JP2003227133A - 基礎杭およびその構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 環境に配慮しつつ、低コストで基礎杭を構築
する。 【解決手段】 基礎杭１は、上端部３ａがフーチング２
に接合される杭本体３を備えている。この杭本体３は、
ソイルセメント５を用いて形成されるとともに、その下
端部３ｂを構成するソイルセメント５として鋼繊維補強
ソイルセメント５Ａが用いられた構成となっている。こ
のような構成により、杭本体３の下端部３ｂを高強度化
して支持力を拡大し、杭径を減じてコストダウンを図る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建物の上部構造体
の荷重を地盤に伝達するために用いられる基礎杭および
その構築方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題に対する意識の高まりを
背景として、建設工事においても環境汚染を防止できる
工法が求められている。このような工法の一例として、
基礎杭構築時に、地盤における杭の設置対象領域をセメ
ントミルクを注入しつつ攪拌し、攪拌を行った部分に対
して中空の鋼管杭を挿入することで杭体を形成する工法
が実現している。こうした工法は、掘削地盤を原位置で
ソイルセメント化するために排土が殆どなく、施工面で
も低振動かつ低騒音という特徴を有し、環境に優しい工
法となっている。また、この工法により施工された基礎
杭は、排土して地盤を緩めることが無いため、打撃工法
と同等の先端支持力（単位面積当たりで、通常の場所打
ちコンクリートの２倍程度）が認められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
工法を採用して構築された基礎杭は、場所打ちコンクリ
ート杭に比較して施工コストが高いという問題があり、
一般的な建築構造物には殆ど適用されていないのが実状
であった。そこで、環境に配慮しつつ施工コストを低減
することができるような基礎杭の構築技術が求められて
いた。

【０００４】このような事情に鑑みて、本発明では、環
境に優しく、かつ、低コストでの施工を行うことができ
るような基礎杭およびその構築方法を提供することを目
的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては以下の手段を採用した。すなわち、
請求項１記載の基礎杭は、建物の上部構造体の荷重を地
盤に伝達するために用いられる基礎杭であって、上端部
が上部構造体に接合される杭本体を備え、この杭本体
は、ソイルセメントを用いて形成され、かつ、杭本体の
少なくとも下端部を構成するソイルセメントとして繊維
補強ソイルセメントが用いられていることを特徴として
いる。このような構成により、杭本体の少なくとも下端
部をより高強度化して支持力を拡大することができる。

【０００６】請求項２記載の基礎杭は、請求項１記載の
基礎杭であって、杭本体の下端部は、その断面積が杭本
体の他の部分に比較して大となるように形成されている
ことを特徴としている。このような構成により、さらに
支持力の拡大を図ることができる。

【０００７】請求項３記載の基礎杭は、建物の上部構造
体の荷重を地盤に伝達するために用いられる基礎杭であ
って、上端部が前記上部構造体に接合される杭本体を備
え、杭本体は、管状体とソイルセメントとを有し、この
ソイルセメントが管状体の少なくとも内部に充填された
構成とされ、かつ、杭本体は、その下端部においてソイ
ルセメントが充填される領域の径寸法が、他の部分にお
いて前記ソイルセメントが充填される領域の径寸法に比
較して大となるように形成されていることを特徴として
いる。このような構成により鋼管ソイルセメント杭の先
端支持力を容易に拡大することができる。

【０００８】請求項４記載の基礎杭は、請求項３記載の
基礎杭であって、杭本体の下端部に充填されるソイルセ
メントには、繊維材が混入されていることを特徴として
いる。このような構成により、鋼管と杭本体下端部の繊
維材によって補強されたソイルセメント箇所とが相俟っ
て、杭本体のさらなる支持力の拡大を図ることができ
る。

【０００９】請求項５記載の基礎杭の構築方法は、地盤
内を地表面から下方に向けて攪拌翼により硬化材を混練
しつつ順次攪拌していくとともに、攪拌翼に後続させて
管状体を地表面側から地盤内に挿入していき、攪拌翼が
所定の深度に達する以前に、攪拌翼の回転径寸法を拡大
して地盤内において硬化材が混練される領域の径寸法
を、管状体の径寸法よりも拡大し、攪拌翼が所定の深度
に達したら、攪拌翼の回転径寸法を管状体の径寸法より
も縮小し、攪拌翼を管状体の内部を通じて地表面に引き
上げることを特徴としている。このような構成を採用す
ることにより、請求項３に係る基礎杭を容易に得ること
ができる。

【００１０】また、請求項６記載の基礎杭の構築方法
は、攪拌翼の回転寸法を拡大させた際に地盤内に混練す
る硬化材として、繊維を混入したセメントミルクを用い
ることを特徴としている。このような構成を採用するこ
とにより、請求項４に係る基礎杭を容易に得ることがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態
である基礎杭１の立断面図、図２は図１におけるＩ−Ｉ
線矢視断面図である。これらの図中に示す基礎杭１は、
建物の上部構造体の荷重を地盤Ｇに対して伝達するもの
であり、その杭本体３の上端部３ａが、建物の上部構造
体の一部をなすフーチング２に対して接合された構成と
なっている。

【００１２】杭本体３は、鋼管（管状体）４と、この鋼
管４の内外に対して充填されるソイルセメント５とを備
えた構成となっている。また、杭本体３の下端部３ｂ
は、他の部分に比較してその径寸法が大とされており、
杭本体３の軸部（下端部３ｂよりも上方の部分）３ｃか
ら杭本体３の先端３ｄに向かって漸次その断面積が拡大
する円錐台形状とされている。一方、鋼管４は、杭本体
の下端部３ｂにおいても拡径しないために、下端部３ｂ
のうち断面積が軸部３ｃに比較して拡大した部分は、ソ
イルセメント５によって占められることとなる。つま
り、杭本体３の下端部３ｂにおいてソイルセメント５が
充填される領域の径寸法は、軸部３ｃにおいてソイルセ
メント５が充填される領域の径寸法に比較して大とされ
ている。具体的には、杭本体３の下端部３ｂのソイルセ
メント５が充填される領域の径寸法は、軸部３ｃの外形
φ₁より大でかつ鋼管４の外形Ｄの２倍よりも小に設定
されている。

【００１３】また、杭本体３の下端部３ｂには、ソイル
セメント５として、鋼繊維補強ソイルセメント５Ａが用
いられている。鋼繊維補強ソイルセメント５Ａは、鋼繊
維（繊維材）が混練されることに加えて、杭本体３の軸
部３ｃを構成するソイルセメント５Ｂよりもセメントミ
ルクの配合が富配合とされており、これにより、ソイル
セメント５Ｂよりも高強度を発揮することができるよう
になっている。なお、この鋼繊維補強ソイルセメント５
Ａは杭本体３の中間部及び上端部まで達するように充填
してもよい。この杭本体３の下端部３ｂの鋼繊維補強ソ
イルセメント５Ａが用いられている部分の高さは鋼管４
の外形Ｄの２倍以上に設定されている。また、鋼管４の
下端は杭本体３の下端部３ｂまで達しているが、このと
き、鋼管４の下端から杭下端までの寸法は、鋼管４の外
形Ｄの１／２以上に設定されている。

【００１４】また、鋼管４の上端にはフレア溶接により
アンカー鉄筋７が溶接されており、アンカー鉄筋７の上
端部がフーチング２内に定着されることにより杭本体３
の上端部３ａとフーチング２とが強固に接合されるよう
になっている。

【００１５】次に、この基礎杭１の構築方法について説
明する。基礎杭１を構築するには、まず図３（ａ）に示
すように、地盤Ｇ内の地表面Ｇｓ付近に、基礎杭１の設
置対象部分に位置させて口元管９を設置するとともに、
地盤Ｇの口元管９に囲まれた部分に対して掘削を兼ねる
攪拌翼１０を挿入する。この場合、攪拌翼１０は、その
上方に配置した鋼管４に対して固定あるいは当接してお
くこととする。また、攪拌翼１０としては、回転時にセ
メントミルクを地盤Ｇ内に吐出可能であり、かつ、鋼管
４（杭本体３）の軸方向（鉛直方向）に直交する方向
（水平方向）の回転径Ｄａが縮小・拡大自在であるもの
を用いる。さらに、鋼管４の上端部には、あらかじめア
ンカー鉄筋７（図３（ａ）において図示略）を溶接して
おいてもよい。

【００１６】図３（ａ）に示したような状態から、攪拌
翼１０を回転させつつ鋼管４をその自重により下降させ
る。これにより、図３（ｂ）に示すように、攪拌翼１０
によって地盤Ｇ中における基礎杭１の設置対象部分が攪
拌されるとともに、攪拌翼１０から吐出されるセメント
ミルクと土とが混練されて、基礎杭１の設置対象部分に
ソイルセメント５が形成される。また、鋼管４は、攪拌
翼１０に後続してソイルセメント５内に挿入されていく
こととなる。

【００１７】その後、図３（ｃ）に示すように、攪拌翼
１０が、杭本体３の深さ位置（所定の深さ位置）に達す
る以前に、攪拌翼１０から吐出させるセメントミルクに
鋼繊維を混入させ、これを土と混練することにより、地
盤Ｇ中に鋼繊維補強ソイルセメント５Ａが形成されるよ
うにする。また同時に、攪拌翼１０および鋼管４を下降
させつつ、攪拌翼１０の回転径寸法を徐々に拡大させ
る。これによって、図３（ｃ）に示すように、鋼繊維補
強ソイルセメント５Ａにより杭本体３の下端部３ｂが、
円錐台形状に形成されることとなる。なお、杭本体３の
下端部３ｂは、地盤Ｇ中の支持層１１に埋め込まれた状
態で形成される。

【００１８】このようにして杭本体３の下端部３ｂを形
成したら、攪拌翼１０を閉じてその回転径寸法を鋼管４
の内径寸法よりも縮小し、さらに、図３（ｄ）および
（ｅ）に示すように、攪拌翼１０を鋼管４の内部を通じ
て、地上にまで引き揚げる。さらに杭本体３の上端部３
ａ上に、建物のフーチング２を形成し、フーチング２内
にアンカー鉄筋７を定着させて杭本体３の上端部３ａと
フーチング２とを接合することにより、図１に示したよ
うな基礎杭１を得る。

【００１９】上述の基礎杭１においては、杭本体３の下
端部３ｂを構成するソイルセメント５として鋼繊維補強
ソイルセメント５Ａを用いたため、この部分を高強度化
して杭本体３の支持力を拡大することができる。これに
より、杭径が小さくても所定の支持力を得ることがで
き、環境に配慮しつつ、低コストでの施工が可能とな
る。特に、こうした構成を採用することにより、杭本体
３の下端部３ｂに対して引張力が生じたとしても破壊を
防止することが可能となる。近年、先端をフラットとし
た拡底場所打ちコンクリート杭において短期許容支持力
で底面に割れが生じ、極限支持力時には破壊が上方に進
展することが報告されているが、本実施の形態の基礎杭
１では、こうした破壊についても防止できると考えられ
る。

【００２０】さらに、基礎杭１においては、杭本体３の
下端部３ｂにおいてソイルセメント５（鋼繊維補強ソイ
ルセメント５Ａ）が充填される領域の径寸法が、他の部
分（軸部３ｃ）においてソイルセメント５が充填される
領域の径寸法に比較して大とされており、これにより、
杭本体３の下端部３ｂにおける杭本体３の軸方向の断面
積が、杭本体３の他の部分（軸部３ｃ）における断面積
に比較して大とされる。したがって、さらなる支持力の
拡大を図ることができ、これにより、よりコストパフォ
ーマンスに優れた基礎杭を実現することができる。

【００２１】しかも上述の基礎杭１は、杭本体３が鋼管
４とソイルセメント５とを有するとともに、鋼管４の内
部にソイルセメント５が充填された構成となっているの
で、鋼管４の座屈が防止され、鋼管の許容圧縮耐力が増
加するため、鋼管４の肉厚を薄くすることができる。し
たがって、揚重計画が楽になり、杭の施工が容易になる
とともに、ローコスト化を図ることができる。なお、鋼
管４の径や肉厚を調整することで、任意の断面性能（曲
げ耐力）を持たせることができ、これにより、コストパ
フォーマンスの向上を図ることができる。

【００２２】さらに、基礎杭１は、鋼管４を使用したた
めに、場所打ちコンクリート杭と比較してせん断耐力も
大きく、さらに、鋼管４が、杭本体３の軸部３ｃにおい
て中心部より外側に位置しているため、曲げ耐力を発揮
することができる。しかも、杭頭を鋼管杭と考えること
ができるため、場所打ちコンクリート杭と比較して杭径
が小さくても大きな曲げ耐力を有し、軸力が小さいとき
や引張力が作用するときでも曲げ耐力を確保することが
できる。これによって、地盤条件が悪くても杭頭曲げ応
力に対して容易に対処することができるようになり、ま
た、杭径が小さくなることで排土を減らすことができ
る。また、杭本体３の下端部３ｂを含めて無筋とするこ
とができるため、場所打ちコンクリート杭と比べた場
合、鉄筋籠が不要であり、このため作業スペースや組立
工程が不要となり工期短縮を図ることができる。

【００２３】さらに、基礎杭１は、杭本体３の軸部３ｃ
において、ソイルセメント５が鋼管４によってその側部
から拘束されるために、コンファインド効果により軸耐
力も大きくとれることになる。したがって、杭としての
耐力はもっぱら地盤Ｇで決定されることとなり、杭本体
３の下端部３ｂを拡大して支持力を拡大し、かつ下端部
３ｂに充填されるソイルセメント５として鋼繊維が混入
された鋼繊維補強ソイルセメントを用いることは合理的
であると考えられる。

【００２４】さらに、上述の基礎杭１の構築方法では、
地盤Ｇ内を地表面Ｇｓから下方に向けて攪拌翼１０によ
りセメントミルクを混練しつつ順次攪拌していくととも
に、攪拌翼１０に後続させて鋼管４を地表面Ｇｓ側から
地盤Ｇ内に挿入していき、攪拌翼１０が所定の深度に達
する以前に、攪拌翼１０の回転径寸法を拡大して、地盤
Ｇ内においてセメントミルクが混練される領域の径寸法
を、鋼管４の径寸法よりも拡大するようにしている。そ
して、攪拌翼１０が所定の深度に達したら、攪拌翼１０
の回転径寸法を鋼管４の径寸法よりも縮小し、攪拌翼１
０を鋼管４の内部を通じて地表面Ｇｓに引き上げるよう
になっている。

【００２５】このような構成により、下端部３ｂが拡径
した杭本体３を有する基礎杭１を、特殊な攪拌翼１０を
用いるだけで、既往の鋼管ソイルセメント杭工法の施工
手順を踏襲しつつ行うことができる。すなわち、掘削し
た土を掘削孔内から排出せず、その場でセメントミルク
と攪拌することができ、孔内崩壊せずベントナイトなど
の安定液を使用する必要が無く、産業廃棄物の発生を抑
制することができ地球環境に優しい工法とすることがで
きる。また、被圧地下水のある場合にも安定液の流出が
ないため対応できる。また打撃工法でなく、基本的に埋
め込み工法の一種であり低騒音で低振動となり、また支
持層の深さが変化しても打撃杭よりも対処しやすい。さ
らに、既往の施工手順を踏襲できるために、現場展開も
容易である。

【００２６】また、上述の基礎杭１の構築方法では、鋼
管４を建て込む前に、鋼管４の上端部にアンカー鉄筋７
を先付けすることができるため、アンカー鉄筋７と鋼管
４とのフレア溶接部の信頼性が確保されるとともに施工
能率が向上する。すなわち、一般的な鋼管杭では、杭打
ち機や埋め込み杭の掘削機に杭を取り付ける際に杭頭に
鉄筋があると杭施工に障害となるため、杭の埋め込み後
に、杭頭部のアンカー鉄筋を現場において溶接すること
が必要となり、溶接作業姿勢が悪く溶接部の品質に問題
が生じる場合もあったが、上述の基礎杭１の構築方法で
は、鋼管４を単にその自重により下降させて建て込むこ
とができるので、このような問題が生じない。

【００２７】以上において、本発明の一実施の形態を説
明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるもので
なく、その趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用す
ることが可能である。

【００２８】例えば、上記実施の形態においては、図３
に示すような構築方法が採用されていたが、これに代え
て図４に示すような構築方法を採用することもできる。
すなわち、図４（ａ）に示すように、地表面Ｇｓに口元
管９を設置し、口元管９の内部に位置する地盤Ｇを攪拌
翼１０により掘削するとともに、掘削土をスクリュウ１
２により排出することにより、所定の深さの掘削孔１３
を形成する。この場合、掘削孔１３には安定液１４を満
たしておく。

【００２９】さらに、図４（ｂ）に示すように、スクリ
ュウ１２を攪拌翼１０から取り外すとともに、スクリュ
ウ１２に代えて攪拌翼１０に対してセメントミルク供給
管１５を接続する。そして、セメントミルク供給管１５
を通じて供給したセメントミルクを攪拌翼１０から吐出
させることにより、掘削孔１３の底部のさらに下方の地
盤Ｇを順次ソイルセメント５としていく。また、掘削孔
１３の内部にセメントミルクＣｍを注入して安定液１４
を回収することにより、掘削孔１３の内部の安定液１４
をセメントミルクＣｍに置換していく。

【００３０】その後、攪拌翼１０が、杭本体３の深さ位
置（所定の深さ位置）に達する以前に、攪拌翼１０から
吐出させるセメントミルクＣｍに鋼繊維を混入させ、こ
れを土と混練することにより、地盤Ｇ中に鋼繊維補強ソ
イルセメント５Ａが形成されるようにする。また同時
に、攪拌翼１０および鋼管４を下降させつつ、攪拌翼１
０の回転径寸法を徐々に拡大させることにより、図４
（ｃ）に示すように、杭本体３の下端部３ｂを、鋼繊維
補強ソイルセメント５Ａを用いて円錐台形状に形成す
る。

【００３１】このようにして杭本体３の下端部３ｂを形
成したら、攪拌翼１０を地上に引き揚げ、さらに図４
（ｄ）に示すように掘削孔１３の内部に鋼管４を挿入し
て鋼管４をその自重により下降させる。さらに図４
（ｅ）に示すように、口元管９を撤去して杭本体３を形
成する。その後は、上記実施の形態と同様の手順を採用
することにより、基礎杭１を構築することができる。

【００３２】またこれとは別に、上記実施の形態の基礎
杭１において、杭本体３の下端部３ｂの形状は円錐台形
状とされていたが、これに限定されず、図５に示すよう
に杭本体３の下端部３ｂを、ドロップハンチのように断
面積（径寸法）を大きくした円筒形状としても同様の効
果を得ることができる。

【００３３】また、上記実施の形態においてアンカー鉄
筋７を直接鋼管４に溶接する代わりにカップラー（メス
ねじ）機械継手を鋼管４に溶接しておき、このカップラ
ー機械継手を介して、フーチング２の構築時にアンカー
鉄筋７を鋼管４の上端に取り付けるようにしてもよい。

【００３４】また、上記実施の形態においては、杭本体
３の下端部３ｂが鋼繊維補強ソイルセメント５Ａにより
構成されていたが、これに限定されず、炭素繊維やガラ
ス繊維を利用することも可能である。ただし、ダマにな
らず容易に攪拌できるものとしては鋼繊維が最も好適で
ある。

【００３５】また、上記実施の形態において、建物の上
部構造の柱が充填鋼管コンクリート柱である際に、この
充填鋼管コンクリート柱を構成する鋼管と鋼管４とを直
接一体化することで、鋼管が上部構造体の柱から基礎杭
１まで連続した構造体を構築することができる。なお、
この場合、充填鋼管コンクリート柱と鋼管４とを必ずし
も同断面とする必要はなく、鋼管厚等を変化させること
も可能である。

【００３６】さらに、上記実施の形態の基礎杭１の鋼管
４に対して、その上方から鋼管または鋼管巻きのＳＲＣ
柱を取り付けることにより、取り付けた鋼管または鋼管
巻きのＳＲＣ柱を逆打ち工法の構真柱とすることもでき
る。従来の逆打ち工事では、建物の上部構造の柱が充填
鋼管コンクリート柱あるいは鋼管柱であったとしても、
地下部でその形状を十字型に振り替えた構真柱を採用す
るのが通常であり、このため断面切り替え部分で複雑な
ディテールが必要となり、製作上の難易度が上がるとと
もにコストアップが生じていた。こうした場合、上記実
施の形態の基礎杭１の鋼管４に対して、その上方に鋼管
または鋼管巻きのＳＲＣ柱を取り付け、この部分を逆打
ち工法の構真柱とするようにすれば、地上部の柱から構
真柱と基礎杭１との接続部に至るまで、すべて鋼管とす
ることが可能となり、シンプルでローコストな構成を実
現することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
環境に配慮しつつ、低コストで基礎杭を構築することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態である基礎杭の立断面
図である。

【図２】 図１におけるＩ−Ｉ線矢視断面図である。

【図３】 図１および図２に示した基礎杭の構築方法を
示す工程図である。

【図４】 本発明の他の実施の形態である基礎杭の構築
方法を示す工程図である。

【図５】 本発明のさらに他の実施の形態を示す図であ
って、基礎杭の杭本体の下端部の拡大立断面図である。

【符号の説明】

１ 基礎杭 ２ フーチング ３ 杭本体 ３ａ 上端部 ３ｂ 下端部 ４ 鋼管（管状体） ５ ソイルセメント ５Ａ 鋼繊維補強ソイルセメント

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建物の上部構造体の荷重を地盤に伝達す
   るために用いられる基礎杭であって、 上端部が前記上部構造体に接合される杭本体を備え、 前記杭本体は、ソイルセメントを用いて形成され、 前記杭本体の少なくとも下端部を構成する前記ソイルセ
   メントとして繊維補強ソイルセメントが用いられている
   ことを特徴とする基礎杭。
2. 【請求項２】 前記杭本体の下端部は、その軸方向の断
   面積が前記杭本体の他の部分に比較して大となるように
   形成されていることを特徴とする請求項１記載の基礎
   杭。
3. 【請求項３】 建物の上部構造体の荷重を地盤に伝達す
   るために用いられる基礎杭であって、 上端部が前記上部構造体に接合される杭本体を備え、 前記杭本体は、管状体と、ソイルセメントとを有し、該
   ソイルセメントが前記管状体の少なくとも内部に充填さ
   れた構成とされ、 かつ、前記杭本体は、その下端部において前記ソイルセ
   メントが充填される領域の径寸法が、他の部分において
   前記ソイルセメントが充填される領域の径寸法に比較し
   て大となるように形成されていることを特徴とする基礎
   杭。
4. 【請求項４】 前記杭本体の下端部に充填される前記ソ
   イルセメントには、繊維材が混入されていることを特徴
   とする請求項３記載の基礎杭。
5. 【請求項５】 地盤内を地表面から下方に向けて攪拌翼
   により硬化材を混練しつつ順次攪拌していくとともに、
   前記攪拌翼に後続させて管状体を前記地表面側から前記
   地盤内に挿入していき、 前記攪拌翼が所定の深度に達する以前に、前記攪拌翼の
   回転径寸法を拡大して前記地盤内において前記硬化材が
   混練される領域の径寸法を、前記管状体の径寸法よりも
   拡大し、 前記攪拌翼が所定の深度に達したら、前記攪拌翼の回転
   径寸法を前記管状体の径寸法よりも縮小し、該攪拌翼を
   前記管状体の内部を通じて前記地表面に引き上げること
   を特徴とする基礎杭の構築方法。
6. 【請求項６】 前記攪拌翼の回転寸法を拡大させた際に
   前記地盤内に混練する硬化材として、繊維を混入したセ
   メントミルクを用いることを特徴とする請求項５記載の
   基礎杭の構築方法。