(57)【要約】【課題】  杭基礎と直接基礎の短所を補完し、かつ不等沈下をアクティブに制御可能な杭基礎と基礎構造を実現する。【解決手段】  本発明の基礎構造は、基礎版３への地盤反力を利用する直接基礎と、杭２による支持力を利用する杭基礎とを併用するものである。杭基礎には、油圧力により生じる摩擦力で長期支持力を確保するとともに一定以上の力が加わると摺動が生じて杭支持力を低減させるための反力調整装置４を設ける。反力調整装置には沈下を検出する変位計４５と、油圧力を調節するための油圧調整手段としての圧力調整ポンプ４２および圧力分配器４３と、変位計の検出結果に基づいて油圧調整手段を制御して油圧力を調節する制御手段としてのコントローラ４７とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中あるいは基礎版中に打ち込みあるいは埋め込まれ、さらに杭頭部が構造物に対して相対変位可能に接続されて該構造物を支持する杭基礎であって、
前記構造物に固定される第一の挿通体と、この第一の挿通体に内挿あるいは外挿される第二の挿通体と、これら第一の挿通体と第二の挿通体とのうちの一方に設けられて油収容部を有し、該油収容部の油圧力によって該油収容部の壁体が第一の挿通体と第二の挿通体とのうちの他方の壁面を押圧し、これら第一の挿通体と第二の挿通体との間の挿通時における摩擦力を高める摩擦発生手段とを備えた反力調整装置が設けられ、
該反力調整装置は、基礎版と杭頭部との相対変位を検出する変位計と、前記油収容部における油圧力を調節する油圧調整手段と、前記変位計の検出結果に基づいて前記油圧調整手段を制御して油圧力を調節する制御手段とを具備してなることを特徴とする杭基礎。
【請求項２】
前記第一の挿通体あるいは第二の挿通体と摩擦発生手段の油収容部の壁面との摺動面に、潤滑材が塗布されてなることを特徴とする請求項１記載の杭基礎。
【請求項３】
前記摩擦発生手段は、油収容部とこれに充填された油と油収容部内の油圧を調整する油圧調整バルブとを有してなり、第一の挿通体あるいは第二の挿通体の壁面に接する油収容部の壁体が、油圧力により膨出可能に形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載の杭基礎。
【請求項４】
前記油収容部の壁体には、該壁体が変形し易いようスリットが形成されており、該壁体の内側には、油収容部内の液密性を保持するための伸縮性を有する膜が設けられていることを特徴とする請求項３記載の杭基礎。
【請求項５】
地盤反力を利用する直接基礎と杭による支持力を利用する杭基礎とを併用してなる基礎構造であって、
前記杭基礎として、請求項１、２、３または４記載の杭基礎を用いてなることを特徴とする基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造物の基礎に係わり、特に構造物の不等沈下を制御可能な杭基礎、およびその杭基礎と直接基礎との併用による基礎構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は先に、杭頭部に反力調整装置を備えた杭基礎、およびその杭基礎と直接基礎とを併用した基礎構造を提案した（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１２１７５２号公報
【０００３】
図５は特許文献１に示される基礎構造を示すもので、構造物１の荷重の一部を杭２による支持力により支持するとともに、残余の荷重を基礎版３に対する地盤反力で直接支持するようにしたものである。このような構造では、地盤反力を見込める分だけ杭２の耐力や所要本数を削減し得るのであるが、地盤の沈下（例えば圧密沈下）が生じると基礎版３への地盤反力を期待できなくなり、その場合には杭２に想定支持力以上の過大な軸力が作用することになるので、杭２の損傷が懸念されたり、不等沈下により構造物１に過度の変形が生じる恐れもあるので、上記の基礎構造では杭頭部に反力調整装置４を設けることで不等沈下を吸収してそのような事態を未然に防止するようにしている。
【０００４】
反力調整装置４は、たとえば図６に示すように、基礎版３に固定された内挿鋼管５の外側に杭２の杭頭部をそのまま延長して外挿鋼管６として緩挿し、かつ、それらの間に摩擦発生手段７を介装したものである。摩擦発生手段７は、内挿鋼管５に接続された管体８の外側に弾性を有するゴム等による膜９を装着して油収容部１０を形成し、膜９の外側には（ｃ）に示すように多数のスリット１１を形成したスリット鋼管１２を装着した構成のものであり、油供給パイプ１３により油収容部１０に油を加圧供給し油圧調整バルブ１４を閉止して所定圧に維持することにより、その油圧力により膜９を膨張させスリット鋼管１２を外側に膨出させてその外表面を外挿鋼管６の内表面に摺動可能に押圧せしめたものである。
【０００５】
そのような反力調整装置４では、油収容部１０における油圧力を調節してスリット鋼管１２と外挿鋼管６との間の摩擦力を杭２が負担するべき長期支持力相当に設定しておくことにより、常時はその摩擦力によって杭２による長期支持力を支障なく確保し得るものである。そして、仮に地盤沈下が生じて基礎版３に対する地盤反力が低減し、それに伴い杭２に作用する荷重が増大したような場合には、長期支持力（すなわち上記の摩擦力）を越えるような過大な荷重が杭２に作用した時点で摺動面において自ずと滑りが生じて沈下が吸収され、それにより地盤反力が再び回復して杭２に過大な荷重が加わってしまうことを未然に防止できるものである。なお、沈下が発生した際には滑りが速やかにかつ確実に生じるように摺動面には潤滑材を塗布しておくようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の基礎構造によれば、地耐力が充分でないような地盤であってもその地盤反力を見込むことが可能であるので充分に有効ではあるが、基本的には地盤沈下を想定してそれを許容することを前提とするものであるから、設計時点で不等沈下が最小となるように解析的に検討して杭２の所要本数とその配置を決定し、かつ各杭２に設ける反力調整装置４における摩擦力が適正となるように個々の摩擦発生手段７の油圧力を厳密に設定する必要がある。しかし、そのような設計時点での地盤解析や摩擦力の設定は必ずしも容易ではないし、仮に完成後に当初の想定とは異なる不等沈下が生じたような場合には上記構造では有効に対処することができず、その点での改善が必要とされていた。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、上記のような従来の杭基礎およびそれによる基礎構造を基本としてその信頼性と有効性をより高め、さらに不等沈下をアクティブに制御することも可能な杭基礎と基礎構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の杭基礎および基礎構造は、上記従来の杭基礎および基礎構造における反力調整装置に対し、実際に生じる不等沈下に応じて油圧力を調整するための手段を付加したことを要旨とするものである。
【０００９】
すなわち、請求項１の発明は、地盤中あるいは基礎版中に打ち込みあるいは埋め込まれ、さらに杭頭部が構造物に対して相対変位可能に接続されて該構造物を支持する杭基礎であって、前記構造物に固定される第一の挿通体と、この第一の挿通体に内挿あるいは外挿される第二の挿通体と、これら第一の挿通体と第二の挿通体とのうちの一方に設けられて油収容部を有し、該油収容部の油圧力によって該油収容部の壁体が第一の挿通体と第二の挿通体とのうちの他方の壁面を押圧し、これら第一の挿通体と第二の挿通体との間の挿通時における摩擦力を高める摩擦発生手段とを備えた反力調整装置が設けられ、該反力調整装置は、基礎版と杭頭部との相対変位を検出する変位計と、前記油収容部における油圧力を調節する油圧調整手段と、前記変位計の検出結果に基づいて前記油圧調整手段を制御して油圧力を調節する制御手段とを具備してなることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明の杭基礎において、前記第一の挿通体あるいは第二の挿通体と摩擦発生手段の油収容部の壁面との摺動面に、潤滑材が塗布されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の杭基礎において、前記摩擦発生手段は、油収容部とこれに充填された油と油収容部内の油圧を調整する油圧調整バルブとを有してなり、第一の挿通体あるいは第二の挿通体の壁面に接する油収容部の壁体が、油圧力により膨出可能に形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３の発明の杭基礎において、前記油収容部の壁体には、該壁体が変形し易いようスリットが形成されており、該壁体の内側には、油収容部内の液密性を保持するための伸縮性を有する膜が設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５の発明は、地盤反力を利用する直接基礎と杭による支持力を利用する杭基礎とを併用してなる基礎構造において、前記杭基礎として、請求項１、２、３または４記載の杭基礎を用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の杭基礎によれば、反力調整装置に備えた変位計により各杭の位置で実際に生じる沈下量を検出し、それに基づいて反力調整装置における油圧力を自動的に調整することで常に適正な杭支持力が得られ、想定外の沈下が生じたとしてもその時点での修正が可能であるし、不等沈下を防止するような積極的な制御が可能である。特に、摩擦調整手段における摺動面に潤滑材を塗布することで沈下が発生した際には滑りが速やかにかつ確実に生じる。また、摩擦発生手段として油収容部の壁体を膨出させてその表面を摺動面とする構成とすれば、簡単な構成で充分な摩擦力が確保できる。さらに油収容部の壁面にスリットを形成しておくことで摩擦力を確実に得られその調節も容易となる。
【００１５】
本発明の基礎構造によれば、上記の杭基礎を採用することにより不等沈下を修正し得るアクティブな制御が可能であるし、上記の杭基礎と直接基礎との併用により地耐力が充分でないような地盤であってもその地耐力を見込むことが可能であるので杭の所要本数を削減でき、したがって充分な地耐力が得られないような地盤に荷重分布が不均等な構造物を設けるような場合にその基礎構造として採用して好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１〜図４を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は基本的には特許文献１に示される基礎構造と同様に、杭２による支持力を利用する杭基礎と、基礎版３への地盤反力を利用する直接基礎とを併用し、杭頭部には反力調整装置４を設けることで不等沈下を吸収するようにしたものである。
【００１７】
本実施形態における反力調整装置４は、基本的には図６に示した従来のものと同様に機能するものであるが、本実施形態では反力調整装置４としてたとえば図１〜図２に示す構成のもの、あるいは図３に示す構成のものを採用している。
【００１８】
図１〜図２に示す反力調整装置４は、外挿鋼管２１（第一の挿通体）を基礎版３に埋設することで構造物１に対して固定して、杭２の上端部を内挿鋼管２２（第二の挿通体）として外挿鋼管２１の内側に緩挿するとともに、摩擦発生手段２３を外挿鋼管２１の内側に設けた構成とされている。その摩擦発生手段２３は、外挿鋼管２１の内面側に油収容部２５を形成するための膜２４を装着し、膜２４の内側にはスリット２６を形成したスリット鋼管２７（図６に示した従来のスリット鋼管１２と同様のもの）を装着した構成とされ、油供給パイプ２８により油収容部２５に油を加圧供給することで膜２４を内側に膨張させてスリット鋼管２７を内側に膨出させ、結果的にスリット鋼管２７を全体として縮径させることにより、スリット鋼管２７の内表面を内挿鋼管２２の外表面（すなわち杭２の杭頭部周面）に押圧せしめて所望の摩擦力を得るようにされ、かつ、油収容部２５における油圧力を調整することでそこが摺動面となって滑りが生じて杭２と基礎版３との上下方向の相対変位が許容されるようになっている。その摺動面には従来と同様に潤滑材を塗布しておくと良い。
【００１９】
なお、図２（ａ）における符号３０は外挿鋼管２１の上端部にフランジ３１を介してボルト締結された点検用の蓋体、３２は外挿鋼管２１の外周面に形成されてそれを補強しかつ基礎版３に一体化させるための補強リブ、３３は油収容部２５を形成するために外挿鋼管２１とスリット鋼管２７の間に介装されかつ膜２４の上下縁部を支持するスペーサ、３４は外挿鋼管２１の下端部にフランジ３５を介してボルト締結されてスリット鋼管２７やスペーサ３３を保持するためのリング体である。また、図２（ｂ）に示す符号３６は膜２４を保護するためのリボン鋼板であり、これをスリット２６の位置で膜２４とスリット鋼管２７との間に介装することで膜２４がスリット２６内に入り込んでしまって傷付くようなことが防止されるようになっている。
【００２０】
上記に加え、本実施形態の反力調整装置４には、実際に生じる不等沈下に応じて油圧力を刻々と調整するための手段が付加されている。すなわち、図１に示すように、各杭２に設けられている各反力調整装置４に対して油圧源４０から油を加圧供給するための油圧供給装置４１には、油圧調整手段としての圧力調整ポンプ４２と圧力分配器４３が設けられていて、それらにより上記の各油圧供給パイプ２８を通して各反力調整装置４に油が分配供給されるようになっており、かつ各反力調整装置４における油圧力を個々に調節可能とされている。
【００２１】
また、外挿鋼管２１の上端部に装着されている上記の蓋体３０には、図２に示すように基礎版３と杭頭部との相対変位を検出することでその位置での地盤沈下を検出するための変位計４５が設けられている。その変位計４５は、蓋体３０と杭頭板４６との間の距離を高精度で検出することで基礎版３に対する杭２の相対変位を刻々と検出するもので、その検出結果はパソコン等を利用したコントローラ４７（制御手段）に入力され、コントローラ４７は各変位計４５の検出結果に基づいて上記の油圧調整手段としての圧力調整ポンプ４２と圧力分配器４３を制御することにより各杭２に供給する油圧力をそれぞれの変位に応じて調節するようになっている。なお、上記のような制御を行うために、油供給パイプ２８に設けられている油圧調整バルブ４８は常時閉としておき、上記のような制御を行う際にはそれに連動して制御対象の杭２における油圧調整バルブ４８を自動的に開く構成とすれば良い。
【００２２】
図３は反力調整装置４の他の構成例を示すものである。図１〜図２に示した上記の反力調整装置４では、摩擦発生手段２３を外挿鋼管２１の内側に設けたのであるが、図３に示す反力調整装置４では摩擦発生手段２３を内挿鋼管２２の外側に設けるようにしたものである。すなわち、この場合は、基礎版３に埋設した外挿鋼管２１の下端部に杭２の杭頭部を緩挿してその杭頭部に内挿鋼管２２（第二の挿通体）を固定し、内挿鋼管２２の外側に膜２４を装着して油収容部２５を形成し、膜２４の外側にスリット鋼管２７を装着した構成とされ、油圧によりスリット鋼管２７を外側に膨出させて拡径することにより、その外表面を外挿鋼管２１の内表面に押圧せしめることで所望の摩擦力を得るようにし、かつ上記のものと同様に内挿鋼管２２の上端部の位置を変位計４５により検出することで杭２と基礎版３との相対変位を検出可能としたものである。なお、符号５０は上記の補強リブ３２に代えて外挿鋼管２１に設けられたスタッド、５１は外挿鋼管２１の下端部とそこに緩挿される杭２の周面との間の隙間を塞いで止水性を確保するためのシール材である。
【００２３】
図２あるいは図３に示した構成の反力調整装置４を採用することにより、本実施形態の杭基礎およびそれを用いた基礎構造では、従来と同様に通常時は図４（ａ）に示すように各杭２による杭支持力と基礎版３への地盤反力とにより構造物１全体を安定に支持し得るものであるが、それに加えて、万一、想定外の不等沈下が生じたような場合には、各杭２の位置において変位計４５により検出される実際の沈下量に基づいて油圧力を調節することでそこでの沈下量を適正に修正するような制御が可能であり、したがってこれは積極的に不等沈下を制御するアクティブな不等沈下防止システムとしても機能するものである。具体的には、たとえば図４（ｂ）に示すような不等沈下が生じた場合には、各杭２の位置における沈下量がそれぞれの変位計４５により検出され、それに基づいて、変位量の大きい位置では油圧力を高めて沈下を抑制し、逆に変位量の小さい位置では油圧力を低下させて沈下を促進するような制御を行うことにより、そのような不等沈下を矯正することが可能である。なお、この場合には、そのような制御を行うことを前提として各杭２の杭耐力を設定しておく必要があり、また必要であれば杭保護のために油圧力の上限設定を行えば良い。
【００２４】
以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は個々の杭に設ける反力調整装置における油圧力を個々に制御可能に構成する限りにおいて適宜の設計的変更が可能であり、特に反力調整装置は図２や図３に示したものの他、図６に示した従来のものを含めて様々な構成のものを採用可能であることは言うまでもない。さらに、制御手段としてのコントローラには、万一の地震時で生じる可能性のある停電に備えて誤った信号を出さないようにフェールセーフ機能を備えておくことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態である基礎構造の概略構成図である。
【図２】同、反力調整装置の構成例を示す図である。
【図３】同、反力調整装置の他の構成例を示す図である。
【図４】同、基礎構造の説明図である。
【図５】従来の基礎構造の概略構成図である。
【図６】同、反力調整装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  構造物
２  杭
３  基礎版
４  反力調整装置
２１  外挿鋼管（第一の挿通体）
２２  内挿鋼管（第二の挿通体）
２３  摩擦発生手段
２４  膜
２５  油収容部
２６  スリット
２７  スリット鋼管
２８  油供給パイプ
４０  油圧源
４１  油圧供給装置
４２  圧力調整ポンプ（油圧調整手段）
４３  圧力分配器（油圧調整手段）
４５  変位計
４７  コントローラ（制御手段）
４８  油圧調整バルブ
【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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