(57)【要約】【課題】軟弱地盤上に建造物を構築する際に、従来よりも外径の小さい軽量な軸力杭を用いて、低コストで、比較的短期間に施工することが可能な基礎構造を提供することを目的とする。【解決手段】表層の直下に軟弱層が形成された地面上に建てられる住宅の荷重を支えるべた基礎、及び倉庫、工場その他の、床面が広い建物１階の荷重のみを支える床部それぞれの沈下を防止する基礎構造であって、上記荷重のうちの鉛直荷重が５０キロニュートン／平方メートル以下であるときは、上記べた基礎及び前記床部の直下に所定本数設置した、外径が７ｍｍから３２ｍｍの丸鋼若しくは外径が１０ｍｍから４１ｍｍの鉄筋又は外径が２１．７ｍｍから１０１．６ｍｍの鋼管からなる単体の軽軸力杭により、該べた基礎又は該床部に加わる荷重を支持地盤に伝達することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層の直下に軟弱層が形成された地面上に建てられる住宅の荷重を支えるべた基礎、及び倉庫、工場その他の、広い床面を有する建物における１階の荷重のみを支える床部それぞれの沈下を防止する基礎構造であって、
前記荷重のうちの鉛直荷重が５０キロニュートン／平方メートル以下であるとき、前記べた基礎及び前記床部の直下に所定本数設置した、外径が７ｍｍから３２ｍｍの丸鋼若しくは外径が１０ｍｍから４１ｍｍの鉄筋又は外径が２１．７ｍｍから１０１．６ｍｍの鋼管からなる単体の軽軸力杭により、該べた基礎又は該床部に加わる荷重を支持地盤に伝達することを特徴とする基礎構造。
【請求項２】
前記支持地盤は、前記軟弱層の直下に形成された支持層又は該支持層よりＮ値の低い中間層であることを特徴とする請求項１項記載の基礎構造。
【請求項３】
前記軸力杭の杭頭それぞれは、前記べた基礎又は前記床に固定されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の基礎構造。
【請求項４】
前記べた基礎又は前記床部の直下に設置された前記軽軸力杭の許容支持力がＲａキロニュートンであり、前記鉛直荷重がＷキロニュートン/平方メートルであるとき、一平方メートル当たりに設置される前記軽軸力杭の本数Ｘは、Ｗ／Ｒａ以上であることを特徴とする請求項１から３のうちの何れか１項記載の基礎構造。
【請求項５】
前記軽軸力杭が前記丸鋼である場合の前記本数Ｘは、前記鉛直荷重が一平方メートル当たり１０キロニュートン以下のときは、少なくとも２本、該鉛直荷重が一平方メートル当たり１０キロニュートンを超え、３０キロニュートン以下のときは、少なくとも６本、該鉛直荷重が一平方メートル当たり３０キロニュートンを超え、５０キロニュートン以下のときは、少なくとも１０本であることを特徴とする請求項４記載の基礎構造。
【請求項６】
前記軽軸力杭が前記鉄筋である場合の前記本数Ｘは、前記鉛直荷重が一平方メートル当たり１０キロニュートン以下のときは、少なくとも２本、該鉛直荷重が一平方メートル当たり１０キロニュートンを超え、３０キロニュートン以下のときは、少なくとも５本、該鉛直荷重が一平方メートル当たり３０キロニュートンを超え、５０キロニュートン以下のときは、少なくとも８本であることを特徴とする請求項４記載の基礎構造。
【請求項７】
前記軽軸力杭が前記鋼管である場合の前記本数Ｘは、
前記鉛直荷重が一平方メートル当たり１０キロニュートン以下のときは、少なくとも１本、
該鉛直荷重が一平方メートル当たり１０キロニュートンを超え、３０キロニュートン以下のときは、少なくとも２本、
該鉛直荷重が一平方メートル当たり３０キロニュートンを超え、５０キロニュートン以下のときは、少なくとも３本であることを特徴とする請求項４記載の基礎構造。
【請求項８】
前記軽軸力杭が丸鋼又は鉄筋である場合の前記本数Ｘは、
前記鉛直荷重が一平方メートル当たり１０キロニュートン以下のときは、外径１９ｍｍのものが４本、
該鉛直荷重が一平方メートル当たり１０キロニュートンを超え、３０キロニュートン以下のときは、外径２２ｍｍのものが９本、
該鉛直荷重が一平方メートル当たり３０キロニュートンを超え、５０キロニュートン以下のときは、外径２８ｍｍのものが１２本であることを特徴とする請求項５又は６記載の基礎構造。
【請求項９】
前記軽軸力杭が鋼管である場合の前記本数Ｘは、
前記鉛直荷重が一平方メートル当たり１０キロニュートン以下のときは、外径４２．７ｍｍのものが２本、
該鉛直荷重が一平方メートル当たり１０キロニュートンを超え、３０キロニュートン以下のときは、外径４２．７ｍｍのものが５本、
該直荷重が一平方メートル当たり３０キロニュートンを超え、５０キロニュートン以下のときは、外径７６．３ｍｍのものが５本であることを特徴とする請求項７記載の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建造物の基礎を杭で支持する基礎構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、建造物の基礎を支持する支持杭に建造物の鉛直力と地震時の水平力とを負担させるのが一般的である。そのため、軟弱地盤の場合には大きな水平耐力が要求され、支持杭の本数を増やすか、高耐力の支持杭を用いる必要が生じ、コスト高となるうえ、施工性が低下にし、工期が長くなるという問題があった。それを解決するため、支持杭よりも短尺の補助杭を用いて水平力を分担させる方法が多数開示されている（特許文献１から３参照）。一方、建造物の鉛直荷重と水平荷重を杭基礎で支持する基礎構造は、杭本数が多くなりがちであることから、杭基礎と、建造物の重量の一部を地盤の地耐力で支持する直接基礎とを併用する併用基礎（パイルド・ラフト工法）が提案されている（特許文献４参照）。しかしながら、液状化層や圧密沈下の可能性がある軟弱地盤においては、全ての荷重を杭基礎が負担することになるため、その利点が失われる。そこで、杭基礎と杭基礎との間の直接基礎に、中間層まで達する補助基礎体を設置し、建造物の荷重を中間層に伝達し、建造物の荷重で建造物が沈下するのを防止する方法が提案されている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１７１９２４号公報
【特許文献２】特開平４−２２８７２７号公報
【特許文献３】特開２００３−３０１４６９号公報
【特許文献４】特開２００７−１１３２０２号公報
【特許文献５】特開２００２−１２９５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、建築物における基礎の支持機構が異なる工法は、建築物の構造、形態及び地盤の状況を考慮した構造計算又は実験によって構造耐力上安全であることが確かめられた場合を除き、原則的に禁止されている。そこで、軟弱地盤などに建造物を構築する場合は、沈下防止などのため、全荷重を杭基礎で支持するように設計するのが一般的である。しかしながら、場所打ちの杭は工期がかかるうえ割高になり、既製のコンクリート杭は、外径が３００ｍｍと比較的細いものでも、重量が５００ｋｇを超え、また外径が１１４ｍｍの比較的軽量な鋼管でも、重量が１２０ｋｇを超えるので、現場に杭を搬入するのも容易ではない。さらに、施工には重機が必要となり、特に狭隘な敷地においては、重機の搬入や設置が不可能なため、施工が困難である。
本発明は、上記事情に鑑み、軟弱地盤上に建造物を構築する際に、従来よりも外径の小さい軽量な軸力杭を用いて、低コストで、比較的短期間に施工することが可能な基礎構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の基礎構造は、表層の直下に軟弱層が形成された地面上に建てられる住宅の荷重を支えるべた基礎、又は倉庫、工場その他の、広い床面を有する建物における１階の荷重のみを支える床部それぞれの沈下を防止する基礎構造であって、前記荷重のうちの鉛直荷重が５０キロニュートン／平方メートル以下であるとき、上記べた基礎及び上記床部の直下に所定本数設置した、外径が７ｍｍから３２ｍｍの丸鋼若しくは外径が１０ｍｍから４１ｍｍの鉄筋又は外径が２１．７ｍｍから１０１．６ｍｍの鋼管からなる単体の軽軸力杭により、該べた基礎又は該床部に加わる荷重を支持地盤に伝達することを特徴とする。
このように、べた基礎や床コンクリートに加わる荷重を、直下に所定本数設置した軽軸力杭でおおむね均等に支持するので、表層の直下に軟弱層が形成された地面上に建てる場合においても、外径の細い丸鋼、異形鉄筋、小口径鋼管を軽軸力杭として用いることができる。また軽量な杭を用いれば、人力で運搬し、設置することが可能であり、狭隘な敷地における施工が容易である。さらに、べた基礎や床コンクリートに加わる荷重を概ね均等に支持することにより、べた基礎や床コンクリートの厚さを小さくすることができる。また、１階の荷重を他の荷重とは別個に支えるので、それぞの荷重が小さくなり、杭基礎のサイズダウンを図ることもできる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の基礎構造によれば、軟弱地盤上に倉庫又は工場などの床面積の広い建物を構築する場合の１階床コンクリートや、軟弱地盤上に住宅を建てる場合のべた基礎を、従来よりもさらに外径の小さい軽量な軸力杭を複数設置して沈下防止を図ることができるので工期の短縮やコスト削減が図れるほか、重機による施工や重機による杭材運搬が困難な狭い敷地や取付け道路が狭隘な場所でも、人力により施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、軟弱地盤を含む三層構造の地盤上に倉庫又は工場を建てる場合に適用される、第一の実施形態の基礎構造の一例を示す図である。
【図２】図２は、軟弱地盤を含む二層構造の地盤上に倉庫又は工場を建てる場合に適用される、第一の実施形態の基礎構造の一例を示す図である。
【図３】図３は、軟弱地盤を含む三層構造の地盤上に倉庫又は工場を建てる場合に適用される、従来の基礎構造の一例を比較例として示す図である。
【図４】図４は、軟弱地盤を含む二層構造の地盤上に倉庫又は工場を建てる場合に適用される、従来の基礎構造の一例を比較例として示す図である。
【図５】図５は、本実施形態の軽軸力杭を地中に設置する方法（墨出し）の一例を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態の軽軸力杭を地中に設置する方法（表層先行掘削）の一例を示す図である。
【図７】図７は、本実施形態の軽軸力杭を地中に設置する方法（リーダ設置）の一例を示す図である。
【図８】図８は、本実施形態の軽軸力杭を地中に設置する方法（杭建込）の一例を示す図である。
【図９】図９は、本実施形態の軽軸力杭を地中に設置する方法（杭打込）の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の軽軸力杭を地中に設置する方法（施工終了）の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、軟弱地盤を含む三層構造の地盤上に住宅を建てる場合に適用される、第二の実施形態の基礎構造の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、軟弱地盤を含む二層構造の地盤上に住宅を建てる場合に適用される、第二の実施形態の基礎構造の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、軟弱地盤を含む三層構造の地盤上に住宅を建てる場合に適用される、従来の基礎構造の一例を比較例として示す図である。
【図１４】図１４は、軟弱地盤を含む二層構造の地盤上に住宅を建てる場合に適用される、従来の基礎構造の一例を比較例として示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[第一の実施形態]
図１及び図２は、表層の直下に軟弱層が形成された三層構造又は二層構造の地盤上に倉庫又は工場を建てる場合に適用される、第一の実施形態の基礎構造の一例を示す図であり、図３及び図４は、比較例として、従来の基礎構造の一例を示す図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の基礎構造が適用される倉庫又は工場１は、１階床２の固定荷重と積載荷重及び１階床２に加わる水平荷重のみを支えるように、建物の１階床２が壁面や柱等３との繋がりを断ち、構造上独立させてある。また、１階床２を除いた柱、壁、及び屋根を含む、建物の２階以上の部分の固定荷重、積載荷重及び水平荷重は、地中梁４、基礎５及び杭６で支えるように構成されている。そして、倉庫又は工場の広い１階床２の直下には、一平方メートル当たり所定本数の小径の軽軸力杭１０が人力で設置され、地上に突き出した軽軸力杭１０の周囲に、例えば断熱部材を敷き詰め、その上に、鉄筋コンクリートの床２が形成される。軽軸力杭１０は、杭頭がその鉄筋コンクリートに固定されている。軽軸力杭１０は、軟弱層１００の直下に形成されたN値が３５程度の中間層２００あるいは支持層３００まで打ち込まれ、それらの摩擦力で１階床に加わる固定荷重及び積載荷重を支える。
ここで、軽軸力杭１０は、例えば地上に突き出した杭頭部分を３０ｍｍ以上、鉄筋コンクリートの床２に飲み込ませて固定することができる。このように、杭頭の一部を鉄筋コンクリートに飲み込ませるので、地盤が沈下し、軽軸力杭に負の摩擦力が生じても、床の鉄筋コンクリートから軽軸力杭が外れることはない。また、予め実施した地盤調査の結果に基づいて、軽軸力杭の長さが決まるので、一本の丸鋼若しくは鉄筋、又は鋼管では、長さが不足する場合には、圧接、重ね継手、ねじ込み継手、食い込み継手、継手溶接などの方法で接続し、必要な長さを確保することができる。
【０００９】
次に、図１及び図２に示す本実施形態の基礎構造の特徴を、図３及び図４に示す従来例の基礎構造と対比して説明する。
従来例の倉庫又は工場は、図３及び図４に示すように、建物の荷重を、１階床２及び小梁７で受け、１階床２及び小梁７を含む全荷重を地中梁４で受け、その地中梁４に加わる荷重を基礎５で受け、基礎５に加わる荷重を杭６が支持層に伝達するという構造になっている。これに対し、本実施形態における基礎構造は、１階床２の荷重と、１階床以外の荷重とを、それぞれ別個に支えるので、建物全体を基礎５と杭６で支える場合に比べると、それぞれが支える荷重は軽くなる。したがって、地中梁４、基礎５及び杭６それぞれがサイズダウンできる。また、１階床２に加わる荷重も、床面全体で均等に支えるので、床厚を小さくすることができ、一平方メートル当たりの重量は、軽くなり、人力で施工可能な小径の軽軸力杭１０を複数本設置することにより、その摩擦力で支えることができる。
【００１０】
図５から図１１は、本実施形態の軽軸力杭を地中に設置する方法の一例を示す図である。
先ず、図５に示すように、墨出しを行い、建物を建てる規準線を引いておく。次に、図６に示すように、比較的硬い表層に、ドリルなどで孔をあける。そして、図７に示すように、孔付近の地面に垂直にリーダを設置する。次に、図８に示すように、リーダに沿わせて軽軸力杭１０を建込み、図８に示すように、ハンマーなどの打撃具で杭頭を打ち、図９に示すように、中間層２００又は支持層３００に軽軸力杭１０の先端が所定長食い込むまで続ける。ここでは、孔付近の地面に垂直にリーダを設置しているが、必ずしもこの方法に限定する必要はなく、孔の真上にやぐらを組んで、杭頭にモンケンを落下させる方法など用いることもできる。
【００１１】
次に、本実施形態の基礎構造において、設置される軽軸力杭の本数と、軽軸力杭で支える荷重との関係について説明する。
軽軸力杭１０の許容支持力Ra（キロニュートン）、１階床の固定荷重と積載荷重の和W（キロニュートン/平方メートル）とすれば、一平方メートル当たりの設置本数ＸがW/Ra以上であれば、軽軸力杭１０によって１階床の沈下を防ぐことができる。
いま軽軸力杭１０の先端の支持力は０と見做せるので、軽軸力杭１０の極限支持力Ru（キロニュートン）は、軽軸力杭１０の極限周面摩擦力Rｆ（キロニュートン）に等しい。また、軽軸力杭１０の極限周面摩擦力Rf（キロニュートン）は、砂質土部分の限界周面摩擦力Rs（キロニュートン）、と粘性土部分の限界周面摩擦力Rs（キロニュートン）との和である。
したがって、安全係数３を見込み、軽軸力杭１０の許容支持力Raは、（１）式で求められる。
【数１】
2012140802.tif 000003
また、砂質土部分の限界周面摩擦力Rs（キロニュートン）は、砂質土の杭周辺地盤の平均N値Ns、杭の周長Φ(メートル)、杭の砂質土部分の長さLs(メートル)とすれば、Rsは、（２）式で求められる。
【数２】
2012140802.tif 000004
さらに、粘性土部分の限界周面摩擦力Rｃ（キロニュートン）は、砂質土のせん断強さCu(キロニュートン/平方メートル）、軽軸力杭１０の周長Φ(メートル)、粘性土部分の長さLｃ(メートエル)とすれば、（３）式で求められる。
【数３】
2012140802.tif 000005
また、水平地盤反力係数Kｈ（キロニュートン／立方メートル）、軽軸力杭１０の外径D（メートル）、曲げ剛性EI（キロニュートン・平方メートル）、としたとき、軽軸力杭１０と地盤との相対剛性β（１/メートル）は、（４）式で与えられる。
【数４】
2012140802.tif 000006
さらに、定数α、群杭の影響を考慮した係数ε（単杭の場合は１）、変形係数Eo（キロニュートン/平方メートル）、杭径D（メートル）とすると、水平地盤反力係数Kｈ（キロニュートン／立方メートル）は、（５）式で与えられる。
【数５】
2012140802.tif 000007
また、水平荷重をQ（キロニュートン）、杭頭が地上に露出している長さをh(メートル)としたとき、杭頭の曲げモーメントMo（キロニュートン・メートル）は、（６）式で求められる。
【数６】
2012140802.tif 000008
さらに、地上に突き出した高さｈ（メートル）の部分における水平方向変位ｙo（メートル）は、（７）式で、地表面における水平方向変位ｙGLは、（８）式でそれぞれ求められる。
【数７】
2012140802.tif 000009
【数８】
2012140802.tif 000010
【００１２】
以上の算出式をもとに、地上に突き出した高さｈ（メートル）の部分における水平方向の変位ｙo（メートル）が高さh(メートル)の１２０分の１以下になること、及び軽軸力杭が引張り力と曲げモーメントを受ける場合の組合せ応力の許容引張応力度に対する比が１以下となることを条件に、砂質土及び粘性土のN値Nｓ、Nｃ、砂質土層及び粘性土層の長さLs、Lｃ、建物の床面積、床荷重、積載荷重、軽軸力杭の規格値をパラメータとして一平方メートル当たりの所要本数、さらには均等に打ち込むための設置本数を求めることができる。
ここでは、１階床面積が１０００平方メートルの倉庫又は工場の１階床の鉛直荷重が１０（キロニュートン/平方メートル）、３０（キロニュートン/平方メートル）、５０（キロニュートン/平方メートル）それぞれの場合を想定し、各鉛直荷重の１階床を、外径７ｍｍから３２ｍｍの丸鋼、最大外径１０ｍｍから４１ｍｍの異形鉄筋、外径２１．７ｍｍから１０１．６ｍｍの鋼管それぞれで支える場合に、床面一平方メートル当たり何本の杭を設置すればよいかを求め、杭頭部における水平方向の変位ｙoが杭の地上部分の高さh(メートル)の１２０分の１以下であるか否か、さらに許容引張応力度に対する曲げと引張との組合せ応力の比が１以下となっているか否かによって、各外径の軽軸力杭それぞれの適否を判定した。
【００１３】
表１から表９は、軟弱層を含む二層構造の地盤上に、１階床面積が１０００平方メートルの倉庫又は工場を建てる場合を例として軽軸力杭の所要本数と、実際に設置する設置本数Nとの算出結果を示す表である。表１から表３は、軽軸力杭が丸鋼の場合、表４から表６は、軽軸力杭が異形鉄筋の場合、表７から表９は、軽軸力杭が鋼管の場合それぞれの、各床荷重に対する算定結果である。
なお、地盤が軟弱層を含む三層構造である場合も、砂質土及び粘性土のN値Nｓ、Nｃ、砂質土層及び粘性土層の長さLs、Lｃ、が同じ場合には、軽軸力杭が長くなるだけで、所要本数、及び設置本数は変わらないので、表及び説明は省略する。
【表１】
2012140802.tif 000011
表１から、１階床の鉛直荷重が１０キロニュートン/平方メートルの場合の丸鋼の所要本数は、１６ｍｍのものは５本、１９ｍｍのものは４本、２２ｍｍから２８ｍｍのものは３本、３２ｍｍのものは２本であることがわかる。ちなみに、設置本数Nは、１６ｍｍのものは５本、１９ｍｍから２２ｍｍのものは４本、３２ｍｍのものは２本である。
【表２】
2012140802.tif 000012
表２から、１階床の鉛直荷重が３０キロニュートン/平方メートルの場合の丸鋼の所要本数は、１３ｍｍのものは１７本、１６ｍｍのものは１３本、１９ｍｍのものは１１本、２２ｍｍのものは９本、２５ｍｍのものは８本、
２８ｍｍのものは７本、３２ｍｍのものは６本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、１３ｍｍのものは２５本、１６ｍｍと１９ｍｍのものは１６本、２２ｍｍのものは９本、２５ｍｍと２８ｍｍのものは８本、３２ｍｍのものは６本である。
【表３】
2012140802.tif 000013
表３から、１階床の鉛直荷重が５０キロニュートン/平方メートルの場合の丸鋼の所要本数は、１６ｍｍのものは２２本、１９ｍｍのものは１８本、２２ｍｍのものは１５本、２５ｍｍのものは１３本、２８ｍｍのものは１２本、
３２ｍｍのものは１０本であることがわかる。ちなみに、設置本数Nは、１６ｍｍのものは２２本、１９ｍｍのものは１８本、２２ｍｍと２５ｍｍのものは１６本、２８ｍｍと３２ｍｍのものは１２本である。
【表４】
2012140802.tif 000014
表４から、１階床の鉛直荷重が１０キロニュートン/平方メートルの場合の異形鉄筋の所要本数は、１３ｍｍのものは６本、１６ｍｍのものは５本、１９ｍｍのものは4本、２２ｍｍから２９ｍｍのものは３本、３２ｍｍから４１ｍｍのものは２本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、１３ｍｍのものは６本、１６ｍｍのものは５本、１９ｍｍから２９ｍｍのものは４本、３２ｍｍから４１ｍｍのものは２本である。
【表５】
2012140802.tif 000015
表５から、１階床の鉛直荷重が３０キロニュートン/平方メートルの場合の異形鉄筋の所要本数は、１３ｍｍのものは１７本、１６ｍｍのものは１３本、１９ｍｍのものは１１本、２２ｍｍのものは９本、２５ｍｍのものは８本、２９ｍｍのものは７本、３２ｍｍと３５ｍｍのものは６本、３８ｍｍと４１ｍｍのものは５本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、１３ｍｍのものは１８本、１６ｍｍのものは１６本、１９ｍｍのものは１２本、２２ｍｍから３５ｍｍのものは９本、３８ｍｍと４１ｍｍのものは５本である。
【表６】
2012140802.tif 000016
表６から、１階床の鉛直荷重が５０キロニュートン/平方メートルの場合の異形鉄筋の所要本数は、１３ｍｍのものは２８本、１６ｍｍのものは２２本、１９ｍｍのものは１８本、２２ｍｍのものは１５本、２５ｍｍのものは１３本、２９ｍｍのものは１２本、３２ｍｍと３５ｍｍのものは１０本、３８ｍｍのものは９本、４１ｍｍのものは８本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、１３ｍｍのものは２８本、１６ｍｍのものは２５本、１９ｍｍのものは２０本、２２ｍｍと２５ｍｍのものは１６本、２９ｍｍから３５ｍｍのものは１２本、３８ｍｍと４１ｍｍのものは９本である。
【表７】
2012140802.tif 000017
表７から、１階床の鉛直荷重が１０キロニュートン/平方メートルの場合の鋼管の所要本数は、２７．２ｍｍのものは３本、３４ｍｍから６０．５ｍｍのものは２本、７６．３ｍｍから１０１．６ｍｍのものは１本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、２７．２ｍｍのものは４本、３４ｍｍから６０．５ｍｍのものは２本、７６．３ｍｍから１０１．６ｍｍのものは１本である。
【表８】
2012140802.tif 000018
表８から、１階床の鉛直荷重が３０キロニュートン/平方メートルの場合の鋼管の所要本数は、２７．２ｍｍのものは８本、３４ｍｍのものは６本、４２．７ｍｍのものは５本、４８．６ｍｍと６０．５ｍｍのものは４本、７６．３ｍｍから８９．１ｍｍのものは３本、１０１．６ｍｍのものは２本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、２７．２ｍｍのものは９本、３４ｍｍのものは６本、４２．７ｍｍのものは５本、４８．６ｍｍから８９．１ｍｍのものは４本、１０１．６ｍｍのものは２本である。
【表９】
2012140802.tif 000019
表９から、１階床の鉛直荷重が５０キロニュートン/平方メートルの場合の鋼管の所要本数は、２７．２ｍｍのものは１２本、３４ｍｍのものは１０本、４２．７ｍｍのものは８本、４８．６ｍｍのものは７本、６０．５ｍｍのものは６本、７６．３ｍｍのものは５本、８９．１ｍｍのものは４本、１０１．６ｍｍのものは３本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、２７．２ｍｍと３４．０ｍｍのものは１２本、４２．７ｍｍのものは９本、４８．６ｍｍのものは８本、６０．５ｍｍのものは６本、７６．３ｍｍのものは５本、８９．１ｍｍから１０１．６ｍｍのものは４本である。
【００１４】
[実施例１]
１階床面積１０００平方メートルの倉庫又は工場を建てる場合に、外径４８．６ｍｍ（厚さ３．２ｍｍ）の鋼管を、１平方メートル当たり４本設置して１階床面を支える本実施形態の基礎構造による場合と、従来の杭基礎による場合とに要する概算費用を算定した結果は、表１０に示す通りである。その結果、本実施形態の基礎構造によると、約２４０万円のコストダウンできることがわかる。
【表１０】
2012140802.tif 000020
【００１５】
[第二の施形態]
第二の実施形態は、第一の実施形態に比べて、建物がべた基礎の上に建てる住宅であり、軽軸力杭の軸頭がべた基礎に完全に飲み込まれ、地上における露出部分がない点が相違する。
図１１及び図１２は、表層の直下に軟弱層が形成された三層構造又は二層構造の地盤上に住宅を建てる場合に適用される、第二の実施形態の基礎構造の一例を示す図であり、図１３及び図１４は、比較例として、従来の基礎構造の一例を示す図である。
図１１及び図１２に示すように、本実施形態の基礎構造が適用される住宅１１は、表層の直下に軟弱層１００が形成された三層構造又は二層構造の地盤上に、べた基礎１２を築き、その上に建てられている。べた基礎１２が築かれる地面には、小径の軽軸力杭１０が一平方メートル当たり所定本数、人力で設置され、地上にわずかに突き出した杭頭部分（３０ｍｍ以上）を飲み込んで、鉄筋コンクリートのべた基礎１２が構築されている。したがって、第一の実施形態の場合と異なり、第二の実施形態における軽軸力杭１０は、地上に露出した部分がない。
軽軸力杭１０は、N値が３５程度の中間層２００あるいは支持層３００まで打ち込まれ、それらの摩擦力で住宅１１の荷重を支える。なお、軽軸力杭１０をべた基礎１２に飲み込ませておけば、地盤が沈下し、軽軸力杭１０に負の摩擦力が生じても、べた基礎１２の鉄筋コンクリートから軽軸力杭１０が外れることはない。また、予め実施した地盤調査の結果に基づいて、軽軸力杭１０の長さが決まるので、一本の丸鋼若しくは鉄筋、又は鋼管では、長さが不足する場合には、圧接、重ね継手、ねじ込み継手、食い込み継手、継手溶接などの方法で接続し、必要な長さを確保することができる。
次に、図１１及び図１２に示す本実施形態の基礎構造の特徴を、図１３及び図１４に示す従来例の基礎構造と対比して説明する。
従来例の住宅は、例えば図１３及び図１４に示すように、建物の荷重は、基礎梁１３で受け、その基礎梁１３に加わる荷重を布基礎１４で受け、木杭や小口径の鋼管杭１５などで布基礎１４に加わる荷重を支持層に伝達する構造になっている。一方、本実施形態における基礎構造は、建物全体の荷重を、べた基礎で概ね均等に受け、さらにべた基礎に均等に加わる荷重を、人力で施工可能な小径の軽軸力杭を複数本バランスよく設置し、その摩擦力で支える。
【００１６】
次に、本実施形態の基礎構造において、設置される軽軸力杭の本数と、軽軸力杭で支える荷重との関係について説明する。
軽軸力杭の許容支持力Ra（キロニュートン）、住宅の固定荷重と積載荷重の和W（キロニュートン/平方メートル）とすれば、第一の実施形態と同様に、一平方メートル当たりの設置本数Ｘが、Ｗ／Ｒａ以上であれば、軽軸力杭によって１階床の沈下を防ぐことができる。従って、砂質土部分の限界周面摩擦力Rs（キロニュートン）、粘性土部分の限界周面摩擦力Rs（キロニュートン）とすれば、安全係数３を見込み、軽軸力杭の許容支持力Ra（キロニュートン）Raは、第一の実施形態と同様、（１）式で与えられる。また、砂質土部分の限界周面摩擦力Rs（キロニュートン）、粘性土の限界周面摩擦力Rｃ（キロニュートン）も、第一の実施形態と同様に、（２）式、（３）式でそれぞれ求めることができる。
ただし、第一の実施形態の場合と異なり、軽軸力杭の杭頭が地上に突き出した部分の長さｈ（メートル）は、ゼロとみなせるので、杭頭部の曲げモーメントMoは、（９）式で、杭頭の水平方向変位ｙ1は、（１０）式でそれぞれ与えられる。なお、βは、第一の実施形態と同様、（４）式で求めることができる。
【数９】
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【数１０】
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【００１７】
以上の算出式をもとに、杭頭部における水平方向の変位ｙ1（メートル）が１０ｍｍ以下になること、及び軽軸力杭が引張り力と曲げモーメントを受ける場合の組合せ応力の許容引張応力度に対する比が１以下となることを条件に、砂質土及び粘性土のN値Nｓ、Nｃ、砂質土層及び粘性土層の長さLs、Lｃ、建物の床面積、床荷重、積載荷重、軽軸力杭の規格値をパラメータとして一平方メートル当たりの所要本数、さらには実際に、均等に打ち込む際の設置本数を求めることができる。
ここでは、１階床面積が１００平方メートルの住宅の鉛直荷重が１０キロニュートン/平方メートル、３０キロニュートン/平方メートル、５０キロニュートン/平方メートルそれぞれの場合を想定し、各鉛直荷重に対して、外径７ｍｍから３２ｍｍの丸鋼、最大外径１０ｍｍから４１ｍｍの異形鉄筋、外径２１．７ｍｍから１０１．６ｍｍの鋼管それぞれで支える場合、べた基礎直下に一平方メートル当たり何本の杭を設置すればよいかを求め、さらに杭頭部における水平方向の変位ｙ1（メートル）が１０ｍｍ以下であるか否か、許容引張応力度に対する曲げと引張との組合せ応力の比が１以下になっているか否かによって適否を判定する。
【００１８】
表１０から表１８は、軟弱層を含む二層構造の地盤上に、１階床面積が１００平方メートルの住宅を建てる場合を例として軽軸力杭の所要本数と、実際に設置する設置本数Nとの算出結果を示す表である。表１０から表１２は、軽軸力杭が丸鋼の場合、表１３から表１５は、軽軸力杭が異形鉄筋の場合、表１６から表１８は、軽軸力杭が鋼管の場合それぞれの、各床荷重に対する算定結果である。
なお、地盤が軟弱層を含む三層構造である場合も、砂質土及び粘性土のN値Nｓ、Nｃ、砂質土層及び粘性土層の長さLs、Lｃ、が同じ場合には、軽軸力杭が長くなるだけで、所要本数、及び設置本数は変わらないので、表及び説明は省略する。
【表１１】
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表１１から、住宅の鉛直荷重が１０キロニュートン/平方メートルの場合の丸鋼の所要本数は、９ｍｍのものは９本、１２ｍｍと１３ｍｍのものは６本、１６ｍｍのものは５本、１９ｍｍから２８ｍｍのものは３本、３２ｍｍのものは２本であることがわかる。ちなみに、設置本数Nは、９ｍｍのものは９本、１２ｍｍと１３ｍｍのものは６本、１６ｍｍのものは５本、１９ｍｍから２８ｍｍのものは４本、３２ｍｍのものは２本である。
【表１２】
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表１２から、住宅の鉛直荷重が３０キロニュートン/平方メートルの場合の丸鋼の所要本数は、９ｍｍのものは２６本、１２ｍｍのものは１８本、１３ｍｍのものは１７本、１６ｍｍのものは１３本、１９ｍｍのものは１１本、２２ｍｍのものは９本、２５ｍｍのものは８本、２８ｍｍのものは７本、３２ｍｍのものは６本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、９ｍｍのものは３０本、１２ｍｍと１３ｍｍのものは２５本、１６ｍｍと１９ｍｍのものは１６本、２２ｍｍのものは９本、２５ｍｍと２８ｍｍのものは８本、３２ｍｍのものは６本である。
【表１３】
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表１３から、住宅の鉛直荷重が５０キロニュートン/平方メートルの場合の丸鋼の所要本数は、９ｍｍのものは４３本、１２ｍｍのものは３０本、１３ｍｍのものは２８本、１６ｍｍのものは２２本、１９ｍｍのものは１８本、２２ｍｍのものは１５本、２５ｍｍのものは１３本、２８ｍｍのものは１２本、３２ｍｍのものは１０本であることがわかる。ちなみに、設置本数Nは、９ｍｍのものは４５本、１２ｍｍのものは３０本、１３ｍｍのものは２８本、１６ｍｍのものは２５本、１９ｍｍのものは１８本、２２ｍｍと２５ｍｍのものは１６本、２８ｍｍのものは１２本、３２ｍｍのものは１０本である。
【表１４】
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表１４から、住宅の鉛直荷重が１０キロニュートン/平方メートルの場合の異形鉄筋の所要本数は、１０ｍｍのものは８本、１３ｍｍのものは６本、１６ｍｍのものは５本、１９ｍｍのものは4本、２２ｍｍから２９ｍｍのものは３本、３２ｍｍから４１ｍｍのものは2本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、１０ｍｍと１３ｍｍのものは９本、１６ｍｍのものは５本、１９ｍｍから２９ｍｍのものは4本、３２ｍｍから４１ｍｍのものは2本である。
【表１５】
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表１５から、住宅の鉛直荷重が３０キロニュートン/平方メートルの場合の異形鉄筋の所要本数は、１０ｍｍのものは２３本、１３ｍｍのものは１７本、１６ｍｍのものは１３本、１９ｍｍのものは１１本、２２ｍｍのものは９本、２５ｍｍのものは８本、２９ｍｍのものは７本、３２ｍｍと３５ｍｍのものは６本、３８ｍｍと４１ｍｍのものは５本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、１０ｍｍのものは２５本、１３ｍｍのものは１８本、１６ｍｍのものは１６本、１９ｍｍのものは１２本、２２ｍｍから３５ｍｍのものは９本、３８ｍｍと４１ｍｍのものは５本である。
【表１６】
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表１６から、住宅の鉛直荷重が５０キロニュートン/平方メートルの場合の鋼管の所要本数は、１０ｍｍのものは３８本、１３ｍｍのものは２８本、１６ｍｍのものは２２本、１９ｍｍのものは１８本、２２ｍｍのものは１５本、２５ｍｍのものは１３本、２９ｍｍのものは１２本、３２ｍｍと３５ｍｍのものは９本、３８ｍｍのものは９本、４１ｍｍのものは８本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、１０ｍｍのものは４０本、１３ｍｍのものは２８本、１６ｍｍのものは２５本、１９ｍｍのものは１８本、２２ｍｍと２５ｍｍのものは１６本、２９ｍｍから３５ｍｍのものは１２本、３８ｍｍと４１ｍｍのものは９本である。
【表１７】
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表１７から、住宅の鉛直荷重が１０キロニュートン/平方メートルの場合の鋼管の所要本数は、２１．７ｍｍのものは４本、２７．２ｍｍのものは３本、３４ｍｍから６０．５ｍｍのものは２本、７６．３ｍｍから１０１．６ｍｍのものは１本であることがわかる。
ちなみに、設置本数は、２１．ｍ７ｍｍと７．２ｍｍのものは４本、３４ｍｍから６０．５ｍｍのものは２本、７６．３ｍｍから１０１．６ｍｍのものは１本である。
【表１８】
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表１８から、住宅の鉛直荷重が３０キロニュートン/平方メートルの場合の鋼管の所要本数は、２１．７ｍｍのものは１０本、７．２ｍｍのものは８本、３４ｍｍのものは６本、４２．７ｍｍのものは５本、４８．６ｍｍと６０．５ｍｍのものは４本、７６．３ｍｍから８９．１ｍｍのものは３本、１０１．６ｍｍのものは２本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、２１．７ｍｍのものは１２本、２７．２ｍｍのものは９本、３４ｍｍのものは６本、４２．７ｍｍのものは５本、４８．６ｍｍから８９．１ｍｍのものは４本、１０１．６ｍｍのものは２本である。
【表１９】
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表１９から、住宅の鉛直荷重が５０キロニュートン/平方メートルの場合の鋼管の所要本数は、２１．７ｍｍのものは１６本、２７．２ｍｍのものは１２本、３４ｍｍのものは１０本、４２．７ｍｍのものは８本、４８．６ｍｍのものは７本、６０．５ｍｍのものは６本、７６．３ｍｍのものは５本、８９．１ｍｍのものは４本、１０１．６ｍｍのものは３本であることがわかる。ちなみに、設置本数は、２１．７ｍｍのものは１６本、２７．２ｍｍと３４．０ｍｍのものは１２本、４２．７ｍｍのものは９本、４８．６ｍｍと６０．５ｍｍのものは８本、７６．３ｍｍのものは５本、８９．１ｍｍから１０１．６ｍｍのものは４本である。
８．６ｍｍのものは８本、６０．５ｍｍのものは６本、７６．３ｍｍのものは５本、８９．１ｍｍから１０１．６ｍｍのものは４本である。
【００１９】
[実施例２]
１階床面積が７５平方メートルの２階建て住宅を建てる場合に最大外径２２ｍｍの異形鉄筋を、１平方メートル当たり４本設置してべた基礎を支える本実施形態の基礎構造による場合と、従来の鋼管杭による場合とに要する概算費用を算定した結果は、表１０に示す通りである。その結果、本実施形態の基礎構造によると、約５０万円から６０万円のコストダウンできることがわかる。
【表２０】
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【符号の説明】
【００２０】
１    倉庫又は工場
２    １階床
３    壁面や柱等
４    地中梁
５    基礎
６    杭
７    地中小梁
１０    軽軸力杭
１１    住宅
１２    べた基礎
１３    基礎梁
１４    布基礎
１５    鋼管杭
１００  軟弱層
２００  中間層
３００  支持層
【図１】
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【図２】
2012140802.tif 000034
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012140802.tif 000037
【図６】
2012140802.tif 000038
【図７】
2012140802.tif 000039
【図８】
2012140802.tif 000040
【図９】
2012140802.tif 000041
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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