(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、振動時の転倒に対する杭の支持力を確保し先端支持力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】構造物を支持する複数の基礎杭のうち、中央部に配置される基礎杭は、先端支持力による沈下剛性を増加させた構成とした。【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、中央部に配置される基礎杭は、先端支持力による沈下剛性を増加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基礎杭構造において、
構造物を支持する複数の基礎杭のうち、中央部に配置される基礎杭は、少なくとも先端にプレロードを付加して支持層に固定され、更に同杭の外周面の深さ方向に一定の長さ範囲まで粘弾性体若しくは水硬性材料が打設されて先端支持力による沈下剛性を増加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基礎杭構造において、
構造物を支持する複数の基礎杭のうち、中央部に配置される基礎杭は、杭先端まで到達する中空部を形成した中空杭とされ、前記中空部内へ粘弾性体若しくは水硬性材料を圧力注入して基礎杭の先端地盤にプレロードを付加して基礎杭の先端支持力による沈下剛性を増加させた構成とされてい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、中央部に配置される基礎杭は、基礎地盤を中堀り工法により掘削して杭孔を形成し、前記杭孔内へ鋼管杭を建て込み、前記鋼管杭の内周面との間に若干の隙間を空ける直径の芯杭を支持層に到達する深さまで設置し、前記芯杭の全体に又は先端部にのみプレロードを付加し、その後に芯杭と鋼管杭との隙間に粘弾性体若しくは水硬性材料を打設して先端支持力による沈下剛性を増加させた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５】
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、中央部に配置される基礎杭は、基礎地盤を掘削して杭孔を形成し、前記杭孔の内側に若干の隙間を空ける径の芯鋼管を前記支持層に達する深さまで設置し、芯鋼管の中空部内にコンクリートを打設して芯杭を構築し、芯杭の全体に又は先端部にのみプレロードを付加した後、前記芯杭と芯鋼管との隙間に粘弾性体若しくは水硬性材料を打設して先端支持力による沈下剛性を増加させた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６】
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、基礎地盤を掘削して杭孔を形成し、杭先端まで到達する中空部を形成した中空杭を前記杭孔へ建て込み、前記中空部内へ粘弾性体若しくは水硬性材料を圧力注入して杭先端地盤にプレロードを付加して先端支持力による沈下剛性を増加させた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７】
杭先端に付加するプレロードの荷重の大きさにより先端支持力による沈下剛性を制御することを特徴とする、請求項１〜６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８】
粘弾性体若しくは水硬性材料は、シール材、砂、ベントナイト、セメントミルク、モルタル、コンクリート、接着剤の中から選択された一種又は複数の種類から成ることを特徴とする、請求項１〜７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、振動時の転倒に対する杭の支持力を確保すると共に先端支持力による沈下剛性を低減させて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を増設して常時沈下を均一化（不同沈下を抑制）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（常時沈下）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、振動が生じると構造物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（沈下量）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という問題点が生じる。
【０００８】
図７、図８に示した中央部Ｃに配置される基礎杭２００の本数を増やす又は太くする補強方法も、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、振動時の転倒に対する支持力までは考慮されていない。振動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、振動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。上述したように振動時には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、振動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、振動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、振動時の転倒に対する杭の支持力を十分に確保すると共に、先端支持力による沈下剛性を増加させ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、中央部に配置される基礎杭は、先端支持力による沈下剛性を増加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を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基礎杭構造において、
構造物を支持する複数の基礎杭のうち、中央部に配置される基礎杭は、少なくとも先端にプレロードを付加して支持層に固定され、更に同杭の外周面の深さ方向に一定の長さ範囲まで粘弾性体若しくは水硬性材料が打設されて先端支持力による沈下剛性を増加させた構成であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載した不同沈下を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基礎杭構造において、
構造物を支持する複数の基礎杭のうち、中央部に配置される基礎杭は、杭先端まで到達する中空部を形成した中空杭とされ、前記中空部内へ粘弾性体若しくは水硬性材料を圧力注入して基礎杭の先端地盤にプレロードを付加して基礎杭の先端支持力による沈下剛性を増加させた構成とされてい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、中央部に配置される基礎杭は、基礎地盤を中堀り工法により掘削して杭孔を形成し、前記杭孔内へ鋼管杭を建て込み、前記鋼管杭の内周面との間に若干の隙間を空ける直径の芯杭を支持層に到達する深さまで設置し、前記芯杭の全体に又は先端部にのみプレロードを付加し、その後に芯杭と鋼管杭との隙間に粘弾性体若しくは水硬性材料を打設して先端支持力による沈下剛性を増加させた基礎杭として構築することを特徴とする。
【００１７】
請求項５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、中央部に配置される基礎杭は、基礎地盤を掘削して杭孔を形成し、前記杭孔の内側に若干の隙間を空ける径の芯鋼管を前記支持層に達する深さまで設置し、芯鋼管の中空部内にコンクリートを打設して芯杭を構築し、芯杭の全体に又は先端部にのみプレロードを付加した後、前記芯杭と芯鋼管との隙間に粘弾性体若しくは水硬性材料を打設して先端支持力による沈下剛性を増加させた基礎杭として構築することを特徴とする。
【００１８】
請求項６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、基礎地盤を掘削して杭孔を形成し、杭先端まで到達する中空部を形成した中空杭を前記杭孔へ建て込み、前記中空部内へ粘弾性体若しくは水硬性材料を圧力注入して杭先端地盤にプレロードを付加して先端支持力による沈下剛性を増加させた基礎杭として構築することを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６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、
杭先端に付加するプレロードの荷重の大きさを変化させて先端支持力による沈下剛性を制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７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粘において、
粘弾性体若しくは水硬性材料は、シール材、砂、ベントナイト、セメントミルク、モルタル、コンクリート、接着剤の中から選択された一種又は複数の種類から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１〜８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）群杭効果により沈下量が高くなる構造物の中央部の基礎杭の先端にプレロードをかけ、その周囲に粘弾性体若しくは水硬性材料を設けて先端支持力を増加させて、中央部の基礎杭の先端支持力の負担割合を増加させたので、沈下量の少ない外周部位の基礎杭の沈下量と均一化されて不同沈下を抑制できるし、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）基礎杭の先端支持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も不要となるので、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が改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
構造物１を支持する複数の基礎杭２…のうち、中央部に配置される基礎杭Ｃは、先端支持力による沈下剛性を増加させた構成である。
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明に係る不同沈下を抑制する杭基礎構造の実施例を、図面に基づいて説明する。本発明の杭基礎構造は、振動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。
図１Ａは、前記構造物１を支持する複数の基礎杭２…のうち中央部Ｃに配置される基礎杭２は、少なくとも先端にプレロードが付加されて支持層Ｈに固定された後、同杭２の外周面の深さ方向に粘弾性体３若しくは水硬性材料３が打設されて基礎杭の支持力を確保すると共に先端支持力の沈下剛性のみを増加させた状態を示した。
【００２４】
前記粘弾性体３若しくは水硬性材料３は、シール材、砂、ベントナイト、セメントミルク、モルタル、コンクリート、接着剤の中から選択された一種類又は複数種類から成る（請求項８記載の発明）。本実施例では粘弾性体３として記載することとする。
前記先端支持力の沈下剛性を適切に制御する方法としては、中央部Ｃの基礎杭２へ付加するプレロードの荷重を変化させて実施できる（請求項７記載の発明）。図示の通り先端のプレロードの大きさは沈下量の最も多い中央部Ｃが一番大きく、外周部位Ｓに向かって小さく設計して杭全体のバランスをとる構成とすることが好ましい。
【００２５】
上記の構成は、つまり図１Ｂに示すように中央部Ｃの基礎杭２の沈下量を、一番沈下量の少ない外周部位Ｓの基礎杭２の分まで低減（剛性を増加）させて不同沈下を均一化（抑制）している。
【００２６】
つまり、従来の杭基礎構造の持つ振動時の転倒に対する支持力は確保したまま、沈下量の多い中央部Ｃの基礎杭２の先端支持力の沈下剛性のみを増加させて、外周部位Ｓの基礎杭２との沈下差（不同沈下）を均一化するのである。
【００２７】
上記の作用を図２のグラフに示した。図２Ａは中央部Ｃに配置された基礎杭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。図示の通り先端支持力Ｘ１の剛性が増加されていることが分かる。つまり、先端支持力による沈下剛性が増加される。
【００２８】
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、沈下量Ｘとの比較を示している。外周部位Ｓの沈下量Ｙは先端支持力Ｙ１と周面摩擦力Ｙ２を足した値であり、角度は剛性を表している。両者の沈下量Ｘ、Ｙを比較すると振動時の転倒に対する支持力は同じでも中央部Ｃの基礎杭２の沈下量Ｘが外周部位Ｓの基礎杭２の沈下量Ｙより沈下剛性が高くなるので図５Ｂのように基礎杭全体の沈下量が均一化できる。均一化するということは、つまりは不同沈下を抑制するということである。
【００２９】
次に、上述した杭基礎構造を埋め込み杭により構築する方法について図３から説明する。
前記構造物１を支持する複数の基礎杭２…のうち中央部Ｃに配置される基礎杭２は、先ず、その基礎地盤を例えば中堀工法により設けた杭孔４へ鋼管杭５を地中に建て込み、中空部を掘削し養生後、前記鋼管杭５の中空部に若干の隙間を空ける径の芯杭６を支持層Ｈに達するように設置し、芯杭６の全体にプレロード（上載荷重）を付加した後、芯杭６と鋼管杭５の隙間の深さ方向に粘弾性体３を打設して先端支持力の剛性増加させる基礎杭２に構築する（請求項４記載の発明）。
【００３０】
場所打ち杭として構築する方法としては、略図３と同様のため図示することは省略したが、例えば前記構造物１の基礎の中央部Ｃの基礎地盤をケーシング等で杭孔壁を保護して支持層Ｈまで掘削して杭孔４を設け、前記杭孔４の内側に若干の隙間を空ける径の芯鋼管を前記支持層Ｈに達するまで設置し、芯鋼管の中空部内にコンクリートを打設して芯杭を構築し、芯杭の全体にプレロード（上載荷重）を付加した後、前記芯杭と芯鋼管との隙間に粘弾性体３を打設する。勿論上述したように芯杭の先端部のみにプレロードを付加して構築しても良い（請求項５記載の発明）。
【実施例２】
【００３１】
更に、請求項３に記載した不同沈下を抑制する杭基礎構造として、構造物１を支持する複数の基礎杭２…のうち中央部Ｃに配置される基礎杭２は、図４Ａに示すように、杭先端まで到達する中空部を形成した中空杭とされ、前記中空部内へ粘弾性体３を圧力注入して基礎杭の先端地盤にプレロードを付加して、同基礎杭２の先端支持力の沈下剛性を増加することも好適に実施される。
【００３２】
その具体的方法として例えば、前記中央部Ｃの基礎地盤を掘削して杭孔４を設け、杭先端まで到達する中空部を形成した中空杭７を前記杭孔４へ建て込み、前記中空杭７の中空部内へ粘弾性体３を圧力注入して、杭先端地盤Ｈ内に粘弾性体３が浸透して同地盤Ｈにプレロードをかけるので基礎杭２の先端支持力の沈下剛性を増加させる（請求項６記載の発明）。
【００３３】
この限りではなく、図４Ｂに示すように、杭先端まで到達する中空部を形成した中空杭７を上記杭孔４へ建て込み、前記中空杭７の中空部内へ小径杭８を圧入し、杭先端地盤Ｈ内へ回転貫入することで同地盤にプレロードを付加して前記基礎杭２の先端支持力の沈下剛性を増加させる方法としても良い。この方法による中空杭７は、粘弾性体（３）を使用した杭とすることが好ましい。上述した図４による方法は場所打ち杭工法及び埋め込み杭工法のいずれの場合においても実施できる。
【００３４】
本発明は、振動時の転倒に対する杭の支持力を十分に確保しつつ、杭の先端支持力の沈下剛性を増加させることで合理的に不同沈下を抑制するのである。
【００３５】
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】
【００３６】
【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実施形態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別の実施例である。
【図５】構造物に作用する群杭効果と振動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】
【００３７】
１          既存建物
２          基礎杭
３          粘弾性体若しくは水硬性材料
４          杭孔
５          鋼管          
【図１】
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【図２】
2007169898.tif 000004
【図３】
2007169898.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007169898.tif 000007
【図６】
2007169898.tif 000008
【図７】
2007169898.tif 000009
【図８】
2007169898.tif 000010