(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎において、前記支持層までの深さが深い場所に打ち込まれた杭は水平剛性の大きい杭であり、前記支持層までの深さが浅い場所に打ち込まれた杭は水平剛性の小さい杭であることを特徴とする長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎。
【請求項２】
請求項１記載の杭基礎であって、前記支持層までの深さが深くなるに従い水平剛性が順次大きい杭であることを特徴とする長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎。
【請求項３】
長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎において、前記支持層までの深さが深い場所に打ち込まれた杭は横断面積の大きい杭であり、前記支持層までの深さが浅い場所に打ち込まれた杭は横断面積の小さい杭であることを特徴とする長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎。
【請求項４】
請求項３記載の杭基礎であって、前記支持層までの深さが深くなるに従い横断面積が順次大きい杭であることを特徴とする長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎。
【請求項５】
長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎において、前記支持層までの深さが浅い部分に打ち込まれた杭の頭部に回転剛性を下げる装置が設けられていることを特徴とする長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭基礎に係り、特に、長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築される杭基礎に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、建築物や土木構造物を支持する杭基礎は、多数本の杭を地盤の支持層（例えば岩盤）に打ち込んで構築されるが、このような杭基礎を構築するに当たり、例えば支持層の表面が傾斜している場合には、図４に示すように、杭１１が打ち込まれる地盤１２の支持層１３までの深さが場所によって変化し、杭１１の先端が地盤１２の支持層１３に届かないことがある。そのため、このような場合には、支持層１３までの深さが深い場所については長い杭を使用し、支持層１３までの深さが浅い場所については短い杭を使用して杭基礎を構築している。
【０００３】
また、地表の一部に硬い地盤が存在する場合には、図４に示すように、その部分のみを直接基礎１４とし、異種基礎形式と呼ばれる杭基礎を構築している。なお、図４において、符号１５は多数本の杭１１からなる杭基礎と直接基礎１４とで支持される建築物等の構造物を示している。しかしながら、上述のように、長さの異なる複数本の杭１１を地盤１２の支持層１３に打ち込んで杭基礎を構築しようとすると、水平力に対する各杭の剛性（以下、水平剛性という）が均等でなくなり、例えば支持層１３までの深さが深い部分の杭１１は水平力剛性が相対的に小さくなり、支持層１３までの深さが浅い部分の杭１１は水平力剛性が逆に相対的に大きくなる。このため、地震時に水平方向の地震力が杭１１に作用すると、水平力に対する剛性の違いから杭基礎が図中矢印で示す方向にねじれ振動を起こし、杭１１にき裂１６等が発生し、杭１１の健全性が損なわれる惧れがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来においては、長さの異なる複数本の杭を地盤の支持層に打ち込んで杭基礎を構築しようとすると、杭基礎が水平力によるねじれの影響を大きく受けるという問題があった。本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的は長さの異なる複数本の杭を地盤の支持層に打ち込んで杭基礎を構築して水平力によるねじれの影響を大きく受けることのない杭基礎を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎において、前記支持層までの深さが深い場所に打ち込まれた杭は水平剛性の大きい杭とし、前記支持層までの深さが浅い場所に打ち込まれた杭は水平剛性の小さい杭とすることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明に係る杭基礎であって、前記支持層までの深さが深くなるに従い水平剛性を順次大きい杭とすることを特徴とするものである。本発明のうち請求項３に記載の発明は、長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎において、前記支持層までの深さが深い場所に打ち込まれた杭は横断面積の大きい杭とし、前記支持層までの深さが浅い場所に打ち込まれた杭は横断面積の小さい杭とすることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、請求項３記載の発明に係る杭基礎であって、前記支持層までの深さが深くなるに従い横断面積を順次大きい杭とすることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、長さの異なる複数本の杭が地盤の支持層に打ち込まれて構築された杭基礎において、前記支持層までの深さが浅い部分に打ち込まれた杭の頭部に回転剛性を下げる装置を設けていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る杭基礎によると、例えば支持層までの深さが深くなるに従い横断面積の順次大きい杭を使用することにより、水平力に対する各杭の剛性が均等化されるので、長さの異なる複数本の杭を地盤の支持層に打ち込んで水平力によるねじれの影響を大きく受けることのない杭基礎を構築することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図４に示したものと同一または相当する部分には同一の符号を付して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る杭基礎を示す図である。同図に示すように、杭基礎を構成する杭１１はその長さが各々異なっており、最も長い杭１１は地盤１２の支持層１３までの深さが最も深い部分に打ち込まれ、最も短い杭１１は地盤１２の支持層１３までの深さが最も浅い部分に打ち込まれている。
【００１１】
また、杭１１はその外径が各々異なっており、最も外径の大きい杭１１は支持層１３までの深さが最も深い部分に打ち込まれ、最も外径の小さい杭１１は支持層１３までの深さが最も浅い部分に打ち込まれている。このように、長さの異なる複数本の杭１１を地盤１２の支持層１３に打ち込んで杭基礎を構築する際に支持層１３までの深さが深くなるに従い外径の順次大きい杭１１を使用して杭基礎を構築すると、水平力に対する各杭の剛性が均等化される。したがって、本実施形態では水平力に対する各杭の剛性の相違による影響が低減されるので、長さの異なる複数本の杭１１を地盤１２の支持層１３に打ち込んで水平力によるねじれの影響を大きく受けることのない杭基礎を構築することができ、これにより耐震性の優れた杭基礎を得ることができる。
【００１２】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態に係る杭基礎について説明する。本実施形態で使用される杭１１は、図２に示すように、その長さが各々異なっており、最も長い杭１１は支持層１３までの深さが最も深い部分に打ち込まれ、最も短い杭１１は支持層１３までの深さが最も浅い部分に打ち込まれている。そして、長さの異なる二本の杭１１，１１間すなわち支持層１３までの深さが変化する部分には、地下壁等の地中壁１７を設けて杭基礎が構築されている。
【００１３】
このように、長さの異なる複数本の杭１１を地盤１２の支持層１３に打ち込んで杭基礎を構築する際に長さの異なる二本の杭１１，１１間すなわち支持層１３までの深さが変化する部分に地中壁１７を設けると、水平力に対する各杭の剛性が均等化される。したがって、本実施形態では水平力に対する各杭の剛性の相違による影響が低減されるので、長さの異なる複数本の杭１１を地盤１２の支持層１３に打ち込んで水平力によるねじれの影響を大きく受けることのない杭基礎を構築することができ、これにより耐震性の優れた杭基礎を得ることができる。
【００１４】
図３にはねじれ振動の少ない杭基礎を得るための計算モデルが図示されており、この計算モデルは、梁要素で表現された杭基礎に地盤水平ばね１８を付加するとともに、杭基礎以外の部分（例えば直接基礎１４、地下根入れ部等）に地下壁側面や地下壁底面等の摩擦ばね１９若しくは地下壁面の土圧ばねを付加したものである。また、図３の計算モデルは、杭１１に土の非線型水平地盤反力ばねを付加するとともに、直接基礎１４に底面の水平摩擦ばねを付加し、さらに地下室等の地下根入れ部がある場合には、その地下壁前面と地下壁側面にそれぞれ受働抵抗ばねと側面摩擦ばねを付加するとともに、地下根入れ部の基礎に基礎底面の水平摩擦ばねを付加したものである。
【００１５】
このような計算モデルを用いて杭基礎に水平方向の地震力が作用した場合について解析計算をすると、地震時における杭基礎のねじれ量が求められ、これを評価することができる。そして、上記の計算結果から杭基礎にねじれが発生すると判明した場合には、上述した実施形態で説明した方法を採用して杭基礎を構築することにより、地震時にねじれ振動が杭基礎に発生することを未然に防止できる。
【００１６】
すなわち、杭１１と直接基礎１４および地下根入れ部を地盤と一体とした計算モデルを用い、支持層１３までの深さが深い部分に打ち込まれる杭の外径を大きくしたり、長い杭に鋼管を巻いて杭種を変えたり、長い杭部分に地下壁を設置したりした場合について計算し、最も水平剛性が均等な配置を設計することにより、地震時にねじれが杭基礎に発生することを抑制することが可能となるので、杭１１や杭１１と直接基礎１４との境界部（基礎梁や壁等）に水平力が集中することを回避でき、杭１１の破損等を未然に防止できる。
【００１７】
上述した第１の実施形態では、地盤１２の支持層１３に打ち込まれる各杭１１の水平剛性を均等化するために、支持層１３までの深さが深くなるに従い外径の順次大きい杭１１を使用して杭基礎を構築するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、要は支持層までの深さが深くなるに従い横断面積の順次大きい杭を使用して杭基礎を構築することにより、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００１８】
また、上述した第２の実施形態では、地盤１２の支持層１３に打ち込まれる各杭１１の水平剛性を均等化するために、長さの異なる二本の杭１１，１１間すなわち支持層１３までの深さが変化する部分に地下壁等の地中壁１７を設けて杭基礎を構築するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば支持層までの深さが比較的深い部分に打ち込まれる杭に鋼管を巻いて長い杭と短い杭の杭種を変更したり、あるいは支持層までの深さが比較的浅い部分に打ち込まれる杭の頭部に回転剛性を低減する装置を設置したりすることにより、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００１９】
さらに、上述した第１及び第２の実施形態では、多数本の杭と複数個の直接基礎とからなる杭基礎に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば多数本の杭のみからなる杭基礎についても本発明を適用できることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る杭基礎によれば、水平力に対する各杭の剛性が均等化されるので、長さの異なる複数本の杭を地盤の支持層に打ち込んで水平力によるねじれの影響を大きく受けることのない杭基礎を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る杭基礎を説明するための図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る杭基礎を説明するための図である。
【図３】ねじれ振動の少ない杭基礎を得るための計算モデルを示す図である。
【図４】従来の杭基礎を説明するための図である。
【符号の説明】
１１  杭
１２  地盤
１３  支持層
１４  直接基礎
１５  構造物
１７  地中壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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