(57)【要約】スチールパイプ（１）からなる杭（１）であって、この杭（１）に、少なくとも１．２０ｍの直径及び１６ｍｍの厚さを有するスチールプレート（２）が、前記杭（１）の上端から全長の１／３だけ離れた地点に溶接されて設けられている。前記スチールプレート（２）は、前記杭（１）の下方移動を保留及び停止しつつ、泥土又は湿った土地中で前記杭（１）の直立位置を安定化させるためのものである。前記杭（１）の上端から、前記杭（１）の全長の１／３の距離は、前記杭（１）の質量の中心に対して前記杭（１）に作用する全静水圧のトルクアームの長さと同一である。この等価平衡トルクが、前記杭（１）が泥土又は湿った土地において安定位置にて頑丈に直立することを可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥土又は湿った土地での用途に適したスチールパイプからなる杭であって、支えるための岩盤を必要とせず、比較的大きい量の荷重に耐えることができ、決して崩壊せず、また、適切な位置から傾かず、且つ、前記杭の平衡が妨げられても、前記杭の減衰振動性能により地震に耐える前記杭において、
少なくとも１．２０ｍの直径及び１６ｍｍの厚さを有するとともに、前記杭の上端から前記杭の全長の１／３だけ離れた地点で溶接され、前記杭の下方移動を保留及び停止するとともに、泥土又は湿った土地中での前記杭の直立位置を安定化させるスチールプレートにより特徴づけられる杭。
【請求項２】
請求項１に記載のプレート付き杭の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体力学及び動力学の原理に従って改良された杭に関し、この改良は、特定の直径を有するスチールプレートを、杭の上端から杭の全長の１／３だけ離れた地点に溶接することによる。これにより、杭は、泥土又は湿った土地の中でも安定した位置で頑丈に直立することができ、支えるための岩盤を必要とせず、比較的大きい量の荷重に耐えることができ、また、杭の平衡が妨げられても、杭の減衰振動性能により地震に耐える。
【背景技術】
【０００２】
従来の杭技術においては、湿った土地又は泥土中に位置する岩盤の深さが深いほど、より長い又はより多数の杭が、岩盤に到達するために必要であった。杭が岩盤に到達した後、杭は、岩盤中に堅固に埋め込むために衝打される。しかし、ハードな労力、高い作業コスト、エネルギー及び時間を伴うにも関わらず、この種の作業において杭が圧壊する危険性は、なお十分に高いであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の杭は、流体力学及び動力学の原理に基づくように設計され、従って、泥土又は湿った土地で使用される場合、支えるための岩盤を必要とせず、従って、泥土中で杭を非常に安定した位置にて頑丈に直立させるために必要なスチールパイプ（杭の構成要素）の本数は、ほんの少数である。本発明の杭は、比較的大きい復元力により保持されるため、安定位置にて直立できる。この復元力は、杭の重心より上に予め決められた距離だけ間隔を有する地点に溶接されたスチールプレートの面の作用によるものである。杭の重心に対する復元力のトルクは、泥土により杭に、杭の重心に対して加えられる全静水圧のトルクに等しい。溶接されたスチールプレートから杭の上端までの距離は、杭の全長（Ｈ）の１／３（１２ｍ）である。この距離は、抗に作用する全静水圧の中心と前記杭の下端との間の距離に等しい。
【０００４】
本発明による杭のその他の利点は、荷重に耐える高い性能、及び、作業エリアで地震又は転位が生じた場合に停止前に数秒間振動できること（減衰調和振動）による耐震性である。
【０００５】
杭に作用する力は、それぞれ、重力（ＦＷ）、ニュートンの浮力（ＦＢ）、媒体の粘性による摩擦力（ＦＶ）、及び、円形のスチールプレートの面により与えられる抵抗力（ＦＰ）である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、泥土又は湿った土地で使用される杭の本数を最小化すること、荷重に耐える杭の性能を最大化すること、杭の安定性を増大すること、及び、岩盤を有さないか又は岩盤を有するが岩盤が地中深く位置する泥土又は湿った土地中に杭が設置されることを可能にすることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による杭の鉛直方向断面図である。
【図２】本発明による杭の、スチールプレートが溶接され且つブラケットで補強された部分の鉛直方向断面図である。
【図３】杭上に溶接されたスチールプレートの、ブラケットにより補強された後の平面図である。
【図４】スチールプレートが溶接された杭の、泥土又は湿った土地内に降下されたときの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明による杭（１）は、スチールパイプ（鋼管）からつくられ、０．６０ｍの半径（ＲＰ）を有するスチールプレート（鋼板）（２）が、杭の上端から１／３Ｈ、すなわち１２ｍ離れた地点に、溶接により設けられている。杭の上端から１／３Ｈ（１２ｍ）の距離は、杭の下端から、杭に作用する全静水圧の中心までの距離と同一である。このトルクアームの等価長さは、杭が、スチールプレートが設けられた後には、泥土又は湿った土地(wet terrain)中でも、非常に安定した位置にて頑丈に直立する（傾かない）ことを可能にする。スチールプレートは、１．６ｃｍ（１６ｍｍ）の厚さを有する。スチールプレートを杭に堅固に固定するために、スチールプレートをブラケット（３）により補強する。ブラケット（３）は、曲線状の上縁を有する４つの矩形のスチールプレートの形態であり、前記プレート上で互いに９０度離隔して配置され、且つ、鉛直方向及び半径方向の両方に、それぞれ４７．５ｃｍ延在する（図２のａで示す）。
【０００９】
本発明の杭の利点を、流体力学及び動力学の原理を用いて、図４を参照しつつ明示する。
【００１０】
図４に、本発明による、スチールプレートを備えた杭が示されている。スチールプレートは、杭の上端から１２ｍ（ｈ）の間隔を有する地点に、溶接されて設けられている。
【００１１】
杭の長さは、Ｈ（３６ｍ）である。最初に、杭を泥土中に、プレートが溶接されている深さ（Ｈ−ｈ）メートルまで降下させる。次いで、杭を衝打するか、又は、杭に合力が作用した後、スチールプレートからｙメートルの深さまで杭を自由に移動させる。泥土は、ρＬｋｇ／ｍ３の密度、及び、μパスカル秒（ポアズ）の粘度を有する。杭の荷重を加えた杭の質量はｍｋｇであり、杭の半径はＲｍであり、スチールプレートの半径はＲＰｍであり、重力加速度はｇｍ／秒２である。
【００１２】
杭に作用する力は、それぞれ、重力（ＦＷ）、ニュートンの浮力（ＦＢ）、泥土の粘性による摩擦力（ＦＶ）、及び、プレートにより与えられる保持力（ＦＰ）である。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
杭を下方に移動させる合力は、ＦＷ−ＦＢ−ＦＶ−ＦＰである。
【００１５】
【数２】
2015531441.tif 000004
【００１６】
この微分方程式の解は、
【００１７】
【数３】
2015531441.tif 000005
【００１８】
ｔ＝０のとき、ｙ（ｔ）＝０、であり、Ｖ（ｔ）＝０である。
ｔ＝〜（不定）(indefinite)のとき、
【００１９】
【数４】
2015531441.tif 000006
【００２０】
Ｙ（ｔ）及びｖ（ｔ）は、杭が、泥土又は湿った土地にて、泥土の粘度（μパスカル秒（ポアズ））により減衰調和振動することを示す。杭の速度は時間の経過により低減し、低下し、最終的に、以下の深さにおいて停止する。
【００２１】
【数５】
2015531441.tif 000007
【００２２】
泥土面より上に直立して残される杭の長さは、Ｈ−ｙｍ＝１２−ｙｍであり、すなわち、
【００２３】
【数６】
2015531441.tif 000008
【００２４】
杭の周波数（ｆ）及び振動周期（Ｔ）は、それぞれ、以下の通りである。
【００２５】
【数７】
2015531441.tif 000009
【００２６】
この理論は、この分野で直面する課題に適応する。すなわち、本発明の杭は、泥土又は湿った土地において杭を支えるためのベッドロック（岩盤）を必要とせず、また、２）杭が耐えることができる荷重が相対的に非常に大きい。
【００２７】
杭が耐えることができる最大荷重がＭＭＫｇであり、杭の質量がＭＴＫｇ（従って、ｍ＝ＭＴ＋ＭＭ）である場合、ＭＭを、以下の式から容易に算出できる。
【００２８】
【数８】
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【００２９】
例として（発明の範囲を限定するものではない）、スチールパイプからつくられた、７．８６×１０３ｋｇ／ｍ３の密度、３６ｍの長さ、０．１２５ｍの外半径、及び、０．０１６ｍの厚さを有し（杭の質量、ＭＴ、３３２６．５２３ｋｇ）、且つ、ＲＰ＝０．６０ｍの半径を有するスチールプレートを備えている杭が、２．５×１０３ｋｇ／ｍ３の密度（ρＬ）の泥土において使用される。杭が耐えることができる最大荷重（ＭＭ）は３０．５８トンである。
【００３０】
同一の杭に上記のスチールプレートが設けられない場合の、泥土中での杭の運動の微分方程式を次ページに示す。
【００３１】
【数９】
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【００３２】
Ｙ（ｔ）及びｖ（ｔ）は、ｔ＝０のときにｙ＝０、ｖ＝０であり、ｔ＝〜（不定）のときにｙが不定であり且つｖが不定であることを示す。これは、スチールプレートを有さない杭の場合、泥土又は湿った土地に降下され又は埋め込まれた後に、際限のない深さまで下方に加速運動される（沈む）ことを意味する。この、下方への運動は、杭が、泥土中に位置するかも知れない岩盤に到達するならば、停止するであろう。岩盤が地面下深くに位置する場合、岩盤に到達するために多数の杭が必要であろう。これは、先行技術による利点の１つである。本発明は、この欠点及び非効率性に解決を与えようとするものである。
【符号の説明】
【００３３】
１：杭
２：スチールプレート
３：ブラケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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