(57)【要約】【課題】杭基礎を容易に施工する技術を提供する。【解決手段】地盤に杭を埋設して構造物の基礎を形成する杭基礎の施工方法であって、先端から後端にかけて長手の杭本体と、前記杭本体の先端において前記長手と直交する方向に前記杭本体よりも外側に張り出した張出部分から先端部分に向けて先細り形状とした突先部とを備える杭を前記地盤に打設する又は前記地盤に設けた縦穴に挿設する杭設置工程と、前記突先部の張出部分を底面とする前記杭本体の周囲の空間に固化材を充填し、前記杭の周囲を固化する固化工程とを含む、杭基礎の施工方法。【選択図】図５
2017155448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に杭を埋設して構造物の基礎を形成する杭基礎の施工方法であって、
先端から後端にかけて長手の杭本体と、前記杭本体の先端において前記長手と直交する方向に前記杭本体よりも外側に張り出した張出部分から先端部分に向けて先細り形状とした突先部とを備える杭を前記地盤に打設する又は前記地盤に設けた縦穴に挿設する杭設置工程と、
前記突先部の張出部分を底面とする前記杭本体の周囲の空間に固化材を充填し、前記杭の周囲を固化する固化工程と、を含む、杭基礎の施工方法。
【請求項２】
前記杭設置工程において、前記杭本体に管状の治具を外嵌した状態で打設し、
前記固化工程において、前記治具を前記縦穴から取出した後、前記空間に前記固化材を充填する請求項１に記載の杭基礎の施工方法。
【請求項３】
前記固化工程において、前記杭本体に管状の治具を外嵌し、当該治具で前記固化材を前記縦穴へ圧入する請求項１又は２に記載の杭基礎の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭基礎を施工する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料への依存の低減や地球温暖化対策等のために、太陽光発電が注目されており、いわゆるメガソーラーに代表される太陽光発電所の建設が進められている。このような太陽光発電所においては、太陽電池パネルの架台を地上（地盤上）に多数設置し、これらの架台に太陽電池パネルを太陽光の入射方向に基づく所定の方向へ向けて取り付ける。なお、各架台は、地震等による傾動や突風による転倒を防ぐため、地面に埋設した杭基礎等に対して固定されるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１２２４９１号公報
【特許文献２】特開２０１５−１４３４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように太陽電池パネルの架台を取り付けるために杭を地面に埋設して基礎を形成する場合、地盤によっては、杭基礎の形成が困難なこともある。例えば、砂礫が主体の地盤に杭を打ち込もうとすると、この杭によって砂礫が突き固められて杭を深く打ち込むことができなくなったり、正しい位置や角度で打ち込むことができずに打ち直すことになったりして、打設が容易ではなかった。
【０００５】
一方、地盤が軟弱すぎると杭を埋設しても、充分な垂直支持力や引き抜き強度が確保できず、基礎として機能しなくなってしまう。
【０００６】
このため、例えば、打ち込みが困難な地盤に対しては、スクリュー状の杭を回転させながら地盤に貫入する工法や、軟弱な地盤を固化材で改善する工法が用いられる。しかしながら、地盤の状態によって施工方法を異ならせるためには、各施工方法に応じた杭や機材を用意しなければならず、非常に効率が悪いという問題があった。
【０００７】
本発明では、上記した背景に鑑み、杭基礎を容易に施工する技術の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、上述した課題を解決するため、以下の手段を採用した。すなわち、本発明に係る杭基礎の施工方法は、地盤に杭を埋設して構造物の基礎を形成する杭基礎の施工方法であって、先端から後端にかけて長手の杭本体と、前記杭本体の先端において前記長手と直交する方向に前記杭本体よりも外側に張り出した張出部分から先端部分に向けて先細り形状とした突先部とを備える杭を前記地盤に打設する又は前記地盤に設けた縦穴に挿設する杭設置工程と、前記突先部の張出部分を底面とする前記杭本体の周囲の空間に固化材を充填し、前記杭の周囲を固化する固化工程とを含む。
【０００９】
これにより、突先部の張出部分を底面とする杭本体の周囲の空間に固化材を充填し、杭の周囲を固化することができ、杭基礎を容易に施工することができる。また、同じ形状の杭を用いて、この杭を地盤に打設する杭設置工程、又は地盤に設けた縦穴に挿設する杭設置工程を採用することができ、効率良く地盤の状態に適した施工方法を実施できる。
【００１０】
また、前記杭基礎の施工方法は、前記杭設置工程において、前記杭本体に管状の治具を外嵌した状態で打設し、前記固化工程において、前記治具を前記縦穴から取出した後、前記空間に前記固化材を充填しても良い。
【００１１】
このように杭本体に治具を外嵌した状態で打設することで、固化材を充填する空間を形成し、この空間に充填した固化材によって杭の周囲を確実に固化させることができ、堅固な杭基礎を形成できる。
【００１２】
前記杭基礎の施工方法は、前記固化工程において、前記杭本体に管状の治具を外嵌し、当該治具で前記杭本体の周囲の空間に固化材を圧入してもよい。
【００１３】
このように治具で固化材を前記空間へ押し込むことにより、確実に杭本体の周囲を固化させ、堅固な杭基礎を形成できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、杭基礎を容易に施工する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態に係る杭下部を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る杭上部を示す図である。
【図３】図３は、杭下部に杭上部を取り付けた杭を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る治具を示す図である。
【図５】図５は、図１から図４に示した杭及び治具を用いた杭基礎の施工方法１を説明するための模式的工程図である。
【図６】図６は、図１から図４に示した杭及び治具を用いた杭基礎の施工方法２を説明するための模式的工程図である。
【図７】図７は、図１から図４に示した杭及び治具を用いた杭基礎の施工方法３を説明するための模式的工程図である。
【図８】図８は、図１から図４に示した杭及び治具を用いた杭基礎の施工方法４を説明するための模式的工程図である。
【図９】図９は、施工方法１〜４を選択する工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る杭基礎の施工方法について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る杭下部１０を示す図、図２は、杭上部２０を示す図、図３は、杭下部１０に杭上部２０を取り付けた杭１００を示す図である。図１〜図３において、図１（Ａ）〜図３（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）〜図３（Ｂ）は右側面図、図１（Ｃ）〜図３（Ｃ）は下面図、図１（Ｄ）〜図３（Ｄ）は上面図である。
【００１７】
図１に示す杭下部１０は、杭本体１１および突先部１２を含む。杭本体１１は、先端から後端の方向を長手とし、この長手と直交する断面を円形とした円管状の部材であり、上端付近に杭上部２０を取り付けるための取付穴１１１が長手方向に沿って複数設けられている。これらの取付穴１１１は、杭上部２０を取り付ける際、ボルト（不図示）が杭本体１１の正面から背面にかけて水平方向に通されるため、背面にも図１（Ａ）と同様に設けられている。また、杭本体１１の下端付近には、水抜穴１１２が設けられ、杭本体１１の上端開口から中空部分に浸入した水が外部へ抜けられるように構成されている。
【００１８】
杭本体１１の下端、即ち先端には、円錐形の突先部１２が設けられている。突先部１２は、杭本体１１の先端において長手と直交する方向に杭本体１１よりも外側に張り出した
張出部分１２１から先端部分１２２に向けて先細り形状とした鏃状となっている。なお、突先部１２は、円錐形に限らず、先端部分１２２に向けて先細り形状であればよく、例えば、三角錐や四角錐などの角錐形であってもよい。
【００１９】
図２に示す杭上部２０は、筒部２１とフランジ部２２を有している。筒部２１は、先端から後端の方向を長手とし、この長手と直交する断面を円形とした円管状の部材であり、杭下部１０に取り付けるための取付穴２１１が長手方向に沿って複数設けられている。これらの取付穴２１１は、杭下部１０に取り付けられる際、ボルト（不図示）が筒部２１の正面から背面にかけて水平方向に通されるため、背面にも図２（Ａ）と同様に設けられている。また、取付穴２１１は、図２（Ａ）の位置だけでなく、長手方向の中心軸周りに９０度や６０度等、回転した位置に設けられても良い。
【００２０】
筒部２１の上端面には、フランジ部２２が設けられている。フランジ部２２は、地上の構造物（図示せず）を取り付けるための孔（不図示）が形成されている。
【００２１】
図４に示す治具３０は、円管状の治具本体３１と治具本体３１の後端面に接合された後壁３２とを備えている。治具本体３１は、内径が杭本体１１の外径よりも大きく、外径が突先部１２の外径以下であり、杭本体１１に外嵌した際に杭本体１１の後端部が治具３０の後壁３２に突き当たる又は治具本体３１の先端が杭１００の張出部分１２１に突き当たるように形成されている。
【００２２】
なお、本実施形態に係る杭１００及び治具は、主に鋼管から形成される。例えば、材質は、一般構造用圧延鋼材と呼ばれる鉄鋼材料（ＳＳ４００）、一般構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫ４００）に溶融亜鉛メッキ（ＨＤＺ５０）が施されているものを用いることができる。また、本実施形態では、杭本体１１を円筒としたが、これに限らず、角筒など、円以外の横断面を有したものであっても良い。更に、杭１００の材質は、鋼材に限らず、コンクリートや樹脂等であっても良い。なお、杭本体１１が、円筒以外の形状の場合、杭上部２０も当該杭本体１１の形状に合わせて取り付け可能な形状とする。更に、治具３０についても杭本体１１の形状に合わせて、外嵌可能な形状とする。
【００２３】
また、本実施形態において、杭１００の寸法は、例えば、杭本体１１の長さが１０００〜５０００ｍｍ、杭本体１１の外径が５０ｍｍ〜２００ｍｍ、張出部分１２１の外径が７０ｍｍ〜２７０ｍｍ、杭本体１１の外径と１２１張出部分の外径との差が２０ｍｍ〜７０ｍｍ、筒部２１の長さが２００〜１０００ｍｍ、筒部２１の外径が６０ｍｍ〜２１０ｍｍ、フランジ部２２の直径が１００ｍｍ〜４００ｍｍである。なお、本実施形態の杭１００は、おおむね断面が円形のため、長手方向と直交する方向の寸法を直径で示したが、断面が円形でない場合は、前記直径の値を例えば、図１（Ａ）に示すように正面から見た場合の長手方向と直交する方向の幅とする。また、これらの寸法は一例であり、これに限定されるものではない。
【００２４】
〈施工方法〉
次に、図５から図９は、図１から図４に示した杭１００及び治具３０を用いた杭基礎の施工方法を説明するための模式的工程図である。
【００２５】
《施工方法１》
図５（Ａ）は、施工前の地盤の状態を示す図である。施工対象の地盤９０は、必要に応じて、盛土や転圧等が行われ、整地される。次に、作業装置としてドリル（例えばロータリーパーカッションドリル）を備えた重機によって、図５（Ｂ）に示すように地盤９０を掘削し、縦穴９１が形成される。
【００２６】
そして、図５（Ｃ）のように、縦穴９１に杭下部１０を挿入する。このとき杭下部１０の取付穴１１１の少なくとも一部が地上に突出するように縦穴９１が形成される。例えば、本実施形態では、杭下部１０の長さが２０００ｍｍ、上端から１００ｍｍ間隔で４つの取付穴１１１が設けられており、深さが１４００〜１８００ｍｍの縦穴９１が形成されるため、縦穴９１に挿入された杭下部１０の上端が２０〜６０ｍｍ地上に突出する。なお、これらの寸法は一例であり、これに限定されるものではない。
【００２７】
次に、図５（Ｄ）のように、杭本体１１と縦穴９１の内壁との間の空間、即ち、杭本体１１の周囲の空間に、土砂９２を投入し、図５（Ｅ）のように、杭本体１１に治具３０を外嵌し、後壁３２をハンマー等で叩く或は重機のアームに取り付けたバイブレータで下方へ押圧しながら振動を加えて締め固める。このとき、杭下部１０の張出部分１２１が杭本体１１より外側に張り出しているので、張出部分１２１が前記土砂を投入した空間の底部となり、治具３０の先端との間で土砂が挟まれて締め固められる。この土砂を投入（充填）する図５（Ｄ）の工程と、締め固める図５（Ｅ）の工程を繰り返し、図５（Ｆ）のように杭本体１１の周囲の空間の土砂９２を地上部に達するまで固化させる。
【００２８】
なお、図５（Ｃ）、図５（Ｄ）では、説明の便宜上、杭本体１１と縦穴９１の内壁との間を明確に離間させて空間を示したが、この締め固める空間は、必ずしも明確に縦穴９１の内壁で区切られた空間でなくてもよい。例えば、図５（Ｂ）の工程で縦穴９１を杭本体１１と同等の径で形成し、図５（Ｃ）の工程で杭下部１０を圧入し、張出部分１２１が圧入されたことで乱された周囲空間の土砂を図５（Ｄ），図５（Ｅ）のように治具３０で、締め固めることで、上記と同様に杭下部周囲の空間を固化させても良い。ここで、杭本体１１の周囲の空間とは、固化工程により固化される空間、即ち、固化工程（締め固め）の効果が及ぶ範囲の空間とも言える。
【００２９】
そして、図５（Ｇ）のように、杭下部１０の上端に杭上部２０が被せられ、ボルト（不図示）で固定される。このとき杭本体１１と筒部２１にそれぞれ複数設けられた取付穴１１１，２１１のうち、ボルトを通して固定する取付穴１１１，２１１の位置（高さ）を変えることで、フランジ部２２の高さが変えられるので、フランジ部２２が所定の高さとなる位置の取付穴１１１，２１１にボルトを通して固定する。以上の工程により杭１００が埋設され、フランジ部２２に対して構造物を固定することが可能な杭基礎が形成される。
【００３０】
このように図５の施工方法１によれば、縦穴９１を形成してから杭下部１０を挿入するため、固い地盤であっても、従来のように杭が途中で打ち込めなくなってしまうことや、杭が正しく打ち込めないといったことがなくなり、杭基礎を確実に形成できる。なお、図５の施工方法１においては、図５（Ｂ），図５（Ｃ）の工程が杭設置工程の一形態であり、図５（Ｄ）〜図５（Ｆ）の工程が固化工程の一形態である。
【００３１】
なお、図５（Ｄ）の工程で固化材として投入する土砂は、図（Ｂ）の工程で縦穴９１形成するために掘削した土砂であってもよいし、締固め易いように砂礫等を混ぜて改質した土砂でもよく、また、固化に適した土砂を別途用意しても良い。
【００３２】
《施工方法２》
図５の施工方法１では、固化材として土砂を投入し、締め固めて固化させた例を示したが、これに限らず土砂に代えてモルタルを杭下部１０の周囲の空間に充填して固化させても良い。なお、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）の工程は、前述の図５（Ａ）〜図５（Ｃ）の工程と同じであるため、再度の説明を省略する。
【００３３】
施工方法２では、図６（Ｃ）のように杭下部１０を縦穴９１に挿入した後、図６（Ｄ）のように、杭本体１１と縦穴９１の内壁との間の空間に、固化材９３としてモルタルを充
填し、養生期間をおいて固化させる。なお、固化材９３としては、モルタルに限らず、溶剤の揮発や化学反応によって固化する樹脂を土砂に混合したもの、或はコンクリート等であっても良い。なお、固化材９３として、流動性の低いコンクリート等を用いる場合、図５（Ｅ）のように治具３０を杭本体１１に外嵌して固化材９３を杭本体１１の周囲の空間に圧入しても良い。また、治具３０を介して固化材９３に振動を加え、杭本体１１や地盤との密着度を高めたり、固化材９３中の空気を抜いたりする工程を設けてもよい。
【００３４】
なお、図６（Ｃ）では、説明の便宜上、杭本体１１と縦穴９１の内壁との間を明確に離間させて空間を示したが、この固化材を充填する空間は、必ずしも明確に縦穴９１の内壁で区切られた空間でなくてもよい。例えば、図６（Ｂ）の工程で縦穴９１を杭本体１１と同等の径で形成し、図６（Ｃ）の工程で杭下部１０を圧入し、杭本体１１の周囲の空間に位置する土砂にセメントミルク等の固化材９３を浸透させて固化させても良い。このように、本実施形態において、固化材の充填とは、杭本体１１の周囲の空間に位置する土砂に固化材を行き渡らせる（浸透させる）ことでも良い。
【００３５】
そして、図６（Ｅ）のように、杭下部１０の上端に杭上部２０が被せられ、ボルト（不図示）で固定される。
【００３６】
このように図６の施工方法２によれば、縦穴９１を形成してから杭下部１０を挿入するため、施工方法１と同様に杭が途中で打ち込めなくなってしまうことや、杭が破損してしまうことがなく、杭基礎を確実に形成できる。また、図５の施工方法１と比べて、図５（Ｄ），図５（Ｅ）の工程を省略できるので、施工の手間や騒音を減らすことができる。なお、図６の施工方法２においては、図６（Ｂ），図６（Ｃ）の工程が杭設置工程の一形態であり、図６（Ｄ）の工程が固化工程の一形態である。
【００３７】
《施工方法３》
図５，図６の施工方法１，２では、縦穴９１を形成してから杭下部１０を挿入する例を示したが、地盤が軟弱な場合には、予め縦穴９１を形成するよりも縦穴９１を設けずに杭下部１０を打設する方が適している場合がある。図７は、杭下部１０を打設する施工方法３の例を示す。
【００３８】
図７（Ａ）は、施工前の地盤９９の状態を示す図である。施工対象の地盤９９は、図５（Ａ）の地盤９０と比べて軟弱な地盤である。
【００３９】
先ず、必要に応じて、盛土や転圧等が行われた地盤９９に対し、図７（Ｂ）のように、治具３０を外嵌した杭下部１０を杭打機（不図示）によって打設する。
【００４０】
そして、治具３０を抜脱し（図７（Ｃ））、図７（Ｄ）のように治具３０を除いた空間９４に土砂を投入する。なお、この図７（Ｄ）から図７（Ｇ）の工程は、図５（Ｄ）〜図５（Ｇ）の工程と同じであるため、再度の説明を省略する。
【００４１】
このように図７の施工方法３によれば、縦穴９１を形成することなく杭１００を埋設でき、効率良く杭基礎を形成できる。なお、図７の施工方法３においては、図７（Ｂ）の工程が杭設置工程の一形態であり、図７（Ｃ）〜図７（Ｆ）の工程が固化工程の一形態である。
【００４２】
《施工方法４》
図７の施工方法３では、施工方法１と同様に土砂を締め固める固化工程を採用したが、これに限らず、施工方法２と同様に固化材９３としてモルタル等を充填する工程を採用しても良い。図８に示す施工方法４では、図８(Ａ)〜図８（Ｃ）の工程が図７(Ａ)〜図７（
Ｃ）の工程と同じであり、図８(Ｄ)〜図８（Ｅ）の工程が図６(Ｄ)〜図６（Ｅ）の工程と同じである。
【００４３】
このように図８の施工方法４によれば、縦穴９１を形成することなく杭１００を埋設でき、効率良く杭基礎を形成できると共に、図５の施工方法１と比べて、図５（Ｄ），図５（Ｅ）の工程を省略できるので、施工の手間や騒音を減らすことができる。
【００４４】
《施工方法の選択》
図９は、施工方法１〜４を選択する工程の説明図である。先ず、地盤の強度、例えばＮ値を測定し(ステップＳ１０)、この地盤の強度が閾値以上か否かを判定する(ステップＳ２０)。
【００４５】
この地盤の強度が閾値以上であれば(ステップＳ２０，Ｙｅｓ)、この地盤の土砂を締め固めた場合の強度を測定し(ステップＳ３０)、この地盤の土砂を締め固めた場合の強度が閾値以上か否かを判定する(ステップＳ４０)。この地盤の土砂を締め固めた場合の強度が閾値以上であれば(ステップＳ４０，Ｙｅｓ)、施工方法１を選択し(ステップＳ５０)、この地盤の土砂を締め固めた場合の強度が閾値以上でなければ(ステップＳ４０，Ｎｏ)、施工方法２を選択する(ステップＳ６０)。
【００４６】
一方、ステップＳ２０にて地盤の強度が閾値以上でないと判定された場合には(ステップＳ２０，Ｎｏ)、この地盤の土砂を締め固めた場合の強度を測定し(ステップＳ７０)、この地盤の土砂を締め固めた場合の強度が閾値以上か否かを判定する(ステップＳ８０)。この地盤の土砂を締め固めた場合の強度が閾値以上であれば(ステップＳ８０，Ｙｅｓ)、施工方法３を選択し(ステップＳ９０)、この地盤の土砂を締め固めた場合の強度が閾値以上でなければ(ステップＳ８０，Ｎｏ)、施工方法４を選択する(ステップＳ１００)。
【００４７】
なお、この施工方法の選択は、各施工方法を実施する者が行っても良いし、コンピュータ（情報処理装置）が行ってもよい。例えば、コンピュータは、前記強度を測定する測定機から測定値を受信し、ＣＰＵによって上記ステップＳ１０〜Ｓ１００を実行する。なお、コンピュータは、この選択の結果に基づいて、資材の発注、機材のスケジューリング、工程表の出力等の処理を行っても良い。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、地盤の状態に応じて適切な施工方法を同じ形状の杭で実施でき、容易に適切な杭基礎を形成することができる。
【００４９】
上述した本発明の実施形態において示した各種の材料や寸法、形状等はあくまでも例示に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。また、上述した実施形態において示した特徴的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当然にその組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  杭下部
１１  杭本体
１２  突先部
２０  杭上部
２１  筒部
２２  フランジ部
３０  治具
３１  治具本体
３２  後壁
１００  杭
１１１，２１１  取付穴
１２１  張出部
１２１  張出部分
１２２  先端部分
【図１】
2017155448.tif 000003
【図２】
2017155448.tif 000004
【図３】
2017155448.tif 000005
【図４】
2017155448.tif 000006
【図５】
2017155448.tif 000007
【図６】
2017155448.tif 000008
【図７】
2017155448.tif 000009
【図８】
2017155448.tif 000010
【図９】
2017155448.tif 000011