(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭の先端部に略裁頭錐体状に形成した２段以上の拡底部を有するとともに、最上段の拡底部の支持面が支持層上面に位置するとともに、次段以下の拡底部が当該支持層中に位置することを特徴とする場所打ちコンクリート杭構造。
【請求項２】
上下に隣接する拡底部で、上段拡底部の支持面外周位置をＡ、下段拡底部の上端位置をＢ、上段拡底部の支持面内周位置をＣ、支持層土砂の内部摩擦角をφとして、ＢＣ≧ＡＣｔａｎ（４５°＋φ／２）としたことを特徴とする請求項１記載の場所打ちコンクリート杭構造。
【請求項３】
下段拡底部の上面傾斜角度βを４５°−φ／２以下としたことを特徴とする請求項２記載の場所打ちコンクリート杭構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、場所打ちコンクリート杭構造に関し、特に、複数段の拡底部を支持層中に埋設して、比較的小さい拡底径でも大きな拡底径と同等の支持力を得ることができる場所打ちコンクリート杭構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平６−４９８４２号公報に示されるように、杭の支持力を高めるために、杭の埋設部分に拡幅部を設けた節杭が提案されている。
しかし、この節杭の節部の抵抗力は、節部を直径とした仮想の杭としての土砂のせん断抵抗力であり、この抵抗力は底部支持力に比較してそれほど大きな値にはならないため、底部支持力と同じにするためには、多くの節を付けなければならず、コストアップになる。
また、節杭の掘削工法は、掘削バケットに取り付けたスクレーパーを油圧装置によって開閉することにより掘削孔を拡幅するが、油圧シリンダーの伸縮によってスクレーパーが開閉するため、バケットの径により油圧シリンダーの長さに限界があり、自ずと、バケットの径と油圧シリンダーの最大長（扉の最大開き長さ）が決められ、構造的に拡幅径は杭径の１．８〜１．９倍が限度である。
【０００３】
一方、場所打ちコンクリート杭としては、例えば、特開平５−３３９９４０号公報に示されるように、杭外周部の一部あるいは全部にリング状の連続リブを設けた場所打ちコンクリート杭がある。
しかし、上記従来の場所打ちコンクリート杭では、拡底径が大きくなるに従って、掘削時における応力開放による先端地盤のゆるみがより大きくなるため、先端支持力度（ｍ２当りの支持力）が低減する。
実設計においては、拡底径１．５ｍ以上の杭に対してβ＝１．０−０．３（Ｄ−１．５）／２．５なる低減係数を用いて支持力を低減している。
【０００４】
また、杭の掘削工法として、アースドリルエ法とリバースサーキュレーション工法の２種類があるが、アースドリル工法の方が安価なため、ほとんどの拡底杭はアースドリル工法で施工している。
このアースドリル工法は、掘削バケット内にある油圧ジャッキのシリンダーを上下させることにより、拡幅ビットを連結している連結ロッドを介して拡幅ビットを開閉し、拡底部を掘削して掘削土をバケット内に取り込む構造になっている。
しかしながら、拡幅ビットは、基部がヒンジ構造、先端部が掘削刃になっていることから、連結ロッドを長くして拡底径を広げようとしても、拡幅ビットの長さ以上にはならないことや、連結ロッドが拡幅ビットの基部に当ること等により、拡底径は自ずと制限され、拡底径はやはり杭径の１．８〜１．９倍が限度である。
【０００５】
このように、従来の場所打ちコンクリート杭では、大きな鉛直荷重が作用する場合には、拡底径を大きくしなければならないが、大きくすればするほど先端支持力の増加の割合が下がり、また、杭径も大きくしなければならなくなり、掘削土量及び残土量が増加し不経済となるという問題を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の場所打ちコンクリート杭構造が有する問題点に鑑み、  複数段の拡底部を支持層中に埋設して、比較的小さい拡底径でも大きな拡底径と同等の支持力を得ることができる場所打ちコンクリート杭構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の場所打ちコンクリート杭構造は、杭の先端部に略裁頭錐体状に形成した２段以上の拡底部を有するとともに、最上段の拡底部の支持面が支持層上面に位置するとともに、次段以下の拡底部が当該支持層中に位置することを特徴とする。
【０００８】
この場所打ちコンクリート杭構造は、杭の先端部に略裁頭錐体状に形成した２段以上の拡底部を有するとともに、最上段の拡底部の支持面が支持層上面に位置するとともに、次段以下の拡底部を当該支持層中に位置させることにより、複数段の拡底部を同一の支持層中に埋設して、比較的小さい拡底径でも大きな拡底径と同等の支持力を得ることができ、また、従来の拡底杭より杭径を小さくして、掘削土量や残土処分量、生コンクリート量を削減することにより、コストを低減するとともに地球環境に及ぼす影響を小さくすることができる。
【０００９】
この場合において、上下に隣接する拡底部で、上段拡底部の支持面外周位置をＡ、下段拡底部の上端位置をＢ、上段拡底部の支持面内周位置をＣ、支持層土砂の内部摩擦角をφとして、ＢＣ≧ＡＣｔａｎ（４５°＋φ／２）とすることができる。
ここで、「ＢＣ」は、上段拡底部の支持面外周位置Ａと下段拡底部の上端位置Ｂとの距離、「ＡＣ」は、上段拡底部の支持面外周位置Ａと上段拡底部の支持面内周位置Ｃとの距離を意味する（本明細書において、同じ）。
【００１０】
これにより、上段拡底部の外径、及び上段拡底部と下段拡底部との間隔を適正にすることができる。
【００１１】
また、下段拡底部の上面傾斜角度βを４５°−φ／２以下とすることができる。
【００１２】
これにより、下段拡底部の傾斜面が対数らせんのすべり面に交わらないようにすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の場所打ちコンクリート杭構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図３に、本発明の場所打ちコンクリート杭構造の一実施例を示す。
この場所打ちコンクリート杭構造は、杭１の先端部に略裁頭錐体状に形成した上下２段の拡底部２、３を有するとともに、最上段の拡底部２の支持面２１が支持層４の上面４ａに位置するとともに、次段以下の拡底部３が当該支持層４中に位置している。
【００１５】
拡底部２、３は、それぞれ裁頭錐体状に形成されるとともに、上段拡底部２の支持面外周位置をＡ、下段拡底部３の上端位置をＢ、上段拡底部の支持面内周位置をＣ、支持層土砂の内部摩擦角をφとして、ＢＣ≧ＡＣｔａｎ（４５°＋φ／２）となるように、上段拡底部２と下段拡底部３との間隔が設定されている。
また、下段拡底部３の上面傾斜角度βは、４５°−φ／２以下に設定されている。
【００１６】
杭の典型的な支持力機構は図４に示す通りであるが、これを本実施例の場所打ちコンクリート杭構造の上段拡底部２に応用すると、図１に示すように、上段拡底部２の支持面外周位置Ａ点からすべり面Ａ−Ｂが角度４５゜＋φ／２で発生し、このすべり面Ａ−Ｂが杭１の軸部１１とＢ点で交わる。
下段拡底部３はこのＢ点から始まり、下段拡底部３の傾斜面３１が対数らせんのすべり面に交わらないように、その角度は４５゜−φ／２以下とする。よってＢＣ＝ＡＣｔａｎ（４５＋φ／２）となる。
上段拡底部２の支持面２１は、図１では水平になっているが、支持面２１は水平でなくともよく、支持力に影響を及ぼさないすべり面Ａ−Ｂまで、つまり４５゜＋φ／２までは傾けることができる。
【００１７】
（実施例１）
図２（ａ）に示すように、アースドリル機５により軸径１２００ｍｍ、掘削長３１．０ｍの掘削を行った。支持層４は３．５５ｍ掘削している。
同図（ｂ）に示すように、拡底バケット５１を掘削孔５２に挿入し、上段拡底部２をその外径がφ２１００ｍｍになるように拡底掘削した。掘削底面は支持層４の上面４ａとした。
その後、同じ拡底バケット５１でもって、同図（ｃ）に示すように下段拡底部３を、その外径がφ２１００ｍｍになるように拡底掘削した。
この場合、支持層４の内部摩擦角φは４６．６゜であるから、４５−φ／２＝４５−４６．６／２＝２１．７゜となり、この２１．７゜よりも小さい角度である１２゜を上面傾斜角度βとして、下段拡底部３の上面傾斜面を掘削した。
また、図１に示すように、上段拡底部２の支持面２１（Ｃ点）から下段拡底部３の上端位置Ｂまでの長さは１．１３ｍであり、下段拡底部３の長さは２．１２ｍ、下段拡底部３の立ち上がり３２の長さは０．３ｍである。
【００１８】
（実施例２）
軸径１５００ｍｍ、掘削長４５．５ｍの杭築造において、図３（ａ）に示すように、まずアースドリル機５により、支持層４の上面４ａ（深さ４１．２３ｍ）まで杭１の軸部１１を埋設するための掘削を行った。
同図（ｂ）に示すように、拡底バケット５１を掘削孔５２に挿入し、上段の拡底部２をその外径がφ２６００ｍｍになるように拡底掘削した。掘削底面は支持層上面とした。
その後、軸部掘削用のバケット５３に入れ替えて、同図（ｃ）に示すように、軸部径でもって支持層４を４．２７ｍ掘削した。
そして、同図（ｄ）に示すように、下段の拡底部３をその外径がφ２６００ｍｍになるように拡底掘削した。
この場合、支持層４の内部摩擦角φは４６．６゜であるから、４５−φ／２＝４５−４６．６／２＝２１．７゜となり、この２１．７゜よりも小さい角度である１２゜でもって下段拡底部３の上面傾斜面３１を掘削した。
なお、上段拡底部２の支持面２１から下段拡底部３の上端位置までの長さは１．３８ｍであり、下段拡底部３の長さは２．５９ｍ、下段拡底部３の立ち上がり３２の長さは０．３ｍである。
【００１９】
表１に、本実施例の拡底杭における上段拡底部２の支持面２１の支持力と、従来の節杭の抵抗力とを比較した例を示す。
従来の節杭が、本実施例の拡底杭における上段拡底部２の支持面２１の支持力と同じ抵抗力を得るためには、節のある部分の長さを拡底径の６倍以上にする必要がある。この場合、節間隔は拡底径のほぼ２倍であるから、節の数は４個以上になる。
これに対し、本実施例の拡底杭の拡底部２、３は２箇所であり、この２段拡底杭の拡底の施工手間は、節杭の節の施工に対して半分以下の手間でよい。
【００２０】
【表１】
0003888888.tif 000002
【００２１】
表２に、本実施例の拡底杭の杭先端部の支持力と、従来の拡底杭の支持力とを比較した例を示す。
従来の拡底杭は軸径に対して最大の拡底径とし、本実施例の拡底杭も上下段拡底径ともそれと同じとしている。
支持力度（単位面積当りの支持力）は、上段拡底部２及び下段拡底部３とも、現在設計に用いている２５００ｋＮ／ｍ２である。支持層４へ拡底部２、３を余分に２．２〜２．９ｍ入れることにより、本実施例の２段拡底杭は、従来の拡底杭より杭径を３００〜４００ｍｍ小さくすることが可能である。
これにより、掘削土量や、残土処分量、生コンクリート量を約３割低減することができ、経済的効果や地球環境に及ぼす効果が非常に大きくなる。
【００２２】
【表２】
0003888888.tif 000003
【００２３】
表３に、本実施例の拡底杭における上段拡底部２の支持面２１の支持力と、１つの拡底部を円柱状に長くした従来の杭の周面摩擦力とを比較した例を示す。
拡底部を長くした従来の杭の杭周面摩擦力が、本実施例の拡底杭の上段拡底部２の支持面の支持力と同じ抵抗力を得るためには、拡底部のある長さを拡底径のほぼ１２倍に設計する必要がある。
すなわち、本実施例の２段拡底杭では拡底部のある長さは拡底径の２倍以下（表２参照）であるから、従来の拡底杭では、その約６倍の拡底部長さが必要となり、掘削土量や、残土処分量、生コンクリート量が多くなり、コストアップとなる。
【００２４】
【表３】
0003888888.tif 000004
【００２５】
以上、本発明の実施例を説明したが、例えば拡底部を３段以上設ける等、本発明の場所打ちコンクリート杭構造は、その要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の場所打ちコンクリート杭構造によれば、杭の先端部に略裁頭錐体状に形成した２段以上の拡底部を有するとともに、最上段の拡底部の支持面が支持層上面に位置するとともに、次段以下の拡底部を当該支持層中に位置させることにより、複数段の拡底部を同一の支持層中に埋設して、比較的小さい拡底径でも大きな拡底径と同等の支持力を得ることができ、また、従来の拡底杭より杭径を小さくして、掘削土量や残土処分量、生コンクリート量を削減することにより、コストを低減するとともに地球環境に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００２７】
また、上下に隣接する拡底部で、上段拡底部の支持面外周位置をＡ、下段拡底部の上端位置をＢ、上段拡底部の支持面内周位置をＣ、支持層土砂の内部摩擦角をφとして、ＢＣ≧ＡＣｔａｎ（４５°＋φ／２）とすることにより、上段拡底部の外径、及び上段拡底部と下段拡底部との間隔を適正にすることができる。
【００２８】
さらに、下段拡底部の上面傾斜角度βを４５°−φ／２以下とすることにより、下段拡底部の傾斜面が対数らせんのすべり面に交わらないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の場所打ちコンクリート杭構造の一実施例を示す断面図である。
【図２】  同実施例の場所打ちコンクリート杭構造の掘削工程を示す工程図である。
【図３】  本発明の他の実施例の場所打ちコンクリート杭構造の掘削工程を示す工程図である。
【図４】  杭の支持力を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ    支持面外周位置
Ｂ    下段拡底部の上端位置
Ｃ    支持面内周位置
Ａ−Ｂ    すべり面
１    杭
１１  軸部
２    上段拡底部
２１  支持面
３    下段拡底部
３１  上面傾斜面
３２  立ち上がり
４    支持層
４ａ  支持層上面
５    アースドリル機
５１  拡底バケット
５２  掘削孔
５３  軸部掘削用バケット
【図１】
0003888888.tif 000005
【図２】
0003888888.tif 000006
【図３】
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【図４】
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