(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とを備え、この連続する矢板３からなる矢板壁４と基礎２とを一体的に挙動可能に接合する。  場合により矢板壁４と基礎２との間の領域に構造体５を構築する。【選択図】図１
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【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を備え、この連続する矢板からなる矢板壁と前記基礎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】
矢板壁と基礎との間の領域に構造体が構築され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、この連続する矢板からなる矢板壁と前記基礎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を備え、この連続する矢板からなる矢板壁と前記基礎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辺に沿って連続して挿入され、対向する２辺、または直交する２辺に沿い、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。矢板はいずれかの１辺に沿って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。矢板はまた、基礎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が基礎に一体化す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、両者が一体化することにより耐震性に優れた杭基礎が構築される。
【００１４】
既存の杭基礎を耐震補強する場合には、矢板壁と基礎との一体化を図るために、主として請求項２に記載のように矢板壁と基礎との間の領域に構造体が構築される。この場合、構造体が基礎の周りを包囲することで、構造体と基礎との一体化が図られるため、構造体が矢板壁に一体的に接合されれば、基礎と矢板壁の一体化が図られる。従って矢板壁と基礎を一体化させるために既存の基礎を斫るような、既存の基礎に対する処理を必ずしも必要としない。
【００１５】
新規に杭基礎を構築する場合には直接、基礎と矢板壁を一体化させた形で杭基礎を構築することができるため、矢板壁と基礎との間の領域に構造体を別途、構築することは必要でない。
【００１６】
矢板壁と基礎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、矢板壁に基礎の回転を阻止しようとする抵抗モーメントが発生する。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。
【００１７】
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、基礎は矢板壁によって地震による回転に対して安定する。
【００１８】
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、矢板壁は主として地盤からの水平力に抵抗する。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。
【００１９】
杭と矢板壁の機能（荷重の分担）が明確に区分され、必ずしも矢板壁が杭の機能を補う必要がないことで、対象となる杭基礎が既存の場合には既設杭の抵抗力を有効に活用した補強設計が可能になる。
【００２０】
既存の杭基礎においては、新たに付加される矢板壁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、基礎と一体となって挙動することにより、上記のように杭基礎が耐震補強されるため、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。
【００２１】
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、２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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、施工が簡素で済む。併せて基礎の周囲の地盤中に矢板を挿入するだけであり、地盤改良によ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。基礎の支持力低下を生じさせないことで、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。
【００２４】
更に既存の杭基礎に対する施工は基礎の周囲に矢板を挿入することのみであるから、補強後の杭基礎の寸法を格別拡大することがないため、敷地境界線まで余裕のない場合にも施工を遂行することが可能である。既存の基礎から周囲へ張り出す寸法は最小の場合、矢板の厚さ寸法に施工のためのクリアランスを加えた程度に留まる。既存の基礎の周面を斫ることができれば、基礎周面から矢板を張り出させることなく、施工することも可能である。
【００２５】
請求項１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、この連続する矢板からなる矢板壁と前記基礎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。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。
【発明の効果】
【００２６】
杭基礎の周りに構築される矢板壁と基礎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とを備え、この連続する矢板３からなる矢板壁４と基礎２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１は既設の杭基礎を耐震補強する場合の例を示す。図１の平面と立面をそれぞれ図２−（ａ）、（ｂ）に示す。
【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沿った形で形成される。矢板壁４は図３に示すように基礎２の周囲に直接、配置される場合には基礎２に接し、図１に示すように基礎２の周りに構造体５が構築される場合には構造体５に接する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
既存の杭基礎に対しては、矢板壁４と基礎２との一体化を図るために、原則として図１に示すように基礎２の周りに矢板壁４との一体化のために新たな構造体５が構築される。この場合、構造体５がコンクリート造の場合には、矢板３が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。
【００３３】
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２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。
【００３４】
構造体５は基礎２の周囲に接する形で構築され、基礎２を包囲しながら矢板壁４に一体化することにより矢板壁と基礎２を一体化させる。構造体５の構築の際には、例えば既存の基礎２の周囲を斫り、鉄筋を露出させた上で構造体５を構築する等により構造体５を基礎２に一体化させることもある。
【００３５】
但し、構造体５は基礎２を包囲することから、必ずしも両者を一体化させなくても構造体５を基礎２と一体的に挙動させることは可能である。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に定着させることもある。
【００３６】
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鋼材等の緊張材を配置する構造も含まれる。
【００３７】
図１は鉄筋コンクリート造の構造体５をそのコンクリート５ａ中に少なくとも２方向に配筋される鉄筋５ｂと、矢板壁４の内周面に突設された孔あき鋼板６を用いて矢板壁４に一体化させる場合の例を示す。図２−（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１の平面、立面を示す。図１は主として既存の杭基礎を矢板壁４により補強する場合の例を示す。
【００３８】
鉄筋５ｂは基礎２の周りに配筋され、鉄筋５ｂの基礎２側の端部は基礎２に定着される場合と単に突き合わせられる場合がある。孔あき鋼板６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。
【００３９】
孔あき鋼板６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５ｂ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５ｂが挿通し、係合することにより鉄筋５ｂ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。
【００４０】
既存の杭基礎に対して矢板３を挿入し、矢板壁４を基礎２に一体化させる場合には、基礎２底面下の地盤に対し、地盤改良する必要がなく、基礎２、すなわち上部構造７を使用状態においたまま施工を遂行することができるため、上部構造７が鉄道橋等の場合には運行を停止させる必要がない利点がある。
【００４１】
図３は新設で矢板壁４に包囲された杭基礎を構築する場合の例を示す。図４−（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３の平面、立面を示す。
【００４２】
この場合、杭１の設置、もしくは構築後、矢板３の挿入と並行して基礎２の構築が行われる。矢板壁４と基礎２の一体性を確保するために、図３においても矢板３の基礎２側の面に孔あき鋼板６を突設し、この孔あき鋼板６に基礎２中の鉄筋２ｂを係合させながら配筋しているが、基礎２と矢板壁４の一体化の手段は問われない。図４−（ａ）は基礎２中の鉄筋２ｂを配筋し、これに孔あき鋼板６を係合させたときの様子を示す。
【００４３】
孔あき鋼板６に係合させながら、鉄筋２ｂを配筋したところで、矢板壁４を型枠としてコンクリート２ａを打設することにより基礎２が完成する。引き続き、基礎２上に上部構造７が構築される。
【００４４】
杭基礎を新設する場合には、上部構造７を含めた全鉛直荷重を杭１が負担し、水平荷重を矢板壁４が負担することの機能が明確に区分されるため、杭１と基礎２、及び矢板壁４をそれぞれの機能に応じて合理的に設計することが可能である。例えば杭１の断面寸法を抑え、杭１の設置本数を節減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】矢板壁と基礎を両者間に構築される構造体を介して一体的に接合し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】矢板壁と基礎を直接、一体的に接合し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。
【符号の説明】
【００４６】
１………杭
２………基礎
２ａ……コンクリート
２ｂ……鉄筋
３………矢板
４………矢板壁
５………構造体
５ａ……コンクリート
５ｂ……鉄筋
６………孔あき鋼板
７………上部構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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