JP2007247308A - 斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造 - Google Patents

Abstract

【課題】斜杭からなる組杭の引き抜き耐力を、斜杭を地中部深くまで打設することなく増強することにより、山留め壁を組杭で支持する工法、矢板を組杭で支持する工法で実施する場合は勿論、水平抵抗要素として構造物外周部に配設して実施する場合でも、引き抜きを生じさせることなく組杭本来のメリットを存分に発揮することができる、斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造を提供する。
【解決手段】構造物、又は山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用される斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法であって、地盤中へ少なくとも２本の斜杭を各々の杭頭部が集合する配置で打設し、集合した杭頭部を連結部材で接合して組杭とし、前記連結部材に地盤アンカーを下向きに設置して緊張し定着することにより、連結部材に鉛直荷重を負荷して組杭の引き抜き耐力を増強させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、構造物、又は山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用される斜杭からなる組杭の技術分野に属し、更に云えば、前記組杭の引き抜き耐力を増強させる工法及び同工法よりなる構造に関する。

杭を鉛直線に対して傾斜させた所謂斜杭の杭頭部を複数本集合させてなる組杭は、杭を鉛直線上に設ける所謂直杭と比し、水平荷重に対して水平変位が小さく、杭に作用する曲げモーメントも小さいというメリットがあるため、従来、構造物、又は山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用されている（例えば、特許文献１〜５等を参照）。

ちなみに、上記特許文献１〜４は、構造物基礎の下端部等に組杭を設けて構造物基礎を補強する技術が開示されている。上記特許文献５には、山留め壁を組杭で支持する工法が開示されている。図９には、矢板ａを斜杭ｂ１、ｂ２からなる組杭ｂで支持する工法を示している。

特開平１０−２９９００５号公報 特開平１１−６１８４８号公報 特開平１１−２００３８２号公報 特開２００１−３２２９６号公報 特開２０００−４５２８２号公報

例えば、図７に示したように、斜杭からなる組杭ｃを水平抵抗要素（或いは耐震補強要素）として構造物１０の外周部に配設して実施する場合、構造物基礎１２から組杭ｃへ鉛直荷重の伝達を可能とするためにジャッキ等により鉛直荷重を盛り替えるなどの工夫を施さない限り（特許文献３、及び同文献３の図４を参照）、前記組杭ｃには鉛直荷重がほとんど作用しない。また、特許文献５に係る山留め壁を組杭で支持する工法、及び前記図９に係る矢板を組杭で支持する工法で実施する場合も同様に、組杭ｃには鉛直荷重はほとんど作用していない。

ところで、前記組杭を、傾斜角を等しくした２本の斜杭で実施する場合、図８に示したように、水平力Ｆに対して、押し込み側の杭Ｙには引き抜き側の杭Ｚと同じ軸力変動が生じる。一般的に、押し込み側の杭Ｙには杭先端の支持力抵抗があるため、耐力は引き抜き側の杭Ｚよりも大きい。よって、鉛直荷重がほとんど作用していない組杭Ｘは、押し込み側の杭Ｙが支持力破棄される以前に引き抜きが生じるので、組杭本来の上記メリットを発揮できない虞があった。

そこで、従来は、図９に示したように、水平力に対して大きな引き抜き力が作用する斜杭ｂ２を、押し込み力が作用する斜杭ｂ１よりも地中部深くまで打設して実施するなどの工夫を施していた。

また、図７に示したように、斜杭からなる組杭を耐震補強要素として構造物外周部に配設する場合は、山留め壁を組杭で支持する工法、矢板を組杭で支持する工法で実施する場合と異なり、どの方向から地震等の水平力が作用するのか不明なので、あらゆる角度に対応できるよう施工するほかなく、その結果、すべての斜杭を地中部深くまで打設しなければならなかった。

このように、従来の組杭は、鉛直荷重がほとんど作用しない部位で実施する場合には、組杭を構成する斜杭を地中部深くまで打設しなければならず、不経済であった。また、地盤の性状等によっては実施を断念せざるを得ない場合があった。

本発明の目的は、斜杭からなる組杭の引き抜き耐力を、斜杭を地中部深くまで打設することなく増強することにより、山留め壁を組杭で支持する工法、矢板を組杭で支持する工法で実施する場合は勿論、水平抵抗要素（或いは耐震補強要素）として構造物外周部に配設して実施する場合でも、引き抜きを生じさせることなく組杭本来の上記メリットを存分に発揮することができる、斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造を提供することにある。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法は、
構造物、又は山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用される斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法であって、
地盤中へ少なくとも２本の斜杭を各々の杭頭部が集合する配置で打設し、集合した杭頭部を連結部材で接合して組杭とし、前記連結部材に地盤アンカーを下向きに設置して緊張し定着することにより、連結部材に鉛直荷重を負荷して組杭の引き抜き耐力を増強させることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法において、前記組杭を地震時の構造物の水平抵抗要素に利用する場合に、前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーを鉛直下向きに設置して緊張し定着すると共に、前記連結部材と前記構造物の基礎とを接合することを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法において、前記組杭を偏土圧荷重を受ける構造物の水平抵抗要素に利用する場合に、前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーを、前記偏土圧荷重に抵抗する方向に傾斜させて設置して緊張し定着すると共に、前記連結部材と前記構造物の基礎とを接合することを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法において、前記組杭を山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用する場合に、
前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーを、前記山留め壁、矢板等を引っ張る方向に傾斜させて設置して緊張し定着すると共に、前記連結部材と山留め壁、矢板等とを切梁等の水平材を介して接合することを特徴とする。

請求項５に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強構造は、
構造物、又は山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用される斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強構造であって、
地盤中へ少なくとも２本の斜杭が各々の杭頭部を集合する配置で打設され、集合した杭頭部が連結部材で接合されて組杭とされ、前記連結部材に地盤アンカーが下向きに設置して緊張し定着されることにより、連結部材に鉛直荷重を負荷して組杭の引き抜き耐力が増強されることを特徴とする。

請求項６に記載した発明は、請求項５に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強構造において、前記組杭を地震時の構造物の水平抵抗要素に利用する場合に、
前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーが鉛直下向きに設置して緊張し定着されると共に、前記連結部材と前記構造物の基礎とが接合されていることを特徴とする。

請求項７に記載した発明は、請求項５に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強構造において、前記組杭を偏土圧荷重を受ける構造物の水平抵抗要素に利用する場合に、前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーが、前記偏土圧荷重に抵抗する方向に傾斜させて設置して緊張し定着されると共に、前記連結部材と前記構造物の基礎とが接合されていることを特徴とする。

請求項８に記載した発明は、請求項５に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強構造において、前記組杭を山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用する場合に、
前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーが、前記山留め壁、矢板等を引っ張る方向に傾斜させて設置して緊張し定着されると共に、前記連結部材と山留め壁、矢板等とが切梁等の水平材を介して接合されていることを特徴とする。

請求項１〜請求項８に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造によれば、地盤アンカー３により、組杭１の連結部材４に予め鉛直荷重を負荷するので、斜杭２からなる組杭１の引き抜き耐力を、斜杭２を地中部深くまで打設することなく増強することができ、山留め壁を組杭で支持する工法、矢板を組杭で支持する工法で実施する場合は勿論、水平抵抗要素（耐震補強要素）として構造物外周部に配設して実施する場合でも、引き抜きを生じさせることはない。よって、組杭本来の、水平荷重に対して水平変位が小さく、杭に作用する曲げモーメントも小さいというメリットを存分に発揮することができる。

本発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造は、上述した発明の効果を奏するべく、以下のように実施される。

図１は、請求項１と請求項５に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造を示している。この発明は、構造物１０（又は山留め壁、矢板等）の水平抵抗要素に利用される斜杭２からなる組杭１の引き抜き耐力増強工法および同工法よりなる構造であり、地盤５中へ（少なくとも）２本の斜杭２、２を各々の杭頭部が集合する配置で打設し、集合した杭頭部を連結部材４で接合して組杭１とし、前記連結部材４に地盤アンカー３を下向きに設置して緊張し定着することにより、連結部材４に鉛直荷重を負荷して組杭１の引き抜き耐力を増強させている（請求項１と請求項５記載の発明）。

この実施例１は、前記組杭１を地震時の構造物１０の水平抵抗要素に利用する場合の実施例であり、前記組杭１の連結部材４に、前記地盤アンカー３を鉛直下向きに設置して緊張し定着すると共に、前記連結部材４と前記構造物１０の基礎１２とを接合している（請求項２と請求項６記載の発明）。山留め壁を組杭で支持する工法、矢板を組杭で支持する工法については、後述する実施例２で説明する。

また、この実施例１に係る組杭１は、構造物の各外周部柱の近傍位置に、２本の斜杭２、２を平面方向に見て直線状の配置で、各々の杭頭部が上部で集合するようにし、杭の下部先端にあっては地盤５中に十分に反力をとる深さまで打設し、集合した杭頭部を連結部材４で接合して組杭１として実施している。

前記地盤アンカー３は、詳しくは図２Ａ、Ｂに示したように、前記連結部材４における斜杭２、２の杭頭部同士の中間部に鉛直方向に貫通して設け、その頂部に定着具３ａを設けて鉛直下向きに設置して緊張し定着している。よって、前記連結部材４、ひいては組杭１を構成する斜杭２、２は、前記地盤アンカー３により常時、鉛直荷重が負荷されるのである。

ちなみに、前記地盤アンカー３は、その径が５０〜１００ｍｍ程度であり、斜杭２、２の杭径が２００〜３００ｍｍ程度以上であるのと比して小径で、且つ、ドリルによる施工が可能である。よって、支持層が浅く、地盤が堅い場合であっても、容易に地中部深くまで設置することができる。一般に、前記地盤アンカー３は、その先端を硬質地盤に定着させることが好ましい。また、前記地盤アンカー３は、連結部材４に所望の鉛直荷重を負荷させるべく、その先端部を太くして実施する等の工夫は適宜なされる。以下に説明する実施例についても同様の技術的思想とする。

なお、前記組杭１を構成する斜杭２の本数は２本に限定されず、３本でも実施できるし（図５参照）、４本以上でも実施可能である。前記連結部材４としてはコンクリートブロック５を打設して実施することにより、前記斜杭２、２の杭頭部を一体化させて組杭１としている。また、前記斜杭２、２の傾斜角度は、正面方向に見ると鉛直面に対して１０〜２５度程度傾けて実施することが好ましいがこれに限定されず、構造物の構造設計、及び地盤性状等に応じて適正な傾斜角度に決定される。さらに、前記斜杭２、２の材質は、鋼管杭、ＰＨＣ杭、Ｈ形鋼杭など、十分に支持力を伝達し得るものであれば特に限定はしない。以下に説明する実施例についても同様の技術的思想とする。

図３Ａ〜Ｃは、図２Ａ、Ｂで示した組杭１を基に行った解析結果を示している。斜杭２、２は、杭径が２６７ｍｍ、曲げ剛性が１８，５１１ｋＮｍ^２、長さが９ｍの鋼管杭２、２で実施している。連結部材４に作用する地震等の水平力は右方向に１２５０ｋＮの荷重で実施した。連結部材４には、前記地盤アンカー３により１０００ｋＮの鉛直荷重を負荷した場合と、地盤アンカー３を一切設けない場合で解析を行った。

先ず、水平変位（図３Ｂ参照）と杭頭曲げモーメント（図３Ｃ参照）の解析結果を基に、良好な結果を得られる斜杭の傾斜角度を検討すると、１０〜２５度が好ましいことが分かる。傾斜角度を１０度未満で実施すると、水平変位及び杭頭曲げモーメントが大きくて、斜杭２、２で実施する意義がないからである。

これを基に、図３Ａを参照すると、地盤アンカー３を設けずに実施した組杭１は、斜杭２の傾斜角度が１０〜２５度の場合、引き抜き力が作用する方の斜杭２が、引き抜き耐力（−１０００ｋＮ）を超えて引き抜きが発生するので、組杭１本来の水平荷重に対して水平変位が小さく、杭に作用する曲げモーメントも小さいというメリットを発揮できない（図中の○印を参照）。

これに対して、連結部材４に地盤アンカー３により１０００ｋＮの鉛直荷重を負荷した場合は、斜杭の傾斜角度が１０〜２５度の場合、引き抜き力が作用する方の斜杭２が、引き抜き耐力（−１０００ｋＮ）を超えることは一切ないので、組杭１本来の水平荷重に対して水平変位が小さく、杭に作用する曲げモーメントも小さいというメリットを十分に発揮できることが分かった（図中の●印を参照）。

したがって、上記構成の斜杭２、２からなる組杭１の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造によれば、地盤アンカー３により、組杭１の連結部材４に予め鉛直荷重を負荷するので、斜杭２、２からなる組杭１の引き抜き耐力を、斜杭２、２を地中部深く（例えば、支持層）まで打設することなく増強させることができ、山留め壁を組杭で支持する工法、矢板を組杭で支持する工法で実施する場合は勿論、水平抵抗要素（耐震補強要素）として構造物外周部に配設して実施する場合でも、引き抜きを生じさせることなく組杭１本来の上記メリットを十分に発揮することができるのである。なお、前記地盤アンカー３により前記連結部材４に作用させる鉛直荷重の大きさは、上記解析例では１０００ｋＮで実施しているが勿論これに限定されず、構造物に作用する水平力に対して引き抜かれない適正な大きさで適宜設計変更される。

ちなみに、図４と図５は、前記組杭１のバリエーションを示している。図４Ａ、Ｂに係る組杭１ａは、図２に係る組杭１が、平面方向に見て直線状に配置しているのに対し、斜杭２、２の杭頭部を正面方向に見てわずかにクロスさせて当該杭頭部同士の中間部に、地盤アンカー３を鉛直方向に配設して実施している。図５Ａ、Ｂに係る組杭１ｂは、前記図２及び図４に係る組杭１、１ａが、２本の斜杭２、２で実施しているのに対し、３本の斜杭２、２、２を平面方向に見てバランス良く配設して実施している。前記地盤アンカー３は、平面方向に見て前記３本の斜杭２の杭頭部のほぼ中央部を鉛直方向に貫通して設けている。この図４及び図５に係る組杭１ａ、１ｂで実施する場合においても勿論、前記図２に係る組杭１で実施する場合の同様の作用効果を奏する。

なお、この実施例１は、地震時の構造物について、どの方向から地震等の水平力が作用するのか不明なので、あらゆる角度に対応するべく、地盤アンカー３を鉛直下向きに設置して実施している。よって、図示は省略するが、傾斜地盤に構築される等して偏土圧荷重を受ける構造物に対して実施する場合には、予めどの方向から土圧荷重が作用するのか判明しているので、前記地盤アンカー３を、前記偏土圧荷重に抵抗する方向に傾斜させて設置して実施することが好ましい（請求項３と請求項７記載の発明）。

図６は、請求項４と請求項７に記載した発明に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造を示している。この発明は、矢板６（又は山留め壁等）の水平抵抗要素に利用される斜杭２、２からなる組杭１の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造であり、地盤５中へ２本の斜杭２、２を各々の杭頭部が集合する配置で打設し、集合した杭頭部を連結部材４で接合して組杭１とし、前記連結部材４に地盤アンカー３を下向きに設置して緊張し定着することにより、連結部材４に鉛直荷重を負荷して組杭１の引き抜き耐力を増強させている（請求項１と請求項５記載の発明）。さらに、この実施例２では、前記組杭１の連結部材４に、前記地盤アンカー３を、前記矢板６（又は山留め壁等）を引っ張る方向に所要の角度（θ）傾斜させて設置して緊張し定着すると共に、前記連結部材４と矢板６（又は山留め壁等）とを切梁等の水平材７を介して接合している。なお、図示は省略するが、山留め壁を組杭１で支持する工法で実施する場合もほぼ同様である（請求項４と請求項７記載の発明）。

この実施例２に係る組杭１は、２本の斜杭２、２を、矢板６に対して直交方向に直線状に配置し、各々の杭頭部が上部で集合するようにし、杭の下部先端にあっては地盤５中に反力をとる深さまで打設し、集合した杭頭部を連結部材４で接合して組杭１として実施している。

前記地盤アンカー３を前記矢板６を引っ張る方向に所要の角度（θ）傾斜させて実施する意義は、上記した偏土圧荷重を受ける構造物と同様に、水平力が作用する方向（図示例では左側方向）が自明だからである。よって、前記連結部材４、ひいては組杭１を構成する斜杭２、２には、常時、矢板６を引っ張る方向に鉛直荷重を負荷することにより、大きな引き抜き力が作用する方の斜杭２（図中の右側）の引き抜きを未然に防止することができる。

したがって、上記構成の斜杭２、２からなる組杭１の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造によれば、地盤アンカー３により、組杭１の連結部材４に予め鉛直荷重を負荷するので、斜杭２、２からなる組杭１の引き抜き耐力を、斜杭２、２を地中部深く（例えば、支持層）まで打設することなく増強することができ、矢板６を組杭１で支持する工法（或いは山留め壁を組杭で支持する工法）で実施する場合に、引き抜きを生じさせることなく組杭１本来の水平荷重に対して水平変位が小さく、杭に作用する曲げモーメントも小さいというメリットを十分に発揮することができるのである。

以上に実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。例えば、この実施例１、２では、連結部材５として実施するコンクリートブロック５を、予め地盤アンカー３を通す孔を設けて施工しているが、コンクリートブロック５の施工後に孔を開けて実施することも勿論できる。

実施例１に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造を示した立断面図である。 Ａは、実施例１に使用する組杭を示した平面図であり、Ｂは、同正面図である。 Ａ〜Ｃは、実施例１に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造を、地盤アンカーを設けずに実施した場合と比較した解析結果を示したグラフである。 Ａは、実施例１に使用する組杭のバリエーションを示した平面図であり、Ｂは、同正面図である。 Ａは、実施例１に使用する組杭のバリエーションを示した平面図であり、Ｂは、同正面図である。 実施例２に係る斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法及び同工法よりなる構造を示した立断面図である。 従来技術を示した立断面図である。 従来技術に係る組杭を示した立断面図である。 従来技術を示した立断面図である。

符号の説明

１ 組杭
２ 斜杭
３ 地盤アンカー
３ａ 定着具
４ 連結部材
５ 地盤
６ 矢板
７ 水平材
１０ 構造物
１１ 柱
１２ 基礎
１３ 直杭

Claims (8)

1. 構造物、又は山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用される斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法であって、
   地盤中へ少なくとも２本の斜杭を各々の杭頭部が集合する配置で打設し、集合した杭頭部を連結部材で接合して組杭とし、前記連結部材に地盤アンカーを下向きに設置して緊張し定着することにより、連結部材に鉛直荷重を負荷して組杭の引き抜き耐力を増強させることを特徴とする、斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法。
2. 前記組杭を地震時の構造物の水平抵抗要素に利用する場合に、
   前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーを鉛直下向きに設置して緊張し定着すると共に、前記連結部材と前記構造物の基礎とを接合することを特徴とする、請求項１に記載した斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法。
3. 前記組杭を偏土圧荷重を受ける構造物の水平抵抗要素に利用する場合に、
   前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーを、前記偏土圧荷重に抵抗する方向に傾斜させて設置して緊張し定着すると共に、前記連結部材と前記構造物の基礎とを接合することを特徴とする、請求項１に記載した斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法。
4. 前記組杭を山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用する場合に、
   前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーを、前記山留め壁、矢板等を引っ張る方向に傾斜させて設置して緊張し定着すると共に、前記連結部材と山留め壁、矢板等とを切梁等の水平材を介して接合することを特徴とする、請求項１に記載した斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強工法。
5. 構造物、又は山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用される斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強構造であって、
   地盤中へ少なくとも２本の斜杭が各々の杭頭部を集合する配置で打設され、集合した杭頭部が連結部材で接合されて組杭とされ、前記連結部材に地盤アンカーが下向きに設置して緊張し定着されることにより、連結部材に鉛直荷重を負荷して組杭の引き抜き耐力が増強されることを特徴とする、斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強構造。
6. 前記組杭を地震時の構造物の水平抵抗要素に利用する場合に、
   前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーが鉛直下向きに設置して緊張し定着されると共に、前記連結部材と前記構造物の基礎とが接合されていることを特徴とする、請求項５に記載した斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強構造。
7. 前記組杭を偏土圧荷重を受ける構造物の水平抵抗要素に利用する場合に、
   前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーが、前記偏土圧荷重に抵抗する方向に傾斜させて設置して緊張し定着されると共に、前記連結部材と前記構造物の基礎とが接合されていることを特徴とする、請求項５に記載した斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強構造。
8. 前記組杭を山留め壁、矢板等の水平抵抗要素に利用する場合に、
   前記組杭の連結部材に、前記地盤アンカーが、前記山留め壁、矢板等を引っ張る方向に傾斜させて設置して緊張し定着されると共に、前記連結部材と山留め壁、矢板等とが切梁等の水平材を介して接合されていることを特徴とする、請求項５に記載した斜杭からなる組杭の引き抜き耐力増強構造。

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