JP2009287379A

JP2009287379A - 斜杭基礎及び斜杭基礎の施工方法

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Publication number: JP2009287379A
Application number: JP2009108575A
Authority: JP
Inventors: Yukio Niihori; 行男新堀
Original assignee: Seiwa KK
Current assignee: Seiwa KK
Priority date: 2008-04-29
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】引き抜き力等に対する抗力をさらに向上させる。
【解決手段】斜杭基礎１を構成する各杭１０は、各杭頭部１１よりも上方に延ばした各杭１０の軸心Ａの延長線が相互に交わらない向きとなるように打ち込まれ、その状態で各杭頭部１１がヘッド部２０によって固定されている。好ましくは、各杭１０は、各軸心の延長線が相互に交わるように設定した場合の向き（基準軸心Ｙ）に対して、円周方向に所定の角度ねじられて打ち込まれている。突風等による引き抜き荷重、すなわち、ヘッド部２０を地面から浮き上がらせようとする荷重がかかった場合には、各杭１０の軸心Ａに直交する方向に抗力が作用しつつ、各杭１０がねじれ位置からねじれを解消する方向にも抗力が作用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、温室の基礎として用いるのに適する斜杭基礎及びその施工方法に関する。

特許文献１には、温室などの比較的軽量な構造物を、従来汎用されているフーチング基礎ではなく、施工が容易で、材料費、施工コストが安価であると共に、引き抜き抵抗力や水平抵抗力等の点でフーチング基礎に劣らない機能を備えた斜杭基礎が開示されている。この斜杭基礎は、図７及び図８に示したように、地中に、複数の杭（パイプ材）１００をすそ広がりに斜めに打ち込み、地上に突出している各杭１００の杭頭部１１０をコンクリート１２０などによって結合して固定したものである。また、各杭１００は、各軸心Ｙの延長線が相互に一点Ｘで交わるように打ち込まれている。

特開２００２−３０６７９号公報

温室は、一般の家屋等の建物と比較して遙かに軽量である。このため、斜杭基礎は、簡易かつ安価に施工できる構成でありながら、温室用の基礎に求められる、地震や風等による水平荷重が負荷された際の抗力、並びに、台風や突風等により引き抜き荷重が負荷された際の抗力としてほぼ満足できる力を発揮する。しかし、水平荷重や引き抜き荷重に対する抗力は、より大きいほど望ましい。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、簡易な構成でかつ安価に施工できるという特徴を維持しつつ、水平荷重や引き抜き荷重に対する抗力を従来よりも大きくすることができる斜杭基礎及び斜杭基礎の施工方法を提供することを課題とする。

上記した課題を解決するため、本発明の斜杭基礎は、すそ広がりに傾斜させて所定の長さ打ち込まれる複数本の杭と、地上に突出している前記各杭の杭頭部をまとめて固定するヘッド部とを備えてなる斜杭基礎であって、前記各杭は、各杭頭部よりも上方に延ばした各杭の軸心の延長線が相互に交わらない向きとなるように打ち込まれ、その状態で前記各杭頭部が前記ヘッド部によって固定されていることを特徴とする。

前記各杭は、各軸心の延長線が相互に交わるように設定した場合を基準として、各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、前記基準となる軸心から相対的に円周方向に所定角度ずらされて打ち込まれていることが好ましく、さらには、前記基準となる軸心に対して、前記各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、円周方向に５度〜６０度ずらして打ち込まれていることがより好ましい。この場合、前記基準となる軸心に対して、前記各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、円周方向に１５度〜３０度ずらして打ち込まれていることが最も好ましい。また、本発明の斜杭基礎は、温室の基礎として用いることが好適である。

また、本発明の斜杭基礎の施工方法は、複数本の杭をすそ広がりに傾斜させて所定の長さ打ち込む工程と、地上に突出している前記各杭の杭頭部をまとめてヘッド部により固定する工程とを有する斜杭基礎の施工方法であって、前記各杭を、各杭頭部よりも上方に延ばした各杭の軸心の延長線が相互に交わらない向きで打ち込み、その状態で前記各杭頭部を前記ヘッド部によって固定することを特徴とする。

本発明の斜杭基礎の施工方法は、前記各杭を、各軸心の延長線が相互に交わるように設定した場合を基準として、各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、前記基準となる軸心から相対的に円周方向に所定角度ずれるように打ち込むことが好ましく、さらには、前記基準となる軸心に対して、前記各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、円周方向に５度〜６０度ずれるように打ち込むことがより好ましい。この場合、前記基準となる軸心に対して、前記各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、円周方向に１５度〜３０度ずらして打ち込まれていることが最も好ましい。

本発明では、斜杭基礎を構成する各杭は、各杭頭部よりも上方に延ばした各杭の軸心の延長線が相互に交わらない向きとなるように打ち込まれ、その状態で各杭頭部がヘッド部によって固定されている。好ましくは、各杭は、各軸心の延長線が相互に交わるように設定した場合の向きに対して、円周方向に所定の角度ずらされて（「ねじられて」ないしは「傾かせて」）打ち込まれている。従って、突風等による引き抜き荷重、すなわち、ヘッド部を地面から浮き上がらせようとする荷重がかかった場合には、各杭の軸心に直交する方向に抗力が作用しつつ、各杭が円周方向にずれた位置（ねじれ位置）からずれ（ねじれ）を解消する方向にも抗力が作用する。このため、従来よりも大きな抗力を発揮させることができる。しかも、各杭の軸心を円周方向に所定の角度ずらした位置関係に設定するだけでよいため、従来の施工方法と同様に、簡易な構成で安価に施工できるという利点を備えている。その一方で、抗力が大きくなるため、各斜杭基礎に使用する杭の本数を減らすことも可能であり、それにより、各斜杭基礎の設置コストを低下させることができる。また、各斜杭基礎の設置間隔を広げることで、基礎工事全体のコストをさらに安価にすることが可能である。

図１は、本発明の一の実施形態にかかる斜杭基礎を示す平面図である。図２は、図１のａ−ａ’矢視図である。図３は、試験例１の結果を示したグラフである。図４は、試験例２における杭長２００ｍｍの結果を示し、（ａ）はねじれ角度０度、（ｂ）はねじれ角度１５度、（ｃ）はねじれ角度３０度、（ｄ）はねじれ角度４５度の結果を示したグラフである。図５（ａ）は試験例２における杭長２００ｍｍの結果をまとめて示したグラフであり、図５（ｂ）は試験例２における杭長３００ｍｍの結果をまとめて示したグラフである。図６は、図５（ａ）の杭長２００ｍｍのデータを引抜き量４ｍｍまでを拡大して示したグラフである。図７は、従来の斜杭基礎を示す平面図である。図８は、従来の斜杭基礎を示す側面図である。

以下、図面に示した実施の形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の一の実施形態に係る斜杭基礎１を示す図である。この図に示したように、本実施形態の斜杭基礎１は、杭１０とヘッド部２０とを備えて構成される。

杭１０は、中実の棒状部材を用いることもできるが、軽量でかつ安価であることから、中空の金属製パイプ材（鋼管）を用いることが好ましい。各杭１０は、所定の傾斜角度（図２のθ２で示した鉛直方向に対する傾斜角度）ですそ広がりに地面に打ち込まれる。傾斜角度θ２は限定されるものではないが、５度〜４５度の範囲、好ましくは、２５度〜３５度の範囲である。なお、本出願人の試験によれば、傾斜角度θ２は３０度に設定すると、傾斜角度０度の直杭と比較して約２．５倍の引抜き抵抗力を発揮し、水平載荷特性も最大となる。

また、杭１０は、杭頭部１１から上方に延ばした軸心Ａの延長線が、相互に交わらない向きとなるように打ち込まれる。具体的には、各杭１０を、図７及び図８に示したように、各軸心の延長線が相互に一点Ｘで交わるように打ち込んだと仮定した場合を基準として（各図において、杭１０又は杭１００をこのように打ち込んだ際の基準となる軸心をＹとして示しており、以下、「基準軸心Ｙ」という）、基準軸心Ｙに対する本実施形態における実際の軸心Ａが、円周方向に所定の角度（図１のθ１で示した角度（以下必要に応じて、「ねじれ角度θ１」という）ずれるように（ねじるように）して打ち込む。つまり、例えば、杭頭部１１の断面中心Ａ２を基準軸心Ｙ上に位置させた場合に、杭底部１２の断面中心Ａ１が基準軸心Ｙから円周方向に所定のねじれ角度θ１ずれるように打ち込む。なお、上記のように杭頭部１１側をずらすか、あるいは、杭底部１２側をずらすか（杭底部１２の断面中心Ａ１を基準軸心Ｙ上に位置させて杭頭部１１の断面中心Ａ１を基準軸心Ｙから円周方向にずらした場合）、双方をずらすか（杭１０の長手方向の中途部における断面中心を基準軸心Ｙに合わせて杭頭部１１側及び杭底部１２側をずらした場合）は相対的なことであり、いずれの場合も、本発明に含まれる態様である。また、「円周方向」とは、点Ｘを中心とした仮想円の円周方向の意味であるが、施工時の誤差もあるため、厳密にその円周に沿っている場合に限る意味ではないことはもちろんである。また、円周方向にずらすことが好ましいが、それに限らず、杭頭部１１から上方に延ばした軸心Ａの延長線が、相互に交わらない向きとなっていればよい。

ねじれ角度θ１の大きさは限定されるものではないが、好ましくは５度〜６０度の範囲、より好ましくは、１０度〜４５度の範囲である。但し、後述の試験例２から、最も好ましくは１５度〜３０度の範囲である。

上記のようにして各杭１０を打ち込んだならば、円筒形や直方体等の所定の型枠（図示せず）を杭頭部１１の周囲にセットし、コンクリートを打設する。コンクリートが固化したならば、型枠を取り外す。これにより、各杭１０の杭頭部１１がコンクリートからなるヘッド部２０によって結束された斜杭基礎が施工される。

（実施例１）
図１に示したように、４本の杭（直径４８．６ｍｍ、長さ１２００ｍｍの中空の金属製パイプ材）を地面に打ち込んだ。地面上に突出している杭頭部１１の長さは、８０ｍｍとした。また、図２に示した各杭１０の傾斜角度θ２＝３０度となるようにし、図１に示した円周方向へのねじれ角度θ１＝１５度となるように打設した。次に、杭頭部１１を取り囲むように型枠を設置してコンクリートを流し込み、縦２５０ｍｍ、横２５０ｍｍ、高さ２５０ｍｍの立方体状のヘッド部を形成し、本実施例１の斜杭基礎を施工した。なお、ヘッド部の中心、すなわち、図１のＸに相当する位置にはアンカーボルトを突出させた。

（比較例１）
各杭を、円周方向にずらす（ねじる）ことなく、図７及び図８に示したように、各杭の実際の軸心が基準軸心Ｙに合致するようにように打ち込んだ。なお、使用した杭の材料、長さ、打ち込み長さ等の条件は、全て実施例１と同じである。そして、実施例１と全く同じ大きさ、形状のヘッド部をコンクリートにより形成し、比較例１の斜杭基礎を施工した。比較例１においても、ヘッド部の中心にアンカーボルトを突出させた。

（試験例１）
実施例１と比較例１の各斜杭基礎について、ヘッド部の中心に突出させたアンカーボルトに引っ張り試験機の引っ張り部を連結して、直上に所定の力をかけ、上方への変位量と引き抜き力を測定した。その結果を表１に示した、図３は、表１に示した結果をグラフ化したもので、横軸にヘッド部の引き抜き方向（上方）への変位量を示し、縦軸に付加した上方向への荷重（引き抜き力）を示したものである。

表１及び図３から、実施例１では、例えば、変位量０．０１ｍｍで引き抜き力１００ｋｇ、変位量０．０３ｍｍで引き抜き力３００ｋｇ、変位量０．２３ｍｍで引き抜き力１０１０ｋｇ、変位量０．５１ｍｍで引き抜き力１５３０ｋｇ、変位量１．０５ｍｍで引き抜き力２０００ｋｇとなっている。これに対し、比較例１では、例えば、変位量０．０１ｍｍで引き抜き力６５ｋｇ、変位量０．０３ｍｍで引き抜き力２００ｋｇ、変位量０．２６ｍｍで引き抜き力８５０ｋｇ、変位量０．５ｍｍで引き抜き力１２５０ｋｇ、変位量１．０５ｍｍで引き抜き力１７００ｋｇとなっている。

従って、実施例１の斜杭基礎の引き抜き力に対する抗力は、比較例１の斜杭基礎と比較して、約１．２倍〜約１．６倍程度であることがわかった。

（試験例２）
本発明の斜杭基礎における各杭のねじれ角度θ１の好ましい値を検証するため、乾燥砂を用いた模型地盤を作製し、この模擬地盤に各杭を埋設してねじれ角度θ１を種々変化させて引抜き試験を行った。

・実験装置の構成
厚さ１８ｍｍのベニア板の外縁部にスチール製のＬ型アングルを配して、外寸法：９００ｍｍ×９００ｍｍ×９００ｍｍ、内寸法：底面８４０ｍｍ×８４０ｍｍ×深さ６００ｍｍの実験用土槽を作製した。この実験用土槽にひずみゲージ式の変位計（容量５０ｍｍ、感度約０．０２ｍｍ）、荷重計（容量５００Ｎ、感度約０．１２５Ｎ）をセットした。

実験用土槽内に砂質土模型地盤を作製した。具体的には、６・７号混合珪砂（土粒子密度：２．６５１ｇ／ｃｍ^３、粒径：０．１０６〜０．３０ｍｍ（平均０．２６０ｍｍ））を用いて空中落下法により作製した。

・斜杭基礎模型の構成
外径１０ｍｍ×長さ２２０ｍｍ（土中に入る部分は２００ｍｍ）のステンレスパイプ（杭）４本と、この４本の杭の杭頭を固定するステンレスプレートを組み合わせて作製した。各杭の傾斜角度（図２のθ２で示した鉛直方向に対する傾斜角度）は３０度とし、ねじれ角度θ１が０度のもの、１５度のもの、３０度のもの、４５度のものの４種類の斜杭基礎模型を作製した。また、土に入る部分が３００ｍｍのステンレスパイプ（杭）を用いて、上記と同様の構成の４種類の斜杭基礎模型をさらに作製した。

なお、地盤作成後に杭を打ち込むと杭周辺の地盤が乱れるため、予め、各斜杭基礎模型を引抜きロッドに所定位置に固定した状態で上記のように空中落下法により地盤を作製した。

・引抜き試験
引抜き試験は、各斜杭基礎模型に連結した引抜きロッドにより、引抜き速度：毎分１ｍｍで、１秒間隔で引抜き量と引抜き抵抗力を測定しながら５０ｍｍまで引き抜いた。

外径１０ｍｍ×長さ２２０ｍｍ（土中に入る部分が２００ｍｍ）の杭（以下、「杭長２００ｍｍの杭」）を用いた各斜杭基礎模型の試験結果が図４（ａ）〜（ｄ）である。図４（ａ）〜（ｄ）は杭長２００ｍｍの各斜杭基礎模型について、３回ずつ試験を行ったデータを示しているが、各ねじれ角度の中で中間的挙動を示した代表的なデータを選び、１つのグラフにまとめたものが図５（ａ）である。同様に、土中に入る部分が３００ｍｍの杭（以下、「杭長３００ｍｍの杭」）を用いた各斜杭基礎模型の代表的なデータを１つのグラフにまとめたものが図５（ｂ）である。

・考察
図５（ａ），（ｂ）から、ねじれ角度をもたせた場合（ねじれ角度１５度、３０度、４５度の場合）、ねじれ角度をもたせない場合（ねじれ角度０度の場合）と比較して、最大引抜き抵抗力が低下する一方で、初期段階における引抜き抵抗力の現れ方が早くなることがわかった。

温室用に限らず、構造物の基礎に関しては、引抜き抵抗力（あるいは支持力）がいくら大きくても変形量が大きくなりすぎると上部構造物に損傷を与えるおそれがある。従って、初期段階から大きな引抜き抵抗力が発揮されることは基礎の特性として重要である。

そこで、図５（ａ）の杭長２００ｍｍのデータを引抜き量４ｍｍまでを拡大し、図６に示した。図６から、例えば引抜き抵抗力５０Ｎに達するまでに要する引抜き量を比較すると、ねじれ角度１５度及び３０度のものは約１．７〜２．１ｍｍであり、ねじれ角度０度の従来構造の斜杭基礎模型の約４ｍｍと比較して半分程度であった。ねじれ角度４５度の場合も、引抜き抵抗力５０Ｎに達するまでに要する引抜き量は約３．２ｍｍであり、ねじれ角度０度の従来構造のものの８割程度であった。

このことからねじれ角度は１５度〜４５度の範囲に設定することが好ましいが、ねじれ角度１５度、３０度は、ねじれ角度０度のものより初期抵抗力が顕著に優れている。また、図５（ａ），（ｂ）に示した最大引抜き抵抗力も、ねじれ角度１５度、３０度の場合は、ねじれ角度０度に近い値を示しているため、ねじれ角度１５度〜３０度に設定することが最も好ましいと言える。

１斜杭基礎
１０杭
１１杭頭部
１２杭底部
２０ヘッド部
Ａ軸心
Ｙ基準軸心

Claims

すそ広がりに傾斜させて所定の長さ打ち込まれる複数本の杭と、地上に突出している前記各杭の杭頭部をまとめて固定するヘッド部とを備えてなる斜杭基礎であって、
前記各杭は、各杭頭部よりも上方に延ばした各杭の軸心の延長線が相互に交わらない向きとなるように打ち込まれ、その状態で前記各杭頭部が前記ヘッド部によって固定されていることを特徴とする斜杭基礎。
前記各杭は、各軸心の延長線が相互に交わるように設定した場合を基準として、各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、前記基準となる軸心から相対的に円周方向に所定角度ずらされて打ち込まれていることを特徴とする請求項１記載の斜杭基礎。
前記基準となる軸心に対して、前記各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、円周方向に５度〜６０度ずらして打ち込まれていることを特徴とする請求項２記載の斜杭基礎。
前記基準となる軸心に対して、前記各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、円周方向に１５度〜３０度ずらして打ち込まれていることを特徴とする請求項３記載の斜杭基礎。
温室の基礎として用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の斜杭基礎。
複数本の杭をすそ広がりに傾斜させて所定の長さ打ち込む工程と、地上に突出している前記各杭の杭頭部をまとめてヘッド部により固定する工程とを有する斜杭基礎の施工方法であって、
前記各杭を、各杭頭部よりも上方に延ばした各杭の軸心の延長線が相互に交わらない向きで打ち込み、その状態で前記各杭頭部を前記ヘッド部によって固定することを特徴とする斜杭基礎の施工方法。
前記各杭を、各軸心の延長線が相互に交わるように設定した場合を基準として、各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、前記基準となる軸心から相対的に円周方向に所定角度ずれるように打ち込むことを特徴とする請求項６記載の斜杭基礎の施工方法。
前記基準となる軸心に対して、前記各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、円周方向に５度〜６０度ずれるように打ち込むことを特徴とする請求項７記載の斜杭基礎の施工方法。
前記基準となる軸心に対して、前記各杭の杭底部及び杭頭部の少なくとも一方が、円周方向に１５度〜３０度ずれるように打ち込むことを特徴とする請求項８記載の斜杭基礎の施工方法。