JP2003278169A - 地盤の地耐力補強構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地盤の地耐力補強において、施工の合理化、
補強の信頼性の確保及び安全性の向上を図る。 【解決手段】 フーチング基礎、ケーソン、又は深礎杭
等、深礎構造体１の下側地盤Ｇに削孔されたボーリング
孔Ｇｈに、口径杭２が打設されている。口径杭２は、深
礎構造体１の底部１１に埋設された支圧板２１と、上端
を支圧板２１に支承されボーリング孔Ｇｈ内を延びる鋼
管２２と、その内周に挿通され下端がボーリング孔Ｇｈ
の下部に達する金属芯材２３と、鋼管２２の下部からボ
ーリング孔Ｇｈの下部にかけて充填されたセメント、グ
ラウト又はモルタル等の固結材２４からなる。支圧板２
１による杭頭定着部２ａからの深礎構造体１の荷重を、
固結材２４による杭下部定着部２ｃにおいて地盤Ｇへ分
散して伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造体の荷重に対
する地盤の地耐力を補強するための技術に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図１０〜図１２は、それぞれ深礎構造体
を支持対象とする、従来の技術による地盤の地耐力補強
構造を示すものである。なお、これらの図において、参
照符号１０１は地下深いところに存在する比較的堅固な
支持地盤、１０２は支持地盤１０１上にあって地下水に
飽和された沖積層等からなる軟弱地盤、１０３はケーソ
ンあるいはフーチング基礎等の深礎構造体である。

【０００３】まず図１０は、深礎延長によって地耐力を
確保するための方法を示す縦断面図である。この方法
は、深礎構造体１３の底面地盤を掘り下げて、軟弱地盤
１０２から支持地盤１０１内に達する深礎１０４を構築
するものである。しかしながら、この方法によれば、掘
削深度が深くなるので、下部工の設計照査が必要であ
り、しかも、堅固な土留めを構築して、施工の安全性に
留意する必要がある。また、支持地盤１０１が吸水によ
るスレーキングが生じやすいような地質である場合で
は、スレーキングによる支持地盤１０１の劣化防止対策
も必要である。

【０００４】次に図１１は、グラウト注入による地耐力
補強方法を示す縦断面図である。この方法においては、
深礎杭１０５による地耐力補強対象領域の地盤１０２ａ
を、超微粒子セメント（グラウト）の注入により改良す
るもので、深礎杭１０５の形状の変更や、図１０のよう
な及び深礎延長等を行わないため、上下部工の設計照査
が不要であり、また、新たな掘削が生じないという利点
がある。しかしながら、グラウトの注入量及び改良強度
を決定するためには、予め試験注入を行う必要があり、
支持力を確保できる深度までグラウトの注入を行う必要
がある。しかも、グラウトの注入による地盤改良効果が
試験施工での載荷試験からしか確認できないため、地耐
力補強の確実性の点で問題がある。

【０００５】図１２は、鉄筋補強工（ＧＲＦ工法）によ
る地耐力補強方法を示すもので、（Ａ）は縦断面図、
（Ｂ）は平面図である。この方法は、深礎構造体１３の
側面部に、放射状に延びる多数の鉄筋補強材１０６を設
置し、補強材１０６の剪断抵抗力によって、深礎構造体
１３に作用する荷重及び深礎構造体１３の自重を懸垂状
に支持するものである。この方法によれば、上述のグラ
ウト注入による方法と同様、深礎構造体１３の形状変更
及び延長がないため、上下部工の設計照査が不要であ
り、また、新たな掘削を生じないという利点がある。し
かしながら、設計法が確立されておらず、しかも、補強
材１０６の曲げ方向の変形量が大きくなるおそれがあ
り、経済性及び信頼性に欠けるといった問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、地
盤の地耐力補強において、施工の合理化、補強の信頼性
の確保及び安全性の向上を図ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来の技術的課題を有効
に解決するための手段として、請求項１の発明に係る地
盤の地耐力補強構造は、構造体の下側地盤に削孔された
所要数のボーリング孔内にそれぞれ補強杭が打設され、
この補強杭は、前記構造体に定着される杭頭定着部と、
この杭頭定着部から下方へ延び前記ボーリング孔と非定
着の非定着部と、この非定着部の下側に形成され前記ボ
ーリング孔と定着される杭下部定着部とからなる。すな
わち、前記杭頭定着部は、構造体の荷重を受けてこれを
支持する機能を有し、前記杭下部定着部は、ボーリング
孔の内面に定着されることによって軸荷重を地盤に伝達
する。

【０００８】請求項２の発明に係る地盤の地耐力補強構
造は、請求項１に記載の構成において、構造体がフーチ
ング基礎、ケーソン、又は深礎杭等、深礎構造体であ
る。すなわち、フーチング基礎、ケーソン、又は深礎杭
等の深礎構造体に対する地盤の支持力を有効に高める手
段として実施される。

【０００９】請求項３の発明に係る地盤の地耐力補強構
造は、請求項１又は２に記載の構成において、杭頭定着
部又は非定着部に、弾性体又は弾性体と塑性変形体の積
層体を装着する。弾性体又は弾性体と塑性変形体の積層
体は、その変形特性によって補強杭と地盤の荷重分担の
偏りを吸収し、均等に荷重分担させる作用を有する。

【００１０】請求項４の発明に係る地盤の地耐力補強構
造は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、
補強杭が非鉛直に打設された斜杭を含むものである。こ
のため、補強領域の拡大あるいは補強効率の向上が図ら
れる。

【００１１】請求項５の発明に係る地盤の地耐力補強構
造は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成において、
補強杭が、構造体の底部に埋設された支圧板と、上端を
前記支圧板に支承されボーリング孔内を延びる鋼管と、
この鋼管の内周に挿通され下端が前記ボーリング孔の下
部に達する金属芯材と、前記鋼管の内周から前記ボーリ
ング孔の下部に充填された固結材からなり、杭頭定着部
が前記支圧板からなり、非定着部が前記鋼管からなり、
杭下部定着部が前記固結材からなる。このため、ボーリ
ング孔の削孔、ボーリング孔内の鋼管への金属芯材挿
入、及び固結材の注入といった工法によって、補強杭を
容易に施工することができる。

【００１２】請求項６の発明に係る地盤の地耐力補強構
造は、請求項４に記載の構成において、鋼管が、下端に
掘削ビットを有する削孔ケーシングからなる。すなわ
ち、ボーリング孔の削孔に用いた削孔ケーシングを、そ
のまま補強杭の要素として転用したものである。

【００１３】請求項７の発明に係る地盤の地耐力補強構
造は、請求項４に記載の構成において、固結材が、セメ
ント、グラウト又はモルタル等の無機材から選択され
る。このため、補強杭から地盤への荷重伝達機能を確実
に得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る地盤の地耐
力補強構造の好ましい第一の実施の形態を示す縦断面斜
視図である。この図１において、参照符号Ｇは岩盤等か
らなる補強地盤、参照符号１はフーチング基礎あるいは
ケーソン等の深礎構造体、参照符号２は深礎構造体１の
底部１１から地盤Ｇに鉛直下方へ延びる補強杭としての
口径杭を示している。

【００１５】口径杭２は、鉄筋コンクリートで構築され
た深礎構造体１の底部１１に埋設された支圧板２１と、
地盤Ｇに鉛直方向に削孔されたボーリング孔Ｇｈにその
下部近傍まで挿入され、上端（杭頭）が深礎構造体１の
底部１１に埋設されると共に支圧板２１の下面に支承さ
れた鋼管２２と、この鋼管２２の内周に挿通され下端部
が鋼管２２の下端から突出してボーリング孔Ｇｈの下部
に達する異形鉄筋あるいは鋼材等からなる金属芯材２３
と、鋼管２２の内周及びボーリング孔Ｇｈの下部に充填
され上端が鋼管２２の下部外周に回り込んだ状態にある
固結材２４とで構成される。固結材２４は、セメントミ
ルク、グラウトあるいはモルタル等の無機材が固化した
ものである。

【００１６】鋼管２２は、地盤Ｇを削孔してボーリング
孔Ｇｈを形成する削孔手段として用いられたものであっ
て、鋼管継手２５を介して軸方向に複数連結され、下端
には掘削ビット２６が残存している。

【００１７】本形態の口径杭２によれば、鋼管２２の上
端部及び支圧板２１は、杭頭定着部２ａを構成してお
り、この杭頭定着部２ａは、深礎構造体１の底部１１か
らの構造体の荷重を受け、これを支持する機能を有す
る。また、鋼管２２の上端部及び下端部を除く外周面
は、ボーリング孔Ｇｈの内周面とは定着しておらず、非
定着部２ｂとなっている。そして、固結材２４は、ボー
リング孔Ｇｈの内周面すなわち地盤Ｇの掘削面に定着さ
れることによって、杭下部定着部２ｃを構成しており、
この杭下部定着部２ｃは、杭頭定着部２ａから非定着部
２ｂを介して作用する軸荷重を、地盤Ｇの掘削面との摩
擦により支持する機能、及び全長にわたって地盤Ｇに伝
達する機能を有する。

【００１８】したがって、本形態の口径杭２を所定の間
隔で打設することによって、地盤Ｇの地耐力が著しく補
強され、補強の信頼性が高いので、地盤Ｇへのセメント
等の注入による改良や、下層支持地盤まで深掘りするこ
となく、深礎構造体１の底部１１からの荷重を確実に支
持することができる。

【００１９】図２は、本発明に係る地耐力補強構造の好
ましい他の実施の形態を示す縦断面斜視図である。この
図２において、上述した第一の実施の形態と異なる点
は、杭頭定着部２ａに、ばね、ゴム、又は鉛とゴムの積
層構造体等からなる変形同調体２７を装着したことにあ
る。この変形同調体２７は、支圧板２１と鋼管２２の上
端部との間に介在する。その他の構成は、図１と同様で
ある。

【００２０】図２に示される形態の口径杭２によれば、
変形同調体２７は、ばね、あるいはゴム等の弾性特性
や、鉛の塑性変形特性によって、地盤Ｇと口径杭２の鉛
直変形を同等とすることができる。これを詳しく説明す
ると、地盤Ｇと口径杭２は、変形係数が異なるため、同
一面で上載荷重を受ける場合、地盤Ｇが荷重を受け持つ
比率が小さく、口径杭２の荷重分担が大きくなる。そこ
で、口径杭２の鉛直変形度合を調整し、地盤Ｇと均等に
荷重を分担させるために、変形同調体２７が設けられた
ものである。

【００２１】図３〜図６は、口径杭２の施工状況を工程
順に示す縦断面斜視図で、参照符号Ｇａは、図１及び図
２に示されるフーチング基礎あるいはケーソン等の深礎
構造体１の底部１１が施工される根切底面であり、すな
わち予め、岩盤等からなる地盤Ｇが、前記深礎構造体１
の構築に必要な深さに根切掘削される。

【００２２】図１に示される第一の実施の形態による口
径杭２の施工においては、まず図３に示されるように、
根切底面Ｇａから、ケーシング掘りによって、地盤Ｇに
ボーリング孔Ｇｈを削孔する。このケーシング掘りにお
いては、下端に掘削ビット２６を有する鋼管２２をケー
シングとして用い、削孔深さが深くなるのにしたがっ
て、鋼管継手２５を介して鋼管２２を順次継ぎ足して延
長して行く。

【００２３】所定深さのボーリング孔Ｇｈの削孔が完了
したら、図４に示されるように、根切底面Ｇａ上に突出
した鋼管２２の上端開口２２ａから、異形鉄筋あるいは
鋼材等からなる金属芯材２３をその下端がボーリング孔
Ｇｈの底部に到達するまで挿入する。

【００２４】更に、鋼管２２の上端開口２２ａから、セ
メントミルク、グラウトあるいはモルタル等の無機材か
らなる固結材２４を注入し、これに合わせて、鋼管２２
を適当な高さまで引き上げる。そしてボーリング孔Ｇｈ
の下部へ注入されて行く固結材２４が、鋼管２２の下部
外周へ廻り込むまで十分に充填されたら、根切底面Ｇａ
上に突出した余分な鋼管２２を取り外す。

【００２５】固結材２４は、経時的に固化することによ
って、所要の機械的強度を発生すると共に、鋼管２２及
び金属芯材２３と一体化され、ボーリング孔Ｇｈの下部
掘削面と定着される。なお、ことにより、鋼管２２の下
側でペデスタル状に拡散させるようにしても良い。

【００２６】次に、図５に示されるように、根切底面Ｇ
ａ上に突出したこの鋼管２２の上端に、鋼鈑等からなる
支圧板２１を取り付ける。支圧板２１は、鋼管２２の断
面積よりも十分に広い面積を持つものであって、その中
央には、金属芯材２３を挿通可能な小孔２１ａが開設さ
れている。支圧板２１の取り付けが完了したら、根切底
面Ｇａ上に、コンクリートの打設によって図１に示され
る深礎構造体１を構築する。これによって、支圧板２１
及び鋼管２２の上端部が、深礎構造体１の底部１１に埋
設され、施工を完了する。

【００２７】したがって、この地耐力補強構造は、根切
底面Ｇａから、ボーリング孔Ｇｈの削孔、ボーリング孔
Ｇｈ内の鋼管２２への金属芯材２３の挿入、及び固結材
２４の注入といった手順で、所要数の口径杭２を打設す
ることによって、容易に施工することができる。しか
も、口径杭２を構成する鋼管２２は、下端に掘削ビット
２６を設けてボーリング孔Ｇｈの削孔に用いたものをそ
のまま残したものであるため、削孔後に新たに鋼管を挿
入するといった作業は不要であり、この点でも、施工を
著しく容易にすることができる。

【００２８】図６は、図２に示される形態の口径杭２の
施工において、変形同調体２７の装着状況を示す縦断面
斜視図である。すなわち、この口径杭２の施工において
は、先に説明した図３及び図４のように、まず下端に掘
削ビット２６を有する鋼管２２を用いてケーシング掘り
によりボーリング孔Ｇｈを削孔し、削孔後、鋼管２２か
ら、金属芯材２３をその下端がボーリング孔Ｇｈの底部
に到達するまで挿入し、更に固結材２４を注入し、これ
に合わせて、鋼管２２を適当な高さまで引き上げ、固結
材２４が鋼管２２の下部外周へ廻り込むまで十分に充填
されたら、根切底面Ｇａ上に突出した余分な鋼管２２を
取り外す。なお、この場合も、固結材２４は、必要に応
じて加圧注入を行う。

【００２９】そして、次に図６に示されるように、根切
底面Ｇａ上に突出したこの鋼管２２の上端に、ばね、ゴ
ム、又は鉛とゴムの積層構造体等からなる変形同調体２
７を装着し、その上に、鋼鈑等からなる支圧板２１を取
り付ける。支圧板２１の取り付けが完了したら、支圧板
２１及び変形同調体２７を埋設するように、図２に示さ
れる深礎構造体１の底部１１となるコンクリートを、根
切底面Ｇａ上に打設し、施工を完了する。

【００３０】なお、図２においては、変形同調体２７を
口径杭２における杭頭定着部２ａに設けたが、非定着部
２ｂに設けても良い。この場合、変形同調体２７は例え
ば鋼管２２の継手部分に介在させる。

【００３１】上述した図１〜図６においては、口径杭２
を鉛直に打設するものとして説明したが、地耐力補強地
盤を構築する杭には、その打設角度によって、直杭と斜
杭がある。図７〜図９は、このような直杭又は斜杭の配
置例を概略的に示すもので、各図における（Ａ）は縦断
面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面図であ
る。

【００３２】まず図７は、全ての口径杭２を直杭２Ａと
して打設した場合の配置例である。すなわちこの配置例
では、全ての口径杭２が、フーチング基礎又はケーソン
等の深礎構造体１の底部１１から、その下の地盤Ｇへ鉛
直に延びている。

【００３３】次に図８は、外周側の口径杭２を斜杭２
Ｂ、この斜杭２Ｂに包囲された領域の口径杭２を直杭２
Ａとして打設した場合の配置例である。すなわちこの配
置例では、最も外周側の口径杭２が、下端がフーチング
基礎又はケーソン等の深礎構造体１を鉛直方向に投影し
た領域よりも外側へ延びるように傾斜して打設され、そ
れ以外の口径杭２は鉛直に延びている。したがって、地
盤Ｇにおける地耐力補強領域Ｇ’が、図中に破線で示さ
れるように、深礎構造体１を鉛直方向に投影した領域よ
りも外側へ拡大されるという利点がある。

【００３４】次に図９は、全ての口径杭２を斜杭２Ｂの
組み杭として打設した場合の配置例である。すなわちこ
の配置例では、複数の口径杭２を一組として、下端が互
いに開くように傾斜して打設されている。したがって、
地盤Ｇにおける地耐力補強領域Ｇ’が、図中に破線で示
されるように、深礎構造体１を鉛直方向に投影した領域
よりも外側へ拡大されるばかりでなく、一種の筋交的な
作用によって効率良く地耐力が補強されるため、図７及
び図８の配置例に比較して、口径杭２の打設数を削減す
ることができるという利点がある。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の発明に係る地盤の地耐力補強
構造によれば、構造体の下側地盤に削孔された所要数の
ボーリング孔内に打設された補強杭が、杭頭定着部か
ら、地盤との非定着部を介して下部定着部から地盤へ、
構造体の荷重を分散して伝達するため、補強杭の打設長
さ及び打設数によって、適切な地耐力の補強を行うこと
ができ、構造体の荷重に対する支持の信頼性を向上させ
ることができ、従来の深礎延長による方法と異なり、施
工の安全性を向上させることができる。

【００３６】請求項２の発明に係る地盤の地耐力補強構
造によれば、請求項１の発明による効果によって、フー
チング基礎、ケーソン、又は深礎杭等の深礎構造体に対
する地盤の支持力を有効に高めることができる。

【００３７】請求項３の発明に係る地盤の地耐力補強構
造によれば、請求項１又は２の発明による効果に加え、
弾性体又は弾性体と塑性変形体の積層体によって、補強
杭と地盤の荷重分担が均一化されるので、補強杭自体の
耐久性を高めるといった効果が実現される。

【００３８】請求項４の発明に係る地盤の地耐力補強構
造によれば、補強杭が非鉛直に打設された斜杭を含むこ
とによって、補強領域の拡大あるいは補強効率の向上が
図られるため、請求項１〜３のいずれかの発明による効
果に加え、構造体の荷重に対する支持の信頼性が一層向
上するといった効果が実現される。

【００３９】請求項５の発明に係る地盤の地耐力補強構
造によれば、請求項１〜４のいずれかの発明による効果
に加え、ボーリング孔の削孔、ボーリング孔内の鋼管へ
の金属芯材挿入、及び固結材の注入といった工法によっ
て、補強杭を容易に施工することができるといった効果
が実現される。

【００４０】請求項６の発明に係る地盤の地耐力補強構
造によれば、ボーリング孔の削孔に用いた削孔ケーシン
グを、そのまま補強杭の鋼管として転用したものである
ため、請求項４の発明による効果に加え、ボーリング孔
から削孔ケーシングを抜き取って鋼管を挿入するといっ
た煩雑さがなく、補強杭の施工が一層容易になるといっ
た効果が実現される。

【００４１】請求項７の発明に係る地盤の地耐力補強構
造によれば、固結材が、セメント、グラウト又はモルタ
ル等の無機材からなるため、請求項４の発明による効果
に加え、補強杭から地盤への荷重伝達機能を確実に得る
といった効果が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地盤の地耐力補強構造における第
一の実施の形態を示す縦断面斜視図である。

【図２】本発明に係る地盤の地耐力補強構造における他
の実施の形態を示す縦断面斜視図である。

【図３】図１の口径杭の施工において、地盤のボーリン
グ状況を示す縦断面斜視図である。

【図４】図１の口径杭の施工において、金属芯材の挿入
及び固結材の注入状況を示す縦断面斜視図である。

【図５】図１の口径杭の施工において、杭頭への支圧板
装着状況を示す縦断面斜視図である。

【図６】図２の口径杭の施工において、杭頭への変形同
調体の装着状況を示す縦断面斜視図である。

【図７】本発明に係る地盤の地耐力補強構造において、
全ての口径杭を直杭として打設した場合の配置例を示す
もので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ
−Ｂ’線断面図である。

【図８】本発明に係る地盤の地耐力補強構造において、
外周側の口径杭を斜杭、その内側の口径杭を直杭として
打設した場合の配置例を示すもので、（Ａ）は縦断面
図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面図である。

【図９】本発明に係る地盤の地耐力補強構造において、
全ての口径杭を斜杭の組み杭として打設した場合の配置
例を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）に
おけるＢ−Ｂ’線断面図である。

【図１０】従来の技術として、深礎延長によって地耐力
を確保するための方法を示す縦断面図である。

【図１１】従来の技術として、グラウトの注入による地
耐力補強方法を示す縦断面図である。

【図１２】従来の技術として、鉄筋補強工による地耐力
補強方法を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平
面図である。

【符号の説明】

１ 深礎構造体 １１ 底部 ２ 口径杭（補強杭） ２ａ 杭頭定着部 ２ｂ 非定着部 ２ｃ 杭下部定着部 ２１ 支圧板 ２２ 鋼管 ２３ 金属芯材 ２４ 固結材 ２５ 鋼管継手 ２６ 掘削ビット ２７ 変形同調体 Ｇ 地盤 Ｇａ 根切底面 Ｇｈ ボーリング孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 悦郎 東京都渋谷区千駄ヶ谷四丁目６番15号 株 式会社フジタ内 (72)発明者 畑野 俊久 東京都渋谷区千駄ヶ谷四丁目６番15号 株 式会社フジタ内 Ｆターム(参考） 2D041 AA01 BA20 DA01 EB09 FA15 GA01 GC12 2D046 CA01 CA03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造体の下側地盤に削孔された所要数の
   ボーリング孔内にそれぞれ補強杭が打設され、この補強
   杭は、前記構造体に定着される杭頭定着部と、この杭頭
   定着部から下方へ延び前記ボーリング孔と非定着の非定
   着部と、この非定着部の下側に形成され前記ボーリング
   孔と定着される杭下部定着部とからなることを特徴とす
   る地盤の地耐力補強構造。
2. 【請求項２】 構造体がフーチング基礎、ケーソン、又
   は深礎杭等、深礎構造体であることを特徴とする請求項
   １に記載の地盤の地耐力補強構造。
3. 【請求項３】 杭頭定着部又は非定着部に、弾性体又は
   弾性体と塑性変形体の積層体を装着したことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の地盤の地耐力補強構造。
4. 【請求項４】 補強杭が、非鉛直に打設された斜杭を含
   むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の地
   盤の地耐力補強構造。
5. 【請求項５】 補強杭が、構造体の底部に埋設された支
   圧板と、上端を前記支圧板に支承されボーリング孔内を
   延びる鋼管と、この鋼管の内周に挿通され下端が前記ボ
   ーリング孔の下部に達する金属芯材と、前記鋼管の内周
   から前記ボーリング孔の下部に充填された固結材からな
   り、杭頭定着部が前記支圧板からなり、非定着部が前記
   鋼管からなり、杭下部定着部が前記固結材からなること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地盤の地
   耐力補強構造。
6. 【請求項６】 鋼管が、下端に掘削ビットを有する削孔
   ケーシングからなることを特徴とする請求項４に記載の
   地盤の地耐力補強構造。
7. 【請求項７】 固結材が、セメント、グラウト又はモル
   タル等の無機材から選択されることを特徴とする請求項
   ４に記載の地盤の地耐力補強構造。