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WO2020218093A1 - 杭基礎及び杭基礎の施工方法 - Google Patents

杭基礎及び杭基礎の施工方法 Download PDF

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WO2020218093A1
WO2020218093A1 PCT/JP2020/016468 JP2020016468W WO2020218093A1 WO 2020218093 A1 WO2020218093 A1 WO 2020218093A1 JP 2020016468 W JP2020016468 W JP 2020016468W WO 2020218093 A1 WO2020218093 A1 WO 2020218093A1
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WO
WIPO (PCT)
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pile
ground
peripheral surface
inner peripheral
pile foundation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2020/016468
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English (en)
French (fr)
Inventor
田邉　成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electric Power Services Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Electric Power Services Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electric Power Services Co Ltd filed Critical Tokyo Electric Power Services Co Ltd
Priority to US17/605,157 priority Critical patent/US20220205210A1/en
Publication of WO2020218093A1 publication Critical patent/WO2020218093A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
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    • E02D5/54—Piles with prefabricated supports or anchoring parts; Anchoring piles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/02—Placing by driving

Definitions

  • This disclosure relates to pile foundations and construction methods for pile foundations.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-293938 discloses a structure in which a wind power generator is constructed on a hollow monopile foundation.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-161224 discloses a foundation pile in which the end face area at the lower end of the steel pipe is increased by sandwiching cylindrical concrete on the inner peripheral surface at the lower end of the steel pipe pile.
  • the purpose of this disclosure is to obtain pile foundations and pile foundation construction methods that can increase the bearing capacity of piles while ensuring work efficiency.
  • the pile foundation according to the first aspect extends along the vertical direction to support the tower-like structure, and the pile head protrudes above the ground and the lower end is open, and the pile is the ground. It has a ground improvement body provided in the pile in a state of being driven into the pile, and at least a part of the pile is in close contact with the inner peripheral surface of the pile.
  • a ground improvement body is provided in the pile in a state where the pile is driven into the ground. Then, at least a part of this ground improvement body is in close contact with the inner peripheral surface of the pile. As a result, the frictional force on the inner peripheral surface of the pile is improved at the portion where the pile and the ground improvement body are in close contact with each other. As a result, the bearing capacity of the pile can be increased.
  • the pile can be driven into the ground by hitting.
  • the ground improvement body is provided between the inner peripheral surface of the pile and the earth and sand.
  • the construction period can be shortened as compared with the case where the entire earth and sand is used as the ground improvement body. ..
  • the pile foundation according to the third aspect is provided at a plurality of locations of the ground improvement body at intervals along the inner peripheral surface of the pile in a cross-sectional view of the pile when viewed from the axial direction. There is.
  • the construction period can be shortened as compared with the case where the ground improvement body is provided over the entire circumference along the inner peripheral surface of the pile.
  • the ground improvement body is formed only in a part of the earth and sand that has entered the inside of the pile in the axial direction.
  • the pile foundation according to the fifth aspect is provided in the entire area of the pile in the cross-sectional view of the pile when viewed from the axial direction.
  • the rigidity of the entire inside of the pile can be improved by the ground improvement body.
  • the pile foundation according to the sixth aspect is a support member that supports the ground improvement body from above on the inner peripheral surface of the pile in the vicinity of the pile head in any one of the first to fifth aspects. Is provided.
  • the pile foundation according to the sixth aspect since the ground improvement body is supported from above by the support member, the pile and the ground improvement body can be more closely adhered and integrated.
  • the pile foundation according to the seventh aspect extends along the vertical direction to support the tower-like structure, and the pile head protrudes above the ground and the lower end is open, and the pile head. It has a support member provided on the inner peripheral surface of the pile in the vicinity and supporting at least a part of the earth and sand that has entered the inside of the pile from above.
  • a support member is provided on the inner peripheral surface of the pile in the vicinity of the pile head, and at least a part of the earth and sand that has entered the inside of the pile is supported from above by this support member. ..
  • the pile foundation according to the eighth aspect is an annular flange extending radially inward from the inner peripheral surface of the pile.
  • the earth and sand in the pile can be compressed by the annular flange. Further, since the spaces above and below the flange are communicated with each other, it is possible to improve the ground by throwing chemicals or the like into the earth and sand after driving the pile.
  • the pile foundation according to the ninth aspect is a disk-shaped member that closes the lower end of the pile head.
  • the vertical force can be transmitted to the entire earth and sand in the pile by the disk-shaped member.
  • the pile foundation according to the tenth aspect is filled with a filler between the earth and sand that has entered the inside of the pile and the support member.
  • the earth and sand and the support member can be integrated by the filler.
  • a floor slab is installed on the ground in any one of the first to tenth aspects, and the floor slab is fixed to the pile head and acts on the pile. The force to do is transmitted to the ground.
  • the pile foundation according to the twelfth aspect constitutes the leg portion of the wind power generator in any one aspect of the first to eleventh aspects.
  • the overturning of the pile can be suppressed by increasing the bearing capacity of the pile. it can.
  • the method of constructing a pile foundation according to the thirteenth aspect is a step of driving a pile with an open lower end into the ground so that the pile head protrudes above the ground, and at least the above-mentioned earth and sand that has entered the inside of the pile. It has a step of improving the ground in the vicinity of the inner peripheral surface of the pile.
  • the ground improvement body and the inner peripheral surface of the pile can be brought into close contact with each other by improving the ground at least in the vicinity of the inner peripheral surface of the pile.
  • the frictional force on the inner peripheral surface of the pile is improved, and the bearing capacity of the pile can be increased.
  • driving the pile into the ground it is possible to secure the work efficiency as compared with the method of constructing the pile after cutting the ground.
  • FIG. 2A It is a schematic diagram which shows the whole view of the wind power generation apparatus to which the pile foundation which concerns on 1st Embodiment is applied. It is a vertical sectional view of the pile foundation which concerns on 1st Embodiment. It is sectional drawing which shows the state cut by the line 2B-2B of FIG. 2A. It is a vertical sectional view of the pile foundation which concerns on the modification of 1st Embodiment. It is sectional drawing which shows the state cut by the 3B-3B line of FIG. 3A. It is a vertical sectional view of the pile foundation which concerns on 2nd Embodiment. It is sectional drawing which shows the state cut by the 4B-4B line of FIG. 4A.
  • the pile foundation 10 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
  • the pile foundation 10 of the present embodiment is a foundation that supports the wind power generation device 12.
  • the wind power generator 12 includes a leg (tower) 14 as a tower-like structure extending vertically from the pile foundation 10 and a wind turbine 16 provided at the upper end of the leg 14. Has been done. Further, the wind turbine unit 16 includes a nacelle 18, a hub 20, and a blade 22.
  • the leg portion 14 of the wind power generation device 12 is formed so that the diameter gradually decreases toward the upper side, and the lower end of the leg portion 14 is connected to the pile foundation 10. Further, the nacelle 18 constituting the wind turbine portion 16 is rotatably attached to the upper end portion of the leg portion 14, and a generator and an amplifier (not shown) are housed inside the nacelle 18.
  • the nacelle 18 is connected to the hub 20 via a rotor shaft (not shown).
  • a plurality of blades 22 which are rotary blades are attached to the hub 20, and in the present embodiment, as an example, three blades 22 are attached to the peripheral surface of the hub 20.
  • the leg 14 of the wind power generator 12 configured as described above is supported by the pile foundation 10.
  • the pile foundation 10 of the present embodiment is configured to include a substantially cylindrical pile 24.
  • the pile 24 is formed of a steel pipe and extends in the vertical direction as an axial direction, and is provided substantially coaxially with the leg portion 14 of the wind power generator 12. Further, the portion of the pile 24 excluding the pile head 24A provided at the upper part is driven into the ground 26 by the striking method.
  • the pile 24 since it is applied to the pile foundation 10 of the offshore wind power generation device 12, the pile 24 is driven into the sea floor and is about 4 to 6 times the pile diameter from the ground 26 to the pile 24. It is driven to the depth of.
  • a pile 24 having a pile diameter of 5 to 9 m is used, and the pile 24 is driven to a depth of about 30 m from the ground 26.
  • the upper end and the lower end of the pile 24 are open, and by driving the pile 24 into the ground 26 by the striking method, the earth and sand S has entered the inside of the pile 24.
  • the surface of the earth and sand S in the pile 24 is located below the surface of the ground 26.
  • a ground improvement body 28 is provided in the pile 24.
  • the ground improvement body 28 is provided so that at least a part thereof is in close contact with the inner peripheral surface 24B of the pile 24, and the ground improvement body 28 of the present embodiment is inside the pile 24. It is provided between the peripheral surface 24B and the earth and sand S.
  • pile foundation construction method Next, an example of the construction method of the pile foundation 10 of the present embodiment will be described.
  • the pile 24 is driven into the ground 26 to a predetermined depth by the striking method.
  • the pile 24 is driven so that the pile head 24A protrudes above the ground 26. If the striking method is adopted in this way, the pile 24 can be constructed (drived) not only in the earth and sand ground or the relatively loose gravel ground but also in the soft rock.
  • the earth and sand S in the vicinity of the inner peripheral surface 24B of the pile 24 is improved.
  • a plurality of injection holes are formed in the inner peripheral surface 24B of the pile 24 or inside the pile 24 in the axial direction of the steel pipe, and an improved material such as a chemical or cement fine particles is piled up in these injection holes. It is thrown in from the upper part of 24, and the ground improvement body 28 is formed by infiltration injection.
  • a boring hole is excavated from the upper part of the pile 24, and a ground improving material such as cement is introduced by a stirring blade or jet injection to form the ground improving body 28. In this way, the pile foundation 10 is constructed.
  • the ground improvement body 28 is in close contact with the inner peripheral surface 24B of the pile 24.
  • the frictional force of the inner peripheral surface 24B of the pile 24 is improved at the portion where the pile 24 and the ground improvement body 28 are in close contact with each other.
  • the bearing capacity of the pile 24 can be increased.
  • FIG. 10A shows a small-diameter pile 100.
  • the diameter of the pile 100 is, for example, 1 m.
  • a pressure bulb with a band load is formed by obtaining the tip closing effect.
  • the area T around the pile 100 is earth and sand disturbed by the impact of the pile 100. In this way, the apparent cross-sectional area of the pile 100 is increased, so that the bearing capacity of the pile 100 is increased.
  • FIG. 10B shows a large-diameter pile 102.
  • the diameter of the pile 102 is, for example, 5 to 9 m.
  • the width at which the earth and sand in the region T around the pile 102 is disturbed mainly depends on the ground. Since the earth and sand at the center of the pile 102 in the radial direction is far from the peripheral surface of the pile 102, it is not disturbed. Therefore, a pressure bulb with a linear load is formed, and an increase in bearing capacity due to the tip closing effect cannot be expected as compared with the small-diameter pile 100.
  • the tip closing effect cannot be exerted beyond the frictional force of the inner peripheral surface of the pile 102, and this tip closing effect is applied to the frictional force of the inner peripheral surface of the pile 102. It is considered to be almost equal.
  • the frictional force per unit area of the inner peripheral surface of the pile 102 tau, the radius r in the inner peripheral surface of the pile 102, the height of the sediment entering the pile 102 is h
  • the total frictional force F It is calculated as in the following formula (1).
  • the leading end supporting force of the sediment in the inner peripheral surface of the pile 102 is P, when the supporting force per unit area and p in, the relationship between P and p in the made following equation (2).
  • the supporting force p in per unit area in the inner circumferential surface of the pile 102 is seen to be inversely proportional to the radius r in the inner peripheral surface of the pile 102. That is, the larger the diameter of the pile 102, the smaller the bearing capacity of the tip.
  • the bearing capacity can be increased without increasing the thickness of the pile 24 itself, the pile 24 can be driven into the ground 26 by hitting. That is, it is not necessary to cut the ground 26 and then construct the pile. As a result, the bearing capacity of the pile 24 can be increased while ensuring work efficiency.
  • the compact pile 24 can be used by adopting a configuration in which the bearing capacity is increased by the ground improvement body 28 as in the present embodiment, and it can be used for transportation. The specifications of the ship can be reduced. As a result, the cost of construction can be reduced.
  • the construction period is shortened as compared with the case where the entire earth and sand S is used as the ground improvement body. be able to.
  • the ground improvement body 28 is provided on the inner peripheral surface 24B of the pile 24 over the entire circumference, but the present invention is not limited to this.
  • the configuration of the modified example shown in FIG. 3 may be adopted.
  • a ground improvement body 28 is provided in the pile 24 in a state where the pile 24 is driven into the ground 26.
  • the ground improvement body 28 is provided between the inner peripheral surface 24B of the pile 24 and the earth and sand S.
  • the ground improvement bodies 31 are provided at a plurality of locations at intervals along the inner peripheral surface 24B of the pile 24 in a cross-sectional view of the pile 24 as viewed from the axial direction.
  • the ground improved body 31 is provided on the inner peripheral surface 24B.
  • Ground improvement bodies 31 are provided at five locations at intervals along the line.
  • the frictional force can be increased at the portion where the ground improvement body 31 and the inner peripheral surface 24B of the pile 24 are in close contact with each other. Further, by providing the ground improvement bodies 31 at a plurality of locations at intervals along the inner peripheral surface 24B of the pile 24, the ground improvement bodies are provided over the entire circumference along the inner peripheral surface 24B of the pile 24. Compared with the case, the construction period can be shortened.
  • the piles 24 constituting the pile foundation 32 of the present embodiment are configured in the same manner as in the first embodiment.
  • the portion of the pile 24 excluding the pile head 24A is driven into the ground 26 by the striking method.
  • a ground improvement body 33 is provided inside the pile 24.
  • the ground improvement body 33 is provided so that at least a part thereof is in close contact with the inner peripheral surface 24B of the pile 24, and the ground improvement body 33 of the present embodiment is a pile in a cross-sectional view of the pile 24 as viewed from the axial direction. It is provided in the entire area of 24.
  • the inner peripheral surface 24B of the pile 24 is provided with a flange 34 as a support member that partitions the internal space of the pile 24 vertically and supports the ground improvement body 33 from above.
  • the flange 34 is made of metal and is arranged in the vicinity of the pile head 24A, and is joined (fixed) to the inner peripheral surface 24B of the pile 24 by welding or the like.
  • the flange 34 extends radially inward from the inner peripheral surface 24B of the pile 24 and is formed in an annular shape. As shown in FIG. 4B, a substantially circular opening is formed in the radial center portion of the flange 34. 34A is formed. Therefore, the ground improvement body 33 is exposed to the pile head 24A side through the opening 34A.
  • the flange 34 is joined to the inner peripheral surface 24B of the pile 24. Then, the pile 24 provided with the flange 34 is driven into the ground 26 to a predetermined depth by a striking method. At this time, the pile head 24A is projected above the ground 26.
  • the ground improvement body 33 is formed by improving the ground of the entire earth and sand that has entered the inside of the pile 24. In this way, the pile foundation 10 is constructed.
  • the rigidity of the entire inside of the pile 24 can be improved by the ground improvement body 33 provided in the entire area inside the pile 24. Further, since the ground improvement body 33 is supported from above by the flange 34, the pile 24 and the ground improvement body 33 can be brought into close contact with each other and integrated.
  • the flange 34 is formed in an annular shape, the earth and sand in the pile 24 can be compressed by the flange 34. Further, since the spaces above and below the flange 34 are communicated with each other, it is possible to improve the ground by throwing chemicals or the like into the earth and sand after driving the pile 24. Other actions are the same as in the first embodiment.
  • the piles 24 constituting the pile foundation 40 of the present embodiment are configured in the same manner as in the first embodiment.
  • the portion of the pile 24 excluding the pile head 24A is driven into the ground 26 by the striking method.
  • a ground improvement body 28 is provided in the pile 24.
  • the ground improvement body 28 is provided between the inner peripheral surface 24B of the pile 24 and the earth and sand S.
  • the floor slab 42 is provided on the pile head 24A of the pile 24, and the floor slab 42 is configured to include the base 42A and the triangular plate 42B.
  • the base 42A is formed with the axial direction (vertical direction) of the pile 24 as the thickness direction, and is installed on the ground 26. Further, as shown in FIG. 5B, the base 42A is formed in a substantially circular shape concentric with the pile 24 in a plan view.
  • the base 42A is made of steel and is fixed to the peripheral surface of the pile head 24A.
  • a method of fixing the base 42A to the pile head 24A a method of mechanically fastening with bolts, nuts or the like may be adopted in addition to welding.
  • a plurality of triangular plates 42B are provided on the upper surface side of the base 42A. Eight triangular plates 42B are provided at equal intervals along the circumferential direction of the pile 24. Further, as shown in FIG. 5A, each of the triangular plates 42B is formed in a substantially triangular shape so that the direction along the pile 24 and the direction along the base 42A are linear portions.
  • the lower end surface of the triangular plate 42B extends in the radial direction of the pile 24 along the base 42A and is fixed to the upper surface of the base 42A. Further, the side surface of the triangular plate 42B located on the center side of the pile 24 extends in the vertical direction along the pile head 24A and is fixed to the pile head 24A.
  • a method of fixing the triangular plate 42B to the base 42A and the pile head 24A a method of mechanically fastening with bolts and nuts may be adopted in addition to welding as in the base 42A.
  • the floor slab 42 is installed on the ground 26 and is fixed to the pile head 24A. Therefore, the external force acting on the pile 24 is configured to be transmitted to the ground 26 via the floor slab 42.
  • the pile foundation 40 of the present embodiment even when an external force in the direction in which the pile 24 falls is input, at least a part of this external force can be transmitted to the ground 26 via the floor slab 42, and the horizontal force can be transmitted. It is possible to secure the resistance force of the pile 24 against the pile 24.
  • the floor slab 42 can suppress scouring of the seabed. Other actions are the same as in the first embodiment.
  • the pile foundation 50 of the present embodiment is attached with the floor slab 42 described in the third embodiment to the configuration of the second embodiment.
  • a ground improvement body 33 is provided inside the pile 24, and the ground improvement body 33 is provided in the entire area inside the pile 24 in a cross-sectional view of the pile 24 as viewed from the axial direction.
  • a flange 34 is provided on the inner peripheral surface 24B of the pile 24.
  • the flange 34 is arranged in the vicinity of the pile head 24A and is joined to the inner peripheral surface 24B of the pile 24 by welding or the like.
  • a floor slab 42 is provided on the pile head 24A of the pile 24, and the base 42A and the triangular plate 42B constituting the floor slab 42 are fixed to the pile head 24A.
  • the piles 24 constituting the pile foundation 70 of the present embodiment are configured in the same manner as in the first embodiment.
  • the portion of the pile 24 excluding the pile head 24A is driven into the ground 26 by the striking method.
  • the inner peripheral surface 24B of the pile 24 is provided with a disk-shaped member 62 as a support member that partitions the internal space of the pile 24 up and down and supports the earth and sand S from above.
  • the disk-shaped member 62 is arranged in the vicinity of the pile head 24A, and the peripheral edge portion of the disk-shaped member 62 is joined (fixed) to the inner peripheral surface 24B of the pile 24 by welding or the like.
  • a filler 64 is filled between the earth and sand S that has entered the inside of the pile 24 and the disk-shaped member 62.
  • the filler 64 for example, mortar, concrete, fiber reinforced concrete, gypsum, grout, fiber reinforced resin and the like can be used. Then, the earth and sand S and the disk-shaped member 62 are integrated by the filler 64.
  • a disk-shaped member 62 is provided on the inner peripheral surface of the pile in the vicinity of the pile head 24A, and the earth and sand S that has entered the inside of the pile 24 is supported from above by the disk-shaped member 62. Has been done.
  • the disc-shaped member 62 can transmit the vertical force to the entire earth and sand S in the pile 24, so that the bearing capacity of the pile 24 can be increased.
  • the earth and sand S and the disk-shaped member 62 are integrated by the filler 64.
  • the bearing capacity of the pile 24 can be increased without improving the ground of the earth and sand S in the pile 24, as compared with the configuration in which the filler 64 is not provided.
  • the first to fifth embodiments and modifications have been described above, but it goes without saying that they can be implemented in various modes without departing from the gist of the present disclosure.
  • a configuration in which the above embodiments are combined may be adopted. That is, the flange 34 of the second embodiment shown in FIGS. 4A and 4B may be fixed to the pile foundation 10 of the first embodiment shown in FIGS. 2A and 2B. Further, the filler 64 of the fifth embodiment shown in FIG. 7A may be provided between the flange 34 of the second embodiment and the ground improvement body 33.
  • the metal flange 34 is provided on the inner peripheral surface 24B of the pile 24, but the present invention is not limited to this.
  • a flange made of concrete may be provided.
  • the flange may be driven after the pile 24 is driven into the ground 26.
  • a filler such as grout may be filled between the flange and the earth and sand or the ground improvement body.
  • the pile 24 is formed of a steel pipe, but the material of the pile 24 is not particularly limited, and the pile may be formed of another material.
  • a wooden wooden stake or a concrete concrete stake may be used.
  • the pile foundation that supports the leg portion 14 of the wind power generator 12 as a tower-shaped structure has been described, but the present invention is not limited to this. That is, it may be applied to a pile foundation that supports other tower-like structures, or may be applied to a pile foundation that supports a tower-like structure such as a steel tower. In this case, a plurality of piles may be driven into the ground to support a tower-like structure such as a steel tower.
  • the ground improvement body 28 is formed in the entire axial direction with respect to the earth and sand S that has entered the inside of the pile 24, but the present invention is not limited to this.
  • the configurations shown in FIGS. 8 and 9 may be adopted.
  • the ground improvement body 28 is provided in the pile 24 in a state where the pile 24 is driven into the ground 26.
  • the ground improvement body 28 is formed only in a part of the earth and sand S that has entered the inside of the pile 24 in the axial direction.
  • the ground improvement body 28 is provided between the inner peripheral surface 24B of the pile 24 and the earth and sand S.
  • a ground improvement body 31 is provided in the pile 24, and the ground improvement body 31 is a part of the earth and sand S that has entered the inside of the pile 24 in the axial direction. Is formed only.
  • the ground improvement bodies 31 are provided at a plurality of locations at intervals along the inner peripheral surface 24B of the pile 24 in a cross-sectional view of the pile 24 when viewed from the axial direction. In the modified example, the ground improvement bodies 31 are provided at five places at intervals along the inner peripheral surface 24B.

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Abstract

杭基礎（１０）は、鉛直方向に沿って延在されて塔状構造物を支持すると共に、杭頭（２４Ａ）が地盤（２６）よりも上方に突出され、下端が開放された杭（２４）と、杭（２４）が地盤（２６）に打ち込まれた状態において、杭（２４）内に設けられ、少なくとも一部が杭（２４）の内周面（２４Ｂ）と密着された地盤改良体（２８）と、を有する。

Description

杭基礎及び杭基礎の施工方法
　本開示は、杭基礎及び杭基礎の施工方法に関する。
　特開２００３－２９３９３８号公報には、中空のモノパイル基礎上に風力発電装置が施工された構造が開示されている。一方、特開昭５７－１６１２２４号公報には、鋼管杭の下端における内周面に円筒状のコンクリートを挟持させることで、鋼管の下端における端面面積を増大させた基礎杭が開示されている。
　ところで、モノパイル基礎などの杭基礎の施工方法として、打撃によって地盤に杭を直接打ち込む工法が知られている。杭を地中に打ち込むことで、先端閉塞効果によって支持力を増大させることができ、かつ、短期間で施工することができる。しかしながら、杭の口径が大口径になると先端閉塞効果を十分に得ることができず、大きな支持力が得られない。一方、特開昭５７－１６１２２４号公報のように杭の下端の端面面積を増大させた場合、地盤に杭が打ち込み難くなり作業効率が低下する。
　本開示は上記事実を考慮し、作業効率を確保しつつ、杭の支持力を増大させることができる杭基礎及び杭基礎の施工方法を得ることを目的とする。
　第１態様に係る杭基礎は、鉛直方向に沿って延在されて塔状構造物を支持すると共に、杭頭が地盤よりも上方に突出され、下端が開放された杭と、前記杭が地盤に打ち込まれた状態において、前記杭内に設けられ、少なくとも一部が前記杭の内周面と密着された地盤改良体と、を有する。
　第１態様に係る杭基礎では、杭が地盤に打ち込まれた状態において、杭内に地盤改良体が設けられている。そして、この地盤改良体の少なくとも一部が杭の内周面と密着されている。これにより、杭と地盤改良体とが密着している部分で杭の内周面の摩擦力が向上される。この結果、杭の支持力を増大させることができる。
　また、杭自体の厚みを厚くすることなく支持力を増大させることができるため、打撃によって杭を地盤へ打ち込むことができる。
　第２態様に係る杭基礎は、第１態様において、前記杭内には土砂が侵入しており、前記地盤改良体は、前記杭の内周面と土砂との間に設けられている。
　第２態様に係る杭基礎では、杭の内周面と土砂との間に地盤改良体を設けることにより、土砂の全体を地盤改良体とする場合と比較して、工期を短縮させることができる。
　第３態様に係る杭基礎は、第２態様において、前記地盤改良体は、前記杭を軸方向から見た断面視で前記杭の内周面に沿って間隔をあけて複数カ所に設けられている。
　第３態様に係る杭基礎では、杭の内周面に沿って全周に亘って地盤改良体を設けた場合と比較して、工期を短縮させることができる。
　第４態様に係る杭基礎は、第２態様又は第３態様において、前記地盤改良体は、前記杭の内部に入り込んだ土砂のうち、軸方向の一部のみに形成されている。
　第５態様に係る杭基礎は、第１態様において、前記地盤改良体は、前記杭を軸方向から見た断面視で前記杭内の全域に設けられている。
　第５態様に係る杭基礎では、地盤改良体によって杭の内部全体の剛性を向上させることができる。
　第６態様に係る杭基礎は、第１態様～第５態様の何れか１の態様において、前記杭頭の近傍における前記杭の内周面には、前記地盤改良体を上方から支持する支持部材が設けられている。
　第６態様に係る杭基礎では、支持部材によって地盤改良体が上方から支持されるため、杭と地盤改良体とをより密着させて一体化させることができる。
　第７態様に係る杭基礎は、鉛直方向に沿って延在されて塔状構造物を支持すると共に、杭頭が地盤よりも上方に突出され、下端が開放された杭と、前記杭頭の近傍における前記杭の内周面に設けられ、前記杭の内部に入り込んだ土砂の少なくとも一部を上方から支持する支持部材と、を有する。
　第７態様に係る杭基礎では、杭頭の近傍における杭の内周面に支持部材が設けられており、この支持部材によって杭の内部に入り込んだ土砂の少なくとも一部が上方から支持されている。このように支持部材を設けることで、杭を地盤に打ち込んだときに杭内の土砂を支持部材によって圧縮させることができ、先端閉塞効果を得ることができる。
　第８態様に係る杭基礎は、第７態様において、前記支持部材は、前記杭の内周面から径方向内側へ延出された環状のフランジである。
　第８態様に係る杭基礎では、環状のフランジによって杭内の土砂を圧縮させることができる。また、フランジの上下の空間が連通されているので、杭を打ち込んだ後に薬剤などを土砂へ投入して地盤改良を行うことができる。
　第９態様に係る杭基礎は、第７態様において、前記支持部材は、前記杭頭の下端部を閉塞させる円盤状部材である。
　第９態様に係る杭基礎では、円盤状部材によって杭内の土砂全体に鉛直力を伝達させることができる。
　第１０態様に係る杭基礎は、第７態様～第９態様の何れか１の態様において、前記杭の内部に入り込んだ土砂と前記支持部材との間に充填材が充填されている。
　第１０態様に係る杭基礎では、充填材によって土砂と支持部材とを一体化させることができる。
　第１１態様に係る杭基礎は、第１態様～第１０態様の何れか１の態様において、地盤上に床版が設置されており、前記床版が前記杭頭に固定されて前記杭に作用する力を地盤へ伝達させる。
　第１１態様に係る杭基礎では、杭が倒れる方向の外力が入力された場合であっても、この外力の少なくとも一部を床版を介して地盤へ伝達させることができ、水平力に対する杭の抵抗力を確保することができる。
　第１２態様に係る杭基礎は、第１態様～第１１態様の何れか１の態様において、前記塔状構造物は、風力発電装置の脚部を構成している。
　第１２態様に係る杭基礎では、風力発電装置などの重量物によって杭に転倒する方向のモーメントが作用した場合であっても、杭の支持力を増大させることで杭の転倒を抑制することができる。
　第１３態様に係る杭基礎の施工方法は、下端が開放された杭を杭頭が地盤よりも上方に突出するように地盤に打ち込む工程と、前記杭の内部に入り込んだ土砂のうち、少なくとも前記杭の内周面の近傍の土砂を地盤改良させる工程と、を有する。
　第１３態様に係る杭基礎の施工方法では、少なくとも杭の内周面の近傍の土砂を地盤改良させることにより、この地盤改良体と杭の内周面とを密着させることができる。これにより、杭の内周面の摩擦力が向上され、杭の支持力を増大させることができる。また、杭を地盤へ打ち込むことで、地盤を切削してから杭を施工する方法と比較して、作業効率を確保することができる。
　以上説明したように、本開示に係る杭基礎及び杭基礎の施工方法によれば、作業効率を確保しつつ、杭の支持力を増大させることができる。
第１実施形態に係る杭基礎が適用された風力発電装置の全体図を示す模式図である。 第１実施形態に係る杭基礎の立断面図である。 図２Ａの２Ｂ－２Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。 第１実施形態の変形例に係る杭基礎の立断面図である。 図３Ａの３Ｂ－３Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。 第２実施形態に係る杭基礎の立断面図である。 図４Ａの４Ｂ－４Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。 第３実施形態に係る杭基礎の立断面図である。 図５Ａの５Ｂ－５Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。 第４実施形態に係る杭基礎の立断面図である。 図６Ａの６Ｂ－６Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。 第５実施形態に係る杭基礎の立断面図である。 図７Ａの７Ｂ－７Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。 第１実施形態の他の例に係る杭基礎の立断面図である。 図８Ａの８Ｂ－８Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。 第１実施形態の他の例に係る杭基礎の立断面図である。 図９Ａの９Ｂ－９Ｂ線で切断した状態を示す断面図である。 杭の先端における圧力球根を示す模式図であり、小径の杭における圧力球根が示されている。 杭の先端における圧力球根を示す模式図であり、大径の杭における圧力球根が示されている。
＜第１実施形態＞
　第１実施形態に係る杭基礎１０について、図面を参照して説明する。図１に示されるように、本実施形態の杭基礎１０は、風力発電装置１２を支持する基礎とされている。
　風力発電装置１２は、杭基礎１０から鉛直方向に延在された塔状構造物としての脚部（タワー）１４と、この脚部１４の上端部に設けられた風車部１６とを含んで構成されている。また、風車部１６は、ナセル１８、ハブ２０及びブレード２２を含んで構成されている。
　風力発電装置１２の脚部１４は、上方へ向かうにつれて徐々に小径となるように形成されており、この脚部１４の下端が杭基礎１０に連結されている。また、風車部１６を構成するナセル１８は、脚部１４の上端部に回動自在に取り付けられており、このナセル１８の内部には、図示しない発電機や増幅器が収容されている。
　ナセル１８は、図示しないロータ軸を介してハブ２０と連結されている。そして、ハブ２０には複数の回転翼であるブレード２２が取り付けられており、本実施形態では一例として３枚のブレード２２がハブ２０の周面に取り付けられている。
　以上のように構成された風力発電装置１２の脚部１４が杭基礎１０に支持されている。ここで、本実施形態の杭基礎１０は、略円筒状の杭２４を含んで構成されている。
　杭２４は、鋼管で形成されて鉛直方向を軸方向として延在されており、風力発電装置１２の脚部１４と略同軸上に設けられている。また、杭２４は、上部に設けられた杭頭２４Ａを除いた部分が打撃工法によって地盤２６に打ち込まれている。ここで、本実施形態では、洋上の風力発電装置１２の杭基礎１０に適用しているため、杭２４は、海底に打ち込まれており、地盤２６から杭２４の杭径の４～６倍程度の深さまで打ち込まれる。本実施形態では一例として、杭径が５～９ｍの杭２４を用いており、地盤２６から３０ｍ程度の深さまで打ち込まれている。
　図２Ａに示されるように、杭２４は、上端及び下端が開放されており、杭２４を打撃工法によって地盤２６に打ち込むことで、杭２４の内部に土砂Ｓが入り込んでいる。なお、杭２４を地盤２６に打ち込むことで、杭２４内の土砂Ｓの表面が地盤２６の表面よりも下方に位置している。
　ここで、杭２４が地盤２６に打ち込まれた状態において、杭２４内には地盤改良体２８が設けられている。図２Ｂに示されるように、地盤改良体２８は、少なくとも一部が杭２４の内周面２４Ｂと密着されるように設けられており、本実施形態の地盤改良体２８は、杭２４の内周面２４Ｂと土砂Ｓとの間に設けられている。
（杭基礎の施工方法）
　次に、本実施形態の杭基礎１０の施工方法の一例について説明する。初めに、打撃工法により杭２４を地盤２６に所定の深さまで打ち込む。このとき、杭頭２４Ａが地盤２６よりも上方に突出するように杭２４を打ち込む。このように打撃工法を採用すれば、地盤２６が土砂地盤や比較的緩い礫地盤に限らず、軟岩であっても杭２４を施工する（打ち込む）ことができる。
　続いて、杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓのうち、杭２４の内周面２４Ｂの近傍の土砂Ｓを地盤改良させる。具体的には、杭２４の内周面２４Ｂ又は杭２４の内部に、鋼管の軸方向に複数の注入孔を形成し、これらの注入孔に対して、薬剤又はセメント微粒子などの改良材を杭２４の上部より投入し、浸透注入によって地盤改良体２８を形成させる。他の方法として、杭２４の上部からボーリング孔を掘削し、攪拌翼やジェット噴射などによってセメント等の地盤改良材を投入することで地盤改良体２８を形成させる。このようにして杭基礎１０が施工される。
　（作用）
　次に、本実施形態の作用を説明する。
　本実施形態の杭基礎１０では、地盤改良体２８の少なくとも一部が杭２４の内周面２４Ｂと密着されている。これにより、杭２４と地盤改良体２８とが密着している部分で杭２４の内周面２４Ｂの摩擦力が向上される。この結果、杭２４の支持力を増大させることができる。
　特に、杭２４の口径が大口径になると先端閉塞効果を十分に得ることができず、大きな支持力が得られないが、本実施形態の構造により、大きな支持力を得ることができる。この作用について図１０に示される杭のモデル図を参照して説明する。
　図１０Ａには、小口径の杭１００が図示されている。この杭１００の径は、例えば、直径が１ｍとされている。この杭１００を打撃工法により地盤２６へ打ち込んだ場合、先端閉塞効果を得ることで帯荷重の圧力球根が形成される。なお、杭１００の周囲の領域Ｔは、杭１００の打撃によって攪乱された土砂である。このようにして、見かけ上の杭１００の断面積が大きくなることで、杭１００の支持力が増大される。
　一方、図１０Ｂには、大口径の杭１０２が図示されている。この杭１０２の径は、例えば、直径が５～９ｍとされている。この杭１０２を打撃工法により地盤２６へ打ち込んだ場合、杭１０２の周囲の領域Ｔの土砂が攪乱される幅は、主に地盤に依存する。そして、杭１０２の径方向中心部分の土砂は、杭１０２の周面から遠くなるため、攪乱されない。このため、線荷重の圧力球根が形成されることとなり、小口径の杭１００と比較して先端閉塞効果による支持力の増大が期待できない。
　以上のように、図１０Ｂのようなモデルでは杭１０２の内周面の摩擦力を超えて先端閉塞効果を発揮することができず、この先端閉塞効果が杭１０２の内周面の摩擦力にほぼ等しくなると考えられる。ここで、杭１０２の内周面の単位面積当たりの摩擦力をτ、杭１０２の内周面の半径をｒｉｎ、杭１０２に侵入する土砂の高さをｈとすると、全摩擦力Ｆは以下の数式（１）のように算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
・・・・（１）
　一方、杭１０２の内周面における土砂の先端支持力をＰとし、単位面積当たりの支持力をｐｉｎとすると、Ｐとｐｉｎとの関係は以下の数式（２）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
・・・・（２）
　上述したように、先端閉塞効果が杭１０２の内周面の摩擦力に等しい場合、先端支持力Ｐと全摩擦力Ｆとが等しくなるため、以下の数式（３）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
・・・・（３）
　数式（３）から以下の数式（４）が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
・・・・（４）
　以上の数式（４）を見ると、杭１０２の内周面における単位面積当たりの支持力ｐｉｎは、杭１０２の内周面の半径ｒｉｎに反比例することが分かる。すなわち、杭１０２が大口径になるほど先端の支持力が小さくなる。
　一方、数式（４）によれば、摩擦力τを大きることで、杭１０２が大口径であっても先端の支持力を確保することができることが分かる。ここで、本実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、地盤改良体２８と杭２４の内周面２４Ｂとを密着させることで、杭２４の内周面２４Ｂの摩擦力を大きくしている。これにより、大口径の杭２４を用いた場合であっても杭２４の支持力を増大させることができる。
　また、本実施形態では、杭２４自体の厚みを厚くすることなく支持力を増大させることができるため、打撃によって杭２４を地盤２６へ打ち込むことができる。すなわち、地盤２６を切削してから杭を施工する必要がない。この結果、作業効率を確保しつつ、杭２４の支持力を増大させることができる。特に、洋上で杭基礎１０を施工する場合には、本実施形態のように地盤改良体２８によって支持力を増大させる構成を採用することにより、コンパクトな杭２４を用いることができ、運搬用の船舶をスペックダウンさせることができる。この結果、施工に係るコストを削減することができる。
　さらに、本実施形態では、杭２４の内周面２４Ｂと土砂Ｓとの間に地盤改良体２８を設けることにより、土砂Ｓの全体を地盤改良体とする場合と比較して、工期を短縮させることができる。
　なお、本実施形態では、図２Ｂに示されるように、杭２４の内周面２４Ｂに全周に亘って地盤改良体２８が設けられているが、これに限定されない。例えば、図３に示される変形例の構成を採用してもよい。
（変形例）
　図３Ａに示されるように、本変形例の杭基礎３０を構成する杭２４は、実施形態と同様に上部に設けられた杭頭２４Ａを除いた部分が打撃工法によって地盤２６に打ち込まれている。
　ここで、図３Ｂに示されるように、杭２４が地盤２６に打ち込まれた状態において、杭２４内には地盤改良体２８が設けられている。地盤改良体２８は、杭２４の内周面２４Ｂと土砂Ｓとの間に設けられている。また、地盤改良体３１は、杭２４を軸方向から見た断面視で杭２４の内周面２４Ｂに沿って間隔をあけて複数カ所に設けられており、本変形例では内周面２４Ｂに沿って間隔をあけて五ケ所に地盤改良体３１が設けられている。
　以上のように、本変形例では、地盤改良体３１と杭２４の内周面２４Ｂとが密着している部分で摩擦力を大きくさせることができる。また、杭２４の内周面２４Ｂに沿って間隔をあけて複数カ所に地盤改良体３１を設けたことにより、杭２４の内周面２４Ｂに沿って全周に亘って地盤改良体を設けた場合と比較して、工期を短縮させることができる。
＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態に係る杭基礎３２について、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
　図４Ａに示されるように、本実施形態の杭基礎３２を構成する杭２４は、第１実施形態と同様に構成されている。そして、杭２４は、杭頭２４Ａを除いた部分が打撃工法によって地盤２６に打ち込まれている。
　ここで、杭２４の内部には地盤改良体３３が設けられている。地盤改良体３３は、少なくとも一部が杭２４の内周面２４Ｂと密着されるように設けられており、本実施形態の地盤改良体３３は、杭２４を軸方向から見た断面視で杭２４内の全域に設けられている。
　また、杭２４の内周面２４Ｂには、杭２４の内部空間を上下に仕切ると共に地盤改良体３３を上方から支持する支持部材としてのフランジ３４が設けられている。フランジ３４は、金属製で杭頭２４Ａの近傍に配置されており、溶接などによって杭２４の内周面２４Ｂに接合（固定）されている。
　また、フランジ３４は、杭２４の内周面２４Ｂから径方向内側へ延出されて環状に形成されており、図４Ｂに示されるように、フランジ３４の径方向中央部分には略円形の開口３４Ａが形成されている。このため、開口３４Ａを通じて地盤改良体３３が杭頭２４Ａ側へ露出された構成となっている。
　ここで、本実施形態の杭基礎３２の施工方法の一例について説明する。初めに、杭２４の内周面２４Ｂにフランジ３４を接合する。そして、フランジ３４を備えた杭２４を打撃工法によって地盤２６に所定の深さまで打ち込む。このとき、杭頭２４Ａを地盤２６よりも上方に突出させる。
　続いて、杭２４の内部に入り込んだ土砂全体を地盤改良することで地盤改良体３３を形成される。このようにして杭基礎１０が施工される。
　（作用）
　次に、本実施形態の作用を説明する。
　本実施形態の杭基礎３２では、杭２４内の全域に設けられた地盤改良体３３によって杭２４の内部全体の剛性を向上させることができる。また、フランジ３４によって地盤改良体３３が上方から支持されるため、杭２４と地盤改良体３３とをより密着させて一体化させることができる。
　さらに、本実施形態では、フランジ３４が環状に形成されているため、このフランジ３４によって杭２４内の土砂を圧縮させることができる。また、フランジ３４の上下の空間が連通されているので、杭２４を打ち込んだ後に薬剤などを土砂へ投入して地盤改良を行うことができる。その他の作用については第１実施形態と同様である。
＜第３実施形態＞
　次に、第３実施形態の杭基礎４０について、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
　図５Ａに示されるように、本実施形態の杭基礎４０を構成する杭２４は、第１実施形態と同様に構成されている。そして、杭２４は、杭頭２４Ａを除いた部分が打撃工法によって地盤２６に打ち込まれている。
　また、杭２４が地盤２６に打ち込まれた状態において、杭２４内には地盤改良体２８が設けられている。地盤改良体２８は、杭２４の内周面２４Ｂと土砂Ｓとの間に設けられている。
　ここで、本実施形態では、杭２４の杭頭２４Ａに床版４２が設けられており、床版４２は、ベース４２Ａと三角板４２Ｂとを含んで構成されている。
　ベース４２Ａは、杭２４の軸方向（鉛直方向）を厚み方向として形成されており、地盤２６上に設置されている。また、図５Ｂに示されるように、ベース４２Ａは、平面視で杭２４と同心状の略円形に形成されている。そして、本実施形態では一例として、ベース４２Ａが鋼材で形成されており、杭頭２４Ａの周面に固定されている。ベース４２Ａを杭頭２４Ａに固定する方法としては、溶接の他、ボルト及びナット等によって機械的に締結する方法を採用してもよい。
　ベース４２Ａの上面側には複数の三角板４２Ｂが設けられている。三角板４２Ｂは、杭２４の周方向に沿って等間隔に８つ設けられている。また、図５Ａに示されるように、それぞれの三角板４２Ｂは、杭２４に沿った方向とベース４２Ａに沿った方向とが直線部分となるように略三角形状に形成されている。
　三角板４２Ｂの下端面は、ベース４２Ａに沿って杭２４の径方向に延在されており、ベース４２Ａの上面に固定されている。また、三角板４２Ｂにおける杭２４の中心側に位置する側面は、杭頭２４Ａに沿って鉛直方向に延在されており、この杭頭２４Ａに固定されている。この三角板４２Ｂをベース４２Ａ及び杭頭２４Ａに固定する方法としては、ベース４２Ａと同様に溶接の他、ボルト及びナット等によって機械的に締結する方法を採用してもよい。
　以上のように、床版４２は、地盤２６上に設置されており、杭頭２４Ａに固定されている。このため、杭２４に作用する外力が床版４２を介して地盤２６へ伝達されるように構成されている。
　（作用）
　次に、本実施形態の作用を説明する。
　本実施形態の杭基礎４０では、杭２４が倒れる方向の外力が入力された場合であっても、この外力の少なくとも一部を床版４２を介して地盤２６へ伝達させることができ、水平力に対する杭２４の抵抗力を確保することができる。また、床版４２によって海底面の洗掘を抑制することができる。その他の作用については第１実施形態と同様である。
＜第４実施形態＞
　次に、第４実施形態の杭基礎５０について、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。なお、第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
　図６Ａに示されるように、本実施形態の杭基礎５０は、第２実施形態の構成に対して、第３実施形態で説明した床版４２が取り付けられている。具体的には、杭２４の内部に地盤改良体３３が設けられており、この地盤改良体３３は、杭２４を軸方向から見た断面視で杭２４内の全域に設けられている。
　また、杭２４の内周面２４Ｂにはフランジ３４が設けられている。フランジ３４は、杭頭２４Ａの近傍に配置されており、溶接などによって杭２４の内周面２４Ｂに接合されている。
　さらに、杭２４の杭頭２４Ａには床版４２が設けられており、床版４２を構成するベース４２Ａ及び三角板４２Ｂが杭頭２４Ａに固定されている。
　（作用）
　次に、本実施形態の作用を説明する。
　本実施形態の杭基礎５０では、第３実施形態と同様に、杭２４が倒れる方向の外力が入力された場合であっても、この外力の少なくとも一部を床版４２を介して地盤２６へ伝達させることができ、水平力に対する杭２４の抵抗力を確保することができる。その他の作用については第１実施形態と同様である。
＜第５実施形態＞
　次に、第５実施形態の杭基礎６０について、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
　図７Ａに示されるように、本実施形態の杭基礎７０を構成する杭２４は、第１実施形態と同様に構成されている。そして、杭２４は、杭頭２４Ａを除いた部分が打撃工法によって地盤２６に打ち込まれている。
　ここで、杭２４の内周面２４Ｂには、杭２４の内部空間を上下に仕切ると共に土砂Ｓを上方から支持する支持部材としての円盤状部材６２が設けられている。円盤状部材６２は、杭頭２４Ａの近傍に配置されており、円盤状部材６２の周縁部が溶接などによって杭２４の内周面２４Ｂに接合（固定）されている。
　また、杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓと円盤状部材６２との間には充填材６４が充填されている。充填材６４としては、例えば、モルタル、コンクリート、繊維強化コンクリート、石膏、グラウト及び繊維強化樹脂などを用いることができる。そして、充填材６４によって土砂Ｓと円盤状部材６２とが一体化されている。
（作用）
　次に、本実施形態の作用を説明する。
　本実施形態の杭基礎６０では、杭頭２４Ａの近傍における杭の内周面に円盤状部材６２が設けられており、この円盤状部材６２によって杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓが上方から支持されている。このように円盤状部材６２を設けることで、杭２４を地盤２６に打ち込んだときに杭２４内の土砂Ｓを円盤状部材６２によって圧縮させることができ、先端閉塞効果を得ることができる。
　特に、本実施形態では円盤状部材６２によって杭２４内の土砂Ｓ全体に鉛直力を伝達させることができるため、杭２４の支持力を増大させることができる。
　また、本実施形態では充填材６４によって土砂Ｓと円盤状部材６２とが一体化されている。これにより、充填材６４が設けられていない構成と比較して、杭２４内の土砂Ｓを地盤改良することなく杭２４の支持力を増大させることができる。
　以上、第１～第５実施形態及び変形例について説明したが、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上記実施形態をそれぞれ組み合わせた構成を採用してもよい。すなわち、図２Ａ及び図２Ｂに示される第１実施形態の杭基礎１０に対して、図４Ａ及び図４Ｂに示される第２実施形態のフランジ３４を固定してもよい。また、第２実施形態のフランジ３４と地盤改良体３３との間に、図７Ａに示される第５実施形態の充填材６４を設けた構成としてもよい。
　また、上記２実施形態及び第４実施形態では、杭２４の内周面２４Ｂに金属製のフランジ３４を設けたが、これに限定されない。例えば、コンクリート製のフランジを設けてもよい。この場合、杭２４を地盤２６へ打ち込んだ後にフランジを打設してもよい。さらに、フランジと土砂又は地盤改良体との間にグラウトなどの充填材を充填してもよい。
　さらに、上記実施形態では、杭２４を鋼管で形成したが、杭２４の材質は特に限定されず、他の材質で杭を形成してもよい。例えば、木造の木杭やコンクリート造のコンクリート杭を用いてもよい。また、これらの材質を組み合わせた杭を用いてもよい。
　さらにまた、上記実施形態では、塔状構造物として風力発電装置１２の脚部１４を支持する杭基礎について説明したが、これに限定されない。すなわち、他の塔状構造物を支持する杭基礎に適用してもよく、鉄塔などの塔状構造物を支持する杭基礎に適用してもよい。この場合、複数の杭を地盤に打ち込んで鉄塔などの塔状構造物を支持させてもよい。
　また、上記第１実施形態では、図２に示されるように、杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓに対して、軸方向の全域に地盤改良体２８を形成したが、これに限定されない。例えば、図８及び図９に示される構成を採用してもよい。
　図８Ａに示されるように、杭基礎７０では、杭２４が地盤２６に打ち込まれた状態において、杭２４内に地盤改良体２８が設けられている。ここで、地盤改良体２８は、杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓのうち、軸方向の一部のみに形成されている。また、図８Ｂに示されるように、地盤改良体２８は、杭２４の内周面２４Ｂと土砂Ｓとの間に設けられている。
　さらに、図９Ａに示される杭基礎８０では、杭２４内に地盤改良体３１が設けられており、この地盤改良体３１は、杭２４の内部に入り込んだ土砂Ｓのうち、軸方向の一部のみに形成されている。また、図９Ｂに示されるように、地盤改良体３１は、杭２４を軸方向から見た断面視で杭２４の内周面２４Ｂに沿って間隔をあけて複数カ所に設けられており、本変形例では内周面２４Ｂに沿って間隔をあけて五ケ所に地盤改良体３１が設けられている。
　日本国特許出願２０１９－０８２２７０号の開示はその全体が参照により本明細書中に取り込まれる。
　本明細書中に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記載された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (13)

  1. 　鉛直方向に沿って延在されて塔状構造物を支持すると共に、杭頭が地盤よりも上方に突出され、下端が開放された杭と、
    　前記杭が地盤に打ち込まれた状態において、前記杭内に設けられ、少なくとも一部が前記杭の内周面と密着された地盤改良体と、
    　を有する杭基礎。
  2. 　前記杭内には土砂が侵入しており、
    　前記地盤改良体は、前記杭の内周面と土砂との間に設けられている請求項１に記載の杭基礎。
  3. 　前記地盤改良体は、前記杭を軸方向から見た断面視で前記杭の内周面に沿って間隔をあけて複数カ所に設けられている請求項２に記載の杭基礎。
  4. 　前記地盤改良体は、前記杭の内部に入り込んだ土砂のうち、軸方向の一部のみに形成されている請求項２又は３に記載の杭基礎。
  5. 　前記地盤改良体は、前記杭を軸方向から見た断面視で前記杭内の全域に設けられている請求項１に記載の杭基礎。
  6. 　前記杭頭の近傍における前記杭の内周面には、前記地盤改良体を上方から支持する支持部材が設けられている請求項１～５の何れか１項に記載の杭基礎。
  7. 　鉛直方向に沿って延在されて塔状構造物を支持すると共に、杭頭が地盤よりも上方に突出され、下端が開放された杭と、
    　前記杭頭の近傍における前記杭の内周面に設けられ、前記杭の内部に入り込んだ土砂の少なくとも一部を上方から支持する支持部材と、
    　を有する杭基礎。
  8. 　前記支持部材は、前記杭の内周面から径方向内側へ延出された環状のフランジである請求項７に記載の杭基礎。
  9. 　前記支持部材は、前記杭頭の下端部を閉塞させる円盤状部材である請求項７に記載の杭基礎。
  10. 　前記杭の内部に入り込んだ土砂と前記支持部材との間に充填材が充填されている請求項７～９の何れか１項に記載の杭基礎。
  11. 　地盤上に床版が設置されており、前記床版が前記杭頭に固定されて前記杭に作用する力を地盤へ伝達させる請求項１～１０の何れか１項に記載の杭基礎。
  12. 　前記塔状構造物は、風力発電装置の脚部を構成している請求項１～１１の何れか１項に記載の杭基礎。
  13. 　下端が開放された杭を杭頭が地盤よりも上方に突出するように地盤に打ち込む工程と、
    　前記杭の内部に入り込んだ土砂のうち、少なくとも前記杭の内周面の近傍の土砂を地盤改良させる工程と、
    　を有する杭基礎の施工方法。
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