(57)【要約】【課題】杭の種類に拘わらず、その杭の曲げモーメントが不足した場合にその不足分を、補強帯材や円筒状の補強袋材を上杭の上端部から必要部分に必要量だけ巻き又は被せて、不足する曲げモーメントを補強できる補強杭を提供する。【解決手段】地盤中に埋設される基礎杭において、上杭１１の外周面に高延伸性材料からなる補強帯材１２を巻き付け或いは貼り付け、又は高延伸性材料からなる円筒状の補強袋材１３を被せ、杭及び補強材は各々接着材で接着させることにより、該杭が持つ対曲げモーメント強度を向上させることを特徴とする杭の補強方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に埋設される基礎杭において、上杭の外周面に高延伸性材料からなる補強帯材を巻き付け或いは貼り付け、又は高延伸性材料からなる円筒状の補強袋材を被せ、杭及び補強材は各々接着材で接着させることにより、該杭が持つ対曲げモーメント強度を向上させることを特徴とする杭の補強方法。
【請求項２】
上記基礎杭は、コンクリート杭、外殻鋼管付コンクリート杭、鋼管杭又は木杭であることを特徴とする請求項１記載の杭の補強方法。
【請求項３】
上記高延伸性材料は、繊維系で帯状或いは円筒状であることを特徴とする請求項１記載の杭の補強方法。
【請求項４】
上記巻き付ける方法は、杭外周に沿って重ね合わせながら、発生曲げモーメントの大きさに比例して、その積層厚さを調整して巻いていくか、発生最大曲げモーメントに抵抗出来る厚さになるまで巻いていくことを特徴とする請求項１記載の杭の補強方法。
【請求項５】
上記被せる方法は、発生最大曲げモーメントに抵抗出来る厚さになるまで被せていくことを特徴とする請求項１記載の杭の補強方法。
【請求項６】
上記貼り付ける方法は、補強帯材を必要長さに切り取り杭軸方向に重ね合わせながら杭外周に沿って貼り付け、その後円周方向に重ね合わせて、発生最大曲げモーメントに抵抗出来る厚みを発生区間全長に渡り巻くことを特徴とする請求項１記載の杭の補強方法。
【請求項７】
上記補強帯材及び筒状の補強袋材はウレタン系接着材或いはエポキシ樹脂の接着材で補強材同士と杭とが接着されていることを特徴とする請求項１記載の杭の補強方法。
【請求項８】
上記補強帯材は、巻き付けと貼り付けとの両方が組み合わされていることを特徴とする請求項１記載の杭の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物を支持する杭の曲げモーメントに対応する補強方法に係り、特に、地震等による構造物の揺れで発生する水平力を受けて、その水平力に伴う曲げモーメントが発生するときに、該杭を構成する上杭にその上端部より任意の長さに補強帯材を１枚以上重層させて巻き付け、又は円筒状の袋材を一枚以上順次被せて行くことにより、該水平力に伴って発生する曲げモーメントに対抗させるための杭補強方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造物を支持する杭の基本的役割は、構造物の鉛直力を支持することと、地震時や強風時に構造物に発生する水平力に基づく曲げモーメントに耐えて、構造物を安全に保持することである。このために多くの杭補強方法の開発が成されてきている。
杭の高鉛直支持力を得るために既製のコンクリート杭においては、材料面では全体の杭径を大きくし或いはその下杭だけを拡大径とした拡底杭とする方法が開発されている。また、施工面では拡大根固め工法などが開発されている。
【０００３】
一般的に杭の鉛直支持力が増大すると、それに伴って水平力の負担も増大することとなる。この増大する水平力を負担するために上杭を拡大径とした拡頭杭が使用され、また、プレストレス既製コンクリート杭にあってはプレストレス量を段階的に増やしたＡ種，Ｂ種，Ｃ種など、各種規格化された既製杭が使用されている。
【０００４】
このように既製の杭は規格化されているため、その中間の性能でも十分な場合でもワンランク上の規格製品を使用せざるを得なくなる場合が多く、また、水平力対応杭として、上杭だけに外殻鋼管コンクリート杭を用いるたり、素材では、コンクリート物性や鉄筋の強度向上が成されてきたが、このような方法ではコスト的に高いものとなっている。
また、鋼管杭においてはその肉厚を厚くし或いは補強リブを取り付けるなどの手法で対応しているが、肉厚については任意の肉厚の杭を得るのは困難であって、規格品となり、不経済な鋼管材料となる。
更に木杭においては、天然のものであるために人為的に改良し難く、せいぜい末口や元口のより大きなものを使用することで対応することとなる。
【０００５】
更に近年、杭頭部に種々の補強を施すことにより大きな水平力に対応が可能な杭とする発明が成されている。
特許文献１によれば、水平力により発生する曲げモーメントに対抗するために、その高曲げモーメント区間にコンクリートを充填して補強すると同時に、これによってその区間の鋼管厚さを低減させようとするものである。しかし、コンクリートを充填した上杭は、接合杭として下杭の上に設置するわけであり、そのため下杭の上部には、接合のために止め爪や止め板を配置するようになっている。
【０００６】
ここで、特許文献１に係る従来公知の発明について、図１０及び図１１を用いて概略を説明する。
図１０は、地震により生じた水平力によって地盤に埋設された鋼管杭にどのような曲げモーメントが発生するかを示す図であって、鋼管杭１の杭頭に水平力Ｑが作用した場合、図示のごとく杭頭部近傍に大きな曲げモーメントＭが発生することを示している。
なお、図中符号ｌは杭１の全長を、符号Ｌは曲げモーメントの発生する区域長を表わしている。
【０００７】
図１１は、上記鋼管杭１であるコンクリート充填鋼管の杭頭部構造を示している。
上記図１０に示すように、鋼管杭１の杭頭部分Ａに大きな曲げモーメントＭが発生するために、該鋼管杭頭部分Ａに対応する部分にコンクリート層５を形成するものである。
この場合、接合鋼管杭２の例えば杭頭部Ａに対応する鋼管内部に複数の止め爪３，３を溶接し、これらの止め爪によって止め板４を支持するとともに、該止め板４の上方部分にコンクリート５を充填し、補強するものである。
【０００８】
このような補強杭を造成するには、上杭鋼管の内側に止め板又は止め爪を溶接する必要があり、その作業が煩雑であり、杭径が小さくなると技術上溶接不可能となる可能性がある。又補強構造のために数種の工程が必要となり、１本の杭を完成させるのに相当なコストがかかるおそれがある。更に、コンクリートと鋼管が一体として挙動するように設計しても、コンクリートが固化する際にコンクリートの収縮が起り、鋼管とコンクリートが剥離する可能性があるため、計算上の強度と実態が合わないおそれが生じると言う難点がある。
【０００９】
特許文献２によれば、地震により発生する水平力を杭の軸方向に取り付けた土圧板で受けることを特徴としており、２枚或いは４枚の土圧板を用いる等種々の提案が成されている。しかしながら、地震の発生地点により、その水平力の方向が特定できないため、必ずしも１００％この土圧板で受けることができるとは限らない。結局はその方向性を考えると、土圧板の最外縁を円とした時の計算値で強度計算しなければならないこととなる。また、この土圧板を杭に取り付ける場合の溶接総延長は相当の長さとなることから、取り付けに相当の時間と費用が生じると言う難点もある。
【特許文献１】特開２００２−１８０４６０号公報
【特許文献２】特開２０００−３１４１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような杭の設計において支持力は満足しても、その支持力に対応した水平力、曲げモーメントが杭の持つ能力を超えて満足しない場合がある。この時の曲げモーメントに対抗する能力の不足分の対応策として、規格杭の種類を変更し、或いは杭径を大きく設計せざるを得ない場合があり、最適な必要強度に対し不経済な設計となる場合がある。また、施工中に種々の要因で変更が必要になった場合など、既に杭が製造されていて無駄になり、変更製造に時間が掛かる等無駄が生じることになる。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の不具合を解消し、杭の種類に拘わらず、その杭の曲げモーメントが不足した場合にその不足分を、補強帯材や円筒状の補強袋材を上杭の上端部から必要部分に必要量だけ巻き又は被せて、不足する曲げモーメントを補強できる補強杭を提供すると同時に、杭の能力の変更にも臨機応変に対応できる、杭の補強方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、地盤中に埋設される基礎杭において、上杭の外周面に高延伸性材料からなる補強帯材を巻き付け或いは貼り付け、又は高延伸性材料からなる円筒状の補強袋材を被せ、杭及び補強材は各々接着材で接着させることにより、該杭が持つ対曲げモーメント強度を向上させることを特徴とする杭の補強方法である。
また、上記基礎杭はコンクリート杭、外殻鋼管付コンクリート杭、鋼管杭又は木杭であり、上記高延伸性材料は、繊維系で帯状或いは円筒状である。
更に、上記巻き付ける方法は、杭外周に沿って重ね合わせながら、発生曲げモーメントの大きさに比例して、その積層厚さを調整して巻いていくか、発生最大曲げモーメントに抵抗出来る厚さになるまで巻いていくことを特徴とすると共に、上記被せる方法は、発生最大曲げモーメントに抵抗出来る厚さになるまで被せていくか、補強帯材を必要長さに切り取り杭軸方向に重ね合わせながら杭外周に沿って貼り付け、その後円周方向に重ね合わせて、発生最大曲げモーメントに抵抗出来る厚みを発生区間全長に渡り巻くことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、もともとその杭自体が持つ性能に対し不足する分の性能を補足することにより、既製の杭を必要且つ十分な性能にすることができ、既製コンクリート杭や木杭などの杭にも適用できる補強方法である。
また、曲げモーメントに最大限効率よく抵抗させるためには引っ張り材料を杭の最外縁に配するのが一番効果を発揮することから、杭体の最外縁に引っ張り材としてのポリエステル、ナイロン、炭素繊維、アラミド繊維等の高延伸性の繊維材を配するため、最も効率の良い補強方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を図１〜図９により説明する。
図１は、本願発明に係る第１の実施の形態を示している。
この実施の形態に係る杭１０は、既製のコンクリート杭又は鋼管杭１１（以下既製杭１１と呼ぶ）の外周表面に補強帯材１２を巻き付け接着したものである。この場合に、補強帯材１２は図示の通り杭の上端部から順次螺旋状に巻き付け（巻き付け貼り形式）、上段の補強材の下端に次段の補強帯材の上端を重畳させ、上記図１０に示すごとく既製杭１１の上端から補強すべき部位までの寸法Ｌ、すなわち、曲げモーメントが発生する部位の全長に渡って巻き付けるものである。また、補強帯材と杭表面との接着は、例えばウレタン系接着剤或いはエポキシ樹脂の接着剤を用いて行われる。
なお、補強帯材１２の構成については、後に図８，図９で詳述される。
【００１５】
図２は、第２の実施の形態を説明するものであって、杭１０の斜視図（Ａ）と平面図（Ｂ）とを示している。このような実施形態にあっては、多数枚の補強帯材１２〜１２を縦方向に、それぞれ巾方向に一部重畳するように、既製杭１１の上部に貼り合わせるもの（縦貼り形式）である。この場合、各補強帯材１２の長さは何れも補強すべき部位の長さＬ、すなわち曲げモーメントが発生する部位の全長に渡っている。
【００１６】
図３は、第３の実施の形態を示している。
この方法は上記第１及び第２の実施形態でそれぞれ開示された、補強帯材１２の巻き付け貼り形式及び縦貼り形式を併用したものであり、例えば、先ず既製杭１１の上端部から、上記図２に示すごとき縦貼り形式によって補強帯材１２〜１２を多数貼り付け、その後図１に示すごとき巻き付け貼り形式により、該縦貼り形式の補強帯材１２〜１２の上から巻き付け貼り形式の補強帯材１２を、螺旋状に杭上端部から巻き付けるものである。
【００１７】
図４は、後述する補強袋材１３を用いた第４の実施の形態を示している。
この方法でも、コンクリート杭又は鋼管杭である既製杭１１は他の方法のものと同様であるが、補強帯材の替わりに多数の補強袋材１３ａ〜１３ｄを用いている。そして、既製杭１１の上端部から順に、補強袋材１３ａ、補強袋材１３ｂのように既製杭１１の外周に被嵌接着し、曲げモーメントの発生する部位Ｌの全体を覆うものである。
【００１８】
図５は、本願発明の第５の実施形態を示しており、補強すべき既製杭に作用する曲げモーメントの分布状況に応じた補強材の適用に特徴を有している。
すなわち図５の（Ａ）は、例えば前記図１０により説明されているものと同様に、杭１０に掛かる横荷重で発生する曲げモーメントの分布状況を示している。そして、杭１０の上端から下方に向けて曲げモーメントの大きい部分を順にＭ１〜Ｍ３として示すとともに、図５の（Ｂ）に示すように、これらの杭１０の対応する部位における曲げモーメントの大きさに応じて、適用する補強帯材１２又は補強袋材１３の重畳枚数を変化させている。
【００１９】
具体的には、図５（Ａ）において最大曲げモーメントＭ１が作用する既製杭１１の上端部近傍には、例えば約１０枚の補強帯材１２〜１２を巻き付けるものとし、同様に、可成り大きな曲げモーメントＭ２が作用する部分にも例えば５〜６枚の補強帯材１２〜１２が巻き付けられ、その他の曲げモーメントが作用する全域に渡って、例えば２〜３枚の補強帯材１２〜１２が巻き付けられる。これによって、発生する曲げモーメントの大きさに応じて必要且つ十分な補強が成されるものであるが、ここで説明した補強帯材の枚数については、単なる例示であることが明らかである。また、補強帯材１２に替えて補強袋材１３を用いることも当然可能である。
【００２０】
図６は、本願発明の第６の実施の形態を示しており、上述の既製杭１１の代りに木杭１５を用いたものである。
図から明らかなように、木杭１５は通常その元口を上方にして利用されるけれども、更に、その上方部分の曲げモーメントが作用する範囲Ｌの全体に渡って、例えば第１の実施形態で用いられるごとき補強帯材１２をその木杭１５の上端部から順次巻き付け接着するものである。
【００２１】
図７は、本願発明のその他の実施形態を説明するものであって、特に補強手段の態様が異なる形式のものである。また、その補強手段である補強袋材１４自体は後に図９において説明する。
図７から明らかなように、既製杭１１の上方である曲げモーメントが作用する領域Ｌには、補強袋材１４がその全域に渡って被嵌されているものである。そして、当該補強袋材１４と前記図４において説明した補強袋材１３とは、基本的に同質のものであって、ただし、図４に示す第４の実施形態においては、長さの比較的短い補強袋材１３ａ〜１３ｄを既製杭１１の上方から順次嵌挿しているのに対し、この実施形態にあっては、長さの長い補強袋材１４を一個使用し、既製杭１１の上端から曲げモーメントが発生する全域Ｌに渡ってカバーするように挿嵌する構造とされている。
【００２２】
図８及び図９は、先に述べた補強帯材１２又は補強袋材１３，１４の構造を説明するものである。
図８は、長尺帯材１２をボビンに巻き取ってある状態を示しており、例えばポリエステル、ナイロン等の高延性の繊維材を用いて、これを通常の布のように織り上げるものである。従って、この長尺補強帯材１２を図１〜図６のように、その必要長さだけ既製杭１１の外周面に巻き付け、これを接着するものである。
【００２３】
図９は、例えば図３，図４，図７に示すように、既製杭１１の必要部分に被嵌する形式の補強袋材１３，１４の加工前の状態を示している。この補強袋材１３又は１４は、図８に示すものと同様に、ポリエステル又はナイロン等で織り上げられ又は編み上げられた長尺筒状体だって、これをボビンに巻き取った状態を示している。
【００２４】
補強袋材１３，１４の長さは、例えば図４や図５のような形態では、該補強袋材１３の１枚毎の巾が必要寸法を充たすように、図９に示す長尺体からそれぞれ切り取ることによって作成される。また、図３，図７の形態にあっては、その切り取り長さが補強領域寸法Ｌと一致するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る補強方法による、杭補強構造の正面斜視図及び断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る補強方法による、杭補強構造の正面斜視図及び断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る補強方法による、杭補強構造の正面斜視図及び断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る補強方法による、杭補強構造の正面斜視図及び断面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る補強方法による、杭補強構造の断面図及び曲げモーメント解説図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る補強方法による、杭補強構造の正面斜視図及び断面図である。
【図７】本発明のその他の実施形態に係る補強方法による、杭補強構造の正面斜視図である。
【図８】補強帯材１２の巻き取り状態説明図である。
【図９】補強袋材１３，１４の巻き取り状態説明図である。
【図１０】杭体に掛かる横荷重による曲げモーメントの説明図である。
【図１１】従来公知の補強杭の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  補強杭
１１    既製杭
１２    補強帯材
１３，１４    補強袋材
１５    木杭
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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