JP3680953B2 - 埋込み杭工法による既製杭の根固め部構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は埋込み杭工法による既製杭の根固め部構造に関する。さらに詳細には、先端形状を改善することにより耐力の向上を図ることができる根固め部構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築構造物の杭基礎は、既製杭基礎と場所打ち杭基礎に大別される。このうち既製杭基礎は、打込み杭工法あるいは埋込み杭工法により施工される。打込み杭工法は施工時に騒音、振動が生じ、近年は施工数が減少している。
【０００３】
埋込み杭工法は騒音、振動などの建設公害を低減する工法として開発されたもので、プレボーリング工法、中掘り工法等がある。そして、いずれの工法も一般に削孔底部にセメントミルク等の根固め液を注入して、根固め部を形成し、この根固め部を介して既製杭の先端部を地盤に定着させている。
【０００４】
図６は従来の根固め部を示す断面図である。既製杭１の先端部が定着される根固め部１は、従来、先端形状が平坦面として施工されている。この発明の発明者らは、有限要素モデルを用いた数値実験により、従来形状の根固め部に関し、既製杭に鉛直荷重が作用した場合の破壊機構の解明を試みた。
【０００５】
その結果、根固め部の先端部が円周方向及び半径方向の引張り応力により破壊し、しかも破壊は杭体に作用する鉛直荷重が地盤の極限荷重に達する前に発生することを見出した。これは、従来考慮されていなかった破壊機構である。
【０００６】
そこで、この発明の発明者らは、有限要素法による解析をさらに鋭意進めたところ、根固め部先端形状を所定の形状にすることにより、その破壊を阻止できることを見出した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような知見に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
【０００８】
この発明の目的は、根固め部の耐力の向上を図り、その破壊を防止した埋込み杭工法による既製杭の根固め部構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採る。
【００１０】
すなわちこの発明は、先端形状が円錐形であって、その頂角が９０度以上１２０度以下であることを特徴とする埋込み杭工法による既製杭の根固め部構造にある。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【作用】
有限要素解析結果によれば、前記のような先端形状を持つ根固め部は、その先端部に従来のような広範囲の破壊域の発生が見られなかった。これは杭先端部に圧縮応力として作用する地盤反力の直成分が杭先端部内を圧縮応力状態に保ち、引張り応力が発生しないためと認められる。したがって、従来の根固め部で起こり得る、先端部の引張り応力による破壊現象を防止することが可能となる。
【００１４】
【実施例】
この発明の実施例を図面を参照しながら以下に説明する。
【００１５】
図１はこの発明の実施例を示す断面図である。既製杭２は周知のプレボーリング工法、中掘り工法等によって地盤に沈設される。プレボーリング工法を適用する場合は、アースオーガやスクリュウオーガを使用して地盤を支持層まで掘削した後、削孔底部にセメントミルク等の根固め液を注入して根固め部１を形成し、この根固め部１に既製杭２の先端部が圧入される。通常、削孔３は既製杭の杭径よりも大きく形成され、孔壁と既製杭２との間には杭周固定液が注入される。
中掘り工法を適用する場合は、既製杭２の中空部にアースオーガやスクリュウオーガを挿入して削孔しながら既製杭を沈設する。そして、支持層に達したら拡径掘削し、この拡径部に根固め液を注入し、根固め部１を形成する。
【００１６】
この発明によれば、根固め部１の先端部４の形状は円錐形に形成されている。先端部４は円錐形であれば所期の目的を達成するが、その頂角θを１２０度以下の範囲にすることが望ましいことが後述する数値実験で確認されている。
【００１７】
図２は参考例を示す断面図である。この参考例は先端部４の形状を円錐台形としたものである。この参考例も頂角θを１２０度以下にするのが望ましい。
【００１８】
＜数値解析結果＞
上記各形状の根固め部の変形挙動を有限要素モデルを用いて解析した結果を図３及び図４に示す。本解析では既製杭径４００φ、根固め径６００φ、既製杭先端の根固め部のかぶり厚さ約４００ｍｍ、根固め部強度２００ｋｇ／ｃｍ² としている。図３は根固め部の先端形状を円錐形としたものであり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の頂角θはそれぞれ９０度，１２０度及び１５０度である。図４は根固め部の先端形状を円錐台形としたものである。
【００１９】
図３に示す凡例において、α_c はコンクリートの耐力比であり、根固め部内部の八面体せん断応力に対する破壊基準の比として定義され、α_c ＝１が破壊の状態である。なお、この凡例は図４及び図５に関しても適用される。荷重はいずれも３００ｔｏｎの場合である。
【００２０】
図３に示す円錐形の場合、根固め部の先端部の破壊域は少ない。頂角θが小さい程破壊域は少なく、１２０度以下では大幅に減少している。特に頂角θが９０度の場合は破壊域は見られず、耐力比は小さい値となっている。図４に示す円錐台形の場合も同様に、根固め部の上部においてα_c ＝１の破壊域が見られるものの、根固め部の先端部の破壊域は少なくなっている。
【００２１】
＜比較例＞
図５は従来の根固め部すなわち先端形状を平坦面（θ＝１８０度）としたものについて、この発明のものと同一条件で数値解析を行った結果を示している。根固め部の先端形状を平坦面とした場合、先端部にも破壊域が広範囲で現れているのが認められる。このように、根固め部の先端部に破壊域ないし耐力比の大きい領域が発生するのは、この先端部に円周方向及び半径方向の引張り応力が生じているためであるということが、数値実験の結果分かった。
【００２２】
これに対し、図１及び図２に示した形状のものでは、根固め部の先端部に引張り応力は生じない。これは圧縮反力として先端部に作用する地盤反力の直成分が、先端部内を圧縮応力状態に保つことにほかならない。このような形状にすることにより、地盤支持力に与える影響がほとんどないことも解析の結果、確認されている。
【００２３】
なお、この発明による根固め部先端形状に対応した掘削孔は、従来のアースオーガやスクリュウオーガ等の先端翼の形状を変えることにより、容易に成形することができる。また、この発明による根固め部形状との関係で適用される既製杭は、従来のコンクリート杭や鋼管杭をそのまま適用できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、埋込み工法による既製杭の根固め部の先端部に発生し得る引張り応力による破壊を防止することが可能となる。これにより、根固め部の構造耐力が格段に向上し、従来よりも高い鉛直支持力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例を示す断面図である。
【図２】 参考例を示す断面図である。
【図３】 この発明の実施例に対応する根固め部の変形挙動の数値解析結果を示す図である。
【図４】 参考例に対応する根固め部の変形挙動の数値解析結果を示す図である。
【図５】 従来の根固め部の変形挙動の数値解析結果を示す図である。
【図６】 従来の根固め部の形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１…根固め部
２…既製杭
３…削孔
４…先端部

Claims (1)

1. 先端形状が円錐形であって、その頂角が９０度以上１２０度以下であることを特徴とする埋込み杭工法による既製杭の根固め部構造。

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