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(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】P2023053747
(43)【公開日】2023-04-13
(54)【発明の名称】杭基礎、及びその設計方法
(51)【国際特許分類】
E02D 5/44 20060101AFI20230406BHJP
E02D 5/48 20060101ALI20230406BHJP
E02D 5/50 20060101ALI20230406BHJP
E02D 5/30 20060101ALI20230406BHJP
【ＦＩ】
E02D5/44 A
E02D5/48
E02D5/50
E02D5/30 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021162973
(22)【出願日】2021-10-01
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り １．２０２１年１月２２日 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊａｐａｎｐｉｌｅ．ｃｏ．ｊｐ／ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊａｐａｎｐｉｌｅ．ｃｏ．ｊｐ／ｍｅｔｈｏｄ／ｂｕｉｌｄｉｎｇｔｅｃｈ／ｓｍａｒｔ－ｍａｇｎｕｍ／にて発表 ２．２０２１年１月２２日 別紙記載の刊行物にて発表 ３．２０２１年２月２１日 Ｓｍａｒｔ－ＭＡＧＮＵＭ工法講習会にて発表 ４．２０２１年４月１日 別紙記載の刊行物にて発表
(71)【出願人】
【識別番号】515277300
【氏名又は名称】ジャパンパイル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100199565
【弁理士】
【氏名又は名称】飯野 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】田中 佑二郎
【テーマコード（参考）】
2D041
【Ｆターム（参考）】
2D041AA03
2D041BA22
2D041DA12
2D041DA16
2D041FA02
(57)【要約】
【課題】杭の支持力を適切に評価することができる杭基礎、及びその設計方法を提供すること。
【解決手段】本発明の杭基礎１０は、周面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する杭本体２を地盤を掘削して設けた杭穴１内にソイルセメントを介して埋設してソイルセメントを硬化させて杭本体２と一体化させた杭８を含む。杭８の周りの地盤の強度を反映した摩擦力に関する特性値をＴとし、杭８が地盤に接する一定区間の長さをＬとし、一定区間の地盤が同じ地質であり、杭本体２の周長をψとし、杭本体２の杭径に基づいて定まる標準的な掘削径に対する杭穴の掘削径の比である拡大比をωｓとし、一定区間における杭８の杭穴１に対する周面摩擦力の目標値をＲｆとした場合、Ｒｆ≦ＴＬψωｓを満たす。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明の杭基礎１０は、周面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する杭本体２を地盤を掘削して設けた杭穴１内にソイルセメントを介して埋設してソイルセメントを硬化させて杭本体２と一体化させた杭８を含む。杭８の周りの地盤の強度を反映した摩擦力に関する特性値をＴとし、杭８が地盤に接する一定区間の長さをＬとし、一定区間の地盤が同じ地質であり、杭本体２の周長をψとし、杭本体２の杭径に基づいて定まる標準的な掘削径に対する杭穴の掘削径の比である拡大比をωｓとし、一定区間における杭８の杭穴１に対する周面摩擦力の目標値をＲｆとした場合、Ｒｆ≦ＴＬψωｓを満たす。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
周面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する杭本体を地盤を掘削して設けた杭穴内に硬化材を介して埋設して前記硬化材を硬化させて前記杭本体と一体化させた杭を含む杭基礎であって、
前記杭の周りの前記地盤の強度を反映した摩擦力に関する特性値をＴとし、前記杭が前記地盤に接する一定区間の長さをＬとし、前記一定区間の地盤が同じ地質であり、前記杭本体の周長をψとし、前記杭本体の杭径に基づいて定まる標準的な掘削径に対する前記杭穴の掘削径の比である拡大比をωｓとし、前記一定区間における前記杭の前記杭穴に対する周面摩擦力の目標値をＲｆとした場合、
Ｒｆ≦ＴＬψωｓ
を満たす杭基礎。
前記杭の周りの前記地盤の強度を反映した摩擦力に関する特性値をＴとし、前記杭が前記地盤に接する一定区間の長さをＬとし、前記一定区間の地盤が同じ地質であり、前記杭本体の周長をψとし、前記杭本体の杭径に基づいて定まる標準的な掘削径に対する前記杭穴の掘削径の比である拡大比をωｓとし、前記一定区間における前記杭の前記杭穴に対する周面摩擦力の目標値をＲｆとした場合、
Ｒｆ≦ＴＬψωｓ
を満たす杭基礎。
【請求項2】
前記一定区間の地盤が砂質・礫質地盤であり、前記一定区間における当該砂質・礫質地盤の平均Ｎ値がＮｓであり、前記特性値Ｔと前記平均Ｎ値Ｎｓとの関係が、
Ｔ＝Ａ＋Ｂ×Ｎｓ
を満たす請求項１の杭基礎。
Ｔ＝Ａ＋Ｂ×Ｎｓ
を満たす請求項１の杭基礎。
【請求項3】
前記硬化材に膨張材を含まない場合、
前記Ａは、２５≦Ａ≦３５であり、
前記Ｂは、４．５≦Ｂ≦５．５である、
請求項２の杭基礎。
前記Ａは、２５≦Ａ≦３５であり、
前記Ｂは、４．５≦Ｂ≦５．５である、
請求項２の杭基礎。
【請求項4】
前記硬化材に膨張材を含む場合、
前記Ａは、０であり、
前記Ｂは、９．０≦Ｂ≦１０．０である、
請求項２の杭基礎。
前記Ａは、０であり、
前記Ｂは、９．０≦Ｂ≦１０．０である、
請求項２の杭基礎。
【請求項5】
前記一定区間の地盤が粘土質地盤であり、前記一定区間における当該粘土質地盤の一軸圧縮強さの平均値がｑｕであり、前記特性値Ｔと前記一軸圧縮強さの平均値ｑｕとの関係が、
Ｔ＝Ａ＋Ｂ×ｑｕ
を満たす請求項１の杭基礎。
Ｔ＝Ａ＋Ｂ×ｑｕ
を満たす請求項１の杭基礎。
【請求項6】
前記硬化材に膨張材を含まない場合、
前記Ａは、１５≦Ａ≦２５であり、
前記Ｂは、０．５≦Ｂ≦１．０である、
請求項５の杭基礎。
前記Ａは、１５≦Ａ≦２５であり、
前記Ｂは、０．５≦Ｂ≦１．０である、
請求項５の杭基礎。
【請求項7】
前記硬化材に膨張材を含む場合、
前記Ａは、０であり、
前記Ｂは、０．５≦Ｂ≦１．５である、
請求項５の杭基礎。
前記Ａは、０であり、
前記Ｂは、０．５≦Ｂ≦１．５である、
請求項５の杭基礎。
【請求項8】
周面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する杭本体を地盤を掘削して設けた杭穴内に硬化材を介して埋設して前記硬化材を硬化させて前記杭本体と一体化させた杭を含む杭基礎の設計方法であって、
前記杭の周りの前記地盤の強度を反映した摩擦力に関する特性値をＴとし、前記杭が前記地盤に接する一定区間の長さをＬとし、前記一定区間の地盤が同じ地質であり、前記杭本体の周長をψとし、前記杭本体の杭径に基づいて定まる標準的な掘削径に対する前記杭穴の掘削径の比である拡大比をωｓとし、前記一定区間における前記杭の前記杭穴に対する周面摩擦力の目標値をＲｆとした場合、
Ｒｆ≦ＴＬψωｓ
を満たすように当該杭基礎を設計する方法。
前記杭の周りの前記地盤の強度を反映した摩擦力に関する特性値をＴとし、前記杭が前記地盤に接する一定区間の長さをＬとし、前記一定区間の地盤が同じ地質であり、前記杭本体の周長をψとし、前記杭本体の杭径に基づいて定まる標準的な掘削径に対する前記杭穴の掘削径の比である拡大比をωｓとし、前記一定区間における前記杭の前記杭穴に対する周面摩擦力の目標値をＲｆとした場合、
Ｒｆ≦ＴＬψωｓ
を満たすように当該杭基礎を設計する方法。
【請求項9】
前記一定区間の地盤が砂質・礫質地盤であり、前記一定区間における当該砂質・礫質地盤の平均Ｎ値がＮｓであり、前記特性値Ｔと前記平均Ｎ値Ｎｓとの関係が、
Ｔ＝Ａ＋Ｂ×Ｎｓ
を満たす請求項８の杭基礎の設計方法。
Ｔ＝Ａ＋Ｂ×Ｎｓ
を満たす請求項８の杭基礎の設計方法。
【請求項10】
前記硬化材に膨張材を含まない場合、
前記Ａは、２５≦Ａ≦３５であり、
前記Ｂは、４．５≦Ｂ≦５．５である、
請求項９の杭基礎の設計方法。
前記Ａは、２５≦Ａ≦３５であり、
前記Ｂは、４．５≦Ｂ≦５．５である、
請求項９の杭基礎の設計方法。
【請求項11】
前記硬化材に膨張材を含む場合、
前記Ａは、０であり、
前記Ｂは、９．０≦Ｂ≦１０．０である、
請求項９の杭基礎の設計方法。
前記Ａは、０であり、
前記Ｂは、９．０≦Ｂ≦１０．０である、
請求項９の杭基礎の設計方法。
【請求項12】
前記一定区間の地盤が粘土質地盤であり、前記一定区間における当該粘土質地盤の一軸圧縮強さの平均値がｑｕであり、前記特性値Ｔと前記一軸圧縮強さの平均値ｑｕとの関係が、
Ｔ＝Ａ＋Ｂ×ｑｕ
を満たす請求項８の杭基礎の設計方法。
Ｔ＝Ａ＋Ｂ×ｑｕ
を満たす請求項８の杭基礎の設計方法。
【請求項13】
前記硬化材に膨張材を含まない場合、
前記Ａは、１５≦Ａ≦２５であり、
前記Ｂは、０．５≦Ｂ≦１．０である、
請求項１２の杭基礎の設計方法。
前記Ａは、１５≦Ａ≦２５であり、
前記Ｂは、０．５≦Ｂ≦１．０である、
請求項１２の杭基礎の設計方法。
【請求項14】
前記硬化材に膨張材を含む場合、
前記Ａは、０であり、
前記Ｂは、０．５≦Ｂ≦１．５である、
請求項１２の杭基礎の設計方法。
前記Ａは、０であり、
前記Ｂは、０．５≦Ｂ≦１．５である、
請求項１２の杭基礎の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、杭基礎、及びその設計方法に関する。
【背景技術】
【0002】
杭基礎は、通常、複数本の杭を含む。杭には、例えば、埋込み杭が採用される。埋込み杭は、地盤を掘削した杭穴内で、セメントミルクと掘削土砂を撹拌混合してソイルセメントを形成し、このソイルセメント中に既製杭を沈設することにより施工することができる。ソイルセメントが硬化すると、既製杭と一体化されて杭が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００５－９８１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
杭が地盤から受ける支持力には、杭の下端に地盤から作用する先端支持力と杭周面部に地盤から作用する周面摩擦力がある。周面摩擦力は、杭穴の掘削径の大小の影響を受けると考えられる。しかしながら、掘削径の大小が周面摩擦力に与える影響については、定量的・定式的な評価がなされておらず、評価方法として確立していない。このため、従来の評価方法では、周面摩擦力の評価が適切とは言えなかった。
【0005】
この発明は、杭が地盤から受ける支持力を適切に評価することができる杭基礎の設計方法、及び杭基礎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】
【0006】
本発明の一態様に係る杭基礎は、周面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する杭本体を地盤を掘削して設けた杭穴内に硬化材を介して埋設して硬化材を硬化させて杭本体と一体化させた杭を含む杭基礎であって、杭の周りの地盤の強度を反映した摩擦力に関する特性値をＴとし、杭が地盤に接する一定区間の長さをＬとし、一定区間の地盤が同じ地質であり、杭本体の周長をψとし、杭本体の杭径に基づいて定まる標準的な掘削径に対する杭穴の掘削径の比である拡大比をωｓとし、一定区間における杭の杭穴に対する周面摩擦力の目標値をＲｆとした場合、Ｒｆ≦ＴＬψωｓを満たす。
【0007】
この態様の杭基礎によれば、杭本体の杭径に基づいて定まる標準的な掘削径に対する杭穴の掘削径の比である拡大比ωｓを、杭の周面摩擦力の評価基準に加えたため、杭が地盤から受ける支持力を適切に評価することができる。
【0008】
他の一態様に係る杭基礎の設計方法は、周面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する杭本体を地盤を掘削して設けた杭穴内に硬化材を介して埋設して硬化材を硬化させて杭本体と一体化させた杭を含む杭基礎の設計方法であって、杭の周りの地盤の強度を反映した摩擦力に関する特性値をＴとし、杭が地盤に接する一定区間の長さをＬとし、一定区間の地盤が同じ地質であり、杭本体の周長をψとし、杭本体の杭径に基づいて定まる標準的な掘削径に対する杭穴の掘削径の比である拡大比をωｓとし、一定区間における杭の杭穴に対する周面摩擦力の目標値をＲｆとした場合、Ｒｆ≦ＴＬψωｓを満たすように当該杭基礎を設計する。
【0009】
この態様の杭基礎の設計方法によれば、杭本体の杭径に基づいて定まる標準的な掘削径に対する杭穴の掘削径の比である拡大比ωｓを、杭の周面摩擦力の評価基準に加えたため、杭が地盤から受ける支持力を適切に評価することができる。
【0010】
なお、地盤の地質、及び硬化材の種類によって、特性値Ｔは、以下のようになる。
一定区間の地盤が砂質・礫質地盤であり、一定区間における当該砂質・礫質地盤の平均Ｎ値がＮｓである場合、特性値Ｔと平均Ｎ値Ｎｓとの関係は、Ｔ＝Ａ＋Ｂ×Ｎｓを満たす。硬化材に膨張材を含まない場合、Ａは、２５≦Ａ≦３５であり、Ｂは、４．５≦Ｂ≦５．５である。硬化材に膨張材を含む場合、Ａは、０であり、Ｂは、９．０≦Ｂ≦１０．０である。
一定区間の地盤が砂質・礫質地盤であり、一定区間における当該砂質・礫質地盤の平均Ｎ値がＮｓである場合、特性値Ｔと平均Ｎ値Ｎｓとの関係は、Ｔ＝Ａ＋Ｂ×Ｎｓを満たす。硬化材に膨張材を含まない場合、Ａは、２５≦Ａ≦３５であり、Ｂは、４．５≦Ｂ≦５．５である。硬化材に膨張材を含む場合、Ａは、０であり、Ｂは、９．０≦Ｂ≦１０．０である。
【0011】
一定区間の地盤が粘土質地盤であり、一定区間における当該粘土質地盤の一軸圧縮強さの平均値がｑｕである場合、特性値Ｔと一軸圧縮強さの平均値ｑｕとの関係は、Ｔ＝Ａ＋Ｂ×ｑｕを満たす。硬化材に膨張材を含まない場合、Ａは、１５≦Ａ≦２５であり、Ｂは、０．５≦Ｂ≦１．０である。硬化材に膨張材を含む場合、Ａは、０であり、Ｂは、０．５≦Ｂ≦１．５である。
【発明の効果】
【0012】
この発明によれば、杭が地盤から受ける支持力を適切に評価することができる杭基礎の設計方法、及び杭基礎を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。
図１に示すように、建築物１００の杭基礎１０は、例えば、地盤Ｇに設けた複数の杭穴１に設けた複数本の杭８を有する。杭８の種類、長さ、径、本数、レイアウトなどは、建築物１００の重さや形状、地盤Ｇの状態などに応じて決められる。杭基礎１０は、必ずしも複数本の杭８を有する必要はなく、少なくとも１本の杭８を有していればよい。
図１に示すように、建築物１００の杭基礎１０は、例えば、地盤Ｇに設けた複数の杭穴１に設けた複数本の杭８を有する。杭８の種類、長さ、径、本数、レイアウトなどは、建築物１００の重さや形状、地盤Ｇの状態などに応じて決められる。杭基礎１０は、必ずしも複数本の杭８を有する必要はなく、少なくとも１本の杭８を有していればよい。
【0015】
杭８は、例えば、２本以上の既製杭を軸方向に連結した杭本体２を有する。杭本体２は、１本の既製杭により構成してもよい。既製杭として、例えば、コンクリート杭や鋼管杭などがある。本実施形態の杭基礎１０に含まれる杭８の杭本体２は、２本の中空のコンクリート杭を連結した構造を有する。
【0016】
杭本体２は、例えば、本実施形態のように、円筒形のストレート杭１２の下端に節杭１４を連結した構造や、２本の節杭１４を上下に連結した構造を有する。節杭１４は、ストレート杭１２の杭径と略同径の軸部を有し、長手方向に離間した複数の円環状の節部１６を軸部の周面上に一体に備える。
【0017】
本実施形態では、このように、少なくとも１本の節杭１４を含む杭本体２を用いたが、周面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する他の既製杭を用いて杭本体２を構成してもよい。このような他の既製杭として、例えば、周面に溝を設けたものや、周面に縞鋼板を巻いたものなどがある。
【0018】
杭本体２は、必ずしもストレート杭１２を含む必要はなく、例えば、複数種類の節杭を連結したものであってもよく、節杭の代わりに上述した凸部や凹部を周面に有する他の既製杭を用いてもよい。或いは、節杭と上述した凸部や凹部を周面に有する他の既製杭を連結して杭本体２を構成してもよい。いずれにしても、杭本体２は、少なくとも１本の既製杭が、その周面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有するものであればよい。
【0019】
杭本体２の長さは、杭本体２の先端が地盤Ｇの支持層３に達する長さにすることが望ましい。このため、杭穴１も、支持層３に達する深さに形成することが望ましい。しかし、杭本体２の長さは、必ずしも、その先端が支持層３に達する長さにする必要はない。
【0020】
杭本体２の長さは、連結する既製杭の長さと本数を選択することにより調節することができる。杭本体２は、例えば、３本以上の既製杭を連結した構造を有してもよい。杭本体２を構成する既製杭の種類や径などは、当該杭本体２に要求される支持力に基づいて適切に選択すればよい。
【0021】
杭８は、上述した杭本体２の他に、杭本体２の先端近くを囲むように設けた根固め部４、及び杭本体２の周面を囲むように設けた杭周面部６を有する。根固め部４及び杭周面部６は、杭穴１の内壁面と杭本体２の外周面との間にソイルセメント（硬化材）を設けてソイルセメントが硬化することにより形成される。根固め部４及び杭周面部６に設けたソイルセメントが硬化すると、根固め部４及び杭周面部６がコンクリート製の杭本体２と一体化されて杭８が形成される。杭周面部６は、根固め部４の上方に連続して設けられる。
【0022】
ソイルセメントは、地盤Ｇを掘削して杭穴１を形成した際に、杭穴１内に所定量の掘削土砂を残しておき、杭穴１内に所定量のセメントミルクを注入して、セメントミルクと掘削土砂を撹拌混合することにより形成される。そして、杭穴１内のソイルセメントに杭本体２を沈設して、ソイルセメントが硬化して杭本体２と一体化することにより、杭８が形成される。なお、杭本体２と杭穴１の間に設ける硬化材として、ベントナイトや遅延剤等の添加剤をセメントミルクに加えて掘削土砂と撹拌混合したソイルセメントなどを用いることもできる。
【0023】
根固め部４は、主に杭本体２の先端（図示下端）を地盤Ｇ（杭本体２の先端が支持層３に達している場合には地盤Ｇの支持層３）が支える先端支持力を大きくするため、杭本体２の先端を囲むように杭穴１の底部側に設けられる。杭周面部６は、主に杭本体２の周面が地盤Ｇから受ける周面摩擦力を大きくするため、杭本体２の周面と杭穴１の内壁面との間に設けられる。
【0024】
杭穴１は、杭本体２の外径より大きい内径の杭周掘削部２２と、杭周掘削部２２の下端側を部分的に拡径した拡大掘削部２４を有する。所定の掘削機によって地盤Ｇを掘削した軸穴の一部がそのまま杭周掘削部２２となる。杭穴１は、拡大掘削部２４を設けずに、その全長にわたって杭周掘削部２２と同径の穴とすることもできる。拡大掘削部２４は、例えば、杭穴１の全長の半分より短い長さを有し、杭穴１の底部側に設けられる。
【0025】
杭本体２の外径は、ストレート杭１２の場合、その横断面の直径であり、節杭１４の場合、節部１６の直径である。特許請求の範囲における、周面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する杭本体の外径は、当該杭本体の外径が最大となる部位の径となる。つまり、本実施形態では、杭本体２の外径は、節杭１４の節部１６の直径であるものとする。
【0026】
杭本体２の先端は、拡大掘削部２４内に配置される。根固め部４は、拡大掘削部２４に設けられる。言い換えると、拡大掘削部２４は、少なくとも根固め部４の長さと同じかそれ以上の長さに形成されている。杭周面部６は、本実施形態のように、杭周掘削部２２と拡大掘削部２４にわたって設けられてもよい。例えば、拡大掘削部２４の全長にわたって根固め部４を設けて、杭周面部６を杭周掘削部２２にのみ設けてもよい。
【0027】
上記構造の杭８が地盤Ｇから受ける支持力は、杭８の先端に地盤Ｇから作用する先端支持力と杭８の周面に地盤Ｇから作用する周面摩擦力を含む。言い換えると、杭８が地盤Ｇから受ける支持力は、先端支持力と周面摩擦力を足したものになる。杭基礎１０の設計においては、杭基礎１０の各杭８が地盤Ｇから受ける支持力と杭８の杭本体２自体の材料耐力の小さい方を当該杭８の許容支持力とする。
【0028】
例えば、杭８の許容支持力を大きくするため、杭周掘削部２２の径を変えずに拡大掘削部２４だけを拡径して杭８の先端支持力を高めようとすると、杭穴１の杭周掘削部２２の径と拡大掘削部２４の径との差が大きくなる。この場合、拡大掘削部２４を掘削するための可動翼を大きく開くことのできる油圧式の掘削装置を用いる必要性が高くなる。油圧式の掘削装置を用いた場合、機械式の掘削装置と比べて装置構成が大掛かりとなり、杭基礎１０の施工コストが高くなる。
【0029】
また、上記のように拡大掘削部２４だけを拡径した場合、杭周掘削部２２の内径が杭本体２の外径よりわずかに大きい程度となり、杭穴１に杭本体２を挿通し難くなる。このため、杭穴１の内壁面に杭本体２が接触して杭穴１の内壁面が削られてしまう不具合を生じる可能性が高くなる。つまり、この場合、杭本体２を杭穴１に慎重且つゆっくりと挿入する必要があり、杭基礎１０の施工が難しくなる。
【0030】
このため、杭周掘削部２２の内径を大きくして拡大掘削部２４の内径との差を小さくできるように、杭８の周面摩擦力を適切に評価することが重要と考えられる。よって、本実施形態では、杭周面部６における杭穴１の拡大比ωｓを調節することで、杭８の周面摩擦力を大きくして、杭８が地盤Ｇから受ける支持力を高めるようにした。
【0031】
すなわち、本実施形態の設計方法によると、杭周面部６における拡大比ωｓを適切な値に設定することができ、杭周掘削部２２の径と拡大掘削部２４の径の差を小さくすることができ、杭基礎１０の設計の自由度を高めることができ、上述した従来の課題を解決することができる。
【0032】
以下、本実施形態に係る杭基礎１０の設計方法について、図２乃至図７を参照して説明する。なお、本実施形態の設計方法は、杭基礎１０の各杭８の節杭１４の部分に適用されるものであり、ストレート杭１２の部分には適用されない。ここまで説明してきた杭８は、杭穴１の杭周掘削部２２にストレート杭１２を配置した構造を有するものを含んでいたが、以下の説明における杭８は、杭周掘削部２２に節杭１４を配置した構造の杭８であるものとする。
【0033】
まず、図２に示すように、杭８が地盤Ｇに接触する長さＬ（ｍ）の一定区間を規定する。一定区間は、節杭１４を含む杭８の部分が地盤Ｇに接触する区間であり、その長さＬは節杭１４の長さの範囲内で任意に設定することができる。また、節杭１４を含む杭８の部分が接触する一定区間の地盤Ｇは同じ地質であり、一定区間内には複数種類の地質の層を含まないものとする。言い換えると、一定区間は、周面に凸部及び凹部の少なくとも一方を有する杭本体２を含む杭８の部分に接触する地盤Ｇの地質が軸方向に連続した同じ地質の範囲内で設定する。また、同じ地質であっても、地盤Ｇを構成する土粒子の粒径分布の割合によって土質名が異なる場合があるため、一定区間を決める際には、この土質名での分割も考慮する。
【0034】
そして、この一定区間における杭８の周面摩擦力が所定値を上回るように杭基礎１０を設計する。ここで言う所定値とは、当該杭基礎１０が建築物１００（図１）から受ける荷重のうち上記一定区間の杭８の部分が地盤Ｇから受ける周面摩擦力の設計値であり、杭基礎１０を設計する上での杭８の周面摩擦力の目標値となる値である。
【0035】
上記一定区間の杭８の周りの地盤Ｇの強度を反映した摩擦力に関する特性値をＴとし、一定区間に存在する節杭１４の節部１６の周長をψとし、一定区間に存在する節杭１４の節部１６の径Ｄｏｓ（すなわち、杭本体２の杭径）に基づいて定まる標準的な基準掘削径Ｄｓｓに対する杭穴１の掘削径Ｄｅｓの比（Ｄｅｓ／Ｄｓｓ）である拡大比をωｓとし、一定区間の杭８が地盤Ｇから受ける周面摩擦力の目標値をＲｆとした場合、
Ｒｆ≦ＴＬψωｓ・・・（１）
を満たすように、杭基礎１０を設計する。
Ｒｆ≦ＴＬψωｓ・・・（１）
を満たすように、杭基礎１０を設計する。
【0036】
なお、特許請求の範囲における杭本体の周長ψは、一定区間における杭本体の外径が最大となる部位の周長であり、特許請求の範囲における杭径は、一定区間における杭本体の外径が最大となる部位の直径である。本実施形態における杭本体２の周長ψは節部１６の周長であり、杭本体２の杭径は節部１６の直径である。また、杭本体２の杭径Ｄｏｓに基づいて定まる標準的な基準掘削径Ｄｓｓは、杭径Ｄｏｓ＋５０ｍｍ程度であるものとする。
【0037】
すなわち、本実施形態の設計方法によると、杭周面部６の拡大比ωｓを調節することによって、長さＬの一定区間に存在する杭８の周面摩擦力を目標値Ｒｆより大きい値にすることができる。このため、本実施形態によると、拡大比ωｓを変えることによって杭８に地盤Ｇから作用する周面摩擦力をコントロールすることができる。よって、本実施形態によると、杭８の周面摩擦力を適切に評価することができ、杭８が地盤Ｇから受ける支持力を適切に評価することができる。
【0038】
また、本実施形態によると、杭基礎１０を施工する杭穴１の杭周掘削部２２の径と拡大掘削部２４の径の差を小さくすることができ（場合によっては差を無くすことができ）、機械式の掘削装置を用いた施工が可能となる。このため、施工コストを低減することができ、施工を容易にすることができる。
【0039】
なお、上述した設計方法の説明において、節部１６の径Ｄｏｓに５０ｍｍを加えた基準掘削径Ｄｓｓに対する杭穴１の掘削径Ｄｅｓの比（Ｄｅｓ／Ｄｓｓ）を杭周面部６の拡大比ωｓとしたが、基準掘削径Ｄｓｓは節部１６の径Ｄｏｓより数１０ｍｍ程度大きければよく、５０ｍｍに限るものではない。
【0040】
図３に示すように、上述した式（１）の特性値Ｔは、地盤Ｇの地質（砂質・礫質地盤、粘土質地盤）及び杭周面部６の材質（標準型、周面強化型）によって異なる値となる。
【0041】
長さＬの一定区間の杭穴１の周りの地盤Ｇが砂質・礫質地盤であり、その平均Ｎ値がＮｓである場合、式（１）の特性値Ｔは、
Ｔ＝Ａ＋ＢＮｓ・・・（２）
で表すことができる。
Ｔ＝Ａ＋ＢＮｓ・・・（２）
で表すことができる。
【0042】
特性値Ｔは、上述した一定区間における地盤Ｇと杭穴１との間の周面摩擦抵抗応力度（単位面積当たりの摩擦抵抗力）を杭本体２の周長ψ×一定区間Ｌで割り戻した値である。周面摩擦抵抗応力度は、地盤Ｇの強度によって異なるものである。特性値Ｔは、一次関数の係数Ａ及び係数Ｂを用いることで、Ｎｓ（一定区間Ｌにおける当該砂質・礫質地盤の平均Ｎ値）から算出することができる。なお、係数Ａ及び係数Ｂは、実験等によって確認されているＮｓとＴの関係から定めることができるものであり、係数Ａは式（２）の一次関数のＹ切片に相当し、係数Ｂは式（２）の一次関数の勾配に相当するものである。
【0043】
図４の実験データは、節杭１４を用いて砂質・礫質地盤の杭穴１に実際に施工した標準型の杭８に対する載荷試験の結果を複数例プロットしたものであり、地盤の平均Ｎ値と実際の杭８に作用する周面摩擦力の関係を示したものである。ここで言う標準型の杭８とは、無水石膏（膨張材）を含まないソイルセメントにより杭周面部６を築造した杭である。
【0044】
図４の実線は、式（２）の一例である算定式を示すものであり、計算値≦実測値を満足する範囲で係数Ａ、Ｂを適当に定めて求めた計算値に基づくものである。図４に実線で示す算定式は、Ｔ＝３０＋５．５Ｎｓである。図４を見ると、全ての実測値が算定式を上回っていることがわかる。つまり、砂質・礫質地盤に標準型の杭８を施工した場合、特性値Ｔを（３０＋５．５Ｎｓ）とした下式（１－１）が成り立つことが実証されたことになる。
Ｒｆ≦（３０＋５．５Ｎｓ）Ｌψωｓ・・・（１－１）
Ｒｆ≦（３０＋５．５Ｎｓ）Ｌψωｓ・・・（１－１）
【0045】
また、図４の一点鎖線は、係数Ａを上記範囲の最大値（Ａ＝４２）にして且つ係数Ｂを最小値（Ｂ＝０）にして式（２）に入力した計算値を示したものであり、図４の二点鎖線は、係数Ａを最小値（Ａ＝０）にして且つ係数Ｂを上記範囲の最大値（Ｂ＝６．８）にして式（２）に入力した計算値を示したものである。つまり、図４の実測値に基づく式（２）の係数Ａの最大値は４２であり、係数Ｂの最大値は６．８であると言える。
【0046】
また、上記範囲における係数Ａ及び係数Ｂの組み合わせは無数に存在する。しかし、図４の実測値から係数Ａの適正値と係数Ｂの適正値を判断すると、係数Ａは２５≦Ａ≦３５の範囲であることが望ましく、係数Ｂは４．５≦Ｂ≦５．５であることが望ましいと言える。
【0047】
図５の実験データは、節杭１４を用いて砂質・礫質地盤の杭穴１に実際に施工した周面強化型の杭８に対する載荷試験の結果を複数例プロットしたものであり、地盤の平均Ｎ値と実際の杭８に作用する周面摩擦力の関係を示したものである。ここで言う周面強化型の杭８とは、無水石膏（膨張材）を含むソイルセメントにより杭周面部６を築造した杭である。
【0048】
図５の実線は、式（２）の一例である算定式を示すものであり、計算値≦実測値を満足する範囲で係数Ａ、Ｂを適当に定めて求めた計算値に基づくものである。図５に実線で示す算定式は、Ｔ＝９．５Ｎｓである。図５を見ると、全ての実測値が算定式を上回っていることがわかる。つまり、砂質・礫質地盤に周面強化型の杭８を施工した場合、特性値Ｔを（９．５Ｎｓ）とした下式（１－２）が成り立つことが実証されたことになる。
Ｒｆ≦（９．５Ｎｓ）Ｌψωｓ・・・（１－２）
Ｒｆ≦（９．５Ｎｓ）Ｌψωｓ・・・（１－２）
【0049】
また、図５の一点鎖線は、係数Ａを上記範囲の最大値（Ａ＝４８）にして且つ係数Ｂを最小値（Ｂ＝０）にして式（２）に入力した計算値を示したものであり、図５の二点鎖線は、係数Ａを最小値（Ａ＝０）にして且つ係数Ｂを上記範囲の最大値（Ｂ＝９．８）にして式（２）に入力した計算値を示したものである。つまり、図５の実測値に基づく式（２）の係数Ａの最大値は４８であり、係数Ｂの最大値は９．８であると言える。
【0050】
また、上記範囲における係数Ａ及び係数Ｂの組み合わせは無数に存在する。しかし、図５の実測値から係数Ａの適正値と係数Ｂの適正値を判断すると、係数Ａは０であることが望ましく、係数Ｂは９．０≦Ｂ≦１０．０であることが望ましいと言える。
【0051】
長さＬの一定区間の杭穴１の周りの地盤Ｇが粘土質地盤であり、その一軸圧縮強さの平均値がｑｕである場合、式（１）の特性値Ｔは、
Ｔ＝Ａ＋Ｂｑｕ・・・（３）
で表すことができる。
Ｔ＝Ａ＋Ｂｑｕ・・・（３）
で表すことができる。
【0052】
特性値Ｔは、上述した一定区間における地盤Ｇと杭穴１との間の周面摩擦抵抗応力度を杭本体２の周長ψ×一定区間Ｌで割り戻した値である。特性値Ｔは、一次関数の係数Ａ及び係数Ｂを用いることで、ｑｕ（一定区間Ｌにおける当該粘土質地盤の一軸圧縮強さの平均値）から算出することができる。なお、係数Ａ及び係数Ｂは、実験等によって確認されているｑｕとＴの関係から定めることができるものであり、係数Ａは式（３）の一次関数のＹ切片に相当し、係数Ｂは式（３）の一次関数の勾配に相当するものである。
【0053】
図６の実験データは、節杭１４を用いて粘土質地盤の杭穴１に実際に施工した標準型の杭８に対する載荷試験の結果を複数例プロットしたものであり、地盤の一軸圧縮強さの平均値と実際の杭８に作用する周面摩擦力の関係を示したものである。
【0054】
図６の実線は、式（３）の一例である算定式を示すものであり、計算値≦実測値を満足する範囲で係数Ａ、Ｂを適当に定めて求めた計算値に基づくものである。図６に実線で示す算定式は、Ｔ＝２０＋０．５ｑｕである。図６を見ると、全ての実測値が算定式を上回っていることがわかる。つまり、粘土質地盤に標準型の杭８を施工した場合、特性値Ｔを（２０＋０．５ｑｕ）とした下記式（１－３）が成り立つことが実証されたことになる。
Ｒｆ≦（２０＋０．５ｑｕ）Ｌψωｓ・・・（１－３）
Ｒｆ≦（２０＋０．５ｑｕ）Ｌψωｓ・・・（１－３）
【0055】
また、図６の一点鎖線は、係数Ａを上記範囲の最大値（Ａ＝３７）にして且つ係数Ｂを最小値（Ｂ＝０）にして式（３）に入力した計算値を示したものであり、図６の二点鎖線は、係数Ａを最小値（Ａ＝０）にして且つ係数Ｂを上記範囲の最大値（Ｂ＝０．６６）にして式（３）に入力した計算値を示したものである。つまり、図６の実測値に基づく式（３）の係数Ａの最大値は３７であり、係数Ｂの最大値は０．６６であると言える。
【0056】
また、上記範囲における係数Ａ及び係数Ｂの組み合わせは無数に存在する。しかし、図６の実測値から係数Ａの適正値と係数Ｂの適正値を判断すると、係数Ａは１５≦Ａ≦２５の範囲であることが望ましく、係数Ｂは０．５≦Ｂ≦１．０であることが望ましいと言える。
【0057】
図７の実験データは、節杭１４を用いて粘土質地盤の杭穴１に実際に施工した周面強化型の杭８に対する載荷試験の結果を複数例プロットしたものであり、地盤の一軸圧縮強さの平均値と実際の杭８に作用する周面摩擦力の関係を示したものである。
【0058】
図７の実線は、式（３）の一例である算定式を示すものであり、計算値≦実測値を満足する範囲で係数Ａ、Ｂを適当に定めて求めた計算値に基づくものである。図７に実線で示す算定式は、Ｔ＝ｑｕである。図７を見ると、全ての実測値が算定式を上回っていることがわかる。つまり、粘度質地盤に周面強化型の杭基礎１０を施工した場合、特性値Ｔを（ｑｕ）とした下記式（１－４）が成り立つことが実証されたことになる。
Ｒｆ≦（ｑｕ）Ｌψωｓ・・・（１－４）
Ｒｆ≦（ｑｕ）Ｌψωｓ・・・（１－４）
【0059】
また、図７の一点鎖線は、係数Ａを上記範囲の最大値（Ａ＝３７）にして且つ係数Ｂを最小値（Ｂ＝０）にして式（３）に入力した計算値を示したものであり、図７の二点鎖線は、係数Ａを最小値（Ａ＝０）にして且つ係数Ｂを上記範囲の最大値（Ｂ＝１．０）にして式（３）に入力した計算値を示したものである。つまり、図７の実測値に基づく式（３）の係数Ａの最大値は３７であり、係数Ｂの最大値は１．０であると言える。
【0060】
また、上記範囲における係数Ａ及び係数Ｂの組み合わせは無数に存在する。しかし、図７の実測値から係数Ａの適正値と係数Ｂの適正値を判断すると、係数Ａは０であることが望ましく、係数Ｂは０．５≦Ｂ≦１．５であることが望ましいと言える。
【0061】
以上のように、本実施形態によると、杭基礎１０の各杭８の杭周面部６の拡大比ωｓを調節して周面摩擦力を調節することができ、杭８の周面摩擦力を適切に評価することができる。このため、当該杭基礎１０が地盤Ｇから受ける先端支持力を必要以上に高くすることなく、当該杭基礎１０が地盤Ｇから受ける支持力を許容支持力より大きくすることができる。
【0062】
また、本実施形態によると、杭基礎１０の各杭８を施工するための杭穴１の杭周掘削部２２の径と拡大掘削部２４の径の差を小さくすることができ、機械式の掘削機を用いた杭穴１の掘削が可能となる。これにより、杭基礎１０の施工コストを抑えることができ、施工を容易にすることができる。
【0063】
さらに、本実施形態によると、例えば、杭穴１を掘削する際に、杭周掘削部２２の径（すなわち、杭周掘削部２２の拡大比ωｓ）を先に決めて、当該杭８の支持力が許容支持力に対して足りない分を計算して、拡大掘削部２４の径を調節することで不足分を補うことができる。このため、杭基礎１０の設計の自由度を高めることができ、杭基礎１０の設計を容易にすることができる。
【0064】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【0065】
１…杭穴、２…杭本体、３…支持層、４…根固め部、６…杭周面部、８…杭、１０…杭基礎、１２…ストレート杭、１４…節杭、１６…節部、２２…杭周掘削部、２４…拡大掘削部、１００…建築物、Ｇ…地盤。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
