JPH0751778B2

JPH0751778B2 - 拡頭円弧杭および円孤杭の拡頭方法

Info

Publication number: JPH0751778B2
Application number: JP15776790A
Authority: JP
Inventors: 治荒田
Original assignee: 日本鋼管工事株式会社
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1995-06-05
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: JPH0449317A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、拡頭円弧杭および円弧杭の拡頭方法、特に
杭本数の低減化に関するものである。

［従来の技術］建築物，土木構造物等の荷重に対する地盤耐力を十分に
確保するために杭基礎が使用されている。この杭は、大
きく分けると既製杭と場所打ち杭に分けられる。

既製杭は現場あるいは工場で作られるもので、コンクリ
ート杭や鋼杭等からなる。また、場所打ち杭は掘削後コ
ンクリートを打設する掘削方式と、貫入後コンクリート
を打設する貫入方式とがある。この場所打ち杭は既製杭
の打撃工法に比べて騒音や振動が少なく、かつ打ち込む
ことがないので振動による近接構造物への影響が少な
く、都市部の工事に広く採用されている。このように杭
は製造と設置方法により分類されるが、いずれの杭も従
来は直線状の杭が使用されている。

通常、杭の支持力は杭先端支持力と杭の周面摩擦による
支持力の和と考えられる。この杭先端支持力は杭先端の
面積に比例し、周面摩擦による支持力は杭の周長に比例
する。すなわち、従来のように直杭を使用した場合、杭
の支持力は杭の外径に比例する。

従来の場所打ち鉄筋コンクリート杭においては、コンク
リート強度を全部活用し、支持力を増大するために、杭
先端部を２倍程度に拡底することが、しばしば行なわれ
ている。

また、地震による水平力が杭頭に作用した場合を考え、
これにより発生した曲げモーメントに耐え得るため杭頭
部を拡径することも行なわれている。

［発明が解決しようとする課題］上記従来の場所打ち杭において、杭の支持力を増大する
ために、杭先端部を２倍程度に拡底すると、杭が支持す
る常時鉛直荷重が増大する。耐震設計に用いる杭頭への
水平力は、ほぼ常時鉛直荷重と水平震度の積で表わされ
るので、常時鉛直荷重が増大すると水平力も増大する。
杭頭部が増大した水平力による曲げモーメントに耐え得
るためには、杭頭部をさらに拡径する必要がしばしば生
じる。このように拡頭の径をさらに大きくすると、杭頭
部の曲げ剛性が大になるため、地盤変位による杭頭曲げ
モーメントがさらに大になるという悪循環が生じるとい
う短所があった。

この発明はかかる短所を解決するためになされたもので
あり、杭先端部を拡底せずに支持力を増大するととも
に、地盤変位による水平力にも耐ええる拡頭円弧杭と円
弧杭の拡頭方法を提供することを目的とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］この発明に係る拡頭円弧杭は、杭先端までの鉛直方向長
さとほぼ同じ長さの半径を有する円弧状に形成した杭の
頭部を鋼管とコンクリートで拡頭したことを特徴とす
る。

また、円弧杭の拡頭方法は、円弧杭を打設した後に杭頭
部に拡頭部を形成する鋼管を挿入し、上記鋼管と円弧杭
との間にコンクリートを打設し、コンクリートの硬化後
に鋼管と円弧杭の頭部を鉄板で溶接し一体化することを
特徴とする。

［作用］この発明においては、杭の円弧状にすることにより、杭
先端部を拡径せずに支持層における鉛直方向の地盤反力
を受ける部分の面積を大きくして地盤反力を増大すると
共に、杭全体の長さを長くして周面摩擦力を増大させ
る。さらに、この円弧杭の杭頭部を鋼管とコンクリート
で拡頭することにより、地盤変位による水平力に対処す
る。

また、円弧杭の杭頭部に鋼管とコンクリートで拡径部を
形成し、拡径部の鋼管と円弧杭とを鉄板で溶接し一体化
することにより、円弧杭の杭頭部を拡頭する。

［実施例］第１図はこの発明の一実施例を示す縦断面図である。図
に示すように、Ｎ＝10,深さL₁（ｍ）のシルト層１の下
にＮ＝50の支持層２がある地盤に、軸径Ｄ（mm），先端
までの鉛直方向の長さＬとほぼ同じ長さの半径Ｒ（ｍ）
の円弧状をした場所打ち杭（以下、円弧杭という）３を
支持層２にL₂（ｍ）根入れした場合を示す。円弧杭３
は、例えば鋼管４と鋼管４内に打設されたコンクリート
５からなり、この円弧杭３の杭頭には径D₁（mm）の拡頭
部６が口元鋼管７とコンクリート８で形成されている。

以下、この実施例により、最初に円弧杭３を使用するす
ることによる支持力の有利性を説明し、次いで、拡頭部
６を設けた有利性について説明する。

円弧杭３の極限支持力R_U（tf）は杭先端抵抗と周面摩擦
力及び上向きの地盤反力の和で定まり下記（１）式で表
わされる。

R_U＝q_d・Ａ＋ＵΣL_i・f_i＋Q_z ・・・（１）但し、 A :杭先端面積（m²） q_d：杭先端の極限支持力度（tf/m²） U :杭の周長（ｍ） L_i：周面摩擦力が［作用］する杭の長さ（ｍ） f_i：周面摩擦力が作用する層の最大周面摩擦力力度（tf
/m²） Q_z：上向きの地盤反力（tf）例えば、シルト層１の深さL₁＝27（ｍ），根入れ深さL₂
＝３（ｍ）とし、呼び径600Aすなわち外径Ｄ＝609.6（m
m），厚さ9.5（mm）の鋼管４の内部にコンクリート５を
打設し、円弧の半径Ｒ＝30（ｍ）の円弧杭３を造成した
場合の杭先端抵抗q_d・Ａは、支持層２におけるq_dの推定
値を300とすると、 q_d・Ａ＝300×（π/4）×0.6096² ＝87.51（tf）になる。

この場合、円弧杭３のシルト層１における長さL_1Rは33.
6（ｍ）、支持層２における長さL_2Rは13.5（ｍ）になる
から、周面摩擦力は、ＵΣL_i・f_i ＝0.609π｛（33.6×0.1×10）＋（13.5×0.1×50）｝＝193.5（tf）になる。

また、上向きの地盤反力Q_zは円弧杭３全体にわたり作用
するが、鉛直方向分力の大きいＮ値が50以上の支持層２
に埋め込まれている部分のみを考慮し、かつ地盤反力を
少なめに見込むと、支持層２における上向きの地盤反力
Q_z2は次式で表わせる。

Q_z2＝L_2R・K_U・δ・Ｄ・・・・（２）但し、 L_2R ：鉛直方向地盤反力を受ける長さ（cm） K_U ：地盤反力係数（Kg/cm³） δ ：沈下量（cm）Ｄ：杭外径（cm）ここで、地盤反力係数K_U＝１（Kg/cm³），沈下量δ＝１
（cm）とすると、Q_z2＝82.2（tf）になる。したがっ
て、円弧杭３の極限支持力R_Uはこれらの和になり、R_U＝
363.2（tf）になる。

一方、第２図に示すように、同じ地盤に直杭21を造成し
た場合を考えると、直杭21の極限支持力R_Uは、 R_U＝q_d・Ａ＋ＵΣL_i・f_i ＝167.9（tf）になる。

すなわち、円弧杭３の極限支持力R_Uは直杭21の約２倍に
なる。したがって、同一の極限支持力R_Uを得るために
は、円弧杭３にすると杭本数を半分に減らすことができ
る。

また、円弧杭３と直杭21の許容引抜き力P_Uを比較する
と、許容引抜き力P_Uは周面摩擦力ＵΣL_i・f_iで定まり、
直杭21の場合は80.39（tf/本）であるのに対して、円弧
杭３の場合には193.5（tf/本）になり、許容引抜き力P_U
を考慮しても、円弧杭３は直杭21の場合より本数を半分
以下に減らすことができる。

なお、円弧杭３の場合には、杭の抜け出しに対してより
地盤が抵抗するため引抜き力をより大きくすることがで
きる。

この円弧杭３の座屈を考えると、座屈荷重N_crは次式で
表わされる。

N_cr＝m_cEI/（Ｒθ）^２・・・・（３）但し、 m_c ：杭の支持条件で定まる値Ｅ：杭材のヤング係数Ｉ：杭の断面２次モーメントＲθ：座屈長さここで、m_c＝32,E＝2.1×10⁶（Kg/cm²）,I＝π（D⁴−D
_in ⁴）/64（D_in：円弧杭３の鋼管４内径），座屈長さＲ
θとして杭頭部から杭底図までの長さをとると、上記円
弧杭３の座屈荷重N_cr＝244（tf）になる。

一方、円弧杭３の許容支持力P_aは安全率を３と考える
と、極限支持力R_Uから R_a＝R_U/3＝121（tf）になり、座屈荷重N_cr＝244（tf）の1/2程度であり、面
外座屈のおそれはない。なお、実際の場合には円弧杭３
の全方向が拘束されているため、座屈荷重N_crは上記モ
デルで求めた場合よりはるかに大きくなる。

次に、この円弧杭３に呼び径800A、すなわち外径D₁が81
2.8（mm）、厚さ９（mm）の口元鋼管７とコンクリート
８で拡頭部６を形成したときの、断面性能の向上につい
て説明する。

ここでコンクリート８による断面充実の効果を考慮し
て、円弧杭３の鋼管４と口元鋼管７を重ね梁と考える。
この場合の断面性能の向上は、鋼管４の断面２次モーメ
ントと口元鋼管７の断面２次モーメントの和と考えるこ
とができる。

600A,厚さ9.5（mm）の鋼管４の断面２次モーメントI₆₀₀
は次のようになる。

I₆₀₀＝π（D⁴−D_in ⁴）/64 ＝π（60.96⁴−59.06⁴）/64 ＝80593（cm⁴） 800Aの口元鋼管７の断面２次モーメントI₈₀₀は、 I₈₀₀＝π（D₁ ⁴−D_1in ⁴）/64 ＝π（81.28⁴−79.48⁴）/64 ＝183356（cm⁴）になる。

したがって、拡頭部６の合成した断面２次モーメントI_w
は、 I_w＝I₆₀₀＋I₈₀₀ ＝263949（cm⁴）になり、円弧杭３の杭頭部を直径で30％程度拡頭するこ
とにより、水平力に対して抵抗する曲げ剛性（縦弾性係
数×断面２次モーメント）を、円弧杭３のみの場合と比
べて約３倍にすることができ、杭の本数を減らしても水
平力に対して十分に対応することができる。

次に、上記円弧杭３の施工法の一例を説明する。

円弧杭３の施工には、例えば第３図に示すように長手方
向に湾曲した内管11の先端に取付けた先端駆動型ドリル
12を使用する。

先端駆動型ドリル12はカイド部13と、カイド部13の先端
部に取付けられた回転部14とからなり、回転部14は先端
にパイロットビット15を有し、周方向の側面の複数個所
に起倒可能なリトラクトビット16を有する。

そして、円弧杭３の半径Ｒの円弧状に湾曲した鋼管４の
内面で先端駆動型ドリル12のガイド部13を案内しなが
ら、鋼管４の先端から回転部14を突出させ、パイロット
ビット15とリトラクトビット16で地中を掘削しながら内
管11と鋼管４を推進させる。この掘削に用いる掘削水は
内管11を通じてパイロットビット15の前面に供給し、排
土を含む排泥水はくむ内管11と鋼管４の間を通つて排出
する。

このように地中を掘削し、所定位置に鋼管４を設置した
後、内管11と先端駆動型ドリル12を引き抜き、鋼管４内
にコンクリートを打設し、円弧杭３を完成する。

その後、第４図に示すように、円弧杭３の杭頭部に口元
鋼管７を設置し、円弧杭３と口元鋼管７の間に鉄筋かご
９を挿入してから、コンクリート８を打設する。この打
設したコンクリート８が硬化した後、円弧杭３の鋼管４
と口元鋼管７の上端部を環状の鉄板10で溶接して固定す
る。このように鋼管４と口元鋼管７を鉄板10とコンクリ
ート８で簡単に一体構造とすることができる。

また、拡頭部６を完全に一体構造とすることができるか
ら、拡頭部６の外径D₁をそれほど大きくしなくても、地
盤変位による水平力に対処することができる。

なお、上記実施例においては、円弧杭３を鋼管コンクリ
ート杭で形成した場合について説明したが、鉄筋コンク
リート杭により円弧杭３を形成しても、上記実施例と同
様な作用を奏することができる。

［発明の効果］この発明は以上説明したように、杭を円弧状にすること
により、地盤反力と周面摩擦力を増大させて、杭先端部
を拡径せずに杭の支持力を増大することができ、杭の本
数を大幅に低減することができる。

また、杭先端部を拡径せずに杭の支持力を増大させるか
ら、地盤変位により杭頭部にかかる水平力を比較的小さ
く抑えることができると共に、円弧杭の杭先端部を拡径
することにより、杭の本数を低減しても、杭頭部にかか
る水平力に十分に対処することができる。

また、杭の本数を低減することにより、施工工期を短縮
することができると共に、施工費用の低減を図ることが
できる。

また、円弧杭の杭頭部に鋼管とコンクリートで拡径部を
形成し、拡径部の鋼管と円弧杭とを鉄板で溶接すること
により、確実に円弧杭と拡径部を一体構造にすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示し、（ａ）は円弧杭の縦
断面図、（ｂ）はＮ値の分布図、第２図（ａ）は直杭の
縦断面図、（ｂ）はＮ値の分布図、第３図は円弧杭を設
置するときの状態を示す説明図、第４図は円弧杭の拡頭
部を示す縦断面図である。１……シルト層、２……支持層、３……円弧杭、４……
鋼管、5,8……コンクリート、６……拡頭部、７……口
元鋼管、９……鉄筋かご、10……鉄板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】杭先端までの鉛直方向長さとほぼ同じ長さ
の半径を有する円弧状に形成した杭の頭部を鋼管とコン
クリートで拡頭したことを特徴とする拡頭円弧杭。
【請求項２】円弧杭を打設後に、杭頭部に拡頭部を形成
する鋼管を挿入し、上記鋼管と円弧杭との間にコンクリートを打設し、上記コンクリートの硬化後、鋼管と円弧杭の杭頭部を鉄
板で溶接し一体化する、ことを特徴とする円弧杭の拡頭方法。