(57)【要約】【課題】構造物を構築する場合において基礎杭に作用する軸力を特別な装置を用いることなく制御することが可能となる杭基礎の施工方法を提案することにある。【解決手段】杭基礎構造物１は、上部構造物２と複数本の既設基礎杭３により構築されており、上部構造物２は、上部躯体２ａとフーチング及び基礎梁から構成される基礎部２ｂとからなり、既設基礎杭３は場所打ち杭で、先端部が支持層４に到達している支持杭である。ここで、既存基礎杭３と上部構造物２の基礎部２ｂとの接合は、上部構造物２の構築が所定の作業工程が終了してから接合する、軸力制御接合Ｓ１にて行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎杭で支持される構造物を構築する場合において、
前記基礎杭の杭頭部と前記構造物の基礎部との接合を、前記構造物の構築が予定した作業工程が終了した時点で行うことを特徴とする構造物構築方法。
【請求項２】
複数の基礎杭で支持される構造物を構築する場合において、
前記複数の基礎杭の杭頭部と前記構造物の基礎部との接合を、各々の前記基礎杭に応じて、前記構造物の構築が予定した各作業工程が終了した時点で行うことを特徴とする構造物構築方法。
【請求項３】
前記基礎杭の前記杭頭部と前記構造物の前記基礎部との接合を、前記構造物の構築が完了してから接合することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の構造物構築方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の構造物構築方法を用いて構築したことを特徴とする構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築構造物及び土木構造物において用いられる基礎杭で支持される構造物（以下「杭基礎構造物」という）の施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の建築構造物及び土木構造物で用いられる杭基礎構造は、杭頂から主筋を突出させ上部の構造物（以下「上部構造物」という）の基礎部と連結し一体構造としたものが一般的である。しかし、この杭基礎構造では、地震作用時に発生する杭頭部の曲げモーメントやせん断力、上部構造物の自重等の基礎杭に作用する軸力などにより、基礎杭の杭頭部及び上部構造物の基礎部における補強筋の増加、断面形状の増大などの処置が必要となる。そのため基礎杭の杭頭部の接合方法として、半固定式やピン接合式などにより地震時に発生する各応力を低減する方法や、杭頭部にコントロールデバイス（以下「反力調整装置」という）を装着し杭の軸力を制御する方法がある。
【０００３】
しかし、半固定式やピン接合式などの杭頭接合方法は、前述の通り、地震時に発生する曲げモーメントやせん断力などの応力負荷の低減を目的としており、基礎杭に作用する鉛直力を制御するものではないため、当該工法採用時には、特殊な接合方法を用いる手間や補強工法などの他に、軸力を考慮することによる基礎杭及び基礎部の補強工が必要となる。
【０００４】
そのため、軸力を制御することを目的とした接合方法として、特許文献１のように、基礎杭の杭頭部に反力調整装置を装着する工法が用いられる。当接合方法は、図７に示すように、外挿体１１１と内挿体１１２との二つの挿通体からなる反力調整装置１１０を、杭頭部１３１に設置することで、これらの挿通体の摩擦力により構造物基礎に発生する軸力のコントロールを行うものである。その施工方法は、図８に示すように、所定の位置に所定の本数の基礎杭１３０を打設した後（図８（ａ））、杭頭部周辺地山１４０をつぼ掘りするとともに杭頭部１３１を切断し（図８（ｂ））、反力調整装置１１０を杭頭部１３１に接合させるとともに、反力調整装置１１０のフランジ１１３にアンカー１１４などを設けておき（図８（ｃ））、その後、つぼ掘り部を埋め戻し、反力調整装置１１０のフランジ１１３に設置したアンカー１１４などを利用して反力調整装置１１０と一体化させた上部構造物の基礎部１２０を構築するものである（図８（ｄ））。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１２１７５２号公報（段落０００９〜００１１及び００２２、図１〜図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の工法では、建造物の柱直下に基礎杭を設ける等の通常の杭基礎構造においては柱や上部構造物の基礎部の配筋と反力調整装置に設けたアンカーの配置の関係などにより適用が困難であるとともに、反力調整装置等の適用により施工コストが高くなるという問題点がある。
【０００７】
本発明は上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、通常の杭基礎構造を構築する場合においても適用可能で、基礎杭に作用する軸力を特別な装置を用いることなく制御することが可能となる杭基礎の施工方法を提案することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、請求項１の発明は、基礎杭で支持される構造物を構築する場合において、前記基礎杭の杭頭部と前記構造物の基礎部との接合を、前記構造物の構築が予定した作業工程が終了した時点で行うことを特徴とする。
【０００９】
杭基礎構造物の構築において、基礎杭の杭頭部と上部構造物の基礎部との接合を、前記上部構造物の構築を行う際の初期段階で行うと、上部構造物の全荷重を基礎杭のみで負担しなければならない。一方、本発明によれば、基礎杭の接合以前に構築された上部構造物の荷重を主として上部構造物の基礎部で支持させ、それ以降に構築された上部構造物の荷重を主として杭基礎により支持させることで、上部構造物の構築に伴って生じる上部構造物荷重は、杭頭部を接合するまで上部構造物の基礎部で支持させることになり、特別な装置等を用いることなく、基礎杭に加わる軸力を制御することが可能となる。このため、基礎杭に加わる軸力を考慮した従来の施工方法を用いる場合の補助工法にかかる費用の削減や、杭耐力の有効な活用により、杭基礎構造を必要最低限に抑えることが可能となる。また、当施工方法は、既製杭や場所打ち杭等の杭種に限定されることなく、新設杭や既存杭等の施工条件にも限定されずに適用可能である。
【００１０】
請求項２の発明は、複数の基礎杭で支持される構造物を構築する場合において、前記複数の基礎杭の杭頭部と前記構造物の基礎部との接合を、各々の前記基礎杭に応じて、前記構造物の構築が予定した各作業工程が終了した時点で行うことを特徴とする。
【００１１】
かかる構造物構築方法により、基礎杭の形状、支持力、配置等の性質に応じて各々の接合時期を変更することができ、上部構造物に対して、支持力が大きく異なる基礎杭を併用することが可能となるため、例えば、既存基礎杭と新設基礎杭との併用利用する際等に既存基礎杭の負担する軸力を制御することによって既存基礎杭の持つ支持力を十分に引き出すことができることから、新設基礎杭は、既存基礎杭の支持力を最大限生かした設計をすることが可能となり、より経済的な基礎構造の施工が可能となる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の構造物構築方法であって、前記基礎杭の前記杭頭部と前記構造物の前記基礎部との接合を、前記構造物の構築が完了してから接合することを特徴とする。
【００１３】
かかる構造物構築方法により、上部構造物荷重等の全鉛直力を、本発明を用いないその他の基礎杭及び上部構造物の基礎部にて支えている状態で、本発明を用いた基礎杭の杭頭部と上部構造物の基礎部との接合を行うため、本発明を用いた基礎杭に関しては、鉛直力をほとんど負担することなく、地震時等において発生する水平力のみを負担することが可能となる。そのため、本発明を用いない基礎杭や上部構造物の基礎部などの上部構造物荷重等の鉛直力を支える基礎が負担する地震時等の水平力を軽減することが可能となり、大地震時等においてもこれらの基礎に水平力による損傷を与えない、損傷制御設計が可能となる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の構造物構築方法を用いて構築したことを特徴とする構造物であって、現地の状況や条件に応じた施工方法を用いることにより、より経済的で安全な構造物を構築することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１６】
（第一の実施の形態）
図１は、本発明を実施することによって構築される第一の実施の形態にかかる杭基礎構造物１を示したものである。杭基礎構造物１は、上部構造物２と複数本の既設基礎杭３により構築されており、上部構造物２は、上部躯体２ａとフーチング２ｃ及び基礎梁２ｄから構成される基礎部２ｂとからなり、既設基礎杭３は場所打ち杭で、先端部が支持層４に到達している支持杭である。ここで、既存基礎杭３と上部構造物２の基礎部２ｂとの接合は、上部構造物２の構築が所定の作業工程が終了してから接合する、軸力制御接合Ｓ１にて行う。
【００１７】
杭基礎構造物１の構築は、下記の要領で行う（図２参照）。
▲１▼既設基礎杭３の杭頭部３ａの外周面にスリップ材７を塗布する。
▲２▼既設基礎杭３の杭頂３ｂとフーチング２ｃとの間に既存基礎杭３の杭径より若干幅広の空洞部５ができるように型枠を設置する。
▲３▼基礎部２ｂのフーチング２ｃ上面から空洞部５にグラウト材Ｇを注入する際に使用するグラウト孔６をフーチング２ｃ上面から空洞部５に挿通するように配管する。ここで、グラウト孔６は、１箇所の軸力制御接合Ｓ１につき、少なくともグラウト材Ｇを注入するグラウト注入孔６ａと余分なグラウト材Ｇを排出するグラウト排出孔６ｂの２本配管するものとし、既存基礎杭３が柱２ａ’直下に配置される場合は、柱２ａ’の施工に支障がないようにグラウト孔６を斜めに配管するなどの処置を行う。また、本実施の形態では、グラウト孔６に直管を使用したが、フーチング２ｃのコンクリート打設時の圧力により管が潰れるなどしてグラウト孔６が詰まるようなことのない十分な強度を有する管であれば、グラウト孔６に使用する管の形状及び材質は特に限定されるものではない。
▲５▼上部構造物２の上部躯体２ａを基礎部２ｂの上部に予定された作業工程が終了するまで構築する。
▲６▼グラウト孔６を利用してグラウト材Ｇを空洞部５に注入し、既設基礎杭３と上部構造物２の基礎部２ｂとの軸力制御接合Ｓ１を行う。ここで、グラウト材Ｇによる空洞部５の充填時には、グラウト注入孔６ａからグラウト材Ｇを図示しないポンプにより注入し、空洞部５の充填が完了すると余分なグラウト材Ｇがグラウト排出孔６ｂから排出されることで完了する。
▲７▼上部躯体２ａの残りの部分の構築を行う。
【００１８】
なお、上部構造物２と既存基礎杭３との接合の時期を決める、上部躯体２ａの作業工程は、図３に示したフローチャートに従い設計を行って決定する。まず、地盤調査結果に基づいた地質条件、設計条件、施工条件の確認等の基本検討（ステップ１１）を行い、既存基礎杭３の杭材、杭長、杭径の設定（ステップ１２）を行い、これに基づいて各基礎杭の許容支持力、許容沈下量の設定（ステップ１３）を行う。続いて、既存基礎杭３及び基礎部２ｂの設計（ステップ１４）を行い、既存基礎杭３の杭頭部３ａと基礎部２ｂとの接合時期の仮定（ステップ１５）を行い、３次元解析により地盤、杭、基礎部の相互作用の計算（ステップ１６）を行う。３次元解析の計算結果により、各部の沈下量及び支持力の照査を行う（ステップ１７）。ステップ１７の照査の結果、各計算値のうち許容値を超えたものがある場合は、ステップ１２に戻り、杭材、杭長、杭径の設定から同様のステップを繰り返す。ステップ１７の照査の結果、計算値がすべて許容値以下であれば、ステップ１６の３次元解析の結果に基づき、杭頭部３ａと基礎部２ｂとの接合時期を決定する（ステップ１８）。
【００１９】
ここで、前記ステップ１６における３次元解析は、図４に示す解析モデルにより行う。この解析モデルは、上部構造物荷重に対する基礎部２ｂと地盤反力Ｐ１１との関係と、既存基礎杭３と周面摩擦力Ｐ１２及び杭先端支持力Ｐ１３との関係について、有限要素法を用いて解析するためのモデル図である。
【００２０】
まず、上部構造物２を、上部躯体２ａと基礎部２ｂとに区分し、基礎部２ｂを平面と仮定して、所定寸法のメッシュに分割する。また、この基礎部２ｂの下面には既存基礎杭３が配置されており、この既存基礎杭３についても基礎部２ｂと同様に所定寸法のメッシュに分割する。次に、基礎部２ｂ下面には地盤反力Ｐ１１が作用し、既存基礎杭３には杭軸方向に沿って、周面に周面摩擦力Ｐ１２が作用し、既存基礎杭３の先端には、杭先端支持力Ｐ１３が作用すると仮定する。そして、基礎部２ｂの各格子点に上部躯体２ａの上部構造物荷重が作用した場合の上部構造物２と既存基礎杭３に負荷する応力状態を有限要素法にて解析することにより、各部の支持力、沈下量等を決定することが可能となる。
【００２１】
上記解析によって、各基礎構造の許容支持力と軸力Ｐ及び水平力Ｆとのバランスを解析し、基礎部２ｂと既存基礎杭３とが負荷しうる各応力のバランスにより、既存基礎杭３や基礎部２ｂの沈下剛性に応じた荷重の負担割合を推定することができ、どの時期に基礎部２ｂと既存基礎杭３との接合を行うと、既存基礎杭３に想定した軸力Ｐを負担させることができるかを予測することが可能となり、この結果により、接合時期を決定することができる。
【００２２】
本発明の施工方法である、既存基礎杭３と上部構造物２の基礎部２ｂとの接合を、上部構造物２の構築が予定の作業工程が終了した時点で行う、軸力制御結合Ｓ１を採用することで、既存基礎杭３と基礎部２ｂとの接合以前に構築された上部構造物２の荷重は主として基礎部２ｂで支持させ、それ以降に構築された上部構造物２の荷重は主として既存基礎杭３により支持させることになり、許容支持力が不十分であることが懸念される既存基礎杭３への軸力Ｐを、特別な装置を用いることなく制御することが可能となる。このため、基礎杭に加わる軸力Ｐを考慮した従来の施工方法を用いる場合の補助工法にかかる費用の削減や、杭耐力の有効な活用により、杭基礎構造を必要最低限に抑えることが可能となる。また、この基礎部２ｂから地盤間に常時軸力Ｐが作用している状態で、上部構造物２が地震時などによる水平力Ｆを受けると、水平荷重の一部は基礎部２ｂから直接地盤へと伝達されるため、既存基礎杭３の負担水平力Ｆを小さくすることができる。さらに、当施工方法は、既製杭や場所打ち杭等の杭種に限定されることなく、新設杭や既存杭等の施工条件にも限定されずに適用可能である。
【００２３】
（第二の実施の形態）
図５は、第二の実施の形態に係る杭基礎構造物１を示した図である。杭基礎構造物１は、既設杭基礎構造物の既存基礎杭３を残したまま、上部構造物を取り除いたところに、新たに上部構造物２を構築した構造となっている。この際、既存基礎杭３の支持層４’は浅く、またその支持層４’のＮ値はそれほど大きくないため、既存基礎杭３の支持力のみでは新設の上部構造物２の上部構造物荷重などによる軸力Ｐを負担できないため、新たにより深く、よりＮ値の大きい支持層４まで到達した沈下剛性の高い新設基礎杭３’を打設して上部構造物２を構築した構造を示している。本実施形態では、既存基礎杭３は従来通り、杭頭部３ａの接合を杭打設後の基礎部２ｂの構築とともに行う一般接合Ｓ２とし、新設基礎杭３’は、第一の実施の形態と同様に、既存基礎杭３の支持力では上部構造物荷重などによる軸力Ｐを負荷しきれなくなる予定の作業工程が終了した時点で新設基礎杭３’の杭頭部の基礎部２ｂへの接合を行う軸力制御接合Ｓ１とした。
【００２４】
なお、新設基礎杭３’の杭頭部３ａと上部構造物２の基礎部２ｂとの接合方法である軸力制御接合Ｓ１の施工方法及び構造は、前記した第一の実施の形態に係る軸力制御接合Ｓ１の施工方法及び構造と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２５】
また、上部構造物２と新設基礎杭３’との接合の時期についても、前記した第一の実施の形態に係る決定方法と同様に図３のフローチャートに従い設計を行うことで決定するので詳細な説明は省略する。この際、ステップ１２、ステップ１３及びステップ１４において、それぞれ既存基礎杭３と同様に、新設基礎杭３’の杭材、杭長、杭径の設定、新設基礎杭３’の許容支持力、許容沈下量の設定及び新設基礎杭３’の設計を行う。
【００２６】
上記の施工方法を採用することにより、既存基礎杭３と新設基礎杭３’で支持力が異なる場合などに、既存基礎杭３が上部構造物２の構築の進捗により、上部構造物荷重による軸力Ｐを負担しきれなくなってから新設基礎杭３’の接合を行うことにより、既存基礎杭３の持つ支持力を最大限引き出すことが可能となり、新設基礎杭３’及び上部構造物２の基礎部２ｂについては、既存基礎杭３で支持する以外の上部構造物荷重を支持することで足りるため、経済的な構造の構築が可能となる。
【００２７】
（第三の実施の形態）
図６は、第三の実施の形態に係る杭基礎構造物１を示した図である。杭基礎構造物１は、既設杭基礎構造物の既存基礎杭３を残したまま、既設の上部構造物を取り除いたところに、新たに上部構造物２を構築した構造となっている。この際、既存基礎杭３の支持層４’は浅く、またその支持層４’のＮ値はそれほど大きくないため、既存基礎杭３の支持力では上部構造物荷重などによる軸力Ｐを負荷しきれないため、新たにより深く、よりＮ値の大きい支持層４まで打設した沈下剛性の高い新設基礎杭３’により上部構造物２を支持する構造としている。これらの既存基礎杭３と新設基礎杭３’からなる基礎杭群において、既存基礎杭３と基礎部２ｂとの接合は、上部構造物２の施工が完了してから接合する軸力制御接合Ｓ１とし、一方、新設基礎杭３’の基礎部２ｂとの接合は、従来通り新設基礎杭３’打設後に基礎部２ｂの構築とともに接合させる一般接合Ｓ２で行う。なお、本実施の形態では、既存基礎杭３の上部構造物２との接合を軸力制御接合Ｓ１とし、新設基礎杭３’の上部構造物２との接合を一般接合Ｓ２としたが、この限りではなく、既存基礎杭３の一部および新設基礎杭３’の一部について軸力制御接合Ｓ１を採用し、その他は一般接合Ｓ２とするなどの方法も考えられる。
【００２８】
なお、既存基礎杭３の杭頭部３ａと上部構造物２の基礎部２ｂとの接合方法である軸力制御接合Ｓ１の施工方法及び構造は、前記した第一の実施の形態及び第二の実施の形態に係る施工方法及び構造と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２９】
上記の施工方法を採用することにより、上部構造物荷重等の全軸力Ｐを、一般接合Ｓ２にて接合した新設基礎杭３’及び上部構造物３の基礎部２ｂにて支えている状態で、既存基礎杭３の杭頭部３ａと上部構造物２の基礎部２ｂとの接合を行うため、既存基礎杭３に関しては、軸力Ｐをほとんど負担することなく、地震時等において発生する水平力Ｆのみを負担することが可能となる。そのため、一般接合Ｓ２にて接合した新設基礎杭３’や上部構造物２の基礎部２ｂなどの上部構造物荷重等の軸力Ｐを支える基礎が負担する地震時等の水平力Ｆを軽減することが可能となり、大地震時等においてもこれらの基礎に水平力Ｆによる損傷を与えない、損傷制御設計が可能となる。
【００３０】
以上、本発明に係る杭基礎構造物の施工方法の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨に応じた様々な変更実施が可能である。例えば、前記した各実施形態では、既存基礎杭の再利用に際して、本発明を採用したが、新設基礎杭のみの基礎杭群に対してこれらの施工方法を用いても構わない。この施工方法を新設基礎杭に用いることにより、新設基礎杭に加わる軸力を制御することが可能となり、杭設計の自由度を広げることが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る発明によれば、基礎杭の接合以前に構築された上部構造物の荷重を主として上部構造物の基礎部で支持させ、それ以降に構築された上部構造物の荷重を主として杭基礎により支持させることで、特別な装置等を用いることなく、基礎杭に加わる軸力を制御することが可能となる。このため、基礎杭に加わる軸力を考慮した従来の施工方法を用いる場合の補助工法にかかる費用の削減や、杭耐力の有効な活用により、杭基礎構造を必要最低限に抑えることが可能となる。また、当施工方法は、既製杭や場所打ち杭等の杭種に限定されることなく、新設杭や既存杭等の施工条件にも限定されずに適用可能である。
【００３２】
また、請求項２の発明によれば、基礎杭の形状、支持力、配置等の性質に応じて各々の接合時期を変更することができ、上部構造物に対して、支持力が大きく異なる基礎杭を併用することが可能となる。そのため、例えば、既存基礎杭と新設基礎杭との併用利用する際等に既存基礎杭の負担する軸力を制御することによって、新設基礎杭の設計について、既存基礎杭の支持力を最大限生かした設計をすることが可能となり、より経済的な基礎構造の施工が可能となる。
【００３３】
また、請求項３の発明によれば、上部構造物荷重等の全鉛直力を、本発明を用いないその他の基礎杭及び上部構造物の基礎部にて支えている状態で、本発明を用いた基礎杭の杭頭部と上部構造物の基礎部との接合を行うため、本発明を用いた基礎杭に関しては、鉛直力をほとんど負担することなく、地震時等において発生する水平力のみを負担することが可能となる。そのため、本発明を用いない基礎杭や上部構造物の基礎部などの上部構造物荷重等の鉛直力を支える基礎が負担する地震時等の水平力を軽減することが可能となり、大地震時等においてもこれらの基礎に水平力による損傷を与えない、損傷制御設計が可能となる。
【００３４】
さらに、請求項４の発明によれば、現地の状況や条件に応じた杭基礎構造物の施工方法を用いることにより、より経済的で安全な杭基礎構造物を構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施の形態にかかる杭基礎構造物の側方断面図である。
【図２】第一の実施の形態にかかる杭頭部と構造物基礎と接合部の一部を拡大した側方断面図である。
【図３】第一の実施の形態による杭基礎構造物の基礎杭と構造物基礎との接合時期を設計するフローチャートである。
【図４】第一の実施の形態にかかる３次元解析のモデルを示す模式図である。
【図５】第二の実施の形態にかかる杭基礎構造物の側方断面図である。
【図６】第三の実施の形態にかかる杭基礎構造物の側方断面図である。
【図７】従来技術にかかる反力調整装置の斜視図である。
【図８】従来技術にかかる杭基礎構造物の杭頭部と構造物基礎との接合方法を示した側方断面図である。
【符号の説明】
１          杭基礎構造物
２          上部構造物
２ａ        上部躯体
２ｂ        基礎部
３          既存基礎杭
３’        新設基礎杭
３ａ        杭頭部
３ｂ        杭頂
４          支持地盤
５          空洞部
６          グラウト孔
６ａ        グラウト注入孔
６ｂ        グラウト排出孔
７          スリップ材
Ｆ          水平力
Ｇ          グラウト材
Ｐ          鉛直力（軸力）
【図１】
2004225487.tif 000003
【図２】
2004225487.tif 000004
【図３】
2004225487.tif 000005
【図４】
2004225487.tif 000006
【図５】
2004225487.tif 000007
【図６】
2004225487.tif 000008
【図７】
2004225487.tif 000009
【図８】
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