特許 6544561 地盤改良工法の設計方法

(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】6544561

(24)【登録日】2019年6月28日

(45)【発行日】2019年7月17日

(54)【発明の名称】地盤改良工法の設計方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/12 20060101AFI20190705BHJP

【ＦＩ】

   E02D27/12 Z

【請求項の数】4

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-69084(P2015-69084)

(22)【出願日】2015年3月30日

(65)【公開番号】特開2016-188510(P2016-188510A)

(43)【公開日】2016年11月4日

【審査請求日】2018年3月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】500435470

【氏名又は名称】有限会社丸高重量

(73)【特許権者】

【識別番号】509145978

【氏名又は名称】株式会社ＧＩＲ

(74)【代理人】

【識別番号】100144048

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 智弘

(74)【代理人】

【識別番号】100186679

【弁理士】

【氏名又は名称】矢田 歩

(74)【代理人】

【識別番号】100189186

【弁理士】

【氏名又は名称】大石 敏弘

(72)【発明者】

【氏名】高橋 節夫

(72)【発明者】

【氏名】神村 真

【審査官】 西田 光宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０１２５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１３２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３８４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０５４１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５９６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１３３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１５９８３９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ２７／１２

Ｅ０２Ｄ １３／０６

Ｅ０２Ｄ ２７／２８

Ｅ０２Ｄ ２７／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

建築物の直接基礎と、地中側先端に耐圧板を配置した鋼管とを用いた地盤改良工法の設計方法であって、
改良対象範囲とされた地盤を調査し、当該地盤の調査結果に基づき、当該地盤の強度を表す所定の定数を決定するステップＡと、
前記耐圧板の面積（Ａ_ｄ）の、前記建築物の直接基礎の底面積（Ａ_ｓ）に対する比で表される改良率（ａ_ｄ＝Ａ_ｄ／Ａ_ｓ）、及び前記鋼管の長さを前記地盤の調査結果に基づき仮定するステップＢと、
前記所定の定数に基づき、前記ステップＢで仮定された前記改良率（ａ_ｄ）を有する前記耐圧板及び前記鋼管の長さを有する前記鋼管を前記改良対象範囲とされた地盤に施した改良地盤の極限支持力度（ｑ_ｕ）を算出するステップＣと、
前記建築物の接地圧が前記極限支持力度（ｑ_ｕ）を安全率で除した値を表す許容支持力度（ｑ_ａ）以下であるか否かを判定するステップＤと、
前記接地圧が前記許容支持力度（ｑ_ａ）以下の場合に、前記鋼管の軸力（ｑ_ｐ）と座屈強度（σ_Ｋ）を算出するステップＥと、
前記ステップＥで得られた前記鋼管の前記軸力（ｑ_ｐ）が前記座屈強度（σ_Ｋ）以下であるか否かを判定するステップＦと、
前記軸力（ｑ_ｐ）が前記座屈強度（σ_Ｋ）以下の場合に、前記鋼管の施工位置を決定するステップＧと、を含むことを特徴とする設計方法。

【請求項2】

前記ステップＣにおいて、前記極限支持力度（ｑ_ｕ）が次式（１）で表されることを特徴とする請求項１に記載の設計方法。
ｑ_ｕ＝（１−ａ_ｄ）・ｑ_ｕｓ＋ａ_ｄ・ｑ_ｕｄ …式（１）
ここで、ｑ_ｕｓは前記直接基礎のみの極限支持力度、ｑ_ｕｄは前記直接基礎が前記鋼管の地中側先端に設置された場合の極限支持力度、ａ_ｄは前記改良率

【請求項3】

前記ステップＥが、
前記軸力（ｑ_ｐ）として前記鋼管の頭部に作用する応力（ｑ_ｐ）を算出するステップＥ１と、
前記鋼管の座屈強度（σ_Ｋ）を算出するステップＥ２と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の設計方法。

【請求項4】

前記ステップＥ１において、前記軸力（ｑ_ｐ）が前記直接基礎の支持力ｑ_ｓに対し応力分担係数μ_ｐを乗算して次式（２）で表されることを特徴とする請求項３に記載の設計方法。
ｑ_ｐ＝μ_ｐ・ｑ_ｓ …式（２）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤の支持力を改良する地盤改良工法の設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

建物を建造する際に地盤中に設けられる基礎としては、ベタ基礎やフーチング基礎などの直接基礎や、杭基礎など種々のものがある。これらは、建物の種類、地盤の状況、必要な費用などの諸条件に適したものが選択されるが、軟弱な表層土の厚みが相対的に深い箇所については、杭基礎が採用されることが多い。そして、杭基礎に用いられる杭としては鋼管やコンクリート杭があり、その設置方法としては、前者では回転圧入工法、後者では現場打設工法が用いられる例が多い。

【0003】

これらのうち、鋼管の回転圧入工法においては、施工中は回転による圧入を容易にし、施工後は地盤の支持力を高めるため、鋼管の地盤側端部にフィン（翼）を装着することが有効な手段として知られている。これは、施工中は回転モータの回転力がフィンによる推進力となること、施工後は地盤の支持力を鋼管の本体のみならずフィンが耐圧板として負担することによる。結果として、工期の短縮や杭の数を減ずることができ、コストの低減化にとって有用な手段となっている。

【0004】

しかし、昨今の経済情勢においては、金属価格の高騰から、鋼管による杭基礎に要するコストのさらなる低減化が社会的な要請となっている。このことは、去る３月１１日に発生した東日本大震災を契機として、一層拍車がかかるものと思われる。

【0005】

そこで、施工後の所定の支持力を得られる範囲内で、鋼管として可能な限り細いものを採用してコストの低減化を図ることが考えられる。しかし、回転圧入工法においては、地盤からの反力を受けるため、一定以下の径の鋼管を使用すると、地盤の状況によっては、回転モータによる回転力と地盤からの反力によりひずみを生じ、最悪の場合には、ねじ切れてしまうことがある。このような状況を解決するため、フィンと径の細い鋼管を別個に地盤中に貫入して、フィン付き鋼管とする方法が考えられる。

【0006】

ここで、例えば、特許文献１には、摩擦杭基礎と直接基礎（ベタ基礎）を組み合わせたパイルド・ラフト基礎について、パイルド・ラフト基礎における杭が分担する分担荷重の設定する方法として、摩擦杭の中心間隔ｓと直径ｄの比（ｓ／ｄ）の特性から摩擦杭の分担率α_ｐを求める方法が開示されている。

【0007】

しかしながら、特許文献１は、摩擦杭については地盤に埋め込む技術を開示しているにすぎず、細い鋼管を回転圧入したときのひずみやねじ切れは考慮されておらず、また、木造２階建てなどの一般家屋について、軟弱地盤の沈下量を抑制し、十分な支持力を安価に得られる基礎として採用する点についての検討は開示されていないという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１０−０５９６５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、建築物が建築される軟弱地盤の負担を軽減してその沈下量を抑制するための地盤改良工法であって、廉価に支持力増加の効果を確保できる地盤改良工法の設計方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した課題を解決するため、本発明は、以下の方法を提供する。
（１）直接基礎と、地中側先端に耐圧板を配置した鋼管とを用いた地盤改良工法の設計方法であって、改良対象範囲とされた地盤を調査し、当該地盤の調査結果に基づき、当該地盤の強度を表す所定の定数を決定するステップＡと、前記耐圧板の面積（Ａ_ｄ）の、前記建築物の直接基礎の底面積（Ａ_ｓ）に対する比で表される改良率（ａ_ｄ＝Ａ_ｄ／Ａ_ｓ）、及び前記鋼管の長さを前記地盤の調査結果に基づき仮定するステップＢと、前記所定の定数に基づき、前記ステップＢで仮定された前記改良率（ａ_ｄ）を有する前記耐圧板及び前記鋼管の長さを有する前記鋼管を前記改良対象範囲とされた地盤に施した改良地盤の極限支持力度（ｑ_ｕ）を算出するステップＣと、前記建築物の接地圧が前記極限支持力度（ｑ_ｕ）を安全率で除した値を表す許容支持力度（ｑ_ｕ）以下であるか否かを判定するステップＤと、前記接地圧が前記許容支持力度（ｑ_ｕ）以下の場合に、前記鋼管の軸力（ｑ_ｐ）と座屈強度（σ_Ｋ）を算出するステップＥと、前記ステップＥで得られた前記鋼管の前記軸力（ｑ_ｐ）が前記座屈強度（σ_Ｋ）以下であるか否かを判定するステップＦと、前記軸力（ｑ_ｐ）が前記座屈強度（σ_Ｋ）以下の場合に、前記鋼管の施工位置を決定するステップＧと、を含むことを特徴とする設計方法。

【0011】

（２）前記ステップＣにおいて、前記極限支持力度（ｑ_ｕ）が次式（１）で表されることを特徴とする上記（１）に記載の設計方法。
ｑ_ｕ＝（１−ａ_ｄ）・ｑ_ｕｓ＋ａ_ｄ・ｑ_ｕｄ …式（１）
ここで、ｑ_ｕｓは前記直接基礎のみの極限支持力度、ｑ_ｕｄは前記直接基礎が前記鋼管の地中側先端に設置された場合の極限支持力度、ａ_ｄは前記改良率

【0012】

（３）前記ステップＥが、前記軸力（ｑ_ｐ）として前記鋼管の頭部に作用する応力（ｑ_ｐ）を算出するステップＥ１と、前記鋼管の座屈強度（σ_Ｋ）を算出するステップＥ２と、を含むことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の設計方法。

【0013】

（４）前記ステップＥ１において、前記軸力（ｑ_ｐ）が前記直接基礎の支持力ｑ_ｓに対し応力分担係数μ_ｐを乗算して次式（２）で表されることを特徴とする上記（３）に記載の設計方法。
ｑ_ｐ＝μ_ｐ・ｑ_ｓ …式（２）

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、建築物が建築される軟弱地盤の負担を軽減してその沈下量を抑制するための地盤改良工法であって、廉価に支持力増加の効果を確保できる地盤改良工法の設計方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】家屋が地盤の上に直接基礎によって建築された場合における地盤の支持力メカニズムを示す模式図である。

【図2】家屋が地盤の上に直接基礎に加えて鋼管及び耐圧板によって建築された場合における地盤の支持力メカニズムを示す模式図である。

【図3】本実施形態であって鋼管及び耐圧板が複数設けられている例を示す拡大模式図である。

【図4】本実施形態に係る地盤改良工法の設計方法を示すフローチャートである。

【図5】地盤が不同沈下して家屋が傾いた状態を示す説明図である。

【図6】（ａ）ないし（ｃ）は、直接基礎の種類に応じて鋼管及び耐圧板を複数配置した状態をそれぞれ示す平面図である。

【図7】本実施形態に係る地盤改良工法の設計方法のうち鋼管の座屈を検討する手順を示すフローチャートである。

【図8】本実施形態による改良地盤に作用する応力を示す模式図であって、（ａ）は応力ｑ_ｐを検討するにあたって改良地盤Ｇ’を模式的に示す図、（ｂ）は（ａ）をモデル化して示す図である。

【図9】本実施形態に係る地盤改良工法の施工手順を示すフローチャートである。

【図10】耐圧板及び鋼管の第一の態様を示す正面図であって、（ａ）はフック機構が第１のフィンの表面下部に設けられている第一例を、（ｂ）はフック機構がケーシング本体の内部から外部へ延在して設けられている第二例を示す。

【図11】耐圧板及び鋼管の第一の態様の先端を示す拡大斜視図であって、（ａ）及び（ｃ）は第一例及び第二例のフック機構が解除される前の状態、（ｂ）及び（ｄ）は第一例及び第二例のフック機構が解除された後の状態を示す。

【図12】耐圧板及び鋼管の第一の態様についてそれらを設置する方法を示す断面図であって、（ａ）は回転圧入した状態を、（ｂ）は逆回転させて引き抜いている状態を示す。

【図13】耐圧板及び鋼管の第二の態様を示す正面図である。

【図14】耐圧板及び鋼管の第三の態様についてそれらを設置する方法を示す概念図であって、（ａ）は掘削中の状態を、（ｂ）は逆回転させて引き抜いている状態を示す。

【図15】耐圧板及び鋼管の第三の態様に係る耐圧板の斜視図である。

【図16】耐圧板及び鋼管の第四の態様に係る耐圧板の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜実施形態＞
＜＜地盤改良工法＞＞
以下、図面を用いて、本発明に係る実施形態を説明するが、実施形態の説明の前に、図１及び２を参照して地盤の支持力メカニズムと本発明の基本的な概念について説明する。図１は、例えば木造２階建ての家屋１０が地盤Ｇの上に直接基礎１１によって建築された場合における地盤の支持力メカニズムを模式的に表している。地盤Ｇは、典型的な例として、表土Ｇ_０、第１の軟弱地盤Ｇ_１、第２の軟弱地盤Ｇ_２及び良質地盤Ｇ_３から構成されている例を示している。家屋１０は、表土Ｇ１を剥いで第１の軟弱地盤Ｇ_１上に設けられた直接基礎１１に建築されている。図２に示す深さＤ_ｆは耐圧板１３を配置する地表面からの深度を示している。

【0017】

建築基準法では、基礎底面深度から−２ｍまでの区間（図１のＧ_１）に、スウェーデン式サウンディング（ＳＷＳ）試験結果でＷ_ｓｗが１ｋＮ以下の地層がある場合、また、基礎底面深度から−２ｍから−５ｍまでの区間（図１のＧ_２）に、ＳＷＳ試験結果でＷ_ｓｗが０．５ｋＮ以下の地層がある場合、建物の荷重によって生じる地盤沈下によって建物に障害が生じないことを確認しなければならないとされている。このため、上記条件に合致する敷地や、検討の結果、建物に有害な影響を与える沈下が生じると予測された場合、本発明などの地盤の補強工法の適用を検討することになる。

【0018】

一方、地盤支持力は、（ア）地盤の粘着力に由来するもの、（イ）基礎の大きさに由来するもの、（ウ）基礎の根入れ深さに由来するものの３つに分けることができる。もし基礎底面を図２のように、より深い位置に移動させることができれば、支持力の三成分のうち、（ウ）基礎根入れ深さに由来する成分を増加させることができる。また、これによって、沈下を生じる層（図２の耐圧板底面からＧ_３層までの間に残されたＧ_２層）の層厚を薄くすることが可能で、沈下量の抑制が期待できる。本発明では、地中側先端に耐圧板を有する鋼管を複数本地中に埋設することで、前述の基礎根入れ深さに由来する成分を得ることができる。また、鋼管を介して建物荷重を地盤の深部に伝達させることで、基礎直下の地盤に伝えられる建物荷重が低減されるので、地盤の沈下量の抑制が期待できる。

【0019】

次に、図３は、本実施形態において、直接基礎１１、鋼管１２及び耐圧板１３に作用する応力を模式的に示したものであり、直接基礎１１にかかる接地圧は、直接基礎１１の底面が地盤Ｇから受ける支持力、鋼管１２の周辺が地盤Ｇから受ける支持力、及び耐圧板１３の底面が地盤Ｇから受ける支持力によって支持されることとなる。本実施形態に係る改良地盤の極限支持力度は、直接基礎１１と耐圧板１３の荷重の分担比率を、両者の面積比に比例するものとして算出するが、その具体的な内容は後述する。

【0020】

なお、本実施形態では、鋼管１２に過大な荷重を作用させると座屈する可能性が出てくるため、そのようなことが生じないように、鋼管１２の座屈強度の範囲内で対応する。そのためには、鋼管１２と耐圧板１３によって家屋１０の荷重すべてを支持するとは捉えず、もとの地盤Ｇも一定の荷重を支持するように反映させる必要がある。したがって、例えば、第１の軟弱地盤Ｇ_１の平均Ｗ_ＳＷが０．２５ｋＮ以下の場合、腐植土のような高圧縮性の地層の存在が危惧される場合、斜面や擁壁の近傍で鉛直支持力の低下が危惧される場合などは、十分に配慮する必要がある。

【0021】

＜＜設計方法＞＞
次に、図４を参照しつつ、本実施形態に係る設計方法について説明する。まず、家屋１０の建築が予定される地盤Ｇについて、地盤条件を設定する（ステップＳ１１＜ステップＡともいう＞）。ステップＳ１１では、その第１段階として、地盤Ｇの改良対象範囲を確定するため、極限支持力度、沈下量、及び不同沈下の可能性の３点について、検討する。

【0022】

未改良の地盤Ｇの許容支持力度ｑ_ａｓ（ｋＮ／ｍ^２）は、ＳＷＳ試験などの地盤調査結果に基づき設定する。なお、地盤Ｇの許容支持力度ｑ_ａｓが直接基礎１１を介して加えられる基礎接地圧を下回る場合、地盤Ｇの補強が必要となる。

【0023】

地盤Ｇの沈下量は、日本建築学会が示している手法等を用いて予測する。

【0024】

地盤Ｇの不同沈下の可能性は、日本建築学会がその可能性が高い地形等として挙げている、不均一な軟弱地盤、建物の荷重の偏り、擁壁の変位、埋戻し不良、地盤改良設計不良、地盤改良施工不良、盛土の沈下、盛土施工不良、切盛造成、近接掘削工事、近接盛土・建築物などの事例を参酌して検討する。代表例として、不均一な軟弱地盤において不同沈下が生じ、家屋１０が傾いている例を図５に示す。

【0025】

ステップＳ１１の第２段階では、改良対象範囲とされた地盤Ｇについて、地盤調査を行い、それらの試験結果を用いて地盤定数を決定する。

【0026】

次に、地盤Ｇを改良するための、改良率及び改良深度（耐圧板１３を配置する深度Ｄ_ｆであって、鋼管１２の長さで代表する）を仮定する（ステップＳ１２＜ステップＢともいう＞）。改良率ａ_ｄは、耐圧板１３の面積Ａ_ｄ（ｍ^２）の、直接基礎１１の底面積Ａ_ｓ（ｍ^２）に対する比として、次式（３）で表される。
ａ_ｄ＝Ａ_ｄ／Ａ_ｓ …式（３）

【0027】

なお、複数の耐圧板１３を配置する場合には、その位置ごとに改良率ａ_ｄを算出し、最小となる改良率ａ_ｄを用いて後述する改良地盤Ｇ’（複合地盤ともいう）の許容支持力度の算出に反映させる。図６は耐圧板１３と鋼管１２の組合せを複数配置した幾つかの例を示しており、図６（ａ）は直接基礎１１が１列の連続フーチング基礎の場合、図６（ｂ）は直接基礎１１が格子状の連続フーチング基礎の場合、図６（ｃ）は直接基礎１１がベタ基礎の場合を示している。隣接する耐圧板１３の配置とその分担範囲については、隣接するもの同士の距離の１／２を境界として設定する。

【0028】

鋼管１２の長さは、配置した耐圧板１３で負担すべき荷重と鋼管１２の座屈強度から決定する。鋼管１２は、１本当りの負担荷重が大きくなると（すなわち、改良率ａｄが小さくなると）、座屈し易くなる。したがって、耐圧板１３で大きな支持力を確保することよりも、耐圧板１３にどれだけの荷重を逃がせば直接基礎１１を安定的に支持できるかを考慮して鋼管１２の長さの設定を行うことが望ましい。なお、改良深度が浅い場合、鋼管１２の鉛直性を確保し難くなることが憂慮されるので、鋼管１２周辺の埋戻しの際には砕石を用いるなど埋戻し部分の締固めを十分に行う必要がある。

【0029】

図４に戻る。次に、耐圧板１３と鋼管１２の組合せを施した改良地盤Ｇ’（複合地盤）の極限支持力度ｑ_ｕを、直接基礎１１のみの極限支持力度ｑ_ｕｓ（ｋＮ／ｍ^２）と、直接基礎１１が鋼管１２の地中側先端に設置されたと仮定した場合の極限支持力度ｑ_ｕｄ（ｋＮ／ｍ^２）とを前述の改良率ａ_ｄで案分して、次式（１）で推定する（ステップＳ１３＜ステップＣともいう＞）。なお、極限支持力度ｑ_ｕｄは、安全側を見込んで、改良率ａ_ｄが最小となる箇所の値を代表値として用いる。
ｑ_ｕ＝（１−ａ_ｄ）・ｑ_ｕｓ＋ａ_ｄ・ｑ_ｕｄ …式（１）
ここで、ｑ_ｕｓは直接基礎のみの極限支持力度、ｑ_ｕｄは直接基礎が鋼管の地中側先端に設置された場合の極限支持力度、ａ_ｄは改良率である。

【0030】

極限支持力度ｑ_ｕｓ及び極限支持力度ｑ_ｕｄは、一般的な支持力算出式に基づき算出する。

【0031】

次に、家屋１０の接地圧が上記で得られた改良地盤Ｇ’の許容支持力度ｑ_ａ（極限支持力度ｑ_ｕを安全率で除した値を表す許容支持力度ｑ_ａ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４＜ステップＤともいう＞）。接地圧が許容支持力度ｑ_ａを上回る場合は、ステップＳ１２に戻り、改良率ａ_ｄ及び鋼管１２の長さの仮定した値を見直して、接地圧が許容支持力度ｑ_ａ以下となるまで、ステップＳ１３及びＳ１４を繰り返す。接地圧が許容支持力度ｑ_ａ以下となった場合には、鋼管１２の座屈を検討するためのステップＳ１５＜ステップＥともいう＞へ移行する。

【0032】

図７は、図４のステップＳ１５の内容を細分化して示したフローである。

【0033】

軸力として、鋼管１２の頭部に作用する応力ｑ_ｐを、直接基礎１１の支持力ｑ_ｓに対し応力分担係数μ_ｐを乗算して、次式（２）で算出する（ステップＳ１５１＜ステップＥ１ともいう＞）。
ｑ_ｐ＝μ_ｐ・ｑ_ｓ …式（２）

【0034】

応力分担係数μ_ｐは、図８に示す弾性体モデルを用いて決定する応力分担比ｎから求める。

【0035】

図８（ａ）は応力ｑ_ｐを検討するにあたって改良地盤Ｇ’を模式的に図示したものであって、図８（ｂ）は図８（ａ）をモデル化したものである。ここで、δ_１１は直接基礎下１層目地盤鉛直方向変位、δ_１２は直接基礎下２層目地番鉛直方向変位、δ_２１は鋼管頭部鉛直方向変位、δ_２２は耐圧板下鉛直方向変位、ｐ_１１は直接基礎に作用する鉛直応力、ｐ_１２は直接基礎下２層目地盤に作用する鉛直応力、ｐ_１３は直接基礎下２層地盤下に作用する鉛直応力、ｐ_２１は鋼管頭部に作用する鉛直応力、ｐ_２２は耐圧板に作用する鉛直応力、ｐ_２３は耐圧板下地盤下に作用する鉛直応力、ε_１１は１層目地盤のひずみ、ε_１２は２層目地盤のひずみ、ε_２１は鋼管のひずみ、ε_２２は耐圧板下地盤のひずみを、それぞれ現している。

【0036】

図７に戻る。次に、鋼管１２の座屈については、鋼管１２の側方を弾性支承で支持された柱体としてモデル化し座屈強度を決定する。鋼管１２の座屈強度σ_ｃｒ（ｋＮ／ｍ^２）を、直接基礎１１と耐圧板１３による端部固定条件を考慮して、座屈荷重Ｐ_ｃｒ（ｋＮ）と鋼管１２の断面積Ａ_ｐ（ｍ^２）とから、次式（４）で算出する（ステップＳ１５２＜ステップＥ２ともいう＞）。
σ_ｃｒ＝Ｐ_ｃｒ／Ａ_ｐ …式（４）

【0037】

ステップＳ１５２を了した後、図４に戻って、ステップＳ１６＜ステップＦともいう＞に移行する。ステップＳ１６において、鋼管１２の頭部に作用する応力ｑ_ｐが許容座屈強度σ_Ｋ以下であるか否かを判定する。応力ｑ_ｐが許容座屈強度σ_Ｋを上回る場合は、ステップＳ１２に戻り、改良率ａ_ｄ及び鋼管１２の長さの仮定した値を見直して、ステップＳ１５までを繰り返す。応力ｑ_ｐが許容座屈強度σ_Ｋ以下となった場合には、鋼管１２の施工位置を決定するためのステップＳ１７＜ステップＧともいう＞へ移行する。そして、施工現場の諸条件を勘案して鋼管１２の施工位置を決定して、一連の手順を終了する。

【0038】

＜＜施工方法＞＞
上述した設計方法によって決定された耐圧板１３及び鋼管１２を、図９に示すステップに基づいて、地盤中に配置する。まず、耐圧板１３をロッドの先端に着脱可能に取り付ける（ステップＳ２１）。その取り付ける手段については、後述する。次に、坑芯に合わせて耐圧板１３を回転圧入し、耐圧板１３を設置深度まで圧入する（ステップＳ２２）。耐圧板１３が設置深度まで達すると、ロッドをボーリングマシーンから切り離して、ロッドの内部に鋼管１２を挿入する（ステップＳ２３）。鋼管１２を回転させて耐圧板１３に設けられた係合部と係合して固定する（ステップＳ２４）。

【0039】

耐圧板１３が所定の設置深度に着底したことをレベルで確認する（ステップＳ２５）。設置深度を確認した後、ロッドを逆回転させて耐圧板１３から離脱させ、鋼管１２の周辺に土を埋戻して締固める（ステップＳ２６）。ここまでで、耐圧板１３及び鋼管１２の設置が完了するが、引き続いて、次のようなステップを講じることができる。

【0040】

設置が完了した鋼管１２に対し、施工現場で簡易載荷試験を行うことができる（ステップＳ２７）。坑位置について、設計どおりの位置となっているか否かを再確認する（ステップＳ２８）。最後に、鋼管１２の頭部に天端キャップを取り付ける（ステップＳ２９）。

【0041】

＜＜耐圧板と鋼管＞＞
上述した設計方法及び施工方法に用いることが可能な耐圧板及び鋼管について、実施の態様の例を以下に示す。以下においては、第２のフィンが耐圧板に対応する。また、鋼管については、建築物を木造２階建て家屋と想定した場合、単管パイプが好適に用いられる。単管パイプの諸元としては、例えば、直径４８．６ｍｍ、厚さ２．４ｍｍ、断面積３４８．３ｍｍ^２、断面二次モーメント９３．４ｍｍ^４を用いればよい。

【0042】

（第一の態様）
図１０及び図１１に示すように、第一の態様に係るケーシング１は、中空の管であるケーシング本体２と、ケーシング本体２の地盤側端部の外周に固定して取り付けられた第１のフィン３と、ケーシング本体の地盤側端部の底面にその開口を覆うように着脱可能に係合された第２のフィン４と、第２のフィン４をケーシング本体２に着脱可能に係合するための少なくとも1つのフック機構５とから構成されている。フック機構５の詳細は後述するが、図１０（ａ）並びに図１１（ａ）及び（ｂ）は、フック機構５が第１のフィン３の表面下部に設けられている第一例を、図１０（ｂ）並びに図１１（ｃ）及び（ｄ）は、フック機構５がケーシング本体２の内部から外部に延在して設けられている第二例を示している。なお、図１０（ａ）並びに図１１（ａ）及び（ｂ）では、煩雑さを避けるためフック機構５を可視できる手前側のみを図示しているが、反対側の第１のフィン３にも同様のフック機構５を対に設けている。

【0043】

ここでは、ケーシング本体２は円筒形状をなしているが、中空の筒状をなしている限り、ケーシング本体２の横断面は円形には限定されない。例えば、丸角の正方形などであってもよい。また、ケーシング本体２を形成する材質は、金属製（例えば、鋼製）や塩化ビニル製であってもよい。塩化ビニル製のケーシング本体２の強度は、例えば鋼管からなるケーシング本体２の強度よりも若干低いが、工事現場の地盤の状況などに適応したものを選択すればよい。

【0044】

第１のフィン３は、ケーシング本体２の地盤側端部の外周に２葉の略扇形状の翼状部３１，３２が所定の角度をもってケーシング本体２を中心として対称的に配置されている。第１のフィン３の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、１葉の環形状のものを螺旋に設けてもよい。さらに、上下に複数の段にわたって設けてもよい。また、第１のフィン３を形成する材質は、金属製（例えば、鋼製）や塩化ビニル製などであってもよく、ケーシング本体２の材質を勘案して適切なものを選択すればよい。

【0045】

第２のフィン４は、ケーシング本体２の地盤側端部の底面に当接してその開口を覆う略正方形をなす中央部４１と、中央部４１の４つの辺の各々から外側に延びる４個の翼状部４２とから構成されている。中央部４１のケーシング本体側の面の中央には略三角形の突出部４３が突設されている。後述するように、突出部４３は、小さい径の鋼管６をケーシング本体２の中に挿入する際のガイドとなるものである。

【0046】

４個の翼状部４２の各々は中央部４１に対して交互に上方及び下方に曲折されているが、やや詳しく説明すると、第１の翼状部４２ａは中央部４１に対して上方に、第１の翼状部４２ａに隣接する第２の翼状部４２ｂは中央部４１に対して下方に、第２の翼状部４２ｂに対向する第３の翼状部４２ｃは中央部４１に対して上方に、第３の翼状部４２ｃに対向する第４の翼状部４２ｄは中央部４１に対して下方に、それぞれ曲折されている。換言すると、対角線上に位置する翼状部４２が同じ方向に、すなわち、第１及び第３の翼状部４２ａ、４２ｃはともに中央部４１に対して上方に、第２及び第４の翼状部４２ｂ、４２ｄはともに中央部４１に対して下方に、それぞれ曲折されている。

【0047】

発明者が行った実験によれば、翼状部４２が中央部４１に対して曲折する角度は１５度乃至４５度の範囲内にあることが好ましく、１５度乃至３０度の範囲内にあることがより好ましい。なお、第２のフィン４の形状はここで述ベタ形状に限定されるものではなく、例えば、中央部４１は正方形でなくても、ケーシング本体２の開口を覆うことができれば、任意の形状で差し支えない。翼状部４２についても、長方形を斜めに曲折した形状でなくても、扇形状や環形状であってもよく、翼状部の枚数も適宜とすることができる。また、第２のフィン４を形成する材質は、金属製（例えば、鋼製）や塩化ビニル製などであってもよく、ケーシング本体２の材質を勘案して適切なものを選択すればよい。

【0048】

フック機構５は、ケーシング本体２と第２のフィン４を着脱可能に係合するためのものであって、前述したとおり、ここでは２つの例を記載している。すなわち、図１１（ａ）及び（ｂ）は、フック機構５が第１のフィン３の表面下部に設けられている第一例を、図１１（ｃ）及び（ｄ）は、フック機構５がケーシング本体２の内部から外部に延在して設けられている第二例を示している。

【0049】

第一例は、フック機構５が、第１のフィン３の表面下部に取付けられた基体部５５と、基体部５５の先端に設けられ第２のフィン４を係合する爪部５６とから構成されている。ケーシング１が回転圧入工法によって地盤中に回転圧入する際には、その正回転によって爪部５６は自動的に第２のフィン４に係合し、ケーシング１が地上に引き抜かれるため逆回転する際には、爪部５６は自動的に第２のフィン４から離脱する。

【0050】

これに対し、第二例は、ケーシング本体２の内部の支点５４に垂直方向に回動可能に軸支された第１の腕部５１と、第１の腕部の外側の端部５１ａに関節結合されケーシング本体の外側に延伸する第２の腕部５２と、第２の腕部の先端に設けられ第２のフィンを係合する爪部５３とから構成されている。ケーシング１を回転圧入工法によって地盤中に回転圧入する際、及び、何らかの理由により中途でケーシング１を逆回転させて引き抜く際には、このフック機構５によって係合された第２のフィン４はケーシング本体２とともに同一方向に回転することとなる。

【0051】

第二例では、第１の腕部５１の内側の端部５１ｂは、小さい径の鋼管６が第２のフィン４の中央部４１に突設された突出部４３にガイドされた際に、鋼管６の円周部が接触するように位置決めされている。従って、ケーシング１が地盤中の所定の位置に達し、鋼管６がケーシング本体２の中空部分に挿入されると、鋼管６の円周部が第１の腕部５１の内側の端部５１ｂを押し込むことにより、第２の腕部５２が持ち上がり、爪部５３が第２のフィン４から離脱することとなる。

【0052】

ここでは、第一例及び第二例いずれの場合もフック機構５が２つある例を示しているが、地盤の状況、第２のフィン４の形状などを勘案して、フック機構５を１つ又は３つ以上としてもよい。

【0053】

次に、本態様に係るフィン付きケーシング１を用いてフィン付き鋼管を設置し、地盤を改良する工法を説明する。

【0054】

先ず、ケーシング本体２の地盤側端部の外周に第１のフィン３を固定したケーシング１を用意する。固定にあたっては、ケーシング本体２及び第１のフィン３の材料に応じ、溶接等の方法を適宜に選択できる。

【0055】

次いで、ケーシング本体２の地盤側端部の底面に第２のフィン４をその中央部４１がケーシング本体２の開口を覆うように当接させる。そして、フック機構５の爪部５３を第２のフィン４の翼状部４２に係合させる。

【0056】

次に、重機Ａ（図示せず）に搭載された回転圧入装置Ｂ（図示せず）にケーシング１の頭部を連結する。ここまでが、準備行為である。

【0057】

以上の構成及び準備行為を踏まえて、以下の方法により、フィン付きケーシングを用いてフィン付き鋼管を設置する。図１２を参照しつつ、フック機構５が第二例の場合について説明する。中空の管であるケーシング本体２と、ケーシング本体２の地盤側端部の所定の位置に固定された第１のフィン３と、ケーシング本体２の地盤側端部の底面にその開口を覆うように着脱可能に係合された第２のフィン４と、第２のフィン４をケーシング本体２に着脱可能に係合するための少なくとも１つのフック機構５とを備えるケーシング１を地盤中に回転圧入する（ステップ（ａ））。ねじ込みに際しては、第２のフィン４の中央部４１によってケーシング本体２の地盤側端部の底面は覆われているため、土砂はケーシング本体２の中空部分にほとんど侵入することはない。

【0058】

次いで、所定の位置に達して回転圧入を止めた後、鋼管６をケーシング本体２の地上側端部の開口から挿入し、第２のフィン４に当接するまで、第２のフィン４のケーシング本体側の面の中央に突設されケーシング本体の内部に貫入された突出部４３に差し込む（ステップ（ｂ））。このときの状態を図１２（ａ）に示す。鋼管としては、ケーシングの中に挿入できる径を有し、施工後の強度を保てるものであれば特に限定はないが、例えば、鋼管を好適な一例として使用することができる。そして、ステップ（ｂ）の過程において、鋼管６がフック機構５を解除することにより、第２のフィン４をケーシング本体２から解放する（ステップ（ｃ））。

【0059】

次に、第２のフィン４とそれに当接した鋼管６を残置したまま、ケーシング本体２を逆回転させつつ引き抜く（ステップ（ｄ））。ステップ（ｄ）の過程において、ケーシング本体２と鋼管６の間の空間に土砂を埋戻す（ステップ（ｅ））。このときの状態を図１２（ｂ）に示す。引抜いたケーシング１は再使用することができる。

【0060】

ここで、フック機構５が解除されるプロセスは次のとおりである。鋼管６が、突出部４３に差し込まれる過程で、突出部４３の近傍に位置決めされた第１の腕部５１の内側の端部５１ｂをその円周部によって押し込むことにより、第２の腕部５２が持ち上がり、爪部５３が第２のフィン４から離脱する。

【0061】

図１２では、フック機構５が前述した第二例の場合を図示したが、第一例の場合も、前述したフック機構５と第２のフィン４との係合及び離脱に係る具体的構成を除き、ケーシング１を回転圧入及び引き抜いている状態は同様である。すなわち、フック機構５が第一例の場合にあっては、ケーシング本体２が逆回転することにより爪部５６は第２のフィン４から自動的に離脱してフック機構５が解除されることにより、第２のフィン４をケーシング本体２から解放する（ステップ（ｃ））。

【0062】

これにより、地中に残置された第２のフィン４とそれに当接した小さい径の鋼管６は、フィン付き鋼管として作用することとなる。

【0063】

（第二の態様）
第二の態様は、上述の第一の態様において、第１のフィン３を、ケーシング本体２の地盤側端部の底面に固定されており、ケーシング本体２の開口のうち中央の所定の範囲に対応する貫通口３３を有する第１のフィン３’としたものである。第二の態様では、第１のフィン３’を現場でケーシング本体２に固定できる。例えば、図１３に示すように、ケーシング本体２の地盤側端部の底面にボルト２１を取り付けておき、ボルト２１を貫通させる孔３４を予め設けてある第１のフィン３’をボルト２１に貫通させ、反対側をナット２２で締め付けることにより固定することができる。これにより、多くのケーシングが必要となるような工事現場であるときには、外周にあらかじめフィンが固定されたケーシングよりも、ケーシング本体２と第１のフィン３’をそれぞれ別個に運搬できることから、運搬効率の向上を図ることができる。第１のフィン３’の形状は特に限定されず、図１３では、上述の第２のフィン４と同じ形状のものを示している。

【0064】

（第三の態様）
第三の態様は、上述の第一の態様において、第２のフィン４を略長方形の平板である第２のフィン４’とし、さらに第１のフィン３に蝶番７１を介して回動可能に軸支された第３のフィン７を配置したものである。第三の態様では、第３のフィン７が第２のフィン４’に代えて又は加えてその他のフィンと協調して土を掘削していくものである。すなわち、図１４（ａ）に示すように、第３のフィン７は、その第１の端部７ａが蝶番７１を介して回動可能に第１のフィン３に取り付けられており、反対側の第２の端部７ｂの先端が第２のフィン４’よりも下方に位置するように配置されている。第２のフィン４’は第３のフィン７に係合されており、ケーシング１が回転すると、第３のフィン７に押されて第２のフィン４’も一緒に回転する。第３のフィン７の取付け角度は、水平方向に対し概ね６０度の設定が好適である。第３のフィン７の所定の位置には、第２のフィン４’を係合するための凸部７２が設けられており、フック機構を構成している。図１４（ｂ）は、ケーシング１を逆回転させて引抜いている状態を示している。逆回転することによって第２のフィン４’は第３のフィン７から離脱し、挿入された鋼管６とともに土中に残留する。引抜いていく状態では、蝶番７１が回動可能なことにより第３のフィン７はほぼ水平位置をとる。この際、第１のフィン３は鋼管６の周辺の土を下方に締め固める働きをする。ここで、ケーシング１の上部に螺旋８を設けて、ケーシング１の上方にある土を下方に移動させてもよい。

【0065】

第２のフィン４’は、図１５に示すように、その中央部４４に突出部４５を有している。突出部４５はケーシング１の開口内に挿入されるが、本形態の突出部４５は、小さい径の鋼管６がケーシング１に上方から差し込まれた際に、鋼管６を係止するための逆Ｌ字型の係止部４５ａが設けられている。鋼管６として、その内部の所定の位置に内径方向に跨るピンが設けられているものを用いれば、当該ピンをこの係止部４５ａに嵌合させることができる。また、第２のフィン４’には、所定の方向に延伸部４６が設けられている。この延伸部４６を第３のフィン７の凸部７２に係合させることにより、第２のフィン４’はケーシング１から脱落せずに一緒に回転していく。

【0066】

（第四の態様）
第四の態様は、図１６に示すように、上述の第三の態様において、略長方形の平板である第２のフィン４’の下面の長手方向に、第２のフィン４’との交差状態を略Ｔ字状となるようにして縦板４７を配置したものである。第三の態様の第２のフィン４’は、掘削する地層の土質によっては撓んでしまうことがある。すなわち、第２のフィン４’の短辺周辺が土の圧力に負けて塑性変形し、めくれ上がるような状態を呈することがある。そのようになると、第２のフィン４’の短辺によって土を掻くことが困難となり、掘削効率に悪影響を与えるばかりでなく、掘削終了後の第２のフィン４’による支持力にもマイナスの要因となる。そこで、図１６に示すように、第２のフィン４’の撓みを防止又は抑制するため、その下面の長手方向に、第２のフィン４’との交差状態を略Ｔ字状となるようにして縦板４７を配置したものである。縦板４７の上部端面を第２のフィン４’の下面に固定する手段としては溶接が好適であるが、ほかにも、例えば縦板４７をフランジ付きのものとし、フランジを第２のフィン４’にボルトによって取り付けてもよい。

【0067】

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0068】

１ ケーシング
２ 第一ないし第四の態様に係るケーシング本体
３ 第一、第三及び第四の態様に係る第１のフィン
１０ 家屋
１１ 直接基礎
１２ 鋼管
１３ 耐圧板
３１，３２ 第１のフィン３の翼状部
３’ 第二の態様に係る第１のフィン
３３ 第１のフィン３’の貫通口
４ 第一及び第二の態様に係る第２のフィン
４１ 第２のフィン４の中央部
４２ 第２のフィン４の翼状部
４３ 第２のフィン４の突出部
４’ 第三の態様に係る第２のフィン
４４ 第２のフィン４’の中央部
４５ 第２のフィン４’の突出部
４６ 第２のフィン４’の延伸部
４７ 縦板
５ 第一及び第二の態様に係るフック機構
５１ フック機構５（第二例）の第１の腕部
５１ａ フック機構５（第二例）の第１の腕部の外側の端部
５１ｂ フック機構５（第二例）の第１の腕部の内側の端部
５２ フック機構５（第二例）の第２の腕部
５３ フック機構５（第二例）の爪部
５４ フック機構５（第二例）の支点
５５ フック機構５（第一例）の基体部
５６ フック機構５（第一例）の爪部
６ 小さい径の鋼管
６１ 確認棒
６１ａ キャップ
７ 第３のフィン
７１ 第３のフィン７の蝶番
７２ 第３のフィン７の凸部
８ 螺旋
Ａ 重機
Ｂ 回転圧入装置
Ｇ 地盤（Ｇ_０：表土、Ｇ_１：第１の軟弱地盤、Ｇ_２：第２の軟弱地盤、Ｇ_３：良質地盤）

【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】