JP6284116B2

JP6284116B2 - 既製杭を重ねた基礎杭の構築方法

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Publication number: JP6284116B2
Application number: JP2013140220A
Authority: JP
Inventors: 木谷　好伸; 好伸木谷
Original assignee: Mitani Sekisan Co Ltd
Current assignee: Mitani Sekisan Co Ltd
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: JP2015014107A

Description

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_０、全長Ｌ_０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Ｒ_Ａ０＝Ｒ_Ｐ０＋Ｒ_Ｆ０
とする。ここで、全杭先端支持力Ｒ_Ｐ０、全杭周摩擦力Ｒ_Ｆ０とする。かつ、
全杭引き抜き耐力Ｔ_Ｂ０（＝Ｗ_０＋Ｒ_Ｆ０）
とする。ここで、全杭自重Ｗ_０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_１（＞Ｄ_０）、全長長さＬ_１、自重Ｗ_１、杭周摩擦力Ｒ_Ｆ１、
鉛直支持力Ｒ_Ａ１
下既製杭群：径Ｄ_２（＝Ｄ_０）、全長さＬ_２、自重Ｗ_２、鉛直支持力Ｒ_Ａ２
Ｌ_１＋Ｌ_２＝Ｌ_０
として、前記基礎杭において、
(a) 鉛直支持力Ｒ_Ａ＝Ｒ_Ａ１＋Ｒ_Ａ２
(b) 前記基礎杭の引き抜き力Ｔ_Ｂ＝Ｒ_Ｆ１＋自重Ｗ_１ ≧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) 杭穴を掘削し、あるいは杭穴を掘削しながら、
前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_０と基礎杭の下既製杭群の径Ｄ_２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Ｒ_Ａ０＝Ｒ_Ｐ０＋Ｒ_Ｆ０
ここで、全杭先端支持力Ｒ_Ｐ０、全杭周摩擦力Ｒ_Ｆ０とする。また、
全杭引き抜き耐力Ｔ_Ｂ０（＝Ｗ_０＋Ｒ_Ｆ０）
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_０、全長Ｌ_０、全杭自重Ｗ_０

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_１（＞Ｄ_０）、全長長さＬ_１、自重Ｗ_１、
鉛直支持力Ｒ_Ａ１（＝Ｒ_Ｐ１＋Ｒ_Ｆ１）
杭周摩擦力Ｒ_Ｆ１
下面の先端支持力Ｒ_Ｐ１
（下既製杭群１１）
径Ｄ_２（＝Ｄ_０）、全長さＬ_２、自重Ｗ_２、
鉛直支持力Ｒ_Ａ２（＝Ｒ_Ｐ２＋Ｒ_Ｆ２）
杭周摩擦力Ｒ_Ｆ２
下面の先端支持力Ｒ_Ｐ２
（基礎杭３０全体）
Ｌ_１＋Ｌ_２＝Ｌ_０
鉛直支持力Ｒ_Ａ＝Ｒ_Ａ１＋Ｒ_Ａ２≧Ｒ_Ａ０
基礎杭の引き抜き力Ｔ_Ｂ＝Ｒ_Ｆ１＋自重Ｗ_１≧Ｔ_Ｂ０

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_１＋Ａ」
深さ「Ｌ_１＋Ｌ_２」
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_１＋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_１〜Ｌ_１＋Ｌ_２）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_１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_３を同径「Ｄ_２＋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_３（＝Ｌ_１＋Ｌ_２）まで、径「Ｄ_２＋Ａ」（＜「Ｄ_１＋Ａ」）で杭穴を掘削し、続いて、地上２４から深さＬ_１の区間を、径「Ｄ_１＋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_１：杭穴２０の上部２１「Ｄ_２＋Ａ」
深さＬ_１〜深さ「Ｌ_１＋Ｌ_２」：杭穴２０の下部２２「Ｄ_１＋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_１：杭穴２０の上部２１「径Ｄ_２＋Ａ」
を掘削して、続いて、
深さＬ_１〜深さ「Ｌ_１＋Ｌ_２」：杭穴２０の下部２２「径Ｄ_１＋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^２
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Ｒ_Ａ０＝Ｒ_Ｐ０＋Ｒ_Ｆ０＝２４２ｔｏｎ／本
全杭先端支持力Ｒ_Ｐ０＝１１７ｔｏｎ／本
全杭周摩擦力Ｒ_Ｆ０＝１２５ｔｏｎ／本
とする。また、
地震時全杭引き抜き耐力Ｔ_Ｂ０＝Ｗ_０＋Ｒ_Ｆ０×２＝２６４ｔｏｎ／本
とする。
（既製杭１の条件）
径Ｄ_０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_０＝６０ｃｍ
全長Ｌ_０＝４０ｍ
全杭自重Ｗ_０＝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_３＝Ｌ_０、下既製杭群１１の径Ｄ_３＝Ｄ_０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_１＝１００ｃｍ（＞Ｄ_０）、
全長長さＬ_１＝２４ｍ
自重Ｗ_１＝２１．４ｔｏｎ
杭周摩擦力Ｒ_Ｆ１＝１２５ｔｏｎ／本
（下既製杭群１１）
径Ｄ_２＝Ｄ_０＝６０ｃｍ
全長さＬ_２＝１６ｍ
自重Ｗ２＝５．８ｔｏｎ
杭周摩擦力Ｒ_Ｆ２＝５０ｔｏｎ／本
（基礎杭３０全体）
Ｌ_１＋Ｌ_２＝Ｌ_０＝４０ｍ
鉛直支持力Ｒ_Ａ＝Ｒ_Ｐ＋Ｒ_Ｆ＝１１７＋１２５＋５０＝２９２≧Ｒ_Ａ０（＝２４２）
先端支持力Ｒ_Ｐ＝１１７ｔｏｎ／本
杭周摩擦力Ｒ_Ｆ＝Ｒ_Ｆ１＋Ｒ_Ｆ２＝１２５＋５０＝１７５≧Ｒ_Ｆ０（＝１２５）
基礎杭の引き抜き力Ｔ_Ｂ＝Ｒ_Ｆ１×２＋自重Ｗ_１
＝１２５×２＋２１．４＝２７１≧Ｔ_Ｂ０（＝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

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_０、全長Ｌ_０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Ｒ_Ａ０＝Ｒ_Ｐ０＋Ｒ_Ｆ０
とする。ここで、全杭先端支持力Ｒ_Ｐ０、全杭周摩擦力Ｒ_Ｆ０とする。かつ、
全杭引き抜き耐力Ｔ_Ｂ０（＝Ｗ_０＋Ｒ_Ｆ０）
とする。ここで、全杭自重Ｗ_０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_１（＞Ｄ_０）、全長長さＬ_１、自重Ｗ_１、杭周摩擦力Ｒ_Ｆ１、
鉛直支持力Ｒ_Ａ１
下既製杭群：径Ｄ_２（＝Ｄ_０）、全長さＬ_２、自重Ｗ_２、鉛直支持力Ｒ_Ａ２
Ｌ_１＋Ｌ_２＝Ｌ_０
として、前記基礎杭において、
(a) 鉛直支持力Ｒ_Ａ＝Ｒ_Ａ１＋Ｒ_Ａ２
(b) 前記基礎杭の引き抜き力Ｔ_Ｂ＝Ｒ_Ｆ１＋自重Ｗ_１ ≧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) 杭穴を掘削し、あるいは杭穴を掘削しながら、
前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。
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。