(57)【要約】【課題】断面を小さくすることで安価に施工でき、大地震が発生した場合にも構造物を安定的に支持することを可能とする杭を提供すること。【解決手段】本発明に係る杭１０は、本杭１１、外管杭１２、スペーサ１３等で概略構成される。本杭１１は、地盤ａに支持された状態に設けられ、構造物ｂを支持するものである。外管杭１２は、本杭１１の側周面１１ａの上端部１１ａ１を覆った状態に構造物ｂに固定されて設けられ、地震が発生した際に水平力を負担するものである。スペーサ１３は、本杭１１と外管杭１２との間に設けられ、本杭１１と外管杭１２との間に隙間１４を形成するものである。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に設けられる杭であって、
地盤に支持された状態に設けられ、前記構造物を支持する本杭と、
前記本杭の側周面の少なくとも上端部を覆った状態に前記構造物に固定されて設けられ、地震が発生した際に水平力を負担する外管杭と、
前記本杭と前記外管杭との間に設けられ、前記本杭と前記外管杭との間に隙間を形成するスペーサとを備えることを特徴とする杭。
【請求項２】
前記スペーサは、アスファルト材であることを特徴とする請求項１に記載の杭。
【請求項３】
前記スペーサは、前記本杭と前記外管杭との間のうち、少なくとも前記外管杭の下端部に設けら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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物に設けられる杭に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、図４に示すように、杭１００と構造物Ｂとの接合方法は接合部の回転を許さない剛接合、すなわち完全固定が原則であった。このため、大地震が発生した場合においては、図４（ａ）に示すように、杭頭部や地中梁に多大な応力が発生して、図４（ｂ）に示すように、杭頭部や地中梁が損傷してしまう場合等があった。杭１００等は、杭頭部や地中梁が損傷してしまうと、図４（ｂ）に示すように構造物Ｂを安定的に支持することができなくなるが、損傷の補修は極めて困難である。これらの損傷を抑えようとして、大断面の杭１００や地中梁を施工すると施工費がかさむという問題があった。
【０００３】
ところで、以下に示す特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載の技術は、その［請求項１］や段落［００１２］等に記載されているように、中空の外側杭体と、その内部に間隔が形成されるように収容された内側杭体とからなる杭であり、構造物は内側杭体のみによって支持されている。そして、外側杭体の下端部と内側杭体との間には、その［請求項３］や段落［００１４］等に記載されているように、前記間隔を閉塞する弾性材料からなる閉塞部材が設けられている。
【０００４】
特許文献１に記載の技術においては、その段落［００１７］等に記載されているように、外側杭体によって、内側躯体には地盤振動による周面支持力が作用せず、したがって、地盤振動は内側杭体を介して構造物に伝達されないという効果がある。なお、地盤振動とは、その段落［０００３］等に記載されているように、道路、鉄道等の交通機関、工場、建設工事によって発生するものである。そして、前記した弾性材料からなる閉塞部材は、段落［００１４］や段落［００１７］に記載されているように、外側杭体と内側杭体との間で地盤振動が伝達されることを防止するために用いられている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１４０８８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上により、特許文献１に記載の技術は、地盤振動が杭を介して構造物に伝播することを防止するための技術であり、弾性材料からなる閉塞部材は、外側杭体と内側杭体との間で振動が伝達することを防止する緩衝材とも言える。すなわち、特許文献１に記載の技術は、比較的小さな振動である地盤振動が構造物に及ぼす影響を防止して居住性を高めるための技術であり、構造物に大地震が作用した場合に対処するための技術ではない。したがって、特許文献１に記載の技術においては、大地震が発生した場合には、外側杭体と内側杭体とが互いに容易に当接した状態となり、これによって、外側杭体と内側杭体との間で水平力が低減されないまま伝達され、したがって、内側杭体が損傷を受けて構造物を安定的に支持することができなくなってしまうことが懸念される。
【０００７】
本発明の課題は、断面を小さくすることで安価に施工でき、大地震が発生した場合にも構造物を安定的に支持することを可能とする杭を提供することである。
【０００８】
【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３に示すように、
構造物ｂに設けられる杭１０であって、
地盤ａに支持された状態に設けられ、前記構造物ｂを支持する本杭１１と、
前記本杭１１の側周面１１ａの少なくとも上端部１１ａ１を覆った状態に前記構造物ｂに固定されて設けられ、地震が発生した際に水平力を負担する外管杭１２と、
前記本杭１１と前記外管杭１２との間に設けられ、前記本杭１１と前記外管杭１２との間に隙間１４を形成するスペーサ１３とを備えることを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、地震が発生した場合、特に大地震が発生した場合、構造物に慣性力として作用する水平力は構造物から本杭や外管杭に伝達される。この際、本杭と外管杭との間に設けられている前記スペーサを介して、本杭と外管杭との間で力の伝達がなされ、本杭の杭頭部には、慣性力として作用する水平力の方向とは逆方向にせん断力が発生し、このせん断力は外管杭に負担される。これにより、本杭の水平力の負担は低減され、外管杭の水平力の負担は増大する。
また、水平力が外管杭に伝達されると、外管杭は変形することで地震エネルギを吸収する。なお、外管杭による地震エネルギの吸収は、前記スペーサによって本杭と外管杭との間に形成される隙間が外管杭の変形を許容することで促進される。
すなわち、慣性力によって生じた水平力は、外管杭が変形することで低減されながら、大部分が外管杭によって負担され、一部が本杭によって負担される。したがって、本杭を、その断面を小さくして安価に施工することができる。また、本杭は水平力による損傷を受けることがないため、大地震後においても安定的に構造物を支持することができる。
【００１０】
前記本杭は、構造物を支持する状態に設けられていればよく、本杭が構造物の、例えばフーチングに埋めこまれていてもよいし、本杭と構造物のフーチングとの間に、例えば滑り支承が設けられることで、本杭と構造物とが構造的に絶縁されていてもよい。
【００１１】
前記本杭の構成材料としては、例えばコンクリートや鋼材が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、コンクリート製の本杭としては、現場打ちされたものであってもよいし、いわゆるＰＣ杭であってもよい。
【００１２】
前記外管杭の構成材料としては、例えばコンクリートや鋼材が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ただし、変形能力等を考慮すると鋼材を用いることが望ましいが、この場合、鋼材の種類は特に限定されるものではなく、靱性に富む低降伏点鋼を用いてもよいし、通常一般の鋼材を用いても良い。
【００１３】
前記スペーサの構成材料としては、例えばアスファルト材やモルタル材等、地震が発生した場合にも、本杭と外管杭との間に確実に隙間を形成できる硬質のものが望ましい。また、スペーサは、地震が発生した際における前記外管杭の変形を許容する隙間を形成するためのものであることを考慮すると、スペーサを、本杭と外管杭との間のうち外管杭の下端部に設けておき、本杭と外管杭との間に対する土砂等の侵入が防止されるようにして、外管杭が変形能力を確実に発揮できるようにすることが望ましい。また、この位置に設けられたスペーサの上方には連続して隙間を形成しておくことで、外管杭は最大限に水平力の分担機能および変形能力を発揮でき、これにより、外管杭はより多くの地震エネルギを吸収して、本杭に伝達される水平力をより低減することができる。
【００１４】
なお、前記したようにスペーサを設けることで、設けない場合に比して、同等の耐震性能をより短い外管杭で得ることができるため、施工コストを低減することもできる。また、スペーサを設けることで、本杭と外管杭とを互いに隙間が形成された状態に設ける作業が容易となり、すなわち施工性が向上する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の杭１０において、
前記スペーサ１３は、アスファルト材であることを特徴としている。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、前記スペーサをアスファルト材とすることで、大地震が発生した場合でも略変形を生じず、これにより、前記本杭と前記外管杭との間には前記外管杭の変形を許容する隙間が確実に形成される他、施工が容易となる。
【００１７】
ここで、アスファルト材とは、アスファルトを含む硬化性のある材料全体であり、例えば、アスファルトコンクリートやアスファルトモルタル等も含まれる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、例えば図１〜図３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、
前記スペーサ１３は、前記本杭１１と前記外管杭１２との間のうち、少なくとも前記外管杭１２の下端部１２ｂに設けられていることを特徴としている。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、前記スペーサが、前記本杭と前記外管杭との間のうち、少なくとも前記外管杭の下端部に設けられているので、本杭と外管杭との間に対する土砂等の侵入が防止され、これによって、外管杭は変形能力を確実に発揮できる。また、この位置に設けられたスペーサの上方には連続して隙間を形成しておくことで、前記外管杭は最大限に水平力の分担機能および変形能力を発揮でき、これにより、外管杭はより多くの地震エネルギを吸収して、本杭に伝達される水平力をより低減することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本実施の形態は、構造物に設けられる杭に関するものであり、図１において符号１０は杭を示す。
【００２１】
本発明に係る杭１０は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、地盤ａに支持された状態に設けられ、構造物ｂを支持する本杭１１、本杭１１の側周面１１ａの上端部１１ａ１を覆った状態に構造物ｂに固定されて設けられ、地震が発生した際に変形する外管杭１２、本杭１１と外管杭１２との間に設けられ、地震が発生した際における外管杭１２の変形を許容する隙間１４を、本杭１１と外管杭１２との間に形成するスペーサ１３、等を備えて概略構成されている。
【００２２】
本杭１１はＰＨＣ杭であり、地盤ａに支持されている。地盤ａに対する支持形態としては、本杭１１の側周面１１ａの地盤ａに対する摩擦力によるものであっても、本杭１１の最下部の支持層ａ１に対する支持力によるものであっても、これらが混在したものであってもよい。本杭１１は、その杭頭部１１ｂが構造物ｂのフーチングｂ１に所定長さ埋め込まれている。
【００２３】
外管杭１２は、ＰＨＣ杭の径よりも所定間隔大きい内径を有する鋼管である。外管杭１２は、本杭１１の側周面１１ａの上端部１１ａ１を覆った状態に設けられている。外管杭１２の上端部１２ａは、構造物ｂのフーチングｂ１に所定長さ埋め込まれている。
【００２４】
スペーサ１３は、アスファルトコンクリートやアスファルトモルタル等のアスファルト材がリング状に形成されたものであり、本杭１１もしくは外管杭１２のどちらか一方に固定されている。スペーサ１３の固定位置は、本杭１１と外管杭１２との間のうち、外管杭１２の下端部１２ｂである。この位置にスペーサ１３を設けてことで、本杭１１と外管杭１２との間に対する土砂等の侵入が防止され、これによって、外管杭１２は変形能力を確実に発揮できる。また、この位置に設けられたスペーサ１３の上方には連続して隙間１４を形成しておくことで、外管杭１２は最大限に水平力の分担機能および変形能力を発揮でき、これにより、外管杭１２はより多くの地震エネルギを吸収して、本杭１１に伝達される水平力をより低減することができる。
【００２５】
スペーサ１３の本杭１１に対する固定方法としては、例えば、ＰＨＣ杭である本杭１１の側周面１１ａをドリル等で穿孔し、形成された孔に埋め込むように本杭１１の側周面１１ａから突出する突起部材を設け、この突起部材に係止させてスペーサ１３を固定する方法が考えられるが、特に限定されるものではない。
【００２６】
なお、スペーサ１３が、本杭１１もしくは外管杭１２のどちらか一方に固定され、他方には固定されていないことで、外管杭１２の本杭１１に対する鉛直方向の動きは拘束されないようになっている。
【００２７】
以上のような構成を備える本発明に係る杭１０は、地震が発生した場合、以下のような挙動を有する。
【００２８】
すなわち、図２（ａ）に示すように、地震が発生した場合、構造物ｂには慣性力としての水平力Ｅが作用する。この水平力Ｅは、構造物ｂのフーチングｂ１から本杭１１と外管杭１２とに伝達されるが、この際、本杭１１と外管杭１２との間に設けられているスペーサ１３を介して、本杭１１と外管杭１２との間で力の伝達がなされ、本杭１１の杭頭部１１ｂには、慣性力として作用する水平力の方向とは逆方向にせん断力が発生し、このせん断力は外管杭１２に負担される。これにより、本杭１１の水平力の負担は低減され、外管杭１２の水平力の負担は増大する。したがって、本杭１１のモーメント分布は、図２（ａ）左側のようになる。
また、水平力Ｅが外管杭１２に伝達されると、外管杭１２は変形することで地震エネルギを吸収する（図２（ａ）右側）。なお、外管杭１２による地震エネルギの吸収は、スペーサ１３によって本杭１１と外管杭１２との間に形成される隙間１４が外管杭１２の変形を許容することで促進される。
すなわち、慣性力によって生じた水平力Ｅは、外管杭１２が変形することで低減されながら、大部分が外管杭１２によって負担され、一部が本杭１１によって負担される。本杭１１は水平力Ｅによる損傷を受けることがないため、図２（ｂ）に示すように、大地震後においても安定的に構造物ｂを支持することができる。
【００２９】
以下、本発明に係る杭１０の施工方法の一例について説明する。なお、ここで掲げる施工方法は一例であり、これに限定されるものではない。
【００３０】
先ず、図３（ａ）に示すように、杭を埋め込むための掘削孔ａ２を地盤ａにアースオーガ等で形成し、形成された掘削孔に根固め液や杭周辺固定液を充填する。
【００３１】
次に、図３（ｂ）に示すように、本杭１１が所定の本数に分割された状態の本杭片１１ｃのうち、最下部に位置する本杭片１１ｃを掘削孔ａ２の内部に挿入し、吊り下ろすとともに、本杭片１１ｃを次々に溶接等によって連結していく。
【００３２】
この際、図３（ｃ）に示すように、最上部に位置する本杭片１１ｃには、予め、外管杭１２を設けておくとともに、本杭片１１ｃと外管杭１２との間には、スペーサ１３を設けておく。覆った状態でドリル等で穿孔して、形成された孔に埋め込むように本杭１１の側周面１１ａから突出する突起部材を設け、この突起部材に係止させてスペーサ１３を固定する方法が考えられるが、特に限定されるものではない。
【００３３】
次に、図３（ｄ）に示すように、最上部の本杭片１１ｃを圧入または軽打して、最下部の本杭片１１ｃが地盤ａの支持層ａ１に支持された状態とする。
【００３４】
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。
【００３５】
▲１▼地震が発生した場合、特に大地震が発生した場合、構造物ｂに慣性力として作用する水平力Ｅは構造物ｂから本杭１１や外管杭１２に伝達される。この際、本杭１１と外管杭１２との間に設けられているスペーサ１３を介して、本杭１１と外管杭１２との間で力の伝達がなされ、本杭１１の杭頭部１１ｂには、慣性力として作用する水平力Ｅの方向とは逆方向にせん断力が発生し、このせん断力は外管杭１２に負担される。これにより、本杭１１の水平力Ｅの負担は低減され、外管杭１２の水平力Ｅの負担は増大する。
また、水平力Ｅが外管杭１２に伝達されると、外管杭１２は変形することで地震エネルギを吸収する。なお、外管杭１２による地震エネルギの吸収は、スペーサ１３によって本杭１１と外管杭１２との間に形成される隙間１４が外管杭１２の変形を許容することで促進される。
すなわち、慣性力によって生じた水平力Ｅは、外管杭１２が変形することで低減されながら、大部分が外管杭１２によって負担され、一部が本杭１１によって負担される。したがって、本杭１１を、その断面を小さくして安価に施工することができる。また、本杭１１は水平力による損傷を受けることがないため、大地震後においても安定的に構造物ｂを支持することができる。
【００３６】
▲２▼スペーサ１３をアスファルト材とすることで、大地震が発生した場合でも略変形を生じず、これにより、本杭１１と外管杭１２との間には外管杭１２の変形を許容する隙間１４が確実に形成される他、施工が容易となる。
【００３７】
▲３▼スペーサ１３が、本杭１１と外管杭１２との間のうち、外管杭１２の下端部１２ｂに設けられているので、本杭１１と外管杭１２との間に対する土砂等の侵入が防止され、これによって、外管杭１２は変形能力を確実に発揮できる。また、この位置に設けられたスペーサ１３の上方には連続して隙間１４を形成しておくことで、外管杭１２は最大限に水平力の分担機能および変形能力を発揮でき、これにより、外管杭１２はより多くの地震エネルギを吸収して、本杭１１に伝達される水平力をより低減することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
例えば、本実施の形態においては、本杭１１をＰＨＣ杭としているが、特に限定されるものではなく、現場打ちによるものであってもよい。さらに、本杭１１は、コンクリート杭に限定されるものでもなく、鋼管杭であってもよい。
【００４０】
また、本実施の形態においては、本杭１１がフーチングｂ１に埋めこまれているが、特に限定されるものではなく、本杭１１とフーチングｂ１との間に、例えば滑り支承を設けてもよい。
【００４１】
また、本実施の形態においては、外管杭１２を鋼管杭としているが、特に限定されるものではなく、例えば、ＰＨＣ杭や現場打ちのコンクリートの杭等としてもよいことは勿論である。
【００４２】
また、本実施の形態においては、スペーサ１３を、アスファルトコンクリートやアスファルトモルタル等のアスファルト材としているが、特に限定されるものではなく、アスファルトを用いずに、通常のモルタルとしてもよいことは勿論である。
【００４３】
また、本実施の形態においては、スペーサ１３の形状をリング状としているが、特に限定されるものではなく、例えば、本杭１１の断面の円弧上に複数箇所に分けて設けてもよいことは勿論である。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、地震が発生した場合、特に大地震が発生した場合、構造物に慣性力として作用する水平力は構造物から本杭や外管杭に伝達される。この際、本杭と外管杭との間に設けられている前記スペーサを介して、本杭と外管杭との間で力の伝達がなされ、本杭の杭頭部には、慣性力として作用する水平力の方向とは逆方向にせん断力が発生し、このせん断力は外管杭に負担される。これにより、本杭の水平力の負担は低減され、外管杭の水平力の負担は増大する。
また、水平力が外管杭に伝達されると、外管杭は変形することで地震エネルギを吸収する。なお、外管杭による地震エネルギの吸収は、前記スペーサによって本杭と外管杭との間に形成される隙間が外管杭の変形を許容することで促進される。
すなわち、慣性力によって生じた水平力は、外管杭が変形することで低減されながら、大部分が外管杭によって負担され、一部が本杭によって負担される。したがって、本杭を、その断面を小さくして安価に施工することができる。また、本杭は水平力による損傷を受けることがないため、大地震後においても安定的に構造物を支持することができる。
【００４５】
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、前記スペーサをアスファルト材とすることで、大地震が発生した場合でも略変形を生じず、これにより、前記本杭と前記外管杭との間には前記外管杭の変形を許容する隙間が確実に形成される他、施工が容易となる。
【００４６】
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、前記スペーサが、前記本杭と前記外管杭との間のうち、少なくとも前記外管杭の下端部に設けられているので、本杭と外管杭との間に対する土砂等の侵入が防止され、これによって、外管杭は変形能力を確実に発揮できる。また、この位置に設けられたスペーサの上方には連続して隙間を形成しておくことで、前記外管杭は最大限に水平力の分担機能および変形能力を発揮でき、これにより、外管杭はより多くの地震エネルギを吸収して、本杭に伝達される水平力をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る杭の要部全体を示す斜視図、（ｂ）はこの杭の模式的な全体断面図及び一部拡大断面図である。
【図２】（ａ）は、地震が発生した場合における、本発明に係る杭に作用するモーメント及び地震後の杭の態様を示す模式的な断面図であり、（ｂ）は、この杭及び構造物の、地震後における態様を示す模式的な断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）ともに、本発明に係る杭の一連の施工方法の一例を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、地震が発生した場合における、従来の杭に作用するモーメント及び地震後の杭の態様を示す模式的な断面図であり、（ｂ）は、この杭及び構造物の、地震後における態様を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　杭
１１　　　　　本杭
１１ａ　　　側周面
１１ａ１　上端部
１２　　　　　外管杭
１３　　　　　スペーサ
１４　　　　　隙間
ａ　　　　　　　地盤
ｂ　　　　　　　構造物
【図１】
2004116225.tif 000003
【図２】
2004116225.tif 000004
【図３】
2004116225.tif 000005
【図４】
2004116225.tif 000006