(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
所定径の杭穴内に、主にコンクリート系の既製杭を埋設して、セメントミルクを注入して根固め部を形成し、既製杭の下端部を根固め部内に位置させて、基礎杭構造を形成していた。この場合、建物全体の鉛直荷重や水平荷重などの設計条件を満たすように、杭穴径、既製杭の軸部径などを決定して、必要な本数の基礎杭を所定の位置に配置していた。この際、条件を定めて、1次設計をして、支持力が不足する場合には、条件を変えて設計し直すなど、条件を満たすように設計をしていた。
【0003】
(1) この際、杭穴径の大小・既製杭の外径、杭長、重量などに応じて、施工現場で使用する掘削杭打ち機の大きさなど仕様が決定されている。したがって、施工効率を考慮すれば、同じ施工現場では、同じ仕様の掘削杭打ち機を使って順次作業ができると能率が良く、異なる仕様の機械を混在させることは好ましくなかった。
【0004】
(2) また、同じ軸部径の杭穴を掘削して既製杭を埋設する場合、より大きな鉛直支持力などを確保するために、様々な工夫がなされていた。たとえば、根固め部を拡大掘削し、かつより固化強度の大きなセメントミルクを使用し、かつ根固め部に既製杭の下端部に形成した環状リブを複数個位置させる工夫があった(特許文献1)。
また、掘削量を減らして効率良い施工を実現するために、根固め部の形状を円錐状などに工夫する提案もなされていた(特許文献2)。したがって、この技術によれば、同じ杭穴掘削径で、根固め部の形状を工夫することにより鉛直支持力を拡大させることができた。
【0005】
(3) また、一般に鉛直支持力は既製杭の断面積に対応して得られているので、例えば、1箇所で2本の既製杭で設計したが、鉛直支持力が不足する場合には、既製杭の外径を大きくする設計変更、あるいは1本を増やして3本の既製杭を使用する設計変更などがなされていた。また。既製杭自体の強度(杭材の耐力)も必要な強度を要していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
一部の既製杭において、水平荷重が不足して、かつ既製杭の本数を増加できない場合には、より大径の既製杭に仕様変更しなければならず、掘削杭打ち機の仕様の変更となり、施工効率上、好ましく無かった。また、現状では、生産設備、搬送などの点から、コンクリート系の既製杭では、最大で外径120cm程度が限度であった。
【0008】
また、鉛直支持力や水平荷重は充分に満たしているが、既製杭の強度(杭材の耐力)に不足がある場合で、より強度が高い仕様の既製杭が無い場合には、やはりより大径の既製杭に仕様変更しなければならず、同様の問題点が生じていた。
【0009】
したがって、既製杭の外径(すなわち、杭穴の掘削径)を維持しながら、ドーナツ状の断面積を増やし、かつ既製杭の強度を高める工夫が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、既製杭(外既製杭)の中空部に、さらに既製杭(内既製杭)を挿入して、既製杭を構成するので、前記問題点を解決した。
【0011】
即ちこの発明は、支持地盤に対応して根固め部を有する杭穴内に、以下の手順で
コンクリート製の既製杭を埋設
して基礎杭を構成することを特徴とした基礎杭の構築方法である。
(1)
前記既製杭を、
上端に上端板を有し下端に下端板を有し、かつ上下の中空部を開放した
コンクリート製の外既製杭と
、上端に上端板を有し下端に下端板を有し、かつ上下の中空部を開放した
コンクリート製の内既製杭とから構成して、
(2) 支持地盤まで杭穴を掘削する。
(3) 次に前記杭穴底に、外根固め液を充填
して根固め部を形成すると共に、前記杭穴内に外既製杭を埋設して、
前記外既製杭の下端部を前記根固め部に位置させ、かつ前記外既製杭の外周と前記杭穴との間に前記外根固め液からなる外根固め層を形成する。
(4) 次に、または、前記(2)と同時に、外既製杭の中空部で、前記外根固め層に対応した深さに内根固め液を注入すると共に、前記外既製杭の中空部に内既製杭を埋設して、
前記内既製杭の下端部を前記根固め部に位置させ、前記内既製杭の外周と前記外既製杭の内周面との間に前記内根固め液からなる内根固め層を形成する。
(5) 杭頭部で前記外既製杭と前記内既製杭とを保持して、前記内外根固め液が固化したならば、基礎杭を構成する。
【0013】
また、他の発明は、支持地盤に対応して根固め部を有する杭穴内に、以下の手順でコンクリート製の既製杭を埋設して基礎杭を構成することを特徴とした基礎杭の構築方法である。
(1)
前記既製杭を、
上端に上端板を有し下端に下端板を有し、かつ上下の中空部を開放した
コンクリート製の外既製杭と
、上端に上端板を有し下端に下端板を有し、かつ上下の中空部を開放した
コンクリート製の内既製杭とから構成して、
(2) 支持地盤まで杭穴を掘削する。
(3) 次に前記杭穴底に、外根固め液を充填
して根固め部を形成すると共に、前記杭穴内に外既製杭を埋設して、
前記外既製杭の下端部を前記根固め部に位置させ、かつ前記外既製杭の外周と前記杭穴との間に前記外根固め液からなる外根固め層を形成する。
(4) 次に、前記外既製杭の中空部内の充填物を地上に排出する。
(5) 次に、外既製杭の中空部で、前記外根固め層に対応した深さに内根固め液を注入すると共に、前記外既製杭の中空部に内既製杭を埋設して、
前記内既製杭の下端部を前記根固め部に位置させ、前記内既製杭の外周と前記外既製杭の内周面との間に前記内根固め液からなる内根固め層を形成する。
(6) 杭頭部で前記外既製杭と前記内既製杭とを保持して、前記内外根固め液が固化したならば、基礎杭を構成する。
【0014】
また、前記において、以下のように構成することを特徴とする基礎杭の構築方法である。
(1) 内既製杭を埋設後に、前記内既製杭の
上端板と外既製杭の
上端板とを、上下に一体に挙動するように連結具で連結し、
(2) 前記連結具とともに、前記内既製杭の杭頭部と外既製杭の杭頭部とを建造物のフーチングに埋設する。
【0015】
また、他の発明は、支持地盤
まで杭穴を掘削して、前記杭穴底に根固め液を注入して根固め部を形成し、前記杭穴内に既製杭を埋設して、以下のように構成することを特徴とした基礎杭構造である。
(1) 前記既製杭
は、上下の中空部を開放しかつ少なくとも下端部外周に
環状突起を形成した
コンクリート製の外既製杭と、上下の中空部を開放し、かつ少なくとも下端部外周に
環状突起を形成した
コンクリート製の内既製杭とから構成
される。
(2) 前記杭穴の根固め部で、杭穴と外既製杭の下方及び外周との間に、外根固め液を充填してなる外根固め層
が形成される。
(3) 前記杭穴の根固め部の深さにおいて、前記外既製杭の中空部内で、前記外既製杭の内周と前記内既製杭の下方及び外周との間に、内根固め液を充填してなる内根固め層
が形成
される。
(4) 前記外既製杭の少なくとも1つの前記環状突起が前記外根固め層内に配置され、前記内既製杭の少なくとも1つの前記環状突起が前記内根固め層内に配置される。
(5) 前記外既製杭の杭頭部および前記内既製杭の杭頭部
が、建造物のフーチング内に埋設
される。
【発明の効果】
【0018】
この発明は、1つの杭穴内に、外既製杭を埋設し、さらに外既製杭の内側に内既製杭を埋設するので、杭穴の掘削径を拡大せずに、かつ作業効率も維持して、1本の杭穴(外径)に対する水平耐力、鉛直耐力を高めることができた。
【発明を実施するための形態】
【0020】
図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。
【0022】
(1) 外既製杭10は、軸部11に環状突起14a、14b、14cを形成してなる。軸部11は、外径D
10、内径D
11のドーナツ状の断面で、中空部12を有し、下端部を外径D
12(<D
10)の縮径した下部軸部13を形成してある。軸部11で下部軸部13の直上、下部軸部13の上端(軸部11から縮径した段差部)、下部軸部13の下部に、それぞれ環状突起14c、14b、14aを形成する。環状突起14a、14b、14cの外径はいずれもD
13(>D
10)で形成する。内径はD
11で上端15から下端17まで共通するので、径D
11の円柱状の中空部12が形成される。
外既製杭10は、以上のような構造のコンクリート製の構造で、上端15および下端17にはそれぞれ鋼材からなる上端板16、下端版18が取り付けてある(
図1)。
また、軸部11は、杭穴3の根固め部(根固め液6を注入した拡底部5)の深さに環状突起14a、14b、14c(少なくとも1つ、できたら2つ以上)が位置するように所定長さが必要であり、通常は、軸部11、下部軸部13および環状突起14a、14b、14cを有する下杭10Aの上方に、外径D
10、内径D
11の上杭10B、10Bの所定数を連結して、構成する。
【0023】
(2) 内既製杭20は、外既製杭10と寸法が相違するが、ほぼ同一構造であり、内既製杭20は、軸部21に環状突起24a、24b、24cを形成してなる。軸部21は、外径D
20、内径D
21のドーナツ状の断面で、中空部22を有し、下端部を外径D
22(<D
20)の縮径した下部軸部23を形成してある。軸部21で下部軸部23の直上、下部軸部23の上端(軸部21から縮径した段差部)、下部軸部23の下部に、それぞれ環状突起24c、24b、24aを形成する。環状突起24a、24b、24cの外径はいずれもD
23(>D
20)で形成する。内径はD
21で上端25から下端27まで共通するので、径D
21の円柱状の中空部22が形成される。
内既製杭20は、以上のような構造のコンクリート製の構造で、上端25および下端27にはそれぞれ鋼材からなる上端板26、下端版28が取り付けてある(
図1)。
また、外既製杭10と同様に、軸部21は、杭穴3の根固め部(根固め液6を注入した拡底部5)の深さに環状突起24a、24b、24c(少なくとも1つ、できたら2つ以上)が位置するように所定長さが必要であり、通常は、軸部21、下部軸部23および環状突起24a、24b、24cを有する下杭20Aの上方に、外径D
10、内径D
11の上杭20B、20Bの所定数を連結して、構成する(
図1)。
【0024】
(3) 次に、連結具40は、外径をD
10程度、内径をD
20よりやや大きく形成したドーナツ状の鋼板からなる円板(厚さt)から構成する(
図4(a)(b))。
続いて、連結具40と内外既製杭10、20との関係について説明する。
外既製杭10の中空部12に内既製杭20を挿入して、内既製杭20の最下端の環状突起24aが、外既製杭10の下部軸部13付近(すなわち、杭穴の根固め部)に位置するように配置する。より具体的には、内既製杭20の最下端の環状突起24aが、外既製杭10の下部軸部13の環状突起14aと環状突起14bとの間に位置することが望ましい。また、内既製杭20の上端25を、外既製杭10の上端15より若干(連結具40の厚さt程度。
図4(a))上方に位置させる。
連結具40の下面41を外既製杭10の上面(上端版15の上面)に溶接固定して(溶接位置は任意)、連結具40の内側面44を内既製杭20の上端部外側面(上端版26の上端部)に溶接固定して(溶接位置は任意)、外既製杭10と内既製杭20とを一体にして、既製杭30を構成する(
図1、
図3)。
【0025】
2.基礎杭構造50の構築(施工方法)
【0026】
(1) 外既製杭10、内既製杭20を、例えば、以下の寸法で構成する。上杭10B、20Bは環状突起を設けないストレート状の外側面を有する構造とした。
外既製杭10(上杭10B)
軸部11の外径 D
10 120cm
軸部11の内径 D
11 82cm
外既製杭10(下杭10A)
軸部11の外径 D
10 120cm
軸部11の内径 D
11 82cm
下部軸部13の外径 D
12 110cm
環状突起14の外径 D
13 130cm
内既製杭20(上杭20B)
軸部21の外径 D
20 70cm
軸部21の内径 D
21 52cm
内既製杭20(下杭20A)
軸部21の外径 D
20 70cm
軸部21の内径 D
21 52cm
下部軸部23の外径 D
22 60cm
環状突起24の外径 D
23 80cm
【0027】
(2) 連結具40は、中空円盤状の鋼材から構成する(
図4(a)(b))。外既製杭10の上端板16の上面に載せてこれに溶接することができ、かつ、内既製杭20(上杭20B)が通過できる内径を有するドーナツ状の「下面41」を有する。また、連結具40は、内既製杭20(上杭20B)の上端板26に溶接できる「内側面44」を有する。
したがって、連結具44の外径(ドーナツ状の下面41の外径)は外既製杭10(上杭10B)の軸部11の外径D
10程度の大きさであり、連結具44の内径(ドーナツ状の下面41の内径)は、内既製杭20(上杭20B)の外径D
20よりやや大きく形成されている。
また、連結具40の厚さtは、既製杭10、20の重量(外径や長さ)にもよるが、
t=2〜10cm
程度で形成する。
また、この実施形態では、上面と下面とが平行な円板に形成したが(
図4(a))、内周43側から外周42側に向けて上面が下がり勾配となる部分円錐状の円板に形成することもできる(
図4(c)(b))。
【0028】
(3) なお、この実施形態では、支持地盤が深さ50m付近にあると想定しているので、根固め部も対応して深さ50m付近に形成する。よって、外既製杭10および内既製杭20とも、以下の構成とする。
外既製杭10 上杭10B 長さ10m×4本
下杭10A 長さ10m×1本
内既製杭20 上杭20B 長さ10m×4本
下杭20A 長さ9.5m×1本
【0029】
(4) 続いて、施工方法について説明する。地面2から、掘削杭打ち機(図示していない)に任意の構造の掘削ヘッドを接続して(図示していない)、任意の方法で、深さ50m付近の支持地盤まで、杭穴軸部4(径D
00=135cm程度)を掘削して、杭穴軸部4の下端部(下端から3m程度)の外壁を水平放射状に拡大して拡径部5(径D
01=185cm)を掘削して、杭穴3を形成する。なお、杭穴3は、径D
00の杭穴軸部4を深さ47m付近まで掘削して、続いて47m〜50m程度を径D
01の拡底部5を掘削して構成することもできる。
杭穴3の掘削完了後、あるいは掘削と同時に、杭穴3の拡径部5に根固め液6を充填して、根固め部を形成して、さらに杭穴軸部4に、杭周固定液8を充填する(
図2(a))。根固め液6は通常富配合のセメントミルクで、杭周固定液8は通常、ソイルセメントまたは貧配合のセメントミルクからなる。
また、根固め液6、杭周固定液8の注入は、外既製杭10(さらに内既製杭20)を杭穴3内に埋設した後に杭穴3内に充填することもできる(図示していない)。
【0030】
(5) 続いて、掘削杭打ち機から掘削ヘッドを除去して杭埋設用のアタッチメントに交換して、あるいは杭埋設用のアタッチメント付けた他の掘削杭打ち機機(図示していない)を使って、通常の方法で、杭穴3内に外既製杭10の下杭10Aを埋設して、下杭10Aの上端に所定数の上杭10B、10Bを連結して、下杭10Aの下端27が杭穴3の拡底部5の底(根固め部の底)から所定高さ(50〜100cm程度)上方に位置した状態として、地上で外既製杭10(10A、10B)を保持して、外既製杭10の埋設を完了する(
図2(b))。この状態で、外既製杭10の下側の2つの環状突起14a、14bが根固め液7内(根固め部内)に位置して、環状突起14a、14bの外周が根固め液7で満たされている。
また、杭穴3の軸部4と外既製杭10との間には杭周固定液8が満たされている。
【0031】
(6) 続いて、掘削杭打ち機に、例えば、スパイラルロッド52を連結して、あるいはスパイラルロッド52を連結した他の掘削杭打ち機を使用して、外既製杭10の中空部12の底付近に溜まったソイルセメント、泥土などの半固化物(または、流動物や、固化物)を地上に排出する(
図2(c))。
作業完了後にスパイラルロッド52を地上に引き上げれば、外既製杭10の中空部12は下端17から上端15まで、概ね空洞に形成される(
図2(d))。
【0032】
(7) 続いて、外既製杭10の中空部12内で、杭穴2の拡底部5に相当する深さ(即ち、外既製杭10の外周に根固め液7が充填された部分)まで、内根固め液7を充填して、内根固め部を形成しておく(
図2(e))。
【0033】
(8) 続いて、地面2から外既製杭10の中空部12に、通常の方法により、内既製杭20を埋設する。この際、上既製杭10の場合と同様に、下杭20Aに、4本の上杭20B、20Bを連結しながら、埋設する(
図2(f))。
内既製杭20の下端27(下杭20Aの下端27)が、外既製杭10(下杭10A)の下端17から所定高さ(30〜200cm程度)上方に位置し、かつ、内既製杭20の上端25が、外既製杭10の上端15から所定高さ(連結具40を使用する場合にはtに対応して、5〜20cm程度)に上方に位置するように、上杭20B、下杭20Aの埋設深さを調整する(なお、予め上杭20B、下杭20Aの長さを調節することもできる)。なお、他の構造の連結具(図示していない)を使用する場合や連結具を使用したい場合もあるので、この所定高さは、通常「マイナス20cm〜プラス20cm」程度であれば良い。
内既製杭20の下端27を外既製杭10の下端17より上方に位置させたのは、鉛直荷重が加わった場合に内既製杭20の下端27(下面外周)から下方に向けて、円錐状に作用すると考えられ、円錐状の底面が内根固め部(内根固め液7充填部分)の底面(すなわち、外既製杭10の中空部12の下端17、=径D
11)や支持地盤に伝わるようにしたものである。
前記において、スパイラルロッド52によって内容物が除去され、ほぼ空洞の内既製杭20の中空部22に内根固め液7が注入されるので、高品質の内根固め部が築造される。さらに内根固め液7内に、内既製杭20の下杭20Aの下端部(少なくとも環状突起24a)が埋設されるので、内既製杭20に作用する鉛直荷重は、内既製杭の中空部22の下面に確実に伝達される。また、これにより内既製杭20と外既製杭10とが確実に一本化される。
【0034】
(9) 続いて、内外既製杭10、20の上方から、連結具40を下降させて、連結具40の中空部45を内既製杭10の上端を通過させて、連結具40の下面41を、外既製杭10(上杭10B)の上面(上端版16の上面)に置いて、連結具40の外周42と外既製杭10(上杭10B)の上端板16とを溶接する。また、連結具40の内周43と内既製杭20(上杭20B)の上端板26とを溶接する。
連結具40と上端板16、26とを溶接することにより、外既製杭10(下杭10A、上杭10B、10B)と内既製杭20(下杭20A、上杭20B、20B)とは上端でも一体に固定され、この発明の既製杭30を構成する(
図3、
図1)。
この状態で、根固め液6、7、杭周固定液8が固化すれば、この発明の基礎杭50を構築する(
図3)。
【0035】
(10) 続いて、通常の方法により、既製杭30(外既製杭10、内既製杭20)の杭頭部を露出させて、建造物のフーチングを構築して、既製杭30(外既製杭10、内既製杭20)の杭頭部を連結具40とともにフーチング内に一体に埋設する。
【0036】
(11) この基礎杭50では、杭穴3の拡底部5(根固め部)で、内外根固め液7、8、外既製杭10の下端部(特に、環状突起14a、14b)内既製杭20の下端部(特に、環状突起24a)が一体に形成されるので、一本の既製杭として鉛直荷重を負担できる。
また、この実施形態では、連結具40に固定された外既製杭10と内既製杭20とは杭頭部で一体に構成されるので、一本の高耐力杭として、フーチングに作用する水平力を負担できる。
【0037】
(12) また、連結具40を省略し、あるいは外既製杭10と内既製杭20とが非固定にできるような連結具(図示していない)で連結した場合、「フーチング」と「外既製杭10および/またはと内既製杭20」との定着構造を適宜選択することにより、外既製杭10と内既製杭20とが負担する水平力を分担して、外既製杭10と内既製杭20の水平耐力を適宜選択することができる。よって、より経済的な既製杭の組み合わせを実現できる。
例えば、内既製杭20には水平耐力は期待せずに鉛直支持力のみを負担させるとすると、内既製杭20の厚さを厚肉にし、外既製杭10の厚さを薄肉にした場合、外既製杭10を外周に鋼管被覆した構造とし、内既製杭20の鋼材量を少なくすれば、基礎杭50の全体(外既製杭10と内既製杭20)でのコストの削減も見込まれる。また、内既製杭20の厚さを薄肉とし、外既製杭10の厚さを厚肉とした場合など様々な仕様の内外既製杭10、20の組み合わせを比較して、より経済的な内外既製杭10、20の組み合わせを選択できる。
【0039】
(1) 前記実施形態において、杭穴3は拡底部5を形成したが、支持地盤付近にある杭穴3の下端部(底付近)に根固め液7を注入すれば、下端部も軸部4と同径にすることもできる(図示していない)。
【0040】
(2) また、前記実施形態において、外既製杭10、内既製杭20は上記の構造とすることで。より大きな鉛直支持力が期待でき、好ましいが、従来の任意の上杭10B、20B、下杭10A、20Aの組み合わせとすることができる(図示していない)。
例えば、外既製杭10、内既製杭20の一方または両方とも、環状突起14、24は環状とせずに、断続的な突起とすることもできる(図示していない)。
また、例えば、外既製杭10、内既製杭20の一方または両方とも、縮径した下部軸部13、23を形成して、突起14、24を形成しない構造とすることもできる(図示していない)。
また、例えば、外既製杭10、内既製杭20の一方または両方とも、縮径した下部軸部13、23を形成せずに、突起14、24を形成した構造とすることもできる(図示していない)。
また、例えば、外既製杭10、内既製杭20の一方または両方とも、縮径した下部軸部13、23および突起14、24を形成しないストレート状の構造とすることもできる(図示していない)。
【0041】
(3) また、前記実施形態において、外既製杭10(上杭10B)と、内既製杭20(上杭20B)とを連結具40を介して溶接して固定したので、効率的に施工できるが、他の構造の連結具を使用して溶接で、あるいは機械式(ボルト・ナットなど)で固定することもできる(図示していない)。また、連結具40を使用せずに、直接に外既製杭10(上杭10B)と、内既製杭20(上杭20B)とを溶接により固定することもできる。
要は、外既製杭10(上杭10B)と、内既製杭20(上杭20B)とは、鉛直支持力を受けた状態で、一体の既製杭30として挙動することができれば、固定される構造は任意である(図示していない)。
【0042】
(4) また、前記実施形態において、外既製杭10を埋設した後に、外既製杭10内に内既製杭20を構築したが、予め外既製杭10の中空部12内に内既製杭20を挿入した状態で、同時に杭穴3内に埋設することもできる(図示していない)。
【0043】
(5)前記実施形態において、内既製杭20を杭穴3内に埋設した後に、外既製杭10を埋設することもできる(図示していない)。