(57)【要約】【課題】大変形に追随可能で、地層境界や杭頭の近傍で杭体に生じる大きな曲げモーメントやせん断力やそれによる回転角に対しても破壊に至ることなく、地震中および地震後の構造物の支持機能を保持できる基礎杭を提供する。【解決手段】既製杭をつなぎ合わせて形成される基礎杭において、作用軸力下での最大曲げ耐力が既製杭一般部と同等またはそれ以下で、かつ最大曲げ耐力発生時の曲率が既製杭の一般部よりも大きい高靱性部材２を地中部または杭頭部に設ける。例えば、基礎杭１として鋼管杭を用いた場合、基礎杭１の一般部１ａよりも外径の小さい鋼管を高靱性部材２として基礎杭１の地中部分または杭頭部分に取り付ける。【選択図】　　　　　　　図８
2004036088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既製杭をつなぎ合わせて形成される基礎杭において、作用軸力下での最大曲げ耐力が前記既製杭の一般部と同等またはそれ以下で、かつ最大曲げ耐力発生時の曲率が前記既製杭の一般部よりも大きい高靱性部が地中部分および／または杭頭部分に設けられてなることを特徴とする基礎杭。
【請求項２】
高靱性部が、基礎杭の深度方向に地層構成または地盤の物性が変化する地層境界部分および／または杭頭部分に設けられてなることを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【請求項３】
高靱性部が、軟弱地盤、液状化地盤などのほぼ全域および／または杭頭部分に設けられてなることを特徴とする請求項１記載の基礎杭。
【請求項４】
既製杭の一般部および高靱性部が鋼製の基礎杭であって、前記高靱性部の下記式（１）で表されるＲｔ　が、前記既製杭の一般部のＲｔ　よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基礎杭。
【数１】
2004036088.tif 000004
【請求項５】
既製杭の一般部が既成コンクリート杭で、高靱性部が前記既製杭の一般部よりも外径の小さな鋼管杭であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基礎杭。
【請求項６】
高靱性部が、杭一般部よりも降伏点の低い材料より製造された鋼管であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基礎杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、地震時に、特に軟弱地盤や液状化の可能性のある地盤、側方流動の可能性のある地盤等が存在する過酷な条件下においても、杭体としての支持性能を失うことなく、構造物の安定性を保持できる耐震性に優れた基礎杭に関するものである。
【０００２】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】
一般に、地震時には上部構造物から伝達される水平力や回転力によって、杭頭部付近に曲げモーメントやせん断力などの大きな断面力が発生する。
【０００３】
また、近年の研究によれば、上部構造物から伝達される力だけでなく、軟弱地盤や液状化地盤では地震中の地盤変位が大きくなるために杭体がその影響を受け、杭頭部付近や地中の層境界部（地盤の物性が変化する）付近においても杭体に大きな断面力が発生して破壊に至り、支持性能を喪失する可能性があることが報告されている。
【０００４】
さらに、平成７年の兵庫県南部地震では、液状化地盤の側方流動によって非常に大きな地盤の変位が発生し、杭に破損が生じた例が数多く報告されている。
【０００５】
杭頭付近で発生する断面力に対しては、ＲＣ杭では鋼管巻き補強などによって、鋼管杭に対しては杭頭付近の鋼管を厚肉化することで、耐力を高めることが一般に行われてきた。
【０００６】
しかし、近年の設計地震力の増大等によって補強が大がかりになったり、それにともなって杭頭とフーチングの接合部や地中梁も大がかりになり、建築コストが増大する等の課題が生じている。
【０００７】
そのような課題に対し、近年、杭頭とフーチングとの接合をピン結合や半剛接合構造とすることで、杭頭付近や地中梁に生じる断面力を低減し、それらの構造を軽減する方法が開発あるいは実用化されてきており、それらの内容は「杭基礎の耐震設計法に関するシンポジウム論文集・報告書」（土木学会　地震工学委員会　杭基礎耐震設計研究小委員会　ｐｐ．３８９−３９４　図４．１．２．４・４．２．１．３）に記載されている。
【０００８】
これらの構造は、メカニカルな装置を利用した構造のため機構・構造が複雑で、テフロン（登録商標）やゴムなど特殊な材料を使用しているものもあり、高価であったり、耐久性や確実な作動に不安が残るものもある。
【０００９】
また、いずれも圧縮力に対しては充分な耐荷力を有しているものの、引き抜き方向の力に対しては耐荷力が小さく、地震時に杭に作用する引き抜き力に対して不安が残る。さらには、杭施工後に、別途、これらの装置を杭頭部に固着する必要がある等の課題がある。
【００１０】
また、軟弱地盤や液状化地盤の変形によって、主に地中の層境界部付近で生じる杭の破壊に対しても、例えば特開平２−１８３００９号公報や特開平９−３１０３４４号公報に以下のような構造が開示されている。
【００１１】
これらは、杭の中間部や地層境界部に弾性部材や緩衝材を介在させることにより地盤の変位によって生じる水平力を吸収しようとする構造であり、介在物にゴムなどを用い、実質的なヒンジ部として機能させようとするものである。
【００１２】
しかし、ヒンジ構造を介在させると、杭体そのものは不安定構造になり、杭が水平方向に変位し，回転を生じた時の鉛直支持性能が問題になる。つまり、構造物を支持するという杭本来の機能が損なわれる可能性がある。また、ゴム材などでは引き抜きに対する耐荷力も小さく、地震時に杭に作用する引き抜き力によって破損を生じる可能性がある。
【００１３】
さらに、既製杭では施工時に杭への負荷を避ける工夫が必要になったり、中空部が閉塞するか断面積が大幅に縮小する可能性が高いため、地中への杭の設置が困難になり、一般的な施工方法が適用し難くなる。
【００１４】
また、特開平１１−８１３４１号公報には、杭外周面に発泡樹脂板などで構成された緩衝層を設け、地盤の変位を発砲樹脂板で吸収しようとする構造が記載されているものである。
【００１５】
しかし、この構造では、大きな地盤変位に対応するためには緩衝層の厚さをかなり大きくする必要があったり、緩衝層を設置した状態で杭を施工する必要があるため、既製杭では施工が容易でない。また、緩衝層は施工中や常時の土圧では変形せず、地震時にはじめて変形が生じるように設定しておく必要があり、これを制御するのは容易でない。
【００１６】
さらに、特開２００１−１７２９６１号公報には、ジョイント接続部を用いてその上下の杭の相対変位が可能なようにした構造が記載されているが、既製杭に対して本構造を用いると中空部を閉塞させてしまうため一般的な施工法の適用が難しくなる。また、この構造はメカニカルな装置を用いるものなので、機構・構造が複雑になる等の課題がある。
【００１７】
本願発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、メカニカルで機構の複雑な装置を用いず、杭軸方向の圧縮力だけでなく引き抜き力に対しても必要な耐荷力を有し、かつプレボーリング、中掘り、回転圧入、打撃など一般的な方法で施工が可能で、さらに大変形に追随可能で、地層境界や杭頭の近傍で杭体に生じる大きな曲げモーメントやせん断力やそれによる回転角に対しても破壊に至ることなく、地震中および地震後の構造物の支持機能を保持できる基礎杭を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の基礎杭は、既製杭をつなぎ合わせて形成される基礎杭において、作用軸力下での最大曲げ耐力が前記既製杭の一般部と同等またはそれ以下で、かつ最大曲げ耐力発生時の曲率が前記既製杭の一般部よりも大きい高靱性部が地中部分および／または杭頭部分に設けられてなることを特徴とするものである。
【００１９】
一般に、地中に液状化層や軟弱層が存在する場合の深度方向の杭の曲げモーメント分布の概念図は図１の通りである。つまり、液状化層や軟弱層などの層境界部や杭頭部の固定端付近で大きな曲げモーメントが発生する。
【００２０】
液状化層や軟弱層などの層境界部で発生する曲げモーメントは、液状化層や軟弱地盤層内で地盤の変位が急増し、地層境界部において地盤変位が急激に変化するために生じるものであり、また杭頭部の固定端付近で発生する曲げモーメントは、構造物から伝達される水平力や回転力、さらに大きな地盤変位によって生じる杭の水平変位や回転に対して、杭頭部がフーチングに剛結され、回転拘束されているために生じるものである。
【００２１】
これらの杭の曲げモーメントが大きくなる箇所、あるいは、その付近に図２に示すような強度耐力特性をもつ所定長さの高靱性部を設ける。図２に示す高靱性部の性質の要点は、曲げモーメント−曲率関係において、最大耐力が杭の一般部と同等もしくはそれ以下で、最大耐力発生時の曲率が一般部よりも大きい点にある。
【００２２】
すなわち、耐力を杭の一般部に比べて大きくすることなく、変形性能が杭の一般部よりも優れた高靱性部を設けることである。また、望ましくは、降伏耐力も杭の一般部と同等もしくはそれ以下であるのがよく、さらに最大耐力後の耐力低下が緩やかであるほど好ましい。以上の様な高靱性部を杭の曲げモーメントが大きくなる箇所、あるいはその付近に設けることで、杭に発生する最大曲げモーメントを制御することが可能になる。
【００２３】
図２の高靱性部およびその周辺部では、図２に図示する高靱性部の最大曲げ耐力以上の曲げモーメントが発生することはなくなり、杭の一般部の曲げモーメントが限界値以下に抑制されることになる。その際、図２の高靱性部では変形が進行し、曲率が大きくなることにより杭の変形、回転を吸収することができる。
【００２４】
図２の高靱性部は杭の一般部よりも変形性能が大きく、発生する杭の変形、回転を吸収できる変形性能を有し、かつ大きな耐力低下を生じず、鉛直力に対して充分な支持性能を有するように設計する。
【００２５】
請求項２記載の基礎杭は、請求項１記載の基礎杭において、高靱性部が、基礎杭の深度方向に地層構成または地盤の物性が変化する地層境界部および／または杭頭部分に設けられてなることを特徴とするものである。
【００２６】
地中に液状化層や軟弱層が存在する場合、深度方向の杭の曲げモーメントは、図１で説明したように液状化層や軟弱層などの地層境界部や杭頭部の固定端付近で特に大きいことから、この部分に高靱性部を設けることで杭に発生する最大曲げモーメントを効果的に制御することができる。
【００２７】
請求項３記載の基礎杭は、請求項１記載の基礎杭において、高靱性部が、軟弱地盤、液状化地盤などのほぼ全域および／または杭頭部分に設けられてなることを特徴とするものである。
【００２８】
上述したように、地中に液状化層や軟弱層が存在する場合、深度方向の杭の曲げモーメントは、液状化層や軟弱地盤層内で地盤の変位が急増し、地層境界部において地盤変位が急激に変化するために生じ、また杭頭部の固定端付近で発生する曲げモーメントは、構造物から伝達される水平力や回転力、さらに大きな地盤変位によって生じる杭の水平変位、回転に対して、杭頭部がフーチングに剛結され、回転拘束されているために生じるものであるため、地層境界部および／または杭頭部分を含め、軟弱地盤および液状化地盤などのほぼ全域に高靱性部を設けることで杭に発生する最大曲げモーメントを効果的に制御することができる。
【００２９】
請求項４記載の基礎杭は、請求項１〜３のいずれかに記載の基礎杭において、既製杭の一般部および高靱性部が鋼製の基礎杭であって、前記高靱性部の下記式（１）で表されるＲｔ　が、前記既製杭の一般部のＲｔ　よりも小さいことを特徴とするを特徴とするものである。
【００３０】
本願発明において、最大曲げ耐力が杭の一般部と同等またはそれ以下で、最大曲げ耐力発生時の回転角や曲率が一般部よりも大きい高靱性部の具体的な構成例として、次に示すものがある。
【００３１】
杭の一般部を鋼管杭で構成し、これと外径が同程度で、降伏点の低い材質の鋼によって形成した鋼管を高靱性部材として地中部または杭頭部の曲げモーメントが大きくなる箇所に設ける。
【００３２】
一般に鋼管杭として用いられる材質、径厚比の鋼管では、図１に示すような曲げモーメント−曲率関係の最大曲げモーメントやその時の曲率の大きさは鋼管の局部座屈によって決定される場合が多く、通常、最大曲げモーメントは鋼管の全塑性モーメント程度またはそれ以下であるのが一般的である。
【００３３】
このような場合、最大曲げモーメントやその発生時の曲率に関する靱性率（降伏曲げモーメントやその時の曲率に対する比）は、以下の無次元パラメータＲｔ　との相関が強く、Ｒｔ　が小さいほど靱性率が高く変形性能に優れる（降伏後、局部座屈が生じにくい）ことが知られている。
【００３４】
【数２】
2004036088.tif 000003
【００３５】
したがって、降伏応力の小さい材質の鋼管を高靱性部材として用いると靱性率が向上するので、適度な降伏点の鋼管を適用することにより、高靱性部の変形性能を向上させることが可能となる。
【００３６】
また一般に、降伏点の低い鋼材では引張強度も相対的に小さくなり、最大耐力を杭一般部と同等またはそれ以下とするのは容易と考えられるが、必要に応じて肉厚ｔを調整することも可能である。
【００３７】
本願発明において、曲げモーメントが大きくなる箇所に高靱性部材として設置する鋼管の板厚を大きくすることによっても上記靱性率が向上するので、鋼管の局部座屈が生じにくくなる。
【００３８】
ただし、この場合、同材質の鋼管では最大曲げモーメントの絶対値も大きくなるため、最大耐力を杭の一般部と同等以下に設定するために降伏応力や引張強度の小さい材質からなる鋼管を適用し、最大耐力（曲げモーメント）は、杭一般部と同等以下になるように設定する。なお、降伏応力の小さい鋼材は最大耐力も相対的に小さいのが一般的と考えられる。
【００３９】
また、厚肉化と降伏応力の２つの効果により、曲率の靱性率が大きく改善され、杭としての変形性能の大幅な改善が可能である。降伏点の低い鋼材からなる鋼管を高靱性部として用いた場合には、杭の支持性能に関する軸力に対する降伏耐力が杭の一般部よりも低下することが考えられるが、厚肉化することでそれを補うことができる。すなわち、鉛直力と曲げの２つの力に対してバランスの良い構造とすることができる。
【００４０】
さらに、本願発明においては、曲げモーメントが大きくなる箇所に高靱性部材として設置する鋼管の板厚を杭一般部の板厚と同等以上とし、径を杭一般部より小さくすることによっても上記靱性率を向上させることができる。
【００４１】
この場合、高靱性部材の板厚を杭一般部より大きくすることで、小径化と厚肉化の２つの効果により、曲率の靱性率が大きく向上し、杭としての変形性能を大幅に改善することができる。
【００４２】
また、杭一般部と板厚が同じで、径のみを小さくした場合には、高靱性部材において杭の支持性能にかかわる鉛直耐力が低下することが考えられるが、厚肉化することでそれを補うことが可能になり、鉛直力と曲げの２つの力に対してバランスの良い構造とすることができる。
【００４３】
なお、この場合、高靱性部材の材質は杭一般部と同等でよいし、必要に応じて降伏点の低いものを適用して、さらなる変形性能の改善を図ることもできる。
【００４４】
請求項５記載の基礎杭は、請求項１〜３のいずれかに記載の基礎杭において、既製杭の一般部が既成コンクリート杭で、高靱性部が前記既製杭の一般部よりも外径の小さい鋼管杭であることを特徴とするものである。
【００４５】
本願発明の場合、基礎杭に発生する最大曲げモーメントを制御することが可能なだけでなく、既成コンクリート杭の端部に鋼管を接続することにより高靱性部を簡単に形成することができる。
【００４６】
また、既製杭の一般部の肉厚が大きいため、既製杭の一般部としての既成コンクリート杭の端部に高靱性部としての鋼管を端板を利用してきわめて簡単に取り付けことができる。
【００４７】
請求項６記載の基礎杭は、請求項１〜５のいずれかに記載の基礎杭において、高靱性部が、杭一般部よりも降伏点の低い材料（例えば、極軟鋼）より製造された鋼管であることを特徴とするものである。
【００４８】
本願発明においては、最大耐力（曲げモーメント）は杭の一般部と同等以下で、かつそのときの曲率が大きくて変形性能に優れた高靱性部として鋼管を用いる場合には、降伏点の低い極軟鋼を用いた鋼管を適用すると、高靱性部の性能の設計の自由度が大きくなり、肉厚や径の設定が容易になる。
【００４９】
また、軸力に対する安定性の観点、ＰＣ杭と鋼管杭の弾性係数や曲げ耐力の違い等も考慮すると、極軟鋼を適用することが有効である。
【００５０】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の基礎杭の一例として、図３のＡに示す曲げモーメント−曲率関係を有する杭の一般部と、曲げモーメントが大きくなる箇所付近に設置する図３の部材Ｂに示す曲げモーメント−曲率関係を有する高靱性部材を考え、有限要素法による応答解析によって地震時に基礎杭に生じる曲げモーメントの分布を計算した結果を図４、図５に示す。
【００５１】
なお、図４、図５のハッチ部（深度２ｍから１０ｍ）は地震時に液状化を生じる層で、深度２ｍの位置で杭頭部がフーチング３に連結されている。
【００５２】
図４は、図３のＡに示す特性を有する杭のみで基礎杭を構成した場合の結果であり、杭頭部および液状化層とその下層との境界部で杭の曲げモーメントが極限値に至り、地震時に杭が破壊することを示している。
【００５３】
図５は、液状化層下端付近の１ｍ長さを図３のＢの特性を有する高靱性部材とし、杭頭付近も含め他は図３のＡに示す杭一般部で構成された基礎杭の場合の結果である。
【００５４】
図３のＢの特性を有する高靱性部材を用いた液状化層の下端付近では、図４に比べて最大曲げモーメントが小さくなり、いずれの箇所も曲げモーメントが極限値以下になっており、当該箇所での杭の破壊が防止されている。
【００５５】
なお，図３のＢの高靱性部材の曲げモーメントの極限値がＡより小さいことから、それを示す図中の直線がその設置個所で凹状になっている。また、杭頭部には図３のＢの特性を有する部材を用いておらず、図４と同様に曲げモーメントは極限値に至る結果になっている。ここでは図示していないが、杭頭部にも図３のＢの特性を有する高靱性部材よりなる鋼管を適用することで、液状化層下端付近と同様の効果が期待できる。
【００５６】
請求項３記載の基礎杭の一例として、有限要素法による構造解析によって、２種類の鋼管の曲げモーメント−曲率関係を求めた結果を図６に示す。
【００５７】
図６中のＡの特性を有する部材は、外径φ＝１０００ｍ、肉厚ｔ＝１２ｍｍで降伏応力σｙ＝３２００Ｋｇｆ／ｃｍ２　、引張強度σｔ＝４９００Ｋｇｆ／ｃｍ２　の鋼材よりなる鋼管であり、また図６中のＢの特性は、φ＝１０００ｍｍ、ｔ＝２０ｍｍで、σｙ＝１２００Ｋｇｆ／ｃｍ２　、σｔ＝２５００Ｋｇｆ／ｃｍ２　の鋼材よりなる鋼管の曲げモーメント−曲率関係である。
【００５８】
ただし、これらは軸力がゼロの場合の結果で，最大曲げモーメント発生までの関係を示したものである。
【００５９】
図６に示すように、Ｂでは最大曲げモーメントがＡより少し小さく，最大曲げモーメント発生時の曲率が４倍程度大きくなっている。
【００６０】
以上より、杭一般部にＡの鋼管を、対策を必要とする箇所にＢの鋼管を適用すれば、杭に発生する曲げモーメントを制御でき、Ｂの鋼管の優れた変形性能で杭の変形を吸収することが可能になる。
【００６１】
地震時のＢの鋼管で生じる曲率が、図示の範囲に収まっていれば、耐力低下を起こすことなく、杭としての安定性が保持できる。ここでは、図示していないが軸力が作用している条件でも、定性的に上記同様の結果が得られ、杭として考えられる変形の範囲では、上記同様にＢの鋼管で変形を吸収できれば鉛直支持性能も保持できることも確認している。
【００６２】
請求項４および５記載の基礎杭の一例として、杭一般部が鋼管杭である場合の構造の例を図７に示す。図に示すように、杭１の一般部１ａから小径部１ｂへ向かって外径を漸減させることにより、軸力や曲げモーメントの分布を滑らかにでき、安定した構造とすることができる。この場合、小径部１ａに高靱性部材として鋼管部材２が取り付けられ、その径、肉厚は、施工上問題のない範囲で、前述の所定の性能が得られるように設定すればよい。
【００６３】
また、杭１の一般部１ａがＰＣ杭である場合の構造の例を図８に示す。ＰＣ杭では一般に肉厚が大きいことから、端板を利用して外径がＰＣ杭の内径と概略等しい鋼管部材２をつなぎ合わせた場合を示している。鋼管部材２の肉厚は所定の曲げ性能と軸力に対する性能が得られるように設定すればよい。また、内径がＰＣ杭１の一般部１ａと大略同じであるため、施工に与える影響も小さい。
【００６４】
図９は、地中部での地盤変位による杭１の曲げモーメントが問題になる場合を想定した部材の配置で，液状化層または軟弱層とその下部の層との境界付近に鋼管部材２を配置したものである。
【００６５】
これにより、図１の概念図に示した層境界部で発生する地震時の曲げモーメントを制御できるとともに、鋼管部材２により杭１の曲げ変形を吸収することにより、杭１の一般部１ａ、ひいては基礎杭としての安定性を保持させることができる。
【００６６】
この場合の部材は図のように層境界をまたぐように配置してもよいし、一般に曲げモーメントが下部の層内でピーク値を示すことが多いことを考慮すると、層境界からそれより下方に向かって所要の長さ配置してもよい。また、層境界付近の液状化層内に設置してもよいが、いずれにせよ、杭１の一般部１ａに生じる最大曲げモーメントが杭体の最大曲げ耐力に至らないように制御できる箇所に設置すればよい。
【００６７】
鋼管部材２の長さは，同様に杭１の一般部１ａに生じる最大曲げモーメントが杭体の最大曲げ耐力に至らないように制御できるよう設定すればよく、地層境界部が確実に把握されている場合には、一般には、０．５Ｄ（Ｄ：杭径）〜２．０Ｄ程度あれば所要の変位吸収能力を発揮できる場合が多い。
【００６８】
また、地層構成の調査結果は点での調査結果であり、誤差を含んでいる可能性もあること等を考慮すると、不確実性や局所的な変化も考慮した余裕代を見込んだ長さとしておくことも考えられる。
【００６９】
図１０は、地中部での地盤変位による杭の曲げモーメントが問題になる場合を想定した鋼管部材２の配置で、液状化層または軟弱層の下側だけでなく，上側の層境界にも鋼管部材２を配置したものである。
【００７０】
これは、上部の層が比較的健全である場合などでは、上側の層境界においても地盤変位が急激に変化し，大きな作用土圧や杭の回転角が生じる可能性がある場合を想定したものである。
【００７１】
図１１は、図１０に加えて、杭頭部で発生する曲げモーメントによる杭体の破壊が懸念される場合の鋼管部材２の配置を示したものである。杭頭部にも鋼管部材２を設置することで、上述の地中部での曲げモーメントに対するものと同様の効果が期待できる。
【００７２】
図１２は、液状化層や軟弱層が地表面あるいはその付近まで存在する場合に対する鋼管部材２の配置で、この場合には、構造物から伝達される水平力や回転力だけでなく、地盤変位によっても杭頭の曲げモーメントが増長されるため、液状化層や軟弱層の下側の層境界だけでなく、杭頭部にも鋼管部材２を配置している。これにより上下の２点で杭体の変位、回転を吸収できるため、杭体が地盤の大変形にも追随しやすく、かつ鋼管部材２は変形吸収後も軸力に対して安定的であるように設計されているため杭の支持性能も保持できる。
【００７３】
図１３は、地盤中の液状化層または軟弱層の該当部全体に高靱性部材として鋼管部材２を設けたので、軟弱層や液状化層上下の地層境界における地盤変位の急激な変化に起因する杭の曲げモーメントを確実に吸収することができる。
【００７４】
また、軟弱層や液状化層が比較的薄い場合には、上下二箇所の地層境界部に分けて鋼管部材を配置するよりも加工が容易になり、コスト的にも有利になることも考えられる。
【００７５】
この場合の鋼管部材２の長さは、同様に杭一般部１ａに生じる最大曲げモーメントが杭体の最大曲げ耐力に至らないように制御できるよう設定できればよく、少なくとも概略軟弱層あるいは液状化層を含むようにすることが望ましい。
【００７６】
また、地層構成の調査結果が点での調査を含むことを考えると、軟弱層厚あるいは液状化層厚に不確実性や局所的な変化も考慮した余裕代を見込んだ長さとしておくことも考えられる。図１４は、軟弱層や液状化層が地表面あるいはその付近まで存在する場合に、軟弱層や液状化層の下端付近から杭頭部まで高靱性部材として鋼管部材２を配置した場合を示している。
【００７７】
これは、地表付近まで軟弱層や液状化層が位置している場合には杭頭部をはじめとして当該層内全体にわたって杭のせん断力が厳しい条件となることが予想され、これに確実に対処することを意図したものである。
【００７８】
また、図示していないが、軟弱層や液状化層が比較的薄い場合など、杭頭部まで高靱性部材を配置した方が加工工数の低減によりコスト的に有利になる事が考えられる場合にも図１４に図示するような配置とすることができる。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１記載の基礎杭は、特に既製杭をつなぎ合わせて形成される基礎杭において、作用軸力下での最大曲げ耐力が前記既製杭の一般部と同等またはそれ以下で、かつ最大曲げ耐力発生時の曲率が前記既製杭の一般部よりも大きい高靱性部が地中部分および／または杭頭部分に設けられていることで、基礎杭の地中部分および杭頭部分に発生する最大曲げモーメントをきわめて効果的に制御することができる。
【００８０】
請求項２記載の基礎杭は、請求項１記載の基礎杭において、高靱性部が基礎杭の深度方向に地層構成または地盤の物性が変化する地層境界部および／または杭頭部分に設けられていることで、特に地層構成または地盤の物性の変化する地層境界部および杭頭部分において基礎杭に発生する最大曲げモーメントをきわめて効果的に制御することができる。
【００８１】
請求項３記載の基礎杭は、請求項１記載の基礎杭において、高靱性部が軟弱地盤、液状化地盤などのほぼ全域および／または杭頭部分に設けられていることで、特に軟弱地盤や液状化地盤などにおける地盤変位の急激な変化に起因する杭の曲げモーメントを確実に吸収することができる。また、軟弱層や液状化層が比較的薄い場合に、高靱性部を上下二箇所に分けて配置するよりも加工が容易になり、コスト的にも有利になることも考えられる。
【００８２】
請求項４記載の基礎杭は、請求項１〜３のいずれかに記載の基礎杭において、既製杭の一般部および高靱性部が鋼製の基礎杭であって、前記高靱性部の式（１）で表されるＲｔ　が、杭一般部のＲｔ　よりも小さく形成されていることで、高靱性部の断面設計を数式により明快に行うことができるとともに、基礎杭に発生する最大曲げモーメントを効率的に制御することができる。
【００８３】
請求項５記載の基礎杭は、請求項１〜４のいずれかに記載の基礎杭において、既製杭の一般部が既成コンクリート杭で、高靱性部が一般部よりも外径の小さい鋼管杭で形成されていることで、基礎杭に発生する最大曲げモーメントを制御することが可能なだけでなく、既成コンクリート杭の端部に鋼管を接続することにより高靱性部を簡単に形成することができ、また基礎杭の靱性率を著しく向上させることができる。
【００８４】
また請求項６記載の基礎杭は、請求項１〜５のいずれかに記載の基礎杭において、高靱性部が特に杭一般部よりも降伏点の低い材料より製造された鋼管で形成されていることで、所要の変形性能を有し、かつ軸力に対しても安定的な高靱性部の設計を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】杭の曲げモーメントの深度分布の概念図である。
【図２】曲げモーメント−軸力関係を示す図である。
【図３】応答解析に用いた部材の曲げモーメント−曲率関係を示す図である。
【図４】杭の曲げモーメントの解析結果を示す図である。
【図５】杭の曲げモーメントの解析結果を示す図である。
【図６】杭の曲げモーメント−曲率関係を示す図である。
【図７】鋼管杭の一例を示す断面図である。
【図８】ＰＣ杭の一例を示す断面図である。
【図９】高靱性部材の配置例を示す断面図である。
【図１０】高靱性部材の配置例を示す断面図である。
【図１１】高靱性部材の配置例を示す断面図である。
【図１２】高靱性部材の配置例を示す断面図である。
【図１３】高靱性部材の配置例を示す断面図である。
【図１４】高靱性部材の配置例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　杭
１ａ　杭の一般部
１ｂ　杭の小径部
２　鋼管部材（高靱性部材）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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