(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存建物の基礎近傍の地盤中に斜杭を配置し、前記斜杭の杭頭部と前記既存建物の基礎とを荷重の伝達が可能に連結し、
前記斜杭は、先端縁部に掘削ビットが設けられたケーシングパイプを、地盤中に、鉛直線に対し斜杭の角度だけ傾斜させて貫入して同地盤を掘削し、掘削終了後に掘削孔内をスライム処理する工程と、前記ケーシングパイプの内部に既製杭を建て込む工程と、前記ケーシングパイプの内部に注入材を充填する工程と、前記ケーシングパイプを定着部分の上端部まで引き上げ、同定着部分における注入材を加圧する工程と、前記ケーシングパイプを地上へ引き抜いて撤去し、前記注入材が所定の強度を発現するまで養生する工程により施工することを特徴とする、斜杭による既存建物基礎の補強方法。
【請求項２】
既存建物の基礎近傍の地盤中に斜杭を配置し、前記斜杭の杭頭部と前記既存建物の基礎とを荷重の伝達が可能に連結し、
前記斜杭は、先端縁部に掘削ビットが設けられたケーシングパイプを、地盤中に、鉛直線に対し斜杭の角度だけ傾斜させて貫入して同地盤を掘削し、掘削終了後に掘削孔内をスライム処理する工程と、前記ケーシングパイプの内部に注入材を充填する工程と、前記ケーシングパイプの内部に既製杭を建て込む工程と、前記ケーシングパイプを定着部分の上端部まで引き上げ、同定着部分における注入材を加圧する工程と、前記ケーシングパイプを地上へ引き抜いて撤去し、前記注入材が所定の強度を発現するまで養生する工程により施工することを特徴とする、斜杭による既存建物基礎の補強方法。
【請求項３】
２本の斜杭を、１本ずつ平面的に略１８０度向きを変えて対称的配置に順に施工し、同斜杭の杭頭部同士を連結して組杭を構成することを特徴とする、請求項１又は２に記載した斜杭による既存建物基礎の補強方法。
【請求項４】
ケーシングパイプにより清水を注入しつつ地盤中を掘削することを特徴とする、請求項１又は２に記載した斜杭による既存建物基礎の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、杭を鉛直線に対し傾斜させた所謂斜杭により既存建物基礎を補強する方法の技術分野に属し、更に云えば、周面摩擦抵抗が大きく、高耐力の軸方向抵抗を発揮して地震力等の水平力に強く抵抗する斜杭を使用することにより、既存建物基礎を爾後的に補強する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
杭基礎建物の場合、杭は鉛直方向の荷重（建物の重量）と水平方向の荷重（地震力）の双方を負担して耐える必要がある。１９８０年代中頃以降に建設された建物の杭基礎は、双方の荷重を考慮した構造設計がなされているが、それ以前に建設された建物の杭基礎は、水平荷重に対する設計がなされていないのが一般的で、耐震性能が低い。
【０００３】
また、地下水位が浅く緩い砂地盤は液状化現象を生じる可能性がある。液状化現象が発生すると、杭に対する地盤の抵抗は極めて小さくなるため、水平方向の荷重に対する抵抗が急激に低下することになる。この液状化現象についても、一般的には１９９０年代にならないと、その安定性の検討を行っていない。
よって、上述した年代以前の既存建物は、地震力に対する耐震性能及び液状化現象に対する安定性の見地から、その基礎を爾後的に補強することが強く要請される。
【０００４】
一方、本出願人は、杭を鉛直線に対し傾斜させて地震力等の水平力に強く抵抗する斜杭工法を案出し、▲１▼特開平７−９０８３０号公報、▲２▼特開平７−９０８６０号公報、▲３▼特開平８−１７０３４６号公報にそれぞれ斜杭式人工地盤を開示している。特に、前記▲２▼、▲３▼の公報には、斜杭の効力を存分に発揮し得る組杭の技術的思想が開示されている。組杭は、図６に示したように、各斜杭ａ、ａの軸方向抵抗力（Ｒ）に対して、Ｆ＝２Ｒｓｉｎθの式で求められる水平方向の抵抗力（Ｆ）を期待できることを応用したものである。組杭を構成する２本の斜杭ａ、ａを平面的に見て対称的配置としていることから、１対の斜杭ａ、ａの鉛直力は逆方向の向きで相殺され、構造的に安定した架構を形成する。また、各斜杭ａ、ａに発生する応力は引張り応力や圧縮応力が主で、組杭の構造上の特性により、曲げモーメント（近似的にはＭ≒０）やせん断応力が小さいという利点がある。
【０００５】
従来、斜杭は、打ち込み杭工法、埋め込み杭工法、場所打ちコンクリート杭工法など、直杭の施工法で用いる施工機械のリーダー（杭打ち装置）を鉛直線に対し、斜杭の傾斜角度（θ）だけ傾斜させて施工していた。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
斜杭からなる組杭を既存建物基礎下や基礎周囲に施工し、地震による水平力を分担させることより、既存建物基礎の耐震性能等を爾後的に向上させる方法は容易に類推できる。しかしながら、従来工法による斜杭をそのまま既存建物基礎に応用したのでは以下のような問題点がある。
【０００７】
上記Ｆ＝２Ｒｓｉｎθの式から分かる通り、大きな水平抵抗（Ｆ）を得るためには、傾斜角度（θ）が大きく、また軸方向抵抗力（Ｒ）が大きい斜杭が要求される。しかしながら、従来の施工機械のリーダーを単に鉛直線に対し傾斜させて斜杭を施工する方法では、下記するような理由により、前記要求に応じた斜杭を施工することが困難であった。
Ｉ）  打ち込み杭工法、埋め込み杭工法など既製杭を設置する工法は、リーダーを傾斜させると施工機械自体の安定性が低下し、斜杭の傾斜角度を大きくすると斜杭及びリーダー等の自重作用により施工機械が転倒する虞があった。
II）  場所打ちコンクリート杭工法においては、前記Ｉ）のほかに、掘削後の孔壁が傾斜しているが故に孔壁が崩壊し易い。また、鉄筋籠の建て込みにおいて、位置ずれ（芯ずれ）を起こし易かった。トレミー管を用いたコンクリート打設も行いづらかった。よって、品質不良な斜杭が施工され易く、軸方向抵抗力の大きい斜杭の施工は到底期待できなかった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、上記Ｉ）、II）を全て解消するためにケーシングパイプを傾斜させて地盤を掘削し、掘削終了後に掘削孔内をスライム処理した後、ケーシングパイプの内側に既製杭を建て込み、且つ注入材を注入し充填することより、周面摩擦抵抗が大きく、高耐力の軸方向抵抗を発揮する斜杭により既存建物基礎を補強する方法を提供することである。また、ケーシングパイプや既製杭を継ぎ足し式で行うことにより、施工機械の安定性を維持しつつ、鉛直線に対し傾斜角度の大きな斜杭により既存建物基礎を補強する方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係る斜杭による既存建物基礎の補強方法は、
既存建物の基礎近傍の地盤中に斜杭を配置し、前記斜杭の杭頭部と前記既存建物の基礎とを荷重の伝達が可能に連結し、
前記斜杭は、先端縁部に掘削ビットが設けられたケーシングパイプを、地盤中に、鉛直線に対し斜杭の角度だけ傾斜させて貫入して同地盤を掘削し、掘削終了後に掘削孔内をスライム処理する工程と、前記ケーシングパイプの内部に既製杭を建て込む工程と、前記ケーシングパイプの内部に注入材を充填する工程と、前記ケーシングパイプを定着部分の上端部まで引き上げ、同定着部分における注入材を加圧する工程と、前記ケーシングパイプを地上へ引き抜いて撤去し、前記注入材が所定の強度を発現するまで養生する工程により施工することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載した発明に係る斜杭による既存建物基礎の補強方法は、
既存建物の基礎近傍の地盤中に斜杭を配置し、前記斜杭の杭頭部と前記既存建物の基礎とを荷重の伝達が可能に連結し、
前記斜杭は、先端縁部に掘削ビットが設けられたケーシングパイプを、地盤中に、鉛直線に対し斜杭の角度だけ傾斜させて貫入して同地盤を掘削し、掘削終了後に掘削孔内をスライム処理する工程と、前記ケーシングパイプの内部に注入材を充填する工程と、前記ケーシングパイプの内部に既製杭を建て込む工程と、前記ケーシングパイプを定着部分の上端部まで引き上げ、同定着部分における注入材を加圧する工程と、前記ケーシングパイプを地上へ引き抜いて撤去し、前記注入材が所定の強度を発現するまで養生する工程により施工することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した斜杭による既存建物基礎の補強方法において、２本の斜杭を１本ずつ平面的に略１８０度向きを変えて対称的配置に順に施工し、同斜杭の杭頭部同士を連結して組杭を構成することを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、請求項１又は２に記載した斜杭による既存建物基礎の補強方法において、ケーシングパイプにより清水を注入しつつ地盤中を掘削することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態及び実施例】
本発明に係る斜杭による既存建物基礎の補強方法は、通例、図１及び図２に示したように、杭４を含む既存建物２の杭基礎３のうち、該既存建物２の外周部分のフーチング３ａについて好適に実施される。但し、実施箇所は前記外周部分のフーチング３ａに限らず、既存建物２の外周部分の基礎梁３ｂについても同様に好適に実施し得る。２本の斜杭からなる組杭Ａ、Ｂは、同杭が傾いている垂直面内での抵抗力が非常に大きいという方向性を有することから、図２に示したように、建物の平面に関するＸ、Ｙの直交２方向に配置される。
【００１３】
次に、本発明の補強方法を実施する施工工程について説明する。既存建物２の外周部分に位置する各フーチング３ａの外側面近傍の地盤５を掘削し、該地盤中に２本の斜杭１、１を平面的に略１８０度向きを変えた対称的配置で構築する。そして、２本の斜杭１、１からなる組杭の杭頭部を連結した新設フーチング６を施工する。しかる後、前記新設フーチング６と前記既存建物２のフーチング３ａとを荷重の伝達が可能に連結する。かくして、前記２本の斜杭１、１からなる組杭Ａ、Ｂは、平面的に見ると既存建物２を取り囲むように配設される（図２）。
【００１４】
前記組杭Ａ、Ｂを構成する斜杭１の施工工程を、図３Ａ、Ｂと図４Ａ、Ｂに示した。先ず、図３Ａに示したように、先端縁部に掘削ビット１２が設けられたケーシングパイプ１１を、地盤５中に、鉛直線に対し１０〜３０度ぐらい傾斜させて貫入してベントナイト等の地盤安定液を注入しつつ同地盤５を掘削し、掘削終了後に掘削孔内をスライム処理する。
【００１５】
次に、図３Ｂに示したように、前記ケーシングパイプ１１の内部に、同ケーシングパイプ１１の傾斜角度と略同等の角度で、地上へ所要の長さ突き出る鋼管杭などの既製杭１４を建て込む。
その後、セメントミルク等の注入材１５をケーシングパイプ１１の内部と既製杭１４との間隙及び既製杭内にグラウトホース等を使用して地面高さ程度まで注入し充填する。なお、施工手順を逆にして、注入材１５を先に注入し充填した後、既製杭１４を建て込む手順も実施できる。
【００１６】
注入材１５の注入工程の詳細として、図４Ａに示したように、前記ケーシングパイプ１１を既製杭１４と注入材１５と地盤５との定着部分Ｔの上端部まで一気に、又は段階的に引き上げ、同定着部分Ｔにおける注入材１５を加圧注入して定着力を可及的に大きいものとする。そして、最後には、図４Ｂに示したように、前記ケーシングパイプ１を全部地上へ引き抜いて撤去し、前記注入材１５が所定の強度を発現するまで養生することにより、１本の斜杭１の施工工程を終了する。
【００１７】
ケーシングパイプ１１の傾斜角度は前記の限りではなく、水平力に十分抵抗可能な範囲で設計される。また、掘削後の孔壁をケーシングパイプ１１が支持するので同孔壁の崩壊の虞が解消され、大きな傾斜角度でも実施できる。前記ケーシングパイプ１１は、設計される傾斜角度が大きく施工機械自体の安定性が危惧される場合には、継ぎ足し式のケーシングパイプが好適に実施される。
【００１８】
前記既製杭１４には、圧縮力及び引っ張り力に十分抵抗できる鋼管や鋼管コンクリート杭（ＳＣ杭）等が好適に実施される。
前記注入材１５の充填の仕方は、前記の限りでなく、予め設定される既製杭１４との定着部分Ｔにのみ加圧注入し充填しても良い。その場合、前記定着部分Ｔの上方の空洞部には砂や砂利等を充填して実施する。
【００１９】
前記定着部分Ｔを長く設定した場合には、ケーシングパイプ１１の引き上げを複数回に分け、その都度、注入材１５を加圧する。
したがって、上記施工工程を経て形成された１本の斜杭１は、従来の斜杭に比し、水平力に十分抵抗可能な所望の傾斜角度で施工でき、且つ、既製杭１４と注入材１５と地盤５とが定着部分Ｔで強固に固着されているので、周面摩擦抵抗が大きく、高耐力の軸方向抵抗を発揮できる。よって、前記斜杭１から成る組杭Ａ、Ｂの杭頭部に設けた新設フーチング６と前記既存建物２のフーチング３ａとを荷重の伝達が可能に連結すると、例えば、図２中の右側から左側方向へ作用するＸ方向の水平力Ｆに対しては、Ｘ方向に配置した２本の斜杭１、１で構成する組杭Ａが効果的に抵抗し、曲げモーメントが低減された有利な支持状態を発現する。また、図２中のＹ方向へ作用する水平力Ｆ’に対しては、Ｙ方向に設置された組杭Ｂが有効に抵抗する、かくして、既存建物２の全体に作用するＸ、Ｙの２方向の水平力に対して、各々対抗する２種の組杭ＡとＢが効果的に抵抗するので、既存建物２の基礎３の地震力に対する耐震性能を爾後的に向上することができる。同様に液状化現象に対する安定性を恒久的に維持することができる。
【００２０】
なお、上記実施例では、前記組杭Ａ、Ｂの杭頭部に設けた新設フーチング６と既存建物２の基礎３とを荷重の伝達が可能に連結する手段として、既存建物の外周部分のフーチング３ａ毎に実施しているが、この限りでなく、一つ乃至複数おきに実施しても良い。また、既存建物の外周部に実施する場合に限らず、中庭等を有する建物では、もちろん内周部分の基礎についても実施できる。更に、図２中のＸ方向、Ｙ方向の組杭Ａ、Ｂの数は、組杭を構成する斜杭１の長さや杭径、斜杭１の傾斜角度等を方向別に好適に設置することにより必ずしも同じ数でなくても良い。
【００２１】
その他の実施例として、ケーシングパイプ１１により掘削後の孔壁の崩壊の虞が解消されることに起因し、地盤掘削時に通常使用される地盤安定液（ベントナイト安定液）の代わりに清水を注入しつつ地盤を掘削する。ベントナイト安定液を使用すると、孔壁にベントナイトの膜が形成されこれが斜杭１の外周にベントナイトの膜を形成することになり、この膜の部分からせん断破壊が生じて斜杭の周面摩擦抵抗を低下させる原因になっていたが、ベントナイトの代わりに清水を使用すると、図５に示したように、理想的な周面摩擦抵抗を発揮する斜杭の施工ができる。したがって、既存建物基礎の地震力に対する耐震性能を爾後的に更に向上することができ、且つ液状化現象に対する安定性も恒久的に維持することができるのである。
【００２２】
【本発明が奏する効果】
本発明の斜杭による既存建物基礎の補強方法によれば、斜杭の施工は、掘削後の孔壁をケーシングパイプが支持し同孔壁の崩壊の虞が解消されるので、大きな傾斜角度でも実施できる。また、鉄筋籠の建て込みやコンクリート打設などの作業を全て省略でき、注入材をグラウトホースで注入し充填するだけで良いので施工上の手間もかからない。また、鉄筋籠の建て込みによる位置ずれ（芯ずれ）の虞も無く、既製杭と注入材と地盤とが定着部分で確実、且つ強固に固着されるので、周面摩擦抵抗が大きく、高耐力の軸方向抵抗を有する斜杭を実現できる。その結果、前記斜杭から成る組杭の杭頭部と既存建物基礎とを荷重の伝達が可能に連結すると、既存建物基礎の地震力に対する耐震性能を爾後的に向上することができ、且つ液状化現象に対する安定性を恒久的に維持することができる。
【００２３】
その他、ケーシングパイプや既製杭を継ぎ足し式で行うことにより、施工機械の安定性を維持することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る斜杭による既存建物基礎の補強方法を概略的に示した正面図である。
【図２】本発明に係る斜杭による既存建物基礎の補強方法を概略的に示した平面図である。
【図３】Ａは、地盤をケーシングパイプで掘削する段階を示した断面図であり、Ｂは、既製杭を建て込み、注入材を充填する段階を示した断面図である。
【図４】Ａは、定着部分の注入材を加圧する段階を示した断面図であり、Ｂは、斜杭の施工工程が完了した段階を示した断面図である。
【図５】ベントナイト安定液で地盤を掘削して形成した場合と、清水で地盤を掘削して形成した場合の周面摩擦抵抗度を比較して示したグラフである。
【図６】２本の斜杭からなる組杭の働きを示した模式図である。
【符号の説明】
１      斜杭
２      既存建物
３      基礎
３ａ    フーチング
３ｂ    基礎梁
４      杭
５      地盤
６      新設フーチング
１１      ケーシングパイプ
１２      掘削ビット
１４      既製杭
１５      注入材
Ａ      組杭
Ｂ      組杭
【図１】
0003711528.tif 000002
【図２】
0003711528.tif 000003
【図３】
0003711528.tif 000004
【図４】
0003711528.tif 000005
【図５】
0003711528.tif 000006
【図６】
0003711528.tif 000007