(57)【要約】 【課題】特に地震時に軸力変動の激しい部位に配設されることで基礎下の複数の杭全体に発生する曲げモーメントの平準化を可能とした、杭頭が改良された杭頭改良型既成杭と、この杭頭改良型既成杭とコンクリート基礎からなる杭基礎構造体、さらに、一般の既成杭と杭頭改良型既成杭と基礎からなる二種以上の杭と基礎の構造体を提供すること。【解決手段】既成杭１と、既成杭１の杭頭上端に下端が固定される杭頭部材２と、からなり、杭頭部材２は、杭頭上端と接する下端の径が最も大きく、かつ、杭頭から離れるにつれて縮径して杭径未満の径となる、切頭円錐形を呈している、杭頭改良型既成杭１０である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既成杭と、該既成杭の杭頭上端に下端が固定される杭頭部材と、からなり、
前記杭頭部材は、前記杭頭上端と接する前記下端の径が最も大きく、かつ、杭頭から離れるにつれて縮径して杭径未満の径となる、切頭円錐形を呈している、杭頭改良型既成杭。
【請求項２】
前記杭頭部材が、前記切頭円錐形を呈した中空もしくは中実の部材であり、鋳鋼で形成されている請求項１に記載の杭頭改良型既成杭。
【請求項３】
下面に第一の溝を備えたコンクリート基礎と、
上面が前記第一の溝に固定され、下面に第二の溝を備えた鋼板と、
前記第二の溝に前記杭頭部材の上部が非固定状態で収容された請求項１に記載の杭頭改良型既成杭と、からなる杭基礎構造体。
【請求項４】
前記第二の溝と前記杭頭部材の間の隙間に緩衝材が配設されている請求項３に記載の杭基礎構造体。
【請求項５】
コンクリート基礎に対して、前記杭頭部材を具備しない複数の既成杭と、複数の請求項１または２に記載の杭頭改良型既成杭とが配設され、該杭頭改良型既成杭が配設されている箇所には請求項３または４に記載の杭基礎構造体が形成されている、二種以上の杭と基礎の構造体において、
前記コンクリート基礎のうち、地震時の軸力変動が相対的に大きな位置に前記杭頭改良型既成杭が配設されている、二種以上の杭と基礎の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭頭が改良された杭頭改良型既成杭と、この杭頭改良型既成杭とコンクリート基礎からなる杭基礎構造体、さらに一般の既成杭と杭頭改良型既成杭と基礎からなる二種以上の杭と基礎の構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オフィスビルや物流倉庫などの比較的大型の建物の基礎の支持構造として、PHC杭や鋼管杭といった既成杭の杭頭と基礎（たとえば鉄筋コンクリート製の基礎）を杭頭剛固定構造として接続する形態が一般に適用されている。
【０００３】
ここで、杭頭剛固定とは、杭頭と基礎の固定度が100%となるようにたとえば基礎に対して杭頭を杭径程度埋設等した固定構造であり、強固な接続構造を形成できる代わりに杭頭曲げモーメントが大きくなる傾向を有している。これに対して、杭頭ピン固定は杭頭と基礎の固定度が0%となるようにたとえば杭頭に基礎を載置しただけの構造であり、杭−基礎間の接続強度が弱い代わりに杭頭には曲げモーメントが発生しない。
【０００４】
このように、杭頭曲げモーメントが大きくなる傾向にある杭頭剛固定構造と、杭−基礎間の接続強度が不十分な杭頭ピン構造の双方のデメリットを解消するべく、杭頭固定度が0%と100%の間となる杭頭半固定構造（もしくは杭頭半剛接合構造）の適用事例が増加している。なお、この杭頭半固定における固定度は、杭頭に作用する軸力によって変動する。
【０００５】
すなわち、杭頭固定度が100%未満になることで、杭頭曲げモーメントが低減し、杭に生じる応力が低減する。
【０００６】
しかしながら、杭頭半固定構造は上記するように杭に作用する軸力によって固定度が変化し、固定度の変化に応じて杭頭に生じる曲げモーメントが変化することから（軸力依存性）、基礎を支持する複数の既成杭のうち、杭頭曲げモーメントが相対的に大きな既成杭が形成されるといった課題、言い換えれば既成杭ごとに杭頭曲げモーメントに分布が生じるといった課題を有している。
【０００７】
このことを図１１を参照して説明する。なお、図１１の既成杭Ｐには、地震時に発生する曲げモーメントも合わせて図示している。図１１で示すように、コンクリート基礎Ｂａに所定間隔で下方に凹部を備えたフーチングＢ'ａが設けられ、各フーチングＢ'ａに既成杭Ｐの杭頭が収容されて既成杭Ｐとコンクリート基礎Ｂａの杭頭半固定構造が形成されている。
【０００８】
各既成杭Ｐの直上には柱Ｃが配設され、二階スラブＳ（もしくは二階梁）が各柱Ｃに固定されている。また、柱ＣとスラブＳで形成された複数の構面のうち、窓や出入り扉といった開口のない構面にはブレースＢＬ（もしくはダンパー）が配設され、耐震補強が講じられている。
【０００９】
このような構造の建物に対し、地震時水平力が作用すると、ブレースＢＬを具備する構面の剛性向上に起因して、当該構面に対応する既成杭Ｐには地震時水平力による押込力と引抜力が常時の死荷重（長期荷重）に付加され、押込力が付加された箇所には一般の軸力１よりも大きな軸力２が作用して杭頭固定度が増加し、引抜力（死荷重に対して逆向きの力）が付加された箇所には軸力１よりも小さな軸力３が作用して杭頭固定度が低下することになる。
【００１０】
このことにより、一般の軸力１が作用している既成杭Ｐに発生する杭頭曲げモーメント（＋Ｍ１）に対し、軸力２が作用している既成杭Ｐに発生する杭頭曲げモーメント（＋Ｍ２）は大きくなり、軸力３が作用している既成杭Ｐに発生する杭頭曲げモーメント（＋Ｍ３）は逆に小さくなる。
【００１１】
一般部の既成杭Ｐに作用する軸力１に対して相対的に大きな軸力２が作用する既成杭Ｐの杭頭固定度は高くなり、杭頭曲げモーメントが大きくなるとともに応力集中も生じることから、軸力２が作用する既成杭Ｐはその仕様を高める必要がある。
【００１２】
ここで、杭頭半固定構造の杭基礎に関する技術が特許文献１，２に開示されている。
【００１３】
特許文献１に開示の構造物基礎の支持構造は、構造物基礎の底面に設けられた凹型支圧部に杭が嵌入することによって形成される構造物基礎の支持構造であり、構造物基礎の凹型支圧部が杭頭部の上に載置され、凹型支圧部と杭頭部の間に天端部から底面に向かって拡大する間隙が形成されているものである。
【００１４】
この支持構造によれば、高いせん断力伝達能力を確保しつつ、杭頭部に加わる曲げモーメントを低減できるとしているが、軸力変動の激しい部位の杭に関して杭頭の曲げモーメントを十分に低減できるか否かは定かでない。
【００１５】
一方、特許文献２に開示のコンクリート基礎の支持構造によれば、コンクリート基礎を杭の杭頭上に載置状態にて支持するとともに、杭の杭頭に当該杭頭の上端から下方へ向かって広がるテーパー部を設け、テーパー部の少なくとも一部をコンクリート基礎に埋設したものである。
【００１６】
この支持構造によれば、比較的低コストで施工性がよく、杭頭及び基礎に生じる曲げ応力を抑制でき、杭頭の破損を防止できるとしている。しかしながら、この技術は杭頭の肉厚をテーパー状に縮径させたものであり、杭頭に作用する過大なせん断力等、地震時断面力に対して鋳鋼等で杭頭のみを補強することができない。すなわち、杭頭のみを鋳鋼製にして杭頭の仕様を高めることは困難であることから、このような場合は杭全体を鋳鋼製にしなければならず、既成杭の製作コストが高価になってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−１６２２５９号公報
【特許文献２】特開２００５−２００８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、特に地震時に軸力変動の激しい部位に配設されることで基礎下の複数の杭全体に発生する曲げモーメントの平準化を可能とした、杭頭が改良された杭頭改良型既成杭と、この杭頭改良型既成杭とコンクリート基礎からなる杭基礎構造体、さらに、一般の既成杭と杭頭改良型既成杭と基礎からなる二種以上の杭と基礎の構造体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を達成すべく、本発明による杭頭改良型既成杭は、既成杭と、該既成杭の杭頭上端に下端が固定される杭頭部材と、からなり、前記杭頭部材は、前記杭頭上端と接する前記下端の径が最も大きく、かつ、杭頭から離れるにつれて縮径して杭径未満の径となる、切頭円錐形を呈しているものである。
【００２０】
本発明の杭頭改良型既成杭は、一般の既成杭（PHC杭、鋼管杭、SC杭等）の杭頭上端に杭頭部材が配設された構造を呈している。すなわち、別体の既成杭と杭頭部材が固定された構造を適用したことで、杭頭部材のみを既成杭と異なる仕様のものに調整自在となっている。なお、既成杭と杭頭部材の接合方法としては溶接等が挙げられる。
【００２１】
ここで、杭頭部材は、杭頭上端と接するその下端の径が最も大きく、かつ、杭頭から離れるにつれて縮径して杭径未満の径となる、切頭円錐形を呈している。このように切頭円錐形を呈した杭頭部材を適用することで、基礎のフーチングに生じる応力を既成杭に伝達できるとともに、杭頭固定度の低減を図ることができる。
【００２２】
たとえば、PHC杭からなる既成杭に対し、鋳鋼からなる杭頭部材を溶接等で固定して杭頭改良型既成杭を形成することができる。そのため、複数の既成杭が配設される基礎において、地震時において応力集中する位置に杭頭改良型既成杭を配設した場合に、杭頭改良型既成杭の杭頭部材のみを剛性の高い鋳鋼製とすることができ、杭製作コストが高騰することはない。なお、杭頭部材は、中空構造、中実構造のいずれであってもよく、要求される剛性に応じて適宜の形態の杭頭部材が適用できる。
【００２３】
また、本発明はコンクリート基礎と前記杭頭改良型既成杭からなる杭基礎構造体にも及ぶものであり、この杭基礎構造体は、下面に第一の溝を備えたコンクリート基礎と、上面が前記第一の溝に固定され、下面に第二の溝を備えた鋼板と、前記第二の溝に前記杭頭部材の上部が非固定状態で収容された請求項１に記載の杭頭改良型既成杭と、からなるものである。
【００２４】
ここで、「コンクリート基礎」とは、コンクリート製の基礎梁、コンクリート製のスラブ、コンクリート製の基礎梁とスラブの組み合わせのいずれかを意味している。また、コンクリート基礎のうち、杭頭改良型既成杭が配設される部位にはフーチングが配設されており、たとえば基礎梁の途中位置にフーチングが当該基礎梁と一体に形成されている。このコンクリート基礎を構成するフーチングには、その下面に第一の溝が備えてあり、この下面にはスタッドボルト等を備えた鋼板が当該スタッドボルト等をフーチング内に埋設した態様で固定されている。
【００２５】
鋼板はその下面に第二の溝を備えており、この第二の溝に杭頭改良型既成杭を構成する切頭円錐形の杭頭部材の上部が収容されている。この収容姿勢においては、杭頭部材の上部は第二の溝に固定されることなく、すなわち非固定状態で収容されている。したがって、コンクリート基礎のフーチングに対し、杭頭改良型既成杭は自由に回動自在となっている。フーチングに対し、鋼板を介して杭頭改良型既成杭が配設されていることで、杭頭改良型既成杭から支圧力が集中してフーチングに作用することが抑制される。さらに、地震時水平力に起因したフーチングに作用するせん断力は、鋼板を介して杭頭改良型既成杭に伝達されることになる。
【００２６】
ここで、前記第二の溝と前記杭頭部材の間の隙間に緩衝材が配設されているのが好ましい。
【００２７】
コンクリート基礎と地盤の間には捨てコンクリート（通称捨てコン）や砕石が介在している。フーチングの第一の溝に対して杭頭改良型既成杭の杭頭は回転自由に収容されているものの、捨てコンや砕石が第一の溝に入り込むことで杭頭改良型既成杭の回転が抑制される可能性がある。
【００２８】
そこで、第二の溝と杭頭部材の間の隙間にたとえば発泡ウレタン等からなる緩衝材を配設しておくことで、捨てコンや砕石による杭頭改良型既成杭の回転抑制を解消でき、さらには、捨てコンや砕石による杭頭固定度への影響も抑制できる。
【００２９】
また、本発明は、コンクリート基礎と、一般の既成杭と、前記の杭頭改良型既成杭とから構成される二種以上の杭と基礎の構造体にも及ぶものであり、この二種以上の杭と基礎の構造体は、前記コンクリート基礎に対して、前記杭頭部材を具備しない複数の既成杭と、複数の前記杭頭改良型既成杭とが配設され、該杭頭改良型既成杭が配設されている箇所には前記杭基礎構造体が形成されている、二種以上の杭と基礎の構造体において、コンクリート基礎のうち、地震時の軸力変動が相対的に大きな位置に前記杭頭改良型既成杭が配設されているものである。
【００３０】
地震時の軸力変動が相対的に大きな位置に杭頭改良型既成杭を配設し、それ以外の箇所には一般の既成杭を配設した構造体とすることで、基礎下の複数の杭全体に発生する曲げモーメントの平準化を図ることができ、経済的にコンクリート基礎と杭からなる構造体を形成することができる。なお、杭頭改良型既成杭の配置方法の一例を概説すると、既成杭に作用する長期荷重や既成杭の支持力等に基づいて既成杭の仕様、基数や配置構成を決定し、次に、地震時の検討をおこなって短期許容値を満たさない杭を抽出する。抽出された箇所の既成杭を本発明の杭頭改良型既成杭に置き換えるものである。実際には、既述するブレース直下の既成杭に多大な軸力が作用し易く、地震時の短期許容値を満たさない傾向を示すことより、ブレース直下において既成杭を杭頭改良型既成杭に置換する配置計画が適用されることになる。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から理解できるように、本発明の杭頭改良型既成杭、杭基礎構造体および二種以上の杭と基礎の構造体によれば、杭頭のみ剛性を高めることのできる杭頭改良型既成杭をコンクリート基礎の軸力変動が相対的に大きな位置に配設することにより、経済的に、基礎下の複数の杭全体に発生する曲げモーメントの平準化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の杭頭改良型既成杭の杭頭領域を模式的に示した図である。
【図２】本発明の杭基礎構造体を模式的に示した図である。
【図３】コンクリート基礎に対して杭頭改良型既成杭が回転している状況を説明した図である。
【図４】長期荷重下における、本発明の二種以上の杭と基礎の構造体を模式的に示した図である。
【図５】杭頭配置計画において、全杭が既成杭である構造体に対して地震時水平力が作用した際に、各杭に作用する軸力と発生曲げモーメントを示した図である。
【図６】杭頭配置計画において、短期許容値を満たさない杭が杭頭改良型既成杭に置換されてなる構造体に対して地震時水平力が作用した際に、各杭に作用する軸力と発生曲げモーメントを示した図である。
【図７】解析結果を示した図であって、（ａ）は比較例の解析結果（深度と曲げモーメントの関係）を示した図であり、（ｂ）は実施例の解析結果（深度と曲げモーメントの関係）を示した図である。
【図８】解析結果を示した図であって、実施例と比較例の杭頭変形角−曲げモーメントの関係を示した図である。
【図９】実証実験の実験風景写真図である。
【図１０】実証実験における杭頭変形角−曲げモーメントの関係を示した図である。
【図１１】従来のコンクリート基礎と既成杭からなる構造体を地震時に各既成杭に発生する曲げモーメントとともに示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の杭頭改良型既成杭、杭基礎構造体、および二種以上の杭と基礎の構造体の実施の形態を説明する。
【００３４】
（杭頭改良型既成杭の実施の形態）
図１は本発明の杭頭改良型既成杭の杭頭領域を模式的に示した図である。図示する杭頭改良型既成杭１０は、既成杭１と、既成杭１の杭頭上端に下端が溶接にて固定されている杭頭部材２とから大略構成されている。
【００３５】
既成杭１は、所望径のPHC杭や鋼管杭、SC杭等から構成される。
【００３６】
一方、杭頭部材２は、要求される剛性や耐力によってその形成素材は任意であり、鋼や鋳鋼などが挙げられる。一般に複数の杭が配設されるコンクリート基礎において、地震時の軸力変動が激しく、したがって作用する軸力が大きくなり易い部位に杭頭改良型既成杭１０が配設されることより、大きな軸力やこれに起因する大きな曲げモーメントに抗する鋳鋼製の杭頭部材２が既成杭１に固定される形態が好ましい。
【００３７】
図１で示すように、杭頭部材２は、既成杭１の上端と接する下端の径が最も大きく（杭径と同じφ1）、かつ、杭頭から離れるにつれて縮径して杭径未満の径となる（φ2でφ2＜φ1）切頭円錐形を呈している。
【００３８】
このように切頭円錐形を呈した杭頭部材２を適用することで、杭頭改良型既成杭１０の杭頭部材２のみを既成杭１とは異なる素材の部材とすることができ、杭頭部材２のみを相対的に高い剛性のものに補強することが可能になる。また、杭頭改良型既成杭１０の杭頭部材２が直接接する基礎のフーチングに生じる応力を杭頭改良型既成杭１０を構成する既成杭１に伝達できるとともに、杭頭固定度の低減を図ることができ、このことによって発生曲げモーメントの低減を図ることができる。
【００３９】
（杭基礎構造体の実施の形態）
図２は本発明の杭基礎構造体を模式的に示した図であり、図３はコンクリート基礎に対して杭頭改良型既成杭が回転している状況を説明した図である。
【００４０】
杭基礎構造体１００は、コンクリート基礎２０と、その下方に配設された杭頭改良型既成杭１０から大略構成されている。
【００４１】
コンクリート基礎２０は、コンクリート製の基礎梁や基礎スラブ、基礎梁と基礎スラブのユニット構造のいずれかであり、たとえば、コンクリート製の基礎梁２０の途中位置に、杭頭改良型既成杭１０が配設されるフーチング２０Ａが介在している。
【００４２】
地盤Ｇの上面が転圧され、この転圧面に砕石Ｒが敷き詰められ、敷き詰められた砕石Ｒの上にコンクリート基礎２０が構築される。
【００４３】
コンクリート基礎２０のフーチング２０Ａの下面には第一の溝２０ａが開設され、この第一の溝２０ａに対して、下面に第二の溝３０ａを備えた鋼板３０の上面が固定されている。具体的には、鋼板３０の上面に複数のスタッドボルト３０ｂが設けてあり、スタッドボルト３０ｂがフーチング２０Ａ内に埋設された状態で鋼板３０が固定されている。
【００４４】
鋼板３０の下面の第二の溝３０ａに、杭頭改良型既成杭１０を構成する切頭円錐形の杭頭部材２の上部が収容される。この収容姿勢においては、杭頭部材２の上部は第二の溝３０ａに固定されることなく、すなわち非固定状態で収容され、したがって、図３で示すように、地震時水平力が作用した際に、コンクリート基礎２０のフーチング２０Ａに対し、杭頭改良型既成杭１０は自由に回動自在となっている（Ｘ方向）。
【００４５】
図示する第二の溝３０ａへの杭頭部材２の収容姿勢においては、これらの間に隙間Ｇａが形成される。図３で示すようにコンクリート基礎２０に対して杭頭改良型既成杭１０が回動する際に、第二の溝３０ａのエッジと杭頭部材２が干渉しないようにするべく、第二の溝３０ａは杭頭部材２の外形寸法に対して余裕をもってその溝寸法が規定されており、このことが双方の間に隙間Ｇａが形成される理由である。
【００４６】
ところで、コンクリート基礎２０と地盤Ｇの間には砕石Ｒが介在しているが、隙間Ｇａに砕石Ｒが入り込んでしまうと、杭頭改良型既成杭１０の回転が抑制される可能性がある。
【００４７】
そこで、第二の溝３０ａと杭頭部材２の間の隙間Ｇａに、発泡ウレタン等からなる緩衝材４０を配設しておく。このことにより、砕石Ｒによる杭頭改良型既成杭１０の回転抑制を解消することができ、さらに、砕石Ｒによる杭頭固定度への影響も抑制できる。
【００４８】
（二種以上の杭と基礎の構造体の実施の形態）
図４は長期荷重下における、本発明の二種以上の杭と基礎の構造体を模式的に示した図である。
【００４９】
図４で示すように、コンクリート基礎２０のフーチングには、既成杭１の杭頭と杭頭改良型既成杭１０の杭頭が収容されて二種以上の杭と基礎の構造体２００が形成されている。
【００５０】
各既成杭１や杭頭改良型既成杭１０の直上には柱２１が配設され、二階スラブ２２（もしくは二階梁）が各柱２１に固定されており、柱２１とスラブ２２で形成された複数の構面のうち、窓や出入り扉といった開口のない構面にはブレース２３（もしくはダンパー）が配設され、耐震補強が講じられている。
【００５１】
ここで、杭頭配置計画を概説すると、まず、図４で示すように、構造体を構成するコンクリート基礎２０の適所に複数の杭を配置し、長期荷重下、杭の支持力等に基づいて杭の寸法や杭長、杭の基数を決定する。ここでは、長期荷重下、各杭に軸力Ｎ１が作用している。
【００５２】
次に、構造体に地震時水平力を付与して地震時の検討をおこなう。ここで、図５は、杭頭配置計画において、全杭が既成杭である構造体に対して地震時水平力が作用した際に、各杭に作用する軸力と発生曲げモーメントを示した図である。さらに、図６は、杭頭配置計画において、短期許容値を満たさない杭が杭頭改良型既成杭に置換されてなる構造体に対して地震時水平力が作用した際に、各杭に作用する軸力と発生曲げモーメントを示した図である。
【００５３】
図５で示すように、地震時においては、ブレース２３直下の既成杭１に押込力と引抜力が作用して軸力変動が激しくなり、押込力が作用する既成杭１には多大な軸力Ｎ２が作用し、引抜力が作用する既成杭１には常時の軸力Ｎ１よりも小さな軸力Ｎ３が作用する。
【００５４】
この結果、軸力Ｎ２が作用する杭の杭頭固定度が高まり、杭頭に発生する曲げモーメントＭ２は他の一般部の既成杭１の杭頭に発生する曲げモーメントＭ１に対して大きくなる。なお、軸力Ｎ１が作用する杭の杭頭固定度は低くなり、杭頭に発生する曲げモーメントＭ３は他の一般部の既成杭１の杭頭に発生する曲げモーメントＭ１によりも小さくなる。ブレース２３直下の既成杭１では、軸力Ｎ２と軸力Ｎ３の間で軸力変動がおこり、曲げモーメントＭ２と曲げモーメントＭ３の間で杭頭曲げモーメントも大きく変動する。
【００５５】
当初の杭配置計画では、全ての杭が既成杭１から構成されており、ブレース２３直下の既成杭１は、発生曲げモーメントＭ２による短期応力が短期許容応力を満たさない場合が生じ得る。そこで、このような場合に、図４で示すように、短期許容応力を満たさない既成杭１に代わって杭頭改良型既成杭１０を配設して構造体２００を形成する。
【００５６】
所望箇所に杭頭改良型既成杭１０を配設することにより、ブレース２３直下の杭頭改良型既成杭１０へは依然として軸力Ｎ２，Ｎ３が交互に作用するものの、上方に向かって縮径した切頭円錐形の杭頭部材２による杭頭固定度軽減効果により、杭頭改良型既成杭１０の杭頭に発生する曲げモーメントは他の一般部の既成杭１の杭頭曲げモーメントＭ１と同程度の曲げモーメントに調整することが可能になる。したがって、杭頭のみ剛性を高めることのできる杭頭改良型既成杭１０をコンクリート基礎２０の軸力変動が相対的に大きな位置に配設することにより、経済的に、コンクリート基礎２０下の複数の杭全体に発生する曲げモーメントの平準化を図ることが可能になる。
【００５７】
（本発明の杭頭改良型既成杭の効果を検証する解析とその結果）
本発明者等は、本発明の杭頭改良型既成杭の効果を検証するべく、解析をおこなった。本解析は二次元有限要素法に基づき、コンピュータ内でフーチングと杭をメッシュモデルにてモデル化し、杭モデルに複数の軸力を作用させた際の杭頭変形角と曲げモーメントの関係を特定したものである。解析モデルにおいて、従来の杭モデル（比較例）の杭径はφ1200mm、本発明の杭頭改良型既成杭モデル（実施例）は既成杭および杭頭部材の下端の杭径がφ1200mm、杭頭部材の上端の径がφ800mmに縮径したものである。ここで、図７（ａ）は比較例の解析結果（深度と曲げモーメントの関係）を示した図であり、図７（ｂ）は実施例の解析結果（深度と曲げモーメントの関係）を示した図である。また、図８は実施例と比較例の杭頭変形角−曲げモーメントの関係を示した図である。
【００５８】
図７（ａ）、（ｂ）より、実施例における発生曲げモーメントは比較例に比して大きく低減し、比較例の軸力8000kNの場合の曲げモーメントと実施例の軸力15000kNの場合の曲げモーメントが同程度となることが分かった。
【００５９】
また、図８より、比較例の軸力8000kNの場合の杭頭変形角と曲げモーメントの関係グラフ、実施例の軸力15000kNの場合の杭頭変形角と曲げモーメントの関係グラフより、双方が同程度の剛性を有していることが分かる。
【００６０】
これらのことより、切頭円錐形の杭頭部材を具備する本発明の杭頭改良型既成杭は、その回転性能の向上によって杭頭固定度の低減を図ることができ、杭頭に発生する曲げモーメントを大きく低減できることが分かる。
【００６１】
（本発明の杭頭改良型既成杭の効果を検証する実験とその結果）
本発明者等はさらに、本発明の杭頭改良型既成杭の効果を検証するべく、実験をおこなった。本実験は、φ600mmの鋼管杭と、その上部に鋼製でφ600mmからφ400mmに縮径した杭頭部材を備えた試験体を製作し、軸力を最大2180kN付与した際の杭頭変形角と発生曲げモーメントの関係を特定したものである。ここで、図９は実証実験の実験風景写真図であり、図１０は実証実験における杭頭変形角−曲げモーメントの関係を示した図である。
【００６２】
図１０において、理論値（杭径φ600、縮径なし、N=2180kN（ブレース下軸力））の解析結果は、ブレース下の杭に杭頭部材を具備しないφ600mmの杭を適用した場合の解析結果である。図１０より、この理論値の解析結果は、実験結果や理論値（杭径φ600、縮径なし、N=1160kN（一般部軸力））の解析結果に比して杭頭の剛性が高くなり、杭頭固定度が高くなっていることが分かる。
【００６３】
それに対し、実験値（杭径φ600、縮径φ400、N=2180kN（ブレース下軸力））の結果は、理論値の一般部の解析結果と同程度の杭頭の剛性となり、杭頭固定度となっていることが分かる。
【００６４】
この実験結果より、本発明の杭頭改良型既成杭が切頭円錐形の杭頭部材を具備することにより、その回転性能の向上によって杭頭固定度の低減を図ることができ、杭頭に発生する曲げモーメントを大きく低減できることが実証されている。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１…既成杭、２…杭頭部材、１０…杭頭改良型既成杭、２０…コンクリート基礎（基礎梁）、２０Ａ…フーチング、２０ａ…第一の溝、２１…柱、２２…二階の梁、２３…ブレース、３０…鋼板、３０ａ…第二の溝、４０…緩衝材、１００…杭基礎構造体、２００…二種以上の杭と基礎の構造体（構造体）、Ｇ…地盤、Ｒ…砕石、Ｇａ…隙間
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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