JP2004176466A

JP2004176466A - 拡底部を有する基礎杭構造

Info

Publication number: JP2004176466A
Application number: JP2002345893A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hirao; 幸太郎平尾
Original assignee: Geotop Corp
Current assignee: Geotop Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】拡底部の周壁が地中に貫入することにより、貫入抵抗を大きくし、これにより、拡底杭の先端支持力を大幅に増大させることができる基礎杭構造を提供すること。
【解決手段】拡底部１を有する掘削孔２に杭を施工する基礎杭構造において、拡底部１の底部１１を、下側が狭い楔状の傾斜角を付した略逆円錐形に形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、支持力を得る支持層に拡底部を有する掘削孔を形成し、該掘削孔に杭を施工する基礎杭構造に関し、特に、拡底部の下部において、杭の貫入抵抗を大きくすることにより、拡底杭の先端支持力を大幅に増大させることができる拡底部を有する基礎杭構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、杭の支持力及び引き抜き抵抗を増加させるための手段として、杭の下端に拡底部を設ける拡底杭が広く知られている。
このような拡底杭としては、掘削孔の下端部に拡底部を設け、既製杭を設置するものと、現場打ち杭の下端に拡底部を設けるものとがあり、いずれも予め杭孔の底部に杭孔よりも大径となる拡底部を掘削しておき、この拡底部内にソイルセメントを充填したり、コンクリートを打設したりして拡底杭とするものであった。
【０００３】
拡底部の形状は、既製杭では円筒形のものがほとんどであり、また、場所打ち杭では、底部に行くに従い広くなる円錐状のものがほとんどである。
拡底杭の先端支持力は、先端断面積に比例するとされ、従って杭の支持力を増すためには、拡底部の断面を拡大して先端底面積を増大させればよいとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の拡底部を有する基礎杭構造では、拡底杭の先端支持力を、拡底部の底面の支圧力と垂直の周壁の摩擦力とによって得ているが、垂直の筒壁による摩擦力は小さく、また、場所打ち杭では、拡底部が円錐状であるため、底面の支持力は底面積に比例して増大するとしても、円錐状の周壁は、底面の支持力が発揮されるに従って地盤と離れることになり、摩擦力が全く期待できなくなるという問題を有している。
【０００５】
本発明は、上記従来の拡底部を有する基礎杭構造が有する問題点に鑑み、拡底部の下部が地中に貫入することにより、貫入抵抗を大きくし、これにより、拡底杭の先端支持力を大幅に増大させることができる拡底部を有する基礎杭構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の拡底部を有する基礎杭構造は、拡底部を有する掘削孔に杭を施工する基礎杭構造において、前記拡底部の下部を、下側が狭い楔状の傾斜角を付した略逆円錐形に形成したことを特徴とする。
【０００７】
この拡底部を有する基礎杭構造は、拡底部の下部を、下側が狭い楔状の傾斜角を付した略逆円錐形に形成することから、傾斜角を付した拡底部の下部の周壁が地中に貫入することにより、貫入抵抗を大きくして、この周壁から大きな支圧力を得ることができ、これにより、拡底部による底面部の支圧力と併せて、拡底杭の先端支持力を大幅に増大させることができる。
また、拡底部の上部を、下側が広い略円錐形に形成することから、引き抜き力に対して傾斜角を付した拡底部の上部の周壁に支圧力が作用することにより、引き抜き抵抗を大きくすることができる。
【０００８】
この場合において、拡底部を有する掘削孔に、節杭等の既製杭を挿入し、該既製杭の周囲に硬化性材料を充填することができる。
【０００９】
そして、既製杭に節杭を用い、拡底部の下部の範囲に少なくとも節部が１つ定着するようにすることができる。
【００１０】
さらに、節杭を用いた場合において、拡底部の下部の高さをＨ_１、その傾斜角をθ_１、拡底部の上部の高さをＨ_２、その傾斜角をθ_２、節杭の節部外径をＤ_１、掘削孔の直径をＤ_２、拡底部の最大直径をＤ_３、拡底部の下部の直径をＤ_４とした場合、各部の寸法が下記の式（１）〜（５）を満たすようにすることができる。
Ｄ_３＝Ｄ_２＋２Ｈ_１ｔａｎθ_１≦２Ｄ_２・・・（１）
Ｈ_２＝（（Ｄ_３−Ｄ_２）／２）ｔａｎθ_２・・・（２）
Ｈ_１＝（（Ｄ_３−Ｄ_２）／２）ｔａｎθ_１≦２Ｄ_２・・・（３）
Ｄ_４＝（１．０５〜１．３）Ｄ_１＝Ｄ_２・・・（４）
１４゜≦θ_１≦４０゜・・・（５）
【００１１】
また、拡底部を有する掘削孔に直接コンクリートを打設して場所打ちコンクリート杭を構築することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の拡底部を有する基礎杭構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に、本発明の拡底部を有する基礎杭構造の第１実施例を示す。
この拡底部を有する基礎杭構造は、支持力を得る支持層に拡底部１を有する掘削孔２を掘削し、この掘削孔２に節杭３を挿入して拡底杭４を施工するもので、前記拡底部１の下部１１を、下側が狭い楔状の傾斜角を付した略逆円錐形に形成するようにしている。
【００１４】
そして、掘削孔２に節杭３を挿入し、節杭３の周囲に固化強度が支持地盤と力学的に同質以上となるような硬化性材料５を充填することにより、拡底杭４を形成している。
このように、節杭３と拡底部１との組み合わせによる相乗作用により、支持力のより大きな基礎杭構造を得ることができる。
【００１５】
ここで、硬化性材料５としては、ソイルセメント、セメントミルク、水砕スラグ等の汎用の硬化性材料を用いることができる。
さらに、硬化性材料５には、遊離ＣａＯや遊離ＭｇＯ等の膨張、固化成分を含有する膨張性及び固化性を有するスラグを用いることができる。
この膨張性及び固化性を有するスラグとしては、製鋼スラグ（転炉スラグ及び／又は電気炉スラグ（酸化スラグ及び／又は還元スラグ）をいい、ここでは、特に、エージング処理（具体的には、特に限定されるものではないが、例えば、約１００℃の蒸気中で１００時間程度保持したり、長期間屋外に野積みすることによる安定化処理）を行っていない製鋼スラグのほか、エージング処理を部分的に行うことにより膨張性を調整した製鋼スラグ等の膨張性を消失させていない製鋼スラグをいう。）、ゴミ焼却スラグ、汚泥スラグの１種若しくは２種以上の混合物を用いることができる。
この膨張性及び固化性を有するスラグは、単独で用いるほか、これに、膨張性を消失した製鋼スラグ、高炉スラグ、フェロアロイスラグ、水砕スラグ、銅製錬スラグ、赤泥、フライアッシュ、ゴミ焼却灰、ガラス破砕物、廃石膏、コンクリート廃材等の産業廃棄物、石膏、生石灰、セメント、砕石、土砂、粘土等の建築用材料、人工材料、鉱物の１種若しくは２種以上を混合した、膨張性及び固化性を有するスラグの膨張性及び固化性を利用できるものを用いることができる。
このように、硬化性材料５に、膨張性及び固化性を有するスラグを用いることにより、施工後、節杭３の外周部に充填した製鋼スラグ等の膨張性及び固化性を有するスラグが吸水し、膨張固化することによって、節杭３を建て込む掘削孔２と節杭３の間隙が狭い場合等でも、硬化性材料５を均一に空洞を形成することなく充填することができるとともに、深層部にも圧縮力を伝達することができ、節杭３の周囲の地盤を容易に、静的な圧力で、かつ確実に締め固めることができ、地盤の相対密度を高め、これによって、さらに節杭３の支持力を高めることができる。また、産業廃棄物である製鋼スラグ等の有効利用を図ることができ、循環型社会形成の促進に寄与することができる。
【００１６】
拡底部１の上部１２は、引き抜き抵抗を増大させることができるように、掘削孔２を拡径することにより、下側が広い円錐形に形成されており、掘削孔２の崩壊を防ぐために、その傾斜角θ_２は１２度以下に設定するようにすることが望ましい。
また、この拡底部１の上部１２と底部１１の境界部１３が、拡底部１の最大直径を有する部分となっている。
【００１７】
そして、拡底部１の下部１１の高さをＨ_１、その傾斜角をθ_１、拡底部１の上部１２の高さをＨ_２、その傾斜角をθ_２、節杭３の節部外径をＤ_１、掘削孔２の直径をＤ_２、拡底部１の最大直径をＤ_３、拡底部１の下部の直径をＤ_４とした場合、例えば、各部の寸法は下記の式（１）〜（５）によって導くことができる。
【００１８】
Ｄ_３＝Ｄ_２＋２Ｈ_１ｔａｎθ_１≦２Ｄ_２・・・（１）
Ｈ_２＝（（Ｄ_３−Ｄ_２）／２）ｔａｎθ_２・・・（２）
Ｈ_１＝（（Ｄ_３−Ｄ_２）／２）ｔａｎθ_１≦２Ｄ_２・・・（３）
Ｄ_４＝（１．０５〜１．３）Ｄ_１＝Ｄ_２・・・（４）
１４゜≦θ_１≦４０゜・・・（５）
【００１９】
なお、支持地盤が弱い場合は、θ_１を小さく設定し、拡底部１の下部１１の高さＨ_１を大きくし、拡底部１の下部１１にかかる節杭３の節部の数を多くするとともに、支持層への根入れ深さを大きくするようにして、支持力を補完するようにする。ただし、θ_１を１４゜未満とした場合、先端部の支持力を増すためにＨ_１の高さが高くなるのと併せて支持層への根入れが大きくなりすぎ、施工能率が悪くなる。このため、θ_１の最小値を１４゜とした。
一方、支持地盤が強い場合は、θ_１を大きく設定し、拡底部１の下部１１の高さをＨ_１を小さくし、拡底部１の下部１１にかかる節杭３の節部の数を少なくするとともに、支持層への根入れ深さを小さくするようにして、施工コストを低減することができる。
【００２０】
ところで、上記のとおり、硬化性材料５としては、ソイルセメント、セメントミルク、スラグ等の硬化性材料を用いることができるが、特にスラグの場合、その内部摩擦角は４０゜である。このため、最大の支圧力が作用するように、θ_１の最大値を４０゜とした。
【００２１】
この場合、拡底部１の下部１１の範囲に少なくとも節杭３の節部が１つ定着するようにする。
これにより、硬化性材料との一体性が高まり、杭本体部の付着と節部３の支圧も併せて確実に荷重を地盤に伝達することができ、支持力を増大させることができる。
【００２２】
図２に、本発明の拡底部を有する基礎杭構造のより具体的な実施例を示す。
この実施例は、拡底部１の下部１１の傾斜角θ_１を４０゜、拡底部１の上部１２の傾斜角θ_２を１２゜、節杭３の軸径をφ５００ｍｍ、節杭３の節部外径Ｄ_１をφ６５０ｍｍ、掘削孔２の直径Ｄ_２をφ８４５ｍｍ、拡底部１の最大直径Ｄ_３をφ１６００ｍｍ、拡底部１の下部の直径Ｄ_４をφ８４５ｍｍとしたものである。
【００２３】
ところで、この実施例においては、この拡底部１の上部１２と底部１１の境界部１３に幅をもたせていないが、例えば、図３に示す第１実施例の変形例のように、境界部１３に幅、具体的には、節杭３の節部外径をＤ_１の１〜３倍程度の幅Ｈ_３をもたせるようにすることができる。
これにより、支持力が期待できる地盤では、幅Ｈ_３を広く設定する。また、拡底部１の周壁の断面の急激な変化による応力集中を緩和させて、拡底部１の周壁の崩壊を防ぐことができる。
【００２４】
かくして、本実施例の拡底部を有する基礎杭構造は、拡底部１の下部１１を、下側が狭い傾斜角を付して略逆円錐形に形成したことから、傾斜角を付した拡底部１の下部１１の周壁１４に杭４の貫入抵抗を大きく作用させ、この周壁１４から大きな支圧力を得ることができ、これにより、拡底部１の底面１５の支圧力を加えて、拡底杭４の先端支持力を大幅に増大させることができる。
また、拡底部１の上部１２を、下側が広い略円錐形に形成することから、引き抜き力に対して傾斜角を付した拡底部１の上部１２の周壁１４に支圧力が作用することにより、引き抜き抵抗を大きくすることができる。
【００２５】
次に、図４に、本発明の拡底部を有する基礎杭構造の第２実施例を示す。
この拡底部を有する基礎杭構造は、支持力を得る支持層に拡底部１を有する掘削孔２を掘削し、この掘削孔２に場所打ちコンクリート杭による拡底杭４を施工するもので、前記拡底部１の下部１１を、下側が狭い楔状の傾斜角を付した略逆円錐形に形成するようにしている。
【００２６】
そして、掘削孔２に鉄筋籠６を挿入するとともに、掘削孔２に直接コンクリート７を打設して拡底杭４を形成している。
【００２７】
拡底部１の上部１２は、引き抜き抵抗を増大させることができるように、掘削孔２を拡径することにより、下側が広い円錐形に形成されており、掘削孔２の崩壊を防ぐために、その傾斜角θ_２は１２度以下に設定するようにすることが望ましい。
また、この拡底部１の上部１２と底部１１の境界部１３が、拡底部１の最大直径を有する部分となっている。
なお、本実施例においても、必要に応じて、境界部１３に幅、具体的には、節杭３の節部外径をＤ_１の１〜３倍程度の幅Ｈ_３をもたせるようにすることができる。
【００２８】
かくして、本実施例の拡底部を有する基礎杭構造は、拡底部１の下部１１を、下側が狭い傾斜角を付して略逆円錐形に形成したことから、傾斜角を付した拡底部１の下部１１の周壁１４に杭４の貫入抵抗を大きく作用させ、この周壁１４から大きな支圧力を得ることができ、これにより、拡底部１の底面１５の支圧力を加えて、拡底杭４の先端支持力を大幅に増大させることができる。
また、拡底部１の上部１２を、下側が広い略円錐形に形成することから、引き抜き力に対して傾斜角を付した拡底部１の上部１２の周壁１４に支圧力が作用することにより、引き抜き抵抗を大きくすることができる。
【００２９】
以上、本発明の拡底部を有する基礎杭構造を複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、各実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の拡底部を有する基礎杭構造によれば、拡底部の下部を、下側が狭い楔状の傾斜角を付した略逆円錐形に形成することから、傾斜角を付した拡底部の下部の周壁が地中に貫入することにより、貫入抵抗を大きくして、この周壁から大きな支圧力を得ることができ、これにより、拡底部による底面部の支圧力と併せて、拡底杭の先端支持力を大幅に増大させることができ、支持力の大きな基礎杭構造を、施工コストを上昇させることなく構築することができる。
また、拡底部の上部を、下側が広い略円錐形に形成することから、引き抜き力に対して傾斜角を付した拡底部の上部の周壁に支圧力が作用することにより、引き抜き抵抗を大きくすることができる。
【００３１】
この場合、拡底部を有する掘削孔に、節杭等の既製杭を挿入し、該既製杭の周囲に硬化性材料を充填するようにしたり、直接コンクリートを打設して場所打ちコンクリート杭を構築することができ、施工現場に応じた、工法を適宜採用することができる。
【００３２】
そして、既製杭に節杭を用い、拡底部の下部の範囲に少なくとも節部が１つ定着するようにすることにより、硬化性材料との一体性が高まり、杭本体部の付着と節部の支圧も併せて確実に荷重を地盤に伝達することができ、支持力を増大させることができる。
【００３３】
さらに、拡底部の下部の高さをＨ_１、その傾斜角をθ_１、拡底部の上部の高さをＨ_２、その傾斜角をθ_２、節杭の節部外径をＤ_１、掘削孔の直径をＤ_２、拡底部の最大直径をＤ_３、拡底部の下部の直径をＤ_４とした場合、各部の寸法が下記の式（１）〜（５）を満たすようにすることによって、節杭と拡底部との組み合わせによる相乗作用により、支持力のより大きな基礎杭構造を得ることができる。
Ｄ_３＝Ｄ_２＋２Ｈ_１ｔａｎθ_１≦２Ｄ_２・・・（１）
Ｈ_２＝（（Ｄ_３−Ｄ_２）／２）ｔａｎθ_２・・・（２）
Ｈ_１＝（（Ｄ_３−Ｄ_２）／２）ｔａｎθ_１≦２Ｄ_２・・・（３）
Ｄ_４＝（１．０５〜１．３）Ｄ_１＝Ｄ_２・・・（４）
１４゜≦θ_１≦４０゜・・・（５）
【００３４】
また、拡底部を有する掘削孔に直接コンクリートを打設して場所打ちコンクリート杭を構築することにより、支持力の大きな基礎杭構造を、場所打ちにより構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の拡底部を有する基礎杭構造の第１実施例を示し、（ａ）は拡底部を示す断面図、（ｂ）は拡底杭を示す断面図である。
【図２】本発明の拡底部を有する基礎杭構造の具体的な実施例を示す拡底部を示す断面図である。
【図３】本発明の拡底部を有する基礎杭構造の第１実施例の変形例の拡底部を示す断面図である。
【図４】本発明の拡底部を有する基礎杭構造の第２実施例を示し、（ａ）は拡底部を示す断面図、（ｂ）は拡底杭を示す断面図である。
【符号の説明】
１拡底部
１１拡底部の下部
１２拡底部の上部
１３境界部
１４周壁
１５底面
２掘削孔
３節杭
４拡底杭
５硬化性材料
６鉄筋籠
７コンクリート

Claims

拡底部を有する掘削孔に杭を施工する基礎杭構造において、前記拡底部の下部を、下側が狭い楔状の傾斜角を付した略逆円錐形に形成したことを特徴とする拡底部を有する基礎杭構造。
拡底部を有する掘削孔に既製杭を挿入し、該既製杭の周囲に硬化性材料を充填したことを特徴とする請求項１記載の拡底部を有する基礎杭構造。
既製杭に節杭を用い、拡底部の下部の範囲に少なくとも節部が１つ定着するようにしたことを特徴とする請求項２記載の拡底部を有する基礎杭構造。
拡底部の下部の高さをＨ_１、その傾斜角をθ_１、拡底部の上部の高さをＨ_２、その傾斜角をθ_２、節杭の節部外径をＤ_１、掘削孔の直径をＤ_２、拡底部の最大直径をＤ_３、拡底部の下部の直径をＤ_４とした場合、各部の寸法が下記の式（１）〜（５）を満たすことを特徴とする請求項３記載の拡底部を有する基礎杭構造。
Ｄ_３＝Ｄ_２＋２Ｈ_１ｔａｎθ_１≦２Ｄ_２・・・（１）
Ｈ_２＝（（Ｄ_３−Ｄ_２）／２）ｔａｎθ_２・・・（２）
Ｈ_１＝（（Ｄ_３−Ｄ_２）／２）ｔａｎθ_１≦２Ｄ_２・・・（３）
Ｄ_４＝（１．０５〜１．３）Ｄ_１＝Ｄ_２・・・（４）
１４゜≦θ_１≦４０゜・・・（５）
拡底部を有する掘削孔に直接コンクリートを打設して場所打ちコンクリート杭を構築したことを特徴とする請求項１記載の拡底部を有する基礎杭構造。