JP2006200190A

JP2006200190A - 中掘り根固め工法用の杭体

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Publication number: JP2006200190A
Application number: JP2005011922A
Authority: JP
Inventors: Akira Oshima; 章大島
Original assignee: Nippon Concrete Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Concrete Industries Co Ltd
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: JP4596930B2

Abstract

【課題】鉛直荷重が作用したときに、せん断力を根固め部を経て支持層に効果的に伝えることができる構造の中掘り根固め工法用の杭体を提供する。
【解決手段】円筒形コンクリート製の杭本体11の支持層根入れ部分の外周面に、杭本体11の外径より小径の溝底部を有する凹溝部15を設ける。この凹溝部15の上下の隅部にそれぞれテーパ部16を設ける。凹溝部15は、同一形状および寸法のものを複数設け、杭径に応じて個数を増減させる。複数の凹溝部15，15間に挟まれた杭本体11の外周面積が、各凹溝部15の外周面積より大きくなるように形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、下部外周面に凹溝部を有する中掘り根固め工法用の杭体に関するものである。

従来の中掘り根固め工法は、地盤に既製のコンクリート杭（以下、単に「杭体」という）を沈設する場合、この杭体の中空部にスクリューオーガを挿入するとともに、スクリューオーガの先端に設けられた拡縮径可能の特殊構造のビットを杭体の先端より突出させ、中間径に中途開翼した状態のビットにより杭先端の直下地盤を掘削しながら、その掘削土をスクリューオーガにより杭体の中空部を通して杭上部に移送し、その杭上端開口より排土しながら、杭体を沈設する。

そして、支持層の付近まで掘進したら、ビットを拡大径に開翼させ、スクリューオーガのシャフト内通路を経て先端部の吐出口より吐出したモルタルなどの根固め液を掘削土中に注入しながら掘削して、杭体の下部を支持層に挿入し、さらに、開翼状態のビットのみを掘進させ、球根形成穴を設ける。

その後、最小径に閉翼した状態のビットおよびスクリューオーガを杭体の中空部から取出し、球根形成穴内の根固め液が固化すると、支持層の付近から杭先端部にわたって球根状の根固め部を築造できる（例えば、特許文献１、２参照）。

ここで、杭体の下部と根固め部との間には、軸方向のせん断力に耐え得る構造が必要であり、そのために、杭体の下部外周面に突起を設け、杭体に鉛直荷重が作用したとき、突起の下面からせん断力が根固め部内で円錐状に支持層に伝搬して、根固め部の円錐状の底面で支持層に支持面を形成するようにしたコンクリート杭の埋設方法がある（例えば、特許文献３参照）。
特開平１１−２０８５号公報（第７−８頁、図７−１１）特開平１１−２８００６６号公報（第２頁、図６）特許第３５３１０９９号公報（第３−４頁、図１−２）

特許文献３に記載された下部外周面に突起を有する杭体は、１本の杭体が負担できる鉛直荷重を大幅に増加できる利点があるものの、特許文献１、２に記載された中掘り根固め工法には適用できない問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、鉛直荷重が作用したときに、せん断力を根固め部を経て支持層に効果的に伝えることができる構造の中掘り根固め工法用の杭体を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、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凹溝部とを具備し、この凹溝部は、隅部にテーパ部を有する中掘り根固め工法用の杭体であり、そして、杭本体に鉛直荷重が作用したときに、せん断力を、杭本体の支持層根入れ部分の外周面に設けられた凹溝部を介し一体化された根固め部を経て支持層に効果的に伝えることが可能となる。また、凹溝部は、隅部にテーパ部を有することで、杭挿入時に、凹溝部の隅部に付着する土砂が少なくなるとともに、地中障害物から凹溝部の隅部に作用する抵抗が小さくなり、凹溝部が破壊し難くなり、さらに、テーパ部を設けることで、杭設置時の支圧面積を大きく取れるので、その分、支圧力を小さくすることが可能であるとともに、杭製造時の脱型による凹溝部の破損を防止するとともに、脱型が容易になる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の中掘り根固め工法用の杭体におけるテーパ部を有する凹溝部は、同一形状および寸法のものが複数設けられ、杭径に応じて個数が増減されるものであり、そして、杭径が変化しても凹溝部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、共通の凹溝部成形用の型枠を用いることが可能となり、杭製造コストの低減を図れる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の中掘り根固め工法用の杭体において、複数の凹溝部間に挟まれた杭本体の外周面積が、凹溝部の外周面積より大きく形成されたものであり、そして、凹溝部間の杭本体の外周面積が、凹溝部の外周面積より大きく形成されたので、杭本体の凹溝部間のせん断抵抗面積が凹溝部内に形成される根固め部のせん断抵抗面積より大きくなり、杭本体の凹溝部間のせん断破壊を防止する。

請求項１記載の発明によれば、杭本体に鉛直荷重が作用したときに、せん断力を、杭本体の支持層根入れ部分の外周面に設けられた凹溝部を介し一体化された根固め部を経て支持層に効果的に伝えることができる。また、凹溝部は、隅部にテーパ部を有することで、杭挿入時に、凹溝部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、地中障害物から凹溝部の隅部に作用する抵抗を小さくすることができ、凹溝部の破壊を防止でき、さらに、テーパ部を設けることで、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凹溝部の破損を防止でき、脱型を容易にできる。

請求項２記載の発明によれば、杭径が変化しても凹溝部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、共通の凹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。

請求項３記載の発明によれば、凹溝部間の杭本体の外周面積が、凹溝部の外周面積より大きく形成されたので、杭本体の凹溝部間のせん断抵抗面積が凹溝部内に形成される根固め部のせん断抵抗面積より大きくなり、杭本体の凹溝部間のせん断破壊を防止できる。

以下、本発明を、図面に示された一実施の形態を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る杭体10が、中掘り系拡大根固め工法の一種の埋込み杭工法で施工された断面を示し、中掘り根固め工法は、杭体10内に挿入されたビットによる地盤の掘削と、杭体10の沈設とを同時作業で行なう施工法であるから、円筒形に成形された鉄筋コンクリート製の杭本体11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12が取付けられている。

地中の支持層13に根入れされる根固め部14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14と杭体10との摩擦力度を大きくすることで、支持層13と根固め部14との摩擦力度を杭体10の支持力に有効に利用することができる。

根固め部14の外径DKは、本工法に使用する油圧式拡大ビットの構造および形状から杭径Ｄの1.36倍程度とし、根固め部14の強度σcは、W/C＝60％程度のモルタルを用いることで、23(N/mm^２)以上にする。

さらに、杭体10の沈設に悪影響が生じることなく、かつ、支持層13中に根入れされた杭先端部に対する支持層13の摩擦力度を杭の支持力に有効に働かせるため、杭本体11の支持層13への根入れ部分の外周面に、杭本体11の外径より小径の溝底部を有する複数の凹溝部15が設けられている。

これらの凹溝部15の取付位置は、支持層13中に杭先端部が根入れされる部分とし、実験結果から、凹溝部15のせん断力度を決定し、その値から凹溝部15の数量を決定している。

凹溝部15の形状は、溝深さを５〜２０mm、溝幅は溝深さの８〜１０倍とする。さらに、杭体10に作用する鉛直荷重により生じるせん断力に対して、各凹溝部15内に形成された根固め材（モルタル）に十分なせん断抵抗面積を確保できるように、かつ、杭本体11の上下の凹溝部15，15間に十分なせん断抵抗面積を確保できるように、凹溝部15の形状と間隔が設定されている。

図２に示されるように、これらの凹溝部15は、隅部としての上隅部および下隅部にテーパ部16を有している。

そして、図３（ａ）に示されるように、杭挿入時、凹溝部15の隅部にテーパ部16を設けることで、（ｂ）に示される直角部17への土砂18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16を設けることで、杭挿入時に、地中障害物の凹溝部15への引掛かりを小さくし、凹溝部15の破壊を避ける効果が期待できる。

また、図４（ａ）に示されるように、凹溝部15にテーパ部16を設けることで、（ｂ）に示される直角部17での支圧面積Ａ_１より大きな支圧面積Ａ_２を確保でき、その分、テーパ部16では、（ｂ）に示される支圧力σ_１より小さな支圧力σ_２となり、負担応力度を小さくする効果が期待できる。さらに、杭製造時において杭体10を型砕から脱型する際、凹溝部15の隅部に（ｂ）に示されるような直角部17があると、その部分が破損するおそれもあるが、テーパ部16を設けることで、脱型しやすくなる。

図５は、杭径φ500mmおよびφ600mmの杭体10のように２つの凹溝部15を有する場合を示し、図６は、杭径φ700mm、φ800mmおよびφ900mmの杭体10のように３つの凹溝部15を有する場合を示し、図７は、杭径φ1000mm、φ1100mmおよびφ1200mmの杭体10のように４つの凹溝部15を有する場合を示す。

これらの図５、図６および図７に示されるように、このテーパ部16を有する凹溝部15は、同一形状および寸法のものが複数設けられ、杭径に応じて個数が増減される。凹溝部15の溝幅は、凹溝部15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、凹溝部15の溝深さは、杭本体11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、凹溝部15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。

図８および図９に示されるように、凹溝部15の外周面積Ａs1より、上下の凹溝部15，15間に挟まれた杭本体11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11が凹溝部15での負担軸力に対して安全であるためには、杭本体11の外周面積Ａs2が、凹溝部15の外周面積Ａslより大であれば、杭本体11のせん断抵抗面積が、凹溝部15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11がせん断応力τで破損することはない。

次に、この実施の形態の作用効果を説明する。

図１に示されるように、杭体10に作用する軸力が、杭先端から根固め部14を介して支持層13に伝達されるとき、杭体10の表面と根固め部14との摩擦力を無視すると、杭先端部の軸力に基くせん断力が、ある分散角θをもって先端地盤へ伝搬されるので、根固め部14の全断面積が有効に作用するには、杭先端から根固め部14の底面までの距離は、根固め部14内の分散角θのせん断力伝搬円錐19の高さＬ1以上が必要となる。また、支持層13中に根入れされる杭体長さは杭径Ｄと等しい長さとし、さらに、杭先端部の外周に設けられた凹溝部15により、杭本体11と根固め部14との一体性が確保される。

そして、杭本体11に鉛直荷重が作用したときに、杭本体11の支持層根入れ部分の外周面に設けられた凹溝部15にて一体化された根固め部14を介して、せん断力を支持層13に効果的に伝えることができる。

凹溝部15の隅部にテーパ部16を設けることで、杭挿入時に、凹溝部15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、地中障害物から凹溝部15の隅部に作用する抵抗を小さくすることができ、凹溝部15の破壊を防止でき、さらに、テーパ部16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凹溝部15の破損を防止でき、脱型を容易にできる。

杭径が変化しても凹溝部15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、共通の凹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。

凹溝部15，15間の杭本体11の外周面積が、凹溝部15の外周面積より大きく形成されたので、杭本体11の凹溝部15，15間のせん断抵抗面積が凹溝部15内に形成される根固め材のせん断抵抗面積より大きくなり、杭本体11の凹溝部15，15間のせん断破壊を防止できる。

次に、図１０乃至図１９を参照しながら、杭先端部の凹溝部15のせん断試験について説明する。

(1) 試験目的
杭先端部における荷重伝達は、杭体10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14に伝達される。ここで、根固め部14と杭外周面の付着強度を増加させる目的で、杭先端外周面に凹溝部15を配置して杭体10と根固め部14との付着強度調査をする。

(2) 試験概要
(a) 実施内容
試験体は、杭本体11の外径φ200mm、長さ300mmを基本に、外局面に根固め部14を形成し、押抜き試験を行なった。試験体は、凹溝部15の形状(深さ7mm、幅60mm)を設定し、凹溝部15の数を０、１箇所、２箇所のコンクリート試験体で行なった。これらの凹溝部15は、いずれも、図２において、ａ＝50mm、ｂ＝５mm、ｃ＝７mmに形成する。

(b)試験体の種類
凹溝部15と根固め部14との付着強度調査の試験体Ａ，Ｂ，Ｃを表１に示す。

(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１０に示された凹溝部を有さない試験体Ａ-1，Ａ-2と、図１１に示された１つの凹溝部15を有する試験体Ｂ-1，Ｂ-2と、図１２に示された２つの凹溝部15を有する試験体Ｃ-1，Ｃ-2とを製作する。

(b)試験体の製作
杭体10の型枠；遠心供試体用(φ200-300mm)
根固め部14の型枠；鋼板(ｔ＝2.3mm)を内径φ272-250mmの円筒形にして溶接
杭体10のコンクリート配合；圧縮強度がσu=85 N/mm^２の配合
根固め部14のモルタル配合；表２

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(φ100-200mm)を３個採取した。

(4) 試験方法
試験方法は、図１３に示すように、受圧治具21と加圧治具22との間に試験体Ａ，Ｂ，Ｃを挟んで加圧する押抜き試験方法を採用した。この試験は、根固め部14のモルタル強度の確認をして、その後に載荷した。

試験機；500ｔアムスラ(株式会社東京衡機製造所)
変位量測定器；高感度変位計(ストローク50mm)、 CDP-100(1/100mm)
載荷荷重と保持時間；載荷荷重は原則30KN毎とし、30KN毎に1分保持測定も行う。
測定項目；荷重、杭頭変位量、根固め頭部の変位量
破壊荷重；荷重が保持できない最大荷重

(5) 付着試験の試験結果のまとめ
試験結果は、表３に示す。また、付着強度と変位量の関係を、図１４乃至図１９に示す。

さらに、根固め部14のモルタル圧縮強度の結果を表４に示す。

(a) 杭外周面の付着強度は、根固め部14のモルタル圧縮強度が31.2 (N/mm^２)のとき、凹溝部15がない試験体Ａ-1，Ａ-2で、平均付着強度は2.01 (N/mm^２) であり、凹溝部15が１箇所の試験体Ｂ-1，Ｂ-2で、平均付着強度は2.81 (N/mm^２)であり、凹溝部15が２箇所の試験体Ｃ-1，Ｃ-2で、平均付着強度は4.65 (N/mm^２)である。

(b) 溝がない試験体Ａ-1，Ａ-2は、直線的な変位(0.2mm)で破壊に至る。

(c) 溝付の試験体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、その後、再度変形するとともに、荷重が増加し最大値を示している。

(6) 凹溝部15が負担するせん断応力度の検討
試験結果から根固め部14と、杭体10の凹溝部15とのせん断応力度における負担荷重を算定する。凹溝部15の負担せん断力は、凹溝部15を除く範囲の付着面積での付着力を試験荷重(破壊荷重)から差し引いて求める。この凹溝部15を除く範囲の付着面積における付着力の算定は、凹溝部15のない試験体Ａにおける試験結果からの平均付着応力度を採用して求める。

よって凹溝部15の範囲のせん断応力度は、この負担せん断力を凹溝部15の表面面積で除して求めるものとする。

算定式は下式となる。

・凹溝部15の部分のせん断応力度(τs)
τs＝Ｑ／（π×Ｄ×Ｌ1）
・凹溝部15の部分のせん断力（Ｑ）
Ｑ＝Ｐ−（Ｌ−Ｌ1）×π×Ｄ×τA
ここに、
Ｐ；試験荷重(KN)
Ｄ；杭外径(mm)
Ｌ；根固め部14との接する長さ(mm)
Ll；凹溝部15の長さ(mm)
τA；凹溝部15のない範囲の付着応力度(N/mm^２)
(Ａ試験体結果の平均付着応力度τA=2.0lN/mm^２)

凹溝部15が負担するせん断応力度の算出結果を表５に示す。

実験結果の凹溝部15が負担するせん断応力度は、溝１箇所の試験体Ｂ-1，Ｂ-2では6.23(N/mm^２)、4.46(N/mm^２)、溝２箇所の試験体Ｃ-1，Ｃ-2では7.42(N/mm^２)、7.60 (N/mm^２)である。

本発明に係る中掘り根固め工法用の杭体の一実施の形態を示す杭施工時の断面図である。同上杭体の要部を拡大した断面図である。（ａ）は同上杭体のテーパ部での土砂の動きを示す断面図、（ｂ）はテーパ部がない場合の土砂が溜まる状態を示す断面図である。（ａ）は同上杭体のテーパ部での支圧力の作用状態を示す断面図、（ｂ）はテーパ部がない場合の支圧力が増加する状態を示す断面図である。同上杭体の凹溝部が２つの場合の半断面図である。同上杭体の凹溝部が３つの場合の半断面図である。同上杭体の凹溝部が４つの場合の半断面図である。同上杭体における凹溝部の外周面積Ａs1と、凹溝部間に挟まれた杭本体の外周面積Ａs2との関係を示す説明図である。同上杭体における凹溝部の外周面積Ａs1と、凹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。凹溝部を有さない試験体Ａの断面図である。１つの凹溝部を有する試験体Ｂの断面図である。２つの凹溝部を有する試験体Ｃの断面図である。試験体を載荷試験する際の要領を示す説明図である。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。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。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。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。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。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。

符号の説明

10 杭体
11 杭本体
15 凹溝部
16 テーパ部

Claims

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凹溝部とを具備し、
この凹溝部は、隅部にテーパ部を有する
ことを特徴とする中掘り根固め工法用の杭体。
テーパ部を有する凹溝部は、同一形状および寸法のものが複数設けられ、杭径に応じて個数が増減される
ことを特徴とする請求項１記載の中掘り根固め工法用の杭体。
複数の凹溝部間に挟まれた杭本体の外周面積が、凹溝部の外周面積より大きく形成された
ことを特徴とする請求項２記載の中掘り根固め工法用の杭体。