(57)【要約】【課題】杭基礎において、巨大地震に対する実際の液状化時の杭の損傷対策としてアンカーによる構造的改良で対応しながら、周辺地盤の液状化および沈下抑制対策としても対応できる耐震補強構造を提供する。【解決手段】地中に施工される杭基礎２の杭３上のフーチング４と地中の支持地盤５とにそれぞれ定着して掛け渡されたアンカーを備える。そして、このアンカーとして排水機能付きアンカー１１を用いる。すなわち、この排水機能付きアンカー１１を、フーチング４側の定着部１３に対し支持地盤５側の定着部１２が外側に位置するよう斜めに掛け渡した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に施工される杭基礎の杭上のフーチングと地中の支持地盤とにそれぞれ定着して掛け渡されたアンカーを備え、
このアンカーとして排水機能付きアンカーを用いたことを特徴とする杭基礎の耐震補強構造。
【請求項２】
前記排水機能付きアンカーを、前記フーチング側の定着部に対し前記支持地盤側の定着部が外側に位置するよう斜めに掛け渡したことを特徴とする請求項１に記載の杭基礎の耐震補強構造。
【請求項３】
地中に施工される杭基礎の杭上のフーチングとその周囲に施工される地中連続壁とにそれぞれ定着して掛け渡されたアンカーを備え、
このアンカーとして排水機能付きアンカーを用い、
この排水機能付きアンカーを、前記フーチング側の定着部に対し前記地中連続壁側の定着部が下方に位置するよう斜めに掛け渡したことを特徴とする杭基礎の耐震補強構造。
【請求項４】
前記排水機能付きアンカーは、透水性を具備するドレーン材によりアンカー材の周囲が覆われていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の杭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、杭基礎のアンカーを用いる耐震補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、兵庫県南部地震時の液状化に伴う構造物基礎の損傷・破壊メカニズムなどは複雑な現象であり、これらの現象に関する研究開発期間が短いこともあって、地震直後の復旧工事では、応急処置的な補強工事として行われ、その補強工事は杭基礎周辺の固化改良や連続地中壁や増し杭を基礎外周に打設するなど、必ずしも合理的な設計・施工とは言えないものであった。
最近の事例では、道路や鉄道などの橋梁基礎を中心にマイクロパイルや斜杭により耐震補強、薬液注入による地盤改良などが提案され、実際に施工が行われつつある。
液状化対策を含め、耐震補強対策として行われる地盤改良は、杭周辺の締固め、固化、排水などの原理に基づく工法、ならびに構造的改良として、杭径、杭剛性を増大した増杭などが挙げられる。
近年では地震周期から巨大地震の襲来が高い確率で予測されている。例えば、兵庫県南部地震では、地震動の大きさも過去例がなかったもので数多くの基礎構造物に甚大な被害を与えた。兵庫県南部地震後、各研究機関で勢力的な研究が進められてきたが、被害メカニズムは十分に解明されておらず、経済的で合理的な耐震補強工法が確立されていないのが実状である。
従って、次のような在来工法単独では耐震補強効果が十分でないと考えられる。
１）「地盤改良」：薬液注入工法（例えば、浸透固化工法など）
２）「構造的改良」：アンカー（例えば、特許文献１、２参照）、増し杭、連壁の打設、マイクロパイル、斜杭の打設等
・アンカーで支持するタイプ；例えば、特許文献１には、杭基礎上に施工したフーチングを貫通する鉛直のグランドアンカーを設けたものが記載されている。また、特許文献２には、杭基礎とその周囲のソイルセメント壁とにアンカー筋を水平に掛け渡したものが記載されている。
３）「杭頭免震工法」：ベアリング、積層ゴムなど
【特許文献１】特開平１０−８２０５７号公報
【特許文献２】特開２００６−３１６４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以下に在来工法の主な課題を述べる。
１）「地盤改良」：薬液注入工法（例えば、浸透固化工法など）
・現行の各示方書、基準などに基づく液状化対策範囲は大きく、液状化対策用の注入材料（シリカ材等）の材料費も高い。
２）「構造的改良」：アンカー、増し杭、連壁の打設、マイクロパイル、斜杭の打設等
・アンカーで支持するタイプ；例えば、特許文献１では、周辺地盤が完全に液状化すると泥水状態になるため、上部構造物からの慣性力によって弾性変形が発生し、アンカー単独では地震動の大きさのみならず、地震動の継続時間も長くなると、杭基礎構造物に与える影響が著しくなると考えられる。その対策としては、アンカー筋の径を増大させるか、設置本数を無数に増やす必要があり、コストが上がってしまう。
・連続地中壁で囲まれた範囲を全て地盤改良すると、コストも割高になる。
３）「杭頭免震工法」：ベアリング、積層ゴムなど
・一部の重要構造物などへの採用事例が見られるものの、供用中の構造物に対して施工が困難、施工スペースが確保できない
・フーチングへの入力地震動の低減は期待できるが、深い地中における杭の損傷対策は必ずしも期待できない
以上のような耐震補強工法が提案され、実際に施工が一部進められているが、施工時間も要し、施工範囲が大きく、コストが依然として高いという課題がある。
【０００４】
本発明の課題は、杭基礎において、巨大地震に対する実際の液状化時の杭の損傷対策としてアンカーによる構造的改良で対応しながら、周辺地盤の液状化および沈下抑制対策としても対応できる耐震補強構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、地中に施工される杭基礎の杭上のフーチングと地中の支持地盤とにそれぞれ定着して掛け渡されたアンカーを備え、このアンカーとして排水機能付きアンカーを用いる、杭基礎の耐震補強構造を特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の杭基礎の耐震補強構造であって、前記排水機能付きアンカーを、前記フーチング側の定着部に対し前記支持地盤側の定着部が外側に位置するよう斜めに掛け渡したことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、地中に施工される杭基礎の杭上のフーチングとその周囲に施工される地中連続壁とにそれぞれ定着して掛け渡されたアンカーを備え、このアンカーとして排水機能付きアンカーを用い、この排水機能付きアンカーを、前記フーチング側の定着部に対し前記地中連続壁側の定着部が下方に位置するよう斜めに掛け渡した、杭基礎の耐震補強構造を特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の杭基礎の耐震補強構造であって、前記排水機能付きアンカーは、透水性を具備するドレーン材によりアンカー材の周囲が覆われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、これまでに提案されている工法、耐震補強方法に比べて、巨大地震に対する実際の液状化時の杭の損傷対策と周辺地盤の液状化および沈下抑制対策として対応でき、しかも、排水機能付きアンカーを用いた簡易な方法であり、よりコストを低減できる経済的な耐震補強構造である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
初めに、本耐震補強構造は、既設・新設に関わらず杭基礎構造物の直下や周辺地盤が地震時の液状化に伴い、杭を支える地盤の水平地盤反力がゼロになっても、基礎本体と支持地盤とをアンカーを用いて緊張しておくことで、基礎の水平変位を抑制し、強地震時の地盤の大変形に伴う杭への大きな損傷、折損、ならびに杭頭部での破壊など壊滅的な被害を防止するものである。
【００１１】
兵庫県南部地震における現場計測、地震後に勢力的に行われた解析的・実験的研究によれば、まず地震発生直後では、上部構造物の慣性力により、杭頭にクラックなどが発生する。その後、地盤内の過剰間隙水圧が急激に上昇しはじめ、杭基礎周辺地盤が完全液状化に至る。
地震直後、十数秒も経つと、周辺地盤の水平抵抗がゼロに近い完全液状化状態がしばらく保たれる。このとき、杭基礎は片持ち梁の曲げモーメント分布をなし、杭基礎にとっては極めて危険な状態となるため、上部構造物の揺り戻しなどによって、杭基礎が折損、損傷などの被害を受けたものと推察されている。
【００１２】
上述の現象を踏まえ、本耐震補強構造は、液状化地盤層における構造物基礎杭に対して、支持層に設置したアンカーを基礎端部と緊張することによって、上部構造物の揺り戻しなどによる杭基礎の水平変位を抑制し、折損、損傷および破壊を防止する。
これに加えて、本耐震補強構造は、アンカーに排水機能を持たせることで、周辺地盤の液状化とアンカー近傍の地盤反力を確保することが可能になり、地震時におけるアンカーの変形、アンカーのぶれ、周辺地盤との摩擦力により、液状化時における杭基礎の変形を確実に防止する。
【００１３】
ここで、排水機能付きアンカーの設置は、建物の重要度、地域別に想定される地震規模、杭基礎の許容する変位量によって、配置本数、配置方法、径および剛性を調整すればよい。また、ドレーン材の材料はリサイクル材料など，ドレーン材の排水機能が確認されたものであればよい。なお、アンカーをドレーン材の中央部に入れてもドレーン材の排水機能を阻害することはない。
排水機能付きアンカー工とは、排水性能をもつドレーン材の中心に高強度の鋼材などの引張り材（アンカー）を挿入し、これを支持基盤内に定着させるものである。
基礎周囲に剛性の高い連続地中壁等を構築して、連続地中壁と基礎を排水機能付アンカーで接続しても良い。
【００１４】
本耐震補強構造による効果
１）構成上
地震時に発生する実際の地震動は三次元であるが、アンカーを斜めに設置することで、杭基礎の水平二方向の変形の抑制効果が向上し、アンカーに作用する引張力は低減される点で、径を著しく増大させる必要がない点で有利である。
２）施工性
排水機能付きアンカーは、施工機械も軽量で小型であることから、過密な都市部や施工スペースが小さい場合での施工も実施可能である。
３）汎用性
アンカーの本数、剛性を調整することによって、小規模から大規模の既設構造物への適用が可能であり、岸壁背面や河川際の橋梁基礎のような側方流動を受ける可能性のある既設の杭基礎構造物に対しても適用できる。  
【００１５】
〔第１実施形態〕
図１および図２は本発明を適用した杭基礎の耐震補強構造の第１実施形態を示すもので、１は既設構造物、２は杭基礎、３は杭、４はフーチング、５は支持地盤、１１は排水機能付きアンカー、１２は支持地盤側定着部、１３はフーチング側定着部である。
【００１６】
実施形態では、図示のように、既設構造物１の杭基礎２は多数の杭３の上にフーチング４を備え、杭３は支持地盤５まで達して施工されている。この杭基礎２のフーチング４と支持地盤５とにそれぞれ定着（定着部１２・１３参照）して掛け渡されるアンカーとして、排水機能付きアンカー１１を用いる。そして、この排水機能付きアンカー１１を、図１に示したように、フーチング側定着部１３に対し支持地盤側定着部１２が外側に位置するよう斜めに掛け渡した構造としている。なお、排水機能付きアンカー１１は、図２に示すように、平面視方形状のフーチング４の四隅部から放射状に配置されている。
【００１７】
図３は排水機能付きアンカー１１を拡大して示すもので、排水機能付きアンカー１１は、その引張り材による鋼材などのアンカー材１４の周囲が排水機能を具備する樹脂などのドレーン材１５により覆われている。具体的には、アンカー材１４が、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、中空部を有する円筒状に加工されたドレーン材１５の中央部に通された構成となっている。このドレーン材１５は、内外周を貫通する多孔質で透水性も具備している。
【００１８】
以上の排水機能付きアンカー１１は、アンカー部材１４を緊張状態にして支持地盤側定着部１２とフーチング側定着部１３との間に掛け渡すことによって、図１に示すように、支持地盤側定着部１２とフーチング側定着部１３との間にドレーン材１５が位置した状態となっている。
なお、フーチング４には、排水機能付きアンカー１１と連続して上面に開口する間隙水排出用孔２１を設けておく。この間隙水排出用孔２１は、図示左側のように斜めでも、図示右側のように鉛直でも良い。但し、アンカー１１を斜めに設置することから、施工時には、フーチング４に斜めに削孔するので、斜めの間隙水排出用孔２１をそのまま利用できる。
【００１９】
図４はアンカー配置パターンの他の例を示したもので、排水機能付きアンカー１１は、図示例では、平面視方形状のフーチング４の四隅部から放射状に配置された上で、さらに、フーチング４の四辺部の中央部からも放射状に配置されている。
【００２０】
以上、実施形態の杭基礎の耐震補強構造によれば、アンカー１１をフーチング側定着部１３に対し支持地盤側定着部１２が外側に位置するよう斜めに設置したため、特許文献１の鉛直アンカーと比較して、杭基礎２の水平二方向の変形の抑制効果が向上し、アンカー１１に作用する引張力が低減される点、径を著しく増大させる必要がない点で構成上有利である。
すなわち、巨大地震時における支持地盤５上の液状化地盤層における構造物杭基礎２に対して、支持地盤５（支持層）に設置したアンカー１１をフーチング４（基礎端部）と緊張することによって、上部構造物１の揺り戻しなどによる杭基礎２の水平変位を抑制し、折損、損傷および破壊を防止できる。
【００２１】
しかも、排水機能付きアンカー１１は、施工機械も軽量で小型であるため、過密な都市部や施工スペースが小さい場合での施工も実施可能である。すなわち、施工性に優れる。
また、アンカー１１の本数、剛性を調整することで、小規模から大規模の既設構造物への適用が可能であり、例えば岸壁背面や河川際の橋梁基礎のような側方流動を受ける可能性のある既設の杭基礎構造物に対しても適用できる。すなわち、汎用性に優れる。
【００２２】
そして、アンカー１１に排水機能を持たせたため、巨大地震時において、支持地盤５上の地盤が液状化した際、その液状化地盤内では過剰間隙水圧が上昇した間隙水がドレーン材１５の外周から浸透して中空部に流れ込み、その中空部内を通って上方のフーチング定着部１２に向けて吹き上がる。フーチング基礎には予め設けていた間隙水排出用孔２１から間隙水が噴出すことによって液状化地盤内の有効応力が維持される。 
従って、周辺地盤の液状化時にアンカー１１近傍の地盤反力を確保することが可能になり、地震時におけるアンカー１１の変形、アンカー１１のぶれ、周辺地盤との摩擦力による、液状化時における杭基礎２の変形を確実に防止できる。
【００２３】
以上の結果、これまでに提案されている工法、耐震補強方法に比べて、巨大地震に対する実際の液状化時の杭３の損傷対策と周辺地盤の液状化および沈下抑制対策として対応でき、しかも、排水機能付アンカー１１を用いた簡易な方法であり、よりコストを低減でき、経済的な耐震補強構造を提供できる。
【００２４】
なお、第１実施形態において、フーチング側定着部１３に対し支持地盤側定着部１２が外側に位置するよう斜めに設置するアンカーとして排水機能付きアンカー１１を用いたが、その排水機能に着目して、例えば、特許文献１の鉛直アンカーに使用することも可能である。
【００２５】
〔第２実施形態〕
図５および図６は本発明を適用した杭基礎の耐震補強構造の第２実施形態を示すもので、前述した第１実施形態と同様、１は既設構造物、２は杭基礎、３は杭、４はフーチング、５は支持地盤、１１は排水機能付きアンカー、１３はフーチング側定着部、１５はドレーン材、２１は間隙水排出用孔であって、６は地中連続壁、１６は地中連続壁側定着部である。
【００２６】
すなわち、第２実施形態では、図示のように、杭基礎２の周囲に、支持地盤５まで達する地中連続壁６が施工されている。そして、地中に施工される杭基礎２の杭３上のフーチング４と地中連続壁６の上部寄り部分とにそれぞれ定着（定着部１６・１３参照）して排水機能付きアンカー１１が掛け渡されている。
【００２７】
従って、排水機能付きアンカー１１が、図５に示したように、フーチング側定着部１３に対し外側の地中連続壁側定着部１６が下方に位置するよう斜めに掛け渡された構造となっている。なお、排水機能付きアンカー１１は、図６に示すように、平面視方形状のフーチング４の四隅部から放射状に配置されるとともに、フーチング４の四辺部の中央部からも放射状に配置されている。
【００２８】
以上、第２実施形態の杭基礎の耐震補強構造によっても、前述した第１実施形態とほぼ同様の作用効果が得られる。すなわち、前述した第１実施形態の作用効果において、支持地盤５を地中連続壁６に置き換えて、支持地盤側定着部１２を地中連続壁側定着部１６に置き換えれば良い。
【００２９】
なお、以上の実施形態においては、既設構造物の杭基礎としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、新設構造物の杭基礎に適用しても良い。
また、ドレーン材の形状や数等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を適用した杭基礎の耐震補強構造を示すもので、第１実施形態の構成を示した縦断面図である。
【図２】図１のアンカー配置パターンを示した平面図である。
【図３】排水機能付きアンカーを拡大して示すもので、側面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図４】アンカー配置パターンの他の例を示した平面図である。
【図５】本発明を適用した杭基礎の耐震補強構造を示すもので、第２実施形態の構成を示した縦断面図である。
【図６】図５のアンカー配置パターンを示した平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  既設構造物
２  杭基礎
３  杭
４  フーチング
５  支持地盤
６  地中連続壁
１１  排水機能付きアンカー
１２  支持地盤側定着部
１３  フーチング側定着部
１４  アンカー材
１５  ドレーン材
１６  地中連続壁側定着部
２１  間隙水排出用孔
【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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