(57)【要約】【課題】施工コストの低減、施工期間の短期化を図りながら、細粒土地盤の圧密促進を実施して、また、粗粒土地盤の過剰間隙水圧の消散と粗粒土地盤の締固めとを実施することのできる地盤改良杭及び地盤改良工法を提供する。【解決手段】地盤８内に設けられる地盤改良杭１に関する。本発明を適用した地盤改良杭１は、軸芯方向Ｙで一方の端部１ａから他方の端部１ｂまで傾斜させて略テーパ状に形成された杭側面部２と、杭側面部２に取り囲まれて略中空状に形成された杭内部３とを備える。杭側面部２は、杭内部３まで貫通するように１又は複数の貫通孔５が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤内に設けられる地盤改良杭であって、
軸芯方向で一方の端部から他方の端部まで傾斜させて略テーパ状に形成された杭側面部と、前記杭側面部に取り囲まれて略中空状に形成された杭内部とを備え、
前記杭側面部は、前記杭内部まで貫通するように１又は複数の貫通孔が形成されること
を特徴とする地盤改良杭。
【請求項２】
前記杭内部は、石材又は鉄鋼スラグを用いた重量材が設けられるものであること
を特徴とする請求項１記載の地盤改良杭。
【請求項３】
前記杭側面部は、鉄材、アルミニウム材又は塩化ビニル材が用いられるものであること
を特徴とする請求項１又は２記載の地盤改良杭。
【請求項４】
地盤内に地盤改良杭を設ける地盤改良工法であって、
軸芯方向で一方の端部から他方の端部まで傾斜させて略テーパ状に形成された杭側面部と、前記杭側面部に取り囲まれて略中空状に形成された杭内部とを有して、前記杭側面部に前記杭内部まで貫通するように１又は複数の貫通孔が形成された地盤改良杭を地盤内に設けて、通常時又は地震時に、前記貫通孔を通過して前記杭内部に流入した地下水を地上に排水させること
を特徴とする地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤内に設けられる地盤改良杭及び地盤内に地盤改良杭を設ける地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、粘性土地盤の圧密促進させることを目的としたバーチカルドレーン工法、及び、砂質土地盤の過剰間隙水圧の消散や、砂質土地盤の締固めを目的とした特許文献１、２に開示された地盤改良工法が提案されている。
【０００３】
バーチカルドレーン工法は、粘土層に砂杭等を鉛直に多数打ち込んで、砂杭等の上方に盛土荷重を載せることによって、粘土層を早期に圧密脱水させて地盤強度を高める工法である。
【０００４】
特許文献１に開示されたグラベルドレーンは、粒径により選別された材料のうちドレーン材として使用可能な範囲の粒径を有する材料はグラベルドレーン杭として所定の間隔で地盤に造成・配置し、それ以外の範囲の粒径を有する材料は締固め杭としてグラベルドレーン杭の中心部又はグラベルドレーン杭の周辺に造成・配置するものである。
【０００５】
特許文献２に開示された液状化抑止杭は、多数の孔部を有し、孔部に通水性のあるフィルターを設けた排水用部材を杭の長手方向に沿って取り付けることにより、排水機能を付与した液状化抑止杭において、フィルターを設けた孔部に所定時間経過後に水に溶ける物質をあらかじめ充填するものである。
【０００６】
特許文献３に開示された建物の基礎地盤の液状化対策構造は、一端部側から他端部側に向けて外径が縮径したテーパ形状部分を有する複数のテーパ杭を、上層部分に液状化層を含む建物の基礎地盤の表層部分に、外径の小さな他端部側を下方に向けて圧入用重機を用いて地中に圧入又は回転圧入することにより、群杭を形成するように所定のピッチで格子状に設置して、基礎地盤の表層部分を締め固めることによって構成されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１８４８号公報
【特許文献２】特開平０３−２８６０１６号公報
【特許文献３】特開２００８−１９０１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、バーチカルドレーン工法は、砂杭等の上方に盛土荷重を載せることによって、粘土層を早期に圧密させるものであるため、盛土を造成するための施工コストの増大や、施工期間の長期化が懸念されるという問題点があった。
【０００９】
また、特許文献１に開示されたグラベルドレーンは、グラベルドレーン杭と締固め杭とを別途に造成、配置するものであるため、各々の杭を別途に造成、配置するための施工コストの増大や、施工期間の長期化が懸念されるという問題点があった。
【００１０】
また、特許文献２に開示された液状化抑止杭は、多数の孔部を有する排水用部材を杭の長手方向に沿って取り付けて排水機能を付与することで、砂質土地盤の過剰間隙水圧の消散を図るものであるが、粘性土地盤の圧密促進を図ることを目的とするものとはなっていない。
【００１１】
さらに、特許文献３に開示された建物の基礎地盤の液状化対策構造は、テーパ杭の外周面と周囲の基礎地盤とを密着させることで、テーパ杭の周面摩擦力を増大させて、各々のテーパ杭を支持杭として用いるものであるが、砂質土地盤の過剰間隙水圧を消散させることができず、砂質土地盤の液状化の防止が不十分なものとなるという問題点があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、施工コストの低減、施工期間の短期化を図りながら、細粒土地盤の圧密促進を実施して、また、粗粒土地盤の過剰間隙水圧の消散と粗粒土地盤の締固めとを実施することのできる地盤改良杭及び地盤改良工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１発明に係る地盤改良杭は、地盤内に設けられる地盤改良杭であって、軸芯方向で一方の端部から他方の端部まで傾斜させて略テーパ状に形成された杭側面部と、前記杭側面部に取り囲まれて略中空状に形成された杭内部とを備え、前記杭側面部は、前記杭内部まで貫通するように１又は複数の貫通孔が形成されることを特徴とする。
【００１４】
第２発明に係る地盤改良杭は、第１発明において、前記杭内部は、石材又は鉄鋼スラグを用いた重量材が設けられるものであることを特徴とする。
【００１５】
第３発明に係る地盤改良杭は、第１発明又は第２発明において、前記杭側面部は、鉄材、アルミニウム材又は塩化ビニル材が用いられるものであることを特徴とする。
【００１６】
第４発明に係る地盤改良工法は、地盤内に地盤改良杭を設ける地盤改良工法であって、軸芯方向で一方の端部から他方の端部まで傾斜させて略テーパ状に形成された杭側面部と、前記杭側面部に取り囲まれて略中空状に形成された杭内部とを有して、前記杭側面部に前記杭内部まで貫通するように１又は複数の貫通孔が形成された地盤改良杭を地盤内に設けて、通常時又は地震時に、前記貫通孔を通過して前記杭内部に流入した地下水を地上に排水させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１発明〜第４発明によれば、杭側面部が略テーパ状に形成されるとともに、杭側面部に貫通孔が形成されて杭内部が略中空状に形成されるため、地盤改良杭が細粒土地盤に設けられる場合に、盛土等のプレロード構造物の造成を必要としないで、細粒土地盤の圧密を促進させるとともに、細粒土地盤の脱水を促進させることが可能となり、また、地盤改良杭が粗粒土地盤に設けられる場合に、地下水の排水による粗粒土地盤の過剰間隙水圧の消散と、杭の周辺地盤の残留土圧の増大による粗粒土地盤の締固めとを実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用した地盤改良杭を示す斜視図である。
【図２】本発明を適用した地盤改良杭が地盤内に設けられた状態を示す正面図である。
【図３】（ａ）は、本発明を適用した地盤改良杭を示す正面図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は、そのＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】本発明を適用した地盤改良杭の杭内部に重量材が設けられた状態を示す正面図である。
【図５】（ａ）は、本発明を適用した地盤改良杭が細粒土地盤内に設けられた状態を示す正面図であり、（ｂ）は、本発明を適用した地盤改良杭が粗粒土地盤内に設けられた状態を示す正面図である。
【図６】（ａ）は、従来の地盤改良杭による地盤内の残留土圧を示す正面図であり、（ｂ）は、本発明を適用した地盤改良杭による地盤内の残留土圧を示す正面図である。
【図７】従来の地盤改良杭の残留土圧と本発明を適用した地盤改良杭の残留土圧との比較を示すグラフである。
【図８】本発明を適用した地盤改良杭が細粒土地盤内に設けられて地下水が排水される状態を示す正面図である。
【図９】（ａ）は、従来の地盤改良杭に盛土が設けられた状態を示す正面図であり、（ｂ）は、本発明を適用した地盤改良杭が盛土を造成しないで地盤内に設けられた状態を示す正面図である。
【図１０】本発明を適用した地盤改良杭が粗粒土地盤内に設けられて地下水が排水される状態を示す正面図である。
【図１１】本発明を適用した地盤改良杭で貫通孔を地下水が通過する状態を示す拡大正面図である。
【図１２】本発明を適用した地盤改良杭で重量材の自重で杭の浮き上がりを防止した状態を示す正面図である。
【図１３】本発明を適用した地盤改良杭で地盤内の土粒子が重量材でフィルタリングされて地下水のみが地上まで排水される状態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を適用した地盤改良杭１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
本発明を適用した地盤改良杭１は、図１に示すように、粘性土又は砂質土等を地盤改良するために、地盤８内に鋼管杭等の杭が打ち込まれて設けられるものであり、鋼管杭等の外周面により形成された杭側面部２と、鋼管杭等の内側に形成された杭内部３とを備える。
【００２１】
本発明を適用した地盤改良杭１は、図２に示すように、地盤８の深層側８ａまで杭の先端部１ａが打ち込まれて設けられて、地盤８の表層側８ｂに杭の基端部１ｂが設けられる。本発明を適用した地盤改良杭１は、杭の先端部１ａを地盤８の深層側８ａの支持地盤まで到達させたものとしてもよく、また、杭の先端部１ａを支持地盤まで到達させないものとしてもよい。
【００２２】
本発明を適用した地盤改良杭１は、杭の先端部１ａで軸芯直交方向Ｘの管径を小径なものとするとともに、杭の基端部１ｂで軸芯直交方向Ｘの管径を大径なものとして、軸芯方向Ｙで杭の先端部１ａから杭の基端部１ｂまで、軸芯直交方向Ｘの管径が漸増するように形成される。
【００２３】
本発明を適用した地盤改良杭１は、必要に応じて、杭の先端部１ａを塞ぐようにして鋼板等の閉塞部材４が杭側面部２の下端に溶接等により取り付けられる。本発明を適用した地盤改良杭１は、杭の先端部１ａを閉塞部材４で塞いだ状態で地盤８内に打ち込まれることによって、先端閉塞杭として地盤８内に設けられるものとなる。
【００２４】
本発明を適用した地盤改良杭１は、例えば、鋼管杭、アルミニウム管又は塩化ビニル管等が用いられる。杭側面部２は、鋼管杭が用いられる場合に、鋼材、ステンレス鋼材等の主な材質を鉄とする鉄材が用いられるものとなる。また、杭側面部２は、アルミニウム管が用いられる場合に、主な材質をアルミニウムとするアルミニウム材が用いられて、さらに、塩化ビニル管が用いられる場合に、主な材質をポリ塩化ビニル等とする塩化ビニル材が用いられる。
【００２５】
杭側面部２は、図３に示すように、軸芯方向Ｙで杭の先端部１ａから杭の基端部１ｂまで、軸芯直交方向Ｘの杭の管径が漸増するように形成されることで、杭の先端部１ａとなる一方の端部から、杭の基端部１ｂとなる他方の端部まで、軸芯方向Ｙで拡径するように所定の勾配θで傾斜させて略テーパ状に形成される。
【００２６】
杭側面部２は、図３（ａ）に示すように、１／２５〜１／２００程度の勾配θで略テーパ状に形成される。杭側面部２は、例えば、杭の先端部１ａの杭の管径Ｒ１を１８ｃｍ、杭の基端部１ｂの杭の管径Ｒ２を５０ｃｍとして、軸芯方向Ｙで杭の延長Ｌを６３０ｃｍとしたときに、１／４０程度の勾配θで略テーパ状に形成されるものとなる。
【００２７】
杭側面部２は、鋼管杭等の外周面を削孔等することによって、杭内部３まで貫通するように１又は複数の貫通孔５が形成される。杭側面部２は、杭内部３まで貫通する複数の貫通孔５により開口されることで、杭側面部２の全体の表面積に対して所定の開口率を有するものとなり、例えば、杭側面部２の全体の表面積の３％〜２０％程度の開口率を有するものとなる。
【００２８】
貫通孔５は、例えば、直径２ｍｍ〜５ｍｍ以下の略円形状に形成される。貫通孔５は、軸芯方向Ｙで杭の先端部１ａから杭の基端部１ｂまで、漸増する杭の管径に略比例させた数量で杭側面部２に形成されてもよく、また、軸芯方向Ｙの各々の部位で略均等の数量で杭側面部２に形成されてもよい。貫通孔５は、これに限らず、如何なる形状、大きさ、数量で、杭側面部２に形成されてもよい。
【００２９】
杭内部３は、鋼管杭等が略筒状の円錐台形状に形成されることで、鋼管杭等の外周面となる杭側面部２に取り囲まれて略中空状に形成されるものとなる。杭内部３は、軸芯方向Ｙで杭の先端部１ａから杭の基端部１ｂまで、杭側面部２が略テーパ状に形成されることで内部断面積が漸増して、図３（ｂ）に示すように、杭の基端部１ｂで相対的に内部断面積Ａ２が大きく、図３（ｃ）に示すように、杭の先端部１ａで相対的に内部断面積Ａ１が小さいものとなる。
【００３０】
杭内部３は、図４に示すように、必要に応じて、砂利、砕石等の石材、又は、高炉スラグ、製鋼スラグ等の鉄鋼スラグを用いた重量材６が設けられる。重量材６は、例えば、貫通孔５を通過することのないように所定の粒度調整等をしたものが用いられる。重量材６は、水の質量（４℃）を基準とした比重ｄｗを、地盤８の砂の比重ｄｓ等よりも大きいものとして、例えば、砂の比重ｄｓを１．７〜１．９程度としたときに、石材の場合に比重ｄｗを２．１〜２．６程度として、鉄鋼スラグの場合に比重ｄｗを２．６〜３．６程度としたものが用いられる。
【００３１】
本発明を適用した地盤改良杭１は、図５（ａ）に示すように、粘性土、シルト等の細粒分が５０％以上を占める細粒土地盤８１、又は、図５（ｂ）に示すように、砂質土、礫質土等の粗粒分が５０％を超える粗粒土地盤８２に設けられる。ここで、粘性土、シルト等の細粒分とは、土粒子の粒径が０．０７４ｍｍ以下のものであり、砂質土、礫質土等の粗粒分とは、土粒子の粒径が０．０７４ｍｍを超えるものである。
【００３２】
本発明を適用した地盤改良杭１は、図６、図７に示すように、地盤８内に打ち込まれることで、既存の地盤８の土粒子を鋼管杭等の杭が押し分けるものとなることから、軸芯直交方向Ｘで杭側面部２から地盤８内に向けて、杭の周辺地盤の残留土圧Ｐが増大するものとなる。
【００３３】
従来の地盤改良杭９は、図６（ａ）に示すように、杭の先端部９ａとなる一方の端部から、杭の基端部９ｂとなる他方の端部まで、軸芯方向Ｙで管径を略同一としたストレート状に形成される。従来の地盤改良杭９は、杭の先端部９ａの杭の管径Ｒ１、及び、杭の基端部９ｂの杭の管径Ｒ２を３４ｍｍとして、軸芯方向Ｙで杭の延長Ｌを６３０ｍｍとしたときに、図７の×印に示すように、軸芯方向Ｙの各深度での杭の周辺地盤の残留土圧Ｐ（ｋＰａ）が表される。
【００３４】
これに対して、本発明を適用した地盤改良杭１は、図６（ｂ）に示すように、杭の先端部１ａとなる一方の端部から、杭の基端部１ｂとなる他方の端部まで、軸芯方向Ｙで拡径するように杭側面部２が略テーパ状に形成される。本発明を適用した地盤改良杭１は、杭の先端部１ａの杭の管径Ｒ１を１８ｍｍとするとともに、杭の基端部１ｂの杭の管径Ｒ２を５０ｍｍとして、軸芯方向Ｙで杭の延長Ｌを６３０ｍｍとしたときに、図７の□印に示すように、軸芯方向Ｙの各深度での杭の周辺地盤の残留土圧Ｐ（ｋＰａ）が表される。
【００３５】
このとき、本発明を適用した地盤改良杭１は、軸芯方向Ｙで拡径するように杭側面部２が略テーパ状に形成されることで、ストレート状に形成された従来の地盤改良杭９と比較して、杭の先端部１ａから杭の基端部１ｂまでの全長で、杭の周辺地盤の残留土圧Ｐを増大させたものとなる。本発明を適用した地盤改良杭１は、特に、杭の先端部１ａ側よりも杭の基端部１ｂ側の方が、ストレート状に形成された従来の地盤改良杭９と比較して、杭の周辺地盤の残留土圧Ｐの増大率が大きいものとなる。
【００３６】
本発明を適用した地盤改良杭１は、図５（ａ）に示すように、粘性土、シルト等の細粒分が５０％以上を占める細粒土地盤８１に設けられる場合において、図８に示すように、通常時に、地盤８内の既存の地下水Ｗを地上８０に排水させるものとなる。本発明を適用した地盤改良杭１は、地盤８内に鋼管杭等を打ち込んで、既存の細粒土地盤８１の圧密、脱水が十分なものとなるまで、地盤８内の既存の地下水Ｗを地上８０まで通常時に排水することで、細粒土地盤８１を軟弱地盤から硬質地盤として、既存の細粒土地盤８１を地盤改良するものとなる。
【００３７】
本発明を適用した地盤改良杭１は、軸芯方向Ｙの杭の先端部１ａから杭の基端部１ｂまで、軸芯方向Ｙで拡径するように杭側面部２が略テーパ状に形成されて、杭の周辺地盤の残留土圧Ｐを増大させることで、細粒土地盤８１の土粒子に大きな押圧力が作用して、細粒土地盤８１の圧密、脱水が著しく促進される。
【００３８】
このとき、本発明を適用した地盤改良杭１は、杭内部３まで貫通する貫通孔５が杭側面部２に形成されて、杭側面部２が所定の開口率で開口されることで、細粒土地盤８１の圧密により脱水された既存の地下水Ｗが、貫通孔５を通過して杭内部３に流入するものとなる。本発明を適用した地盤改良杭１は、杭内部３に流入した地下水Ｗの水位が杭内部３で次第に上昇して、杭の基端部１ｂで杭内部３から地上８０に地下水Ｗが排水されるものとなる。
【００３９】
従来のバーチカルドレーン工法では、図９（ａ）に示すように、ストレート状に形成された従来の地盤改良杭９の上方の地上８０に盛土９０等のプレロード構造物を造成して、盛土９０等の自重の負荷を地盤８にかけることで、杭の周辺地盤の残留土圧Ｐを増大させるものである。これに対して、本発明を適用した地盤改良杭１は、図９（ｂ）に示すように、杭側面部２を略テーパ状に形成することで、杭の周辺地盤の残留土圧Ｐを増大させることができるため、従来のバーチカルドレーン工法のように盛土９０等を造成することを必要としないものとなる。
【００４０】
これにより、本発明を適用した地盤改良杭１は、杭側面部２を略テーパ状に形成することで、盛土９０等のプレロード構造物を造成することなく周辺地盤の残留土圧Ｐを増大させることができるため、盛土９０等のプレロード構造物の造成を必要としないものとして、地盤改良の施工コストを低減させるとともに、地盤改良の施工期間の短期化を図ることが可能となる。
【００４１】
本発明を適用した地盤改良杭１は、粘性土、シルト等の細粒分が５０％以上を占める細粒土地盤８１に設けられる場合において、図８に示すように、地震の発生していない通常時に、地盤８内の既存の地下水Ｗを地上８０に排水させるものであり、杭側面部２を略テーパ状に形成するとともに、杭側面部２に貫通孔５が形成されて杭内部３を略中空状に形成することで、盛土９０等のプレロード構造物の造成を必要としないで、細粒土地盤８１の圧密を促進させるとともに、杭側面部２の貫通孔５を通過して杭内部３に流入する地下水Ｗの水量を増大させて、細粒土地盤８１の脱水を促進させることが可能となる。
【００４２】
本発明を適用した地盤改良杭１は、図５（ｂ）に示すように、砂質土、礫質土等の粗粒分が５０％を超える粗粒土地盤８２に設けられる場合において、図１０に示すように、地震時に、地盤８内で水圧上昇した地下水Ｗを地上８０に排水させるものとなる。ここで、地震時には、地盤８内の地下水圧が上昇して土粒子の間で過剰間隙水圧が生じることで、粗粒土地盤８２が液状化するものとなるが、本発明を適用した地盤改良杭１は、地盤８内の地下水Ｗを地上８０まで排水させることで、地盤８内の過剰間隙水圧を消散させて粗粒土地盤８２の液状化を防止するものとして、既存の粗粒土地盤８２を地盤改良するものとなる。
【００４３】
本発明を適用した地盤改良杭１は、軸芯方向Ｙの杭の先端部１ａから杭の基端部１ｂまで、軸芯方向Ｙで拡径するように杭側面部２が略テーパ状に形成されて、杭の周辺地盤の残留土圧Ｐを増大させることで、粗粒土地盤８２の土粒子に大きな押圧力が作用して、地震の発生していない通常時においても、粗粒土地盤８２の締固めが著しく促進される。
【００４４】
さらに、本発明を適用した地盤改良杭１は、杭内部３まで貫通する貫通孔５が杭側面部２に形成されて、杭側面部２が所定の開口率で開口されることで、地震の発生した地震時において、地盤８内で水圧上昇した地下水Ｗが、貫通孔５を通過して杭内部３に流入するものとなり、杭内部３に流入した地下水Ｗの水位が杭内部３で次第に上昇して、杭の基端部１ｂで杭内部３から地上８０に地下水Ｗが排水されるものとなる。
【００４５】
これにより、本発明を適用した地盤改良杭１は、杭側面部２を略テーパ状に形成するとともに、杭側面部２に貫通孔５が形成されて杭内部３が略中空状に形成されることで、地下水Ｗの排水による粗粒土地盤８２の過剰間隙水圧の消散と、杭の周辺地盤の残留土圧Ｐの増大による粗粒土地盤８２の締固めとを実施することが可能となる。なお、本発明を適用した地盤改良杭１は、粗粒土地盤８２の締固めが著しく促進されることで、地盤８内の地下水圧の上昇が抑制されて、粗粒土地盤８２で過剰間隙水圧が生じにくいものとなる。
【００４６】
本発明を適用した地盤改良杭１は、杭側面部２を略テーパ状に形成するとともに、杭側面部２に貫通孔５が形成されて杭内部３が略中空状に形成されることで、単一の鋼管杭等に粗粒土地盤８２の締固めの促進及び地下水Ｗの排水をさせるものとなることから、グラベルドレーン杭、締固め杭等に各別に排水又は締固めをさせる場合と比較して、各別にグラベルドレーン杭、締固め杭等を造成、配置することを必要としないものとして、地盤改良の施工コストを低減させるとともに、地盤改良の施工期間の短期化を図ることが可能となる。
【００４７】
本発明を適用した地盤改良杭１は、杭側面部２が略テーパ状に形成されることで、図１１に示すように、杭側面部２に形成された貫通孔５が軸芯方向Ｙの下方に向けて開口されるとともに、軸芯方向Ｙで上方の杭内部３の内部断面積Ａｕが、下方の杭内部３の内部断面積Ａｄより大きいものとなる。
【００４８】
このとき、本発明を適用した地盤改良杭１は、杭側面部２に形成された貫通孔５が軸芯方向Ｙの下方に向けて開口されるため、地盤８内の水圧上昇した地下水Ｗが軸芯方向Ｙの下方から貫通孔５を通過して杭内部３に流入しやすくなる。また、本発明を適用した地盤改良杭１は、杭内部３の上方の内部断面積Ａｕが、杭内部３の下方の内部断面積Ａｄより大きいものとなるため、軸芯方向Ｙの下方よりも上方が開放された空間を杭内部３が有するものとなり、杭内部３に流入した地下水Ｗが下方から上方に向けて移動しやすくなる。
【００４９】
これにより、本発明を適用した地盤改良杭１は、地盤８内の水圧上昇した地下水Ｗが杭内部３に流入しやすくなるとともに、杭内部３に流入した地下水Ｗが軸芯方向Ｙの下方から上方に向けて移動しやすくなることで、図１０に示すように、地上８０への地下水Ｗの排水が促進されて、地下水Ｗの排水による粗粒土地盤８２の過剰間隙水圧の消散を効果的に実施することが可能となる。
【００５０】
本発明を適用した地盤改良杭１は、図１２に示すように、杭の周辺地盤の砂の比重ｄｓよりも大きい比重ｄｗの重量材６が杭内部３に設けられる。このとき、本発明を適用した地盤改良杭１は、地震時に、地盤８内の地下水圧が上昇して土粒子の間で過剰間隙水圧が生じることで、地下水Ｗの浮力Ｆが軸芯方向Ｙの上方に向けて作用するものとなるが、重量材６の比重ｄｗが地下水Ｗの比重や砂の比重ｄｓより大きいため、軸芯方向Ｙの下方に向けて作用する重量材６の自重Ｍが、軸芯方向Ｙの上方に向けて作用する浮力Ｆより大きいものとなる。このため、本発明を適用した地盤改良杭１は、地盤改良杭１を地盤８内の支持地盤まで到達させることを必要としないで、また、地盤改良杭１の上方の地上８０に浮き上がりを防止するための構造物を構築することを必要としないで、重量材６の自重Ｍによって地盤改良杭１の地盤８内からの浮き上がりを防止することができる。
【００５１】
これにより、本発明を適用した地盤改良杭１は、杭の周辺地盤の砂の比重ｄｓや地下水Ｗの比重よりも大きい比重ｄｗの重量材６が杭内部３に設けられることで、地震時に、粗粒土地盤８２が液状化する直前の段階で浮力Ｆが作用した場合であっても、地盤改良杭１の地盤８内からの浮き上がりを防止して、地盤改良杭１が地盤８内に埋設された状態が維持されることで、地下水Ｗの排水による粗粒土地盤８２の過剰間隙水圧の消散を継続させることが可能となる。
【００５２】
本発明を適用した地盤改良杭１は、図１３に示すように、細粒土地盤８１や粗粒土地盤８２に設けられる場合において、土粒子Ｓよりも大きい粒径で、所定の粒度調整をした重量材６を杭内部３に設けることができる。このとき、本発明を適用した地盤改良杭１は、杭側面部２に形成された貫通孔５を地下水Ｗとともに地盤８内の土粒子Ｓが通過するため、地盤８内の土粒子Ｓが杭内部３に流入するものとなるが、杭内部３の重量材６に土粒子Ｓが接触することで、杭内部３の土粒子Ｓの移動が重量材６によって阻害されるものとなる。
【００５３】
これにより、本発明を適用した地盤改良杭１は、所定の粒度調整をした重量材６が杭内部３に設けられることで、杭内部３に流入した地盤８内の土粒子Ｓの移動が重量材６によって阻害されて、地盤８内の土粒子Ｓがフィルタリングされた状態で地下水Ｗのみが地上８０まで排水されるものとなることから、地下水Ｗと土粒子Ｓとを分別する作業を必要としないものとして、地上８０に排水された地下水Ｗの排水処理コストを低減させることが可能となる。
【００５４】
本発明を適用した地盤改良工法は、地盤８内に本発明を適用した地盤改良杭１を設けるものである。本発明を適用した地盤改良工法は、略テーパ状に形成された杭側面部２と、略中空状に形成された杭内部３とを有して、杭側面部２に貫通孔５が形成された地盤改良杭１を地盤８内に設けて、図５に示すように、通常時又は地震時に、細粒土地盤８１又は粗粒土地盤８２から、貫通孔５を通過して杭内部３に流入した地下水Ｗを地上８０に排水させるものとなる。
【００５５】
本発明を適用した地盤改良工法は、図９に示すように、特に、細粒土地盤８１に地盤改良杭１が設けられる場合に、盛土９０等のプレロード構造物を造成することなく、杭側面部２に貫通孔５が形成された地盤改良杭１を地盤８内に打ち込むのと同時に、杭の周辺地盤の残留土圧Ｐを増大させて、細粒土地盤８１の圧密、脱水を開始させることができるため、地盤改良の施工期間を短期化させることが可能となる。
【００５６】
なお、本発明を適用した地盤改良工法は、図１２に示すように、杭内部３に重量材６が設けられる場合に、地盤８内に鋼管杭等の杭を打ち込んでから、杭内部３に重量材６が投入されてもよく、また、杭内部３に重量材６を投入してから、地盤８内に鋼管杭等の杭が打ち込まれてもよい。ここで、本発明を適用した地盤改良工法は、杭内部３に重量材６を投入してから、地盤８内に鋼管杭等の杭が打ち込まれることで、重量材６の自重Ｍを利用した鋼管杭等の打設によって、鋼管杭等の打設の際の施工性を向上させることが可能となる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【００５８】
例えば、本発明を適用した地盤改良杭１は、軸芯方向Ｙで鋼管杭等の全長の杭側面部２が略テーパ状に形成されてもよく、また、鋼管杭等の杭の先端部１ａ及び杭の基端部１ｂの何れか一方又は両方で、略テーパ状に形成された杭側面部２に連続して、軸芯方向Ｙでストレート状に形成された直管部を部分的に有するものであってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１    ：地盤改良杭
１ａ  ：先端部
１ｂ  ：基端部
２    ：杭側面部
３    ：杭内部
４    ：閉塞部材
５    ：貫通孔
６    ：重量材
８    ：地盤
８ａ  ：深層側
８ｂ  ：表層側
８０  ：地上
８１  ：細粒土地盤
８２  ：粗粒土地盤
Ｘ    ：軸芯直交方向
Ｙ    ：軸芯方向
【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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【図１２】
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【図１３】
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