JP2012177264A - 合成摩擦杭 - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲にわたって高い支持力の得られる合成摩擦杭を実現する。
【解決手段】地盤を柱状に掘削し、掘削土砂とセメントミルクとを混合攪拌して形成したソイルセメント柱状体の中心部分に、杭体を貫入させてなる合成摩擦杭において、杭体１の表面に縦鉄筋２ａとらせん鉄筋２ｂとを複合させて取り付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、軟弱地盤の基礎杭等に使用する合成摩擦杭に関する。

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既製杭を貫入させる合成摩擦杭がよく使用される。図３はこの合成摩擦杭を示す概念図で、Ｇは地盤、Ｓはソイルセメント（柱状体）、１は芯材（既製杭）である。芯材１の頭部が図示しない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。

合成摩擦杭においては芯材とソイルセメント柱状体との付着、すなわち一体化が重要である。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。
図４は表面に突起を取り付けた鋼管を示す正面図、図５は同じく斜視図で、（ａ）は鋼管１の表面に縦鉄筋２ａを取り付けたもの、（ｂ）は同じく鋼管１の表面にらせん鉄筋２ｂを取り付けたもの、（ｃ）は環状鉄筋２ｃを取り付けたもので、らせんの水平面となす角度をθとすれば、（ａ）はθ＝90度、（ｃ）はθ＝０度に相当する。太線で示したのは溶接部分である。

図６はこのうちの（ａ）と（ｂ）について、荷重と変位との関係を示すグラフである。鉛直方向の変位δは、すなわち杭頭部の沈下量である。縦鉄筋の場合は小さい荷重ですぐに支持力が発揮される反面、沈下が進むにつれて支持力が減少するので許容される沈下量が少ない場合に用いられる。一方、らせん鉄筋ではゆるやかに支持力が発揮されるので、許容される沈下量が大きい場合に用いられる。したがって、許容される沈下量が杭径の10％であるため、小径の杭では縦鉄筋が、中径杭ではらせん鉄筋が最適とされる。

なお、環状鉄筋を設けた鋼管杭は、特許文献２に記載されている。

特開昭６２−２６８４２２号公報 特開２００１−３２３４５９号公報

本発明は、表面に縦鉄筋を取り付けた杭体、らせん鉄筋を取り付けた杭体のそれぞれの特性を生かし、広い範囲にわたって高い支持力の得られる合成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混合攪拌して形成したソイルセメント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を貫入させ、これらが一体となって周面摩擦力を発揮するようにした合成摩擦杭において、前記芯材が、杭体の表面に縦鉄筋とらせん鉄筋とを複合させて取り付けたものであることを特徴とする合成摩擦杭であり、望ましくは地盤の性能から見た必要な支持力に応じて、前記縦鉄筋とらせん鉄筋の構成割合が調整されていることを特徴とする前記の合成摩擦杭である。

本発明によれば、縦鉄筋、らせん鉄筋の構成割合を調整することにより、広い範囲にわたって高い支持力の得られる合成摩擦杭が容易に得られ、軟弱地盤等における効率的な基礎構造が実現するという、すぐれた効果を奏する。

本発明実施例の合成摩擦杭を示す斜視図である。 図１に示した実施例における支持力特性を示すグラフである。 本発明に係わる合成摩擦杭を示す概念図である。 従来の技術における表面に突起を取り付けた鋼管を示す正面図である。 同じく従来の技術における表面に突起を取り付けた鋼管を示す斜視図である。 従来の技術における表面に突起を取り付けた鋼管の荷重と変位との関係を示すグラフである。

さきに図６において説明したように、縦鉄筋では小さい荷重ですぐに支持力が発揮されるが、沈下が進むにつれて支持力が減少するのに対して、らせん鉄筋では沈下量が大きく、沈下につれてゆるやかに支持力が発揮される。そこでこれらを複合するとこれらの特性が合成され、本発明の杭体では、縦鉄筋の部分の作用により小さい沈下量領域から高い支持力が発現され、その後沈下量が増えるとともにらせん鉄筋の作用によって高い支持力がそのまま維持されるという特性が得られ、結果的に沈下量によらずほぼ一定の高い支持力が確保できる。

本発明において杭体としては、鋼管杭または既製コンクリート杭を使用することができる。既製コンクリート杭としては、鉄筋コンクリート杭（ＲＣ杭）、プレストレストコンクリート杭（ＰＣ杭）、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）、高強度コンクリート拡径杭（ＳＴ杭）等を例示することができる。

杭体の表面に突起付き線材を取り付ける方法としては、杭体が鋼管杭、または外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）の場合には、溶接によるのが好ましい。このとき、突起付き線材の線長の全てにわたって溶接する必要はなく、所定のピッチを設けて離散的に溶接すればよい。
また、杭体が鉄筋コンクリート杭（ＲＣ杭）、プレストレストコンクリート杭（ＰＣ杭）、高強度プレストレストコンクリート杭（ＰＨＣ杭）、高強度コンクリート拡径杭（ＳＴ杭）等の既製コンクリート杭の場合には、これら既製コンクリート杭を製造する際に複数の鋼片等が表面（外周面）に露出するように形成し、これらの鋼片等に突起付き線材を溶接により取り付けるか、またはアンカー等を用いて既製コンクリート杭の表面（外周面）に複数の線材取り付け金具を設け、これらの線材取り付け金具に突起付き線材を取り付ける方法などによることができる。

上記のように、本発明においては杭体として鋼管杭や既製コンクリート杭を用いることができるが、突起付き線材の取り付けの容易性からみて、鋼管杭、あるいは外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）が好ましく、鋼管杭がもっとも好ましい。
以下においては杭体として鋼管（鋼管杭）を用いた場合を例として説明するが、既製コンクリート杭の場合においても以下の説明は全く同じである。

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。

本発明の実施例を図面により説明する。図１は合成摩擦杭における芯材の３とおりの実施例を示す斜視図で、いずれも芯材としての杭体が鋼管の場合である。鋼管１の表面には縦鉄筋２ａとらせん鉄筋２ｂが複合させて取り付けられているが、図１（ａ）は縦鉄筋２ａを主体として、らせん鉄筋２ｂはピッチを大きくしてまばらに配置している。ここでは一例として、縦鉄筋２ａが４本、らせん鉄筋２ｂが杭垂直方向に対して角度70°として取り付けられている例を示す。当該例は、初期沈下時に大きな支持力を得たいが、物理的に鋼管に対して縦鉄筋のみを配置できない場合に用いられる。縦鉄筋のみでは、所定の支持力100,000Ｎを超える300,000Ｎ以上の支持力を得ることができない。当該例においては、らせん鉄筋２ｂを杭垂直方向に対して70°の角度でまばらに配置して、主体である縦鉄筋２ａに付着力を付加させれば、300,000Ｎ＋αの支持力を発揮できるという効果を有する。

図１（ｃ）はらせん鉄筋２ｂを主体として密に巻き付け、縦鉄筋２ａを少量配置している。ここでは一例として、縦鉄筋２ａが１本、らせん鉄筋２ｂが杭垂直方向に対して角度30°として取り付けられている例を示す。当該例は、支持力的にはらせん鉄筋のみでよいが、沈下量を抑制するために、初期剛性を向上させたい場合に用いられる。当該例においては、所定の支持力100,000Ｎはらせん鉄筋２ｂのみで十分確保できるが、さらに縦鉄筋２ａを１本追加することにより、初期剛性が増加し、沈下量も低減させるという効果を有する。

図１（ｂ）は両者の中間で、縦鉄筋２ａ、らせん鉄筋２ｂをそれぞれほぼ同等に配置している。ここでは一例として、縦鉄筋２ａが２本、らせん鉄筋２ｂが杭垂直方向に対して角度50°として取り付けられている例を示す。当該例は、沈下量の広い範囲にわたって所定の支持力を安定して発揮させたい場合に用いられる。らせん鉄筋２ｂのみだけでは、所定の支持力100,000Ｎは初期に発揮できない。当該例においては、縦鉄筋２ａを２本配置し、付着力を付加させることにより、初期不足分の支持力を補い、トータルとして100,000Ｎ以上の支持力を維持させるという効果を有する。

以下、図１（a）〜図１（ｃ）をそれぞれ実施例１〜３とする。
図２は、図１に示した実施例１〜３それぞれの杭体の有する支持力特性をグラフで示したものである。各実施例の支持力特性は、縦鉄筋の特性とらせん鉄筋の特性とを合成したものであり、沈下量の微小な部分では縦鉄筋の効果が、また沈下の大きい部分ではらせん鉄筋の効果が表れ、沈下量の広い範囲にわたって、所定の支持力を発揮する。

本発明における支持力特性は、縦鉄筋とらせん鉄筋との構成の割合を調整することによってさまざまに変えることができる。図２において、縦鉄筋の割合の高い（ａ）では微小な沈下量からすぐに支持力を発揮でき、逆にらせん鉄筋の割合の高い（ｃ）では沈下量が大きくなっても高い支持力を持続する。
したがって、縦鉄筋を主体とする（ａ）のタイプは、初期（微小）沈下時に大きな支持力を得たいが、物理的に鋼管に対して縦鉄筋のみを配置できない場合に用いるとよい。逆にらせん鉄筋主体の（ｃ）のタイプは、支持力の面ではらせん鉄筋のみでよいが、初期沈下量を抑制するために初期剛性を向上させたい場合に用いるとよい。

これらの中間である（ｂ）のタイプは、沈下量の広い範囲にわたって所定の支持力を安定して発揮させたい場合に用いるとよい。
本発明の複合突起を設けた芯材を使用すれば、精密機械工場などの沈下量制限が厳しい建屋基礎において支持力特性をうまく活用することができる。
また、縦鉄筋、らせん鉄筋の取り付け割合によってそれぞれの支持力特性の発揮割合を調整できるので、杭全体としての支持力〜沈下量特性を容易にコントロールすることができる。

本発明によれば、縦鉄筋、らせん鉄筋の構成割合を調整することにより、広い範囲にわたって高い支持力の得られる合成摩擦杭が容易に得られ、軟弱地盤等における効率的な基礎構造を実現できるので、産業上格段の効果を奏する。

１ 芯材（既製杭、鋼管）
２ 突起
２ａ 縦鉄筋
２ｂ らせん鉄筋
２ｃ 環状鉄筋
Ｇ 地盤
Ｓ ソイルセメント柱状体

Claims (2)

1. 地盤を柱状に掘削し、掘削土砂とセメントミルクとを混合攪拌して形成したソイルセメント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を貫入させ、これらが一体となって周面摩擦力を発揮するようにした合成摩擦杭において、
   前記芯材が、杭体の表面に縦鉄筋とらせん鉄筋とを複合させて取り付けたものであることを特徴とする合成摩擦杭。
2. 地盤の性能から見た必要な支持力に応じて、前記縦鉄筋とらせん鉄筋の構成割合が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の合成摩擦杭。

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