JP4174414B2 - ハイブリッド杭、及びハイブリッド杭の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド杭、及びハイブリッド杭の構築方法に関する。

従来より、既製杭は高支持力化を目的とした開発が進行しており、例えば、根固め工法や回転圧入工法など、条件によっては場所打ち杭に匹敵するほどの大きな支持力を得ることが可能となってきている。このような軸力の増大した杭は、負担剪断力も大きくなることから、地震の影響が無視できない地表近傍の上杭における水平耐力と杭頭接合部に課題を有していた。このため、コンクリートや鋼材の強度を上げることで高耐力の杭の実現を図っているが、これには限度があるばかりではなく、高耐力に比例して変形性能が小さくなるため、杭としての安全余裕度が小さくなる。

現在、このような高軸力を有する杭の杭頭部にピンを用いて構造物と杭頭部とをピン接合させることで、杭頭の曲げモーメントの低減を図る方法が適用されている。しかし、このような構成では杭頭剪断力を低減できないことから、例えば、特許文献１に示すように、少なくとも杭頭部近傍を鋼管で巻いた鋼管巻きのコンクリート杭のように、剪断力に対する補強が必要となる。
特開昭６０−４３５２１号公報

しかし、杭頭部にピン接合を適用した場合には、構造物と杭頭部とを剛接合する場合と比較して杭の保有水平耐力が小さいために杭の変形が大きくなる傾向にあり、大きな引き抜き力に対応できないといった課題を有している。

上記事情に鑑み、本発明は、構造物と杭頭部とを剛接合することを基本として、高軸力、かつ大地震時等の水平力にも耐力を有するハイブリッド杭、及びハイブリッド杭の構築方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載のハイブリッド杭は、地盤中の支持層に支持されて鉛直に立設する下杭部と、該下杭部に支持されるように鉛直方向で同軸に設置され、内周面に少なくとも下端面と同一高さ位置にリブを有するリブ付き鋼管及び内方に充填される第１の硬化材を備える硬化材充填鋼管造よりなり、前記下杭部と比較して水平方向の変形性能が高い上杭部と、該上杭部と略同一の径を有する下端面及び該下端面と比較して面積の大きい上端面を有する円錐台状で筒型とされ、前記上杭部の杭頭部を内包するように上杭部の外周面に接合されてその内方に上杭部の杭頭部を埋設するように第２の硬化材が充填されることにより、前記上杭部が剛接合される構造物の鉛直荷重を該上杭部とともに支持して該鉛直荷重を楔効果により前記上杭部に伝達する拡頭部材とからなることを特徴としている。

請求項２に記載のハイブリッド杭は、前記上杭部が、硬化材充填鋼管造に代わり、内周面に少なくとも下端面と同一高さ位置にリブを有するリブ付き鋼管でコンクリート杭の外周面を巻いた鋼管巻きコンクリート造よりなることを特徴としている。

請求項３に記載のハイブリッド杭の構築方法は、地盤を削孔し、該孔内に下杭部を構築し、また、該下杭部と一体化するように上杭部を構成するリブ付き鋼管を建て込む第１の工程と、前記上杭部を構成するリブ付き鋼管の中空部に第１の硬化材を充填し、上杭部を構築する第２の工程と、前記上杭部の杭頭部を内包するように外周面に拡頭部材を接合し、また、その内方に上杭部の杭頭部を埋設するように第２の硬化材を充填する第３の工程により構成されることを特徴としている。

請求項４に記載のハイブリッド杭の構築方法は、第１の工程で、前記上杭部を構成するリブ付き鋼管の内方に該リブ付き鋼管の内径と断面径が略同一な筒状の鞘管を装着した上で、リブ付き鋼管をこれと一体に形成された下杭部を構成する筒体とともに前記孔内の所定位置に建て込み、下杭部を構成するソイルセメントが鞘管内に達するようにして下杭部を構築し、また、前記ソイルセメントの打設前もしくは打設後に前記リブ付き鋼管の下端面を覆うメッシュ状の網を装着し、第２の工程で、前記鞘管を上杭部を構成するリブ付き鋼管から引き抜いた後、該リブ付き鋼管内に前記上杭部を構成する第１の硬化材を充填することを特徴としている。

請求項１または２に記載のハイブリッド杭によれば、高軸力に対応する下杭部と軸力のみでなく水平力にも耐力を有する高い変形性能を有する上杭部とを組み合わせたハイブリッド構造であることから、通常時において、上杭部及び下杭部の両者で高い鉛直支持力を確保できるとともに、地震時において、支持している構造物が水平方向の挙動を示した際にも上杭部が追随して変形しながら鉛直荷重を下杭部にスムーズに伝達するため、構造物より作用される鉛直力及び水平力の何れにも経済的でかつ高い安全性をもって対応することのできる杭構成とすることが可能となる。

これは、上杭部に大きな水平力が作用すると、上杭部を構成するリブ付き鋼管の降伏により杭頭での曲げモーメントが頭打ちとなり、降伏後の荷重に対してあたかもピン構造のように作用するためである。しかし、該リブ付き鋼管には第１の硬化材が充填されているため、リブ付き鋼管の局部座屈を抑制できることから、上杭部は高い変形性能のもとにおいても鉛直支持力を確保することが可能となる。

また、拡頭部材が上杭部の杭頭部近傍を覆うように配置されるとともに、該拡頭部材の内方に杭頭部を埋設するように第２の硬化材が充填されることから、上杭部の杭頭部つまりハイブリッド杭の杭頭部が拡径されるため、第２の充填材が位置する広い領域で構造物を安定して支持できるとともに、大きな杭頭曲げモーメントを容易に処理し、基礎梁と杭頭接合部の施工性を向上させることが可能となる。一方で、第２の硬化材が上杭部を構成するリブ付き鋼管と前記拡頭部材との間で楔状に位置するため、第２の充填材による楔効果を利用して上杭を構成するリブ付き鋼管、及び下杭部に鉛直荷重を効率良く伝達することが可能となる。

請求項３に記載のハイブリッド杭の構築方法によれば、一般的に多用されている杭の構築方法を踏襲していることから、特別な機材や技量を必要としないため、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。

請求項４に記載のハイブリッド杭の構築方法によれば、孔に鋼管及びリブ付き鋼管を沈降させる際に、泥水や空気を円滑に排出でき、鞘管を引き抜く際には内包したセメントミルク混じりの排土を鋼管内に落ちないように撤去できるため、簡略な構成で作業性を大幅に向上することが可能となる。

本発明のハイブリッド杭、及びハイブリッド杭の構築方法を、図１から図８に示す。本発明は、高軸力に対応した既製杭を下杭部として適用するとともに、曲げ及び剪断力に対して高耐力化が図られた変形性能の高い硬化材充填鋼管杭を上杭部に備え、大地震時のエネルギーを上杭部が吸収することにより、下杭部に適用されている高軸力に対応した既製杭のメリットを最大限に生かすことを可能にしたものである。

図１（ａ）に示すように、ハイブリッド杭１は、下杭部２、上杭部３、及び拡頭部材４により構成されている。下杭部２は、図示しない杭先端が地盤の支持層に達しており、上杭部３を介して伝達される構造物１０の鉛直荷重を支持するものである。したがって、下杭部２は、高い鉛直支持力を保持することを目的として、遠心力高強度プレストレストコンクリート杭（以下、ＰＨＣ杭と称す）５と、該ＰＨＣ杭５の中空部に充填されるソイルセメント６よりなるＰＨＣ造に構成されている。
これらは、一般に広く知られている既製杭であり、構造的に鉛直方向の軸力に強く高い支持力を保持できるとともに、例えば場所打ちコンクリート杭と比較しても、断面を小さくして同等の性能を確保できるため、コストを大幅に削減することができる構成である。

なお、下杭部２に適用する杭の構成は、必ずしもこれにこだわるものではなく、図１（ｂ）に示すように、鋼管７の中空部にソイルセメント６を充填した鋼管造等、高軸力に対応できる筒体を備える杭であれば、何れを用いても良い。

また、該下杭部２の頭部には、これと鉛直方向で同軸となるように前記上杭部３が配置されている。上杭部３は、構造物１０より作用する鉛直荷重を下杭部２に伝達するのみでなく、地震等により構造物１０に水平力が作用し水平方向に挙動した際に、追随して変形しながら構造物１０を安全に支持するものである。したがって、上杭部３は、曲げ及び剪断力の何れに対しても高い耐力を得ることを目的として、内周面に複数のリブ８ａ、８ｂが備えられたリブ付き鋼管８と、該リブ付き鋼管８の中空部に充填されたコンクリート等の第１の硬化材９よりなる硬化材充填鋼管造に構成されている。

ここで、前記リブ付き鋼管８の内周面には、図２に示すように、軸線方向に所定の離間間隔をもって周方向に延在するリブ８ａを複数有するとともに、前記下杭部２の頭部と当接する下端面と同一高さ位置にも周方向に延在するリブ８ｂが備えられている。これらリブ８ａ、８ｂは、リブ付き鋼管８の中空部に充填されている第１の硬化材９の自重を支持する、いわゆるズレ留めであり、少なくともリブ付き鋼管８の下端面と同一高さ位置に位置するリブ８ｂを備えていれば良い。

このような構成の硬化材充填リブ付き鋼管造の上杭部３は、外力が作用することにより生じるリブ付き鋼管８の局部座屈を抑制することを目的に、中空部に前記第１の硬化材９を充填した構成であり、該リブ付き鋼管８によって上杭部３に作用する軸力、曲げモーメント、及び剪断力を負担する等、何れについても十分な耐力を有するとともに、変形性能に富んだ靱性志向型すなわち柔構造を有する構成となっている。したがって、中空部の充填に用いる第１の硬化材９について、コンクリートに代える場合には、富調合のソイルセメント等を用いると良い。
なお、上杭部３は、設計条件によっては第１の硬化材９でも軸力を負担するものの、基本的にはリブ付き鋼管８のみで軸力を負担する構成となっている。

上述する下杭部２及び上杭部３を備えるハイブリッド杭１は、杭頭部、つまり上杭部３の杭頭部を構造物１０の基礎梁１０ａに剛接合されており、通常時において、上杭部３を構成するリブ付き鋼管８を介して構造物１０より作用される鉛直荷重を下杭部２にスムーズに伝達し、下杭部２で構造物１０を支持する。

一方、地震時において、構造物１０に水平力が作用し水平方向の挙動を示した際には、前記上杭部３が構造物１０に追随して変形しながら、安定して構造物１０より作用される鉛直荷重を下杭部２にスムーズに伝達するものである。なお、上杭部３は、構造物１０の水平挙動に追随した変形により、リブ付き鋼管８が降伏して杭頭での曲げモーメントが頭打ちとなる。
これにより、上杭部３はリブ付き鋼管８降伏後に鉛直支持力を確保しながら変形性能が大きくなることから、構造物１０に作用する水平力が大きい場合にも追随が可能となるものである。したがって、上杭部３と構造物１０の接合部は、初期剛性を低下させずに一定の耐力も確保できることから、靱性指向の基礎構造が形成されることとなる。

このように、ハイブリッド杭１は、上杭部３に水平力に対する耐力を有するとともに変形性能の高い杭を用い、また、下杭部２には高軸力に対応できる既製杭を適用することにより、高軸力に対応できかつ大地震時にも対応できる経済的かつ安全な杭構造となっている。

なお、ハイブリッド杭１を構成する上杭部３の部材長さは、構造物１０との接合について剛接合を基本として考慮すると、図１（ａ）に示すように、地表より杭径Ｄの５倍に相当する程度の長さに設定することが一般的に妥当とされているが、これにこだわるものではなく周辺地盤の状況に応じて適宜その長さを調整すればよい。

ところで、図１（ａ）に示すように該ハイブリッド杭１を構成する上杭部３の杭頭部近傍には、前記拡頭部材４が設置されている。該拡頭部材４は、下端面が上杭部３を構成する鋼管８と略同一の径を有するとともに、上端面が下端面と比較して面積を大きく形成された円錐台状の筒型に成形されている。これらは、上端面から前記上杭部３の杭頭部が突出しないように、上杭部３の杭頭部近傍を杭径Ｄの１から２倍に相当する程度の長さを覆うように上杭部３に配置されており、下端面の内周縁が上杭部３を構成するリブ付き鋼管８の外周面に固着手段を介して接合されている。また、筒型に成形されている拡頭部材４の内方には上杭部３の杭頭部を埋設するように気泡コンクリートよりなる第２の充填材１１が充填されて、断面視で楔状に拡頭部材４とリブ付き鋼管８との間に配置されている。

このような構成は、ハイブリッド杭１の杭頭部を拡頭部材４及び第２の充填材１１を用いて拡径することにより、広い面積で構造物１０を安定して支持できるとともに、第２の充填材１１に楔効果が期待できることから、第２の充填材１１で支持した構造物１０の鉛直荷重を効率よくリブ付き鋼管８に伝達し、これに伴い下杭部２へも鉛直荷重をスムーズに伝達するものである。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、下杭部２が鋼管７を備えている場合には、構造物１０の鉛直荷重が上杭部３を拡頭している第２の充填材１１に作用するが、第２の充填材１１の楔効果により、構造物１０の鉛直荷重が効率よく上杭部３を構成するリブ付き鋼管８に伝達され、さらには下杭部２を構成する鋼管７にスムーズに伝達される。
また、図３（ａ）に示すように、下杭部２がＰＨＣ杭５を備えている場合には、図３（ｂ）に示すような第２の充填材１１による楔効果のみでなく、前記上杭部３を構成する第１の充填材９に作用する構造物１０の鉛直荷重も、リブ付き鋼管８の下端面と同一高さ位置に位置するリブ８ｂを介してＰＨＣ杭５に伝達される。
このとき、第１の充填材９からＰＨＣ杭５への鉛直荷重の伝達をよりスムーズに行うことを目的に、ＰＨＣ杭５の天端面で外周縁に水平端板を取り付けておく構成としても良い。また、ＰＨＣ杭５の水平端板をリブ８ｂとして鋼管８と溶接することでリブ付き鋼管８を構成することもできる。

なお、上杭部３の杭長を杭径Ｄの５倍に相当する程度の長さとすると、大地震時（２次設計）には図４に示すように、下杭部２の頭部から杭径Ｄの1.5倍に相当する程度の長さ位置に塑性化が生じる。しかし、上杭部３は、第１の充填材９をリブ付き鋼管８を用いて拘束した構成であるから、ＣＦＴ効果によりリブ付き鋼管８が大きな曲率のもとで降伏しても、構造物１０の鉛直荷重を支持するに十分な支持力を確保でき、杭としての機能を失うことはない。
また、１次設計レベルの地震力に対しては、下杭部２を含む上杭部３は短期許容応力度以内とする。

上述する構成のハイブリッド杭１の構築方法を図５を用いて以下に示す。なお、ここでは、下杭部２に鋼管７を用いるとともに該下杭部２の建て込みには、地盤の削孔と同時に地中に杭を建て込む工法として一般に知られている中堀方式を採用した場合を例に挙げて詳述する。
（第１の工程）
図５（ａ）に示すように、地盤を削孔し、該孔１２内に下杭部２を構築するとともに、該下杭部２と一体化するように上杭部３を構成するリブ付き鋼管８を建て込む。
あらかじめ下杭部２を構成する鋼管７と上杭部３を構成するリブ付き鋼管８とを連続するように溶接または嵌合継手により接合して一体化させた上で、両者の中空部にオーガースクリューを挿入し、杭１２の先端を先行削孔する。これと同時に、所定の位置まで鋼管７及びリブ付き鋼管８を孔１２の内方に埋設する。

この後、オーガスクリューの先端から根固め用にソイルセメントを富調合とするよう配合したセメントミルクを噴出させるとともに、鋼管７の中空部に充填されている削孔時の排土に対して一般的な配合によるセメントミルクを噴出し、排土と練り混ぜながらオーガスクリューを引き上げ鋼管７の中空部をソイルセメント６で充填する。

（第２の工程）
前記上杭部３を構成するリブ付き鋼管８の中空部に第１の硬化材９を充填し、上杭部３を構築する。
第１の硬化材９に富調合のソイルセメントを用いる場合には、図５（ｃ）に示すように、前記上杭部３を構成するリブ付き鋼管８の中空部に充填されている削孔時の排土に対して、オーガスクリューの先端から杭先端支持力向上に用いるものでソイルセメントを富調合にするよう配合した根固め用に用いられているセメントミルクを噴出させて、排土と練り混ぜながらオーガスクリューを引き上げる。

なお、前記第１の硬化材９には、富調合のソイルセメントに代わりコンクリートを打設することもできるが、この場合には、セメントミルク混じりの排土がリブ付き鋼管８の中空部に残存することから、図５（ｂ）に示すように、これを取り除くとともに、必要に応じて水洗いする。この後、第２の工程を実施する。
このとき、該第１の硬化材９は、先にも述べたようにリブ付き鋼管８の座屈防止に寄与し、上杭部３の変形性能を向上させることを目的として用いられるものであるため、リブ付き鋼管８との付着は十分でなくとも何ら性能に影響がない。したがって、内周面に排土が部分的に残り付着していても構わない。

（第３の工程）
前記構造物１０の基礎を構築する際に前記上杭部３の杭頭部近傍が露出した時点で、図５（ｄ）に示すように、上杭部３の杭頭部を内包するように外周面に拡頭部材４を接合し、また、図５（ｅ）に示すように、その内方に上杭部３の杭頭部を埋設するように第２の硬化材１１を充填する。

拡頭部材４は、上杭部３の外周面で杭頭部から杭径Ｄの１から２倍に相当する程度の長さ位置に、下端面を嵌合させ溶接等の固着手段を介して接合する。このとき、拡頭部材４及びリブ付き鋼管８の上端面には、前記構造物１０の基礎梁１０ａに埋設するアンカー筋１３を取り付けておく。
この後、拡頭部材４の内方に第２の充填材１１を打設して、上杭部３の杭頭部を埋設する。

なお、上杭部３に用いる第１の充填材９について、富調合のソイルセメントに代わり、コンクリートを適用する場合には、図６（ａ）に示すような鞘管１４を用いる方法が考えられる。該鞘管１４は、前記上杭部３を構成するリブ付き鋼管８の内径と杭径が略同一で、図６（ｂ）に示すように、下端面にメッシュ状の網１５が備えられている塩化ビニル製の筒体である。
これは、図６（ｃ）に示すように、リブ付き鋼管８とほぼ同様の部材長を有しており、リブ付き鋼管８の内方にあらかじめ装着して使用するものである。なお、メッシュ状の網１５は、鞘管１４と分離可能で、図６（ｄ）に示すように、鞘管１４の内方へ上部から水平に落とし込むことで網１５を鞘管１４の下端面に装着することが可能な構成となっている。

以下に、該鞘管１４を用いたハイブリッド杭１の構築方法を以下に示す。なお、ここでは、下杭部２にＰＨＣ杭５を用いるとともに該ＰＨＣ杭５及びリブ付き鋼管８の建て込みに前述した中堀方式を採用した場合を例に挙げて詳述する。

第１の工程で、図７（ａ）に示すように、あらかじめ下杭部２を構成する鋼管７と、上杭部３を構成し前記網１５を取り付けていない鞘管１４を装着したリブ付き鋼管８とを連続するように一体化させた上で、両者の中空部にオーガースクリューを挿入し、孔１２の先端を先行削孔する。これと同時に、所定の位置まで鋼管７及びリブ付き鋼管８を孔１２の内方に埋設する。

この後、オーガスクリューの先端から根固め用にソイルセメントを富調合とするよう配合したセメントミルクを噴出させるとともに、鋼管７の中空部に一般的な配合によるセメントミルクを噴出しながらオーガスクリューを引き上げ、ソイルセメント６を充填する。次いで、図７（ｂ）に示すように、メッシュ状の前記網１５を鞘管１４の内方へ上部から水平に落とし込み、網１５を鞘管１４の下端面に装着する。

第２の工程で、図７（ｃ）に示すように、構造物１０の基礎の構築前に、上杭部３の杭頭面が露出した時点でセメントミルク混じりの排土が中空部に残存する鞘管１４をリブ付き鋼管８から引き抜く。
このとき、鞘管１４の下端面には網１５が備えられていることから、鞘管１４を引き抜く際に内包したセメントミルク混じりの排土を鋼管内に落ちないようにする機能を有するものである。
この後、図７（ｄ）に示すように、前記リブ付き鋼管８の中空部に、第１の充填材９であるコンクリートを打設する。以降、上述する第３の工程に従い、上杭部３の杭頭部を内包するように拡頭部材４を設置すればよい。

上述するような前記ハイブリッド杭１の構築方法は、鞘管１４を用いない場合及び用いる場合の何れにおいても下杭部２及びリブ付き鋼管８の建て込み時に、必ずしも中堀方式を採用する必要はない。例えば、第１の工程で、地盤を削孔した後、該孔１２にソイルセメント６を充填した上で下杭部２を構成するＰＨＣ杭５や鋼管７とリブ付き鋼管８を地中に建て込むプレボーリング方式を採用しても良い。
なお、プレボーリング方式にて前記鞘管１４を用いる場合には、網１５を鞘管１４に一体成型したものを用いてよく、その施工方法は以下の通りである。

第１の工程で、地盤を削孔した後、オーガスクリューの先端から根固め用にソイルセメントを富調合にするよう配合したセメントミルクを噴出させ、また、鋼管７が配置される位置には一般的な配合によるセメントミルクを噴出しながらオーガスクリューを引き上げ、図８（ａ）に示すように孔１２内にソイルセメント６を充填する。
次いで、前記鋼管７と前記網１５を備えた鞘管１４を装着したリブ付き鋼管８とを連続するように一体化させた上で、これらを図８（ｂ）に示すように所定の位置まで孔１２の内方に埋設する。

第２の工程で、図８（ｃ）に示すように、構造物１０の基礎の構築前に、上杭部３の杭頭面が露出した時点でセメントミルク混じりの排土が中空部に残存する鞘管１４をリブ付き鋼管８から引き抜く。
この後、図８（ｄ）に示すように、前記リブ付き鋼管８の中空部に、第１の充填材９であるコンクリートを打設する。以降、上述する第３の工程に従い、上杭部３の杭頭部を内包するように拡頭部材４を設置すればよい。

なお、本実施の形態では、ハイブリット杭１及びハイブリット杭１の構築方法において、前記上杭部３に硬化材充填鋼管造の杭を用いる構成を示したが、必ずしもこれにこだわるものではなく、図９に示すように、リブ付き鋼管８をコンクリート杭に巻いた鋼管巻きコンクリート造に構成しても良い。このとき、構造物１０より作用される鉛直荷重は、上杭部３を拡頭している第２の充填材１１に作用し、第２の充填材１１の楔効果により、構造物１０の鉛直荷重が効率よく上杭部３を構成するリブ付き鋼管８に伝達されるが、下杭部２へは、リブ付き鋼管８の下端面と同一高さ位置に位置するリブ８ｂを介して伝達される。

上述する構成によれば、ハイブリッド杭１は、高軸力に対応する下杭部２と軸力のみでなく水平力にも耐力を有する高い変形性能を有する上杭部３とを組み合わせたハイブリッド構造であることから、通常時において、上杭部３及び下杭部２の両者で高い鉛直支持力を確保できるとともに、地震時において、支持している構造物１０が水平方向の挙動を示した際にも上杭部３が追随して変形しながら鉛直荷重を下杭部２にスムーズに伝達するため、構造物１０より作用される鉛直力及び水平力の何れにも経済的でかつ高い安全性をもって対応することのできる杭構成とすることが可能となる。

これは、上杭部３に大きな水平力が作用すると、上杭部３を構成するリブ付き鋼管８の降伏により杭頭での曲げモーメントが頭打ちとなり、降伏後の荷重に対してあたかもピン構造のように作用するためである。なお、該リブ付き鋼管８には第１の硬化材９が充填されているため、リブ付き鋼管８の局部座屈を抑制できることから、上杭部３は高い変形性能のもとにおいても鉛直支持力を確保することが可能となる。

また、拡頭部材４が上杭部３の杭頭部近傍を覆うように配置されるとともに、該拡頭部材４の内方に杭頭部を埋設するように第２の硬化材１１が充填されることから、上杭部３の杭頭部つまりハイブリッド杭１の杭頭部が拡径されるため、第２の充填材１１が位置する広い領域で構造物１０を安定して支持できるとともに、大きな杭頭曲げモーメントを容易に処理し、基礎梁１０ａと杭頭接合部の施工性を向上させることが可能となる。
一方で、上杭部３を構成するリブ付き鋼管８と前記拡頭部材４との間で楔状に位置するため、第２の充填材１１による楔効果を利用して上杭部３を構成するリブ付き鋼管８、及び下杭部２に鉛直荷重を効率良く伝達することが可能となる。

さらに、ハイブリッド杭１の構築方法によれば、一般的に多用されている杭の構築方法を踏襲していることから、特別な機材や技量を必要としないため、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。

また、ハイブリッド杭１の構築の際に、あらかじめ前記上杭部３を構成するリブ付き鋼管の内方に前記鞘管１４を装着しておくことにより、孔１２に鋼管７及びリブ付き鋼管８を沈降させる際に、泥水や空気を円滑に排出でき、鞘管１４を引き抜く際には内包したセメントミルク混じりの排土を鋼管内に落ちないように撤去できるため、簡略な構成で作業性を大幅に向上することが可能となる。

これらハイブリット杭１の経済性を、高軸力対応の既製杭である高軸力中堀り鋼管杭を例に取り比較した。地盤条件は表層厚10m、表層Ｎ値５，支持層Ｎ値50、設計条件は表１に示すとおりであり、杭種類は杭径1000mm及び杭全長23mで、ハイブリット杭１は下杭部が鋼管造、上杭部が杭径の５倍の長さにコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管造である。

表２をみると、同じ耐震性のもとでは高軸力中堀り鋼管杭と比較してハイブリット杭１の鋼重が15％程度低い。つまり、高軸力中堀り鋼管杭と比較してハイブリット杭１は鋼材比を15％程度低減することができ、工費削減に寄与できる構成であることが分かる。

本発明に係るハイブリッド杭の概略を示す図である。 本発明に係る上杭部を構成するリブ付き鋼管を示す図である。 本発明に係る構造物の鉛直荷重をハイブリッド杭に伝達する際のメカニズムを示す図である。 本発明に係る大地震時におけるハイブリッド杭の塑性ヒンジの発生位置を示す図である。 本発明に係るハイブリッド杭の構築方法を示す図である。 本発明に係る鞘管の詳細を示す図である。 本発明に係る鞘管を用いたハイブリッド杭の構築方法を示す図である。 本発明に係る鞘管を用いたハイブリッド杭の構築方法の他の事例を示す図である。 本発明に係るハイブリッド杭の上杭部に鋼管巻きコンクリート造の杭を用いた場合の事例を示す図である。

符号の説明

１ ハイブリッド杭
２ 下杭部
３ 上杭部
４ 拡頭部材
５ ＰＨＣ杭
６ ソイルセメント
７ 鋼管
８ リブ付き鋼管
９ 第１の硬化材
１０ 構造物
１１ 第２の硬化材
１２ 孔
１３ アンカー筋
１４ 鞘管
１５ 網

Claims (4)

1. 地盤中の支持層に支持されて鉛直に立設する下杭部と、
   該下杭部に支持されるように鉛直方向で同軸に設置され、内周面に少なくとも下端面と同一高さ位置にリブを有するリブ付き鋼管及び内方に充填される第１の硬化材を備える硬化材充填鋼管造よりなり、前記下杭部と比較して水平方向の変形性能が高い上杭部と、
   該上杭部と略同一の径を有する下端面及び該下端面と比較して面積の大きい上端面を有する円錐台状で筒型とされ、前記上杭部の杭頭部を内包するように上杭部の外周面に接合されてその内方に上杭部の杭頭部を埋設するように第２の硬化材が充填されることにより、前記上杭部が剛接合される構造物の鉛直荷重を該上杭部とともに支持して該鉛直荷重を楔効果により前記上杭部に伝達する拡頭部材とからなることを特徴とするハイブリッド杭。
2. 請求項１に記載のハイブリッド杭において、
   前記上杭部が、硬化材充填鋼管造に代わり、内周面に少なくとも下端面と同一高さ位置にリブを有するリブ付き鋼管でコンクリート杭の外周面を巻いた鋼管巻きコンクリート造よりなることを特徴とするハイブリッド杭。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド杭の構築方法であって、
   地盤を削孔し、該孔内に下杭部を構築し、また、該下杭部と一体化するように上杭部を構成するリブ付き鋼管を建て込む第１の工程と、
   前記上杭部を構成するリブ付き鋼管の中空部に第１の硬化材を充填し、上杭部を構築する第２の工程と、
   前記上杭部の杭頭部を内包するように外周面に拡頭部材を接合し、また、その内方に上杭部の杭頭部を埋設するように第２の硬化材を充填する第３の工程により構成されることを特徴とするハイブリッド杭の構築方法。
4. 請求項３に記載のハイブリッド杭の構築方法において、
   第１の工程で、前記上杭部を構成するリブ付き鋼管の内方に該リブ付き鋼管の内径と断面径が略同一な筒状の鞘管を装着した上で、リブ付き鋼管をこれと一体に形成された下杭部を構成する筒体とともに前記孔内の所定位置に建て込み、下杭部を構成するソイルセメントが鞘管内に達するようにして下杭部を構築し、また、前記ソイルセメントの打設前もしくは打設直後に前記リブ付き鋼管の下端面を覆うメッシュ状の網を装着し、
   第２の工程で、前記鞘管を上杭部を構成するリブ付き鋼管から引き抜いた後、該リブ付き鋼管内に前記上杭部を構成する第１の硬化材を充填することを特徴とするハイブリッド杭の構築方法。
   

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