(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、連続する矢板３からなる矢板壁４の上部に沿って形成され、連続する矢板３の一体性を確保する梁部材５から杭基礎を構成する。  場合により矢板３を基礎２との間に間隔を確保した状態で地中に挿入する。【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、前記連続する矢板からなる矢板壁の上部に沿って形成され、前記連続する矢板の一体性を確保する梁部材とを備えることを特徴とする杭基礎の補強構造。
【請求項２】
矢板は基礎との間に間隔を確保した状態で地中に挿入され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、前記連続する矢板からなる矢板壁の上部に沿い、前記連続する矢板の一体性を確保する梁部材を形成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、前記連続する矢板からなる矢板壁の上部に沿って形成され、前記連続する矢板の一体性を確保する梁部材とを備え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。矢板はその上部に形成される梁部材によって矢板壁としての一体性を確保し、地盤からの水平力に抵抗するため、梁部材による矢板の一体化の効果が発揮されるように、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】
梁部材は矢板壁の上部に沿って構築、または設置される等により形成され、各矢板の上部を連結することにより矢板壁の鉛直軸回りの曲げ剛性を確保する働きをする。梁部材は各方向の矢板壁毎に曲げ剛性を確保するが、２方向の梁部材が互いに連結、もしくは接合されれば、矢板壁上部の２方向の水平変位が拘束されるため、地盤から受ける水平力に対する矢板壁の安定性が向上する。この効果は梁部材が基礎の周方向に連続し、基礎の周りを周回することにより一層向上する。
【００１４】
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では梁部材の形成によって矢板壁の曲げ剛性が確保され、矢板壁が地盤から受ける水平力に対する抵抗力を保有するため、矢板壁が水平力の多くを負担することができる。
【００１５】
この結果、杭の側面が受ける水平力が軽減され、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。特に矢板壁の先端は全体として基礎底面の深度より大きい深度まで挿入されるため、矢板壁は変形を生じない限り、矢板壁の外周面が地盤からの水平力に抵抗する能力を保有する。
【００１６】
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。
【００１７】
既存の杭基礎に対する施工は矢板の挿入と梁部材の形成のみであるから、杭頭部を保護（拘束）する上で、地盤に対する掘削の必要も、基礎底面下の地盤を地盤改良する必要もないため、基礎の支持力の低下は回避される。また施工が簡素で済み、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。
【００１８】
矢板壁が基礎の周りを周回し、梁部材が矢板壁の周方向に連続する場合には、全方向の矢板壁の一体性が確保され、矢板壁はチューブとして挙動することができるため、各方向の矢板壁が独立する場合より矢板壁の剛性が向上する。この場合、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、全矢板壁が一体となって抵抗する。このとき、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。
【００１９】
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。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。
【００２０】
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を負担する。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の水平力の多くを負担することで、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】
前記のように矢板壁が梁部材によって水平力に対する抵抗力を保有することで、矢板壁を水平力に抵抗させる上では、矢板壁を基礎に接触させる、あるいは基礎に一体化させることは必ずしも必要ではない。従って請求項２に記載のように矢板が基礎との間に間隔を確保した状態で地中に挿入されることも可能である。
【００２２】
この場合、矢板壁の基礎側の面と基礎の周面との間に距離が確保されることで、地震時等に矢板壁を基礎から独立させて挙動させることができる。例えば矢板壁と基礎との間にエネルギ吸収装置（ダンパー）や緩衝材を介在させておくことで、矢板壁と基礎の相対的な変位、または速度を地震時のエネルギを吸収するために利用することも可能になる。基礎に上部構造が一体化する場合には、矢板壁と上部構造との間にエネルギ吸収装置等を介在させても同じ効果が得られる。
【００２３】
緩衝材には砕石も利用される。この場合、地震時に砕石層をせん断破壊させることにより砕石層にエネルギを吸収させることが可能であり、メインテナンスの必要がないため、ダンパーを用いる場合よりコストを要しない利点がある。
【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、前記連続する矢板からなる矢板壁の上部に沿い、前記連続する矢板の一体性を確保する梁部材を形成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。新規の場合には矢板壁を基礎構築時の型枠として利用可能であるため、基礎と矢板壁が実質的に一体となった形で杭基礎を構築することが容易になる。
【発明の効果】
【００２６】
杭基礎の周りに構築される矢板壁の上部を梁部材によって連続させることで、矢板壁の曲げ剛性を確保し、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する抵抗力を矢板壁に付与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、連続する矢板３からなる矢板壁４の上部に沿って形成され、連続する矢板３の一体性を確保する梁部材５とを備え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。
【００３１】
矢板３は基礎２の周面との間に間隔を確保した状態で、または接した状態で地中に挿入され、矢板壁４はその上部に形成される梁部材５によって一体化させられる。矢板壁４が基礎２の周りを周回する場合、矢板壁４はチューブとして挙動できることから、矢板壁４を基礎２とは独立させて挙動させる場合には、基礎２との間に間隔が確保される。この場合、地震時に矢板壁４と基礎２、もしくはその直上の上部構造６との間に相対変位を生じさせることができるため、両者間の相対変位や相対速度を利用して地震のエネルギを吸収することも行える。
【００３２】
梁部材５は矢板壁４の形成箇所に沿って形成される。梁部材５の材料は問われず、鉄筋コンクリート造、鉄骨造の他、鉄骨鉄筋コンクリート造で構築されるか、または設置と接合によって形成される。
【００３３】
コンクリート造の梁部材５は現場打ちで構築される場合とプレキャスト化された部材の設置によって形成される場合がある。いずれの場合も、矢板壁４上部の拘束効果を上げる上では、梁部材５は図１に示すように矢板壁４の内周面と外周面に跨るように形成されることが適切である。但し、梁部材５が基礎２の周りを連続して周回する場合には、閉じた形をすることで、矢板壁４を拘束することができるため、図３に示すように矢板壁４の内周面と外周面のいずれかに接すればよいこともある。矢板壁４の両面に跨る場合、梁部材５は矢板壁４の頂部に配置される。
【００３４】
梁部材５が現場打ちコンクリート造で構築される場合には、梁部材５の形成位置に型枠が組まれ、型枠内への配筋とコンクリートの打設によって梁部材５が構築される。予め製品化されている梁部材５の場合には、矢板壁４の上部に梁部材５との接合のためのボルトやファスナー等の接合部材が取り付けられ、この接合部材に対して梁部材５が設置され、接合される。
【００３５】
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、このクリアランスは矢板壁４を基礎２に対し、相対変位させるためにも利用される。
【００３６】
杭基礎が既存の場合、矢板壁４は基礎２と一体化させられる場合と、分離させられる場合があり、一体化の場合には矢板壁４の内周面（基礎２側の面）にアンカーや鋼板、鉄筋等が突設され、これらが基礎２中に定着させられる。アンカー等の定着は基礎２を表面側から斫るか、削孔を形成し、アンカー等の挿入後、コンクリートやモルタルを充填することが行われる。
【００３７】
矢板壁４が基礎２から分離させられる場合には、アンカー等の突設と定着の作業を要しない。この場合、地震による矢板壁４と基礎２、もしくは上部構造６との間の相対変位時にエネルギを吸収させるために、両者間に砕石、弾性体その他の緩衝材が充填されるか、ダンパー７が架設、もしくは設置される。
【００３８】
図３はダンパー７の設置例として、基礎２に連続し、矢板壁４に対向する上部構造６（橋脚）の側面にダンパー７を設置した場合を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）はその縦断面図である。ダンパー７は前記のように矢板壁４と基礎２や上部構造６との間の相対変位時の相対変位、もしくは相対速度を利用してエネルギ吸収能力を発揮する機能を有すれば、形態や構造を問わない。
【００３９】
図３では２方向の長さが相違する、（ａ）に示す上部構造６の平面形状に従い、せん断力を受けたときに変形を生じてエネルギを吸収するせん断型のダンパー７を長辺に沿って設置しているが、曲げモーメントを受けてエネルギを吸収する曲げ型のダンパー７も使用される。メインテナンスの面からは鋼製のダンパー７の使用が適切である。
【００４０】
図３では特に（ｂ）に示すように上部構造６（橋脚）の本体が鉄道橋（高架橋）であることから、橋桁９幅方向（橋軸直角方向）の地震動の、上部構造６への入力を低減するために、その方向の振動に対してダンパー７が有効に機能するようにダンパー７を配置している。具体的には矢板壁４と上部構造６間の橋桁９幅方向の相対変位時にダンパー７に変形、もしくは相対速度が生ずるようにダンパー７を配置している。
【００４１】
この場合、地震時にダンパー７に確実に変形を与えられるよう、剛性の乏しい矢板壁４に剛性を付与しながら、矢板壁４とダンパー７を連結するために、矢板壁４の内周側に周回する梁部材（腹起し）５を架設し、梁部材５を矢板壁４に接合している。この梁部材５と、上部構造６の側面に設置されたダンパー７との間に梁部材５の相対変位をダンパー７に伝達する連結部材８を架設している。梁部材５と連結部材８にはＨ形鋼等の鋼材が使用される。
【００４２】
図３の場合、基礎２、もしくは上部構造６と矢板壁４との間に橋桁９幅方向の相対変位が生じたとき、相対変位方向の荷重が連結部材８からダンパー７に入力し、その荷重に応じた変形がダンパー７に発生することにより地震時のエネルギが吸収される。
【００４３】
図３に示すダンパー７と同一形式のダンパー７により橋桁９軸方向（橋軸方向）の地震動の入力を低減するには、図３−（ａ）において上部構造６の短辺にダンパー７を設置することが必要になるが、連結部材８にダンパー７を内蔵することによっても橋軸方向の振動を低減することは可能である。
【００４４】
杭基礎を新設する場合には、基礎２と矢板壁４を一体化させた状態で杭基礎を構築することができるが、両者間の相対変位を利用する場合には基礎２と矢板壁４が分離した状態で杭基礎が構築される。基礎２と矢板壁４を一体化させる場合には、既存の場合に必要となる一体化のための作業、例えば矢板壁４に突設したアンカーを基礎２に定着させる等の作業が不要になる。
【００４５】
新設の場合、基礎２上に構築される上部構造６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】
【００４６】
【図１】基礎の周りを周回させて矢板壁を形成し、矢板壁の上部に連続して梁部材を形成した様子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】（ａ）は矢板壁に対向する上部構造にダンパーを設置した場合の様子を示した平面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１………杭
２………基礎
３………矢板
４………矢板壁
５………梁部材
６………上部構造
７………ダンパー
８………連結部材
９………橋桁
【図１】
2008240357.tif 000003
【図２】
2008240357.tif 000004
【図３】
2008240357.tif 000005