(57)【要約】【課題】  既製の杭体からなる基礎杭と、地盤改良体からなる基礎杭との各々の特長を生かし、各々の課題を互いに補い合わせるようにする。【解決手段】  本発明の基礎杭１は、地盤中に結合物質を注入することにより固結させた地盤改良体からなる支持体３と、該支持体３に先端側が支持された状態で地盤中に埋設された既製の杭体４とを備えている。杭体４は、その先端側が支持体３の硬化前に該支持体３内に挿入されることにより該支持体３に結合されている。【選択図】      図１
2005139807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に結合物質を注入することにより固結させた地盤改良体からなる支持体と、
該支持体に先端側が支持された状態で地盤中に埋設された既製の杭体と
を備えた基礎杭。
【請求項２】
前記杭体は、その先端側が前記支持体の硬化前に該支持体内に挿入されることにより該支持体に結合された請求項１記載の基礎杭。
【請求項３】
前記杭体は、その先端側が前記支持体の施工と略同時に結合された請求項１記載の基礎杭。
【請求項４】
前記杭体は、その先端側が前記支持体の硬化後に該支持体内に挿入され結合された請求項１記載の基礎杭。
【請求項５】
前記地盤改良体には、樹脂又はそのエマルジョンが添加された請求項１〜４のいずれか一項に記載の基礎杭。
【請求項６】
前記地盤改良体には、短繊維が添加された請求項１〜５のいずれか一項に記載の基礎杭。
【請求項７】
前記杭体は、先端側の表面が粗面に形成された請求項１〜６のいずれか一項に記載の基礎杭。
【請求項８】
前記支持体の上側には、該支持体よりも強度が低減された前記地盤改良体からなる補助支持体が形成された請求項１〜７のいずれか一項に記載の基礎杭。
【請求項９】
前記補助支持体は、下端側が前記支持体と略同等の強度に形成され、上側ほど強度が低減されてなる請求項８記載の基礎杭。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載された２以上の基礎杭と、
該２以上の基礎杭の上端部に架け渡された梁体と
を含む基礎構造。
【請求項１１】
前記梁体は、その長さ方向に延びる複数のカーボン繊維が表面に配設された請求項１０記載の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管、鋳鉄管等の既製の杭体を有する基礎杭に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の基礎杭として、まず、特許文献１記載のねじり込み鋼管杭５１を例示する。この鋼管杭５１は、図８に示すように、鋼管５２の先端側の外周に、地盤に鋭角に切り込むプロペラ羽根状の切削刃５３ａ，５３ｂ，５３ｃを螺旋の軌跡に沿って複数枚取付け、こららの切削刃５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、ガラ、レキ等の障害物の通過を許容すべく適宜の間隔を隔てて設けられている。
【０００３】
また、別の基礎杭として、特許文献２記載のソイルセメント合成外殻鋼管コンクリート杭６１を例示する。このコンクリート杭６１は、図９に示すように、ソイルセメント柱体６２の中に螺旋状又は円盤状の鋼製羽根６３を有する外殻鋼管コンクリート杭６４を挿入して成っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０５９５３号公報
【特許文献２】特開２００１−３０３５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１記載の鋼管杭５１は、地盤にねじ込んで貫入するため、（ａ）先端部が消耗し易く、腐食し易い、（ｂ）地中の障害物の存在により、地中へのねじり込みが困難となる、という課題がある。また、深層混合処理工法によるソイルセメントからなる杭体と比較し、杭径が小さいので周面摩擦力が小さく、支持力が弱いという課題もある。
【０００６】
特許文献２記載のコンクリート杭６１によれば、深層混合処理工法により、地盤とセメント系硬化剤を含む添加物を撹拌混合してソイルセメント柱体６２を形成し、該ソイルセメント柱体６２の硬化前に外殻鋼管コンクリート杭６４を地盤に貫入するので、特許文献１における上記課題は生じ難い。しかし、支持層から地上付近までソイルセメント柱体６２を形成するには、セメント系硬化剤を含む添加物が多量に必要で、コストが掛かるという課題もある。また、ソイルセメントからなる基礎杭は、セメント系硬化剤を含む添加物が周囲の地盤にしみ出すので、周囲の自然環境に影響を及ぼすという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の基礎杭は、
地盤中に結合物質を注入することにより固結させた地盤改良体からなる支持体と、
該支持体に先端側が支持された状態で地盤中に埋設された既製の杭体と
を備えている。
【０００８】
この構成によれば、前記杭体は前記支持体に先端側が支持されているので、次のように、既製の杭体からなる基礎杭と、地盤改良体からなる基礎杭との各々の特長を生かし、各々の課題を互いに補い合わせることができる。
（イ）該杭体の全体を前記支持体で支持する構成と比較して、該支持体のサイズが小さく済むので、前記結合物質等の材料の使用量を低減することができるとともに、施工コストを低減することができる。
（ロ）前記杭体単体からなる基礎杭と比較して、前記支持体により杭径が大きくなっているので、支持力や水平力（地震時慣性力）を向上させることができる。
（ハ）前記杭体の先端部全体が前記支持体に被われるように構成すれば、前記杭体単体からなる基礎杭と比較して、該杭体の先端部の防食性を向上させることができる。
【０００９】
前記支持体としては、特に限定されないが、地盤中の支持層に支持されるように設置すると、支持力を向上させることができるので、好ましい。
【００１０】
前記地盤改良体としては、特に限定されないが、次の態様を例示する。
（１）地盤中に結合物質としてのセメント系硬化剤を注入することにより固結させたソイルセメント改良体からなる態様。ソイルセメント改良体は、例えば、スラリー化したセメント系硬化材を地盤に注入し、地盤とともに攪拌混合し、化学的に固化する深層混合処理工法や、空気を伴った超高圧薬液を地盤中に回転して噴射させ地盤を切削すると同時に改良体を形成する工法や、空気を伴った超高圧水を地盤中に回転して噴射させ地盤を切削するとともに、薬液を同時充填させ改良体を形成する工法等により形成することができる。
（２）地盤中に結合物質としての薬液を注入することにより固結させた薬液注入改良体からなる態様。薬液注入改良体は、例えば、地盤に掘削した孔に注入管を建て込み、該注入管により地盤中に薬液を注入する工法により形成することができる。
【００１１】
前記杭体と前記支持体との結合の態様としては、特に限定されないが、次の態様を例示する。
（Ａ）前記杭体は、その先端側が前記支持体の硬化前に該支持体内に挿入されることにより該支持体に結合された態様。この態様としては、後述する［発明を実施するための最良の形態］に記載されたものを例示する。
（Ｂ）前記杭体は、その先端側が前記支持体の施工と略同時に結合された態様。この態様としては、前記杭体を中空なものとし、該杭体の中を通して前記結合物質を前記地盤中に注入することにより、前記杭体の先端側を前記支持体の施工と略同時に結合することを例示する。
（Ｃ）前記杭体は、その先端側が前記支持体の硬化後に該支持体内に挿入され結合された態様。この態様としては、硬化後の前記支持体に穴を開けたり、穴を設けた状態で前記支持体を硬化させたりしておき、この穴に前記杭体の先端側を挿入することによって結合することを例示する。
【００１２】
前記地盤改良体には、樹脂又はそのエマルジョンが添加された態様を例示する。
【００１３】
前記樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ＥＶＡ（エチレン-酢ビ共重合樹脂）等を例示する。
【００１４】
この構成によれば、樹脂又はそのエマルジョンにより、前記支持体の強度を向上させることができる。また、前記杭体との付着力を向上させ、前記支持体及び前記杭体の一体性を向上させることができる。
【００１５】
前記地盤改良体には、短繊維が添加された態様を例示する。
【００１６】
前記短繊維の材質としては、特に限定されないが、ビニロン、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、アクリル、鋼等を例示する。また、前記短繊維の繊維長としては、特に限定されないが、５〜６０ｍｍに設定することを例示する。この範囲としたのは、５ｍｍ未満では前記支持体の強度向上効果が少ないからであり、６０ｍｍを超えると長すぎるため施工性が悪くなる（例えば、地盤中に送り込むための配管内の通過が困難となりポンプ圧送が困難になる）ためである。
【００１７】
この構成によれば、前記支持体の強度を向上させることができる。
【００１８】
前記杭体は、先端側の表面が粗面に形成された態様を例示する。
【００１９】
前記粗面の形成方法としては、特に限定されないが、前記表面を荒削りしてなる態様や、前記表面に粒体を接着してなる態様等を例示する。
【００２０】
この構成によれば、前記支持体との付着力を向上させ、前記支持体及び前記杭体の一体性を向上させることができる。
【００２１】
前記支持体の上側には、該支持体よりも強度が低減された前記地盤改良体からなる補助支持体が形成された態様を例示する。
【００２２】
前記補助支持体は、特に限定されないが、前記支持体の上側に一体に形成されていることが好ましい。また、前記補助支持体は、前記杭体の上端側や上端より上側まで形成するようにしてもよい。地盤改良体の強度を低減する具体的な態様としては、特に限定されないが、地盤改良体への添加物（前記結合物質、樹脂又はそのエマルジョン、前記短繊維等）の添加量を低減した態様や、地盤改良体への前記添加物の種類を結合力の弱いものに変更した態様を例示する。
【００２３】
前記支持体や前記杭体を地盤中に埋設するときには、機械的に地盤を掘削したり撹拌したりするため、前記杭体の周囲の地盤の強度が弱体化するが、この構成によれば、前記杭体の周囲の地盤に前記補助支持体を形成するので、基礎杭の地盤に対する付着力を向上させることができる。また、前記補助支持体は、前記支持体よりも強度が低減されているので、前記支持体よりも地盤改良体への添加物の添加量を低減させたり、前記支持体よりも安価な添加物を採用することができ、低コストに施工することができる。
【００２４】
前記補助支持体は、下端側が前記支持体と略同等の強度に形成され、上側ほど強度が低減されてなる態様を例示する。
【００２５】
この構成によれば、前記補助支持体の強度を、前記支持体と略同等の強度から略連続的に変化させているので、前記補助支持体と前記支持体との間における強度不連続による応力集中を回避することができる。
【００２６】
また、本発明の基礎構造は、
前記いずれかの態様の２以上の基礎杭と、
該２以上の基礎杭の上端部に架け渡された梁体と
を含んでいる。
【００２７】
この構成によれば、前記基礎杭の上端部を互いに連結することにより、基礎杭単体の場合と比較し、建築物の基礎を支持する面積が広くなり、該基礎を広範囲にわたって均一な支持力で支持することができる。このため、例えば、基礎のヘアクラックの発生を抑制することができる。
【００２８】
前記梁体は、その長さ方向に延びる複数のカーボン繊維が表面に配設された態様を例示する。
【００２９】
前記カーボン繊維の配設方法としては、特に限定されないが、該カーボン繊維がエポキシ系又はアクリル系の接着剤により接着することにより配設する方法を例示する。
【００３０】
この構成によれば、前記梁体の強度を向上させることができるので、前記基礎構造の効果をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る基礎杭によれば、既製の杭体からなる基礎杭と、地盤改良体からなる基礎杭との各々の特長を生かし、各々の課題を互いに補い合わせることができるという優れた効果を奏する。
【００３２】
また、本発明の基礎構造によれば、建築物の基礎を広範囲にわたって均一な支持力で支持することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１〜図７は本発明を具体化した一実施形態の基礎杭１及び基礎構造２を示している。本発明の基礎杭１は、図１及び図２に示すように、地盤１１中に形成されたソイルセメント改良体からなる支持体３と、該支持体３に先端側が支持された状態で地盤１１中に埋設された既製の杭体４とを備えている。また、本発明の基礎構造２は、２以上（本例では一対）の基礎杭１と、該基礎杭１の上端部に架け渡された梁体５とを含んでいる。そして、該梁体５の上側に建築物の基礎６が支持されるようになっている。
【００３４】
支持体３は、深層混合処理工法により、地盤１１とセメント系硬化剤を主とする添加物を注入し撹拌混合して形成したソイルセメント改良体からなっており、上下に延びる略円柱形に形成されている。支持体３の高さとしては、例えば支持体３の径以上に設定することを例示する。この支持体３は、地盤１１中の支持層１２に支持されるように設置されており、これによって支持体３の支持力を向上させるようにしている。この支持体３を形成するための装置としては、深層混合処理工法用の公知の掘削撹拌装置を適宜採用することができる。ソイルセメント改良体の添加物としては、セメント系硬化剤に、適宜樹脂又はそのエマルジョンを添加したり、短繊維を添加したりしてもよい。
【００３５】
この支持体３は、次のように変更することもできる。
（１）地盤１１にソイルセメント改良体の添加物とともに石や砕石等の塊物１３を投入し混合することにより、支持体３を形成すること。例えば、図３に示すように、掘削撹拌軸２１内に、該軸２１と同心のスクリュー１４を設けておくとともに、石や砕石等の塊物１３を入れ込んでおき、ソイルセメント改良体の添加物を排出するときに、スクリュー１４を回転させ、塊物１３も投入することにより実施することが挙げられる。
（２）支持体３の上側に、該支持体３よりも強度が低減されたソイルセメント改良体からなる補助支持体７を形成すること。本例の補助支持体７は、図４に示すように、支持体３に一体形成されるとともに、下端側が支持体３と略同等の強度に形成され（ソイルセメント改良体の添加物の添加量が支持体３と略同等）、上側ほど強度が低減（ソイルセメント改良体の添加物の添加量が低減）されてなっている。
【００３６】
杭体４は、金属、木、コンクリート等からなる既製のものである。金属製の杭体４の形態としては、特に限定されないが、鋼管、鋳鉄管、鋼材（Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、Ｃ形鋼等）等を例示する。杭体４の地盤１１への貫入方法としては、特に限定されないが、地盤１１に打ち込む態様や、地盤１１に埋め込む態様、地盤１１にねじ込む態様等を例示する。本例では、杭体４として鋳鉄管を採用している。この杭体４は、先端部に螺旋条４ａが突設されており、地盤１１にねじ込んで貫入するようになっている。また、杭体４の先端側の表面は、図５に示すように、粒体としての砂１５が接着剤により接着されることにより、粗面に形成されている。
【００３７】
基礎構造２の梁体５としては、金属、木、コンクリート等からなる既製のものを適宜採用することができる。金属製の梁体５の形態としては、特に限定されないが、鋼材（Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、Ｃ形鋼等）を例示する。また、図６に示すように、梁体５には、その長さ方向に延びる複数のカーボン繊維１７を表面に配設してもよい。同図（ａ），（ｂ）はＨ形鋼、同図（ｃ）はＣ形鋼からなる梁体５に、それぞれカーボン繊維１７を配設した態様の例を示している。このカーボン繊維１７としては、特に限定されないが、ＰＡＮ系繊維（ポリアクリルニトリルから作られた炭素繊維）、ピッチ系繊維（石炭から作られた炭素繊維）、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維を例示する。例示した繊維は、いずれも伸度が３％以下で、引張弾性率が高いため、一方向に延びる繊維を接着剤を用いて梁体５の表面に接着することにより、梁体５の変位を抑制すること、即ち梁体５を補強することができ、これにより基礎杭１の本数を低減することができる。
【００３８】
梁体５と基礎杭１との接合部は強固に連結する方が好ましい。この接合部の連結方法としては、公知の方法を適宜採用でき、特に限定されないが、例えば、ボルト留め、溶接、はめ込み、又はこれらの組合せにより強固に連結することを例示する。
【００３９】
次に、本発明の基礎杭１及び基礎構造２の構築方法の一例について説明する。
（１）深層混合処理工法の掘削撹拌装置２０を使用し、地盤１１を支持体３の上端の深さ（本例では支持層１２の上面の深さ）まで掘削して行く（図７（ａ）参照）。そして、支持体３の上端の深さにおいて、掘削撹拌装置２０の掘削撹拌軸２１の先端部２１ａからソイルセメント改良体の添加物を地盤１１に注入し、該添加物と地盤１１とを混合し、支持体３の下端の深さまで混合撹拌を行った後、掘削撹拌軸を地盤１１から抜き出す。すると、支持層１２内に未硬化の支持体３が形成される（図７（ｂ）参照）。
【００４０】
（２）杭体４を地盤１１にねじ込んで貫入する（図７（ｃ）参照）。そして、杭体４の先端側が未硬化の支持体３に貫入するまでねじ込む（図７（ｄ）参照）。その後、支持体３が固結すると、基礎杭１が完成する。以上を繰り返し、他の基礎杭１を構築する。
【００４１】
（３）一対の基礎杭１の上端部に梁体５を架け渡し、梁体５と基礎杭１との接合部を連結すると、基礎構造２が完成する（図１及び図２参照）。
【００４２】
以上のように構成された本例の基礎杭１によれば、杭体４は支持体３に先端側が支持されているので、次のように、既製の杭体からなる基礎杭と、地盤改良体からなる基礎杭との各々の特長を生かし、各々の課題を互いに補い合わせることができる。
（イ）杭体４の全体を支持体３で支持する構成と比較して、支持体３のサイズが小さく済むので、地盤１１への添加物の使用量を低減することができるとともに、施工コストを低減することができる。
（ロ）杭体４単体からなる基礎杭と比較して、支持体３により杭径が大きくなっているので、支持力や水平力（地震時慣性力）を向上させることができる。
（ハ）杭体４の先端部全体が支持体３に被われるように構成しているので、杭体４単体からなる基礎杭と比較して、杭体４の先端部の防食性を向上させることができる。
【００４３】
また、本例では、支持体３の形成時に深層混合処理工法により掘削・撹拌された地盤１１に杭体４を貫入するので、基礎杭１の施工性が良い。
【００４４】
また、本発明の基礎構造２によれば、基礎杭１の上端部を互いに連結することにより、基礎杭１単体の場合と比較し、建築物の基礎６を支持する面積が広くなり、該基礎６を広範囲にわたって均一な支持力で支持することができる。このため、例えば、基礎６のヘアクラックの発生を抑制することができる。
【００４５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）本発明の基礎構造２を採用せずに、本発明の基礎杭１により建築物の基礎６を直接支持すること。
（２）支持体３を地盤１１の支持層１２の上側に形成することにより、支持体３が支持層１２の上面に支持されるようにすること。
（３）ソイルセメント改良体からなる支持体３を、深層混合処理工法以外の工法により形成すること。
（４）支持体３を、地盤中に結合物質としての薬液を注入することにより固結させた薬液注入改良体からなるようにすること。
（５）杭体４と支持体３との結合の態様として、次のものを採用すること。
（５−１）杭体４は、その先端側が支持体３の施工と略同時に結合された態様。
（５−２）杭体４は、その先端側が支持体３の硬化後に該支持体３内に挿入され結合された態様。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を具体化した一実施形態に係る基礎杭及び基礎構造を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ矢視図である。
【図３】同基礎杭の支持体を形成するための掘削軸を示す断面図である。
【図４】同基礎杭の支持体の変更例を示す図である。
【図５】同基礎杭の下端側を示す側面図である。
【図６】同基礎構造の梁体を示す図である。
【図７】同基礎杭及び同基礎構造の構築方法を示す図である。
【図８】従来例の基礎杭を示す断面図である。
【図９】従来の別の基礎杭を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  基礎杭
２  基礎構造
３  支持体
４  杭体
５  梁体
６  基礎
７  補助支持体
１１  地盤
１２  支持層
１５  砂
１７  カーボン繊維
２０  掘削撹拌装置
２１  掘削撹拌軸
【図１】
2005139807.tif 000003
【図２】
2005139807.tif 000004
【図３】
2005139807.tif 000005
【図４】
2005139807.tif 000006
【図５】
2005139807.tif 000007
【図６】
2005139807.tif 000008
【図７】
2005139807.tif 000009
【図８】
2005139807.tif 000010
【図９】
2005139807.tif 000011