(57)【要約】  【課題】鉄道駅のプラットホームなどの既設施設を避けてその上部に上屋を増築する場合に適用され、複数の杭頭を連結梁で連結することで基礎梁を不要とする杭頭連結基礎工法において、複数の杭の芯ずれを吸収しつつ杭頭と連結梁を強固に連結できる基礎梁のない独立杭基礎構造を提供する。  【解決手段】打設された４本の鋼製杭１１の杭頭１１ａを高さを揃えて切断し、天端板１２付きの鋼製キャップ１３を杭頭１１ａの上に溶接で取付け、連結梁１４の先端部を天端板１２の上に載置し、貫通孔１５に空隙をおいて挿通された連結ボルト１６の下端を下部ナット１６ａにねじ止めし、連結ボルト１６の上端を貫通孔１５の上部開口を塞ぐ塞ぎ板１７を貫通させて上部ナット１６ｂにねじ止めし、緊締することで、連結梁１４の先端部を鋼製杭１１に固定する。貫通孔１５と連結ボルト１６との間の空隙には充填材１８を充填する。  【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
打設された複数の杭の杭頭を連結梁で連結してなる基礎梁のない独立杭基礎構造であり、杭頭に設けられた天端板の上に、連結ボルトが空隙をおいて挿通される貫通孔を有する連結梁の先端部が設置され、前記貫通孔に挿通された連結ボルトで前記天端板と貫通孔の上部開口を塞ぐ塞ぎ板とを緊結することにより連結梁の先端部が挟持され、前記貫通孔内の連結ボルト周囲の空隙には充填材が充填されていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造。
【請求項２】
請求項１に記載の独立杭基礎構造において、隣接する連結梁の先端部同士をつなぐ補剛梁が設けられ、連結梁と補剛梁とは接合されていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか一つに記載の独立杭基礎構造において、連結梁に水平変位抑制キーが設けられていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の独立杭基礎構造において、杭の周りが地盤改良されていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の独立杭基礎構造において、地上部架構に振動抑制装置が組み込まれていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物などの構造物の独立杭基礎構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の独立杭基礎工法は、図１１の平面図、図１２の立面図に示すように、打設された杭１の頭部にコンクリートのフーチング２を設け、隣接するフーチング同士を基礎梁３で連結して一体化することにより、フーチング２に据え付けられた柱脚部４から伝達される軸力、曲げモーメント及びせん断力に抵抗するようにしたものであった。
【０００３】
しかし、図１３に示すように、鉄道駅のプラットホームなどの既存施設Ａを避けてその上部に上屋５を増築する場合のように、柱６を立てても既存施設Ａに阻害されて基礎梁を設けられないことがあった。このような場合、例えば、太い現場造成コンクリート杭７に柱６の下端部６ａを直接埋設して一体架構とすることにより、柱６から伝達される応力に抵抗するようにした工法が開発されていた。
【０００４】
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、特許文献１、２がある。特許文献１の発明は、鉄骨梁を用いた鉄骨柱の半固定直接基礎および杭基礎構造に関するものである。特許文献２の発明は、鉄骨柱と基礎杭とを支持金物等を介して結合する上部構造物と基礎杭との結合構造に関するものである。
【特許文献１】特開２００２−１２１７４７号公報
【特許文献２】特開２００２−１４６８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述のような杭を現場造成する工法や埋設工法では、掘削する残土処理が必要であり、また施工設備が大掛かりになるので、狭隘な場所での施工が多い鉄道駅のプラットホームなどの既存施設における上屋増築工事では、環境面やコスト及び労力の面で問題があった。
【０００６】
本発明は、例えば、鉄道駅のプラットホームなどの既設施設を避けてその上部に上屋を増築する場合に適用され、複数の杭頭を連結梁で連結することで基礎梁を不要とする杭頭連結基礎工法において、複数の杭の芯ずれを吸収しつつ杭頭と連結梁を強固に連結できる基礎梁のない独立杭基礎構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る発明は、打設された複数の杭の杭頭を連結梁で連結してなる基礎梁のない独立杭基礎構造であり、杭頭に設けられた天端板の上に、連結ボルトが空隙をおいて挿通される貫通孔を有する連結梁の先端部が設置され、前記貫通孔に挿通された連結ボルトで前記天端板と貫通孔の上部開口を塞ぐ塞ぎ板とを緊結することにより連結梁の先端部が挟持され、前記貫通孔内の連結ボルト周囲の空隙には充填材が充填されていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造である。
【０００８】
本発明は、例えば、鉄道駅のプラットホームなどの既設施設を避けてその上部に上屋を増築する場合に有効に適用される、複数の杭頭を連結梁で連結することで基礎梁を不要とする杭頭連結基礎工法において、例えば、図１〜図３に示すように、複数の杭の芯ずれを吸収しつつ杭頭と連結梁を強固に連結できるようにしたものである。連結梁の先端部の貫通孔の内径は連結ボルトの外径よりも十分に大きくされているため、杭芯がずれていても連結ボルトを貫通孔に通すことができる。また、貫通孔の上下に位置する天端板と塞ぎ板とで連結梁の先端部を挟み、連結ボルト・ナットで緊締し、貫通孔の空隙には充填材を充填することで、強固な接合構造が得られる。天端板付きの鋼管等からなる鋼製キャップを杭頭に溶接で取り付けてもよいし、天端板を直接杭頭に溶接で取付けてもよい。
【０００９】
貫通孔内に充填される充填材の量を低減したい場合は、例えば、図４に示すように、貫通孔の中に例えば貫通孔の内径の半分程度の鋼管を内挿し、この内挿管の内部に連結ボルトを通し、内挿管内の空隙にのみ充填材を充填することができる。この内挿管を用いた場合も、用いない場合と杭の芯ずれの誤差吸収能力は変わらず、また充填材が内挿管によって三軸拘束状態が高まり、充填材の支圧強度が増大する利点がある。
【００１０】
杭は、鋼製杭、あるいは鋼管等とコンクリートの合成杭などを用いることができる。また、例えば図７に示すように、スクリュー付き（羽根付き）鋼管杭を用いることもでき、この場合には、スクリューがアンカーの役目もするので、地震時に発生し易い杭の引き抜き力にも抵抗できる、残土がでない、コンクリート打設の大掛かりな設備が不要になる、などの利点がある。
【００１１】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の独立杭基礎構造において、隣接する連結梁の先端部同士をつなぐ補剛梁が設けられ、連結梁と補剛梁とは接合されていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造である。
【００１２】
本発明の独立杭基礎は、複数本の杭、例えば図５に示すように、４本の杭頭を平面視で十字状の連結梁で連結するものであり、隣接する杭における連結梁の先端部同士を補剛梁でつなぐ。図５、図６に示すように、連結梁の材芯（材軸）と杭芯とが一致しなかった場合には、軸力Ｎと偏心量Ｅの積である偏心モーメントＭが杭に作用するが、連結梁の先端部に剛接合された２本の補剛梁に偏心モーメントを分配し、杭に伝達されないようにするものである。連結梁と補剛梁とは剛接合に限らず、ボルト接合等でもよい。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２のいずれか一つに記載の独立杭基礎構造において、連結梁に水平変位抑制キーが設けられていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造である。
【００１４】
本発明の独立杭基礎は、地中梁がないため、地震時に地上部架構の柱の柱脚部の水平移動が生じやすいため、例えば図８に示すように、水平変位抑制キーを柱脚部の下における連結梁の交差部から地中へ突設し、水平移動に対する抵抗力を増大させる。
【００１５】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の独立杭基礎構造において、杭の周りが地盤改良されていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造である。
【００１６】
例えば、図９に示すように、杭の周りにソイルセメントコラム等による地盤改良体を形成し、地盤改良体の水平抵抗力により、柱脚部の水平移動を抑制するものである。
【００１７】
本発明の請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の独立杭基礎構造において、地上部架構に振動抑制装置が組み込まれていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造である。
【００１８】
例えば、図１０に示すように、振動抑制装置により建物の揺れを抑制し、基礎部に作用する力を低減し、柱脚部の水平移動を抑制するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の基礎梁のない独立杭基礎構造は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。
（1）杭を打設する場合、数10ｍｍ程度の杭芯ずれは発生し得るが、連結梁の貫通孔とこの貫通孔に挿通される連結ボルトにより連結梁と杭頭とを連結するため、大きな杭芯の誤差を吸収することができ、かつ、連結梁の先端部を天端板と塞ぎ板で挟み、連結ボルト・ナットで緊結する強固な接合構造であり、かつ、補剛梁を設けることで、杭芯ずれにより生じる偏心モーメントの処理も容易である。
（2）従って、基礎部の製作及び施工管理が容易になる。
（3）また、高い精度が要求されないので、杭芯位置を実測する前に予め連結梁などの部材を製作しておくことも可能となり、施工の効率化、コストの低減等が可能となる。
（4）水平変位抑制キー、地盤改良あるいは地上部架構の振動抑制装置を併用すれば、杭の過大な変形が生じそうな地盤でも、柱脚部の水平移動を抑制できる。
（5）スクリュー付き鋼管杭を用いることで、引き抜き力に抵抗でき、引き抜き力を連結梁から杭へスムーズに伝達できるので、杭間隔をあまり広くしなくてもよい。
（6）スクリュー付き鋼管杭を用いれば、残土処理が不要となり、かつ、施工設備も大掛かりにならないので、環境面、コスト及び労力の面で有利である。
（7）施工期間も従来工法よりも短縮できるので、特に鉄道駅のプラットホームでの上屋増築のように夜間にしか工事できない場合には、効果が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図１〜図４は、本発明の独立杭基礎構造の基本的な第１実施形態である。図５、図６は、補剛部材を付加した第２実施形態である。図７は、スクリュー付きの杭を用いた第３実施形態である。図８は、水平変位抑制部材を付加した第４実施形態である。図９は、杭に地盤改良体を付加した第５実施形態である。図１０は、地上架構に振動抑制装置を付加した第６実施形態である。
【００２１】
［第１実施形態］
図１の平面図、図２の立面図、図３の部分拡大断面図に示すように、先ず、打設された４本の鋼製杭１１の杭頭１１ａを、高さを揃えて切断し、天端板１２が上部に取付けられた鋼管等からなる鋼製キャップ１３を杭頭１１ａの上に現場溶接で取付ける。天端板１２のみを直接杭頭１１ａに溶接してもよい。
【００２２】
Ｈ形鋼等からなる連結梁１４の両端部には、鋼管等により貫通孔１５が設けられており、この先端部を天端板１２の上に載置し、鋼製キャップ１３と連結梁１４とを連結ボルト１６を用いて連結する。この連結方法は、図３に示すように、例えば、天端板１２の下面に工場溶接で取付けておいた下部ナット１６ａに連結ボルト１６の下端をねじ止めし、連結ボルト１６の上端を貫通孔１５の上部開口を塞ぐ塞ぎ板１７を貫通させて上部ナット１６ｂにねじ止めする。この上部ナット１６ｂを十分に締め付け、貫通孔１５を上下からしっかりと塞ぐ。連結梁１４の先端部が天端板１２と塞ぎ板１７とで挟持され、鋼製杭１１の杭頭に緊結される。
【００２３】
貫通孔１５の内径は、連結ボルト１６の外径よりも十分に大きいため、貫通孔１５と連結ボルト１６との間の空隙に充填材（無収縮モルタルなど）１８を充填材注入孔１８ａから充填する。塞ぎ板１７に設けられた空気孔１８ｂにより充填材１８が完全に充填されたことを確認する。
【００２４】
また、貫通孔１５の内径が大きい場合には、充填材１８が多量に必要となるが、このような場合には、図４に示すように、貫通孔１５の中に別に小径の鋼管（貫通孔１５の内径の約半分の直径の鋼管）１９を内挿し、この内挿管１９と連結ボルト１６との間の空隙にのみ充填材１８を充填する。内挿管１９の下部には底板１９ａを設け、内挿管１９に作用する軸力を天端板１２に伝達できるようにする。底板１９ａは偏心板であり、回転させることで種々の杭芯位置に対応できる。塞ぎ板１７のボルト貫通孔は長孔１７ａとし、種々の杭芯位置に対応できるようにする。長孔１７ａはワッシャーで塞ぐ。
【００２５】
以上のようにして、４本の鋼製杭１１が連結梁１４により十文字に連結される（図１参照）。連結する鋼製杭１１の配置や本数は、これに限定されず、種々の態様が考えられる。なお、柱脚部４は連結梁１４の交差部に接合されている。また、連結梁１４はブラケット方式であり、柱脚側の連結梁と杭側の連結梁とがスプライスプレートを介してボルト接合されている。
【００２６】
このように、複数の連結梁１４によって鋼製杭１１を連結するので、柱脚部４からの曲げモーメントは鋼製杭１１の踏ん張りで処理され、地震等の水平力に対しては例えば４本の連結された鋼製杭１１で抵抗できるため、従来のような基礎梁が無くても独立杭基礎として成り立つ。
【００２７】
鋼製杭１１の鋼製キャップ１３と連結梁１４との接合は、図３に示すように、連結梁１４の貫通孔１５の内径が連結ボルト１６の太さに対して十分な寸法を有するので、鋼製杭１１の芯が多少ずれても、連結ボルト１６を貫通孔１５に通すことができ、基礎部の製作や施工管理が容易である。
【００２８】
なお、内挿管を用いた場合、杭の芯ずれの誤差吸収能力は、用いない場合と全く変わりなく、充填材の使用量が少量で済む、充填材が内挿管によって三軸拘束状態が高まり、充填材の支圧強度が増大する、などの利点がある。
【００２９】
［第２実施形態］
この第２実施形態は、図５の平面図、図６の立面図に示すように、第１実施形態において、隣接する連結梁１４の先端部同士を繋ぐ補剛梁２０を設けたものであり、連結梁１４と補剛梁２０とは、フランジもウェブも接合する剛接合としてある。ウェブのみの接合でも、ある程度の補剛効果が期待できる。
【００３０】
施工時に杭芯が所定の位置から数10ｍｍずれてしまうことはよくあるが、連結梁１４の材芯と鋼製杭１１の杭芯とが一致しなかった場合には（図５、図６の偏心Ｅ）、柱脚部４から連結梁１４を伝わって鋼製杭１１に作用する軸力Ｎと偏心量Ｅとの積が偏心モーメントＭとなり、鋼製杭１１に作用する。
【００３１】
第１実施形態では、軸力Ｎと偏心モーメントＭの組合わせ応力に対して、鋼製杭１１が直に抵抗しなければならないので、鋼製杭１１のサイズを大きくする必要があり、また連結梁１４は捩りを受けるので好ましくない。
【００３２】
この第２実施形態は、この問題を連結梁１４の先端部同士を繋ぐ補剛梁２０を設けることにより解決したものである。即ち、補剛梁２０は連結梁１４に剛接合されているので、偏心モーメントＭは鋼製杭１１の両側にある２本の補剛梁２０に分配され、鋼製杭１１には伝達されない。
【００３３】
このように第２実施形態では、杭に偏心が生じても鋼製杭１１に偏心モーメントＭが作用しないので、高い施工精度は必ずしも必要としない。なお、十文字型等に構成された連結梁１４は、その平面内剛性を確保することが望ましいので、補剛梁２０はその役目も併せ持つ。
【００３４】
［第３実施形態］
この第３実施形態は、図７の立面図に示すように、第１、第２の実施形態において、鋼製杭１１として杭先端にスクリュー（羽根）３０を有する鋼管杭３１を用いた場合である。スクリュー付き鋼管杭３１は、回転を与えながら地面にねじ込むものであり、埋め込み杭のように残土が出ないので環境にやさしい杭であり、またコンクリートが不要なので、現場造成コンクリート杭のようにコンクリート打設に伴う大掛かりな設備の必要がない。
【００３５】
従って、鉄道駅のプラットホームの上屋増築のような工事にありがちな狭隘な場所での施工にも有利である。また、工期が短く、労力も少なくて済む。更に、スクリュー３０がアンカーの役目をするので、地震時に発生し易い杭の引き抜き力にも抵抗できる。
【００３６】
［第４実施形態］
この第４実施形態は、図８の立面図に示すように、第１〜第３の実施形態において、連結梁１４の交差部から下方へ水平変位抑制キー４０を突設したものである。本発明に係る独立杭基礎では地中梁がないため、地震時に、地中梁がある従来の独立杭基礎に比べて柱脚部４の移動が生じやすいので、水平変位抑制キー４０を地中に突設して付加すれば、水平移動に対する抵抗力が増大するので、柱脚部４の移動が抑制され、建物の耐震安全性が向上する。
【００３７】
［第５実施形態］
この第５実施形態は、図９の立面図に示すように、第１〜第４の実施形態において、鋼製杭１１の周囲に地盤改良体５０を形成したものである。地盤改良工法としては、土とセメントの混合体を柱状に形成するソイルセメントコラム工法が適している。即ち、施工が簡便であり、また残土の発生がない点も本発明の趣旨に合致している。
【００３８】
柱状に形成された地盤改良体５０は、地震時に太い杭のような役目を果たすので、鋼製杭１１のみの場合に比べて大きな水平抵抗力を発揮するため、柱脚部４の移動を抑制する効果が大きい。
【００３９】
［第６実施形態］
この第６実施形態は、図１０の立面図に示すように、第１〜第５の実施形態において、地上部の架構に、建物５の揺れを抑制する振動抑制装置６０を付加したものである。この第５実施形態によれば、地震による建物５の振動を振動抑制装置６０によって減衰させ、基礎部に作用する力を減少させることができるので、地中梁がないことによる柱脚部４の移動を生じにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の独立杭基礎構造の基本的な第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の立面図である。
【図３】図２の部分拡大断面図である。
【図４】図１の第１実施形態で内挿管を用いた例を示したものであり、（a）は平面図、(b)は鉛直断面図、(c)は(b)の下部における水平断面図である。
【図５】本発明の独立杭基礎構造において補剛部材を付加した第２実施形態を示す平面図である。
【図６】図５の部分断面立面図である。
【図７】本発明の独立杭基礎構造においてスクリュー付きの杭を用いた第３実施形態を示す立面図である。
【図８】本発明の独立杭基礎構造において水平変位抑制部材を付加した第４実施形態を示す立面図である。
【図９】本発明の独立杭基礎構造において杭に地盤改良体を付加した第５実施形態を示す立面図である。
【図１０】本発明の独立杭基礎構造において地上架構に振動抑制装置を付加した第６実施形態を示す立面図である。
【図１１】従来の独立杭基礎の一例を示す平面図である。
【図１２】図１１の立面図である。
【図１３】狭隘地での従来の独立杭基礎構造を示す立面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…杭
２…フーチング
３…基礎梁
４…柱脚部
５…地上部架構（建物・上屋）
６…柱
７…現場造成コンクリート杭
１１…鋼製杭
１１ａ…杭頭
１２…天端板
１３…鋼製キャップ
１４…連結梁
１５…貫通孔
１６…連結ボルト
１６ａ…下部ナット
１６ｂ…上部ナット
１７…塞ぎ板
１７ａ…長孔
１８…充填材
１８ａ…充填材注入孔
１８ｂ…空気孔
１９…内挿管
１９ａ…底板
２０…補剛梁
３０…スクリュー
３１…スクリュー付き鋼管杭
４０…水平変位抑制キー
５０…地盤改良体
６０…振動抑制装置
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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