(57)【要約】【課題】構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法の技術分野に属し、更に云うと、地震時の転倒に対する杭の支持力を確保し周面摩擦による沈下剛性を制御することで不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法を提供する。【解決手段】構造物を支持する基礎杭のうち、外周部位に配置される基礎杭は、周面摩擦の剛性を低減させた構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基礎杭に支持された構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造において、
構造物を支持する基礎杭のうち、外周部位に配置される基礎杭は、周面摩擦による沈下剛性を低減させた構成であることを特徴とする、不同沈下を抑制する杭基礎構造。
【請求項２】
複数の基礎杭に支持された構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造において、
構造物を支持する基礎杭のうち、外周部位に配置される基礎杭は、同杭の外周面の深さ方向に一定の長さ範囲まで弾性体を設け基礎杭の支持力を確保して周面摩擦による沈下剛性を低減させた構成であることを特徴とする、請求項１に記載した不同沈下を抑制する杭基礎構造。
【請求項３】
複数の基礎杭に支持された構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造の構築方法において、
構造物を支持する複数の基礎杭のうち、外周部位に配置される基礎杭は、基礎地盤を沈下量の少ない地盤まで掘削した杭孔を形成し、根固め部及び軸部にセメントミルクを注入した後、外周面の深さ方向に一定の長さ範囲に弾性体を取り付けて成る既製の基礎杭を、前記杭孔へ落とし込み周面摩擦による沈下剛性を低減させた構成の基礎杭として構築することを特徴とする、不同沈下を抑制する杭基礎構造の構築方法。
【請求項４】
複数の基礎杭に支持された構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造の構築方法において、
構造物を支持する複数の基礎杭のうち、外周部位に配置される基礎杭は、基礎地盤を沈下量の少ない地盤まで掘削した杭孔を形成し、外周面にスペーサーを介して弾性体を深さ方向に一定の長さ範囲まで巻き付けた鉄筋籠を同杭孔へ落とし込み、鉄筋籠内から同杭孔へコンクリートを打設して周面摩擦の剛性を低減させた基礎杭に構築すること特徴とする、不同沈下を抑制する杭基礎構造の構築方法。
【請求項５】
基礎杭の外周面の深さ方向に設けられた弾性体の長さにより周面摩擦の剛性を制御することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載した不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法。
【請求項６】
弾性体は、ゴム、又は岩綿であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載した不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法の技術分野に属し、更に云うと、地震時の転倒に対する杭の支持力を確保すると共に周面摩擦による沈下剛性を低減させて常時の不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から構造物を支持する複数の基礎杭は、一本当たりの荷重が等しい場合であっても図５に示すように構造物１００の中央部の基礎杭２００の沈下が大きくなる所謂群杭効果Ｐ（図５下）が発生するため、基礎梁３００や基礎杭２００の変形角が大きくなり亀裂等の損傷が生じる等の問題が公知となっている。
【０００３】
上記のような杭基礎構造とする構造物の不同沈下を抑制するために、以下のような対策が行われている。
例えば、図６に示すように基礎梁３００の幅やせいを増加する又は主筋量を増加して補強すること、又は図７に示すように構造物１００の中央部Ｃに位置する沈下の大きい基礎杭２００を太くしたり、図８に示すように前記基礎杭２００を増設して通常沈下を均一化（不同沈下の抑制）する方法等がある。
【０００４】
下記の特許文献１には、地盤に掘削形成した杭打設用の掘削孔に緊張材を挿入し、下端部に固定すると共に、前記掘削孔にコンクリートを打設して杭体を形成した後、同杭体に緊張材で予め所定の荷重を付加させて杭体を所定の深さまで沈下させたあと、前記緊張材を除去して不同沈下を抑制した杭基礎構造が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、構造物の沈下量や分布荷重が大きくなる中央部には長尺の摩擦杭を用いると共に、沈下量及び分布荷重が小さくなる外周部位では短尺の摩擦杭を用いて不同沈下を制御する基礎構造が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３２４３３０号公報
【特許文献２】特願２００２−６１２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図６に示した基礎梁３００を補強する方法は、確かに群杭効果Ｐ（図６下）を均一化（通常沈下）して不同沈下を抑制することはできる。しかし、基礎梁３００のレベルが下がることによる掘削量の増加や基礎の材料が増加して経済的負担が生じるし、構造物の掘削残土が増加する環境負荷が問題となる。また、地震が生じると構造物１００の基礎の外周部位に位置する基礎杭２００には中央部に比べて高い軸力が加わることとなる(図６下（地震時沈下））。したがって、外周部位の基礎杭２００の本数を増やす又は太くする等して各杭への軸力の再配分を行なって、外周部位と中央部に配置されるそれぞれの基礎杭２００が均一的な沈下分布となるように面倒な設計をしなければならない。沈下分布を均一化して不同沈下を抑制したとしても、外周部位の基礎杭２００の重量を増加させているため基礎梁３００の負担が大きくなる問題が生じる。
【０００８】
図７、図８に示した中央部Ｃに配置される基礎杭２００の本数を太くする又は増やす補強方法も、群杭効果Ｐ（図７、８下）を均一化（常時沈下）して不同沈下を抑制できる。しかし、確保している支持力は平常時のものであり、地震時の転倒に対する支持力までは考慮されていない。地震時の支持力を確保するためには上述したように外周部位に配置される基礎杭も補強しなければならないが、不同沈下は抑制できない構成となる。
【０００９】
上記特許文献１に記載された技術は、不同沈下を抑制した杭基礎構造ではあるが、一本の基礎杭を対象とした記載内容であり、上述したように構造物を支持する複数の基礎杭の中央部の沈下が大きくなる群杭効果を考慮したものではない。したがって、地震時の転倒に対する支持力を確保すること、群杭効果を防止することは期待できないものである。
【００１０】
上記特許文献２に記載された技術は、構造物の沈下量や分布荷重に応じて摩擦杭の長さ等を調整し、不同沈下を抑制する点は認められる。上述したように地震が生じると構造物の基礎の外周部位に位置する基礎杭には中央部の基礎杭に比べて高い軸力が加わる。すると、沈下の少ない外周部位の基礎杭を短くしているために、地震時の転倒を防止するに足りる支持力を発揮できない。つまり、不同沈下は抑制するが支持力を確保できないという問題点がある。
【００１１】
要するに上述したいずれの従来技術も、地震時の転倒に対する支持力を確保しつつ、不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法は未だ無かった。
【００１２】
本発明の目的は、地震時の転倒に対する杭の支持力を十分に確保すると共に、杭の周面摩擦による沈下剛性を低減させて不同沈下を確実に抑制する杭基礎構造及びその構築方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した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不同沈下を抑制する杭基礎構造は、
複数の基礎杭に支持された構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造において、
構造物を支持する基礎杭のうち、外周部位に配置される基礎杭は、周面摩擦による沈下剛性を低減させた構成であることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した不同沈下抑制する杭基礎構造において、
複数の基礎杭に支持された構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造において、
構造物を支持する基礎杭のうち、外周部位に配置される基礎杭は、同杭の外周面の深さ方向に一定の長さ範囲まで弾性体を設け基礎杭の支持力を確保して周面摩擦による沈下剛性を低減させた構成であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載した発明に係る不同沈下を抑制する杭基礎構造の構築方法は、
複数の基礎杭に支持された構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造の構築方法において、
構造物を支持する複数の基礎杭のうち、外周部位に配置される基礎杭は、基礎地盤を沈下量の少ない地盤まで掘削した杭孔を形成し、根固め部及び軸部にセメントミルクを注入した後、外周面の深さ方向に一定の長さ範囲に弾性体を取り付けて成る既製の基礎杭を、前記杭孔へ落とし込み周面摩擦による沈下剛性を低減させた構成の基礎杭として構築することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載した発明に係る不同沈下を抑制する杭基礎構造の構築方法は、
複数の基礎杭に支持された構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造の構築方法において、
構造物を支持する複数の基礎杭のうち、外周部位に配置される基礎杭は、基礎地盤を沈下量の少ない地盤まで掘削した杭孔を形成し、外周面にスペーサーを介して弾性体を深さ方向に一定の長さ範囲まで巻き付けた鉄筋籠を同杭孔へ落とし込み、鉄筋籠内から同杭孔へコンクリートを打設して周面摩擦の剛性を低減させた基礎杭に構築すること特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載した不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法において、
基礎杭の外周面の深さ方向に設けられた弾性体の長さにより周面摩擦の剛性を制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一に記載した不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法において、
弾性体は、ゴム、又は岩綿であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１〜６に記載した不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法は、以下の効果を奏する。
１）構造物の外周部位に位置する基礎杭の外周面に弾性体を設けたので、同外周部位の基礎杭の周面摩擦の剛性のみを低減して沈下量を増加させることで、中央部に位置する基礎杭の沈下量と均一化され、もっては不同沈下を合理的に低減して基礎構造の安全を図ることができるし、杭基礎構造としての支持力に一切影響させない構成であるため地震時の転倒に対する支持力を十分に確保できる。
２）基礎杭の周面摩擦力の剛性を制御可能であるので、上部構造物の規模や地盤の状態に適合させた沈下剛性に設計できる。
３）基礎杭の径を増加させたり、杭数を増やす等の基礎杭の補強、及び基礎梁の幅やせいを増加する、主筋量を増加させる等の基礎梁の補強が不要となるので、コストが削減され、かつ補強工事に伴う残土量が削減され環境負荷を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、複数の基礎杭に支持された構造物の不同沈下を抑制する杭基礎構造である。
前記構造物１を支持する複数の基礎杭２…のうち、外周部位Ｓに配置される基礎杭２は、周面摩擦による沈下剛性を低減させた構成である。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明に係る不同沈下を抑制する杭基礎構造及びその構築方法の実施例を、図面に基づいて説明する。本発明の杭基礎構造は、地震時の転倒に対する支持力を十分に見込める構成とされた基礎杭２に実施されるものである。
【００２２】
図１に示した杭基礎構造は、構造物１を支持する支持層Ｈまで打設される複数の基礎杭２…のうち外周部位Ｓに配置される基礎杭２において、その外周面の深さ方向に一定長さ範囲まで弾性体３を設けて基礎杭の支持力を確保しつつ、周面摩擦の剛性のみを低減させる。前記周面摩擦の剛性量（又は沈下剛性とも云う）を適切に制御する方法としては、前記弾性体３の深さ方向の長さ範囲を変化させることで実施できる。
図示の通り前記弾性体３の深さ方向の長さ範囲は支持力の最もかかる外周部位Ｓの基礎杭２は一番長く、中央部Ｃに向かって順に短く設計して杭全体のバランスを図ることが好ましい。
【００２３】
前記弾性体３は、例えばゴム、又は岩綿等である（請求項５記載の発明）。両者は、強度は強いが地盤と比べて剛性は低く、変形に追随するものとされる。
【００２４】
上記の構成は図１Ｂに示すように、外周部位Ｓに配置される基礎杭２の沈下量を、最も沈下量が多い中央部Ｃに配置される基礎杭２の沈下量の分だけ増加させて均一化することで不同沈下を抑制している。つまり、従来の杭基礎構造が持つ地震時の転倒に対する支持力は確保したまま、沈下の少ない外周部位Ｓの基礎杭２の周面摩擦の剛性のみを低減させて、中央部Ｃの基礎杭２との沈下差（不同沈下）を均一化（抑制）するのである。
【００２５】
上記の作用を図２のグラフに示した。図２Ａは中央部Ｃに位置する基礎杭２の平常時の荷重と沈下の関係を示している。中央部Ｃの沈下量Ｘは先端支持力Ｘ１と周面摩擦力Ｘ２を足した値であり、角度は剛性を表している。
図２Ｂは外周部位Ｓに配置された基礎杭２の平常時の荷重と沈下の関係と、前記沈下量Ｘとの比較を示している。外周部位Ｓの沈下量Ｙも先端支持力Ｙ１と周面摩擦力Ｙ２を足した値であり、角度は剛性である。図示の通り周面摩擦力Ｙ２の剛性のみが低減されていることが分かる。したがって、地震時の転倒に対する支持力は同じでも、外周部位Ｓの基礎杭２の沈下量Ｙが中央部Ｃの基礎杭２の沈下量Ｘより沈下剛性が低減されるので図１Ｂに示すように基礎杭全体の沈下量が均一化される。均一化するということは、つまりは不同沈下を抑制しているのである。
【００２６】
次に、実施例１の杭基礎構造を埋め込み杭により構築する方法について説明する。
前記構造物１を支持する基礎杭２…のうち外周部位Ｓに配置される基礎杭２は、まずその基礎地盤を掘削機等により沈下量の少ない地盤Ｈまで掘削した杭孔を設け、根固め部及び軸部にセメントミルクを注入した後、外周面の深さ方向に一定の長さ範囲まで弾性体３を取り付けて成る既製の基礎杭２を前記杭孔へ落とし込んで、周面摩擦力による沈下剛性を低減させた基礎杭として構築される（請求項３記載の発明）。
【００２７】
場所打ち杭により前記基礎杭２を構築する方法としては、図３に示すように、その基礎地盤に掘削機等で杭孔４を設けた後、構築される基礎杭２の外周に弾性体３が設けられるようにするべく、前記弾性体３をスペーサー５ａを介して深さ方向に一定の長さ範囲まで巻き付けた鉄筋籠５を同杭孔４へ落とし込み、鉄筋籠５内から同杭孔４へコンクリートを打設して基礎杭２を構築する方法としても良い。また、図４Ａに示すように鉄筋籠５の代わりに外周面の深さ方向に一定の長さ範囲まで弾性体３を取り付けた鋼管６を前記杭孔４に落とし込んで、同鋼管６の中空部及び杭孔４内へコンクリートを打設して基礎杭２を構築することや、逆に図４Ｂに示すように前記鋼管６の内周面に弾性体３を取り付けて鋼管６の中空部及び杭孔４内へコンクリートを打設する方法も考えられる。上記鋼管６は、杭孔４の全長にわたる長さとする必要はなく図示のように弾性体３と略同長、同配置として実施できる。
【００２８】
鋼管６の内周面に弾性体３を取り付ける方法は、コンクリート打設により製造されるコンクリート杭の外周面に弾性体３が取り付けた芯杭７を構築して、前記鋼管６内へ挿入し、芯杭７との間にコンクリート打設して基礎杭２を構築する。この場合概念的に鋼管６は地盤面と同じ作用をする。したがって基礎杭２の外周面に弾性体３が取り付けられる技術的思想に変わりはない。
【００２９】
本発明は、地震時の転倒に対する杭の支持力を十分に確保しつつ、杭の周面摩擦の剛性を低減させることによって外周部位の沈下剛性を低減し合理的に不同沈下を抑制するのである。
【００３０】
以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために付言する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】Ａは本発明に係る不同沈下を抑制する杭基礎構造の一例を示した立面図である。ＢはＡにおける基礎杭全体の沈下量の変化と群杭効果の関係を示した図である。
【図２】Ａは構造物の中央部に配置された基礎杭の沈下と荷重の関係を示した図である。ＢはＡと構造物の外周部位に配置された基礎杭の沈下と荷重の関係を比較した図である。
【図３】本発明に係る不同沈下を抑制する杭基礎構造の構築方法の概要を示す一実施例である。
【図４】Ａ、Ｂは本発明に係る不同沈下を抑制する杭基礎構造の構築方法の概要を示す別の実施例である。
【図５】構造物に作用する群杭効果と地震時に基礎杭に加わる沈下量を示した参考図である。
【図６】基礎梁を補強して不同沈下を抑制する従来例を示した参考図である。
【図７】構造物の基礎の中央部に配置された基礎杭を太くして不同沈下を抑制する従来例を示した参考図である。
【図８】構造物の基礎の中央部に複数の基礎杭を配置して不同沈下を抑制する従来例を示した参考図である。
【符号の説明】
【００３２】
１          既存建物
２          基礎杭
３          弾性体
４          杭孔
５          鉄筋籠
６          鋼管
【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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【図７】
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【図８】
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