(57)【要約】【課題】  地震時に、これまで利用されなかった基礎スラブ直下の地盤剛性を有効活用することにより、比較的短期間の工事によって基礎における耐震性能を向上させることができる基礎の耐震補強構造を提供する。【解決手段】  地盤１１に打ち込まれた杭１０によって支持された基礎の耐震補強構造であって、上記基礎の一部を構成する基礎スラブ１２とその直下の地盤１１との間に、地震時にのみ基礎スラブ１２および地盤１１を押圧して両者間の力の伝達能を増加させる加圧体１４を介装したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭によって支持された基礎の耐震補強構造であって、
上記基礎の一部を構成する基礎スラブとその直下の地盤との間に、地震時にのみ上記基礎スラブおよび地盤を押圧して両者間の力の伝達能を増加させる加圧体を介装したことを特徴とする基礎の耐震補強構造。
【請求項２】
上記加圧体は、密閉された内部に加圧流体が供給されて加圧される袋状部材を備えてなり、かつ加圧流体が充填された蓄圧タンクと、上記袋状部材の内部に上記蓄圧タンク内の加圧流体を供給する供給管と、この供給管に介装された開閉弁と、地震時に上記開閉弁を開いて上記蓄圧タンクと上記袋状部材との間を連通させる開閉制御装置とを備えた加圧手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基礎の耐震補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震時に、杭によって支持された基礎部分の耐震性を向上させる耐震補強構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ベタ基礎やフーチング基礎等の直接基礎では地盤の支持力が不足したり、あるいは有害な沈下が懸念される場合には、図８に示すように、建物１の荷重を基礎スラブ２やフーチングから地盤３の深部の支持層３ａあるいは地盤中に伝達する多数本の杭４を用いた杭基礎やパイルドラフト基礎が用いられている。
【０００３】
ところで、このような杭基礎等においては、設計上、全ての建物１の荷重を杭４で支持するために、例え基礎スラブ２とその直下の地盤３とが密着している状態においても、その接地圧は０に近い。また、既存の杭基礎建物の中には、地下水位の低下などに起因して、基礎スラブ２と地盤３との間に隙間を生じている例も散見されている。加えて、上記基礎スラブ下は地表面に近く、しかも上述したように建物１からの荷重が伝達されない低拘束圧状態にあるために、当該基礎スラブ直下の地盤剛性が小さい。
【０００４】
このため、図８に示すように、地震時に、建物１に水平荷重が作用すると、これらを専ら杭４によって負担する構造になっている。このため、特に杭頭部分には、大きな水平荷重が作用することになる。
ところが、１９８５年のいわゆる新耐震基準以前の基準によって設計された杭基礎は、基本的に地震時における上記水平荷重を考慮した設計がなされていないため、現行の上記基準によってその耐震性を照査すると、殆どの場合が耐震補強の対象となってしまう。
【０００５】
そこで、従来、この種の既存建物に対する杭基礎の耐震補強として、杭を鋼管等によって補強する工法や、下記特許文献１に見られるような新たな杭を増し打ちする工法、あるいは杭の周囲に水平力を負担する壁状の構造物を構築する工法や、下記特許文献２に見られるような杭周囲の地盤を改良する工法などが採られている。
【０００６】
しかしながら、上記いずれの工法にあっても、補強工事に長期間を要するとともに施工コストが高くなり勝ちで、当該耐震補強に係わる負担が極めて大きいという問題点があった。
【特許文献１】特開平２０００−３２０１５２公報
【特許文献２】特開平２０００−１９２４７９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、地震時に、これまで利用されなかった基礎スラブ直下の地盤剛性を有効活用することにより、比較的短期間の工事によって基礎における耐震性能を向上させることができる基礎の耐震補強構造を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、杭によって支持された基礎の耐震補強構造であって、上記基礎の一部を構成する基礎スラブとその直下の地盤との間に、地震時にのみ上記基礎スラブおよび地盤を押圧して両者間の力の伝達能を増加させる加圧体を介装したことを特徴とするものである。ここで、本発明にいう基礎スラブには、フーチングも含まれる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の上記加圧体が、密閉された内部に加圧流体が供給されて加圧される袋状部材を備えてなり、かつ加圧流体が充填された蓄圧タンクと、上記袋状部材の内部に上記蓄圧タンク内の加圧流体を供給する供給管と、この供給管に介装された開閉弁と、地震時に上記開閉弁を開いて上記蓄圧タンクと上記袋状部材との間を連通させる開閉制御装置とを備えた加圧手段が設けられていることを特徴とするものである。ここで、加圧流体としては、圧縮空気や加圧水、加圧油等の各種の加圧された流体が適用可能である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１または２に記載の発明においては、地震時に、基礎スラブおよび直下の地盤との間に介装した加圧体が作動して、上記基礎スラブおよび地盤が押圧される。この結果、基礎スラブと地盤とが加圧体を間に介して互いに密着することにより両者間の摩擦抵抗力が高まるために、地震時に作用する水平力に対して、従来の杭基礎では考慮することができなかった上記基礎スラブ直下の地盤のせん断剛性によって抗することができる。
【００１１】
加えて、上記地盤表面には、上記加圧体の押圧力に対応した鉛直応力が、建物重量や杭の引き抜き反力として作用するために、上記地盤の上記拘束圧が高まる。そして、上記地盤が、粗粒土からなる土や、いわゆる砂質土である場合、その剛性は有効拘束圧の影響を強く受けるために、上記鉛直応力によって地盤剛性が大きくなり、この結果上記摩擦抵抗力の増加との協働により、基礎スラブ直下の地盤剛性を有効活用した耐震性能の向上効果を得ることができる。
【００１２】
また、特に上記地盤が、地下水位が高く、かつ低拘束圧状態にある砂質地盤である場合においても、地震時に上記加圧体の押圧力によって作用する鉛直応力により、その拘束圧が高められるために、地震時における液状化抵抗を改善させる効果も有する。
【００１３】
なお、一般に建物を支持するために杭基礎を用いる必要がある地盤は、比較的軟弱であるために、長期間にわたって当該地盤に鉛直荷重を作用させると、多大な変形や破壊を誘発する虞がある。特に、上記地盤が粘性土である場合には、圧密沈下生じ、杭に下向きの大きな摩擦力が発生して杭体の損傷や建物の沈下を招来する虞がある。
これに対して、本発明においては、地震時にのみ上記加圧体に加圧流体を供給して作動させているために、かかる弊害を生じる虞がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１〜図４は、本発明に係る基礎の耐震補強構造の一実施形態を示すもので、図中符号１０は、地盤１１内に打ち込まれた杭である。
この杭１０は、地盤１１下方の支持層１１ａまで打ち込まれており、その上端部が基礎スラブ１２と一体化されている。この結果、建物１３の鉛直荷重は、基礎スラブ１２を介して杭１０に伝えられ、地盤１１の支持層１１ａによって支承されている。
【００１５】
そして、基礎スラブ１２とその直下の地盤１１との間に、加圧体１４が介装されている。この加圧体１４は、図４に示すように、肉厚のゴム膜等からなる可撓性を有する袋状部材１５と、この袋状部材１５を上部側および下部側から覆う外殻板１６、１７とを有している。ここで、外殻板１６、１７は、所定の機械的強度を有する金属板であり、図２に示すように、各々の平坦な上面および下面が、基礎スラブ１２の下面および地盤１１の上面に当接されるとともに、互いに上下方向に相対変位可能に設けられている。
【００１６】
他方、建物１０内あるいは基礎スラブ１２上には、加圧体１４を作動させるための加圧手段が設けられている。
この加圧手段は、図３に示すように、圧縮空気あるいは加圧油等の加圧流体が充填された蓄圧タンク２０と、この蓄圧タンク２０の吐出側に設けられた開閉制御弁（開閉弁）２１と、この開閉制御弁２１から枝配管されて各々の袋状部材１５の内部に蓄圧タンク２０内の上記加圧流体を供給する供給管２２と、この供給管２２に介装されたレギュレータ２３および開放弁２４と、地震時に開閉制御弁２１を開くとともに地震終了後に開放弁２４を開く開閉制御装置２５とを有している。
【００１７】
ここで、開閉制御装置２５は、リアルタイム地震情報の取得装置や建物１０内に接地した地震計等の地震感知手段２６によって得られた地震検知信号に基づき、当該地震の規模と予め設定された加圧手段を作動すべき地震規模とを対比する演算手段を備えており、実際の地震規模が上記設定値を超える場合に、開閉制御弁２１を開く指令信号を発するとともに、地震終了後に、開閉制御弁２１を閉じるとともに、開放弁２４を開いて袋状部材１５内の加圧流体を開放する指令信号を発するように制御ロジックが組まれている。
【００１８】
以上の構成からなる基礎の耐震補強構造においては、地震が発生すると、これを検知した地震検知手段２６からの信号に基づき、開閉制御装置２５からの指令信号によって開閉制御弁２１が開き、蓄圧タンク２０内の加圧流体が加圧体１４の袋状部材１５内に供給される。これにより、図２（ａ）に示す平常時の状態から、同図（ｂ）に示すように、上記加圧流体によって袋状部材１５が膨張して外殻板１６、１７を離間方向に押圧することにより、基礎スラブ１２およびその直下の地盤１１が押圧される。
【００１９】
この結果、基礎スラブ１２と地盤１１とが加圧体１４を間に介して互いに密着するために、図７に示すように、両者間に大きな摩擦抵抗力を得ることができ、よって地震時に作用する水平力に対して、上記摩擦抵抗力を介して基礎スラブ直下の地盤１１のせん断剛性によって抗することができる。
【００２０】
この際に、地盤１１の表面には、加圧体１４の押圧力に対応した鉛直応力が、建物１３の重量や杭１０の引き抜き反力として作用するために、地盤１１の拘束圧を高めることができ、この結果上記鉛直応力によって地盤剛性が大きくなるために、上記摩擦抵抗力の増加との協働によって、基礎スラブ１２直下の地盤１１の剛性を有効活用した優れた耐震性能を得ることができる。
【００２１】
また、加圧体１４による基礎スラブ１２および地盤１１に対する上記押圧は、耐震性能を向上させるために地震時のみに行われ、地震が終了した後においては、開閉制御装置２５からの指令信号により、開閉制御弁２１を閉じるとともに、開放弁２４を開いて袋状部材１５内の加圧流体が開放される結果、図２（ａ）に示すように、加圧体１４による基礎スラブ１２および地盤１１の押圧が行われなくなる。したがって、地盤１１が軟弱である場合においても、当該地盤１１に大きな変形を与えたり、圧密沈下を生じたりする虞がない。なお、地震後に袋状部材１５内の加圧流体を開放した後は、再び別途圧縮機等の加圧装置によって蓄圧タンク２０内に流体を加圧して充填しておくか、あるいは新たな蓄圧タンクに交換しておけばよい。
【００２２】
また、図５および図６は、本実施形態の他の形態を示すものであり、建物の柱３０の下部にフーチング３１が一体形成され、これらフーチング３１が杭１１によって支承されるとともに、フーチング３１間に基礎梁３２が横設され、基礎梁３２内に基礎スラブ３３が打設された基礎において、基礎スラブ３３とその直下の地盤１１との間に、同様に地震時にのみ基礎スラブ３３および地盤１１を押圧する上記加圧体１４を、基礎スラブ３３の全面を複数に分割（図では４分割）した各々の個所に配設したものである。
【００２３】
このような基礎の耐震補強構造によっても、図１〜図４に示したものと同様に作用効果を得ることができる。
加えて、特に基礎スラブ３３の平面積が大きい場合に、全面を均一かつ安定的に押圧することが可能になる。
【００２４】
なお、上記基礎の耐震補強構造は、基礎スラブ１２と直下の地盤１１との間に、加圧体１４を設置するのみで済むために、従来の杭補強や、杭の増設あるいは杭周囲の地盤改良等と比較すると、比較的短期間の工事によって基礎における耐震性能を向上させることができる。このため、特に既存建物の耐震補強に用いて好適であるが、新築の建物にも適用することが可能である。
【００２５】
また、加圧体１４の構成も、上述した加圧流体によって膨張する袋状部材１５を有するものに限らず、地震時にのみ作動して基礎スラブ１２、３３および地盤１１を押圧し得るものであれば、油圧ジャッキ等の各種の構造のものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体の正面図である。
【図２】図１の加圧体の設置部分を示す拡大図であり、（ａ）は平常時、（ｂ）は地震時の状態を示す図である。
【図３】本実施形態の加圧手段を示す概略構成図である。
【図４】図１の加圧体の構成を示す縦断面図である。
【図５】上記実施形態の他の形態を示す平面図である。
【図６】図５の縦断面図である。
【図７】上記実施形態における地震時の抵抗機構を示す模式図である。
【図８】従来の杭基礎における地震時の抵抗機構を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  杭
１１  地盤
１２、３３  基礎スラブ
１３  建物
１４  加圧体
１５  袋状部材
２０  蓄圧タンク
２１  開閉制御弁（開閉弁）
２２  供給管
２４  開放弁
２５  開閉制御装置
２６  地震感知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006265994.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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