JP5407266B2 - 摩擦杭 - Google Patents

Description

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。

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。摩擦杭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。

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。また特許文献２には鋼管の最下端部および杭頭部近傍、ならびに中間部にらせん状の羽根を設けた羽根付き鋼管杭を柱状体内に挿入することが記載されている。
特開２００１−３２３４５９号公報 特開２００１−３１７０５０号公報

この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（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。
杭の支持力は、杭にある変位が生じたときに杭に作用している荷重値として評価される。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鉛直荷重Ｗを杭の支持力と考える。杭の許容変位δaは、一般に杭径の10％に相当する変位量に設定される。例えば杭径が1000ｍｍであれば100ｍｍ変位（沈下）したときに作用している鉛直荷重が、杭径が100ｍｍであれば10ｍｍ変位（沈下）したときの鉛直荷重が支持力である。よって杭径が小さいほど、小さい変位量で所定の支持力を発現する必要があり、杭に必要な荷重〜変位性能は、杭径によって規定される。

図５は、図４の摩擦杭（芯材）Ｐに鉛直荷重（以下、単に荷重という）Ｗが作用した状態を示す模式図である。この図に示す荷重Ｗに対する杭とソイルセメントとの間の相対変位をδ_PS、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δ_SGとすると、
δ_PS＋δ_SG≦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。

図６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、全体変位が許容変位δa以内となるよう、突起の仕様を決定すればよい。
地盤とソイルセメントとの間の摩擦による変位性状は主として地盤の特性によって決まり、杭径には関係しないが、ソイルセメントと杭との間の変位特性はソイルセメントの強度や突起の仕様によってさまざまに変化し、逆にいえば意図的なコントロールが可能である。

杭径が大きければ、ソイルセメントと杭との間の相対変位量の許容値が大きいので、徐々に付着力が発現される突起仕様でもよいが、杭径が小さい場合には相対変位量の許容値が小さいため、直ちに付着力が大きくなる突起仕様とすることが必要である。
本発明は、小さい変位の段階から直ちに大きな付着力が発現される突起の仕様を有する小径の摩擦杭を実現することを目的とする。

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、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小径の摩擦杭であって、この摩擦杭が、外径300mm以下の鋼管からなる既製杭の表面に２〜４条の線状の突起をそれぞれ等間隔で縦方向に設けたものであることを特徴とする。

本発明によれば、早期に付着力が発現する小径の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。

既製杭の表面に突起を設ける際に、取り付け角度、すなわち突起と水平面とのなす角度によっていろいろのやりかたが考えられる。例えば図１において（ａ）は取り付け角度θが０である場合、（ｃ）はθが90度に近い場合で、（ｂ）はこれらの中間である。本発明は突起を縦方向（軸方向）に取り付けるものであるから、（ｃ）が実施例に相当し、（ａ）と（ｂ）は比較例である。

図１における（ａ）と（ｃ）の２とおりについて、荷重試験を行った結果を図２に示す。
（ｃ）の場合が最も小さな変位量で付着力が発現できる。これに対して（ａ）の場合は付着力は変位に伴って徐々に現れる。（ａ）の場合も、突起の間隔を密にすれば付着力を発現できる変位量を小さくできるが、溶接の手間や材料等のコストが上昇するため、経済的に引き合わない。この杭径においては、その10％に相当する変位の許容値に対して、（ｃ）は満足するが（ａ）では対応できないことがわかる。

とくに既製杭の径が小さくなると、らせん状に突起を取り付けるには材料を小さい径に曲げて溶接しなければならず、いっそう不利になるので、杭径300ｍｍ以下では（ｃ）の取り付け方が有利である。
図３は実施例の摩擦杭の水平断面を示す。この例では既製杭として、鋼管を用いている。
（ａ）に示す既製杭（鋼管）１の径が120ｍｍ以下の小径管では突起２は縦方向に２条、220ｍｍ以下の中径管では縦方向に３条、300ｍｍに近いもので縦方向に４条、それぞれ等間隔に配置している。突起２は表面に凹凸を形成した異形棒鋼と呼ばれるもので、取り付けは突起２の両脇に所定長さで左右交互に、タップ溶接により行う。

既製杭として鋼管を用いた場合の（ａ）の実施例を挙げると、鋼管が径76.3ｍｍ、突起はD16と呼ばれる異形鉄筋が２本、タップ溶接は長さ60ｍｍ、920ｍｍ間隔で鋼管1本当たり６か所である。（ｂ）の例では鋼管が径139.8ｍｍ、突起はD16と呼ばれる異形鉄筋が３本、タップ溶接は長さ60ｍｍ、920ｍｍ間隔で鋼管1本当たり６か所、（ｃ）の例では鋼管が径267.4ｍｍ、突起はD25と呼ばれる異形鉄筋が４本、タップ溶接は長さ80ｍｍ、脚長15ｍｍ、920ｍｍ間隔で鋼管1本当たり６か所である。

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。

本発明の実施例の摩擦杭を比較例と対比して示す斜視図である。 図１に示した摩擦杭の荷重試験の結果を示すグラフである。 本発明の実施例の摩擦杭の水平断面図である。 本発明に係る合成杭構造を示す概念図である。 図４の摩擦杭Ｐに荷重Ｗが作用した状態を示す模式図である。 図５に示した荷重と変位の関係を示すグラフである。

符号の説明

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）

Claims (1)

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、外径300mm以下の鋼管からなる既製杭の表面に２〜４条の線状の突起をそれぞれ等間隔で縦方向に設けたものであることを特徴とする摩擦杭。

Images