特許 5981412 杭頭部の構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5981412

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】杭頭部の構造

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/48 20060101AFI20160818BHJP

   E02D 5/56 20060101ALI20160818BHJP

   E02D 27/12 20060101ALI20160818BHJP

   E02D 27/32 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   E02D5/48

   E02D5/56ETD

   E02D27/12 Z

   E02D27/32 Z

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-255614(P2013-255614)

(22)【出願日】2013年12月11日

(65)【公開番号】特開2015-113619(P2015-113619A)

(43)【公開日】2015年6月22日

【審査請求日】2015年7月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591205536

【氏名又は名称】ＪＦＥシビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100127845

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 壽彦

(72)【発明者】

【氏名】坂本 義仁

(72)【発明者】

【氏名】安田 博和

【審査官】 富山 博喜

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２０５１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２０１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０２７５５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−０６４３０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ５／４８ − ５／５６

Ｅ０２Ｄ ２７／１２

Ｅ０２Ｄ ２７／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

杭の地表から所定の深さまでの範囲について、前記杭の外径よりも幅広の板状体を、前記杭の外周面に該板状体の面を当接又は近接させた状態で前記杭の軸方向に沿わせ、かつ、水平力が除荷され、または逆方向の水平力が作用した場合において、杭と離間自在に配置してなることを特徴とする杭頭部の構造。

【請求項2】

前記杭が回転貫入杭であって、前記板状体を、前記杭の回転貫入施工によって乱された土壌の範囲内に配置してなることを特徴とする請求項１記載の杭頭部の構造。

【請求項3】

前記杭が回転貫入杭であって、前記板状体の幅を、回転貫入杭の翼の外径D、杭径ｄとしたとき、D×（1-（2d/D）²）^0.5としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の杭頭部の構造。

【請求項4】

杭を２本以上一組として、前記杭の上部を連結部材で直線状に連結してなり、かつ前記連結部材の軸線方向に正負の水平荷重が作用する場合であって、
前記２本以上の杭から選ばれた２本の杭を第１の杭と第２の杭としたときに、第１の杭に対して板状体を、その幅方向が前記連結部材の軸線に直交するように配置すると共に、前記第１の杭及び／又は第２の杭における前記第１の杭に配置した板状体の位置と反対側に板状体を配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の杭頭部の構造。

【請求項5】

杭を２本以上一組として、連結部材で直線状に連結してなり、かつ前記連結部材の軸線
方向に直交する方向に正負の水平荷重が作用する場合であって、
各杭に対して板状体をその幅方向が前記連結部材の軸方向と平行になるように配置し、
かつ前記連結部材の軸方向中心に対して対称位置にある杭に配置する板状体の設置状況が同じになるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の杭頭部の構造。

【請求項6】

両端に配置された杭に設置される板状体について、その数を他の杭に配置される板状体の数よりも少なくするか、または、その面積が他の杭に配置される板状体の面積よりも小さくなるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の杭頭部の構造。

【請求項7】

前記杭によって支持される構造物がパネル状の構造物であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の杭頭部の構造。

【請求項8】

前記杭によって支持される構造物が太陽光発電パネルであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の杭頭部の構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、杭頭部の構造に関し、特に、軟弱地盤で水平抵抗を必要とする構造物の杭頭部の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

昨今、太陽光発電パネル用架台にも、杭基礎工法が採用されている。この場合、上部構造が軽量なため、小径で長さが数メートル規模の杭が多く採用されている。また、供用期間終了後に撤去を容易にするために、回転貫入鋼管杭が多く用いられている。

【0003】

通常、杭は支持層まで到達させて使用するが、太陽光発電パネル用架台に用いる杭は、必ずしも支持層に到達していない実態がある。このような短い杭では、水平力に対して、杭全体が回転するような挙動を示し、この挙動は、特に軟弱地盤で顕著である。
短い杭の水平抵抗は、地表付近の地盤特性に大きく依存するため、特許文献１に示されるように、鋼管杭の支持具を鋼管杭の地表面近傍に設けて水平抵抗を増大させるようにした発明がある。

【0004】

特許文献１に開示された鋼管杭の支持具は、鋼管杭の軸方向所定位置に嵌合掛止し、鋼管杭に水平抵抗力を付与する、鋼管杭の支持具であって、杭嵌合部材と、該杭嵌合部材の外側に配置した抵抗部材と、を具備し、前記杭嵌合部材の外周面に、連結材を立設し、該連結材を介して、前記杭嵌合部材と前記抵抗部材とを結合したことを特徴とするものである（特許文献１の請求項１参照）。

【0005】

鋼管杭の支持具は、鋼管杭を途中で打ちとめた状態で鋼管杭の頭部に杭嵌合部材を嵌合させ、その後固定手段によって、鋼管杭と一体化させた後、再度鋼管杭の施工を継続するものである。鋼管杭の支持具の外径は、杭先端の拡底部の径よりも大きくして、杭施工によって乱されていない地盤に配置される。そのため、特許文献１においては、連結部材を傾斜させて回転貫入が容易になるように工夫する点について開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−２８４８７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述したように、特許文献１に開示された鋼管杭の支持具は、鋼管杭を一旦打ちとめて、所定の位置に杭嵌合部材を掛止し、該杭嵌合部材を鋼管杭と一体に固定し、杭施工を再開するものである。
そのため、あらかじめ、杭の所定の位置に、嵌合部材を省略して接続部材を介して抵抗部材を一体的に形成した杭と比較すると、明らかに工数が増加しており、高コストである。
また、杭を一旦打ちとめて、杭嵌合部材を一体化して施工を再開する場合、その後、地中に大きな岩石など障害物が存在した場合には、それ以上の杭の打ち込みが困難となるため、鋼管杭の支持具を所定の位置に配置できなくなる危険がある。
鋼管杭を太陽光発電パネル用架台に用いた場合、太陽光発電用架台は軽量なため、地震による水平力は支配的でなく、傾斜方向に平行な方向に作用する風荷重の検討が重要である。よって、杭に付与する水平抵抗は必ずしも全周方向で大きくする必要はない。太陽光発電用架台に作用する風荷重は正負方向（吹き上げ、吹き下ろし方向）で作用応力が異なるが、このような場合には、片側に変位が累積しないように、水平方向変位を正負同じレベルになるように調整できることが望ましい。しかしながら、特許文献１の鋼管杭の支持具は全周方向で抵抗力が同じであり、このような調整をすることができない。

【0008】

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、杭の正負方向の水平力に対して、作用応力に応じた水平抵抗力を、低コストで容易に得ることができる杭頭部の構造を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

例えば、太陽光発電パネルのような軽量な構造物を杭によって支持する場合、前述のように、構造物が軽量であるため杭に作用する水平力は、地震によるものよりも、太陽光発電パネルの傾斜方向に平行な方向に作用する風荷重によるものが支配的となる場合が多く、これについての検討が重要である。
よって、風荷重による水平力に抵抗するために杭に付与する水平抵抗は、必ずしも全周方向には必要なく、また正負方向で等しくなる必要もない。その一方で、太陽光発電パネルに作用する風荷重のように、正負方向で作用応力が異なる場合には、変位が片側に累積しないように、水平方向変位を同じレベルになるように調整できることが望ましい。
本発明はこのような点を検討及び考慮してなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

【0010】

（１）本発明に係る杭頭部の構造は、杭の地表から所定の深さまでの範囲について、前記杭の外径よりも幅広の板状体を、前記杭の外周面に該板状体の面を当接又は近接させた状態で前記杭の軸方向に沿わせ、かつ、水平力が除荷され、または逆方向の水平力が作用した場合において、杭と離間自在に配置してなることを特徴とするものである。

【0011】

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記杭が回転貫入杭であって、前記板状体を、前記杭の回転貫入施工によって乱された土壌の範囲内に配置してなることを特徴とするものである。

【0012】

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記杭が回転貫入杭であって、前記板状体の幅を、回転貫入杭の翼の外径D、杭径ｄとしたとき、D×（1-（2d/D）²）^0.5としたことを特徴とするものである。

【0013】

（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、杭を２本以上一組として、前記杭の上部を連結部材で直線状に連結してなり、かつ前記連結部材の軸線方向に正負の水平荷重が作用する場合であって、
前記２本以上の杭から選ばれた２本の杭を第１の杭と第２の杭としたときに、第１の杭に対して板状体を、その幅方向が前記連結部材の軸線に直交するように配置すると共に、前記第１の杭及び／又は第２の杭における前記第１の杭に配置した板状体の位置と反対側に板状体を配置したことを特徴とするものである。

【0014】

（５）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、杭を２本以上一組として、連結部材で直線状に連結してなり、かつ前記連結部材の軸線方向に直交する方向に正負の水平荷重が作用する場合であって、
各杭に対して板状体をその幅方向が前記連結部材の軸方向と平行になるように配置し、かつ前記連結部材の軸方向中心に対して対称位置にある杭に配置する板状体の設置状況が同じになるようにしたことを特徴とするものである。

【0015】

（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、両端に配置された杭に設置される板状体について、その数を他の杭に配置される板状体の数よりも少なくするか、または、その面積が他の杭に配置される板状体の面積よりも小さくなるようにしたことを特徴とするものである。

【0016】

（７）また、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のものにおいて、前記杭によって支持される構造物がパネル状の構造物であることを特徴とするものである。

【0017】

（８）また、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のものにおいて、前記杭によって支持される構造物が太陽光発電パネルであることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0018】

本発明においては、杭の地表から所定の深さまでの範囲について、前記杭の外径よりも幅広の板状体を、前記杭の外周面に当接又は近接させた状態で前記杭の軸方向に沿わせて打設したことにより、杭に作用する水平荷重に応じた水平抵抗力を、低コストで容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施の形態１における杭と板状体の設置状況を示す垂直断面図である。

【図2】図１に示した杭と板状体の設置状況を示す水平断面図である。

【図3】実施の形態２における杭上部を連結した状態での杭と板状体の設置状況を示す垂直断面図である。

【図4】図３に示した杭と板状体の設置状況を示す水平断面図である。

【図5】実施の形態２における板状体の設置の他の態様の説明図である（その１）。

【図6】実施の形態２における板状体の設置の他の態様の説明図である（その２）。

【図7】実施の形態２における板状体の設置の他の態様の説明図である（その３）。

【図8】実施の形態２における板状体の設置の他の態様の説明図である（その４）。

【図9】実施の形態３における水平荷重方向と直交方向に杭上部を連結した場合の杭と板状体の設置状況を示す垂直断面図である。

【図10】図９における杭と板状体の設置状況を示す水平断面図である。

【図11】実施の形態３の他の態様の説明図であって、杭と板状体の設置状況を示す垂直断面図である。

【図12】図１１における杭と板状体の設置状況を示す水平断面図である。

【図13】実施の形態３のさらに他の態様の説明図であって、杭と板状体の設置状況を示す垂直断面図である。

【図14】図１３における杭と板状体の設置状況を示す水平断面図である。

【図15】実施例に示した土層による水平載荷試験（以下、土層試験）の試験結果を示すグラフである（その１）。

【図16】実施例に示した土層試験の試験結果を示すグラフである（その２）。

【発明を実施するための形態】

【0020】

[実施の形態１]
本発明の一実施の形態に係る杭頭部の構造は、図１に示すように、杭１の地表３から所定の深さまでの範囲について、杭１の外径よりも幅広の板状体５を、杭１の外周面に当接又は近接させた状態で杭１の軸方向に沿わせて打設したことを特徴とするものである。
以下、詳細に説明する。

【0021】

＜杭＞
杭１の種類は特に限定されないが、例えば図１に示すように先端に先端翼７を有する回転貫入杭が望ましい。回転貫入杭は、地盤に回転貫入方式によって施工され、その際には、先端翼７の外径の範囲の土が乱されて、上部から貫入容易な土壌かく乱部９を形成する。
先端翼７の形態は特に限定されず、例えば平板翼、螺旋翼など任意の形態でよい。また、先端翼７の外径は規定しないが、杭径の２倍以上が望ましく、より望ましくは３倍以上である。このようにすることで、先端支持力を確保できるからである。

【0022】

＜板状体＞
板状体５は、図２に示すように、杭１の外径よりも幅広の鋼板によって形成されている。そして、板状体５は、図２に示すように、杭１の水平力が作用する方向（実線の矢印の方向）と直交方向に、その幅方向の中心を杭芯と略一致させて配置され、かつ、図１に示すように、杭１の外周面に当接又は近接させた状態で杭１の軸方向に沿わせて打設されている。
杭１に対して板状体５をどの位置に配置するかについては、杭１に最大の水平力が作用したときに杭頭が傾斜してくる方向とするが、逆方向（図１の破線の矢印の方向）に作用する水平力にも抵抗するために、図１、図２において破線で示した板状体５のように、実線で示した板状体５が設置されたのと反対側にも設置するのが望ましい。その際、作用応力の大きさに応じて、幅や長さを調整して小さくしても良い。

【0023】

板状体５の寸法の詳細は限定されないが、深さ方向の長さが長いほど、幅が広いほど、板厚が厚いほど水平抵抗を大きくすることができる。
板状体５の幅については、鋼材のヤング係数をＥ、杭鋼管部の断面二次モーメントをＩ、杭外径をｄ、地盤反力係数をkhとすると、（4EI/（kh・d））^0.25で与えられる換算載荷幅を目安とすればよい。

【0024】

なお、杭１を回転貫入杭とした場合には、杭１の施工直後は土壌かく乱部９の貫入抵抗が小さいため、板状体５の幅を土壌かく乱部９の範囲にすることで、板状体５の施工がより容易となる。施工性を高めたまま水平抵抗を最大にするには、板状体５の幅を、杭１に板状体５を当接させときにその幅が土壌かく乱部９の範囲と略一致するようにすればよい。具体的には、板状体５の幅Wを、回転貫入杭の翼の外径をD、杭径をｄとしたとき、W=D×（1-（2d/D）²）^0.5内外とするとよい。

【0025】

なお、板状体５には、杭１の回転貫入施工時の応力が作用しないため、板状体５の施工は、杭１の回転貫入施工途中でもよいし、杭１の回転貫入施工完了後でもよい。

【0026】

上記のように構成された杭頭部の構造において、杭１に水平力が作用すると、杭１から板状体５に支圧力が作用し、板状体５が周囲地盤に応力を伝達して、杭１の水平抵抗が増加し、杭の転倒を防止する。
板状体５は杭１に固定されていないので、杭１および板状体５の施工終了後に、杭頭位置の微調整のため、再度杭１を回転させたとしても、その回転応力は板状体５に伝達されず、所定の位置を保持することができる。

【0027】

杭１を施工した直後は、土壌かく乱部９は乱された状態になっているが、周囲の土圧によって元の状態に復帰する。また、水平力が作用して杭１と板状体５の間に空隙が形成されても土圧によって自動的に初期の接触状態まで復帰する。もっとも、杭１と板状体５は剛性が高いので、杭１と板状体５の離間部に楔を入れることによって早期に水平抵抗を回復することもできる。

【0028】

図１において破線で示した位置にも板状体５を配置した場合において、実線の矢印の方向から水平力が作用すると、板状体５（破線）は杭１に追従せず、そのままの位置に留まるので、杭１と板状体５（破線）は離間し、板状体５（破線）は土壌かく乱部９の内部が大きく乱されるのを防ぐという作用も発揮する。

【0029】

[実施の形態２]
実施の形態１においては、杭１が１本の場合について説明したが、本実施の形態２は、複数の本の杭１の杭頭部を、主となる水平力が作用する方向に連結部材１１によって連結した場合の杭頭部の構造である。
本実施の形態に係る杭頭部の構造は、図３、図４に示すように、第１の杭１ａと第２の杭１ｂの２本の杭を一組として、各杭の上部を連結部材１１で直線状に連結してなり、かつ連結部材１１の軸線方向に正負方向（矢印Ａ，Ｂ）の水平荷重が作用する場合であって、第１の杭１ａに対して板状体５を、その幅方向が連結部材１１の軸線に直交するように配置すると共に、第１の杭１ａにおける板状体５を配置した側と反対側に板状体５を配置したものである。
なお、杭の構造や板状体５の構成に関しては実施の形態１と同様であり、図３、４において、図１，２と同一部分には同一の符号を付してある。

【0030】

上記のように構成した本実施の形態においては、図３の矢印Ａの方向の水平力が作用した場合には、図中右側にある板状体５が抵抗し、矢印Ｂの方向の水平力が作用した場合には、図中左側にある板状体５が抵抗する。
このように、連結部材１１の軸線方向であって第１の杭１ａの杭芯を挟む両側に板状体５を配置することで、正負の水平荷重が作用した場合に板状体５が配置された杭の転倒を防止し、これによって構造体全体が傾斜するのを防止できる。

【0031】

図３、４に示した例では、連結部材１１の軸線方向であって第１の杭１ａの杭芯を挟む両側に板状体５を配置したものであったが、板状体５の配置はこれに限られるものではなく、種々の態様を取り得るので、この点について以下説明する。
図５に示す例は、第１の杭１ａにおける第２の杭１ｂから遠い側に１枚の板状体５を設置し、第２の杭１ｂにおける第１の杭１ａにおいて板状体５を設置した側の反対側に板状体５を設置したものである。
この場合、矢印Ａの方向の水平力に対しては、第２の杭１ｂに設置した板状体５が抵抗し、矢印Ｂの方向の水平力に対しては、第１の杭１ａに設置した板状体５が抵抗する。

【0032】

図６に示す例は、第１の杭１ａにおける第２の杭１ｂに近い側に１枚の板状体５を設置し、第２の杭１ｂにおける第１の杭１ａにおいて板状体５を設置した側の反対側に板状体５を設置したものである。
この場合、矢印Ａの方向の水平力に対しては、第１の杭１ａに設置した板状体５が抵抗し、矢印Ｂの方向の水平力に対しては、第２の杭１ｂに設置した板状体５が抵抗する。

【0033】

図３〜図６の例では、２本一組の杭に対して２枚の板状体５を設置する例であったが、本発明はこれに限られるものではなく、図７、図８に示すように、第１の杭１ａの両側に板状体５を設置することに加えて、第２の杭１ｂの片側に板状体５を設置するようにしてもよい。
さらに、第１の杭１ａと第２の杭１ｂの両方に、連結部材１１の軸線方向に沿って両側に板状体５を設置するようにしてもよい。

【0034】

上記の説明では、連結部材１１によって上部を連結される杭が２本の場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、杭が３本以上の複数本を一組とする場合にも適用できる。この場合における板状体５の設置の態様は、３本以上の杭から選択された２本の杭について、上述した図３〜図８に示した態様で板状体５を設置するようすればよい。この場合には、選択された２本の杭以外の杭について板状体５を設置するようにしてもよいことは言うまでもない。

【0035】

なお、本実施の形態の杭頭部の構造を太陽光発電パネル用架台の杭として用いる場合には、太陽光発電パネルは傾斜させて設置されるため、傾斜方向の風荷重が大きくなることから、連結部材１１の軸方向が太陽光発電パネルの傾斜方向と同じ方向になるようにすればよい。さらに、正負方向で作用する風荷重の大きさが異なることを勘案して、板状体５の大きさを変えても良い。

【0036】

[実施の形態３]
実施の形態２においては、複数本の杭の上部を主となる水平力の方向に連結したものであったが、本実施の形態３は、複数本の杭の上部を主となる水平力に直交する方向に連結したものである。
具体的には、図９、図１０に示すように、第１の杭１ａと第２の杭１ｂを２本一組として、第１の杭１ａと第２の杭１ｂの上部を連結部材１１で直線状に連結してなり、かつ連結部材１１の軸線方向に直交する方向に正負の水平荷重が作用する場合であって、第１の杭１ａと第２の杭１ｂに対して板状体５をその幅方向が連結部材１１の軸方向と平行になるように配置し、かつ連結部材１１の軸方向中心に対して対称位置にある杭（両端の杭）に配置する板状体５の設置状況が同じになるようにしたものである。
両端にある第１の杭１ａと第２の杭１ｂに配置する板状体５の設置状況が同じになるとは、杭に対する板状体５の配置関係（配置の位置や数）が同じであり、かつ板状体５の面積が同じであることをいう。
杭や板状体５の構成に関しては実施の形態１と同様である。

【0037】

連結部材１１の両端の杭（第１の杭１ａ、第２の杭１ｂ）に設置した板状体５の設置状態が同じになるようにしているのは、水平荷重が作用した際に、第１の杭１ａと第２の杭１ｂでの水平荷重に対する抵抗力が同じになるようにするためである。

【0038】

上記のように構成された本実施の形態においては、矢印Ａの方向の水平荷重が作用した場合には、図１０における上側にある板状体５が抵抗し、矢印Ｂの方向の水平荷重が作用した場合には図１０における下側にある板状体５が抵抗する。
第１の杭１ａと第２の杭１ｂにおける板状体５の設置状況が同じであるので、水平荷重が作用した場合にバランスが崩れることがない。

【0039】

図９、図１０に示した例では、杭を２本一組とした場合であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、３本以上の杭を一組として連結部材１１で連結する場合にも適用できる。
図１１、図１２に示す例は、５本の杭を連結部材１１で連結した場合であり、両端の杭が第１の杭１ａ、第２の杭１ｂであり、それ以外の杭を第３の杭１ｃとしている。
この例では、全ての杭に対して板状体５をその幅方向が連結部材１１の軸方向と平行になるように配置し、かつ各杭に対して２枚の板状体５を、杭を挟んで対向するように配置している。
両端の第１の杭１ａと第２の杭１ｂに設置した板状体５の上下長さは他の杭（第３の杭１ｃ）に設置した板状体５の長さよりも短く設定されている。
これは、構造体に水平荷重が作用した場合に、両端の杭に作用する荷重が他の杭に作用する荷重よりも小さいことを考慮したものである。この場合であっても、連結部材１１の軸方向の中心に対して対称位置にある杭に設ける板状体５の設置状況が同じである点は変わりなく、水平荷重が作用した場合において、抵抗力のバランスが崩れることはない。

【0040】

なお、両端の杭に作用する荷重が他の杭に作用する荷重よりも小さいことから、図１３、図１４に示すように、両端の杭に設置する板状体５は最も水平荷重が大きい方向の水平荷重に抵抗する側だけに配置するようにしてもよい。

【0041】

なお、本実施の形態の杭頭部の構造を太陽光発電パネル用架台の杭として用いる場合には、太陽光発電パネルは傾斜させて設置されるため、傾斜方向の風荷重が大きくなることから、連結部材１１の軸方向が太陽光発電パネルの傾斜方向と直交する方向になるようにすればよい。

【実施例】

【0042】

本発明の効果を確認するために、土層を用いた模型杭の水平載荷試験（以下、土層試験という）を行ったのでこれについて説明する。
試験に用いた土槽のサイズは、幅2500mm×奥行き1500mm×高さ1500mm（容積＝5.625m³）である。
土層の充填材は、珪砂と、山砂の２ケースとした。珪砂は、乾燥したものを用い、締め固めはしていない。山砂は、散水と締め固めを行い、珪砂よりも強固にした。
模型試験杭は、ＪＩＳ Ｇ３４４４一般構造用炭素鋼管に規定されるＳＴＫ４００、外径48.6mm×板厚2.3mm×長さ1550mmとし、以下の２種類を準備した。
（１）単管試験体：単管のままとし、特に加工はしていない。
（２）先端翼試験体：単管の先端に、単管の径の３倍（150mm）の円盤を溶接によって取付けた。円盤の厚さは6mmとした。
土層に深さ500mmまで土を充填し、試験杭を設置した。埋め込み深さは1000mmである。杭は土層製作時に埋め込みによって配置し、冶具により位置管理を行った。

【0043】

土層試験は、以下の組み合わせで実施した。
(a)珪砂（換算N値0.4）
・TP1：単管
・TP2：単管+平板水平抵抗要素配置
・TP3：先端翼
(b)山砂（換算N値0.8）
・TP1：単管
・TP2：単管+平板水平抵抗要素配置
・TP4：先端翼+平板水平抵抗要素配置
なお、平板水平抵抗要素は、実施の形態で示した板状体５に相当するもので、厚さ3mm、幅150mm、長さ300mmの鋼板を、地表部から杭に沿わせてさし込んで設置した。設置位置は、水平載荷によって、杭頭が傾斜していく側（前面）である。

【0044】

土層試験(a)の結果を図１５に、土層試験(b)の結果を図１６にそれぞれ示す。図１５、図１６において、縦軸は荷重（Ｎ）で、横軸は地表面変位y₀（mm）を示している。
珪砂を用いた土層試験(a)の場合、図１５に示すように、平板水平抵抗要素のないTP1とTP3は同じ挙動であり、水平抵抗に対して、杭先端形状が影響しないことを示している。他方、TP2は、前面に平板抵抗要素を配置することで、水平抵抗が、およそ1.5倍に上昇した。

【0045】

また、山砂を用いた土層試験(b)の場合、図１６に示すように、平板水平抵抗要素を設置したTP2、TP4は、それぞれTP1のおよそ1.5倍の水平抵抗力を示し、土層試験(a)（珪砂土層）とおなじく、杭先端形状によらず、前面に平板抵抗要素を配置することによって、水平抵抗が上昇することを実証した。

【0046】

本発明に係る杭頭部の構造の具体的な実施例を示す。
＜実施形態１の実施例１＞
鋼管径ｄ＝101.6mm、板厚4.2mm、長さ3000mmの鋼管の先端に、外径D＝300mm、板厚12mmの先端翼を取り付けて形成した杭を用いる。杭に用いる鋼管は、材料強度400Ｎ/mm²のプレめっき鋼板を用いて製造した。
杭は回転貫入工法により施工する。杭の打ちとめは、杭頭側を1000mm突出させた位置としたが、杭長、突出寸法など、全て任意に決定でき、突出していなくてもよい。説明の便宜上、杭は、X-Y座標の原点に施工するものとする。回転貫入による施工によって、先端翼の外径範囲の土壌はかく乱され、施工直後は周囲地盤よりも軟らかい状態になっている。

【0047】

想定する水平力は、風荷重を想定し、X軸上の正方向に卓越すると仮定する。これは太陽光発電パネル用架台の杭など、傾斜前方（負方向）よりも傾斜後方（正方向）からの風荷重が大きい場合、すなわち、正負方向の水平荷重が異なる場合について、その作用する水平力が大きくなる正側の水平抵抗を割増すことを目的としたものである。
幅220mm、長さ500mm、板厚4.5mmの鋼板を、その面の中心をX軸にあわせて、Y軸に平行に、杭に沿わせて差し込む。板の中心座標は、（53、0）内外である。鋼板の寸法は、任意に定めることができるが、大きく、板厚が厚いほど効果が高い。
一方で、幅は、D×（1-（2d/D）²）^0.5内外とすると、土壌かく乱部の範囲内に納めることができるので、施工性が良好である。当該鋼板は、杭と接触していることが最も望ましいが、実際は若干の隙間が生じ、杭に水平力が作用することで杭と接触する。鋼板は、杭から支圧で水平力が伝達され、地盤へと応力を伝達するので、鋼板と杭は固定していない。鋼板の幅は、杭径よりも大きいため、荷重を分散させることにより、当該部分の単位地盤反力を小さく抑え、地盤の早期塑性化を防止する。逆に言えば、地表付近の地盤反力を大きくとることができるので、当該部分の水平変位を抑制することができる。

【0048】

また、鋼板と杭を固定しないので、杭の深さ方向の相対関係や回転とは無縁となり、杭の回転貫入との並行作業や、一旦施工が完了した後に、杭の高さ調整のため、再度回転貫入、あるいは逆回転を行っても、設置した鋼板には影響がなく、位置がずれることも、周囲地盤を再度乱すこともない。
さらに、前述のように、鋼板と杭は接合されていないので、水平力が除荷され、または逆方向の水平力が作用した場合、当該鋼板と杭は離間する。時間の経過により、杭と鋼板の相対関係は自動的に初期状態まで復帰するが、鋼板と杭の離間部に楔を入れることで、早期に水平抵抗を復活させることができる。杭と鋼板を固定した場合には、水平抵抗要素となる鋼板と地盤に空隙ができるため、このように簡単な手段で早期に水平抵抗を復活させることができない。なお、ここでは鋼板を水平抵抗要素として用いたが、形鋼形状としてもよい。

【0049】

＜実施の形態１の実施例２＞
実施例１では、卓越する風荷重を想定して、一方向の水平力について対処する場合の説明をしたが、ここでは、地震力など、正負方向に繰り返し作用する水平力に対抗する場合について対処する方法として実施例２を説明する。
この場合、実施例１の形態にさらに、板の中心座標を（-53、0）として、もう一枚鋼板を追加するようにすればよい。

【0050】

＜実施の形態２の実施例３＞
ここでは、複数の杭を水平力が作用する方向に連結部材によって連結した前述の実施の形態２の実施例について説明する。ここでは説明の簡便化のため杭を２本として説明する。使用する杭、鋼板は、実施例１のものと同じ構造としたが、第一の杭の長さを2500mm、第二の杭の長さを3000mmとして、突出長は、それぞれ、500mm、1000mmである。杭頭部は、形鋼または鋼管等によるつなぎ梁によって連結され、つなぎ梁は傾斜して保持されている。
なお、ここでは、杭と杭に挟まれた側を内側、連結部材の両端部側を外側と称する。鋼板は、まず、応力が大きくなる第二の杭の内側に配置する。第一の杭と第二の杭はつなぎ梁によって連結しているので、相互に水平力の分担を決めて、それに応じて鋼板を設置すればよく、第一の杭の外側にも追加配置してよい。さらに、第二の杭の外側、または、第一の杭の内側に鋼板を追加配置して正負方向の応力に抵抗するようにしてもよい。第一の杭の内側と外側に鋼板を設置しても、第一の杭の外側と第二の杭の外側に鋼板を設置しても、あるいは全ての杭の内側と外側に設置してもよい。杭本数が３本以上となる場合は、鋼板の設置条件、すなわち、配置枚数、鋼板の寸法は、両端部と同等以下としてよい。

【0051】

＜実施の形態３の実施例４＞
ここでは、実施例１に示した複数の杭を、水平力が作用する方向と直交する方向に連結部材によって連結した実施の形態３の実施例について説明する。ここでは、連結する杭本数を5とするが、本数に制限は設けない。杭は、2500mm間隔に配置され、杭頭高さは全て基準となる地表面から1000mmの位置に統一している。つなぎ梁は、単一部材でも、例えば、2-□-60×60×1.6として、各杭の位置でこの２つの部材を相互に連結する連結材によって、平面視で梯子状に形成してもよい。鋼板は、水平力が作用する方向と直交方向に、その幅方向の中心を杭芯と略一致させて、それぞれ同一の位置関係となるように、杭壁に沿わせて地中に差し込む必要があり、少なくとも両端部の杭については、鋼板の設置面は、杭に最大の水平力が作用したときに杭頭が傾斜してくる方向、すなわち正方向を必須とするが、風荷重が作用する場合、両端部よりも中央部の応力条件が厳しくなるため、その他の杭については、鋼板の設置条件を、両端部と同等以上とする。具体的には、両端部が正方向のみに対して、その他の部分は両方向、あるいは鋼板長さを長くするなどの方法、両端部の正負方向に鋼板を設置した場合には、その他の部分の鋼板長さを長くするなどの方法がある。

【符号の説明】

【0052】

１ 杭
１ａ 第１の杭
１ｂ 第２の杭
１ｃ 第３の杭
３ 地表
５ 板状体
７ 先端翼
９ 土壌かく乱部
１１ 連結部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】