特許 6733905 杭頭部の二重管構造、及びその設計方法

(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】6733905

(24)【登録日】2020年7月13日

(45)【発行日】2020年8月5日

(54)【発明の名称】杭頭部の二重管構造、及びその設計方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/24 20060101AFI20200728BHJP

【ＦＩ】

   E02D5/24 101

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-131481(P2016-131481)

(22)【出願日】2016年7月1日

(65)【公開番号】特開2018-3432(P2018-3432A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2019年4月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000195971

【氏名又は名称】西松建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】303057365

【氏名又は名称】株式会社安藤・間

(73)【特許権者】

【識別番号】000001317

【氏名又は名称】株式会社熊谷組

(73)【特許権者】

【識別番号】597058664

【氏名又は名称】株式会社トーヨーアサノ

(73)【特許権者】

【識別番号】000176512

【氏名又は名称】三谷セキサン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】新井 寿昭

(72)【発明者】

【氏名】郡司 康浩

(72)【発明者】

【氏名】竹内 章博

(72)【発明者】

【氏名】岡 賢治

(72)【発明者】

【氏名】山名 由紀

(72)【発明者】

【氏名】崎浜 博史

(72)【発明者】

【氏名】内田 晃一

(72)【発明者】

【氏名】西 正晃

(72)【発明者】

【氏名】堀井 宏謙

(72)【発明者】

【氏名】森 利弘

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 正美

(72)【発明者】

【氏名】小川 敦

(72)【発明者】

【氏名】西村 裕

(72)【発明者】

【氏名】松江 繁尚

(72)【発明者】

【氏名】加藤 洋一

(72)【発明者】

【氏名】横山 雅樹

【審査官】 佐々木 創太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４８８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４８６３１２０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００９−０４６８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１８５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国登録特許第１０−０８３７２６３（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ５／２２− ５／８０

Ｅ０２Ｄ ２７／００−２７／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛直荷重を支持する本杭の頭部に被せるように設置されて、地震時水平力の一部を負担する外管を備える杭頭部の二重管構造であって、
前記本杭は外殻鋼管付きコンクリート杭、遠心力プレストレスト鉄筋コンクリート杭またはプレテンション方式遠心力高強度プレストレスコンクリート杭であり、
前記本杭頭部の天端を前記外管の天端よりも突出させて、前記本杭頭部の天端と前記外管の天端をパイルキャップに埋め込んで、
前記パイルキャップ下の前記本杭頭部と前記外管の間に一軸圧縮強度が０．１〜５．０Ｎ／ｍｍ²となるソイルセメントが形成されるか、または水・土・泥水もしくは空隙が形成されており、
前記外管の天端外周面に定着筋の下端を溶接して、この定着筋を前記パイルキャップに埋め込み、前記外管の前記パイルキャップへの埋め込み深さを、前記外管に溶接した前記定着筋の必要溶接長に被りを加えた値、かつ１００ｍｍ以上とし、
前記本杭頭部の天端外周面に定着筋の下端を溶接、あるいは天端上面に定着筋の下端を溶接もしくはネジ嵌合して、この定着筋を前記パイルキャップに埋め込み、前記本杭の前記パイルキャップへの埋め込み深さを、前記外管の前記埋め込み深さに、１００ｍｍ以上を加えたものとすることを特徴とする杭頭部の二重管構造。

【請求項2】

請求項１に記載の杭頭部の二重管構造を設計する方法であって、
前記外管が負担する水平荷重による前記外管頂部の杭頭曲げモーメントＭ１、前記外管の杭頭接合部曲げ耐力Ｔ１、前記外管に溶接した前記定着筋の引張圧縮抵抗と前記外管の鉛直方向の圧縮抵抗Ａ、相互作用係数αの関係において、下式
Ｍ１＜Ｔ１＝Ａ×α ・・・式〔１〕
を満足するよう前記外管に溶接した前記定着筋の仕様及び本数を決定して設計することを特徴とする杭頭部の二重管構造の設計方法。

【請求項3】

請求項１に記載の杭頭部の二重管構造を設計する方法であって、
前記本杭が負担する水平荷重による前記本杭頂部の杭頭曲げモーメントＭ２、前記本杭の杭頭接合部曲げ耐力Ｔ２、前記本杭に溶接あるいはネジ嵌合した前記定着筋の引張圧縮抵抗と前記本杭の鉛直方向の圧縮抵抗Ｂ、前記本杭の側面抵抗Ｃ、相互作用係数βの関係において、下式
Ｍ２＜Ｔ２＝Ｂ＋Ｃ×β ・・・式〔２〕
を満足するよう前記本杭に溶接あるいはネジ嵌合した前記定着筋の仕様及び本数を決定して設計することを特徴とする杭頭部の二重管構造の設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉛直荷重を支持する本杭の頭部に、地震時水平力の一部を負担する外管を被せるように設置する杭頭部の二重管構造と、その設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に大きな地震時水平力を受ける本杭は、耐震性の高いＳＣ杭等を選ぶことや、杭頭部を大径化したり、径が大きいと既製杭をあきらめて場所打ち杭に変更するなどの方法があったが、性能やコスト面などで課題を残すものであった。

【0003】

そこで、杭頭部のみを耐震補強する構造が考えられ、例えば、建物基礎の下に、主に鉛直荷重を受ける本杭と、主に水平荷重を受けて本杭の負担を軽減する役割を持つ水平抵抗部材とを両方配置することが既に様々な形態で実施されている。
その主なものとして、スペース節約や施工効率が良いことから、杭頭部の外側もしくは内側に、円筒状の水平抵抗部材を本杭と同一中心軸として配置し、その隙間をコンクリート等で充填するなどした合成構造が好まれている。

【0004】

しかし、従来の合成構造は、本杭と水平抵抗部材とが一体化したものとして、杭体及びパイルキャップとの接合部を設計するものであり、杭体の設計が面倒であることに加えて、設計上の制約が多いものであった。

【0005】

そして、従来の本杭の杭頭接合部は、杭外周、杭頂部、杭体内のいずれかに定着筋を設置するか、もしくは定着筋を設置せずに、杭体をパイルキャップ内に杭径程度埋め込む方法のいずれかで杭頭部の応力をパイルキャップに伝達させている。
建築分野では、定着筋を設置する方法が主流であるが、杭１本に作用する地震時水平力が大きく、定着筋の設置だけで杭頭応力をパイルキャップに伝達できない場合には、パイルキャップ内に杭頭を埋込み、杭側面のコンクリートによる抵抗分を減じた応力に対して定着筋を設置している。

【0006】

このような従来の既製杭に対して、特許文献１において、水平抵抗部材を管体で構成し、この管体の内部に杭が貫通するように設置することで、上部構造からの水平力による杭の破壊、特に杭頭での破壊を防止することが可能な杭の免震構造が提案されている。
この免震構造では、杭頭部と管体との間に弾性材（ゴム体）が充填される。

【0007】

また、特許文献２において、鉛直力を本杭に、水平力を外管にそれぞれ負担させて、鉛直力と水平力の負担を分担させ、本杭の頭部の周囲と外管の周囲との間にコンクリートが充填される構造に加えて、外管の頭部に外管と基礎との接合のための接続材を配置する異径組合せ杭及びその施工方法が提案されている。
この特許文献２で提案されている杭頭接合部は、杭頭部に生じる応力に対して、本杭と外管が一体化した合成構造として抵抗するものと考えられ、水平力に対して抵抗できる鉄筋量を、本杭と外管間に充填するコンクリート内に配置することが必要となる。

【0008】

なお、既存の本杭の上端部外側に外管をジャッキにより圧入して被せる耐震補強構造において、従来は、本杭及び外管の面一の上端部を基礎に僅かに埋め込んで、特許文献２と同様、本杭及び外管の間にコンクリートを充填していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第３５７５７３３号公報

【特許文献2】特開２００１−１０７３５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献１では、本杭の上端部のみが上部構造物に僅かに埋め込まれているだけで、パイルキャップとの杭頭接合部の具体的な構造は示されておらず、杭頭接合部を設計することができない。
また、特許文献２では、本杭の上端部のみが基礎に僅かに埋め込まれていて、本杭と外管間に配置できる鉄筋量は限られており、杭頭接合部の耐力が、本杭と外管がコンクリートで一体化した耐力よりも小さい場合には、本構造の性能を十分に発揮できない可能性がある。

【0011】

そして、特許文献１や特許文献２のように、本杭と外管との間に弾性材またはコンクリートを充填した構造では、地震時水平力が外管から弾性材またはコンクリートを経て本杭に伝達されてしまう問題がある。

【0012】

本発明の課題は、鉛直荷重を支持する本杭の頭部に被せるように設置されて、地震時水平力の一部を負担する外管を備える杭頭部の二重管構造において、地震時水平力が外管から本杭に伝達されるのを低減することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
鉛直荷重を支持する本杭の頭部に被せるように設置されて、地震時水平力の一部を負担する外管を備える杭頭部の二重管構造であって、
前記本杭は外殻鋼管付きコンクリート杭、遠心力プレストレスト鉄筋コンクリート杭またはプレテンション方式遠心力高強度プレストレスコンクリート杭であり、
前記本杭頭部の天端を前記外管の天端よりも突出させて、前記本杭頭部の天端と前記外管の天端をパイルキャップに埋め込んで、
前記パイルキャップ下の前記本杭頭部と前記外管の間に一軸圧縮強度が０．１〜５．０Ｎ／ｍｍ²となるソイルセメントが形成されるか、または水・土・泥水もしくは空隙が形成されており、
前記外管の天端外周面に定着筋の下端を溶接して、この定着筋を前記パイルキャップに埋め込み、前記外管の前記パイルキャップへの埋め込み深さを、前記外管に溶接した前記定着筋の必要溶接長に被りを加えた値、かつ１００ｍｍ以上とし、
前記本杭頭部の天端外周面に定着筋の下端を溶接、あるいは天端上面に定着筋の下端を溶接もしくはネジ嵌合して、この定着筋を前記パイルキャップに埋め込み、前記本杭の前記パイルキャップへの埋め込み深さを、前記外管の前記埋め込み深さに、１００ｍｍ以上を加えたものとすることを特徴とする。

【0016】

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の杭頭部の二重管構造を設計する方法であって、
前記外管が負担する水平荷重による前記外管頂部の杭頭曲げモーメントＭ１、前記外管の杭頭接合部曲げ耐力Ｔ１、前記外管に溶接した前記定着筋の引張圧縮抵抗と前記外管の鉛直方向の圧縮抵抗Ａ、相互作用係数αの関係において、下式
Ｍ１＜Ｔ１＝Ａ×α ・・・式〔１〕
を満足するよう前記外管に溶接した前記定着筋の仕様及び本数を決定して設計することを特徴とする。

【0017】

請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の杭頭部の二重管構造を設計する方法であって、
前記本杭が負担する水平荷重による前記本杭頂部の杭頭曲げモーメントＭ２、前記本杭の杭頭接合部曲げ耐力Ｔ２、前記本杭に溶接またはネジ嵌合した前記定着筋の引張圧縮抵抗と前記本杭の鉛直方向の圧縮抵抗Ｂ、前記本杭の側面抵抗Ｃ、相互作用係数βの関係に
おいて、下式
Ｍ２＜Ｔ２＝Ｂ＋Ｃ×β ・・・式〔２〕
を満足するよう前記本杭に溶接またはネジ嵌合した前記定着筋の仕様及び本数、本杭の埋込み深さを決定して設計することを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、鉛直荷重を支持する本杭の頭部に被せるように設置されて、地震時水平力の一部を負担する外管を備える杭頭部の二重管構造において、地震時水平力が外管から本杭に伝達されるのを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明を適用した杭頭部の二重管構造の一実施形態の構成を示すもので、杭頭部の概略斜視図である。

【図2】図１の杭全体を示す一部断面の概略側面図である。

【図3】本杭に生じる曲げモーメントを示すグラフである。

【図4】実施例１の杭頭接合構造を示す一部断面の概略側面図である。

【図5】実施例２の杭頭接合構造を示す一部断面の概略側面図である。

【図6】杭頭補強構造の設計のフローチャートである。

【図7】本杭と外管の水平荷重分担割合を示すグラフである。

【図8】外管の曲げ耐力算定を説明する概略側面図（ａ）と、仮想円柱の平面図（ｂ）である。

【図9】相互作用係数αを示すグラフである。

【図10】外管の杭頭曲げモーメントＭ１と耐力Ｔ１（実験値Ｍ１と計算値Ｔ１）の比較を示すグラフである。

【図11】外管の曲げ耐力算定のフローチャートである。

【図12】本杭の曲げ耐力算定を説明する概略側面図（ａ）と、仮想円柱の平面図（ｂ）である。

【図13】相互作用係数βを示すグラフである。

【図14】本杭の杭頭曲げモーメントＭ２と耐力Ｔ２（実験値Ｍ２と計算値Ｔ２）の比較を示すグラフである。

【図15】本杭の曲げ耐力算定のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（概要）
本発明では、鉛直荷重を負担する杭と水平荷重を負担する杭を一体化させた合成構造とした考え方に基づく杭頭接合構造とは異なり、本杭と外管がそれぞれ水平力を負担する二重管杭の性能を発揮させるための杭頭補強構造と、本杭と外管それぞれの負担水平力に応じて、別々に杭頭接合部を設計する。

【0021】

本発明は、外管天端よりも本杭天端を突出させること、本杭と外管の杭頭に定着筋を配置して、建物基礎、より具体的には、杭頭と建物基礎を連結するパイルキャップへ定着することを特徴とする。
これにより、本杭と外管とを各々独立して構造設計できるようになり、課題であった杭頭接合部の設計を容易とする。
ここで、杭頭接合部とは、それぞれパイルキャップに埋め込まれている本杭と外管と定着筋からなる。

【0022】

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
（実施形態）
図１及び図２は本発明を適用した杭頭部の二重管構造の一実施形態の構成を示すもので、１は本杭、２は外管、３はパイルキャップである。

【0023】

図示のように、既製杭による本杭１の頭部外周に、本杭１よりも大径且つ長さの短い鋼管による外管２が設けられて、その本杭１及び外管２の天端はパイルキャップ３に埋め込まれている。
そして、本杭１及び外管２ともに、パイルキャップ３と接合するための鉄筋４・５を設置する。すなわち、パイルキャップ３には、本杭１の天端あるいは外周に設けた定着筋４と、外管２の天端外周面に設けた定着筋５も埋め込まれている。

【0024】

また、本杭１の下端に、根固め液を注入して撹拌固化した先端根固め部６が形成されて、本杭１及び外管２の周囲に、杭周固定液を注入して撹拌固化した杭周固定部７が形成されて、本杭１の頭部と外管２との間には固化した後の一軸圧縮強度が０．１〜５．０Ｎ／ｍｍ²となるソイルセメントまたは水・土・泥水８が形成されているほか、土・空隙で構成されていてもよい。

【0025】

図３は本杭１に生じる曲げモーメントを示すグラフで、図示のように、二重管杭の本杭１に生じる地震時応力（破線で示した曲げモーメント）を従来の既製杭に生じる地震時応力（実線で示した曲げモーメント）よりも低減させることで、今まで設計できなかった地震時水平力に対しても、既製コンクリート杭で設計可能となる。
また、在来工法に比べて、杭の仕様あるいは杭径を低減できることから、杭のコストダウンが可能になる。

【0026】

次に、本発明の杭頭接合構造の具体的な仕様を図４と図５に示す。

【0027】

（実施例１）
図４は実施例１の杭頭接合構造を示すもので、本杭がＳＣ杭（Steel Composite Concrete Piles；外殻鋼管付きコンクリート杭）の場合である。
実施例１では、図示のように、本杭１頭部の天端外周面に定着筋４の下端を溶接もしくは天端上面に溶接あるいはネジ嵌合して、外管２の天端外周面に定着筋５の下端を溶接して、これら本杭１頭部の天端及び定着筋４と外管２の天端及び定着筋５をパイルキャップ３に埋め込む。

【0028】

（実施例２）
図５は実施例２の杭頭接合構造を示すもので、本杭がＰＲＣ杭（Pretensioned & Reinforced Spun High Strength Concrete Piles；遠心力プレストレスト鉄筋コンクリート杭）・ＰＨＣ杭（Pretensioned Spun High Strength Concrete Piles；プレテンション方式遠心力高強度プレストレスコンクリート杭）の場合である。
実施例２では、図示のように、本杭１頭部の天端上面に定着筋４の下端を溶接あるいはネジ嵌合して、外管２の天端外周面に定着筋５の下端を溶接して、これら本杭１頭部の天端及び定着筋４と外管２の天端及び定着筋５をパイルキャップ３に埋め込む。

【0029】

以上において、図４及び図５に示すように、パイルキャップ３内に埋め込む外管２天端よりも本杭１天端を突出させる。その突出高さは、１００ｍｍ以上、かつ本杭１に設置する定着筋４の必要溶接長さ以上とする。
ここで、パイルキャップ３への外管２の埋め込み深さは、外管２に設置する定着筋５の必要溶接長に被りを加えた値、かつ１００ｍｍ以上とする。

【0030】

すなわち、実施例１のＳＣ杭の場合は、図４に示すように、パイルキャップ３への本杭１の埋め込み深さは、外管２の埋め込み深さに、本杭１に設置する定着筋４の必要溶接長、かつ１００ｍｍ以上を加えたものとする。

【0031】

また、実施例２のＰＲＣ杭・ＰＨＣ杭の場合は、図５に示すように、パイルキャップ３への本杭１の埋め込み深さは、外管２の埋め込み深さに、１００ｍｍ以上を加えたものとする。

【0032】

図６は杭頭補強構造の設計のフローチャートで、先ず、本杭１と外管２の負担水平力を算定する（ステップＳ１）。次に、外管２の定着筋５の仕様・必要本数を仮定する（ステップＳ２）。次に、本杭１の定着筋４の仕様・必要本数、パイルキャップ３への埋込み深さを仮定する（ステップＳ３）。次に、相互作用係数αを算定する（ステップＳ４）。次に、相互作用係数βを算定する（ステップＳ５）。次に、外管２の定着筋５の仕様・本数を決定する（ステップＳ６）。次に、本杭１の定着筋４の仕様・本数、必要埋め込み深さを決定する（ステップＳ７）。
なお、相互作用係数とは、本杭１と外管２それぞれが水平力を負担することによって、パイルキャップ３内で変形することから、外管２に及ぼす本杭１の影響を相互作用係数α、本杭１に及ぼす外管２の影響を相互作用係数βとする。

【0033】

ここで、本杭１は、本杭１が負担する水平荷重（全体荷重の５０〜２０％）によって本杭１頂部に生じる杭頭曲げモーメントを上回るような曲げ耐力を有するように、杭頭接合部（定着筋４の仕様・本数やパイルキャップ３への埋め込み深さ等）を設計する。

【0034】

また、外管２は、外管２が負担する水平荷重（５０〜８０％）によって外管２頂部に生じる杭頭曲げモーメントを上回るような曲げ耐力を有するように、杭頭接合部（定着筋５の本数等）を設計する。

【0035】

具体的には、以下の手順により本杭１と外管２の杭頭接合部の構造設計を行う。
なお、本杭１と外管２それぞれに水平荷重が作用することにより、相互作用が生じることから、その影響を考慮した構造設計方法とする。

【0036】

１）本杭１と外管２の負担水平力を算定する（ステップＳ１）。
同一中心軸の本杭１と外管２の一組が受ける地震時水平力に対して、本杭１の仕様（径、長さ、コンクリート強度など）及び外管２の仕様（径、長さ、肉厚など）に、地盤の状態（地質、深さ、Ｎ値など）を考慮した応力解析モデルを構築して、本杭１と外管２の水平荷重分担割合（例えば、図７）を算定する。
具体的には、杭頭補強構造を実際に現場で構築し、水平載荷試験を実施した結果、本杭１と外管２の水平荷重分担割合は、図７に示すとおり、本杭：外管＝５：５〜２：８の範囲であることが示された。従って、この水平荷重分担割合を参考に、応力解析結果に基づいて、本杭１と外管２の杭頭接合部を設計する。

【0037】

２）外管２の定着筋５の仕様・必要本数を仮定する（ステップＳ２）。
仮定段階では、例えば、相互作用係数を無視して、一般の設計方法に準じて定着筋の仕様および必要本数を仮定する。
なお、外管２のパイルキャップ３への埋め込み深さＬ１は、定着筋５の溶接長＋被りを考慮した値、かつ１００ｍｍ以上とする。
ここで、上記一般の設計方法とは、外管径Ｄ２＋（１００〜２００）ｍｍの仮想円柱を想定した鉄筋コンクリート断面による曲げ耐力が、外管２の負担水平力による曲げモーメントを上回るように鉄筋の仕様および本数を決定する。

【0038】

３）本杭１の定着筋４の仕様・必要本数、パイルキャップ３への埋込み深さを仮定する（ステップＳ３）。
仮定段階では、例えば、相互作用係数を無視して、一般の設計方法に準じて定着筋の仕様および必要本数と埋込み深さを仮定する。
本杭１のパイルキャップ３への埋め込み深さＬ２は、例えばＳＣ杭の場合（図４）には、本杭１への定着筋４の溶接長を考慮して、外管２の埋め込み深さＬ１に、本杭１に設置する定着筋４の必要溶接長、かつ１００ｍｍ以上を加えたものとする。

【0039】

また、ＰＲＣ杭・ＰＨＣ杭の場合（図５）には、本杭１のパイルキャップ３への埋め込み深さＬ２は、外管２の埋め込み深さＬ１に、１００ｍｍ以上を加えたものとする。
ここで、上記一般の設計方法とは、本杭径Ｄ１＋（１００〜２００）ｍｍの仮想円柱を想定した鉄筋コンクリート断面による曲げ耐力が、本杭１の負担水平力による曲げモーメントを上回るように鉄筋の仕様および本数を決定する。

【0040】

４）相互作用係数αを算定する（ステップＳ４）。
外管２に及ぼす本杭１の影響係数である相互作用係数αは、図８に示すように、パイルキャップ３への外管２の埋め込み深さＬ１と、本杭１と外管２の埋め込み深さＬ２・Ｌ１の差（外管２天端から本杭１天端の突出長）から、図９をもとに決定する。この関係は、本杭１と外管２からなる杭頭補強構造の室内構造実験に基づいて定めた。

【0041】

なお、相互作用係数αは、本杭１と外管２からなる杭頭補強構造の室内構造実験結果において、実験結果に対して、後述する評価式〔１〕による外管２の杭頭接合部曲げ耐力Ｔ１が安全側（実験結果が上回る）となるように定めた。

【0042】

実験結果と評価式〔１〕による杭頭接合部曲げ耐力Ｔ１の対比を図１０に示す。

【0043】

図１１は外管２の曲げ耐力算定のフローチャートで、先ず、定着筋５による曲げ耐力１を入力し（ステップＳ１１）、その曲げ耐力１が設計曲げモーメント以上か否かを判別し（ステップＳ１２）、以上であれば設計を終了する（ステップＳ１３）。
また、ステップＳ１２において、曲げ耐力１が設計曲げモーメント未満であれば、パイルキャップ３への外管２天端の埋め込みによる曲げ耐力２を入力し（ステップＳ１４）、定着筋５による曲げ耐力１にパイルキャップ３への外管２天端の埋め込みによる曲げ耐力２を加えて（ステップＳ１５）、その和の曲げ耐力１+２が設計曲げモーメント以上か否かを判別し（ステップＳ１６）、以上であれば設計を終了する（ステップＳ１７）。

【0044】

また、ステップＳ１６において、曲げ耐力１+２が設計曲げモーメント未満であれば、埋込み深さを増大して（ステップＳ１８）、その埋込み深さに応じた曲げ耐力２を曲げ耐力１に加えて、その和の曲げ耐力１＋２が設計曲げモーメント以上か否かを判別し（ステップＳ１９）、以上であれば設計を終了する（ステップＳ２０）。ステップＳ１９において、曲げ耐力１＋２が設計曲げモーメント未満であれば、杭径を増大して（ステップＳ２１）、その杭径に応じた定着筋５による曲げ耐力１を入力し（ステップＳ１１）、以下同様の処理を行う。

【0045】

５）相互作用係数βを算定する（ステップＳ５）。
本杭１に及ぼす外管２の影響係数である相互作用係数βは、図８に示すように、パイルキャップ３への外管２の埋め込み深さＬ１と、本杭１と外管２の埋め込み深さＬ２・Ｌ１の差（外管２天端から本杭１天端の突出長）から、図１３をもとに決定する。この関係は、本杭と外管からなる杭頭補強構造の室内構造実験に基づいて定めた。

【0046】

なお、相互作用係数βは、本杭１と外管２からなる杭頭補強構造の室内構造実験結果において、実験結果に対して、後述する評価式〔２〕による本杭１の杭頭接合部曲げ耐力Ｔ２が安全側（実験結果が上回る）となるように定めた。

【0047】

実験結果と評価式〔２〕による杭頭接合部曲げ耐力Ｔ２の対比を図１４に示す。

【0048】

６）外管２の定着筋５の仕様・本数を決定する（ステップＳ６）。
外管２が負担する水平荷重による外管２頂部の杭頭曲げモーメントＭ１、外管２の杭頭接合部曲げ耐力Ｔ１、外管定着筋５の引張圧縮抵抗と外管２の鉛直方向の圧縮抵抗Ａ、相互作用係数αの関係において、下式〔１〕を満足するような外管定着筋５の仕様及び本数を決定する。
Ｍ１＜Ｔ１＝Ａ×α ・・・式〔１〕

【0049】

ただし、外管定着筋５の引張圧縮抵抗と外管２の鉛直方向の圧縮抵抗Ａは、図８に示すように、外管径Ｄ２＋（１００〜２００）ｍｍの仮想円柱を想定した鉄筋コンクリート断面による曲げ耐力により算定する。

【0050】

７）本杭１の定着筋４の仕様・本数、必要埋め込み深さを決定する（ステップＳ７）。
本杭１が負担する水平荷重による本杭１頂部の杭頭曲げモーメントＭ２、本杭１の杭頭接合部曲げ耐力Ｔ２、本杭定着筋４の引張圧縮抵抗と本杭１の鉛直方向の圧縮抵抗Ｂ、本杭側面抵抗Ｃ、相互作用係数βの関係において、下式〔２〕を満足するような本杭定着筋４の仕様及び本数を決定する。
Ｍ２＜Ｔ２＝Ｂ＋Ｃ×β ・・・式〔２〕

【0051】

ただし、本杭定着筋４の引張圧縮抵抗と本杭１の鉛直方向の圧縮抵抗Ｂは、図１２に示すように、本杭径Ｄ１＋（１００〜２００）ｍｍの仮想円柱を想定した鉄筋コンクリート断面による曲げ耐力により算定する。

【0052】

また、本杭側面抵抗Ｃは、図１２内に示すように、主に、外管２天端より突出した部分の側面コンクリートの支圧抵抗を考える。
すなわち、本杭側面抵抗Ｃは、外管２天端から突出している本杭１側面のコンクリート支圧抵抗であり、一般的に用いられている下式から算出される。
Ｃ＝Ｄ×ｌ^２／６×ｆｃ―Ｑ_０×ｌ／６
ここで、Ｄ：本杭径、ｌ：外管天端から本杭の突出長、ｆｃ：パイルキャップコンクリートの短期許容圧縮応力度（さらに支圧係数を考慮する場合もある）、Ｑ_０：本杭の負担水平力である。

【0053】

図１５は本杭１の曲げ耐力算定のフローチャートで、先ず、定着筋４による曲げ耐力１を入力し（ステップＳ３１）、その曲げ耐力１が設計曲げモーメント以上か否かを判別し（ステップＳ３２）、以上であれば設計を終了する（ステップＳ３３）。
また、ステップＳ３２において、曲げ耐力１が設計曲げモーメント未満であれば、パイルキャップ３への本杭１天端の埋め込みによる曲げ耐力２を入力し（ステップＳ３４）、定着筋４による曲げ耐力１にパイルキャップ３への本杭１天端の埋め込みによる曲げ耐力２を加えて（ステップＳ３５）、その和の曲げ耐力１+２が設計曲げモーメント以上か否かを判別し（ステップＳ３６）、以上であれば設計を終了する（ステップＳ３７）。

【0054】

また、ステップＳ３６において、曲げ耐力１+２が設計曲げモーメント未満であれば、埋込み深さを増大して（ステップＳ３８）、その埋込み深さに応じた曲げ耐力２を曲げ耐力１に加えて、その和の曲げ耐力１＋２が設計曲げモーメント以上か否かを判別し（ステップＳ３９）、以上であれば設計を終了する（ステップＳ４０）。ステップＳ３９において、曲げ耐力１＋２が設計曲げモーメント未満であれば、杭径を増大して（ステップＳ４１）、その杭径に応じた定着筋４による曲げ耐力１を入力し（ステップＳ３１）、以下同様の処理を行う。

【0055】

８）図１１、図１５に示したように、外管２、本杭１ともに、定着筋４・５の曲げ耐力が不足する場合には、図１５に示したように、例えば、定着筋４・５の本数を増やしたり、強度の大きい定着筋を用いたり、パイルキャップ３への埋め込み深さを大きくする。
なお、パイルキャップ３下端までの本杭１と外管２の間には、ソイルセメント８を掘削・排出してパイルキャップ３と同じコンクリートを打設する。

【0056】

以上により、本杭１と外管２に生じる杭頭応力をパイルキャップ３に確実に伝達することが可能になる。

【0057】

以上の設計方法で杭頭接合部を構築することにより、本杭１と外管２それぞれが負担する荷重をパイルキャップ３に確実に伝達することが可能となるとともに、二重管の鉛直・水平力負担を担保することができる。

【0058】

以上、実施形態の杭頭部の二重管構造によれば、本杭１頭部の天端を外管２の天端よりも突出させて、その本杭１頭部の天端と外管２の天端をパイルキャップ３に埋め込んで、そのパイルキャップ３下の本杭１頭部と外管２の間にソイルセメント・水・泥水・土・空隙８が形成されるので、地震時水平力が外管２から本杭１に伝達されるのを低減することができる。

【0059】

（変形例）
以上の実施形態の他、具体的な細部構造や手法等について適宜に変更可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0060】

１ 本杭
２ 外管
３ パイルキャップ
４ 本杭定着筋
５ 外管定着筋
６ 先端根固め部
７ 杭周固定部
８ ソイルセメントまたは水（もしくは土・泥水・空隙）

【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】