(57)【要約】【課題】地震等による水平力に対する抵抗力が高い、橋脚等の杭基礎の構造およびその施工方法を提供する。【解決手段】杭基礎において、フーチング施工時には土留め兼コンクリート型枠として機能し、完成後は地震等による水平力に対して抵抗する構造部材となる横矢板を杭間に配置し、前記杭は横矢板の水平方向の移動を拘束するガイドを、少なくともフーチング部の深さまで設け、前記横矢板は長辺の一辺および／または両辺に凹部および／または凸部を有し、杭間に上下方向に複数枚を配置する場合は、直上および／または直下に配置される横矢板との間で隙間を生ずることなく、水平せん断力を伝達できるように凹部および／または凸部を嵌合させる。複数の杭を地盤に貫入後、フーチング部の深さまで掘削しつつ、前記杭に備えられたガイドに沿って横矢板を地盤に圧入して杭間に土留めを設け、前記土留内の土砂を掘削し、前記杭と前記横矢板をコンクリートの型枠としてフーチングを構築する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭基礎において、フーチング施工時には土留め兼コンクリート型枠として機能し、完成後は地震等による水平力に対して抵抗する構造部材となる横矢板が杭間に配置されたことを特徴とする基礎構造。
【請求項２】
前記横矢板が、長辺の一辺および／または両辺に凹部および／または凸部を有し、前記横矢板を杭間に上下方向に複数枚を配置する場合は、直上および／または直下に配置される横矢板との間で隙間を生ずることなく、水平せん断力を伝達できるように凹部および／または凸部を嵌合させたことを特徴とする請求項１に記載の基礎構造。
【請求項３】
前記杭に、横矢板の水平方向の移動を拘束するガイドを、少なくともフーチング部の深さまで設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の基礎構造。
【請求項４】
複数の杭を地盤に貫入後、フーチング部の深さまで掘削しつつ、前記杭に備えられたガイドに沿って横矢板を地盤に圧入して杭間に土留めを設け、前記土留内の土砂を掘削し、前記杭と前記横矢板をコンクリートの型枠としてフーチングを構築することを特徴とする基礎構造の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震等による水平力に対する抵抗力が高い橋脚等の杭基礎の基礎構造およびその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、橋脚等の杭基礎では、杭の本数が複数の場合、橋脚下端部と杭頭部をフーチングで結合し、橋脚に作用する外力を杭基礎に伝達する構造が用いられている。
【０００３】
地上部を有効に活用するため、フーチングは地下に配置されることが多く、その施工のため、地盤を掘削するが、地盤条件や作業空間の広さによっては、仮設の土留め壁を設ける。
【０００４】
杭基礎の外力に対する抵抗力を増大させる方法として、仮設の土留め壁の部材として鋼矢板を用い、その鋼矢板壁を杭間に配置し、内部のコンクリート等と一体化させ、鋼矢板壁の周面摩擦力を有効活用する構造が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０３０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、基礎の支持力に鋼矢板壁の周面摩擦力を付加する方法は、粘性土地盤のように周面摩擦が期待できる条件においては効果を期待できるが、砂質土地盤などではあまり効果が得られない。
【０００７】
また、鋼材の使用量を減らすため鋼矢板の根入れ長を短くしようとしても、土留め壁として必要な根入れ長さ以下にすることはできず、地震等による水平力に対して、鋼矢板壁のせん断抵抗を期待したいが、鋼矢板の継手はあそびがあるためせん断力を確実に伝達することが難しい等の問題があった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決した、地震等による水平力に対する抵抗力を低コストで増大させる橋脚等の杭基礎構造とその施工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は上記問題点が、土留め壁を構築するために縦に長い部材を並べることに起因することに着目し、土留め壁の形式において横に長い部材を並べる親杭横矢板方式を着想した。
【００１０】
親杭横矢板工法ではＨ形鋼を一定間隔で打込んで親杭とし、掘削に並行して板をＨ形鋼のフランジ間にはめ込んで土留めをする。この際に使用する板を横矢板と言い、一般に木矢板が用いられる。
【００１１】
本発明は得られた着想をもとに鋭意検討の結果得られたもので、すなわち、本発明は、
（１）杭基礎において、フーチング施工時には土留め兼コンクリート型枠として機能し、完成後は地震等による水平力に対して抵抗する構造部材となる横矢板が杭間に配置されたことを特徴とする基礎構造。
（２）前記横矢板が、長辺の一辺および／または両辺に凹部および／または凸部を有し、前記横矢板を杭間に上下方向に複数枚を配置する場合は、直上および／または直下に配置される横矢板との間で隙間を生ずることなく、水平せん断力を伝達できるように凹部および／または凸部を嵌合させたことを特徴とする（１）に記載の基礎構造。
（３）前記杭に、横矢板の水平方向の移動を拘束するガイドを、少なくともフーチング部の深さまで設けたことを特徴とする（１）または（２）に記載の基礎構造。
（４）複数の杭を地盤に貫入後、フーチング部の深さまで掘削しつつ、前記杭に備えられたガイドに沿って横矢板を地盤に圧入して杭間に土留めを設け、前記土留内の土砂を掘削し、前記杭と前記横矢板をコンクリートの型枠としてフーチングを構築することを特徴とする基礎構造の施工方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば以下の作用効果が得られる。
１．橋脚等の杭基礎において、杭間に横矢板を配置するようにしたので、横矢板を土留め壁およびフーチングコンクリートの型枠として利用することができ、土留めの設置に必要な面積を縮小し、土留め工および型枠工の工数および費用を削減することが可能である。
２．また横矢板に上下に配置される横矢板との間で隙間を生ずることなく水平せん断力を伝達できる凹凸を設けたので、地震等による水平力でフーチングに作用するせん断力の一部を横矢板が負担し、フーチングの厚さや鉄筋量を減らすことが可能である。
３．親杭として基礎杭を用いることが可能なため、別途用意する必要がない。親杭横矢板の場合、土留め壁に作用する土圧は、横矢板から親杭に伝達される。したがって横矢板は掘削する深さまで設置すれば良く、鋼矢板のように余分に根入れする必要が無い。
４．親杭は土圧を支えられる程度の深さまで根入れする必要があるが、基礎杭の場合鉛直力を支えるために通常は支持層まで根入れしているため、充分な根入れ長を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る基礎構造を橋脚に適応した場合の鉛直断面図。
【図２】図１に示した基礎構造のフーチング部における水平断面図。
【図３】本発明の一実施例に係る施工手順の１ステップを示す図で（ａ）は鉛直断面図、（ｂ）は水平断面図を示す図。
【図４】本発明の一実施例に係る施工手順の他のステップを示す図で（ａ）は鉛直断面図、（ｂ）は水平断面図を示す図。
【図５】本発明の一実施例に係る施工手順の他のステップを示す図で（ａ）は鉛直断面図、（ｂ）は水平断面図を示す図。
【図６】本発明の一実施例に係る施工手順の他のステップを示す図で（ａ）は鉛直断面図、（ｂ）は水平断面図を示す図。
【図７】本発明の一実施例に係る横矢板を説明する模式的外観図。
【図８】本発明の一実施例に係る横矢板を説明する模式的外観図。
【図９】本発明例と比較例（従来法）の解析モデルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図１に、本発明の一実施例に係る基礎構造を橋脚に適応した場合の鉛直断面図を、図２に図１に示した基礎構造のフーチング部における水平断面図を示す。
【００１６】
これらの図において、１は橋脚、２は杭（基礎杭）、３は横矢板、４はフーチング、５はガイド、６は地盤、７はシアコネクタを示す。
【００１７】
図示した基礎構造では、フーチング４は水平断面において略正四角形で、その各隅に基礎杭２を配置する。基礎杭２は横矢板３を案内支持する２本のガイド５を備え、２本のガイド５は隣接する基礎杭２との間で支持された横矢板３が四角形の各辺を構成するように基礎杭２の外周面に取り付ける。また、ガイド５の長さは少なくとも地盤６中におけるフーチング４の深さ方向先端までとし、基礎杭２の頭部から鉛直方向に取り付ける。
【００１８】
基礎杭２には、フーチング４の鉄筋コンクリートと基礎杭２を一体化させるためシアコネクタ７をその外周面に取り付ける。
【００１９】
シアコネクタ７の前記外周面における取り付け位置は特に規定しないが、フーチング４の対角線上となる位置とすることが好ましい。
【００２０】
尚、ガイド５の形状は、基礎杭２への取り付けが容易で、土圧作用時や地震等による変形時に横矢板３がはずれない構造であればよく本発明では特に規定しない。図示した基礎構造ではガイド５は、施工の簡易さからＨ形鋼を用いた。
【００２１】
横矢板３を取り付けやすく、また地震等による水平力を確実に横矢板３に伝達するため、ガイド５と横矢板３の隙間をグラウト材で充填する、あるいはボルトで締結する等の方法でガイド５と横矢板３を固定することが望ましい。
【００２２】
基礎杭２として鋼管杭など既製杭を用いる場合、あらかじめ基礎杭２にガイド５を固着して当該基礎杭２を地盤６中に貫入させるため、貫入抵抗をなるべく小さくする形状や大きさとすることが好ましい。
【００２３】
図示した基礎構造において、横矢板３はフーチング４の施工時には土留め兼コンクリート型枠として機能し、完成後は地震等による水平力に対して抵抗する構造部材となる。
【００２４】
図７は横矢板３の一例を示す模式的外観図で、長辺の一辺または両辺に凹部３２および／または凸部３１を設け、直上および／または直下に位置する横矢板間、例えば横矢板３ａ，３ｂ間、横矢板３ｂ間で支圧によって水平方向のせん断ずれが発生することを防止する。
【００２５】
図８に横矢板３の他の例として凹部３２として孔８２を設けた矩形部材８ｂ、凸部３１としてダボ８１を設けた矩形部材８ａの模式的外観図を示す。
【００２６】
横矢板３は、地盤６の掘削の進行に伴って隣接する基礎杭２のガイド５間にはめ込んでいくため、直上および／または直下に位置する横矢板３との境界で空隙を生ぜず、且つ水平せん断力を伝達することができる形状であればよく図７，８の矩形部材に限定しない。
【００２７】
横矢板３の材質は、フーチング４の掘削時に土圧に耐えられる曲げ剛性と、土圧による変形で杭間が狭くなろうとするときに作用する圧縮力に対する座屈剛性、そして地震時に杭頭に作用する上部構造の慣性力による水平力に対するせん断剛性を備えたものとする。
【００２８】
また、掘削時に杭間にはめ込むため、作業性を考慮すると可能な限り軽量であることが望ましい。通常の親杭横矢板工法では、横矢板は木製の板が用いられることが多いが、本発明においては鋼製部材とすることが好ましい。なお、製作可能であれば横矢板３は、フーチング深さまでの高さと、杭間の幅を有する一枚の矩形部材であっても良い。
【００２９】
図３、４、５、６に、本発明に係る基礎構造の施工手順の一例を示す。各図において（ａ）は鉛直断面図、（ｂ）は水平断面図を示す。
【００３０】
まずガイド５を取付けた基礎杭２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを地盤６中に貫入する（図３）。次にフーチング部となる地盤６を掘削しながら複数の横矢板３を逐次杭間（基礎杭２ａ，２ｂ間、基礎杭２ｂ、２ｄ間、基礎杭２ｄ、２ｃ間、基礎杭２ｃ、２ａ間）にはめこみ、土留めとする（図４）。
【００３１】
基礎杭２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにシアコネクタ７を取り付け、フーチング部に配筋し、横矢板３を型枠としてコンクリートを打設してフーチング４を形成する（図５）。最後にフーチング４に橋脚部１を施工し、地盤６を埋め戻す（図６）。
【００３２】
以上の説明では、基礎杭を親杭としているが、基礎杭とは別に親杭を設ける構造も可能で、本発明範囲とする。但し、隙間をグラウト材で充填する、あるいはボルトで締結する等の方法で、地震時の水平力を親杭もしくは横矢板に伝達する方法を設けないと、横矢板壁による水平せん断抵抗の増大は期待することができない。
【実施例】
【００３３】
基礎の外力に対する抵抗力が一定となるフーチングの寸法を、本発明に係る基礎構造の施工方法で施工した場合（本発明例）と従来法で施工した場合（比較例）とで、計算上で比較した。
【００３４】
図９に解析モデルを示す。杭基礎−地盤系を二次元の弾性モデルとして平面骨組解析を行い、部材の発生応力と変位を計算した。杭は弾性梁、地盤は杭に接続された地盤バネとし、フーチングおよび横矢板は鉛直方向に分割された梁でモデル化し、各梁間をフーチングおよび横矢板のせん断剛性をあらわすせん断バネで結んだ。このモデルの頭部に、地震時水平力を作用させた。
【００３５】
本発明例では横矢板がフーチングに作用するせん断力の一部を負担すると想定して、フーチングの寸法を計算した。
【００３６】
その結果、従来法では長さと幅が７ｍ×７ｍ、厚さが１．５ｍのフーチングが、本発明によればフーチング厚さを１．０ｍに減らすことが可能であることが明らかとなった。本発明によれば、フーチングのコンクリート量が減るだけではなく、掘削土量も減らすことが可能で、工事費のコスト削減が可能になるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００３７】
１  橋脚
２、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  杭（基礎杭）
３，３ａ、３ｂ  横矢板
４  フーチング
５  ガイド
６  地盤
７  シアコネクタ
８ａ，８ｂ  矩形部材
３１  凸部
３２  凹部
８１  ダボ
８２  孔
【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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【図８】
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【図９】
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