(57)【要約】【課題】本発明は、大きな変形の下でも建物荷重を安全に支持できる場所打ちコンクリート充填鋼管杭、場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法、及び構造物の基礎構造を提供する。【解決手段】液状化層４を備える地盤中に構築される場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、液状化層４に位置する上杭部８と、液状化層４の下層に位置する下杭部１０により構成される。上杭部８は、鉛直孔５の断面径より小さい外径を有する小径の鋼管９と、内方に充填されるコンクリート１２よりなり、下杭部１０は、籠鉄筋１１とこれを充填するコンクリート１２よりなる。籠鉄筋１１は、支持層から非液状化層３の表面近傍に達する長さの主筋１１ａを有しており、主筋１１ａの上端部近傍が、鋼管９の下端部近傍に固着され、上杭部８のほぼ全体が液状化層４に位置することとなる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層に直下の層と比較してせん断変形の大きい軟弱層を備える地盤中で、支持層に達する深さを有する鉛直孔の内方に構築されており、
複数の主筋、及び該主筋と直交する複数のフープ筋により形成される籠鉄筋と、該籠鉄筋を埋設するコンクリートを備える鉄筋コンクリート造により構成され、支持層に支持されて鉛直に立設する下杭部と、
鋼管と、該鋼管の内方に充填されるコンクリートを備えるコンクリート充填鋼管造より構成され、前記下杭部に軸力が伝達できるように下杭部の上端部に、前記鋼管の下端部を接合されて鉛直に立設する上杭部とを有してなり、
前記上杭部は、前記表層に位置し、その下端部が表層の下端面を跨ぐ長さに形成されるとともに、
前記下杭部の籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、前記上杭部の鋼管の下端部近傍に固定手段を介して固定されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項２】
請求項１に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭において、
前記上杭部を構成する鋼管の外周面と前記鉛直孔の孔壁との隙間には、硬化充填材が充填されていることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項３】
請求項１または２に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭において、
前記下杭部を構成する籠鉄筋の断面径が、前記上杭部を構成する鋼管の内径より小さく形成され、
該鋼管の下端部近傍の内周面に、前記籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、固定手段を介して固定されていることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項４】
請求項１または２に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭において、
前記下杭部を構成する籠鉄筋の断面径が、前記上杭部を構成する鋼管の内径より小さく形成されるとともに、前記鋼管の下端部近傍の内周面に、下方へ鉛直に突出する複数のアンカー筋が所定の離間間隔を持って配されており、
該アンカー筋と、前記籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、重ね継ぎ手を形成するように配されて、両者が固定手段を介して固定されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項５】
請求項１または２に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭において、
前記下杭部を構成する籠鉄筋の断面径が、前記上杭部を構成する鋼管を内包できる径に形成されるとともに、前記鋼管の下端部近傍の外周面に、下方へ鉛直に突出する複数のアンカー筋が所定の離間間隔を持って配されており、
前記鋼管の下端部が、前記籠鉄筋の内方へ前記アンカー筋とともに挿入するように配され、前記籠鉄筋の主筋と前記コンクリートを介して固定されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項６】
請求項５に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭において、
前記籠鉄筋を構成する主筋の上端部が、前記鋼管の下端部近傍の外周面に、固定手段を介して固定されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭において、
前記下杭部の位置する前記鉛直孔の底部が、拡径されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭。
【請求項８】
表層に直下の層と比較してせん断変形の大きい軟弱層を備える地盤中に、支持層に達する深さまで鉛直孔を掘削するとともに、該鉛直孔の底部から表層の下面近傍に達する長さを有する複数の主筋を備えた籠鉄筋を組み立て、該主筋の上端部近傍を、前記鋼管の下端部近傍に固定手段を介して固定する第１の工程と、
前記鉛直孔の内方へ、下端部に前記籠鉄筋が固着された前記鋼管を建て込む第２の工程と、
前記鉛直孔の内方にコンクリートを打設し、前記籠鉄筋及び前記鋼管の下端部近傍を埋設する第３の工程と、
前記鋼管の内方にコンクリートを充填打設する第４の工程とにより構成されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法。
【請求項９】
請求項８に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法において、
第１の工程で、前記籠鉄筋を、鋼管の内径より小さい断面径に組み立て、
該籠鉄筋を構成する主筋の上端部近傍を、前記鋼管の下端部の内周面に固定手段を介して固定することを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法において、
第１の工程で、前記籠鉄筋を、鋼管の内径より小さい断面径に組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の内周面に、下方へ突出するアンカー筋を固定手段を介して固定し、
該アンカー筋と、前記籠鉄筋を構成する主筋の上端部近傍とにより重ね継ぎ手を形成させ、両者を固定手段を用いて固定することを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法において、
第１の工程で、前記籠鉄筋を、鋼管の外径より略大きい断面径に組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の外周面に、下方へ突出するアンカー筋を固着し、
鋼管の下端部近傍の外周面に、籠鉄筋を構成する主筋の上端面を固定手段を介して固定することを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法。
【請求項１２】
表層に直下の層と比較してせん断変形の大きい軟弱層を備える地盤中に、支持層に達する深さまで鉛直軸と同軸な鉛直孔を掘削する一方、該鉛直孔の底部から表層の下面近傍に達する長さを有する複数の主筋を備える籠鉄筋を、鋼管の外径より略大きい断面径に組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の外周面に、下方へ突出するアンカー筋を固着する第１の工程と、
前記鉛直孔の底部に、前記籠鉄筋を建て込むとともに、
前記鋼管の下端部近傍及び前記アンカー筋が、該籠鉄筋の内方に配置されるように、鋼管を前記鉛直孔の内方で所定の高さ位置に建て込む第２の工程と、
前記鉛直孔の内方にコンクリートを打設し、前記籠鉄筋及び前記鋼管の下端部近傍を埋設する第３の工程と、
前記鋼管の内方にコンクリートを充填打設する第４の工程とにより構成されることを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれかに記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法において、
第４の工程で、前記鋼管の外周と前記鉛直孔の鉛直孔壁との間に、硬化充填材を充填するとともに、鋼管の内方にコンクリートを充填打設することを特徴とする場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法。
【請求項１４】
地盤中の支持層に支持されて、鉛直軸状に配される既存杭及び新設杭と、該既存杭及び新設杭の杭頭部を連結するように水平に配される基礎水平部材とにより構成される既存杭を利用した構造物の基礎構造であって、
前記既存杭の杭頭部には滑り面が形成されて、該滑り面と前記基礎水平部材の下面が面どうしで接触しているとともに、
前記新設杭が、前記建築物の鉛直荷重を支持できる径を有するコンクリート充填鋼管造の上杭部と、該上杭部の軸力が伝達される鉄筋コンクリート造の下杭部を備える場所打ちコンクリート充填鋼管杭により構成され、前記上部杭の上端部が前記基礎水平部材に剛に接合されることを特徴とする構造物の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安価で変形性能の高い場所打ちコンクリート充填鋼管杭、場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法、及び構造物の基礎構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、東海地震や南海地震等の大地震が予想されるなか、対象となる都市の多くは沖積地盤であり、また、建設需要が今後予想されている臨海部は、都市再生プロジェクトの低未利用地域であり、これらの地盤の多くは液状化の発生率が極めて高い地域であることが一般に知られている。そこで、液状化を含む軟弱地盤では、杭頭の耐震性を確保することを目的に、拡頭場所打ちコンクリート杭や特許文献１に示すような、場所打ちコンクリート杭の杭頭部近傍の外周面に鋼管を巻き付けた鋼管巻き場所打ちコンクリート杭などの杭工法が一般に用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−４３５２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
改訂された建築学会の基礎構造設計指針が今後普及すると、軟弱地盤や液状化地盤での杭応力は従来よりも大きくなるが、従来型の強度指向型の杭基礎、例えば、特許文献１に示すような該鋼管巻き場所打ちコンクリートは、杭頭部近傍に作用する曲げやせん断力に抵抗するものの、鋼管部で軸力を支持していないため、これまで以上に部材寸法が増大し、基礎の設計コストアップは避けられない。また、強度指向型の杭は変形性能が小さいため、地盤変形が大きくなる厚い堆積層や液状化地盤に対して適切な杭とは言えない。
そこで、地震時に地盤変形が大きくなる場合や地震後の側方流動が懸念される場合には、変形性能の高い鋼管杭を用いることが望まれるが、材料単価が高いことから、一般には前述したような鋼管巻きの場所打ちコンクリート杭に代表される強度指向型が適用されることとなる。このような現状を解決するには、コストパフォーマンスが良く、従来工法に替わる変形性能の高い杭が必要である。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、安価で変形性能が高く、比較的大きな変形の下でも建物荷重を安全に支持できる場所打ちコンクリート充填鋼管杭、場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法、及び構造物の基礎構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、表層に直下の層と比較してせん断変形の大きい軟弱層を備える地盤中で、支持層に達する深さを有する鉛直孔の内方に構築されており、複数の主筋、及び該主筋と直交する複数のフープ筋により形成される籠鉄筋と、該籠鉄筋を埋設するコンクリートを備える鉄筋コンクリート造により構成され、支持層に支持されて鉛直に立設する下杭部と、鋼管と、該鋼管の内方に充填されるコンクリートを備えるコンクリート充填鋼管造より構成され、前記下杭部に軸力が伝達できるように下杭部の上端部に、前記鋼管の下端部を接合されて鉛直に立設する上杭部とを有してなり、前記上杭部は、前記表層に位置し、その下端部が表層層の下端面を跨ぐ長さに形成されるとともに、前記下杭部の籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、前記上杭部の鋼管の下端部近傍に固定手段を介して固定されることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、前記上杭部を構成する鋼管の外周面と前記鉛直孔の孔壁との隙間には、硬化充填材が充填されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、前記下杭部を構成する籠鉄筋の断面径が、前記上杭部を構成する鋼管の内径より小さく形成され、該鋼管の下端部近傍の内周面に、前記籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、固定手段を介して固定されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、前記下杭部を構成する籠鉄筋の断面径が、前記上杭部を構成する鋼管の内径より小さく形成されるとともに、前記鋼管の下端部近傍の内周面に、下方へ鉛直に突出する複数のアンカー筋が所定の離間間隔を持って配されており、該アンカー筋と、前記籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、重ね継ぎ手を形成するように配されて、両者が固定手段を介して固定されることを特徴としている。
【００１０】
請求項５記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、前記下杭部を構成する籠鉄筋の断面径が、前記上杭部を構成する鋼管を内包できる径に形成されるとともに、前記鋼管の下端部近傍の外周面に、下方へ鉛直に突出する複数のアンカー筋が所定の離間間隔を持って配されており、前記鋼管の下端部が、前記籠鉄筋の内方へ前記アンカー筋とともに挿入するように配され、前記籠鉄筋の主筋と前記コンクリートを介して固定されることを特徴としている。
【００１１】
請求項６記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、前記籠鉄筋を構成する主筋の上端部が、前記鋼管の下端部近傍の外周面に、固定手段を介して固定されることを特徴としている。
【００１２】
請求項７記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、前記下杭部の位置する前記鉛直孔の底部が、拡径されることを特徴としている。
【００１３】
請求項８記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法は、表層に直下の層と比較してせん断変形の大きい軟弱層を備える地盤中に、支持層に達する深さまで鉛直孔を掘削するとともに、該鉛直孔の底部から表層の下面近傍に達する長さを有する複数の主筋を備えた籠鉄筋を組み立て、該主筋の上端部近傍を、前記鋼管の下端部近傍に固定手段を介して固定する第１の工程と、前記鉛直孔の内方へ、下端部に前記籠鉄筋が固着された前記鋼管を建て込む第２の工程と、前記鉛直孔の内方にコンクリートを打設し、前記籠鉄筋及び前記鋼管の下端部近傍を埋設する第３の工程と、前記鋼管の内方にコンクリートを充填打設する第４の工程とにより構成されることを特徴としている。
【００１４】
請求項９記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法は、第１の工程で、前記籠鉄筋を、鋼管の内径より小さい断面径に組み立て、該籠鉄筋を構成する主筋の上端部近傍を、前記鋼管の下端部の内周面に固定手段を介して固定することを特徴としている。
【００１５】
請求項１０記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法は、第１の工程で、前記籠鉄筋を、鋼管の内径より小さい断面径に組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の内周面に、下方へ突出するアンカー筋を固定手段を介して固定し、該アンカー筋と、前記籠鉄筋を構成する主筋の上端部近傍とにより重ね継ぎ手を形成させ、両者を固定手段を用いて固定することを特徴としている。
【００１６】
請求項１１記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法は、第１の工程で、前記籠鉄筋を、鋼管の外径より略大きい断面径に組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の外周面に、下方へ突出するアンカー筋を固着し、鋼管の下端部近傍の外周面に、籠鉄筋を構成する主筋の上端面を固定手段を介して固定することを特徴としている。
【００１７】
請求項１２記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法は、表層に直下の層と比較してせん断変形の大きい軟弱層を備える地盤中に、支持層に達する深さまで鉛直軸と同軸な鉛直孔を掘削する一方、該鉛直孔の底部から表層の下面近傍に達する長さを有する複数の主筋を備える籠鉄筋を、鋼管の外径より略大きい断面径に組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の外周面に、下方へ突出するアンカー筋を固着する第１の工程と、前記鉛直孔の底部に、前記籠鉄筋を建て込むとともに、前記鋼管の下端部近傍及び前記アンカー筋が、該籠鉄筋の内方に配置されるように、鋼管を前記鉛直孔の内方で所定の高さ位置に建て込む第２の工程と、前記鉛直孔の内方にコンクリートを打設し、前記籠鉄筋及び前記鋼管の下端部近傍を埋設する第３の工程と、前記鋼管の内方にコンクリートを充填打設する第４の工程とにより構成されることを特徴としている。
【００１８】
請求項１３記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法は、第４の工程で、前記鋼管の外周と前記鉛直孔の鉛直孔壁との間に、硬化充填材を充填するとともに、鋼管の内方にコンクリートを充填打設することを特徴としている。
【００１９】
請求項１４記載の構造物の基礎構造は、地盤中の支持層に支持されて、鉛直軸状に配される既存杭及び新設杭と、該既存杭及び新設杭の杭頭部を連結するように水平に配される基礎水平部材とにより構成される既存杭を利用した構造物の基礎構造であって、前記既存杭の杭頭部には滑り面が形成されて、該滑り面と前記基礎水平部材の下面が面どうしで接触しているとともに、前記新設杭が、前記建築物の鉛直荷重を支持できる径を有するコンクリート充填鋼管造の上杭部と、該上杭部の軸力が伝達される鉄筋コンクリート造の下杭部を備える場所打ちコンクリート充填鋼管杭により構成され、前記上部杭の上端部が前記基礎水平部材に剛に接合されることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の場所打ちコンクリート充填鋼管杭、場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法、及び構造物の基礎構造を図１から図９に示す。本発明の場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、直下の層よりせん断変形の大きい軟弱層よりなる表層に位置する上杭部を、軸力・曲げ・せん断力の何れについても十分な耐力を有するとともに変形性能に優れたコンクリート充填鋼管造として構築するとともに、支持層に支持され上杭部の下方に位置する下杭部を、変形性能は小さいものの安価で高い軸力支持機能を有する場所打ち鉄筋コンクリート造として構築することにより、表層では比較的大きな杭変形のもとでも構造物の荷重を安全に支持することのできる耐震性能に優れた構成とすることができ、表層より下方では安価で軸力支持性能に優れた構成とすることができるものである。
本実施の形態では、場所打ちコンクリート充填鋼管杭を、表層に軟弱層である液状化層を有し、中層に軟弱層であるものの、表層と比較してせん断変形の小さい非液状化層、下層に支持層を有する３層よりなる地盤に構築する場合を例に挙げて詳述する。なお、地盤は、表層が直下に位置する層よりも軟弱であり、かつ最下層に支持層を有する地盤であれば、２層もしくは３層以上の複数層を有する地盤等、何れの地盤に構築しても良い。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、下層を構成する支持層２と、中層を構成する非液状化層３と、表層を構成する液状化層４とによりなる地盤１には、構造物６を支持する複数の場所打ちコンクリート充填鋼管杭７が、所定の間隔をもって離間配置され、底部が前記支持層２に達する深さを有する複数の鉛直孔５の内方各々に構築されている。
なお、地盤１を構成する支持層２は、前記構造物６の荷重に耐えうる強度を有するものである。また、本実施の形態において、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は液状化層４を有する地盤１に設ける構成としたが、これにこだわるものではなく、横方向地盤反力の小さな液状化を含む軟弱地盤で、かつ軟弱層が厚いために杭基礎を必要とする地盤の何れにも適用可能である。
【００２２】
前記場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、支持層２に支持される下杭部１０と、該下杭部１０の頭部に配置される上杭部８とにより構成される。
該上杭部８は、図２（ａ）に示すように、前記鉛直孔５の断面径と比較して略小さい外径を有する小径の鋼管９が、鉛直孔５の上部でこれと同軸となるように鉛直に配されており、その内方にコンクリート１２が充填されることにより形成されている。該鋼管９の断面径は、構造物６より作用する鉛直荷重を支持できる強度を有する程度の大きさを有していれば、その大きさにこだわるものではない。本実施の形態では、鋼管９に一般に用いられているリブ無し鋼管を用いているが、これにこだわるものではなく、周面または内面にリブが配されたいわゆるリブ付き鋼管を用いてもよく、またコンクリート１２は、鋼繊維や炭素繊維を用いた繊維補強コンクリート等を用いても良い。
【００２３】
上述する構成のコンクリート充填鋼管造の上杭部８は、全長にわたり無筋のコンクリート１２を鋼管９を用いて拘束した構成であるため、変形性能に富んだ靱性志向型すなわち柔構造を有しており、コンクリート１２及び鋼管９により構造物６より作用する軸力及び曲げモーメントを負担するとともに、鋼管９によりせん断力を負担する等、何れについても十分な耐力と変形性能を有するものである。
【００２４】
一方、前記下杭部１０は、籠鉄筋１１とコンクリート１２を備える場所打ち鉄筋コンクリート造により構成されており、一般に用いられる場所打ちコンクリート杭と同様の杭基礎設計により算出される杭断面を有している。
前記籠鉄筋１１は、図２（ａ）に示すように、前記鋼管９の内周面に沿うように所定の離間間隔をもって鉛直状に配され、前記支持層２の表面近傍から非液状化層３の表面近傍に達する部材長を有する複数の主筋１１ａと、該主筋１１ａに直交しこれらを囲うようにして、所定の離間間隔を持って配される複数のフープ筋１１ｂとにより構成されている。該籠鉄筋１１は、前記鉛直孔５の下部に配されて、前記コンクリート１２により埋設されることとなるが、図２に示すように、鉛直状に配された前記主筋１１ａの上端部近傍が、前記鋼管９の下端部近傍で、内周面に溶接等の固着手段を介して固着されている。
【００２５】
したがって、コンクリート充填鋼管造の上杭部８と、鉄筋コンクリート造の下杭部１０は、前記籠鉄筋１１を構成する主筋１１ａの上端部近傍が、前記鋼管９の内周面に溶接される構成と、これらの接合部が前記コンクリート１２により埋設される構成とにより連結され、軸力をスムーズに伝達することとなる。このような構成の場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、前記上杭部９が、非液状化層３の表面近傍に達する長さの下杭部８の上部に設けられていることから、上杭部９のほぼ全体が前記液状化層４に位置することとなる。
【００２６】
なお、前記コンクリート充填鋼管造の上杭部８と、鉄筋コンクリート造の下杭部１０との連結構造は、必ずしも上述するものに限るものではない。例えば、図２（ｂ）に示すように、上杭部８を構成する鋼管９の下端部近傍で内周面に、所定の離間間隔をもって鉛直状に配された複数のアンカー筋２５の上端部を溶接等の固着手段を介して固着しておき、一方で、下杭部１０を構成する籠鉄筋１１の断面径を鋼管９の内径より小さく形成しておき、該籠鉄筋１１を構成する主筋１１ａの上端部近傍と、前記鋼管９に固着されたアンカー筋２５とで重ね継ぎ手を形成させた上で、両者を緊結手段１３を介して緊結する構成としても良い。
【００２７】
ところで、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は先にも述べたように、前記上杭部８が少なくとも、構造物６より作用する鉛直荷重を支持できる強度を有する程度の断面径を有していれば良く、また前記下杭部１０は、一般に用いられる場所打ちコンクリート杭と同様の杭基礎設計により算出される杭断面を確保している。このため、鉛直孔５の内径は、下杭部１０に必要な径を確保する大きさに削孔されており、該下杭部１０の籠鉄筋１１もこれに適した断面に形成されることとなる。
一方で、該籠鉄筋１１は、主筋１１ａを該上杭部８を構成する鋼管９の内周面に溶接する構成としているため、上杭部８の鋼管９も下杭部１０に用いる籠鉄筋１１を内周面で溶接できる大きさの断面径とする必要が生じる。このため、第１の実施の形態では、上杭部８は下杭部１０とほぼ同程度の断面径を有した構成となっている。しかし、コンクリート充填鋼管造の上杭部８は、無筋のコンクリート５を鋼管９を用いて拘束した構成であるため、変形性能に富んだ靱性志向型すなわち柔構造を有しており、鉄筋コンクリート造の下杭部１０と比較して、曲げ剛性の小さい構成となっている。
【００２８】
また、図２（ａ）（ｂ）に示すように、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、上杭部８を構成する鋼管９が前記鉛直孔５の断面径と比較して略小さく成形されており、前記鉛直孔５の孔壁と前記鋼管９の外周面との間に間隙を設けている。本実施の形態では、この間隙にセメントミルクよりなる硬化充填材１４を充填しているが、硬化充填材１４は必ずしもセメントミルクである必要はなく、間隙内で硬化するものであれば何れを用いても良い。このような構成は、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の周面を固化し、前記鉛直孔５の孔壁との間に十分な摩擦力と横方向地盤反力を確保するものである。なお、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、図３に示すように、上杭部８を構成する鋼管９を前記鉛直孔５と同程度の断面径に成形し、前記硬化充填材１４を用いない構成としても良い。
【００２９】
さらに、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、上杭部８を形成する鋼管９の上端部、すなわち杭頭部に複数の杭頭アンカー筋１５が設けられている。該杭頭アンカー筋１５は、棒鋼等の鋼材により構成され、図１に示すような上方に構築されている構造物６の上部基礎６ａに内包されることにより、曲げモーメントを伝達することを目的に設けられるものである。これらは、前記鋼管９の外周面に所定の間隔を持って鉛直状に配されており、上端部が突出するように下端部を溶接等の固着手段により固着されている。本実施の形態では、鋼管９の上端部に該杭頭アンカー筋１５を用いたが、これにこだわるものではなく、カップラー等の機械式継ぎ手を溶接等の固着手段を介して固着する構成としても良く、構造物６の上部基礎６ａに曲げモーメントを伝達することの可能な構成であれば、何れを用いても良い。
【００３０】
その他、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の上杭部８の頭部は、上方に構築される構造物６の上部基礎６ａに、前記鋼管９の断面径の１．０倍の長さ以上埋め込む構成とすることにより、固定度を確保する方法もある。一方で、一般に用いられている杭頭固定度低減工法を採用して前記鋼管９の上端部を上方に構築される構造物６の上部基礎６ａに接合し、その接合構造を剛接合からピン接合に近づける構成として、構造物６の上部基礎６ａに作用する杭頭曲げ応力を低減させることにより、上部基礎６ａの合理化を図る構成としても良い。
【００３１】
また、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の設計にあたっては、一般の耐震設計に適用されているいわゆる耐震設計法に基づき、供用期間中に１〜２度程度発生する確率を持つ一般的な地震動に対しては、地震で発生する応力を上記の材料許容応力度以内に納める一次設計、発生確率は低いが直下型地震又は海溝型巨大地震に起因する更に高レベルの地震動に対しては、地震による応力が許容応力度を越え、さらに降伏点を超過しても崩壊しない二次設計を行うこととし、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の合理的な使用を図るものである。
【００３２】
上述する構成の前記場所打ちコンクリート充填鋼管杭７に係る主な特徴を以下に示す。
前記上杭部８がコンクリート充填鋼管造に構成されていることから、コンクリート１２部と鋼管９部の両方で常時軸力を負担する構造であり、構造的に強く、軸力、曲げモーメント、せん断力のいずれにも十分な耐力と変形性能を保持しているため、場所打ちコンクリートによる拡頭杭や、コンクリートのみで常時軸力を支持する構成である鋼管巻き場所打ちコンクリート杭と比較して、小さい杭径で同程度の構造性能を保持することができ、コストを大幅に削減することが可能となる。また、後に第３の実施の形態で示すような、既存杭の再利用を目的に、既存杭と併用して場所打ちコンクリート充填鋼管杭７を用いる場合にも、杭径が小さいことにより既存杭との干渉が生じにくく、設計制約条件を緩和することが可能となる。
【００３３】
これら前記上杭部８の杭径を小さくできることに伴い、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７に生じる杭頭曲げモーメントが小さくなることから、基礎梁等の梁成を小さくする等上部基礎６ａの寸法を小さくでき、これに伴い掘削残土が低減できる、さらには小断面のパイルキャップを用いることができる等、上部基礎６ａに対して合理的な設計を実施することができ、大幅なコスト削減を実施することが可能となる。このように、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、杭径を小さくできることにより、杭体本体及びその上部に構築される上部基礎６ａの両者のコストを削減することが可能となる。
【００３４】
また、前記上杭部８は、鋼管９にコンクリート１２が拘束されていることからコンクリート１２の体積変化が生じないため、いわゆるコンファインド効果により、従来の鋼管巻き場所打ちコンクリート杭等と比較して、杭の曲げ耐力及び軸耐力を高くとることが可能となる。
【００３５】
さらに、前記上杭部８に鋼管９が用いられていることから、コンクリート１２の内方に鉄筋を配する必要がないため、必要に応じて杭頭をカットするなど構築後の場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の杭長を容易に変えることができ、新築時の性能を長期にわたり維持できることから、立て替え時の杭の再利用等を容易に行うことが可能となる。また、前記鋼管９には、表面にリブのないものを使用できるため、材料に係るコストを低減することが可能となる。
【００３６】
このように前記場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の上杭部８は、高い靱性を有し、変形性能に優れているため、数百年に１回経験するような大地震により杭の応力が許容応力度を超え、降伏点を超過した場合においても崩壊しない設計が可能となり、合理的な杭の断面設計が可能となる。現状の杭設計では、一般的に杭頭水平荷重しか考慮していないが、地盤剛性が急変したり、液状化を生じる地層が表層に位置するような地盤で、地盤変形を考慮した杭の設計が必要な場合にも、コンクリート充填鋼管造の上杭部８を備えた場所打ちコンクリート充填鋼管杭７を適用することにより、杭頭部近傍の断面力を小さく抑えることができるため、基礎構造のコストアップを避けることが可能となる。
【００３７】
上述する特徴を備えた場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、先にも述べたように、下杭部１０が支持層２に支持され非液状化層３の表面近傍に達する長さを有するとともに、該下杭部１０の上部に設けられている前記上杭部８のほぼ全体が、前記液状化層４に位置している。このような構成の場所打ちコンクリート充填鋼管杭７を、表層に液状化層４を備える地盤１中に構築する際の構築方法を以下に示す。
【００３８】
第１の工程では、図４（ａ）に示すように、地盤１中に支持層２に達するまで、鉛直孔５を掘削する。なお、本実施の形態では、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の先端支持力を確保することを目的に、杭先端部となる鉛直孔５の底部を所望の径に拡径しているが、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７が十分な鉛直支持力を確保している場合には、必ずしも鉛直孔５の底部を拡径する必要はない。一方で、前記鉛直孔５の下部に載置される籠鉄筋１１を、前記支持層２の表面近傍から非液状化層３の表面近傍に達する部材長を有する複数の主筋１１ａとフープ筋１１ｂを用いて組み立て、該籠鉄筋１１を構成する主筋１１ａの上端部近傍を、前記鋼管９の下端部から内方に挿入し、該鋼管９の内周面に前記主筋１１ａの上端部近傍を溶接により固着する。このような作業は、現場において実施しても、またあらかじめ工場において製作しても良い。また、籠鉄筋１１を長さ方向に分割し、主筋１１ａを重ね継ぎ手により一体化することも可能である。
なお、前記鋼管９の上端部で外周面には、複数の杭頭アンカー筋１５を所定の間隔を持って鉛直状に配されるように、下端部を溶接等の固着手段により固着しておく。
【００３９】
第２の工程では、図４（ｂ）に示すように、前記鉛直孔５の内方に下端部に籠鉄筋１１が固着された鋼管９を吊り下ろし、鉛直孔５の中心軸と鋼管９の中心軸とが一致するように、前記鋼管９を所定位置に建て込む。このとき、籠鉄筋１１を構成する複数の主筋１１ａが、前記支持層２の表面近傍から非液状化層３の表面近傍に達する部材長を有することから、鋼管９の下端部近傍は非液状化層３の表面近傍に位置することとなる。これら籠鉄筋１１が固着された鋼管９を鉛直孔５に吊り込みながら、鋼管９に対して溶接や機械式継ぎ手等を用いた無溶接継ぎ手による部材長の延長、もしくは切断による部材長の短縮等を行い、鋼管９が所望の部材長となるように調整する。
なお、地盤１の液状化層４は、一般に地表から２０ｍ以浅程度に分布するものであり、鋼管９は上述するようにほぼ全長が液状化層４に位置して上杭部８を構成するものであることから、基礎の根入深さを考慮すると鋼管９の必要長は２０ｍ以下となるため、工場等で溶接を行い、所定の長さに成形したうえで現場に搬送すれば良く、現場における延長等の作業はほぼ発生しないものと考えられる。
【００４０】
第３の工程では、前記鉛直孔５の底部の図示しないスライムを除去した後、図４（ｃ）に示すように、前記鋼管９の内方にコンクリート打設用のトレミー管１６を差し入れ、前記籠鉄筋１１を埋設するとともに、前記鋼管９の下端部から断面径の１．５倍を越える程度の高さまでコンクリート１２を打設する。この時、前記鋼管９の外周面と鉛直孔５の孔壁との間に生じた間隙には、硬化充填材１４を注入するための注入管１７を挿入しておく。
【００４１】
この後、第４の工程では、図４（ｄ）に示すように、前記トレミー管１６により前記鋼管９の内方にコンクリート１２を打設充填しながら、鋼管９の外周面と鉛直孔５の孔壁との間に硬化充填材１４を注入し、前記鋼管９を鉛直孔５に固定する。なお、前記鋼管９の内方に打設されたコンクリート１２は、硬化する前にその上部をバキューム等で吸い取る等、ブリージング対策を講じておくことも可能である。これは、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の杭頭が地表から浅い場合に有効な手段である。
【００４２】
本実施の形態では、第１の工程において前記籠鉄筋１１と前記鋼管９をあらかじめ固着しておき、第２の工程において、これらを前記鉛直孔５に吊りおろす構築方法を示した。しかし、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の構築方法は、必ずしもこれにこだわるものではなく、第１の工程において、前記鉛直孔５を削孔するとともに、籠鉄筋１１のみを組み立てておき、第２の工程で鉛直孔５の底部に鋼管９を吊りおろして所定の位置に建て込んだ後、前記籠鉄筋１１を構成する主筋１１ａの上端部が前記鋼管９の内方に収まるように、籠鉄筋１１を鉛直孔５に吊りおろす構築方法としても良い。
【００４３】
また、図２（ｂ）に示すような、前記籠鉄筋１１が、鋼管９の内周に固着されたアンカー筋２５に緊結されるような構成を有する場合には、第１の工程において、前記鉛直孔５の下部に載置される籠鉄筋１１を複数の主筋１１ａとフープ筋１１ｂを用いて組み立てる一方で、前記鋼管９の内周に所定の離間間隔を持って、複数のアンカー筋２５各々の上部近傍を溶接等の固着手段により固着しておく。この後、前記鋼管９の下端部近傍において、該主筋１１ａの上端部近傍とアンカー筋２５とで重ね継ぎ手を形成させて、両者を前記緊結手段１３を用いて緊結する。
【００４４】
上述する第１の実施の形態によれば、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、前記上杭部８が高い靱性を有することにより、側方流動に対して従来の杭よりも格段に高い安全性を確保することから、表層に液状化層４を有する地盤１中において、液状化層４に上杭部８が配置されるように場所打ちコンクリート充填鋼管杭７を築することにより、杭体の破壊を防止することが可能となるだけでなく、所定規模以上の地震が発生すると地盤１が液状化するため、これに伴う長周期化、及び杭頭部周りの地盤１の減衰が増加し、上方に配される構造物６への応答を低減することが可能となる。
【００４５】
また、材料単価の高いコンクリート充填鋼管造よりなる上杭部８は、液状化層４中にのみ構築すればよく、以深は安価な場所打ち鉄筋コンクリート造の下杭部１０を構築すればよいため、せん断変形の大きい液状化層４には、軸力・曲げ・せん断力の何れについても十分な耐力を有するとともに変形性能に優れたコンクリート充填鋼管造の上杭部８、液状化層４と比較して変形の小さい非液状化層３及び支持層２には、安価で高い軸力支持機能を有する場所打ち鉄筋コンクリート造の下杭部１０、という具合に、低コストでありながら、地盤１毎で杭に要求される変形性能を満足する適切な杭を構築することが可能となる。
【００４６】
該場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、一般的に多用されている場所打ち鉄筋コンクリート杭の施工方法を踏襲していることから、特別な機器や技量を必要としない。また、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、上杭部８を構成する鋼管９が前記鉛直孔５の断面径と比較して略小さく成形されており、前記鉛直孔５の孔壁と前記鋼管９の外周面との間に間隙を設けて、硬化充填材１４を充填していることから、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の周面が固化され、前記鉛直孔５の孔壁との間に十分な摩擦力と横方向地盤反力を確保することが可能となる。
【００４７】
該場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、上杭部８を構成する鋼管９が、前記下杭部１０を構成する籠鉄筋１１を内周面で溶接する場合において、上杭部８と下杭部１０の断面径に大きな差異がないものの、上杭部８がコンクリート充填鋼管造に形成されるため、変形性能に富んだ靱性志向型すなわち柔構造を有しており、鉄筋コンクリート造の下杭部１０と比較して、曲げ剛性の小さい構成とすることが可能となる。
【００４８】
コンクリート充填鋼管造の上杭部８と、鉄筋コンクリート造の下杭部１０は、前記籠鉄筋１１を構成する主筋１１ａの上端部近傍が、前記鋼管９の内周面に溶接される構成と、これらの接合部が前記コンクリート１２により埋設される構成とにより連結される。もしくは、上杭部８を構成する鋼管９の内周面に所定の離間間隔をもって鉛直状に配された複数のアンカー筋２５の上端部を溶接等の固着手段を介して固着しておき、一方で、下杭部１０を構成する籠鉄筋１１の断面径を鋼管９の内径より小さく形成しておき、該籠鉄筋１１を構成する主筋１１ａの上端部近傍と、前記鋼管９に固着されたアンカー筋２５とで重ね継ぎ手を形成させた上で、両者を緊結手段１３を介して緊結する構成と、鋼管９の下端部を含むこれらの接合部が前記コンクリート１２により埋設される構成とにより連結されることから、軸力をスムーズに伝達することが可能となる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の他の事例を示す。
図５（ａ）に示すように、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、地盤１中の液状化層４に位置する前記上杭部８が、第１の実施の形態と同様で前記鋼管９と、該鋼管９の内方に充填されたコンクリート１２を備える無筋のコンクリート充填鋼管造により構成されており、地盤１中の支持層２に支持され非液状化層３の表面近傍に達する長さの前記下杭部１０は、籠鉄筋１１とコンクリート１２を備えた場所打ち鉄筋コンクリート造に構成されている。
【００５０】
ところで、本実施の形態における下杭部１０の籠鉄筋１１は、鉛直状に配される複数の主筋１１ａが、前記鋼管９の内周面ではなく、外周に沿うように所定の離間間隔をもって配置され、これらを囲うように直交して配される複数のフープ筋１１ｂが、所定の間隔を持って固着されている。したがって、該籠鉄筋１１は前記鋼管９を内包できる断面径を有する構成となっている。
一方で、前記鋼管９には、下端部から外方に突出するように鉛直状に配された棒鋼等よりなる複数のアンカー筋２５が、前記鋼管９の外周面に所定の離間間隔を設けてその上端部近傍を溶接等の固着手段により固着されている。
【００５１】
このような形状の籠鉄筋１１と前記鋼管９は、籠鉄筋１１の上方に、前記鋼管９の下端部近傍が差し込まれ、これに伴い、前記鋼管９の下端部近傍に複数設けられた下方に突出するアンカー筋２５も前記籠鉄筋１１の内方に収められることとなるため、前記アンカー筋２５と籠鉄筋１１の主筋１１ａとはあき重ね継ぎ手を形成することとなる。したがって、本実施の形態における場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、上杭部８を構成する前記鋼管９の下端部近傍及びアンカー筋２５が、下杭部１０を構成する籠鉄筋１１の内方に配されることにより形成された、アンカー筋２５と籠鉄筋１１の主筋１１ａとのあき重ね継ぎ手を、鋼管９の下端部とともにコンクリート１２で埋設されることにより連結され、上杭部８から下杭部１０への軸力をスムーズに伝達するものである。なお、鋼管９の下端部において、アンカー筋２５と籠鉄筋１１の主筋１１ａとは必ずしもあき重ね継ぎ手を形成する必要はなく、図５（ｂ）に示すように、鋼管９の下端部の外周近傍に、籠鉄筋１１の主筋１１ａの上部近傍を固定手段を介して固定しても良い。
本実施の形態では、前記アンカー筋２５を前記鋼管９の外周面に所定の離間間隔を設けて固着する構成を示したが、必ずしもこれにこだわるものではなく、鋼管９のアンカーとして機能すれば前記鋼管９の内周面に所定の離間間隔を設けて固着する等の配置としても良い。
【００５２】
このような場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、前記上杭部８が少なくとも、構造物６より作用する鉛直荷重を支持できる強度を有する程度の断面径を有していれば良く、また前記下杭部１０は、一般に用いられる場所打ちコンクリート杭と同様の杭基礎設計により算出される杭断面を確保している。このため、鉛直孔５の内径は、下杭部８に必要な径を確保する大きさに削孔されており、該下杭部８の籠鉄筋１１もこれに適した断面に形成されることとなる。
一方で、該籠鉄筋１１が、前記上杭部９を構成する鋼管９を内包できる大きさに成形されているため、上杭部８の鋼管９は、第１の実施の形態で示すような下杭部８に用いる籠鉄筋１１の断面径に左右されることなく、構造物６より作用する鉛直荷重を支持できる強度を有する程度の最小の断面径に成形することができるものである。したがって、前記コンクリート充填鋼管造の上杭部８は、鉄筋コンクリート造の下杭部１０と比較して断面径が小さく、曲げ剛性の小さい構成となっている。
【００５３】
上述する構成の場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、第１の実施の形態と同様に、下杭部８が支持層２に支持され非液状化層３の表面近傍に達する長さを有するとともに、該下杭部８の上部に設けられている前記上杭部９のほぼ全体が、前記液状化層４に位置している。このような構成の場所打ちコンクリート充填鋼管杭７を、表層に液状化層４を備える地盤１中に構築する際の構築方法を以下に示す。
【００５４】
第１の工程では、図６（ａ）に示すように、地盤１中に支持層２に達するまで、鉛直孔５を掘削する。なお、本実施の形態では、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の先端支持力を確保することを目的に、杭先端部となる鉛直孔５の底部を所望の径に拡径しているが、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７が十分な鉛直支持力を確保している場合には、必ずしも鉛直孔５の底部を拡径する必要はない。一方で、前記下杭部１０に配される籠鉄筋１１を、前記支持層２の表面近傍から非液状化層３の表面近傍に達する部材長を有する複数の主筋１１ａとフープ筋１１ｂを用いて組み立てておくとともに、前記鋼管９の下端部から下方に向けて鉛直状に突出するように、鋼管９の外周面に複数のアンカー筋２５の上端部近傍を溶接により固着しておく。
このような作業は、現場において実施しても、またあらかじめ工場において製作しても良い。なお、前記鋼管９の部材長は、第１の実施の形態と同様に、現場において調整することができる。
【００５５】
第２の工程では、図６（ｂ）に示すように、前記鉛直孔５の内方に籠鉄筋１１を吊り下ろし、底部の所定位置に据え付けた後、前記鋼管９を吊り下ろし、その下端部が前記籠鉄筋１１の内方に挿入されるように、前記鋼管９を所望の位置に建て込む。このとき、籠鉄筋１１を構成する複数の主筋１１ａが、前記支持層２の表面近傍から非液状化層３の表面近傍に達する部材長を有することから、鋼管９の下端部近傍は、液状化層４を跨ぎ非液状化層３の表面近傍に位置することとなる。このように鉛直孔５に吊り込みながら、溶接や機械式継ぎ手等を用いた無溶接継ぎ手による部材長の延長、もしくは切断による部材長の短縮等の手段により、鋼管９が所望の部材長となるようにその長さを調整する。
【００５６】
なお、第１の実施の形態でも示したように、地盤１の液状化層４は、一般に地表から２０ｍ以浅程度に分布するものであり、鋼管９はほぼ全長が液状化層４に位置する上杭部８を構成するものであることから、基礎の根入深さを考慮すると鋼管９の必要長は２０ｍ以下となるため、工場等で溶接を行い、所定の長さに成形したうえで現場に搬送すれば良く、現場における延長等の作業はほぼ発生しないものと考えられる。
また、本実施の形態では、籠鉄筋１１を鉛直孔５に建て込んだ後、前記鋼管９を所定の位置に建て込む方法を示したが、必ずしもこれにこだわるものではなく、図５（ｂ）に示すように、第１の工程で、あらかじめ前記籠鉄筋１１を構成する主筋１１ａの上端部近傍を鋼管９に下部近傍の外周面に固着手段を介して固着しておき、第２の工程で、下端部に籠鉄筋１１が固定された鋼管９を鉛直孔５に建て込む方法としても良い。
【００５７】
第３の工程では、前記鉛直孔５の底部の図示しないスライムを除去した後、図６（ｃ）に示すように、前記鋼管９の内方にコンクリート打設用のトレミー管１６を差し入れ、前記籠鉄筋１１を埋設するとともに、前記鋼管９の下端部から断面径の１．５倍を越える程度の高さまでコンクリート１２を打設する。この時、前記鋼管９の外周面と鉛直孔５の孔壁との間に生じた間隙に、硬化充填材１４を注入するための注入管１７を挿入しておく。
【００５８】
この後、第４の工程では、図６（ｄ）に示すように、前記トレミー管１６により前記鋼管９の内方にコンクリート１２を打設充填しながら、鋼管９の外周面と鉛直孔５の孔壁との間に硬化充填材１４を注入し、前記鋼管９を鉛直孔５に固定する。なお、前記鋼管９の内方に打設されたコンクリート１２は、硬化する前にその上部をバキュームで吸い取る等、ブリージング発生の防止策を講じておく。
【００５９】
なお、第１の実施の形態、第２の実施の形態ともに、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の構築方法は、必ずしも上述するものにこだわるものではなく、前記支持層２から非液状化層３の表面近傍の深さ位置に、籠鉄筋１１を備える鉄筋コンクリート造よりなる下杭部１０、前記液状化層４の全長に、前記鋼管４に無筋のコンクリート５が充填されたコンクリート充填鋼管造よりなる上杭部８が構築できる方法であれば、何れの方法を適用し構築してもよい。
例えば、一般に用いられているオールケーシング場所打ち杭工法を用いて、杭軸部掘削後、拡底ピットで拡底部を施工し、この削孔中に鋼管を挿入してコンクリートを充填しても良い。この場合、掘削時のケーシング鋼管を回転させることで貫入抵抗を小さくできるとともに、ケーシングの引き抜きに際し、周面固定用の前記硬化充填材１４を注入することにより、前記鋼管９と前記鉛直孔５の孔壁との周面摩擦力を確保できる。なお、前記鉛直孔５の孔壁と鋼管９との断面径の差が大きい場合には、硬化充填材１４を用いる代わりに、掘削土とセメントミルクを攪拌したソイルセメントを埋め戻すことが可能であり、これによりローコスト化と建設廃棄物の低減を図ることが可能となる。
【００６０】
また、第１の実施の形態及び第２の実施の形態ともに、前記上杭部８は、無筋のコンクリート充填鋼管造としたが、必ずしもこれにこだわるものではなく、前記鋼管９が上杭部８の全長に配されていれば、その内方を主筋とフープ筋よりなる籠鉄筋を備えた鉄筋コンクリートにより充填する構成としても良い。なお、前記鋼管９が曲げモーメントやせん断力を負担できるため、鋼管９の内方に配される鉄筋は、前記下杭部１０を構成する籠鉄筋１１に比べて大幅に鉄筋量を低減させた構成で良いとともに、フープ筋を省略した構成としても良い。
さらに、前記鋼管９には、該鋼管９とともに荷重を分担するコンクリート１２との一体化を図るとともに、コンクリート充填鋼管造に構成された上杭部８の下部への荷重伝達を良好なものとすることを目的に、鋼管９の下端面に図示しない支圧板を設ける、もしくは下端部近傍の外周面にリブを備えたリブ付き鋼管を用いる等の構成としてもよい。
【００６１】
上述する第２の実施の形態によれば、下杭部１０を構成する籠鉄筋１１が、前記上杭部８を構成する鋼管９を内包できる大きさに成形されているため、上杭部８の鋼管９は、第１の実施の形態で示すような下杭部１０に用いる籠鉄筋１１の断面径に左右されることなく、構造物６より作用する鉛直荷重を支持できる強度を有する程度の最小の断面径に成形することが可能となる。
これにより、前記コンクリート充填鋼管造の上杭部８は、鉄筋コンクリート造の下杭部１０と比較して十分断面径が小さく、曲げ剛性の小さい構成とすることが可能であるとともに、コストを大幅に削減することが可能となる。
【００６２】
コンクリート充填鋼管造の上杭部８と、鉄筋コンクリート造の下杭部１０は、上杭部８を構成する前記鋼管９の下端部近傍及びアンカー筋２５が、下杭部１０を構成する籠鉄筋１１の内方に配されることにより、アンカー筋２５と籠鉄筋１１の主筋１１ａとがあき重ね継ぎ手を形成し、これがコンクリート１２で埋設されることにより連結されることから、上杭部８から下杭部１０への軸力をスムーズに伝達することが可能となる。なお、籠鉄筋１１の主筋１１ａの上部近傍をあらかじめ鋼管９の下端部で外周面に固定しておく構成としても、同様の効果を得ることは可能である。
【００６３】
上述する第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示すような構成の場所打ちコンクリート充填鋼管杭７について、そのコスト的優位性を確認すべく、構造物の基礎として一般に用いられている鋼管巻き場所打ちコンクリート杭を用いて、同条件下で比較検討を行った。場所打ちコンクリート充填鋼管杭、及び鋼管巻き場所打ちコンクリート杭のデータ諸元を（表１）に示す。なお、構造的要件としては、軸力１０ＭＮ、杭長２５ｍとする。また、地盤条件としては、表面地盤１０ｍが液状化する場合を想定している。
【００６４】
【表１】
2004244955.tif 000003
【００６５】
表１を見てもわかるように、杭頭水平力のみを考慮した従来設計法を用いて場所打ちコンクリート充填鋼管杭、及び鋼管巻き場所打ちコンクリート杭を設計した場合には、鋼管材料費、残土処理費を含む場所打ちコンクリート費等を考慮すると、場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、鋼管巻き場所打ちコンクリート杭と比較して１７％程度のコストダウンを図ることが可能となる。また、地盤変形を考慮した構造解析により設計を行った場合には、場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、鋼管巻き場所打ちコンクリート杭と比較して２５％程度のコストダウンを図ることが可能となる。これらの結果は、設計条件等により数値の変動はあり得るものと考えられるものの、おおむね場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、１０％前後のコスト低減を図ることが可能で、耐震性の高い基礎杭を実現することが可能となる。
【００６６】
また、場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、杭の曲げ剛性が小さく、靱性が高いことから、大地震時には塑性変形にも対応できるため、杭頭曲げモーメントの大きさが３０〜５０％低減できる。したがって、杭頭曲げモーメントが低減されることにより基礎梁等上部基礎６ａの成を小さくすることができるだけでなく、これに伴い掘削残土の低減等も図れるため、さらにコスト削減を実施でき、基礎工事費の５％程度のコストダウンを見込むことが可能となる。
【００６７】
なお、本実施の形態では、軸力１０ＭＮ、杭長２５ｍの条件を満たすことを目的に、鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の鋼管巻き長さを、表１に示すように、一般的な杭頭から杭径の５倍の長さよりも長くとり、１１ｍの鋼管巻きとした。これは、鋼管巻きが無くなった部位にせん断力が集中しやすいことから、場所打ちコンクリート充填鋼管杭と比較してその性能が構造的に不利となるような、せん断力の集中を回避するためである。
【００６８】
また、上述する第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示すような構成の場所打ちコンクリート充填鋼管杭７について、その構造的優位性を確認すべく、構造物の基礎として鋼管巻き場所打ちコンクリート杭を用いて、これらと同条件下で比較検討を行った。場所打ちコンクリート充填鋼管杭、鋼管巻き場所打ちコンクリート杭のデータ諸元を（表２）に示す。なお、構造的要件としては、軸力６ＭＮ、杭長２５ｍを満足するものとする。
【００６９】
【表２】
2004244955.tif 000004
【００７０】
杭に作用する荷重に地盤変形と杭頭荷重を同時に考慮することとして、レベル２地震のような強い地震動を想定し、杭の非線形性を考慮した静的解析を試みた際の、場所打ちコンクリート充填鋼管杭と鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の曲率と杭頭曲げモーメントの関係図を図７に、場所打ちコンクリート充填鋼管杭と鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の深度と曲げモーメントの関係図を図８に示す。
これを見ると、２次設計レベルに対しても高い変形性能を有する場所打ちコンクリート充填鋼管杭の杭頭曲げモーメントの大きさは、鋼管巻き場所打ちコンクリート杭と比較して約３０〜４０％程度低減できることがわかる。
【００７１】
（第３の実施の形態）
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、表層に液状化層４を備えた地盤１に適用する前記場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の構成及び構築方法について詳述した。第３の実施の形態では、新設杭１９に場所打ちコンクリート充填鋼管杭７を用いて既存杭を再利用する構造物の基礎構造について詳述する。
【００７２】
図９に示すように、既存杭１８を利用した構造物６の基礎構造２１は、新設杭１９と、既存杭１８と、これらを水平方向に連結する基礎水平部材２０とにより構成されている。前記基礎水平部材２０は、構造物６を構築する領域にあらかじめ配置されている複数の既存杭１８の杭頭部、及び新たに構築する複数の前記新設杭１９の杭頭部を連結しており、水平面を形成してその上部に構造物６が構築される。なお、前記基礎水平部材２０は、複数の前記既存杭１８及び新設杭１９の杭頭部が連結されるとともに、その上部に構造物６が構築可能な構成であれば、基礎梁や基礎スラブ等の何れを設けても良い。
【００７３】
該基礎水平部材２０により杭頭部を連結される前記既存杭１８は、前記構造物６の基礎構造２１として利用するにあたり、構造物６より作用する鉛直荷重を支持できる能力を有していることが確認されたものであれば、何れの材料による杭を用いても良い。このような既存杭１８の上面には、滑り装置２２が設けられている。該滑り装置２２は、鋼板２２ａと滑り材２２ｂにより構成されており、前記鋼板２２ａは前記既存杭１８の上面に均しモルタル２３を介して水平に固着されるとともに、前記滑り材２２ｂは、前記基礎水平部材２０の下端面で、前記既存杭１８と鉛直軸で同軸となる位置に固着手段２４を介して固着され、これらが面どうしで接するように配置されている。
【００７４】
したがって、前記既存杭１８には、滑り装置２２を介して前記基礎水平部材２０、及び前記構造物６から鉛直荷重がスムーズに伝達されるものの、地震等により基礎水平部材２０から前記既存杭１８に所定摩擦力以上の水平力が作用した際には、前記滑り装置２２の滑り材２２ｂが鋼板２２ａの滑り面を水平方向に自在に滑り、基礎水平部材２０からの水平力を既存杭１８の杭頭部に作用し難くして、水平力を受けた際に既存杭１８の杭頭部に応力が生じないようにするものである。
【００７５】
一方、前記新設杭１９は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様に、上杭部８がコンクリート充填鋼管造、下杭部１０が鉄筋コンクリート造により構成された場所打ちコンクリート充填鋼管杭７を用いている。該場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の上杭部８と下杭部１０は、下杭部１０を構成する前記籠鉄筋１１の主筋１１ａの上端部近傍が、前記上杭部８を構成する鋼管９の内周面に溶接される構成と、これらの接合部が前記コンクリート１２により埋設される構成とにより連結され、軸力をスムーズに伝達する構成となっている。
【００７６】
なお、前記場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、必ずしも上述する構成でなくともよく、軸力をスムーズに伝達する構成を有していれば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示した図２（ｂ）（ｃ）で示すような構成を用いても良い。このような構成の新設杭１９の上杭部８は、前記構造物６より新設杭１９に作用する鉛直支持力を念頭に置いた断面径を確保しており、一般に用いられている拡頭杭や鋼管巻きＲＣ杭等の高耐力型の杭と比較してその断面径は小さい。
また、該新設杭１９の杭頭部には、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示したように、複数の前記杭頭アンカー筋１５が設けられており、これらが前記基礎水平部材２０の下端面に埋設されることにより、前記基礎水平部材２０と新設杭１９とは、剛に接合されている。また、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭７の上杭部８の頭部は、上方に構築される構造物６の基礎水平部材２０に、新設杭１９の上杭部８を構成する前記鋼管９の断面径の１．５倍の長さ以上埋め込む構成とすることにより、固定度を確保する方法もある。
【００７７】
このように、該新設杭１９は、コンクリート充填鋼管造の上杭部８を備えることにより杭頭部の曲げ剛性が小さいため、地震等により基礎水平部材２０から新設杭１９に所定量以上の水平力が作用した際には、新設杭１９の杭頭部に降伏が生じることにより、杭頭変位が大きくなるものの、断面力は小さく前記基礎水平部材２０の部材断面を大幅に低減できるものである。
【００７８】
前記構造物６の基礎構造２１において、前記既存杭１８及び前記新設杭１９を併用し、前記滑り装置２２を介して基礎水平部材２０に前記既存杭１８の杭頭部を連結するとともに、曲げ剛性の小さい上杭部８よりなる前記新設杭１９の杭頭部を前記基礎水平部材２０に剛に接合することにより、前記新設杭１９に鉛直支持力だけでなく、水平耐力を持たせる一方で、前記既存杭１８には鉛直支持力のみを機能させる構成となっている。
また、上述する前記既存杭１８、及び新設杭１９を備える基礎構造２１は、地震等が発生した際に、前記既存杭１８の滑り装置２２の変形に追従した前記新設杭１９による減衰機能が生じて、前記構造物６に対して揺れを低減する機能を有するものである。
【００７９】
上述する第３の実施の形態で示すような構成の既存杭を利用した構造物６の基礎構造２１に用いる新設杭１９について、場所打ちコンクリート充填鋼管杭を用いることによるコスト的優位性を確認すべく、構造物６の基礎として一般に用いられている鋼管巻き場所打ちコンクリート杭及び場所打ちコンクリート杭を用いて、同条件下で比較検討を行った。場所打ちコンクリート充填鋼管杭、場所打ちコンクリート杭及び鋼管巻き場所打ちコンクリート杭のデータ諸元を（表３）に示す。なお、構造的要件としては、軸力１０ＭＮ、杭長２５ｍを満足するものとし、また、Ｎ値５を想定している。
【００８０】
【表３】
2004244955.tif 000005
【００８１】
表３を見てもわかるように、鋼管巻き場所打ちコンクリート杭及び場所打ちコンクリート杭と比較して、場所打ちコンクリート充填鋼管杭７が１次設計レベルの地震荷重に対して、大幅にコストを低減できることがわかる。
【００８２】
上述する構成によれば、前記構造物６の基礎構造２１は、前記既存杭１８が前記滑り装置２２を介して基礎水平部材２０に前記既存杭１８の杭頭部を連結されるとともに、前記新設杭１９は、曲げ剛性の小さい上杭部８よりなる杭頭部を前記基礎水平部材２０に剛接されることから、前記新設杭１９に鉛直支持力だけでなく、水平耐力を持たせる一方、前記既存杭１８には鉛直支持力のみを機能させればよいため、前記既存杭１８の活用が容易となり、コスト削減、工期短縮が可能となるものである。また、前記既存杭１８の解体撤去作業が不要なため、建設廃棄物を低減でき環境に配慮した構造となる。
【００８３】
また、上述する前記既存杭１８、及び新設杭１９を備える基礎構造２１は、地震等が発生した際に、前記既存杭１８の滑り装置２２の変形に追従した前記新設杭１９による減衰機能が生じて、前記構造物６に対して揺れを低減する機能を有することが可能となる。
【００８４】
前記新設杭１９に用いる場所打ちコンクリート充填鋼管杭７は、コンクリート充填鋼管造の上杭部を備えているため、一般に用いられている場所打ちコンクリート杭と比較して、小口径で軸力を支持でき、隣り合う既存杭の間隔が狭隘な場合にも干渉することなく、限られたスペースに新たに場所打ちコンクリート充填鋼管杭７を構築することが可能となる。
【００８５】
さらに、新設杭１９は、コンクリート充填鋼管造の上杭部８を備えているため、軸力、曲げモーメント、せん断耐力の何れに対しても、一般に用いられている場所打ちコンクリート杭と比較して、断面径が小さくてもその能力が高いことから、新たに構築する新設杭１９の本数を場所打ちコンクリート杭を構築する場合と比較して大幅に削減することができ、産業廃棄物となる排土を大幅に減少することができるとともに、環境負荷を大幅に低減することが可能となる。
【００８６】
また、材料単価の高いコンクリート充填鋼管造よりなる上杭部８は、表層から必要な深さまで構築すればよく、以深は安価な場所打ち鉄筋コンクリート造の下杭部１０を構築すればよいため、表層から必要な深さには、軸力・曲げ・せん断力の何れについても十分な耐力を有するとともに変形性能に優れたコンクリート充填鋼管造の上杭部８、以深には、安価で高い軸力支持機能を有する場所打ち鉄筋コンクリート造の下杭部１０、という具合に、低コストでありながら、地盤１毎で杭に要求される変形性能を満足する適切な杭を構築することが可能となる。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭によれば、表層に直下の層と比較してせん断変形の大きい軟弱層を備える地盤中で、支持層に達する深さを有する鉛直孔の内方に構築されており、複数の主筋、及び該主筋と直交する複数のフープ筋により形成される籠鉄筋と、該籠鉄筋を埋設するコンクリートを備える鉄筋コンクリート造により構成され、支持層に支持されて鉛直に立設する下杭部と、鋼管と、該鋼管の内方に充填されるコンクリートを備えるコンクリート充填鋼管造より構成され、前記下杭部に軸力が伝達できるように下杭部の上端部に、前記鋼管の下端部を接合されて鉛直に立設する上杭部とを有してなり、前記上杭部は、前記表層に位置し、その下端部が表層の下端面を跨ぐ長さに形成されるとともに、前記下杭部の籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、前記上杭部の鋼管の下端部近傍に固定手段を介して固定される。
【００８８】
このように、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、前記上杭部の鋼管が下杭部に軸力が伝達できるように下杭部の上端部に接合されていることから、上杭部の鋼管にも軸力を負担することができ、従来の鋼管巻きコンクリート杭と比較して杭を縮径できるため、高い靱性を有することが可能となる。これに伴い、側方流動に対して従来の杭よりも格段に高い安全性を確保することから、表層に直下の層と比較してせん断変形の大きい軟弱層を有する地盤中において、表層に上杭部が配置されるように場所打ちコンクリート充填鋼管杭を築することにより、杭体の破壊を防止することが可能となる。さらに、表層に液状化層を有する場合には、所定規模以上の地震が発生すると地盤が液状化するため、これに伴う長周期化、及び杭頭部周りの地盤の減衰が増加し、上方に配される構造物への応答を低減することが可能となる。
【００８９】
また、材料単価の高いコンクリート充填鋼管造よりなる上杭部は、表層に位置する軟弱地盤層中にのみ構築すればよく、それ以深は安価な場所打ち鉄筋コンクリート造の下杭部を構築すればよいため、せん断変形の大きい表層には、軸力・曲げ・せん断力の何れについても十分な耐力を有するとともに、変形性能に優れたコンクリート充填鋼管造の上杭部、表層と比較して変形の小さい中層及び下層には、安価で高い軸力支持機能を有する場所打ち鉄筋コンクリート造の下杭部、という具合に、低コストでありながら、地盤毎で杭に要求される変形性能を満足する適切な杭を構築することが可能となる。
【００９０】
さらに、コンクリート充填鋼管造の上杭部と、鉄筋コンクリート造の下杭部は、前記鋼管の下端部が前記下杭部の上端部に軸力伝達を可能に接合されると共に、前記籠鉄筋を構成する主筋の上端部近傍が、前記鋼管の下端部近傍に固定されることから、上杭部に作用した軸力を下杭部にスムーズに伝達することが可能となる。
【００９１】
請求項２に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭によれば、前記上杭部を構成する鋼管の外周面と前記鉛直孔の孔壁との隙間には、硬化充填材が充填されていることから、場所打ちコンクリート充填鋼管杭の周面が固化され、前記鉛直孔の孔壁との間に十分な摩擦力を確保することが可能となる。
【００９２】
請求項３及び４に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭によれば、前記下杭部を構成する籠鉄筋の断面径が、前記上杭部を構成する鋼管の内径より小さく形成され、該鋼管の下端部近傍の内周面に、前記籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、固定手段を介して固定されている。もしくは、前記下杭部を構成する籠鉄筋の断面径が、前記上杭部を構成する鋼管の内径より小さく形成されるとともに、前記鋼管の下端部近傍の内周面に、下方へ鉛直に突出する複数のアンカー筋が所定の離間間隔を持って配されており、該アンカー筋と、前記籠鉄筋を構成する主筋の上部近傍が、重ね継ぎ手を形成するように配されて、両者が固定手段を介して固定される。
【００９３】
これにより、場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、上杭部を構成する鋼管が、前記下杭部を構成する籠鉄筋を内周面で溶接することから、上杭部と下杭部の断面径に大きな差異がないものの、上杭部がコンクリート充填鋼管造に形成されるため、変形性能に富んだ靱性志向型すなわち柔構造を有しており、鉄筋コンクリート造の下杭部と比較して、曲げ剛性の小さい構成とすることが可能となる。
【００９４】
請求項５及び６に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭によれば、前記下杭部を構成する籠鉄筋の断面径が、前記上杭部を構成する鋼管を内包できる径に形成されるとともに、前記鋼管の下端部近傍の外周面に、下方へ鉛直に突出する複数のアンカー筋が所定の離間間隔を持って配されており、前記鋼管の下端部が、前記籠鉄筋の内方へ前記アンカー筋とともに挿入するように配され、前記籠鉄筋の主筋と前記コンクリートを介して固定される。もしくは、前記籠鉄筋を構成する主筋の上端部が、前記鋼管の下端部近傍の外周面に、固定手段を介して固定される。
【００９５】
このように、下杭部を構成する籠鉄筋が、前記上杭部を構成する鋼管を内包できる大きさに成形されているため、上杭部の鋼管は、下杭部に用いる籠鉄筋の断面径に左右されることなく、構造物より作用する鉛直荷重を支持できる強度を有する程度の最小の断面径とすることが可能となる。
これに伴い、前記コンクリート充填鋼管造の上杭部は、鉄筋コンクリート造の下杭部と比較して断面径が小さく、曲げ剛性の小さい構成とすることが可能であるとともに、コストを大幅に削減することが可能となる。
請求項７に記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭によれば、前記下杭部の位置する前記鉛直孔の底部が、拡径されることから、場所打ちコンクリート充填鋼管杭の先端支持力を十分確保することが可能となる。
【００９６】
請求項８から１３記載の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法によれば、表層に直下の層と比較してせん断変形の大きい軟弱層を備える地盤中に、支持層に達する深さまで鉛直孔を掘削するとともに、該鉛直孔の底部から表層の下面近傍に達する長さを有する複数の主筋を備えた籠鉄筋を組み立て、該主筋の上端部近傍を、前記鋼管の下端部近傍に固定手段を介して固定する第１の工程と、前記鉛直孔の内方へ、下端部に前記籠鉄筋が固着された前記鋼管を建て込む第２の工程と、前記鉛直孔の内方にコンクリートを打設し、前記籠鉄筋及び前記鋼管の下端部近傍を埋設する第３の工程と、前記鋼管の内方にコンクリートを充填打設する第４の工程とにより構成される。
または、第１の工程で、前記籠鉄筋を、鋼管の内径より小さい断面径に組み立て、該籠鉄筋を構成する主筋の上端部近傍を、前記鋼管の下端部の内周面に固定手段を介して固定する。
または、第１の工程で、前記籠鉄筋を、鋼管の内径より小さい断面径に組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の内周面に、下方へ突出するアンカー筋を固定手段を介して固定し、該アンカー筋と、前記籠鉄筋を構成する主筋の上端部近傍とにより重ね継ぎ手を形成させ、両者を固定手段を用いて固定する。
または、第１の工程で、前記籠鉄筋を、鋼管の外径より略大きい断面径に組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の外周面に、下方へ突出するアンカー筋を固着し、鋼管の下端部近傍の外周面に、籠鉄筋を構成する主筋の上端面を固定手段を介して固定する。
または、表層に直下の層と比較してせん断変形の大きい軟弱層を備える地盤中に、支持層に達する深さまで鉛直軸と同軸な鉛直孔を掘削する一方、該鉛直孔の底部から表層の下面近傍に達する長さを有する複数の主筋を備える籠鉄筋を、鋼管の外径より略大きい断面径に組み立てるとともに、前記鋼管の下端部の外周面に、下方へ突出するアンカー筋を固着する第１の工程と、前記鉛直孔の底部に、前記籠鉄筋を建て込むとともに、前記鋼管の下端部近傍及び前記アンカー筋が、該籠鉄筋の内方に配置されるように、鋼管を前記鉛直孔の内方で所定の高さ位置に建て込む第２の工程と、前記鉛直孔の内方にコンクリートを打設し、前記籠鉄筋及び前記鋼管の下端部近傍を埋設する第３の工程と、前記鋼管の内方にコンクリートを充填打設する第４の工程とにより構成される。
もしくは、第４の工程で、前記鋼管の外周と前記鉛直孔の鉛直孔壁との間に、硬化充填材を充填するとともに、鋼管の内方にコンクリートを充填打設する。
【００９７】
このように、該場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、一般的に多用されている場所打ち鉄筋コンクリート杭の施工方法を踏襲していることから、特別な機器や技量を必要としないため、施工性が良く工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
また、前記鋼管は、鉛直孔に吊り込みながら、溶接や機械式継ぎ手等を用いた無溶接継ぎ手による部材長の延長、もしくは切断による部材長の短縮等を行うことができ、鋼管を容易に所望の部材長となるように調整することが可能となる。
【００９８】
請求項１４記載の構造物の基礎構造によれば、地盤中の支持層に支持されて、鉛直軸状に配される既存杭及び新設杭と、該既存杭及び新設杭の杭頭部を連結するように水平に配される基礎水平部材とにより構成される既存杭を利用した構造物の基礎構造であって、前記既存杭の杭頭部には滑り面が形成されて、該滑り面と前記基礎水平部材の下面が面どうしで接触しているとともに、前記新設杭が、前記建築物の鉛直荷重を支持できる径を有するコンクリート充填鋼管造の上杭部と、該上杭部の軸力が伝達される鉄筋コンクリート造の下杭部を備える場所打ちコンクリート充填鋼管杭により構成され、前記上部杭の上端部が前記基礎水平部材に剛に接合される。
【００９９】
これにより、前記構造物の基礎構造は、前記既存杭が前記滑り装置を介して基礎水平部材に前記既存杭の杭頭部を連結されるとともに、前記新設杭は曲げ剛性の小さい杭頭部を前記基礎水平部材に剛接されることから、前記新設杭に鉛直支持力だけでなく水平耐力を持たせる一方、前記既存杭には鉛直支持力のみを機能させればよいため、前記既存杭の活用が容易となり、コスト削減、工期短縮が可能となるものである。また、前記既存杭の解体作業が不要なため、建設廃棄物を低減でき環境に配慮した構造となる。
【０１００】
また、上述する前記既存杭、及び新設杭を備える基礎構造は、地震等が発生した際に、前記既存杭の滑り装置の変形に追従した前記新設杭による減衰機能が生じて、前記構造物に対して揺れを低減する機能を有することが可能となる。
【０１０１】
前記新設杭に用いる場所打ちコンクリート充填鋼管杭は、コンクリート充填鋼管造の上杭部を備えているため、一般に用いられている場所打ちコンクリート杭と比較して、小口径で軸力を支持でき、隣り合う既存杭の間隔が狭隘な場合にも干渉することなく、限られたスペースに新たに場所打ちコンクリート充填鋼管杭を構築することが可能となる。
【０１０２】
さらに、新設杭はコンクリート充填鋼管造の上杭部を備えているため、軸力、曲げモーメント、せん断耐力の何れに対しても、一般に用いられている場所打ちコンクリート杭と比較してその能力が高いことから、新たに構築する新設杭の本数を場所打ちコンクリート杭を構築する場合と比較して大幅に削減することができ、産業廃棄物となる排土を大幅に減少することができるとともに、環境負荷を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液状化層を有する地盤中に構築された場所打ちコンクリート充填鋼管杭を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の詳細を示す図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の他の事例を示す図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法を示す図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の詳細を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の場所打ちコンクリート充填鋼管杭の構築方法を示す図である。
【図７】本発明に係る場所打ちコンクリート充填鋼管杭と鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の曲率の比較を示す図である。
【図８】本発明に係る場所打ちコンクリート充填鋼管杭と鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の曲げモーメントの比較を示す図である。
【図９】本発明に係る構造物の基礎構造に、場所打ちコンクリート充填鋼管杭と既存杭を併用した事例を示す図である。
【符号の説明】
１  地盤
２  支持層
３  非液状化層
４  液状化層
５  鉛直孔
６  構造物
７  場所打ちコンクリート充填鋼管杭
８  上杭部
９  鋼管
１０  下杭部
１１  籠鉄筋
１１ａ  主筋
１１ｂ  フープ筋
１２  コンクリート
１３  緊結手段
１４  充填硬化材
１５  杭頭アンカー筋
１６  トレミー管
１７  注入管
１８  既存杭
１９  新設杭
２０  基礎水平部材
２１  基礎構造
２２  滑り装置
２３  均しモルタル
２４  固着手段
２５  アンカー筋
【図１】
2004244955.tif 000006
【図２】
2004244955.tif 000007
【図３】
2004244955.tif 000008
【図４】
2004244955.tif 000009
【図５】
2004244955.tif 000010
【図６】
2004244955.tif 000011
【図７】
2004244955.tif 000012
【図８】
2004244955.tif 000013
【図９】
2004244955.tif 000014