JPH11293667A - Ｈ形鋼杭およびその施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基礎杭にＨ形鋼杭を用いる場合に、比較的簡
単な構成によりモーメント耐力に対する方向性を無く
し、また先端閉塞効果を高めて鉛直支持力を向上させ、
さらにソイルセメント工法に適用した場合に、排土量を
大幅に低減し、鉛直支持力を向上させる。 【解決手段】 Ｈ形鋼杭１の頭部の所要区間に、相対す
るフランジ２、２間を連結する補強鋼板６をフランジ２
の両側面に取り付け、弱軸４に関する断面２次モーメン
トを増加させ、モーメント耐力に対する方向性を無く
す。Ｈ形鋼杭１の先端部にも補強鋼板６を同様に取り付
け、先端閉塞効果を高めて鉛直支持力を向上させる。先
端部のフランジ２・ウェブ３・補強鋼板６に突起を設け
たＨ形鋼杭１をソイルセメント柱体内に建て込み、開断
面により排土量を低減し、開断面・補強鋼板・突起の効
果により鉛直支持力を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｈ形鋼を用いた杭
およびその施工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｈ形鋼杭は建築構造物の基礎等において
用いられており、その施工方法はＨ形鋼杭の頭部をハン
マー等により打撃することによりＨ形鋼杭を地盤中に打
ち込む方法（打撃工法）が用いられている。

【０００３】一方、鋼管杭は主として土木構造物の基礎
として用いられ、その施工には上記と同様の打撃工法以
外にも様々な方法がある。一例として地盤２０中にソイ
ルセメント柱体１０を造成し、その内部に鋼管杭３０を
建て込む方法（以下「ソイルセメント工法」という。）
を図８に示す。このソイルセメント工法では、例えばオ
ーガー２１で地盤２０を削孔しながらセメントミルク等
の地盤固定液を注入し、セメントミルクと孔内の土砂と
を攪拌翼２２で強制攪拌してソイルセメント柱体１０を
造成する。このソイルセメント柱体１０が所定の深度ま
で造成されると、オーガー２１を抜き出し、未硬化のソ
イルセメント柱体１０内に鋼管３０を建て込む。この鋼
管杭を支持層まで建て込んだ後、ソイルセメント柱体１
０の硬化をまって杭体が完成する。この工法では杭の鉛
直支持力を確保するため、杭先端部付近のソイルセメン
ト柱体１１の強度を高める必要があり、含有セメント量
の大きなセメントミルクを用いるが、それ以外のソイル
セメント柱体１０にはさほど大きな強度は必要なく、経
済性を高めるためセメント量を減らす場合が多い。ま
た、この工法では騒音や振動が少なく、低公害工法であ
るといえる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｈ形鋼杭は、図７に示
す断面形状をしているため、曲げモーメントに対する杭
の耐力が、力の作用方向により大きく異なる。即ち、図
７においてフランジ２と平行な軸５（強軸）回りのモー
メントに対しては、強軸５に関する断面２次モーメント
が大きいため、大きな耐力が期待できるが、ウェブ３と
平行な軸４（弱軸）回りのモーメントに対しては、弱軸
４に関する断面２次モーメントが小さいため、耐力が大
幅に低下する。

【０００５】一方、建築構造物等の杭に作用する力は、
通常時には鉛直力のみでありモーメントは発生しない
が、地震時においては構造物に作用する水平方向の地震
力により杭に曲げモーメントが発生する。特に我が国で
は、地震力が大きいため、杭の所要性能は地震時の発生
力により決まることが多いが、地震力の作用方向は一定
ではなく、どの方向の地震力に対しても杭が破壊しない
ように設計するには、弱軸回りのモーメント耐力により
Ｈ形鋼杭の耐力が決まってしまうため、断面形状を大き
くせざるを得ず、鋼材重量が大きくなって、不経済な設
計となることが多い。

【０００６】また、Ｈ形鋼杭は鋼管杭のような閉断面形
状をしていないため、打撃工法以外では土砂による先端
閉塞が生じにくく、鉛直支持力が小さくなる傾向にあ
る。このため、打撃工法で施工せざるを得ないが、その
場合、騒音や振動が大きく、都市部等では施工が困難で
ある。

【０００７】一方、鋼管杭はモーメント耐力に対する方
向性が無く、地震力の大きな我が国では有利である。ま
た、閉断面であり先端閉塞し易いため、打撃工法だけで
なくソイルセメント柱体内に建て込む工法も用いられて
いる。この場合、ソイルセメントの造成が不適切だと、
鋼管杭を支持層まで建て込む際に鋼管杭の内部でソイル
セメントが詰まり、それ以降はソイルセメントが内部に
入らなくなってソイルセメントを外側に排除しながら杭
が貫入していくことになる。この場合、ソイルセメント
が孔内からあふれ出して大量の排土が生じる。この排土
は産業廃棄物として適切な処理をする必要があり、高額
の処理費用が必要となる。また、前述のように、支持力
確保のため杭先端部のソイルセメントの強度を上げる場
合が多いが、鋼管杭の建て込み中に杭の内部が詰まる
と、杭の先端部が高強度ソイルセメント部分に達しても
杭の内部には高強度ソイルセメントが入らずに鋼管杭と
の一体化が不完全となって支持力が低下する原因とな
る。

【０００８】また、鋼管杭はＨ形鋼杭と比べて重量当た
りの値段が高く、コンクリート製の杭と比べて経済性に
劣ることが多い。

【０００９】本発明は、前述のような問題点を解消すべ
くなされたものであり、その目的は、基礎杭にＨ形鋼杭
を用いる場合に、比較的簡単な構成によりモーメント耐
力に対する方向性を無くすことができ、また先端閉塞効
果を高めて鉛直支持力を向上させることができ、さらに
ソイルセメント工法に適用した場合に、排土量を大幅に
低減し、鉛直支持力を向上させることのできるＨ形鋼杭
およびその施工方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、Ｈ形鋼杭の頭部に、相対する
フランジ間を連結する補強鋼板をフランジ両側面に取り
付けることにより、弱軸に関する断面２次モーメントを
増加させ、弱軸回りの強度を向上させている。これによ
り、比較的簡単な構成でモーメント耐力に対する方向性
を無くすことができる。また、通常、杭に発生するモー
メントは、フーチングとの結合部付近で最大となり、あ
る深さ以深では下部ほどモーメントが小さくなる。従っ
て、この補強鋼板は杭体の頭部における所要区間のみに
取り付ければ良い。

【００１１】請求項２の発明は、先端閉塞効果を高める
ため、Ｈ形鋼杭の先端部に、相対するフランジ間を連結
する補強鋼板をフランジ両側面に取り付けたＨ形鋼杭で
ある。これにより、杭の先端部は閉断面を構成すること
となり、先端が閉塞しやすく、打撃工法やソイルセメン
ト工法等において開断面のＨ形鋼杭による鉛直支持力の
低下を解消することができる。

【００１２】請求項３の発明では、Ｈ形鋼杭の頭部の所
要区間と先端部の所要区間とにそれぞれ、相対するフラ
ンジ間を連結する補強鋼板をフランジ両側面に取り付け
ており、頭部において弱軸回りの強度を向上させ、か
つ、先端部において先端閉塞効果により鉛直支持力を向
上させることができる。

【００１３】請求項４の発明は、ソイルセメント工法で
施工するＨ形鋼杭を対象として、Ｈ形鋼先端部とソイル
セメントとの付着強度を高めて両者を一体化させ鉛直支
持力を向上させる目的で、先端部に多数の突起を設けた
Ｈ形鋼杭である。この突起は、Ｈ形鋼杭本体に設けても
よいし、請求項２または３の補強鋼板にも設けてもよ
い。先端部の補強鋼板と併用すれば、一体化がさらに確
実となる。請求項５の発明は、ソイルセメント工法に適
用するＨ形鋼杭に関するものであり、請求項１、２、３
または４のＨ形鋼杭を地盤中に造成したソイルセメント
柱体内に埋設する。

【００１４】また、請求項６の発明は、Ｈ形鋼杭をソイ
ルセメント工法に適用した場合の施工方法に関するもの
であり、地盤中にソイルセメント柱体を造成し、未硬化
の状態にある前記ソイルセメント柱体内に請求項１、
２、３または４のＨ形鋼杭を建込んだ後、前記ソイルセ
メント柱体を硬化させる。

【００１５】これら請求項５および６の発明によれば、
ソイルセメント柱体内に建て込まれたＨ形鋼杭にお
いて、頭部の補強鋼板により、頭部における弱軸回りの
強度が向上し、 Ｈ形鋼杭の先端部の補強鋼板による
閉塞効果で鉛直支持力が向上し、 先端部に補強鋼板
を設けない場合、Ｈ形鋼杭の先端部は開断面であるた
め、未硬化のソイルセメント柱体内に建て込む際、ソイ
ルセメントが杭先端部に詰まることがなく、また先端部
に補強鋼板を設ける場合、先端部は閉断面となるものの
杭体の大部分が開断面であるため、ソイルセメントが詰
まりにくく、鋼管杭等と比べて孔外に排除されるソイル
セメントの量が大幅に軽減され、 さらに、杭先端部
のソイルセメント強度を上げる場合でも、Ｈ形鋼杭先端
部のウェブやフランジ面は確実に高強度ソイルセメント
に接することとなり、確実な鉛直支持力が期待でき、
Ｈ形鋼杭先端部を補強鋼板で閉断面とした上で、付着
力を向上させるために突起を設けることにより、ソイル
セメントと杭先端部の一体化が確実になり、更なる鉛直
支持力の向上が期待できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施の形
態に基づいて説明する。図１は本発明のＨ形鋼杭の頭部
に補強鋼板を設けた例を示し、図２は本発明のＨ形鋼杭
の頭部および先端部に補強鋼板を設けた例を示す。図３
は本発明の頭部に補強鋼板を設け、先端部に突起を設け
たＨ形鋼杭をソイルセメント工法に適用した例を示す。
図４、図５は本発明のＨ形鋼杭の先端部に設けた突起の
例を示す。図６は本発明のＨ形鋼杭を用いたソイルセメ
ント工法の例を示す。

【００１７】図１において、Ｈ形鋼杭１の頭部に、相対
する平行フランジ２、２間を連結する補強鋼板６がフラ
ンジ２の両側面に溶接されている。即ち、補強鋼板６は
その幅をＨ形鋼高さより若干小さくし、その両端部をそ
れぞれフランジ２、２の端面に隅肉溶接で固定する。ウ
ェブ３から距離をおいてウェブ３と平行に２枚の補強鋼
板６が配設されることで、ウェブ３の材軸（弱軸）４に
関する断面２次モーメントが増加し、弱軸４回りのモー
メントに対する耐力が増加する。種々の寸法のフランジ
幅に対して補強鋼板６の横断面積を変えることで、弱軸
４に関する断面２次モーメントを任意に設定することが
でき、例えば強軸５に関する断面２次モーメントあるい
は断面係数と等しくすることで、モーメント耐力に対す
る方向性の無いＨ形鋼杭１を得ることができる。

【００１８】頭部の補強長さ、即ち補強鋼板６の長さ
は、杭に発生するモーメントの分布からＨ断面のみでは
耐力が不足する範囲を求め、それに若干の余裕を見込ん
で決めればよいが、簡便な方法として、杭頭の回転が拘
束されている条件で、モーメントが零になる地表面から
の深さＬｏまでとしても良い。この場合、Ｌｏは下式に
より求まる。 Ｌｏ＝π／（４β） ここで、π：円周率、β：杭の
特性値、である。

【００１９】別な方法として、土木構造物用基礎の鋼管
杭で、板厚を変化させる場合に用いられる断面変化位置
の考え方を準用し、地中部の曲げモーメントの値が、最
大曲げモーメントの１／２となる深さまでとしても良
い。

【００２０】このＨ形鋼杭１を通常のＨ形鋼杭と同様に
打撃工法で地盤中に打ち込むことにより、弱軸方向（弱
軸４に直交する方向）に作用する地震力に対しても十分
な耐力を有する杭とすることができる。その際、図２に
示すようにＨ形鋼杭１の先端部において、頭部と同様
に、相対する平行フランジ２、２間を連結する補強鋼板
６をフランジ２の両側面に取り付け、先端部を閉断面と
することにより確実な先端閉塞が期待でき、鉛直支持力
の向上が期待できる。十分な先端閉塞向上効果を期待す
るため、先端部の補強鋼板６には、補強鋼板６の幅程度
以上の取り付け長さが必要である。

【００２１】一方、打撃工法は大きな振動や騒音が発生
するため、都市部等では施工困難である。そのような場
合には、ソイルセメント工法が用いられる。図３は、本
発明のＨ形鋼杭１をソイルセメント工法に用いる場合の
１例を示すもので、Ｈ形鋼杭１はソイルセメント柱体１
０中に埋め込まれている。ここで、杭先端部付近のソイ
ルセメント柱体１１は、他の部分よりセメント量を増や
すことにより強度を高めている。

【００２２】また、Ｈ形鋼杭先端部のウェブおよびフラ
ンジ表面には丸鋼１２を水平方向に溶接することにより
突起を設け、付着力を高めてＨ形鋼杭１と高強度ソイル
セメント柱体１１を一体化し、鉛直支持力を向上させて
いる。この例におけるＨ形鋼杭先端部の詳細を図４に示
す。先端部に溶接する丸鋼１２は、鉄筋コンクリート用
の異形棒鋼でもよい。この場合、棒鋼の表面に付着力を
向上させるための節を有するため、ソイルセメントとＨ
形鋼杭の一体化に有効である。また、圧延時にウェブや
フランジに突起を設けたＨ形鋼を用いてもよい。

【００２３】さらに、図５に示すように、Ｈ形鋼杭の先
端部において、相対する平行フランジ２、２間を連結す
る補強鋼板６をフランジ２の両側面に取り付け、先端部
を閉断面とし、さらにフランジ２、ウェブ３、補強鋼板
６の表面に丸鋼１２を溶接して突起を設けることによ
り、ソイルセメントとの付着面積が増加することに加え
て、先端部が閉断面となり、内部のソイルセメントへの
拘束効果によりＨ形鋼杭の付着強度が大幅に向上し、突
起を設ける部分の長さが小さくても、大きな鉛直支持力
が期待できる。補強鋼板６には、縞鋼板等の圧延時に表
面に突起を設けた鋼板を用いても良い。この場合、補強
鋼板６に丸鋼等を溶接して突起を設ける必要がなくな
る。

【００２４】図６に、本発明によるＨ形鋼１をソイルセ
メント工法で施工する場合の施工手順例を示す。まず、
オーガー２１で地盤２０を削孔しながらセメントミルク
を地盤中に注入し、セメントミルクと孔内の土砂とを攪
拌翼２２で強制攪拌してソイルセメント柱体１０を造成
する。この際、鉛直支持力を高めるため、杭先端部付近
のソイルセメント柱体１１には、セメント含有量の大き
いセメントミルクを注入して強度を高める場合が多い。
ソイルセメント柱体が所定の深度まで造成されると、オ
ーガー２１を抜き出し、未硬化のソイルセメント柱体１
０内にＨ形鋼杭１を建て込む。この際、ソイルセメント
柱体造成時の攪拌程度等によっては、Ｈ形鋼杭１の自重
のみではソイルセメント柱体１０内への杭体の建て込み
が困難な場合がある。この際には、油圧等により杭体に
鉛直力を加えて圧入する方法が考えられる。Ｈ形鋼杭の
建て込みの後、ソイルセメント柱体の硬化をまって杭体
が完成する。

【００２５】

【発明の効果】(1) 低廉なＨ形鋼を用い、この頭部の所
要区間に補強鋼板を取り付けるため、水平荷重作用方向
に対する耐力の差が少ないＨ形鋼杭を得ることができ、
経済的な杭が可能になる。 (2) Ｈ形鋼杭の先端部に補強鋼板を取り付けるため、開
断面を有するＨ形鋼杭にもかかわらず、閉断面を有する
鋼管杭等と同様の先端閉塞効果と鉛直支持力が期待でき
る。 (3) ソイルセメント工法により施工する際、開断面を有
するＨ形鋼杭であるため、孔外へあふれ出すソイルセメ
ント量が少なく、排土量が少ないため、排土処理費が大
幅に低減される。 (4) ソイルセメント工法において、杭先端部のソイルセ
メント強度を上げる場合、開断面を有するＨ形鋼杭の先
端部が確実に高強度ソイルセメント中に固定され、確実
な鉛直支持力が得られる。 (5) Ｈ形鋼杭の先端部に設けた補強鋼板により閉断面を
構成し、さらに先端部の杭本体あるいは補強鋼板に設け
た突起により付着力を向上させることで、鉛直支持力を
さらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＨ形鋼杭の頭部に補強鋼板を設けた例
であり、(a) は正面図、(b) は頭部の横断面図、(c) は
中間部の横断面図である。

【図２】本発明のＨ形鋼杭の頭部および先端部に補強鋼
板を設けた例であり、(a) は正面図、(b) は頭部および
先端部の横断面図、(c) は中間部の横断面図である。

【図３】本発明の頭部に補強鋼板を設け、先端部に突起
を設けたＨ形鋼杭をソイルセメント工法に適用した例を
示す断面図である。

【図４】本発明の突起を設けたＨ形鋼杭の先端部の例を
示す縦断面図である。

【図５】本発明の突起を設けたＨ形鋼杭の先端部の他の
例を示す縦断面図である。

【図６】本発明のＨ形鋼杭を用いたソイルセメント工法
の例を施工順に示す縦断面図である。

【図７】従来一般のＨ形鋼杭を示す横断面図である。

【図８】従来における鋼管杭を用いたソイルセメント工
法の例を施工順に示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…Ｈ形鋼杭 ２…Ｈ形鋼杭のフランジ ３…Ｈ形鋼杭のウェブ ４…Ｈ形鋼の弱軸 ５…Ｈ形鋼の強軸 ６…補強鋼板 １０…ソイルセメント柱体 １１…先端部ソイルセメント柱体 １２…丸鋼 ２０…地盤 ２１…オーガー ２２…攪拌翼 ３０…鋼管杭

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頭部の所要区間について、相対するフラ
   ンジ間を連結する補強鋼板をフランジの両側面に取り付
   けたことを特徴とするＨ形鋼杭。
2. 【請求項２】 先端部の所要区間について、相対するフ
   ランジ間を連結する補強鋼板をフランジの両側面に取り
   付けたことを特徴とするＨ形鋼杭。
3. 【請求項３】 頭部および先端部のそれぞれの所要区間
   について、相対するフランジ間を連結する補強鋼板をフ
   ランジの両側面に取り付けたことを特徴とするＨ形鋼
   杭。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３に記載のＨ形鋼杭
   の先端部の表面に多数の突起を設けたことを特徴とする
   Ｈ形鋼杭。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３または４に記載のＨ形
   鋼杭を地盤中に造成したソイルセメント柱体内に埋設し
   てなることを特徴とするＨ形鋼杭。
6. 【請求項６】 地盤中にソイルセメント柱体を造成し、
   未硬化の状態にある前記ソイルセメント柱体内に請求項
   １、２、３または４に記載のＨ形鋼杭を建込んだ後、前
   記ソイルセメント柱体を硬化させることを特徴とするＨ
   形鋼杭の施工方法。