JPH0547685B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、地上構造物を支える基礎杭構造に関
するものである。

［従来の技術と解決しようとする課題］ 従来より、基礎杭として、構造物下部の地盤内
に、既製のコンクリートパイルや鋼管パイルを複
数本連結して所定深さまで打設し、上部構造物を
支える基礎杭を造成する方法がある。

このような基礎杭を設計し施工する場合、一般
には、上部構造物の荷重及び構造物に働く水平力
などを検討し、その地盤に適した杭が選択され用
いられるが、これが打設される施工敷地内では、
同一種類の杭が連結使用されるもので、特に杭の
長さ方向で杭性能の異なる異種の杭を連結して、
基礎杭を造成することは全く行なわれていなかつ
た。

例えば、実際地盤に打設した場合に、大きな周
面支持力は期待できないが、水平耐力が大きい既
製杭として、下記の円筒パイルがあり、 ・ 円筒状のプリストレスコンクリートパイル、
高強度のプリストレスコンクリートパイル
（PC杭、PHC杭） ・ 複合パイル（鋼管コンクリート複合パイル） ・ 鋼管パイル また、水平耐力は余り期待できないが、周面支
持力性能に優れた既製杭として、節付きコンクリ
ートパイル等の摩擦杭があるが、上記のようにそ
れぞれ性能の異なる杭を、地盤の性状に合わせて
適宜連結して打設し、構造物を支える基礎杭とす
ることは全く行なわれていなかつた。

殊に、実際地盤に打設された基礎杭には、軸
力、曲げモーメントのほかに、地盤によつては負
の摩擦力も作用することになり、更に地盤中には
地震時に液状化の虞のある地盤もあり、したがつ
てこれらそれぞれに最適で且つ最も経済的な基礎
杭を造築することが望まれるが、一定種類のパイ
ルを連結して打設する従来方法では、前記の基礎
杭を造築することは到底でき得ないものである。

例えば、第１２図に示す地盤において、地盤の
上層Ａは軟弱な粘性の圧密地盤で、それより下層
ＢはＮ値も大きく杭の周面支持力、先端支持力が
期待できる地盤であつて、杭に作用する水平力、
曲げモーメントが大きいとする。

このような地盤において、曲げモーメント等を
考慮して、水平耐力の大きいPHC杭や鋼管パイ
ル等の円筒パイルＰを図のように杭全長に用いた
基礎杭とすると、下層Ｂ地盤での周面支持力が不
足することになる。

また、前記の地盤において鉛直支持力を考慮し
て、周面支持力の大きい節付きコンクリートパイ
ルを杭全長に用いた基礎杭とすると、上層Ａ地盤
での水平耐力が不足する。さらに周面支持力が大
きいために、上層Ａ地盤が圧密沈下すると、杭体
上部に負の摩擦力が働き、その結果、杭体は構築
物荷重による軸力以外に、前記負の摩擦力による
軸力も負担することとなる。

それゆえ、従来は、同一種類の杭の杭径を大き
くしたり、杭長を長くしたり、杭数を増やしたり
するきわめて不経済な方法で基礎杭造成が行なわ
れていた。

本発明は、上記に鑑み、地盤の性状に適合した
支持力を持つた安全でかつ経済的な基礎杭を造成
すべくなしたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、上記の課題を解決するために、比
較的大きな水平耐力が要求される上層地盤に、曲
げ耐力の大きい円筒状のプリストレスコンクリー
トパイルや鋼管パイル等の円筒パイルを、周面支
持力等の鉛直支持力の期待できる下層地盤に、周
面支持力性能に優れた節付きコンクリートパイル
を用いることとし、特に下方部のパイル杭径を大
きくしなくても、水平耐力の向上を図ることがで
きるようにしものである。

すなわち、本発明の基礎杭構造は、構造物に働
く水平荷重に支える基礎杭上部に既製の円筒パイ
ルを、これより下方部には、円筒パイルの径と略
同径の節部を有した既製の節付きコンクリートパ
イルを配して、これら両パイルを連結して地盤に
打設してなることを特徴とする。

前記において、基礎杭上部の既製の円筒パイル
を杭の内外に連通する透水孔を有する孔明きパイ
ルとし、この円筒パイルの内外周に、砂、砂利、
砕石等の充填材を充填しておくのが望ましい。

［作用］ 上記の構成よりなる本発明の基礎杭によれば、
比較的大きい曲げモーメントが作用する上層地盤
においては、曲げ耐力の大きい円筒パイルが用い
られているため、上部構造物に働く水平荷重を該
円筒パイルによつて充分に支えることができる。
しかもこの円筒パイルは周面摩擦支持力が節付き
コンクリートパイルに比して小さいため、上層地
盤が軟弱な粘性地盤であつて圧密沈下することが
あつても、負の摩擦力が生じることがない。

また下層地盤では、周面支持力性能の大きい節
付きコンクリートパイルが用いられているため、
胴部の径が円筒パイルより小さくても、節部は円
筒パイルの径と略同径であつて充分な先端支持力
を保有し、これが節部による周面支持力の増大と
相俟つて、不足なく充分な鉛直支持力を得ること
ができる。

特に、節付きコンクリートパイルの杭径が上部
の円筒パイルの径より小さくなつているにも拘ら
ず、円筒パイルの径と略同径の節部を有している
ために、単なる円筒状のパイルに比して水平耐力
が大きく、しかも上部の円筒パイルと下部の節付
コンクリートパイルとの水平力の伝達に大きな段
差が生じずスムースな伝達が行なわれ、基礎杭全
体として大きな水平耐力を保持できる。

さらに円筒パイルを孔明きパイルにして、その
内外周に、砂、砂利、砕石等の充填材を充填した
場合には、これによつて水平耐力が増大する上、
内外の砂利や砕石等の充填材の部分が透水性を有
するとともに、杭の内外が透水孔によつて連通す
ることになるため、杭内孔が間隙水の逃水用通路
となつて地震時の過剰間隙水のドレーン作用を果
し、過剰間隙水圧の消散を効果的になし得る。

［実施例］ 次に本発明の実施例を図面に基いて具体的に説
明する。

図において、Ｐは上層地盤に用いられる既製の
円筒パイル、Ｆは前記円筒パイルより下方部に用
いられる既製の節付きコンクリートパイル（以下
節付きパイルという）を示し、これらの円筒パイ
ルＰと節付きパイルＦとが、地盤性状、要求され
る杭の支持力等に応じて、所要数本連結されて、
第１図および第５図に例示するように地盤に打設
され、基礎杭が造成される。

前記の円筒パイルＰと節付きパイルＦとは、節
付きパイルＦの胴部３の径と、円筒パイルＰの径
とが同径である場合、例えば第２図に示すように
連結される。こうして連結される円筒パイルＰと
節付きパイルＦの端部には、第３図のように端板
４ａと側板４ｂとよりなる端部金具４が固着され
ており、この端部金具４にパイル内部の主筋５の
端部が係着されている。前記パイルＰ，Ｆの連結
は、この端部金具４，４同士を溶着することによ
りなされる。

第４図は、節付きパイルＦの連結部での曲げ耐
力を増強するために、節付きパイルＦ上部の杭頭
内部に、パイル主筋とは別に、補強筋５ａを設け
た場合を示している。これは、本発明のように胴
部の径を円筒パイルＰより小さくした節付きパイ
ルＦを使用することにより、上下のパイルの曲げ
耐力が大きく異なる場合に特に有効となる。

本発明では、上記のように下方部に使用する節
付きパイルＦを、その胴部３の径を上部の円筒パ
イルＰと同径とするのではなく、第５図および第
６図に示すように、円筒パイルＰの径と略同径の
節部２を有する節付きパイルＦ、つまり胴部２の
径が円筒パイルＰより小さいパイルを用いてお
り、この節付きパイルＦを円筒パイルＰに連結し
て地盤に打設している。

この場合、上下の円筒パイルＰと節付きパイル
Ｆとは、図に示すようにテーパ状継ぎ手パイプＴ
により連結するもので、この継ぎ手パイプＴとし
ては、上部が円筒パイルＰの径と同径で、下部が
節杭Ｆの胴部３と同径のテーパ状のパイプが用い
られる。特にパイプ肉厚が、円筒パイルＰの曲げ
耐力と同程度か、もしくはそれより大きいものが
用いられる。

このようにすることにより、基礎杭上部になる
円筒パイルＰの径は、節付きパイルＦの胴部３の
径より大きい径であるから、曲げ耐力が増大する
と共に軸方向圧縮耐力も増大する。

上記の実施例において、上部に連結される円筒
パイルＰとしては、円筒状のコンクリートパイル
（PC杭、PHC杭等）のほか、複合パイル（鋼管
コンクリート複合パイル）、鋼管パイル６等を用
いることができ、構造物を支える杭の鉛直支持
力、水平耐力、地盤性状、施工方法の相違などに
応じて、それぞれ適宜使い分けする。

また、基礎杭には主として地上近辺の杭上部に
曲げモーメントが作用することから、上記のよう
に連結される杭上部の円筒パイルＰとしては、節
付きパイルＦよりも曲げ耐力の大きいパイルを用
いることが望ましい。

さらに、円筒パイルＰとして、例えば鋼管パイ
ル６を用いる場合には、要求される杭性能に合わ
せ、鋼管内外面に縞状のリブを設けたリブ付き鋼
管パイル（図示せず）を用いたり、第７図に例示
するように鋼管壁面に複数の透水孔７を設けた孔
明きの鋼管パイル６を用いることができる。透水
孔７を設けた孔明きのパイル６は、後記するよう
に上層地盤が砂地盤であつて、地震時に地盤が液
状化するのを防止する基礎杭として特に有効であ
る。

なお第７図では節付きパイルＦの胴部３が円筒
パイルＰと略同径になつているが、本発明を実施
する場合、この節付きＦの節部２を円筒パイルＰ
と略同径にしておくことになる。

また、打設する杭長が長く、複数本のパイル、
例えば４本のパイルを連結して打設する場合に
は、最上部１本のみを円筒パイルＰとして、それ
より下方部の３本を節付きパイルＦとし、あるい
は上部２本を円筒パイルＰで下部２本を節付きパ
イルＦとし、あるいは上部３本を円筒パイルＰで
最下部のみ節付きパイルＦとすることができ、地
盤、水平支持力、鉛直支持力Ｒ等により適当なも
のを使用すればよい。

上記した連結構造による本発明の基礎杭を地盤
に造成し施工する方法について、以下に説明す
る。

まず、打ち込み工法で行うには、第８図に示す
ように、節付きパイルＦを所定の地盤上に建て込
み、デイーゼルハンマー１０等で打撃を与え地中
に打ち込む。この場合、節付きパイルＦの貫入に
伴い杭周より砂利１１等を充填する〔同図ａ〕。
打設する節付きパイル長が長い場合には、さらに
節付きパイルＦ１を継ぎ足して、同様に打ち込
む。

次に、円筒パイルＰを端部金具４部分で溶着等
の手段により継ぎ足し打ち込むが、この際、節付
きパイルＦの節部２の打ち込みにより生じた杭周
間隙には砂利１１、或は砂等の充填材を充填する
〔同図ｂ〕。また所定長さ打設後、杭の水平耐力を
増強する目的で、円筒パイルＰ等の杭内孔上部に
砂、砂利等を充填してもよい。

なお、充填材として、砂利、砕石等を充填した
場合には、充填砂利等のドレーン効果により、地
震時の過剰間隙水圧の消散に有効になり、さらに
上部の円筒パイルＰとして、透水孔７を設けた孔
空の鋼管パイル６等を用いた場合には、杭内外の
砂利等の充填部が透水孔７により連通しているた
め、充填砂利等のドレーン効果がさらに増大し、
地震時の過剰間隙水圧の消散に有効となり、地盤
の液状化防止に効果がある。

円筒パイルＰ部分が長い場合には、さらに円筒
パイルＰを前記同様に継ぎ足して打ち込めばよ
い。

以上によつて、上層地盤には円筒パイルＰを用
い、それより下方部の地盤には節付きパイルＦを
用いた基礎杭が地中に造築される〔同図ｃ〕。

上記の基礎杭を、セメントミルク工法など低騒
音の先掘り工法で行うには次のようにする。

第９図ａに示すように、スクリユーオーガー１
２等で、節付きパイルＦの節部２の径よりやや大
きい径で、所定深さまで地盤を掘孔する。このス
クリユーオーガー１２の引き上げ時に、掘孔内Ｋ
にセメントミルク、モルタル等の硬化液Ｍを充填
する。

このミルク等の硬化液Ｍは、節付きパイルＦの
周囲や先端根固め部分には強度の大きいものを
〔第１０図のＭ１部分〕、円筒パイルＰの周囲には
強度の低い液を〔同図Ｍ２部分〕充填する等、杭
の深さ方向で配合を変えることもできる。杭の鉛
直支持力を期待する部分には大きな強度の発現で
きる充填液を用いるのが望ましい。

こうして掘孔内Ｋに節付きパイルＦを吊り下げ
圧入する。この際、所定本数の節付きパイルＦを
継ぎ足す。次に円筒パイルＰを継ぎ足し、上記と
同様に掘孔内Ｋ吊り下げ圧入する。

これにより、上層地盤には円筒パイルＰを用
い、それより下方部の地盤には節付きパイルＦを
用いた基礎杭が地中に造築されることになる。

前記の円筒パイルＰの周囲には上記のセメント
ミルク等硬化液Ｍに変え、砂１３、砂利１１等を
充填する場合もある〔第７図および第１１図〕。
この場合は、地上の杭周辺より砂利１１等を間隙
に投下充填してもよい。また、円筒パイルＰの沈
設圧入後に、杭周囲の間隙に別個にケーシングを
吊り下ろし、ケーシングで突き固めながら砂利等
を充填してもよい。この場合さらに水平耐力の増
強に効果がある。

また、杭上部の円筒パイルＦが鋼管パイル６等
の場合に、杭の外周のみでなく、パイルの内孔に
も砂利など充填する場合があるのは、上記打ち込
み工法の場合と同様である。

本発明の基礎杭は、上記のほか、地盤の土砂と
注入硬化液とをミキシングしたセメントソイル掘
孔内に、既製のパイルを圧入するミキシング工法
でも実施できる。この場合の方法は先掘り工法と
略同様である。

なお、上記の造成施工の説明における第８図〜
第１１図では、便宜上、節付きパイルＦの胴部３
の径を円筒パイルＰと略同径にして図示されてい
るが、本発明を実施する場合、当然、下部の節付
きパイルＦの節部２の径が円筒パイルＰと略同径
のものになる。

上記のようにして造築される本発明の基礎杭に
あつては、上層地盤では、曲げ耐力の大きい円筒
パイルＰとして、特にPCパイル、PHCパイル等
のプリストレス量の大きいコンクリートパイル、
あるいは曲げ耐力の大きい複合パイル（鋼管コン
クリート複合パイル）や鋼管パイル６等を、基礎
杭に作用する軸力、曲げモーメントの大きさや地
盤性状に応じて、適宜選択して用いており、この
円筒パイルＰによつて上部構造物に働く水平荷重
を充分に支えることができる。

また下層地盤では、節部２の存在によつて大き
な周面支持力Ｒを期待できる節付きパイルＦを用
いているため、不足なく充分な鉛直支持力を得る
ことができ、これにより上部での鉛直支持力の不
足を補い得る。それゆえ、地盤に適合した支持力
を持つ安全、強固な経済的な基礎杭を得ることが
できる。

殊に、節付きパイルＦの先端部は通常支持層に
根入れされるが、胴部３の径が円筒パイルＰより
小さくても、節部２は円筒パイルＰの径と略同径
であつて充分な先端支持力を保有し、一層経済的
でかつ安全な基礎杭となる。

また、節付きパイルＦの杭径が上部の円筒パイ
ルＰの径より小さくなつているにも拘らず、円筒
パイルＰとの径と略同径の節部２を有するため
に、単なる円筒状のパイルに比して水平耐力が大
きく、上部の円筒パイルＰと下部の節付きパイル
Ｆとの水平力の伝達に大きな段差が生じずスムー
スな伝達が行なわれることになり、さらに大きな
水平耐力を保持できる。

また軟弱な粘性地盤では上層地盤が圧密沈下す
ると、杭体上部に負の摩擦力が働くため、周面支
持力が大きいと、杭体は構築物荷重による軸力以
外に、上記負の摩擦力による軸力も負担すること
となるが、上記の本発明の基礎杭によれば、上層
地盤には周面支持力の小さい円筒パイルが使用さ
れているために、負の摩擦力による軸力を負担す
ることがない。

また本発明基礎杭を先掘り工法で実施する場合
において、掘孔内に充填注入するセメントミルク
等の硬化液の強度を変え、下層地盤には強度の高
い硬化液を注入し、上層地盤には強度の低い硬化
液を注入すれば、上記と同様に、円筒パイルにか
かる負の摩擦力が低減され、安全な基礎杭をより
経済的に造築できる。

［発明の効果］ 上記したように本発明の基礎杭構造によれば、
比較的大きな水平耐力が要求される上層地盤に曲
げ耐力の大きい円筒パイルを、下層地盤に周面支
持力性能の優れる節付きコンクリートパイルを用
いて、これらを連結して打設したことにより、上
層地盤での水平耐力、および下層地盤での鉛直支
持力に優れる安全な基礎杭を造築することができ
る。また上層地盤が軟弱な粘性地盤である場合に
おいて、上層地盤が圧密沈下することがあつて
も、上層地盤には周面支持力の小さい円筒パイル
が使用されているために、負の摩擦力による軸力
を負担することもない。そのため杭上部の水平耐
力および下方部での鉛直支持力とも相俟つて、軟
弱な粘性地盤において特に好適なものとなる。

殊に、本発明の場合、節付きコンクリートパイ
ルの杭径が上部の円筒パイルの径より小さくなつ
ているにも拘らず、円筒パイルの径と略同径の節
部を有しているため、単なる円筒状のパイルに比
して水平耐力が大きく、上部の円筒パイルと下部
の節付コンクリートパイルとの水平力の伝達に大
きな段差が生じずスムースな伝達が行なわれるの
で、基礎杭全体としてさらに大きな水平耐力を保
持できることになり、以て節付パイルの径を大き
くすることなく、地盤に適合した支持力を持つ安
全な基礎杭を経済的に造成できる。

さらに円筒パイルを孔明きパイルとして、この
円筒パイルの内外周に、砂、砂利、砕石等の充填
材を充填した場合、これによる締め固めにより周
辺地盤の水平支持力が増大するばかりか、特にこ
の充填材が砂利、砕石等であれば、そのドレーン
効果により、地震時の過剰間隙水圧の消散を効果
的になし、地盤の液状化防止にも効果のある強固
な基礎杭を築造できることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は円筒パイルと節付きコンクリートパイ
ルとを連結した基礎杭構造を例示する略示正面
図、第２図は同上の部分拡大正面図、第３図はパ
イル端部の部分断面図、第４図は同上の他の例を
示す部分正面図、第５図は本発明の基礎杭構造の
実施例を示す部分正面図、第６図は同上の部分拡
大正面図、第７図はさらに他の例を示す部分断面
図、第８図ａ，ｂ，ｃは本発明基礎杭構造の施工
状態を説明する略示断面図、第９図ａ，ｂ，ｃは
本発明基礎杭構造の他の施工状態を説明する略示
断面図、第１０図は同上の部分拡大図、第１１図
は他の例を示す部分拡大断面図、第１２図は従来
例の説明図である。 Ｐ……円筒パイル、Ｆ……節付きコンクリート
パイル、２……節部、３……胴部、４……端部金
具、５……主筋、５ａ……補助筋、６……鋼管パ
イル、７……透水孔、１１……砂利、１３……
砂、Ｍ……硬化液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 構造物に働く水平荷重を支える基礎杭上部に
   既製の円筒パイルを、これより下方部には、円筒
   パイルの径と略同径の節部を有した既製の節付き
   コンクリートパイルを配して、これら両パイルを
   連結して地盤に打設してなることを特徴とする基
   礎杭構造。 ２ 基礎杭上部の既製の円筒パイルが杭の内外に
   連通する透水孔を有する孔明きパイルであつて、
   円筒パイルの内外周に、砂、砂利、砕石等充填材
   を充填してなる請求項１に記載の基礎杭構造。