(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フーチングを有する既設基礎の補強構造を構築するための既設基礎の補強方法であって、
鋼管杭からなる複数の増し杭を前記フーチングの外周に構築するステップと、
前記フーチングの側面に複数の接合部をもって横梁を接合するステップと、
前記増し杭の杭頭部に連結部材の下部を挿入した状態で前記増し杭の上面から突出する前記連結部材の上部を前記横梁に接合するステップと、
前記連結部材の下部が埋設されるように前記増し杭の頭部に杭頭コンクリートを打設して、前記連結部材を前記増し杭に一体化するステップと
を有することを特徴とする既設基礎の補強方法。
【請求項２】
フーチングを有する既設基礎の補強構造であって、
前記フーチングの外周に構築され、頭部に杭頭コンクリートが充填される鋼管杭からなる複数の増し杭と、
前記フーチングの側面に複数の接合部をもって接合された横梁と、
前記増し杭の上面から突出する態様で前記杭頭コンクリートに埋設されて前記増し杭に一体化され、前記横梁に接合された連結部材とを有し、
前記横梁は、少なくとも２つの前記接合部において、前記フーチングに略水平に設けた貫通孔に挿通されてその端部が前記横梁に定着されるＰＣ鋼材によって前記フーチングの側面に摩擦接合され、
前記ＰＣ鋼材は、前記フーチングにおける相反する側面に位置する一対の前記接合部にその両端が定着されたことを特徴とする既設基礎の補強構造。
【請求項３】
フーチングを有する既設基礎の補強構造であって、
前記フーチングの外周に構築され、頭部に杭頭コンクリートが充填される鋼管杭からなる複数の増し杭と、
前記フーチングの側面に複数の接合部をもって接合された横梁と、
前記増し杭の上面から突出する態様で前記杭頭コンクリートに埋設されて前記増し杭に一体化され、前記横梁に接合された連結部材とを有し、
前記横梁は、前記連結部材の近傍の接合部において、前記フーチングに略水平に設けたアンカーボルトによって前記フーチングの側面に締結され、
前記連結部材は、ボルトによって前記横梁に締結されたことを特徴とする既設基礎の補強構造。
【請求項４】
前記増し杭を上方から覆うように前記フーチングの外周に構築され、前記横梁および前記連結部材を埋没させる増設フーチングを更に有し、
前記ＰＣ鋼材の端部に連結され、前記増設フーチングの側面近傍にて定着される延長ＰＣ鋼材を更に有することを特徴とする、請求項２に記載の既設基礎の補強構造。
【請求項５】
前記増設フーチングは、前記フーチングの上方にも構築されたことを特徴とする、請求項４に記載の既設基礎の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フーチングを有する既設基礎の補強方法および既設基礎の補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の構造物では、地盤中に打設した杭の上部にフーチングを設けた杭基礎が多く採用されている。フーチングは、上部構造物の荷重を杭に伝達するものであり、比較的大きな厚さとされることが多い。既設基礎は、設計当初においては、構造物の重量や地震時荷重に対して十分な耐力を有するように設計されているが、上部構造物の荷重の増大や供用後の耐震設計基準の改定により所要の地震時耐力などの確保が困難となることがある。このような場合には、既設基礎の補強工事が必要となる。
【０００３】
ところが、フーチングを有する基礎の場合、フーチングの下方に新たな杭を設けることは困難である。そこで、既設フーチングの周囲に増し杭を構築し、既設フーチングの外周に構築した増設フーチングなどによって増し杭と既設フーチングとを連結する補強構造が採用されることがある（特許文献１の従来技術参照）。
【０００４】
また、フーチング基礎の補強方法として、既設フーチングの外周部をウォータージェットなどではつって横方向主鉄筋の先端部を露出させ、既設フーチングの外周に増し杭を打設するとともに、荷重伝達が可能なように横方向主鉄筋に増設鉄筋を配置したうえで、増し杭を上方から覆うように既設フーチングの外周に増設フーチングを構築する発明が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３９８９４号公報
【特許文献２】特開平８−２９６２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のように増設フーチングによって増し杭と既設フーチングとを連結する補強構造では、既設フーチングと増設フーチングとを接合するために、既設フーチングの側面に多数のアンカー筋などのせん断負担材を設ける必要があり、施工に手間がかかる。また、増し杭と既設フーチングとを連結するためには増設フーチングが必須となる。
【０００７】
また、特許文献２の発明では、増設フーチングが必須であるだけでなく、はつり作業に手間がかかる。特に、荷重伝達が可能なように横方向主鉄筋を露出させるためには既設フーチングの側面を相当な厚さで全周にわたってはつる必要があるため、施工に多大な時間を要する。
【０００８】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、増設フーチングが必須ではなく、施工に手間がかからず、かつ施工時間を短縮することのできる既設基礎の補強構造を提供することをその主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、フーチング（１２）を有する既設基礎（１０）の補強構造（１）であって、前記フーチングの外周に構築され、頭部に杭頭コンクリート（２３）が充填される鋼管杭からなる複数の増し杭（２１）と、前記フーチングの側面（１２ｓ）に複数の接合部（３０）をもって接合された横梁（２４）と、前記増し杭の上面（２１ｕ）から突出する態様で前記杭頭コンクリートに埋設されて前記増し杭に一体化され、前記横梁に接合された連結部材（２５）とを有するように構成する。
【００１０】
このような構成とすることにより、増設フーチングを必須とすることなく、増し杭とフーチングとを連結部材および横梁を介して直接接合することができる。そして、増し杭の構築位置が多少ずれたとしても、連結部材が鋼管内に納まる範囲の施工誤差であれば、設置済みの横梁に連結部材を接合した状態で杭頭コンクリートを打設するだけで施工誤差を吸収することができるため、施工に手間がかからず、施工時間を短縮することができる。
【００１１】
また、本発明の一側面によれば、前記横梁は、少なくとも２つの前記接合部（３０ｂ）において、前記フーチングに略水平に設けた貫通孔（３３）に挿通されてその端部（３２ａ）が前記横梁に定着されるＰＣ鋼材（３２）によって前記フーチングの側面に摩擦接合され、前記ＰＣ鋼材は、前記フーチングにおける相反する側面に位置する一対の前記接合部（３０ｂ）にその両端が定着された構成とすることができる。
【００１２】
この構成によれば、ＰＣ鋼材による摩擦接合により、少ない接合箇所で確実に横梁をフーチングの側面に接合することができる。また、ＰＣ鋼材が水平方向の圧縮力をフーチングに付与することで、フーチングにプレストレスが導入されるため、フーチングの鉄筋応力度を低減できる。
【００１３】
また、本発明の一側面によれば、前記横梁は、前記連結部材の近傍の接合部（３０ａ）において、前記フーチングに略水平に設けたアンカーボルト（３１）によって前記フーチングの側面に締結され、前記連結部材は、ボルト（２６）によって前記横梁に締結された構成とすることができる。
【００１４】
横梁における連結部材の近傍では連結部材を接合するためにＰＣ鋼材を設置しにくいが、この構成によれば、アンカーボルトを用いることによって連結部材の近傍にも接合部を設け、フーチングの荷重を効率よく連結部材に伝達させることができる。また、連結部材と横梁とをボルトで接合すれば済むため、連結作業が容易であり、施工時間も短縮できる。
【００１５】
また、本発明の一側面によれば、前記増し杭を上方から覆うように前記フーチングの外周に構築され、前記横梁および前記連結部材を埋没させる増設フーチング（２２）を更に有し、前記ＰＣ鋼材の端部に連結され、前記増設フーチングの側面（２２ｓ）近傍にて定着される延長ＰＣ鋼材（３６）を更に有する構成とすることができる。
【００１６】
この構成によれば、横梁および連結部材が増設フーチングに埋設されるため、これらの腐食や損傷を防止することができる。また、延長ＰＣ鋼材が増設フーチングにも設けられたことにより、既設フーチングと増設フーチングとの打継面にプレストレスが導入されるため、せん断伝達耐力が向上し、既設フーチングと増設フーチングとを確実に一体化させることができる。
【００１７】
また、本発明の一側面によれば、前記増設フーチングは、前記フーチングの上方にも構築された構成とすることができる。
【００１８】
増し杭によって支持力が増大するとともに、フーチング中心から支持位置（増し杭）までの距離が大きくなることにより、フーチングに生じる応力が大きくなるが、この構成によれば、フーチングのせん断耐力および曲げ耐力を増強することができる。
【発明の効果】
【００１９】
このように本発明によれば、増設フーチングが必須ではなく、施工に手間がかからず、かつ施工時間を短縮することのできる既設基礎の補強構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る既設基礎の補強構造の平面図
【図２】図１中のII−II断面図
【図３】図１中のIII−III断面図
【図４】図３の部分拡大図
【図５】図１中のＶ−Ｖ断面拡大図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明に係る既設基礎１０の補強構造１および既設基礎１０の補強方法の実施形態について詳細に説明する。なお、煩雑になるのを避けるために各図においてコンクリート構造体部分のハッチングを省略するとともに、図１においては増設フーチング２２を透視した状態で示している。また、以下の説明では、既設のものと増設するものとを区別するために、杭やフーチングなどの各名称の前にそれぞれ「既設」または「増設」若しくは「増し」を付し、既設と増設とを含んで総称的に指し示す場合には、名称に何も付さずに単に「フーチング２」などと記すものとする。
【００２２】
図１〜図３に示すように、既設基礎１０は、上部構造体である橋脚４の基礎であり、ここでは４本の既設杭１１と、これらの既設杭１１の頭部を連結するように設けられた既設フーチング１２とを有している。既設フーチング１２は、平面視で正方形を呈する略直方体形状をしており、平面における図形の中心部に橋脚４が一体に構築されている。各既設杭１１は、既設フーチング１２の四隅近傍に配置されている。なお、既設基礎１０は、既設フーチング１２を有しているものであればよく、既設杭１１を有していなくてもよい。
【００２３】
本発明に係る補強構造１は、既設基礎１０を補強すべく増設されたものであり、既設フーチング１２の外周に構築され、頭部に杭頭コンクリート２３（図４参照）が充填される鋼管杭からなる複数（ここでは２０本）の増し杭２１（２１Ｃおよび２１Ｓ）と、既設フーチング１２の４つの側面１２ｓに複数（ここでは、橋軸方向に向く面で各１０箇所、橋軸直角方向に向く面で各８箇所。）の接合部３０（３０ａおよび３０ｂ）をもって接合された溝形鋼からなる４本の横梁２４と、増し杭２１の上面２１ｕから突出する態様で杭頭コンクリート２３に埋設されて増し杭２１に一体化されるとともに、横梁２４に接合されたＨ形鋼からなる連結部材２５と、増し杭２１を上方から覆うように既設フーチング１２の外周に構築され、横梁２４および連結部材２５を埋没させる増設フーチング２２とを有している。
【００２４】
増し杭２１は、図示しない下端が所定の根入れ長さをもって支持地盤に突入し、上端が既設杭１１と同様に既設フーチング１２の下面１２ｌよりも若干高い位置になる長さとされている。ここでは、補強によるフーチング２の拡張寸法を可及的に小さくするために、増し杭２１の断面寸法が既設杭１１の断面寸法に比べて小さくされ、その分、増し杭２１の本数が比較的多くされている。増し杭２１は、平面視で正方形をなして既設フーチング１２を取り囲むように、既設フーチング１２の外周（側面１２ｓ）に沿って等間隔に配置されており、四隅に配置される４本の増し杭２１（以下、隅杭２１Ｃと称する。）と、既設フーチング１２の側面１２ｓに対峙する隅杭以外の１６本の増し杭２１（以下、側杭２１Ｓと称する。）とから構成される。
【００２５】
各横梁２４は、ＳＳ４００などの鋼材からなる溝形鋼からなり、既設フーチング１２の高さ方向の中心線Ｃｈ近傍の同一高さ位置（ここでは、横梁２４の高さ方向の中心が既設フーチング１２の高さ方向の中心線Ｃｈよりも若干低くなる位置）にそれぞれ水平に配置されている。各横梁２４は、既設フーチング１２の隅部で相互に干渉しないように、既設フーチング１２の側面１２ｓの水平方向長さよりも若干短くされている。
【００２６】
横梁２４は、増し杭２１に対応して増し杭２１の近傍に配置された４箇所の第１接合部３０ａと、それ以外の６箇所の第２接合部３０ｂをもって既設フーチング１２の側面１２ｓに接合されている。第１接合部３０ａでは、図４に示すように、横梁２４は、既設フーチング１２に打設された雄ねじを有する４本のアンカーボルト３１により既設フーチング１２に締結されている。
【００２７】
一方、第２接合部３０ｂでは、図５に示すように、横梁２４は、既設フーチング１２の側面１２ｓに直交するＰＣ鋼棒３２によって既設フーチング１２の側面１２ｓに摩擦接合されている。ＰＣ鋼棒３２は、コアドリルなどによって既設フーチング１２の互いに平行な一対の側面１２ｓに直交状態で開口するように水平に穿設された貫通孔３３に挿通されており、所定の緊張具により緊張された状態でその端部３２ａが固定具または定着具３４によってそれぞれ横梁２４に定着されることで、横梁２４を介して既設フーチング１２に圧縮のプレストレスを導入している。
【００２８】
なお、ここでは既設フーチング１２が平面視で正方形を呈しているため、ＰＣ鋼棒３２の延在方向は、橋軸方向および橋軸直角方向の２方向となっている。橋軸方向に延在するＰＣ鋼棒３２と橋軸直角方向に延在するＰＣ鋼棒３２とは、平面視で互いに交差し得るように、貫通孔３３が接触しない程度に異なる高さにて２段に配置されている。
【００２９】
連結部材２５は、図１および図４に示すように、増し杭２１の内部に挿入可能な断面寸法とされており、増し杭２１のうち上方に横梁２４が位置する側杭２１Ｓに設置される。各連結部材２５は、平面視で増し杭２１の略中央に配置された状態で、下部が増し杭２１の杭頭コンクリート２３に埋設されるとともに、上部が複数の（ここでは４組の）ボルト・ナット２６により横梁２４に締結されている。なお、横梁２４には、連結部材２５（増し杭２１）に対応する位置に、ボルト挿通孔が形成されて溝形鋼の溝を塞ぐ連結プレート２４ａが溶接されるとともに、連結プレート２４ａの幅方向の中央部に、横梁２４の内面（溝）に適合する形状のスチフナ２４ｂが溶接されている。
【００３０】
増し杭２１の杭頭コンクリート２３は、連結部材２５の下端よりも深い位置から増し杭２１の上面２１ｕまで構築されており、連結部材２５から伝達される既設フーチング１２の荷重が杭頭コンクリート２３を介して増し杭２１に確実に伝達されるようになっている。なお、連結部材２５の下部外面や増し杭２１の内面にスタッドボルトなどの抵抗手段を設けてもよい。
【００３１】
増し杭２１のうち上方に横梁２４が位置しない隅杭２１Ｃでは、詳細な図示は省略するが、隅杭２１Ｃの上面２１ｕから突出する一般的な鉄筋籠を杭頭部に設置された状態で杭頭コンクリート２３を打設され、増設フーチング２２と一体化される。
【００３２】
増設フーチング２２は、既設フーチング１２の下面１２ｌと同一高さから構築されることで、増し杭２１の頭部を巻き込み、既設フーチング１２の上面１２ｕよりも高い位置まで構築されることで、フーチング２の高さをより大きなものとしている。なお、増設フーチング２２との接合面となる既設フーチング１２の側面１２ｓおよび上面１２ｕ並びに橋脚４の下部側面は、チッピングなどによって表面が粗に処理されている。
【００３３】
既設フーチング１２の側面１２ｓのうち横梁２４と接合する部分は、直接横梁２４を面接触させるために、ここでは表面処理を行っていないが、横梁２４との密着度を高めるために、表面を粗に処理したうえで横梁２４との隙間に無収縮モルタルなどを充填するようにしてもよい。
【００３４】
図５に示すように、ＰＣ鋼棒３２の端部３２ａにはカプラー３５が連結され、さらにカプラー３５のＰＣ鋼棒３２が連結された側と反対側には、ＰＣ鋼棒３２と同軸に延在する延長ＰＣ鋼棒３６の一端が連結されている。延長ＰＣ鋼棒３６は、他端が定着体３７によって増設フーチング２２にその側面２２ｓ近傍にて定着されることで、増設フーチング２２に圧縮のプレストレスを導入している。
【００３５】
上記構成の既設基礎１０の補強方法は次の通りである。まず、既設基礎１０に影響を与えないように中堀工法などによって既設フーチング１２の外周に鋼管杭を地盤中に打ち込んで増し杭２１を構築する。また、既設フーチング１２には、コアボーリングなどによって貫通孔３３を穿設し、貫通孔３３内にＰＣ鋼棒３２をセットする。既設フーチング１２の側面１２ｓおよび上面１２ｕをチッピングなどによって粗面にするとともに、既設フーチング１２の側面１２ｓに削孔してアンカーボルト３１を固定する。次に、横梁２４をアンカーボルト３１で既設フーチング１２の側面１２ｓに締結する。また、ＰＣ鋼棒３２を緊張してその端部３２ａを定着具３４で横梁２４に定着し、既設フーチング１２に水平方向のプレストレスを導入する。さらに、増し杭２１の杭頭部に連結部材２５の下部を挿入した状態で連結部材２５の上部をボルト・ナット２６により横梁２４に締結し、杭頭コンクリート２３を打設する。その後、ＰＣ鋼棒３２の端部３２ａにカプラー３５および延長ＰＣ鋼棒３６を連結して増設フーチング２２を構築し、増設フーチング２２のコンクリートが硬化した後、延長ＰＣ鋼棒３６を緊張して定着体３７で増設フーチング２２の側面２２ｓ近傍に定着し、増設フーチング２２に水平方向のプレストレスを導入する。
【００３６】
このようにして構成された既設基礎１０の補強構造１および補強方法によれば、増し杭２１と既設フーチング１２とが連結部材２５および横梁２４を介して直接接合される。そのため、増設フーチング２２を必須とすることなく既設基礎１０を補強することができる。そして、増し杭２１と既設フーチング１２とを直接接合する形態であるため、増し杭２１を既設フーチング１２に近接配置することができるため、補強による既設基礎１０の拡張寸法が小さく、用地を確保できない場合や構造物などが近接して存在する場合などにも適用が可能である。
【００３７】
また、増し杭２１の構築位置が多少ずれたとしても、連結部材２５が鋼管内に納まる範囲の施工誤差であれば、設置済みの横梁２４に連結部材２５を接合した状態で杭頭コンクリート２３を打設するだけで施工誤差を吸収することができるため、施工に手間がかからず、施工時間を短縮することができる。
【００３８】
また、横梁２４が複数の第２接合部３０ｂにおいてＰＣ鋼棒３２によって既設フーチング１２の側面１２ｓに摩擦接合されたことにより、少ない接合箇所で確実に横梁２４が既設フーチング１２の側面１２ｓに接合される。そして、ＰＣ鋼棒３２の両端が一対の第２接合部３０ｂにて横梁２４に定着されて既設フーチング１２に圧縮のプレストレスを導入したことにより、既設フーチング１２の鉄筋応力度が低減される。
【００３９】
また、横梁２４における連結部材２５の近傍では連結部材２５を接合するためにＰＣ鋼棒３２を設置しにくいが、連結部材２５近傍の第１接合部３０ａにおいては、アンカーボルト３１によって横梁２４が既設フーチング１２に締結され、連結部材２５がボルト・ナット２６によって横梁２４に締結されたことにより、連結部材２５の近傍にも横梁２４と既設フーチング１２との接合部３０が設けられ、既設フーチング１２の荷重が効率よく連結部材２５に伝達される。また、連結部材２５と横梁２４との接合がボルト・ナット２６により行われるため、短い施工時間で連結作業を容易に行うことができる。
【００４０】
さらに、既設フーチング１２の外周に増設フーチング２２構築されたことにより、横梁２４および連結部材２５がコンクリートに覆われて、腐食したり損傷を受けたりしなくなる。そして、延長ＰＣ鋼棒３６が増設フーチング２２の側面２２ｓ近傍にて定着されたことにより、既設フーチング１２と増設フーチング２２との打継面にプレストレスが導入されるため、せん断伝達耐力が向上し、既設フーチング１２と増設フーチング２２とが確実に一体化する。
【００４１】
加えて、増し杭２１によってフーチング２の支持力が増大するとともに、フーチング２に生じる応力が大きくなるが、増設フーチング２２が既設フーチング１２の上方にも構築されたことにより、フーチング２のせん断耐力および曲げ耐力が増強する。
【００４２】
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、橋脚４の既設基礎１０に本発明を適用しているが、それ以外の構造物の下部構造の基礎に適用してもよい。また、上記実施形態では、増設フーチング２２を構築しているが、横梁２４や連結部材２５の腐食や損傷の問題がなければ、増設フーチング２２を構築しない形態とすることもできる。また、上記実施形態では、既設フーチング１２が平面視正方形を呈しているが、長方形や多角形、円形、トラック形状など、異なる形状であってもよい。この他、各部材の具体的形状や、配置、数量などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した本発明に係る既設基礎１０の補強構造１の各構成要素および既設基礎１０の補強方法の各ステップは、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１      補強構造
１０    既設基礎
１２    既設フーチング
１２ｓ  側面
２１    増し杭
２１ｕ  上面
２２    増設フーチング
２２ｓ  側面
２３    杭頭コンクリート
２４    横梁
２５    連結部材
２６    ボルト・ナット
３０    接合部
３０ａ  第１接合部
３０ｂ  第２接合部
３１    アンカーボルト
３２    ＰＣ鋼棒
３３    貫通孔
３６    延長ＰＣ鋼棒
【図１】
0005785476.tif 000002
【図２】
0005785476.tif 000003
【図３】
0005785476.tif 000004
【図４】
0005785476.tif 000005
【図５】
0005785476.tif 000006