(57)【要約】【課題】地震発生時の水平力に対して杭に要求される耐力を低下させることにより、杭の断面積の増大を抑え、以って、施工コストを抑え、工期を短縮する。【解決手段】地盤３に構築された基礎４を支持する杭１の補強方法であって、３本以上のアンカー２０を、杭１を中心に放射状に延び、且つ、各々が杭１の頭側から底側へ斜めに延びるように打設し、基礎４と地盤３とに定着させることを特徴とする。また、ＰＣ鋼より線２４に、弛なまい程度の大きさの緊張力で、且つ、地震発生時の設計上の緊張力よりも小さい緊張力を与えた状態で、アンカー２０を、基礎４と地盤３とに定着させる。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に構築された構造体を支持する杭の補強方法であって、
３本以上の引張材を、前記杭を中心に放射状に延び、且つ、各々が前記杭の頭側から底側へ斜めに延びるように前記地盤に打設し、前記構造体又は前記杭と前記地盤とに定着させることを特徴とする杭の補強方法。
【請求項２】
前記引張材はアンカーであり、
前記アンカーの緊張材に、当該緊張材が弛まない程度の大きさの緊張力で、且つ、地震発生時の設計上の緊張力よりも小さい緊張力を与えた状態で、前記アンカーを前記構造体又は前記杭と前記地盤とに定着させることを特徴とする請求項１に記載の杭の補強方法。
【請求項３】
地盤に構築された構造物を支持する杭の補強構造であって、
３本以上の引張材が、前記杭を中心に放射状に延び、且つ、各々が前記杭の頭側から底側へ斜めに延びるように前記地盤に打設され、前記構造体又は前記杭と前記地盤とに定着されていることを特徴とする杭の補強構造。
【請求項４】
前記引張材はアンカーであり、
前記アンカーの緊張材に、当該緊張材が弛まない程度の大きさの緊張力で、且つ、地震発生時の設計上の緊張力よりも小さい緊張力が与えられた状態で、前記アンカーが前記構造体又は前記杭と前記地盤とに定着されていることを特徴とする請求項３に記載の杭の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭の補強方法及び構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤に打設された杭を貫通して定着地盤まで達する孔を設け、この孔内にアンカーを打設し、このアンカーを定着地盤と杭上の基礎とに定着させる耐震補強方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。当該耐震補強方法では、地震発生時に、緊張したアンカーが引抜き力に対して抵抗力を発揮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８―２２３４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記耐震補強方法では、地震発生時の引抜力に対してはアンカーの緊張力で対応するが、地震発生時の水平力に対しては杭頭部のせん断耐力で対応しているため、杭の断面積を水平力の大きさに比例して拡大することを要する。従って、杭の体積が増大することにより、施工コストが増大し、工期が延長する。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、地震発生時の水平力に対して杭に要求される耐力を低下させることにより、杭の断面積の増大を抑え、以って、施工コストを抑え、工期を短縮することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る杭の補強方法は、３本以上の引張材を、前記杭を中心に放射状に延び、且つ、各々が前記杭の頭側から底側へ斜めに延びるように前記地盤に打設し、前記構造体又は前記杭と前記地盤とに定着させることを特徴とする。
【０００７】
上記杭の補強方法において、前記引張材はアンカーであってもよく、その場合、前記アンカーの緊張材に、当該緊張材が弛まない程度の大きさの緊張力で、且つ、地震発生時の設計上の緊張力よりも小さい緊張力を与えた状態で、前記アンカーを前記構造体又は前記杭と前記地盤とに定着させてもよい。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る杭の補強構造は、地盤に構築された構造物を支持する杭の補強構造であって、３本以上の引張材が、前記杭を中心に放射状に延び、且つ、各々が前記杭の頭側から底側へ斜めに延びるように前記地盤に打設され、前記構造体又は前記杭と前記地盤とに定着されていることを特徴とする。
【０００９】
上記杭の補強構造において、前記引張材はアンカーであってもよく、その場合、前記アンカーの緊張材に、当該緊張材が弛まない程度の大きさの緊張力で、且つ、地震発生時の設計上の緊張力よりも小さい緊張力が与えられた状態で、前記アンカーが前記構造体又は前記杭と前記地盤とに定着されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、地震発生時の水平力に対して杭に要求される耐力を低下させることにより、杭の断面積の増大を抑え、以って、施工コストを抑え、工期を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る杭の補強構造を示す立面断面図である。
【図２】杭の補強構造が構築された地盤を示す平面断面図である。
【図３】杭の補強構造の概略構成を示す平面断面図である。
【図４】（Ａ）は、図３のＡ−Ａ断面図、（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は、図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】アンカーを示す立面断面図である。
【図６】アンカーを示す立面断面図である。
【図７】杭の補強方法を説明するための図である。
【図８】杭の補強方法を説明するための図である。
【図９】杭の補強方法を説明するための図である。
【図１０】杭の補強方法を説明するための図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）は、杭の補強構造の作用を説明するための立面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る杭１の補強構造１０を示す立面断面図である。この図に示すように、杭１は、高架橋２を支持する基礎杭であり、高架橋２の柱脚５の下方において地盤３に打設されている。また、杭１の上には基礎４が構築されており、この基礎４の上に柱脚５が構築されている。
【００１３】
図２は、杭１の補強構造１０が構築された地盤３を示す平面断面図である。この図に示すように、対をなす基礎４が、高架橋１の鉄道軌道６を挟んで対向するように構築され、この対をなす基礎４が、鉄道軌道６に沿って多数構築されている。そして、各基礎４から地盤３の深層側へ、杭１が打設されている。
【００１４】
図１及び図２に示すように、補強構造１０は、一端を地盤３に定着され他端を基礎４に定着された３本のアンカー２０を備えている。３本のアンカー２０は、平面視にて杭１を中心として放射状に延びるように打設されている。また、３本のアンカー２０は、杭１の周りに１２０°間隔で打設されている。さらに、各アンカー２０は、立面視にて基礎４から地盤３の深層側へかけて放射方向へ傾斜するように打設されている。
【００１５】
図３は、杭１の補強構造１０の概略構成を示す平面断面図であり、図４（Ａ）は、図３のＡ−Ａ断面図、図４（Ｂ）は、図３のＢ−Ｂ断面図、図４（Ｃ）は、図３のＣ−Ｃ断面図である。図３に示すように、３本のアンカー２０は、平面視にて基礎４内で交差するように打設されている。また、平面視にて正方形状の基礎４の３つの側面には、定着部７が構築され、各アンカー２０の上端は、定着部７に定着されており、各アンカー２０は、基礎４を貫通して杭１を中心とする放射方向へ延びている。
【００１６】
図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各アンカー２０の水平面に対する傾斜角度α１、α２、α３は、α１＞α２＞α３と異なるように設定されており、これにより、平面視にて基礎４内で交差する３本のアンカー２０が、基礎４内で干渉しないようになっている。
【００１７】
図５及び図６は、アンカー２０を示す立面断面図である。これらの図に示すように、アンカー２０は、合成樹脂製のシース管２２と、シース管２２に挿通された複数本のＰＣ鋼より線２４と、シース管２２に挿通された注入パイプ２６、２７と、アンカー２０の上端に設けられた定着機構４０とを備える。地盤３及び基礎４には、基礎４を貫通して地盤３内で斜め下方へ延びる孔１４が形成されており、シース管２２は、この孔１４に挿通されている。
【００１８】
定着機構４０には保護キャップ２８が取り付けられている。また、シース管２２の中間部には複数のスペーサ３２が設けられており、このスペーサ３２により、複数本のＰＣ鋼より線２４と注入パイプ２６、２７とが位置決めされている。
【００１９】
ＰＣ鋼より線２４は、地盤３から定着部７の上側まで延びている。また、シース管２２の下部には止水材３４が詰められており、注入パイプ２６は、シース管２２の上部から止水材３４の上側まで延び、注入パイプ２７は、シース管２２の上部から止水材３４の下側まで延びている。
【００２０】
また、シース管２２内の止水材３４から地盤３と基礎４との境界部までの間には、インナーグラウト１６が充填されており、ＰＣ鋼より線２４がインナーグラウト１６でシース管２２に固着されている。また、シース管２２と孔１４との間には、アウターグラウト１８が充填されており、シース管２２はアウターグラウト１８で孔１４の内壁に固着されている。ここで、止水材３４は、アンカー２０の底部近傍に配され、インナーグラウト１６は、アンカー２０の底部近傍まで充填されている。
【００２１】
ここで、地盤３と基礎４との境界部より下側では、ＰＣ鋼より線２４が露出しているのに対し、地盤３と基礎４との境界部より上側では、ＰＣ鋼より線２４が被覆材３６で被覆されている。また、ＰＣ鋼より線２４と被覆材３６との間には、グリース等の潤滑剤が充填されている。このため、地盤３と基礎４との境界部より下側では、ＰＣ鋼より線２４がインナーグラウト１６でシース管２２に固着されているのに対し、地盤３と基礎４との境界部より上側では、ＰＣ鋼より線２４がシース管２２に固着されておらず、伸縮できる。
【００２２】
定着機構４０は、ＰＣ鋼より線２４を挿通する孔が形成された支圧板４２と、支圧板４２上に載置され各ＰＣ鋼より線２４が挿通される複数の孔４４Ａが形成されたアンカーヘッド４４と、各孔４４Ａに対応して設けられたグリッパー４６とを備えている。アンカーヘッド４４の各孔４４Ａは、上側から下側へかけて縮径するテーパ孔であり、グリッパー４６はこの孔４４Ａに挿入される楔部材である。
【００２３】
ＰＣ鋼より線２４の上端は、被覆材３６で被覆されることなく露出しており、このＰＣ鋼より線２４の上端が、アンカーヘッド４４の孔４４Ａに挿通され、楔作用により孔４４Ａとグリッパー４６と摩擦係合した状態になっている。これにより、ＰＣ鋼より線２４の上端がアンカーヘッド４４に定着されている。
【００２４】
ここで、ＰＣ鋼より線２４のアンカーヘッド４４に対する定着位置を調整することにより、ＰＣ鋼より線２４の緊張力を調整できるところ、本実施形態では、当該緊張力が所定値Ｔ１（例えば、０＜Ｔ＜１００ｋＮ）に設定されている。ここで、所定値Ｔ１は、アンカー２０の地震発生時の設計上の緊張力（以下、最大値という）Ｔ０と比して格段に小さく（例えば、最大値Ｔ０を１０００ｋＮ、所定値Ｔ１を最大値Ｔ０の１０％未満）、ＰＣ鋼より線２４の弛みを取るのに十分な大きさである。
【００２５】
図７〜図１０は、杭１の補強方法を説明するための図である。図７に示すように、本工法では、まず、杭１を打設する工程と、基礎４を構築する工程とを実施し、次に削孔工程を実施する。掘削工程では、ケーシング１９を使用しながら基礎４を貫通して地盤３内で斜め下方へ延びる孔１４を掘削する。
【００２６】
図８に示すように、次に、アンカー挿入工程を実施する。当該工程では、予め組み立てておいたアンカー４０を、シース管２２及びＰＣ鋼より線２４の先端が孔１４の底部近傍まで到達し、ＰＣ鋼より線２４の後端が定着部７から上側に突出するように、孔１４に挿入する。
【００２７】
図９（Ａ）に示すように、次に、インナーグラウト注入工程を実施し、その後、図９（Ｂ）に示すように、アウターグラウト注入工程を実施する。インナーグラウト注入工程では、注入パイプ２６を通してシース管２２の内部にインナーグラウト１６を注入する。注入パイプ２６の下端は止水材３４の上側に配されているため、インナーグラウト１６は、止水材３４で塞き止められてシース管２２内で堆積する。また、アウターグラウト注入工程では、注入パイプ２７を通してアウターグラウト１８を注入する。注入パイプ２７の下端は、止水材３４の下側に配されているため、シース管２２から流出して孔１４の底部で塞き止められて孔１４内で堆積する。次に、ケーシング引抜き工程を実施する。当該工程では、孔１４内にグラウト材を加圧注入しながらケーシング１９を孔１４内から引き抜く。
【００２８】
図１０に示すように、次に、緊張・頭部処理工程を実施する。当該工程では、インナーグラウト１６及びアウターグラウト１８が硬化した後、油圧ジャッキを利用してＰＣ鋼より線２４をアンカーヘッド４４に定着させ、保護キャップ２８を定着機構４０に取り付ける。この際、ＰＣ鋼より線２４に上述の所定値Ｔ１の緊張力が付与されるように、ＰＣ鋼より線２４のアンカーヘッド４４に対する定着位置を調整する。
【００２９】
図１１（Ａ）、（Ｂ）は、補強構造１０の作用を説明するための立面断面図である。図１１（Ａ）に示すように、アンカー２０のＰＣ鋼より線２４は、常時、最大値Ｔ０と比して格段に小さい所定値Ｔ１の緊張力を与えられており、弛みを取ることを目的として緊張されている。ここで、基礎４と地盤３とに作用する斜め方向の荷重は、最大値Ｔ０と比して格段に小さい所定値Ｔ１である。
【００３０】
そして、図１１（Ｂ）に示すように、大地震が発生して杭１の頭部に水平力Ｐが作用した場合、杭１の頭側から底側へ斜めに延びる３本のアンカー２０が、杭１を中心に放射状に、且つ、杭１の周りに所定間隔おきに配されていることから、そのうちの１本又は２本のアンカー２０には、最大値Ｔ０の緊張力が与えられる。即ち、大地震が発生して杭１の頭部に作用した水平力Ｐが、１本又は２本のアンカー２０により負担される。従って、地震発生時の水平力Ｐに対して杭１に要求される耐力（せん断耐力）を低下させることにより、杭１の断面積を低減でき、杭の体積を低減でき、以って、施工コストを抑え、工期を短縮することができる。
【００３１】
なお、最大値Ｔ０は、中地震が発生して既存建物１に水平力が作用した場合を想定して設定してもよい。ここで、大地震とは、耐用年限中に一度発生する可能性がある程度の地震であり、その地震力は、気象庁震度階級で震度６強〜７程度、及び地動の最大加速度で３００〜４００gal程度である。また、中地震とは、建物の耐用年限中に数度は発生する程度の地震であり、その地震力は、気象庁震度階級で震度５強程度、及び、地動の最大加速度で８０〜１００gal程度である（建築物の構造規定、日本建築センター（１９９７年版）、１６〜１９頁参照）。
【００３２】
また、本実施形態では、アンカー２０を、地震が発生するまでの通常時は、地震発生時に最大値Ｔ０相当の引抜き抵抗力を発揮できるように、上記所定値Ｔ１が与えられた状態で待機する待受けアンカーとしている。これにより、地震が発生するまでの通常時は、杭１に作用する斜め方向の荷重を、最大値Ｔ０と比して格段に小さい所定値Ｔ１に抑えることができる。従って、杭１に要求される水平方向の荷重に対する耐力を低減できるため、杭１の断面積の増大をさらに抑制できる。また、杭１に要求される鉛直方向の荷重に対する耐力を低減できるため、杭１の打設深さをより浅くすることができる。
【００３３】
また、地震が発生するまでの通常時に、ＰＣ鋼より線２４に対して弛みを取ることを目的とする所定値Ｔ１を与えていることにより、地震発生時におけるＰＣ鋼より線２４の伸長量を短くすることができ、地震発生時における高架橋２の振動を効果的に抑制できる。
【００３４】
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、アンカー２０を基礎４に定着させたが、杭１の頭部に定着させてもよい。また、上述の実施形態では、３本のアンカー２０を打設したが、４本以上のアンカー２０を打設してもよい。
【００３５】
また、引張材としてアンカーを例に挙げて本発明を説明したが、地盤３に打設でき地盤３と基礎４又は杭１に定着できる引張材であれば、アンカーに代えて用いることができる。また、高架橋２の耐震補強を例に挙げて本発明を説明したが、ビル等の地上構造物や地下街等の地下構造物の耐震補強に本発明を適用してもよい。さらに、耐震補強の対象は、新設の建物であっても既存の建物であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  杭、２  高架橋、３  地盤、４  基礎（構造体）、５  橋脚、６  鉄道軌道、７  定着部、１０  補強構造、１４  孔、１６  インナーグラウト、１８  アウターグラウト、２０  アンカー（引張材）、２２  シース管、２４  ＰＣ鋼より線（緊張材）、２６、２７  注入パイプ、２８  保護キャップ、３２  スペーサ、３４  止水材、３６  被覆材、４０  定着機構、４２  支圧板、４４  アンカーヘッド、４４Ａ  孔、４６  グリッパー、１００  耐震補強構造
【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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