JP2006265999A - Basic structure of independent pile without basic beam - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建物などの構造物の独立杭基礎構造に関するものである。 The present invention relates to an independent pile foundation structure for a structure such as a building.
従来、建物の独立杭基礎工法は、図11の平面図、図12の立面図に示すように、打設された杭1の頭部にコンクリートのフーチング2を設け、隣接するフーチング同士を基礎梁3で連結して一体化することにより、フーチング2に据え付けられた柱脚部4から伝達される軸力、曲げモーメント及びせん断力に抵抗するようにしたものであった。
Conventionally, as shown in the plan view of FIG. 11 and the elevation view of FIG. 12, the independent pile foundation method for a building is provided with a
しかし、図13に示すように、鉄道駅のプラットホームなどの既存施設Aを避けてその上部に上屋5を増築する場合のように、柱6を立てても既存施設Aに阻害されて基礎梁を設けられないことがあった。このような場合、例えば、太い現場造成コンクリート杭7に柱6の下端部6aを直接埋設して一体架構とすることにより、柱6から伝達される応力に抵抗するようにした工法が開発されていた。
However, as shown in FIG. 13, even when the
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、特許文献1、2がある。特許文献1の発明は、鉄骨梁を用いた鉄骨柱の半固定直接基礎および杭基礎構造に関するものである。特許文献2の発明は、鉄骨柱と基礎杭とを支持金物等を介して結合する上部構造物と基礎杭との結合構造に関するものである。
しかし、前述のような杭を現場造成する工法や埋設工法では、掘削する残土処理が必要であり、また施工設備が大掛かりになるので、狭隘な場所での施工が多い鉄道駅のプラットホームなどの既存施設における上屋増築工事では、環境面やコスト及び労力の面で問題があった。 However, the construction method and burial method for constructing the above-mentioned piles require processing of the remaining soil to be excavated, and the construction equipment becomes large, so existing platforms such as railway station platforms that are often constructed in confined spaces There was a problem in terms of environment, cost, and labor in the extension work of the shed at the facility.
本発明は、例えば、鉄道駅のプラットホームなどの既設施設を避けてその上部に上屋を増築する場合に適用され、複数の杭頭を連結梁で連結することで基礎梁を不要とする杭頭連結基礎工法において、複数の杭の芯ずれを吸収しつつ杭頭と連結梁を強固に連結できる基礎梁のない独立杭基礎構造を提供することにある。 The present invention is applied to, for example, an extension of a shed on an upper part of an existing facility such as a railway station platform, and a pile head that eliminates the need for a foundation beam by connecting a plurality of pile heads with connecting beams. In the connection foundation method, it is providing the independent pile foundation structure without the foundation beam which can connect a pile head and a connection beam firmly, absorbing the misalignment of a some pile.
本発明の請求項1に係る発明は、打設された複数の杭の杭頭を連結梁で連結してなる基礎梁のない独立杭基礎構造であり、杭頭に設けられた天端板の上に、連結ボルトが空隙をおいて挿通される貫通孔を有する連結梁の先端部が設置され、前記貫通孔に挿通された連結ボルトで前記天端板と貫通孔の上部開口を塞ぐ塞ぎ板とを緊結することにより連結梁の先端部が挟持され、前記貫通孔内の連結ボルト周囲の空隙には充填材が充填されていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造である。
The invention according to
本発明は、例えば、鉄道駅のプラットホームなどの既設施設を避けてその上部に上屋を増築する場合に有効に適用される、複数の杭頭を連結梁で連結することで基礎梁を不要とする杭頭連結基礎工法において、例えば、図1〜図3に示すように、複数の杭の芯ずれを吸収しつつ杭頭と連結梁を強固に連結できるようにしたものである。連結梁の先端部の貫通孔の内径は連結ボルトの外径よりも十分に大きくされているため、杭芯がずれていても連結ボルトを貫通孔に通すことができる。また、貫通孔の上下に位置する天端板と塞ぎ板とで連結梁の先端部を挟み、連結ボルト・ナットで緊締し、貫通孔の空隙には充填材を充填することで、強固な接合構造が得られる。天端板付きの鋼管等からなる鋼製キャップを杭頭に溶接で取り付けてもよいし、天端板を直接杭頭に溶接で取付けてもよい。 The present invention is effectively applied when, for example, an existing facility such as a platform of a railway station is avoided and a shed is added to the upper part thereof, and a plurality of pile heads are connected by connecting beams, thereby eliminating the need for a foundation beam. In the pile head connection foundation construction method to perform, for example, as shown in FIGS. 1 to 3, the pile head and the connection beam can be firmly connected while absorbing misalignment of a plurality of piles. Since the inner diameter of the through hole at the tip of the connecting beam is sufficiently larger than the outer diameter of the connecting bolt, the connecting bolt can be passed through the through hole even if the pile core is displaced. In addition, the end of the connecting beam is sandwiched between the top end plate and the closing plate located above and below the through hole, and tightened with the connecting bolt and nut. A structure is obtained. A steel cap made of a steel pipe with a top end plate or the like may be attached to the pile head by welding, or the top end plate may be directly attached to the pile head by welding.
貫通孔内に充填される充填材の量を低減したい場合は、例えば、図4に示すように、貫通孔の中に例えば貫通孔の内径の半分程度の鋼管を内挿し、この内挿管の内部に連結ボルトを通し、内挿管内の空隙にのみ充填材を充填することができる。この内挿管を用いた場合も、用いない場合と杭の芯ずれの誤差吸収能力は変わらず、また充填材が内挿管によって三軸拘束状態が高まり、充填材の支圧強度が増大する利点がある。 When it is desired to reduce the amount of the filler filled in the through hole, for example, as shown in FIG. 4, a steel pipe having, for example, about half the inner diameter of the through hole is inserted into the through hole, and the inside of the inner tube is inserted. It is possible to fill the filler only in the gap in the inner intubation through the connecting bolt. Even when this internal intubation is used, the error absorption capacity of the center misalignment of the pile does not change and when the internal intubation is not used, there is an advantage that the triaxial restraint state is increased by the internal intubation and the bearing strength of the filler is increased is there.
杭は、鋼製杭、あるいは鋼管等とコンクリートの合成杭などを用いることができる。また、例えば図7に示すように、スクリュー付き(羽根付き)鋼管杭を用いることもでき、この場合には、スクリューがアンカーの役目もするので、地震時に発生し易い杭の引き抜き力にも抵抗できる、残土がでない、コンクリート打設の大掛かりな設備が不要になる、などの利点がある。 As the pile, a steel pile or a synthetic pile of steel pipe and the like can be used. In addition, for example, as shown in FIG. 7, a steel pipe pile with a screw (with blades) can be used. In this case, the screw also serves as an anchor, so that it resists the pulling force of the pile that easily occurs during an earthquake. There is an advantage that there is no residual soil, and no large-scale equipment for placing concrete is required.
本発明の請求項2に係る発明は、請求項1に記載の独立杭基礎構造において、隣接する連結梁の先端部同士をつなぐ補剛梁が設けられ、連結梁と補剛梁とは接合されていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造である。
The invention according to
本発明の独立杭基礎は、複数本の杭、例えば図5に示すように、4本の杭頭を平面視で十字状の連結梁で連結するものであり、隣接する杭における連結梁の先端部同士を補剛梁でつなぐ。図5、図6に示すように、連結梁の材芯(材軸)と杭芯とが一致しなかった場合には、軸力Nと偏心量Eの積である偏心モーメントMが杭に作用するが、連結梁の先端部に剛接合された2本の補剛梁に偏心モーメントを分配し、杭に伝達されないようにするものである。連結梁と補剛梁とは剛接合に限らず、ボルト接合等でもよい。 The independent pile foundation of the present invention is a plurality of piles, for example, as shown in FIG. 5, in which four pile heads are connected with a cross-shaped connecting beam in plan view, and the tip of the connecting beam in an adjacent pile Connect the parts with stiffening beams. As shown in FIGS. 5 and 6, when the material core (material axis) of the connecting beam does not match the pile core, an eccentric moment M, which is the product of the axial force N and the eccentric amount E, acts on the pile. However, the eccentric moment is distributed to the two stiffening beams rigidly joined to the tip of the connecting beam so as not to be transmitted to the pile. The connecting beam and the stiffening beam are not limited to a rigid connection, and may be a bolt connection or the like.
本発明の請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2のいずれか一つに記載の独立杭基礎構造において、連結梁に水平変位抑制キーが設けられていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造である。
The invention according to
本発明の独立杭基礎は、地中梁がないため、地震時に地上部架構の柱の柱脚部の水平移動が生じやすいため、例えば図8に示すように、水平変位抑制キーを柱脚部の下における連結梁の交差部から地中へ突設し、水平移動に対する抵抗力を増大させる。 Since the independent pile foundation of the present invention has no underground beam, horizontal movement of the column base of the ground frame column is likely to occur during an earthquake. For example, as shown in FIG. Projecting into the ground from the crossing of the connecting beam underneath, increases the resistance to horizontal movement.
本発明の請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3までのいずれか一つに記載の独立杭基礎構造において、杭の周りが地盤改良されていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造である。
The invention according to
例えば、図9に示すように、杭の周りにソイルセメントコラム等による地盤改良体を形成し、地盤改良体の水平抵抗力により、柱脚部の水平移動を抑制するものである。 For example, as shown in FIG. 9, the ground improvement body by a soil cement column etc. is formed around a pile, and the horizontal movement of a column base part is suppressed by the horizontal resistance force of a ground improvement body.
本発明の請求項5に係る発明は、請求項1から請求項4までのいずれか一つに記載の独立杭基礎構造において、地上部架構に振動抑制装置が組み込まれていることを特徴とする基礎梁のない独立杭基礎構造である。
The invention according to
例えば、図10に示すように、振動抑制装置により建物の揺れを抑制し、基礎部に作用する力を低減し、柱脚部の水平移動を抑制するものである。 For example, as shown in FIG. 10, the vibration suppressor suppresses the shaking of the building, reduces the force acting on the foundation, and suppresses the horizontal movement of the column base.
本発明の基礎梁のない独立杭基礎構造は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。
(1)杭を打設する場合、数10mm程度の杭芯ずれは発生し得るが、連結梁の貫通孔とこの貫通孔に挿通される連結ボルトにより連結梁と杭頭とを連結するため、大きな杭芯の誤差を吸収することができ、かつ、連結梁の先端部を天端板と塞ぎ板で挟み、連結ボルト・ナットで緊結する強固な接合構造であり、かつ、補剛梁を設けることで、杭芯ずれにより生じる偏心モーメントの処理も容易である。
(2)従って、基礎部の製作及び施工管理が容易になる。
(3)また、高い精度が要求されないので、杭芯位置を実測する前に予め連結梁などの部材を製作しておくことも可能となり、施工の効率化、コストの低減等が可能となる。
(4)水平変位抑制キー、地盤改良あるいは地上部架構の振動抑制装置を併用すれば、杭の過大な変形が生じそうな地盤でも、柱脚部の水平移動を抑制できる。
(5)スクリュー付き鋼管杭を用いることで、引き抜き力に抵抗でき、引き抜き力を連結梁から杭へスムーズに伝達できるので、杭間隔をあまり広くしなくてもよい。
(6)スクリュー付き鋼管杭を用いれば、残土処理が不要となり、かつ、施工設備も大掛かりにならないので、環境面、コスト及び労力の面で有利である。
(7)施工期間も従来工法よりも短縮できるので、特に鉄道駅のプラットホームでの上屋増築のように夜間にしか工事できない場合には、効果が大きい。
Since the independent pile foundation structure without a foundation beam of the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
(1) When placing a pile, a pile misalignment of about several tens of millimeters may occur, but the connecting beam and the pile head are connected by a connecting bolt inserted through the through hole of the connecting beam, It can absorb large pile core errors, has a strong joint structure in which the end of the connecting beam is sandwiched between the top plate and the closing plate, and is tightened with connecting bolts and nuts, and a stiffening beam is provided. Thus, it is easy to handle the eccentric moment generated by the pile misalignment.
(2) Therefore, it is easy to manufacture and manage the foundation.
(3) In addition, since high accuracy is not required, it is possible to manufacture members such as connecting beams in advance before actually measuring the pile core position, which makes it possible to improve the efficiency of construction and reduce costs.
(4) If the horizontal displacement control key, ground improvement or vibration control device for ground frame are used together, the horizontal movement of the column base can be suppressed even in the ground where excessive deformation of the pile is likely to occur.
(5) By using a steel pipe pile with a screw, the pulling force can be resisted and the pulling force can be smoothly transmitted from the connecting beam to the pile, so that it is not necessary to widen the pile interval.
(6) Use of steel pipe piles with screws eliminates the need for residual soil treatment and does not require large construction equipment, which is advantageous in terms of environment, cost, and labor.
(7) Since the construction period can be shortened compared to the conventional construction method, it is particularly effective when construction can only be performed at night, such as the extension of a shed on a railway station platform.
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図1〜図4は、本発明の独立杭基礎構造の基本的な第1実施形態である。図5、図6は、補剛部材を付加した第2実施形態である。図7は、スクリュー付きの杭を用いた第3実施形態である。図8は、水平変位抑制部材を付加した第4実施形態である。図9は、杭に地盤改良体を付加した第5実施形態である。図10は、地上架構に振動抑制装置を付加した第6実施形態である。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments. 1 to 4 show a basic first embodiment of the independent pile foundation structure of the present invention. 5 and 6 show a second embodiment in which a stiffening member is added. FIG. 7 shows a third embodiment using a pile with a screw. FIG. 8 shows a fourth embodiment in which a horizontal displacement suppressing member is added. FIG. 9 is a fifth embodiment in which a ground improvement body is added to a pile. FIG. 10 shows a sixth embodiment in which a vibration suppressing device is added to the ground frame.
[第1実施形態]
図1の平面図、図2の立面図、図3の部分拡大断面図に示すように、先ず、打設された4本の鋼製杭11の杭頭11aを、高さを揃えて切断し、天端板12が上部に取付けられた鋼管等からなる鋼製キャップ13を杭頭11aの上に現場溶接で取付ける。天端板12のみを直接杭頭11aに溶接してもよい。
[First Embodiment]
As shown in the plan view of FIG. 1, the elevation view of FIG. 2, and the partially enlarged cross-sectional view of FIG. 3, first, the
H形鋼等からなる連結梁14の両端部には、鋼管等により貫通孔15が設けられており、この先端部を天端板12の上に載置し、鋼製キャップ13と連結梁14とを連結ボルト16を用いて連結する。この連結方法は、図3に示すように、例えば、天端板12の下面に工場溶接で取付けておいた下部ナット16aに連結ボルト16の下端をねじ止めし、連結ボルト16の上端を貫通孔15の上部開口を塞ぐ塞ぎ板17を貫通させて上部ナット16bにねじ止めする。この上部ナット16bを十分に締め付け、貫通孔15を上下からしっかりと塞ぐ。連結梁14の先端部が天端板12と塞ぎ板17とで挟持され、鋼製杭11の杭頭に緊結される。
A through
貫通孔15の内径は、連結ボルト16の外径よりも十分に大きいため、貫通孔15と連結ボルト16との間の空隙に充填材(無収縮モルタルなど)18を充填材注入孔18aから充填する。塞ぎ板17に設けられた空気孔18bにより充填材18が完全に充填されたことを確認する。
Since the inner diameter of the through
また、貫通孔15の内径が大きい場合には、充填材18が多量に必要となるが、このような場合には、図4に示すように、貫通孔15の中に別に小径の鋼管(貫通孔15の内径の約半分の直径の鋼管)19を内挿し、この内挿管19と連結ボルト16との間の空隙にのみ充填材18を充填する。内挿管19の下部には底板19aを設け、内挿管19に作用する軸力を天端板12に伝達できるようにする。底板19aは偏心板であり、回転させることで種々の杭芯位置に対応できる。塞ぎ板17のボルト貫通孔は長孔17aとし、種々の杭芯位置に対応できるようにする。長孔17aはワッシャーで塞ぐ。
Further, when the through
以上のようにして、4本の鋼製杭11が連結梁14により十文字に連結される(図1参照)。連結する鋼製杭11の配置や本数は、これに限定されず、種々の態様が考えられる。なお、柱脚部4は連結梁14の交差部に接合されている。また、連結梁14はブラケット方式であり、柱脚側の連結梁と杭側の連結梁とがスプライスプレートを介してボルト接合されている。
As described above, the four
このように、複数の連結梁14によって鋼製杭11を連結するので、柱脚部4からの曲げモーメントは鋼製杭11の踏ん張りで処理され、地震等の水平力に対しては例えば4本の連結された鋼製杭11で抵抗できるため、従来のような基礎梁が無くても独立杭基礎として成り立つ。
Thus, since the
鋼製杭11の鋼製キャップ13と連結梁14との接合は、図3に示すように、連結梁14の貫通孔15の内径が連結ボルト16の太さに対して十分な寸法を有するので、鋼製杭11の芯が多少ずれても、連結ボルト16を貫通孔15に通すことができ、基礎部の製作や施工管理が容易である。
As shown in FIG. 3, the
なお、内挿管を用いた場合、杭の芯ずれの誤差吸収能力は、用いない場合と全く変わりなく、充填材の使用量が少量で済む、充填材が内挿管によって三軸拘束状態が高まり、充填材の支圧強度が増大する、などの利点がある。 In addition, when using the intubation, the error absorption capacity of the misalignment of the pile is completely the same as when not using it, and the amount of filler used is small, the filler is triaxially constrained by the intubation, There are advantages such as increased bearing strength of the filler.
[第2実施形態]
この第2実施形態は、図5の平面図、図6の立面図に示すように、第1実施形態において、隣接する連結梁14の先端部同士を繋ぐ補剛梁20を設けたものであり、連結梁14と補剛梁20とは、フランジもウェブも接合する剛接合としてある。ウェブのみの接合でも、ある程度の補剛効果が期待できる。
[Second Embodiment]
As shown in the plan view of FIG. 5 and the elevation view of FIG. 6, this second embodiment is provided with a
施工時に杭芯が所定の位置から数10mmずれてしまうことはよくあるが、連結梁14の材芯と鋼製杭11の杭芯とが一致しなかった場合には(図5、図6の偏心E)、柱脚部4から連結梁14を伝わって鋼製杭11に作用する軸力Nと偏心量Eとの積が偏心モーメントMとなり、鋼製杭11に作用する。
The pile core often deviates several tens of millimeters from a predetermined position during construction, but when the material core of the connecting
第1実施形態では、軸力Nと偏心モーメントMの組合わせ応力に対して、鋼製杭11が直に抵抗しなければならないので、鋼製杭11のサイズを大きくする必要があり、また連結梁14は捩りを受けるので好ましくない。
In 1st Embodiment, since the
この第2実施形態は、この問題を連結梁14の先端部同士を繋ぐ補剛梁20を設けることにより解決したものである。即ち、補剛梁20は連結梁14に剛接合されているので、偏心モーメントMは鋼製杭11の両側にある2本の補剛梁20に分配され、鋼製杭11には伝達されない。
In the second embodiment, this problem is solved by providing a
このように第2実施形態では、杭に偏心が生じても鋼製杭11に偏心モーメントMが作用しないので、高い施工精度は必ずしも必要としない。なお、十文字型等に構成された連結梁14は、その平面内剛性を確保することが望ましいので、補剛梁20はその役目も併せ持つ。
Thus, in 2nd Embodiment, since eccentric moment M does not act on the
[第3実施形態]
この第3実施形態は、図7の立面図に示すように、第1、第2の実施形態において、鋼製杭11として杭先端にスクリュー(羽根)30を有する鋼管杭31を用いた場合である。スクリュー付き鋼管杭31は、回転を与えながら地面にねじ込むものであり、埋め込み杭のように残土が出ないので環境にやさしい杭であり、またコンクリートが不要なので、現場造成コンクリート杭のようにコンクリート打設に伴う大掛かりな設備の必要がない。
[Third Embodiment]
As shown in the elevation view of FIG. 7, the third embodiment uses a
従って、鉄道駅のプラットホームの上屋増築のような工事にありがちな狭隘な場所での施工にも有利である。また、工期が短く、労力も少なくて済む。更に、スクリュー30がアンカーの役目をするので、地震時に発生し易い杭の引き抜き力にも抵抗できる。
Therefore, it is advantageous for construction in a confined place, which is often used for construction such as building a building on the platform of a railway station. In addition, the construction period is short and labor is small. Furthermore, since the
[第4実施形態]
この第4実施形態は、図8の立面図に示すように、第1〜第3の実施形態において、連結梁14の交差部から下方へ水平変位抑制キー40を突設したものである。本発明に係る独立杭基礎では地中梁がないため、地震時に、地中梁がある従来の独立杭基礎に比べて柱脚部4の移動が生じやすいので、水平変位抑制キー40を地中に突設して付加すれば、水平移動に対する抵抗力が増大するので、柱脚部4の移動が抑制され、建物の耐震安全性が向上する。
[Fourth Embodiment]
In the fourth embodiment, as shown in the elevation view of FIG. 8, in the first to third embodiments, a horizontal
[第5実施形態]
この第5実施形態は、図9の立面図に示すように、第1〜第4の実施形態において、鋼製杭11の周囲に地盤改良体50を形成したものである。地盤改良工法としては、土とセメントの混合体を柱状に形成するソイルセメントコラム工法が適している。即ち、施工が簡便であり、また残土の発生がない点も本発明の趣旨に合致している。
[Fifth Embodiment]
This 5th Embodiment forms the
柱状に形成された地盤改良体50は、地震時に太い杭のような役目を果たすので、鋼製杭11のみの場合に比べて大きな水平抵抗力を発揮するため、柱脚部4の移動を抑制する効果が大きい。
Since the
[第6実施形態]
この第6実施形態は、図10の立面図に示すように、第1〜第5の実施形態において、地上部の架構に、建物5の揺れを抑制する振動抑制装置60を付加したものである。この第5実施形態によれば、地震による建物5の振動を振動抑制装置60によって減衰させ、基礎部に作用する力を減少させることができるので、地中梁がないことによる柱脚部4の移動を生じにくくすることができる。
[Sixth Embodiment]
As shown in the elevation view of FIG. 10, the sixth embodiment is obtained by adding a
1…杭
2…フーチング
3…基礎梁
4…柱脚部
5…地上部架構(建物・上屋)
6…柱
7…現場造成コンクリート杭
11…鋼製杭
11a…杭頭
12…天端板
13…鋼製キャップ
14…連結梁
15…貫通孔
16…連結ボルト
16a…下部ナット
16b…上部ナット
17…塞ぎ板
17a…長孔
18…充填材
18a…充填材注入孔
18b…空気孔
19…内挿管
19a…底板
20…補剛梁
30…スクリュー
31…スクリュー付き鋼管杭
40…水平変位抑制キー
50…地盤改良体
60…振動抑制装置
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6 ...
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