JP2007332736A - 既存基礎の改修構造および改修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存杭と既存基礎構造体とが離脱した既存基礎を改修する際、元の応力状態に戻し、構造上優れた性能を確保することができる既存基礎の改修構造および改修方法を提供することを目的とする。
【解決手段】外力によって離脱した既存杭１と既存基礎構造体２との間に、既存杭１と既存基礎構造体２とを接合させる接続構造体１１が形成された既存基礎の改修構造において、既存杭１と既存基礎構造体２との間に、接続構造体１１内に埋設されて且つ杭軸方向に伸縮して既存杭１を押圧する伸縮機構７が介装されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震等の外力によって既存基礎構造体と既存杭とが離脱した場合における既存基礎の改修構造および改修方法に関する。

現在、杭の上端部にフーチングが接合された構成からなる基礎を備える構造物が数多くみられる。
杭とフーチングとの接合構造としては、杭の主鉄筋の上端部をフーチング内に定着させる接合構造や、鋼管杭の杭頭部外周面に上方に突出するひげ筋を溶接して該ひげ筋の上端部をフーチング内に定着させる接合方法が一般的である。
近年では、杭頭部に杭軸方向に延在する鋼管を上方に突出させて外装させ、この鋼管内に定着鉄筋材を上方に突出させて配筋するとともにコンクリートを打設し、打設された接合コンクリート部の上端面より突出する定着鉄筋材をフーチング内に定着させる接合方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、近年、ＰＨＣ杭の上端面に杭軸方向に延在する鋼管を溶接し、この鋼管内に鉄骨柱の柱脚部を挿装させるとともにコンクリートを打設する接合方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

ところで、杭の主鉄筋やひげ筋をフーチング内に定着させる上記した一般的な接合方法では、大きな地震が発生すると、構造物の杭とフーチングとの接合部が破断し、杭とフーチングとが離脱する場合がある。また、特許文献１に記載されたような上記した接合方法では、大きな地震が発生すると、杭頭部が接合コンクリート部から抜け出て、杭と接合コンクリート部とが離脱する場合や、接合コンクリート部とフーチングとの接合部が破断して、杭頭部に接合コンクリート部が被せられた状態の杭とフーチングとが離脱する場合がある。また、特許文献２に記載されたような上記した接合方法では、大きな地震が発生すると、ＰＨＣ杭と鋼管との溶接部が破断し、鋼管内にコンクリートが打設されてなる接合部とＰＨＣ杭とが離脱する場合がある。上記のように、既存杭とフーチング等の既存基礎構造体とが離脱すると、既存構造物の軸力を既存杭に伝達できなくなり、既存構造物の耐震性能に多大な影響を及ぼすため、離脱した既存杭と既存基礎構造体とを接合し直す改修工事を行う必要がある。

従来の既存基礎の改修方法としては、離脱した既存杭と既存基礎構造体との間に、既存杭と既存基礎構造体とを接続させる鉄筋コンクリートからなる接続構造体を形成する方法が用いられている。この接続構造体は、既存杭と既存基礎構造体との間に鉄筋を配筋し、その後、型枠を建て込んでコンクリートを打設することで形成される。
特開２００４−１６２４５５号公報 特開２００４−１６２３７４号公報

しかしながら、上記した従来の既存基礎の改修方法では、離脱した既存杭と既存基礎構造体とを接合させることはできるものの、既存杭と既存基礎構造体とが離脱することで大きく変化した応力状態を元の状態に復旧させることがないという問題が存在する。
また、上記した従来の既存基礎の改修方法では、接続構造体が鉄筋コンクリート造であるため、狭い既存基礎構造体の下方で、接合構造体の鉄筋配筋や型枠建て込み等の作業を行う必要があり、生産性が悪く、コストも高くなるという問題がある。また、基礎杭と離脱した不安定な既存基礎構造体の下方で、接合構造体の鉄筋配筋や型枠建て込み作業を行うことになるため、安全性にも問題があり、安全性を確保するためには相当のコストがかかる。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、既存杭と既存基礎構造体とが離脱した既存基礎を改修する際、元の応力状態に戻し、構造上優れた性能を確保することができる既存基礎の改修構造および改修方法を提供することを目的としており、さらに、生産性、安全性、経済性を向上させることを目的とする。

請求項１記載の発明は、外力によって離脱した既存杭と既存基礎構造体との間に、該既存杭と既存基礎構造体とを接合させる接続構造体が形成された既存基礎の改修構造において、既存杭と既存基礎構造体との間に、前記接続構造体内に埋設されて且つ杭軸方向に伸縮して既存杭を押圧する伸縮機構が介装されていることを特徴としている。

このような特徴により、既存基礎構造体と離脱した既存杭を伸縮機構によって押圧（プレロード）することで、既存杭に所定の軸力が導入される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の既存基礎の改修構造において、前記接続構造体は、杭軸方向に延在して前記伸縮機構を収容する外鋼管の中に第一のセメント系固化材が充填された構成からなることを特徴としている。

このような特徴により、接続構造体を形成する際に、鉄筋配筋や型枠建て込みの作業が不要となる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の既存基礎の改修構造において、既存杭の上端部には、該既存杭の上端面および上端部外周面をそれぞれ被覆するとともに前記接続構造体内に挿入された補強構造体が形成され、該補強構造体を介して既存杭は前記伸縮機構によって押圧されることを特徴としている。

このような特徴により、伸縮機構による押圧力を受ける既存杭の上端部が補強構造体によって補強される。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の既存基礎の改修構造において、前記補強構造体は、既存杭の上端部外周面との間に隙間をあけて被装された杭軸方向に延在する内鋼管の中に第二のセメント系固化材が充填された構成からなることを特徴としている。

このような特徴により、補強構造体を形成する際に、鉄筋配筋や型枠建て込みの作業が不要となる。

請求項５記載の発明は、外力によって離脱した既存基礎構造体と既存杭との間に接続構造体を形成することで前記既存基礎構造体と既存杭とを接合させる既存基礎の改修方法において、既存杭と既存基礎構造体との間に、杭軸方向に伸縮して既存杭を押圧する伸縮機構を介装させて、該伸縮機構によって既存杭を押圧する工程と、伸縮機構を内部に埋設させて前記接続構造体を形成する工程とを備えることを特徴としている。

このような特徴により、既存杭の押圧が行われて既存杭に所定の軸力が導入された状態で、既存杭と既存基礎構造体とは接続される。

本発明に係る既存基礎の改修構造および改修方法によれば、既存基礎構造体と離脱した既存杭を伸縮機構によって押圧することで、既存杭に所定の軸力が導入されるため、既存杭と既存基礎構造体とが離脱した既存基礎を元の応力状態に戻し、構造上優れた性能を確保することができる。

また、既存基礎構造体と既存杭とを接合させる接続構造体を、外鋼管内にセメント系固化材が充填された構成とすることで、鉄筋配筋や型枠建て込みの作業が不要となり、生産性、安全性、経済性を向上させることができる。

また、既存杭の上端部に、既存杭の上端面および上端部外周面をそれぞれ被覆する補強構造体が形成された構成とすることで、伸縮機構による押圧力を受ける既存杭の上端部が補強構造体によって補強されるため、伸縮機構による押圧を行う際に、上端部が伸縮機構の押圧力によって損傷することを防止することができ、これによって、既存杭に大きな軸力を導入させることが可能となる。

さらに、既存杭の上端部に形成される補強構造体を、内鋼管内にセメント系固化材が充填された構成とすることで、鉄筋配筋や型枠建て込みの作業が不要となり、生産性、安全性、経済性を向上させることができる。

以下、本発明に係る既存基礎の改修構造および改修方法の実施の形態について、図面に基いて説明する。なお、図１は既存基礎の改修構造を表した縦断面図であり、図２は図１に示すＡ−Ａ間の断面図であって既存基礎の改修構造を表した横断面図である。

まず、既存基礎の改修構造について説明する。
本実施の形態における既存基礎は、元々は既存杭１の上端面とフーチング等の既存基礎構造体２の底面とが接合されていたものであるが、地震等の外力によって、図１に示すように、既存杭１と既存基礎構造体２とは離脱され、既存杭１の杭上端面と既存基礎構造体２の底面とが離間されて既存杭１の杭上端面と既存基礎構造体２の底面との間に隙間が形成されている。

図１，図２に示すように、既存杭１の上端部には、既存杭１の上端面および上端部外周面をそれぞれ被覆する補強構造体３が形成されている。補強構造体３は、後述する接続構造体１１の下部内に挿入された状態で設けられており、杭軸方向に延在する円筒形状の内鋼管４の中にセメント系固化材として無収縮モルタル５が充填された構成からなっている。内鋼管４は、既存杭１の上端部外周面との間に隙間をあけて既存杭１に被装されており、且つ、内鋼管４の上端が既存杭１の上端面より上方になるように配置されている。内鋼管４の上端面には、内鋼管４の軸線に対して垂直な平面をなす平板状の蓋材６が載置されている。蓋材６は、内鋼管４の上端面に被せられて当該内鋼管４上端面を塞ぐ八角形の鋼板であって、矩形の鋼板の四隅を切断したものである。また、蓋材６と内鋼管４とは、内鋼管４の外周に沿って溶接されている。無収縮モルタル５は、既存杭１の上端部外周面と内鋼管４の内周面との間や、既存杭１の上端面と蓋材６の内側面（下面）との間にそれぞれ形成された隙間に満遍無く充填されている。

上端部に補強構造体３が形成された既存杭１と既存基礎構造体２との間には、杭軸方向に伸縮して既存杭１を押圧する伸縮機構７が介装されている。伸縮機構７は、後述する接続構造体１１内に埋設された状態で設けられており、蓋材６の上面に当接される平板状の下側部材８と、既存基礎構造体２の底面に当接される平板状の上側部材９と、下側部材８と上側部材９との間に介装された杭軸方向に延在する複数（図２では４つ）のサポートジャッキ１０…とから構成されている。下側部材８は、蓋材６上に載置された矩形の鋼板からなり、上側部材９は、既存基礎構造体２の底面に設置された矩形の鋼板からなっている。下側部材８および上側部材９は、略同形状の部材であり、互いに上下に対向する位置に配置されている。サポートジャッキ１０は、円筒体１０ａ内にポスト１０ｂが挿通されているとともに螺合された構成からなる手動式のサポートジャッキであり、例えば１００ｔ用等の大容量のものが使用される。サポートジャッキ１０は、下端が下側部材８に固定されているとともに、上端が上側部材９に固定されている。隣り合うサポートジャッキ１０同士は、連結部材１５で連結されており、複数のサポートジャッキ１０…は一体化されている。また、サポートジャッキ１０…は、下側部材８および上側部材９の四隅にそれぞれ配設されており、また、内鋼管４の上端面の直上位置にそれぞれ配設されている。

また、既存杭１と既存基礎構造体２との間には、離脱された既存杭１と既存基礎構造体２とを接合させる接続構造体１１が形成されている。接続構造体１１は、既存基礎構造体２の底面に垂設された構造体であり、杭軸方向に延在する円筒形状の外鋼管１２の中に、セメント系固化材として無収縮モルタル１３が充填された構成からなる。外鋼管１２は、内鋼管４よりも大きい径の筒状部材であり、その上端が既存基礎構造体２の底面に当接されているとともに、補強構造体３の外周面との間に隙間をあけて補強構造体３に被装されている。また、外鋼管１２は、その下端が補強構造体３の上端面より下方且つ補強構造体３の下端面より上方になるように配置されており、外鋼管１２（接続構造体１１）の下端から補強構造体３が突出された状態になっている。また、外鋼管１２は、円筒形状の鋼管を軸方向に複数（図２では２つ）に分割させてなる断面半円弧状の半割り鋼管１２ａ，１２ｂからなっており、２つの半割り鋼管１２ａ，１２ｂを各々の内側面を互いに対向させるように組み合わせて接合部１４を溶接することで形成されている。無収縮モルタル１３は、補強構造体３の外周面と外鋼管１２の内周面との間や、伸縮機構７の周りに満遍無く充填されている。

次に、既存基礎の改修方法について説明する。
まず、既存杭１と既存基礎構造体２とが離脱した箇所を掘り起こす工程を行う。具体的には、既存基礎構造体２の下方を掘削して既存基礎構造体２の下面を露出させるとともに、既存杭１の周囲を掘削して既存杭１の上端部を露出させる。

次に、既存杭１の上端部に補強構造体３を形成する工程を行う。具体的には、予め内鋼管４の端面に蓋材６を溶接して一体化させておく。そして、蓋材６が付設された内鋼管４を既存杭１の上端部に被せる。そして、内鋼管４の内周面と既存杭１の外周面との間、および蓋材６の底面と既存杭１の上端面との間にそれぞれ所定の隙間があくように、内鋼管４の位置決めを行うとともに、所定位置に配置された内鋼管４を動かないように仮固定する。また、内鋼管４の下端面を塞ぐ図示せぬ型枠等を既存杭１の外周に沿って設置する。次いで、蓋材６または内鋼管４に予め形成された図示せぬ注入孔から無収縮モルタル５を注入して、内鋼管４の中に無収縮モルタル５を充填する。なお、内鋼管４の端面に蓋材６を付設させずに内鋼管４を既存杭１の上端部に被せ、内鋼管４の中に無収縮モルタル５を充填し、その後、内鋼管４の上端面に蓋材６を載せて溶接してもよい。

次に、内鋼管４の中の無収縮モルタル５が固化した後、補強構造体３が形成された既存杭１と既存基礎構造体２との間に、下側部材８と上側部材９と複数のサポートジャッキ１０…とからなる伸縮機構７を設置し、伸縮機構７を伸縮させて既存杭１を押圧する工程を行う。具体的には、複数のサポートジャッキ１０…をそれぞれ縮ませた状態にしておき、下側部材８を下側にして伸縮機構７を蓋材６上に載置させるとともに、上側部材９を既存基礎構造体２の底面に対向させて、伸縮機構７を蓋材６の上面と既存基礎構造体２の底面との間に配置する。次いで、複数のサポートジャッキ１０…をそれぞれ伸長させることで、上側部材９を既存基礎構造体２の底面に当接させるとともに、下側部材８および補強構造体３を介して既存杭１に押圧力を伝達させて既存杭１を押圧する。既存杭１に所定の軸力が導入された時点で、図示せぬ係止ピン等によってサポートジャッキ１０…をそのときの伸縮状態で固定する。なお、下側部材８を、蓋材６に対して図示せぬボルトや溶接等によって固定してもよく、また、上側部材９を、既存基礎構造体２の底面に対して図示せぬ後打ちアンカーや接着剤等によって固定してもよい。

次に、既存基礎構造体２の下方に、補強構造体３が付設された既存杭１の上端部および伸縮機構７を内部にそれぞれ埋設させて接続構造体１１を形成する工程を行う。具体的には、補強構造体３が付設された既存杭１の上端部および伸縮機構７を両側から挟み込むように、２つの半割り鋼管１２ａ，１２ｂを組み合わせ、２つの半割り鋼管１２ａ，１２ｂの接合部１４を溶接して、筒状の外鋼管１２を形成する。そして、外鋼管１２の上端を既存基礎構造体２の底面に当接させて且つ外鋼管１２の内周面と内鋼管４の外周面および伸縮機構７との間にそれぞれ所定の隙間があくように、外鋼管１２の位置決めを行うとともに、所定位置に配置された外鋼管１２を動かないように仮固定する。また、外鋼管１２の下端面を塞ぐ図示せぬ型枠等を内鋼管４の外周に沿って設置する。外鋼管１２に予め形成された図示せぬ注入孔から無収縮モルタル１３を注入して、外鋼管１２の中に無収縮モルタル１３を充填する。

最後に、掘り起こされた部分に土を入れ、既存杭１の上端部および補強構造体３、接続構造体１１、既存基礎構造体２をそれぞれ埋め戻す工程を行い、既存基礎の改修工事を完了する。

上記した構成からなる既存基礎の改修構造および改修方法によれば、外力によって離脱した既存杭１と既存基礎構造体２との間に、接続構造体１１内に埋設されて且つ杭軸方向に伸縮して既存杭１を押圧する伸縮機構７が介装されているため、この伸縮機構７によって既存基礎構造体２と離脱した既存杭１を押圧することで、既存杭１に所定の軸力が導入される。これによって、既存杭１と既存基礎構造体２とが離脱した既存基礎を元の応力状態に戻し、構造上優れた性能を確保することができる。

また、既存杭１と既存基礎構造体２とを接合させる接続構造体１１を、外鋼管１２内に無収縮モルタル１３が充填された構成とすることで、鉄筋配筋や型枠建て込みの作業が不要となり、生産性、安全性、経済性を向上させることができる。

また、既存杭１の上端部に、既存杭１の上端面および上端部外周面をそれぞれ被覆する補強構造体３が形成された構成とすることで、伸縮機構７による押圧力を受ける既存杭１の上端部が補強構造体３によって補強されるため、伸縮機構７による押圧を行う際に、上端部が伸縮機構７の押圧力によって損傷することを防止することができ、これによって、既存杭１に大きな軸力を導入させることが可能となる。

さらに、既存杭１の上端部に形成される補強構造体３を、内鋼管４内に無収縮モルタル５が充填された構成とすることで、鉄筋配筋や型枠建て込みの作業が不要となり、生産性、安全性、経済性を向上させることができる。

以上、本発明に係る既存基礎の改修構造および改修方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、円筒体１０ａ内にポスト１０ｂが挿通されて且つ螺合された構成からなる手動式のサポートジャッキ１０…が備えられた伸縮機構７が使用されているが、本発明は、シザーズジャッキやジャーナルジャッキ等の他の機械的構成からなるジャッキでもよく、また、油圧式のジャッキ等でもよく、その他、如何なる構成の伸縮機構７であってもよい。

また、上記した実施の形態では、セメント系固化材として無収縮モルタル５，１３が使用されているが、本発明は、セメント系固化材としてコンクリートやその他のセメント系材料からなる固化材を使用してもよい。

また、上記した実施の形態では、接続構造体１１が杭軸方向に延在して伸縮機構７を収容する外鋼管１２の中に無収縮モルタル１３が充填された構成からなっているが、本願の請求項１，３〜５に記載された発明は、鉄筋コンクリート造の接続構造体であってもよい。
また、上記した実施の形態では、既存杭１の上端部に補強構造体３を形成しているが、本願の請求項１，２，５に記載された発明は、既存杭の上端部に補強構造体が形成されていなくてもよく、既存杭の上端面上に直接伸縮機構を載置させた構成でもよい。
また、上記した実施の形態では、補強構造体３が既存杭１の上端部外周面との間に隙間をあけて被装された杭軸方向に延在する内鋼管４の中に無収縮モルタル５が充填された構成からなっているが、本願の請求項３に記載された発明は、鉄筋コンクリート造の補強構造体であってもよい。

本発明の実施の形態を説明するための既存基礎の縦断面図である。 図１に示すＡ−Ａ間の断面図である。

符号の説明

１ 既存杭
２ 既存基礎構造体
３ 補強構造体
４ 内鋼管
５ 無収縮モルタル（第二のセメント系固化材）
７ 伸縮機構
１１ 接続構造体
１２ 外鋼管
１３ 無収縮モルタル（第一のセメント系固化材）

Claims (5)

1. 外力によって離脱した既存杭と既存基礎構造体との間に、該既存杭と既存基礎構造体とを接合させる接続構造体が形成された既存基礎の改修構造において、
   既存杭と既存基礎構造体との間に、前記接続構造体内に埋設されて且つ杭軸方向に伸縮して既存杭を押圧する伸縮機構が介装されていることを特徴とする既存基礎の改修構造。
2. 請求項１記載の既存基礎の改修構造において、
   前記接続構造体は、杭軸方向に延在して前記伸縮機構を収容する外鋼管の中に第一のセメント系固化材が充填された構成からなることを特徴とする既存基礎の改修構造。
3. 請求項１または２記載の既存基礎の改修構造において、
   既存杭の上端部には、該既存杭の上端面および上端部外周面をそれぞれ被覆するとともに前記接続構造体内に挿入された補強構造体が形成され、該補強構造体を介して既存杭は前記伸縮機構によって押圧されることを特徴とする既存基礎の改修構造。
4. 請求項３記載の既存基礎の改修構造において、
   前記補強構造体は、既存杭の上端部外周面との間に隙間をあけて被装された杭軸方向に延在する内鋼管の中に第二のセメント系固化材が充填された構成からなることを特徴とする既存基礎の改修構造。
5. 外力によって離脱した既存杭と既存基礎構造体との間に接続構造体を形成することで前記既存杭と既存基礎構造体とを接合させる既存基礎の改修方法において、
   既存杭と既存基礎構造体との間に、杭軸方向に伸縮して既存杭を押圧する伸縮機構を介装させて、該伸縮機構によって既存杭を押圧する工程と、
   伸縮機構を内部に埋設させて前記接続構造体を形成する工程と
   を備えることを特徴とする既存基礎の改修方法。

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