JP3787109B2 - 杭基礎、及びその施工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震に伴う大きな杭頭変形に対しても鉛直支持力を保持できる杭基礎、及びその杭基礎の施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図７に示すように、非液状化層３、及び液状化層４を有する地盤１に配される構造物５の杭１７において、前記液状化層４と非液状化層３の境界で生じる大きなせん断ひずみにより、境界部の杭本体１７ａに応力集中が生じるとともに、地表面付近では大きな地盤変形に対応するため杭頭部１７ｂには大きな断面力が発生する。このような現象に対応するため、一般的に前記杭１７には、曲げ剛性を高めることを目的に、鋼管巻きの場所打ち鉄筋コンクリート杭や、拡頭場所打ち鉄筋コンクリート杭等が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述するような曲げ剛性を高めた杭１７では、杭頭部１７ｂの変位を抑えることができるものの、杭頭部１７ｂや液状化層と非液状化層との境界部近傍の杭本体１７ａは断面が大きくなり、杭１７や基礎水平部材１０の部材断面を大きく取る必要が生じる等、工費が大幅に上昇することとなる。
【０００４】
上記事情に鑑み、本発明は、簡略な構成で施工性が良く、地震に伴う大きな杭頭変形に対しても鉛直支持力を保持できる杭基礎、及びその杭基礎の施工方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、下層を構成している支持層と、中層を構成している非液状化層と、上層を構成している液状化層とにより構成されている地盤中に基礎杭を設け、地盤上に構築される構造物を該基礎杭によって支持する構造の杭基礎であって、前記基礎杭は、下端部が支持層に支持されて上端部が非液状化層の上層近傍に達する高さを有して当該基礎杭の本体部を構成している基礎杭本体と、当該基礎杭の頭部を構成して液状化層に配置されている頭部杭とからなり、該基礎杭における基礎杭本体は場所打ちコンクリート杭により構成されているとともに、該基礎杭における頭部杭は、前記基礎杭本体よりも小径とされてその下端部が基礎杭本体の上端部内に挿入されて一体に剛接合されている鋼管杭あるいはコンクリート充填鋼管杭により構成され、かつ、前記基礎杭は、前記構造物より作用する鉛直荷重を前記基礎杭本体および前記頭部杭とによって支持しつつ、前記頭部杭が地震時に作用する水平荷重によって液状化層内においてたわみ変形が生じることを許容するように該頭部杭の曲げ剛性が設定され、前記構造物の柱が、前記頭部杭と同一、もしくはこれより小さい径を有する鋼管あるいはコンクリート充填鋼管よりなり、該柱が、前記頭部杭と同軸上に配置されるとともに、頭部杭に剛に結合されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明の杭基礎を施工するための方法であって、地盤を掘削し、基礎杭本体を構成する鉄筋を配置するとともに、頭部杭を構成する鋼管を該鉄筋の上部に前記基礎杭本体と同軸となるように配置する第１の工程と、前記基礎杭本体を構成する場所打ちコンクリートを打設し、該場所打ちコンクリートの硬化後に前記頭部杭を構成する鋼管の外周部を埋め戻す第２の工程と、前記頭部杭を構成する鋼管の頭部に、前記頭部杭にパイルキャップを装着した上で、前記頭部杭の頭部を連結するように、構造物の基礎としての基礎水平部材を構築する第３の工程とを有することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明の杭基礎を施工するための方法であって、地盤を掘削し、基礎杭本体を構成する鉄筋を配置するとともに、頭部杭を構成する鋼管を該鉄筋の上部に前記基礎杭本体と同軸となるように配置する第１の工程と、前記基礎杭本体を構成する場所打ちコンクリートを打設し、該場所打ちコンクリートの硬化後に前記頭部杭を構成する鋼管の外周部を埋め戻す第２の工程と、前記頭部杭を構成する鋼管の頭部に、構造物の柱を同軸上に剛接合する第３の工程と、前記柱の脚部を連結するように、構造物の基礎としての基礎水平部材を構築する第４の工程とを有することを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の杭基礎は、それ自体が場所打ちコンクリート杭である基礎杭本体と、それよりも小断面の鋼管杭あるいはコンクリート充填鋼管杭からなる頭部杭とによるいわば複合的な構造の基礎杭を主体とするものであって、特に頭部杭を液状化層に配置することにより、地盤の液状化に伴う大きな杭頭変形に対しても鉛直支持力を保持できる高靭性の杭基礎を実現するものである。以下、本発明に係る杭基礎、及びその施工方法の実施の形態を図１から図６に示す。
【００１３】
図１に示すように、下層を構成する支持層２と、中層を構成する非液状化層３と、上層を構成する液状化層４とによりなる地盤１には、構造物５を支持する複数の基礎杭７が所定の間隔をもって離間配置されている。該基礎杭７は、支持層２に支持される基礎杭本体８と、該基礎杭本体８の頭部に配置される頭部杭９とにより構成される。なお、地盤１を構成する支持層２は、前記構造物５の荷重に耐えうる強度を有するものである。また、本実施の形態において、基礎杭７は液状化層４を有する地盤１に設ける構成としたが、これにこだわるものではなく、不同沈下を起こす可能性がある軟弱地盤で、かつ軟弱層が厚いために杭基礎を必要とする地盤の何れにも適用可能であり、本発明における「液状化層」とはそのような地盤を含むものである。
【００１４】
前記基礎杭本体８は、場所打ちコンクリート１４を用いた鉄筋コンクリートによりなるもので、支持層２に支持されて、鉛直軸と同軸となるように配置されている。該基礎杭本体８は、一般に用いられる場所打ちコンクリート杭と同様の杭基礎設計により算出される杭断面を有するとともに、その杭長は、前記非液状化層３の上層に達する程度の長さを有している。基礎杭本体８の頭部には、下端部を基礎杭本体８の内方に埋め込まれるようにして頭部杭９が接合されている。
【００１５】
該頭部杭９は、基礎杭本体８と同軸上に配置されており、厚肉の鋼管９ａ、及び鋼管９ａの中空部を充填する高強度コンクリート９ｂよりなるコンクリート充填鋼管により構成されている。該頭部杭９の断面径は、構造物５より作用する鉛直荷重を基礎杭本体８とともに支持できる強度を有する程度とし、基礎杭本体８に比べて小さく形成されており、これに伴い曲げ剛性も基礎杭本体８に比べて小さいものとされ、その曲げ剛性は、地震時に作用する水平荷重によって液状化層内においてたわみ変形が生じることが許容されるように設定されている。なお、前記頭部杭９は、非液状化層３の上層に位置する基礎杭本体８の上部に設けられていることから、頭部杭９のほぼ全体が前記液状化層４に位置することとなる。また、前記基礎杭本体８の頭部に埋め込まれている頭部杭９を構成する鋼管９ａの下端部近傍の外周面には、スタッドジベルを取り付けることにより凹凸面１１が形成されており、頭部杭９の基礎杭本体８への定着強度を高めている。
【００１６】
本実施の形態において、頭部杭９には、厚肉の鋼管９ａ、及び鋼管９ａの中空部を充填する高強度コンクリート９ｂよりなるコンクリート充填鋼管を用いたが（つまり、頭部杭９をコンクリート充填鋼管杭としたが）、これにこだわるものではなく、上部に構築される建築物の鉛直荷重を支持できる強度を有するものであれば、高強度コンクリート９ｂを充填しない鋼管９ａのみの構成（つまり、頭部杭９を単なる鋼管杭とする）を用いても良い。
また、鋼管９ａの下端部近傍の外周面には、凹凸面１１を形成することを目的にスタッドジベルが設けられているが、これにこだわるものではなく、例えば、図２（ａ）に示すような、鋼管９ａの外周面に鋼棒等よりなる複数のリングを溶接等の固着手段を介して固着する構成や、外周面に圧延成形の突起を設ける構成、図２（ｂ）に示すような、波型に成形した鋼管９ａを用いた構成等、鋼管９ａの頭部杭９の基礎杭本体８への定着強度を高めることが可能な構成であれば、何れを用いても良い。
【００１７】
ところで、上述する基礎杭７に支持される前記構造物５の柱６は、鋼管６ａと、該鋼管６ａの中空部を充填するコンクリート６ｂによるコンクリート充填鋼管により構成されており、その断面径は、頭部杭９と同一に形成されている。該柱６は、頭部杭９と同軸に配されており、柱６を構成する鋼管６ａの下端面が、頭部杭９を構成する鋼管９ａの上端面と面どうしで接するようにして、溶接等の固着手段により固着されている。なお、前記構造物５の柱６は、前記頭部杭９と同一の断面径を有しているが、これにこだわるものではなく、柱６と頭部杭９とが鉛直方向に同軸上で剛に接合することができれば、柱６は頭部杭９より小さい断面径でもよい。また、該柱６は、コンクリート充填鋼管にこだわるものではなく、鋼管６ａのみの構成等何れの構成を用いても良い。
【００１８】
該柱６の下端部近傍には、基礎水平部材１０として基礎梁が設けられており、これらが隣り合う柱６どうしを連結する。ここで、該基礎水平部材１０に埋設され柱６を構成する鋼管６ａの下端部の外周面には、凹凸面１１が形成されており、柱６の基礎水平部材１０への定着強度を高めている。なお、柱６を構成する鋼管６ａに形成される凹凸面１１も、頭部杭９を構成する鋼管９ａに形成される凹凸面１１と同様に、柱６の基礎水平部材１０への定着強度を高めることの可能な構成であれば、何れの構成を用いても良い。
【００１９】
このように、本実施の形態における杭基礎は、基礎杭本体８と頭部杭９とによるいわば複合的な構造の基礎杭７の全体で構造物５より作用する鉛直荷重を支持できることはもとより、断面径が細く厚肉な鋼管９ａを備える曲げ剛性の小さい頭部杭９が液状化層４に配置されていることにより、地震等により構造物５を介して頭部杭９に水平力が作用すると、頭部杭９は鉛直支持力を保持した状態でたわみが生じ、杭頭変位が大きくなるものの、曲げモーメントが小さく断面力も小さいため、基礎水平部材１０の部材断面を大幅に低減できる。また、所定規模以上の地震が発生すると、前記地盤１が液状化し、これに伴う長周期化と、たわんだ頭部杭９周りの地盤の減衰が増加することにより、構造物５への応答を低減できるものである。
【００２０】
なお、本実施の形態では、隣り合う柱６どうしは基礎梁により連結されているが、これにこだわるものではなく、基礎水平部材１０としてマットスラブを設ける等、上部に構造物５を構築できれば、基礎水平部材１０として何れの構成を用いても良い。
【００２１】
また、前記基礎水平部材１０を、前記頭部杭９の上端部近傍を連結するように構築し、基礎水平部材１０の上部に前記構造物５を構築する構成とすれば、本発明の基礎杭７は、構造物５自身や柱６の形態の構成にこだわるものではなく、いずれの構造形式にも適用できるものである。その際、基礎水平部材１０に埋設される頭部杭９の頭部には、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、一般的に杭の頭部に用いられているパイルキャップ１５が取り付けられて、その上部に前記構造物５の柱６が構築されることとなる。なお、これにこだわるものではなく、必ずしもパイルキャップ１５を用いなくとも良い。
【００２２】
（第１の実施の形態）
上述の構造の杭基礎の施工方法を以下に示す。まず第１の実施の形態として、前記構造物５を構成する柱６の構成によらない杭基礎の施工方法を図３、及び図４に示す。なお、第１の実施の形態では、頭部杭９に、コンクリート充填鋼管が用いられる場合を例に挙げて詳述する。
【００２３】
（第１の工程）
まず、図３（ａ）に示すように、前記地盤１の構造物５を設けたい領域内で、所定の離間間隔をもって並列配置となるように、アースドリル等の掘削手段を介して孔壁安定液を充たしながら複数の孔１２を掘削する。該孔１２の形状は、前記基礎杭７を構成する基礎杭本体８に準じるものとするが、該基礎杭本体８は、必要に応じて底部を拡底する形状としても良い。一方で、あらかじめ前記基礎杭本体８を構成する鉄筋を組み合わせたかご鉄筋１３を地組みしておき、掘削後の孔１２の所定位置にかご鉄筋１３を据え付ける。
【００２４】
次に、図３（ｂ）に示すように、該かご鉄筋１３の所定位置に、前記頭部杭９を構成する鋼管９ａの下端部近傍を挿入し、固着手段を介して固着する。このとき、前記かご鉄筋１３への鋼管９ａの挿入長さＬは、後に頭部杭９の杭径ｒの１〜４倍程度の長さが、前記基礎杭本体８の場所打ちコンクリート１４の内方に埋め込まれる程度を目安とする。なお、前記かご鉄筋１３を地組みする際に、後に基礎杭本体８の上部に構築される頭部杭９の鋼管９ａを、かご鉄筋１３に固着しておき、鋼管９ａ付きのかご鉄筋１３を形成した上で、前記孔１２の所定位置に据え付けてもよい。
【００２５】
（第２の工程）
前記図３（ｃ）に示すように、前記かご鉄筋１３及び鋼管９ａが据えられた孔１２の内方に、非液状化層３の上層における所定の深さまで場所打ちコンクリート１４を打設する。なお、該場所打ちコンクリート１４が前記鋼管９ａの中空部に入り込まないように、前記鋼管９ａの底部には、あらかじめ水中コンクリートの充填を良くするために丸みを帯びた底蓋９ｃを取り付けておくが、これにこだわるものではなく、場所打ちコンクリート１４と鋼管９ａに同時に水中コンクリートが打設される場合には、底蓋９ｃがなくとも良い。これら前記場所打ちコンクリート１４が硬化した後、前記鋼管９ａの近傍に残留する孔壁安定液を排出し、埋め戻し土１６、もしくは採石等を投入して、前記孔１２の内方を充たす。
【００２６】
（第３の工程）
図４（ａ）に示すように、前記鋼管９ａの中空部に高強度コンクリート９ｂを打設して硬化後、図４（ｂ）に示すように、鋼管９ａの上端部に蓋をするようにパイルキャップ１５を設置し、基礎杭７が構築される。この後、図４（ｃ）に示すように、頭部杭９の上端部近傍を連結するようにして水平に前記基礎水平部材１０を構築し、基礎水平部材１０の上部に構造物５を構築する。
【００２７】
なお、前記基礎杭７の頭部杭９に断面径が細く厚肉な鋼管９ａのみを用いる場合（頭部杭９を鋼管杭とする場合）には、第２の工程終了後、鋼管９ａの上端部にパイルキャップ１５を設置し、基礎杭７を構築する、もしくはあらかじめ上端部にパイルキャップ１５が設置された鋼管９ａを用いても良い。
【００２８】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態として、前記構造物５の柱６が、前記頭部杭９と断面径の等しいコンクリート充填鋼管により構成される場合の杭基礎の構築方法を図５に示す。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様、頭部杭９に、コンクリート充填鋼管が用いられる場合を例に挙げて詳述する。また、第１の工程、及び第２の工程は、図３及び上記と同様なため、第３の工程より以下に示す。
【００２９】
（第３の工程）
所定の離間間隔をもって並列配置された複数の前記孔１２に、かご鉄筋１３、及び鋼管９ａが据え付けられるとともに、非液状化層３の上層における所定の深さまで場所打ちコンクリート１４が打設され、鋼管９ａの外周部が埋め戻し土１６により埋め戻された状態で、図５（ａ）に示すように、鋼管９ａの中空部に高強度コンクリート９ｂを打設し、前記基礎杭７を構築する。
【００３０】
該高強度コンクリート９ｂの硬化後、図５（ｂ）に示すように、鋼管９ａの上端部に構造物５の柱６を構成する鋼管６ａを同軸上に配置し、頭部杭９の鋼管９ａの上端面と、柱６の鋼管６ａの下端面が面どうしで接するようにして溶接等の固着手段によりこれらを固着する。鋼管６ａの中空部に前記高強度コンクリート６ｂを打設する。
【００３１】
（第４の工程）
最後に、図５（ｃ）に示すように、前記構造物５の柱６の下端部近傍を連結するようにして、水平方向に基礎水平部材１０を構築し、該基礎水平部材１０の上部に構造物５を構築する。
【００３２】
なお、前記基礎杭７の頭部杭９に断面径が細く厚肉な鋼管９ａのみを用いる場合（頭部杭９を鋼管杭とする場合）には、第３の工程で、前記孔１２における鋼管９ａの外周部への埋め戻し土１６による埋め戻し終了後、鋼管９ａの上端部に柱６を構成する鋼管６ａを同軸上に配置し、剛に固着すればよい。
また、前記柱６に鋼管６ａのみを用いる場合（柱６を鋼管柱とする場合）には、第３の工程において、柱６の鋼管６ａと頭部杭９の鋼管９ａとの接合後、第４の工程を実施すればよい。
さらに、第２の実施の形態では、柱６を構成する鋼管６ａと頭部杭９を構成する鋼管９ａの断面径が等しい場合を例に取り詳述した。しかし、前記柱６を構成する鋼管６ａが、頭部杭９を構成する鋼管９ａに比べて断面径が小さい場合においても、鉛直方向に同軸状に配されて、いずれかの方法により鋼管６ａの下端部近傍と鋼管９ａの上端部近傍とが剛に結合される構成を用いれば、柱６の鋼管６ａと頭部杭９の鋼管９ａを同一断面径とすることにこだわるものではない。
【００３３】
第１、及び第２の実施の形態で示すような、前記基礎杭７の構造的な性能について、レベル２クラスの大地震を想定し、基礎杭７の曲げモーメントと変形量、及び構造物５の応答を評価した。なお、対象とする構造物５は４階建ての建築物で、表１に示す地盤定数を有する地盤上に構築されていることを想定している。
【００３４】
【表１】
【００３５】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、基礎に鋼管巻き場所打ちコンクリート杭を用いた場合、及び地盤改良がなされた地盤に本実施の形態の基礎杭７の基礎杭本体８と同様の断面径を有する場所打ちコンクリート杭を用いた場合に比べて、前記基礎杭７は杭頭部の変位が大きいものの、曲げモーメントは鋼管巻き場所打ちコンクリート杭より大幅に低減していることがわかる。
【００３６】
また、図６（ｃ）に示すように、前記基礎杭７の上部に構築された構造物５は、基礎杭７の頭部杭９の剛性が小さく、前記液状化層４を有することから、他の杭に比べて構造物５への応答を低減させていることがわかる。
【００３７】
したがって、上述する構成によれば、前記基礎杭７は杭頭部が、構造物５より作用される鉛直荷重を支持でき、断面径が細く厚肉な鋼管９ａを備える曲げ剛性の小さい頭部杭９により構成されることから、地震等により前記構造物５を介して頭部杭９に水平力が作用すると、頭部杭９は鉛直支持力を保持した状態でたわみが生じ、杭頭変位が大きくなるものの、曲げモーメントは小さく断面力も小さくなる。これにより、前記基礎杭７に連結される基礎水平部材１０の寸法や掘削量、土留め工事を大きく低減することが可能となるとともに、基礎全体の建設コストを大幅に低減することが可能となる。
【００３８】
このような前記基礎杭７は、軟弱地盤にも適用可能であるが、さらに、前記基礎杭７を液状化層４を有する地盤１中に設けて、曲げ剛性の小さい頭部杭９を非液状化層３の上層から液状化層４に位置する杭頭部に配置することにより、所定規模以上の地震が発生すると、地盤１が液状化するためにこれに伴う長周期化、たわんだ頭部杭９周りの地盤の減衰が増加することにより、前記構造物５への応答を低減することが可能となる。
【００３９】
また、前記基礎杭７は、上方に構築される構造物５の構成にこだわらないため、汎用性が高く、いずれの構造形式にも適用することが可能となる。
【００４０】
さらに、前記構造物５の柱６が、頭部杭９と同軸状に配される場合には、該柱６と、頭部杭９とが固着手段を介して固着されて剛に接合されていることから、前記構造物５より頭部杭９に作用する鉛直荷重をスムーズに伝達することが可能となる。
【００４１】
また、前記基礎杭７は、特殊な材料や接合部を必要とせず、構成も簡略なため、施工性が良く工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１に記載の杭基礎によれば、地盤中の支持層に支持されて、鉛直軸と同軸上に配される基礎杭本体と、該基礎杭本体の頭部に同軸上に配されて、頭部が基礎水平部材に結合される頭部杭とによる基礎杭を主体として構成され、前記基礎杭本体が、場所打ちコンクリート杭よりなるとともに、前記頭部杭が、前記構造物より作用する鉛直荷重を支持でき、かつ前記基礎杭本体よりも小さい径を有する鋼管杭あるいはコンクリート充填鋼管杭よりなることから、地震等により前記構造物を介して前記頭部杭に水平力が作用すると、前記頭部杭は鉛直支持力を保持した状態で液状化層内においてたわみが生じ、杭頭変位が大きくなるものの、曲げモーメントが小さく断面力も小さくなり、基礎水平部材の部材断面を大幅に低減することが可能となる。これにより、基礎杭に連結される基礎水平部材の寸法や掘削量、土留め工事を大きく低減することが可能となるとともに、基礎の建設コストを大幅に低減することが可能となる。
【００４３】
また、前記基礎杭は、その上方に構築される構造物の形態の構成にこだわらないため、汎用性が高く、いずれの構造形式にも適用することが可能となる。
【００４４】
また、前記基礎杭が、下層を構成する支持層と、中層を構成する非液状化層と、上層を構成する液状化層とによりなる地盤中に設けられ、前記基礎杭の基礎杭本体が、支持層に支持されて前記非液状化層の上層近傍に達する高さを有するとともに、該基礎杭本体の頭部に設けられる頭部杭が、前記液状化層に位置することから、前記基礎杭を液状化層（軟弱地盤を含む）を有する地盤中に設けることにより、所定規模以上の地震が発生すると、地盤が液状化するためにこれに伴う長周期化、たわんだ頭部杭周りの地盤の減衰が増加することにより、構造物への応答を低減することが可能となる。
【００４５】
さらに、前記構造物の柱が、前記頭部杭と同一、もしくはこれより小さい径を有する鋼管あるいはコンクリート充填鋼管よりなり、該柱が、前記頭部杭と同軸上に配置されるとともに、頭部杭に剛に結合されることから、構造物より頭部杭に作用する鉛直荷重をスムーズに伝達することが可能となる。
【００４６】
請求項２に記載の杭基礎の施工方法は、地盤を掘削し、基礎杭本体を構成する鉄筋を配置するとともに、頭部杭を構成する鋼管を該鉄筋の上部に前記基礎杭本体と同軸となるように配置する第１の工程と、前記基礎杭本体を構成する場所打ちコンクリートを打設し、該場所打ちコンクリートの硬化後に前記頭部杭を構成する鋼管の外周部を埋め戻す第２の工程と、前記頭部杭を構成する鋼管の頭部に、前記頭部杭にパイルキャップを装着した上で、前記頭部杭の頭部を連結するように、水平に基礎水平部材を構築する第３の工程とを有するので、また、請求項３に記載の杭基礎の施工方法は、地盤を掘削し、基礎杭本体を構成する鉄筋を配置するとともに、頭部杭を構成する鋼管を該鉄筋の上部に前記基礎杭本体と同軸となるように配置する第１の工程と、前記基礎杭本体を構成する場所打ちコンクリートを打設し、該場所打ちコンクリートの硬化後に前記頭部杭を構成する鋼管の外周部を埋め戻す第２の工程と、前記頭部杭を構成する鋼管の頭部に、構造物の柱を同軸上に接合する第３の工程と、前記柱の脚部を連結するように、水平に基礎水平部材を構築する第４の工程とを有するので、いずれも特殊な材料や接合部を必要とせず、構成も簡略なため、施工性が良く工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る杭基礎における基礎杭の概略を示す図である。
【図２】 同基礎杭における頭部杭の鋼管の凹凸面を示す図である。
【図３】 同基礎杭における基礎杭本体の施工方法を示す図である。
【図４】 同杭基礎及び基礎水平部材の施工方法を示す図である。
【図５】 同杭基礎及びその上部に構築される構造物の柱の施工方法を示す図である。
【図６】 本発明に係る杭基礎の性能評価を示すグラフである。
【図７】 従来の基礎杭の概略を示す図である。
【符号の説明】
１ 地盤
２ 支持層
３ 非液状化層
４ 液状化層
５ 構造物
６ 柱
６ａ 鋼管
６ｂ 高強度コンクリート
７ 基礎杭
８ 基礎杭本体（場所打ちコンクリート杭）
９ 頭部杭（鋼管杭あるいはコンクリート充填鋼管杭）
９ａ 鋼管
９ｂ 高強度コンクリート
９ｃ 底蓋
１０ 基礎水平部材
１１ 凹凸面
１２ 孔
１３ かご鉄筋
１４ 場所打ちコンクリート
１５ パイルキャップ
１６ 埋め戻し土
１７ 杭
１７ａ 杭本体
１７ｂ 杭頭部
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震に伴う大きな杭頭変形に対しても鉛直支持力を保持できる杭基礎、及びその杭基礎の施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図７に示すように、非液状化層３、及び液状化層４を有する地盤１に配される構造物５の杭１７において、前記液状化層４と非液状化層３の境界で生じる大きなせん断ひずみにより、境界部の杭本体１７ａに応力集中が生じるとともに、地表面付近では大きな地盤変形に対応するため杭頭部１７ｂには大きな断面力が発生する。このような現象に対応するため、一般的に前記杭１７には、曲げ剛性を高めることを目的に、鋼管巻きの場所打ち鉄筋コンクリート杭や、拡頭場所打ち鉄筋コンクリート杭等が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述するような曲げ剛性を高めた杭１７では、杭頭部１７ｂの変位を抑えることができるものの、杭頭部１７ｂや液状化層と非液状化層との境界部近傍の杭本体１７ａは断面が大きくなり、杭１７や基礎水平部材１０の部材断面を大きく取る必要が生じる等、工費が大幅に上昇することとなる。
【０００４】
上記事情に鑑み、本発明は、簡略な構成で施工性が良く、地震に伴う大きな杭頭変形に対しても鉛直支持力を保持できる杭基礎、及びその杭基礎の施工方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、下層を構成している支持層と、中層を構成している非液状化層と、上層を構成している液状化層とにより構成されている地盤中に基礎杭を設け、地盤上に構築される構造物を該基礎杭によって支持する構造の杭基礎であって、前記基礎杭は、下端部が支持層に支持されて上端部が非液状化層の上層近傍に達する高さを有して当該基礎杭の本体部を構成している基礎杭本体と、当該基礎杭の頭部を構成して液状化層に配置されている頭部杭とからなり、該基礎杭における基礎杭本体は場所打ちコンクリート杭により構成されているとともに、該基礎杭における頭部杭は、前記基礎杭本体よりも小径とされてその下端部が基礎杭本体の上端部内に挿入されて一体に剛接合されている鋼管杭あるいはコンクリート充填鋼管杭により構成され、かつ、前記基礎杭は、前記構造物より作用する鉛直荷重を前記基礎杭本体および前記頭部杭とによって支持しつつ、前記頭部杭が地震時に作用する水平荷重によって液状化層内においてたわみ変形が生じることを許容するように該頭部杭の曲げ剛性が設定され、前記構造物の柱が、前記頭部杭と同一、もしくはこれより小さい径を有する鋼管あるいはコンクリート充填鋼管よりなり、該柱が、前記頭部杭と同軸上に配置されるとともに、頭部杭に剛に結合されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明の杭基礎を施工するための方法であって、地盤を掘削し、基礎杭本体を構成する鉄筋を配置するとともに、頭部杭を構成する鋼管を該鉄筋の上部に前記基礎杭本体と同軸となるように配置する第１の工程と、前記基礎杭本体を構成する場所打ちコンクリートを打設し、該場所打ちコンクリートの硬化後に前記頭部杭を構成する鋼管の外周部を埋め戻す第２の工程と、前記頭部杭を構成する鋼管の頭部に、前記頭部杭にパイルキャップを装着した上で、前記頭部杭の頭部を連結するように、構造物の基礎としての基礎水平部材を構築する第３の工程とを有することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明の杭基礎を施工するための方法であって、地盤を掘削し、基礎杭本体を構成する鉄筋を配置するとともに、頭部杭を構成する鋼管を該鉄筋の上部に前記基礎杭本体と同軸となるように配置する第１の工程と、前記基礎杭本体を構成する場所打ちコンクリートを打設し、該場所打ちコンクリートの硬化後に前記頭部杭を構成する鋼管の外周部を埋め戻す第２の工程と、前記頭部杭を構成する鋼管の頭部に、構造物の柱を同軸上に剛接合する第３の工程と、前記柱の脚部を連結するように、構造物の基礎としての基礎水平部材を構築する第４の工程とを有することを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の杭基礎は、それ自体が場所打ちコンクリート杭である基礎杭本体と、それよりも小断面の鋼管杭あるいはコンクリート充填鋼管杭からなる頭部杭とによるいわば複合的な構造の基礎杭を主体とするものであって、特に頭部杭を液状化層に配置することにより、地盤の液状化に伴う大きな杭頭変形に対しても鉛直支持力を保持できる高靭性の杭基礎を実現するものである。以下、本発明に係る杭基礎、及びその施工方法の実施の形態を図１から図６に示す。
【００１３】
図１に示すように、下層を構成する支持層２と、中層を構成する非液状化層３と、上層を構成する液状化層４とによりなる地盤１には、構造物５を支持する複数の基礎杭７が所定の間隔をもって離間配置されている。該基礎杭７は、支持層２に支持される基礎杭本体８と、該基礎杭本体８の頭部に配置される頭部杭９とにより構成される。なお、地盤１を構成する支持層２は、前記構造物５の荷重に耐えうる強度を有するものである。また、本実施の形態において、基礎杭７は液状化層４を有する地盤１に設ける構成としたが、これにこだわるものではなく、不同沈下を起こす可能性がある軟弱地盤で、かつ軟弱層が厚いために杭基礎を必要とする地盤の何れにも適用可能であり、本発明における「液状化層」とはそのような地盤を含むものである。
【００１４】
前記基礎杭本体８は、場所打ちコンクリート１４を用いた鉄筋コンクリートによりなるもので、支持層２に支持されて、鉛直軸と同軸となるように配置されている。該基礎杭本体８は、一般に用いられる場所打ちコンクリート杭と同様の杭基礎設計により算出される杭断面を有するとともに、その杭長は、前記非液状化層３の上層に達する程度の長さを有している。基礎杭本体８の頭部には、下端部を基礎杭本体８の内方に埋め込まれるようにして頭部杭９が接合されている。
【００１５】
該頭部杭９は、基礎杭本体８と同軸上に配置されており、厚肉の鋼管９ａ、及び鋼管９ａの中空部を充填する高強度コンクリート９ｂよりなるコンクリート充填鋼管により構成されている。該頭部杭９の断面径は、構造物５より作用する鉛直荷重を基礎杭本体８とともに支持できる強度を有する程度とし、基礎杭本体８に比べて小さく形成されており、これに伴い曲げ剛性も基礎杭本体８に比べて小さいものとされ、その曲げ剛性は、地震時に作用する水平荷重によって液状化層内においてたわみ変形が生じることが許容されるように設定されている。なお、前記頭部杭９は、非液状化層３の上層に位置する基礎杭本体８の上部に設けられていることから、頭部杭９のほぼ全体が前記液状化層４に位置することとなる。また、前記基礎杭本体８の頭部に埋め込まれている頭部杭９を構成する鋼管９ａの下端部近傍の外周面には、スタッドジベルを取り付けることにより凹凸面１１が形成されており、頭部杭９の基礎杭本体８への定着強度を高めている。
【００１６】
本実施の形態において、頭部杭９には、厚肉の鋼管９ａ、及び鋼管９ａの中空部を充填する高強度コンクリート９ｂよりなるコンクリート充填鋼管を用いたが（つまり、頭部杭９をコンクリート充填鋼管杭としたが）、これにこだわるものではなく、上部に構築される建築物の鉛直荷重を支持できる強度を有するものであれば、高強度コンクリート９ｂを充填しない鋼管９ａのみの構成（つまり、頭部杭９を単なる鋼管杭とする）を用いても良い。
また、鋼管９ａの下端部近傍の外周面には、凹凸面１１を形成することを目的にスタッドジベルが設けられているが、これにこだわるものではなく、例えば、図２（ａ）に示すような、鋼管９ａの外周面に鋼棒等よりなる複数のリングを溶接等の固着手段を介して固着する構成や、外周面に圧延成形の突起を設ける構成、図２（ｂ）に示すような、波型に成形した鋼管９ａを用いた構成等、鋼管９ａの頭部杭９の基礎杭本体８への定着強度を高めることが可能な構成であれば、何れを用いても良い。
【００１７】
ところで、上述する基礎杭７に支持される前記構造物５の柱６は、鋼管６ａと、該鋼管６ａの中空部を充填するコンクリート６ｂによるコンクリート充填鋼管により構成されており、その断面径は、頭部杭９と同一に形成されている。該柱６は、頭部杭９と同軸に配されており、柱６を構成する鋼管６ａの下端面が、頭部杭９を構成する鋼管９ａの上端面と面どうしで接するようにして、溶接等の固着手段により固着されている。なお、前記構造物５の柱６は、前記頭部杭９と同一の断面径を有しているが、これにこだわるものではなく、柱６と頭部杭９とが鉛直方向に同軸上で剛に接合することができれば、柱６は頭部杭９より小さい断面径でもよい。また、該柱６は、コンクリート充填鋼管にこだわるものではなく、鋼管６ａのみの構成等何れの構成を用いても良い。
【００１８】
該柱６の下端部近傍には、基礎水平部材１０として基礎梁が設けられており、これらが隣り合う柱６どうしを連結する。ここで、該基礎水平部材１０に埋設され柱６を構成する鋼管６ａの下端部の外周面には、凹凸面１１が形成されており、柱６の基礎水平部材１０への定着強度を高めている。なお、柱６を構成する鋼管６ａに形成される凹凸面１１も、頭部杭９を構成する鋼管９ａに形成される凹凸面１１と同様に、柱６の基礎水平部材１０への定着強度を高めることの可能な構成であれば、何れの構成を用いても良い。
【００１９】
このように、本実施の形態における杭基礎は、基礎杭本体８と頭部杭９とによるいわば複合的な構造の基礎杭７の全体で構造物５より作用する鉛直荷重を支持できることはもとより、断面径が細く厚肉な鋼管９ａを備える曲げ剛性の小さい頭部杭９が液状化層４に配置されていることにより、地震等により構造物５を介して頭部杭９に水平力が作用すると、頭部杭９は鉛直支持力を保持した状態でたわみが生じ、杭頭変位が大きくなるものの、曲げモーメントが小さく断面力も小さいため、基礎水平部材１０の部材断面を大幅に低減できる。また、所定規模以上の地震が発生すると、前記地盤１が液状化し、これに伴う長周期化と、たわんだ頭部杭９周りの地盤の減衰が増加することにより、構造物５への応答を低減できるものである。
【００２０】
なお、本実施の形態では、隣り合う柱６どうしは基礎梁により連結されているが、これにこだわるものではなく、基礎水平部材１０としてマットスラブを設ける等、上部に構造物５を構築できれば、基礎水平部材１０として何れの構成を用いても良い。
【００２１】
また、前記基礎水平部材１０を、前記頭部杭９の上端部近傍を連結するように構築し、基礎水平部材１０の上部に前記構造物５を構築する構成とすれば、本発明の基礎杭７は、構造物５自身や柱６の形態の構成にこだわるものではなく、いずれの構造形式にも適用できるものである。その際、基礎水平部材１０に埋設される頭部杭９の頭部には、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、一般的に杭の頭部に用いられているパイルキャップ１５が取り付けられて、その上部に前記構造物５の柱６が構築されることとなる。なお、これにこだわるものではなく、必ずしもパイルキャップ１５を用いなくとも良い。
【００２２】
（第１の実施の形態）
上述の構造の杭基礎の施工方法を以下に示す。まず第１の実施の形態として、前記構造物５を構成する柱６の構成によらない杭基礎の施工方法を図３、及び図４に示す。なお、第１の実施の形態では、頭部杭９に、コンクリート充填鋼管が用いられる場合を例に挙げて詳述する。
【００２３】
（第１の工程）
まず、図３（ａ）に示すように、前記地盤１の構造物５を設けたい領域内で、所定の離間間隔をもって並列配置となるように、アースドリル等の掘削手段を介して孔壁安定液を充たしながら複数の孔１２を掘削する。該孔１２の形状は、前記基礎杭７を構成する基礎杭本体８に準じるものとするが、該基礎杭本体８は、必要に応じて底部を拡底する形状としても良い。一方で、あらかじめ前記基礎杭本体８を構成する鉄筋を組み合わせたかご鉄筋１３を地組みしておき、掘削後の孔１２の所定位置にかご鉄筋１３を据え付ける。
【００２４】
次に、図３（ｂ）に示すように、該かご鉄筋１３の所定位置に、前記頭部杭９を構成する鋼管９ａの下端部近傍を挿入し、固着手段を介して固着する。このとき、前記かご鉄筋１３への鋼管９ａの挿入長さＬは、後に頭部杭９の杭径ｒの１〜４倍程度の長さが、前記基礎杭本体８の場所打ちコンクリート１４の内方に埋め込まれる程度を目安とする。なお、前記かご鉄筋１３を地組みする際に、後に基礎杭本体８の上部に構築される頭部杭９の鋼管９ａを、かご鉄筋１３に固着しておき、鋼管９ａ付きのかご鉄筋１３を形成した上で、前記孔１２の所定位置に据え付けてもよい。
【００２５】
（第２の工程）
前記図３（ｃ）に示すように、前記かご鉄筋１３及び鋼管９ａが据えられた孔１２の内方に、非液状化層３の上層における所定の深さまで場所打ちコンクリート１４を打設する。なお、該場所打ちコンクリート１４が前記鋼管９ａの中空部に入り込まないように、前記鋼管９ａの底部には、あらかじめ水中コンクリートの充填を良くするために丸みを帯びた底蓋９ｃを取り付けておくが、これにこだわるものではなく、場所打ちコンクリート１４と鋼管９ａに同時に水中コンクリートが打設される場合には、底蓋９ｃがなくとも良い。これら前記場所打ちコンクリート１４が硬化した後、前記鋼管９ａの近傍に残留する孔壁安定液を排出し、埋め戻し土１６、もしくは採石等を投入して、前記孔１２の内方を充たす。
【００２６】
（第３の工程）
図４（ａ）に示すように、前記鋼管９ａの中空部に高強度コンクリート９ｂを打設して硬化後、図４（ｂ）に示すように、鋼管９ａの上端部に蓋をするようにパイルキャップ１５を設置し、基礎杭７が構築される。この後、図４（ｃ）に示すように、頭部杭９の上端部近傍を連結するようにして水平に前記基礎水平部材１０を構築し、基礎水平部材１０の上部に構造物５を構築する。
【００２７】
なお、前記基礎杭７の頭部杭９に断面径が細く厚肉な鋼管９ａのみを用いる場合（頭部杭９を鋼管杭とする場合）には、第２の工程終了後、鋼管９ａの上端部にパイルキャップ１５を設置し、基礎杭７を構築する、もしくはあらかじめ上端部にパイルキャップ１５が設置された鋼管９ａを用いても良い。
【００２８】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態として、前記構造物５の柱６が、前記頭部杭９と断面径の等しいコンクリート充填鋼管により構成される場合の杭基礎の構築方法を図５に示す。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様、頭部杭９に、コンクリート充填鋼管が用いられる場合を例に挙げて詳述する。また、第１の工程、及び第２の工程は、図３及び上記と同様なため、第３の工程より以下に示す。
【００２９】
（第３の工程）
所定の離間間隔をもって並列配置された複数の前記孔１２に、かご鉄筋１３、及び鋼管９ａが据え付けられるとともに、非液状化層３の上層における所定の深さまで場所打ちコンクリート１４が打設され、鋼管９ａの外周部が埋め戻し土１６により埋め戻された状態で、図５（ａ）に示すように、鋼管９ａの中空部に高強度コンクリート９ｂを打設し、前記基礎杭７を構築する。
【００３０】
該高強度コンクリート９ｂの硬化後、図５（ｂ）に示すように、鋼管９ａの上端部に構造物５の柱６を構成する鋼管６ａを同軸上に配置し、頭部杭９の鋼管９ａの上端面と、柱６の鋼管６ａの下端面が面どうしで接するようにして溶接等の固着手段によりこれらを固着する。鋼管６ａの中空部に前記高強度コンクリート６ｂを打設する。
【００３１】
（第４の工程）
最後に、図５（ｃ）に示すように、前記構造物５の柱６の下端部近傍を連結するようにして、水平方向に基礎水平部材１０を構築し、該基礎水平部材１０の上部に構造物５を構築する。
【００３２】
なお、前記基礎杭７の頭部杭９に断面径が細く厚肉な鋼管９ａのみを用いる場合（頭部杭９を鋼管杭とする場合）には、第３の工程で、前記孔１２における鋼管９ａの外周部への埋め戻し土１６による埋め戻し終了後、鋼管９ａの上端部に柱６を構成する鋼管６ａを同軸上に配置し、剛に固着すればよい。
また、前記柱６に鋼管６ａのみを用いる場合（柱６を鋼管柱とする場合）には、第３の工程において、柱６の鋼管６ａと頭部杭９の鋼管９ａとの接合後、第４の工程を実施すればよい。
さらに、第２の実施の形態では、柱６を構成する鋼管６ａと頭部杭９を構成する鋼管９ａの断面径が等しい場合を例に取り詳述した。しかし、前記柱６を構成する鋼管６ａが、頭部杭９を構成する鋼管９ａに比べて断面径が小さい場合においても、鉛直方向に同軸状に配されて、いずれかの方法により鋼管６ａの下端部近傍と鋼管９ａの上端部近傍とが剛に結合される構成を用いれば、柱６の鋼管６ａと頭部杭９の鋼管９ａを同一断面径とすることにこだわるものではない。
【００３３】
第１、及び第２の実施の形態で示すような、前記基礎杭７の構造的な性能について、レベル２クラスの大地震を想定し、基礎杭７の曲げモーメントと変形量、及び構造物５の応答を評価した。なお、対象とする構造物５は４階建ての建築物で、表１に示す地盤定数を有する地盤上に構築されていることを想定している。
【００３４】
【表１】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、基礎に鋼管巻き場所打ちコンクリート杭を用いた場合、及び地盤改良がなされた地盤に本実施の形態の基礎杭７の基礎杭本体８と同様の断面径を有する場所打ちコンクリート杭を用いた場合に比べて、前記基礎杭７は杭頭部の変位が大きいものの、曲げモーメントは鋼管巻き場所打ちコンクリート杭より大幅に低減していることがわかる。
【００３６】
また、図６（ｃ）に示すように、前記基礎杭７の上部に構築された構造物５は、基礎杭７の頭部杭９の剛性が小さく、前記液状化層４を有することから、他の杭に比べて構造物５への応答を低減させていることがわかる。
【００３７】
したがって、上述する構成によれば、前記基礎杭７は杭頭部が、構造物５より作用される鉛直荷重を支持でき、断面径が細く厚肉な鋼管９ａを備える曲げ剛性の小さい頭部杭９により構成されることから、地震等により前記構造物５を介して頭部杭９に水平力が作用すると、頭部杭９は鉛直支持力を保持した状態でたわみが生じ、杭頭変位が大きくなるものの、曲げモーメントは小さく断面力も小さくなる。これにより、前記基礎杭７に連結される基礎水平部材１０の寸法や掘削量、土留め工事を大きく低減することが可能となるとともに、基礎全体の建設コストを大幅に低減することが可能となる。
【００３８】
このような前記基礎杭７は、軟弱地盤にも適用可能であるが、さらに、前記基礎杭７を液状化層４を有する地盤１中に設けて、曲げ剛性の小さい頭部杭９を非液状化層３の上層から液状化層４に位置する杭頭部に配置することにより、所定規模以上の地震が発生すると、地盤１が液状化するためにこれに伴う長周期化、たわんだ頭部杭９周りの地盤の減衰が増加することにより、前記構造物５への応答を低減することが可能となる。
【００３９】
また、前記基礎杭７は、上方に構築される構造物５の構成にこだわらないため、汎用性が高く、いずれの構造形式にも適用することが可能となる。
【００４０】
さらに、前記構造物５の柱６が、頭部杭９と同軸状に配される場合には、該柱６と、頭部杭９とが固着手段を介して固着されて剛に接合されていることから、前記構造物５より頭部杭９に作用する鉛直荷重をスムーズに伝達することが可能となる。
【００４１】
また、前記基礎杭７は、特殊な材料や接合部を必要とせず、構成も簡略なため、施工性が良く工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１に記載の杭基礎によれば、地盤中の支持層に支持されて、鉛直軸と同軸上に配される基礎杭本体と、該基礎杭本体の頭部に同軸上に配されて、頭部が基礎水平部材に結合される頭部杭とによる基礎杭を主体として構成され、前記基礎杭本体が、場所打ちコンクリート杭よりなるとともに、前記頭部杭が、前記構造物より作用する鉛直荷重を支持でき、かつ前記基礎杭本体よりも小さい径を有する鋼管杭あるいはコンクリート充填鋼管杭よりなることから、地震等により前記構造物を介して前記頭部杭に水平力が作用すると、前記頭部杭は鉛直支持力を保持した状態で液状化層内においてたわみが生じ、杭頭変位が大きくなるものの、曲げモーメントが小さく断面力も小さくなり、基礎水平部材の部材断面を大幅に低減することが可能となる。これにより、基礎杭に連結される基礎水平部材の寸法や掘削量、土留め工事を大きく低減することが可能となるとともに、基礎の建設コストを大幅に低減することが可能となる。
【００４３】
また、前記基礎杭は、その上方に構築される構造物の形態の構成にこだわらないため、汎用性が高く、いずれの構造形式にも適用することが可能となる。
【００４４】
また、前記基礎杭が、下層を構成する支持層と、中層を構成する非液状化層と、上層を構成する液状化層とによりなる地盤中に設けられ、前記基礎杭の基礎杭本体が、支持層に支持されて前記非液状化層の上層近傍に達する高さを有するとともに、該基礎杭本体の頭部に設けられる頭部杭が、前記液状化層に位置することから、前記基礎杭を液状化層（軟弱地盤を含む）を有する地盤中に設けることにより、所定規模以上の地震が発生すると、地盤が液状化するためにこれに伴う長周期化、たわんだ頭部杭周りの地盤の減衰が増加することにより、構造物への応答を低減することが可能となる。
【００４５】
さらに、前記構造物の柱が、前記頭部杭と同一、もしくはこれより小さい径を有する鋼管あるいはコンクリート充填鋼管よりなり、該柱が、前記頭部杭と同軸上に配置されるとともに、頭部杭に剛に結合されることから、構造物より頭部杭に作用する鉛直荷重をスムーズに伝達することが可能となる。
【００４６】
請求項２に記載の杭基礎の施工方法は、地盤を掘削し、基礎杭本体を構成する鉄筋を配置するとともに、頭部杭を構成する鋼管を該鉄筋の上部に前記基礎杭本体と同軸となるように配置する第１の工程と、前記基礎杭本体を構成する場所打ちコンクリートを打設し、該場所打ちコンクリートの硬化後に前記頭部杭を構成する鋼管の外周部を埋め戻す第２の工程と、前記頭部杭を構成する鋼管の頭部に、前記頭部杭にパイルキャップを装着した上で、前記頭部杭の頭部を連結するように、水平に基礎水平部材を構築する第３の工程とを有するので、また、請求項３に記載の杭基礎の施工方法は、地盤を掘削し、基礎杭本体を構成する鉄筋を配置するとともに、頭部杭を構成する鋼管を該鉄筋の上部に前記基礎杭本体と同軸となるように配置する第１の工程と、前記基礎杭本体を構成する場所打ちコンクリートを打設し、該場所打ちコンクリートの硬化後に前記頭部杭を構成する鋼管の外周部を埋め戻す第２の工程と、前記頭部杭を構成する鋼管の頭部に、構造物の柱を同軸上に接合する第３の工程と、前記柱の脚部を連結するように、水平に基礎水平部材を構築する第４の工程とを有するので、いずれも特殊な材料や接合部を必要とせず、構成も簡略なため、施工性が良く工費削減、工期短縮に大きく寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る杭基礎における基礎杭の概略を示す図である。
【図２】 同基礎杭における頭部杭の鋼管の凹凸面を示す図である。
【図３】 同基礎杭における基礎杭本体の施工方法を示す図である。
【図４】 同杭基礎及び基礎水平部材の施工方法を示す図である。
【図５】 同杭基礎及びその上部に構築される構造物の柱の施工方法を示す図である。
【図６】 本発明に係る杭基礎の性能評価を示すグラフである。
【図７】 従来の基礎杭の概略を示す図である。
【符号の説明】
１ 地盤
２ 支持層
３ 非液状化層
４ 液状化層
５ 構造物
６ 柱
６ａ 鋼管
６ｂ 高強度コンクリート
７ 基礎杭
８ 基礎杭本体（場所打ちコンクリート杭）
９ 頭部杭（鋼管杭あるいはコンクリート充填鋼管杭）
９ａ 鋼管
９ｂ 高強度コンクリート
９ｃ 底蓋
１０ 基礎水平部材
１１ 凹凸面
１２ 孔
１３ かご鉄筋
１４ 場所打ちコンクリート
１５ パイルキャップ
１６ 埋め戻し土
１７ 杭
１７ａ 杭本体
１７ｂ 杭頭部
Claims (3)
- 下層を構成している支持層と、中層を構成している非液状化層と、上層を構成している液状化層とにより構成されている地盤中に基礎杭を設け、地盤上に構築される構造物を該基礎杭によって支持する構造の杭基礎であって、
前記基礎杭は、下端部が支持層に支持されて上端部が非液状化層の上層近傍に達する高さを有して当該基礎杭の本体部を構成している基礎杭本体と、当該基礎杭の頭部を構成して液状化層に配置されている頭部杭とからなり、
該基礎杭における基礎杭本体は場所打ちコンクリート杭により構成されているとともに、
該基礎杭における頭部杭は、前記基礎杭本体よりも小径とされてその下端部が基礎杭本体の上端部内に挿入されて一体に剛接合されている鋼管杭あるいはコンクリート充填鋼管杭により構成され、
かつ、前記基礎杭は、前記構造物より作用する鉛直荷重を前記基礎杭本体および前記頭部杭とによって支持しつつ、前記頭部杭が地震時に作用する水平荷重によって液状化層内においてたわみ変形が生じることを許容するように該頭部杭の曲げ剛性が設定され、
前記構造物の柱が、前記頭部杭と同一、もしくはこれより小さい径を有する鋼管あるいはコンクリート充填鋼管よりなり、
該柱が、前記頭部杭と同軸上に配置されるとともに、頭部杭に剛に結合されていることを特徴とする杭基礎。 - 請求項１に記載の杭基礎の施工方法であって、
地盤を掘削し、基礎杭本体を構成する鉄筋を配置するとともに、頭部杭を構成する鋼管を該鉄筋の上部に前記基礎杭本体と同軸となるように配置する第１の工程と、
前記基礎杭本体を構成する場所打ちコンクリートを打設し、該場所打ちコンクリートの硬化後に前記頭部杭を構成する鋼管の外周部を埋め戻す第２の工程と、
前記頭部杭を構成する鋼管の頭部に、前記頭部杭にパイルキャップを装着した上で、前記頭部杭の頭部を連結するように、構造物の基礎としての基礎水平部材を構築する第３の工程とを有することを特徴とする杭基礎の施工方法。 - 請求項１に記載の杭基礎の施工方法であって、
地盤を掘削し、基礎杭本体を構成する鉄筋を配置するとともに、頭部杭を構成する鋼管を該鉄筋の上部に前記基礎杭本体と同軸となるように配置する第１の工程と、
前記基礎杭本体を構成する場所打ちコンクリートを打設し、該場所打ちコンクリートの硬化後に前記頭部杭を構成する鋼管の外周部を埋め戻す第２の工程と、
前記頭部杭を構成する鋼管の頭部に、構造物の柱を同軸上に剛接合する第３の工程と、
前記柱の脚部を連結するように、構造物の基礎としての基礎水平部材を構築する第４の工程とを有することを特徴とする杭基礎の施工方法。
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