(57)【要約】【課題】液状化層や軟弱層を含む地盤に対しても安価に耐震性を発揮させることができる杭を提供すること。【解決手段】複数の杭本体１１と、これら杭本体１１の上端部１１ａをそれぞれ周囲に取り付け、下端部１１ｂ側をそれぞれ外側に向けて回動可能とする取付部材１２を備える杭１０である。複数の杭本体１１の地盤ａに対する埋設は、これらの下端部１１ｂ側が外側に回動することでそれぞれ垂直に対して傾斜状態でなされている。杭本体１１は、その表面まで貫通する孔１１ｃ１を有して中空状に形成され、中空状に形成された杭本体１１に充填されたモルタル１１ｃ２は孔１１ｃ１から地盤ａに注入された状態となっている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に埋設される杭であって、
複数の杭本体と、これら杭本体の上端部をそれぞれ周囲に取り付け、下端部側をそれぞれ外側に向けて回動可能とする取付部材とを備え、
前記複数の杭本体の埋設は、これらの下端部側が外側に回動することでそれぞれ垂直に対して傾斜状態でなされていることを特徴とする杭。
【請求項２】
前記杭本体は、その表面まで貫通する孔を有して中空状に形成され、
前記杭本体の埋設は、中空状に形成された杭本体に充填された硬化性充填材が前記孔から地盤に注入された状態でなされていることを特徴とする請求項１に記載の杭。
【請求項３】
前記杭本体の埋設は、圧入されることで行われ、
前記杭本体の下端部には、圧入過程において前記杭本体を傾斜状態に導く傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の杭。
【請求項４】
前記杭本体の側面には、圧入過程において前記杭本体が傾斜状態に導かれる際に地盤から受ける抵抗を低減する角部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の杭。
【請求項５】
請求項２に記載の杭を施工する杭の施工方法であって、
前記複数の杭本体を、これらの下端部側を外側に回動させることでそれぞれ垂直に対して傾斜状態で地盤に埋設し、
次に、硬化性充填材を中空状に形成された杭本体に充填して前記孔から地盤に注入することを特徴とする杭の施工方法。
【請求項６】
前記杭本体の埋設を、圧入することで行うことを特徴とする請求項５に記載の杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤に埋設される杭に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
杭基礎とは、建物の荷重を杭を介して地盤へ伝える形式の基礎である。ところで、砂等の液状化層を含む地盤に埋設された杭には、地震等によって地盤が液状化すると以下のような問題が生じる。
先ず、液状化した地盤は水平抵抗力を喪失するので、杭は建物からの慣性力を直接負担し、これにより、杭には過大なせん断力や曲げモーメントが生じることとなる。杭にはさらに地盤による強制変形力も加わるため、杭に生じるせん断力や曲げモーメントが一層大きなものとなって杭が損傷してしまう場合がある。
また、液状化した地盤に埋設された杭は、地盤に対する引抜抵抗力が低減されて引き抜かれ、これにより、建物が傾倒あるいは転倒してしまう場合もある。
【０００３】
このような事態に対処するために、従来から、例えば特許文献１に示すような、液状化層の地盤改良を行って地盤の水平抵抗力を増大させる方策や、例えば特許文献２に示す技術が一つの例となる、杭の本数・径・躯体強度等を増大させることにより杭自体の水平耐力を高める方策が採られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３１９９０３号公報、段落［０００６］〜［００１０］、第１図、第２図
【特許文献２】
特開平０９−０４９２３９号公報、段落［０００８］〜［００１７］、第１図〜第３図
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、地盤改良を行う方策は、振動・騒音を伴うことが多い他、一般にコストが高くなるという問題がある。
また、杭の本数・径・躯体強度等を増大させる方策も、確実な耐震性を発揮させるためには、やはり大幅にコストが高くなるという問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、液状化層や軟弱層を含む地盤に対しても安価に耐震性を発揮させることができる杭を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図５に示すように、
地盤ａに埋設される杭１０であって、
複数の杭本体１１と、これら杭本体１１の上端部１１ａをそれぞれ周囲に取り付け、下端部１１ｂ側をそれぞれ外側に向けて回動可能とする取付部材１２とを備え、
前記複数の杭本体１１の埋設は、これらの下端部１１ｂ側が外側に回動することでそれぞれ垂直に対して傾斜状態でなされていることを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、下端部側がそれぞれ外側に向けて回動可能に、上端部がそれぞれ前記取付部材の周囲に取り付けられた複数の杭本体は、下端部側が外側に回動することでそれぞれ垂直に対して傾斜状態で地盤に埋設されている。すなわち、地盤に埋設された状態の杭は、下から上に向けて窄まる錐形状となっており、この形状により、杭の水平抵抗力及び杭の地盤に対する引抜抵抗力が増大する。したがって、液状化層や軟弱層を含む地盤に対しても低コストに耐震性を発揮させることができる。
【０００９】
前記杭本体としては、例えば鋼管杭、コンクリート杭等が挙げられる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、例えば図３、図４に示すように、請求項１に記載の杭１０において、
前記杭本体１１は、その表面まで貫通する孔１１ｃ１を有して中空状に形成され、
前記杭本体１１の埋設は、中空状に形成された杭本体１１に充填された硬化性充填材（モルタル１１ｃ２）が前記孔１１ｃ１から地盤ａに注入された状態でなされていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、前記杭本体は、その表面まで貫通する孔を有して中空状に形成され、前記杭本体は、中空状に形成された杭本体に充填された硬化性充填材が前記孔から地盤に注入された状態で地盤に埋設されている。すなわち、杭本体の周囲の地盤は硬化性充填材によって改良された状態となっており、これにより、杭の水平抵抗力及び杭の地盤に対する引抜抵抗力がさらに増大する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、例えば図５に示すように、請求項１又は請求項２に記載の杭１０において、
前記杭本体１１の埋設は、圧入されることで行われ、
前記杭本体１１の下端部１１ｂには、圧入過程において前記杭本体１１を傾斜状態に導く傾斜面１１ｃ３が形成されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、地盤への埋設が圧入によって行われる前記杭本体は、その埋設のための圧入工程において、前記傾斜面によって傾斜状態に導かれる。すなわち、前記複数の杭本体の前記傾斜状態での埋設を、圧入しながら容易かつ安価に行うことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、例えば図１〜図４に示すように、請求項３に記載の杭１０において、
前記杭本体１１の側面には、圧入過程において前記杭本体１１が傾斜状態に導かれる際に地盤ａから受ける抵抗を低減する角部１１ｄ１が形成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、圧入過程において前記杭本体が傾斜状態に導かれる際には、前記杭本体の側面に形成された角部によって地盤から受ける抵抗が低減される。したがって、前記複数の杭本体の前記傾斜状態での埋設をさらに容易に行うことができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、例えば図１〜図５に示すように、請求項２に記載の杭を施工する杭１０の施工方法であって、
前記複数の杭本体１１を、これらの下端部１１ｂ側を外側に回動させることでそれぞれ垂直に対して傾斜状態で地盤ａに埋設し、
次に、硬化性充填材（モルタル１１ｃ２）を中空状に形成された杭本体１１に充填して前記孔１１ｃ１から地盤ａに注入することを特徴としている。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、下端部側がそれぞれ外側に向けて回動可能に、上端部を前記取付部材によって連結された複数の杭本体は、下端部側が外側に回動することでそれぞれ垂直に対して傾斜状態で埋設される。また、中空状に形成された杭本体に充填された硬化性充填材は前記孔から地盤に注入される。
すなわち、地盤に埋設された状態の杭は、下端部から上端部に向けて窄まる錐形状となり、杭本体の周囲の地盤は、前記硬化性充填材によって改良された状態となる。これにより、杭の水平抵抗力及び杭の地盤に対する引抜抵抗力を大幅に増大させることができる。したがって、液状化層や軟弱層を含む地盤に対しても安価に耐震性を発揮させることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、例えば図５に示すように、請求項５に記載の杭１０の施工方法において、
前記杭本体１１の埋設を、圧入することで行うことを特徴としている。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、前記複数の杭本体の、前記傾斜状態での埋設を、圧入しながら容易かつ安価に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本実施の形態は、地盤に埋設される杭に関するものであり、図１において符号１０は杭、符号ａは地盤ａ、符号ａ１は地表を示す。ここで、地盤ａは、砂等の液状化層を含む地盤である。
【００２１】
本発明に係る杭１０は、図１、図２に示すように、４本の杭本体１１と、これら杭本体１１の上端部１１ａをそれぞれ周囲に取り付け、下端部１１ｂ側をそれぞれ外側に向けて回動可能とする取付部材１２とを備えて概略構成されており、地盤ａに対して圧入されて埋設される。
【００２２】
杭本体１１は、鋼材から構成されており、図３、図４に示すように、それぞれ断面中空状に形成された内側本体１１ｃ及び外側本体１１ｄ、これら内側本体１１ｃ及び外側本体１１ｄを取付部材１２に連結する連結部材１１ｅ、等を有している。なお、杭本体１１をこのような形状とするには、押出成型することで行っても良いし、あるいは、鋼板等を溶接することで行ってもよい。杭１０が地盤ａに埋設された状態においては、４本の杭本体１１は、これらの下端部１１ｂ側が外側に回動することでそれぞれ垂直に対して傾斜状態となっている。このように、地盤ａに埋設された状態の杭１０は、下から上に向けて窄まる錐形状となっており、この形状により、杭１０の水平抵抗力及び杭１０の地盤ａに対する引抜抵抗力が増大している。
【００２３】
内側本体１１ｃは、その表面まで貫通する孔１１ｃ１を有して中空状に形成されており、平断面形状は楕円の一部を切り出したような形状となっている。杭１０が地盤ａに埋設された状態においては、中空状に形成された内側本体１１ｃの内部にはモルタル１１ｃ２が充填され、さらにこのモルタル１１ｃ２は孔１１ｃ１から地盤ａに注入された状態となっている。このように、杭本体１１の周囲の地盤ａはモルタル１１ｃ２によって改良された状態となっている。
【００２４】
内側本体１１ｃには、その内側下端部に、上から下に向かうにつれて内側から外側に向かう、杭本体１１の軸方向に対して角度α傾斜した傾斜面１１ｃ３が形成されている。杭１０の地盤ａに対する圧入過程においては、それぞれの杭本体１１は、その傾斜面１１ｃ３で受ける地盤ａの反力によって外側に向けて押し出される。これにより、４本の杭本体１１は、それらの下端部１１ｂ側がそれぞれ外側に向けて、すなわち、４方向に向けて回動し、これにより、４本の杭本体１１は、地盤ａに対して埋設された状態においては、垂直に対して角度β傾斜した状態となる。なお、杭本体１１の軸方向に対する傾斜面１１ｃ３の角度αと、地盤ａに埋設された状態での杭本体１１の垂直に対する角度βとの間には相関関係がある。
【００２５】
外側本体１１ｄは、中空状に形成され、平断面形状は三角形形状となっている。  外側本体１１ｄには、その外側側面に、外側に向けて角部１１ｄ１が形成されている。杭１０の地盤ａに対する圧入過程においては、地盤ａは角部１１ｄ１によって切り裂かれる。すなわち、杭１０の地盤ａに対する圧入過程においては、それぞれの杭本体１１は、傾斜状態に導かれる際に地盤ａから受ける抵抗を角部１１ｄ１によって低減される。
【００２６】
取付部材１２は、所定の厚みの鋼板から構成されており、４本の杭本体１１の下端部１１ｂ側をそれぞれ外側に向けて回動させるためのヒンジ部１２ａ、杭１０を揚重機等によって吊り上げる際に玉掛けされる玉掛部１２ｂ等を有している。
【００２７】
以上のような構成を備える本発明に係る杭１０を、地盤ａに対して埋設する方法を、以下に説明する。
【００２８】
先ず、杭１０を地盤ａに圧入するための杭圧入装置を所定位置に設置する。なお、杭圧入装置は、杭１０を掴んで圧入する杭圧入手段を備えたものである。この杭圧入装置は、前記したように、４本の杭本体１１の上端部１１ａをまとめて、あるいは、一本ずつ掴むことができるようになっている。この際、杭本体１１の下端部１１ｂ側がそれぞれ外側に向けて回動することで、互いに角度をなした状態の上端部１１ａをも安定的に掴むことができるようになっている。なお、杭圧入装置の構成は特に限定されるものではなく、例えば、杭１０を圧入すべき位置をケーシングオーガ等で掘削する掘削手段等を備えていてもよいことは勿論である。また、杭圧入装置の構成を、杭１０の圧入部に対して、補助的に高圧水を噴射する噴射装置や高周波の振動を与える振動装置等を付加したものとしてもよい。
【００２９】
次に、杭圧入装置によって、杭本体１１の上端部１１ａを掴んで圧入する。杭１０の地盤ａに対する圧入過程においては、それぞれの杭本体１１は、その傾斜面１１ｃ３で受ける地盤ａの反力によって外側に向けて押し出される。これにより、４本の杭本体１１は、それらの下端部１１ｂ側がそれぞれ外側に向けて、すなわち、４方向に向けて回動する。この際、杭本体１１は、その外側側面に外側に向けて形成された角部１１ｄ１が地盤ａを切り裂くため、地盤ａから受ける抵抗が低減される。
【００３０】
それぞれの杭本体１１は、図５に示すように、深く埋設されるにつれて、次第に垂直に対して傾斜し、地盤ａに完全に埋設された状態においては、垂直に対して角度βをなす。なお、図５において、例えば、＜１＞、＜２＞、＜３＞は、それぞれ杭本体１１の上端部１１ａの位置を示し、＜１’＞、＜２’＞、＜３’＞は、それぞれ杭本体１１の下端部１１ｂの位置を示す。
【００３１】
次に、内側本体１１ｃの上端部に形成された、図示しないモルタル充填孔からモルタル１１ｃ２を所定の充填圧で充填する。所定の充填圧で内側本体１１ｃに完全に充填されたモルタル１１ｃ２は、内側本体１１ｃに形成された孔１１ｃ１から地盤ａに向けて噴出し、これにより地盤ａに注入された状態となる。
【００３２】
以上、本実施の形態の杭によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００３３】
▲１▼下端部１１ｂ側がそれぞれ外側に向けて回動可能に、上端部１１ａがそれぞれ取付部材１２の周囲に取り付けられた４本の杭本体１１は、下端部１１ｂ側が外側に回動することでそれぞれ垂直に対して傾斜状態で地盤ａに埋設されている。すなわち、地盤ａに埋設された状態の杭１０は、下から上に向けて窄まる錐形状となっており、この形状により、杭１０の水平抵抗力及び杭１０の地盤ａに対する引抜抵抗力が増大する。したがって、液状化層や軟弱層を含む地盤ａに対しても低コストに耐震性を発揮させることができる。
【００３４】
▲２▼杭本体１１は、その表面まで貫通する孔１１ｃ１を有して中空状に形成され、杭本体１１は、中空状に形成された杭本体１１に充填されたモルタル１１ｃ２が１１ｃ１孔から地盤ａに注入された状態で地盤ａに埋設されている。すなわち、杭本体１１の周囲の地盤はモルタル１１ｃ２によって改良された状態となっており、これにより、杭１０の水平抵抗力及び杭１０の地盤ａに対する引抜抵抗力がさらに増大する。
【００３５】
▲３▼地盤ａに対する埋設が圧入によって行われる杭本体１１は、その埋設のための圧入工程において、傾斜面１１ｃ３によって傾斜状態に導かれる。すなわち、複数の杭本体１１の前記傾斜状態での埋設を、圧入しながら容易かつ安価に行うことができる。
【００３６】
▲４▼圧入過程において杭本体１１が傾斜状態に導かれる際には、杭本体１１の側面に形成された角部１１ｄ１によって地盤ａから受ける抵抗が低減される。したがって、複数の杭本体１１の前記傾斜状態での埋設を、さらに容易に行うことができる。
【００３７】
なお、本発明に係る杭１０は、本実施の形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
【００３８】
例えば、本実施の形態においては、砂質土からなる液状化層を含む地盤ａに埋設される杭１０について記載しているが、特に限定されるものではなく、例えば、粘性土等からなる軟弱地盤、粘性土と砂質土が互層状態の軟弱地盤に埋設されるものであってもよい。
【００３９】
また、本実施の形態においては、杭本体の本数は４本であるが、特に限定されるものではなく、３本、５本、６本等、様々な本数が想定される。
【００４０】
また、本実施の形態においては、内側本体１１ｃに充填され、その孔１１ｃ１から地盤ａに対して注入される硬化性充填材としてモルタル１１ｃ２を用いているが、特に限定されるものではなく、モルタル１１ｃ２等の水硬性材料に他の物質、例えば高炉スラグや廃棄プラスチック、その他、様々な化学物質が添加されたものでもよい。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、下端部側がそれぞれ外側に向けて回動可能に、上端部がそれぞれ前記取付部材の周囲に取り付けられた複数の杭本体は、下端部側が外側に回動することでそれぞれ垂直に対して傾斜状態で地盤に埋設されている。すなわち、地盤に埋設された状態の杭は、下端部から上端部に向けて窄まる錐形状となっており、この形状により、杭の水平抵抗力及び杭の地盤に対する引抜抵抗力が増大する。したがって、液状化層や軟弱層を含む地盤に対しても低コストに耐震性を発揮させることができる。
【００４２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることは勿論のこと、前記杭本体の周囲の地盤は硬化性充填材によって改良された状態となっており、これにより、杭の水平抵抗力及び杭の地盤に対する引抜抵抗力がさらに増大する。
【００４３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明と同様の効果が得られることは勿論のこと、地盤への埋設が圧入によって行われる前記杭本体は、その埋設のための圧入工程において、前記傾斜面によって傾斜状態に導かれる。すなわち、前記複数の杭本体の前記傾斜状態での埋設を、圧入しながら容易かつ安価に行うことができる。
【００４４】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明と同様の効果が得られることは勿論のこと、圧入過程において前記杭本体が傾斜状態に導かれる際には、前記杭本体の側面に形成された角部によって地盤から受ける抵抗が低減される。したがって、前記複数の杭本体の前記傾斜状態での埋設をさらに容易に行うことができる。
【００４５】
請求項５に記載の発明によれば、地盤に埋設された状態の杭は、下端部から上端部に向けて窄まる錐形状となり、杭本体の周囲の地盤は、前記硬化性充填材によって改良された状態となる。これにより、杭の水平抵抗力及び杭の地盤に対する引抜抵抗力を大幅に増大させることができる。したがって、液状化層や軟弱層を含む地盤に対しても安価に耐震性を発揮させることができる。
【００４６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明と同様の効果が得られることは勿論のこと、前記複数の杭本体の前記傾斜状態での埋設を、圧入しながら容易かつ安価に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る杭が地盤に埋設される直前の状態を示す斜視図であり、（ｂ）はこの杭が地盤に埋設された状態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る杭が地盤に埋設される直前の状態を示す上面図であり、（ｂ）はこの杭が地盤に埋設された状態を示す上面図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る杭を示す上面図であり、（ｂ）はこの杭の一部省略側面図である。
【図４】（ａ）は本発明に係る杭を示す平断面図であり、（ｂ）はこの杭の一部省略側断面図である。
【図５】本発明に係る杭が地盤に圧入されていく過程を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０              杭
１１            杭本体
１１ａ        上端部
１１ｂ        下端部
１１ｃ        内側本体
１１ｃ１    孔
１１ｃ２    モルタル（硬化性充填材）
１１ｃ３    傾斜面
１１ｄ        外側本体
１１ｄ１    角部
１２            取付部材
ａ                地盤
【図１】
2004162365.tif 000003
【図２】
2004162365.tif 000004
【図３】
2004162365.tif 000005
【図４】
2004162365.tif 000006
【図５】
2004162365.tif 000007