(57)【要約】  【課題】  杭体から根固め部、さらに支持地盤への効果的な荷重伝達を確保して大きな支持力を発揮でき、安価で施工性に優れた基礎杭の支持構造および鋼管杭を提供する。  【解決手段】  先端部外周に環状またはらせん状突起２を設けた鋼管杭１と、地盤中の支持層あるいは支持層を含む領域に形成される根固め部１１からなり、以下の条件を満たす。「ｐ／ｈ＝８〜１５」、「Ｈ≧Ｓ１＋Ｓ２」、「Ｄp×２≧Ｄg≧Ｄp＋２×ｈ」。ここで、ｐは突起２のピッチ、ｈは突起２の高さ、Ｈは根固め部１１の全高さ、Ｄpは鋼管杭１の外径、Ｄgは根固め部１１の外径を表わす。Ｓ１は外周突起の定着長さ、Ｓ２は鋼管杭先端から根固め部底面までの距離を表し、以下の条件を満たす。「１．７５・Ｄg−２．４５・Ｄp ≦Ｓ１≦１．７５・Ｄg−１．７５・Ｄp」、「Ｄp×２≧Ｓ２≧（Ｄg−Ｄp）／(２・tanβ)」。  【選択図】    図６
2007032044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部外周に環状またはらせん状突起を設けた鋼管杭と、地盤中の支持層あるいは支持層を含む領域に形成されているとともに、前記鋼管杭の先端部が挿入され、一体化されてなる根固め部からなり、前記根固め部が以下の形状で規定されることを特徴とする基礎杭の支持構造。
ｐ／ｈ＝８〜１５
Ｈ≧Ｓ１＋Ｓ２
Ｄp×２≧Ｄg≧Ｄp＋２×ｈ
ここで、
ｐは先端部外周面の突起ピッチ、
ｈは先端部外周面の突起高さ、
Ｈは根固め部の全高さ、
Ｄpは鋼管杭の外径、
Ｄgは根固め部の外径
を表し、また、
Ｓ１は外周突起の定着長さ、
Ｓ２は鋼管杭先端から根固め部底面までの距離
を表し、以下の条件を満たす。
１．７５・Ｄg−２．４５・Ｄp ≦Ｓ１≦１．７５・Ｄg−１．７５・Ｄp
Ｄp×２≧Ｓ２≧（Ｄg−Ｄp）／（２・tanβ）
ここで、
βは根固め部内の支持荷重の拡がり角度
を表す。
【請求項２】
前記鋼管杭の先端部内周にも環状またはらせん状突起が設けられていることを特徴とする請求項１記載の基礎杭の支持構造。
【請求項３】
前記鋼管杭の先端部内周に設けられた突起の定着長さＳ３が以下のように規定されることを特徴とする請求項２記載の基礎杭の支持構造。
０．３・Ｄp≦Ｓ３≦１．５・Ｄp
【請求項４】
根固め部の固化体を構成するために注入される固化液が、繊維状の引張抵抗材料を混合したセメントミルクであることを特徴とする請求項１、２または３記載の基礎杭の支持構造。
【請求項５】
根固め部の固化体を構成するために注入される固化液が、濃度Ｗ／Ｃ＜６０％のセメントミルクであり、粘性を低減するための混和材が混合されていることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の基礎杭の支持構造。
【請求項６】
先端部外周に環状またはらせん状突起を設けた鋼管杭であって、先端部外周面の突起は、突起高さｈと突起ピッチｐおよび突起を設置する範囲Ｓ１が以下の関係を満足するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の基礎杭の支持構造に用いるための鋼管杭。
ｐ／ｈ＝８〜１５
１．７５・Ｄg−２．４５・Ｄp ≦Ｓ１≦１．７５・Ｄg−１．７５・Ｄp
【請求項７】
先端部内周にも環状またはらせん状突起が設けられ、先端部内周の突起が、突起高さｈと突起ピッチｐおよび突起を設置する範囲Ｓ３が以下の関係を満足するように形成されていることを特徴とする請求項６記載の鋼管杭。
ｐ／ｈ＝８〜１５
０．３・Ｄp ≦Ｓ３≦１．５・Ｄp  
【請求項８】
先端部外周の突起および／または内周の突起が鋼管表面に溶接ビードを盛ることにより形成されていることを特徴とする請求項６または７記載の鋼管杭。
【請求項９】
先端部外周および内周の突起が、同材料、同高さ、同ピッチで、かつ、同じ方向に連続する螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項７または８記載の鋼管杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の基礎として用いられる基礎杭の先端支持構造およびそれに用いる鋼管杭に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既製杭（既製コンクリート杭や鋼管杭）を用いた埋込み杭工法（中掘り工法、プレボーリング工法）の高支持力化・大径化の動きが盛んである。基礎杭の高支持力化は、必要な杭径・杭本数を減少させることで工費縮減を可能にするばかりではなく、結果的に建設排土を低減することにもつながる。また、大径化により杭１本あたりの支持力が大きくなり、従来の既製杭では適用できなかった大きな支持力を必要とする構造物への適用も可能になってきている。
【０００３】
上記の既製杭の高支持力化・大径化に伴い、杭体と支持地盤内に構築される根固め部との一体化の確保と、それによる支持地盤への効果的な荷重伝達が問題となっている。
【０００４】
すなわち、杭先端の部は、杭体から根固め部、さらに根固め部から支持地盤への円滑な荷重伝達を確保するために、荷重作用時に根固め部の破壊を防止し、根固め部を介してより広範囲な地盤へ荷重を伝達して大きな支持力を発揮できるような支持構造とすることが必要である。
【０００５】
これに対し、従来は、開端で施工される杭体の先端部を確実に閉塞することに注意が払われてきた。つまり、根固め部に埋設される杭体部分の内周面に鉄筋や平鋼を溶接して形成した突起を複数段設け、これと硬化した根固め部とを一体化させることで杭体先端部を閉塞し、杭体閉塞断面積で根固め部へ荷重を伝達するものである。
【０００６】
しかし、この方法では杭体の先端断面から根固め部への荷重伝達に主眼が置かれており、得られる耐力に限界があり、近年の高支持力杭ではこれだけでは不十分な場合が生じている。
【０００７】
そのような問題に対処するため、以下のような発明がなされている。
【０００８】
特許文献１記載のものは、既製コンクリート杭や鋼管杭を後埋設施工（予め掘削した立孔内に杭体を沈設）する際に、予め地盤の支持層の根固め部に埋設される杭体の先端部領域の外周に突起部を形成しておくもので、この突起部を鋼管杭先端部領域の所定の部分を内部から局部拡径することにより形成するものである。
【０００９】
この発明の中では、鋼管外周に杭体からの荷重を伝達するための突起部が形成されることから、杭体周面から地盤へ伝達される力を増大させることで、大きな支持力を発揮させることができるとされている。しかし、以下のような問題がある。
【００１０】
鋼管に塑性変形を与えて局部拡径すると拡径部の鋼管肉厚が薄くなることに加え、あたかも鋼管に局部座屈が生じた状態になるため杭体の圧縮耐力が低下してしまう。また、加工コストがかかる。
【００１１】
突起部の高さとして杭径の５％〜３５％が推奨されているが、事前に掘削した立孔内に落とし込むためには、立孔の径を突起部の分だけ大きくしておく必要があり、掘削体積・排土量が増加してしまう。
【００１２】
また、突起部により支持地盤内での周面摩擦力を増大させることで支持力を増大するとあるが、支持地盤への荷重伝達は杭体と直接ではなく、根固め部を介して行われる。したがって、杭体と根固め部の一体化が強固でも、根固め部の径が小さければ、杭体の突起部と根固め部の一体化部の耐力には余裕を残した状態で根固め部周面と地盤の間で摩擦力が決定されてしまうことになり、先端支持力を向上させるためには杭体と根固め部の一体化を強化するだけでは不十分である。
【００１３】
さらに、発明者らの検討によれば、根固め杭の先端支持力は、根固め部底面での地盤からの反力が支配的であり、根固め部周面からの摩擦力の寄与度は小さいことが判明している。根固め部での周面摩擦力によって杭の先端支持力を増大させることは効率的ではなく、突起部を設けるだけでは効果的な支持力の向上は望みにくい。
【００１４】
特許文献２にも、杭体先端部の内外周面に支圧用の突起を溶接することにより、根固め部と杭体との一体化を強固にした同様の発明が開示されているが、複雑な鋼材の加工や溶接作業が必要なためコストがかかる。
【００１５】
さらには、前記の特許文献１と同様の理由で、杭の支持力を向上させるためには杭体と根固め部の一体化を強化するだけでは不十分で、根固めの形状・寸法に応じた支圧用突起を設定しなければ杭体と根固め部の一体化の耐力が余力を残した状態となるなど合理的な構造を構築できない。
【００１６】
特許文献３〜５に記載されたものは、先端部外周にスパイラル翼を設けた杭体を同時埋設（前２者）あるいは後埋設（後１者）によって地盤中に埋設し、スパイラル翼を含む杭体先端を根固め部に定着させるものである。
【００１７】
これも杭体と根固め部の一体化を強固にするものであるが、スパイラル翼を介して杭体上部から伝達される荷重を根固め部に伝達するため、スパイラル翼には大きな荷重が作用することになる。このとき、スパイラル翼と杭体との接合部には大きな応力が生じるため板厚の大きな部材が必要になり、材料費や加工費、溶接費がかさむといった欠点がある。
【００１８】
大きな支持力を得るためにはスパイラル翼の外径、ひいては根固めの径を大きくする必要があるが、材料費や加工費、溶接費がかさむといった傾向がさらに顕著になるばかりではなく、掘削径も大きくなり排土量が増大する、あるいは施工時に必要な回転トルクが大きくなるなどの問題も生じる。
【００１９】
特許文献６には、上記の課題を解決するために、杭本体外径とほぼ等しいプレオーガー孔と、螺旋翼径より大径でソイルセメントが充填された下部プレオーガー孔内に、杭本体下部外周面にほぼ一回転の複数の螺旋翼を有する既製杭が設置され、螺旋翼が下部プレオーガー孔内に埋設されることを特徴とする、既製杭とソイルセメントの複合構造体が開示されている。
【００２０】
この発明によれば、根固め部に至るまでは杭本体径で掘削するため地盤の掘削体積、ひいては排土体積を抑制することができる。
【００２１】
しかしながら、事前に掘削された孔内に、この孔径よりも外径の大きい複数のスパイラル翼を有する杭体を回転埋設するため、地盤によっては孔壁が崩壊し孔内に土砂が落下してしまい、杭体が高止まりする、あるいは根固め部のソイルセメント内に未攪拌の上部の軟弱な地盤が混在してしまい、根固め部の品質が低下して所要の耐力が得られないことが懸念される。
【００２２】
また、螺旋翼の外径としては杭径の１．５〜３．０倍を推奨しているが、翼の出幅が大きくなるために、上記の特許文献３〜５記載のものと同様に板厚の大きな材料を用いる必要があり、材料費、加工費、溶接費がかさむことになる。
【００２３】
また、この発明では必要な支持力を得るための根固め部の形状にも言及しており、根固め部の長さは翼径の３．０倍くらいあればよく、５．０倍以上あれば十分としている。また、根固め部の径は地盤の硬さによって翼径程度から翼径の１．５倍程度あれば十分としている。
【００２４】
しかしながら、螺旋翼の外径が杭径の１．５〜３．０倍とすると、杭体の径に比して根固め部の長さと径が非常に大きくなり、根固め部の施工に長時間を要すること、掘削翼拡大時の負荷が大きく施工機材が大型化することなど施工性の観点からの課題が多く残る。
【００２５】
上記の杭体先端に螺旋翼を用いた場合の欠点を解消する方策としては、特許文献７記載の発明がある。この発明に先立って、特許文献８に、杭先端部外面および内面に所定の長さにわたり丸棒ないしは角棒材からなる高さ２０ｍｍ以下のスパイラルリブを付設した回転貫入鋼管杭が開示されているが、鋼管閉塞断面積での支持地盤への荷重伝達に期待するため支持力が不足したり、径が６００ｍｍ以上の鋼管杭では管内土による先端閉塞効果も低下して杭先端支持力が不足するという課題があるため、これ解決するためになされたものが特許文献７の発明である。
【００２６】
これは、杭設置位置の地層を予め所定の根入れ深さ近くまで掘削し、根入れ先端予定位置近傍に硬化材粉末を注入したのち、特許文献８に記載の回転貫入鋼管杭を前記根入れ深さまで貫入させるものである。これにより、杭先端部が硬化粉末付近に達すると管内土および周辺土と硬化粉末が混合され、さらに地下水との混合により杭先端部にソイルセメントの固化体（以下、根固め部と称す）を形成するものである。
【００２７】
なお、硬化粉末を使用するのは、予め液体状としたセメントミルクを使用すると現場が汚れて作業環境が悪化したり、施工時に産業廃棄物が発生したりすることを回避するためである。
【００２８】
しかしながら、杭体の回転貫入時に得られる攪拌混合作用のみでは硬化粉末と地盤の混合は限定されており、形成される根固めの大きさ、強度が不確実であり、結果的に得られる杭先端支持力も不確実なものとなる。
【００２９】
特許文献７と構造的に類似であるが、根固め部の形状・寸法にも配慮して大きな支持力を得ることを目的とした発明が特許文献９や特許文献１０に開示されている。すなわち、先端部外周に高さ６ｍｍ以上の突起を設けた鋼管杭と、地盤中の支持層あるいは支持層を含む区間に形成されているとともに、前記鋼管杭の先端部が挿入され、一体化されてなる根固め柱とを有することを特徴とするものである。この発明では、特許文献５や特許文献６と同様に拡縮機構を有するオーガーヘッドを用いて機械的に根固め部を拡大掘削するため、根固め部の大きさ、強度はより確実性の高いものとなる。
【００３０】
この発明では、杭先端部外周の突起によって鋼管上部から伝達されてくる荷重が根固め内に分散して伝達されることにより、根固め部に割れが生じにくくなり、大きな支持力が得られるとしており、分散効果を確実にするために、以下の条件を満足することが望ましいとしている。
Ｄt ＋２・ｈ・tanβ≦Ｄg
なお、
Ｄtは突起を含めた杭先端部の径、
ｈは根固め柱に埋め込まれた最上段の突起から根固め柱底面までの長さ
とされている（上式における“ｈ”は本願における“ｈ”とは異なる）。
【００３１】
さらに、根固め柱と鋼管杭先端部の間に十分な固着力を与え、先端支持力を効果的に高くするために、鋼管先端部の根固め柱への挿入長さＳを根固め柱高さＨの０．６〜０．９倍とすることが好ましいとしている。
【００３２】
しかし、鋼管から根固め部を介して支持地盤へ荷重が伝達される際に、荷重分散範囲（Ｄt ＋２・ｈ・tanβ）が根固め径Ｄgに比して小さいと、根固め底面全体を使って支持地盤に効果的に荷重を伝達できないばかりでなく、荷重伝達範囲の外側の根固め部は構造的に不安定となり、ひび割れやせん断破壊を生じる可能性もある。
【００３３】
さらに、鋼管先端から根固め底面までの距離（Ｈ−Ｓ）が根固め径Ｄgと鋼管径Ｄpの差（Ｄg-Ｄp）に比して小さいと鋼管先端断面からの圧縮力に対して根固め部が押抜きせん断破壊を起こして支持力が低下してしまう恐れがある。
【００３４】
杭径Ｄpや根固め径Ｄgの条件にもよるが、根固め底面下の地盤は剛体ではなく、弾性・塑性変形を生じる材料であることも考慮すると、鋼管先端から根固め底面までの距離（Ｈ−Ｓ）をある程度確保しておくことが必要であり、厳密にはＳ、Ｄg、Ｄpの大きさは独立に規定されるものではなく、互いに関連づけて総合的に決定されるべきものである。
【００３５】
また、突起の高さとして杭径の１０％以下が好ましいとしているが、杭径の１０％近い高さの突起が鋼管外周に付設された鋼管が地盤中へ回転して貫入していく際の抵抗は、突起のない鋼管に比べて明らかに大きくなり、施工機材への負荷か増加するばかりでなく、貫入の際に周辺の地盤を乱して周面摩擦力が低下したり、根固め部との一体化において前記特許文献３〜５と同様に大きな荷重が作用するため、製作コストが増大することも考えられ、突起高さは特許文献８にあるように２０ｍｍ程度以下としておくことが好ましい。
【００３６】
【特許文献１】特開２０００-０４５２７４号公報
【特許文献２】特公平０１−０２５８４８号公報
【特許文献３】特開２０００−２９１００２号公報
【特許文献４】特開平０５−２３０８３０号公報
【特許文献５】特開昭６０−２３８５１５号公報
【特許文献６】特開２００２−０５４１３５号公報
【特許文献７】特開平０５−２９５７３１号公報
【特許文献８】特開平０１−０９４１１２号公報
【特許文献９】特開２００２−３５６８４７号公報
【特許文献１０】特開２００５−１３９９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
本発明は、以上の従来技術の問題点や不完全な部分を解決するためになされたものであり、荷重作用時の根固め部の破壊を防止して、杭体から根固め部、さらに根固め部から支持地盤への効果的な荷重伝達を確保して、広範囲な地盤へ荷重を伝達することにより大きな支持力を発揮でき、かつ、安価で施工性に優れた基礎杭の支持構造とその構築に用いる鋼管杭を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明の基礎杭の支持構造は、先端部外周に環状またはらせん状突起を設けた鋼管杭と、地盤中の支持層あるいは支持層を含む領域に形成されているとともに、前記鋼管杭の先端部が挿入され、一体化されてなる根固め部からなり、前記根固め部が以下の形状で規定されることを特徴とするものである。
【００３９】
ｐ／ｈ＝８〜１５
Ｈ≧Ｓ１＋Ｓ２
Ｄp×２≧Ｄg≧Ｄp＋２×ｈ
ここで、
ｐは先端部外周面の突起ピッチ、
ｈは先端部外周面の突起高さ、
Ｈは根固め部の全高さ、
Ｄpは鋼管杭の外径、
Ｄgは根固め部の外径
を表し、また、
Ｓ１は外周突起の定着長さ、
Ｓ２は鋼管杭先端から根固め部底面までの距離
を表し、以下の条件を満たす。
【００４０】
１．７５・Ｄg−２．４５・Ｄp ≦Ｓ１≦１．７５・Ｄg−１．７５・Ｄp
Ｄp×２≧Ｓ２≧（Ｄg−Ｄp）／（２・tanβ）
ここで、
βは根固め部内の支持荷重の拡がり角度
を表す。
【００４１】
上記の限定理由および請求項２以下の限定理由は、後述する発明を実施するための最良の形態の項で、具体的な解析例とともに説明する。
【００４２】
請求項２は、請求項１の基礎杭の支持構造において、前記鋼管杭の先端部内周にも環状またはらせん状突起が設けられていることを特徴とするものである。
【００４３】
請求項３は、請求項２の基礎杭の支持構造において、前記鋼管杭の先端部内周に設けられた突起の定着長さＳ３が以下のように規定されることを特徴とするものである。
０．３・Ｄp≦Ｓ３≦１．５・Ｄp
【００４４】
請求項４は、請求項１〜３の基礎杭の支持構造において、根固め部の固化体を構成するために注入される固化液が、繊維状の引張抵抗材料を混合したセメントミルクであることを特徴とするものである。
【００４５】
混合する引張抵抗材料としては、スチールファイバー、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などが利用できる。
【００４６】
請求項５は、請求項１〜４の基礎杭の支持構造において、根固め部の固化体を構成するために注入される固化液が、濃度Ｗ／Ｃ＜６０％のセメントミルクであり、粘性を低減するための混和材（流動化材、減水材、ＡＥ減水剤など）が混合されていることを特徴とするものである。
【００４７】
請求項６は、請求項１の基礎杭の支持構造に用いるための鋼管杭であり、先端部外周に環状またはらせん状突起を設けた鋼管杭であって、先端部外周面の突起は、突起高さｈと突起ピッチｐおよび突起を設置する範囲Ｓ１が以下の関係を満足するように形成されていることを特徴とするものである。
ｐ／ｈ＝８〜１５
１．７５・Ｄg−２．４５・Ｄp ≦Ｓ１≦１．７５・Ｄg−１．７５・Ｄp
【００４８】
請求項７は、請求項６の鋼管杭において、先端部内周にも環状またはらせん状突起が設けられ、先端部内周の突起が、突起高さｈと突起ピッチｐおよび突起を設置する範囲Ｓ３が以下の関係を満足するように形成されていることを特徴とするものである。
ｐ／ｈ＝８〜１５
０．３・Ｄp ≦Ｓ３≦１．５・Ｄp  
【００４９】
請求項８は、請求項６または７の鋼管杭において、先端部外周の突起および／または内周の突起が鋼管表面に溶接ビードを盛ることにより形成されていることを特徴とするものである。
【００５０】
請求項９は、請求項７または８の鋼管杭において、先端部外周および内周の突起が、同材料、同高さ、同ピッチで、かつ、同じ方向に連続する螺旋状に形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、荷重作用時の根固め部の破壊を防止して、杭体から根固め部、さらに根固め部から支持地盤への効果的な荷重伝達を確保して、広範囲な地盤へ荷重を伝達することにより大きな支持力を発揮できる。
【００５２】
本発明は鋼管先端断面からの根固め部への荷重伝達を考慮した上で、不足分を鋼管先端外周面の突起を設けた部分で補うという考え方によるものであり、特許文献９や特許文献１０記載の従来型の構造に比べ、鋼管の根固め部への埋込み長さや突起の加工範囲が少なくて済むことで、より経済的な構造となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、本発明の最良の形態を、解析結果などに基づき具体的に説明する。
【００５４】
(1) 根固め部の概略構造と耐力機構について
図１は根固め部１１の概略構造と耐力機構の概念図であり、固化液が充填され、全長、あるいは少なくとも鋼管杭１先端位置以深の範囲は支持層内に位置するように構築した根固め球根内に、先端部の外周面および内周面に螺旋状または環状の突起２，３を複数段設置した鋼管杭１を、該外周および内周突起２，３設置部が含まれるように挿入し、固化液が固化した後に発現される鋼管外周突起２と鋼管外側の固化体との間の付着力、および鋼管内周突起３と鋼管内の固化体との間の付着力の両者を活用することによって鋼管杭先端部を根固め球根内に定着させている。
【００５５】
解析は、図２に示すように、支持層付近の根固め部のみモデル化し、モデルの上面に土被り圧に相当する下向きの等分布荷重を与えて実施した。鋼管と根固め、および根固めと地盤は接点共有（完全に結合した状態）とした。先端地盤の強度はＮ値６０を想定している。
【００５６】
発明者らが実施した解析の結果から得られた構造の特性は以下のとおりである。
【００５７】
ア．根固め部の耐力は（先端支圧力＋外周付着力）として評価可能で、先端支圧力と外周付着力の関係はあたかも杭の先端支持力と周面摩擦力の関係と同じである（図３(a),(b)参照）。
ここで、先端支圧力とは鋼管先端の閉塞断面から根固め部固化体に伝達される荷重、外周付着力とは鋼管先端の外周面突起での付着力によって根固め部固化体に伝達される荷重である。
【００５８】
イ．先端支圧により分担できる耐力は、周辺地盤から根固めに作用する拘束圧が一定で、鋼管先端から根固め底面までの距離Ｓ２を、ある一定値以上確保できていれば（詳細後述）根固め形状（拡径率Ｄg／Ｄp、高さＨ）によらずほぼ一定である（図４(b)参照）。ただし、鋼管内周面の突起によって鋼管内部が完全に閉塞された状態であることが前提である。
【００５９】
ウ．一方、外周付着は根固めへの定着長（突起がついている範囲で埋込み長とは区別する）によって大きさが変化する（図４(c)参照）。したがって、定着長を変化させることで耐力調整が可能となる（図４(a)参照）。
【００６０】
エ．さらに、鋼管外周突起の付着性能があらかじめわかっていれば、定着長を調整することで、所要の耐力を有する根固め部の支持構造を構築可能である。
【００６１】
(2) 根固め構造部の形状（根固め固化体と鋼管からなる杭先端部の支持構造の形状）
荷重作用時の根固め部の破壊を防止して、杭体から根固め部、さらに根固め部から支持地盤への効果的な荷重伝達を確保して、広範囲な地盤へ荷重を伝達することにより大きな支持力を発揮できるような形状を特定する。
【００６２】
ア．根固め部の押抜きせん断破壊の防止（鋼管先端から根固め底面までの必要距離）
根固め部固化体のひび割れや押抜きせん断破壊を防止し、かつ、根固めの径Ｄg全体で底面直下の支持地盤へ荷重を効果的に伝達して大きな支持力を得るためには、少なくとも、鋼管先端から根固め底面までの距離Ｓ２は以下の条件を満足するように設定する。
Ｄp ＋２・Ｓ２・tanβ≧Ｄg
また、
Ｓ２≦１．５・Ｄp
より、
Ｄp×１．５≧Ｓ２≧（Ｄg−Ｄp）／（２・tanβ）  …  (1)
【００６３】
式(1)は、鋼管から根固め部への荷重伝達のうち、押抜きせん断に対して最もクリティカルな鋼管先端閉塞断面からの圧縮力の伝達（図６の下側破線）に着目して、鋼管先端からの荷重の広がりを表わす破線が根固め側面を横切るようにＳ２を設定するものである。
【００６４】
図５のような従来ある根固め部の高さＨが小さく、埋込み長との関係でＳ２も小さいタイプでは押抜きせん断破壊が生ずる可能性が高くなる。
【００６５】
この点、本発明は鋼管先端断面からの根固め部への荷重伝達を考慮した上で、不足分を鋼管先端外周面の突起を設けた部分の付着力で補うという考え方によるものであるのに対し、特許文献９や特許文献１０記載の発明では鋼管先端断面からの荷重伝達よりむしろ鋼管先端外周面からの荷重伝達でもたせようという考え方を採っており、結果的に逆の限定を行っているが、本発明の場合、鋼管の根固め部への埋込み部分や突起の加工範囲が少なくて済むことで、より経済的な構造となっている。
【００６６】
なお、βは荷重の拡がりの角度を表し、解析的な検討によれば通常３０〜４５°程度である。
【００６７】
発明者らが実施した解析的な検討によれば、Ｓ２の増加につれて先端支圧の耐力も上昇していくが、最終的には耐力はある一定値に収斂して行き、Ｓ２が増加しても耐力はほぼ一定値を示すようになり、根固めの拡径率Ｄg／Ｄp≦２．０と限定すれば（後述）、Ｓ２＝１．５・Ｄp以上としても耐力は頭打ちになる結果が得られている（図８(a)参照）。
【００６８】
実証データとして、図２と同様のモデルで、鋼管外周面の突起がない（付着がない）条件で行った解析の結果を以下に示す。図７はＤg／Ｄp＝２．０、先端地盤Ｎ値６０相当の条件でＳ２を変化させた解析例である。図８はＤg／Ｄpを変化させて同様の解析を行った結果をまとめた図である。
【００６９】
図７(a)より、Ｓ２の大きさによって支持力が変化することが分かる。図７(b)から、支持力低下の大きなＳ２≦１．０Ｄpのケースでは、根固め底面の変位が不均一で、鋼管直下部とその外側で大きく変位量が異なる。その結果、押抜きせん断破壊が発生する。押抜きせん断破壊が生じると、根固め径Ｄg全体で支持地盤へ荷重を伝達できなくなるために結果的に支持力が低下する。
【００７０】
図８からＤg／Ｄpによって支持力低下が明確になる点が異なる。必要なＳ２はＤgとＤpに依存する。Ｄg／Ｄpが大きいほど支持力低下が明確になるＳ２／Ｄpが大きい。これはＤg／Ｄpが大きいほど根固め全体に荷重を分散させるために必要な距離が増加するためで、式(1)で表される傾向と一致する。
【００７１】
β＝３０°として、式(1)によって定まる最小のＳ２を表１に示す。
【００７２】
【表１】
2007032044.tif 000003
【００７３】
図８によれば、表１のＳ２であれば、Ｓ２が十分に大きい場合の８０％以上の支持力が得られることがわかる。
【００７４】
さらに、根固め底面直下が剛体ではなく弾性・塑性変形を生じる地盤であることを考慮すると、押抜きせん断の確実な防止のためには式(1)によるＳ２に余長を考慮しておくことがより望ましい。すなわち、式(1)'を満たすＳ２'としておくことが望ましい。
【００７５】
Ｓ２'＝Ｓ２＋（Ｄg−Ｄp）／２
Ｄp×１．５≧Ｓ２≧（tanβ＋１）・（Ｄg−Ｄp）／（２・tanβ）  …  (1)'
β＝３０°として、式(1)'を満たすＳ２'を求めた結果を表２に示す。
【００７６】
【表２】
2007032044.tif 000004
【００７７】
表２のＳ２'とすれば、図８との比較から、Ｓ２が十分に大きい場合とほぼ同等の支持力が得られることがわかる。
【００７８】
イ．鋼管先端部の根固め内への必要な定着長（所要の外周付着力の確保）
前述のとおり、先端支圧により分担できる耐力は、周辺地盤から根固めに作用する拘束圧が一定で、鋼管先端から根固め底面までの距離Ｓ２を、ある一定値以上確保できていれば（詳細後述）根固め形状（拡径率Ｄg／Ｄp、高さＨ）によらずほぼ一定で（図４(b)参照）、発明者らが行った種々の解析・実験的な検討から先端支圧耐力（鋼管先端の閉塞断面から伝達される圧縮耐力に対する根固め固化体の耐力）の大きさは、上記アの条件を満足していれば鋼管径で支配される（λ×Ａp×ｑu、λ：係数、Ａp：鋼管の閉塞断面積、ｑu：固化体の一軸圧縮強度）結果が得られている。
【００７９】
一方、鋼管径が同じでも根固め径によって先端地盤から得られる支持力（根固め部の支持構造の必要耐力）は変化するため、鋼管先端の閉塞断面からの圧縮耐力のみでは不足する分を鋼管外周突起と根固めの定着により確保する。根固め径Ｄgにより必要耐力が変化するため、必要定着長Ｓ１も変化する。
【００８０】
したがって、外周突起設置部と根固め部の間の付着長さ（定着距離）Ｓ１は、鋼管径Ｄpと、根固め径ＤgとＤpの比（Ｄg／Ｄp）を考慮して所要の耐力を有するように設定する。すなわち、定着長さＳ１は、Ｓ１／Ｄp＝ｆ（Ｄg／Ｄp）の形で規定でき、この関係を図示したものが図９である。
【００８１】
厳密には突起の条件（突起ピッチｐ、突起高さｈ、断面形状）、根固め部の固化体強度、地盤の支持力により関係は変化するが、発明者のこれまでの実験・解析的検討によれば、後述の(3)に示す鋼管外周突起の条件で、かつ、一般的な固化体強度（２０Ｎ／ｍｍ2程度）、一般的な支持地盤強度（Ｎ＝５０〜６０）であれば、概ね図中に示した範囲にあれば所要の耐力を有する支持構造を構成可能なことを確認している。
【００８２】
図９に示したＳ１の範囲は、式(2)で表される。
１．７５・Ｄg−２．４５・Ｄp ≦Ｓ１≦１．７５・Ｄg−１．７５・Ｄp  …  (2)
【００８３】
図９に示すように、Ｄg／Ｄpによって必要なＳ１は異なるが、Ｄg／Ｄp≦２の範囲であれば、外周突起を設ける範囲は鋼管先端から１．５Ｄp程度、大きくても２Ｄpまでとなる。
【００８４】
ウ．必要な根固め高さ
ア、イの検討から、必要最小の根固め高さはＨ＝Ｓ１＋Ｓ２となる。
【００８５】
施工の精度などを勘案して、確実に外周突起部が根固め内に埋込まれるよう、埋め込み長ＳをＳ≧Ｓ１とし、根固め高さＨはＨ≧Ｓ１＋Ｓ２となるように設定しておくことが望ましい。
【００８６】
上記ア、イの検討を踏まえると、１．２５≦Ｄg／Ｄp≦２．０の範囲では、必要な根固め高さＨは、一般的には０．３≦Ｈ≦３．０Ｄp程度となる。
【００８７】
エ．拡径率Ｄg／Ｄpの上限値
式(1)または(1)’から、Ｄg／Ｄpが大きくなると必要なＳ２が大きくなり、また図９からＤg／Ｄpが大きくなると必要なＳ１も増加する。したがって、必要な根固め高さＨはＤg／Ｄpが大きくなると急激に増加する傾向を示す。
【００８８】
一方、堅固な支持地盤中で拡大掘削により根固め部を構築するためには施工機材への負荷が増加するため、Ｄg／Ｄpが大きすぎると一般的な施工機材では掘進速度が極端に低下したり、あるいは掘進できなくなる状況が生じ、Ｄg／Ｄpが大きいとＨも大きいことから施工効率が極端に低下することが懸念される。
【００８９】
また、Ｄg、Ｈが大きくなると根固め部の掘削土量（体積）が大きくなって必要な固化材料（セメントなど）も増加することから、その注入に長時間を要し、根固めの構築に多大な時間が必要になる。
【００９０】
さらに、Ｄg／Ｄpが大きく、必要なＨが大きくなると必要な支持地盤の層厚も大きくなるため地盤の条件によっては適用できない場合が想定される。
【００９１】
施工に要する時間、施工機材への負荷を考慮すると、実用的な根固め高さＨとしては２．０〜３．０Ｄp程度までが望ましい。また、支持層厚はＤg（根固め径＝載荷径）の５〜１０倍程度必要であることを考慮すると、Ｄg／Ｄp＞２．０の場合、支持層の厚さ＞１０Ｄp〜２０Ｄpとなり、適用可能な地盤が限られる。
【００９２】
以上のことから、根固めの拡径率はＤg／Ｄp≦２．０としておくのが望ましい。
【００９３】
(3) 鋼管外周面の突起の条件と付着性能について
ア．鋼管外周面の突起による付着性能
突起による付着性能は、突起高さｈと突起ピッチｐの関係により変化し、従来より、ｐ／ｈ＝８〜１５程度で破壊パターンが変化することが知られている。
【００９４】
すなわち、ｐ／ｈがそれより小さいと突起頂部を連ねるせん断破壊を生じ（図１０(a)参照）、付着面積が一定であれば耐力は一定となり、逆に、ｐ／ｈがそれより大きいと突起直下部の局部破壊（支圧破壊）を生じ（図１０(b)参照）、付着面積が一定であれば、ｐ／ｈが大きくなるにつれて耐力が低下する。
【００９５】
したがって、定着長が同一であれば、ｐ／ｈ＝８〜１５程度となるようにしておこくことが最適である。また、ｐ／ｈがそれ以下の範囲であれば、付着性能は下式で表される。
τout＝βout・ｑu
ここで、
τoutは付着応力、
ｑuは根固め固化体の一軸強度、
βoutは係数
で、鋼管外周面に突起とモルタル材料の付着の場合には、βout＝０．１５〜０．５程度である。
【００９６】
イ．突起の高さ、ピッチ、断面形状
無駄のない最適な突起を構成する立場からｐ／ｈ＝８〜１５とする。
【００９７】
前述のとおり実用的なＳ１の範囲は、Ｓ１≦１．５〜２．０Ｄpであることを勘案すると、例えば、杭径Ｄpの１０％の突起高さの場合、最適な突起間隔は０．８〜１．５Ｄpとなり、Ｓ１内の突起段数が１〜２段となり安定的な付着性能が得られない。段数を増やすのであれば、０．１Ｄpの突起高さは不必要となり、つまり、効率的な突起を構成できない。
【００９８】
したがって、突起高さｈはたかだか杭径の数％以下としておき、突起段数を少なくとも３段以上確保する方が合理的な構造となる。
【００９９】
また、突起高さｈを大きくすると、杭を埋設する際に掘削径が大きくなって排出土が増加するか、あるいは掘削径を鋼管径程度とした場合には貫入抵抗が大きくなるなどの問題が生じる。さらに、施工方法によっては杭近傍地盤を乱し、周面摩擦力の低下を招く恐れがある。
【０１００】
鋼管先端に取り付ける従来の補強板やフリクションカッターの高さが９〜１５ｍｍ程度であること、従来の外面突起付き鋼管の突起高さが２．５〜５．０ｍｍ程度であることも勘案すると、施工性や周面摩擦性能の低下を生じさせることなく、かつ、確実な付着性能を得るための条件は、以下のようになる。
突起高さｈ：５．０〜１５．０ｍｍ、
突起ピッチｐ：４０〜２００ｍｍ、
突起段数ｎ：３段以上
【０１０１】
さらに、製造の容易さ、鋼管の地盤に回転貫入させる場合の回転数と貫入速度の関係なども勘案すると、突起高さ１０ｍｍ程度、突起ピッチ１００ｍｍ程度とし、所要のＳ１の範囲内で突起段数を３段以上確保することが最も好適である。
【０１０２】
また、突起の幅Ｂに関しては高さｈの０．５倍以上としておくことが望ましい。これは、根固め部固化体から突起に作用する力に対して、突起が十分なせん断耐力を有するとともに、突起内に片持ち梁に近い応力状態が生じ曲げ応力が支配的になって耐力的に不利になるのを避けるためである。
【０１０３】
後の溶接ビードによる突起形成を考えると、上記の突起高さと同様に入熱量（母材である鋼管材質への熱影響）、溶込み深さ、突起形状の安定性などを勘案すると高さｈの１．０倍以下程度が望ましい。
【０１０４】
最後に突起の断面形状は、矩形、台形、山形、略三角形など何でも良いが、突起と根固め固化体の接触部におけるすべりを生じさせずに安定した付着性能を確保するためには、該突起の側面直線部の鋼管表面に対する角度を４５°以上としておくことが必要である。
【０１０５】
ウ．突起の製造方法
突起を形成する方法としては、鉄筋や丸鋼を曲げ加工し、鋼管に巻きつけて、溶接により固定したり、あらかじめ圧延で突起を設けた鋼板を鋼管に成型したものを用いたりする従来の方法でもよいが、溶接ビードで直接突起を形成することにより、鉄筋・丸鋼の材料費や曲げ加工費が省略でき、突起の必要な定着長分にのみ突起を設けることが可能になるため、安価・短時間に加工ができ経済的になる。
【０１０６】
溶接ビードで突起を形成する場合、一般的な鋼管杭の板厚に対して、入熱量（母材である鋼管材質への熱影響）、溶込み深さ、突起形状の安定性などを勘案すると、１パス(１回の肉盛)で形成可能な突起高さは５〜１０ｍｍ程度であり、前出の高さ５〜１５ｍｍ程度の突起は１〜２パスで形成可能となる。突起を設ける範囲Ｓ１が１．５〜２．０Ｄpまでの限定的な範囲であることも考慮すると、今回の突起条件であれば、溶接ビードによる突起の形成が好適である。
【０１０７】
図１１は溶接ビードによる突起の例を示したもので、寸法例としては、図１１(a)において、突起高さｈ＝８〜１２ｍｍ、突起有効高さ（４５°勾配接線との交点までの高さ）ｈe＝６ｍｍ以上、突起幅ｂ＝６〜１０ｍｍ、図１１(b)において、突起ピッチｐ＝１００±１０ｍｍを挙げることができる。また、適用鋼管の板厚としては、ｔ＝９〜２８ｍｍを挙げることができる。
【０１０８】
エ．突起の延長方向の形状
突起は螺旋状の突起２ａで連続（図１２(a)参照）、１巻きの螺旋の突起２ｂで間隔を空けて断続的に複数段（図１２(b)参照）、あるいは環状突起（１巻きが閉合したリング状突起２ｃ）を間隔をあけて複数段（図１２(c)参照）などが考えられるが、施工時に鋼管を回転貫入するような場合には回転により推進力が得られ鋼管の掘進を助ける機能を有することから螺旋で連続に突起を設けることが望ましい。
【０１０９】
(4) 鋼管内周面の突起について
根固め部支持構造体としての耐力を確保するためには外周突起のみでなく、鋼管内周面にも突起を設けて閉塞断面を確保し、先端支圧力が得られるようにすることが必要である。前述のとおり、先端支圧耐力は拘束圧が一定であれば鋼管径によって、すなわち、先端閉塞断面積Ａpによってほぼ一定の値をとる。したがって、鋼管内周面の突起の高さ、必要段数等の条件は鋼管の径によって決定され、先端支圧耐力＝λ×Ａp×ｑuを上回るように設定する必要がある。支圧係数λは拘束圧に依存するが、発明者らが行った実験・解析的検討によれば、杭としての実用範囲では０．９〜１．５程度である
【０１１０】
ア．付着性能と突起設置範囲（定着長Ｓ３）
鋼管内周に関しても突起による付着性能は、外周面と同様にｐ／ｈ＝８〜１５としておくことが最適であり、さらにこれ以下の範囲では、
τin＝βin・ｑu
の形で付着性能を表現できる。
ここで、
τinは付着応力、
ｑuは根固め固化体の一軸圧縮強度、
βintは係数
で、鋼管内周の突起とモルタル材料の付着の場合には、βin＝０．２〜０．６程度である。
【０１１１】
したがって、Ａsを付着面積、Ａs＝Ｄp×Ｓ３（Ｓ３は鋼管内周面の定着長）とすれば、
λ×Ａp×ｑu≦τin・Ａs
の条件から、鋼管内周面の定着長Ｓ３は以下の範囲となる。
０．３・Ｄp≦Ｓ３≦１．５・Ｄp      …  (3)
【０１１２】
イ．突起の高さ、ピッチ、断面形状
鋼管内周面に関しても、同一定着長で最も効率的に付着力を確保するためには、外周と同様に突起高さは５〜１５ｍｍ程度とするのが好ましい。
【０１１３】
突起が大きすぎると、施工時に突起部に土が付着し鋼管先端部の中空部が小さくなり鋼管の埋設の妨げとなるほか、付着した土塊のために十分な付着力が得られないことが懸念される。また、中掘り施工（掘削ロッド＋掘削ヘッドを鋼管内に挿入した状態で同時埋設）の場合を考えると、施工性の面で突起高さが大きいことは好ましくない。
【０１１４】
鋼管外周面の場合と突起の条件（高さ・幅、ピッチ）を同様にしておくことが可能で、溶接ビード突起を適用することにより、合理的・経済的に突起を形成でき、所定の付着耐力（鋼管内の先端閉塞を確保するための付着力）が得られ、施工性・周面摩擦性能にも優れた根固め部の支持構造を構成可能である。
【０１１５】
ウ．突起の延長方向の形状
突起は螺旋状で連続、１巻きの螺旋で間隔を空けて断続的に複数段、あるいは環状突起（１巻きが閉合したリング状突起）を間隔をあけて複数段などが考えられるが、鋼管を回転貫入する場合には鋼管内に取り込まれた土を上方へスムーズに上昇させ、掘削土による鋼管先端の閉塞を防止する効果が得られるように連続の螺旋状突起とすれば施工性を改善する効果も期待できる。
【０１１６】
このとき、内・外周の突起を同じ方向の連続の螺旋突起としておけば、鋼管の回転により外周突起は鋼管を地中へ貫入させるための推進力を発揮し、内周突起は鋼管内へ取り込んだ土を上方へスムーズに上昇させる働きをする機能を発揮するため、施工性の優れた構成とすることができる。このとき、内・外周面ともにｐ／ｈ＝８〜１５、突起高さ５〜１５ｍｍの突起条件を選択すれば、内外周面とも同条件の突起を同様の延長方向形状で形成することになる。
【０１１７】
以上の構成の基礎杭の支持構造とすることにより、荷重作用時の根固め部の破壊を防止して、杭体から根固め部、さらに根固め部から支持地盤への効果的な荷重伝達を確保して、広範囲な地盤へ荷重を伝達することにより大きな支持力を発揮することができる。
【０１１８】
さらに、前述のとおり、鋼管先端断面からの先端支圧耐力、鋼管先端外周面に付設した突起による外周付着力は、いずれも根固め部を構成する固化体の強度ｑuに比例して大きくなることを勘案すると、根固め部固化体の強度ｑuを大きくすることにより、必要な定着長Ｓ１や鋼管先端から根固め底面までの長さＳ２をより小さくすることも可能となる。また、Ｓ１、Ｓ２が同じであれば耐力を高め、より安定的で余裕度の大きな支持構造体を構築することが可能となる。
【０１１９】
根固め部固化体の強度ｑuは、注入する固化液がセメントミルクの場合、そのＷ／Ｃ（Ｗ，Ｃはそれぞれ混合する水の重量、セメントの重量）に依存し、その値が小さいほど硬化後に大きな強度を発現するが、粘性が大きくなるためセメントミルクを地中深くまで圧送する際に生じる抵抗が大きくなって注入可能量が少なくなったり、大型のポンプを準備する必要が生じたり、という問題があり、セメントミルクのＷ／Ｃとしては６０％程度以上とするのが一般的であった。
【０１２０】
そのような問題を解決する方策として、コンクリートに用いられる流動化剤、減水剤、ＡＥ減水剤、あるいはその他の界面活性作用を有する混和剤をセメントミルクに混合しておくことにより、セメントミルクのＷ／Ｃを従来の６０％よりも小さな値として硬化後の固化体強度を向上しつつ、粘性の増大を軽減することが可能となる。
【０１２１】
同様の効果を有する別の方法として、セメントミルクの中に鋼繊維（スチールファイバー）、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの繊維状の引張補強材料を混合分散しておくことによっても根固め部固化体の強度の向上を図ることができる。
【０１２２】
特に、鋼管先端部外周面の突起による付着は、図１３に示すような放射状の割裂ひび割れsptが生じ、これによって付着耐力が決定される場合があることから、繊維材を混合して固化体の引張強度を向上させ、割裂ひび割れを防止することは必要な定着長Ｓ１の値を低減したり、あるいはより耐力の高い支持構造体を形成するのに効果的である。
【０１２３】
(5) 支持構造体の構築方法の例１
前述の内・外周面に突起２，３を設けた鋼管杭１を、その先端位置が地盤中の支持層２１上面付近、または支持層２１内の所定の深さに到達するまで貫入させ、根固め部１１を構築して、鋼管杭１先端をその内部に挿入する根固め鋼管杭の施工法である。
【０１２４】
オーガーヘッド２６を先端に取り付けたロッド２５を鋼管杭１内に挿入し、オーガーヘッド２６による掘削径を鋼管径未満とした状態でこれを回転させ、必要に応じてオーガーヘッド２６先端部から掘削水を吐出して地盤を掘削するとともに、鋼管杭１を回転させて（鋼管外周の螺旋状突起２の推進力を利用しながら）地盤中に貫入せしめる（図１４(a)参照）。
【０１２５】
オーガーヘッド２６の少なくとも先端部が支持層２１内に含まれる位置まで達した状態で、オーガーヘッド２６の掘削径を構築する根固め径に拡大する（図１４(b)参照）。
【０１２６】
少なくとも根固め底面が支持層２１内に位置するように所定の長さ（Ｈ≧Ｓ１＋Ｓ２）だけ地盤を拡大掘削しつつ、オーガーヘッド２６の先端から固化液２８を吐出して拡大した掘削翼により攪拌混合した後（図１４(c)参照）、拡大した掘削翼を再度縮小する。
【０１２７】
構築した根固め部１１内に先端部を少なくとも定着長さＳ１以上挿入した状態で前記の鋼管杭１を残置して、鋼管内のロッド２５とその先端部に連結されたオーガーヘッド２６を回収する（図１４(d)参照）。
【０１２８】
しかる時間が経過した後、固化液２８が硬化すれば所定の支持構造体が構築される。
【０１２９】
支持層２１より上方の一般部を掘削する際には、掘削径を鋼管径未満とした状態で先端部に１０ｍｍ程度の高さの小さな外周突起２を有する鋼管を回転貫入することにより、周面地盤の撹乱をさけて周面摩擦力の低下を防止し、根固め部１１の必要領域のみ拡大掘削して所定の支持構造体を構築することで、掘削土量を少なくして排土量を軽減する。
【０１３０】
また、オーガーヘッド２６を先端に取り付けたロッド２５を鋼管内に挿入した状態で掘進する構成とすることにより、孔壁の崩壊を防止し、根固め内に崩壊した土砂が混入することを防止でき、より品質の確実な支持構造体を構築できる。
【０１３１】
また、上記の支持構造体の構築において、支持層２１より上方の一般部を掘削する際に、オーガーヘッドを先端に取り付けたロッドを前記鋼管内に挿入し、オーガーヘッドによる掘削径を鋼管径より大きくした状態でこれを回転させ、オーガーヘッド先端部からセメントミルクなどの固化液を吐出して地盤を掘削・攪拌するとともに、前記鋼管杭を回転させて（鋼管外周の螺旋状突起の推進力を利用しながら）地盤中に貫入させることも可能であり、支持層付近の根固め部のみでなく、それより上方の一般部についても杭周辺地盤を改良することができ周面摩擦力を高めることもできる。
【０１３２】
上記の施工法において、鋼管杭の先端位置が地盤中の支持層上面あるいはその付近に到達した段階で鋼管の深度を固定して、オーガーヘッドのみを掘進させ、掘削径の拡大、根固め球根の構築終了後に、鋼管を所定の構築した根固め球根内に所定の長さだけ挿入するようにすれば、支持層への貫入時の鋼管の貫入抵抗力、回転抵抗力を小さくでき、施工機材の負荷や施工時間を軽減できる。
【０１３３】
(6) 支持構造体の構築方法の例２
前述の内・外周面に突起２，３を設けた鋼管杭１を、その先端位置が地盤中の支持層２１上面付近、または支持層２１内の所定の深さに到達するまで貫入させ、根固め部１１を構築して、鋼管杭１先端をその内部に挿入する根固め鋼管杭の施工法である。
【０１３４】
鋼管杭１の外径より大きな掘削径（鋼管径＋１００〜４００ｍｍ）を有するオーガーヘッド２６を先端に取り付けたロッド２５を回転させ、必要に応じてオーガーヘッド２６先端部から真水あるいはベントナイト泥水など掘削液、あるいはセメントミルクなどの固化液２７を吐出しながら地盤中を掘進する（図１５(a)参照）。
【０１３５】
オーガーヘッド２６の少なくとも先端部が支持層２１内に含まれる位置まで達した状態で、オーガーヘッド２６の掘削径を構築する根固め径に拡大して（図１５(b)参照）、少なくとも根固め底面が支持層２１内に位置するように所定の長さ（Ｈ≧Ｓ１＋Ｓ２）だけ地盤を拡大掘削しつつ、オーガーヘッド２６の先端からセメントミルクなどの固化液２８を吐出して拡大した掘削翼により攪拌混合した後（図１５(c)参照）、拡大した掘削翼を再度縮小して回収する（図１５(d)参照）。
【０１３６】
次いで、固化液２８が硬化する前に前述の内・外周面に突起２，３を設けた鋼管杭１を前記の掘削孔に沈設し（図１５(e)参照）、構築した根固め部１１内に先端部を少なくとも定着長さＳ１以上挿入した状態で前記の鋼管杭１を残置する（図１５(f)参照）。
【０１３７】
固化液２８が硬化すれば所定の支持構造体が構築される。
【０１３８】
プレボーリングタイプの施工法では、鋼管を回転させずに沈設していくことも可能であるため、鋼管杭１先端部の外周突起２、あるいは内・外周突起２，３を螺旋状とせず、より製造の容易な環状リング構造とすることもできる。
【０１３９】
また、オーガーヘッド２６が連結されたロッド２５と鋼管杭１を同時に回転させながら、地盤中に貫入していく必要がないため施工機材を単純化、小型化することが可能である。
【０１４０】
孔壁が崩れることなく品質を確保できる地盤条件で、かつ固化液２８が硬化するまでの時間で鋼管杭１の沈設が可能な比較的杭長の小さな条件に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】根固め部の概略構造と耐力機構の概念図である。
【図２】解析モデル図である。
【図３】根固め部の耐力機構に関する解析結果を示したものであり、(a)は荷重分担図、(b)は軸力図である。
【図４】定着長の違いによる耐力の変化に関する解析結果の例を示したものであり、(a)は全体耐力についてのグラフ、(b)は先端支圧についてのグラフ、(c)は外周付着についてのグラフである。
【図５】従来型の根固め部固化体の押抜きせん断破壊の概念図である。
【図６】本発明における根固め部の形状のモデル図である。
【図７】鋼管先端から根固め底面までの距離による支持力の違いに関する解析結果の例を示したものであり、(a)は載荷重―載荷点変位関係のグラフ、(b)は根固め底面の変位分布のグラフである。
【図８】鋼管先端から根固め底面までの距離による支持力の変化を示めすグラフである。
【図９】Ｄg／Ｄpと必要な定着長さＳ１の関係を示すグラフである。
【図１０】突起付着部の破壊パターンを示す概念図である。
【図１１】溶接ビードによる突起の断面形状の例を示す説明図である。
【図１２】突起の巻き方の例の説明図である。
【図１３】根固め部固化体の放射状の割裂破壊の説明図である。
【図１４】中掘りタイプの施工法における施工手順を示す概要図である。
【図１５】プレボーリングタイプの施工法における施工手順を示す概要図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１…鋼管杭、２…突起（外周）、３…突起（内周）、１１…根固め部、２１…支持層、２５…ロッド、２６…オーガーヘッド、２７…固化液（低濃度）２８…固化液
【図１】
2007032044.tif 000005
【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】
2007032044.tif 000013
【図１０】
2007032044.tif 000014
【図１１】
2007032044.tif 000015
【図１２】
2007032044.tif 000016
【図１３】
2007032044.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
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