JP2022083204A - 杭基礎及びベース部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 施工時の作業負担の増加を抑制しつつ、杭とベース部材とを固定することができる杭基礎及びベース部材を提供する。【解決手段】 中央筒部２１と、中央筒部２１に対してそれぞれねじれの位置関係にある複数のガイド筒部２２と、が一体化されたベース部材２と、中央筒部２１に挿入可能な支柱３と、複数のガイド筒部２２にそれぞれ挿入可能な複数の杭４と、杭４をガイド筒部２２に固定するくさび５と、を備え、ガイド筒部２２には、ガイド筒部２２の軸心方向に延び、杭４が挿入される貫通孔２２１と、ガイド筒部２２の接線方向に延び、貫通孔２２１の側部２２１ａを横切るくさび孔２２２と、が形成され、くさび孔２２２に挿入されるくさび５が杭４の外周面４ｂを押圧することで、杭４がガイド筒部２２に固定される、杭基礎１。【選択図】図１

Description

本発明は杭基礎及びベース部材に関する。

構造物を地表に立設するための基礎の一つに、杭基礎がある。杭基礎は、地盤に杭を打ち込んで構造物を支える基礎である。杭基礎を用いた基礎工法の一つに、ピンファンデーション工法がある。ピンファンデーション工法では、鋼管（ピン）を地盤に対して斜めに打ち込んでその支持力によって構造物を支える。

特許文献１には、３本の鋼管と中央縦管とを溶接することで固定した建設工事用の支持具が開示されている。３本の鋼管には、杭としてのアンカー管が挿入される。特許文献２には、複数の杭が挿通される成形品である杭基礎用のベース部材が開示されている。ベース部材は、地表に設置され、杭及び支柱が挿入された後、支柱がベース部材に固定される。

特表２００３－５２６７４７号公報 特開２０１７－２０６８１６号公報

特許文献２では、ガイド部に杭を挿入した後、杭をガイド部にどのように固定するのかについて開示されていない。発明者らが特許文献２のようなベース部材を用いて実際に施工を行ったところ、ベース部材の支持する構造物が強風等により煽られることで、構造物及びベース部材を介して杭へ鉛直方向上側の力が掛かると、杭が鉛直方向上側に若干量だけ移動する（すなわち、若干量だけ抜ける方向に動く）おそれがあることが判明した。このような杭の移動が生じると、杭基礎の支持力が経時的に低下するおそれがあり、杭基礎の耐久寿命に悪影響を及ぼしうる。

特に、この課題は構造物が比較的軽量である場合（例えば、特許文献２の図４に示すソーラーパネル用の架台等）に顕著に生じる。構造物が軽量である場合、構造物の自重よりも鉛直方向上側に掛かる力の方が勝りやすいため、杭は鉛直方向上側に移動させられやすい。また、構造物が比較的重い場合には、杭が鉛直方向上側に移動しても、構造物の自重により杭が自動的に元の位置に戻る可能性があるが、構造物が軽量である場合には構造物の自重による杭の戻り効果が低くなってしまう。

このため、発明者らは、ベース部材に杭を固定する必要があることに思い至った。例えば、特許文献１では、鋼管に杭としてのアンカー管を挿入した後、接着剤、自己タッピングネジ、ネジ、又は離脱阻止用のカラーにより、杭を鋼管に固定する技術が開示されている（段落００１６）。

しかしながら、接着剤は固定強度が比較的低く、自己タッピングネジはネジ山を刻みながら締め込む必要があるため、ベース部材や杭が鋼管等の高強度材である場合には適用できない。ネジを用いる場合、ベース部材と杭の双方にネジを挿入するためのネジ孔を設け、なおかつ杭をベース部材に挿入する際に、双方のネジ孔が連通するように、杭の周方向の角度を調整する必要が生じる。このため、ネジを用いて杭をベース部材に固定する方法を採用すると、施工時の作業負担が著しく増加してしまう。

また、カラーにより杭をベース部材に固定する場合、例えば、杭のうちベース部材のガイド部よりも鉛直方向下方に突出する部分にカラーを装着することとなるが、当該部分は土中であり（特許文献２の図６（ｅ）参照）、当該部分にカラーを装着するためには当該部分を掘り起こす必要がある。このため、カラーにより杭をベース部材に固定する方法を採用すると、施工時の作業負担が著しく増加してしまう。以上のように、特許文献１には杭を鋼管に固定する技術が開示されているものの、そのいずれの方法も実際の施工に採用できるものではない。

そこで、本発明は、施工時の作業負担の増加を抑制しつつ、杭とベース部材とを固定することができる杭基礎及びベース部材を提供することを目的とする。

（１）本発明の杭基礎は、中央筒部と、前記中央筒部に対してそれぞれねじれの位置関係にある複数のガイド筒部と、が一体化されたベース部材と、前記中央筒部に挿入可能な支柱と、前記複数のガイド筒部にそれぞれ挿入可能な複数の杭と、前記杭を前記ガイド筒部に固定するくさびと、を備え、前記ガイド筒部には、前記ガイド筒部の軸心方向に延び、前記杭が挿入される貫通孔と、前記ガイド筒部の接線方向に延び、前記貫通孔の側部を横切るくさび孔と、が形成され、前記くさび孔に挿入される前記くさびが前記杭の外周面を押圧することで、前記杭が前記ガイド筒部に固定される、杭基礎である。

本発明の杭基礎によれば、くさびが杭の外周面を押圧することで、杭がガイド筒部に固定される。このため、ネジを用いる場合のように杭にネジ孔を設ける必要がなく、杭の周方向の角度調整が不要となる。増加する作業としては、くさびをくさび孔に挿入する程度であるため、施工時の作業負担の増加を抑制しつつ、杭とベース部材とを固定することができる。

（２）好ましくは、前記ガイド筒部は、前記ガイド筒部の径方向外側に突出する突出部を有し、前記くさび孔は、前記突出部の前記径方向内側に形成され、前記接線方向に見て、前記くさび孔の前記径方向外側の端は前記ガイド筒部の外周面と同じ位置又は前記ガイド筒部の外周面よりも前記径方向外側に位置し、前記くさび孔の前記径方向内側の端は前記ガイド筒部の内周面よりも前記径方向内側に位置する。

このように構成することで、ガイド筒部のうち、くさび孔を設ける部分に突出部を設ければ、その他の部分の筒厚を厚くする必要がない。このため、くさび孔を設ける場合であってもガイド筒部の成形に必要な材料の増加を抑制することができる。

（３）好ましくは、前記くさびは、前記接線方向に延びる本体部と、前記接線方向の一方側及び他方側においてそれぞれ前記本体部から前記径方向外側に突出し、それぞれ前記突出部に掛かる先端突起部及び後端突起部と、を有し、前記先端突起部が前記本体部から前記径方向外側に突出する角度は９０度よりも大きい。

このように構成することで、先端突起部を挿入方向の先端側から後端側に打つことで、くさびをくさび孔から容易に離脱させることができ、杭基礎を解体しやすくなる。

（４）好ましくは、前記くさび孔は、前記貫通孔と直交する方向に延びる。このように構成することで、くさびを杭と直交する方向に打ち込むことができ、より強固に杭とベース部材とを固定することができる。

（５）本発明のベース部材は、杭基礎の一部材として用いられるベース部材であって、支柱が挿入される中央筒部と、前記中央筒部と一体化され、複数の杭が挿入されるガイド筒部と、を備え、前記複数のガイド筒部は、前記中央筒部に対してそれぞれねじれの位置関係にあり、前記ガイド筒部には、前記ガイド筒部の軸心方向に延び、前記杭が挿入される貫通孔と、前記ガイド筒部の接線方向に延び、前記貫通孔の側端部を横切るくさび孔と、が形成され、前記くさび孔に挿入されるくさびが前記杭の外周面を押圧することで、前記杭が前記ガイド筒部に固定される、ベース部材である。

本発明のベース部材によれば、くさび孔に挿入されるくさびが杭の外周面を押圧することで、杭がガイド筒部に固定される。このため、ネジを用いる場合のように杭にネジ孔を設ける必要がなく、杭の周方向の角度調整が不要となる。増加する作業としては、くさびをくさび孔に挿入する程度であるため、施工時の作業負担の増加を抑制しつつ、杭とベース部材とを固定することができる。

本発明によれば、施工時の作業負担の増加を抑制しつつ、杭とベース部材とを固定することができる杭基礎及びベース部材を提供することが可能となる。

実施形態に係る杭基礎を示す正面図である。 実施形態に係るベース部材を斜め上方から見下ろした斜視図である。 図２の矢印ＩＩＩ方向から見たベース部材を示す正面図である。 図２の矢印ＩＶ方向から見たベース部材を示す平面図である。 実施形態に係るベース部材のくさび孔を説明する図である。 実施形態及び変形例に係るくさびを説明する図である。 実施形態に係る杭基礎の施工方法を説明する図である。 実施形態に係るくさび孔にくさびが挿入される様子を示す図である。

〔実施形態〕
以下、本発明の実施形態に係る杭基礎１及びベース部材２を説明する。杭基礎１が支持する構造物は特に限定されない。構造物としては、例えば、ソーラーパネル用架台、街灯、道路標識、交通信号機、看板等が挙げられる。

〔杭基礎の構成〕
図１は、杭基礎１を示す正面図である。杭基礎１は、ベース部材２と、支柱３と、複数の杭４と、複数のくさび５と、を備える。杭基礎１は、ベース部材２に支柱３、複数の杭４及び複数のくさび５が挿入された状態で、支柱３の上部に構造物を支持する。

図２は、ベース部材２を斜め上方から見下ろした斜視図である。図３は、図２の矢印ＩＩＩ方向から見たベース部材２を示す正面図である。図４は、図２の矢印ＩＶ方向から見たベース部材２を示す平面図である。

図２、図３及び図４を参照する。ベース部材２は、中央筒部２１と、中央筒部２１に対してそれぞれねじれの位置関係にある複数のガイド筒部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとが一体化された部材である。それぞれのガイド筒部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、特に区別しない場合、単に「ガイド筒部２２」と称する。本実施形態において、ガイド筒部２２及び杭４はそれぞれ４個であるが、本発明の実施においてはこれに限られず、例えば２個又は３個であってもよいし、５個以上であってもよい。

中央筒部２１及びガイド筒部２２は、それぞれ内部に中空を有する筒である。本実施形態において、中央筒部２１及びガイド筒部２２の筒の断面形状は円形であるが、多角形状や楕円形状であっても良い。中央筒部２１及びガイド筒部２２の筒の断面形状は、支柱３及び杭４の断面形状に応じた形状とされる。中央筒部２１は、ベース部材２の中央に位置する。中央筒部２１の軸心は、ベース部材２の中心線Ｃ１と一致する。

ガイド筒部２２には、貫通孔２２１と、くさび孔２２２が形成されている。貫通孔２２１は、ガイド筒部２２の軸心方向に延びる孔であり、杭４が挿入される孔である。くさび孔２２２については、後述する。

ガイド筒部２２は、中央筒部２１の周方向（すなわち中心線Ｃ１の周方向）に沿って等間隔に配置される。本実施形態では、ガイド筒部２２は９０度の間隔を空けて配置される。ガイド筒部２２の軸心は、中央筒部２１の軸心に対してねじれの位置関係にある。また、ガイド筒部２２の軸心は、中央筒部２１の周方向に隣接する他のガイド筒部２２の軸心に対しても、互いにねじれの位置関係にある。

具体的には、ガイド筒部２２ａの軸心Ａ１は、周方向に隣接するガイド筒部２２ｂの軸心Ａ２と互いにねじれの位置関係にあり、ガイド筒部２２ｂの軸心Ａ２は、周方向に隣接するガイド筒部２２ｃの軸心Ａ３と互いにねじれの位置関係にあり、ガイド筒部２２ｃの軸心Ａ３は、周方向に隣接するガイド筒部２２ｄの軸心Ａ４と互いにねじれの位置関係にあり、ガイド筒部２２ｄの軸心Ａ４は、周方向に隣接するガイド筒部２２ａの軸心Ａ１と互いにねじれの位置関係にある。すなわち、４個のガイド筒部２２は、互いにねじれの位置関係となるように中央筒部２１の周方向に沿って配置される。

中央筒部２１とガイド筒部２２ａは、軸心Ａ１方向に延びる連結部分２３ａにおいて連結されることにより、一体化されている。すなわち、連結部分２３ａにより、中央筒部２１とガイド筒部２２ａの位置関係が固定されている。同様に、中央筒部２１とガイド筒部２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、それぞれ軸心Ａ２、Ａ３、Ａ４方向に延びる連結部分２３ｂ、２３ｃ、２３ｄにおいて連結されることにより、一体化されている。連結部分２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、特に区別しない場合、単に「連結部分２３」と称する。本実施形態において、それぞれの連結部分２３は、中央筒部２１の外周面において接続している。

本実施形態におけるベース部材２は、鋳造により中央筒部２１及び複数のガイド筒部２２が一体成形された鋳鋼である。すなわち、ベース部材２は、単一部材である。このように、ベース部材２に単一部材を用いることで、中央筒部２１及び複数のガイド筒部２２を独立した別の部材として接合する場合よりも、ベース部材２の強度を向上させることができる。また、鋳造により成形するため、複雑な形状であっても容易に成形することができる。

中央筒部２１は、軸心方向の端部２１１、２１２を有する。ベース部材２を地表に設置した際に、端部２１１は鉛直方向上側に位置し、端部２１２は鉛直方向下側に位置する。端部２１１は上方に開放されており、端部２１１から支柱３を挿入することができる。本実施形態において、端部２１２は下方に開放されており、中央筒部２１は上方及び下方に開口した筒である。しかしながら、端部２１２は底面により閉塞されていてもよい。以下、端部２１１を「上端２１１」と称し、端部２１２を「下端２１２」と称する。

中央筒部２１のうち、連結部分２３が形成されない周壁には、中央筒部２１を径方向に貫通する一対の貫通孔２１３と、一対の貫通孔２１４が形成されている。一対の貫通孔２１３は、連結部分２３と上端２１１の間に形成されている。一対の貫通孔２１４は、連結部分２３と一対の貫通孔２１３の間に形成されている。

一対の貫通孔２１３は、中心線Ｃ１を挟んで向かい合う位置に配置される。一対の貫通孔２１４も同様に配置される。貫通孔２１３及び貫通孔２１４の直径は、例えば１５ｍｍである。貫通孔２１３及び貫通孔２１４は、中央筒部２１に挿通された支柱３を穿孔する際に電動ドリルを案内するためのドリル案内孔として機能する。また、貫通孔２１３及び貫通孔２１４は、中央筒部２１の外周側からボルトを挿入するためのボルト案内孔としても機能する。支柱３を中央筒部２１に挿入し、貫通孔２１３を介して支柱３を電動ドリルにより穿孔した後、ボルトを一方の貫通孔２１３から挿入し、他方の貫通孔２１３から突出させて、ナットで締結することで、ベース部材２と支柱３とを固定する。

本実施形態において、貫通孔２１３は、貫通孔２１４の真上に形成される。しかしながら、貫通孔２１３は、貫通孔２１４の真上でない場所に配置されても良い。例えば、一対の貫通孔２１３が、連結部分２３ｂ、２３ｄの上方に形成され、一対の貫通孔２１４が、連結部分２３ａ、２３ｃの上方に形成されても良い。すなわち、貫通孔２１３と貫通孔２１４は、互いに９０度ずつ異なる角度で配置されても良い。

図１を参照する。支柱３は、例えば金属管であり、例えば鋼管である。支柱３の上方には、支柱３と構造物とを連結するための取付具（図示省略）が設けられている。支柱３の直径は、例えば８０ｍｍから１００ｍｍである。

支柱３は、貫通孔２１３又は貫通孔２１４に挿通されるドリルにより穿孔可能な肉厚を有する。ここで、「ドリルにより穿孔可能な肉厚」とは、基礎の施工現場の作業員が手持ち可能な電動ドリルにより、３０秒以内、好ましくは１０秒以内に穿孔可能な肉厚を意味する。具体的には、鋼管の場合、５ｍｍ以下であり、例えば、３ｍｍから４ｍｍまでの肉厚である。支柱３の肉厚は、ドリルによる穿孔時間と、支柱３に要求される強度に応じて、適宜の肉厚が選ばれる。

また、支柱３は、カッターにより切断可能な肉厚及び直径を有する。具体的には、基礎の施工現場の作業員が手持ち可能な電動切断具（例えば、電動カッター、電動ノコギリ等）により、５分以内、好ましくは１分以内に切断可能な肉厚を意味する。

ドリルにより穿孔される前の支柱３は、中央筒部２１の中空部分に挿入される。支柱３は、中央筒部２１の中央に位置し、支柱３の軸心は、中央筒部２１の軸心と一致する。すなわち、支柱３の軸心は、ベース部材２の中心線Ｃ１と一致する。支柱３の外径は、中央筒部２１の内径と等しく（又は、中央筒部２１の内径よりわずかに小さく）、支柱３が中央筒部２１に挿入されると、支柱３の外周面と中央筒部２１の内周面は、接触した状態となる。このとき、貫通孔２１３、２１４は、支柱３により中央筒部２１の内周面側に塞がれた状態となる。

杭４は、例えば金属管であり、具体的には鋼管である。杭４の直径は、例えば４０ｍｍから６０ｍｍであり、好ましくは４８．６ｍｍである。杭４の肉厚は、例えば２ｍｍから４ｍｍであり、好ましくは３ｍｍである。４個の杭４は、４個のガイド筒部２２にそれぞれ挿入される。杭４の外径は、ガイド筒部２２の内径（すなわち、貫通孔２２１の径）と等しく（又は、ガイド筒部２２の内径よりわずかに小さく）、杭４がガイド筒部２２に挿入されると、杭４の外周面とガイド筒部２２の内周面は、接触した状態となる。このように、ガイド筒部２２の内周面と接することで、杭４は、ガイド筒部２２により地中への貫入角度を固定される。

ガイド筒部２２は、それぞれねじれの位置関係にあるため、ガイド筒部２２を介して地中に貫入される杭４も、それぞれねじれの位置関係にある。また、杭４は、ガイド筒部２２と同じく９０度の間隔を空けて配置される。このため、ベース部材２はガイド筒部２２により地中へガイドされた杭４によって、バランスよく支持される。

図５は、ガイド筒部２２のくさび孔２２２を説明する図である。図５では、ガイド筒部２２ａのくさび孔２２２を代表的に説明するが、その他のガイド筒部２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのくさび孔２２２も、図５と同じ構造を有する。図５（ａ）は、図３の矢印Ｖにて示す切断線により切断した断面の一部拡大図である。矢印Ｖにて示す切断線は、図３において、くさび孔２２２の軸心Ａ１方向の中心を通り、軸心Ａ１と直交する線である。図５（ａ）では、ガイド筒部２２の径方向外側の部分を拡大して示している。

ガイド筒部２２は、内周面２２０ａと外周面２２０ｂとを含む円筒形状を有する。貫通孔２２１は、内周面２２０ａにより囲まれた空間として形成されている。ガイド筒部２２は、径方向外側に突出する突出部２２３を有し、くさび孔２２２はこの突出部２２３の径方向内側に形成されている。

くさび孔２２２は、ガイド筒部２２の接線方向Ｂ１（より具体的には、ガイド筒部２２の内周面２２０ａの接線方向Ｂ１）に延び、貫通孔２２１の側部２２１ａを横切る。すなわち、くさび孔２２２は、ガイド筒部２２の外周面２２０ｂから内周面２２０ａに通じ、貫通孔２２１の側部２２１ａをかすって、他方側の内周面２２０ａから外周面２２０ｂに達する孔である。言い換えると、くさび孔２２２と貫通孔２２１は、側部２２１ａにおいて重複している。

本実施形態において、くさび孔２２２は、貫通孔２２１と直交する方向に延びる。すなわち、接線方向Ｂ１をガイド筒部２２の径方向内側に平行にスライドさせて軸心Ａ１と交わらせると、スライド後の接線方向Ｂ１と軸心Ａ１は直交する。なお、くさび孔２２２は、貫通孔２２１と交差する方向に延びていればよく、直交する方向に延びることは必須ではない。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の矢印Ｖｂにて示す切断線により切断した断面図である。矢印Ｖｂにて示す切断線は、接線方向Ｂ１と直交し、かつ軸心Ａ１を通る線である。図５（ｂ）は、くさび孔２２２を接線方向Ｂ１に見た図でもある。図５（ｂ）の左右方向は、ガイド筒部２２の径方向に対応し、図５（ａ）の左側が径方向内側、右側が径方向外側である。くさび孔２２２の径方向外側の端２２２ａは、突出部２２３の内側であり、ガイド筒部２２の外周面２２０ｂと同じ位置にある。なお、端２２２ａは、外周面２２０ｂよりも径方向外側に位置してもよい。くさび孔２２２の径方向内側の端２２２ｂは、ガイド筒部２２の内周面２２０ａよりも径方向内側に位置する。ガイド筒部２２の突出部２２３以外の位置の筒厚ｄ１は、例えば６ｍｍである。ガイド筒部２２の突出部２２３の径方向の厚みｄ２は、例えば８ｍｍであり、筒厚ｄ１よりも厚い。

図５（ｃ）は、図５（ａ）と同じ断面において、杭４がガイド筒部２２に挿入された様子を示す図である。本実施形態において、杭４は、内周面４ａと外周面４ｂとを含む円筒形状を有する。すなわち、杭４は中空構造を有する。なお、杭４は中実構造を有する円柱形状であってもよい。ガイド筒部２２の貫通孔２２１に挿入された杭４の外周面４ｂは、ガイド筒部２２の内周面２２０ａと接触している。また、この状態において、杭４の一部は貫通孔２２１の側部２２１ａに位置している。このため、杭４の外周面４ｂは、くさび孔２２２内にくいこむように露出している。

図５（ｄ）は、図５（ｂ）と同じ断面において、杭４がガイド筒部２２に挿入された様子を示す図である。挿入された杭４の外周面４ｂは、くさび孔２２２の端２２２ｂよりも径方向外側に位置し、端２２２ａよりも径方向内側に位置している。

図５（ｅ）は、図５（ｂ）と同じ断面において、杭４がガイド筒部２２に挿入された後、くさび５が接線方向Ｂ１に挿入された様子を示す図である。挿入されたくさび５が杭４の外周面４ｂを押圧することで、杭４の一部が径方向内側に凹むように変形する。くさび５が杭４を径方向内側に押圧することと、杭４の変形によりくさび５及び杭４が軸心Ａ１の方向に嵌合することで、杭４はガイド筒部２２に強固に固定される。なお、くさび５が杭４を変形させることは必須ではなく、くさび５が杭４の外周面４ｂを押圧することのみによって杭４をガイド筒部２２に固定してもよい。

図６は、くさびの構造を説明する図である。図６（ａ）は、実施形態に係るくさび５の斜視図である。図６（ｂ）は、くさび５の側面図である。くさび５の挿入方向は、接線方向Ｂ１（すなわち、くさび孔２２２の延びる方向）と一致する。図６（ｂ）において、くさび５はくさび孔２２２への挿入時と同じ姿勢をとっており、図６（ｂ）の左右方向は接線方向Ｂ１に対応し、上下方向はガイド筒部２２の径方向に対応する。図６（ｂ）の右側が接線方向Ｂ１の一方側、左側が接線方向Ｂ１の他方側、下側が径方向内側、上側が径方向外側である。くさび５は、接線方向Ｂ１の他方側から一方側に向かってくさび孔２２２に挿入される。このため、接線方向Ｂ１の一方側は、くさび５の挿入方向の先端側であり、接線方向Ｂ１の他方側は、くさび５の挿入方向の後端側である。

図６（ａ）、（ｂ）を参照する。くさび５は、本体部５１と、先端突起部５２と、後端突起部５３とを有する。本体部５１は、接線方向Ｂ１に延びる部分である。本体部５１は、径方向内側の第１面５１ａと、径方向外側の第２面５１ｂとを有する。第１面５１ａは、図５（ｅ）に示すように、くさび孔２２２への挿入後に杭４の外周面４ｂを押圧する面（押圧面）である。第１面５１ａは、接線方向Ｂ１の一方側に向かうにつれて径方向外側に傾くテーパを有している。第２面５１ｂは、図５（ｅ）に示すように、くさび孔２２２への挿入後にくさび孔２２２の端２２２ａ側に位置する面である。第２面５１ｂは、接線方向Ｂ１に沿う方向に延びている。このため、本体部５１は、接線方向Ｂ１の一方側に向かうにつれて径方向の幅が細くなる形状を有する。

先端突起部５２は、接線方向Ｂ１の一方側において本体部５１から径方向外側に突出している部分である。先端突起部５２は、テーパ面５５と、外側面５６とを有する。外側面５６は、接線方向Ｂ１に沿う方向に延びている。すなわち、外側面５６は、第２面５１ｂと平行になっている。

テーパ面５５は、第２面５１ｂの接線方向Ｂ１一方側と接続し、外側面５６の接線方向Ｂ１他方側と接続する。すなわち、テーパ面５５は、接線方向Ｂ１において第２面５１ｂと外側面５６の間に位置している。テーパ面５５は、接線方向Ｂ１の一方側に向かうにつれて径方向外側に傾くテーパを有しており、テーパ面５５と第２面５１ｂとが径方向外側になす角度θ１は、１３５度である。角度θ１は、先端突起部５２が本体部５１から径方向外側に突出する角度ともいえる。なお、角度θ１は９０度よりも大きく、１８０度未満の角度であれば、その他の角度であってもよい。

第１面５１ａのうち先端突起部５２の径方向内側に位置する領域には、凹曲面５４が形成されている。凹曲面５４の曲率半径は、くさび５の接線方向Ｂ１の長さの半分以下であり、外側面５６の接線方向Ｂ１の長さの倍以上である。例えば、くさび５の接線方向Ｂ１の長さが５７ｍｍ、外側面５６の接線方向Ｂ１の長さが１０ｍｍの場合、凹曲面５４の曲率半径は２４．５ｍｍである。このように構成することで、凹曲面５４をくさび５の接線方向Ｂ１の一方側の端５４ａから第１面５１ａ上の部分５４ｂまでにわたって形成することができる。

また、凹曲面５４は、先端突起部５２が本体部５１から径方向外側に突出する幅よりも大きく第１面５１ａから凹んでいる。すなわち、接線方向Ｂ１におけるテーパ面５５及び外側面５６の長さの和よりも、凹曲面５４の部分５４ｂから端５４ａまでの長さの方が長い。このため、先端突起部５２が本体部５１から突出しているにもかかわらず、くさび５は接線方向Ｂ１の一方側に向かうにつれて先細る形状となっている。このように構成することで、後述するように、くさび孔２２２に挿入した後のくさび５を、くさび孔２２２から抜きやすくなる。また、凹曲面５４の曲率半径は、杭４の外周面４ｂの半径（２４．３ｍｍ）とほぼ同じ値である。

図６（ｃ）は、変形例に係るくさび５０の側面図である。くさび５０は、先端突起部５２０の形状がくさび５の先端突起部５２と相違し、その他の部分はくさび５と共通する。当該共通する部分についてはくさび５と同じ符号を付し、説明を省略する。先端突起部５２０は、垂直面５５０と、外側面５６０とを有する。外側面５６０は、接線方向Ｂ１の一方側に向かうにつれて径方向内側に傾くテーパを有している。垂直面５５０は、第２面５１ｂの接線方向Ｂ１一方側と接続し、外側面５６０の接線方向Ｂ１他方側と接続する。垂直面５５０は、径方向に沿う方向に延び、垂直面５５０と第２面５１ｂとが径方向外側になす角度θ２は、９０度である。くさび５０は、くさび５よりも先端突起部の突出する角度θ２が鋭い。このように構成することで、くさび孔２２２に挿入した後のくさび５０を、くさび孔２２２から抜けにくくすることができる。

くさび５及びくさび５０のいずれを用いるかは、杭基礎１に要求される強度、耐久年数、解体方法等を勘案して決定される。くさび５及びくさび５０のいずれによっても、杭４をガイド筒部２２に固定することができるが、例えば比較的早期に（例えば、杭基礎１がある程度老朽化するよりも早く）杭基礎１を解体する予定がある場合には、くさび孔２２２から抜きやすいくさび５を採用することが好適である。

〔杭基礎の施工方法〕
図７は、実施形態に係る杭基礎１の施工方法を説明する図である。杭基礎１は、以下に説明する施工方法を作業員が実行することにより、施工される。

はじめに、図７（ａ）に示すように、中央筒部２１の軸心方向を鉛直方向にして、作業員がベース部材２を地面Ｇ１に設置する。なお、地面Ｇ１は、例えばベース部材２が埋まる程度に作業員が手持ちのシャベルで地表を掘削することで、地表よりも窪ませた面であってもよい。中央筒部２１は、上端２１１を鉛直方向の上方に向け、下端２１２を鉛直方向の下方に向け、下端２１２が地面Ｇ１に接する姿勢で、地面Ｇ１に設置される。ベース部材２は、作業員による人力で運ばれ、地面Ｇ１に設置される。

次に、図７（ｂ）に示すように、作業員は、４個の杭４を、４個のガイド筒部２２を介してそれぞれ地中に貫入する。杭４は、ガイド筒部２２の貫通孔２２１（図３）に挿入される。地中への杭４の貫入は、作業員が手持ち可能な電動ハンマーなどの電動工具を用いて、杭４の上端部を打撃することにより行う。

互いにねじれの位置関係にある軸心Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４方向に沿って、それぞれの杭４が地面Ｇ１に打設されることにより、ベース部材２はそれぞれの軸心Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４方向から杭４により支持される。このため、ベース部材２は、杭４により地面Ｇ１に対して固定され、ベース部材２が水平方向および鉛直方向に移動することを防止することができる。これにより、次の工程でベース部材２に挿通される支柱３を立設するのに十分な支持力を確保することができる。

次に、作業員は、手持ちの電動カッターにより、支柱３を径方向に切断して、支柱３の軸心方向の長さを調節した後、支柱３を、中央筒部２１に挿入する。支柱３の外径は、中央筒部２１の内径と等しいため、支柱３の外周面と中央筒部２１の内周面とが摺接しながら、支柱３は中央筒部２１に挿入される。

また、図７（ｃ）に示すように、作業員は、手持ちのハンマーにより、くさび５をガイド筒部２２のくさび孔２２２に挿入する。挿入されたくさび５は、杭４の外周面４ｂを押圧することで、杭４をガイド筒部２２に固定する。くさび５のくさび孔２２２への挿入の順序は、支柱３の中央筒部２１への挿入と前後してもよい。

図８は、図５（ｃ）と同じ断面において、くさび５がくさび孔２２２に挿入される様子を説明する図である。図８（ａ）はくさび５の挿入開始時点の様子、図８（ｂ）、（ｃ）は順にくさび５の挿入途中の様子、図８（ｄ）はくさび５の挿入終了時点の様子をそれぞれ示している。

くさび５の凹曲面５４の曲率半径（２４．５ｍｍ）は、杭４の外周面４ｂの半径（２４．３ｍｍ）とほぼ同じ値（例えば、各値の差が１ｍｍ以内）であるため、図８（ａ）に示すように、くさび５の挿入開始時において、凹曲面５４が外周面４ｂに沿う。このため、作業者はくさび５をくさび孔２２２へ手で差し込むと、凹曲面５４が外周面４ｂに沿った状態でくさび５が外周面４ｂと突出部２２３との間に安定的に保持される。これにより、作業者がハンマーでくさび５を打ち込む際に、狙いをつけやすくなる。

図８（ｂ）、（ｃ）を参照する。作業者がハンマーでくさび５の後端を打つことで、くさび孔２２２にくさび５が挿入される。このとき、くさび５の凹曲面５４を含む第１面５１ａに押圧されることで、杭４が径方向内側に変形する。最後に、図８（ｄ）に示すように、くさび５のテーパ面５５が突出部２２３よりも接線方向Ｂ１の一方側の位置まで挿入され、後端突起部５３が突出部２２３の接線方向Ｂ１の他方側に掛かることで、くさび５の挿入が終了する。

くさび５は、杭４の外周面４ｂを押圧するとともに、杭４の外周面４ｂから突出部２２３側へ押圧される。くさび５は突出部２２３と外周面４ｂとの間に挟まれた状態となるため、くさび５がくさび孔２２２から抜けることが防止される。また、図６に示すように本体部５１と先端突起部５２との間に所定の角度θ１があることで、くさび５が杭基礎１に掛かる外力により接線方向Ｂ１に若干量だけ抜けた場合であっても、先端突起部５２が突出部２２３の一方側に掛かり、くさび５が自然に抜けることを確実に防止することができる。

図７（ｄ）を参照する。次に、作業員は、手持ちの電動ドリルを貫通孔２１３から径方向に挿入し、支柱３の周面を穿孔する。同様に、電動ドリルを貫通孔２１４から径方向に挿入し、支柱３の周面を穿孔する。本実施形態において、一対の貫通孔２１３、一対の貫通孔２１４に対し、それぞれ２箇所ずつ支柱３を穿孔する。これにより、支柱３には４個の孔が形成される。

最後に、作業者は、一方の貫通孔２１３からボルト６を挿入し、他方の貫通孔２１３からボルト６の端部を突出させる。そして、突出したボルト６にナットを締結する。同様に、一方の貫通孔２１４からボルト６を挿入し、他方の貫通孔２１４からボルト６の端部を突出させ、突出したボルト６にナットを締結する。これにより、中央筒部２１に支柱３を固定する。ここで、ボルト６の直径は、貫通孔２１３、２１４の直径よりも小さく、例えば１２ｍｍである。また、ボルト６の長さは、中央筒部２１の外径よりも長く、例えば１１０ｍｍである。

〔実施形態の作用と効果〕
以上のように、実施形態に係る杭基礎１は、中央筒部２１と、中央筒部２１に対してそれぞれねじれの位置関係にある複数のガイド筒部２２と、が一体化されたベース部材２と、中央筒部２１に挿入可能な支柱３と、複数のガイド筒部２２にそれぞれ挿入可能な複数の杭４と、杭４をガイド筒部２２に固定するくさび５と、を備える。ガイド筒部２２には、ガイド筒部２２の軸心方向に延び、杭４が挿入される貫通孔２２１と、貫通孔２２１の接線方向Ｂ１に延び、貫通孔２２１の側部２２１ａを横切るくさび孔２２２と、が形成されている。そして、くさび孔２２２に挿入されるくさび５が杭４の外周面４ｂを押圧することで、杭４がガイド筒部２２に固定される。

実施形態に係る杭基礎１によれば、くさび５が杭４の外周面４ｂを押圧することで、杭４がガイド筒部２２に固定される。このため、ネジを用いる場合のように杭４にネジ孔を設ける必要がなく、杭４の周方向の角度調整が不要となる。増加する作業としては、くさび５をくさび孔２２２に挿入する程度であるため、施工時の作業負担の増加を抑制しつつ、杭４とベース部材２とを固定することができる。

特に、杭基礎１は、すべて手持ちの工具で施工が可能であり、大規模な重機を用いる必要がないため、施工にかかる費用を抑えることができる。例えば、くさび５は、手持ちのハンマーでくさび孔２２２に挿入することができる。

また、ガイド筒部２２は、径方向外側に突出する突出部２２３を有し、くさび孔２２２は、突出部２２３の径方向内側に形成され、接線方向Ｂ１に見て、くさび孔２２２の径方向外側の端２２２ａはガイド筒部２２の外周面２２０ｂと同じ位置又は外周面２２０ｂよりも径方向外側に位置し、くさび孔２２２の径方向内側の端２２２ｂはガイド筒部２２の内周面２２０ａよりも径方向内側に位置する。

このように構成することで、ガイド筒部２２のうち、くさび孔２２２を設ける部分に突出部２２３を設ければ、その他の部分の筒厚を厚くする必要がない。このため、くさび孔２２２を設ける場合であってもガイド筒部２２の成形に必要な材料の増加を抑制することができる。これにより、ベース部材２の重量の増加を抑制することができ、作業員による人力で運ばれやすくなる。

また、くさび５は、接線方向Ｂ１に延びる本体部５１と、接線方向Ｂ１の一方側及び他方側においてそれぞれ本体部５１から径方向外側に突出し、それぞれ突出部２２３に掛かる先端突起部５２及び後端突起部５３と、を有する。そして、先端突起部５２が本体部５１から径方向外側に突出する角度θ１は９０度よりも大きい。

ここで、杭基礎１が支持する構造物の耐用年数が過ぎた後には、杭基礎１を解体する必要が生じうる。このため、杭基礎１については、解体しやすさも求められる。本実施形態の杭基礎１は、先端突起部５２の本体部５１から突出する角度θ１が９０度よりも大きいため、くさび５を挿入した後は先端突起部５２が突出部２２３に掛かることでくさび５の抜け止めの効果を得つつ、杭基礎１を解体する際には、先端突起部５２を接線方向Ｂ１の一方側から他方側に打つことで、くさび５をくさび孔２２２から容易に離脱させることができる。

また、本実施形態のベース部材２自体には、施工時に穿孔や変形などの加工を行っていないため、支柱３や杭４を抜いた後、ベース部材２を再利用することができる。このため、コンクリート基礎の場合と比べ、杭基礎１の解体後の廃棄物の量を低減することができる。このため、廃棄物処理費等を含む解体費用を削減することができる。

また、くさび孔２２２は、貫通孔２２１と直交する方向に延びる。このように構成することで、くさび５を杭４と直交する方向に打ち込むことができ、より強固に杭４とベース部材２とを固定することができる。

〔変形例〕
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した形態以外にも種々の変更を行うことが可能である。以下、本発明の実施形態に係る変形例について説明する。以下の変形例において、実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

上記の実施形態では、複数のガイド筒部２２の全てにくさび孔２２２が設けられている。しかしながら、複数のガイド筒部２２の少なくとも一部にくさび孔２２２が設けられていてもよい。例えば、対角に位置するガイド筒部２２ａ、２２ｃにくさび孔２２２が設けられ、残りのガイド筒部２２ｂ、２２ｄにくさび孔２２２が設けられていなくてもよい。また、くさび５は、用意されているくさび孔２２２の全てに挿入する必要はなく、必要な支持力等に応じて、くさび５の挿入本数を適宜調整してもよい。

また、１つのガイド筒部２２に複数のくさび孔２２２が設けられていてもよい。例えば、ガイド筒部２２の軸心方向に離れて、２つのくさび孔２２２が設けられてもよい。これらのくさび孔２２２のそれぞれにくさび５が挿入されることで、より強固に杭４をガイド筒部２２に固定することができる。

〔その他〕
なお、上述の実施形態及び各種の変形例については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。また、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 杭基礎 ２ ベース部材 ２１ 中央筒部
２１１ 上端 ２１２ 下端 ２１３ 貫通孔
２１４ 貫通孔 ２２ ガイド筒部 ２２０ａ 内周面
２２０ｂ 外周面 ２２１ 貫通孔 ２２１ａ 側部
２２２ くさび孔 ２２２ａ 端 ２２２ｂ 端
２２３ 突出部 ２３ 連結部分 ３ 支柱
４ 杭 ４ａ 内周面 ４ｂ 外周面
５ くさび ５０ くさび ５１ 本体部
５１ａ 第１面 ５１ｂ 第２面 ５２ 先端突起部
５３ 後端突起部 ５４ 凹曲面 ５４ａ 端
５４ｂ 部分 ５５ テーパ面 ５６ 外側面
５２０ 先端突起部 ５５０ 垂直面 ５６０ 外側面
６ ボルト Ａ１ 軸心 Ｂ１ 接線方向
θ１ 角度 θ２ 角度 Ｇ１ 地面

Claims (5)

1. 中央筒部と、前記中央筒部に対してそれぞれねじれの位置関係にある複数のガイド筒部と、が一体化されたベース部材と、
   前記中央筒部に挿入可能な支柱と、
   前記複数のガイド筒部にそれぞれ挿入可能な複数の杭と、
   前記杭を前記ガイド筒部に固定するくさびと、
   を備え、
   前記ガイド筒部には、
   前記ガイド筒部の軸心方向に延び、前記杭が挿入される貫通孔と、
   前記ガイド筒部の接線方向に延び、前記貫通孔の側部を横切るくさび孔と、が形成され、
   前記くさび孔に挿入される前記くさびが前記杭の外周面を押圧することで、前記杭が前記ガイド筒部に固定される、杭基礎。
2. 前記ガイド筒部は、前記ガイド筒部の径方向外側に突出する突出部を有し、
   前記くさび孔は、前記突出部の前記径方向内側に形成され、
   前記接線方向に見て、前記くさび孔の前記径方向外側の端は前記ガイド筒部の外周面と同じ位置又は前記外周面よりも前記径方向外側に位置し、前記くさび孔の前記径方向内側の端は前記ガイド筒部の内周面よりも前記径方向内側に位置する、請求項１に記載の杭基礎。
3. 前記くさびは、
   前記接線方向に延びる本体部と、
   前記接線方向の一方側及び他方側においてそれぞれ前記本体部から前記径方向外側に突出し、それぞれ前記突出部に掛かる先端突起部及び後端突起部と、を有し、
   前記先端突起部が前記本体部から前記径方向外側に突出する角度は９０度よりも大きい、請求項２に記載の杭基礎。
4. 前記くさび孔は、前記貫通孔と直交する方向に延びる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の杭基礎。
5. 杭基礎の一部材として用いられるベース部材であって、
   支柱が挿入される中央筒部と、
   前記中央筒部と一体化され、複数の杭が挿入されるガイド筒部と、
   を備え、
   前記複数のガイド筒部は、前記中央筒部に対してそれぞれねじれの位置関係にあり、
   前記ガイド筒部には、
   前記ガイド筒部の軸心方向に延び、前記杭が挿入される貫通孔と、
   前記ガイド筒部の接線方向に延び、前記貫通孔の側端部を横切るくさび孔と、が形成され、
   前記くさび孔に挿入されるくさびが前記杭の外周面を押圧することで、前記杭が前記ガイド筒部に固定される、ベース部材。

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