JP2001182053A - 地中耐震補強杭及び基礎耐震構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐震性をより向上させ、地盤の液状化対策を
より確実に行うことを可能とすると共に、経済的に施工
することができる地中耐震補強杭及び基礎耐震構造を提
供する。 【解決手段】 軟質地盤２と、硬質地盤３と、支持層４
とからなる地盤１中に構築され、地盤１中に構築され先
端部が支持層４にまで根入れされた本杭７と、硬質地盤
３に沿って該硬質地盤と本杭７との間に配置され硬質地
盤３の厚さよりも長尺の外管杭８とからなる地中耐震補
強杭５を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ストレート杭（以
下、本杭という。）の耐震補強に関し、より詳細には地
中部における杭の一部を二重管構造とした地中耐震補強
杭及び該地中耐震補強杭を用いる基礎耐震構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】本杭には、現場において造成される場所
打ちコンクリート杭、工場において造成されるＰＣ杭及
びＰＨＣ杭等の既製コンクリート杭、及び鋼管杭等、造
成方法及び材種を異にする多種の杭が用いられており、
これまで数多くの施工がなされている。例えば、現場に
おいて造成される場所打ちコンクリート杭は、薬剤等に
より固定された地盤を支持層に達するまで掘削し、次い
で掘削孔内に鉄筋により形成された篭を挿入した後、コ
ンクリートを打設することにより形成され、これまで、
数多くの施工がなされている。この本杭は、地盤中の支
持層に根入れするように構築され、地上建造物を鉛直方
向に支持する基礎構造として用いられる。

【０００３】しかしながら、杭を用いた杭基礎は、地盤
の性状が悪いほど地震に対する抵抗力が弱くなる傾向に
あり、特に埋め立て地等、地盤条件の悪い我が国におい
ては耐震性能を向上させるための対策として、これま
で、上述した本杭の杭頭部を補強する試みがなされてい
る。

【０００４】図５には、耐震性能を向上させるための対
策が施された従来の本杭を示す。図５（ａ）は、本杭４
０の耐震性を向上させるべく、本杭４０の杭頭部４１の
径を大きく形成した拡頭杭を示す。また、図５（ｂ）
は、本杭４０の杭頭部４１を本杭４０を鋼管で被覆して
互いに付着させた構成とすることにより、特に杭頭部４
１における曲げ剛性を向上させたＳＣ杭を示す。

【０００５】図５に示す従来の本杭の耐震補強は、上部
構造からの慣性力により生じる杭頭応力に対してはきわ
めて有効ではあるが、地震等により地盤が強制的に変形
された場合に、本杭の地中部に生じる応力に対しては充
分な対策ではない。図６は、軟質地盤２と、軟質地盤２
に挟まれた硬質地盤３から構成された地盤１に対して地
震により力が加えられた場合に、地表面Ｇ．Ｌから支持
層４までの間において発生する地盤変形の一次モードの
大きさを、縦軸を地表面Ｇ．Ｌからの深さとし、横軸を
地盤変形の一次モードの大きさとして示した図である。

【０００６】図６に示されるように、地盤変形の一次モ
ードは、支持層４において最も小さく、順次地表面Ｇ．
Ｌに向かって大きくなり、硬質地盤３の下側境界から硬
質地盤３の上側境界では硬質地盤３により拘束されて大
きな変形は示さず、最上部の軟弱地盤２といったより浅
い部分においては、地震により加えられる応力の増加に
つれて著しく大きくなる。このように地盤１が軟弱地盤
２により挟まれた硬質地盤３として形成されている場合
に、地盤１中に形成された本杭４０が地震により破壊さ
れる部分を示したのが図７である。

【０００７】図７に示されるように、本杭４０は、軟質
地盤２が地震により大きく変形することによる応力を受
けると同時に、硬質地盤３において拘束されるため、大
きな曲げ応力及び剪断応力が加えられ、本杭４０は、矢
線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示すように、図７に示した硬質地盤
３の上側境界及び下側境界といった軟弱地盤２との境界
部で破壊されることになる。

【０００８】図７に示したように地中において本杭４０
が破壊されてしまうと、上部建造物の支持が充分にでき
なくなり、上部建造物の傾斜や倒壊といった問題が生じ
ることになる。また、このための対策として全長にわた
り本杭４０の径を拡張することも可能であるが、本杭４
０の全長にわたり断面径を拡張するのは、施工コストと
いった点で不都合がある。

【０００９】地中部における本杭の耐震補強を行うため
の試みとしては、これまで特開平１０−１４０７０８号
公報に開示の構造が知られている。特開平１０−１４０
７０８号公報においては、軟弱粘性土層や、緩い砂層と
いった軟弱地盤に対応した位置にセグメント化された複
数の鋼管を本杭の軸方向に配置させて、軟弱地盤部分を
補強することによる本杭の耐震補強方法が提案されてい
る。

【００１０】特開平１０−１４０７０８号に開示の本杭
の耐震補強構造は、軟弱地盤がそれよりも硬質の地盤に
より挟まれて地中部に形成されている。このため、軟質
地盤を挟んだ上下の硬質地盤における地盤変形は、主と
して上下の硬質地盤が相互に軟弱地盤を介して相互に滑
ることにより生じる剪断応力を生じさせる。したがっ
て、特開平１０−１４０７０８号公報におけるセグメン
ト化された鋼管は、軟質地盤の液状化を防止させること
により本杭に加えられる剪断応力を減少させることを目
的とするものであり、軟弱地盤の部分に複数の短尺の鋼
管を外嵌させることにより充分な耐震補強が可能とされ
ている。

【００１１】しかしながら、軟弱地盤が図６に示すよう
に地表側に向かって存在する場合には、軟弱地盤２は、
より大きく変形して、本杭４０に対して大きな曲げ応力
を加え、さらに本杭４０は、硬質地盤３により拘束され
ることになるので、その変形が比較的小さくなる硬質地
盤３に対応する部分には、剪断力に加えて、上部構造物
から大きな曲げ応力が加えられる。このため、特開平１
０−１０４７０８号に開示されているように層間の剪断
力を低減させることによる本杭４０の補強ばかりではな
く、特に硬質地盤と軟質地盤の境界部に加えられる大き
な曲げ応力に対して、本杭４０を保護することが必要と
される。

【００１２】したがって、これまで地中において加えら
れる大きな剪断応力及び曲げ応力に対して補強すること
により耐震性をより向上させた地中耐震補強杭及び基礎
耐震構造が必要とされている。

【００１３】さらには、本杭による地盤の液状化対策を
より確実に行うことを可能とする地中耐震補強杭及び基
礎耐震構造が必要とされている。

【００１４】また、さらには本杭の全長にわたり径を拡
張させることなく、経済的に施工することができる地中
耐震補強杭及び基礎耐震構造が必要とされている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は、
地中における耐震性をより向上させ、本杭による地盤の
液状化対策をより確実に行うことを可能とすると共に、
本杭の全長にわたり径を拡張させることなく、経済的に
施工することができる地中耐震補強杭及び基礎耐震構造
を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、本
発明の地中耐震補強杭及び基礎耐震構造を提供すること
により達成される。

【００１７】すなわち、本発明の請求項１の発明によれ
ば、軟質地盤と、硬質地盤と、支持層とからなる地盤中
に構築される地中耐震補強杭において、上記地盤中に構
築され先端部が上記支持層にまで根入れされた本杭と、
上記硬質地盤に沿って軸方向に該硬質地盤と上記本杭と
の間に配置され上記硬質地盤の厚さよりも長尺の外管杭
とからなる地中耐震補強杭が提供される。

【００１８】本発明の請求項２の発明によれば、上記外
管杭と上記本杭の間には、クリアランスが形成されてい
ることを特徴とする地中耐震補強杭が提供される

【００１９】本発明の請求項３の発明によれば、上記外
管杭と上記本杭のクリアランスには、緩衝材が配置され
ていることを特徴とする地中耐震補強杭が提供される。

【００２０】本発明の請求項４の発明によれば、上記外
管杭は、上記本杭に外嵌されていることを特徴とする地
中耐震補強杭が提供される。

【００２１】本発明の請求項５の発明によれば、軟質地
盤と、硬質地盤と、支持層とからなる地盤中に構築さ
れ、先端部が上記支持層にまで根入れされた本杭と、上
記硬質地盤に沿って軸方向に該硬質地盤と上記本杭との
間に配置され上記硬質地盤の厚さよりも長尺の外管杭
と、上記本杭の天端に連結された基礎構造体とからなる
基礎耐震構造が提供される。

【００２２】本発明の請求項６の発明によれば、上記外
管杭と上記本杭の間には、クリアランスが形成されてい
ることを特徴とする基礎耐震構造が提供される。

【００２３】本発明の請求項７の発明によれば、上記外
管杭と上記本杭のクリアランスには、緩衝材が配置され
ていることを特徴とする基礎耐震構造が提供される。

【００２４】本発明の請求項８の発明によれば、上記外
管杭は、上記本杭に外嵌されていることを特徴とする基
礎耐震構造が提供される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面をもって詳細に
説明する。図１は、本発明の地中耐震補強杭５が地盤１
中に構築されたところを示した概略図である。本発明の
地中耐震補強杭１は、軟質地盤２と、軟質地盤２により
挟まれた硬質地盤３とから構成された地盤１中に構築さ
れている。軟質地盤２とは、軟質粘性土層等の軟弱な地
盤、又は緩い砂層といった大地震時に液状化を生じるこ
とが予想される地盤等のことをいい、硬質地盤とは、剪
断剛性が大きく上述のような液状化が生じることが少な
い地盤をいう。地中耐震補強杭５の地表面Ｇ．Ｌには、
フーチング、耐圧盤、地中梁といった基礎構造体６が構
築されて本発明の基礎耐震構造とされている。さらに、
基礎構造体６の上部には、図示しない上部建造物が構築
されることになる。

【００２６】本発明の地中耐震補強杭５は、本杭７と、
外管杭８とから構成されており、この外管杭８は、地中
の硬質地盤３に沿って軸方向に配置されており、長さが
硬質地盤３の厚さよりも長い長尺とされている。地中耐
震補強杭５の天端５ａは、基礎構造体６の下側に連結さ
れており、地中耐震補強杭５の下側端５ｂは、支持層４
へと根入れされていて、基礎構造体６及びその上部に構
築される図示しない上部構造物を鉛直方向に支持してい
る。

【００２７】本発明が適用される本杭７としては、現場
において造成される場所打ちコンクリート杭、工場にお
いて造成されるＰＣ杭及びＰＨＣ杭等の既製コンクリー
ト杭、及び鋼管杭等、これまで知られている杭について
適用することができる。外管杭８は、鋼管、コンクリー
トを場所打ちして構築したコンクリート管、又はプレキ
ャストコンクリート管といった管を用いることが可能で
ある。以下、本発明に用いる外管杭８は、鋼管により形
成されたものとして説明するが、コンクリート管、プレ
キャストコンクリート管についても同様の構成とするこ
とができる。また、外管杭８は、硬質地盤３の層厚より
も長く一体として形成された管とされており、本杭７を
地震による大きな剪断力に抗して保護するようにされて
いる。図１に示した地中耐震補強杭５においては、本杭
７と外管杭８との間にはクリアランス９が設けられてい
るのが示されている。このクリアランス９は、本杭７を
硬質地盤３に対応した位置における剛性及び靭性を向上
させることだけで耐震補強が充分に行われる場合には、
設けられなくとも良い。

【００２８】図２は、本発明の地中耐震補強杭及び基礎
耐震構造の別実施例を示した図である。図２に示される
本発明の地中耐震補強杭５は、本杭７と、外管杭８との
間にクリアランスが設けられておらず、直接本杭７と外
管杭８とが隣接して設けられているのが示されている。
本杭７と外管杭８とは、本杭７の所定位置にある溝部へ
と外管杭８を外嵌させることにより形成されている。こ
の本杭７と外管杭８との間は、互いに接合されて一体化
されていても良いし、単に嵌め合わされているだけとさ
れていても良い。また、本発明の基礎耐震構造は、上述
した地中耐震補強杭５上に図１で説明したようなフーチ
ング、耐圧盤、地中梁といった基礎構造体６が構築され
て構成されることになる。

【００２９】図３は、本発明の地中耐震補強杭５の本杭
７と外管杭８との重合部を詳細に示した断面図である。
図３（ａ）は、本発明の地中耐震補強杭５に対し外管杭
８を設置する際の第１の実施例を示した図であり、図３
（ｂ）は、本発明の地中耐震補強杭５に対し、外管杭８
を設置する際の第２の実施例を示した図である。図３
（ａ），図３（ｂ）に示される各実施例では、本発明の
地中耐震補強杭５を構成する本杭７と外管杭８との間に
は、上述したクリアランス９が設けられており、図３
（ａ）に示す実施例では、このクリアランス９は、空間
とされている。また、図３（ｂ）に示す実施例では、ク
リアランス９の間に本杭７と外管杭８とを連結又は接着
させると共に本杭７と外管杭８との間の剪断力を緩衝さ
せて、本杭７を保護するための緩衝材１０が配置されて
いるのが示されている。

【００３０】図３（ａ），図３（ｂ）に示されるよう
に、本杭７と外管杭８との間にクリアランス９を設ける
ことにより、本杭７と外管杭８との変位を独立させるこ
とができ、外管杭８が降伏変形した場合にでも支持杭と
なる本杭７へと衝突することを防止すると共に、外管杭
８を設置している部分において、本杭７へと地盤変形が
伝達されないため、本杭７に生じる急激な応力の変化を
防止でき、本杭７が健全に保たれるため、大地震発生の
際にも上部建造物の鉛直支持性能を保持させることが可
能となる。さらに、上述したクリアランス９に緩衝材１
０を介在させた場合には、本杭７と外管杭８との間の変
位の独自性を確保させつつ、本杭７と外管杭８とが地震
の際に互いに衝突して本杭７が損傷してしまう可能性を
よりいっそう低減させることができる。

【００３１】上述した緩衝材１０としては、ゴム、合成
樹脂類、外管杭８と本杭７との間に配設されるコイルバ
ネ、板バネといった種々の構成のバネ部材といった弾性
材又は弾性部材を挙げることができる。また、これら以
外のいかなる材料、構成の緩衝材１０であっても用いる
ことができる。この緩衝材１０は、本杭７と外管杭８と
の間に接着され、本杭７と外管杭８とを一体化させてい
ることが、本発明の地中耐震補強杭５に対して鉛直方向
への応力及び水平方向の応力に対する強度を付与するこ
とができる点から好ましい。上述した離間の幅は、強
度、施工性といった観点から適宜設定することができ
る。また、ゴム、合成樹脂類を外管杭８の内周１１に接
着するための接着材又は接着剤類としては、有機系接着
剤や、コンクリート、セメント、モルタル、グラウトと
いった無機系接着剤を適宜用いることが可能である。

【００３２】図４は、本発明の地中耐震補強杭５の外管
杭８の重合部の第３の実施例を示した図である。図４
（ａ）は、本発明の地中耐震補強杭５の第３の実施例の
縦断面図であり、図４（ｂ）は、切断線Ｅ−Ｅに沿った
横断面図である。図４に示した実施例では、外管杭８
は、本杭７の対応する部分の溝に外嵌されていて、本杭
７と外管杭８との間にはクリアランスは設けられていな
い。この場合には、上述した第１の実施例及び第２の実
施例のように本杭７と外管杭８との変位の独立性は期待
できないものの、地中耐震補強杭５の剪断応力や曲げ応
力が加えられる部分のみの剛性及び靭性を向上させるこ
とにより剪断応力及び曲げ応力に対する補強を行うこと
が可能である場合には、有効に用いることができる。

【００３３】以下、本発明の地中耐震補強杭５の構築法
について説明する。本発明の地中耐震補強杭５は、鉛直
支持力を分担する本杭７の周囲に地盤変形による応力を
分担する外管杭８を配置して構築される。地震時の杭の
被害は、主に地盤の剛性が急変する図６に示す軟質地盤
２と硬質地盤３の上側及び下側における層境界面付近
や、これ以外の液状化層と非液状化層等の層境界付近で
発生する。したがって、本発明の地中耐震補強杭５は、
まず地盤調査により地盤性状が変化する地点及び地盤１
の液状化が予想される層と非液状化層との境界面を確認
した後、その箇所に所望する長さの外管杭８が本杭７を
取り囲むように、外管杭８と本杭７とを配置及び構築す
ることにより構築することができる。この際、本杭７の
構築法としては、従来知られているいかなる工法を用い
て構築することが可能である。

【００３４】また、外管杭８の配置方法についても、適
切な長さにわたって本杭７を取り囲むことができれば、
いかなる方法によっても配置することができる。また、
外管杭８と本杭７との間に空間を設ける場合には、適当
な土留め部材等を外管杭８と本杭７との間に配置させる
ことができる。さらに、外管杭８と本杭７との間にゴム
又は合成樹脂等を充填する場合には、予め外管杭８の内
周１１に所定厚さのゴム又は合成樹脂を接着材又は接着
剤等により接着させておくこともできるし、硬化性の合
成樹脂を流し込んで硬化させることもできる。上述の本
杭７と外管杭８とは、施工性等に不都合が生じない限り
いずれが先に構築されても良い。また、本杭７と緩衝材
１０の間についても適宜接着材又は接着剤により接着さ
せることができる。

【００３５】さらに本発明においては、上述したように
構築した地中耐震補強杭５の天端５ａにフーチング、耐
圧盤、地中梁といった基礎構造体６を構築することによ
り上部構造体を支持するための基礎耐震構造が構築され
る。上述した基礎構造体６の構築方法についても従来知
られているいかなる工法を用いることができる。

【００３６】これまで、本発明を図面に示された実施例
をもって詳細に説明してきたが、本発明においては、本
杭の構成、寸法、形状、材料、クリアランスの幅、施工
手順について、本発明の効果が得られる限り、いかなる
ものでも用いることができることはいうまでもないこと
である。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、地中における耐震性を
より向上させ、本杭による地盤の液状化対策をより確実
に行うことを可能とすると共に、本杭の全長にわたり径
を拡張させることなく、経済的に施工することができる
地中耐震補強杭及び基礎耐震構造を提供することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地中耐震補強杭及び基礎耐震構造の実
施例の概略図。

【図２】本発明の地中耐震補強杭及び基礎耐震構造の別
の実施例の概略図。

【図３】本発明の地中耐震補強杭の実施例の詳細図

【図４】本発明の地中耐震補強杭の別の実施例の詳細
図。

【図５】従来の杭頭部補強杭を示した図。

【図６】軟質地盤と硬質地盤とにより生じる地盤変形を
示した図。

【図７】従来の杭の地中における破壊状況を示した図。

【符号の説明】

１…地盤 ２…軟質地盤 ３…硬質地盤 ４…支持層 ５…地中耐震補強杭 ５ａ…天端 ５ｂ…下側端 ６…基礎構造体 ７…本杭 ８…外管杭 ９…クリアランス １０…緩衝材 １１…外管杭内周 Ｇ．Ｌ…地表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｅ０２Ｄ 27/34 Ｅ０２Ｄ 27/34 Ａ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軟質地盤と、硬質地盤と、支持層とから
   なる地盤中に構築される地中耐震補強杭において、前記
   地盤中に構築され先端部が前記支持層にまで根入れされ
   た本杭と、前記硬質地盤に沿って軸方向に該硬質地盤と
   前記本杭との間に配置され前記硬質地盤の厚さよりも長
   尺の外管杭とからなる地中耐震補強杭。
2. 【請求項２】 前記外管杭と前記本杭の間には、クリア
   ランスが形成されていることを特徴とする請求項１に記
   載の地中耐震補強杭。
3. 【請求項３】 前記外管杭と前記本杭のクリアランスに
   は、緩衝材が配置されていることを特徴とする請求項１
   に記載の地中耐震補強杭。
4. 【請求項４】 前記外管杭は、前記本杭に外嵌されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の地中耐震補強杭。
5. 【請求項５】 軟質地盤と、硬質地盤と、支持層とから
   なる地盤中に構築され、先端部が前記支持層にまで根入
   れされた本杭と、前記硬質地盤に沿って軸方向に該硬質
   地盤と前記本杭との間に配置され前記硬質地盤の厚さよ
   りも長尺の外管杭と、前記本杭の天端に連結された基礎
   構造体とからなる基礎耐震構造。
6. 【請求項６】 前記外管杭と前記本杭の間には、クリア
   ランスが形成されていることを特徴とする請求項５に記
   載の基礎耐震構造。
7. 【請求項７】 前記外管杭と前記本杭のクリアランスに
   は、緩衝材が配置されていることを特徴とする請求項５
   に記載の基礎耐震構造。
8. 【請求項８】 前記外管杭は、前記本杭に外嵌されてい
   ることを特徴とする請求項５に記載の基礎耐震構造。