JP2013108335A - 複合杭及び複合杭の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大規模地震時において構造物への支持力を維持し、またソイルセメントコラムが破損することを抑制する複合杭を提供する。
【解決手段】複合杭１は、地盤の表層の地層Ｇ１に形成されたソイルセメントコラム１０と、ソイルセメントコラム１０内を上下方向に貫通し、当該ソイルセメントコラム１０の底面から下方に突出した杭１１と、を有している。杭１１のソイルセメントコラム１０が貫通する部分１１ａの外周面は、杭１１とソイルセメントコラム１０との摩擦抵抗力を増大させるための突出部のない平滑形状に形成されている。杭１１のソイルセメントコラム１１の底面から突出した部分１１ｂの先端には、地盤に対する抵抗力を増大させるための螺旋状羽根２０が形成されており、当該螺旋状羽根２０は、地層Ｇ１よりも深く堅い地層Ｇ２に貫入されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複合杭及び複合杭の施工方法に関する。

従来より、建物などの構造物の基礎補強工法として、地盤中に地盤改良材を入れて築造された地盤改良柱体（ソイルセメントコラム）に補強部材としての鋼管等を埋設し、複合杭を形成することが行われている。この工法では、例えば地盤とセメントミルク等の固化材を攪拌して地盤の所定深度までソイルセメント化してソイルセメントコラムを形成し、ソイルセメントが固化する前に螺旋状羽根（張り出し翼）が設けられた杭を回転させながらソイルセメントコラム内に埋設することによって複合杭が施工されている（特許文献１，２参照）。この複合杭は、平常時の構造物を十分に支え、また小中規模地震時にも耐え得る強度を構造物に与える。

特開２００１−３１７０５０号公報 特開２００１−１４０２５１号公報

しかしながら、上述の複合杭の場合、大規模地震により地盤に液状化が起きると、ソイルセメントコラムと地盤との間の抵抗力が低下し、構造物を支えることができなくなる。また、大規模地震時の揺れによる外力がソイルセメントコラムの表面に直接的に作用するため、ソイルセメントコラムに大きな応力がかかり、ソイルセメントコラム自体が破損しやすい。ソイルセメントコラムが破損すると、複合杭の補修が難しく、仮に補修ができても手間やコストがかかる。また、ソイルセメントコラムが破損すると、建物の沈下修正が困難となる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、大規模地震時においても構造物への支持力を維持し、またソイルセメントコラムが破損することを抑制する複合杭、及びその施工方法を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、地盤に形成されたソイルセメントコラムと、前記ソイルセメントコラム内を上下方向に貫通し、当該ソイルセメントコラムの底面から下方に突出して地盤に打設された杭と、を有し、前記杭の前記ソイルセメントコラム内を貫通する部分の外周面は平滑に形成されている、複合杭である。なお、「平滑」とは、前記杭と前記ソイルセメントコラムとの摩擦抵抗力を増大させるための螺旋状羽根のような突状部のない形状をいう。

本発明によれば、杭がソイルセメントコラムの下方に突出するように地盤に打設されているので、液状化の影響のない地層まで杭を延ばし、大規模地震時において地盤に液状化が起きた時にも、構造物への支持力を維持することができる。また、前記杭のソイルセメントコラムを貫通する部分の外周面が、例えば螺旋羽根のような突状部のない平滑に形成されているので、ソイルセメントコラムが杭に対し動きやすい。これにより、大規模地震の揺れによりソイルセメントコラム表面に外力がかかっても、ソイルセメントコラムが杭に対し動いて力を逃がすことができ、ソイルセメントコラムの破損を抑制できる。

前記複合杭において、前記杭の前記ソイルセメントコラムの底面から突出した部分が、地盤に対する抵抗力を増大させるための突状部を有するようにしていてもよい。

前記ソイルセメントコラムの前記杭が貫通する部分には、他の部分よりもソイルセメントのせん断強度が小さい層が形成されるようにしてもよい。

前記杭の外周面には、前記ソイルセメントコラム内に前記杭を回転させて貫通する際にソイルセメントを外側に押し出す押出部材が設けられるようにしてもよい。

前記杭の上面が前記ソイルセメントコラムの上面より低くなっていてもよい。

別の観点による本発明は、複合杭の施工方法であって、地盤にソイルセメントコラムを形成する工程と、前記ソイルセメントコラム内に杭を貫通しソイルセメントコラムの底面から突出させて、前記杭を地盤に打設する工程と、を有し、前記杭が打設された際に、平滑に形成されている前記杭の外周面が前記ソイルセメントコラム内を貫通している、複合杭の施工方法である。

前記複合杭の施工方法において、前記杭の前記ソイルセメントコラムの底面から突出した部分に形成された、地盤に対する抵抗力を増大させるための突状部を、前記ソイルセメントコラムのある地層より下の地層に貫入するようにしてもよい。

前記ソイルセメントコラムの前記杭が貫通する部分に、他の部分よりもソイルセメントのせん断強度が小さい層を形成するようにしてもよい。

前記ソイルセメントコラム内に前記杭を回転させて貫通する際に、前記杭の外周面に形成された押出部材によりソイルセメントを外側に押し出して、前記せん断強度が小さい層を形成するようにしてもよい。

前記杭の上面を前記ソイルセメントコラムの上面より低くするようにしてもよい。

本発明によれば、大規模地震時に液状化が生じても構造物への支持力を維持できるので、構造物の沈下を防止できる。また、大規模地震時においてもソイルセメントコラムが破損することを抑制できる。この結果、液状化による構造物の被害を抑制し、また地震後の修復作業の手間やコストを低減できる。

構造物の基礎構造の構成を示す模式図である。 複合杭の構成を示す説明図である。 複合杭の施工方法の主な工程の状態を示す説明図である。 ソイルセメントコラムにせん断強度が小さい層のある複合杭を示す説明図である。 杭の押出部材を示す断面図である。 杭の上面がソイルセメントコラムの上面より低い複合杭の一例を示す説明図である。 杭の上面がソイルセメントコラムの上面より低い複合杭の一例を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態にかかる複合杭１を用いた構造物２の基礎構造Ａの一例を示す模式図である。例えば基礎構造Ａでは、複合杭１と、通常の円柱状のソイルセメントコラム３とが併用されている。複合杭１は、ソイルセメントコラム３に対し所定の割合で配置されている。これらの複合杭１とソイルセメントコラム３上に構造物２が支持されている。

図２は、複合杭１の構成を示す説明図である。複合杭１は、地盤に形成された円柱状のソイルセメントコラム１０と、ソイルセメントコラム１０内を上下方向に貫通し、当該ソイルセメントコラム１０の底面から下方に突出して地盤に打設された杭１１を有している。

ソイルセメントコラム１０は、地盤の表層の地層Ｇ１に埋設され、地盤にセメントミルクなどの固化材が攪拌、混合されて形成されている。

杭１１は、例えば円筒状の鋼管杭であり、ソイルセメントコラム１０と接触する部分１１ａは、円筒形であり、その外周面は、杭１１とソイルセメントコラム１０との摩擦抵抗力を増大させるための螺旋状羽根などの突状部が形成されていない平滑な形状を有している。これにより、ソイルセメントコラム１０は、杭１１に対し上下方向に動きやすい。

また、杭１１のソイルセメントコラム１０の底面から突出した部分１１ｂの先端部には、地盤に対する抵抗力を増大させるための突状部としての螺旋状羽根２０が形成されている。螺旋状羽根２０は、ソイルセメントコラム１０のある地層Ｇ１よりも深く堅固な地層Ｇ２内に貫入されている。なお、地盤に対する抵抗力には、地盤から受ける摩擦力だけでなく、反力も含まれる。

次に、以上のように構成された複合杭１の施工方法について説明する。図３は、複合杭１の施工方法の主な工程の状態を示す説明図である。

先ず、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すようにソイルセメントコラム１０が形成される。このとき例えば杭打機により、切削ロッド３０が回転されながら地盤の表層の地層Ｇ１に貫入される（図３（Ａ））。このとき、切削ロッド３０の先端の噴出口３０ａから、セメントミルクが噴出され、切削ロッド３０の切削ビット３０ｂにより、地盤とセメントミルクが攪拌、混合される。切削ロッド３０は、地盤の地層Ｇ１の所定の深さまで進み、円柱状の領域の地盤が改良され、ソイルセメントコラム１０が形成される。その後切削ロッド３０が引き抜かれる（図３（Ｂ））。

次に、先端の外周面に螺旋状羽根２０が形成され、他の外周面が螺旋状羽根等の突状部のない平滑に形成されている円筒状の杭１１が用意される。そして、例えば打杭機により、当該杭１１を、固化する前のソイルセメントコラム１０内に上方から回転させながら貫入しソイルセメントコラム１０の底面から突出させる（図３（Ｃ））。そして、杭１１の先端の螺旋状羽根２０が、地層Ｇ１よりも堅固な地層Ｇ２に貫入される（図３（Ｄ））。杭１１が打設されたとき、突状部のない平滑に形成されている杭１１の外周面が、ソイルセメントコラム１０内を貫通している。なお、図３には、地盤の深さに対する地盤の固さの例を示すグラフを示す。

以上の実施の形態によれば、杭１１がソイルセメントコラム１０の下方に突出するように打設されるので、液状化の影響のない堅い地層Ｇ２まで杭１１を延ばし、大規模地震時に地盤に液状化が生じても構造物２への支持力を維持することができる。また、杭１１のソイルセメントコラム１０内を貫通する部分１１ａの外周面が、例えば螺旋状羽根のような、杭１１とソイルセメントコラム１０との摩擦抵抗力を増大させるための突状部のない平滑に形成されているので、ソイルセメントコラム１０が杭１１に対し動きやすい。これにより、大規模地震の揺れによりソイルセメントコラム１０に外力がかかっても、ソイルセメントコラム１０が杭１１に対し動いて力を逃がすことができ、ソイルセメントコラム１０の破損を抑制できる。

特に、杭１１が堅い地層Ｇ２まで貫入された状態において、仮に、杭１１のソイルセメントコラム１０内を貫通する部分１１ａの外周面に例えば螺旋状羽根があると、杭１１とソイルセメントコラム１０の間の摩擦抵抗力が大きくなる。そして、複合杭１に外力がかかると、杭１１とソイルセメントコラム１０との接触界面に大きなせん断力が生じ、それによりソイルセメントコラム１０自体に大きな応力がかかる。この点、杭１１が堅い地層Ｇ２まで貫入される複合杭１において、杭１１のソイルセメントコラム１０内を貫通している部分１１ａの外周面を平滑形状にするメリットは大きい。

また、杭１１のソイルセメントコラム１０の底面から突出した部分１１ｂに、地盤に対する抵抗力を増大させるための螺旋状羽根２０が形成されているので、当該螺旋状羽根２０を堅い地層Ｇ２に埋設して、杭１１の支持力を向上できる。

ところで、上記実施の形態における複合杭１において、例えば図４に示すようにソイルセメントコム１０の杭１１が貫通する部分に、他の部分よりもソイルセメントのせん断強度が小さい層１０ａが形成されていてもよい。かかる場合、例えば杭１１の外周面には、図５に示すような周囲のソイルセメント（地盤＋セメントミルク）を外側に押し出す押出部材５０が設けられる。押出部材５０は、例えば杭１１の外周面から外側に突出する形状に形成され、ソイルセメントコラム１０内に杭１１を回転させて貫入する際に、衝突したソイルセメントを外側に押し出してソイルセメントのせん断強度を下げることができる。

この例によれば、ソイルセメントコラム１０の杭１１が貫通する部分にせん断強度が小さい層１０ａが形成されるので、杭１１とソイルセメントコラム１０との間の摩擦抵抗力がさらに低下する。この結果、ソイルセメントコラム１０が杭１１に対しさらに動きやすくなり、大規模地震の揺れによりソイルセメントコラム１０に外力がかかった場合にソイルセメントコラム１０が杭１１に対し動いて力を逃がし、ソイルセメントコラム１０の破損を抑制できる。

以上の実施の形態において、図６及び図７に示すように杭１１の上面が、ソイルセメントコラム１０の上面より低くなっていてもよい。かかる場合、平常時には、構造物２を複合杭１のソイルセメントコラム１０のみで支持し、例えば大規模地震時の液状化等によりソイルセメントコラム１０が沈下した時に、構造物２を杭１１で支持することができる。これにより、例えば構造物２の設計時の強度計算を、平常時に機能するソイルセメントコラム１０の部分のみを考慮して行うことができる。これより、基礎構造Ａの複合杭１でない他のソイルセメントコラム３と同じ扱いで強度計算を行うことができ、強度計算を容易に行うことができる。

ところで、平常時に、支持力が大きい杭１１が構造物２を支持する場合、強度計算において、構造物２に対する杭１１の支持負担率が大きくなる。この結果、安全強度を確保するために、強度計算上、通常のソイルセメントコラム３の数に対する複合杭１の本数が多くなる可能性があり、その分コストが上がることが懸念される。この例によれば、平常時に杭１１が構造物２を支持しないので、かかる問題も解消できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば上述の杭１１の突状部は、螺旋状羽根２０により実現されていたが、地盤との抵抗力を増大させるものであれば、これに限られるものではない。例えば杭１１の突状部は、鉄筋をスパイラル状に巻いたもの、鉄筋の円環状のもの又はドーナツ板状のもの、複数の螺旋羽根または羽根からなるもの等であってもよい。また、杭１１のソイルセメントコラム１０が貫通する部分１１ａの外周面は、突状部のない平滑形状に形成されているが、この平滑形状には、杭１１とソイルセメントコラム１０との摩擦抵抗力を実質的に増大させるものでなければ、多少の凹凸があるものも含まれる。また、杭１１の突状部が貫入される地層Ｇ２は、杭１１の突状部により、摩擦による抵抗力または先端抵抗力が向上することが期待できる地層であって、必ずしもソイルセメントコラム１０のある地層Ｇ１より強固な地層である必要はなく、地層Ｇ１より下の地層であればよい。

本発明は、大規模地震時において構造物への支持力を維持し、またソイルセメントコラムが破損することを抑制する際に有用である。

１ 複合杭
１０ ソイルセメントコラム
１１ 杭
２０ 螺旋状羽根
Ｇ１ 地層
Ｇ２ 地層

Claims (10)

1. 地盤に形成されたソイルセメントコラムと、
   前記ソイルセメントコラム内を上下方向に貫通し、当該ソイルセメントコラムの底面から下方に突出して地盤に打設された杭と、を有し、
   前記杭の前記ソイルセメントコラム内を貫通する部分の外周面は平滑に形成されている、複合杭。
2. 前記杭の前記ソイルセメントコラムの底面から突出した部分は、地盤に対する抵抗力を増大させるための突状部を有する、請求項１に記載の複合杭。
3. 前記ソイルセメントコラムの前記杭が貫通する部分には、他の部分よりもソイルセメントのせん断強度が小さい層が形成されている、請求項１又は２に記載の複合杭。
4. 前記杭の外周面には、前記ソイルセメントコラム内に前記杭を回転させて貫通する際にソイルセメントを外側に押し出す押出部材が設けられている、請求項３に記載の複合杭。
5. 前記杭の上面が前記ソイルセメントコラムの上面より低くなっている、請求項１〜４のいずれかに記載の複合杭。
6. 複合杭の施工方法であって、
   地盤にソイルセメントコラムを形成する工程と、
   前記ソイルセメントコラム内に杭を貫通しソイルセメントコラムの底面から突出させて、前記杭を地盤に打設する工程と、を有し、
   前記杭が打設された際に、平滑に形成された前記杭の外周面が前記ソイルセメントコラム内を貫通している、複合杭の施工方法。
7. 前記杭の前記ソイルセメントコラムの底面から突出した部分に形成された、地盤に対する抵抗力を増大させるための突状部を、前記ソイルセメントコラムのある地層より下の地層に貫入する、請求項６に記載の複合杭の施工方法。
8. 前記ソイルセメントコラムの前記杭と接触する部分に、他の部分よりもソイルセメントのせん断強度が小さい層を形成する、請求項６又は７に記載の複合杭の施工方法。
9. 前記ソイルセメントコラム内に前記杭を回転させて貫通する際に、前記杭の外周面に形成された押出部材によりソイルセメントを外側に押し出して、前記せん断強度が小さい層を形成する、請求項８に記載の複合杭の施工方法。
10. 前記杭の上面を前記ソイルセメントコラムの上面より低くする、請求項６〜９のいずれかに記載の複合杭の施工方法。

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