(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物を支持するため地盤中に打設されている複数の杭において地震時に発生する応力を低減するため杭相互を連結する補強体を、外周に配置された杭を包含し且つ中央に配置された杭を包含しないように、構造物から離隔した杭の深さ方向地中部に設けたことを特徴とする杭基礎補強構造。
【請求項２】
構造物を支持するため地盤中に打設されている複数の杭において地震時に発生する応力を低減するための補強体を、外周から複数の杭を囲み且つ杭に接触しないように、構造物から離隔した杭の深さ方向地中部周りに設けたことを特徴とする杭基礎補強構造。
【請求項３】
前記補強体は、固化剤を地盤内に注入して土砂を固化させることにより形成されたものである請求項１または２に記載の杭基礎補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、複数の杭において地震等の水平荷重により発生する応力を低減するための杭基礎補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱地盤上に構造物を構築するため、支持層に達する複数の杭を地盤中に打設し、この複数の杭により基礎構造を構成したものがある。しかしながら、地盤が沖積砂層や細粒土が混じった砂層などからなる場合、地震が発生すると地盤の液状化が生じることがあり、各杭には極めて大きな応力や変形が生じ、構造耐力を超えると破損に至ることがある。したがって、このような軟弱地盤では、新設構造物において、フーチングの平面を通常よりも大きくし、杭の本数を通常よりも多くすることになり、また既設構造物ではフーチングの拡幅、増し杭等により基礎を補強することが考えられているものの、大規模な施工が必要になり、施工コストも高くなるという問題点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を解決するためになされたものであり、その課題は、上記従来の杭基礎補強構造に比べて小規模な施工で構築可能であり、施工コストを抑制することができる杭基礎補強構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、構造物を支持するため地盤中に打設されている複数の杭において地震時に発生する応力を低減するための杭相互を連結する補強体を、外周に配置された杭を包含し且つ中央に配置された杭を包含しないように、構造物から離隔した杭の深さ方向地中部に設けたことを特徴とする杭基礎補強構造が提供される。
かかる支持杭補強構造では、補強体が、複数の杭のなかで外周に配置された杭を包含し且つ中央に配置された杭を包含しないように形成されており、該中央に配置された杭には補強体が直接接合していない。しかしながら、この補強体と中央領域の各杭との間には土砂が介在しており、この土砂を介して補強体の拘束力は中央領域の各杭にも伝達される。このように、複数の杭は全てが補強体により拘束されて、複数の杭と補強体とからなる基礎構造体は２層のラーメン構造と同様なものになる。すなわち、複数の杭における杭先端から補強体部分までがラーメン構造の一層目に相当し、補強体部分から構造物までがラーメン構造の２層目に相当し、これにより複数の杭の剛性は高められ、例えば、地震などにより地盤に液状化現象が生じても、杭と構造物の結合部で生じる最大曲げひずみは大幅に抑制される。また上記支持杭補強構造では、複数の杭の中央領域に補強体が無い分だけ軽量化が図られ、複数の杭は垂直負荷が低減される。また、補強体上下間の地下水の移動を遮断しないため、液状化時等に発生する浮力が低減されるという効果が得られる。
【０００５】
また本発明によれば、構造物を支持するため地盤中に打設されている複数の杭において地震時に発生する応力を低減するための補強体を、外周から複数の杭を囲み且つ杭に接触しないように、構造物から離隔した杭の地中部周りに設けたことを特徴とする支持杭補強構造が提供される。
かかる支持杭補強構造では、杭の中間部における外周に複数の杭を囲むように補強体が設けられ、複数の杭と補強体とは直接的には全く連結されていないものの、複数の杭と補強体との間には土砂などが介在しており、補強体からの拘束力は土砂などを介して間接的に複数の杭に伝達され、複数の杭と補強体とからなる基礎構造体が２層のラーメン構造と同様なものになる。すなわち、地震などにより補強体周辺地盤に液状化現象が生じても、補強体からの拘束力は土砂などを介して複数の杭に作用しているため、複数の杭の剛性は維持されて、曲げひずみの抑制が可能になる。この曲げひずみの抑制効果は、特に、杭と構造物の結合部および杭と支持層の接点部分で有効である。
【０００６】
本発明において、補強体は複数の杭をまとめて拘束し、複数の杭と構造物との接合部に生じる最大曲げモーメントを抑制することができるように配置されたものであれば良い。また補強体は杭の下端部から上端部の中間部であれば、どの高さに配置しても良いものであるが、好ましくは地震時の水平荷重に対して杭に発生する応力が最も小さくなるような高さに設けられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は本発明の支持杭補強構造を側方から見た図である。
図１において、地盤１２は沖積砂層や細粒土が混じった砂層などを含む軟弱地盤であり、所定の深さに支持層１３が存在している。構造物１１はかかる地盤１２上に構築され、地盤１２内には複数の杭１４が構造物１１あるいはそのフーチング（図示せず）から支持層１３に達するように打設され、補強体２０は構造物１１から下方に長さＨ１だけ離隔し、支持層１３から上方に長さＨ３だけ離隔した杭１４の中間部に設けられている。補強体２０は、Ｈ１，Ｈ３が同じ長さになるように高さ方向の中央に配置することができるものであるが、この高さ方向の位置は、好ましくは地震等の水平荷重に対して杭に発生する応力が最も小さくなるように適宜定められる。
【０００８】
図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ異なる形態を示す断面図であって、これらは図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面に相当するものである。各補強体２０は図１のように側方から見た場合には同様であるが、断面は図２に示したように異なる形態で構成することが可能である。
図２（ａ）における補強体２０Ａは、複数の杭１４のうちで外周に配置された杭１４を包含し且つ中央に配置された杭１４を包含しないように形成されたものであり、この補強体２０Ａは、さらに杭１４を包含しない中央領域２２Ａをこれよりも小さくしても良く、例えば、図２（ｂ）の補強体２０Ｂのように、杭１４を包含する外周領域２１Ｂを比較的大きくし、中央領域２２Ｂを比較的小さく構成することも可能である。
また図２（ｃ）における補強体２０Ｃは、外周から複数の杭１４を囲み、且ついずれの杭１４にも接触しないように形成したものである。
これら補強体２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのうちで、水平方向の平面は補強体２０Ｂが最も広くできるため強度が得やすく、したがって、縦方向の幅Ｈ２を最も小さくできる一方で、補強体２０Ｃは水平方向の平面が最も狭くなってしまうため縦方向の幅Ｈ２を比較的大きくして強度を確保する必要がある。
補強体２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、例えば、シリカコロイド系の水ガラスなどを硬化剤として、微粒子スラグなどの主材と、アルカリカルシウムなどの硬化促進剤とを混合し、この混合物を地盤内に注入して土砂を固化させることにより形成することができる。したがって、補強体２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、新たに構築する構造物のみならず、既設構造物にも適用可能なものである。
なお、混合物を地盤内に注入する工法は、慣用の技術を適用することにより実施可能であり、ここでは更なる説明を省略する。
【０００９】
次に、本発明の支持杭補強構造の作用について説明する。
図２（ａ）（ｂ）の補強体２０Ａ，２０Ｂは、外周領域２１Ａ，２１Ｂに配置された杭１４のみに接合し、中央領域２２Ａ，２２Ｂに配置された杭１４には直接接合しないものであるが、補強体２０Ａ，２０Ｂの拘束力は中央領域２２Ａ，２２Ｂに在る土砂を介して、これら中央領域２２Ａ，２２Ｂの各杭１４にも伝達される。したがって、杭１４の下端は支持層１３により固定され、中間部は補強体２０Ａ，２０Ｂにより拘束され、さらに杭１４の上端は構造物１１に固定されるため、複数の杭１４と補強体２０Ａ，２０Ｂとからなる基礎構造体は、２層ラーメン構造と同様な剛性を示すものになる。つまり、複数の杭１４の剛性は、補強体２０Ａ，２０Ｂが全く無い場合に比べて格段に高まるため、地盤内に液状化現象が生じた場合にも、構造物１１や支持層１３における杭１４の固定部分で生じる最大曲げひずみは大幅に抑制される。
また図２（ｃ）の補強体２０Ｃは、複数の杭１４のいずれにも直接的に連結されていないものであるが、補強体２０Ｃによる拘束力は、内部領域２２Ｃに在る土砂を介して各杭１４に伝達されるため、複数の杭１４は上記と同様に剛性が高められ、構造物１１や支持層１３における杭１４の固定部分で生じる最大曲げひずみも抑制される。
【００１０】
本発明の支持杭補強構造における曲げひずみ抑制効果を検証するための実験を行ない、その結果を図３に示した。
（実験概要）
本実験は液状化時の杭基礎の挙動を把握するため、せん断土層を用いた１Ｇ場振動台に、本発明の支持杭補強構造の模型を設置して実施したものである。
振動台において、せん断土層は幅１．５ｍ×奥行０．４ｍ×高さ０．６ｍであり、地盤は珪砂５号を用いた２層、上部層の相対密度Ｄｒ＝５０％、下部層の相対密度Ｄｒ＝９０％からなる水平地盤を対象とした。地盤作製は砂を均等に撒き散らすことができる砂撒き装置を使用し、水中落下法により５ｃｍごとに土層を作成し、所定の相対密度を確認した。なお、間隙流水は水を使用した。杭の模型は外径１９．１ｍｍ、肉厚１．２ｍｍ、長さ６００ｍｍの鋼管を４本使用し、これら４本の鋼管を２列２行の等間隔１５０ｍｍ（７．８Ｄ）に配置してフーチングを支持した。杭の上端はフーチングに剛結、杭下端は振動台の底版に固定した。図３に示した３ケースは全て地盤が飽和砂で、ケース▲１▼は補強を行なわないもの、ケース▲２▼は図２（ｃ）に相当する補強を行なったもの、ケース▲３▼は図２（ａ）（ｂ）に相当する補強を行なったものである。各ケースの入力波形は同一とした。
【００１１】
（実験結果）
図３は分布を示したものである。曲げひずみの発生は、液状化の進行に伴ない増加し、完全液状化後急激に低下した。図２（ａ）〜（ｃ）に相当する補強を行なったものは、補強を行なわないものと比べて最大曲げひずみは杭上下端部で４〜５割程度減少した。またケース▲３▼は、補強体２０Ａまたは補強体２０Ｂにより外周の杭中間部同士が一体に連結されているので、２層ラーメン的な構造となり、複数の杭はケース▲２▼よりも強く拘束されて剛となり、最大曲げひずみはケース▲２▼よりも若干小さくなった。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の支持杭補強構造は、複数の杭のなかで外周に配置された杭を補強体が包含し且つ中央に配置された杭を補強体が包含しないように構成されたので、複数の杭は補強体で連結されて剛性は高められ、液状化現象が生じた場合にも、杭と構造物の結合部で生じる最大曲げひずみは大幅に抑制される。また本発明では、杭の中間部における外周に複数の杭を囲むように補強体が設けられ、補強体からの拘束力が土砂などを介して間接的に複数の杭に伝達されるので、上記と同様に、杭と構造物の結合部で生じる最大曲げひずみの抑制が可能になる。さらに、本発明の支持杭補強構造では、杭の中間部に補強体を設けるだけで以上のような最大曲げひずみの抑制効果が得られるため、従来の基礎補強構造に比べて小規模な施工で済み、施工コストを抑制することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の支持杭補強構造を側方から見た図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図であって、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ異なる実施の形態を示す。
【図３】本発明の効果を検証するために行なった実験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１１  構造物
１２  地盤
１４  杭
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ  補強体
【図１】
0003643571.tif 000002
【図２】
0003643571.tif 000003
【図３】
0003643571.tif 000004