説明

埋込み杭の構造仕様決定方法

【課題】既製杭と根固め部との一体性が確保されているという条件の下では、既製杭に有利な付着力や支圧力が作用していることを考慮し、それによって経済的な杭体構造及び根固め部構造とすることができる方法を提供する。
【解決手段】底部に根固め部2が形成された杭孔に、ストレート状の既製杭1をその下端部が根固め部に入り込むように埋設してなる埋込み杭の構造仕様決定方法であって、(1)設計荷重≦地盤から決まる支持力、(2)設計荷重≦根固め部での杭周面付着力+杭先端部支圧力を満足するように、杭体の仕様及び根固め部の仕様を決定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、埋込み杭の構造仕様決定方法に関し、より詳細にはストレート状の既製杭の杭体と、その先端部が挿入される根固め部の仕様を決定する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
杭孔の底部にソイルセメントによる根固め部を形成して、この杭孔に既製杭、例えばストレート状の既製杭をその下端部が根固め部に入り込むように埋設する埋込み杭工法が知られている。
【0003】
このような埋込み杭工法において、既製杭がこれに加わる荷重によって沈下を生じないようにするためには、根固め部での地盤支持力が設計荷重以上で、かつ既製杭と根固め部との一体性が確保されていることが必要である。
【0004】
上記のような要求を満たす杭体及び根固め部仕様とするために、従来は、根固め部径及び杭軸部径を設定し、FEM解析結果から必要なソイルセメント強度を決定するという単純な手法がとられている。
【0005】
ストレート杭の場合、これと根固め部との一体性が確保されていれば、杭周面に付着力が作用し、また杭先端部を根固め部底面から上方に離隔させた場合、その離隔高さに応じて杭先端部の支圧力が増大することが判明している。
【0006】
しかし、従来の手法はこれらの作用力を構造仕様の決定に何ら加味することなくなされているため、ソイルセメントの強度が過度に大きくなったりして不経済であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
なし
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、既製杭と根固め部との一体性が確保されているという条件の下では、既製杭に有利な付着力や支圧力が作用していることを考慮し、それによって経済的な杭体構造及び根固め部構造とすることができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
<この発明の理論的背景>
図1は、杭孔3の底部に形成されたソイルセメントによる根固め部2と、この根固め部2に下端部が入り込むように杭孔3に埋設されたストレート杭1とを示している。根固め部2に配置されたストレート杭1の下端部と根固め部2との一体性が確保されていると仮定すると、ストレート杭1が荷重Pを支持し鉛直方向に変位を生じないためには、根固め部2に地盤から作用する支持力が荷重P以上であることが条件となる。荷重Pに対抗する支持力は、根固め部2の底面に作用する先端支持力Rp と根固め部2の周面に作用する摩擦力Rf の和であり、支持条件は、
P≦Rp+Rf・・・(1)
で示される。
【0010】
ここで、図2に示すように、ストレート杭1に着目すると、ストレート杭1は荷重Pを受けることによって、これに対抗する力として杭周面に付着力が作用し、また杭先端に支圧力が作用する。したがって、ストレート杭1の先端部と根固め部との一体性が確保されるという上記仮定を満足して、ストレート杭1が鉛直方向に変位を生じないためには、これら付着力及び支圧力の和が荷重P以上であることが条件となる。すなわち、その条件は付着力をF、杭先端支圧力をRとすると、
P≦F+R・・・(2)
で示される。
【0011】
付着力Fを決定するパラメータは、杭軸部径、根固め部材料(例えばソイルセメント)によって決まる根固め部強度などである。また、杭先端支圧力Rを決定するパラメータは、杭軸部径、根固め部2の底面からの杭先端の離隔高さ(その意義については後述する)などである。したがって、式(1)(2)を満足するという条件の下、上記各パラメータを変化させることによって、最適な杭体及び根固め部の構造仕様を選択することが可能となる。
【0012】
この発明は、上記のような知見に基づいてなされたものであって、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、底部に根固め部が形成された杭孔に、ストレート状の既製杭をその下端部が前記根固め部に入り込むように埋設してなる埋込み杭の構造仕様決定方法であって、上記(1)(2)式を満足するように、杭体及び根固め部の仕様を決定することを特徴とする埋込み杭の構造仕様決定方法にある。
【0013】
より具体的には、上記式(2)を満足するように、杭体の根固め部底面からの離隔高さ、杭軸部径及び根固め部強度を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
この発明によれば、既製杭と根固め部との一体性が確保されているという条件の下では、既製杭に有利な付着力や支圧力が作用していることを考慮して、杭体構造及び根固め部構造を決定するので、根固め部強度などを、荷重を支持するのに過不足ないものとすることができ、経済的な設計をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】杭体と根固め部が一体となっている場合に根固め部に作用する力を示す図である。
【図2】杭体に作用する付着力を示す図である。
【図3】杭体の諸元を示す図である。
【図4】杭体及び根固め部構造仕様の決定方法の手順を示すフローチャートである。
【図5】図4に引き続くフローチャートである。
【図6】ソイルセメント強度と付着強度との関係を示すグラフである。
【図7】杭先端離隔高さと、それによる支圧力の利得係数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図3は、この発明に基づき決定する杭体及び根固め部の諸元を示している。De は根固め部径、Hは根固め部高さ、H1 は杭先端部の根固め部底面からの離隔高さ、Dp は軸部径である。以下、杭体及び根固め部の構造仕様を決定する手順を図4及び図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【0017】
1.設計荷重Pの決定(ステップS1)
設計荷重Pは、根固め部内のストレート杭1本で支持させる荷重(KN)である。
2.施工方法の決定(ステップS2)
埋込み杭工法には、既製杭工法、プレボーリング工法、中掘工法などがあり、いずれかを選択する。
【0018】
3.地盤の支持力度qd の算出(ステップS3)
支持力度qd (図1,2参照)は根固め部2の先端地盤が受け持つ耐力度であり、地盤のN値及び土質から算出する。例えば、道路橋示方書ではプレボーリング工法の場合、砂地盤:qd =150N(≦7500kN/m2)、礫地盤:qd =200N(≦10000kN/m2) と規定されている。
4.根固め部高さH、杭先端離隔高さH1 の設定(ステップS4)
初期設定は例えばH=2.0m 、H1=0m とする。
【0019】
5.根固め部径De の算出(ステップS5)
根固め部径De は、上記(1)式より算出する。(1)式において周面摩擦力Rf は、Rf=f・U・H (f:周面地盤が受け持つ摩擦力度、U:根固め部の周長、H:根固め部の高さ)で示される。周面摩擦力度fは根固め部2の周面が受け持つ摩擦力の度合いであり、例えば道路橋示方書ではプレボーリング工法の場合、砂地盤:f=5N(≦150kN/m2)、粘土地盤:f=10N(≦100kN/m2) と規定されている。しかし、周面摩擦力Rf は先端支持力Rp に比べて極めて小さく、また安全側をみることとしてゼロとする。したがって、根固め部径De は次式により算出される。
P=Rp +Rf
=Rp +0
=qd・De2・π/4
【0020】
6.軸部径Dp の設定(ステップS6)
軸部径Dp は杭を根固め部に挿入するために、根固め部径De に対して例えば50mmの余裕をとりDe>Dp+50 とする。通常、既製杭は規格化されており、したがって規格品のうち当該式を満足するものを選択する。
7.付着面積At の算出(ステップS7)
付着面積At は、根固め部に入り込んでいる杭体周面の面積である。軸部径Dp 、根固め部高さH、杭先端離隔高さH1 が設定され、また有効付着長さは、H−H1 で示されることから、付着面積At は、次式により算出される。
At =π・Dp・(H−H1)
【0021】
8.ソイルセメント強度qu の設定(ステップS8)
ソイルセメント強度qu は、5 〜30N/mm2 の範囲内で適宜の値を選択する。ただし、杭先端離隔高さH1 >0 とした場合は、地盤の支持力度qd ≦ソイルセメント強度qu とする。
9.ソイルセメント強度qu から付着強度の算出(ステップS9)
ここでいう付着強度とは、杭体周面の付着力のみで荷重を支持するとした場合のソイルセメントの強度のことである。この発明の発明者らは、根固め部内で杭先端には支圧力が作用せずに、杭周面のみに付着力が作用するようにした装置を作り、杭に荷重を加えて杭の支持力を測定した。その結果、ソイルセメント強度qu と付着強度との間には図6に示すように、付着強度=α・qu (α:付着強度係数、0<α<1.0)の関係にあることが分かった。そこで、当該式から支圧強度を算出する。
【0022】
10.付着力及び杭先端支圧力の算出(ステップS10)
付着力FはステップS7 で算出した付着面積At と、ステップS9 で算出した付着強度を用い、付着力F=付着強度×付着面積At の式から求めることができる。一方、杭先端支圧力Rについては、この発明の発明者らの実験によれば、杭先端を根固め部底面から上方に離隔させると、ある一定高さまではそれに比例して支圧力が増大することが判明している。図7は、離隔高さH1 に対する軸部径Dp の比を横軸にとり、離隔によって得られる支圧力の増し分の割合に1を加えたものを利得係数β(≧1)とし、これを縦軸にとったグラフである。
【0023】
杭先端支圧力Rは、軸部径Dp 、地盤の支持力度qd 及び図7のグラフに示された離隔による利得係数βを用いて、R=(Dp2・π/4)・qd・βより算出する。ここで、離隔高さH1 =0 のとき、すなわち杭先端を根固め部底面まで挿入したときβ=1 であり、H1 >0 のとき、すなわち杭先端を根固め部底面から離隔させたときβ>1 である。
13.杭体と根固め部との一体性が確保されているかの判定(ステップS11)
以上のようにして、付着力Fと杭先端支圧力Rとを算出したら、上記式(2)を満足するか否かを判断する。式(2)を満足する場合は、杭体と根固め部との一体性が確保され、したがって付着力F及び杭先端支圧力Rの算出に関与する各パラメータは設定値で良いものとし、杭体及び根固め部の構造を決定する。
【0024】
他方、付着力F及び杭先端支圧力Rが式(2)を満足しない場合は、ステップS4 以下を再度実行し、付着力F及び杭先端支圧力Rの算出に関与する各パラメータの値を設定しなおす。設定値を変更するパラメータは、杭先端離隔高さH1 、軸部径Dp 、ソイルセメント強度qu のうち少なくとも1つであれば、いずれを変更してもよい。
【0025】
この発明が適用できる杭体構造としては、コンクリート杭であっても鋼管杭であってもよい。根固め部構造としては、杭孔の下部を拡大して形成される拡大根固め部でも、拡大しない根固め部でもよい。根固め部材料は掘削土とセメントミルクとを混合撹拌して形成されるソイルセメントが一般的であるが、セメントモルタルなどの他の固化材単体としてもよい。
【符号の説明】
【0026】
1:既製杭(ストレート杭)
2:根固め部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
底部に根固め部が形成された杭孔に、ストレート状の既製杭をその下端部が前記根固め部に入り込むように埋設してなる埋込み杭の構造仕様決定方法であって、次式(1)(2)、
設計荷重≦地盤から決まる支持力・・・(1)
設計荷重≦根固め部での杭周面付着力+杭先端支圧力・・・(2)
を満足するように、杭体及び根固め部の仕様を決定することを特徴とする埋込み杭の構造仕様決定方法。
【請求項2】
上記式(2)を満足するように、杭体の根固め部底面からの離隔高さ、杭軸部径、根固め部強度を設定することを特徴とする請求項1記載の埋込み杭の構造仕様決定方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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