(57)【要約】【課題】主として、杭の増設、または地盤改良によらずに既存の杭基礎の耐震性を高めることを可能にする。【解決手段】杭１に支持された基礎２と、この基礎２の周方向の少なくとも一部の区間に連続して地中に挿入される矢板３と、基礎２上の、連続する矢板３からなる矢板壁４の基礎２側の領域に構築される構造体５を既存の杭基礎に付加し、矢板壁４と構造体５とを両者が一体的に挙動可能に接合する。  場合により構造体５を前記基礎２に一体化させる。【選択図】図１
2008196255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭に支持された基礎と、この基礎の周方向の少なくとも一部の区間に連続して地中に挿入される矢板と、前記基礎上の、前記連続する矢板からなる矢板壁の前記基礎側の領域に構築される構造体とを備え、前記矢板壁と前記構造体とが一体的に挙動可能に接合されていることを特徴とする杭基礎の補強構造。
【請求項２】
前記構造体は前記基礎に一体化していることを特徴とする請求項１に記載の杭基礎の補強構造。
【請求項３】
杭に支持された基礎において、前記基礎の周方向の少なくとも一部の区間に連続して矢板を地中に挿入する工程と、前記基礎上の、前記連続する矢板からなる矢板壁の前記基礎側の領域に構造体を構築する工程と、前記矢板壁と前記構造体とが一体的に挙動可能に両者を接合する工程とを含むことを特徴とする杭基礎の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として既存の杭基礎の耐震性を高める目的で実施される杭基礎の補強構造及び杭基礎の補強方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
杭に支持された杭基礎は基本的に杭が鉛直支持力を分担し、杭を除く基礎が水平力を分担することを条件に設計されることから、杭には水平力に対する抵抗力を期待していないことが多い。このため、大地震時には基礎に作用する水平力による曲げモーメントに杭が抵抗できず、破壊に至ることが起こり得る。破壊は曲げモーメントが最大になる頭部に発生し易い。
【０００３】
このような既存の杭基礎を耐震補強する方法には杭を増設する方法の他（特許文献１参照）、基礎底面下の地盤を地盤改良する方法があるが（特許文献２参照）、いずれも既存の基礎の構造を根本的に変更することになるため、大規模な工事にならざるを得ない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８００７９号公報（請求項１、段落００１９〜００２０、図４〜図７）
【特許文献２】特開２００４−１２４４９３号公報（請求項１、段落００２２〜００２４、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように杭を増設する方法では、既存の基礎の下に新たな杭を設置することはできないことから、既存基礎の周辺に杭を設置した上で、基礎を増築することになるため、完成する基礎の寸法が非常に大きくなる。この場合、既設の杭と新設の杭の鉛直荷重負担比率が不明であるため、安全側を見込んだ不経済な設計になる傾向がある。
【０００６】
特許文献２のように基礎の底面下を地盤改良する方法では、基礎底面下の原地盤土を緩めながら地中に地盤改良材を噴射により注入するため、地盤改良材が強度を発現するまでの間、基礎の支持力が低下する可能性がある。従って基礎上の上部構造を使用状態に置いたまま、施工を遂行することができないことがある。
【０００７】
また既存の基礎においては基礎底面下の地盤中に、鉛直に攪拌装置を挿入することができないため、高圧水を噴射する方法によらざるを得ない。しかしながら、高圧水を利用する方法では、改良すべき特定領域の地盤のみを改良することができないため、基礎底面下の対象地盤を効率的に改良することが難しい。
【０００８】
本発明は上記背景より、杭の増設と地盤改良によらずに既存の杭基礎の耐震性を高めることを可能にする杭基礎の補強構造及び杭基礎の補強方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明の杭基礎の補強構造は、杭に支持された基礎と、この基礎の周方向の少なくとも一部の区間に連続して地中に挿入される矢板と、前記基礎上の、前記連続する矢板からなる矢板壁の前記基礎側の領域に構築される構造体とを備え、前記矢板壁と前記構造体とが一体的に挙動可能に接合されていることを構成要件とする。
【００１０】
矢板は例えば基礎の平面が方形状である場合、少なくとも基礎の平面上の１辺上に連続して挿入され、対向する２辺、または直交する２辺上に連続して挿入されることの他、基礎の全周を周回し、基礎を完全に包囲することもある。矢板はこの１辺上に連続することにより矢板壁を形成する。矢板をいずれの辺に沿って挿入するか、または各辺における矢板壁先端の深度を揃えるか否か、は地盤条件等によって決められる。
【００１１】
矢板は原則として基礎の底面より深い深度まで挿入されるが、後述のように地盤からの水平力を矢板壁の面で受け、杭頭部を保護し得るよう、矢板壁全体として基礎の底面以深まで挿入されていればよいため、必ずしも全矢板が基礎底面の深度まで挿入される必要はない。
【００１２】
矢板は基礎の周方向に連続して矢板壁を構成し、地震時に地盤から受ける水平力に面で抵抗することで、杭が負担する、水平力による曲げモーメントを低減する働きをする。また矢板の基礎側に構築される構造体と一体となって挙動することで、基礎の転倒を阻止する働きをするため、これらの機能が十分に発揮されるように、矢板が挿入されるべき基礎の周りの区間が決められる。
【００１３】
本発明は主として既存の杭基礎を耐震補強する目的で実施されるが、新規に杭基礎を構築する場合にも実施される。既存の杭基礎に対しては基礎の周方向に連続する矢板壁と、この矢板壁片側の基礎上に構築される構造体が付加されることにより杭基礎が耐震補強される。新設の場合には杭基礎周りに矢板壁が形成され、その内側に構造体が構築されることにより耐震補強された杭基礎が構築されるが、基礎と構造体は実質的に一体となる。
【００１４】
矢板壁と構造体が一体的に挙動可能に接合されることで、地震時に発生する、基礎を回転させようとするモーメントに対しては、構造体から基礎に回転を阻止しようとする抵抗モーメントが作用する。併せて矢板壁が全体として基礎底面より深い深度まで挿入されることで、矢板壁の内周面（基礎側の面）から基礎底面下の地盤に、回転の向きと逆向きの反力を作用させるため、基礎の回転が抑制される。
【００１５】
基礎が回転しようとするときには、矢板壁の内周面と外周面に、回転の向きと逆向きに作用する摩擦力も回転を阻止するように働くため、基礎は構造体と矢板壁によって地震による回転に対して安定する。
【００１６】
基礎が受ける鉛直荷重に対する支持力は原則的に基礎を支持している杭が負担し、構造体の付加に伴う鉛直荷重の増大分は矢板壁の両面に作用する摩擦力が負担する。矢板壁は基礎上の構造体の外周に連続して、例えば構造体を包囲するように形成されることで、基礎をも包囲し、間接的に基礎を拘束する形になるため、必ずしも構造体と基礎との一体性を図る必要はない。
【００１７】
矢板壁はまた、基礎上の上部構造が地震により水平方向に移動しようとするときに、その移動の向きと逆向きの抵抗力を地盤から受けるため、地震による水平移動に対しても基礎を安定化させる働きをする。
【００１８】
既存の杭基礎において、新たに付加される矢板壁と構造体が地震時に基礎に作用する曲げモーメント等の荷重に対し、一体となって挙動することで、上記のように杭基礎を耐震補強することが可能になるため、新たに杭を増設することも、基礎底面下を地盤改良することも必要でなくなる。
【００１９】
矢板壁がない場合、基礎が周辺の地盤から受ける水平力に対しては基礎の側面と杭の側面が抵抗するため、杭頭部には過大な曲げモーメントが作用する。これに対し、請求項１では矢板壁の先端が基礎底面の深度より大きい深度まで挿入されることから、矢板壁の外周面が地盤からの水平力に抵抗するため、杭の側面が受ける水平力が軽減される。この結果、杭頭部に作用する曲げモーメントが低減されるため、杭頭部が保護され、杭を健全に保つことが可能になる。
【００２０】
地盤から受ける水平力に対し、杭頭部に作用する曲げモーメントが低減されることで、杭基礎を新設する場合には、杭の断面を必要以上に大きくする必要がないため、杭を経済的な断面で設計することが可能になる。
【００２１】
既存の杭基礎においては、杭頭部を保護（拘束）する上で、基礎底面下の地盤を地盤改良する必要がないため、施工が簡素で済み、基礎上の上部構造を使用状態においたまま、施工を遂行することが可能である。
【００２２】
また既存の杭基礎の場合、構造体の構築に際しては基礎の上面上の地盤を除去することになるが、地表面から基礎の上面まで掘削すれば足り、基礎の底面下の地盤を緩めることがないため、基礎の支持力の低下は回避される。構造体の構築の際には、必要であれば、基礎上に構築されている橋脚等の上部構造に対する補強も同時に実施でき、既存の基礎に対する工事と並行して遂行できるため、各工事が独立することがなく、施工の効率化が図られる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は請求項１において、構造体が基礎に一体化していることを構成要件とする。前記のように構造体を基礎に一体化させることは必ずしも必要ではないが、両者が一体化することで、構造体が基礎の一部になり、結果として基礎の水平断面、または高さが増大するため、地震時の基礎が回転しようとするモーメントに対する安定性が向上する。杭基礎を新設する場合には、構造体は基礎に一体化した形で構築されることになる。
【００２４】
請求項１、もしくは請求項２に記載の杭基礎の補強構造は主として請求項３に記載の方法によって施工される。請求項３に記載の杭基礎の補強方法は、杭に支持された基礎において、前記基礎の周方向の少なくとも一部の区間に連続して矢板を地中に挿入する工程と、前記基礎上の、前記連続する矢板からなる矢板壁の前記基礎側の領域に構造体を構築する工程と、前記矢板壁と前記構造体とが一体的に挙動可能に両者を接合する工程とを含むことを構成要件とする。
【００２５】
請求項３の方法も主として既存の杭基礎に対して実施されるが、新規に杭基礎を構築する場合にも実施される。但し、新規の場合には基礎と構造体が実質的に一体となる。
【発明の効果】
【００２６】
杭基礎の周りに構築される矢板壁とその内周側に構築される構造体が一体化することで、杭と基礎に作用する曲げモーメントの他、鉛直荷重と水平荷重に対し、杭と基礎が一体化となって抵抗することができるため、既存の杭基礎に対し、杭を増設することも地盤改良することもなく、杭基礎を耐震補強することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２８】
図１は杭１に支持された基礎２と、この基礎２の周方向の少なくとも一部の区間に連続して地中に挿入される矢板３と、基礎２上の、連続する矢板３からなる矢板壁４の基礎２側の領域に構築される構造体５とを備え、矢板壁４と構造体５とが一体的に挙動可能に接合されている杭基礎の補強構造の例を示す。図面では既設の杭基礎を耐震補強する場合の例を示すが、杭基礎は新設として構築される場合もある。図２−（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１の平面、立面を示す。
【００２９】
隣接する矢板３、３は係合等により互いに連結されながら、もしくは連係しながら、基礎２の周方向に連続して地中に挿入されることにより矢板壁４を構成する。図面では矢板壁４が基礎２の周りを周回する場合を示しているが、矢板壁４は少なくとも基礎２のいずれかの側面に接する形で形成される。矢板３には主として鋼矢板が使用されるが、その他の矢板も使用される。図面ではウェブとフランジを有する溝形断面の鋼矢板を使用し、フランジにおいて隣接する矢板３、３を互いに重ねて接合している。
【００３０】
矢板３の先端（下端）は地盤からの水平力に対して杭１の頭部に過大な応力を作用させないよう、基礎２の底面の深度より深い深度まで挿入される。但し、全矢板３が基礎２の底面下の深度まで挿入される必要はなく、矢板壁４全体として杭１頭部への応力を軽減する機能を発揮することができればよい。矢板３は構造体５がコンクリート造の場合に、コンクリート打設時の型枠を兼ねることから、矢板３の上端は基礎２上に構築される構造体５の天端面に揃えられるか、それ以上の高さに位置する。
【００３１】
杭基礎が既存の場合に、基礎２の底面下に捨てコンクリートが存在している場合には、矢板３は捨てコンクリートの周りに挿入される。その場合、矢板壁４の内周面と基礎３の周面との間にクリアランスが形成されるが、捨てコンクリートの周面が矢板壁４の内周面に接触することで、構造体５と共に矢板壁４と基礎２との間の間隔を保持するため、構造体５と矢板壁４を一体化させる際に、前記クリアランスの存在が矢板壁４に変形を与えることはない。
【００３２】
構造体５は基礎２の上面上に構築され、矢板壁４に一体的に接合される。構造体５は基礎２とも一体的に挙動させるか否か等により、基礎２に一体化する場合としない場合がある。杭基礎が新設の場合には、構造体５は基礎２と一体に構築される。既設の基礎２に構造体５を一体化させる場合には、例えば基礎２中にあと施工アンカーを打ち込み、このあと施工アンカーを構造体５に定着させること、または基礎２を上面側から斫って鉄筋を露出させ、その鉄筋を構造体５に定着させることが行われる。
【００３３】
構造体５の構造種別は問われず、鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造のいずれか、または組み合わせの構造が用いられる。鉄筋コンクリート造には、無筋コンクリート中にＰＣ鋼材等の緊張材７を配置する構造も含まれる。
【００３４】
図１、図２は構造体５が鉄筋コンクリート造の場合に、構造体５中に配置される緊張材７を矢板壁４に接続することによって構造体５を矢板壁４に一体化させる場合の具体例を示す。
【００３５】
基礎２には図示するような橋脚その他の上部構造６が接続していることから、鉄筋や鋼材、または緊張材７は上部構造６の周りに少なくとも２方向に配置される。鉄筋や緊張材７は構造体５の高さに応じ、高さ方向に１段、または複数段、配置される。図１は２段、配置した場合を示している。同一レベルで交差する緊張材７、７には段差が付けられる。
【００３６】
図１、図２の場合、鉄筋、または鉄筋と緊張材７の配置後、矢板壁４の基礎２側の領域である矢板壁４に囲まれた領域に構造体５を構成するコンクリート５ａが打設される。緊張材７の表面はコンクリート５ａとの付着が切れる場合とコンクリート５ａに付着する場合がある。付着が切れる場合には、矢板壁４を支圧板として利用し、コンクリート５ａに矢板壁４から基礎２の中心側へ向けてプレストレスを導入できる利点がある。緊張材７の端部は矢板３を貫通し、矢板壁４の外側へ突出する。
【００３７】
コンクリート５ａの硬化後、矢板壁４の外側へ突出した緊張材７に端部から緊張力が与えられることにより構造体５と矢板壁４が一体化させられる。緊張材７への緊張力の程度によりコンクリート５ａにはプレストレスが導入されるが、構造体５と矢板壁４を一体化させる上では、必ずしもコンクリート５ａにプレストレスが導入される程度の緊張力を緊張材５に与える必要はない。
【００３８】
図１の場合、矢板壁４は緊張材７を定着するための定着板としても利用される形になるが、緊張材７の端部を定着させるためであれば、構造体５の側面に定着板を配置すればよいため、基礎２の側面の全長に亘って矢板壁４を構築する必要はない。従って基礎２を挟んだ一方側に矢板壁４が構築され、それに対向する他方側には矢板壁４が構築されないこともある。
【００３９】
図３は鉄筋コンクリート造の構造体５をコンクリート５ａ中に少なくとも２方向に配筋される鉄筋８と、矢板壁４の内周面に突設された孔あき鋼板９を用いて矢板壁４に一体化させる場合の例を示す。図４−（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３の平面、立面を示す。
【００４０】
この場合も、鉄筋８は上部構造６の周りに配筋される。孔あき鋼板９はプレートやＴ形鋼その他の、矢板壁４の面に垂直な部分に鉄筋８が挿通可能な孔やスリットを有する鋼材であり、孔等に鉄筋８が挿通し、係合することにより鉄筋８からの引張力を矢板３に伝達する働きをする。構造体５からの圧縮力はコンクリート５ａから矢板３に伝達される。孔あき鋼板９は矢板３の基礎２側の面に予め、または矢板３の挿入後に溶接やボルト等により固定される。
【００４１】
図５は鉄骨コンクリート造、もしくは鉄骨鉄筋コンクリート造の構造体５をコンクリート５ａ中に少なくとも２方向に配置される鋼材からなる芯材１０を用いて矢板壁４に一体化させる場合の例を示す。図６−（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図５の平面、立面を示す。図５では基礎２の高さ方向の中間部に芯材１０を配置するために、芯材１０の端部位置に芯材１０を支持する支持材１１を基礎２の上面上に設置している。
【００４２】
芯材１０は単独で構造体５を構成することもあり、その場合、構造体５は鉄骨造になる。芯材１０と共にコンクリート５ａ中に鉄筋８が配筋される場合には、構造体５は鉄骨鉄筋コンクリート造になる。
【００４３】
芯材１０も上部構造６の周りに配置され、端部は矢板壁４との接合のために、矢板壁４の内周面に接触、もしくは接近する。芯材１０の端部は矢板壁４の内周面に溶接、またはボルト等により接合される。ボルト接合される場合には、芯材１０の端部にエンドプレート等の接合金物が予め溶接される。芯材１０のボルト接合のために、矢板３の内周面にプレート等を突設することもある。
【００４４】
図３、図５の例においても、基礎２を挟んだ一方側に矢板壁４が構築され、それに対向する他方側には矢板壁４が構築されないことがある。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】矢板壁と構造体を緊張材の緊張によって一体化させた場合の例を示した斜視図である。
【図２】（ａ）は図１の平面図、（ｂ）は図１の立面図である。
【図３】矢板壁と構造体を鉄筋と孔あき鋼板を用いて一体化させた場合の例を示した斜視図である。
【図４】（ａ）は図３の平面図、（ｂ）は図３の立面図である。
【図５】矢板壁と構造体を芯材によって一体化させた場合の例を示した斜視図である。
【図６】（ａ）は図５の平面図、（ｂ）は図５の立面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１………杭
２………基礎
３………矢板
４………矢板壁
５………構造体
５ａ……コンクリート
６………上部構造
７………緊張材
８………鉄筋
９………孔あき鋼板
１０……芯材
１１……支持材
【図１】
2008196255.tif 000003
【図２】
2008196255.tif 000004
【図３】
2008196255.tif 000005
【図４】
2008196255.tif 000006
【図５】
2008196255.tif 000007
【図６】
2008196255.tif 000008