JP2016223207A

JP2016223207A - Ｓｃ杭

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Publication number: JP2016223207A
Application number: JP2015111951A
Authority: JP
Inventors: 陽一浅井; Yoichi Asai
Original assignee: Toyo Asano Foundation Co Ltd
Current assignee: Toyo Asano Foundation Co Ltd
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: JP6542035B2

Abstract

【課題】巨大地震にも対応できるように座屈を防止しつつ、外殻鋼管の座屈によりコンクリートの外殻鋼管からの剥離、圧壊が発生したとしても、コンクリート片の杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内への移動を防ぎ、それによって杭の急激な耐力低下による杭の急激な折れ曲がりを起こさないようにしたＳＣ杭を提供する。【解決手段】ＳＣ杭１の杭中空部７に隙間をあけて円筒状補強部材としての鋼管５（内殻鋼管）が設置され、該隙間にはセメント系充填材６が充填され、ＳＣ杭１と鋼管５とがセメント系充填材６により接合され一体化している。セメント系充填材６が充填された隙間（充填層）の端部には、セメント系充填材６の漏れを防ぐための栓（漏れ防止治具）８が備わっている。【選択図】図３

Description

本発明は、巨大地震等により外殻鋼管が座屈しても圧壊により前記外殻鋼管から剥離した外殻鋼管内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動せず、変形性能（曲げ荷重による杭の変形性、せん断荷重による杭の変形性）が向上したＳＣ杭に関する。

ＳＣ杭は、外殻鋼管内に高強度コンクリートや膨張コンクリートによる円筒層（コンクリート層）を形成してなるものであり、大きな曲げ荷重やせん断荷重が生じてもコンクリートが外殻鋼管の局部座屈を防止するとともに、コンクリートは外殻鋼管により拘束されて大きな靱性を発揮し小径でも大きな耐力を持つことから、概して、杭基礎における上杭として使用されてきている。

しかし、東日本大震災のような巨大地震により高軸力下での繰り返し曲げ荷重やせん断荷重を受けた場合は、ＳＣ杭が最大荷重に達した時に外殻鋼管が座屈し、それによって圧縮側のコンクリート層の一部が外殻鋼管から剥離して外殻鋼管との間に隙間を作るとともに、内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動して杭の耐力が急激に減少し、杭が急激に折れ曲がって軸力が保持できなくなる恐れがある。

しかし、これまでは、このような問題に直面したことがなかったため、ＳＣ杭における耐力の急激な減少による杭の変形については十分に検討されてきていないが、幾つかの特許が公開されている。

例えば、特許文献１には、鋼管の内面に突条を設けることにより、コンクリートにひび割れが発生してもその拡大が抑制される高弾性ＳＣ杭が記載されている。また、特許文献２には、鋼管の内部に膨脹剤を混入した高強度コンクリートをライニングしたＳＣ杭において、該杭の中空内部に膨脹性コンクリート等のコンクリートを中詰めしてなる高靱性ＳＣ杭が記載されている。

特開昭６１−２０７７１６号公報実開平３−７６０３１号公報

しかし、東日本大震災のような巨大地震が発生した場合には、特許文献１のように鋼管の内面に突条を設けただけでは鋼管の座屈を防ぐことができず、コンクリート層におけるひび割れの拡大や剥離の進行を遅らせることができても、最終的にはコンクリート層の一部が外殻鋼管から剥離して外殻鋼管との間に隙間を作るとともに、内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動して杭の耐力が急激に減少し、杭が急激に折れ曲がって軸力が保持できなくなる恐れがある。

また、特許文献２のように、中空部をコンクリートで中詰めしてしまえば、コンクリート層の一部が外殻鋼管から剥離することにより内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動することは防げるが、施工前に杭中空部に中詰めコンクリートを打設し、杭中空部のないＳＣ杭にすると、杭中空部に土砂が通過しないために杭の挿入が困難になる、施工後に中詰めコンクリートを打設するためには中空部に充填されている土砂や杭周固定液を除去する必要がある、深い深度になると土砂や杭周固定液の除去は困難になるといった問題が生じるので好ましくない。

本願発明は、上述のような課題を踏まえつつＳＣ杭の耐力向上を図ったものであり、巨大地震にも対応できるように座屈を防止しつつ、外殻鋼管の座屈によりコンクリートの外殻鋼管からの剥離が発生したとしても圧壊した内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内へ移動するのを防ぎ、それによって杭の急激な耐力低下による杭の急激な折れ曲がりを起こさないようにしたＳＣ杭を提供することを目的とする。

本願発明は、「外殻鋼管の内側にコンクリート層を設けてなるＳＣ杭であって、前記コンクリート層の内側には、前記ＳＣ杭の全長の１／４以上の長さを有する円筒状補強部材が前記コンクリート層に対して隙間をあけて設けられており、前記隙間には前記コンクリートの強度より低強度のセメント系充填材が充填されて前記ＳＣ杭と前記円筒状補強部材とが一体化されていることを特徴とするＳＣ杭」である。

本願発明が対象とするＳＣ杭は、従来から杭基礎施工に用いられているものであれば特に限定されない。外殻鋼管の内側に設けられるコンクリート層は、無筋のものでも軸方向鉄筋などが配筋された鉄筋コンクリートからなるものでもよい。

コンクリートは、普通コンクリートの他、高強度コンクリート、膨張コンクリート、ポリマー混入コンクリート、繊維補強コンクリートなどを使用することができる。また、外殻鋼管とコンクリート層との付着を良くするため、外殻鋼管の内面に突起を設けるなどして外殻鋼管の内面を凹凸状にしておくことは好ましい。

このようなＳＣ杭における前記コンクリート層の内側には、ＳＣ杭の全長の１／４以上の長さを有する円筒状補強部材が前記コンクリート層に対して隙間をあけて内設される。

円筒状補強部材は、外殻鋼管が座屈した際の前記コンクリート層からのコンクリート片の杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内への移動を防止できるものであれば特に限定されないが、杭の座屈防止にも対応できる材質や構造のものが好ましい。例えば、鋼管等の金属管、ＳＣ杭状体、樹脂管、ＦＲＰ管、セラミック管、超高強度コンクリート管、超高強度モルタル管などである。

この円筒状補強部材の全長はＳＣ杭の全長の１／４以上である。１／４以上とするのは、どの箇所で座屈が起こるかを完全に予測できないので、１／４未満ではコンクリートの移動を防げなくなる虞があるとともに補強効果も十分でなくなるからである。

前記隙間には前記コンクリート層のコンクリートの強度より低強度のセメント系充填材が充填されて前記ＳＣ杭と前記円筒状補強部材とが一体化される。低強度とするのは、充填材はＳＣ杭の外殻鋼管と円筒状補強部材との間に挟まれて硬化・拘束されるため、前記コンクリート層のコンクリートほど高い強度にする必要がないからである。

セメント系充填材は、前記コンクリートの強度より低強度のものであるが、０．５Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度で良好な充填性能を発揮するものが好ましい。例えば、普通セメントと水とからなる材料分離が少なく、ポンプ圧送性、充填性のよいグラウト材である。必要に応じて、ブリーディングを抑制するための化学混和剤、膨張材、膨潤性の高いベントナイト、高炉スラブ微粉末、分散剤、収縮低減剤などを用いることもできる。

前記隙間はＳＣ杭の大きさによって異なりＳＣ杭の外径が大きいほど隙間も大きくなるが、通常の杭基礎施工に用いられる外径が３００〜１２００ｍｍのＳＣ杭の場合、前記隙間は２０〜２００ｍｍであるのが好ましい。２０ｍｍ未満では、杭中空部の径にバラツキが生じるため、杭中空部に円筒状補強部材を設置するのが困難となる虞がある。また、２００ｍｍを超えるとンクリートによる拘束力が低下する。

前記円筒状補強部材として薄肉鋼管を用いることは好ましい。本願発明では、前述の通り、杭の補強もさることながら、前記圧壊・剥離により生じたコンクリート片の杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内への移動を防ぐことが第１の目的であるので薄肉のものでよい。鋼管は汎用的であり他の金属管に比べて価格も安いので使い易い。肉厚は２〜３０ｍｍが好ましい。２ｍｍ未満では運搬や設置中に損傷し易く補強効果も十分ではない。３０ｍｍを超えると補強効果は高くなるが作業性やコストの面で問題が生じやすくなるとともに、本願発明の主目的に対して好適なものにはならない。

前記円筒状補強部材による補強効果を高めたい場合は、前記薄肉鋼管のような鋼管（内殻鋼管）の内側に更にコンクリート層もしくは高強度モルタル層を設けたＳＣ杭状体にし、ＳＣ杭を二重のＳＣ杭からなるものにしてもよい。内殻鋼管の内側に更にコンクリート層もしくは高強度モルタル層を設けることによって、鋼管杭よりＳＣ杭状体の断面積が大きいため、剛性が高くなることにより補強効果が高まり、外側のＳＣ杭における外殻鋼管の座屈を防止し易くなる。

前記ＳＣ杭状体にコンクリート層を設ける場合、コンクリートは圧縮強度８０Ｎ／ｍｍ^２以上の高強度コンクリートが好ましく、高強度モルタル層を設ける場合は圧縮強度１０５Ｎ／ｍｍ^２以上の高強度モルタルが好ましい。

前記ＳＣ杭状体における鋼管（内殻鋼管）の肉厚は４．５〜３０ｍｍが好ましい。この範囲は一般的に製造されている鋼管の肉厚の範囲であるため、鋼管が入手しやすい。

また、コンクリート層もしくは高強度モルタル層の層厚は、前記ＳＣ杭状体の外側に設けられるＳＣ杭のコンクリート層の層厚の３０〜１２０％であるのが好ましい。３０％未満ではコンクリート層もしくは高強度モルタル層による補強効果が得難くなる。１２０％を超えるとＳＣ杭の杭径によっては、十分な杭中空部が得難くなる。ＳＣ杭における杭中空部は杭建込時での土砂の排出を助け、杭が挿入しやすくなるといった観点から必要であり、該杭中空部は直径１００ｍｍ以上あるのが好ましい。

前記円筒状補強部材の少なくとも一端に、前記隙間に充填された前記セメント系充填材の該隙間からの漏れを防ぐ漏れ防止治具を設けておくのは好ましい。前記漏れを防止できれば漏れ防止治具の形状、寸法、材質等は特に限定されない。例えば、鉄板、ゴム、発砲スチロール、モルタルなどによる栓といったものである。セメント系充填材の隙間への充填を、ＳＣ杭を縦にして行う場合は下方の一端に漏れ防止治具を設けておけばよいが、横にして行う場合は両端に設けておく必要がある。

本願発明によれば、従来のＳＣ杭に比べて座屈し難く、外殻鋼管の座屈によりコンクリートの外殻鋼管からの剥離が発生したとしてもコンクリートの圧壊により生じたコンクリート片の杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内への移動（杭の中心方向へ向かっての移動）を防ぎ、それによって杭の急激な耐力低下による杭の急激な折れ曲がりを起こさない、杭の変形性能を向上させた（最大荷重を超えて、変位がすすんでも、荷重が急激に低下しない）ＳＣ杭が得られる。

ＳＣ杭が曲げ応力やせん断応力を受けた場合、外殻鋼管が座屈し膨らむことにより内側のコンクリート層のコンクリートが外殻鋼管から剥離して外殻鋼管との間に隙間を形成し、圧壊した内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動する様子を描いた模式図である。ＳＣ杭にかかる曲げ荷重やせん断荷重（耐力）とＳＣ杭の変形量との関係を示すイメージ図である。円筒状補強部材として鋼管を用いた本願発明のＳＣ杭の例である。（ａ）は（ｂ）に示すＡの位置での横断面図、（ｂ）は一部の正面図を示す。ＳＣ杭の杭中空部に内設する鋼管（内殻鋼管；円筒状補強部材）の設置パターンを示す図である。（ａ）は内殻鋼管をＳＣ杭の全長に渡って設置した例、（ｂ）は内殻鋼管をＳＣ杭の一端側に偏って設置したパターン、（ｃ）は内殻鋼管をＳＣ杭の両端を少しあけて設置したパターン、（ｄ）は内殻鋼管をＳＣ杭の中間部のみに少し短い長さで設置したパターンである。円筒状補強部材としてＳＣ杭状体を用いた本願発明のＳＣ杭の例である。（ａ）は（ｂ）に示すＢの位置での横断面図、（ｂ）は一部の正面図を示す。円筒状補強部材として鋼管（内殻鋼管）を用い、これをＳＣ杭の全長に渡って設けたＳＣ杭の製造方法の一例を示す図であり、（ａ−１）〜（ａ−４）はＳＣ杭を横方向に設置して製造する場合である。（ａ−１）はＳＣ杭の杭中空部に鋼管（内殻鋼管）を挿入する工程を示す図、（ａ−２）は鋼管（内殻鋼管）の挿入が完了し隙間の一端に栓（漏れ防止治具）を設置する工程を示す図、（ａ−３）は隙間にセメント系充填材を充填する工程を示す図、（ａ−４）はセメント系充填材の隙間への充填が完了し本願発明のＳＣ杭が完成した図である。（ｂ−１）と（ｂ−２）は、ＳＣ杭を縦方向に設置して製造する場合である。（ｂ−１）はＳＣ杭の杭中空部に鋼管（内殻鋼管）を挿入する工程を示す図、（ｂ−２）は隙間にセメント系充填材を充填する工程を示す図である。円筒状補強部材として鋼管（内殻鋼管）を用い、これをＳＣ杭の一部の区間に設けたＳＣ杭の製造方法の一例を示す図であり、（ａ−１）〜（ａ−３）はＳＣ杭を横方向に設置して製造する場合である。（ａ−１）はＳＣ杭の杭中空部に鋼管（内殻鋼管）を挿入する工程を示す図、（ａ−２）は鋼管の位置決めが完了した状態を示す図、（ａ−３）はセメント系充填材の隙間への充填が完了し本願発明のＳＣ杭が完成した図である。（ｂ−１）と（ｂ−２）は、ＳＣ杭を縦方向に設置して製造する場合である。（ｂ−１）は鋼管の位置決めが完了した状態を示す図、（ｂ−２）は隙間へのセメント系充填材の充填が完了した状態を示す図である。

以下、本願発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本願発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は、ＳＣ杭が曲げ応力やせん断応力を受けた場合、外殻鋼管が座屈し膨らむことにより内側のコンクリート層のコンクリートが外殻鋼管から剥離して外殻鋼管との間に隙間を形成し、圧壊した内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動する様子を描いた模式図である。

図に示すように、外殻鋼管が座屈し膨らんだ箇所のコンクリート層（斜線の部分）は圧壊し外殻鋼管から剥離することにより外殻鋼管との間に隙間が生じ、内側のコンクリートは杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動する。すると、急激に杭の耐力が低下して杭は急激に折れ曲がる。

ＳＣ杭は外殻鋼管とコンクリート層からなるため、通常のコンクリート既製杭より耐力があるが、巨大地震等により巨大な曲げ応力やせん断応力を受けた場合はＳＣ杭でもこのような座屈が想定される。

外殻鋼管の座屈やそれによるコンクリートのひび割れや外殻鋼管からの剥離は完全に防げないまでも、図のような圧壊したコンクリートの杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内への移動（杭の中心方向へ向かっての移動）を防止できれば、全体的な杭耐力の低下防止といった効果が生ずる。本願発明の主たる目的は、図のようなコンクリートの移動（離脱）を防止することである。

図２は、ＳＣ杭にかかる曲げ荷重やせん断荷重（耐力）とＳＣ杭の変形量との関係を示すイメージ図である。従来のＳＣ杭では、曲げ荷重、せん断荷重が最大荷重に達した時に外殻鋼管が座屈し、それによって圧縮側のコンクリートが圧壊して内側のコンクリートが杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動（離脱）する。そうすると、図の実線に示すように、杭の耐力が急激に低下して軸力が保持できなくなるため杭は急激に折れ曲がる。

本願発明のＳＣ杭では、前記座屈やコンクリートの剥離を完全に防止できなかったとしてもコンクリート片の杭中空部への剥落は完全に防止できるので、図の破線に示すように、杭の耐力を緩やかに低下させることができ、それによって杭の急激な折れ曲がりを防ぐことができる。したがって、杭が破損しても、杭の鉛直支持力は低下せず傾斜しないといった効果が生ずる。

本願発明で言う「変形性能」とは、変形に伴う荷重保持能力であり、「変形性能の向上」とは、急激に折れ曲がることなく、荷重が急激に低下せずゆっくりと大きく変形する（最大荷重を超えて、変位が進行してでも、荷重が急激に低下しない）能力である。

図３は、円筒状補強部材として鋼管を用いた本願発明のＳＣ杭の例である。（ａ）は（ｂ）に示すＡの位置での横断面図、（ｂ）は一部の正面図を示す。

ＳＣ杭１は、肉厚６ｍｍの外殻鋼管２の内側に層厚８４ｍｍの高強度コンクリートからなる無筋コンクリート層３を形成してなるものであり、端部には端板４が設けられている。ＳＣ杭１の外径は６００ｍｍである。

このＳＣ杭１の杭中空部７に隙間をあけて円筒状補強部材としての鋼管５（内殻鋼管）が設置され、該隙間にはセメント系充填材６が充填され、ＳＣ１と鋼管５とがセメント系充填材６により接合され一体化している。セメント系充填材６が充填された隙間（充填層）の端部には、セメント系充填材６の漏れを防ぐための栓（漏れ防止治具）８が備わっている。

上記外径６００ｍｍのＳＣ杭１の場合、隙間（セメント系充填材６による充填材層の層厚）は２０〜２００ｍｍとするのが好ましい。２０ｍｍ未満では杭が設置しにくく、充填材の充填性が悪くなる。また、２００ｍｍを超えるとコンクリートによる拘束力が低下する。

前記隙間はＳＣ杭１の外径によって範囲が異なり、外径が大きいＳＣ杭ほど隙間の範囲も大きくなる。例えば、外径３００〜５００ｍｍＳＣ杭では隙間は２０〜１５０ｍｍとし外径６００〜１２００ｍｍのＳＣ杭では隙間は２０〜２００ｍｍとするのが好ましい。

セメント系充填材６は、ＳＣ杭１で使われるコンクリートより低強度のもので前記隙間への充填性が良いものであれば特に限定されない。低強度でも良いとするのは、充填材が、ＳＣ杭のコンクリートと鋼管の間に充填材が挟まれるため、コンクリート層のコンクリートほど高い強度が必要ないからである。

具体的なものとしては、例えば、普通ポルトランドセメントを用いたＷ／Ｃ＝６０％のセメントミルク、Ｗ／Ｃ＝１５０％のセメントミルクであり、必要に応じてブリーディングを抑制するための化学混和材、膨張材、ベントナイトなどを添加する。

ＳＣ杭１の杭中空部７に内設する鋼管５は、肉厚２〜３０ｍｍの薄肉鋼管である。鋼管５の外径は、図に示すように、ＳＣ杭１と鋼管５とセメント系充填材６による充填材層とが一体化できるような寸法のものが選択される。鋼管５の外面にセメント系充填材６との付着が良くなるように突起を設けるなど該外面を凹凸状にしておくことは好ましい（図示省略）。

図４は、ＳＣ杭の杭中空部に内設する鋼管（内殻鋼管；円筒状補強部材）の設置パターンを示す図である。（ａ）は内殻鋼管をＳＣ杭の全長に渡って設置した例、（ｂ）は内殻鋼管をＳＣ杭の一端側に偏って設置したパターン、（ｃ）は内殻鋼管をＳＣ杭の両端を少しあけて設置したパターン、（ｄ）は内殻鋼管をＳＣ杭の中間部のみに少し短い長さで設置したパターンである。

（ａ）に示すように、ＳＣ杭１の杭中空部７に内設する円筒状補強部材としての鋼管５は、通常、ＳＣ杭１の全長に渡って設置される。このようにしておけば、高い補強効果が得られるとともに、ＳＣ杭１のどの箇所で座屈が起きても圧壊により生じたコンクリート片の杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部への移動を防ぐことができ、変形性能を向上させたＳＣ杭１が得られる。

しかし、（ａ）のような設置パターンは設置に労力を要するとともにコスト高になる。本願発明の目的に照らせば、鋼管５を必ずしもＳＣ杭１の全長に渡って設置する必要はなく、（ｂ）〜（ｄ）に示すように、偏在させて設置することができる。鋼管５の設置は、主たる目的が外殻鋼管２の座屈により発生したコンクリート片の杭中空部７（施工時には杭周固定液や掘削土砂で満たされている）への移動防止であるから、座屈が発生し易い箇所（圧壊したコンクリートによるコンクリート片が杭の中心方向に向かって移動し易い箇所）付近にのみ行っておけばよい。

但し、鋼管５の長さはＳＣ杭１の全長の１／４以上とする。１／４未満では、ＳＣ杭１のどの箇所で座屈が起こるかを完全に予測できないので、前記移動を防げなくなる虞がるとともに補強効果も十分ではなくなる。

（ａ）〜（ｄ）のどの設置パターンにするか、鋼管５の外径や長さをどのくらいにするかなどは、杭に作用する外力、地盤、杭仕様により設計して決められる。

（ａ）の設置パターンは軟弱な地盤層厚が続く場合に、（ｂ）の設置パターンは地盤が比較的良好な場合に、（ｃ）の設置パターンは杭頭の接合方法が、杭頭半剛接合で、地中部に大きな曲げモーメントが作用し、地震によって生じる地中部の変位を考慮する場合に、（ｄ）の設置パターンは杭中間部に作用する範囲が（ｃ）より狭い場合に用いることができる。

図に示すように、セメント系充填材６が充填された隙間（充填層）の少なくとも一端には、セメント系充填材６の横からの漏れを防ぐための栓（漏れ防止治具）８が備わっている。

漏れ防止治具８は栓に限らず、鉄板を杭に溶接するといった板形状のものを用いることができる。また、位置決め用治具９は、鉄筋、ＰＣ鋼材など鉄製の棒、平板のものからなり、中のＳＣ杭の端板に取り付け、他方を外側のＳＣ杭に接続するようにして使われる。また、（ａ）〜（ｄ）に示す設置パターンでの鋼管５の各固定は、ＳＣ杭の無筋コンクリート層３と鋼管５の間のセメント系充填材６の付着力により為される。

図５は、円筒状補強部材としてＳＣ杭状体を用いた本願発明のＳＣ杭の例である。（ａ）は（ｂ）に示すＢの位置での横断面図、（ｂ）は一部の正面図を示す。

ＳＣ杭１において前記座屈に対して高耐久性の杭が必要な場合は、前記図３に示すＳＣ杭１の鋼管５に替えて、鋼管５の内側にコンクリート１０からなるコンクリート層を形成してなるＳＣ杭状体１１を内設したものを用いることができる。このＳＣ杭１を用いる場合は、例えば、前記鋼管を用いた場合よりＳＣ杭の耐力を大きくしたい場合である。コンクリート１０はコンクリートに替えて高強度モルタルにすることもできる。

ＳＣ杭状体とは、ＳＣ杭と同様、鋼管の内側にコンクリート層を一体的に設けてなる構造をしているが、単独で杭としては用いない部材を言う。ＳＣ杭状体１１については、前述の通りである。

ここで用いる鋼管５（内殻鋼管；円筒状補強部材）は、セメント系充填材６及び／又はコンクリート１０との付着を良くするために、外面及び／又は内面に突起を設けるなどして表面を凹凸状のものにすることができる。このようにすれば、一体化をより強固なものにすることができる。

ＳＣ杭１をＳＣ杭にＳＣ杭状体１１を内設した二重ＳＣ杭構造のものにすれば、座屈し難い高耐力のものとなる。万が一、座屈が発生したとしても、杭周固定液や掘削土砂で満たされた杭中空部内に移動するコンクリート片はコンクリート１０からのものでありコンクリート３からのものは移動し難いので、急激な耐力低下による杭の急激な折れ曲がりを防ぐことができ、変形性能が向上した（図２での破線のカーブを描く）ものとなる。

本願発明の円筒状補強部材としてＳＣ杭状体１１を使用する場合も、図４に示す（ａ）〜（ｄ）のいずれかの設置パターンに準じて使用することができる。図４に記載した鋼管５をＳＣ杭状体１１に置き換えて設置すればよい。ＳＣ杭状体の１１のＳＣ杭１への固定は、ＳＣ杭の無筋コンクリート層３とＳＣ杭状体１１における鋼管（内殻鋼管）との間のセメント系充填材６の付着力によってなされる。

次に円筒状補強部材として鋼管５、ＳＣ杭状体１１を用いたＳＣ杭１の各製造方法の概要を示す。

図６は、円筒状補強部材として鋼管（内殻鋼管）を用い、これをＳＣ杭の全長に渡って設けたＳＣ杭の製造方法の一例を示す図であり、（ａ−１）〜（ａ−４）はＳＣ杭を横方向に設置して製造する場合である。（ａ−１）はＳＣ杭の杭中空部に鋼管（内殻鋼管）を挿入する工程を示す図、（ａ−２）は鋼管（内殻鋼管）の挿入が完了し隙間の一端に栓（漏れ防止治具）を設置する工程を示す図、（ａ−３）は隙間にセメント系充填材を充填する工程を示す図、（ａ−４）はセメント系充填材の隙間への充填が完了し本願発明のＳＣ杭が完成した図である。（ｂ−１）と（ｂ−２）は、ＳＣ杭を縦方向に設置して製造する場合である。
（ｂ−１）はＳＣ杭の杭中空部に鋼管（内殻鋼管）を挿入する工程を示す図、（ｂ−２）は隙間にセメント系充填材を充填する工程を示す図である。

（ａ−１）に示すように、予め製造された従来のＳＣ杭１の杭中空部７に円筒状補強部材としての鋼管５を挿入し、無筋コンクリート層３と鋼管５の間にスペーサを入れる。ＳＣ杭の端板４に中に入れる鋼管５を溶接し隙間１２が一定の間隔になるようにして固定する（固定した状態の図は省略）。鋼管５の外径は、ＳＣ杭１の内面との間に２０〜２００ｍｍの隙間１２ができる大きさである。鋼管５の挿入は、例えば、鋼管をワイヤーで吊り上げ押し込むなどにより行う。

（ａ−２）に示すように、セメント系充填材の投入口と反対側の隙間１２の端部に充填したセメント系充填材が漏れないように栓（漏れ防止治具）８を設置する。栓（漏れ防止治具）８は、ゴム栓、発砲スチロール、モルタルなどである。

（ａ−３）に示すように、セメント系充填材６を充填し易いようにＳＣ杭１の投入口側を受け台１３に載せ、隙間１２にセメント系充填材６を充填する。

充填は、杭頭側から行う。されに良好な充填（均一、気泡等による空隙が少ないなど）が行えるように、杭先端に注入口を設け、充填材を杭先端側から杭頭側に向かって、押し上げるように充填するのが好ましい。
（ａ−４）に示すように、セメント系充填材６の隙間１２への充填完了後、セメント系充填材６挿入口にも栓（漏れ防止治具）８を設置し、セメント系充填材６が硬化するまで養生する。

養生は屋外養生でよいが、寒冷地や冬場など平均気温が４℃を下回る場合は、必要に応じて、加熱養生を行う。栓（漏れ防止治具）８はセメント系充填材６の硬化後に取り外してもよいが、そのまま残しておいてもよい。

製造場所に広いスペースがない場合は、（ｂ−１）と（ｂ−２）に示すように、ＳＣ杭１を立てて製造しても良い。この方が鋼管５を一定の隙間１２を保ちつつ固定し易く、また、セメント充填材６の隙間１２への充填もし易くなるなどのメリットもある。

（ｂ−１）に示すように、栓（漏れ防止治具）８の設置は、ＳＣ１の一端側の端板４を杭中空部７側に少しはみ出るように大きく設け、はみ出た箇所に図のような形で行っても良い。また、ＳＣ１の一端側の端板４の外側に、（ｂ−１）と同様、杭中空部７側に少しはみ出る形で漏れ防止用板を取付け、その杭中空部側に栓（漏れ防止治具）８を設置しても良い（図示省略）。この場合は、漏れ防止治具は栓８と漏れ防止用板の２つの部材からなる。このように、漏れ防止治具は単なる栓のように１つの部材によるものだけでなく２つ以上の部材からなるものでもよい。

上記例では、円筒状補強部材として鋼管を用いたが、鋼管５に替えて前述のＳＣ杭状体１１を用いて製造することもできる。ＳＣ杭状体１１は、予め従来のＳＣ杭１と同様にして製造しておき、必要に応じて、上記鋼管５に替えて用いる。

図７は、円筒状補強部材として鋼管（内殻鋼管）を用い、これをＳＣ杭の一部の区間に設けたＳＣ杭の製造方法の一例を示す図であり、（ａ−１）〜（ａ−３）はＳＣ杭を横方向に設置して製造する場合である。（ａ−１）はＳＣ杭の杭中空部に鋼管（内殻鋼管）を挿入する工程を示す図、（ａ−２）は鋼管の位置決めが完了した状態を示す図、（ａ−３）はセメント系充填材の隙間への充填が完了し本願発明のＳＣ杭が完成した図である。（ｂ−１）と（ｂ−２）は、ＳＣ杭を縦方向に設置して製造する場合である。
（ｂ−１）は鋼管の位置決めが完了した状態を示す図、（ｂ−２）は隙間へのセメント系充填材の充填が完了した状態を示す図である。

（ａ−１）に示すように、予め製造された従来のＳＣ杭１の杭中空部７に円筒状補強部材としての鋼管５を挿入する。その際、図に示すように、挿入側の反対側には栓（漏れ防止用治具）８を設置しておく。この例では、栓（漏れ防止用治具）８が動かないように漏れ防止補助部材１４に仮止めされている。漏れ防止補助部材１４はＳＣ杭１の内径より小さい円盤に鋼管５の位置を決めるための短鋼管が設置されているものである。

鋼管５には、鋼管５が所定の位置に設置できるように位置決め用治具９が取り付けられている。取付は固定であっても着脱自在であってもよい。位置決め用治具９は鉄筋とＰＣ鋼材と平板からなるものであり、鋼管５に溶接で取り付けられた後、ＳＣ杭１の端板４に鉄筋１５を介し固定される。

（ａ−２）に示すように、片側の端板４には、位置決め用治具９を引っ掛けるための鉄筋１５が設けられており、鋼管５の挿入後に位置決め用治具９を鉄筋１５に引っ掛けるとともに漏れ防止補助部材１４を杭中空部７に向かって押し込み仮止めすることにより、鋼管５が所定の位置（この例ではＳＣ杭の中間部）に固定される。

（ａ−３）に示すように、鋼管５を設置したＳＣ杭１の片側を受け台１３に載せてＳＣ杭を斜めにし、隙間１２にセメント系充填材６を充填して栓（漏れ防止用治具）８で投入口を塞ぐとともに漏れ防止補助部材１４を撤去し、セメント系充填材６が硬化するまで養生することにより本願発明のＳＣ杭１を得る。その後、位置決め用治具９や鉄筋１５は取り除いても良いが、杭施工の障害にならなければ残しておくのが好ましい。

以上述べたように、本願発明のＳＣ杭は、従来のＳＣ杭に比べ、杭の耐力（曲げ性能、せん断性能、鉛直保持性能など）向上、急激な折れ曲がりを起こさず最大荷重を超えて変位がすすんでも、荷重が急激に低下しないといった変形性能の向上を図ったものであるからして、今後発生が想定される巨大地震への対応が期待できる。

１…ＳＣ杭、２…外殻鋼管、３…無筋コンクリート層、４…端板、５…鋼管（内殻鋼管）、６…セメント系充填材、７…杭中空部、８…栓（漏れ防止治具）、９…位置決め用治具、
１０…コンクリート（内側コンクリート）、１１…ＳＣ杭状体、１２…隙間、１３…受け台、
１４…漏れ防止補助部材、１５…鉄筋

Claims

外殻鋼管の内側にコンクリート層を設けてなるＳＣ杭であって、前記コンクリート層の内側には、前記ＳＣ杭の全長の１／４以上の長さを有する円筒状補強部材が前記コンクリート層に対して隙間をあけて設けられており、前記隙間には前記コンクリートの強度より低強度のセメント系充填材が充填されて前記ＳＣ杭と前記円筒状補強部材とが一体化されていることを特徴とするＳＣ杭。
前記隙間は、２０〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のＳＣ杭。
前記円筒状補強部材が、肉厚２〜３０ｍｍの薄肉鋼管であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＣ杭。
前記円筒状補強部材が、鋼管の内側にコンクリート層もしくは高強度モルタル層を設けてなるＳＣ杭状体であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＣ杭。
前記ＳＣ杭状体における鋼管の肉厚は４．５〜３０ｍｍであり、コンクリート層もしくは高強度モルタル層の層厚は、前記ＳＣ杭状体の外側に設けられるＳＣ杭のコンクリート層の層厚の３０％〜１２０％であることを特徴とする請求項４に記載のＳＣ杭。
前記円筒状補強部材の少なくとも一端に、前記隙間に充填された前記セメント系充填材の該隙間からの漏れを防ぐ漏れ防止治具が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＳＣ杭。