(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも先端部が根固め材で根固めされる埋込み杭であって、中空の杭一般部と、前記杭一般部の先端に固着された杭一般部の外径より大きい外径と杭一般部の内径以下の径の孔部を有する有孔底板と、前記有孔底板に固着された先端円筒管部とから形成された杭を、少なくとも前記有孔底板と前記先端円筒管部とで囲まれる空間が前記根固め材で満たされるように掘削孔内に設置してなり、かつ前記杭一般部の先端部の肉厚がそれより上方の杭一般部の肉厚より大きいことを特徴とする埋込み杭。
【請求項２】
前記杭一般部の先端部の肉厚部分の長さＬ1 が杭一般部の外径ｄ0 の１倍以上２倍以内である請求項１記載の埋込み杭。
【請求項３】
前記杭一般部の先端部として、杭一般部より肉厚が大きく杭一般部の外径ｄ0 と同じ外径の鋼管を固着してある請求項１または２記載の埋込み杭。
【請求項４】
前記先端円筒管部の外径が前記杭一般部の外径より大きい請求項１、２または３記載の埋込み杭。
【請求項５】
前記先端円筒管部の外径Ｄoが前記杭一般部の外径ｄ0の１．１〜１．２５倍である請求項４記載の埋込み杭。
【請求項６】
前記有孔底板の孔部の径Ｄhを前記杭一般部の内径ｄiより小さくして、杭一般部の内径方向に突出するようにした請求項１、２、３、４または５記載の埋込み杭。
【請求項７】
前記根固め材はソイルセメントであり、前記有孔底板の孔部の径Ｄhが前記先端円筒管部の外径Ｄoの０．６〜０．９倍である請求項１、２、３、４、５または６記載の埋込み杭。
【請求項８】
前記先端円筒管部の長さＬが先端円筒管部の内径Ｄiの０．５倍以上で、先端円筒管部の外形Ｄoの１．０倍以内である請求項１、２、３、４、５、６または７記載の埋込み杭。
【請求項９】
前記有孔底板と前記杭一般部の接合部付近に、前記有孔底板と前記杭一般部のいずれか一方、または、両方に固着した補剛板が設けられている請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の埋込み杭。
【請求項１０】
前記有孔底板と前記先端円筒管部によって囲まれる空間、および、上方の杭一般部の掘削孔よりも拡径して掘削された前記先端円筒管部の外周部と下方掘削孔内が前記根固め材で満たされている請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の埋込み杭。
【請求項１１】
前記先端円筒管部の外周面に、複数の孔部もしくは凹凸部またはスタッドが設けられ、あるいは、少なくとも一巻き以上の突起または溝部が設けられている請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０記載の埋込み杭。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、少なくとも先端部が根固め材で根固めされた埋込み杭の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市部やその近郊部、または、埋め立て地盤部などでは、地表面からかなりの深さまで軟弱地盤が存在しているために、構造物を直接支持させることができない場合が多い。
【０００３】
このような場合に、杭を用いて下方の強固な地盤に構造物の荷重を支持させる杭基礎工法が採用されることが多い。
【０００４】
一般に、このような杭基礎工法は、打撃工法、場所打ちコンクリート杭工法、埋込み杭工法に分類される。
【０００５】
打撃工法は、既成杭をハンマーなどで地層中に打ち込む工法であり、場所打ちコンクリート杭工法は、掘削機または人力で立坑を掘削した後に、この坑内に鉄筋籠を挿入し、そこにコンクリートを流し込むことによって、杭を形成する工法である。
【０００６】
埋込み杭工法は、先掘り工法と中掘り工法および回転圧入工法に細分類され、先掘り工法は、掘削機で地中に立坑を掘削した後に既成杭を圧入する工法、中掘り工法は掘削ロッドを既成杭の内部に挿入して掘削しながら杭を建て込んで行く工法、回転圧入工法は杭をドリル状に形成するなどして、杭を回転させて推進力を得つつ、地中に圧入するものである。
【０００７】
近年、都市部やその近郊地域では、周辺環境への配慮から、低騒音・低振動の施工が求められるようになり、このような杭基礎工法のうち、特に埋込み杭工法が多用されている。
【０００８】
埋込み杭工法のうち、先掘り杭工法や中掘り杭工法では、図１２に示すように、杭１１の先端支持力を増大させる目的で、杭１１先端付近の地盤にセメントミルクやモルタル等の根固め材（固化材）を用いて杭径より大きな根固め球根部１２を形成する場合がある。
【０００９】
これは、拡大根固め球根部１２が杭１１を強固に支持地盤に連結し、拡大根固め球根部１２より上方での杭外周の摩擦抵抗ｆ1と拡大根固め球根部１２の外周での摩擦抵抗ｆ2と、杭１１先端部における先端地盤の支持力ｐによって構造物の荷重を支持するものである。
【００１０】
これらの埋込み杭の支持機構のうち、杭先端付近の地盤の支持力に関しては、中空の筒状杭を用いる場合でも、先端地盤の支持力を確実に、また効率的に確保する目的から、杭体自身の先端面の実面積ではなく、杭の先端を閉塞させて、密実断面として支持地盤に荷重を伝達するのが一般的であり、そのためには、杭体から根固め球根部に確実に荷重を伝達することが重要となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１２のような杭先端部に何らの対策がなされていない場合には、杭体から根固め球根部への荷重伝達は、杭先端面での支圧と、杭体と根固め材との付着によって行われることになる。
【００１２】
しかし、一般に、根固め材の強度に対して杭先端面の面積が小さく、かつ杭体と根固め材の付着においては、根固め材の圧縮強度の高々数パーセントの付着強度しか期待できない。
【００１３】
したがって、杭先端の確実な閉塞と杭から先端地盤への確実な荷重伝達を確保するためには、根固め球根部の強度を非常に高いものにするか、または杭体内に多量の根固め材を充填して付着長を稼ぐことが必要になる。
【００１４】
しかし、これらの方法は、施工方法や管理が複雑になったり、多量の根固め材や特殊な材料が必要になったりするために非常に不経済となり、地中深くでの作業であることを考慮すると、不確実性を増すことにもなり、実用的でない。
【００１５】
これに対し、先掘り工法では、地盤を掘削した後に杭を建て込むため、あらかじめ先端を閉塞させた杭を圧入することにより、確実に杭先端を閉塞させて支持地盤や根固め材に荷重を伝達することが可能である。
【００１６】
しかし、坑内に満たされた孔壁安定液や地下水によって浮力が作用したり、掘削土が先端付近に詰まったりして、先端閉塞杭を圧入、着座させるのは困難なことも多い。特に、鋼管杭等のように比較的薄肉で見かけの比重（杭全重量を中空部も含めた杭体の体積で除した値）の小さい杭の場合、杭体の自重に比して大きな浮力が作用するため、先端閉塞の状態で杭を圧入するには多大な労力を必要とするばかりか、仮に圧入できたとしても杭を所定の位置に着座させておくことは非常に困難である。
【００１７】
さらに、中掘り工法では、杭体内部に掘削ロッドを挿入して掘削しながら杭を建て込むため、あらかじめ先端を閉塞させた杭を用いることは原理的に不可能である。
【００１８】
そこで、これらの課題に対し、例えば特開昭６３−９７７１２号公報に記載されるように、杭先端部内周面に突起を設けることにより、鋼管杭と先端部のソイルセメントの付着強度を高めようとしたものが見られる。
【００１９】
しかし、この方法によれば、所要の付着力を確保するために突起高を高くしたり、設置数を増やそうとすると、鋼管製作後に鋼管内側の限られた空間内で高さの高い突起を設置したり、多くの突起を設置することは煩雑で不経済な作業となるし、特開昭６３−９７７１２号公報に開示されているようにあらかじめ突起を設けた鋼板から鋼管を形成する場合でも、突起高が高い場合には、製造上、品質上に問題が生じる。
【００２０】
一方、突起の高さが小さいと、掘削孔の上部に残った乱された粘性土、攪拌不十分なままで孔中に残された粘性度の高い土塊やスライムなどが、杭を圧入する際に突起部周辺に付着するなどして十分な付着強度が得られない可能性や、杭設置後にソイルセメントのブリージング等により、突起下部に付着性能に悪影響を及ぼすような間隙が発生する可能性があり、杭の先端の閉塞、さらには支持地盤への荷重伝達が不確実なものとなる。
【００２１】
さらに、杭先端付近に、拡大根固め球根部を形成して、先端支持力の確実性の向上や支持力性能の向上を図る場合には、杭から拡大根固め球根部へ確実に荷重伝達する必要があるが、杭内部の突起による付着力によって杭先端の閉塞が確保された場合でも、杭外壁側での根固め材と杭体の付着が確保されず、拡大根固め部全体に良好な荷重伝達が行われない可能性がある。
【００２２】
これを改善するために、杭先端部外周面にも同様の突起を設けることが考えられるが、杭の先端構造が複雑となり、コストアップにつながる。
【００２３】
また、杭体から杭先端地盤に確実に荷重伝達を行うことを目的とした他の事例として、特開平７−２４７５４６号公報に開示された先端根固め工法がある。これは、杭本体の先端に底板と、この底板の下方へ突出する中空連結部材と、この中空連結部材の先端に取り付けられたアンカー板を設けることにより、根固め部と杭体を一体化し、大きな鉛直支持力および引抜き抵抗を得ようとするものである。
【００２４】
しかし、この場合、底板に開口部が設けられていない場合や、開口部が小さい場合には、前述のごとく、孔壁安定液や地下水からの浮力のために杭の圧入や着座が困難となってしまう。
【００２５】
また、この構造では、杭体から根固め部への荷重伝達は主に杭先端の底板部での支圧によって行われるが、底板には少なくとも中空連結部材が設置されており、かつ一般には施工性を確保するために底板に相当量の有孔部が必要となることから、支圧に有効な先端断面積が杭の全断面積より小さくなっている。
【００２６】
さらに、先端付近の地盤は掘削により乱され、かつ応力が解放されているため、底板による支圧に対して周辺地盤が根固め材を拘束する効果もそれほど期待できないこと等からも、先端の根固め材として圧縮強度の大きな材料が必要であり、材料選定や施工法、施工管理が複雑で不経済なものとなってしまう。
【００２７】
本願発明は、先掘り杭工法や中掘り杭工法等で設置される埋込み杭における上述のように課題に対して、先端を開端した状態で施工ができ、かつ杭体から先端地盤部への荷重伝達を確実に行うことができ、さらに根固め材や施工法に経済性を阻害するような特殊な工夫や装置を必要としない経済性に優れた埋込み杭の構造を提供することを目的としたものである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、少なくとも先端部が根固め材で根固めされる埋込み杭であって、中空の杭一般部と、前記杭一般部の先端に固着された杭一般部の外径より大きい外径と杭一般部の内径以下の径の孔部を有する有孔底板と、前記有孔底板に固着された先端円筒管部とから形成された杭を、少なくとも前記有孔底板と前記先端円筒管部とで囲まれる空間が前記根固め材で満たされるように掘削孔内に設置し、前記先端円筒管部内の硬化した根固め材を先端円筒管部で外側から拘束しつつ、前記有孔底板から支圧力として伝達される荷重に対する該根固め部の耐力を確保するよう構成され、かつ前記杭一般部の先端部の肉厚がそれより上方の杭一般部の肉厚より大きいことを特徴とするものである。
【００２９】
本構造によれば、杭一般部の先端に伝達された荷重の大部分は、先端に固着された有孔底板から、支圧力として硬化した根固め材に伝達される。
【００３０】
このとき、硬化した根固め材は有孔底板からの支圧力を受けると同時に、有孔底板から下方に突出した先端円筒管部による側方拘束受け、いわゆる３軸応力状態にあり、一軸圧縮強度に比べて数倍の支圧強度を発揮することができる。
【００３１】
この先端円筒管部は、先掘り工法や中掘り工法では掘削によって地盤が乱され、かつ応力解放が生じるために杭先端付近の地盤による根固め材の拘束効果が低下している状態でも、根固め材の側方拘束効果を確実に引き出して、杭の先端を確実に閉塞することを目的として設けるものであり、その径や根固め材の強度、有孔底板の孔部の大きさ等を考慮して、所定の拘束効果が得られるような剛性のものを選択する。
【００３２】
以上のように、本願発明の埋込み杭では、施工性を確保するために先端を開端した状態で杭を建て込むことができる。また、支圧板としての底板に孔部を設けたことによる支圧面積の減少分を先端円筒管部での側方拘束効果によって、根固め材の支圧強度を向上させることで、補うことができる。
【００３３】
そのため、根固め材として特別な材料を用いたり、施工法やその管理に特別な手法を用いることなく、確実に開端杭の先端を閉塞することができ、これにより、杭先端の実断面積ではなく、内部を閉塞した密実断面として杭先端付近の地盤に荷重を確実に伝達することができる。
【００３４】
さらに、先掘り杭工法や中掘り杭工法では、杭先端付近に拡大根固め球根部を形成して、先端支持力の確実性の向上や支持力性能の向上を図ることが行われる場合があるが、本願発明の埋込み杭においては、容易にこれと同等またはより確実な効果を得ることができる。
【００３５】
すなわち、杭一般部の先端に固着する有孔底板の外径がそれより下方に突出する先端円筒管部の外径よりも大きくなるように形成しておけば、杭の外壁側の根固め材に対しても、底板の外側への張り出し部分から支圧力として荷重が伝達されるため、杭先端部から支持地盤への均等な荷重伝達が実現できる。
【００３６】
また、より確実に荷重を伝達し、支持力を向上させるためには、杭一般部の先端に固着する有孔底板の外径を杭一般部よりも大きくし、かつ先端円筒管部も杭一般部よりも大径の鋼管等を用いて構成しておけばよい。
【００４９】
杭一般部の先端部の肉厚をそれより上方の杭一般部の肉厚より大きくした点に関しては、一般に、杭基礎においては、杭頭から杭先端にかけて杭体に生じる鉛直軸方向応力が小さくなり、また、地震時に生じる水平力も浅い領域において大きくなるのが通例であるため、杭先端付近の肉厚が比較的小さい場合等が考えられる。このような場合でも、杭一般部の有孔底板が固着される先端付近の肉厚を大きくすることにより、根固め材と先端円筒管部から支圧板としての有孔底板を介して杭一般部に伝達される荷重に対する剛性、耐力を向上させることができる。
【００５０】
請求項２は、請求項１の埋込み杭において、前記杭一般部の先端部の肉厚部分の長さＬ1が杭一般部の外径ｄ0の１倍以上２倍以内である場合を限定したものである。
【００５１】
杭一般部には、根固め材および先端円筒管部から支圧板としての有孔底板を介して鉛直軸方向の圧縮荷重と、杭一般部先端の縁部を巻き上げるような曲げ荷重が伝達される。このうち、前者の鉛直軸方向の圧縮荷重に対しては、杭体が健全であるように設計されるのが通例である。
【００５１】
後者の曲げ荷重により杭一般部先端の縁部に作用する曲げモーメントが卓越するのは、通常、有孔底板との接合部近傍の限られた領域であり、この領域の応力が厳しくなる場合でも、多くの場合には、杭一般部の外径ｄ0と同程度の長さ、確実には杭一般部の外径ｄ0の２倍の長さだけ、杭一般部先端の肉厚を大きくし、所要の剛性、耐力が得られるようにしておけばよい。
【００７８】
請求項３は、請求項１または２の埋込み杭において、前記杭一般部の先端部として、杭一般部より肉厚が大きく杭一般部の外径ｄ0 と同じ外径の鋼管を固着してある場合を限定したものである。
【００３７】
請求項４は、先端円筒管部の外径が杭一般部の外径より大きい場合を限定したものであり、支持力の向上効果や施工性を考慮した場合、請求項５に規定したように先端円筒管部の外径Ｄ0が杭一般部の外径ｄ0の１．１〜１．２５倍程度であることが望ましい。
【００３８】
これによって、底板とそれより下方に突出する杭一般部より大径の先端円筒管部よりなる空間が閉塞され、杭一般部の径より大きな径を持つ根固め部分が確実に構成され、先端支持地盤のより広い範囲に、確実に荷重を伝達し、より大きな先端支持力を得ることができる。
【００３９】
以上の本願発明の埋込み杭においては、先端円筒管部は底板からの支圧力を受ける根固め材の側方拘束が主目的であることから、少なくとも杭建て込み時に脱落することのない程度に底板部に固着されていればよい。
【００４０】
請求項６は、請求項１〜５に係る埋込み杭において、前記有孔底板の孔部の径Ｄhを前記杭一般部の内径ｄiより小さくして、杭一般部の内径方向に突出するようにした場合である。
【００４１】
有孔底板の孔部の径Ｄhを杭一般部の内径ｄiよりも小さくし、杭一般部の内側に張り出させることによって、この張出し部にも根固め材からの支圧反力が作用し、荷重伝達機構が安定したものになる。
【００４２】
このことから、施工性に配慮した上で、内側への張出し面積を確保するように有孔底板の孔部の径Ｄhを小さくすれば、有孔底板の剛性の低減などの効果も期待できる。
【００４３】
請求項７は、請求項１〜６に係る埋込み杭において、前記根固め材がソイルセメントであり、前記有孔底板の孔部の径Ｄhが前記先端円筒管部の外径Ｄoの０．６〜０．９倍である場合を限定したものである。
【００４４】
通常、根固め材として用いられるソイルセメントの圧縮強度は９．８〜１４．７ＭＰａ程度であり、有孔底板の孔部の径Ｄhが先端円筒管部の外径Ｄoの０．６〜０．９倍程度となるようにすれば、有孔底板について必要な支圧面積が確保でき、また、この程度であれば孔部の杭一般部内側への張出し量が比較的小さく、施工性等の面でも支障とならない。
【００４５】
請求項８は、請求項１〜７に係る埋込み杭において、前記先端円筒管部の長さＬが先端円筒管部の内径Ｄiの０．５倍以上で、先端円筒管部の外形Ｄoの１．０倍以内である場合を限定したものである。
【００４６】
先端円筒管部で側方から拘束された根固め材内に有孔底板からの支圧力が概ね均等に広がり、根固め材の支圧強度の発現性状をより確実なものにするためには、この先端円筒管部の長さを先端円筒管部の内径Ｄiの０．５倍以上としておくことが望ましい。
【００４７】
一方、先端円筒管部の長さが先端円筒管部の外径のＤoの０．５〜１．０倍程度あれば、根固め材の拘束効果が十分と考えられる。また、先端円筒管部の長さを先端円筒管部の外径の１．０倍より大きくすることもできるが、構造的な意義は薄く、取り扱いやコスト面で不利となることが考えられる。
【００５２】
請求項９は、請求項１〜８に係る埋込み杭において、前記有孔底板と前記杭一般部の接合部付近に、前記有孔底板と前記杭一般部のいずれか一方、または、両方に固着した補剛板が設けられている場合である。
【００５３】
所定の大きさ、厚さ、枚数の補剛板を、杭一般部先端付近に固着するか、杭一般部先端付近に沿ってその変形を拘束するように有孔底板上に固着するか、あるいは、杭一般部先端付近および有孔底板の両者に固着することにより、根固め材から支圧板としての有孔底板を介して伝達される荷重に対する杭一般部先端付近の剛性、耐力を向上させることができる。
【００５４】
請求項１０は、請求項１〜９に係る埋込み杭において、前記有孔底板と前記先端円筒管部によって囲まれる空間、および、上方の杭一般部の掘削孔よりも拡径して掘削された前記先端円筒管部の外周部と下方掘削孔内が前記根固め材で満たされている場合である。
【００５５】
この埋込み杭の場合には、上方の杭一般部の掘削孔よりも前記先端円筒管部外周および下部の掘削孔を拡径して掘削し、前記先端円筒管部外周および下方のより広い範囲に根固め材を充填し、これが硬化することにより、先端円筒管部によるその内部の根固め材の拘束効果に加え、先端円筒管部に対するその外周部の根固め材による拘束効果や半径方向への変形の抑制効果も、より確実に期待できるようになる。
【００５６】
請求項１１は、請求項１〜１０に係る埋込み杭において、前記先端円筒管部の外周面に、複数の孔部もしくは凹凸部またはスタッドが設けられ、あるいは、少なくとも一巻き以上の突起または溝部が設けられている場合である。
【００５７】
前記先端円筒管部の外周面に、所要の個数の孔部や凹凸部、または、所要の本数のスタッドを離散的に設けたり、一巻以上の突起または溝部を設け、先端円筒管部と周辺根固め材の付着をより確実なものとすることで、先端円筒管部の外周の根固め材に対しても荷重の一部が確実に伝達され、先端円筒管部とその内部の根固め材に加え、先端円筒管部の外周の根固め材を合わせたより広い面積で、均等に支持地盤への荷重伝達が行われる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の埋込み杭の実施形態を、添付した図面を参照しながら、比較形態（本願発明の構成の一部を備えたもの）とともに説明する。
【００５８】
図１は、本願発明の埋込み杭に関する第１の比較形態を示したものであり、鋼管等からなる杭一般部１の先端に、杭一般部１の内径に等しい径の孔部２ａを有する有孔底板２を固着し、さらに、この有孔底板２に杭一般部１より大径の鋼管等からなる先端円筒管部３を固着してなる既成杭を用いている。
【００５９】
この既成杭を、有孔底板２と先端円筒管部３で囲まれる空間内が根固め材４で充填されるように掘削孔５内に設置し（建て込み）、根固め材４が硬化することにより埋込み杭が形成される。
【００６０】
有孔底板２としては、例えば、図２(a) に示すように、中央に孔部２ａを有する鋼製のドーナツ状の有孔円盤や、図２(b) に示すように、根固め材４をより確実に充填するために空気抜き用の貫通孔部２ｂを設けた有孔円盤等を用いることができる。
【００６１】
先端円筒管部３としては、その径や根固め材４の強度、有孔底板２の孔部２ａの大きさ等を考慮して、所定の拘束効果が得られるような剛性のものを選択する。
【００６２】
また、根固め材４は少なくとも有孔底板２と、これより下方に突出する先端円筒管部３とで囲まれる空間内に充填されていればよく、それより上方の杭外周部の空間６は根固め材４よりも低強度の材料とすることもできる。杭一般部１内の上部の空間７も同様の低強度の材料や、もしくは掘削残土などを埋戻しておくこともできる。
【００６３】
本構造によれば、上部構造物の荷重は、杭一般部１を介して先端部の有孔底板２に伝達され、さらに支圧力として根固め材４に伝達される。このとき、硬化した根固め材４は有孔底板２からの支圧力を受けると同時に、有孔底板２から下方に突出した先端円筒管部３による側方拘束を受けていわゆる３軸応力状態にあり、一軸圧縮強度に比べて数倍の支圧強度を発揮することができる。
【００６４】
ここで、有孔底板２からの支圧応力に対して、３軸拘束下での根固め材４の支圧強度が大きくなるように各構造スペックが設定してあれば、有孔底板２から伝達された荷重は根固め材４内に均等に伝達され、結局、杭一般部１から伝達された荷重は、有孔底板２より下方に突出した先端円筒管部３の中空部を閉塞した場合の密実断面を介して、支持地盤に伝達される。
【００６５】
具体的には、根固め材４として圧縮強度が９．８〜１４．７ＭＰａのソイルセメントを用いた場合において、有孔底板２の孔部の径Ｄhが先端円筒管部３の外径Ｄoの０．６〜０．９倍程度となるようにすれば、有孔底板２について必要な支圧面積が確保できる。また、この程度であれば孔部２ａの杭一般部１内側への張出し量が小さいため、根固め材４の充填や中掘り工法の場合等における施工性を考えた場合も支障とならない。
【００６６】
また、先端円筒管部３の長さＬについて、先端円筒管部３で側方から拘束された根固め材４内に有孔底板２からの支圧力が概ね均等に広がるようにするには、先端円筒管部の内径Ｄiの０．５倍以上としておくことが望ましい。
【００６７】
また、この先端円筒管部３の長さＬが先端円筒管部３の外径Ｄoの０．５〜１．０倍程度あれば、根固め材の拘束効果が十分と考えられ、根固め材４の支圧強度の発現性状をより確実なものとすることができる。
【００６８】
なお、先端円筒管部３の長さを先端円筒管部３の外径Ｄoの１．０倍より大きくすることもできるが、構造的な意義は薄く、取り扱いやコスト面で不利となることが考えられる。
【００６９】
このようにして、先端円筒管部３と根固め材４によって形成される杭先端部は、杭一般部１よりも拡径され、かつ、先端円筒管部３の内部を根固め材４で確実に閉塞することができる。
【００７０】
さらに、これにより先端付近のより大きな範囲の地盤に荷重を分散して伝達でき、杭一般部１の径で支持地盤に荷重を伝達する場合よりも大きな支持力が得られる。
【００７１】
図３は、本願発明の埋込み杭に関する第２の比較形態を示したものであり、鋼管杭からなる杭一般部１の先端に、外径が杭一般部１の外径より大きく、かつ杭一般部１の内径よりも小さな径の孔部２ａを有するドーナツ状の有孔円盤よりなる有孔底板２を固着し、さらに有孔底板２にその外径と等しい外径を有する鋼管よりなる先端円筒管部３を下方に突出するように固着してなる杭を用い、少なくとも有孔底板２以深が根固め材４で満たされた場合である。
【００７２】
本構造によれば、図１の比較形態の場合と同様、先端円筒管部３内が根固め材４で閉塞されるため、杭一般部１よりも大径の先端円筒管部３の密実断面を介して、確実に荷重を先端地盤に伝達することにより大きな支持力が得られる。
【００７３】
さらに、本構造の場合、図４(a) のように、杭一般部１の内側へも有孔底板２が張り出し、杭一般部１を挟んで両側に有孔底板２が張り出した構造となるため、根固め材４からの支圧反力Ｒ１が底板２を介して杭一般部１に伝達される際に、杭一般部１の先端付近に発生する曲げモーメントＭ１が低減し、軸力Ｎ１として伝達されやすくなるため、図４(b) に示す内側への張り出しがない場合に比べて安定した荷重伝達機構を構成することができる。
【００７４】
図５は、本願発明の埋込み杭に関する第３の比較形態を示したもので、中空コンクリート杭よりなる杭一般部１の鉄筋８に溶接された継鉄板９に杭一般部１の外径より大きな径を有し、かつ、杭一般部１の内径よりも小さな径の孔部２ａを有する有孔底板２を固着し、さらにこれに鋼管よりなる先端円筒管部３を固着してなる杭を用いる。これを掘削孔５内に建て込み、かつ有孔底板２および先端円筒管部３を包み込むように根固め材４を充填してなる。
【００７５】
本構造によれば、杭一般部１より伝達される荷重は、有孔底板２を介して、先端円筒管部３で拘束された根固め材４に伝達されることにより、先端円筒管部３と根固め材４によって形成される杭先端部が閉塞された状態となる。また、有孔底板２の鋼管３の外部への張出し部から、先端円筒管部３の外側に充填された根固め材４’にも荷重が伝達され、杭先端部が杭一般部１の径で先端地盤に荷重を伝達する場合よりも大きな支持力が得られる。
【００７６】
図６は、杭一般部の先端に固着された杭の内径以下の径の孔部を有する底板と、この有孔底板に固着され、それよりも下方に突出する杭一般部よりも大径の鋼管によって形成される先端円筒管部に、一軸圧縮強度が９．８〜１４．７ＭＰａ程度のソイルセメントよりなる根固め材を充填した場合の支圧耐力に関する実験での根固め材の一軸圧縮強度と支圧強度の関係を示した図である。
【００７７】
この実験によれば、根固め材の支圧降伏応力が一軸圧縮強度の３倍程度、最大耐力時の支圧応力はその数倍を見込め、かつ、最大耐力発現後にも、耐力の低下がほとんど見られない変形性能に優れた荷重−変形関係が得られている。
【００７８】
図７は、本願発明の埋込み杭の実施形態を示したものであり、杭一般部先端に、長さがＬ1で、杭一般部より肉厚が大きく杭一般部の外径ｄ0と同じ外径の鋼管等を固着することにより、先端部付近の肉厚がそれより上方の杭一般部に比べて大きい杭一般部１を形成し、これに杭一般部１の内径よりも小さな径Ｄhの孔部２ａを有するドーナツ状の有孔円盤よりなる有孔底板２を固着し、さらに有孔底板３にその外径と等しい外径Ｄoを有する鋼管等からなる先端円筒管部３を下方に突出するように固着してなる杭を用い、少なくとも有孔底板２以深が根固め材４で満たされた場合を例示したものである。
【００７９】
図４に示すように、杭一般部１には、根固め材４および先端円筒管部３から支厚板としての有孔底板２を介して鉛直軸方向の圧縮力Ｎ１に加え、曲げモーメントＭ１が伝達されるが、本構造によれば、この曲げモーメントＭ１による負荷が卓越する杭一般部１の先端付近の剛性、耐力が大きく、構造としての安定性、耐力をより高めることができる。
【００８０】
図８は、本願発明の埋込み杭において、杭一般部の先端に固着された杭の内径以下の径の孔部２ａを有する有孔底板２と、この有孔底板２に固着され、それよりも下方に突出する杭一般部よりも大径の鋼管によって形成された先端円筒管部３に、一軸圧縮強度が９．８〜１４．７ＭＰａ程度のソイルセメントを想定した根固め材４を充填した場合の構造耐力に関する解析結果のうち、杭一般部に作用する曲げモーメントの分布の一例を示したものである。この図において、位置０ｃｍは有孔底板２との固着位置であり、本解析における杭一般部の径は８０ｃｍである。この解析結果によれば、曲げモーメントは、有孔底板２との固着部の近傍で支配的であり、杭径の半分くらいの長さだけ固着部から離れると、殆ど曲げが生じていない。
【００８１】
この曲げモーメントが卓越する範囲は、構造スペック等の各種の条件によって変化すると考えられるが、杭外径ｄ0と同程度の長さの範囲であることが多いと考えられ、杭一般部先端の肉厚を大きくする長さＬ1は、多くの場合、杭外径ｄ0と同程度であればよく、より確実には杭外径ｄ0の２倍あれば十分と考えられる。なお、杭一般部先端の肉厚を大きくする長さＬ1をさらに大きくすることもできるが、構造的な意義は薄く、取り扱いやコスト面で不利となることが考えられる。
【００８２】
図９(a) 、(b) 、(c) は、本願発明の埋込み杭に用いる杭体の例を示したものであり、鋼管等からなる杭一般部１の先端に、杭一般部１の外径より大きい外径を持つ有孔底板２を固着し、さらに、この有孔底板２に杭一般部１より大径の鋼管等からなる先端円筒管部３を固着してなる杭において、前記有孔底板２と前記杭一般部１の接合部付近に補剛板１０ａ、１０ｂ、１０ｃを設けた場合を例示している。
【００８３】
図９(a) は、補剛板１０ａを杭円周方向に間隔をおいて複数枚配設し、有孔底板２と杭一般部１の両方に固着した場合を例示している。本構造によれば、有孔底板２と杭一般部１の接合部の剛性が向上し、隅角部の変形を抑えることができる。また、根固め材４および先端円筒管部３から有孔底板２を介して杭一般部１に作用する荷重を軸力として安定的に伝達することができる。
【００８４】
図９(b) は、杭円周方向に複数枚の矩形の補剛板１０ｂを杭一般部１の先端付近に概略鉛直に固着した場合を例示したものである。本構造によれば、杭一般部１の先端付近の剛性および耐力が向上し、図４に示す曲げモーメントＭ１に対する構造の安定性を高めることができる。また、補剛板１０ｂの下端が有孔底板２に概略接するようにして杭一般部先端に固着しておけば、図９(a) と同様に接合部の剛性が向上し、隅角部の変形を抑えることができ、また、荷重を軸力として安定的に杭一般部１に伝達する効果も期待できる。また、図９(b) において、補剛板１０ｂを杭一般部先端に概略接するように有孔底板２上に固着しても、隅角部の変形を抑えることができ、荷重を軸力として安定的に杭一般部１に伝達する効果が期待でき、杭一般部先端が半径方向にはらみ出すような変形が生じるのを防止することができる。また、補剛板１０ｂは、曲げモーメントＭ１が卓越する範囲に設置されているのが望ましく、多くの場合、有孔底板２との接合部から杭外径ｄ0と同程度、より確実には杭外径ｄ0の２倍程度の範囲に設置されているのが望ましい。
【００８５】
図９(c) は、杭円周方向に複数枚の三角形状の補剛板１０ｃを杭一般部１の先端付近に固着した場合を例示したものである。本構造は、特に、曲げモーメントＭ１が卓越する有孔底板２との接合部近傍ほど剛性が高まるように構成されており、図９(b) と同様の効果が期待できる。
【００８６】
図１０は、本願発明の埋込み杭に関する第４の比較形態を示したものであり、鋼管等からなる杭一般部１の先端に、杭一般部１の内径より小さい径の孔部２ａを有するドーナツ状の有孔円盤からなる有孔底板２を固着し、さらに、この有孔底板２にその外径と等しい外径を有する先端円筒管部３を下方に突出するように固着してなる杭を用い、これを先端円筒管部３の周辺および下方が杭一般部よりも拡径して掘削された掘削孔内に設置し、根固め材で有孔底板２と先端円筒管部３で囲まれる空間内および先端円筒管部３の外周面に充填することにより埋込み杭を形成した場合を示している。
【００８７】
本構造によれば、先端円筒管部３によるその内部の根固め材４に対する確実な拘束効果に加え、図１０に示すように、先端円筒管部３の外周および下方を杭一般部１の周辺の掘削孔よりも拡径して拡大掘削部Ｓを形成し、先端円筒管部３の周辺の地盤をより広く改良することで、先端円筒管部３に対する外周部の根固め材４’による拘束効果や半径方向への変形抑制効果をより確実に期待できるようになり、構造としての耐力性能をより一層高めることができる。
【００８８】
図１１は、本願発明の埋込み杭に用いる杭体の例を示したものであり、先端円筒管部３の外周面に複数の離散的なスタッド等の凸部１１を設けた場合を示したものである。本構造によれば、先端円筒管部３と周辺根固め材４’の付着をより確実なものとすることで、先端円筒管部３の周辺の根固め材４’に対しても荷重の一部が確実に伝達され、先端円筒管部３とその内部の根固め材４に加え、先端円筒管部３の外周の根固め材４’を合わせたより広い面積で、均等な支持地盤への荷重の伝達が期待できる。また、先端円筒管部３に複数の孔部を所定の面積分だけ設けたり、先端円筒管部３の外周面に鉄筋などによる突起を設けたりすることにより、先端円筒管部３と周辺根固め材４’の付着を確保しても、同様の効果が期待できる。
【００８９】
【発明の効果】
本願発明の埋込み杭では、施工性を確保するために先端を開端した状態で杭を建て込むことができ、かつ、支圧板としての底板に孔部を設けたことによる支圧面積の減少分を先端円筒管部での側方拘束効果によって補うことができる。
【００９０】
また、そのため根固め材として特別な材料を用いたり、施工法やその管理に特別な手法を要さずに、確実に開端杭の先端を閉塞することができ、これにより、杭先端の実断面積ではなく、内部を閉塞した密実断面として杭先端付近の地盤に荷重を確実に伝達することができる。
【００９５】
また、杭一般部先端付近の肉厚を大きくしたことにより、根固め材と先端円筒管部から支圧板としての有孔底板を介して杭一般部に伝達される荷重に対する剛性、耐力を向上させ、より安定的な構造とすることができる。
【００９６】
請求項２に係る発明では、杭一般部先端の肉厚部分の長さを杭一般部の外径の１倍以上２倍以内とすることにより、根固め材と先端円筒管部から支圧板としての有孔底板を介して杭一般部に伝達される荷重に対する剛性、耐力を向上させることができ、かつ、無駄のない合理的な構造とすることができる。
【００９１】
請求項４、５に係る発明では、先端円筒管部の外径が杭一般部の外径より大きく、施工性に支障を与えない範囲で、先端支持力の増大が図れる。
【００９２】
請求項６に係る発明では、底板の孔部の径を杭一般部の内径よりも小さくし、杭一般部の内側にも底板を張り出させることによって、張出し部に根固め部からの支圧反力が作用し、杭体一般部先端付近に発生する曲げモーメントを低減し、軸力として力が伝達されやすくなるので、構造の安定性を維持しつつ、底板の剛性を低減するなどの効果が得られる。
【００９３】
請求項７に係る発明では、有孔底板について張出し量を抑えつつ、必要な支圧面積を確保することができ、根固め材の充填その他の施工性の面でも支障とならない。
【００９４】
請求項８に係る発明では、十分な根固め材の拘束効果を確保しつつ、有孔底板からの根固め材への支圧力をほぼ均等に伝達することができ、かつ構造的に無駄がないためコスト面で有利である。
【００９７】
請求項９に係る発明では、有孔底板と杭一般部の接合部付近に補剛材を設けることにより、根固め材と先端円筒管部から支圧板としての有孔底板を介して杭一般部に伝達される荷重に対する杭一般部先端付近の剛性、耐力を向上させ、さらに、根固め材および先端円筒管部から有孔底板を介して杭一般部に作用する荷重が軸力として伝達されやすくなるため、より一層安定した構造を得ることができる。
【００９８】
請求項１０に係る発明では、拡大掘削部の先端円筒管部外周および下方も根固め材が満たされるようにしたことにより、先端円筒管部によるその内部の根固め材の拘束効果に加え、先端円筒管部に対するその外周部の根固め材による拘束効果や半径方向への変形の抑制効果もより確実に期待でき、杭の耐力性能をより確実なものとすることができる。
【００９９】
請求項１１に係る発明では、先端円筒管部の外周面に複数の孔部や凹凸部等を設けることにより、先端円筒管部とその内部の根固め材に加え、先端円筒管部の外周の根固め材を合わせたより広い面積で、均等に支持地盤への荷重伝達が行われ、杭の支持力性能をより確実なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明の埋込み杭に関する第１の比較形態（請求項１、４、５、７、８の構成の一部を備える）における先端部の構造を示す鉛直断面図である。
【図２】  (a) 、(b) は、それぞれ本願発明で用いる有孔底板の一例を示す斜視図である。
【図３】  本願発明の埋込み杭に関する第２の比較（請求項４〜８の構成を備える）における先端部の構造を示す鉛直断面図である。
【図４】  (a) 、(b) は、それぞれ本願発明における力の伝達機構の代表例を示した説明図である。
【図５】  本願発明の埋込み杭に関する第３の比較形態（請求項６〜８の構成を備える）における先端部の構造を示す鉛直断面図である。
【図６】  本願発明の埋込み杭における根固め材の一軸圧縮強度と支圧強度の関係の実験結果を示す図である。
【図７】  本願発明の埋込み杭の実施形態（請求項１〜３に対応）における先端部の構造を示す鉛直断面図である。
【図８】  本願発明の埋込み杭における杭一般部に生じる曲げモーメント分布の解析結果を示す図である。
【図９】  (a) 、(b) 、(c) は、それぞれ本願発明の埋込み杭に用いる杭体の先端構造の例を示す斜視図である。
【図１０】  本願発明の埋込み杭に関する第４の比較形態（請求項１０の構成を備える）における先端部の構造を示す鉛直断面図である。
【図１１】  本願発明の埋込み杭に用いる杭体の先端構造を示す鉛直断面図である。
【図１２】  従来の埋込み杭の先端構造の代表例を示す鉛直断面図である。
【符号の説明】
１…杭一般部、２…有孔底板、２ａ…孔部、３…先端円筒管部、４…根固め材、４’…周辺根固め材、５…掘削孔、８…鉄筋、９…継鉄板、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…補剛板、１１…スタッド等の凸部
【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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