(57)【要約】【課題】より小さな杭穴軸部の掘削径で、より大きな支持力を発揮させる。結果、排土量を削減し、掘削時間を削減し、現場から排出される産業廃棄物としての排土を減らし、掘削時間の軽減により掘削機の排気ガスの軽減を図り、より環境に優しくする。【解決手段】先端金具１２は、鋼管本体１に、既製杭１４の下端に装着する大径部２、その下方に環状突起１０を有する。環状突起１０の外径Ｄ４は、既製杭１４の最大外径Ｄ５と同等又は小さく形成する。先端金具１２を連結した既製杭１４を杭穴３２内に沈設する。固化強度が地盤強度以上に設定されたソイルセメントが充填された根固め部３４に、先端金具１２が位置するように、既製杭１４を埋設して、基礎杭構造３７とする。環状突起１０の設置間隔は、下面４１、上面４２等からのせん断力の効率的な伝搬を考慮して、√３×Ｌ７以上に設定する。【選択図】図４
2004003324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定軸径の主軸部を有する既製杭の下端部を、前記主軸部より小径の下部軸部を形成し、該下部軸部に突起部を形成し、該突起部の先端が前記主軸部の最大外径と同等又はそれ以下に形成して、
根固め部を有する杭穴内に、前記既製杭を、突起部が前記杭穴の根固め部内に位置するように、埋設したことを特徴とする既製杭を使用した基礎杭構造。
【請求項２】
突起部は、突起部の上面と、主軸部及び下部軸部との段差部下面とに所定間隙を設け、または隣接する前記突起部の上下面の間に所定間隙を設けるように配置すると共に、
杭穴の所定形状の根固め部内に、固化強度が支持地盤の強度以上となるソイルセメントを充填したことを特徴とする請求項１記載の既製杭を使用した基礎杭構造。
【請求項３】
所定軸径の主軸部を有する既製杭の下端部に、側面から軸側に向けての横方向の凹部を形成して、
所定形状の根固め部を有する杭穴内に、前記既製杭を、前記凹部が前記杭穴の根固め部内に位置するように、埋設した既製杭を使用した基礎杭の構造であって、前記凹部の上下壁間の距離を、前記凹部の深さの√３倍以上に形成すると共に、根固め部内に固化強度が支持地盤強度以上となるソイルセメントを充填したことを特徴とする既製杭を使用した基礎杭構造。
【請求項４】
既製杭の突起部又は凹部は、総て根固め部内に配置すると共に、前記既製杭の下端と根固め部の底とにより所定長さの間隙を形成し、
前記既製杭の前記突起部又は凹部の直上部分で既製杭の主軸部の軸径を有する部分を根固め部の上端部に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の既製杭を使用した基礎杭構造。
【請求項５】
所定外径の上部軸部の下方に下部軸部を有する既製杭において、前記下部軸部を前記上部軸部より小径に形成し、該下部軸部に突起部を形成し、前記突起部の先端を、前記上部軸部の外径範囲と同等又はそれ以下の大きさに形成したことを特徴とする既製杭。
【請求項６】
鋼管本体の上端部に大径部を形成し、該大径部に既製杭との連結部を形成し、前記鋼管本体の外周に、突起部を形成してなり、前記突起部の外径を、前記大径部の外径と同等又は大径部より小径に形成したことを特徴とする既製杭用の先端金具。
【請求項７】
大径部の外径を、連結すべき既製杭の外径と略同一とした請求項６記載の既製杭用の先端金具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
杭下端部に、突起、例えば節、スパイラル翼、鋼棒、鋼板等の突起物を形成した既製杭を、所定の根固め部のソイルセメント層に設置し、その突起を利用して高支持力を発現している基礎杭構造、既製杭、既製杭用の先端金具に関する。尚、根固め部は拡径の有無の何れでも適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、杭基礎において、根固め部内に埋設する杭の下端部に突起類を形成して杭穴内に埋設した既製杭と一体で基礎杭全体で支持力を増強させた発明がなされていた。例えば、円筒状コンクリートパイルの下端部外周に複数組の拡開鉄筋を形成し、それら拡開鉄筋の鉄筋間に横筋としてチェーンを連結した構造（特許文献１。特開平１１−６１８１１、特許３０５４３８９号（以下、従来例Ａ））、また、既製杭の先端部に、フランジ外面に凸部を有するＨ型鋼を固定した構造（特許文献２。特開２００１−２７１３４７（以下、従来例Ｂ））、また、下端部外周に突起を有するコンクリート製の既製杭を使用した構造（特許文献３。特開平１１−２８００６７（以下、従来例Ｃ））等が知られている。
【０００３】
従来例Ａ公報に記載の実施例の図１〜５等によれば、下部外表面に形成した拡開鉄筋６を折畳んだ既製杭３を、杭穴１の軸部を通して貫入させ、孔底拡開部２に押し込み、その拡開鉄筋６を拡開し、図５のように埋設・固化させることにより高支持力が得られるとしている。杭穴掘削寸法は具体的に記載されていないが、図３、図５によれば、軸部の杭穴１の寸法は少なくとも、「杭径＋拡開鉄筋部厚」以上であり、杭外径の約３０％以上の大径寸法の杭穴が掘削されている。従って、通常の杭基礎の軸部杭穴の所要寸法の「杭経＋３０ｍｍ（杭径の１０％以下）」に比べ杭と杭穴の間隙が余分となっている。根固め部の掘削径も杭径の２倍以上と通常の支持力での（杭径×１．２５〜１．５程度）に比べ大径である。
【０００４】
また、従来例Ｂ公報の３頁の実施例によれば、外径Ｄ（５００ｍｍ）の外殻鋼管コンクリート杭１（通常ＳＣ杭と呼称する。）の下端部に鋼材のＨ鋼が形成されており、軸部の杭穴径Ｄ１は６５０ｍｍで掘削されている。従来の基礎杭での所要軸部掘削径は「杭径＋３０ｍｍ（杭径の１０ｍ％以下）」程度であり従来に比べ杭穴内壁と杭外側面との間隔が余分である。また、高支持力を発現させるために拡底根固め部掘削径Ｄ０は１０００ｍｍで杭径の約２倍と通常支持力での（杭径×１．２５〜１．５程度）に比べ大幅な大径掘削が行われている。
【０００５】
また、図２（ａ）によれば、杭１の下端部に形成したＨ鋼２および補強リブ４が、一見、上部の杭１の外径寸法以下で形成されているようであるが、図１、図３等と対比すると実施例と略同様な寸法で作図されており、実施例同様に、軸部掘削および拡底根固め部掘削共に大径掘削がおこなわれていると推察される。
【０００６】
さらに、特開２００１−２７３４７の図２等のように、突起が杭下端部を閉栓する構造の場合には、特に根固め部の高濃度のソイルセメントに関して、杭下端中央部および杭穴中空部などでの均一性に不安があり、更にその閉栓形状の各突起の上下の重なり等によりせん断力が充分に利用できない。また、突起により掘削ヘッドが杭穴中空部を貫入できない構造であるため中掘り工法による施工ができない等汎用性に問題があった。
【０００７】
また、従来例Ｃ公報の図１の実施例１による杭基礎１０によれば、杭下部の構造としては、拡底根固め部３に埋設した杭下端部に形成し、高持力発現に寄与させる突起部は環状リブ（節形状）とし３個の環状リブ５、６、７を形成している。この突起部のせん断力を充分発揮させるために、この突起の環状リブ外径Ｄ１（７５ｃｍ）は杭４の軸部外径Ｄ０（６０ｃｍ）より大径として突起表面積を大きくしている。従って、既製杭の上部の外径は軸部外径寸法Ｄ０で杭材が限定されると共に、杭穴軸部２の掘削寸法はその環状リブが貫入し易い寸法Ｄ００（８０ｃｍ）で掘削され杭穴内壁と杭外側面との間隙が広く、かつ、根固め部の拡底寸法Ｄ１１も従来にない比率の大径掘削が必要とされており、軸部、拡底根固め部共に従来にない大径の掘削工事に対する新たな技術対応が必要であった。
【０００８】
その他、従来から既製杭の根固め部に埋設した部分に突起あるいは凹部を形成して支持力を増強した杭基礎が多数提案されているが、その突起部あるいは凹部に近接する突起によるせん断力が充分発現するように突起間隔あるいは凹間隔が充分に取られておらず、またソイルセメント層の所要固化強度なども含め総合的にせん断力が充分発現し支持力が得られるように配慮されておらず多数施工実績のあるものは従来例Ｃの発明を利用した基礎杭のみのようである。
【０００９】
また、総じて、根固め部で発現する高支持力に対し、細い径の軸部杭が使用されており、軸部杭自身の水平耐力などが不足し、杭基礎全体としてバランスを取るのに杭材の選択が限られ鉛直支持力を最大に生かす杭基礎の構築が難しかった。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−６１８１１　公報
【００１１】
【特許文献２】特開２００１−２７１３４７　公報
【００１２】
【特許文献３】特開平１１−２８００６７　公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術では、以下のような問題点があった。
【００１４】
（１）　杭下端部において、ソイルセメント層との付着及びそのせん断力を発現させる突起部の面積を大きくするために、簡便な方法として、その突起を杭の外側面に形成しているので、拡底根固め部掘削径および杭孔軸部径が従来の通常の支持力杭基礎に比べ杭径比で大きくなっている。杭穴軸部の杭径と杭穴軸部径との間隙も余分に広くせざるを得なくなっている。
【００１５】
（２）　根固め部で発現する従来の２倍程度の高支持力に対し、杭穴軸部の杭もバランスの取れた大きい耐力（上載荷重伝達および曲げ耐力を共に満たす強度）が必要であるが、杭径が小さいため杭材の選択範囲が限られ、根固め部の高支持力をフルに生かすことに難があった。
【００１６】
（３）　杭穴軸部の掘削経が、その杭穴軸部に埋設する杭径の摩擦力を発現するに必要な杭穴径（通常の杭孔内壁と杭の間隔が３０ｍｍで杭径の１０％以下）より大きく（例えば２０％以上）としてあり、掘削面積が無駄（約４０％）となっており、また、拡底根固め部の掘削径も従来にくらべ杭径比で相対的に大きくなっており、結果として、掘削時間が長く、掘削排土も多く経済的、環境的に問題である。さらに、掘削装置も従来にない大径の杭穴用の掘削装置の調達が必要など無駄な点が多い。
【００１７】
特に、中掘り施工については拡底杭穴が従来にない大径（杭中空部内径に比べ）でであるため掘削の安定施工に関し、掘削装置技術上解決すべき課題が多い。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
然るにこの発明では、接続する既製杭の最大外径と同等又はより小径の突起を形成した先端金具を形成し、あるいは、根固め部に位置する既製杭の下端部を、上部軸部より小径の下部軸部とし、下部軸部に上部軸部の最大外径と同等又はより小さな外径を有する突起等を形成したので、前記問題点を解決した。
【００１９】
即ち、この基礎杭構造の発明は、所定軸径の主軸部を有する既製杭の下端部を、前記主軸部より小径の下部軸部を形成し、該下部軸部に突起部を形成し、該突起部の先端が前記主軸部の最大外径と同等又はそれ以下に形成して、根固め部を有する杭穴内に、前記既製杭を、突起部が前記杭穴の根固め部内に位置するように、埋設したことを特徴とする既製杭を使用した基礎杭構造である。
【００２０】
また、前記において、突起部は、突起部の上面と、主軸部及び下部軸部との段差部下面とに所定間隙を設け、または隣接する前記突起部の上下面の間に所定間隙を設けるように配置すると共に、杭穴の所定形状の根固め部内に、固化強度が支持地盤の強度以上となるソイルセメントを充填したことを特徴とする既製杭を使用した基礎杭構造である。
【００２１】
また、他の基礎杭構造の発明は、所定軸径の主軸部を有する既製杭の下端部に、側面から軸側に向けての横方向の凹部を形成して、所定形状の根固め部を有する杭穴内に、前記既製杭を、前記凹部が前記杭穴の根固め部内に位置するように、埋設した既製杭を使用した基礎杭の構造であって、前記凹部の上下壁間の距離を、前記凹部の深さの√３倍以上に形成すると共に、根固め部内に固化強度が支持地盤強度以上となるソイルセメントを充填したことを特徴とする既製杭を使用した基礎杭構造である。
【００２２】
また、前記において、既製杭の突起部又は凹部は、総て根固め部内に配置すると共に、前記既製杭の下端と根固め部の底とにより所定長さの間隙を形成し、前記既製杭の前記突起部又は凹部の直上部分で既製杭の主軸部の軸径を有する部分を根固め部の上端部に配置したことを特徴とする既製杭を使用した基礎杭構造である。
【００２３】
また、既製杭の発明は、所定外径の上部軸部の下方に下部軸部を有する既製杭において、前記下部軸部を上部軸部より小径に形成し、該下部軸部に突起部を形成し、前記突起部の先端を、上部軸部の外径範囲と同等又はそれ以下の大きさに形成したことを特徴とする既製杭である。
【００２４】
また、先端金具の発明は、鋼管本体の上端部に大径部を形成し、該大径部に既製杭との連結部を形成し、前記鋼管本体の外周に、突起部を形成してなり、前記突起部の外径を、前記大径部の外径と同等又は大径部より小径に形成したことを特徴とする既製杭用の先端金具である。また、大径部の外径を、連結すべき既製杭の外径と略同一とした既製杭用の先端金具である。
【００２５】
前記における既製杭は、既製杭の下端に突起部又は凹部を有する先端金具を連結して構成するが、１本の既製杭の下端部を加工して突起部又は凹部を有する所定構造とした場合、あるいは、突起部又は凹部を有する所定構造を有する下杭に、１本又は複数の上杭を接合した構造とすることもできる。
【００２６】
また、前記における既製杭は、主にコンクリート系の既製杭の先端に鋼製の先端金具を連結して構成するが、既製杭を鋼管系あるいはこれらの複合構造の材質を採用して、更に、先端金具と既製杭とを一体で製造することもできる。
【００２７】
また、前記における外径範囲とは、既製杭の最大外径と同等で円筒状の範囲を形成し、その円筒状の側面から放射状に突出しない範囲をいう。
【００２８】
また、前記における既製杭の最大外径とは、通常は、ストレート状の既製杭を使用するので、その外径を指すが、外径が異なる既製杭を使用する場合には、大径部や突起部等が先端金具を接続する既製杭の下面より大径の場合には、これら大径部や突起部等の外径をいう。即ち、既製杭の最大外径に応じた口径で杭穴を掘削するので、その杭穴の掘削径の規定する既製杭の最大外径をいう。
【００２９】
また、前記における突起部の上面と、主軸部及び下部軸部との段差部下面とに形成する所定間隙、または隣接する前記突起部の上下面の間に形成する所定間隙とは、有効なせん断力の伝搬を図る為には、せん断力の伝搬角度を考慮して、各突起におけるせん断力の伝搬が上下で重ならないような突起間隔とすることが望ましい。例えば、上下に２個の突起が形成されている場合、基礎杭構造の全体に鉛直荷重が作用した場合、段差部下面、各突起部の下面、既製杭（先端金具）の下面から付着しているソイルセメント層（固化）へせん断力が伝搬する。この際、せん断力は、斜め下方に向けて、鉛直方向と成す角度は約３０度で伝搬することが、試験により、確認されている。従って、このせん断力がその下方に位置している突起部の上面に当たらないように、伝搬させれば、突起部等によりせん断力を充分に発現させることができるので、所定間隙は、突起部の高さの√３倍以上が好ましい。上記を前提として、実施に当たっては、所要の支持力に応じて、所定間隙に突起部を設定した設計をすれば良いが、通常では、所定間隙を考慮した根固め用の突起部付きの既製杭として予め製造しておくことが望ましい。
【００３０】
また、基礎杭構造全体に引抜力が作用した場合には、せん断力は同様に上方に向けて作用し、鉛直荷重が作用した場合と同様の所定間隙が必要になる。
【００３１】
また、前記における所定形状の根固め部とは、前記のようなせん断力が下方あるいは上方に伝搬する際に、必要とする固化ソイルセメント層の強度に見合う大きさ（層厚、外径、長さ等）を意味する。既製杭（先端金具）の下面と杭穴底との間のソイルセメント層の層厚としては、既製杭（先端金具）の杭径以上（例えば、５０ｃｍ程度）、また、根固め径としては、突起部の径の１．５倍弱程度とすることが望ましい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（１）　この発明の先端金具１２は、既製杭１４の下端部（端板部等）にボルトなどで装着可能な構造とし、鋼管本体１の上端部に連結用の大径部２とする。鋼管本体１の中間部及び下端部（大径部を除く部分）には、環状突起１０、１０が形成されている。環状突起１０の外径Ｄ４は、大径部２即ち既製杭１４の最大外径Ｄ５と同等又は、小さく形成されている。尚、ここでは環状突起１０の先端が、大径部２即ち既製杭１４の最大外径から外方に突出しないように形成されている（図１）が、同等の範囲で、かつ杭穴の軸部掘削径以下であれば、多少突出して形成することもできる。
【００３３】
先端金具１２を連結した既製杭１４を、ソイルセメント等の固化物が充填された杭穴３２内に下降して、杭穴下端部に形成した根固め部３４に先端金具１２が位置するように、既製杭１４を埋設して、基礎杭構造３７とする（図３）。ソイルセメントは、地盤強度以上の所定の固化強度を有することが望ましい。
【００３４】
基礎杭構造３７の上端に、基礎ベース及び建造物等の上部構造物を構築する。
【００３５】
（２）装着する先端金具１２の機能、構造等
【００３６】
既製杭１４から伝達されてくる建造物等の荷重を、先端金具１２の環状突起１０の表面等からのせん断力等として支持地盤等に伝搬させ、先端金具１２は杭穴３２内の固化ソイルセメント層と一体となって、支持地盤に支持する機能を有している。
【００３７】
先端金具１２の上端部の大径部２は、その上面が、既製杭１４の下端板１７の下面に密着して、既製杭１４に装着する連結部として機能する。大径部２は、鋼管本体１に溶接され、あるいは鋼管本体１と一体に成形して形成する。
【００３８】
また、鋼管本体１の外側面８は、杭穴３２内の固化ソイルセメントと付着して、一体に埋設されるように機能する。尚、環状突起１０は、環状突起１０の外径Ｄ４を基準とすれば、環状突起１０、１０の間に深さＬ７の凹部４０が形成されていることと同じになる。
【００３９】
（３）各構成部分の説明
【００４０】
（ａ）　先端金具１２の上端部に位置する大径部（連結部）２は、その上方に位置する既製杭１４から伝達されてくる建造物等の荷重を鋼管本体１および環状突起１０へ伝達する。更に、大径部２の外側縁下面（鋼管本体との段差部分）から杭穴内のソイルセメント層を通じて鉛直方向のせん断力を伝搬させて、環状突起１０と共に、支持力を増強する機能も有する。
【００４１】
大径部２と鋼管本体１とは溶接あるいは成形加工などにより接続・固着等され、応力の伝達が円滑に伝搬するように、一体化した構造の鋼材を使用する。また、大径部２には、環状の連結板が形成されており、強度上の必要性により、連結板の上に応力分分散を複数積層すること等により厚さを調節することも可能であり、連結板周縁下面と鋼管本体の外側面との間に斜め状の補強リブを複数形成することもできる。
【００４２】
（ｂ）　環状突起１０は、杭穴３２内のソイルセメント層に一体に付着して埋設され、環状突起１０の上下表面は所望支持力に見合ったソイルセメント層との付着面積および強度（厚さ、材質）を有することが必要であり、通常、鋼材を使用する。従って、環状突起１０は、複数形成され、各環状突起１０の上下面４２、４１、段差部下面４３からの上下方向へのせん断力が斜め下方（約３０度）へ充分伝搬できるように所定の間隔Ｌ１を設けることが望ましい。このような環状突起１０が、鋼管本体１の外側面８に溶接等で固着し鋼管本体１と一体的に構成されている。
【００４３】
環状突起１０の構造は、例えば、鋼板によるドーナツ形状で、鋼管本体１に３個取り付けた構造（図１）、鋼板によるドーナツ形状で２個取り付けた構造（図５（ａ））とすることができる。この場合、環状突起１０の上下面と鋼管本体１の外側面８との間に、補強リブ１１、１１を形成することもできる（図５（ａ））。またドーナッツ状の形成は、鋼板に代えて鋼棒を重ねて巻き付けて同様の構造とすることもできる（図示していない）。
【００４４】
また、環状突起１０は、ドーナッツ状の鋼板を捻って、スパイラル翼形状を２箇所に形成した構造とすることもできる（図５（ｂ））。この場合、ソイルセメント層内でのせん断力の伝搬を考慮して、スパイラル翼の傾斜角度は小さくすると共に、一周より少なく形成することが必要である。
【００４５】
また、環状突起１０は、肉厚が厚い断面台形状のドーナッツ状に形成することもできる（図５（ｃ））。この場合、環状突起１０は中空又は中実いずれでも可能である。
【００４６】
（ｃ）　鋼管本体１は、大径部２及び環状突起１０と一体となり、更に、埋設した際に、杭穴３２内の固化ソイルセメント層と一体となって、上下方向の応力を伝達、支持する基体となる構造体である。従って、鋼管本体１は応力伝達、支持に見合った所要強度の厚さｔ１、材質が必要である。また、鋼管本体１の内部は、接続する既製杭１４の中空部と同一内径で連通して、中空部内にソイルセメントが均一に充填できるように形成する。また、接続する既製杭１４の中空部と同一内径で形成することにより、中掘り工法に適用する場合、掘削ロッドを支障無く挿通できる。
【００４７】
（４）先端金具１２の寸法
【００４８】
鋼管本体１の内径寸法Ｄ２は、上部に位置する既製杭１４の中空部内径寸法以上とすれば良いが、突起の有効面積を増すために、既製杭１４の中空部内径と略同一寸法の内径とが望ましい（図１）。
【００４９】
また、環状突起１０の外径Ｄ４は、上部に位置する既製杭１４の外径Ｄ５以下の寸法とすれば可能であるが、既製杭１４の外径Ｄ５と略同一の場合が、強度設計、支持力等の面から望ましい（図１、図４）。また、既製杭１４の杭穴への沈設に際して、少なくとも杭穴の軸部への貫入時に支障無く貫入できる範囲の外径寸法以下に限定することが必要である。即ち、杭穴の軸部掘削径以下が望ましい。
【００５０】
また、環状突起１０の鋼管本体１の外側面からの長さＬ７（＝「Ｄ４−Ｄ１」の２分の１）と、設置間隔Ｌ１とは、下方へのせん断力の伝搬角度θ（≒３０度）とした場合、せん断力を充分発現できるように、
Ｌ７＜Ｌ１×ｔａｎθ
となるように形成し、かつ、ソイルセメント層へのせん断力の伝搬の面及びソイルセメントとの付着の面の両面から、環状突起１０の表面積を確保できるように、できるだけＬ７を大きくすることが望ましい（図１（ａ））。
【００５１】
（５）　また、前記のような技術的思想から、先端金具に代わり、既製杭の下端に螺旋翼付きの鋼管杭（取付ける既製杭より小径）を固定して、この発明の既製杭を構成することもできる。
【００５２】
【実施例１】
図面に基づきこの発明の先端金具の実施例を説明する。
【００５３】
（１）　外径Ｄ１（＝４５０ｍｍ）、内径Ｄ２（＝４２０）の鋼管本体（厚さｔ１＝１５ｍｍ）１の上端部に、外径Ｄ３（＝６００ｍｍ）の大径部２を形成し、既製杭１４との連結部とする。大径部２の上端側の外周に、連結用のバンド２３を嵌装するための環状溝部３を形成する。連結部の外径、即ち、大径部２の外径Ｄ３は、接続すべき既製杭１４の外径（下端板の外径）と略同一としてある。環状溝部３には、連結用のボルト穴４、４が形成されている。
【００５４】
大径部２の外周には、環状溝部３を有する筒状表面材５と、筒状表面材５の上端内側に連続して、既製杭１４の下面と当接するドーナッツ状の当接材６とが埋め込まれている。ボルト穴４、４は、筒状表面材３に形成されている。
【００５５】
鋼管本体１の中間部及び下端部の外周に、鋼管の外側面８から距離Ｌ７（＝７５〜９０ｍｍ）（即ち外径Ｄ４＝６００〜６３０ｍｍ）、厚さｔ２（＝１０〜４０ｍｍ）の環状突起１０を突設する。環状突起１０は、薄い円盤状に形成され、鋼管本体１の下端から、大径部２の下部までの距離を等分するように、間隔Ｌ１（＝５００ｍｍ）で、３枚形成されている。尚、環状突起１０を別な表現すれば、基準径Ｄ４から深さＬ７の凹部４０が形成されていることになる。
【００５６】
以上のようにして、先端金具１２を構成する（図１（ａ）（ｂ）（ｃ））。
【００５７】
前記における間隔Ｌ１は、環状突起１０の下面４１、上面４２、大径部２の段差部下面４３からのせん断力の有効な伝搬を考慮して、
Ｌ１＞√３×Ｌ７
となるように形成されている。
【００５８】
（２）次に、前記実施例に基づくこの発明の先端金具１２の使用、即ち既製杭１４の構成について説明する（図２（ａ）（ｂ））。
【００５９】
コンクリート製の既製杭１４の下端部に、鋼製の接続金具１６が一体に取り付けられている。接続金具１６は、円盤状の下端板１７と、下端板１７に連結し、既製杭１４の側面に周設した筒状の側板１８とからなり、側板１８は、下端板１７に連続した部分に、材厚を厚くした肉厚部１９を有する。側板１８に、先端金具１２の環状溝部３と略同一形状の環状溝部２０を形成する。環状溝部２０には、先端金具１２のボルト穴４に対応したボルト穴２１、２１が形成されている。環状溝部２０、ボルト穴２１は、肉厚部１９に形成されている。
【００６０】
接合用のバンド２３は、先端金具１２の大径部２と既製杭１４の下端板１７に嵌装できる内径を有する鋼製で構成される。バンド２３には、上側の内面に、環状溝部２０に嵌挿できるように内方に向けて突出する環状凸部２５が形成され、下側に、環状溝部３に対応した同様の環状凸部２６が形成されている。また、バンド２３の環状凸部２５、２６には、ボルト穴４、２１に対応した貫通孔２７、２７が形成され、バンド２３の外面で、貫通孔２７、２７を拡径した収容部２８が形成され、接合用のボルト３０の頭部を収容できるようになっている。また、バンド２３は、連結作業がし易いように、３つのバンド片２４、２４に等分割されている。
【００６１】
既製杭１４を縦に吊り上げて、あるいは既製杭１４を地面に寝かせた状態で、既製杭１４の下端板１７に先端金具１２の上面（大径部２の上面）を当接して合わせ、両当接部分にバンド片２４、２４を環状に並べて当接してバンド２３とし、バンド２３の環状凸部２５、２６を既製杭１４の環状溝部２０、先端金具１２の環状溝部３に夫々嵌挿する。貫通孔２７、２７からボルト３０を挿通して、ボルト穴２１、４にボルト３０の先端部を螺合緊結して、バンド２３を既製杭１４及び先端金具１２に固定し、既製杭１４に先端金具１２を一体に固定する。
【００６２】
この状態で既製杭１４の内径と、先端金具１２の内径は略同径に形成されている。即ち、既製杭１４の内側面１５と先端金具１２の内側面９とは略面一に形成される（図２（ｂ））。
【００６３】
（３）他の実施例
【００６４】
また、前記実施例において、既製杭１４は、下端に先端金具１２を固定して、形成したが、先端金具１２を既製杭と一体に形成して、既製杭１４とすることもできる（図６）。この場合でも、突起部１０の間隔Ｌ１は、環状突起１０の下面４１、上面４２、段差部下面４３からのせん断力の有効な伝搬を考慮して、
Ｌ１＞√３×Ｌ７
となるように形成されている。また、環状突起１０を別な表現すれば、基準径Ｄ４から深さＬ７の凹部４０が形成されていることになる。
【００６５】
【実施例２】
次に、この発明の基礎杭構造について説明する。
【００６６】
（１）　所定口径Ｄ１１（Ｄ１１＝Ｄ５＋３０ｍｍ程度）の杭穴３２の軸部３３を所定深さＬ２まで掘削し、杭穴３２の軸部３３に連続して深さＬ３に亘り口径Ｄ１２に拡底掘削して、杭穴３２の根固め部３４を形成する。杭穴２３内には、根固め部３４内に根固め液を、軸部３３に杭周固定液を夫々充填する。根固め液、杭周固定液は、セメントミルク等の固化性材料、又は固化性材料を掘削土と撹拌混合して形成したソイルセメントから構成する。根固め液は、支持地盤の地盤強度と同等の固化強度を有するように調整する（図３）。尚、根固め部３４の径Ｄ１２は、設計上で必要とされる支持力により既製杭１４の軸部外径Ｄ５の１．５倍程度までで調節することが望ましい。
【００６７】
（２）　杭穴３２内に、下端に先端金具１２を取り付けた既製杭（下杭。ストレート形状）１４を埋設し、所定深さまで埋設した所で、杭穴３２の開口部で、既製杭１４を保持して、既製杭１４の上端に、他の既製杭（上杭。ストレート形状）１４Ａを連結する。
【００６８】
続いて、既製杭１４、１４Ａを杭穴３２内に下降して、先端金具１２が完全に根固め部３４内に収容され、かつ既製杭１４の下端２２が所定長さＬ５だけ、根固め部３４内に入り、かつ先端金具１２の下面１３が根固め部３４の底３５から所定長さＬ４だけ上方に位置するような位置で、既製杭１４の下降を停止して、その状態で既製杭１４、１４Ａを保持する（図４）。
【００６９】
（３）　根固め液及び杭周固定液が固化発現した状態で、この発明の基礎杭構造３７を構成する（図３）。
【００７０】
（４）他の実施例
【００７１】
前記実例において、杭穴の掘削完了後に既製杭を埋設するいわゆる先掘工法について説明したが、杭穴を掘削しながら既製杭を埋設するいわゆる中掘工法に適用して、従来と同様に基礎杭を構築することもできる。
【００７２】
即ち、先端金具１２を取り付けた既製杭１４の中空部に、中掘用掘削ロッドを挿通し、先端金具の下端から掘削ヘッドを突出して杭穴を掘削しながら、既製杭１４を下降させる（図示していない）。掘削した土砂は、圧縮空気を利用しながら、掘削ロッドに周設したスパイラルにより、先端金具１２及び既製杭１４の中空部を通って、地上に排出される。続いて、既製杭１４Ａを連結して、掘削ロッドを継ぎ足して、注水しながら掘削し、既製杭１４、１４Ａを下降し、所定位置まで下降したならば、根固め部を形成し、セメントミルクを注入撹拌し、セメントミルク類を吐出しながら掘削ロッドを、既製杭１４、１４Ａ、先端金具１２の中空部内を通って、地上に引き上げる。
【００７３】
以下、既製杭１４を下降しながら、前記先掘工法と同様に、先端金具１２が完全に根固め部３４内に収容され、かつ既製杭１４の下端２２が所定長さＬ５だけ、根固め部３４内に入り、かつ先端金具１２の下面１３が根固め部３４の底３５から所定長さＬ４だけ上方に位置するような位置で、既製杭１４の下降を停止して、その状態で既製杭１４、１４Ａを保持する。以上で、根固め液等が固化発現して、基礎杭構造を構築する。
【００７４】
【実施例３】
本願発明の基礎杭構造と、従来例Ｃの基礎杭構造とを、同じ地盤に適用した場合の比較を説明する（図８）。
【００７５】
（１）本願発明
前記実施例１のように、既製杭１４の下端に先端金具１２を取付け、根固め部３４を有する杭穴３２内に埋設する（図１、図３）。各部の寸法は、以下の通りとする。
【００７６】
2004003324.tif 000003
【００７７】
尚、Ｄ４＝６３０ｍｍとした場合であっても、杭穴軸部の掘削径Ｄ１１以下であり、Ｄ３（＝６００ｍｍ）と同等の範囲である。
【００７８】
2004003324.tif 000004
【００７９】
（２）比較例（従来例Ｃ）
同じ既製杭１４を上杭１４Ａとし、先端金具１２に代えて、節３９付きの下杭１４Ｂを連結した、従来例Ｃに相当する比較例で、基礎杭構造を構築する（図７）。
【００８０】
2004003324.tif 000005
【００８１】
（３）効果等
【００８２】
（ａ）　載荷試験では、共に最大荷重として、６．５ＭＮ以上が得られている。本実施例３においては、環状突起の形成枚数を３枚としたが、この枚数を増減することにより、根固め部内のソイルセメントとの付着面積の増減及びせん断力の伝搬面積の増減が可能であり、更に、加えて根固め部のソイルセメントの固化強度を増加させると共に支持地盤の土質を適切に選定することにより、更に高い耐荷重が可能となる。
【００８３】
（ｂ）　同じ支持力を発揮する基礎杭構造とする場合、杭穴の軸部径を従来の１０％弱の小径化できる。これに伴い、掘削土の排出量を同様に削減でき、また、施工時間も同様に短縮される。従って、排土量と掘削時間の軽減に比例して、現場から産業廃棄物として排出される排土の軽減、掘削機の排気ガスの軽減を図ることができ、より環境に優しい基礎杭造成となる。
【００８４】
また、既製杭と杭穴軸部との間隙が約６分の１に削減され、使用するセメントミルクも４０％節減される。
【００８５】
（ｃ）　根固め部の高支持力に対し、杭軸部の外径が約２０％大径化できるので、既製杭材の曲げモーメント強度として、ＳＣ杭で約２倍強い値へと選択範囲が広がる。
【００８６】
（ｄ）　既製杭の中空部内径寸法としては、同様な支持力で対比した時、従来高支持力を発揮させる為の既製杭の内径を３４０ｍｍとした場合、同じ外径の既製杭を使用した場合、本願発明では既製杭の内径は４２０ｍｍで済む。
【００８７】
即ち、通常規格の既製杭を使用する場合、１ランク外径が大きな既製杭を使用した場合と同一な内径となり、内径が２０％以上拡大できる。
【００８８】
従って、中掘工法においては、中空部に挿入する掘削ロッドの最大外径を大きくできるので、各種構造の掘削ヘッドを有する掘削ロッドを選択できる。また、根固め部の掘削寸法をより拡大できる。従って、その根固め部径を拡大できることにより、更に高支持力の発現が可能である。従来の掘削ロッドを用いて掘削でき高支持力が得られる等設備技術面からも有効である。
【００８９】
従来、中掘り工法では拡底掘削が困難であり、また可能であっても、せいぜい既製杭の外径の１．３〜１．４倍程度の拡底部の掘削しかできず、中掘工法では高支持力を発揮する基礎杭構造の構築が困難であったが、本願発明により、従来の施工技術で１ランク上となる既製杭の外径の１．５〜１．６倍迄の拡底部の掘削を可能とし、中掘工法の適用範囲を拡大できる。
【００９０】
【実施例４】
前記各実施例において、先端金具１２は、鋼管本体１の中間部及び下端部に環状突起１０、１０を形成したが、他の構造の先端金具１２とした実施例である。
【００９１】
（１）　外径Ｄ１の鋼管本体１の上端に、既製杭との連結部を有する外径Ｄ３の大径部を形成し、下端に外径Ｄ４の環状突起を連設して構成する（図９）。
【００９２】
外径Ｄ１、内径Ｄ２の鋼管本体１の上端部に、外径Ｄ３の大径部２を形成し、大径部２を既製杭１４との連結部とする。大径部２は、上面を水平平面状とし、下面側を徐々に小径とした部分円錐状の傾斜斜面を有する段差部下面４３を形成してある。連結部の外径、即ち、大径部２の外径Ｄ３は、接続するべき既製杭１４の外径（下端部の外径）と略同一としてある。
【００９３】
鋼管本体１の下端部外側面に、外径Ｄ４の円盤状（ドーナツ状）の環状突起１０を突設する。環状突起１０の上面４４は、水平面状に形成し、下面４５は部分円錐状の傾斜斜面を形成し、傾斜斜面の下端は鋼管本体１の下端に至っている。
【００９４】
以上のようにして、先端金具１２を構成する（図９（ａ））。先端金具１２の内径Ｄ２は、上端（大径部２の上端）から下端まで、既製杭１４の内径と略同一で、形成されている。即ち、既製杭１４の内側面１５と先端金具１２の内側面９とは略面一に形成される（図１０（ｂ））。
【００９５】
また、大径部２と環状突起１０との間隔は、前記各実施例と同様に形成され、環状突起１０の間に、更に、本実施例又は前記実施例１の環状突起１０を連設することもでき、この場合にも前記実施例１と同様に上下方向の間隔が形成される。
【００９６】
尚、ここでは、例えば、
Ｄ１＝６２０ｍｍ
Ｄ２＝５８０ｍｍ
Ｄ３＝８００ｍｍ
Ｄ４＝８５６ｍｍ
として、Ｄ３に比して、Ｄ４を多少大径に形成したので、より大きな支持力が期待できる。また、大径に形成した分、既製杭の埋設作業において、作業性に劣る場合もあるが、所要の支持力が得られれば、Ｄ４≦Ｄ３、とすることもできる。尚、上記において、Ｄ４（＝８５６ｍｍ）は、杭穴軸部の掘削径（８３０ｍｍ）以下とし、Ｄ３（＝８００ｍｍ）と同等の範囲である。
【００９７】
（２）　前記先端金具１２の大径部２の上面を、前記実施例１と同じ外径Ｄ３の既製杭１４の下端板１７の下面に当て、大径部２と下端板１７とをボルトや溶接等で一体に固定して、杭穴に埋設して、基礎杭構造を構成する（図示していない）。
【００９８】
既製杭１４を埋設する際に、大径部２を含む鋼管本体１の全体及び既製杭１の下端部を覆い、該部に泥土が固着することを防止できる筒状のカバー４７を使用することが望ましい。この場合、カバー４７の下端を環状突起１０の外周部４６に、ストッパー５を介して係止仮止めし、カバー４７の上端のカプラー４８、４８にＰＣ鋼棒４９の下端をねじ止めし、ＰＣ鋼棒４９の上端を既製杭１４の上端に連設した円盤状治具５２にナット５１、カプラー５０でねじ止めする（図１０（ａ））。この状態で、既製杭１４を埋設すれば、後に述べるように、カバー４７により保護される環状突起１０の上面４４及び下面４５には、泥土が固着あるいは滞留し難く、先端金具１２及び既製杭１４の下端部に泥土が固着することなく、該部を杭穴の根固め部内に設置できる。
【００９９】
既製杭１４を所定の位置に設置したならば、ＰＣ鋼棒の上端を引き上げ、カバー４７と環状突起１０のストッパー５３による仮止めを解除して、カバー４７及びＰＣ鋼棒４９を地上に引き上げる。
【０１００】
従って、カバー４７を使用した場合、先端金具１２及び既製杭１４の下端部が根固め部内に形成されるセメントミルク層内に確実に密着して定着でき、高品質の基礎杭構造を構築できる。また、カバー４７として、ここでは円筒状の肉厚の薄い鋼管を使用するが、該部をカバーして埋設してその後に引き上げできれば、材質、構造は任意である。また、実施例１の先端金具１２にも同様にカバー４７を適用できる（図示していない）。
【０１０１】
保護カバー４７を利用することにより、既製杭１４の下端部とソイルセメントとの密着性を低下させる粘着性の土泥の固着を防止できるので、既製杭１４（下端部）の外径と杭穴軸部の外径と間隙を小さくいても、既製杭１４の下端部とソイルセメント層との密着性が土質に関係なく維持でき、基礎杭構造で安定した先端支持力が得られる。
【０１０２】
（３）　この実施例の先端金具１２では、前記保護カバー４７を使用して安定した支持力が得られるので、同一外径の場合には、前記実施例１の先端金具１２（図１、５）に比して、全表面積及びせん断力が伝達する面が少ない分、支持力が多少小さな設計となっているが、施工上取扱い易いと共に、杭穴の根固め部の掘削径を小さく形成できる等の利点がある。
【０１０３】
即ち、具体的には、前記構造の先端金具１２を使用し、更には前記保護カバー４７を使用することにより、以下のような利点が安定して得られる。
【０１０４】
（ａ）　鋼管本体１（筒状基部）の長さを短くし（長さ１．０ｍ程度。実施例１では、長さ２．５ｍ程度）、先端金具１２における支持力の発揮に寄与が少ない、鋼管本体１の側面の面積を減らした。これにより、杭穴の根固め部の拡底掘削する長さを短くし、結果、施工時間の短縮、セメントミルクの使用量を削減する等を実現できる。
（ｂ）　また、環状突起１０の根付け部分（鋼管本体１に近い側）を厚くし、機械的強度を高めた。
（ｃ）　また、環状突起１０の下面４５を部分円錐状の傾斜斜面としたので、根固め部内のソイルセメント層及び地盤への応力が効率的に伝搬される。
（ｄ）　鉛直支持力の発生に最も寄与すると考えられる先端部に広い表面積の環状突起１０を形成したので、外径の小さい突起部で、また少ない数で、より大きな鉛直支持力を発揮できる。
（ｅ）　鉛直支持力の発生に寄与する環状突起１０の下面４５を傾斜させて形成したので、先端金具を杭穴へ埋設する際に環状突起１０の下面４５に泥土が固着し難い。従って、ソイルセメント層と下面４５との付着を高め、せん断力のソイルセメント層への伝搬を確実になし得る。
（ｆ）　既製杭１４の最先端に最も大径な部分が形成してあるので、既製杭１４を埋設する際に、既製杭１４のセンタリング（杭穴の芯との芯合わせ）が容易となる。
【０１０５】
【発明の効果】
既製杭の下端部に、突起部を有する先端金具を固定して、あるいは、下端部に突起部又は凹部を形成した既製杭に関し、ソイルセメントとの付着面積を広くして、先端金具の大径部下面、先端金具の突起部上下面、既製杭の主軸部と下部軸部の段差部、突起部の上下壁、凹部の上下壁より、せん断力が障害なく充分に伝搬できるように配置して、支持地盤強度以上の固化強度のソイルセメントを充填した根固め部内に埋設するので、根固め部内で、せん断力を有効に伝搬させ、高い支持力を有する基礎杭構造を形成できる効果がある。
【０１０６】
また、先端金具の突起部の外径を既製杭の最大外径と同等又はより小径に形成したので、より小さな杭穴軸部の掘削径で、より大きな支持力を発揮できる効果がある。また、杭穴軸部の掘削径に比してより大きな支持力を発揮できるので、同じ支持力で、掘削径を小さくできるので、排土量を削減し、杭穴の掘削時間を削減できる効果が有る。従って、現場から排出される産業廃棄物としての排土を減らし、掘削時間の軽減により掘削機の排気ガスの軽減を図り、より環境に優しく、基礎杭を構築できる。
【０１０７】
また、杭穴の軸部径、既製杭の外径を同じにして、従来と同等の支持力を発揮させる場合に、既製杭の内径を大きくできるので、既製杭の中空部を有効活用して、中掘工法でより高支持力を有する基礎杭を従来設備で容易に構築できる効果がある。
【０１０８】
また、先端金具を使用する場合には、同じ口径の既製杭を使用する場合でも、求める先端支持力が異なる場合に、その先端支持力に応じて、先端金具の突起部の形成枚数等を変えて有効面積を増減、あるいはソイルセメントの固化強度を増減すること等により、より効率的な基礎杭構造を簡便に構築できる効果がある。
【０１０９】
また、先端支持力に関わる既製杭の下端部や先端支持具を保護カバーで覆う場合には、該部に泥土が固着又は滞留せずに、該部とソイルセメント層との密着性が改善される。従って、粘着性の高い地盤でも安定した支持力が得られるので、杭穴の軸部径と、既製杭及び先端金具の外径との間隙を小さくしても、築造される基礎杭構造において安定した高支持力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の先端金具の実施例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は縦断面図である。
【図２】この発明の先端金具と既製杭との連結を表す一部拡大縦断面図で、（ａ）は連結前、（ｂ）は連結後を夫々表す。
【図３】この発明の実施例の基礎杭構造の縦断面図である。
【図４】同じく根固め部の拡大縦断面図である。
【図５】この発明の他の先端金具の正面図である。
【図６】この発明の他の既製杭の正面図である。
【図７】この発明の従来例Ｃを説明する図で、（ａ）は上杭及び下杭の縦断面図、（ｂ）既製杭（上下杭）を埋設した基礎杭構造の縦断面図である。
【図８】実施例３を適用する地盤と既製杭設置状況を説明する図である。
【図９】実施例４の既製杭で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は杭打ち機に装着した状態の正面図である。
【図１０】同じく既製杭の一部拡大縦断面図で、（ａ）は上端部、（ｂ）は下端部を、夫々表す。
【符号の説明】
１　　鋼管本体
２　　大径部
３　　環状溝部
４　　ボルト穴
５　　筒状表面材
６　　当接材
８　　外側面
９　　内側面
１０　環状突起
１１　環状突起のリブ
１２　先端金具
１３　先端金具の下面
１４、１４Ａ　既製杭
１５　既製杭の内側面
１６　既製杭の接続金具
１７　既製杭の下端板
１８　既製杭の側板
１９　既製杭の側板の肉厚部
２０　既製杭の環状溝部
２１　既製杭のボルト穴
２２　既製杭の下端
２３　連結用のバンド
２４　バンド片
２５、２６　バンドの環状凸部
２７　バンドの貫通孔
２８　バンドの収容部
３０　ボルト
３２　杭穴
３３　杭穴の軸部
３４　杭穴の根固め部
３５　杭穴の根固め部の底
３７　基礎杭構造
４０　凹部
４１　突起部下面（凹部の上側側面）
４２　突起部上面（凹部の下側側面）
４３　段差部下面
４４　環状突起１１の上面
４５　環状突起１１の下面
４７　カバー
４９　ＰＣ鋼棒
５２　円盤状治具
【図１】
2004003324.tif 000006
【図２】
2004003324.tif 000007
【図３】
2004003324.tif 000008
【図４】
2004003324.tif 000009
【図５】
2004003324.tif 000010
【図６】
2004003324.tif 000011
【図７】
2004003324.tif 000012
【図８】
2004003324.tif 000013
【図９】
2004003324.tif 000014
【図１０】
2004003324.tif 000015