(57)【要約】【課題】地震時に発生する構造物の浮き上がりを杭の先端部で許容する制震構造を提供する。【解決手段】アスペクト比の大きな構造物を支持する杭の先端部が到達する支持地盤に、応力伝達用コンクリートが打設され、応力伝達用コンクリートに杭先端部を嵌める凹部が形成されている。杭の先端部は凹部へ縁を切って嵌め込まれ、杭頭部は基礎梁と剛結されており、杭の先端部より上方の外周に土砂等が埋め戻されている。杭の先端面と凹部の底面とは面接触とされ、杭の先端部の外周面と凹部の内周面との間にクリアランスが設けられ、杭底部にせん断力伝達用の隙間材が取り付けられ、隙間材の厚さを包含するクリアランスにグリースが充填されている。杭の軸方向に、杭の先端面まで貫通された縦孔が設けられ、縦孔にグリースが充填されている。【選択図】図１
2004060322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アスペクト比の大きな構造物を支持する杭の先端部が到達する支持地盤に、応力伝達用コンクリートが打設され、前記応力伝達用コンクリートに杭先端部を嵌める凹部が形成されていること、
杭の先端部は前記凹部へ縁を切って嵌め込まれ、杭頭部は基礎梁と剛結されており、前記杭の先端部より上方の外周に土砂等が埋め戻されていること、
前記杭の先端面と凹部の底面とは面接触とされ、且つ杭の先端部の外周面と凹部の内周面との間にクリアランスが設けられ、杭底部にせん断力伝達用の隙間材が取り付けられ、前記隙間材の厚さを包含するクリアランスにグリースが充填されていること、
前記杭の軸方向に、同杭の先端面まで貫通された縦孔が設けられ、前記縦孔にグリースが充填されていることを特徴とする、杭先端の浮き上がりを許容した制震構造。
【請求項２】
応力伝達用コンクリートの凹部に、その内周面及び底面を形成する箱形の鋼製鞘管が設置されていること、
杭の先端部には、その外周面及び先端面を形成する箱形の鋼製鞘管がスタッドを介して一体化されており、杭の内部に設けられた縦孔の先端は前記鋼製鞘管の外側底面まで貫通されていること、
前記鋼製鞘管によって形成された杭の先端部の外周面には、同杭の先端部の外周面と応力伝達用コンクリートの凹部の内周面とのクリアランスに包含される隙間材が取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載した杭先端の浮き上がりを許容した制震構造。
【請求項３】
杭の外周であって、応力伝達用コンクリートの略直上の埋め戻し土砂は、杭の外周面と縁を切って打設されたソイルセメントで構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した杭先端の浮き上がりを許容した制震構造。
【請求項４】
杭は先細のテーパー形状に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した杭先端の浮き上がりを許容した制震構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地震時に発生する構造物の浮き上がりを杭の先端部で許容する制震構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
地震時に発生する構造物の浮き上がりは、通例杭頭部又は柱脚部等（地表部分）で許容する制震構造が一般的で、杭の先端部（地中部分）で許容する制震構造は見聞しない。
【０００３】
例えば、（ｉ）特開平１０−３３１１７３号公報に記載の基礎構造は、杭頭部で浮き上がりを許容する構成である。前記構造物の下部には凹部が形成されており、地震時における構造物のせん断力を確実に杭頭部へ伝達できるように、杭頭部が構造物の凹部へ嵌め込まれている。
【０００４】
（ｉｉ）特開２０００−２４０３１５公報に記載のアスペクト比が大きい建物の免震方法及び免震構造は、構造物（建物）を支持する支持版で浮き上がりを許容する構成である。前記構造物の下端部には凸部が設けられ、支持版には凹部が形成されており、地震時における構造物のせん断力を確実に支持版へ伝達できるように、前記構造物の凸部が支持版の凹部へ嵌め込まれている。
【０００５】
（ｉｉｉ）特開２００１−３３６３０６公報に記載の免震構造架構は、杭頭部で浮き上がりを許容する構成である。前記杭頭部には凹部が形成されており、地震時における構造物のせん断力を伝達できるように、構造物の柱の下端部が杭頭部の凹部へ嵌め込まれている。そして、浮き上がり時において、凹部内へ土砂等が侵入しないように、前記凹部の上端は杭の上端面よりも上方へ立ち上げられ、その立ち上がり部はシール材で被覆されている。
【０００６】
（ｉｖ）特開２００２−４６３２公報に記載の免震柱脚部構造は、ベースプレートへ下端部を固定した鞘管が柱脚部に立ち上げられ、前記鞘管の中に、下端部にエンドプレートを取り付けた柱が嵌め込まれ、柱脚部で浮き上がりを許容する構成である。前記エンドプレートは、鞘管へ地震時における構造物のせん断力を確実に伝達できる形状、大きさとされている。そして、通常時及び柱の下端部が浮き上がり時において、鞘管内へ土砂等が侵入しないように、前記鞘管の上端部と柱の側面との間の開口部を塞ぐ変形可能なゴム板などが設置されている。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
上述した（ｉ）〜（ｉｖ）の技術の所謂凹凸構造は、せん断力を伝達するための接触面が極めて小さいので、同凹凸構造に十分な強度を確保する必要がある。そのため、通例（ｉ）の技術では、杭頭部や構造物の凹部の周辺の鉄筋を増やすなどして補強される。（ｉｉ）の技術では、構造物の凸部や支持版の凹部の周辺の鉄筋を増やすなどして補強される。また、（ｉｉｉ）の技術では、柱の下端部や杭頭部の凹部の周辺の鉄筋を増やすなどして補強される。（ｉｖ）の技術では、十分に厚みのあるエンドプレートを柱へ取り付けたり、鞘管の周辺の鉄筋を増やすなどして補強される。
【０００８】
特に、（ｉ）〜（ｉｖ）の技術は、凹凸構造の凹部及び凸部のいずれもが構造物の主要部（柱や杭、支持版など）に設けているため、破壊されることは決して許されず、時として必要以上に補強される。
要するに、補強に伴う構造設計及び施工が煩雑である。
【０００９】
上記（ｉ）、（ｉｉ）の技術は、地上部分で構造物の浮き上がりを許容しているのに、浮き上がり時の土砂等の侵入を防ぐことができる構成とされていない。
【００１０】
本発明の目的は、凹凸構造において大きな接触面を確保して、同接触面に作用するせん断応力を小さくすることで、鉄筋を増やすなどして補強する必要がほとんどなく、構造設計及び施工の容易化を図り、常時健全な状態を維持することができる杭先端の浮き上がりを許容した制震構造を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る杭先端の浮き上がりを許容した制震構造は、
アスペクト比の大きな構造物を支持する杭の先端部が到達する支持地盤に、応力伝達用コンクリートが打設され、前記応力伝達用コンクリートに杭先端部を嵌める凹部が形成されていること、
杭の先端部は前記凹部へ縁を切って嵌め込まれ、杭頭部は基礎梁と剛結されており、前記杭の先端部より上方の外周に土砂等が埋め戻されていること、
前記杭の先端面と凹部の底面とは面接触とされ、且つ杭の先端部の外周面と凹部の内周面との間にクリアランスが設けられ、杭底部にせん断力伝達用の隙間材が取り付けられ、前記隙間材の厚さを包含するクリアランスにグリースが充填されていること、
前記杭の軸方向に、同杭の先端面まで貫通された縦孔が設けられ、前記縦孔にグリースが充填されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した杭先端の浮き上がりを許容した制震構造において、
応力伝達用コンクリートの凹部に、その内周面及び底面を形成する箱形の鋼製鞘管が設置されていること、
杭の先端部には、その外周面及び先端面を形成する箱形の鋼製鞘管がスタッドを介して一体化されており、杭の内部に設けられた縦孔の先端は前記鋼製鞘管の外側底面まで貫通されていること、
前記鋼製鞘管によって形成された杭の先端部の外周面には、同杭の先端部の外周面と応力伝達用コンクリートの凹部の内周面とのクリアランスに包含される隙間材が取り付けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した杭先端の浮き上がりを許容した制震構造において、
杭の外周であって、応力伝達用コンクリートの略直上の埋め戻し土砂は、杭の外周面と縁を切って打設されたソイルセメントで構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載した杭先端の浮き上がりを許容した制震構造において、
杭は先細のテーパー形状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
【本発明の実施形態、及び実施例】
以下に、本発明に係る杭先端の浮き上がりを許容した制震構造の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、制震構造の浮き上がり時を概念的に示している。この制震構造は、アスペクト比の高い構造物１を支持する比較的短い（４ｍ程度の）杭２の先端部が到達する支持地盤３に、応力伝達用の鉄筋コンクリート４（以下、単に応力伝達用コンクリート４という。）が打設され、前記応力伝達用コンクリート４に杭２の先端部を嵌める凹部５が形成されている。
【００１７】
前記杭２の先端部は凹部５へ縁を切って嵌め込まれ、杭頭部は構造物１の基礎梁６と剛結されている。そして、前記杭２の先端部より上方の外周であって、応力伝達用コンクリート４の略直上部位には、浮き上がり時において杭２の外周面との摩擦力を軽減して、浮き上がりを良好に実施するために、同外周面と縁を切ったソイルセメント７が打設されている（請求項３記載の発明）。前記杭１の外周面とソイルセメント７とは面接触とされるので、地震時における構造物１のせん断力は、杭２の先端部の外周面と応力伝達用コンクリート４の凹部５の内周面との接触面、及び上記杭２の先端部より上方の外周面とソイルセメント７との接触面に作用する。即ち、杭２の外周面全体を使って構造物１のせん断力を伝達することができるので、所謂凹凸構造において大きな接触面を確保することができ、同接触面に作用するせん断応力を小さくできる。そのため、杭２の先端部や凹部５の周辺の鉄筋の数を増やなどして補強する必要がなく、施工が容易である。
【００１８】
前記杭２の先端面と応力伝達用コンクリート４の凹部５との底面とは面接触とされている。そのため、杭２の先端面全体を使って、浮き上がりによる落下衝撃力を応力伝達用コンクリート４へ伝達できる。前記応力伝達用コンクリート４は、上述のように支持地盤３上に打設されているので、前記落下衝撃力を確実に受け止めることができる。したがって、必要以上に鉄筋を配置して強度を確保する必要がなく、構造設計や施工が容易である。
【００１９】
図２は、杭部分の構造を詳細に示している。
応力伝達用コンクリート４の凹部５には、杭２の先端部外径よりも若干大きな内径を有し、凹部５の内周面及び底面を形成する箱形の鋼製鞘管８が設置されている。前記杭２の先端部も略同様に、その外周面及び先端面を形成する箱形の鋼製鞘管９がスタッド１０を介して一体化されており、この鋼製鞘管９が鋼製鞘管８の内部へ嵌め込まれている。前記鋼製鞘管８は、詳細は後述するが応力伝達用コンクリート４に凹部５を形成するための型枠として用いられ、鋼製鞘管９は杭２の先端部を形成するための型枠として用いられる。
【００２０】
前記のように嵌め込まれた杭２の先端部の外周面と凹部５の内周面との間にはクリアランスＴが設けられ、杭２の先端部の外周面下部（即ち杭底部）に前記クリアランスＴより若干薄い鋼板１２が、せん断力伝達用の隙間材として杭２の先端部の浮き上がりを許容するように取り付けられている（請求項２記載の発明）。前記鋼板１２の厚さを包含するクリアランスＴにはグリース１１が充填されている。即ち、前記鋼板１２を介して杭２の先端部の外周面と凹部５の内周面とが面接触する構成とされている。
【００２１】
前記杭２の軸方向には、浮き上がりによって杭２の先端部と凹部５との間が真空状態になり、負圧による抵抗が発生しないように、鋼製鞘管９の外側裏面まで貫通するチューブ１３が設けられ、同チューブ１３によって形成された縦孔にグリース１１が充填されている。要するに、浮き上がり時の負圧により杭２の先端面と凹部５の底面との間にグリース１１が吸い込まれ、落下する時には前記グリース１１は縦孔へ押し戻される構成とされている。
【００２２】
上述したように杭２の先端部より上方の外周面は、摩擦抵抗の少ないソイルセメント７と面接触とされているので、図１に示すように、杭２の先端部は地震時において良好に浮き上がることができ、構造物の地震応答低減効果を発揮できる。また、杭２の先端部と凹部５とのクリアランスＴにはグリース１１が充填されているので、浮き上がり時に土砂等の侵入を防ぐことができ、常時健全な状態を維持することができる。
【００２３】
上記構成の杭先端の浮き上がりを許容した制震構造の構築は、先ず、杭２の周辺に鋼製型枠１４を打設し、前記杭１の外周面周辺及び先端部下方の支持地盤３まで掘削する。前記掘削地盤の底部に捨てコンクリート１５を打設し、その上方へ落下衝撃力を受け止めるのに十分な鉄筋１６を配置する。そして、杭２の先端部を嵌め込むことができる所定の位置に鋼製鞘管８を配置して固定し、応力伝達用コンクリート４を打設して凹部５を形成する。
【００２４】
杭１の先端部の外周面及び先端面を形成する鋼製鞘管９の内面には、予めスタッド１０を設け、前記鋼製鞘管９の上端部から地表まで伸びる型枠１７を仮設する。さらに、前記鋼製鞘管９の外周面下部には、クリアランスＴより若干薄い鋼板１２を取り付ける。なお、鋼製鞘管９の底面には、チューブ１３の下端部を貫通させる孔９ａを設ける。
【００２５】
その鋼製鞘管９を鋼製鞘管８の内部へ嵌め込み、前記鋼製鞘管９の外周面と鋼製鞘管８の内周面との間のクリアランスＴに、土砂等の侵入を防ぐグリース１１を充填する。
【００２６】
前記鋼製鞘管９及び仮設した型枠１７の内部には、縦孔を形成するためのチューブ１３と鉄筋（図示を省略）を配置する。このとき、前記チューブ１３の下端部は、鋼製鞘管９の孔９ａへ貫通させ、後に打設するコンクリートが漏れ出さないように、前記孔９ａの内周とチューブ１３の外周とをしっかりと塞いでおく。一方、上端部は後に構築される基礎梁６を貫通させるのに足りる長さを地表から突出させる。そして、上記鋼製鞘管９及び仮設した型枠１７の内部へ、コンクリートを打設して杭２を構築する。
【００２７】
次に、上記鋼製型枠１４を取り除き、杭２の外周の掘削部にソイルセメント７を打設し、杭２のコンクリートとソイルセメント７とが硬化した後に型枠１７を引き抜く。つまり、杭２の外周面とソイルセメント７との縁は切られる。
【００２８】
そして、地表に突出させたチューブ１３の上端部を貫通させ、杭２の上端部と剛結するように基礎梁６を構築し、前記チューブ１３が形成する縦孔にグリース１１を充填する。
【００２９】
上記の構築方法では、応力伝達用コンクリート４及びソイルセメント７を打設するために用いる掘削用の鋼製型枠１４を一種類で済ますことができ、施工の一層の容易化を図ることができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、型枠１７を引き抜いて撤去したが、捨て型枠として残しておいても支障はない。
【００３１】
図３は、杭先端の浮き上がりを許容する制震構造の異なる実施形態を、杭部分の構造について詳細に示している。この制震構造は、図２に示した制震構造と略同様の構成であるが、杭２の先端部から上方に向かって外径Ｒが大きくなる所謂先細テーパー形状に形成されている（請求項４記載の発明）。前記先細テーパー形状により杭２の引き抜き抵抗が軽減される。よって、図３に示す制震構造は、杭２の外周の掘削部へソイルセメント７を打設することなく、掘削土砂１８を埋め戻している。そのため施工の一層の容易化を図ることができる。
【００３２】
図４は、杭先端の浮き上がりを許容する制震構造の更に異なる実施形態を、杭部分の構造について詳細に示している。この制震構造も、図２に示した制震構造と略同様の構成とされているが、掘削部周辺の地盤１９の摩擦力が小さい場合に好適に実施されるものである。
【００３３】
具体的には、応力伝達用コンクリート４の上面２０と縁を切って、杭２の外周の掘削部へコンクリート２１を打設し、杭２と一体化されている。そのためコンクリート２１の下面と応力伝達用コンクリート４の上面２０とが面接触となり、浮き上がりによる落下衝撃力をより確実に応力伝達用コンクリート４へ伝達できる。
【００３４】
【本発明の奏する効果】
請求項１〜４に記載した発明に係る杭先端の浮き上がりを許容した制震構造は、地震のせん断力が、杭の先端部の外周面と応力伝達用コンクリートの凹部の内周面との接触面、及び杭の先端部より上方の外周面とソイルセメント等との接触面に広く作用する。即ち、杭の外周面全体を使ってせん断力を伝達できるので、所謂凹凸構造において大きな接触面を確保することができ、同接触面に作用するせん断応力を小さくできる。そのため杭の先端部や凹部の周辺の鉄筋の数を増やして補強する必要がなく、施工が容易である。
【００３５】
また、杭の先端部は地震時に良好に浮き上がり、構造物の地震応答低減効果を発揮できる。しかも、杭の先端部と凹部とのクリアランスにはグリースが充填されているので、浮き上がり時に土砂等の侵入を防ぐことができ、常時健全な状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る杭先端の浮き上がりを許容した制震構造を示した立面図である。
【図２】杭部分の構造を詳細に示した立面図である。
【図３】異なる杭部分の構造を詳細に示した立面図である。
【図４】更に異なる杭部分の構造を詳細に示した立面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　構造物
２　　　　　　　　　建物の杭
３　　　　　　　　　支持地盤
４　　　　　　　　　応力伝達用コンクリート
５　　　　　　　　　凹部
６　　　　　　　　　基礎梁
７　　　　　　　　　ソイルセメント
８、９　　　　　　　鋼製鞘管
１０　　　　　　　　スタッド
１１　　　　　　　　グリース
１２　　　　　　　　せん断力伝達用の鋼板（隙間材）
１３　　　　　　　　チューブ
【図１】
2004060322.tif 000003
【図２】
2004060322.tif 000004
【図３】
2004060322.tif 000005
【図４】
2004060322.tif 000006