JP2023071351A - 杭及び杭の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな水平力に耐えうると共に基礎の大型化を抑制できる杭とこの杭の施工方法を提供する。【解決手段】杭２は、杭頭１０と、杭頭１０に連続し杭頭１０より幅が大きい拡幅部１２とを有する。好ましくは、杭２は、基礎４と拡幅部１２と間であって杭頭１０の外周に位置するエキスパンション１６を更に有する。この杭２の施工方法は、杭頭１０と杭頭１０に連続し杭頭１０より幅が大きい拡幅部１２とを有する杭２を、地中に埋設し、杭頭１０に基礎４を接合する。【選択図】図１

Description

本明細書は、杭及びその杭の施工方法を開示する。

建物、設備等の建造物の設置には、基礎と基礎を支える杭とが用いられる。この杭が基礎を支えることで、軟弱地盤に建造物が安定した状態で建設される。この杭の一例として、杭頭径を大きくした拡頭杭がある。この拡頭杭が、特許文献１（特開昭６１－９８８２４号公報）に開示されている。

特開昭６１－９８８２４号公報

特許文献１の杭は、杭頭径を大きくすることで、大きな水平力に耐えうる。一方で、杭頭径を大きくすることで、杭頭と基礎との接合面積が大きい。この拡頭杭では、基礎が大型化する。例えば、基礎のパイルキャップに既製杭が接合される場合、杭頭の外径Ｄｈに対してパイルキャップの幅は、杭工法に応じて２．５Ｄｈ以上等に設定される。この様に、杭頭の外径とパイルキャップの幅との関係は、定められている。この様な拡頭杭の使用は、必要以上に基礎を大型化する場合がある。この基礎の大型化は、施工コストを増大させる。

本出願人の意図するところは、大きな水平力に耐えうると共に、基礎の大型化を抑制できる杭と、この杭の施工方法の提供にある。

好ましい杭は、杭頭と、前記杭頭に連続し前記杭頭より幅が大きい拡幅部とを有する。

好ましい杭の施工方法は、
杭頭と前記杭頭に連続し前記杭頭より幅が大きい拡幅部とを有する杭を、地中に埋設し、
前記杭頭に基礎を接合する。

この杭は、拡幅部を有することで、大きな水平力に耐えうると共に、基礎の大型化を抑制できる。この杭の施工方法によって、この杭は容易に施工できる。

図１は、一実施形態に係る杭が、基礎と建造物と共に示された概念図である。 図２は、図１の杭の部分拡大図である。 図３は、図１の杭が、基礎の一部であるパイルキャップと共に示された部分拡大図である。 図４は、図１の杭と、杭が水平力を受けたときの水平抵抗力の大きさの分布とが示された説明図である。 図５は、比較例としての一様な径の杭と、杭が水平力を受けたときの水平抵抗力の大きさの分布とが示された説明図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態が詳細に説明される。

図１に、複数の杭２が、基礎４と建造物６と共に示されている。この建造物６が設置された地盤８は、軟弱な表層地盤８Ａと、堅固な支持地盤８Ｂとを含む。それぞれの杭２は、地盤８に埋設されている。言い換えると、それぞれの杭２は地中に埋設されている。杭２は、基礎４に接合され、支持地盤８Ｂまで延びている。

杭２は、拡幅部１２、エキスパンション１６及び小径杭１８を有する。この小径杭１８に拡幅部１２が固定されている。この固定によって、小径杭１８に、拡幅部１２から基礎４までの延びる杭頭１０と、拡幅部１２から地中に延びる延伸部１４とが形成されている。杭頭１０は、基礎４に接合されている。拡幅部１２は、杭頭１０より幅が大きい。この延伸部１４は、支持地盤８Ｂまで延びている。延伸部１４は、拡幅部１２より幅が小さい。エキスパンション１６は、基礎４と拡幅部１２との間であって、杭頭１０の外周に配置されている。

図２に示される様に、円筒形状の小径杭１８に、拡幅部１２が固定されている。この小径杭１８は、例えば鋼管である。小径杭１８は例示であって特に限定されない。小径杭１８は、例えば、中空円柱状や中実円柱形状を備えてもよいし、その断面外形が多角形であってもよい。また、小径杭１８は、コンクリート製であってもよい。この杭２では、延伸部１４と杭頭１０とは小径杭１８で形成されており、延伸部１４の外径と杭頭１０の外径とが同じである。なお、この延伸部１４の外径と杭頭１０の外径との大きさの関係は、例示であって、特に限定されない。この延伸部１４の外径は、杭頭１０の外径より大きくてもよいし、拡幅部１２の外径と同じであっても、更には、拡幅部１２の外径より大きくてもよい。

拡幅部１２は、円筒形状の大径杭２０と、固定材としてのコンクリート２２とを有する。このコンクリート２２は、大径杭２０を小径杭１８に固定している。この固定材は、大径杭２０を小径杭１８に固定できればよく、コンクリート２２に限定されない。この固定材として、他に、グラウト、モルタル、樹脂等が例示される。また、大径杭２０は、例えば鋼管であるが、特に限定されない。また、拡幅部１２は、必ずしも、コンクリート２２を必要としない。大径杭２０が直に小径杭１８に固定されていてもよい。また、大径杭２０は鋼管を用いずに、全体がコンクリート製であってもよい。また、拡幅部１２の断面形状は、円形に限定されず、多角形であってもよい。

エキスパンション１６は、基礎４と拡幅部１２との間で外力によって膨張収縮可能な伸縮材からなる。エキスパンション１６は、外力により発生する応力を、基礎４、杭頭１０及び基礎４に伝えることを抑制できる部材からなる。このエキスパンション１６は、例えば、スタイロフォーム（登録商標）やその他の発泡スチロールからなるが、特に限定されない。このエキスパンション１６は、基礎４と拡幅部１２との間で直接な力の伝達を抑制できればよい。なお、この杭２は、必ずしも、エキスパンション１６を必要としない。基礎４と拡幅部１２との間に、軟弱な表層地盤８Ａが介在してもよい。

ここで、図１及び図２を参照しつつ、杭２の施工方法が説明される。まず、地盤８に小径杭１８が埋設される（ＳＴＥＰ１）。この工程（ＳＴＥＰ１）では、小径杭１８が、表層地盤８Ａを貫通し、支持地盤８Ｂに支持される状態にされる。なお、小径杭１８は、必ずしも支持地盤８Ｂに到達しなくてもよい。小径杭１８が、表層地盤８Ａを貫通せずに、表層地盤８Ａに支持されてもよい。

次に、大径杭２０が、小径杭１８を径方向内側に位置させた状態で、表層地盤８Ａに埋設される（ＳＴＥＰ２）。この工程（ＳＴＥＰ２）では、大径杭２０は、その上端を小径杭１８の上端より深く位置させられる。この大径杭２０と小径杭１８との径方向の隙間に、コンクリート２２（図２参照）が打設される。この様にして、杭頭１０と拡幅部１２とを有する杭２が形成される。

杭頭１０の外周に拡幅部１２に重ねてエキスパンション１６が形成される（ＳＴＥＰ３）。この工程（ＳＥＴＰ３）では、例えば、スタイロフォーム（登録商標）が杭頭１０の外周に巻かれ、エキスパンション１６が形成される。

この工程（ＳＴＥＰ３）の後に、基礎４が形成される（ＳＴＥＰ４）。この基礎４は、杭２の杭頭１０（小径杭１８の上端部）に接合される。これにより、図１では、基礎４は、杭２を介して、支持地盤８Ｂに支持される。この工程（ＳＴＥＰ４）の後に、基礎４に、建造物６が建てられる（ＳＴＥＰ５）。

なお、この工程（ＳＴＥＰ１）及び工程（ＳＴＥＰ２）では、小径杭１８と大径杭２０とが個別に埋設されたが、杭２の施工方法は、これに限定されない。予め、拡幅部１２を有する杭２が準備されてもよい。工程（ＳＴＥＰ１）及び（ＳＴＥＰ２）に代えて、既成杭として準備された杭２が地盤８に埋設されてもよい。

また、この杭２の埋設方法は特に限定されない。この埋設工法として、打撃工法、中堀り杭工法、プレボーリング工法、鋼管ソイルセメント杭工法、回転杭工法が例示される。更には、この埋設方法は、現場において掘削した孔の中に鉄筋コンクリート抗体を築造する場所打ち杭工法であってもよい。更には、この埋設方法として、これらの工法が組み合わされてもよい。

図３では、杭２の杭頭１０が基礎４の一部であるパイルキャップ２４に接合された状態が示されている。図１では、その記載を省略しているが、基礎４は、パイルキャップ２４を含む。この杭２は、パイルキャップ２４に接合されている。

図３の両矢印Ｄｈは、杭頭１０の直径を表している。両矢印Ｗは、パイルキャップ２４の幅を表している。一点鎖線Ｌｃは、杭２（杭頭１０）とパイルキャップ２４の中心線を表している。両矢印Ｈは、パイルキャップ２４と拡幅部１２との間隔を表している。なお、この杭２では、間隔Ｈはエキスパンション１６の高さでもあるが、エキスパンション１６の高さはこれに限られない。

既製杭では、パイルキャップ２４の幅Ｗは、建築基礎構造設計指針（日本建築学会）等で定められており、杭頭１０の直径Ｄｈにより定まる。例えば、このパイルキャップ２４では、幅Ｗの１／２倍（（１／２）Ｗ）が、直径Ｄｈの１．２５倍以上にされる。従って、このパイルキャップ２４の幅Ｗは、２．５Ｄｈ以上にされる。

図４には、一様な地盤に埋設された杭２と、杭２が水平力を受けたときの地盤の水平抵抗力の大きさの分布とが示されている。図４の矢印Ａは杭２の軸方向を表し、符号Ｆは杭２の軸方向における水平抵抗力の大きさを表している。この水平抵抗力は、水平方向に作用する。杭２は、拡幅部１２を有する。拡幅部１２は、杭頭１０や延伸部１４に比べて、径が大きい。このため、この拡幅部１２は、杭頭１０や延伸部１４により大きな水平抵抗力が得られる。

図５には、一様な地盤に埋設された一様な径の杭３２と、杭３２が水平力を受けたときの地盤の水平抵抗力の大きさの分布とが示されている。この杭３２の外径は小径杭１８のそれと同じである。図５の矢印Ａは杭３２の軸方向を表し、符号Ｆは杭３２の軸方向における支持力の大きさを表している。この杭３２は、拡幅部１２が無く、軸方向に一様な外径を有する。この杭３２では、軸方向に一様な水平抵抗力が得られる。

図４及び図５から明らかな様に、杭２は、地盤８に支持された状態で、杭３２により大きな水平抵抗力を発揮する。杭２は、拡幅部１２を有することで、地盤８の硬さと杭径とに依存する水平抵抗力（水平バネ）を大きくできる。この杭２は、杭３２に比べて、大きな水平力に耐え、水平方向の変位を小さくできる。

一方で、この杭２では、拡幅部１２より、径が小さい杭頭１０でパイルキャップ２４に接合される。この杭２は、拡幅部１２を備えながら、杭頭１０の外経に適合するパイルキャップ２４に接合できる。この杭２は、接合するパイルキャップ２４の縁端距離（図３の幅（１／２）Ｗ）を小さくできる。この杭２は、パイルキャップ２４との接合面積が小さい。この杭２は、パイルキャップ２４の大型化を抑制しうる。

パイルキャップ２４に限らず、例えば、平坦な他の基礎に、杭２が接合される場合にも、この他の基礎との接合面積が小さい。複数の杭２が並べられるピッチも、大径の杭頭で接合される拡頭杭のそれに比べて、小さくできる。これにより、杭２は、パイルキャップ２４に限らず、他の基礎に対しても、その大型化を抑制しうる。

この杭２は、エキスパンション１６を必ずしも有しなくてよい。しかしながら、この杭２では、エキスパンション１６を介在させることで、拡幅部１２と基礎４との間に、岩や石などが入り込むことが抑制される。このエキスパンション１６は、拡幅部１２と基礎４との間で直接的な力の伝達をより確実に抑制する。この観点から、杭２はエキスパンション１６を有することが好ましい。

この杭２では、拡幅部１２の長さは延伸部１４の長さより短い。拡幅部１２より外径の小さい延伸部１４が支持地盤８Ｂまで延びている。この杭２では、拡幅部１２を形成する大径杭２０を支持地盤８Ｂまで延ばす場合に比べ、埋設が容易にされ、埋設による残土が削減できる。この杭２の施工方法は施工コストの削減に寄与する。

［開示項目］
以下の項目のそれぞれは、好ましい実施形態の開示である。

［項目１］
杭頭１０と、杭頭１０に連続し杭頭１０より幅が大きい拡幅部１２とを有する、杭２。

［項目２］
基礎４と拡幅部１２と間であって杭頭１０の外周に位置するエキスパンション１６を有する、項目１の杭２。

［項目３］
杭頭１０と杭頭１０に連続し杭頭１０より幅が大きい拡幅部１２とを有する杭２を、地中に埋設し、
杭頭１０に基礎４を接合する、
杭２の施工方法。

［項目４］
杭２を地中に埋設することが、
杭頭１０を含み拡幅部１２より幅が小さい小径杭１８を地中に埋設することと、
拡幅部１２を含む大径杭２０を、小径杭１８を径方向内側に位置させ、小径杭１８の上端より大径杭２０の上端を深くに位置させ、地中に埋設することと
を含む、項目３の杭２の施工方法。

前述の杭２は、建物、設備等、杭で支えられる建造物に広く適用できる。

２・・・杭
４・・・基礎
６・・・建造物
８・・・地盤
１０・・・杭頭
１２・・・拡幅部
１４・・・延伸部
１６・・・エキスパンション
１８・・・小径杭
２０・・・大径杭

Claims (4)

1. 杭頭と、前記杭頭に連続し前記杭頭より幅が大きい拡幅部とを有する、杭。
2. 前記基礎と前記拡幅部と間であって前記杭頭の外周に位置するエキスパンションを有する、請求項１に記載の杭。
3. 杭頭と前記杭頭に連続し前記杭頭より幅が大きい拡幅部とを有する杭を、地中に埋設し、
   前記杭頭に基礎を接合する、杭の施工方法。
4. 前記杭を地中に埋設することが、
   前記杭頭を含み前記拡幅部より幅が小さい小径杭を地中に埋設することと、
   前記拡幅部を含む大径杭を、前記小径杭を径方向内側に位置させ、前記小径杭の上端より前記大径杭の上端を深くに位置させ、地中に埋設することと
   を含む、請求項３に記載の杭の施工方法。

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