前記節部はコンクリートを含み、
前記本体部の外周面における前記節部の占有面積を根元面積Ａｒとし、前記本体部と直交する面に対し前記本体部の軸線方向にて投影された前記節部の面積を投影面積Ａｎとしたとき、前記根元面積Ａｒに対する前記投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒは０．０６９以上０．３２０以下である。
【０００９】
上記構成（１）によれば、根元面積Ａｒに対する投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒが０．３２０以下であり、従来に比べて小さい。比Ａｎ／Ａｒが小さいということは、もし根元面積Ａｒが一定であれば、節部の突出高さｈが小さいということである。杭の突出高さｈを小さくすることができれば、その代わりに、本体部の肉厚ｔを増大させることができ、長期杭材許容支持力を増大させることができる。
一方、根元面積Ａｒに対する投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒが０．３２０以下であるということは、節部の突出高さｈが一定であれば、根元面積Ａｒが大きいということである。杭の根元面積Ａｒを大きくすることができれば、節部の剪断耐力を確保することができる。
そして、上記構成（１）によれば、根元面積Ａｒに対する投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒが０．０６９以上であることによって、節部による支圧力を十分に確保することができる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記本体部の外径は４００ｍｍ超であり、
前記本体部の径方向での前記節部の突出高さをｈとし、前記本体部の肉厚をｔとしたときに、前記肉厚ｔに対する前記突出高さｈの比ｈ／ｔは、０．２５０以上０．６２５以下である。
【００１１】
節杭において、本体部の外径が４００ｍｍ超の場合、本体部の外径が４００ｍｍ以下の場合に比べ、本体部の外径の変化に対する肉厚ｔの変化率が小さい。このため、本体部の外径が４００ｍｍ超の範囲では、本体部の肉厚ｔに対する突出高さｈの比ｈ／ｔが０．６２５以下であれば、従来に比べて、本体部の肉厚ｔが突出高さｈに比べて大きいということができる。従って、上記構成（２）の節杭では、本体部の外径が４００ｍｍ超であり、且つ、比ｈ／ｔが０．６２５以下であるため、本体部の肉厚ｔが突出高さｈに比べて大きく、長期杭材許容支持力を大きくすることができる。
一方、上記構成（２）によれば、本体部の肉厚ｔに対する突出高さｈの比ｈ／ｔが０．２５以上であることによって、節部による支圧力を十分に確保することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、節部の剪断耐力が確保されながら、長期杭材許容支持力が改良された節杭が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る節杭が地中に埋設された状態を概略的に示す図である。
【図２】図２の左側は図１中の節杭の側面を概略的に示し、図２の右側は図１中の節杭の断面を概略的に示している。
【図３】図２中の領域ＩＩＩの拡大図である。
【図４】節部の投影面積を説明するための図である。
【図５】節部の根元面積Ａｒを説明するための図である。
【図６】実施例１〜４５の節杭における、節部の外径Ｄｎ、本体部の外径Ｄｐ、本体部の肉厚ｔ、節部の根元面積Ａｒに対する投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒ、本体部の肉厚ｔに対する節部の突出高さｈの比ｈ／ｔ、及び、節部支圧力に対する長期杭材許容支持力の比を示す表である。
【図７】比較例１〜１８の図６に対応する表である。
【図８】比Ａｎ／Ａｒと節部支圧力に対する長期杭材許容支持力の比との関係を、節部の外径Ｄｎが６００ｍｍ，８００ｍｍ，１２００ｍｍである場合について示すグラフである。
【図９】比ｈ／ｔと節部支圧力に対する長期杭材許容支持力の比との関係を、節部の外径Ｄｎが６００ｍｍ，８００ｍｍ，１２００ｍｍである場合について示すグラフである。
【図１０】節部支圧力を測定するための試験装置の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る節杭が地中に埋設された状態を概略的に示す図である。図１には、２本の節杭２，４及び１本のストレート杭６が示されている。節杭２，４及びストレート杭６は直列に連結されて１本の杭（連結杭）８を構成している。杭８は、図示しない上部構造を支持可能である。
【００１６】
より詳しくは、杭８は、予め掘削された杭孔１０の内部に沈設されている。杭孔１０の底部には、根固め液が注入され、根固め液が硬化することによって、杭８の下端部を囲む根固め部１２が形成されている。また、杭孔１０の底部よりも上方には、杭周液が注入され、杭周液が硬化することによって、杭８を囲む杭周部１４が形成される。杭８は、根固め部１２及び杭周部１４を介して地盤によって支持されている。根固め液及び杭周液は、それぞれセメント成分を含んでおり、セメント成分が地盤の掘削によって発生した土砂と混合されてから硬化することによって根固め部１２及び杭周部１４がそれぞれ形成される。
【００１７】
図２の左側は図１中の節杭２の側面を概略的に示し、図２の右側は図１中の節杭２の断面を概略的に示している。図３は、図２中の領域ＩＩＩの拡大図である。
図２及び図３に示したように、節杭２は、本体部（軸部）１６と、本体部１６と一体に成形された節部１８とを有する。本体部１６及び節部１８は、コンクリートによって構成されている。本体部１６は、円筒形状を有している。本体部１６の各上下端面には環状の端板２０が固定されていてもよく、端板２０同士の間に本体部１６を貫通してＰＣ鋼棒２２が架け渡されていてもよい。また、本体部１６の両端部の外周面は金属製の円筒形状のカバー２４によって覆われていてもよく、本体部１６の内部には、図示しないけれども螺旋形状若しくは直線形状の補強筋が埋設されていてもよい。
【００１８】
節部１８は、本体部１６の円筒形状の外周面２６から本体部１６の径方向に突出している。節部１８は、本体部１６の外周面２６の一部を囲むように環形状を有する。節部１８は、例えば円筒形状の外周面２８を有し、本体部１６の外周面２６と節部１８の外周面２８は同心上に配置されている。また、節部１８は、本体部１６の軸線方向にて両側に、例えばテーパ形状の段差面３０を有し、本体部１６の外周面２６と節部１８の外周面２８は、段差面３０を介して連なっている。例えば、本体部１６の外周面２６と段差面３０とがなす角度θは４５°である。
なお、図３に示したように、本体部１６の肉厚ｔは、本体部１６の内径Ｄｉと外径Ｄｐとの差によって決定され（ｔ＝（Ｄｐ−Ｄｉ）／２）、本体部１６の径方向での節部１８の突出高さｈは、本体部１６の外径Ｄｐと節部１８の外径Ｄｎとの差によって決定される（ｈ＝（Ｄｎ−Ｄｐ）／２）。
【００１９】
図４は、節部１８の投影面積Ａｎを説明するための図であり、節杭２の本体部１６の軸線方向と直交する面に対し、本体部１６の軸線方向にて節杭２の節部１８を投影した投影図である。節部１８の投影面積Ａｎは、図４において、ハッチングを付した領域の面積に相当する。投影面積Ａｎは、本体部１６に対する節部１８の段差面３０の角度θに関係無く、節部１８の外径Ｄｎと本体部１６の外径Ｄｐによって決定される。
【００２０】
図５は、節杭２の節部１８及びその周辺を概略的に示す斜視図であり、本体部１６の外周面２６における節部１８の専有面積（根元面積Ａｒ）を説明するための図である。根元面積Ａｒは、図５のハッチングを付した円筒形状の領域の面積に相当する。円筒形状の領域は、本体部１６と節部１８の境界に相当し、本体部１６の外周面２６上における節部１８の周長及び軸線方向長さＬａによって決定される。
【００２１】
ここで、上記した節杭２にあっては、根元面積Ａｒに対する投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒは０．０６９以上０．３２０以下となるように構成されている。
上記構成の節杭２によれば、根元面積Ａｒに対する投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒが０．３２０以下であり、従来に比べて小さい。比Ａｎ／Ａｒが小さいということは、もし根元面積Ａｒが一定であれば、節部１８の突出高さｈが小さいということである。節部１８の突出高さｈを小さくすることができれば、その代わりに、本体部１６の肉厚ｔを増大させることができる。長期杭材許容支持力は、節杭２の本体部１６の肉厚ｔと本体部１６を構成するコンクリートの強度に依存するので、本体部の肉厚ｔを増大させることができれば、長期杭材許容支持力を増大させることができる。
【００２２】
一方、根元面積Ａｒに対する投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒが０．３２０以下であるということは、節部１８の突出高さｈが一定であれば、根元面積Ａｒが大きいということである。節部１８の根元面積Ａｒを大きくすることができれば、節部１８の剪断耐力を確保することができる。
【００２３】
また一方では、上記構成によれば、根元面積Ａｒに対する投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒが０．０６９以上であることによって、節部１８による支圧力を十分に確保することができる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、本体部１６の外径Ｄｐは４００ｍｍ超であり、且つ、本体部１６の肉厚ｔに対する節部１８突出高さｈの比ｈ／ｔは、０．２５０以上０．６２５以下である。
【００２５】
節杭２において、本体部１６の外径Ｄｐが４００ｍｍ超の場合、本体部１６の外径Ｄｐが４００ｍｍ以下の場合に比べ、本体部１６の外径Ｄｐの変化に対する肉厚ｔの変化率が小さい。このため、本体部１６の外径Ｄが４００ｍｍ超の範囲では、本体部１６の肉厚ｔに対する節部１８の突出高さｈの比ｈ／ｔが０．６２５以下であれば、従来に比べて、本体部の肉厚ｔが節部１８の突出高さｈに比べて大きいということができる。従って、節杭２において、本体部１６の外径Ｄｐが４００ｍｍ超であり、且つ、比ｈ／ｔが０．６２５以下であれば、本体部の肉厚ｔを突出高さｈに比べて大きくすることができ、長期杭材許容支持力を大きくすることができる。
一方、本体部１６の肉厚ｔに対する節部１８の突出高さｈの比ｈ／ｔを０．２５以上にすれば、節部１８による支圧力を十分に確保することができる。
【００２６】
幾つかの実施形態では、節杭２は、中空既製杭であり、高強度プレストレストコンクリート杭（ＰＨＣ杭）であるが、鉄筋コンクリート杭（ＲＣ杭）、又は、高強度プレストレスト鉄筋コンクリート杭（ＰＲＣ杭）であってもよい。
【００２７】
幾つかの実施形態では、節部１８の段差面３０の角度θは、４５°以上９０°未満である。
【００２８】
〔実施例及び比較例〕
図６は、実施例１〜４５の節杭における、節部１８の外径Ｄｎ、本体部１６の外径Ｄｐ、本体部１６の肉厚ｔ、節部１８の根元面積Ａｒに対する投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒ、本体部１６の肉厚ｔに対する節部１８の突出高さｈの比ｈ／ｔ、及び、節部支圧力に対する長期杭材許容支持力の比を示す表である。
図７は、比較例１〜１８の図６に対応する表である。
図８は、比Ａｎ／Ａｒと節部支圧力に対する長期杭材許容支持力の比との関係を、節部１８の外径Ｄｎが６００ｍｍ，８００ｍｍ，１２００ｍｍである場合について示すグラフである。
【００２９】
図９は、比ｈ／ｔと節部支圧力に対する長期杭材許容支持力の比との関係を、節部１８の外径Ｄｎが６００ｍｍ，８００ｍｍ，１２００ｍｍである場合について示すグラフである。
図１０は、節部支圧力を測定するための試験装置の構成を概略的に示す図である。
なお、本体部１６の外周面２６に対する節部１８の段差面３０の角度θは、実施例１〜４５及び比較例１〜１８の全てにおいて４５°である。
【００３０】
図８から、節部１８の外径Ｄｎ毎に比較した場合、根元面積Ａｒに対する投影面積Ａｎの比Ａｎ／Ａｒが０．３２０以下である方が、比Ａｎ／Ａｒが０．３２０超である場合よりも、節部支圧力に対する長期杭材許容支持力の比が大きくなっていることがわかる。
また、図９から、本体部１６の外径Ｄｐが４００ｍｍ超のときに、節部１８の外径Ｄｎ毎に比較した場合、本体部１６の肉厚ｔに対する節部１８の突出高さｈの比ｈ／ｔが０．６２５以下である方が、比ｈ／ｔが０．６２５超である場合よりも、節部支圧力に対する長期杭材許容支持力の比が大きくなっていることがわかる。
【００３１】
なお、節部支圧力は、各節部１８によって得られる支圧力であり、例えば、図１０に示した試験装置４０によって求めることができる。節部支圧力の測定には、節部１８を含む節杭２の一部が供される。節杭２の一部は、根固め部１２又は杭周部１４に相当するソイルセメント４２で囲まれ、更に鋼製の拘束管４４で囲まれて、これにより試験体４６が形成される。試験装置４０は、試験体４６のソイルセメント４２を支持可能な支持台４８と、試験体４６中の節杭２の一部に下向きの荷重を加えることが可能なプレス装置５０と、ソイルセメント４２に対する節杭２の一部の相対変位を検出可能な変位計５２とを備えている。節部支圧力は、相対変位が生じたときの荷重として求められる。
【００３２】
なお、本実施形態では、円筒形状の節杭について説明したが、この形状に限定されるものではなく、例えば、三角筒形状や四角筒形状等の矩形の節杭にも適用可能である。
【００３３】
最後に、本発明は上述した幾つかの実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００３４】
２，４        節杭
６            ストレート杭
８            杭
１０          杭孔
１２          根固め部
１４          杭周部
１６          本体部（軸部）
１８          節部
２０          端板
２２          ＰＣ鋼棒
２４          カバー
２６          外周面（軸部）
２８          外周面（節部）
３０          段差面
４０          試験装置
４２          ソイルセメント
４４          拘束管
４６          試験体
４８          支持台
５０          プレス装置
５２          変位計
Ｄｐ          本体部の外径
Ｄｎ          節部の外径
Ａｎ          節部の投影面積
Ａｒ          節部の根元面積
ｈ            節部の突出高さ
ｔ            本体部の肉厚
Ｌａ          本体部側の節部の軸線方向長さ
θ            段差面角度
【図１】
0006497249.tif 000002
【図２】
0006497249.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006497249.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006497249.tif 000008
【図８】
0006497249.tif 000009
【図９】
0006497249.tif 000010
【図１０】
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