(57)【要約】【要  約】【課  題】  ソイルセメントの柱状体に貫入させる既製杭の表面に、地盤と柱状体との間の摩擦力に見合う経済的な突起を形成する。【解決手段】  既製杭の表面に線状の突起を設けた摩擦杭の突起の間隔ｓと高さｈとの比を所定値以下にする。所定値は、摩擦杭に鉛直荷重が作用した際の既製杭とソイルセメントとの間の相対変位を、柱状体を含めた全体の変位の許容値からソイルセメントと地盤との間の相対変位を差し引いた値以内とするように定める。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を柱状に掘削し、掘削土砂とセメントミルクとを攪拌して形成したソイルセメント柱状体の中心部分に、前記の柱状体が硬化しないうちに芯材として貫入させる摩擦杭であって、この摩擦杭が、既製杭の表面に線状の突起を設け、この突起の間隔ｓと高さｈとの比ｓ／ｈを所定値以下としたものであることを特徴とする摩擦杭。
【請求項２】
前記の突起の間隔ｓと高さｈとの比ｓ／ｈの所定値が、前記の摩擦杭に鉛直荷重が作用した際のこの摩擦杭とソイルセメントとの間の相対変位を、柱状体を含めた全体変位の許容値からソイルセメントと地盤との間の相対変位を差し引いた値以内とするように設定されたものであることを特徴とする請求項１に記載の摩擦杭。
【請求項３】
前記既製杭が鋼管であることを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建屋等の構造物を支持する基礎部分等に使用されるソイルセメント、コンクリート等の柱状体に芯材として貫入させる摩擦杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤等においては、セメントミルクと掘削土砂とを攪拌してなるソイルセメントやコンクリート等の柱状体の中心部分に、この柱状体が硬化しないうちに芯材として鋼管杭やコンクリート杭等の摩擦杭を貫入させる合成杭構造の杭基礎が採用されることがある。図４はこの合成杭構造を示す概念図で、Ｇは地盤、Ｓは柱状体、Ｐは摩擦杭（芯材）である。芯材Ｐの頭部が構造物のフーチングに接続されて荷重を受け、柱状体Ｓの外周が周囲の地盤Ｇと接触して摩擦支持する構造である。
【０００３】
この構造においては芯材と柱状体との一体化が重要であるが、特許文献１には、芯材である鋼管の表面に圧延により突起を形成したり、溶接ビードや鉄筋の溶接により突起を設けることが記載されている。特許文献２には鋼管の内面または外面に肉盛溶接により高い突起を形成すること、そして鋼管とコンクリートとの間に十分な付着力を付与し、良好な応力伝達を期待するため、突起の高さを６ｍｍ以上とすることにより、突起間隔と高さの比を10〜20にして突起間隔を90ｍｍ以上とし、条数を減少させることが可能であることなどが記載されている。また特許文献３には鋼管の表面に環状、あるいはらせん状の節を形成し、節の高さを1.5〜10ｍｍ、節の高さと間隔の比を「0.06以下」とすることが記載されている。これを突起間隔と高さの比、すなわち逆数に直すと「16.6以上」となる。
【特許文献１】特開昭６２−２６８４２２号公報
【特許文献２】特開２００５−１９３２４５号公報
【特許文献３】特開２００１−３２３４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記したような改良地盤の柱状体に貫入させる摩擦杭の場合、柱状体を含めた合成杭全体の支持力は、地盤と柱状体との間の摩擦力と、柱状体と芯材としての摩擦杭との間の付着力との和である。一方がいかに強固に結合されていても、他方が滑ってしまえばトータルの支持力は得られない。すなわち摩擦杭のソイルセメントに対する一体化力には必要十分な限界があり、それ以上の突起を形成することは経済的でない。
【０００５】
本発明は、この観点から、既製杭の表面には地盤と柱状体との間の摩擦力に見合う経済的な突起を形成することを目的とする。前記の各特許文献の記載の中には、このような技術思想は見られない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、地盤を柱状に掘削し、掘削土砂とセメントミルクとを攪拌して形成したソイルセメント柱状体の中心部分に、既製杭の表面に線状の突起を設け、前記柱状体が硬化しないうちに芯材として貫入させる摩擦杭であって、この摩擦杭が、既製杭の表面に線状の突起を設け、この突起の間隔ｓと高さｈとの比ｓ／ｈを所定値以下としたものであることを特徴とする摩擦杭であり、望ましくは前記の突起の間隔ｓと高さｈとの比ｓ／ｈの所定値が、前記の摩擦杭に鉛直荷重が作用した際のこの摩擦杭とソイルセメントとの間の相対変位を、柱状体を含めた全体変位の許容値からソイルセメントと地盤との間の相対変位を差し引いた値以内とするように設定されたものである前記の摩擦杭である。さらに望ましくは、前記既製杭が鋼管である摩擦杭である。  
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、荷重と付着力との関係を考慮して芯材の表面に必要十分な突起を形成し、合理的な摩擦杭を実現することができるという、すぐれた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
杭の支持力は、杭にある変位量が生じたときに発現される荷重値として規定される。
一般的に、杭の許容変位をδaとし、そのときに作用している荷重を杭の支持力と考える。
杭の支持力の限界は、ソイルセメントと地盤との間が滑る場合と、杭とソイルセメントとの間が滑る場合の２とおりが考えられる。
【０００９】
図５の模式図に示すように、鉛直荷重（以下、単に荷重という）Ｗに対する杭とソイルセメントとの間の相対変位をδPS、同じく荷重Ｗに対するソイルセメントと地盤との間の相対変位をδSGとすると、
δPS＋δSG≦δa                    ・・・（１）
が満足されれば、杭の変位（沈下量）がδaに達した時点で荷重はＷ以上となる。
【００１０】
荷重Ｗとソイルセメント−地盤間の相対変位δSGとの関係は地盤の特性により決定されるものではあるが、一般的に、変位20ｍｍ程度で最大の摩擦力を示し、以後は滑ってしまうという性状を示す。すなわちこの間の摩擦力は相対変位が20ｍｍ程度でピーク値を持ち、ほぼ一定である。これに対して、荷重Ｗと杭−ソイルセメント間の相対変位δPSとの関係はソイルセメントの強度や杭突起の仕様によって意図的にさまざまに変化させることが可能である。
【００１１】
杭径Dpが600ｍｍである場合、杭の許容沈下量（許容変位量、δa）を杭径の10％である60ｍｍとすると、式（１）において右辺δaは60ｍｍであり、を60、δSGを20ｍｍとすれば、δPSは40ｍｍ以下となる。すなわち、杭とソイルセメントとの間の相対変位が40ｍｍ以下で荷重Ｗが得られるようにソイルセメント強度や杭突起の仕様を決めれば、許容沈下量60ｍｍの発生時にＷ以上の支持力が得られることになる。
【００１２】
図1は実施例の摩擦杭Ｐの部分正面図で、１は既製杭（鋼管）、２はその表面に形成された突起である。ｓは突起の間隔、ｈは突起の高さである。突起がリング状であればｓはそのまま突起の間隔であるが、突起がらせん状であればｓはらせんのピッチである。
図２はさきの式（１）をグラフに示したもので、全体変位は、杭−ソイルセメント間の変位と、ソイルセメント−地盤間の変位の和である。荷重Ｗにおいて、全体変位が杭の許容変位δa（例えば杭径Ｄｐの１０％）以内となるよう、突起の仕様を決定すればよい。
【００１３】
図３は、突起の高さｈと間隔ｓとの比ｓ／ｈをいろいろに変化させて荷重（付着力）と変位（摩擦杭とソイルセメントとの間の相対変位）との関係をプロットしたグラフである。ｓ／ｈの値が大きくなるほど、曲線はなだらかとなりピーク値は小さくなる。すなわち突起の間隔が大きくなることにより、最大の付着力が生じるまでの変形量が大きくなっている。
【００１４】
したがって、突起の高さｈと間隔ｓとの比ｓ／ｈを、摩擦杭とソイルセメントとの間の相対変位が、柱状体を含めた全体変位の許容値からソイルセメントと地盤との間の相対変位を差し引いた値以内となるように設定すればよい。
前記したように、ソイルセメント−地盤間の相対変位はほぼ一定で20ｍｍであるから、杭径Ｄｐを600ｍｍとすれば、その１０％は60ｍｍであり、これから20ｍｍを差し引くと残りは40ｍｍである。図３において荷重Ｗと曲線との交点を見ると、ｓ／ｈが40以下であればよいことがわかる。これは杭径Ｄｐが600ｍｍの場合であるが、杭径Ｄｐが異なる場合も同様に実験によって図３のグラフを求め、ｓ／ｈの好ましい範囲を決定すればよい。
【００１５】
なお、別途の計算によると、ｓ／ｈ＝40とｓ／ｈ＝20とを較べれば既製杭（鋼管）の単位長さ当たりの突起の数は１／２であるが、最大耐力は１／２ではなく、それほど低下しない。突起の数と付着耐力とは比例はしない。
なお、芯材の既製杭としては、鋼管杭、あるいは高強度プレストレストコンクリート杭（ＰＨＣ杭）、外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）、節杭等の既製コンクリート杭などを用いることができるが、高い水平耐力と経済性とを両立させるという観点から、鋼管杭を用いることがもっとも望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明実施例の摩擦杭の部分正面図である。
【図２】合成摩擦杭における荷重と変位との関係を示すグラフである。
【図３】突起の高さと間隔を変化させて荷重と変位との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係わる合成摩擦杭の概念図である。
【図５】図４の合成摩擦杭における荷重と変位との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１７】
１    既製杭（鋼管）
２    突起
Ｇ    地盤
Ｐ    摩擦杭（芯材）
Ｓ    ソイルセメント（柱状体）
【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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