特開 2024-174618 外掘り根固め工法用の杭体及び外掘り根固め工法

(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】P2024174618

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】外掘り根固め工法用の杭体及び外掘り根固め工法

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/50 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

E02D5/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092533

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000228660

【氏名又は名称】日本コンクリート工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】597058664

【氏名又は名称】株式会社トーヨーアサノ

(74)【代理人】

【識別番号】100092565

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100112449

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】千種 信之

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 拓磨

(72)【発明者】

【氏名】西村 裕

(72)【発明者】

【氏名】松江 繁尚

【テーマコード（参考）】

2D041

【Ｆターム（参考）】

2D041BA13

2D041CA03

2D041DB03

2D041FA04

2D041FA07

(57)【要約】

【課題】杭先端部と根固め部との一体性を向上させることが可能な外掘り根固め工法用の杭体及び外掘り根固め工法を提供する。
【解決手段】杭体１は、ストレート形状の杭孔５に沈設される外掘り根固め工法用の杭体である。杭体１は、円筒形コンクリート製の杭本体２と、杭本体２の支持層根入れ部分の外周面に設けられた杭本体２の外径より小径の溝底部を有する複数の溝部３と、を備える。溝部３は、隅部にテーパ部３ａを有し、杭径Ｄに応じた個数のすべてが支持層８中に根入れされる杭本体２の先端部から杭径Ｄと等しい長さの範囲内にある。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ストレート形状の杭孔に沈設される外掘り根固め工法用の杭体であって、
円筒形コンクリート製の杭本体と、
この杭本体の支持層根入れ部分の外周面に設けられた杭本体の外径より小径の溝底部を有する複数の溝部と、を備え、
これらの溝部は、隅部にテーパ部を有し、杭径に応じた個数のすべてが支持層中に根入れされる杭本体の先端部から杭径と等しい長さの範囲内にある
ことを特徴とする外掘り根固め工法用の杭体。

【請求項2】

すべての溝部は、同一形状および同一寸法に設けられ、杭径に応じて個数が設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の外掘り根固め工法用の杭体。

【請求項3】

杭本体のコンクリートの長期許容せん断応力度が１．６５以上、短期許容せん断応力度が２．４８以上である
ことを特徴とする請求項１記載の外掘り根固め工法用の杭体。

【請求項4】

ストレート形状の杭孔を形成する工程と、
杭孔の支持層部分に根固め液を注入する工程と、
杭孔にさらに杭周固定液を注入する工程と、
請求項１乃至３いずれか一記載の杭体を杭孔に沈設する工程と、
根固め液および杭周固定液を固化させて杭体外周に根固め部および杭周固定部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする外掘り根固め工法。

【請求項5】

根固め部外径が、杭径の１．３３倍以上１．３５倍以下であり、杭体の先端部から下方の根固め部の高さが、杭径の１．２倍である
ことを特徴とする請求項４記載の外掘り根固め工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外掘り根固め工法用の杭体及び外掘り根固め工法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、外掘り根固め工法は、地盤に全長に亘り同径のストレート形状の杭孔を掘削し、その杭孔に根固め液、杭周固定液を順次注入し、既製杭を沈設して根固め液および杭周固定液を固化させ、杭外周に根固め部および杭周固定部を形成する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１８３５１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の外掘り根固め工法の場合、杭先端部に鉛直荷重が作用すると、その荷重が、杭を介して杭の内面及び外面からの付着力さらには杭下端面の支圧力で根固め部に伝達される。そして、その荷重は、根固め部内の杭周面と底面とから根固め部に伝達され、杭と根固め部とが一体化して挙動し、根固め部の周面と底面から支持地盤に伝達される。

【0005】

したがって、鉛直荷重を支持地盤に効果的に伝えるために、杭先端部と根固め部との一体性を向上させることが望まれる。

【0006】

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、杭先端部と根固め部との一体性を向上させることが可能な外掘り根固め工法用の杭体及び外掘り根固め工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】

【0007】

請求項１記載の外掘り根固め工法用の杭体は、ストレート形状の杭孔に沈設される外掘り根固め工法用の杭体であって、円筒形コンクリート製の杭本体と、この杭本体の支持層根入れ部分の外周面に設けられた杭本体の外径より小径の溝底部を有する複数の溝部と、を備え、これらの溝部は、隅部にテーパ部を有し、杭径に応じた個数のすべてが支持層中に根入れされる杭本体の先端部から杭径と等しい長さの範囲内にあるものである。

【0008】

請求項２記載の外掘り根固め工法用の杭体は、請求項１記載の外掘り根固め工法用の杭体において、すべての溝部は、同一形状および同一寸法に設けられ、杭径に応じて個数が設定されているものである。

【0009】

請求項３記載の外掘り根固め工法用の杭体は、請求項１記載の外掘り根固め工法用の杭体において、杭本体のコンクリートの長期許容せん断応力度が１．６５以上、短期許容せん断応力度が２．４８以上であるものである。

【0010】

請求項４記載の外掘り根固め工法は、ストレート形状の杭孔を形成する工程と、杭孔の支持層部分に根固め液を注入する工程と、杭孔にさらに杭周固定液を注入する工程と、請求項１乃至３いずれか一記載の杭体を杭孔に沈設する工程と、根固め液および杭周固定液を固化させて杭体外周に根固め部および杭周固定部を形成する工程と、を備える請求項１ないし３いずれか一記載の外掘り根固め工法用の杭体において、ものである。

【0011】

請求項５記載の外掘り根固め工法は、請求項４記載の外掘り根固め工法において、根固め部外径が、杭径の１．３３倍以上１．３５倍以下であり、杭体の先端部から下方の根固め部の高さが、杭径の１．２倍であるものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、杭先端部と根固め部との一体性を向上させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施の形態の外掘り根固め工法用の杭体の杭施工時の断面図である。

【図2】同上杭体の一例の一部を拡大した側面図である。

【図3】同上杭体の他の例の一部を拡大した側面図である。

【図4】同上杭体における溝部の外周面積Ａｓ１と、溝部間に挟まれた杭本体の外周面積Ａｓ２との関係を示す側面図である。

【図5】同上杭体における溝部の外周面積Ａｓ１と、溝部間に挟まれた杭本体の外周面積Ａｓ２との関係を示す断面図である。

【図6】同上杭体の例を示す半断面図であり、（ａ）は杭径φ３００ｍｍの例を示し、（ｂ）は杭径φ３５０ｍｍの例を示し、（ｃ）は杭径φ４００ｍｍの例を示し、（ｄ）は杭径φ４５０ｍｍの例を示す。

【図7】同上杭体の例を示す半断面図であり、（ａ）は杭径φ５００ｍｍの例を示し、（ｂ）は杭径φ６００ｍｍの例を示し、（ｃ）は杭径φ７００ｍｍの例を示す。

【図8】同上杭体の例を示す半断面図であり、（ａ）は杭径φ８００ｍｍの例を示し、（ｂ）は杭径φ９００ｍｍの例を示し、（ｃ）は杭径φ１０００ｍｍの例を示す。

【図9】同上杭体の例を示す半断面図であり、（ａ）は杭径φ１１００ｍｍの例を示し、（ｂ）は杭径φ１２００ｍｍの例を示す。

【図10】同上外掘り根固め工法を（ａ）ないし（ｅ）の順に示す説明断面図である。

【図11】溝部を有さない試験体Ａの断面図である。

【図12】溝深さ３ｍｍの２つの溝部を有する試験体Ｂの断面図である。

【図13】溝深さ７ｍｍの２つの溝部を有する試験体Ｃの断面図である。

【図14】試験体を載荷試験する際の要領を示す説明図である。

【図15】試験体Ａ－１の付着強度と杭頭変位量との関係を示す試験結果の特性図である。

【図16】試験体Ａ－２の付着強度と杭頭変位量との関係を示す試験結果の特性図である。

【図17】試験体Ｂ－１の付着強度と杭頭変位量との関係を示す試験結果の特性図である。

【図18】試験体Ｂ－２の付着強度と杭頭変位量との関係を示す試験結果の特性図である。

【図19】試験体Ｃ－１の付着強度と杭頭変位量との関係を示す試験結果の特性図である。

【図20】試験体Ｃ－２の付着強度と杭頭変位量との関係を示す試験結果の特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

【0015】

図１に示す１は、杭体である。杭体１は、外掘り拡大根固め工法で施工された断面を示す。杭体１は、既製コンクリート杭であり、鉄筋円筒形コンクリート製の杭本体２の先端部の支持層根入れ部分の外周面に、杭本体２の外径より小径の溝底部を有する複数の溝部（凹溝部）３が形成されて構成されている。杭本体２の先端部には、一時的に杭外周面の摩擦力を低減して杭挿入施工を容易にするため、鋼管沓４が取り付けられている。この杭体１は、全長に亘りストレート形状の杭孔５に設置され、杭先端部に形成される根固め部（根固め球根部）６と杭周に形成される杭周固定部７とにより、基礎杭構造を構成している。

【0016】

そして、本工法において、杭先端部に鉛直荷重が作用した場合、根固め部６内の杭周面と底面から根固め部６に伝達され、杭本体２と根固め部６とが一体化して挙動し、根固め部６周面と底面とから支持地盤に伝達される。杭先端支持力は、杭先端部に作用する軸力（Ｐ）とし、根固め部６下端部の地盤の耐力（Ｐ_ｂ）と根固め部６の周面摩擦力（Ｐ_ｆｂ）とによって支持するものとする。すなわち、Ｐ＝Ｐ_ｂ＋Ｐ_ｆｂ・・・（式１）である。

【0017】

本工法において、地中の支持層８に根入れされる根固め部６の摩擦力度は地盤強度が高いため、大きな摩擦力度が得られるので、根固め部６と杭体１との摩擦力度を大きくし、杭体１の支持層８に根入れされる先端部と根固め部６との一体性を向上させることで、支持層８と根固め部６との摩擦力度を杭体１の支持力に有効に利用することができる。

【0018】

杭本体２の厚さｔについては、「ＪＩＳ Ａ ５３７３：２０１０ プレキャストプレストレストコンクリート製品 推奨仕様Ｅ－１」に規定される厚さ以上のものを使用する。

【0019】

杭径Ｄとしては、例えばφ３００ｍｍ～φ１２００ｍｍのものが好適に用いられる。杭径Ｄに対し、根固め部６の外径Ｄｏは１．３３倍を標準とし、それ以上の１０ｍｍ単位に丸めた値とする。本実施の形態における杭径Ｄと根固め部６の外径Ｄｏとの関係の例を表１に示す。これらの例では、杭径Ｄに対し、根固め部６の外径Ｄｏは１．３３倍～１．３５倍となっている。なお、表中において、Ｄｉは杭内径、Ｈ１は杭先端から下方の必要根固め部高さを示す。

【0020】

【表1】

【0021】

本実施の形態では、杭孔５が全長に亘り同径のストレート形状に形成されているため、根固め部６の外径Ｄｏは、杭孔５の径と等しい。

【0022】

溝部３は、根固め部６との一体性を向上させるために形成される。本実施の形態では、溝部３には、隅部としての上隅部及び下隅部に、溝底部と杭本体２の外周面とを連ねるテーパ部３ａがそれぞれ形成されている。テーパ部３ａを設けることで、杭挿入時の土砂の付着を少なくする効果が期待できるとともに、テーパ部３ａを設けることで、杭挿入時に、地中障害物の溝部３への引掛かりを小さくし、溝部３の破壊を避ける効果が期待できる。

【0023】

これらの溝部３の設定位置は、支持層８中に杭先端部が根入れされる部分とし、杭先端部から杭径Ｄ区間の杭外周面に形成される。本実施の形態での支持層８への根入れ長さは杭径Ｄ以上である。溝部３の間隔は、杭径Ｄに応じて、杭体１に作用する鉛直荷重により生じるせん断力に対して、各溝部３内に形成された根固め材（モルタル）との一体性を確保できるように設定され、例えば１５０ｍｍ～３００ｍｍの間隔となっている。さらに、溝部３の形状は、杭径Ｄが小さい場合、例えば溝深さを３ｍｍとし、杭径Ｄが大きい場合、例えば溝深さを７ｍｍとする。図２に示すように、本実施の形態では、杭径φ３００ｍｍ及びφ３５０ｍｍの杭体１の場合、溝深さを３ｍｍとし、図３に示すように、杭径φ４００ｍｍ～φ１２００ｍｍの杭体１の場合、溝深さが７ｍｍとする。また、溝幅は溝深さの８倍～２０倍とする。

【0024】

さらに、図１に示す溝部３の条数及びせん断強度から、支持層８に根入れされた溝部３が負担できる摩擦力及び摩擦力度が決定される。すなわち、支持層８に根入れされた溝部３が負担できる摩擦力及び摩擦力度に基づき、溝部３の条数及びせん断強度が設定される。

【0025】

溝部３の条数は、溝部３のせん断試験の結果に基づき、杭径Ｄに応じて設定される。本実施の形態では、杭径φ３００ｍｍ～φ６００ｍｍの杭体１の場合、溝部３を２つとし、杭径φ７００ｍｍ～φ９００ｍｍの杭体１の場合、溝部３を３つとし、杭径φ１０００ｍｍ～φ１２００ｍｍの杭体１の場合、溝部３を４つとする。

【0026】

また、本実施の形態の溝部３のせん断強度は、根固め部６の理論圧縮強度を考慮して設定される。ここで、杭先端部付近の地盤の平均Ｎ値と杭先端閉塞断面積（Ａ_ｐ＝π・Ｄ^２／４、Ｄは杭径）とから求まる軸力（＝α・Ｎ・Ａ_ｐ）がα算定位置９に作用し、杭本体２が根固め部６に定着されている区間の摩擦力（Ｐ_ｆａ）により、減衰した軸力（＝杭先端部の支圧耐力（Ｐ_ａ））が杭先端部に作用する。この減衰した軸力が根固め部６に伝達され、杭先端部より下方の根固め部６が支圧状態となる。このことから、杭先端部（α算定位置９）に作用する支圧強度（Ｆ_Ｂ）に対して必要な根固め部６の理論圧縮強度を求める。

【0027】

杭先端部に作用する支圧強度（Ｆ_Ｂ）は、杭先端部に作用する支圧耐力（Ｐ_ａ）を支圧面積（Ａ_２）で除した値（＝Ｐ_ａ／Ａ_２）となる。支圧面積は、杭先端閉塞断面積（Ａ_ｐ）に等しい。また、根固め部６の理論圧縮強度（Ｆ_Ｃ）については、支圧試験結果から、支圧強度（Ｆ_Ｂ）、支圧面積（Ａ_２）、支承面積（Ａ_ｋ）、および、根固め部６の圧縮強度の関係より求める。支圧試験については、平成１８年３月２２日一般財団法人日本建築センター評定ＢＣＪ基評－ＦＤ００６９－０３（ＭＲＸＸ工法）において行われた「ＶＩ章 ５．既性能評価で実施した基礎試験 ５．３ 支圧試験」より得られた結果を用いる。すなわち、試験体の支圧面積を一定とし、支承面積を変化させたときに支圧強度の違いを検討した結果、支承面積／支圧面積比が増加するにしたがい、支圧強度が増加する傾向にあることから、試験結果より、回帰式および９５％信頼限界の下限式を求めた。この結果から得られている以下の式を採用する。

【0028】

Ｆ_Ｂ／Ｆ_Ｃ＝（Ａｋ／Ａ_２）^０．２９ よって、Ｆ_Ｃ＝Ｆ_Ｂ／（Ａ_ｋ／Ａ_２）^０．２９

【0029】

支持力係数α＝４１７から、杭先端部付近の地盤の平均Ｎ値（＝６０）における杭先端部（α算定位置９）に作用する軸力を求め、根固め部６に定着されている杭の摩擦力を差し引いた値が杭先端部の支承耐力となる。この値から求めた支圧強度は１７．２Ｎ／ｍｍ^２となり、上記の式から根固め部６の理論圧縮強度を算出すると、表２に示す通り、１４．５～１４．６Ｎ／ｍｍ^２となる。

【0030】

【表2】

【0031】

なお、支持力係数αについては、日本建築学会「杭の鉛直支持力小委員会報告書」２００８年８月の、「第２章 先端支持力 ２．５杭の施工法及び先端形状に着目した先端面支持力の分析 ２．５．２埋込み杭（高支持力杭）」において、「埋込み杭の根固め部先端におけるα値は、杭径にもよるが、１５０～２００が妥当な値と考えられる」と評価されていることから、上記の式１に基づき、支持力係数α＝４１７に相当する軸力を与えた場合に杭先端部付近の地盤の平均Ｎ値が６０のときの杭先端部の地盤の支持力係数α_０（＝Ｐ_ｂ／（Ｎ・Ａ_０）、Ａ_０は根固め部６の断面積（＝π・Ｄｏ^２／４））を杭径別に求め（表３参照）、それらの値が上記の妥当な値の範囲に含まれていることに基づき採用している。根固め部６の周面摩擦力度（τ_ｆ）については、６．５Ｎ（２００７年度日本建築学会大会（九州）構造部門（基礎構造）パネルディスカッション・基調講演資料より）を採用した。

【0032】

【表3】

【0033】

そこで、この理論圧縮強度から、根固め部６の設定圧縮強度を、例えば１４．６０Ｎ／ｍｍ^２とし、溝部３のせん断試験の結果より、溝部３のせん断強度と材齢７日供試体モルタル強度との比率が０．２６～０．２９であることから、溝部３のせん断強度は３．７９（＝１４．６０×０．２６）Ｎ／ｍｍ^２とする。

【0034】

これらの条件により、支持層８に根入れされた溝部部分が負担できる摩擦力及び摩擦力度の例を表４に示す。本実施の形態では、支持層８に根入れされた部分が負担できる摩擦力度の上限は、０．７６Ｎ／ｍｍ^２～１．５２Ｎ／ｍｍ^２である。

【0035】

【表4】

【0036】

また、図４及び図５に示すように、溝部３の外周面積Ａｓ１より、上下の溝部３，３間に挟まれた杭本体２の外周面積Ａｓ２は大きく形成されている。すなわち、杭体コンクリートのせん断強度を安全側に考慮し、根固め材（モルタル）のせん断強度と同一とすると、杭本体２が溝部３での負担軸力に対して安全であるためには、杭本体２の外周面積Ａｓ２が、溝部３の外周面積Ａｓ１以上であれば、杭本体２のせん断抵抗面積が、溝部３内の根固め材のせん断抵抗面積より大となるので、杭本体２がせん断応力τで破損することはない。本実施の形態における各杭径Ｄと外周面積Ａｓ１、外周面積Ａｓ２及びそれらの比率つまり面積比の例を表５に示す。これらの例では、面積比は１．５３～４．１１であり、杭体１がせん断力で破損することがない。

【0037】

【表5】

【0038】

さらに、杭体１に極限鉛直荷重が作用するとき、溝部３に充填された根固め部６を介して溝部３の上部のコンクリート部分（溝部３の上部のテーパ部３ａから、その溝部３の上部に並ぶ溝部３の下部のテーパ部３ａに亘る部分（図４および図５に示すＡｓ２の範囲））に作用する最大せん断力Ｐ_ｍａｘは、溝部３のせん断強度τ_ｕと溝部３の外周面積Ａｓ１との積で求められる。このとき、溝部３の上部のコンクリート部分に発生するせん断応力度τ_ｍａｘは、最大せん断力Ｐ_ｍａｘを外周面積Ａｓ２で除することで求められることから、溝部３のせん断強度τ_ｕを外周面積Ａｓ２と外周面積Ａｓ１との面積比で除する（τ_ｍａｘ＝τ_ｕ／（Ａｓ２／Ａｓ１））ことで求められる。このせん断応力度τ_ｍａｘは、極限鉛直荷重作用時における最大値であり、短期許容軸力作用時においてもこれを超えるせん断応力度が杭体１に発生することはないことから、安全側として、溝部３の上部のコンクリート部分が必要な短期許容せん断応力度τ_ａ２を、このせん断応力度τ_ｍａｘに設定する。

【0039】

また、国土交通省告示第１１１３第８第１項第五号より、溝部３の上部のコンクリート部分の長期許容せん断応力度τ_ａ１と短期許容せん断応力度τ_ａ２との比は１：１．５である。

【0040】

本実施の形態の表３に示す例における杭径３００ｍｍのものの条件に基づき、コンクリートの許容せん断応力度は、長期許容せん断応力度τ_ａ１が１．６５Ｎ／ｍｍ^２以上、短期許容せん断応力度τ_ａ２が２．４８Ｎ／ｍｍ^２以上のものを使用する。例えば、杭本体２に用いるコンクリートの設計基準強度（Ｆ）を１０５Ｎ／ｍｍ^２とし、国土交通省告示第１１１３第８第１項第５号より、溝部３の上部のコンクリート部分の許容せん断応力度（長期許容せん断応力度τ_ｃ１、短期許容せん断応力度τ_ｃ２）は、
τ_ｃ１＝１．２Ｎ／ｍｍ^２
τ_ｃ２＝１．８Ｎ／ｍｍ^２
となる。よって、溝部３の上部のコンクリート部分に作用する長期および短期のせん断力Ｑと溝部３の上部のコンクリート部分の許容せん断応力Ｑ_ａとを比較すると、
（長期）
Ｑ＝τ_ａ１・Ａｓ１＝１．６５×５６５４９＝９３３０６（Ｎ）
Ｑ_ａ＝τ_ｃ１・Ａｓ２＝１．２×８６８２１＝１０４１８５（Ｎ）
（短期）
Ｑ＝τ_ａ２・Ａｓ１＝２．４８×５６５４９＝１４０２４２（Ｎ）
Ｑ_ａ＝τ_ｃ２・Ａｓ２＝１．８×８６８２１＝１５６２７７（Ｎ）
より、いずれもＱ＜Ｑ_ａとなる。したがって、上記の許容せん断応力度のコンクリートを使用することで、溝部３の上部のコンクリート部分が破損することがない。

【0041】

上記の検討を踏まえた本実施の形態での杭体１の例を図６乃至図９に示す。図６（ａ）は、杭径φ３００ｍｍの杭体１の例、図６（ｂ）は、杭径φ３５０ｍｍの杭体１の例、図６（ｃ）は、杭径φ４００ｍｍの杭体１の例、図６（ｄ）は、杭径φ４５０ｍｍの杭体１の例を示す。図７（ａ）は、杭径φ５００ｍｍの杭体１の例、図７（ｂ）は、杭径φ６００ｍｍの杭体１の例、図７（ｃ）は、杭径φ７００ｍｍの杭体１の例を示す。図８（ａ）は、杭径φ８００ｍｍの杭体１の例、図８（ｂ）は、杭径φ９００ｍｍの杭体１の例、図８（ｃ）は、杭径φ１０００ｍｍの杭体１の例を示す。図９（ａ）は、杭径φ１１００ｍｍの杭体１の例、図９（ｂ）は、杭径φ１２００ｍｍの杭体１の例を示す。

【0042】

これらの例に示されるように、溝部３は、杭体１毎に同一形状および寸法のものが複数設けられ、杭径Ｄに応じて個数が増減される。溝部３の溝幅は、溝部３内の根固め材（モルタル）のせん断強度を考慮して一定に設定し、また、溝部３の溝深さは、杭本体２の鉄筋までのかぶり量を考慮して一定に設定する。このように、溝部３の形状（寸法）を同一形状とすることで、杭製造（型枠）コストの低減を図る。

【0043】

次に、この実施の形態の作用効果を説明する。

【0044】

本実施の形態の外掘り根固め工法では、まず、図１０（ａ）に示すように、ストレート形状の杭孔５を掘削形成する。このとき、オーガ（掘削攪拌装置）１０による掘削心を杭心に合わせ、水等を注入しながら必要に応じてオーガ１０を上下反復し、支持地盤の根固め下端まで掘削する。

【0045】

次いで、図１０（ｂ）に示すように、杭孔５の支持層８部分に根固め液１１を注入する。例えば根固め部下端にて根固め液１１を所定注入量の半量から全量注入した後、オーガ１０を上方区間内、例えば杭径Ｄに対し１．７倍の範囲で所定回数、例えば２回上下反復し、根固め液１１を全量注入後、必要に応じて根固め部６全長でオーガ１０を上下反復する。

【0046】

さらに、図１０（ｃ）に示すように、杭孔５にさらに杭周固定液１２を注入する。このとき、例えば、注入範囲下端深度から上端深度まで杭周固定液１２を注入しながらオーガ１０を引き上げ、注入範囲で１回以上、オーガ１０を上下反復する。その後、杭孔５からオーガ１０を引き上げる。

【0047】

その後、図１０（ｄ）に示すように、杭体１を杭孔５に建て込み、所定深度に沈設する。

【0048】

そして、根固め液１１および杭周固定液１２を固化させて、図１０（ｅ）に示すように杭体１の外周に根固め部６および杭周固定部７を形成する。

【0049】

このように沈設された杭体１に対し、図１に示すように杭先端部（α算定位置９）に鉛直荷重が作用した場合、根固め部６内の杭周面と底面から根固め部６に伝達され、杭体１と根固め部６とが一体化して挙動し、根固め部６の底面から支持地盤に伝達される。

【0050】

このとき、根固め部６の底面の全断面積が有効に作用するには、根固め部６の外径Ｄｏと杭径Ｄとの比率（幅比）と、根固め部６の高さＨ１と杭径Ｄとの比率（高さ比）と、が関係する。本実施の形態の杭体１の例における幅比及び高さ比の例を表６に示す。

【0051】

【表6】

【0052】

本実施の形態では、幅比が標準で１．３３であり、高さ比を１．２０とすることで、根固め部６の底面の全断面積を有効に作用させることができる。

【0053】

また、溝部３により、杭本体２と根固め部６との一体性が確保される。

【0054】

そこで、杭本体２に鉛直荷重が作用したときに、杭本体２の支持層根入れ部分の外周面に設けられた溝部３にて一体化された根固め部６を介して、せん断力を支持層８に効果的に伝えることができる。

【0055】

溝部３の隅部にテーパ部３ａを設けることで、杭挿入時に、溝部３の隅部に付着する土砂を少なくすることができるとともに、地中障害物から溝部３の隅部に作用する抵抗を小さくすることができ、溝部３の破壊を防止でき、さらに、テーパ部３ａを設けることで、杭設置時の支圧面積を大きく取れるので、その分、支圧力すなわち負担応力度を小さくすることができるとともに、杭製造時の脱型による溝部３の破損を防止でき、脱型を容易にできる。

【0056】

杭径が変化しても溝部３の形状および寸法を変化させずに、その個数を増減することで、共通の溝部成形用の型枠を用いることができ、杭製造コストを低減できる。

【0057】

杭本体２のコンクリートの長期許容せん断応力度を１．６５以上、短期許容せん断応力度を２．４８以上とすることで、溝部３の上部のコンクリートがせん断力によって破損することを防止できる。

【0058】

溝部３，３間の杭本体２の外周面積が、溝部２の外周面積より大きく形成されたので、杭本体２の溝部３，３間のせん断抵抗面積が溝部３内に形成される根固め部６のせん断抵抗面積より大きくなり、杭本体２の溝部３，３間のせん断破壊を防止できる。

【0059】

根固め部外径Ｄｏが、杭径Ｄの１．３３倍以上１．３５倍以下であり、杭体１の先端部から下方の根固め部６の高さを杭径Ｄの１．２倍であるため、杭先端部に作用した鉛直荷重を、根固め部６の底面の全断面積を有効に作用させて支持地盤に伝達できる。

【0060】

次に、図１１乃至図２０を参照しながら、杭先端部の溝部３のせん断試験について説明する。

【0061】

(1) 試験目的
杭先端部における荷重伝達は、杭体１を介して杭内面及び杭外面からの付着力さらに杭下端面の支圧力で根固め部６に伝達される。ここで、根固め部６と杭外周面の付着強度を増加させる目的で、杭先端外周面に溝部３を配置して杭体１と根固め部６との付着強度調査をする。

【0062】

(2) 試験概要
(a) 実施内容
試験体は、杭本体２の外径φ２００ｍｍ、長さ３００ｍｍを基本に、外周面に根固め部６を形成し、押抜き試験を行なった。試験体は、溝部３を２つとし、溝部３の形状を深さ３ｍｍ、７ｍｍの２種類に設定し、これに溝部３を有さないストレート形状の試験体を加えた、合計３種類のコンクリート試験体で実施した。

【0063】

(b)試験体の種類
溝部３と根固め部６との付着強度調査の試験体Ａ，Ｂ，Ｃを表７に示す。

【0064】

【表7】

【0065】

(3) 試験体の製作
(a)付着強度調査の試験体
試験体の断面形状は、図１１に示す溝部を有さないモルタル試験体Ａ－１，Ａ－２と、図１２に示す２つの溝部３を有する溝深さ３ｍｍの試験体Ｂ－１，Ｂ－２と、図１３に示す２つの溝部３を有する溝深さ７ｍｍの試験体Ｃ－１，Ｃ－２とを製作する。

【0066】

(b)試験体の製作
杭体１の型枠 ；遠心供試体用（φ２００ｍｍ～３００ｍｍ）
根固め部６型枠 ；塩ビ管（内径φ２８６ｍｍ～２５０ｍｍ、厚さ１６．２ｍｍ）
杭体１のコンクリート配合；圧縮強度がσ_ｕ＝１０５Ｎ／ｍｍ^２の配合
根固め部６のモルタル配合；表８

【0067】

【表8】

【0068】

養生方法は、気中養生とした。製作時に強度調査用の供試体（φ５０ｍｍ～１００ｍｍ）を各３体ずつ製作し、せん断試験の同日に強度確認を行った。

【0069】

(4) 試験方法
試験方法は、図１４に示すように、受圧治具１５と加圧治具１６との間に試験体を挟んで加圧する押抜き試験方法を採用した。

【0070】

試験機 ；５００ｔアムスラ
変位量測定器 ；高感度変位計（ストローク５０ｍｍ）
載荷方法 ；連続載荷
測定項目 ；荷重、くい頭変位量
(5) 付着試験の試験結果のまとめ
試験結果を表９に示す。また、付着強度と変位量の関係を、図１５乃至図２０に示す。

【0071】

【表9】

【0072】

（ａ）溝がない試験体Ａ－１，Ａ－２は、直線的な変位で破壊に至る。溝付きの試験体Ｂ－１，Ｂ－２，Ｃ－１，Ｃ－２は、直線的な変位後に荷重が一時的に低下するが、変位が進むと再度荷重が上がり最大値を示した。

【0073】

（ｂ）根固め部６に対する杭外周面の付着強度は、溝部３がない試験体Ａ－１，Ａ－２のモルタル供試体平均圧縮強度１２．０８Ｎ／ｍｍ^２の場合、平均付着強度が０．７７Ｎ／ｍｍ^２であった。また、溝深さが３ｍｍの試験体Ｂ－１，Ｂ－２のモルタル供試体平均圧縮強度１２．３３Ｎ／ｍｍ^２の場合、平均付着強度が２．０６Ｎ／ｍｍ^２であり、溝深さが７ｍｍの試験体Ｃ－１，Ｃ－２のモルタル供試体平均圧縮強度１２．３５Ｎ／ｍｍ^２の場合、平均付着強度が２．０１Ｎ／ｍｍ^２であり、溝深さによる大きな付着強度の差異は確認されなかった。

【0074】

(6) 根固め部６内の杭周面摩擦力度（τ_ｆｔ）と根固め部圧縮強度（σ）との関係について
上記の付着試験結果より、根固め部６内の杭周面摩擦力度（τ_ｆｔ）と根固め部圧縮強度（σ）との関係を算定する。

【0075】

溝部３の負担せん断力は、溝部３を除く範囲の付着面積での付着力を試験荷重から差し引いて求める。この溝部３を除く範囲の表面積における算定は、溝部３のない試験体Ａにおける試験結果からの平均付着強度を採用して求める。よって、溝部３範囲のせん断応力度（τ_ｍ）は、この負担せん断力を溝部３の表面積で除して求めるものとする。算定式は下式となる。

【0076】

τ_ｍ＝Ｐ－（Ｌ０－Ｌ１）×π×Ｄ×τ_ｓｔ／（π×Ｄ×Ｌ１）
ここで、Ｐは試験荷重（ｋＮ）、Ｄは杭径（ｍｍ）、Ｌ０は根固め部６と接する長さ（ｍｍ）、Ｌ１は溝部３の長さ（ｍｍ）、τ_ｓｔは溝部面積を除くせん断応力度（Ｎ／ｍｍ^２）である。なお、試験体Ａ－１，Ａ－２の平均せん断応力度τ_ｓｔ＝０．７７Ｎ／ｍｍ^２である。

【0077】

実験結果による溝部３が負担するせん断応力度は、溝深さ３ｍｍの試験体Ｂ－１，Ｂ－２では３．７０Ｎ／ｍｍ^２、３．２０Ｎ／ｍｍ^２、溝深さ７ｍｍの試験体Ｃ－１，Ｃ－２では、３．７２Ｎ／ｍｍ^２、２．９８Ｎ／ｍｍ^２であり、溝部３のせん断応力度の平均値（τ_ｍ）は３．４０Ｎ／ｍｍ^２となる。

【0078】

また、供試体モルタル強度の平均値は１２．２５Ｎ／ｍｍ^２であるから、α算定位置９（杭先端部より上方１．５Ｄ）以深の根固め部６内の杭周摩擦力度（τ_ｆｔ）と根固め部圧縮強度（σ）との関係は、表１０及び表１１で表され、τ_ｆｔ／σの最大値は０．１２０、最小値は０．０９１となった。

【0079】

【表10】

【0080】

【表11】

【符号の説明】

【0081】

１ 杭体
２ 杭本体
３ 溝部
３ａ テーパ部
５ 杭孔
６ 根固め部
７ 杭周固定部
８ 支持層
１１ 根固め液
１２ 杭周固定液
Ｄ 杭径
Ｄｏ 外径

【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】

【図18】

【図19】

【図20】