(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023101249
(43)【公開日】2023-07-20
(54)【発明の名称】杭基礎構造
(51)【国際特許分類】
E02D 27/12 20060101AFI20230712BHJP
E02D 27/34 20060101ALI20230712BHJP
E02D 5/48 20060101ALI20230712BHJP
【ＦＩ】
E02D27/12 Z
E02D27/34 Z
E02D5/48
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022001756
(22)【出願日】2022-01-07
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100217249
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 耕一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221279
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健吾
(74)【代理人】
【識別番号】100207686
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 恭宏
(74)【代理人】
【識別番号】100224812
【弁理士】
【氏名又は名称】井口 翔太
(72)【発明者】
【氏名】小林 拓
(72)【発明者】
【氏名】妙中 真治
(72)【発明者】
【氏名】久積 和正
(72)【発明者】
【氏名】柳 悦孝
(72)【発明者】
【氏名】日下 裕貴
(72)【発明者】
【氏名】内藤 彩乃
(72)【発明者】
【氏名】阿形 淳
【テーマコード（参考）】
2D041
2D046
【Ｆターム（参考）】
2D041CA03
2D046CA03
2D046DA18
(57)【要約】
【課題】地盤改良体の側面の水平抵抗が期待できない液状化地盤において、水平力や曲げモーメントが杭頭に作用する基礎杭の水平抵抗を強化することができる。
【解決手段】液状化地盤Ｇ１上に構築される構造物を支持する基礎杭２と、基礎杭２の周囲に形成される地盤改良体３と、を備え、地盤改良体３は、地盤改良体３の下端が前記液状化地盤Ｇ１の下に位置する非液状化層Ｇ２に根入れされた状態で設けられ、基礎杭２の軸部には、地盤改良体３との間でずれ止めとして機能する凹凸形状のずれ止め部２１が設けられ、ずれ止め部２１の少なくとも一部は、改良体底部３ａとの間に圧縮トラスＴを形成する軸部の領域に配置されている杭基礎構造を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】液状化地盤Ｇ１上に構築される構造物を支持する基礎杭２と、基礎杭２の周囲に形成される地盤改良体３と、を備え、地盤改良体３は、地盤改良体３の下端が前記液状化地盤Ｇ１の下に位置する非液状化層Ｇ２に根入れされた状態で設けられ、基礎杭２の軸部には、地盤改良体３との間でずれ止めとして機能する凹凸形状のずれ止め部２１が設けられ、ずれ止め部２１の少なくとも一部は、改良体底部３ａとの間に圧縮トラスＴを形成する軸部の領域に配置されている杭基礎構造を提供する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液状化地盤上に構築される構造物を支持する基礎杭と、
前記基礎杭の周囲に形成される地盤改良体と、を備え、
前記地盤改良体は、該地盤改良体の下端が前記液状化地盤の下に位置する非液状化層に根入れされた状態で設けられ、
前記基礎杭の軸部には、前記地盤改良体との間でずれ止めとして機能する凹凸形状のずれ止め部が設けられ、
前記ずれ止め部の少なくとも一部は、前記地盤改良体の改良体底部との間に圧縮トラスを形成する前記軸部の領域に配置されていることを特徴とする杭基礎構造。
前記基礎杭の周囲に形成される地盤改良体と、を備え、
前記地盤改良体は、該地盤改良体の下端が前記液状化地盤の下に位置する非液状化層に根入れされた状態で設けられ、
前記基礎杭の軸部には、前記地盤改良体との間でずれ止めとして機能する凹凸形状のずれ止め部が設けられ、
前記ずれ止め部の少なくとも一部は、前記地盤改良体の改良体底部との間に圧縮トラスを形成する前記軸部の領域に配置されていることを特徴とする杭基礎構造。
【請求項2】
前記圧縮トラスが形成されるための前記改良体底部とのなす傾斜角となる圧縮トラス形成角が３０～６０度の範囲であり、
前記ずれ止め部の少なくとも一部は、前記改良体底部の外縁部を通る前記圧縮トラスと前記基礎杭の軸部との交点が位置する高さ以下の領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の杭基礎構造。
前記ずれ止め部の少なくとも一部は、前記改良体底部の外縁部を通る前記圧縮トラスと前記基礎杭の軸部との交点が位置する高さ以下の領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の杭基礎構造。
【請求項3】
前記圧縮トラス形成角は、４５度であることを特徴とする請求項２に記載の杭基礎構造。
【請求項4】
前記地盤改良体は、改良体頂部の外径が前記改良体底部の外径以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の杭基礎構造。
【請求項5】
前記地盤改良体は、上方から下方に向けて外径が大きくなる多段柱状体をなしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の杭基礎構造。
【請求項6】
前記ずれ止め部の少なくとも一部は、前記多段柱状体の段部の前記基礎杭を向く内側角部を通る前記圧縮トラスと前記基礎杭の軸部との交点が位置する高さ以下の領域に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の杭基礎構造。
【請求項7】
前記地盤改良体は、上方から下方に向けて漸次、外径が大きくなるコーン柱状体をなしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の杭基礎構造。
【請求項8】
前記基礎杭は、鋼管杭であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の杭基礎構造。
【請求項9】
前記基礎杭は、段付鋼管、或いはディンプル鋼管であることを特徴とする請求項８に記載の杭基礎構造。
【請求項10】
前記ずれ止め部は、前記基礎杭の杭外周面に窪みとして成形されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の杭基礎構造。
【請求項11】
前記ずれ止め部は、前記基礎杭の杭外周面に固着された溶接ビードにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の杭基礎構造。
【請求項12】
前記ずれ止め部は、前記基礎杭の杭外周面に圧延にて形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の杭基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、杭基礎構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、地盤上に構築される構造物を支持する基礎杭を備えた杭基礎構造では、大地震時に基礎杭に大きな水平力が作用することから、杭基礎構造として変位・応力ともに厳しい要求性能が求められている。そのため、基礎杭の水平耐力を向上させることを目的とし、本来は別の工法である基礎杭工法と地盤改良工法とを組み合わせた構造・工法が多く提案されている。
【0003】
例えば、基礎杭の周囲に地盤改良体を形成することで、杭と地盤改良体とから構成される合成杭の径を大きく形成することにより水平耐力を向上させる方法が知られている。このような杭基礎構造では、地盤がもつ水平抵抗特性を利用するものであり、合成杭の杭径を大きくして水平方向の反力面積を増大させることで、杭の水平耐力を高め、変形を抑制するとともに、杭に発生する応力を低減することを可能にしている。
【0004】
これに対して、例えば特許文献１、２に示されるような、基礎杭とその基礎杭の周囲に形成された地盤改良体を備え、改良体によって基礎構造自体を拡径した構造にすることで水平方向の圧力抵抗をもたせる杭基礎構造が知られている。また、この場合には、改良体の深さ方向の長さを基礎杭の長さよりも短くし、水平抵抗に寄与が大きい上部に集中させることにより地盤改良範囲を限定的としてコストを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－０６５５７９号公報
【特許文献2】特開２０１４－０６６０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述した特許文献１、２に示されるような従来の杭基礎構造では、基礎杭の周囲に改良体を設けることで水平抵抗性能を向上させるものであり、すなわち改良体の側面抵抗を利用したものである。このような従来技術では、基礎杭や改良体周囲の地盤が一定の強度を有する場合を対象とし、水平抵抗を発揮できることを前提とした技術である。そのため、液状化地盤においては、液状化時に地盤の水平抵抗が喪失する、或いは極めて低下してしまい、水平抵抗が得られずに本技術の目的を達成し得る杭基礎構造として機能しなくなるおそれがある。
このように、従来の杭基礎構造では、水平方向の圧力抵抗に期待して改良体を設置するものであり、液状化地盤においてその機能が十分に確保されているものではないことから、その点で改善の余地があった。
このように、従来の杭基礎構造では、水平方向の圧力抵抗に期待して改良体を設置するものであり、液状化地盤においてその機能が十分に確保されているものではないことから、その点で改善の余地があった。
【0007】
本発明は、上述する問題点を鑑みてなされたもので、地盤改良体の側面の水平抵抗が期待できない液状化地盤において、水平力や曲げモーメントが杭頭に作用する基礎杭の水平抵抗を強化することができる杭基礎構造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】
【0008】
前記目的を達成するため、本発明に係る杭基礎構造は、液状化地盤上に構築される構造物を支持する基礎杭と、前記基礎杭の周囲に形成される地盤改良体と、を備え、前記地盤改良体は、該地盤改良体の下端が前記液状化地盤の下に位置する非液状化層に根入れされた状態で設けられ、前記基礎杭の軸部には、前記地盤改良体との間でずれ止めとして機能する凹凸形状のずれ止め部が設けられ、前記ずれ止め部の少なくとも一部は、前記地盤改良体の改良体底部との間に圧縮トラスを形成する前記軸部の領域に配置されていることを特徴としている。
【0009】
本発明に係る杭基礎構造によれば、基礎杭の軸部に凹凸形状のずれ止め部を設け、このずれ止め部に起因して生じる圧縮トラスが形成される範囲に地盤改良体が存在することで、基礎杭に作用する水平力が、ずれ止め部から基礎杭の周囲に形成される地盤改良体を介して改良体底部へ伝達する。そして、改良体底部に伝達された水平力は、非液状化層に根入れされた改良体底部の支圧反力により抵抗することができる。このため、本発明では、非液状化層における支圧反力を利用していることから、地震時に液状化地盤が液状化した時においても改良体底部の支圧反力による優れた水平抵抗効果が得られる。
このように、本発明では、地盤改良体の側面の水平抵抗が期待できない液状化層においても、改良体底部の支圧反力を活用することで、水平力や曲げモーメントが杭頭に作用する基礎杭の水平抵抗を強化することができる。
このように、本発明では、地盤改良体の側面の水平抵抗が期待できない液状化層においても、改良体底部の支圧反力を活用することで、水平力や曲げモーメントが杭頭に作用する基礎杭の水平抵抗を強化することができる。
【0010】
また、本発明に係る杭基礎構造では、改良体底部の支圧反力により基礎杭の水平力に抵抗することを期待する。すなわち、本発明では、改良体側面の水平抵抗により基礎杭の水平力に抵抗することを期待する必要がなくなることから、地盤改良体における圧縮トラスが形成されない部分の断面積（外径）を必要最小限に小さくしてスリム化を行うことができる。地盤改良体のスリム化を行った場合には、液状化時に基礎杭に作用する流動力を抑制することが可能となる。このように地盤改良体の体積を削減することができ、コストの低減を図ることができる。
【0011】
本発明に係る杭基礎構造は、前記圧縮トラスが形成されるための前記改良体底部とのなす傾斜角となる圧縮トラス形成角が３０～６０度の範囲であり、前記ずれ止め部の少なくとも一部は、前記改良体底部の外縁部を通る前記圧縮トラスと前記基礎杭の軸部との交点が位置する高さ以下の領域に配置されていることが好ましい。
【0012】
この場合には、圧縮トラスが形成する傾斜角である圧縮トラス形成角を３０～６０度の範囲に設定することで、地盤改良体に圧縮トラスを十分に形成することができ、改良体底部の支圧反力による水平抵抗効果を確実に得ることができる。そのため、現場条件や施工機器などの条件によって一般的な圧縮トラス形成角である４５度に設定できない場合であっても、地盤改良体に圧縮トラスを確実に形成することができる。
【0013】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記圧縮トラス形成角は、４５度であることを特徴としてもよい。
【0014】
このような構成とすることにより、圧縮トラス形成角を４５度とすることで、基礎杭に作用する水平力をずれ止め部から改良体底部に伝達できる圧縮トラスを確実に形成することができ、改良体底部の支圧反力による水平抵抗効果を得ることができる。
【0015】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記地盤改良体は、改良体頂部の外径が前記改良体底部の外径以下であることを特徴としてもよい。
【0016】
このような構成とすることにより、基礎杭にかかる水平力を地盤改良体の側面の水平抵抗へ過度に期待しない構成となることから、液状化地盤に設けられる地盤改良体の断面積（外径）を小さく抑えることによるスリム化を行うことができる。これにより、液状化時に基礎杭が受ける液状化地盤の流動力を抑制することも可能である。
【0017】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記地盤改良体は、上方から下方に向けて外径が大きくなる多段柱状体をなしていることを特徴としてもよい。
【0018】
この場合には、地盤改良体を多段柱状体とし、改良体頂部の外径を最も小さくすることにより、改良体底部の支圧反力を確保し、かつ液状化時に基礎杭が受ける液状化地盤の流動力を抑制することができる。
また、本発明では、地盤改良体の上部の断面形状をスリム化することで改良体体積を低減することができ、コストを低下させることができる。
また、本発明では、地盤改良体の上部の断面形状をスリム化することで改良体体積を低減することができ、コストを低下させることができる。
【0019】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記ずれ止め部の少なくとも一部は、前記多段柱状体の段部の前記基礎杭を向く内側角部を通る前記圧縮トラスと前記基礎杭の軸部との交点が位置する高さ以下の領域に配置されていることを特徴としてもよい。
【0020】
この場合には、多段柱状体からなる地盤改良体に効率よく圧縮トラスを形成することができ、改良体底部の支圧反力を確保し、かつ液状化時に基礎杭が受ける液状化地盤の流動力を抑制することができる。
【0021】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記地盤改良体は、上方から下方に向けて漸次、外径が大きくなるコーン柱状体をなしていることを特徴としてもよい。
【0022】
この場合には、コーン柱状体からなる地盤改良体の形状が、圧縮トラスが形成される地盤改良体の三角形部分と類似するため、圧縮トラスの傾斜角に合わせて地盤改良範囲を縮小することができ、コストの低減を図ることができる。
【0023】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記基礎杭は、鋼管杭であることを特徴としてもよい。
【0024】
この場合には、基礎杭が鋼管杭であるため、ずれ止め部の設置や形成を容易に行うことができる。
【0025】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記基礎杭は、段付鋼管、或いはディンプル鋼管であることを特徴としてもよい。
【0026】
この場合には、段付鋼管、或いはディンプル鋼管を採用することにより、基礎杭の軸部に設けられるずれ止め部が凹んだ状態で形成される。そのため、杭外周面と地盤改良体との付着により一体性を確保でき、改良体底部の支圧反力による水平抵抗の効果を十分に得ることができる。
また、本発明では、基礎杭の鋼管内面にコンクリート等の充填材を充填した場合には、鋼管内面と充填材との付着により一体性を確保でき、基礎杭の水平抵抗をさらに高めることができる。
そして、鋼管にディンプルを設けたディンプル鋼管の場合には、窪み付きであるにも関わらず鋼管内部に充填材を充填しない場合においても鋼管杭直管と同等の圧縮性能と曲げ性能を発揮することができ、優れた効果を発揮できる。
また、本発明では、基礎杭の鋼管内面にコンクリート等の充填材を充填した場合には、鋼管内面と充填材との付着により一体性を確保でき、基礎杭の水平抵抗をさらに高めることができる。
そして、鋼管にディンプルを設けたディンプル鋼管の場合には、窪み付きであるにも関わらず鋼管内部に充填材を充填しない場合においても鋼管杭直管と同等の圧縮性能と曲げ性能を発揮することができ、優れた効果を発揮できる。
【0027】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記ずれ止め部は、前記基礎杭の杭外周面に窪みとして成形されていることを特徴としてもよい。
【0028】
この場合には、基礎杭の軸部に設置されるずれ止め部が窪みであることで，杭外周面と地盤改良体との付着により一体性を確保でき、改良体底部の支圧反力による水平抵抗の効果が得られる。また、基礎杭の杭内面にコンクリート等の充填材を充填した場合には、杭内面と充填材との付着により一体性を確保でき、基礎杭の水平抵抗をさらに高めることが可能である。
そして、ずれ止め部を窪みとして形成することにより、優れた加工性や杭の施工性が得られる。
そして、ずれ止め部を窪みとして形成することにより、優れた加工性や杭の施工性が得られる。
【0029】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記ずれ止め部は、前記基礎杭の杭外周面に固着された溶接ビードにより形成されていることを特徴としてもよい。
【0030】
この場合には、杭外周面に溶接ビードを設置することにより容易に凸状部の形成が可能であるので、優れた加工性や杭の施工性をもたせることができる。
【0031】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記ずれ止め部は、前記基礎杭の杭外周面に圧延にて形成されていること特徴としてもよい。
【0032】
この場合には、基礎杭の軸部に設けられるずれ止め部が製造時に杭外周面に対して製造ラインにて形成された螺旋状の圧延形成により効率よく、かつ安定した形状で加工することができる。
【発明の効果】
【0033】
本発明の杭基礎構造によれば、地盤改良体の側面の水平抵抗が期待できない液状化地盤において、水平力や曲げモーメントが杭頭に作用する基礎杭の水平抵抗を強化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の第１実施形態による杭基礎構造を示す縦断面図である。
【図2】（ａ）～（ｃ）は、基礎杭のずれ止め部の一例を示す図である。
【図5】（ａ）、（ｂ）は圧縮トラス形成角の範囲を説明するための図である。
【図6】（ａ）、（ｂ）は、杭基礎構造の第１施工方法の施工手順を示す図である。
【図8】（ａ）、（ｂ）は、杭基礎構造の第１施工方法の施工手順を示す図である。
【図10】第２実施形態による杭基礎構造を示す縦断面図である。
【図11】第３実施形態による杭基礎構造を示す縦断面図である。
【図12】第４実施形態による杭基礎構造を示す縦断面図である。
【図13】第５実施形態による杭基礎構造を示す縦断面図である。
【図16】変形例によるずれ止め部を有する杭基礎構造を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、本発明の実施形態による杭基礎構造について、図面に基づいて説明する。
【0036】
（第１実施形態）
図１に示す本実施形態による杭基礎構造１は、液状化のおそれがある砂質層などの軟弱層からなる液状化地盤Ｇ１に構築されている構造物（図示省略）の基礎構造を、水平力や曲げモーメントが杭頭に作用する基礎杭２の水平抵抗を効率よく強化することを可能にした構造である。
本実施形態では、液状化地盤Ｇ１の下層に非液状化層Ｇ２があり、さらに非液状化層Ｇ２の下方には支持層（図示省略）を有している。
図１に示す本実施形態による杭基礎構造１は、液状化のおそれがある砂質層などの軟弱層からなる液状化地盤Ｇ１に構築されている構造物（図示省略）の基礎構造を、水平力や曲げモーメントが杭頭に作用する基礎杭２の水平抵抗を効率よく強化することを可能にした構造である。
本実施形態では、液状化地盤Ｇ１の下層に非液状化層Ｇ２があり、さらに非液状化層Ｇ２の下方には支持層（図示省略）を有している。
【0037】
杭基礎構造１は、液状化地盤Ｇ１上に構築される構造物を支持する基礎杭２と、基礎杭２の周囲に形成される地盤改良体３と、を備えている。
【0038】
基礎杭２は、図２（ａ）、（ｂ）に示す段付鋼管２Ａ、２Ｂや、図２（ｃ）に示すディンプル鋼管２Ｃ等の鋼管杭が採用されている。基礎杭２としては、現場打ち杭でも既成杭でもよい。また、基礎杭２の材料は、ＲＣ系（コンクリート杭）やスチール系でもよい。ただし、鋼管杭を採用した方が後述するずれ止め部２１の凹凸の設置（形成）する加工が容易となる利点がある。
【0039】
図２（ａ）に示す段付鋼管２Ａは、管軸Ｏに直交する周方向に沿って延び、杭外周面２ａより窪んだ周溝２１ａが管軸方向に間隔をあけて配置された形状をなしている。図２（ｂ）に示す段付鋼管２Ｂは、側面視して管軸Ｏに交差する方向に沿って傾斜し、杭外周面２ａより窪んだ傾斜溝２１ｂが管軸方向に間隔をあけて配置された形状をなしている。図２（ｃ）に示すディンプル鋼管２Ｃは、杭外周面２ａに複数の凹溝２１ｃが周方向及び管軸方向に間隔をあけた形状をなしている。
上記の周溝２１ａ、傾斜溝２１ｂ及び凹溝２１ｃは、鋼管製造時に成形された窪みであって、後述するずれ止め部２１に相当する。
上記の周溝２１ａ、傾斜溝２１ｂ及び凹溝２１ｃは、鋼管製造時に成形された窪みであって、後述するずれ止め部２１に相当する。
【0040】
図１に示すように、基礎杭２は、液状化地盤Ｇ１及び非液状化層Ｇ２に埋設され、非液状化層Ｇ２を貫通して支持層に到達した状態で打ち込まれている。基礎杭２は、例えば不図示の杭打機を使用して地表面に対して垂直に設置され、地中に貫入することにより打設される。このように構成された基礎杭２は、支持層まで到達しているため、基礎杭２を介して鉛直力を支持層で受けることができ、鉛直方向に十分な強度を有している。すなわち、構造物の鉛直荷重を基礎杭２にもたせることができる。
そして、地震時に基礎杭２が構造物や液状化地盤Ｇ１より受ける水平力の一部は、後述するように地盤改良体３の根入れ部３ｃ（改良体底部３ａ）を介して非液状化層Ｇ２に伝達されその非液状化層Ｇ２で負担される。
そして、地震時に基礎杭２が構造物や液状化地盤Ｇ１より受ける水平力の一部は、後述するように地盤改良体３の根入れ部３ｃ（改良体底部３ａ）を介して非液状化層Ｇ２に伝達されその非液状化層Ｇ２で負担される。
【0041】
地盤改良体３は、液状化地盤Ｇ１の上下方向でほぼ全域に設けられ、下端（改良体底部３ａ）が液状化地盤Ｇ１の下に位置する非液状化層Ｇ２に根入れされた状態で設けられている。地盤改良体３は、上方から下方に向けて外径が大きくなる多段柱状体をなしている。本実施形態による地盤改良体３は１段の柱状体である。すなわち、地盤改良体３は、地表面付近の改良体頂部３ｂの外径が改良体底部３ａの外径より小さくなっている。
【0042】
地盤改良体３は、基礎杭２の周囲に形成され、例えば土砂をセメントミルク等のセメント系固化剤で固化させることにより形成される。地盤改良体３は、高さ方向の略中央部より下側に位置する円柱状の下柱状体３１と、下柱状体３１より小径で上側に位置する円柱状の上柱状体３２と、を有する２段構造となっている。上柱状体３２の外径は、少なくとも基礎杭２の外径よりも大きく設定されている。そして、下柱状体３１の下部である改良体底部３ａが、上述したように所定の厚みで非液状化層Ｇ２に侵入した状態で根入れされている。
【0043】
このように地盤改良体３は、底部（下柱状体３１）において大きな径を有し，その底部における支圧反力Ｆ２を最大化できる構造となっている。また、改良体上部（上柱状体３２）は下柱状体３１に比べて縮径され、改良体の幅（径）が縮小化している。これにより、地盤改良体３は、液状化時においても基礎杭２同士の間を液状化地盤Ｇ１が流動するすり抜け現象を阻害することなく、地盤の流動力を受けにくい構造を実現できる。
【0044】
地盤改良体３は、基礎杭２を地盤に打ち込む際に基礎杭２の周囲の土砂を掘削ロッド４（図６（ｂ）、図７（ｂ）参照）の掘削用羽根４１で掘削し、掘削した土砂にセメントミルクを混合して固化させることにより所定の地盤領域に形成される。
【0045】
このように本実施形態の杭基礎構造１では、基礎杭２の周囲の液状化地盤Ｇ１及び非液状化層Ｇ２にセメントミルクで固化した地盤改良体３が形成されている。杭基礎構造１は、地盤改良体３が基礎杭２より大きな外径で補強されているため剛性が大きく、かつ基礎杭２に作用する水平力を非液状化層Ｇ２に根入れされている地盤改良体３によって十分に対抗することができる。このときの杭基礎構造１に作用する荷重伝達のメカニズム（荷重伝達機構）の詳細については後述する。
【0046】
図３及び図４に示すように、基礎杭２の軸部の杭外周面２ａには、地盤改良体３の下部から一定の範囲に、地盤改良体３との間でずれ止め機能を有する凹凸形状のずれ止め部２１が設けられている。ずれ止め部２１は、少なくとも一部が地盤改良体３の改良体底部３ａとの間に圧縮トラスＴが形成される圧縮トラス形成領域Ｔａに配置されている。
【0047】
基礎杭２の軸部の杭外周面２ａに設置されたずれ止め部２１は、基礎杭２に水平力Ｆ１や曲げモーメントＭが作用した場合において、その荷重を当該ずれ止め部２１の凹凸部分から地盤改良体３に伝達する機能を有する。
ずれ止め部２１は、改良体底部３ａとなす傾斜角（圧縮トラス形成角θ）が６０度以下となる圧縮トラスＴと基礎杭２の軸部との交点Ｐに位置する高さ以下の領域に配置されている。なお、圧縮トラス形成角θは、好ましくは３０～６０度の範囲であり、より好ましくは４５度である（図５（ａ）参照）。ここで、図５（ａ）に示す圧縮トラスＴ１はθが４５度であり、圧縮トラスＴ２はθが６０度、圧縮トラスＴ３はθが３０度である。
ずれ止め部２１は、改良体底部３ａとなす傾斜角（圧縮トラス形成角θ）が６０度以下となる圧縮トラスＴと基礎杭２の軸部との交点Ｐに位置する高さ以下の領域に配置されている。なお、圧縮トラス形成角θは、好ましくは３０～６０度の範囲であり、より好ましくは４５度である（図５（ａ）参照）。ここで、図５（ａ）に示す圧縮トラスＴ１はθが４５度であり、圧縮トラスＴ２はθが６０度、圧縮トラスＴ３はθが３０度である。
【0048】
ずれ止め部２１は、基礎杭２の杭外周面２ａに上述した図２（ａ）～（ｃ）に示すような窪みとして成形されている。
【0049】
次に、本実施形態の杭基礎構造１の荷重伝達機構について図３及び図４を用いて具体的に説明する。
地盤改良体３の内部では、基礎杭２の軸部と、その表面（杭外周面２ａ）に設置されたずれ止め部２１から伝達された荷重は、改良体底部３ａへ伝達され、非液状化層Ｇ２の地盤における支圧反力（符号Ｆ２）に支持されることになる。このとき基礎杭２と改良体底部３ａに挟まれる地盤改良体３の内部には圧縮トラスＴが形成される。そして、この圧縮トラスＴが形成されることによって荷重伝達が効率的に行われる。また、圧縮トラスＴに伴う荷重伝達は圧縮応力を基本としているため、引張強度を有しない地盤改良体３であっても確実に荷重が伝達される。
地盤改良体３の内部では、基礎杭２の軸部と、その表面（杭外周面２ａ）に設置されたずれ止め部２１から伝達された荷重は、改良体底部３ａへ伝達され、非液状化層Ｇ２の地盤における支圧反力（符号Ｆ２）に支持されることになる。このとき基礎杭２と改良体底部３ａに挟まれる地盤改良体３の内部には圧縮トラスＴが形成される。そして、この圧縮トラスＴが形成されることによって荷重伝達が効率的に行われる。また、圧縮トラスＴに伴う荷重伝達は圧縮応力を基本としているため、引張強度を有しない地盤改良体３であっても確実に荷重が伝達される。
【0050】
ここで、図３に示す符号は、以下の通りである。
ｒｏ：基礎杭２の半径
ＲＢ：改良体底部３ａの半径
Ｒｔ：改良体頂部３ｂの半径
ΔＲ：地盤改良体３の非液状化層Ｇ２への根入れ部３ｃの半径（ΔＲ＝ＲＢ－ｒｏ）
ｈ：地盤改良体３の高さ（定義に要注意，全長ではない）
ｌ：ずれ止め部２１が設置（形成）される深さ方向の長さ（＝上述した交点Ｐから改良体底部３ａまでの長さ）
θ：圧縮トラス形成角（ｔａｎθ＝ｌ／ΔＲ）
ｄｅ：地盤改良体３の非液状化層Ｇ２への根入れ深さ
ｒｏ：基礎杭２の半径
ＲＢ：改良体底部３ａの半径
Ｒｔ：改良体頂部３ｂの半径
ΔＲ：地盤改良体３の非液状化層Ｇ２への根入れ部３ｃの半径（ΔＲ＝ＲＢ－ｒｏ）
ｈ：地盤改良体３の高さ（定義に要注意，全長ではない）
ｌ：ずれ止め部２１が設置（形成）される深さ方向の長さ（＝上述した交点Ｐから改良体底部３ａまでの長さ）
θ：圧縮トラス形成角（ｔａｎθ＝ｌ／ΔＲ）
ｄｅ：地盤改良体３の非液状化層Ｇ２への根入れ深さ
【0051】
図４に示すように、圧縮トラスＴは、形成される改良体底部３ａとの傾斜角（圧縮トラス形成角θ）が４５度となることが好ましい。すなわち、圧縮トラスＴの圧縮トラス形成角θが４５度の場合には、少なくともずれ止め部２１が形成される軸部の深さ方向の長さ範囲ｌ（改良体底部３ａの外縁部３ｄを通る圧縮トラスＴが基礎杭２の軸部と交差する交点Ｐから改良体底部３ａまでの長さ）は、地盤改良体３の非液状化層Ｇ２への根入れ部３ｃの半径方向の長さΔＲと同等となる。
また、例えば圧縮トラス形成角θが４５度から６０度で改良体底部３ａの外縁部３ｄを通る場合には、基礎杭２の軸部における交点Ｐが圧縮トラス形成角θが４５度の交点Ｐよりも上側の位置となるので、ずれ止め部２１の少なくとも一部が設けられる範囲の上限位置も、圧縮トラス形成角θが４５度のときの上限位置より上側になる。すなわち、ずれ止め部２１が形成される軸部の深さ方向の長さ範囲ｌが大きくなる。
また、例えば圧縮トラス形成角θが４５度から６０度で改良体底部３ａの外縁部３ｄを通る場合には、基礎杭２の軸部における交点Ｐが圧縮トラス形成角θが４５度の交点Ｐよりも上側の位置となるので、ずれ止め部２１の少なくとも一部が設けられる範囲の上限位置も、圧縮トラス形成角θが４５度のときの上限位置より上側になる。すなわち、ずれ止め部２１が形成される軸部の深さ方向の長さ範囲ｌが大きくなる。
【0052】
なお、ずれ止め部２１は、圧縮トラスＴの圧縮トラス形成角θの角度によって決められる上記設置範囲（ずれ止め機能領域２１Ａ）より上側に外れた領域にずれ止め部２１が設けられていてもよい。例えば、圧縮トラスＴによる基礎杭２に作用する水平力を改良体底部３ａの支圧反力によって抵抗する伝達機能が作用しないまでも、地盤改良体３とのずれ止め機能を発揮させたり、あるいは基礎杭２の内側に充填されるコンクリートとのずれ止めの機能をもたせることを目的として、ずれ止め機能領域２１Ａの領域外にずれ止め部２１を設けることも可能である。
【0053】
ずれ止め部２１によって形成される圧縮トラスＴの形成範囲は、確実に地盤改良体３に含まれている。このことから幾何学的には、改良体底部３ａ、基礎杭２の軸部におけるずれ止め機能領域２１Ａ、及び改良体底部３ａの外縁部３ｄと基礎杭２の軸部とを結ぶ圧縮トラスＴの傾斜線によって定義される三角形部分よりも大きい範囲（径方向外側）の地盤改良体３が必要となる。
【0054】
なお、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、圧縮トラス形成角θは一般的には４５度であり、これに基づいた形状、大きさの地盤改良体３に設定される。
そして、現場条件や施工機器などの条件に基づき、必要に応じて圧縮トラス形成角θを３０～６０度の範囲に限定する方が良い。この角度以外では圧縮トラスＴは十分に形成されず、十分な効果が得られない。
そして、現場条件や施工機器などの条件に基づき、必要に応じて圧縮トラス形成角θを３０～６０度の範囲に限定する方が良い。この角度以外では圧縮トラスＴは十分に形成されず、十分な効果が得られない。
【0055】
図５（ｂ）は、下柱状体３１の高さが小さいケースを示した一例である。この場合、圧縮トラスＴは、多段柱状体をなす地盤改良体３の段部３３の基礎杭２を向く内側角部３３ａを通り、基礎杭２の軸部との交点Ｐが位置する高さ以下の領域に配置されている。図５（ｂ）では、改良体底部３ａの外縁部３ｄと内側角部３３ａを通る圧縮トラスＴ１（図５（ｂ）の実線）の圧縮トラス形成角θが４５度である。改良体底部３ａの外縁部３ｄを通る６０度の圧縮トラスＴ２（図５（ｂ）の二点鎖線）は、線全体が地盤改良体３に含まれていないため、圧縮トラスＴ２の一部が地盤改良体３の外に位置してしまい、この圧縮トラスＴ２において基礎杭２が受ける水平力は改良体底部３ａには伝達されない。
【0056】
次に、上述した杭基礎構造１の施工方法として、２つ施工例（第１施工方法、第２施工方法）について説明する。
第１施工方法について、図６（ａ）、（ｂ）及び図７（ａ）～（ｃ）に基づいて説明する。第１施工方法は、杭後施工方式である。
第１施工方法について、図６（ａ）、（ｂ）及び図７（ａ）～（ｃ）に基づいて説明する。第１施工方法は、杭後施工方式である。
【0057】
先ず、図６（ａ）に示すように、掘削ロッド４を施工箇所の地上部に設置する。掘削ロッド４は、ロッド４０と、ロッド４０の下端に配置され拡径可能かつ縮径可能な掘削用羽根４１と、掘削用羽根４１の上方に配置される攪拌用羽根４２と、を備えている。
【0058】
次に、図６（ｂ）に示すように、ロッド４０を回転させ、掘削用羽根４１と攪拌用羽根４２の回転により地盤を掘削する。本第１実施形態では、地盤改良体３が多段柱状体であり、上柱状体３２と下柱状体３１とから形成される。そのため、上柱状体３２の領域において掘削用羽根４１及び攪拌用羽根４２を所定の長さに縮径させた状態で掘削し、下柱状体３１の領域では掘削用羽根４１及び攪拌用羽根４２を上柱状体３２の領域のときよりも大きく拡径した状態で掘削する。そして、掘削ロッド４によって非液状化層Ｇ２に根入れする深さまで掘削した後、掘削ロッド４の下端部に設けられる注出口（図示省略）よりセメントミルクを周囲に注出して掘削した土砂と攪拌・混合させながら掘削ロッド４を引き上げる。これにより、図７（ａ）に示すように、改良体底部３ａが非液状化層Ｇ２に根入れされた根入れ部３ｃを形成した所定の形状（第１実施形態では多段柱状体）の地盤改良体３が築造される。
【0059】
次に、図７（ｂ）に示すように、予め杭外周面２ａの所定領域にずれ止め部２１が設けられている基礎杭２を、築造した地盤改良体３に打ち込む。具体的には、基礎杭２を地盤改良体３及び地盤改良体３より下方の地盤に貫入させ、基礎杭２の先端を支持層に到達させる（図７（ｃ）参照）。基礎杭２は、打ち込む長さに応じて継ぎ足して所定長とする。図７（ｃ）に示すように、基礎杭２を所定深度まで打ち込むことで、基礎杭２のずれ止め部２１も所定の高さの位置に配置されることになる。これにより施工が完了となる。
このようにして基礎杭２を設けることにより、基礎杭２が鉛直方向の支持力を得ることができ、さらに液状化地盤Ｇ１における基礎杭２の周囲が地盤改良体３によって覆われた状態となって基礎杭２に作用する水平力を地盤改良体３の改良体底部３ａに伝達する杭基礎構造１が構築される。
このようにして基礎杭２を設けることにより、基礎杭２が鉛直方向の支持力を得ることができ、さらに液状化地盤Ｇ１における基礎杭２の周囲が地盤改良体３によって覆われた状態となって基礎杭２に作用する水平力を地盤改良体３の改良体底部３ａに伝達する杭基礎構造１が構築される。
【0060】
【0061】
先ず、図８（ａ）に示すように、予め杭外周面２ａの所定領域にずれ止め部２１が設けられている基礎杭２を装備した状態の掘削ロッド４を施工箇所の地上部に設置する。掘削ロッド４の構成は上述した第１施工方法で使用したものと同様のものである。基礎杭２は、杭内にロッド４０を挿通させた状態で、攪拌用羽根４２より上の位置でセットされる。そして、掘削用羽根４１と攪拌用羽根４２とは、縮径したときに基礎杭２の内側を通過可能である。
【0062】
次に、図８（ｂ）に示すように、基礎杭２を装備した掘削ロッド４において、ロッド４０を回転させ、掘削用羽根４１と攪拌用羽根４２の回転により地盤を掘削する。本第１実施形態では、地盤改良体３が多段柱状体であり、上柱状体３２と下柱状体３１とから形成される。そのため、上柱状体３２の領域において掘削用羽根４１及び攪拌用羽根４２を所定の長さに縮径させた状態で掘削し、下柱状体３１の領域では掘削用羽根４１及び攪拌用羽根４２を上柱状体３２の領域のときよりも大きく拡径した状態で非液状化層Ｇ２に根入れする深さまで掘削する。このとき、掘削ロッド４の地盤への貫入とともに、基礎杭２も掘削した地盤中に貫入される。
【0063】
そして、第２施工方法では、掘削ロッド４による掘削と同時に、掘削ロッド４の下端部に設けられる注出口（図示省略）よりセメントミルクを周囲に注出して掘削した土砂と攪拌・混合させることで、図９（ａ）に示すような改良体底部３ａが非液状化層Ｇ２に根入れされた根入れ部３ｃを形成した所定の形状（第１実施形態では多段柱状体）の地盤改良体３が築造される。
続いて、掘削ロッド４とともに地盤に貫入された基礎杭２を残置させた状態で、掘削用羽根４１及び攪拌用羽根４２を縮径させた掘削ロッド４を基礎杭２の内側を通過させて地上に引き抜く。
続いて、掘削ロッド４とともに地盤に貫入された基礎杭２を残置させた状態で、掘削用羽根４１及び攪拌用羽根４２を縮径させた掘削ロッド４を基礎杭２の内側を通過させて地上に引き抜く。
【0064】
次に、図９（ｂ）に示すように、予め杭外周面２ａの所定領域にずれ止め部２１が設けられている基礎杭２を、さらに築造した地盤改良体３とその下方の非液状化層Ｇ２に打ち込む。具体的には、基礎杭２を地盤改良体３及び地盤改良体３より下方の地盤に貫入させ、基礎杭２の先端が支持層に到達させる（図９（ｃ）参照）。基礎杭２は、打ち込む長さに応じて継ぎ足して所定長とする。図９（ｃ）に示すように、基礎杭２を所定深度まで打ち込むことで、基礎杭２のずれ止め部２１も所定の高さの位置に配置されることになる。これにより施工が完了となる。
このようにして基礎杭２を設けることにより、基礎杭２が鉛直方向の支持力を得ることができ、さらに液状化地盤Ｇ１における基礎杭２の周囲が地盤改良体３によって覆われた状態となって基礎杭２に作用する水平力を地盤改良体３の改良体底部３ａに伝達する杭基礎構造１が構築される。
このようにして基礎杭２を設けることにより、基礎杭２が鉛直方向の支持力を得ることができ、さらに液状化地盤Ｇ１における基礎杭２の周囲が地盤改良体３によって覆われた状態となって基礎杭２に作用する水平力を地盤改良体３の改良体底部３ａに伝達する杭基礎構造１が構築される。
【0065】
次に、上述した杭基礎構造１の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、本実施形態による杭基礎構造１では、基礎杭２の軸部に凹凸形状のずれ止め部２１を設け、このずれ止め部２１に起因して生じる圧縮トラスＴが形成される範囲に地盤改良体３が存在することで、基礎杭２に作用する水平力が、ずれ止め部２１から基礎杭２の周囲に形成される地盤改良体３を介して改良体底部３ａへ伝達する。そして、改良体底部３ａに伝達された水平力は、非液状化層Ｇ２に根入れされた改良体底部３ａの支圧反力により抵抗することができる。このため、本実施形態では、非液状化層Ｇ２における支圧反力を利用していることから、地震時に液状化地盤Ｇ１が液状化した時においても改良体底部３ａの支圧反力による優れた水平抵抗効果が得られる。
このように、本実施形態では、地盤改良体３の側面の水平抵抗が期待できない液状化層においても、改良体底部３ａの支圧反力を活用することで、水平力や曲げモーメントが杭頭に作用する基礎杭２の水平抵抗を強化することができる。
図２に示すように、本実施形態による杭基礎構造１では、基礎杭２の軸部に凹凸形状のずれ止め部２１を設け、このずれ止め部２１に起因して生じる圧縮トラスＴが形成される範囲に地盤改良体３が存在することで、基礎杭２に作用する水平力が、ずれ止め部２１から基礎杭２の周囲に形成される地盤改良体３を介して改良体底部３ａへ伝達する。そして、改良体底部３ａに伝達された水平力は、非液状化層Ｇ２に根入れされた改良体底部３ａの支圧反力により抵抗することができる。このため、本実施形態では、非液状化層Ｇ２における支圧反力を利用していることから、地震時に液状化地盤Ｇ１が液状化した時においても改良体底部３ａの支圧反力による優れた水平抵抗効果が得られる。
このように、本実施形態では、地盤改良体３の側面の水平抵抗が期待できない液状化層においても、改良体底部３ａの支圧反力を活用することで、水平力や曲げモーメントが杭頭に作用する基礎杭２の水平抵抗を強化することができる。
【0066】
また、本実施形態では、改良体底部３ａの支圧反力により基礎杭２の水平力に抵抗することを期待する。すなわち、本実施形態では、改良体側面の支圧反力により基礎杭２の水平力に抵抗することを期待する必要がなくなることから、地盤改良体３における圧縮トラスＴが形成されない部分の断面積（外径）を必要最小限に小さくしてスリム化を行うことができる。地盤改良体３のスリム化を行った場合には、液状化時に基礎杭２に作用する流動力を抑制することが可能となる。このように地盤改良体３の体積を削減することができ、コストの低減を図ることができる。
【0067】
また、本実施形態では、圧縮トラスＴが形成する傾斜角である圧縮トラス形成角θを３０～６０度の範囲に設定することで、地盤改良体３に圧縮トラスＴを十分に形成することができ、改良体底部３ａの支圧反力による水平抵抗効果を確実に得ることができる。そのため、現場条件や施工機器などの条件によって一般的な圧縮トラス形成角θである４５度に設定できない場合であっても、地盤改良体３に圧縮トラスＴを確実に形成することができる。
とくに圧縮トラス形成角θを４５度とすることで、基礎杭２に作用する水平力をずれ止め部から改良体底部３ａに伝達できる圧縮トラスＴを確実に形成することができ、改良体底部３ａの支圧反力による水平抵抗効果を得ることができる。
とくに圧縮トラス形成角θを４５度とすることで、基礎杭２に作用する水平力をずれ止め部から改良体底部３ａに伝達できる圧縮トラスＴを確実に形成することができ、改良体底部３ａの支圧反力による水平抵抗効果を得ることができる。
【0068】
また、本実施形態では、地盤改良体３が改良体頂部３ｂの外径が改良体底部３ａの外径以下であるため、基礎杭２にかかる水平力を地盤改良体３の側面３ｅの水平抵抗へ過度に期待しない構成となる。このことから、液状化地盤Ｇ１に設けられる地盤改良体３の断面積（外径）を小さく抑えることによるスリム化を行うことができる。これにより、液状化時に基礎杭２が受ける液状化地盤Ｇ１の流動力を抑制することが可能である。
【0069】
また、本実施形態では、地盤改良体３を多段柱状体とし、改良体頂部３ｂの外径を最も小さくすることにより、改良体底部３ａの支圧反力を確保し、かつ液状化時に基礎杭２が受ける液状化地盤Ｇ１の流動力を抑制することができる。そして、本実施形態では、地盤改良体３の上部の断面形状をスリム化することで改良体体積を低減することができ、コストを低下させることができる。
【0070】
しかも、本実施形態では、圧縮トラスＴが多段柱状体の段部の基礎杭２を向く内側角部を通り、基礎杭２の軸部との交点が位置する高さ以下の領域（ずれ止め機能領域２１Ａ）に配置されている。これにより、多段柱状体からなる地盤改良体３に効率よく圧縮トラスＴを形成することができ、改良体底部３ａの支圧反力を確保し、かつ液状化時に基礎杭２が受ける液状化地盤Ｇ１の流動力を抑制することができる。
【0071】
また、本実施形態では、基礎杭２が鋼管杭であるため、ずれ止め部２１の設置や形成を容易に行うことができる。
【0072】
また、本実施形態では、段付鋼管２Ａ、２Ｂ（図２（ａ）、（ｂ）参照）、或いはディンプル鋼管２Ｃ（図２（ｃ）参照）を採用することにより、基礎杭２の軸部に設けられるずれ止め部２１が凹んだ状態で形成される。そのため、杭外周面２ａと地盤改良体３との付着により一体性を確保でき、改良体底部３ａの支圧反力による水平抵抗の効果を十分に得ることができる。
【0073】
また、本実施形態では、基礎杭２の鋼管内面にコンクリート等の充填材を充填した場合には、鋼管内面と充填材との付着により一体性を確保でき、基礎杭２の水平抵抗をさらに高めることができる。
そして、鋼管にディンプルを設けたディンプル鋼管２Ｃ（図２（ｃ）参照）の場合には、窪み付きであるにも関わらず鋼管内部に充填材を充填しない場合においても鋼管杭直管と同等の圧縮性能と曲げ性能を発揮することができ、優れた効果を発揮できる。
そして、本実施形態では、ずれ止め部２１を窪みとして形成することにより、優れた加工性や杭の施工性が得られる。
そして、鋼管にディンプルを設けたディンプル鋼管２Ｃ（図２（ｃ）参照）の場合には、窪み付きであるにも関わらず鋼管内部に充填材を充填しない場合においても鋼管杭直管と同等の圧縮性能と曲げ性能を発揮することができ、優れた効果を発揮できる。
そして、本実施形態では、ずれ止め部２１を窪みとして形成することにより、優れた加工性や杭の施工性が得られる。
【0074】
上述した本実施形態による杭基礎構造１では、地盤改良体３の側面の水平抵抗が期待できない液状化地盤Ｇ１において、水平力や曲げモーメントが杭頭に作用する基礎杭２の水平抵抗を強化することができる。
【0075】
（第２実施形態）
図１０に示すように、第２実施形態による杭基礎構造１Ａは、地盤改良体３Ａの形状として深さ方向の全体にわたって一定した外径の柱状体をなす構造である。すなわち、地盤改良体３Ａは、改良体頂部３ｂの外径と改良体底部３ａの外径は略同一である。この場合も、地盤改良体３Ａは、非液状化層Ｇ２に根入れした根入れ部３ｃが形成されている。
図１０に示すように、第２実施形態による杭基礎構造１Ａは、地盤改良体３Ａの形状として深さ方向の全体にわたって一定した外径の柱状体をなす構造である。すなわち、地盤改良体３Ａは、改良体頂部３ｂの外径と改良体底部３ａの外径は略同一である。この場合も、地盤改良体３Ａは、非液状化層Ｇ２に根入れした根入れ部３ｃが形成されている。
【0076】
基礎杭２は、上述した第１実施形態の構成と同様である。すなわち、基礎杭２の軸部の杭外周面２ａには、地盤改良体３Ａの下部から一定の範囲に、地盤改良体３Ａとの間でずれ止め機能を有する凹凸形状のずれ止め部２１が設けられている。ずれ止め部２１は、少なくとも一部が地盤改良体３Ａの改良体底部３ａとの間に圧縮トラスＴが形成される圧縮トラス形成領域Ｔａに配置されている。
【0077】
図１０に示す点線の圧縮トラスＴの線は、地盤改良体３Ａの改良体底部３ａにおける外縁部３ｄにおける圧縮トラス形成角θが４５度の線である。第２実施形態では、基礎杭２の杭外周面２ａにおいて、圧縮トラスＴが基礎杭２の軸部との交点Ｐから改良体底部３ａまでの領域（ずれ止め機能領域２１Ａ）にずれ止め部２１が設けられている。なお、ずれ止め部２１は、基礎杭２における上記ずれ止め機能領域２１Ａの少なくとも一部に設けられていればよく、ずれ止め機能領域２１Ａの全体にわたって設けられることに限定されることはなく、上下方向に断続的に配置されていてもよい。また、上述したようにずれ止め機能領域２１Ａ以外の領域（ここでは、ずれ止め機能領域２１Ａより上側の領域）にもずれ止め部２１が設けられていてもよい。
【0078】
第２実施形態による杭基礎構造１Ａでは、地盤改良体３Ａに非液状化層Ｇ２に根入れした根入れ部３ｃが形成され、かつ基礎杭２にずれ止め部２１が設けられいるので、圧縮トラスＴによる改良体底部３ａによる支圧反力Ｆ２が得られ基礎杭２に作用する水平力Ｆ１を非液状化層Ｇ２で負担することが可能である。
【0079】
一方、第２実施形態による杭基礎構造１Ａでは、上述した第１実施形態の杭基礎構造１のように地盤改良体３の上部断面が縮径されて小さくなっていない。つまり、液状化地盤Ｇ１の上部に大きな円柱状の地盤改良体３Ａが存在していることから、上記第１実施形態のように上部断面が小さい場合に比べて液状化時における基礎杭２間の地盤がすり抜け現象を阻害する可能性があり、地盤の流動力を受けやすい構成となる。
【0080】
（第３実施形態）
図１１に示すように、第３実施形態による杭基礎構造１Ｂは、液状化地盤Ｇ１の深さ方向の下部のみに柱状体からなる地盤改良体３Ｂを設けた構成である。
すなわち、地盤改良体３Ｂは、上述した第１実施形態の上柱状体３２（図１参照）が省略されて下柱状体３１のみを設けた構成と同等であり、改良体頂部３ｂの外径と改良体底部３ａの外径は略同一である。この場合も、地盤改良体３Ｂは、非液状化層Ｇ２に根入れした根入れ部３ｃが形成されている。
図１１に示すように、第３実施形態による杭基礎構造１Ｂは、液状化地盤Ｇ１の深さ方向の下部のみに柱状体からなる地盤改良体３Ｂを設けた構成である。
すなわち、地盤改良体３Ｂは、上述した第１実施形態の上柱状体３２（図１参照）が省略されて下柱状体３１のみを設けた構成と同等であり、改良体頂部３ｂの外径と改良体底部３ａの外径は略同一である。この場合も、地盤改良体３Ｂは、非液状化層Ｇ２に根入れした根入れ部３ｃが形成されている。
【0081】
基礎杭２は、上述した第１実施形態の構成と同様である。すなわち、基礎杭２の軸部の杭外周面２ａには、地盤改良体３Ｂの下部から一定の範囲に、地盤改良体３Ｂとの間でずれ止め機能を有する凹凸形状のずれ止め部２１が設けられている。ずれ止め部２１は、少なくとも一部が地盤改良体３Ｂの改良体底部３ａとの間に圧縮トラスＴが形成される圧縮トラス形成領域Ｔａに配置されている。図１１では、ずれ止め部２１が基礎杭２の軸部における地盤改良体３Ｂに接するほぼ全域に設けられている。
【0082】
図１１に示す点線の圧縮トラスＴ１の線は、地盤改良体３Ｂの改良体底部３ａにおける外縁部３ｄにおける圧縮トラス形成角θが４５度の線である。第３実施形態では、基礎杭２の杭外周面２ａにおいて、圧縮トラスＴが基礎杭２の軸部との交点Ｐから改良体底部３ａまでの領域（ずれ止め機能領域２１Ａ）にずれ止め部２１が設けられている。なお、ずれ止め部２１は、基礎杭２における上記ずれ止め機能領域２１Ａの少なくとも一部に設けられていればよく、ずれ止め機能領域２１Ａの全体にわたって設けられることに限定されることはなく、上下方向に断続的に配置されていてもよい。また、上述したようにずれ止め機能領域２１Ａ以外の領域にもずれ止め部２１が設けられていてもよい。
【0083】
第３実施形態による杭基礎構造１Ｂでは、地盤改良体３Ｂに非液状化層Ｇ２に根入れした根入れ部３ｃが形成され、かつ基礎杭２にずれ止め部２１が設けられいるので、圧縮トラスＴによる改良体底部３ａによる支圧反力が得られ基礎杭２に作用する水平力を非液状化層Ｇ２で負担することが可能である。
【0084】
また、第３実施形態の杭基礎構造１Ｂは、上述した第１実施形態の杭基礎構造１のような上柱状体３２が存在しないため、液状化地盤Ｇ１の上部の地盤改良が不要となり、さらなるコストの低減を図ることができる。
【0085】
（第４実施形態）
図１２に示す第４実施形態による杭基礎構造１Ｃは、上方から下方に向けて漸次、外径が大きくなるコーン柱状体をなす地盤改良体３Ｃを設けた構成である。
地盤改良体３Ｃは、上述した第１実施形態と同様に液状化地盤Ｇ１の上下方向でほぼ全域に設けられ、下端（改良体底部３ａ）が非液状化層Ｇ２に根入れされた状態で設けられている。すなわち、地盤改良体３Ｃは、地表面付近の改良体頂部３ｂの外径が改良体底部３ａの外径より小さくなっている。
図１２に示す第４実施形態による杭基礎構造１Ｃは、上方から下方に向けて漸次、外径が大きくなるコーン柱状体をなす地盤改良体３Ｃを設けた構成である。
地盤改良体３Ｃは、上述した第１実施形態と同様に液状化地盤Ｇ１の上下方向でほぼ全域に設けられ、下端（改良体底部３ａ）が非液状化層Ｇ２に根入れされた状態で設けられている。すなわち、地盤改良体３Ｃは、地表面付近の改良体頂部３ｂの外径が改良体底部３ａの外径より小さくなっている。
【0086】
基礎杭２は、上述した実施形態の構成と同様である。すなわち、基礎杭２の軸部の杭外周面２ａには、地盤改良体３Ｃの下部から一定の範囲に、地盤改良体３Ｃとの間でずれ止め機能を有する凹凸形状のずれ止め部２１が設けられている。ずれ止め部２１は、少なくとも一部が地盤改良体３Ｂの改良体底部３ａとの間に圧縮トラスＴが形成される圧縮トラス形成領域Ｔａに配置されている。
【0087】
図１２に示す点線の圧縮トラスＴの線は、地盤改良体３Ｃの改良体底部３ａにおける外縁部３ｄにおける圧縮トラス形成角θが４５度の線である。第４実施形態では、基礎杭２の杭外周面２ａにおいて、圧縮トラスＴが基礎杭２の軸部との交点Ｐから改良体底部３ａまでの領域（ずれ止め機能領域２１Ａ）にずれ止め部２１が設けられている。なお、ずれ止め部２１は、基礎杭２における上記ずれ止め機能領域２１Ａの少なくとも一部に設けられていればよく、ずれ止め機能領域２１Ａの全体にわたって設けられることに限定されることはなく、上下方向に断続的に配置されていてもよい。また、上述したようにずれ止め機能領域２１Ａ以外の領域（ここでは、ずれ止め機能領域２１Ａより上側の領域）にもずれ止め部２１が設けられていてもよい。
【0088】
第４実施形態による杭基礎構造１Ｃでは、地盤改良体３Ｃに非液状化層Ｇ２に根入れした根入れ部３ｃが形成され、かつ基礎杭２にずれ止め部２１が設けられているので、圧縮トラスＴによる改良体底部３ａによる支圧反力Ｆ２が得られ、基礎杭２に作用する水平力Ｆ１を非液状化層Ｇ２で負担することが可能である。
【0089】
また、第４実施形態の杭基礎構造１Ｂは、上述した第１実施形態の杭基礎構造１と同様に地盤改良体３Ｃの上部の断面積が小さく、縮径されているので、液状化地盤Ｇ１の上部の地盤改良を低減することができ、コストの低減を図ることができる。
【0090】
さらに、第４実施形態による杭基礎構造１Ｃでは、地盤改良体３Ｃがコーン形状であるので、施工時に順次、一定量で拡径を行いながら効率よく施工を行うことができる。
しかも、本実施形態では、コーン柱状体からなる地盤改良体３Ｃの形状が、圧縮トラスＴが形成される地盤改良体３Ｃの三角形部分と類似するため、圧縮トラス形成角θに合わせて地盤改良範囲を縮小することができ、コストの低減を図ることができる。
しかも、本実施形態では、コーン柱状体からなる地盤改良体３Ｃの形状が、圧縮トラスＴが形成される地盤改良体３Ｃの三角形部分と類似するため、圧縮トラス形成角θに合わせて地盤改良範囲を縮小することができ、コストの低減を図ることができる。
【0091】
（第５実施形態）
次に、図１３に示すように、第５実施形態による杭基礎構造１Ｄは、上述した第１実施形態において基礎杭２の軸部に設けられる凹凸形状のずれ止め部２２が杭外周面２ａから外側に突出する構成としたものである。地盤改良体３の形状は、第１実施形態と同様に多段柱状体をなしている。すなわち、地盤改良体３は、下端（改良体底部３ａ）が非液状化層Ｇ２に根入れされた状態で設けられている。
基礎杭２は、ずれ止め部２２以外の構成は第１実施形態と同様であり、不図示の支持層に到達している。
次に、図１３に示すように、第５実施形態による杭基礎構造１Ｄは、上述した第１実施形態において基礎杭２の軸部に設けられる凹凸形状のずれ止め部２２が杭外周面２ａから外側に突出する構成としたものである。地盤改良体３の形状は、第１実施形態と同様に多段柱状体をなしている。すなわち、地盤改良体３は、下端（改良体底部３ａ）が非液状化層Ｇ２に根入れされた状態で設けられている。
基礎杭２は、ずれ止め部２２以外の構成は第１実施形態と同様であり、不図示の支持層に到達している。
【0092】
図１３に示す点線の圧縮トラスＴの線は、地盤改良体３の改良体底部３ａにおける外縁部３ｄにおける圧縮トラス形成角θが４５度の線である。ずれ止め部２２は、基礎杭２の杭外周面２ａにおいて、圧縮トラスＴ１が基礎杭２の軸部との交点Ｐから改良体底部３ａまでの領域（ずれ止め機能領域２２Ａ）に設けられている。なお、ずれ止め部２２は、基礎杭２における上記ずれ止め機能領域２２Ａの少なくとも一部に設けられていればよく、ずれ止め機能領域２２Ａの全体にわたって設けられることに限定されることはなく、上下方向に断続的に配置されていてもよい。また、上述したようにずれ止め機能領域２２Ａ以外の領域（ここでは、ずれ止め機能領域２２Ａより上側の領域）にもずれ止め部２２が設けられていてもよい。
【0093】
突起状のずれ止め部２２としては、例えば、図１４に示すような基礎杭２の杭外周面２ａに固着された溶接ビード２２ａを形成したものを採用できる。この場合には、杭外周面２ａに溶接ビード２２ａを設置することにより容易に凸状部を形成することが可能であるので、優れた加工性や杭の施工性をもたせることができる。
【0094】
また、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、基礎杭２の杭外周面２ａに対して圧延にて形成された突起２２ｂであってもよい。このような圧延の製造ラインによって突起状のずれ止め部２２を形成するものは、基礎杭２の軸部のずれ止め部を効率よく、かつ安定した形状で設けることができる。なお、図１５（ａ）、（ｂ）における符号２２ｃ（軸方向中央に位置する突起２２ｂ同士の間の線）は、圧延にて形成された突起２２ｂを有する鋼板を用いて基礎杭２を造管する際の溶接線を示している。
【0095】
さらに、突起状となる他のずれ止め部２２として、鉄筋や丸鋼、平鋼等をリング状に曲げ加工した部材を基礎杭２の杭外周面２ａに設置して溶接等で固着して形成したものであってもよい。
【0096】
また、図１６及び図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、変形例による杭基礎構造１Ｄでは、他の突起状のずれ止め部２２として、基礎杭２の杭外周面２ａにおいて軸方向に沿って延在する孔あき鋼板２３を周方向に間隔をあけて複数設けたものを採用することも可能である。孔あき鋼板２３は、帯状の鋼板に複数（例えば、図１７（ａ）では４枚、図１７（ｂ）では８枚）の貫通穴２３ａが延在方向に配列した構成である。孔あき鋼板２３は、貫通穴２３ａの中心軸が基礎杭２の軸方向に直交する方向に向けるとともに、鋼鈑の板面が基礎杭２に対して放射方向となるように配置されている。
【0097】
以上、本発明による杭基礎構造の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0098】
例えば、基礎杭２の外径、長さ、材質は、地盤条件や支持する構造物の荷重等の条件に合わせて適宜設定することができる。
【0099】
また、上述した実施形態では、地盤改良体の形状として多段柱状体、１断面の柱状体、コーン柱状体等を例示し、基礎杭の軸部に形成される凹凸形状のずれ止め部として窪み、溶接ビードや圧延形成による突起、孔あき鋼板を例示したが、種々の形状からなる地盤改良体と、種々の構成からなる基礎杭のずれ止め部との組み合わせは適宜設定することが可能である。
【0100】
なお、上述した第３実施形態を除いた他の実施形態では、地盤改良体３、３Ａ、３Ｃ、３Ｄが、液状化地盤Ｇ１の上方まで全域に設ける構成としているが、この範囲であることに限定されるものではない。すなわち、上記の第３実施形態の地盤改良体３Ｂのように、液状化地盤Ｇ１の上方に地盤改良体が形成されない部分があってもよい。
【0101】
また、地盤改良体の形状についても、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば上記の第１実施形態の多段柱状体からなる地盤改良体３では、下柱状体３１と上柱状体３２からなる１段の段部３３が形成された形状であるが、２段、あるいは３段以上の段部が形成されていてもよい。
【0102】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【0103】
１、１Ａ～１Ｄ 杭基礎構造
２ 基礎杭
２ａ 杭外周面
２Ａ、２Ｂ 段付鋼管
２Ｃ ディンプル鋼管
２１、２２ ずれ止め部
２１Ａ、２２Ａ ずれ止め機能領域
２１ａ 周溝
２１ｂ 傾斜溝
２１ｃ 凹溝
２２ａ 溶接ビード
２２ｂ 突起
２３ 孔あき鋼板
３、３Ａ～３Ｄ 地盤改良体
３ａ 改良体底部
３ｂ 改良体頂部
３ｃ 根入れ部
３１ 下柱状体
３２ 上柱状体
Ｇ１ 液状化地盤
Ｇ２ 非液状化層
Ｔ 圧縮トラス
Ｔａ 圧縮トラス形成領域
２ 基礎杭
２ａ 杭外周面
２Ａ、２Ｂ 段付鋼管
２Ｃ ディンプル鋼管
２１、２２ ずれ止め部
２１Ａ、２２Ａ ずれ止め機能領域
２１ａ 周溝
２１ｂ 傾斜溝
２１ｃ 凹溝
２２ａ 溶接ビード
２２ｂ 突起
２３ 孔あき鋼板
３、３Ａ～３Ｄ 地盤改良体
３ａ 改良体底部
３ｂ 改良体頂部
３ｃ 根入れ部
３１ 下柱状体
３２ 上柱状体
Ｇ１ 液状化地盤
Ｇ２ 非液状化層
Ｔ 圧縮トラス
Ｔａ 圧縮トラス形成領域
【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】
【図17】