(57)【要約】【課題】既存杭を残置させたまま既存杭上に新設基礎を構築し、新設基礎を埋戻し材を介して既存杭に間接的に支持させる場合に、新設基礎の構築時から上部構造の鉛直荷重を負担する緩衝材に、緩衝材が収縮した後にも新設基礎が既存杭から受ける突き上げ力（反力）を緩和させる。【解決手段】多数の気体層を有し、または内部に気体が混入し、圧縮力を負担したときに時間の経過と共に圧縮力作用方向に収縮可能な材料の収縮材１を、既存杭６の天端の上方と新設基礎２の底面下との間に充填される埋戻し材４中に埋設する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存杭を残置させたまま、この既存杭の上方に新たに構築される新設基礎と前記既存杭との間の、前記新設基礎からの鉛直荷重による前記既存杭からの反力を緩和させる緩衝空間において、
多数の気体層を有し、または内部に気体が混入し、圧縮力を負担したときに時間の経過と共に圧縮力作用方向に収縮可能な材料の収縮材が、前記既存杭の天端の上方と前記新設基礎の底面下との間に充填される埋戻し材中に埋設されていることを特徴とする既存杭と新設基礎との緩衝構造。
【請求項２】
前記収縮材は水平断面上、前記既存杭の天端を覆う領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の既存杭と新設基礎との緩衝構造。
【請求項３】
前記埋戻し材は前記既存杭の天端上に残存する既存基礎と前記新設基礎との間に充填され、前記既存基礎の上面は前記既存杭の水平断面上の中心寄りに位置し、水平面をなす中心部領域とその外周側に位置し、前記中心から外周側へ向けて下方へ傾斜した面をなす周辺部領域とに区分され、前記中心部領域から前記周辺部領域までに前記収縮材が連続的に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の既存杭と新設基礎との緩衝構造。
【請求項４】
前記収縮材は前記既存基礎の前記周辺部領域からその周辺の水平面をなす水平部領域までに連続的に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の既存杭と新設基礎との緩衝構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は既存杭を残置させたまま既存杭上に新設基礎を構築する場合に、新設基礎を埋戻し材を介して既存杭に間接的に支持させる既存杭と新設基礎との緩衝構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
杭支持されている既存構造物の基礎以上の上部構造を解体し、既存杭６上に新設基礎２と上部構造５を新たに構築する場合、上部構造５の柱の位置が既存杭６の位置に合致しないことがあるため、上部構造５の鉛直荷重を既存杭６が直接、負担しないよう、新設基礎２は図２−（ａ）、（ｂ）に示すように既存杭６上に埋設された、埋戻し土を含む埋戻し材４上に構築されることが多い（特許文献１、２参照）。
【０００３】
この場合、新設構造物の鉛直荷重は新設基礎２の下に新たに設置される新設杭２２が支持するが、既存杭６の位置では新設基礎２は埋戻し材４を介して間接的に既存杭６に支持される状態になるため、上部構造５の鉛直荷重が直接、既存杭６に伝達される状態は緩和される。
【０００４】
但し、新設基礎２の既存杭６上に位置する部分は直接的には既存杭６に支持されないが、埋戻し材４が既存杭６と新設基礎２との間に挟まれていることで圧密されるため、新設基礎２上への上部構造５の構築に伴い、既存杭６上の新設基礎２は沈下を生じようとする。一方、既存杭６自体は沈下しないため、既存杭６上の新設基礎２の底面は既存杭６から鉛直方向上向きに突き上げられ（反力を受け）ようとする。
【０００５】
埋戻し材４は新設基礎２の特定箇所が既存杭６から突き上げられる（集中的に反力を受ける）ことを緩和させる緩衝材の働きをするが、時間の経過と共に圧密され、収縮しようとするため、最終的に収縮が収束した時点で埋戻し材４は既存杭６から反力を受けた状態になり、上部構造５の鉛直荷重を既存杭６に伝達する状態になる。
【０００６】
埋戻し材４の収縮が最終的に収束した時点で既存杭６から反力を受けない状態にならない限り、埋戻し材４は上部構造５の鉛直荷重を既存杭６に伝達するため、埋戻し材４は既存杭６から反力を受けない状態にならないような適度の圧縮性、すなわち適度の収縮能力を有することが望ましいが、この適度の圧縮性を有する埋戻し材４を選定することは難しい。
【０００７】
特に一般的な埋め戻し材の材料は土、砂、石等からなる土壌材料であることから、物理的特性にバラツキがあるため、圧密を受けた際の圧縮特性を事前に、正確に予測することも難しい。このことは、圧縮特性を事前に予測可能な埋め戻し材の材料の調達（選定）にコストと時間を要することを意味する。
【０００８】
一方、埋戻し材として、圧縮力の負担能力を期待しない緩衝材を使用する方法がある（特許文献３、４参照）。ここでの緩衝材は新設基礎からの鉛直荷重を既存杭に伝達させないようにする目的で介在させられている。
【０００９】
特許文献３、４では緩衝材は既存杭の天端と新設基礎底面との間に確保される鉛直方向の空隙を埋め、新設基礎の底面を既存杭の天端に接触させないようにするために使用されており、原則的には上部構造の鉛直荷重を新設杭が負担することで、新設基礎を通じての鉛直荷重が既存杭に伝達されないことが前提になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５１８１２８８号公報（請求項１、段落０００８〜００１１、図２）
【特許文献２】特開２０１０−１３３２０６号公報（請求項１、段落００１１〜００１３、図１〜図５）
【特許文献３】特開２０００−４５２９６号公報（請求項１、段落００１１〜００１４、図１、図３）
【特許文献４】特開２００２−２５６５７１号公報（請求項７、段落００２７〜００３１、図３〜図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、新設基礎上に上部構造が構築されている以上、新設基礎の内、新設杭に支持されていない箇所は上記のように沈下しようとするため、既存杭と新設基礎との間に一定の厚さで介在している緩衝材は最終的には上部構造の鉛直荷重の一部を負担せざるを得ず、圧縮力を受けて収縮することになる。
【００１２】
新設基礎の沈下は上部構造の構築に伴って生ずる即時沈下であるため、上部構造の完成後にはいずれ収束するが、緩衝材が収縮しきった時点で、新設基礎の底面は収縮した緩衝材を挟んで既存杭の天端に接触するため、上記した既存杭からの突き上げを受けることになる。
【００１３】
本発明は上記背景より、新設基礎の構築時から緩衝材に上部構造の鉛直荷重の一部を負担させ、緩衝材が収縮した後にも新設基礎の既存杭からの突き上げを緩和させる既存杭と新設基礎との緩衝構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の発明の既存杭と新設基礎との緩衝構造は、既存杭を残置させたまま、この既存杭の上方に新たに構築される新設基礎と前記既存杭との間の、前記新設基礎からの鉛直荷重による前記既存杭からの反力を緩和させる緩衝空間において、
多数の気体層を有し、または内部に気体が混入し、圧縮力を負担したときに時間の経過と共に圧縮力作用方向に収縮可能な材料の収縮材が、前記既存杭の天端の上方と前記新設基礎の底面下との間に充填される埋戻し材中に埋設されていることを構成要件とする。
【００１５】
「気体層を有し」とは、気泡緩衝材、段ボール等のように空気層のような気体層を収縮材自体が備えている、または収縮材自体に形成されている材料を指し、「内部に気体が混入し」とは、発泡スチロールのように収縮材自体に空気のような気体（気泡）が混入している、または含んでいる材料を指す。本発明の緩衝材はこれらの両者を含む。「気体層」や「気体（気泡）」は１個、または１枚の収縮材に付き、１個ではなく、多数、あるいは無数、存在する。気体は主に空気であるが、必ずしもその必要はない。
【００１６】
「圧縮力を負担したときに時間の経過と共に圧縮力作用方向に収縮可能」とは、原形の状態から、収縮材が圧縮力を継続的に負担することで、気体層内の気体が流出するか、または材料の内部に混入している気体が消失することにより収縮材自体が圧縮力作用方向に圧縮され、収縮可能であることを言う。気体層、または材料中に混入している気体は収縮しきる場合と、収縮しきらない場合がある。
【００１７】
「気体層」や材料中の「気体」は収縮材に多数、あるいは無数、存在していることと、収縮材自体が埋戻し材中に埋設されていることから、収縮材全体が厚さ方向に一様に圧縮力を受けにくくなるため、新設基礎の沈下が収束するまでの間に一部の（気体層内の気体を含め）気体が消失するとしても、全「気体層」や全「気体」が消失することはない。
【００１８】
従って新設基礎の沈下の収束後も収縮材中の一部の気体は存在し続けることが期待される。仮に全「気体層」や全「気体」が消失し、収縮材が完全に収縮することがあっても、収縮材は埋戻し材中に埋設されていることで、新設基礎底面が収縮した収縮材を直接、挟んで既存杭天端面に接触することは回避されるため、埋戻し材自体は緩衝材としての機能を保持し続け得る。
【００１９】
新設基礎の沈下が収束した後も原則的に収縮材中の一部の気体が存在し続けることができることで、収縮材全体が完全に収縮することがなく、新設基礎底面が既存杭天端面に収縮した直接、収縮材を挟んで接触することが回避されるため、新設基礎底面が既存杭天端面からの上向きの突き上げ力（反力）を受けることがなくなるか、この状況が大幅に緩和される。
【００２０】
新設基礎の沈下が収束したときに、収縮材中に少なくとも一部の「気体層」や「気体」（以下、両者を含め、「気体」と言う）が残存することは、収縮材が埋設された埋戻し材中に「気体」が残存していることと同等の状態であり、埋戻し材が圧密されたときにも埋戻し材内には気体が存在し続ける。結果として、収縮材中の気体が新設基礎と既存杭との間で、既存杭からの反力を緩和させて新設基礎に伝達する緩衝材として機能することができる。
【００２１】
このことは、収縮材の物理的特性を事前に、十分に把握しておくことが可能であることを意味する。従って圧密を受けた際の圧縮特性の予測が難しい土壌材料に収縮材を加えて埋め戻すことで、上部躯体の構築が進むにつれて生じる沈下（沈下量は設計的に想定可能）に伴う圧密を収縮材の部分で緩和させ、想定外の圧密による躯体に生じる不具合を防止することが可能になる。結果として、埋め戻し材の選定自由度が上がり、圧縮特性を加味しなくてもよいため、調達（選定）コストを低減し、時間を短縮することも可能になる。
【００２２】
請求項１における「既存杭の天端の上方」には、既存杭６の天端の直上の空間と、図１に示すように既存杭６の天端上に既存基礎７が残される場合（請求項３）の既存杭６天端の上方の既存基礎７の直上の空間が含まれる。
【００２３】
１枚の収縮材１は多数の気体を保有しているが、例えば既存杭６の天端の全面の内、一部の領域にのみ、収縮材１が配置されるような場合には、１枚の収縮材１に新設基礎２底面からの鉛直荷重が集中し易く、１個の気体（気泡）の負担が増すため、多くの気体が消失する可能性が高まる。
【００２４】
そこで、水平断面上、既存杭６の天端を覆う領域に収縮材１を配置することで（請求項２）、１枚の収縮材１に作用する鉛直荷重を既存杭６の天端面全面に分散させ、１個の気体（気泡）の負担を軽減させることができるため、多くの気体を消失させずに済ませることが可能になる。既存杭６の天端を覆う収縮材１は鉛直方向には１枚、または１層とは限らず、複数枚、または複数層、配置されることもある。「既存杭６の天端を覆う領域」は請求項１における「既存杭の天端の上方」と同義であり、平面上（平面で見たとき）、既存杭６の天端と重なる領域のことを言う。
【００２５】
埋戻し材４は図２に示すように既存杭６の天端上に残存する既存基礎７と新設基礎２との間に充填されることがあり、この場合、収縮材１は図１に示すように既存基礎７と新設基礎２との間に配置されることになる。ここで、図２のように既存基礎７の上面と新設基礎２の底面の双方が平坦面であるとすれば、既存基礎７の上面と新設基礎２の底面との間の距離が既存杭６の天端面の範囲で一定になる。
【００２６】
結果的に、埋戻し材４中に埋設されていながらも、既存杭６の天端面上に配置された収縮材１の全体が一様に圧縮力を受ける状態になり、収縮材１全体が収縮する可能性がある。この場合、１枚（１層）の収縮材１の多くの気体が鉛直荷重を分担するが、一様に負担し易くなるため、極端な場合、全気体を同時期に消失させる可能性がある。
【００２７】
そこで、図１に示すように既存基礎７の上面を既存杭６の水平断面上の中心寄りに位置し、水平面をなす中心部領域７１とその外周側に位置し、既存杭６の水平断面上の中心から外周側へ向けて下方へ傾斜した面をなす周辺部領域７２とに区分し、この中心部領域７１から周辺部領域７２までに収縮材１を連続的に配置することで（請求項３）、既存杭６上に配置された収縮材１に段階的に圧縮力を作用させることが可能になる。中心部領域７１と周辺部領域７２は既存杭６の断面上の中心から放射方向に区分された既存基礎７の上面である。
【００２８】
既存杭６の水平断面上の中心寄りの中心部領域７１が水平面をなし、周辺部領域７２が中心から外周側へ向けて下方へ傾斜した面をなすことで、既存杭６上の（軸に直交する方向の）断面上の中心部より周辺部と新設基礎２底面との間の距離が大きくなるため、既存杭６上に配置された収縮材１に段階的に圧縮力を作用させる状態になる。「連続的に配置」とは、隣接する収縮材１、１間に隙間なく収縮材１を配置することと、収縮材１が圧縮変形して面内方向に拡張する分、隙間を空けて配置することを含む。
【００２９】
この場合、既存杭６上の断面上の中心部上（中心部領域７１）に配置された収縮材１が先行して圧縮力を負担し、この中心部上の収縮材１の収縮後に周辺部（周辺部領域７２）に配置された収縮材１が圧縮力を負担し、中心部と周辺部の収縮材１が段階的に圧縮力を負担する状態になるため、既存杭６上の全収縮材１に一様に圧縮力を作用させることが回避される。
【００３０】
特に請求項３において収縮材１を既存基礎７の周辺部領域７２からその周辺の水平面をなす水平部領域７３にまで連続的に配置した場合（請求項４）には、新設基礎２が沈下しようとするときに新設基礎２の底面が既存杭６の天端から受ける反力を中心部領域７１の収縮材１から周辺部領域７２の収縮材１に作用させた後、更に周辺部領域７２の収縮材１から水平部領域７３の収縮材１に段階的に作用させることができる。
【００３１】
この場合、新設基礎２の沈下開始後、中心部領域７１に配置された収縮材１が最初に新設基礎２と既存杭６から圧縮力を受けて気体が消失し、中心部領域７１の収縮材１が収縮した後、周辺部領域７２に配置された収縮材１が圧縮力を受ける。この段階で新設基礎２の沈下が収束すれば、周辺部領域７２の収縮材１の気体は消失せずに残る。新設基礎２の沈下が収束しない場合には、周辺部領域７２の収縮材１の気体が消失し、収縮材１が収縮する。
【００３２】
この段階で新設基礎２の沈下が収束すれば、水平部領域７３に配置された収縮材１の気体は消失せずに残る。仮にこの段階でも新設基礎２の沈下が収束しない場合には、水平部領域７３の収縮材１の気体が消失していこうとするが、この段階では新設基礎２の沈下が収束することが想定されるため、最終的に全気体の消失は回避される。
【００３３】
このように中心部領域７１の収縮材１から周辺部領域７２の収縮材１へ、更に周辺部領域７２の収縮材１から水平部領域７３の収縮材１へ段階的に圧縮力を作用させることができることで、中心部領域７１の収縮材１の気体から水平部領域７３の収縮材１の気体を段階的に消失させることができるため、全収縮材１の気体が消失し、全収縮材１が収縮する危険性を低下させることが可能になる。
【発明の効果】
【００３４】
多数の気体層を有し、または内部に気体が混入し、圧縮力を負担したときに時間の経過と共に収縮可能な材料の収縮材を既存杭の上方と新設基礎の底面下との間に充填される埋戻し材中に埋設するため、収縮材全体が厚さ方向に一様に圧縮力を受けにくくすることができる結果、新設基礎の沈下が収束するまでの間、収縮材の全「気体層」や「気体」が消失することを回避することができる。
【００３５】
従って新設基礎の沈下の収束後も収縮材中の一部の気体は存在し続けることができ、新設基礎底面が既存杭天端面に収縮した収縮材を挟んで接触することが回避されるため、新設基礎底面が既存杭天端面からの上向きの突き上げ力（反力）を受けることを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は既存杭と共に残存した既存基礎上に埋戻し材を充填し、埋戻し材上に新設基礎と新たな上部構造を構築した場合に、埋戻し材中に本発明の収縮材を埋設した様子を示した縦断面図、（ｂ）は（ａ）の既存杭上部分の拡大図である。
【図２】（ａ）は既存杭と共に残存した既存基礎上に埋戻し材を充填し、埋戻し材上に新設基礎と新たな上部構造を従来方法で構築した様子を示した縦断面図、（ｂ）は（ａ）の既存杭上部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１−（ａ）、（ｂ）は既存杭６を残置させたまま、既存杭６の上方に新たに構築される新設基礎２と既存杭６との間で、新設基礎２が既存杭６から受ける反力を緩和させる緩衝空間３において、既存杭６の天端の上方と新設基礎２の底面下との間に充填される埋戻し材４中に圧縮力作用方向に収縮可能な材料の収縮材１を埋設した緩衝構造の例を示す。（ｂ）は（ａ）の既存杭６部分を拡大して示す。図１−（ａ）中、２２は新設杭を示す。
【００３８】
収縮材１は多数の、あるいは無数の気体層を有するか、内部に多数の、あるいは無数の気体が混入し、厚さ方向に圧縮力を負担したときに時間の経過と共に圧縮力作用方向に収縮可能な材料から板状、またはシート状（面状）に、収縮材１を厚さ方向に見たときの縦と横の寸法が厚さ方向の寸法より大きい、あるいは圧倒的に大きい形状に形成される。
【００３９】
気体層を有する材料としては前記した気泡緩衝材、段ボールの他、紙製のボイド管等がある。段ボールにはプラスチック製もある。気体層は主に空気層である。内部に気体が混入した材料としては前記した発泡スチロール、スポンジ等がある。気体は主に空気である。発泡スチロールは製法で分類すれば、ビーズ法発泡スチロール、発泡ポリスチレンシート、押出発泡ポリスチレンが含まれる。
【００４０】
収縮材１は新設基礎２上への上部構造５の構築の進捗に伴い、厚さ方向に圧縮力を継続的に負担することで、気体層や気体が圧縮され、全面の内、圧力の大きい箇所から次第に消失し、収縮材１自体が厚さ方向に収縮し、押し潰されていく。
【００４１】
このとき、新設基礎２には即時沈下が生じ、即時沈下は上部構造５の構築が終了した後も継続するが、やがて収束するため、原則的には収縮材１の全気体層や全気体は完全には消失せずに残る。仮に全「気体層」や全「気体」が消失することがあっても、収縮材１の実体は残るため、収縮材１は埋戻し材４中に存在し続ける。
【００４２】
収縮材１は厚さ方向を主に鉛直方向に向けた状態で埋戻し材４中に埋設されるが、例えば図１−（ｂ）に示すように複数枚の収縮材１を厚さ方向に重ねた状態で埋戻し材４中に埋設する場合に、全収縮材１が埋戻し材４中に完全に埋設されるとは限らず、収縮材１の埋設時には全収縮材１の厚さの和が埋戻し材４の厚さ（深さ）と同等程度である場合もある。「厚さ方向を主に鉛直方向に向け」とは、全収縮材１の内、一部の収縮材１の厚さ方向が鉛直方向に対して３０°以内の角度で傾斜した場合を含む趣旨である。
【００４３】
図１は収縮材１として気泡緩衝材を使用し、複数枚の収縮材１を厚さ方向に重ね、平面上（平面で見たとき）、既存杭６の天端面積と同等以上の領域に行き渡るように埋戻し材４中に埋設した場合の例を示す。複数枚の収縮材１は縁において面内方向に互いに連結されて使用されることもある。図１−（ｂ）に示すように収縮材１の厚さ方向の片面に気体層が形成されるような場合、埋戻し材４中の収縮材１の上下の向きは問われない。図１−（ｂ）は気体層が収縮材１の下面側にある様子を示している。
【００４４】
この場合、全収縮材１が既存杭６の天端面上を覆い得る領域に亘って配置されることで、少なくとも既存杭６の天端の範囲（領域）では収縮材１は既存杭６からの反力を分散させて新設基礎２の底面に作用させる働きをする。既存杭６からの反力は新設基礎２からの鉛直荷重である。
【００４５】
図１はまた、既存杭６の天端上に既存基礎７の一部、または全体が残され、この既存基礎７と新設基礎２との間に埋戻し材４が充填された場合の例を示している。ここでは新設基礎２の底面下にそのレベル調整のための捨てコンクリート２１を打設しているが、捨てコンクリート２１は必ずしも必要ではない。
【００４６】
図１に示す例では特に既存基礎７の既存杭６天端上に位置する領域の上面を、既存杭６の水平断面上の中心寄りに位置し、水平面をなす中心部領域７１と、その外周側に位置し、既存杭６の水平断面上の中心から外周側へ向けて下方へ傾斜した面をなす周辺部領域７２とに区分している。ここでは既存杭６の軸に直交する断面上の中心を中心とし、既存杭６の直径の１／３程度を直径とする円を中心部領域７１にし、その外周の領域を周辺部領域７２にしているが、中心部領域７１と周辺部領域７２の境界は任意である。
【００４７】
図１では特に、周辺部領域７２の水平面に対する傾斜角度、すなわち中心部領域７１から周辺部領域７２へかけ、新設基礎２から既存杭６へ向かう傾斜角度を２０°程度にしているが、この傾斜角度も任意である。但し、傾斜角度が小さい程、周辺部領域７２に配置された収縮材１が、中心部領域７１に配置された収縮材１の収縮後の鉛直荷重の負担が大きくなる。
【００４８】
この場合、新設基礎２からの鉛直荷重である既存杭６からの反力は既存杭６の上方の中心部領域７１に位置する部分に作用し、この中心部領域７１に位置する収縮材１が厚さ方向に収縮した後に周辺部領域７２に配置された収縮材１に作用し、収縮材１には段階的に作用する。
【００４９】
図１では更に、既存杭６上に位置する周辺部領域７２からその外周側の既存基礎７の水平面に至る水平部領域７３にまで連続的に収縮材１を配置している。このように周辺部領域７２から水平部領域７３に亘って収縮材１を配置することで、既存杭６からの反力を周辺部領域７２に配置された収縮材１から更にその周辺の水平部領域７３に配置された収縮材１にまで段階的に作用させることができる。
【００５０】
この結果、既存基礎７と新設基礎２との間に介在する新設基礎２の沈下に伴って全収縮材１の気体層や気体が消失し、全収縮材１が収縮する危険性を低下させることが可能になる。
【符号の説明】
【００５１】
１……収縮材、
２……新設基礎、２１……捨てコンクリート、２２……新設杭、
３……緩衝空間、４……埋戻し材、５……上部構造、
６……既存杭、７……既存基礎、７１……中心部領域、７２……周辺部領域、７３……水平部領域。
【図１】
2018040177.tif 000003
【図２】
2018040177.tif 000004