基礎構造および基礎構造の施工方法
【課題】支持力を十分に確保してコスト低減を図ることが可能で、地盤の硬軟に関わらずに適用範囲を拡大することができる基礎構造および基礎構造の施工方法を提供すること。
【解決手段】鋼管杭２の杭先端が支持層に到達したことを確認してから杭先端近傍の地盤を緩めておき、その後に上部構造４の荷重が加わることで、緩めた分だけ鋼管杭２が沈下して杭先端の支持力ＲP1が発揮されるとともに、鋼管杭２に伴って沈下する耐圧版３底面にも地反力が作用して支持力ＲS が得られる。従って、杭先端の支持力を十分に確保して基礎構造全体の支持力（ＲP1＋ＲP2＋ＲS ）を高めることができ、杭径や杭本数を増大させることなくコスト低減を図りつつ、規模の大きな建物１にも適用することが可能になる。さらに、先端支持力ＲP1の発揮後には鋼管杭２の沈下が生じにくく、表層地盤が軟弱な場合であっても不等沈下を防止することができる。
【解決手段】鋼管杭２の杭先端が支持層に到達したことを確認してから杭先端近傍の地盤を緩めておき、その後に上部構造４の荷重が加わることで、緩めた分だけ鋼管杭２が沈下して杭先端の支持力ＲP1が発揮されるとともに、鋼管杭２に伴って沈下する耐圧版３底面にも地反力が作用して支持力ＲS が得られる。従って、杭先端の支持力を十分に確保して基礎構造全体の支持力（ＲP1＋ＲP2＋ＲS ）を高めることができ、杭径や杭本数を増大させることなくコスト低減を図りつつ、規模の大きな建物１にも適用することが可能になる。さらに、先端支持力ＲP1の発揮後には鋼管杭２の沈下が生じにくく、表層地盤が軟弱な場合であっても不等沈下を防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎構造および基礎構造の施工方法に関し、詳しくは、杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造、およびその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、杭基礎と直接基礎とを併用した基礎構造（パイルド・ラフト基礎）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
パイルド・ラフト基礎は、杭先端が支持層まで達することなく支持力の小さな中間層で止めた杭基礎と、地盤表面に形成した直接基礎と、の両方の支持力によって上部構造の荷重を支持するものである。そして、杭先端を中間層で止めた杭が上部構造の鉛直荷重により若干量だけ沈下することで、直接基礎が地反力を受けるようになり、杭基礎および直接基礎の支持力と沈下量とが釣り合う状態において、杭基礎および直接基礎が分担して荷重を支持する基礎構造である。このようなパイルド・ラフト基礎では、杭基礎および直接基礎の両者で鉛直荷重を分担することで、杭基礎単独の基礎構造よりも杭本数や杭径等を節約してコストダウンを図ることができるとともに、地耐力が十分でなく直接基礎単独では荷重が支持できなかったり、沈下量が大きくなり過ぎたりするような地盤にも適用可能になるという長所を有している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２９５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載されたような従来のパイルド・ラフト基礎においては、杭先端が支持力の小さな中間層で止まっているため、杭先端を支持層に貫入した場合の杭基礎と比較して杭の先端支持力が小さくなり、杭基礎の支持力と直接基礎の支持力とを合わせても十分に大きな支持力が確保できず、規模の小さな建物にしか適用できないという問題がある。そして、杭先端の支持力を確保するためには、杭径を大きくしたり、杭本数を増やしたりしなければならず、前述したようなコストダウンの効果が十分に得られないことになってしまう。
さらに、従来のパイルド・ラフト基礎では、杭先端が中間層で止まっているため、表層が軟弱な地盤に適用した場合には、直接基礎の沈下を杭によって制御することが難しく、不等沈下によって建物が傾斜してしまう可能性があり、地耐力が小さな軟弱地盤への適用が困難であるという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、支持力を十分に確保してコスト低減を図ることが可能で、地盤の硬軟に関わらずに適用範囲を拡大することができる基礎構造および基礎構造の施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の基礎構造は、杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造であって、地盤に貫入される杭体と、地盤貫入後の杭体の杭頭部に連結されて地盤上に形成される底版部とを備え、前記杭体の杭先端が支持層に到達したことを確認してから当該杭先端近傍の地盤を緩めておくことで、上部構造の荷重により所定量だけ沈下して発揮される前記杭体による支持力と、この杭体に伴って沈下することで地反力を受けて発揮される前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重を支持することを特徴とする。
【０００７】
以上の本発明によれば、杭先端が支持層に到達したことを確認した後に杭先端近傍の地盤を緩めておき、その後に上部構造の荷重が加わることで緩めた分だけ杭体が沈下して杭先端の支持力が発揮されるとともに、杭体の沈下に伴って沈下する底版部にも地反力が作用して支持力が得られ、これらの杭および底版部の両方の支持力で上部構造を支持することができる。従って、杭先端の支持力を十分に確保し、かつ直接基礎の支持力も得られるので、基礎構造全体の支持力を高めることができ、杭径や杭本数を増大させることなくコスト低減を図りつつ、規模の大きな（柱軸力が大きい）建物にも適用することが可能になる。
さらに、杭先端地盤を予め緩めた分だけ杭体が沈下して支持力が発揮されるので、この沈下した位置よりもさらに下方への杭体の沈下が生じにくく、表層地盤が軟弱な場合であっても不等沈下を防止することができる。従って、軟弱な地盤に対しても本発明の基礎構造が適用可能となり、杭基礎および直接基礎の併用基礎構造の適用範囲を拡大することができる。
ここで、杭体としては、場所打ちコンクリート杭でもよく、ＰＣ杭や鋼管杭等の既成杭でもよい。そして、杭体が既成杭の場合の施工方法としては、埋込み工法や打込み工法、回転・圧入工法、根固め工法など、適宜な工法が選択可能である。
また、底版部としては、杭頭部分に形成される独立フーチングで構成されてもよく、また基礎梁に沿った布基礎で構成されたものや、基礎底面を覆う耐圧版（ベタ基礎）で構成されたものでもよい。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の基礎構造は、請求項１に記載の基礎構造において、前記杭体は、回転により地盤に貫入される鋼管杭であって、この鋼管杭は、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことが確認された後に、貫入方向と逆方向に回転されて所定量だけ上方に引き上げられ、前記鋼管杭を引き上げることによって杭先端近傍の地盤が緩められることを特徴とする。
このような構成によれば、回転によって地盤に貫入される杭体を、杭先端が支持層に到達あるいは支持層に貫入したことを確認してから逆回転することで、容易に杭先端近傍の地盤を緩めることができる。さらに、逆回転の回転量を適宜調整することで杭体を引き上げる量が任意に設定でき、地盤を緩める程度、つまり上部構造の荷重による杭体の沈下量を適切に設定することができる。従って、杭基礎と直接基礎との負担支持力の割合が任意に設定可能となり、地盤の特性や上部構造の規模等に応じて基礎構造の設計の自由度を高めることができる。
ここで、地盤の支持層としては、地盤調査（ボーリング調査等）によって得られるＮ値が所定の値（例えば、Ｎ値５０）以上の地層であったり、せん断波速度が所定の値（例えば、４００m/s ）以上の地層であったりするが、このような支持層では、回転・圧入するための杭打ち機における駆動トルク値が急激に増大することにより、杭先端が支持層に到達したことが確認されるようになっている。
【０００９】
この際、前記引き上げた後の鋼管杭の杭先端が前記支持層上面よりも上方に位置するようにしてもよく、また、前記鋼管杭は、杭先端が所定深さだけ支持層に貫入された後に引き上げられ、前記引き上げた後の鋼管杭の杭先端が前記支持層上面よりも下方に位置するようにしてもよい。
このような構成によれば、支持層近傍の地盤特性と必要とする杭先端支持力とに応じて、適宜杭先端位置を設定することで、合理的かつ経済的な基礎構造の設計および施工が可能になる。すなわち、さほど大きな先端支持力が必要とされない場合や、支持層直上の地盤がよい（Ｎ値が高い）場合などには、支持層上面よりも上方まで杭先端を引き上げ、比較的大きな先端支持力が必要な場合には、支持層上面よりも下方つまり杭先端を支持層に根入れするようにすればよい。従って、設計条件に応じて杭先端の位置を任意に選択することで、杭先端の支持力や沈下量を適切に設定することができ、設計や施工の合理化を図ることができる。
【００１０】
また、本発明の請求項５に記載の基礎構造は、請求項１に記載の基礎構造において、前記杭体は、杭先端に螺旋状あるいは複数の板からなる羽根を有して回転により地盤に貫入される鋼管杭であって、この鋼管杭は、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことが確認されるとともに、支持層確認後に、杭先端の深さ位置を維持したままで貫入方向および逆方向の少なくとも一方に回転され、前記鋼管杭の回転によって杭先端近傍の地盤が緩められることを特徴とする。
このような構成によれば、杭先端に螺旋状の羽根を有して回転によって地盤に貫入される杭体を、支持層に到達したことを確認してから杭の深さ位置を変えずに正回転や逆回転することで、螺旋状の羽根が同一深さ位置で空回りし、容易に杭先端近傍の地盤を緩めることができる。
【００１１】
さらに、本発明の請求項６に記載の基礎構造は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の基礎構造において、前記緩めた杭先端近傍の地盤が根固めされることを特徴とする。
このような構成によれば、緩めた杭先端近傍の地盤にセメントミルク等の根固め材を注入して根固めすることで、得られる先端支持力や沈下量を安定化させることができる。すなわち、根固めしない場合には、杭先端の羽根の形状等によって杭先端の沈下性状（沈下量や支持力等）が変動してしまう可能性があるのに対して、根固めすることで、羽根の形状等による杭先端条件の違いがなくなり安定した沈下性状を得ることができる。
【００１２】
一方、本発明の請求項７に記載の基礎構造の施工方法は、杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造の施工方法であって、鋼管杭を回転させて地盤に貫入し、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことを確認する支持層確認手順と、前記支持層確認手順の後に、貫入方向と逆方向に回転して所定量だけ上方に引き上げ、杭先端地盤を緩める杭先端地盤弛緩手順と、前記地盤貫入後の鋼管杭の杭頭部に連結して地盤上に底版部を形成する直接基礎形成手順とを備え、前記鋼管杭および底版部の上側に構築される上部構造の荷重で前記鋼管杭が所定量だけ沈下することで、この沈下した鋼管杭による支持力と、この鋼管杭に伴って沈下する前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重が支持されることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の請求項８に記載の基礎構造の施工方法は、杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造の施工方法であって、杭先端に螺旋状あるいは複数の板からなる羽根を有した鋼管杭を回転させて地盤に貫入し、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことを確認する支持層確認手順と、前記支持層確認手順後に、杭先端の深さ位置を維持したままで貫入方向および逆方向の少なくとも一方に回転し、杭先端地盤を緩める杭先端地盤弛緩手順と、前記地盤貫入後の鋼管杭の杭頭部に連結して地盤上に底版部を形成する直接基礎形成手順とを備え、前記鋼管杭および底版部の上側に構築される上部構造の荷重で前記鋼管杭が所定量だけ沈下することで、この沈下した鋼管杭による支持力と、この鋼管杭に伴って沈下する前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重が支持されることを特徴とする。
【００１４】
以上の施工方法によれば、前述した基礎構造と同様に、杭先端の支持力を十分に確保し、かつ直接基礎の支持力も得られるので、基礎構造全体の支持力を高めることができ、コスト低減を図りつつ、大規模な建物にも適用することが可能になる。さらに、軟弱な地盤に対しても適用可能となり、杭基礎および直接基礎の併用基礎構造の適用範囲を拡大することができる。また、逆回転によって鋼管杭を上方に引き上げるか、あるいは螺旋状あるいは複数の板からなる羽根を同一深さ位置で空回りさせることで、容易に杭先端近傍の地盤を緩めることができる。
【００１５】
さらに、本発明の請求項９に記載の基礎構造の施工方法は、請求項７または請求項８に記載の基礎構造の施工方法において、前記杭先端地盤弛緩手順の後に、緩めた杭先端近傍の地盤にセメントミルクを注入して根固めする根固め手順を備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、前述と同様に、緩めた杭先端近傍の地盤を根固めすることで、杭先端の羽根形状による沈下性状のばらつきをなくして、安定した沈下性状を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のような本発明の基礎構造および基礎構造の施工方法によれば、支持力を十分に確保してコスト低減を図ることが可能で、地盤の硬軟に関わらずに適用範囲を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基礎構造を備えた建物１を示す断面図である。図２(Ａ)〜(Ｄ)は、建物１の基礎構造における鋼管杭２の施工手順を説明する図である。
図１において、建物１は、地盤Ｇに貫入される複数の鋼管杭（杭体）２からなる杭基礎と、地盤Ｇ上に形成される底版部である耐圧版３からなる直接基礎と、を併用して上部構造４を支持する基礎構造を備えている。
耐圧版３は、鋼管杭２を地盤Ｇに貫入した後に地表面を掘削してから、フーチング（パイルキャップ）５を介して鋼管杭２の杭頭部と連結（一体化）される鉄筋コンクリート造のスラブである。そして、耐圧版３は、下方からの地盤Ｇの地反力を受けることで、上部構造４の荷重を地盤Ｇに伝達できるようになっている。
【００１８】
鋼管杭２は、円形鋼管で形成された鋼管杭本体２Ａと、この鋼管杭本体２Ａの先端（下端）に固定された螺旋状の羽根２Ｂとを有して形成されている。そして、鋼管杭１は、図２に示すように、杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃにより回転されて羽根２Ｂが地盤Ｇにねじ込まれて地盤Ｇに貫入される。
すなわち、図２(Ａ)に示すように、杭打ち機Ｍによって鋼管杭２を建て込み、図２(Ｂ)に示すように、鋼管杭１を垂直にして杭芯位置にセットする。
次に、図２(Ｃ)、図２(Ｄ)に示すように、回転圧入装置Ｃを回転させて羽根２Ｂを地盤Ｇにねじ込むことで鋼管杭２を地盤Ｇに貫入する（回転圧入手順）。
なお、図２においては、鋼管杭２が上下に連結されていない場合を図示したが、この鋼管杭２を下杭とし、その上に上杭を溶接して一体化してもよく、さらには３本以上の鋼管杭２を連結して下杭、中杭、上杭を一体化してもよく、その場合でも施工方法としては略同様の手順を繰り返すこととなる。また、杭打ち機Ｍとしては、図示するもの以外に胴体把持型の全旋回型ケーシングジャッキ等を用いることもできる。
【００１９】
以上の回転圧入手順において、杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃには、回転圧入の際に鋼管杭２に作用する回転トルク値を測定する測定機が設けられており、このトルク値を管理することで、鋼管杭２の先端が地盤Ｇ中の中間層Ｇ１（図３）にあるか、あるいは支持層Ｇ２に到達したか否かが判断できるようになっている。すなわち、鋼管杭２に作用するトルク値は、地盤ＧのＮ値に応じて変動することが知られており、Ｎ値が大きくなる支持層Ｇ２に鋼管杭２の先端が到達すると、トルク値が急激に上昇することから支持層Ｇ２に到達したことが判断できるようになっている（支持層確認手順）。
【００２０】
以下、支持層確認手順の後に実施する杭先端地盤弛緩手順に関して、図３に基づいて第１実施形態を説明し、図４〜図６に基づいて第２実施形態を説明し、杭先端地盤弛緩手順の後に実施する根固め手順に関して、図７、図８に基づいて第３実施形態を説明する。
なお、各実施形態以降において、次の第１実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材、および同様な機能を有する構成部材には、第１実施形態の構成部材と同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
【００２１】
〔第１実施形態〕
図３は、第１実施形態に係る基礎構造の施工方法を示す断面図である。
前述の支持層確認手順において、鋼管杭２の先端が支持層Ｇ２に到達したことを確認した後に、杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃによって、さらに鋼管杭２を回転圧入して所定深さ（例えば、鋼管杭本体２Ａの直径寸法分）だけ支持層Ｇ２に杭先端を貫入する。
次に、貫入した杭先端の位置を維持した状態で鋼管杭２を貫入方向および逆方向の一方または交互に回転する。この回転により羽根２Ｂが一定深さ位置で空回りすることで、鋼管杭２の杭先端近傍の地盤Ｇ２Ａが緩められる（杭先端地盤弛緩手順）。
【００２２】
以上のようにして複数の鋼管杭２を地盤に貫入した後に、図１に示すフーチング５を鋼管杭２の杭頭部に固定して構築するとともに、フーチング５と一体に耐圧版３を地盤Ｇ上に構築して鋼管杭２に連結する（直接基礎形成手順）。
さらに、鋼管杭２、フーチング５および耐圧版３の上側に上部構造４を順次構築し、この上部構造４の荷重がフーチング５を介して鋼管杭２に作用するのに従って、緩められた地盤Ｇ２Ａの高さ寸法に応じて鋼管杭２が沈下する。この鋼管杭２の沈下に伴って緩められた地盤Ｇ２Ａが徐々に締め固められ、沈下量に応じて杭先端の支持力ＲP1が発揮され、鋼管杭本体２Ａ周面摩擦による支持力ＲP2と併せて鋼管杭２の支持力（ＲP1＋ＲP2）が発揮される。
【００２３】
そして、鋼管杭２の沈下に伴ってフーチング５、耐圧版３および上部構造４も沈下し、耐圧版３の沈下に伴ってその底面の地盤Ｇが徐々に締め固められ、沈下量に応じて地反力による支持力ＲS が発揮される。
以上の鋼管杭２の支持力（ＲP1＋ＲP2）および耐圧版３底面の支持力ＲS と、上部構造４を含めた建物１全体の荷重とが釣り合う位置まで沈下した後に、沈下が止まる。これにより、鋼管杭２および耐圧版３の両方の支持力（ＲP1＋ＲP2＋ＲS ）、すなわち杭基礎および直接基礎の両者によって上部構造４の荷重が支持されることになる。
【００２４】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）すなわち、鋼管杭２の杭先端が支持層Ｇ２に到達したことを確認してから杭先端近傍の地盤Ｇ２Ａを緩めておき、その後に上部構造４の荷重が加わることで緩めた分だけ鋼管杭２が沈下して杭先端の支持力ＲP1が発揮されるとともに、鋼管杭２の沈下に伴って沈下する耐圧版３底面にも地反力が作用して支持力ＲS が得られ、これらの鋼管杭２および耐圧版３の両方の支持力（ＲP1＋ＲP2＋ＲS ）で上部構造４を支持することができる。従って、杭先端の支持力ＲP1を十分に確保し、かつ直接基礎の支持力ＲS も得られるので、基礎構造全体の支持力（ＲP1＋ＲP2＋ＲS ）を高めることができ、杭径や杭本数を増大させることなくコスト低減を図りつつ、規模の大きな建物１にも適用することが可能になる。
【００２５】
（２）さらに、杭先端地盤Ｇ２Ａを予め緩めた分だけ鋼管杭２が沈下して支持力ＲP1が発揮されるので、この沈下した位置よりもさらに下方への鋼管杭２の沈下が生じにくく、かつ複数の鋼管杭２における沈下量が均等化できるため、表層地盤が軟弱な場合であっても不等沈下を防止することができる。従って、軟弱な地盤に対しても杭基礎および直接基礎併用の基礎構造が適用可能となり、その適用範囲を拡大することができる。
【００２６】
（３）また、鋼管杭２を回転圧入する杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃによって鋼管杭２のトルク値を管理することで、杭先端が支持層Ｇ２に到達したことが容易かつ正確に判断でき、施工の迅速化および容易化を図ることができる。さらに、支持層Ｇ２に貫入させてから鋼管杭２の深さ位置を変えずに正回転や逆回転させることで、羽根２Ｂが同一深さ位置で空回りし、容易に杭先端近傍の地盤Ｇ２Ａを緩めることができる。
【００２７】
〔第２実施形態〕
図４(Ａ)，(Ｂ)、および図５(Ａ)，(Ｂ)は、それぞれ第２実施形態に係る基礎構造の施工方法を示す断面図である。
本実施形態では、前述の支持層確認手順において、鋼管杭２の先端が支持層Ｇ２に到達したことを確認した後に、図４(Ａ)に示すように、杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃによって、さらに鋼管杭２を回転して所定深さだけ支持層Ｇ２に杭先端を貫入する。
次に、杭先端を所定深さだけ支持層Ｇ２に貫入した位置から、回転圧入装置Ｃを逆方向に回転して、図４(Ｂ)示す位置まで、鋼管杭２を上方に引き上げる。このように鋼管杭２を引き上げることで、鋼管杭２の杭先端近傍における引き上げた高さ寸法分の地盤Ｇ２Ｂが緩められる（杭先端地盤弛緩手順）。そして、引き上げた後の鋼管杭２の杭先端位置が支持層Ｇ２上面よりも下方に位置するようになっている。
一方、図５においては、図５(Ａ)に示すように、鋼管杭２の先端が支持層Ｇ２に到達したことを確認した後に、杭先端を支持層Ｇ２に貫入することなく回転圧入装置Ｃを逆方向に回転して、図５(Ｂ)に示す位置まで鋼管杭２を上方に引き上げる。すなわち、引き上げた後の鋼管杭２の杭先端位置が支持層Ｇ２上面よりも上方に位置するようになっている。
【００２８】
以上のようにして複数の鋼管杭２を地盤に貫入した後の手順に関しては、前記第１実施形態の手順と略同様であるため、説明を省略する。
そして、図５に示したように、支持層Ｇ２上面よりも上方に位置するよう杭先端を位置させる場合であっても、前述の支持層確認手順にて支持層Ｇ２まで鋼管杭２の先端が到達したことを確認してから引き上げることで、図６に示すように、支持層Ｇ２上面に不陸があって深さ位置がばらつく、あるいは支持層Ｇ２上面が傾斜したような場合であっても、杭先端と支持層Ｇ２の上面との距離を一定にすることができるようになっている。これにより、鋼管杭２を引き上げることで緩められる地盤Ｇ２Ｂの強度や剛性を均質化させることができ、上部構造４の荷重による沈下量や、沈下後に発揮される先端支持力ＲP1を安定化させることができる。
【００２９】
このような本実施形態によれば、前述の（１）、（２）と略同様の効果に加えて、以下のような効果がある。
（４）すなわち、鋼管杭２を回転圧入する杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃによって鋼管杭２のトルク値を管理することで、杭先端が支持層Ｇ２に到達したことが容易かつ正確に判断でき、施工の迅速化および容易化を図ることができる。さらに、支持層Ｇ２に貫入させるか支持層Ｇ２を確認してから、鋼管杭２を逆回転さて引き上げることで、容易に杭先端近傍の地盤Ｇ２Ｂを緩めることができる。
【００３０】
〔第３実施形態〕
図７(Ａ)，(Ｂ)は、第３実施形態に係る基礎構造における鋼管杭２を示す側面図および底面図である。図８は、施工後の鋼管杭２を示す断面図である。
本実施形態の鋼管杭２において、鋼管杭本体２Ａ内部には、根固め材であるセメントミルク注入用の管２Ｃが羽根２Ｂ底面に開口して配設されている。そして、この管２Ｃは、鋼管杭２の杭頭よりも上方の地上まで連続して設けられており、鋼管杭２の地盤Ｇへの貫入後に、地上から管２Ｃを通して杭先端地盤にセメントミルクを注入することができるようになっている。
以上の鋼管杭２を用いた本実施形態では、前述の第１実施形態または第２実施形態の杭先端地盤弛緩手順において、鋼管杭２の杭先端地盤Ｇ２Ａ，Ｇ２Ｂを緩めた後に、管２Ｃよりセメントミルクを吐出しながら鋼管杭２を回転させてセメントミルクを羽根２Ｂの周辺に充填し、充填したセメントミルクが固化することで杭先端部に根固め部２Ｄを形成する（根固め手順）。
なお、根固め部２Ｄは、支持層Ｇ２の上面よりも下側に形成されてもよく、また支持層Ｇ２の上面よりも上側に形成されてもよく、さらには支持層Ｇ２の上面近傍に形成されてもよい。
【００３１】
このような本実施形態によれば、前述の各効果に加えて、以下のような効果がある。
（５）すなわち、緩めた杭先端近傍の地盤をセメントミルクで根固めすることで、杭先端の羽根２Ｂ形状による沈下性状のばらつきをなくして、安定した沈下性状を得ることができる。
【００３２】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態においては、杭体として鋼管杭２を用い、この鋼管杭２を回転圧入により地盤Ｇに貫入する工法を採用したが、杭基礎としては場所打ちコンクリート杭でもよく、またＰＣ杭を埋込み工法や打込み工法等で地盤Ｇに貫入させるものでもよい。この際、杭先端地盤を緩める方法としては、水流や空気圧による方法や、弾性材、弾塑性材等の先端地盤よりも剛性が小さく上部構造の荷重によって変形する部材を杭体と杭先端地盤との間に介挿する方法などが採用可能である。
【００３３】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る基礎構造を備えた建物を示す断面図である。
【図２】(Ａ)〜(Ｄ)は、前記基礎構造における杭の施工手順を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係る基礎構造の施工方法を示す断面図である。
【図４】(Ａ)，(Ｂ)は、第２実施形態に係る基礎構造の施工方法を示す断面図である。
【図５】(Ａ)，(Ｂ)は、第２実施形態に係る基礎構造の施工方法を示す断面図である。
【図６】前記基礎構造を示す断面図である。
【図７】(Ａ)，(Ｂ)は、第３実施形態に係る基礎構造における杭を示す側面図および底面図である。
【図８】第３実施形態の施工後の杭を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
２…杭体である鋼管杭、２Ｂ…羽根、３…底版部である耐圧版、４…上部構造、Ｇ…地盤、Ｇ２…支持層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎構造および基礎構造の施工方法に関し、詳しくは、杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造、およびその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、杭基礎と直接基礎とを併用した基礎構造（パイルド・ラフト基礎）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
パイルド・ラフト基礎は、杭先端が支持層まで達することなく支持力の小さな中間層で止めた杭基礎と、地盤表面に形成した直接基礎と、の両方の支持力によって上部構造の荷重を支持するものである。そして、杭先端を中間層で止めた杭が上部構造の鉛直荷重により若干量だけ沈下することで、直接基礎が地反力を受けるようになり、杭基礎および直接基礎の支持力と沈下量とが釣り合う状態において、杭基礎および直接基礎が分担して荷重を支持する基礎構造である。このようなパイルド・ラフト基礎では、杭基礎および直接基礎の両者で鉛直荷重を分担することで、杭基礎単独の基礎構造よりも杭本数や杭径等を節約してコストダウンを図ることができるとともに、地耐力が十分でなく直接基礎単独では荷重が支持できなかったり、沈下量が大きくなり過ぎたりするような地盤にも適用可能になるという長所を有している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２９５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載されたような従来のパイルド・ラフト基礎においては、杭先端が支持力の小さな中間層で止まっているため、杭先端を支持層に貫入した場合の杭基礎と比較して杭の先端支持力が小さくなり、杭基礎の支持力と直接基礎の支持力とを合わせても十分に大きな支持力が確保できず、規模の小さな建物にしか適用できないという問題がある。そして、杭先端の支持力を確保するためには、杭径を大きくしたり、杭本数を増やしたりしなければならず、前述したようなコストダウンの効果が十分に得られないことになってしまう。
さらに、従来のパイルド・ラフト基礎では、杭先端が中間層で止まっているため、表層が軟弱な地盤に適用した場合には、直接基礎の沈下を杭によって制御することが難しく、不等沈下によって建物が傾斜してしまう可能性があり、地耐力が小さな軟弱地盤への適用が困難であるという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、支持力を十分に確保してコスト低減を図ることが可能で、地盤の硬軟に関わらずに適用範囲を拡大することができる基礎構造および基礎構造の施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の基礎構造は、杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造であって、地盤に貫入される杭体と、地盤貫入後の杭体の杭頭部に連結されて地盤上に形成される底版部とを備え、前記杭体の杭先端が支持層に到達したことを確認してから当該杭先端近傍の地盤を緩めておくことで、上部構造の荷重により所定量だけ沈下して発揮される前記杭体による支持力と、この杭体に伴って沈下することで地反力を受けて発揮される前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重を支持することを特徴とする。
【０００７】
以上の本発明によれば、杭先端が支持層に到達したことを確認した後に杭先端近傍の地盤を緩めておき、その後に上部構造の荷重が加わることで緩めた分だけ杭体が沈下して杭先端の支持力が発揮されるとともに、杭体の沈下に伴って沈下する底版部にも地反力が作用して支持力が得られ、これらの杭および底版部の両方の支持力で上部構造を支持することができる。従って、杭先端の支持力を十分に確保し、かつ直接基礎の支持力も得られるので、基礎構造全体の支持力を高めることができ、杭径や杭本数を増大させることなくコスト低減を図りつつ、規模の大きな（柱軸力が大きい）建物にも適用することが可能になる。
さらに、杭先端地盤を予め緩めた分だけ杭体が沈下して支持力が発揮されるので、この沈下した位置よりもさらに下方への杭体の沈下が生じにくく、表層地盤が軟弱な場合であっても不等沈下を防止することができる。従って、軟弱な地盤に対しても本発明の基礎構造が適用可能となり、杭基礎および直接基礎の併用基礎構造の適用範囲を拡大することができる。
ここで、杭体としては、場所打ちコンクリート杭でもよく、ＰＣ杭や鋼管杭等の既成杭でもよい。そして、杭体が既成杭の場合の施工方法としては、埋込み工法や打込み工法、回転・圧入工法、根固め工法など、適宜な工法が選択可能である。
また、底版部としては、杭頭部分に形成される独立フーチングで構成されてもよく、また基礎梁に沿った布基礎で構成されたものや、基礎底面を覆う耐圧版（ベタ基礎）で構成されたものでもよい。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の基礎構造は、請求項１に記載の基礎構造において、前記杭体は、回転により地盤に貫入される鋼管杭であって、この鋼管杭は、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことが確認された後に、貫入方向と逆方向に回転されて所定量だけ上方に引き上げられ、前記鋼管杭を引き上げることによって杭先端近傍の地盤が緩められることを特徴とする。
このような構成によれば、回転によって地盤に貫入される杭体を、杭先端が支持層に到達あるいは支持層に貫入したことを確認してから逆回転することで、容易に杭先端近傍の地盤を緩めることができる。さらに、逆回転の回転量を適宜調整することで杭体を引き上げる量が任意に設定でき、地盤を緩める程度、つまり上部構造の荷重による杭体の沈下量を適切に設定することができる。従って、杭基礎と直接基礎との負担支持力の割合が任意に設定可能となり、地盤の特性や上部構造の規模等に応じて基礎構造の設計の自由度を高めることができる。
ここで、地盤の支持層としては、地盤調査（ボーリング調査等）によって得られるＮ値が所定の値（例えば、Ｎ値５０）以上の地層であったり、せん断波速度が所定の値（例えば、４００m/s ）以上の地層であったりするが、このような支持層では、回転・圧入するための杭打ち機における駆動トルク値が急激に増大することにより、杭先端が支持層に到達したことが確認されるようになっている。
【０００９】
この際、前記引き上げた後の鋼管杭の杭先端が前記支持層上面よりも上方に位置するようにしてもよく、また、前記鋼管杭は、杭先端が所定深さだけ支持層に貫入された後に引き上げられ、前記引き上げた後の鋼管杭の杭先端が前記支持層上面よりも下方に位置するようにしてもよい。
このような構成によれば、支持層近傍の地盤特性と必要とする杭先端支持力とに応じて、適宜杭先端位置を設定することで、合理的かつ経済的な基礎構造の設計および施工が可能になる。すなわち、さほど大きな先端支持力が必要とされない場合や、支持層直上の地盤がよい（Ｎ値が高い）場合などには、支持層上面よりも上方まで杭先端を引き上げ、比較的大きな先端支持力が必要な場合には、支持層上面よりも下方つまり杭先端を支持層に根入れするようにすればよい。従って、設計条件に応じて杭先端の位置を任意に選択することで、杭先端の支持力や沈下量を適切に設定することができ、設計や施工の合理化を図ることができる。
【００１０】
また、本発明の請求項５に記載の基礎構造は、請求項１に記載の基礎構造において、前記杭体は、杭先端に螺旋状あるいは複数の板からなる羽根を有して回転により地盤に貫入される鋼管杭であって、この鋼管杭は、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことが確認されるとともに、支持層確認後に、杭先端の深さ位置を維持したままで貫入方向および逆方向の少なくとも一方に回転され、前記鋼管杭の回転によって杭先端近傍の地盤が緩められることを特徴とする。
このような構成によれば、杭先端に螺旋状の羽根を有して回転によって地盤に貫入される杭体を、支持層に到達したことを確認してから杭の深さ位置を変えずに正回転や逆回転することで、螺旋状の羽根が同一深さ位置で空回りし、容易に杭先端近傍の地盤を緩めることができる。
【００１１】
さらに、本発明の請求項６に記載の基礎構造は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の基礎構造において、前記緩めた杭先端近傍の地盤が根固めされることを特徴とする。
このような構成によれば、緩めた杭先端近傍の地盤にセメントミルク等の根固め材を注入して根固めすることで、得られる先端支持力や沈下量を安定化させることができる。すなわち、根固めしない場合には、杭先端の羽根の形状等によって杭先端の沈下性状（沈下量や支持力等）が変動してしまう可能性があるのに対して、根固めすることで、羽根の形状等による杭先端条件の違いがなくなり安定した沈下性状を得ることができる。
【００１２】
一方、本発明の請求項７に記載の基礎構造の施工方法は、杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造の施工方法であって、鋼管杭を回転させて地盤に貫入し、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことを確認する支持層確認手順と、前記支持層確認手順の後に、貫入方向と逆方向に回転して所定量だけ上方に引き上げ、杭先端地盤を緩める杭先端地盤弛緩手順と、前記地盤貫入後の鋼管杭の杭頭部に連結して地盤上に底版部を形成する直接基礎形成手順とを備え、前記鋼管杭および底版部の上側に構築される上部構造の荷重で前記鋼管杭が所定量だけ沈下することで、この沈下した鋼管杭による支持力と、この鋼管杭に伴って沈下する前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重が支持されることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の請求項８に記載の基礎構造の施工方法は、杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造の施工方法であって、杭先端に螺旋状あるいは複数の板からなる羽根を有した鋼管杭を回転させて地盤に貫入し、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことを確認する支持層確認手順と、前記支持層確認手順後に、杭先端の深さ位置を維持したままで貫入方向および逆方向の少なくとも一方に回転し、杭先端地盤を緩める杭先端地盤弛緩手順と、前記地盤貫入後の鋼管杭の杭頭部に連結して地盤上に底版部を形成する直接基礎形成手順とを備え、前記鋼管杭および底版部の上側に構築される上部構造の荷重で前記鋼管杭が所定量だけ沈下することで、この沈下した鋼管杭による支持力と、この鋼管杭に伴って沈下する前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重が支持されることを特徴とする。
【００１４】
以上の施工方法によれば、前述した基礎構造と同様に、杭先端の支持力を十分に確保し、かつ直接基礎の支持力も得られるので、基礎構造全体の支持力を高めることができ、コスト低減を図りつつ、大規模な建物にも適用することが可能になる。さらに、軟弱な地盤に対しても適用可能となり、杭基礎および直接基礎の併用基礎構造の適用範囲を拡大することができる。また、逆回転によって鋼管杭を上方に引き上げるか、あるいは螺旋状あるいは複数の板からなる羽根を同一深さ位置で空回りさせることで、容易に杭先端近傍の地盤を緩めることができる。
【００１５】
さらに、本発明の請求項９に記載の基礎構造の施工方法は、請求項７または請求項８に記載の基礎構造の施工方法において、前記杭先端地盤弛緩手順の後に、緩めた杭先端近傍の地盤にセメントミルクを注入して根固めする根固め手順を備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、前述と同様に、緩めた杭先端近傍の地盤を根固めすることで、杭先端の羽根形状による沈下性状のばらつきをなくして、安定した沈下性状を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のような本発明の基礎構造および基礎構造の施工方法によれば、支持力を十分に確保してコスト低減を図ることが可能で、地盤の硬軟に関わらずに適用範囲を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基礎構造を備えた建物１を示す断面図である。図２(Ａ)〜(Ｄ)は、建物１の基礎構造における鋼管杭２の施工手順を説明する図である。
図１において、建物１は、地盤Ｇに貫入される複数の鋼管杭（杭体）２からなる杭基礎と、地盤Ｇ上に形成される底版部である耐圧版３からなる直接基礎と、を併用して上部構造４を支持する基礎構造を備えている。
耐圧版３は、鋼管杭２を地盤Ｇに貫入した後に地表面を掘削してから、フーチング（パイルキャップ）５を介して鋼管杭２の杭頭部と連結（一体化）される鉄筋コンクリート造のスラブである。そして、耐圧版３は、下方からの地盤Ｇの地反力を受けることで、上部構造４の荷重を地盤Ｇに伝達できるようになっている。
【００１８】
鋼管杭２は、円形鋼管で形成された鋼管杭本体２Ａと、この鋼管杭本体２Ａの先端（下端）に固定された螺旋状の羽根２Ｂとを有して形成されている。そして、鋼管杭１は、図２に示すように、杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃにより回転されて羽根２Ｂが地盤Ｇにねじ込まれて地盤Ｇに貫入される。
すなわち、図２(Ａ)に示すように、杭打ち機Ｍによって鋼管杭２を建て込み、図２(Ｂ)に示すように、鋼管杭１を垂直にして杭芯位置にセットする。
次に、図２(Ｃ)、図２(Ｄ)に示すように、回転圧入装置Ｃを回転させて羽根２Ｂを地盤Ｇにねじ込むことで鋼管杭２を地盤Ｇに貫入する（回転圧入手順）。
なお、図２においては、鋼管杭２が上下に連結されていない場合を図示したが、この鋼管杭２を下杭とし、その上に上杭を溶接して一体化してもよく、さらには３本以上の鋼管杭２を連結して下杭、中杭、上杭を一体化してもよく、その場合でも施工方法としては略同様の手順を繰り返すこととなる。また、杭打ち機Ｍとしては、図示するもの以外に胴体把持型の全旋回型ケーシングジャッキ等を用いることもできる。
【００１９】
以上の回転圧入手順において、杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃには、回転圧入の際に鋼管杭２に作用する回転トルク値を測定する測定機が設けられており、このトルク値を管理することで、鋼管杭２の先端が地盤Ｇ中の中間層Ｇ１（図３）にあるか、あるいは支持層Ｇ２に到達したか否かが判断できるようになっている。すなわち、鋼管杭２に作用するトルク値は、地盤ＧのＮ値に応じて変動することが知られており、Ｎ値が大きくなる支持層Ｇ２に鋼管杭２の先端が到達すると、トルク値が急激に上昇することから支持層Ｇ２に到達したことが判断できるようになっている（支持層確認手順）。
【００２０】
以下、支持層確認手順の後に実施する杭先端地盤弛緩手順に関して、図３に基づいて第１実施形態を説明し、図４〜図６に基づいて第２実施形態を説明し、杭先端地盤弛緩手順の後に実施する根固め手順に関して、図７、図８に基づいて第３実施形態を説明する。
なお、各実施形態以降において、次の第１実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材、および同様な機能を有する構成部材には、第１実施形態の構成部材と同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
【００２１】
〔第１実施形態〕
図３は、第１実施形態に係る基礎構造の施工方法を示す断面図である。
前述の支持層確認手順において、鋼管杭２の先端が支持層Ｇ２に到達したことを確認した後に、杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃによって、さらに鋼管杭２を回転圧入して所定深さ（例えば、鋼管杭本体２Ａの直径寸法分）だけ支持層Ｇ２に杭先端を貫入する。
次に、貫入した杭先端の位置を維持した状態で鋼管杭２を貫入方向および逆方向の一方または交互に回転する。この回転により羽根２Ｂが一定深さ位置で空回りすることで、鋼管杭２の杭先端近傍の地盤Ｇ２Ａが緩められる（杭先端地盤弛緩手順）。
【００２２】
以上のようにして複数の鋼管杭２を地盤に貫入した後に、図１に示すフーチング５を鋼管杭２の杭頭部に固定して構築するとともに、フーチング５と一体に耐圧版３を地盤Ｇ上に構築して鋼管杭２に連結する（直接基礎形成手順）。
さらに、鋼管杭２、フーチング５および耐圧版３の上側に上部構造４を順次構築し、この上部構造４の荷重がフーチング５を介して鋼管杭２に作用するのに従って、緩められた地盤Ｇ２Ａの高さ寸法に応じて鋼管杭２が沈下する。この鋼管杭２の沈下に伴って緩められた地盤Ｇ２Ａが徐々に締め固められ、沈下量に応じて杭先端の支持力ＲP1が発揮され、鋼管杭本体２Ａ周面摩擦による支持力ＲP2と併せて鋼管杭２の支持力（ＲP1＋ＲP2）が発揮される。
【００２３】
そして、鋼管杭２の沈下に伴ってフーチング５、耐圧版３および上部構造４も沈下し、耐圧版３の沈下に伴ってその底面の地盤Ｇが徐々に締め固められ、沈下量に応じて地反力による支持力ＲS が発揮される。
以上の鋼管杭２の支持力（ＲP1＋ＲP2）および耐圧版３底面の支持力ＲS と、上部構造４を含めた建物１全体の荷重とが釣り合う位置まで沈下した後に、沈下が止まる。これにより、鋼管杭２および耐圧版３の両方の支持力（ＲP1＋ＲP2＋ＲS ）、すなわち杭基礎および直接基礎の両者によって上部構造４の荷重が支持されることになる。
【００２４】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）すなわち、鋼管杭２の杭先端が支持層Ｇ２に到達したことを確認してから杭先端近傍の地盤Ｇ２Ａを緩めておき、その後に上部構造４の荷重が加わることで緩めた分だけ鋼管杭２が沈下して杭先端の支持力ＲP1が発揮されるとともに、鋼管杭２の沈下に伴って沈下する耐圧版３底面にも地反力が作用して支持力ＲS が得られ、これらの鋼管杭２および耐圧版３の両方の支持力（ＲP1＋ＲP2＋ＲS ）で上部構造４を支持することができる。従って、杭先端の支持力ＲP1を十分に確保し、かつ直接基礎の支持力ＲS も得られるので、基礎構造全体の支持力（ＲP1＋ＲP2＋ＲS ）を高めることができ、杭径や杭本数を増大させることなくコスト低減を図りつつ、規模の大きな建物１にも適用することが可能になる。
【００２５】
（２）さらに、杭先端地盤Ｇ２Ａを予め緩めた分だけ鋼管杭２が沈下して支持力ＲP1が発揮されるので、この沈下した位置よりもさらに下方への鋼管杭２の沈下が生じにくく、かつ複数の鋼管杭２における沈下量が均等化できるため、表層地盤が軟弱な場合であっても不等沈下を防止することができる。従って、軟弱な地盤に対しても杭基礎および直接基礎併用の基礎構造が適用可能となり、その適用範囲を拡大することができる。
【００２６】
（３）また、鋼管杭２を回転圧入する杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃによって鋼管杭２のトルク値を管理することで、杭先端が支持層Ｇ２に到達したことが容易かつ正確に判断でき、施工の迅速化および容易化を図ることができる。さらに、支持層Ｇ２に貫入させてから鋼管杭２の深さ位置を変えずに正回転や逆回転させることで、羽根２Ｂが同一深さ位置で空回りし、容易に杭先端近傍の地盤Ｇ２Ａを緩めることができる。
【００２７】
〔第２実施形態〕
図４(Ａ)，(Ｂ)、および図５(Ａ)，(Ｂ)は、それぞれ第２実施形態に係る基礎構造の施工方法を示す断面図である。
本実施形態では、前述の支持層確認手順において、鋼管杭２の先端が支持層Ｇ２に到達したことを確認した後に、図４(Ａ)に示すように、杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃによって、さらに鋼管杭２を回転して所定深さだけ支持層Ｇ２に杭先端を貫入する。
次に、杭先端を所定深さだけ支持層Ｇ２に貫入した位置から、回転圧入装置Ｃを逆方向に回転して、図４(Ｂ)示す位置まで、鋼管杭２を上方に引き上げる。このように鋼管杭２を引き上げることで、鋼管杭２の杭先端近傍における引き上げた高さ寸法分の地盤Ｇ２Ｂが緩められる（杭先端地盤弛緩手順）。そして、引き上げた後の鋼管杭２の杭先端位置が支持層Ｇ２上面よりも下方に位置するようになっている。
一方、図５においては、図５(Ａ)に示すように、鋼管杭２の先端が支持層Ｇ２に到達したことを確認した後に、杭先端を支持層Ｇ２に貫入することなく回転圧入装置Ｃを逆方向に回転して、図５(Ｂ)に示す位置まで鋼管杭２を上方に引き上げる。すなわち、引き上げた後の鋼管杭２の杭先端位置が支持層Ｇ２上面よりも上方に位置するようになっている。
【００２８】
以上のようにして複数の鋼管杭２を地盤に貫入した後の手順に関しては、前記第１実施形態の手順と略同様であるため、説明を省略する。
そして、図５に示したように、支持層Ｇ２上面よりも上方に位置するよう杭先端を位置させる場合であっても、前述の支持層確認手順にて支持層Ｇ２まで鋼管杭２の先端が到達したことを確認してから引き上げることで、図６に示すように、支持層Ｇ２上面に不陸があって深さ位置がばらつく、あるいは支持層Ｇ２上面が傾斜したような場合であっても、杭先端と支持層Ｇ２の上面との距離を一定にすることができるようになっている。これにより、鋼管杭２を引き上げることで緩められる地盤Ｇ２Ｂの強度や剛性を均質化させることができ、上部構造４の荷重による沈下量や、沈下後に発揮される先端支持力ＲP1を安定化させることができる。
【００２９】
このような本実施形態によれば、前述の（１）、（２）と略同様の効果に加えて、以下のような効果がある。
（４）すなわち、鋼管杭２を回転圧入する杭打ち機Ｍの回転圧入装置Ｃによって鋼管杭２のトルク値を管理することで、杭先端が支持層Ｇ２に到達したことが容易かつ正確に判断でき、施工の迅速化および容易化を図ることができる。さらに、支持層Ｇ２に貫入させるか支持層Ｇ２を確認してから、鋼管杭２を逆回転さて引き上げることで、容易に杭先端近傍の地盤Ｇ２Ｂを緩めることができる。
【００３０】
〔第３実施形態〕
図７(Ａ)，(Ｂ)は、第３実施形態に係る基礎構造における鋼管杭２を示す側面図および底面図である。図８は、施工後の鋼管杭２を示す断面図である。
本実施形態の鋼管杭２において、鋼管杭本体２Ａ内部には、根固め材であるセメントミルク注入用の管２Ｃが羽根２Ｂ底面に開口して配設されている。そして、この管２Ｃは、鋼管杭２の杭頭よりも上方の地上まで連続して設けられており、鋼管杭２の地盤Ｇへの貫入後に、地上から管２Ｃを通して杭先端地盤にセメントミルクを注入することができるようになっている。
以上の鋼管杭２を用いた本実施形態では、前述の第１実施形態または第２実施形態の杭先端地盤弛緩手順において、鋼管杭２の杭先端地盤Ｇ２Ａ，Ｇ２Ｂを緩めた後に、管２Ｃよりセメントミルクを吐出しながら鋼管杭２を回転させてセメントミルクを羽根２Ｂの周辺に充填し、充填したセメントミルクが固化することで杭先端部に根固め部２Ｄを形成する（根固め手順）。
なお、根固め部２Ｄは、支持層Ｇ２の上面よりも下側に形成されてもよく、また支持層Ｇ２の上面よりも上側に形成されてもよく、さらには支持層Ｇ２の上面近傍に形成されてもよい。
【００３１】
このような本実施形態によれば、前述の各効果に加えて、以下のような効果がある。
（５）すなわち、緩めた杭先端近傍の地盤をセメントミルクで根固めすることで、杭先端の羽根２Ｂ形状による沈下性状のばらつきをなくして、安定した沈下性状を得ることができる。
【００３２】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態においては、杭体として鋼管杭２を用い、この鋼管杭２を回転圧入により地盤Ｇに貫入する工法を採用したが、杭基礎としては場所打ちコンクリート杭でもよく、またＰＣ杭を埋込み工法や打込み工法等で地盤Ｇに貫入させるものでもよい。この際、杭先端地盤を緩める方法としては、水流や空気圧による方法や、弾性材、弾塑性材等の先端地盤よりも剛性が小さく上部構造の荷重によって変形する部材を杭体と杭先端地盤との間に介挿する方法などが採用可能である。
【００３３】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る基礎構造を備えた建物を示す断面図である。
【図２】(Ａ)〜(Ｄ)は、前記基礎構造における杭の施工手順を説明する図である。
【図３】第１実施形態に係る基礎構造の施工方法を示す断面図である。
【図４】(Ａ)，(Ｂ)は、第２実施形態に係る基礎構造の施工方法を示す断面図である。
【図５】(Ａ)，(Ｂ)は、第２実施形態に係る基礎構造の施工方法を示す断面図である。
【図６】前記基礎構造を示す断面図である。
【図７】(Ａ)，(Ｂ)は、第３実施形態に係る基礎構造における杭を示す側面図および底面図である。
【図８】第３実施形態の施工後の杭を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
２…杭体である鋼管杭、２Ｂ…羽根、３…底版部である耐圧版、４…上部構造、Ｇ…地盤、Ｇ２…支持層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造であって、
地盤に貫入される杭体と、地盤貫入後の杭体の杭頭部に連結されて地盤上に形成される底版部とを備え、
前記杭体の杭先端が支持層に到達したことを確認してから当該杭先端近傍の地盤を緩めておき、上部構造の荷重により所定量だけ沈下することで発揮される前記杭体による支持力と、この杭体に伴って沈下することで地反力を受けて発揮される前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重を支持することを特徴とする基礎構造。
【請求項２】
請求項１に記載の基礎構造において、
前記杭体は、回転により地盤に貫入される鋼管杭であって、
この鋼管杭は、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことが確認された後に、貫入方向と逆方向に回転されて所定量だけ上方に引き上げられ、
前記鋼管杭を引き上げることによって杭先端近傍の地盤が緩められることを特徴とする基礎構造。
【請求項３】
請求項２に記載の基礎構造において、
前記引き上げた後の鋼管杭の杭先端が前記支持層上面よりも上方に位置することを特徴とする基礎構造。
【請求項４】
請求項２に記載の基礎構造において、
前記鋼管杭は、杭先端が所定深さだけ支持層に貫入された後に引き上げられ、前記引き上げた後の鋼管杭の杭先端が前記支持層上面よりも下方に位置することを特徴とする基礎構造。
【請求項５】
請求項１に記載の基礎構造において、
前記杭体は、杭先端に螺旋状あるいは複数の板からなる羽根を有して回転により地盤に貫入される鋼管杭であって、
この鋼管杭は、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことが確認されるとともに、支持層確認後に、杭先端の深さ位置を維持したままで貫入方向および逆方向の少なくとも一方に回転され、
前記鋼管杭の回転によって杭先端近傍の地盤が緩められることを特徴とする基礎構造。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の基礎構造において、
前記緩めた杭先端近傍の地盤が根固めされることを特徴とする基礎構造。
【請求項７】
杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造の施工方法であって、
鋼管杭を回転させて地盤に貫入し、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことを確認する支持層確認手順と、
前記支持層確認手順の後に、貫入方向と逆方向に回転して所定量だけ上方に引き上げ、杭先端地盤を緩める杭先端地盤弛緩手順と、
前記地盤貫入後の鋼管杭の杭頭部に連結して地盤上に底版部を形成する直接基礎形成手順とを備え、
前記鋼管杭および底版部の上側に構築される上部構造の荷重で前記鋼管杭が所定量だけ沈下することで、この沈下した鋼管杭による支持力と、この鋼管杭に伴って沈下する前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重が支持されることを特徴とする基礎構造の施工方法。
【請求項８】
杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造の施工方法であって、
杭先端に螺旋状あるいは複数の板からなる羽根を有した鋼管杭を回転させて地盤に貫入し、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことを確認する支持層確認手順と、
前記支持層確認手順の後に、杭先端の深さ位置を維持したままで貫入方向および逆方向の少なくとも一方に回転し、杭先端地盤を緩める杭先端地盤弛緩手順と、
前記地盤貫入後の鋼管杭の杭頭部に連結して地盤上に底版部を形成する直接基礎形成手順とを備え、
前記鋼管杭および底版部の上側に構築される上部構造の荷重で前記鋼管杭が所定量だけ沈下することで、この沈下した鋼管杭による支持力と、この鋼管杭に伴って沈下する前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重が支持されることを特徴とする基礎構造の施工方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の基礎構造の施工方法において、
前記杭先端地盤弛緩手順の後に、緩めた杭先端近傍の地盤にセメントミルクを注入して根固めする根固め手順を備えたことを特徴とする基礎構造の施工方法。
【請求項１】
杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造であって、
地盤に貫入される杭体と、地盤貫入後の杭体の杭頭部に連結されて地盤上に形成される底版部とを備え、
前記杭体の杭先端が支持層に到達したことを確認してから当該杭先端近傍の地盤を緩めておき、上部構造の荷重により所定量だけ沈下することで発揮される前記杭体による支持力と、この杭体に伴って沈下することで地反力を受けて発揮される前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重を支持することを特徴とする基礎構造。
【請求項２】
請求項１に記載の基礎構造において、
前記杭体は、回転により地盤に貫入される鋼管杭であって、
この鋼管杭は、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことが確認された後に、貫入方向と逆方向に回転されて所定量だけ上方に引き上げられ、
前記鋼管杭を引き上げることによって杭先端近傍の地盤が緩められることを特徴とする基礎構造。
【請求項３】
請求項２に記載の基礎構造において、
前記引き上げた後の鋼管杭の杭先端が前記支持層上面よりも上方に位置することを特徴とする基礎構造。
【請求項４】
請求項２に記載の基礎構造において、
前記鋼管杭は、杭先端が所定深さだけ支持層に貫入された後に引き上げられ、前記引き上げた後の鋼管杭の杭先端が前記支持層上面よりも下方に位置することを特徴とする基礎構造。
【請求項５】
請求項１に記載の基礎構造において、
前記杭体は、杭先端に螺旋状あるいは複数の板からなる羽根を有して回転により地盤に貫入される鋼管杭であって、
この鋼管杭は、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことが確認されるとともに、支持層確認後に、杭先端の深さ位置を維持したままで貫入方向および逆方向の少なくとも一方に回転され、
前記鋼管杭の回転によって杭先端近傍の地盤が緩められることを特徴とする基礎構造。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の基礎構造において、
前記緩めた杭先端近傍の地盤が根固めされることを特徴とする基礎構造。
【請求項７】
杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造の施工方法であって、
鋼管杭を回転させて地盤に貫入し、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことを確認する支持層確認手順と、
前記支持層確認手順の後に、貫入方向と逆方向に回転して所定量だけ上方に引き上げ、杭先端地盤を緩める杭先端地盤弛緩手順と、
前記地盤貫入後の鋼管杭の杭頭部に連結して地盤上に底版部を形成する直接基礎形成手順とを備え、
前記鋼管杭および底版部の上側に構築される上部構造の荷重で前記鋼管杭が所定量だけ沈下することで、この沈下した鋼管杭による支持力と、この鋼管杭に伴って沈下する前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重が支持されることを特徴とする基礎構造の施工方法。
【請求項８】
杭基礎と直接基礎とを併用して上部構造を支持する基礎構造の施工方法であって、
杭先端に螺旋状あるいは複数の板からなる羽根を有した鋼管杭を回転させて地盤に貫入し、地盤貫入時のトルク値に基づいて杭先端が支持層に到達したことを確認する支持層確認手順と、
前記支持層確認手順の後に、杭先端の深さ位置を維持したままで貫入方向および逆方向の少なくとも一方に回転し、杭先端地盤を緩める杭先端地盤弛緩手順と、
前記地盤貫入後の鋼管杭の杭頭部に連結して地盤上に底版部を形成する直接基礎形成手順とを備え、
前記鋼管杭および底版部の上側に構築される上部構造の荷重で前記鋼管杭が所定量だけ沈下することで、この沈下した鋼管杭による支持力と、この鋼管杭に伴って沈下する前記底版部による支持力と、の両方の支持力によって前記上部構造の荷重が支持されることを特徴とする基礎構造の施工方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の基礎構造の施工方法において、
前記杭先端地盤弛緩手順の後に、緩めた杭先端近傍の地盤にセメントミルクを注入して根固めする根固め手順を備えたことを特徴とする基礎構造の施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１１３２７０（Ｐ２００７−１１３２７０Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０５７７４（Ｐ２００５−３０５７７４）
【出願日】平成１７年１０月２０日（２００５．１０．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２０日（２００５．１０．２０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
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