JP6284116B2 - 既製杭を重ねた基礎杭の構築方法 - Google Patents

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本発明は、既製杭を上下に重ねて所定長さ(深さ)の基礎杭を構築する既製杭を重ねる基礎杭の構築方法に関する。
コンクリート製の既製杭を使用した基礎杭では、通常、1本の既製杭の長さが10m程度であり、支持地盤の深さが50m以上に及ぶ場合も多々あり、この場合は、所定本数の既製杭を連結固定していた。一般的に連結固定は、上下に位置する既製杭をその上下に設置した鋼製の端版を溶接して連結していた(例えば、特許文献1)。また、作業性を考慮して、溶接を使用しない様々な継ぎ手構造が提案されている(例えば、特許文献2)。溶接による場合や継ぎ手金物を使用する場合は、いずれでも、総ての杭は構造的に固定していたので、その作業は、一旦、下側の既製杭を杭穴開口付近で保持して、上方から次の既製杭を降ろして、両既製杭を連結する作業をしていた。
しかし、既製杭の径が大きくなった場合、例えば、120cm以上の場合など、杭穴開口付近で、杭を保持する作業が容易ではなく、また、大径となるに伴って、溶接による場合には溶接長さが長くなり、また継ぎ手金物も大型と成らざるを得なかった。
一方、上下の既製杭を完全に固定しない発明では、鋼管をコンクリート製の既製杭の上部に被せた上杭と下杭とを連結し、かつ鋼管が引張力を負担するが、鉛直荷重を負担しないように構成する発明が提案されている。この場合、中間層に支持地盤がある場合、鋼管外周の突起をその支持地盤の層に位置させ、根固め層の支持地盤に下杭の下端部を位置させていた(特許文献3)。
また、中間支持層を有する地盤に適用する工法で、多数の既製杭を連結して基礎杭を構築する工法であって、中間支持層に中間の既製杭の先端支持力を発揮させる工夫も提案されていた(特許文献4)。この場合、上下の既製杭は連結しない構造である。
特開2004−52498公報 特開2000−328556公報 特開2007−77639公報 特開2007−315027公報
前記、既製杭を互いに連結しない工法(特許文献3、4)では、中間支持層が必須であり、この中間支持層と中間の既製杭の先端支持力を発揮させようとするものであった。また、基礎杭構造全体で、大きな引き抜き耐力を要する場合や、地上付近での大きな水平耐力を要する場合に対する検討が十分にはなされていなかった。
そこで、この発明は、複数の既製杭を埋設して基礎杭を構築する方法で、当初の既製杭を連結する方法で引抜力を含めて満たすべき仮基礎杭の条件を設定し、既製杭を連結しない工法で同条件を満たすように改めて設計して施工することにより、前記問題点を解決した。
即ちこの発明は、以下のように、1本又は所定本の既製杭を重ねて使用する基礎杭の構築方法である。
(1) 予めその地盤強度、必要な鉛直荷重・水平荷重から、径D、全長Lの仮基礎杭を設計する。
その仮基礎杭において、
全鉛直耐力RA0=RP0+RF0
とする。ここで、全杭先端支持力RP0、全杭周摩擦力RF0 とする。かつ、
全杭引き抜き耐力TB0(=W+RF0
とする。ここで、全杭自重Wとする。
(2) 続いて、1本又は複数本の上既製杭からなる上既製杭群と、1本又は複数本の下既製杭からなる下既製杭群から前記基礎杭を構成する。
上既製杭群:径D(>D)、全長長さL、自重W、杭周摩擦力RF1
鉛直支持力RA1
下既製杭群:径D(=D)、全長さL、自重W、鉛直支持力RA2
+L=L
として、前記基礎杭において、
(a) 鉛直支持力 R=RA1+RA2
(b) 前記基礎杭の引き抜き力 T=RF1+自重W ≧T B0
となるように、前記上既製杭群、下既製杭群を設計する。
(3) 穴を掘削し、あるいは杭穴を掘削しながら、
記下既製杭を杭穴内に埋設する。
(4) 続いて、上既製杭を杭穴内に挿入して、下既製杭群の上端に、水平位置がずれないように載置する。前記下既製杭群と前記上既製杭とは、上下に離れることは許容し、かつ水平方向の位置がずれないように構成する。
(5) 続いて、複数の上既製杭を使用する場合には、上下に位置する上既製杭を連結して、上下に離れずかつ相対位置が変更できないように一体の上既製杭群を構成する。
また、前記発明において、以下のように、構成する基礎杭の構築方法である。
(1) 最上に位置する下既製杭に、最下端の上既製杭を連結する直前に、「最上に位置する下既製杭の上端部」および/または「最下端の上既製杭の下端部」にセメントミルクを噴射して当接面の泥土を除去する。
(2) 前記上既製杭を相互に連結する際にも、「下方に位置する上既製杭の上端部」および/または「上方に位置する上既製杭の下端部」にセメントミルクを噴射して当接面の泥土を除去する。
この発明は、下既製杭群と上既製杭群を連結しないので、連結作業を大幅に削減して、大径とりわけ90cm以上の直径の既製杭を使用して、基礎杭を構築できる。
また、仮基礎杭の既製杭の径Dと基礎杭の下既製杭群の径Dとを同一として構成したので、先端支持力を仮基礎杭を同一にでき、下既製杭群に連結しない上既製杭群の構成を容易に設定できる。
また、中間支持層が存在するかどうかにかかわらず、引抜力、水平荷重に対応して上既製杭群を設定するので、必要な引抜力、水平荷重に応じて、上既製杭群の長さを任意にすることができる。
この発明の実施例で、(a)は仮基礎杭、(b)は基礎杭を表す。 (a)〜(g)はこの発明の実施例で、構築方法を説明する縦断面図である。 (a)〜(g)はこの発明の他の実施例で、構築方法を説明する縦断面図である。
1.仮基礎杭構造3の構成
ある地盤の地盤強度(N値)で、必要な鉛直荷重・水平荷重などから通常の方法により、4本のコンクリート製の既製杭1、1を仮杭穴2内に埋設する仮基礎杭構造3を設計する(図1(a))。
(仮基礎杭)
(支持力条件)
全鉛直耐力RA0=RP0+RF0
ここで、全杭先端支持力RP0、全杭周摩擦力RF0 とする。また、
全杭引き抜き耐力TB0(=W+RF0
とする。
(既製杭条件)
この状態に適した構造を4本のコンクリート製の仮既製杭1、1から構築する。
径D、全長L、全杭自重W
2.基礎杭の構成
続いて、上記仮基礎杭3の支持力条件を満たすように、この発明では、
2本の上既製杭からなる上既製杭群10
2本の下既製杭からなる下既製杭群11
を杭穴20内に埋設して基礎杭30を構成する(図1(b))。
したがって、上既製杭群10(=2本の上既製杭10a、10b)、下既製杭群11(=2本の下既製杭11a、11b)は、以下の条件を満たすよう設計される。
(上既製杭群10)
径D(>D)、全長長さL、自重W
鉛直支持力RA1(=RP1+RF1
杭周摩擦力RF1
下面の先端支持力RP1
(下既製杭群11)
径D(=D)、全長さL、自重W
鉛直支持力RA2(=RP2+RF2
杭周摩擦力RF2
下面の先端支持力RP2
(基礎杭30全体)
+L=L
鉛直支持力 R=RA1+RA2≧RA0
基礎杭の引き抜き力 T=RF1+自重W≧TB0
3.基礎杭30の構築
続いて、上記条件の基礎杭を構築する方法を説明する(図2)。
(1) 上既製杭群10(=2本の上既製杭10a、10b)を埋設できるように、
径「D+A」
深さ「L+L
の杭穴20を掘削する(図2(a))。この場合、杭穴20の下端部は、大径として拡底部を形成することもできる。
前記における「D+A」は、既製杭の径D1に対して、この既製杭を埋設することができるための杭穴の径を指す。先堀工法では通常A>0となるが、通常の施工(中掘工法を含む)で可能な径であり、A<0、A=0、を含む。以下の杭穴の径についての記載で同様となる。
(2) 杭穴20内は通常の方法により、ソイルセメントで満たし、杭穴20の下端部にセメントミルク層を形成する。この場合、セメントミルク層を形成しなくても所定の先端支持力を発揮できれば、ソイルセメントセメント層のままとすることもできる。
(3) 続いて、杭穴20内に、通常の方法で、下側の下既製杭11a、11bを杭穴20の中心位置に下降して、続いて、下既製杭11aを開口付近で支持して(図2(b))、地上で下既製杭11aの上端に下既製杭11bを連結固定する(図2(c))。
連結した下既製杭11a、11b(=下既製杭群11)を沈設して、杭穴下部(深さL〜L+L)で、杭穴底、すなわち基礎杭を構築する所定位置に納める(図2(d))。この際、上側の下既製杭11bの上端は、杭穴20下部の上端付近(地上から深さL程度)に位置する。
この際、必要ならば、地上からワイヤーなどで、所定位置に納めた下既製杭群11を保持する。
(4) 続いて、杭穴20内に上既製杭10aを下降して、続いて、上既製杭10aを開口付近で支持して、地上で上既製杭10aの上端に上既製杭10bを連結固定して、上既製杭群11とする(図2(e))。
前記上既製杭群10の中空部に地上からセメントミルク噴射管32を挿通し、セメントミルク噴射管32の下端の噴射口33を上既製杭11bの下縁の直下付近に向けてある(図2(f))。
(5) 連結した上既製杭10a、10bを杭穴20内に下降して、上既製杭10aの下端(上既製杭群10の下端)を、下既製杭11bの上端(下既製杭群11の上端)に重ねる。この場合、重ねる直前に上既製杭群10の下降を一旦、停止して、その後に重ねることもできる。
上既製杭群10の下降を停止すると同時に、または前後して、セメントミルク噴射管32の噴射口33からセメントミルクを噴射して、下既製杭群11の上端(下既製杭11bの上端)及び上既製杭群10の下端(上既製杭11aの下端)に付着した掘削泥土やソイルセメントを除去する。また、この場合、噴射したセメントミルクが、下既製杭群11の上端(下既製杭11bの上端、上既製杭群10の下端、上既製杭10aの下端)付近の杭穴20内に充填されることが望ましい。
(6) セメントミルクを噴射しながら、または噴射が完了して直ぐに、上既製杭11aの下端(上既製杭群10の下端)を、下既製杭11bの上端(下既製杭群11の上端)に載置する(図2(g))。上既製杭群10が載置されたならば、セメントミルク噴射管32を地上24に引き上げる。また、この際、上既製杭群10と下既製杭群11とが、同軸で配置されることが望ましい。
また、この場合、上既製杭群10と下既製杭群11とは連結されることなく、載置されるのみであり、言い換えれば、上既製杭群10と下既製杭群11とが上下で離れることは許容されるが、通常状態で、密着した状態となり上既製杭群10に作用した鉛直荷重は下既製杭群11に伝達されるように、載置される。
(7) セメントミルクやソイルセメントが固化したならば、基礎杭構造20が構築される(図2(g))。通常の状態では、上既製杭群10の外周及び下既製杭群11の外周と、杭穴20の周壁との間に固化したセメントミルクやソイルセメントが存在するので、上既製杭群10と下既製杭群11とが離れることはない。
(8) したがって、基礎杭構造30では、上既製杭群10の上端に作用した鉛直荷重は、主に下既製杭11の下端面・径D2(=D0)から支持地盤に伝わり、設計通りの先端支持力を発揮する共に、上既製杭群10と下既製杭群11の周面摩擦力によっても地盤に伝わり、結果、所定の鉛直支持力を発揮できる。
また、基礎杭構造30に作用した引抜力は、上既製杭群10のみで負担し、下既製杭11には作用しない。したがって、基礎杭構造20に設計限界を超える引抜力が作用した場合には、上既製杭群10が下既製杭群11から離れる場合も生じる。
また、基礎杭構造30の地面24付近で水平荷重が作用した場合には、基礎杭構造30には曲げ応力、せん断応力も作用するが、上既製杭群10のみで負担し、下既製杭群11には作用しない。したがって、基礎杭構造に設計限界を超える水平荷重が作用した場合には、上既製杭群10が下既製杭群11から離れる場合も生じる。
4.他の実施態様
(1) 前記実施態様において、基礎杭構造30の杭穴20を全深さLを同径「D+A」で掘削したが、下既製杭群11に対応する下部22と、上既製杭群10に対応する上部21とを異なる径で掘削することもできる(図3)。
すなわち、深さL(=L+L)まで、径「D+A」(<「D+A」)で杭穴を掘削し、続いて、地上24から深さLの区間を、径「D+A」に拡径して、杭穴20を形成する(図3(a))。この場合、
地上24〜深さL:杭穴20の上部21「D+A」
深さL〜深さ「L+L」:杭穴20の下部22「D+A」
となる。
続いて、下既製杭11a、11bを連結せずに、杭穴20の下部22に沈設設置する(図3(b)〜(d)。続いて、前記実施態様と同様に上既製杭群10を沈設して、下既製杭群11に載置すると共に、杭穴20の上部21に位置させ、基礎杭構造30を形成する(図3(e)〜(g))。
(2) (1)において、杭穴20の掘削は、
地上24〜深さL:杭穴20の上部21「径D+A」
を掘削して、続いて、
深さL〜深さ「L+L」:杭穴20の下部22「径D+A」
を掘削することもできる。
(3) また(1)において、前記実施態様と同様に、下既製杭11a、11bを連結固定することもできる。また、逆に、前記実施態様で、下既製杭11a、11bを連結固定しないこともできる。
(4) また、前記実施態様において、上既製杭群10の下端部付近(上既製杭10aの下端部付近)に中間支持層がある場合、上既製杭10aの下端部外周に突起を形成すれば、上既製杭群10単独で先端支持力を増加させることができ、また、上既製杭群10の突起が引抜力増強にも貢献することができる。したがって、仮基礎杭構造3と同じ支持力を発揮させる場合には、上既製杭群10の径D1を小さく設定することもできる(図示していない)。
(5) また、前記実施例において、下既製杭群11の上端(下既製杭11bの上端)及び上既製杭群10の下端(上既製杭11aの下端)にセメントミルクを噴射して、付着した掘削泥土やソイルセメントを除去したが、付着が無い場合やあっても影響が少ない場合には、セメントミルクの噴射を省略できる。セメントミルクの噴射を省略した場合には、セメントミルク噴射管32も不要である(図示していない)。
ある地盤の地盤強度(N値50程度)で、鉛直荷重等の支持力を以下のように設定して、仮基礎杭3を設計する(図1(a))。なお、以下で、
φ1000の既製杭の長さあたりの質量:890kg/m
φ600既製杭の長さあたりの質量:360kg/m
既製杭の表面摩擦力:5ton/m
支持力計算式の係数α:25
N値:50
としてある。また、上記で力の単位を便宜上[ton]としたが、[kN]と同値である(以下、同様)。
1.仮基礎杭構造3
(支持力の条件)
全鉛直耐力RA0=RP0+RF0=242ton/本
全杭先端支持力RP0=117ton/本
全杭周摩擦力RF0=125ton/本
とする。また、
地震時全杭引き抜き耐力TB0=W+RF0×2=264ton/本
とする。
(既製杭1の条件)
径Dの4本のコンクリート製の既製杭1(長さ10m×4本)から構築する。
径D=60cm
全長L=40m
全杭自重W=14.4ton
2.基礎杭構造30
上記、支持力条件を満たすためには、基礎杭構造の全長L=L、下既製杭群11の径D=Dという条件で、上既製杭群10、下既製杭群11を以下のように設定する。
(上既製杭群10)
径D=100cm(>D)、
全長長さL=24m
自重W=21.4ton
杭周摩擦力RF1=125ton/本
(下既製杭群11)
径D=D=60cm
全長さL=16m
自重W2=5.8ton
杭周摩擦力RF2=50ton/
(基礎杭30全体)
+L=L=40m
鉛直支持力 R=R+R=117+125+50=292≧RA0(=242)
先端支持力R=117ton/本
杭周摩擦力R=RF1+RF2=125+50=175≧RF0(=125)
基礎杭の引き抜き力T=RF1×2+自重W
=125×2+21.4=271≧TB0(=264)
1 仮既製杭(仮基礎杭構造)
2 仮杭穴(仮基礎杭構造)
3 仮基礎杭構造
10 上既製杭群
10a、10b 上既製杭
11 下既製杭群
11a、11b 下既製杭
20 杭穴
21 杭穴の上部
22 杭穴の下部
24 地上
30 基礎杭構造
32 セメントミルク噴射管
33 噴射口

Claims (2)

  1. 以下のように、1本又は所定本の既製杭を重ねて使用する基礎杭の構築方法。
    (1) 予めその地盤強度、必要な鉛直荷重・水平荷重から、径D、全長Lの仮基礎杭を設計する。
    その仮基礎杭において、
    全鉛直耐力RA0=RP0+RF0
    とする。ここで、全杭先端支持力RP0、全杭周摩擦力RF0 とする。かつ、
    全杭引き抜き耐力TB0(=W+RF0
    とする。ここで、全杭自重Wとする。
    (2) 続いて、1本又は複数本の上既製杭からなる上既製杭群と、1本又は複数本の下既製杭からなる下既製杭群から前記基礎杭を構成する。
    上既製杭群:径D(>D)、全長長さL、自重W、杭周摩擦力RF1
    鉛直支持力RA1
    下既製杭群:径D(=D)、全長さL、自重W、鉛直支持力RA2
    +L=L
    として、前記基礎杭において、
    (a) 鉛直支持力 R=RA1+RA2
    (b) 前記基礎杭の引き抜き力 T=RF1+自重W ≧T B0
    となるように、前記上既製杭群、下既製杭群を設計する。
    (3) 穴を掘削し、あるいは杭穴を掘削しながら、
    記下既製杭を杭穴内に埋設する。
    (4) 続いて、上既製杭を杭穴内に挿入して、下既製杭群の上端に、水平位置がずれないように載置する。前記下既製杭群と前記上既製杭とは、上下に離れることは許容し、かつ水平方向の位置がずれないように構成する。
    (5) 続いて、複数の上既製杭を使用する場合には、上下に位置する上既製杭を連結して、上下に離れずかつ相対位置が変更できないように一体の上既製杭群を構成する。
  2. 以下のように、構成する請求項1記載の基礎杭の構築方法。
    (1) 最上に位置する下既製杭に、最下端の上既製杭を連結する直前に、「最上に位置する下既製杭の上端部」および/または「最下端の上既製杭の下端部」にセメントミルクを噴射して当接面の泥土を除去する。
    (2) 前記上既製杭を相互に連結する際にも、「下方に位置する上既製杭の上端部」および/または「上方に位置する上既製杭の下端部」にセメントミルクを噴射して当接面の泥土を除去する。
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