(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に造成されたソイルセメント柱体と、該ソイルセメント柱体内に建て込まれた中空筒状の構造体とからなり、前記ソイルセメント柱体の上部の剛性を周囲地盤の剛性より小さく構成したことを特徴とする杭。
【請求項２】
ソイルセメント柱体の上部の剛性を小さくする手段として、ソイルセメント又は地盤固定液に発泡粒子、あるいは、シリコンゴム又は吸水させた高吸水性樹脂の周囲地盤の剛性より小さい剛性の物質からなるゲル状物質を混入したことを特徴とする請求項１記載の杭。
【請求項３】
地盤中にソイルセメント柱体を造成し、該ソイルセメント柱体の硬化前に該ソイルセメント柱体内に中空筒状の構造体を建て込んで、ソイルセメント柱体の硬化により前記構造体とソイルセメント柱体とを一体化させる杭の施工方法において、
前記ソイルセメント柱体の造成時に、杭頭部から所定の深さにわたって地盤固定液に発泡粒子、あるいは、シリコンゴム又は吸水させた高吸水性樹脂の周囲地盤の剛性より小さい剛性の物質からなるゲル状物質を混入し、前記ソイルセメント柱体の硬化後に該ソイルセメント柱体の杭頭部から所定の深さにわたる範囲の剛性を周囲地盤の剛性より小さくなるようにしたことを特徴とする杭の施工方法。
【請求項４】
地盤中にソイルセメント柱体を造成して該ソイルセメント柱体内に中空筒状の構造体を建て込み、ソイルセメント柱体の硬化により前記構造体とソイルセメント柱体とを一体化させる杭の施工方法において、
前記ソイルセメント柱体が硬化する前に、杭頭部から所定の深さにわたって前記構造体と周囲地盤との間のソイルセメント内に発泡粒子、あるいは、シリコンゴム又は吸水させた高吸水性樹脂の周囲地盤の剛性より小さい剛性の物質からなるゲル状物質を注入し、前記ソイルセメント柱体の硬化後に該ソイルセメント柱体の杭頭部から所定の深さにわたる範囲の剛性を周囲地盤の剛性より小さくなるようにしたことを特徴とする杭の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭及びその施工方法に係り、さらに詳しくは、構造物杭系の固有周期を長くした杭及びその施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のソイルセメントを併用した杭の施工方法の一例を示す工程図である。この工法は、図５（ａ）に示すように、例えば、オーガー２０で地盤１を削孔しながらセメントミルク等の地盤固定液を注入し、地盤固定液と孔内の土砂とをオーガー２０の攪拌翼２１で強制攪拌して混合し、ソイルセメント柱体３を造成する。
そして、図５（ｂ）に示すように、所定の深度までソイルセメント柱体３が造成されたときは、オーガー２０を抜き出す。この時の状態を図５（ｃ）に示す。
【０００３】
このように造成されたソイルセメント柱体３は、図５（ｃ）に示すように、ソイルセメントの硬化後に大きな剛性を発現する支持層２の部分のソイルセメント４と、支持層２の部分ほど剛性は大きくないが、周辺地盤より大きい剛性を有するその他の部分のソイルセメント５とから形成されている。
【０００４】
ついで、図５（ｄ）に示すように、未硬化のソイルセメント柱体３内に、例えば鋼管杭の如き中空円筒状の構造体１０を貫入して建て込む。そしてこの構造体１０を、図５（ｅ）に示すように、支持層２まで建て込んだのち、ソイルセメントの硬化により、ソイルセメント柱体３と構造体１０とを一体化した杭Ｓが造成される。
【０００５】
上記のような杭Ｓにおいては、中空円筒状の構造体１０の内外には周囲地盤より剛性の高いソイルセメントが充填されているため、地震時に杭Ｓは地盤とほぼ同様に振動し、杭Ｓが支持する構造物、例えば建物は杭Ｓの固有周期によって振動する。
【０００６】
このような問題を解決するための技術として、特開平４−１４３３１１号公報に記載された免震杭打基礎構造に係る発明がある。この発明は、地盤に形成された竪穴内に鋼管を建て込み、鋼管と竪穴の間に掘削土を埋め戻して鋼管を固定し、筒管を構成する。ついで、ＰＣ杭や鋼管杭等の基礎杭本体を筒管内に打設して硬質地盤に貫入する。そして、基礎杭本体と筒管との間に形成された環状空間に、防腐剤を添加した水溶性高分子材料の溶解性水溶液等の液状充填材を充填することにより、建物杭系の固有周期を長くして地震時における地震入力を低減するようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成した杭打基礎構造によれば、大きな免震効果を挙げることができるとしている。しかしながら、あらかじめ竪穴を掘削する工程、鋼管からなり地盤と基礎杭本体とを分離する筒管を設置する工程、さらに基礎杭本体と筒管との間に形成された環状空間に液状充填材を充填する工程等、多くの工程が必要であり、また、基礎杭本体以外に筒管や液状充填材を使用する必要があるため、コストの増加は避けられない。さらに、液状充填材は、地盤構成によっては、筒管と基礎杭本体との間から下方に逸散するおそれがある等、種々問題を有する。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ソイルセメント柱体の上部の剛性を低下させることにより、比較的簡単な施工方法及び構造で、固有周期を長くすることのできる杭及び施工方法を得ることを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る杭は、地盤中に造成されたソイルセメント柱体と、該ソイルセメント柱体内に建て込まれた中空筒状の構造体とからなり、前記ソイルセメント柱体の上部の剛性を周囲地盤の剛性より小さく構成したものである。
また、ソイルセメント柱体の上部の剛性を小さくする手段として、ソイルセメント又は地盤固定液に発泡粒子、あるいは、シリコンゴム又は吸水させた高吸水性樹脂の周囲地盤の剛性より小さい剛性の物質からなるゲル状物質を混入した。
【００１０】
また、本発明に係る杭の施工方法は、地盤中にソイルセメント柱体を造成し、該ソイルセメント柱体の硬化前に該ソイルセメント柱体内に中空筒状の構造体を建て込んで、ソイルセメント柱体の硬化により前記構造体とソイルセメント柱体とを一体化させる杭の施工方法において、
前記ソイルセメント柱体の造成時に、杭頭部から所定の深さにわたって地盤固定液に発泡粒子、あるいは、シリコンゴム又は吸水させた高吸水性樹脂の周囲地盤の剛性より小さい剛性の物質からなるゲル状物質を混入し、前記ソイルセメント柱体の硬化後に該ソイルセメント柱体の杭頭部から所定の深さにわたる範囲の剛性を周囲地盤の剛性より小さくなるようにしたものである。
【００１１】
さらに、本発明に係る杭の施工方法は、地盤中に造成したソイルセメント柱体が硬化する前に、杭頭部から所定の深さにわたって前記ソイルセメント柱体内に建て込まれた構造体と周囲地盤との間のソイルセメント内に発泡粒子、あるいは、シリコンゴム又は吸水させた高吸水性樹脂の周囲地盤の剛性より小さい剛性の物質からなるゲル状物質を注入し、前記ソイルセメント柱体の硬化後に該ソイルセメント柱体の杭頭部から所定の深さにわたる範囲の剛性を周囲地盤の剛性より小さくしたものである。
また、地盤中に造成したソイルセメント柱体が硬化する前に、杭頭部から所定の深さにわたって前記ソイルセメント柱体内に建て込まれた構造体と周囲地盤との間のソイルセメント内に発泡粒子、あるいは、シリコンゴム又は吸水させた高吸水性樹脂の周囲地盤の剛性より小さい剛性の物質からなるゲル状物質を注入し、前記ソイルセメント柱体の硬化後に該ソイルセメント柱体の杭頭部から所定の深さにわたる範囲の剛性を周囲地盤の剛性より小さくしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る杭の模式図で、本発明の基本的構成を示すものである。
図において、１は地盤、２は支持層、３は地表から支持層２にかけて地盤１中に造成されたソイルセメント柱体、１０はこのソイルセメント柱体３内に建て込まれた例えば鋼管杭の如き中空円筒状の構造体である。
【００１３】
そして、ソイルセメント柱体３の杭頭部から所定の深さＬ1 の部分の、構造体１０と地盤１との間のソイルセメント６の硬化後の剛性は周囲地盤の剛性より小さく、所定の深さより以深Ｌ2 の部分のソイルセメント５の硬化後の剛性を、周囲地盤の剛性より大きく構成したものである。なお、一般的には、支持層２に対応する部分のソイルセメント４の剛性は、それより上の部分のソイルセメント５の剛性より大きくなっている。
【００１４】
次に、上記のように構成した本実施の形態に係る杭の施工手順の一例を、図２により説明する。
（１）  図２（ａ）に示すように、例えばオーガー（図示せず）により地盤１を削孔しながらセメントミルク等の地盤固定液を注入し、地盤固定液と孔内の土砂とを攪拌翼で強制的に攪拌してソイルセメント柱体３を造成する。
【００１５】
（２）  このソイルセメント柱体３が所定の深度まで造成されるとオーガーを抜き出し、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、未硬化のソイルセメント柱体３内に、例えば、鋼管杭の如き中空円筒状の構造体１０を支持層２まで貫入して建て込む。
【００１６】
（３）  ついで、ソイルセメント５が未硬化のうちに、図２（ｄ）に示すように、地盤１と構造体１０の間のソイルセメント５中に、杭頭部から所定の深さまで注入管１５を建て込む。
そして、この注入管１５から構造体１０の周囲のソイルセメント５内に、例えば、発泡スチロールや発泡エチレンの粒状体７（以下、これらを発泡粒子という）、あるいは、シリコンゴムや吸水させた高吸水性樹脂等の周囲地盤１の剛性より小さい剛性の物質からなるゲル状物質などを注入し、ソイルセメント５と攪拌して混入させながら、図２（ｅ）に示すように、注入管１５を徐々に上げる。
【００１７】
これにより、図２（ｆ）に示すように、ソイルセメント柱体３の杭頭部から所定の深さの範囲における、構造体１０と地盤１の間のソイルセメント６の硬化後の剛性は、周囲地盤１の剛性より小さく、また、所定の深さより以深のソイルセメント５の剛性は、周囲地盤の剛性より大きい杭Ｓが造成される。
この場合、ソイルセメント６の硬化後の剛性が周囲地盤１の剛性より小さい部分の深さ（図１のＬ1 ）、及びソイルセメント５に混入する発泡粒子７又はゲル状物質の量は、地盤１の状態その他の条件にしたがって適宜決定される。
【００１８】
本実施の形態は上記のように構成したので、構造物杭系の固有周期を長くすることができ、これにより上部の構造物に入力される地震力を小さくすることができる。また、前述の従来技術のように、地盤に竪穴を掘削して杭を打設する前に鋼管を設置し、鋼管内に基礎杭本体を打設し、鋼管と基礎杭体との間に形成された環状空間に液状充填材を充填するという複雑な工程が不要になり、かつ鋼管や液状充填材を用いる必要もないので、工期を短縮できると共に、コストを低減することができる。
【００１９】
［実施の形態２］
次に、図３により本発明の実施の形態２の杭の施工方法について説明する。
（１）  図３（ａ）に示すように、オーガー２０で地盤１を削孔しながらセメントミルク等の地盤工程液を注入し、地盤固定液と孔内の土砂を攪拌翼２１で強制攪拌して、ソイルセメント柱体３造成する。
【００２０】
（２）  図３（ｂ）に示すように、支持層２までソイルセメント柱体３を造成したのち、オーガー２０を抜き出す。そして、オーガー２０の下端部が杭頭部より所定の深さ位置に達したときは、オーガー２０を徐々に引き抜きながら、ソイルセメント５内に、発泡粒子又はゲル状物質などを含むセメントミルク等の地盤固定液を混入し、硬化後のソイルセメント６の剛性が周囲地盤１の剛性より小さくなるように調整する。オーガー２０を引き抜いたあとのソイルセメント柱体３を図３（ｃ）に示す。
（３）  次に、図３（ｄ），（ｅ）に示すように、未硬化のソイルセメント柱体３内に、中空円筒状の構造体１０を支持層２まで建て込む。
【００２１】
本実施の形態は、上記のように構成したので、実施の形態１の場合と同様に、ソイルセメント柱体３の硬化後の杭頭部から所定の深さの範囲における、構造体１０と周囲地盤１との間のソイルセメント６の剛性は周囲地盤１の剛性より小さく、所定の深さより以深の部分のソイルセメント５の剛性が、周囲地盤１の剛性より大きい杭Ｓを造成することができ、これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
［実施の形態３］
次に、図４により本発明の実施の形態３の施工方法について説明する。
（１）  図４（ａ）に示すように、中空円筒状の構造体１０内にオーガー２０のロッドを挿入し、オーガー２０で地盤１を削孔しながらセメントミルク等の地盤固定液を注入し、地盤固定液と孔内の土砂を攪拌翼２１で攪拌すると共に構造体１０を建て込んで、構造体１０を内蔵するソイルセメント柱体３を造成する。
【００２３】
（２）  図４（ｂ）に示すように、支持層２までソイルセメント柱体３を造成し、構造体１０を建て込んだのち、オーガー２０を抜き出す。なお、オーガー２０の攪拌翼２１は拡径、縮径が可能に構成されている。このときの状態を図４（ｃ）に示す。
【００２４】
（３）  ついで、ソイルセメント５が未硬化のうちに、図４（ｄ）に示すように、地盤１と構造体１０との間のソイルセメント５中に、杭頭部から所定の深さまで注入管１５を建て込む。
そして、注入管１５から構造体１０の周囲のソイルセメント５内に、発泡粒子あるいはゲル状物質を注入し、ソイルセメント５を攪拌して混入させながら、図４（ｅ）に示すように、注入管１５を徐々に引き上げる。これにより、図４（ｆ）に示すような杭Ｓを造成することができる。
【００２５】
本実施の形態は、上記のように構成したので、実施の形態１、２の場合と同様に、上部のソイルセメント６の剛性が周囲の地盤１の剛性より小さく、それ以深のソイルセメント５の剛性が周囲地盤１の剛性より大きい杭Ｓを造成することができ、これにより、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
上記の説明では、構造体に中空円筒状の鋼管杭を用いた場合を示したが、既成のコンクリート杭等、他の構造体を用いてもよく、また、角形鋼管を用いてもよい。
また、杭の上部のソイルセメントの剛性を小さくする手段として、ソイルセメント内又は地盤固定液中に、発泡スチロールや発泡スチレンの粒状体、あるいはシリコンゴムや吸水させた高吸水性樹脂等のゲル状物質を混入する場合を示したが、周囲地盤の剛性より小さい剛性であれば、他の材料を用いてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る杭は、地盤中に造成されたソイルセメント柱体と、このソイルセメント柱体内に建て込まれた中空筒状の構造体とからなり、ソイルセメント柱体の上部の剛性を周囲地盤の剛性より小さく構成し、
また、ソイルセメント柱体の上部の剛性を小さくする手段として、ソイルセメント又は地盤固定液に発泡粒子やゲル状物質を混入したので、簡単な構成で構造物杭系の固有周期を長くすることができ、これにより上部構造物に入力される地震力を小さくすることができる。
【００２８】
また、本発明に係る杭の施工方法は、ソイルセメント柱体の造成時に、杭頭部から所定の深さにわたって地盤固定液に剛性の小さい物質を混入し、
又は地盤中に造成したソイルセメント柱体が硬化する前に、柱頭部から所定の深さにわたってソイルセメント柱体内に建て込まれた構造体と周囲地盤との間のソイルセメント内に剛性の小さい物質を注入するようにし、
これら剛性の小さい物質に、発泡粒子やゲル状物質を用いたので、構造物杭系の固有周期を長くすることができ、これにより上部構造物に入力される地震力を小さくすることができる。また、施工が容易で工期を短縮することができると共に、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る杭の模式図である。
【図２】実施の形態１に係る杭の施工方法の説明図である。
【図３】実施の形態２に係る杭の施工方法の説明図である。
【図４】実施の形態３に係る杭の施工方法の説明図である。
【図５】従来のソイルセメントを併用した杭の施工方法の一例の工程図である。
【符号の説明】
１  地盤
２  支持層
３  ソイルセメント柱体
４  支持層の部分のソイルセメント
５  中間部のソイルセメント
６  上部のソイルセメント
７  発泡粒子
１０  構造体
１５  注入管
２０  オーガー
２１  攪拌翼
【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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