杭頭部地盤反力の低下抑制方法
【課題】地震時の水平力によって杭頭部と地盤との間に隙間が発生するのを抑え、地盤反力が低下するのを抑制することができる方法を提供する。
【解決手段】地震時に杭頭部２に作用する水平力によって杭頭部周囲に隙間が生じ、地盤反力が低下するのを抑制する方法であって、杭頭部周囲の地盤に該杭頭部が内方に位置するように凹部３を形成して、この凹部３に流動性を有する粒状材料４を充填しておき、地震時に粒状材料４が隙間に流動して、該隙間を埋めるするようにした。
【解決手段】地震時に杭頭部２に作用する水平力によって杭頭部周囲に隙間が生じ、地盤反力が低下するのを抑制する方法であって、杭頭部周囲の地盤に該杭頭部が内方に位置するように凹部３を形成して、この凹部３に流動性を有する粒状材料４を充填しておき、地震時に粒状材料４が隙間に流動して、該隙間を埋めるするようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、杭頭部地盤反力の低下抑制方法に関し、より詳細には地震時に杭頭部に作用する水平力によって杭頭部周囲に隙間が生じ、地盤反力が低下するのを抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、地震等により杭に水平力が作用した場合、地表面付近の地盤の抵抗が支配的に働く。その際、杭頭部及びその周囲の地盤は図８に示すような挙動を示す。すなわち、杭１の杭頭部２に水平力が作用して変形すると、力の作用方向に関する杭前方では、地盤は上方に向かって動くのに対して、杭後方では杭の変形分、杭に向かって落ち込むように動く（同図（ａ））。
【０００３】
しかし、水平力の作用方向が逆方向となって水平力が無くなると、圧縮性が高い地盤では上方に向かって動いた地盤は完全に戻らず、杭と地盤との間に隙間ｃが生じる（同図（ｂ））。その結果、地盤反力が低下することから、杭頭部及び地盤の挙動に関連付けて示す荷重−変位量曲線から理解されるように、杭の耐力は低下することになる。そして、地震時には、このような水平力が杭に繰り返し荷重として作用するため（同図（ｃ）、最終的には杭頭部周囲にすり鉢状の隙間ｃが発生する。特に、圧縮性の高い粘土地盤では、上方に向かって動いた地盤がほとんど戻らないため（砂のように隙間に崩れ落ちないため）、大地震後に杭と地盤との間に大きな隙間が発生しやすい。この隙間が発生した範囲では地盤からの抵抗がほとんどなくなってしまう。
【０００４】
なお、図８において、塑性域Ａは上方へ土がくさび状土塊として動く範囲で、杭径Ｄに対し2.0D〜4.0Dの範囲、塑性域Ｂは土被り圧によって上方への土の動きが抑制されるため、杭側面に回り込む動きをする範囲をそれぞれ示している。
【０００５】
特許文献１には、杭頭部に起振装置を設置し、杭頭部を強制的に振動させることにより空隙を形成して、この空隙に粉粒体状の充填材を充填する水平抵抗増強方法が開示されている。しかしながら、起振装置を利用して杭を強制的に振動させるものであるため、動力源を必要とするだけでなく、起振装置の施工現場への搬入・搬出の手間が必要となる。さらには、実際に地震が発生する前に杭体に大きな負荷をかけることから、その耐力の低下が懸念される。
【０００６】
特許文献２には杭頭周囲の地盤に、せん断ひずみに伴う体積膨張（ダイレタンシー）の大きい置換材を埋設した杭頭構造が開示されている。同文献には、置換材としては、砕石や、砕石を充填した土のうなどが挙げられると記載され（段落００１０）、杭に大きな水平力が作用することによって、置換材がせん断力を受けて体積膨張し、杭頭が拘束されることを期待するものである。すなわち、同文献記載の技術は、杭に作用する水平力によって形成される杭体と地盤との間の隙間、及びそれに伴う地盤反力の低下については何ら考察がなされておらず、したがって置換材が隙間を埋めることを期待するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２５０９８７号公報
【特許文献２】特開２００５−６１１７２号公報
【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、地震時の水平力によって杭頭部と地盤との間に隙間が発生するのを抑え、地盤反力が低下するのを抑制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】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、地震時に杭頭部に作用する水平力によって杭頭部周囲に隙間が生じ、地盤反力が低下するのを抑制する方法であって、
杭頭部周囲の地盤に該杭頭部が内方に位置するように凹部を形成して、この凹部に流動性を有する粒状材料を充填しておき、
地震時に前記粒状材料が前記隙間に流動して、該隙間を埋めるするようにしたことを特徴とする杭頭地盤反力の低下抑制方法にある。
【００１０】
地盤上に前記粒状材料を補充する補充機構を設けるようにしてもよい。また、前記粒状材料の外周を袋で覆うようにしてもよい。さらには、前記粒状材料と地盤との境界を剛性体で仕切るようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、地震時に水平力によって杭頭部と地盤との間に隙間が形成される現象が生じても、その隙間は予め杭頭部周囲に配置した粒状材料によって即座に埋められるので、隙間の発生を抑えることができる。したがって、地盤反力の低下を抑制することができ、特別な地盤補強などを施すことなく、建物の供用期間の長い杭基礎を提供することができる。
【００１２】
さらに、この発明は地震に備えて予め地盤を補強・強化するものではなく、地震が発生したときにはじめて、いわばそのエネルギーを巧みに利用して地盤反力の低下抑制機能を働かせるものであるので、地震の発生如何に拘わらず予め対策を施す補強・強化方法に比べて、合理性に優れるだけでなく、施工コストも少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】実施形態の挙動を説明する図である。
【図３】複数の別の実施形態を示す断面図である。
【図４】補充機構の詳細を示す断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図６】補充機構の別の例を示す断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図８】従来のものの挙動を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施形態を示し、杭１の杭頭部２の周囲の地盤に、杭頭部２が内方に位置するように凹部３が形成されている。凹部３の平面形状は円形でも四角形でもよい。凹部３の深さは、杭直径をＤとすると、地表面付近の地盤内塑性域が砂である場合２．０Ｄ〜４．０Ｄ、粘土である場合２．５Ｄに設定される。
【００１５】
凹部３には流動性を有する粒状材料４が充填されている。粒状材料としては、砂、玉石、鉄球、プラスチック玉などを用いることができ、この場合、単独の種類とするのではなく、小径の砂から玉砂利など径が異なる数種類のものを混合し乾燥させた状態で充填することが望ましい。これにより、小径の砂などを、すり鉢状に形成される隙間の下方まで入り込ませることができる。
【００１６】
図２は、地震時における杭頭部及びその周囲に配置された粒状物４の挙動を、荷重−変位量曲線とともに示している。杭頭部２に水平力が作用して変形すると、従来例で説明したと同様に、力の作用方向に関する杭前方では、粒状材料４は上方に向かって動くのに対して、杭後方では杭の変形分、杭に向かって落ち込むように動く（同図（ａ））。
【００１７】
そして、水平力の作用方向が逆になると、杭１と凹部３の下方の地盤との間には隙間が形成される現象が生じるが、上方に向かって動いた粒状材料４が下方に流動し、隙間は即座に粒状材料４で埋められる（同図（ｂ））。その結果、杭頭部の周囲には隙間が形成されることがない（同図（ｃ））。したがって、地盤反力の低下が抑制され、荷重−変位量曲線に示されているように、所期の杭水平耐力を期待することができる。
【００１８】
図３は別の実施形態を示している。同図（ａ）は、地盤上に粒状材料４の補充機構５を設けたものである。その詳細は後述する。隙間に粒状材料が移動すると、補充機構５の粒状材料４が減少するので、減少量から隙間充填の効果があったかどうかを確認することができる。この粒状材料の減少分を補充機構５に補充する。
【００１９】
同図（ｂ）は凹部内にシート材料などからなる袋６を設置し、この袋６に粒状材料４を充填したものである。袋６は杭１が貫通する穴をもつ有底のものである。粒状材料４は袋６によって拘束されることから、地盤反力の向上を期待することができる。また、袋６を防水性のものとすることにより、粒状材料４の乾燥状態を保持し、流動性を損なわないようにすることができる。
【００２０】
同図（ｃ）は粒状材料４と地盤との境界を剛性体７で仕切ったものである。剛性体７としては、例えば鋼管などを用いることができる。粒状材料４は剛性体７によって拘束されることから、杭近傍に粒状材料４が留まり、地盤反力の向上を期待することができる。なお、図３において符号１０は杭頭部２が根入れされるパイルキャップを示している。
【００２１】
図４及び図５は図３（ａ）に示した補充機構５の詳細を示している。この例は、補充機構５をパイルキャップ１０内に埋め込んだものである。補充機構５は、複数（図示の例では４つ）の供給管１２からなっている。供給管１２は基礎梁１４の配筋と干渉しないように、パイルキャップ１０の四隅に鉛直向きに設けられている。これらの供給管１２の内部に粒状材料４ａが充填されている。供給管１２の下端は地盤中に設置した粒状材料４の上面に開口し、したがって供給管１２内の粒状材料４ａは粒状材料４と連続している。
【００２２】
図６及び図７は、補充機構５の別の例を示している。この例も補充機構５は複数（図示の例では４つ）の供給管１２を有しているが、供給管１２はパイルキャップ１０の外部に設けられている。供給管１２の下端には連通管１５の一端が接続され、この連通管１５はパイルキャップ１０内に埋め込まれている。そして、連通管１５の他端は地盤に設置した粒状材料４の上面であって杭頭部２の外周近傍に開口している。これら２つの補充機構５の例の作用効果は上述したとおりである。
【符号の説明】
【００２３】
１ 杭
２ 杭頭部
３ 凹部
４ 粒状材料
【技術分野】
【０００１】
この発明は、杭頭部地盤反力の低下抑制方法に関し、より詳細には地震時に杭頭部に作用する水平力によって杭頭部周囲に隙間が生じ、地盤反力が低下するのを抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、地震等により杭に水平力が作用した場合、地表面付近の地盤の抵抗が支配的に働く。その際、杭頭部及びその周囲の地盤は図８に示すような挙動を示す。すなわち、杭１の杭頭部２に水平力が作用して変形すると、力の作用方向に関する杭前方では、地盤は上方に向かって動くのに対して、杭後方では杭の変形分、杭に向かって落ち込むように動く（同図（ａ））。
【０００３】
しかし、水平力の作用方向が逆方向となって水平力が無くなると、圧縮性が高い地盤では上方に向かって動いた地盤は完全に戻らず、杭と地盤との間に隙間ｃが生じる（同図（ｂ））。その結果、地盤反力が低下することから、杭頭部及び地盤の挙動に関連付けて示す荷重−変位量曲線から理解されるように、杭の耐力は低下することになる。そして、地震時には、このような水平力が杭に繰り返し荷重として作用するため（同図（ｃ）、最終的には杭頭部周囲にすり鉢状の隙間ｃが発生する。特に、圧縮性の高い粘土地盤では、上方に向かって動いた地盤がほとんど戻らないため（砂のように隙間に崩れ落ちないため）、大地震後に杭と地盤との間に大きな隙間が発生しやすい。この隙間が発生した範囲では地盤からの抵抗がほとんどなくなってしまう。
【０００４】
なお、図８において、塑性域Ａは上方へ土がくさび状土塊として動く範囲で、杭径Ｄに対し2.0D〜4.0Dの範囲、塑性域Ｂは土被り圧によって上方への土の動きが抑制されるため、杭側面に回り込む動きをする範囲をそれぞれ示している。
【０００５】
特許文献１には、杭頭部に起振装置を設置し、杭頭部を強制的に振動させることにより空隙を形成して、この空隙に粉粒体状の充填材を充填する水平抵抗増強方法が開示されている。しかしながら、起振装置を利用して杭を強制的に振動させるものであるため、動力源を必要とするだけでなく、起振装置の施工現場への搬入・搬出の手間が必要となる。さらには、実際に地震が発生する前に杭体に大きな負荷をかけることから、その耐力の低下が懸念される。
【０００６】
特許文献２には杭頭周囲の地盤に、せん断ひずみに伴う体積膨張（ダイレタンシー）の大きい置換材を埋設した杭頭構造が開示されている。同文献には、置換材としては、砕石や、砕石を充填した土のうなどが挙げられると記載され（段落００１０）、杭に大きな水平力が作用することによって、置換材がせん断力を受けて体積膨張し、杭頭が拘束されることを期待するものである。すなわち、同文献記載の技術は、杭に作用する水平力によって形成される杭体と地盤との間の隙間、及びそれに伴う地盤反力の低下については何ら考察がなされておらず、したがって置換材が隙間を埋めることを期待するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２５０９８７号公報
【特許文献２】特開２００５−６１１７２号公報
【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、地震時の水平力によって杭頭部と地盤との間に隙間が発生するのを抑え、地盤反力が低下するのを抑制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】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、地震時に杭頭部に作用する水平力によって杭頭部周囲に隙間が生じ、地盤反力が低下するのを抑制する方法であって、
杭頭部周囲の地盤に該杭頭部が内方に位置するように凹部を形成して、この凹部に流動性を有する粒状材料を充填しておき、
地震時に前記粒状材料が前記隙間に流動して、該隙間を埋めるするようにしたことを特徴とする杭頭地盤反力の低下抑制方法にある。
【００１０】
地盤上に前記粒状材料を補充する補充機構を設けるようにしてもよい。また、前記粒状材料の外周を袋で覆うようにしてもよい。さらには、前記粒状材料と地盤との境界を剛性体で仕切るようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、地震時に水平力によって杭頭部と地盤との間に隙間が形成される現象が生じても、その隙間は予め杭頭部周囲に配置した粒状材料によって即座に埋められるので、隙間の発生を抑えることができる。したがって、地盤反力の低下を抑制することができ、特別な地盤補強などを施すことなく、建物の供用期間の長い杭基礎を提供することができる。
【００１２】
さらに、この発明は地震に備えて予め地盤を補強・強化するものではなく、地震が発生したときにはじめて、いわばそのエネルギーを巧みに利用して地盤反力の低下抑制機能を働かせるものであるので、地震の発生如何に拘わらず予め対策を施す補強・強化方法に比べて、合理性に優れるだけでなく、施工コストも少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】実施形態の挙動を説明する図である。
【図３】複数の別の実施形態を示す断面図である。
【図４】補充機構の詳細を示す断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図６】補充機構の別の例を示す断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図８】従来のものの挙動を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施形態を示し、杭１の杭頭部２の周囲の地盤に、杭頭部２が内方に位置するように凹部３が形成されている。凹部３の平面形状は円形でも四角形でもよい。凹部３の深さは、杭直径をＤとすると、地表面付近の地盤内塑性域が砂である場合２．０Ｄ〜４．０Ｄ、粘土である場合２．５Ｄに設定される。
【００１５】
凹部３には流動性を有する粒状材料４が充填されている。粒状材料としては、砂、玉石、鉄球、プラスチック玉などを用いることができ、この場合、単独の種類とするのではなく、小径の砂から玉砂利など径が異なる数種類のものを混合し乾燥させた状態で充填することが望ましい。これにより、小径の砂などを、すり鉢状に形成される隙間の下方まで入り込ませることができる。
【００１６】
図２は、地震時における杭頭部及びその周囲に配置された粒状物４の挙動を、荷重−変位量曲線とともに示している。杭頭部２に水平力が作用して変形すると、従来例で説明したと同様に、力の作用方向に関する杭前方では、粒状材料４は上方に向かって動くのに対して、杭後方では杭の変形分、杭に向かって落ち込むように動く（同図（ａ））。
【００１７】
そして、水平力の作用方向が逆になると、杭１と凹部３の下方の地盤との間には隙間が形成される現象が生じるが、上方に向かって動いた粒状材料４が下方に流動し、隙間は即座に粒状材料４で埋められる（同図（ｂ））。その結果、杭頭部の周囲には隙間が形成されることがない（同図（ｃ））。したがって、地盤反力の低下が抑制され、荷重−変位量曲線に示されているように、所期の杭水平耐力を期待することができる。
【００１８】
図３は別の実施形態を示している。同図（ａ）は、地盤上に粒状材料４の補充機構５を設けたものである。その詳細は後述する。隙間に粒状材料が移動すると、補充機構５の粒状材料４が減少するので、減少量から隙間充填の効果があったかどうかを確認することができる。この粒状材料の減少分を補充機構５に補充する。
【００１９】
同図（ｂ）は凹部内にシート材料などからなる袋６を設置し、この袋６に粒状材料４を充填したものである。袋６は杭１が貫通する穴をもつ有底のものである。粒状材料４は袋６によって拘束されることから、地盤反力の向上を期待することができる。また、袋６を防水性のものとすることにより、粒状材料４の乾燥状態を保持し、流動性を損なわないようにすることができる。
【００２０】
同図（ｃ）は粒状材料４と地盤との境界を剛性体７で仕切ったものである。剛性体７としては、例えば鋼管などを用いることができる。粒状材料４は剛性体７によって拘束されることから、杭近傍に粒状材料４が留まり、地盤反力の向上を期待することができる。なお、図３において符号１０は杭頭部２が根入れされるパイルキャップを示している。
【００２１】
図４及び図５は図３（ａ）に示した補充機構５の詳細を示している。この例は、補充機構５をパイルキャップ１０内に埋め込んだものである。補充機構５は、複数（図示の例では４つ）の供給管１２からなっている。供給管１２は基礎梁１４の配筋と干渉しないように、パイルキャップ１０の四隅に鉛直向きに設けられている。これらの供給管１２の内部に粒状材料４ａが充填されている。供給管１２の下端は地盤中に設置した粒状材料４の上面に開口し、したがって供給管１２内の粒状材料４ａは粒状材料４と連続している。
【００２２】
図６及び図７は、補充機構５の別の例を示している。この例も補充機構５は複数（図示の例では４つ）の供給管１２を有しているが、供給管１２はパイルキャップ１０の外部に設けられている。供給管１２の下端には連通管１５の一端が接続され、この連通管１５はパイルキャップ１０内に埋め込まれている。そして、連通管１５の他端は地盤に設置した粒状材料４の上面であって杭頭部２の外周近傍に開口している。これら２つの補充機構５の例の作用効果は上述したとおりである。
【符号の説明】
【００２３】
１ 杭
２ 杭頭部
３ 凹部
４ 粒状材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震時に杭頭部に作用する水平力によって杭頭部周囲に隙間が生じ、地盤反力が低下するのを抑制する方法であって、
杭頭部周囲の地盤に該杭頭部が内方に位置するように凹部を形成して、この凹部に流動性を有する粒状材料を充填しておき、
地震時に前記粒状材料が前記隙間に流動して、該隙間を埋めるするようにしたことを特徴とする杭頭地盤反力の低下抑制方法。
【請求項２】
地盤上に前記粒状材料を補充する補充機構を設けることを特徴とする請求項１記載の杭頭地盤反力の低下抑制方法。
【請求項３】
前記粒状材料の外周を袋で覆うことを特徴とする請求項１又は２記載の杭頭地盤反力の低下抑制方法。
【請求項４】
前記粒状材料と地盤との境界を剛性体で仕切ることを特徴とする請求項１又は２記載の杭頭地盤反力の低下抑制方法。
【請求項１】
地震時に杭頭部に作用する水平力によって杭頭部周囲に隙間が生じ、地盤反力が低下するのを抑制する方法であって、
杭頭部周囲の地盤に該杭頭部が内方に位置するように凹部を形成して、この凹部に流動性を有する粒状材料を充填しておき、
地震時に前記粒状材料が前記隙間に流動して、該隙間を埋めるするようにしたことを特徴とする杭頭地盤反力の低下抑制方法。
【請求項２】
地盤上に前記粒状材料を補充する補充機構を設けることを特徴とする請求項１記載の杭頭地盤反力の低下抑制方法。
【請求項３】
前記粒状材料の外周を袋で覆うことを特徴とする請求項１又は２記載の杭頭地盤反力の低下抑制方法。
【請求項４】
前記粒状材料と地盤との境界を剛性体で仕切ることを特徴とする請求項１又は２記載の杭頭地盤反力の低下抑制方法。
【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２０１３−４４１６５（Ｐ２０１３−４４１６５Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２６６２（Ｐ２０１１−１８２６６２）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（５０５４０８６８６）ジャパンパイル株式会社 (67)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（５０５４０８６８６）ジャパンパイル株式会社 (67)
【Ｆターム（参考）】
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