JP2008223348A - Earthquake resisting reinforcement structure of pile foundation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、杭基礎のアンカーを用いる耐震補強構造に関する。 The present invention relates to a seismic reinforcement structure using a pile foundation anchor.
例えば、兵庫県南部地震時の液状化に伴う構造物基礎の損傷・破壊メカニズムなどは複雑な現象であり、これらの現象に関する研究開発期間が短いこともあって、地震直後の復旧工事では、応急処置的な補強工事として行われ、その補強工事は杭基礎周辺の固化改良や連続地中壁や増し杭を基礎外周に打設するなど、必ずしも合理的な設計・施工とは言えないものであった。
最近の事例では、道路や鉄道などの橋梁基礎を中心にマイクロパイルや斜杭により耐震補強、薬液注入による地盤改良などが提案され、実際に施工が行われつつある。
液状化対策を含め、耐震補強対策として行われる地盤改良は、杭周辺の締固め、固化、排水などの原理に基づく工法、ならびに構造的改良として、杭径、杭剛性を増大した増杭などが挙げられる。
近年では地震周期から巨大地震の襲来が高い確率で予測されている。例えば、兵庫県南部地震では、地震動の大きさも過去例がなかったもので数多くの基礎構造物に甚大な被害を与えた。兵庫県南部地震後、各研究機関で勢力的な研究が進められてきたが、被害メカニズムは十分に解明されておらず、経済的で合理的な耐震補強工法が確立されていないのが実状である。
従って、次のような在来工法単独では耐震補強効果が十分でないと考えられる。
1)「地盤改良」:薬液注入工法(例えば、浸透固化工法など)
2)「構造的改良」:アンカー(例えば、特許文献1、2参照)、増し杭、連壁の打設、マイクロパイル、斜杭の打設等
・アンカーで支持するタイプ;例えば、特許文献1には、杭基礎上に施工したフーチングを貫通する鉛直のグランドアンカーを設けたものが記載されている。また、特許文献2には、杭基礎とその周囲のソイルセメント壁とにアンカー筋を水平に掛け渡したものが記載されている。
3)「杭頭免震工法」:ベアリング、積層ゴムなど
In recent cases, earthquake-proof reinforcement by micro piles and slant piles, and ground improvement by injecting chemicals have been proposed mainly for bridge foundations such as roads and railways, and construction is being carried out.
Ground improvement, including liquefaction countermeasures, is implemented as a method of seismic reinforcement, including methods based on principles such as compaction, solidification, and drainage around the pile, and structural improvements such as increased piles with increased pile diameter and pile rigidity. Can be mentioned.
In recent years, the occurrence of a huge earthquake is predicted with a high probability from the earthquake cycle. For example, in the Hyogoken-Nanbu Earthquake, the magnitude of the ground motion was unprecedented and caused tremendous damage to many foundation structures. After the Hyogoken-Nanbu Earthquake, each research institution has been engaged in powerful research, but the damage mechanism has not been fully elucidated, and an economical and rational seismic reinforcement method has not been established. is there.
Therefore, it is considered that the following conventional construction method alone does not have sufficient seismic reinforcement effect.
1) “Ground improvement”: Chemical solution injection method (for example, osmotic solidification method)
2) “Structural improvement”: anchor (for example, refer to
3) “Pile head seismic isolation method”: bearings, laminated rubber, etc.
以下に在来工法の主な課題を述べる。
1)「地盤改良」:薬液注入工法(例えば、浸透固化工法など)
・現行の各示方書、基準などに基づく液状化対策範囲は大きく、液状化対策用の注入材料(シリカ材等)の材料費も高い。
2)「構造的改良」:アンカー、増し杭、連壁の打設、マイクロパイル、斜杭の打設等
・アンカーで支持するタイプ;例えば、特許文献1では、周辺地盤が完全に液状化すると泥水状態になるため、上部構造物からの慣性力によって弾性変形が発生し、アンカー単独では地震動の大きさのみならず、地震動の継続時間も長くなると、杭基礎構造物に与える影響が著しくなると考えられる。その対策としては、アンカー筋の径を増大させるか、設置本数を無数に増やす必要があり、コストが上がってしまう。
・連続地中壁で囲まれた範囲を全て地盤改良すると、コストも割高になる。
3)「杭頭免震工法」:ベアリング、積層ゴムなど
・一部の重要構造物などへの採用事例が見られるものの、供用中の構造物に対して施工が困難、施工スペースが確保できない
・フーチングへの入力地震動の低減は期待できるが、深い地中における杭の損傷対策は必ずしも期待できない
以上のような耐震補強工法が提案され、実際に施工が一部進められているが、施工時間も要し、施工範囲が大きく、コストが依然として高いという課題がある。
The main issues of conventional methods are described below.
1) “Ground improvement”: Chemical solution injection method (for example, seepage solidification method)
-The range of liquefaction countermeasures based on the current specifications and standards is large, and the material costs of injection materials (silica materials, etc.) for liquefaction countermeasures are high.
2) “Structural improvement”: anchors, additional piles, continuous wall placement, micropile, slant pile placement, etc., supported by anchors; for example, in
・ Upgrading the entire area surrounded by continuous underground walls will increase the cost.
3) “Pile-head seismic isolation method”: Bearings, laminated rubber, etc. ・ Although some examples of application to important structures, etc. are seen, it is difficult to construct and inadequate construction space for in-service structures. Although the input ground motion to the footing can be expected to be reduced, countermeasures against damage to piles in deep underground are not necessarily expected.The seismic reinforcement method described above has been proposed, and some construction work has actually been carried out. In short, there is a problem that the construction range is large and the cost is still high.
本発明の課題は、杭基礎において、巨大地震に対する実際の液状化時の杭の損傷対策としてアンカーによる構造的改良で対応しながら、周辺地盤の液状化および沈下抑制対策としても対応できる耐震補強構造を提供することである。 The object of the present invention is to provide a seismic strengthening structure that can cope with liquefaction and subsidence suppression of the surrounding ground while dealing with structural improvements by anchors as countermeasures against pile damage during actual liquefaction in response to a huge earthquake in a pile foundation Is to provide.
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、地中に施工される杭基礎の杭上のフーチングと地中の支持地盤とにそれぞれ定着して掛け渡されたアンカーを備え、このアンカーとして排水機能付きアンカーを用いる、杭基礎の耐震補強構造を特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の杭基礎の耐震補強構造であって、前記排水機能付きアンカーを、前記フーチング側の定着部に対し前記支持地盤側の定着部が外側に位置するよう斜めに掛け渡したことを特徴とする。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、地中に施工される杭基礎の杭上のフーチングとその周囲に施工される地中連続壁とにそれぞれ定着して掛け渡されたアンカーを備え、このアンカーとして排水機能付きアンカーを用い、この排水機能付きアンカーを、前記フーチング側の定着部に対し前記地中連続壁側の定着部が下方に位置するよう斜めに掛け渡した、杭基礎の耐震補強構造を特徴とする。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の杭基礎の耐震補強構造であって、前記排水機能付きアンカーは、透水性を具備するドレーン材によりアンカー材の周囲が覆われていることを特徴とする。
Invention of
本発明によれば、これまでに提案されている工法、耐震補強方法に比べて、巨大地震に対する実際の液状化時の杭の損傷対策と周辺地盤の液状化および沈下抑制対策として対応でき、しかも、排水機能付きアンカーを用いた簡易な方法であり、よりコストを低減できる経済的な耐震補強構造である。 According to the present invention, compared with the construction method and the seismic reinforcement method proposed so far, it can cope with the damage countermeasures of piles at the time of actual liquefaction and the liquefaction and subsidence suppression measures of the surrounding ground for a huge earthquake, It is a simple method using an anchor with a drainage function, and is an economical seismic reinforcement structure that can further reduce costs.
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
初めに、本耐震補強構造は、既設・新設に関わらず杭基礎構造物の直下や周辺地盤が地震時の液状化に伴い、杭を支える地盤の水平地盤反力がゼロになっても、基礎本体と支持地盤とをアンカーを用いて緊張しておくことで、基礎の水平変位を抑制し、強地震時の地盤の大変形に伴う杭への大きな損傷、折損、ならびに杭頭部での破壊など壊滅的な被害を防止するものである。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the seismic retrofit structure is applied to the foundation even if the ground ground reaction force of the ground supporting the pile becomes zero due to the liquefaction of the ground immediately below the pile foundation structure and the surrounding ground, regardless of existing or new construction. Tensioning the main body and the supporting ground with anchors suppresses the horizontal displacement of the foundation, causing major damage to the pile due to large deformation of the ground during a strong earthquake, breakage, and failure at the pile head To prevent catastrophic damage.
兵庫県南部地震における現場計測、地震後に勢力的に行われた解析的・実験的研究によれば、まず地震発生直後では、上部構造物の慣性力により、杭頭にクラックなどが発生する。その後、地盤内の過剰間隙水圧が急激に上昇しはじめ、杭基礎周辺地盤が完全液状化に至る。
地震直後、十数秒も経つと、周辺地盤の水平抵抗がゼロに近い完全液状化状態がしばらく保たれる。このとき、杭基礎は片持ち梁の曲げモーメント分布をなし、杭基礎にとっては極めて危険な状態となるため、上部構造物の揺り戻しなどによって、杭基礎が折損、損傷などの被害を受けたものと推察されている。
According to on-site measurements in the Hyogoken-Nanbu Earthquake and analytical and experimental research conducted after the earthquake, cracks and other damage occur at the head of the pile immediately after the earthquake due to the inertia of the superstructure. After that, the excess pore water pressure in the ground begins to rise rapidly, and the ground around the pile foundation becomes completely liquefied.
Immediately after the earthquake, a liquefaction state in which the horizontal resistance of the surrounding ground is close to zero is maintained for a while after a few seconds. At this time, the pile foundation has a bending moment distribution of the cantilever beam and is extremely dangerous for the pile foundation. Therefore, the pile foundation has been damaged or damaged due to the swinging of the superstructure. It is guessed.
上述の現象を踏まえ、本耐震補強構造は、液状化地盤層における構造物基礎杭に対して、支持層に設置したアンカーを基礎端部と緊張することによって、上部構造物の揺り戻しなどによる杭基礎の水平変位を抑制し、折損、損傷および破壊を防止する。
これに加えて、本耐震補強構造は、アンカーに排水機能を持たせることで、周辺地盤の液状化とアンカー近傍の地盤反力を確保することが可能になり、地震時におけるアンカーの変形、アンカーのぶれ、周辺地盤との摩擦力により、液状化時における杭基礎の変形を確実に防止する。
Based on the above-mentioned phenomenon, this seismic strengthening structure is applied to the foundation piles in the liquefied ground layer by tensioning the anchors installed in the support layer with the end of the foundation so Suppress horizontal displacement of the foundation and prevent breakage, damage and destruction.
In addition to this, this seismic strengthening structure allows the anchor to have a drainage function, so that the surrounding ground can be liquefied and the ground reaction force in the vicinity of the anchor can be secured. The deformation of the pile foundation during liquefaction is surely prevented by the friction and the frictional force with the surrounding ground.
ここで、排水機能付きアンカーの設置は、建物の重要度、地域別に想定される地震規模、杭基礎の許容する変位量によって、配置本数、配置方法、径および剛性を調整すればよい。また、ドレーン材の材料はリサイクル材料など,ドレーン材の排水機能が確認されたものであればよい。なお、アンカーをドレーン材の中央部に入れてもドレーン材の排水機能を阻害することはない。
排水機能付きアンカー工とは、排水性能をもつドレーン材の中心に高強度の鋼材などの引張り材(アンカー)を挿入し、これを支持基盤内に定着させるものである。
基礎周囲に剛性の高い連続地中壁等を構築して、連続地中壁と基礎を排水機能付アンカーで接続しても良い。
Here, the installation of the anchor with the drainage function may be performed by adjusting the number of arrangements, the arrangement method, the diameter, and the rigidity according to the importance of the building, the earthquake scale assumed for each region, and the displacement allowed by the pile foundation. The drain material may be any material that has been confirmed to have a drainage function such as a recycled material. In addition, even if an anchor is put in the center part of the drain material, the drainage function of the drain material is not hindered.
An anchor with drainage function is to insert a tensile material (anchor) such as high-strength steel into the center of a drain material having drainage performance and fix it in a support base.
A continuous underground wall having high rigidity around the foundation may be constructed, and the continuous underground wall and the foundation may be connected by an anchor with a drainage function.
本耐震補強構造による効果
1)構成上
地震時に発生する実際の地震動は三次元であるが、アンカーを斜めに設置することで、杭基礎の水平二方向の変形の抑制効果が向上し、アンカーに作用する引張力は低減される点で、径を著しく増大させる必要がない点で有利である。
2)施工性
排水機能付きアンカーは、施工機械も軽量で小型であることから、過密な都市部や施工スペースが小さい場合での施工も実施可能である。
3)汎用性
アンカーの本数、剛性を調整することによって、小規模から大規模の既設構造物への適用が可能であり、岸壁背面や河川際の橋梁基礎のような側方流動を受ける可能性のある既設の杭基礎構造物に対しても適用できる。
Effects of this seismic reinforcement structure 1) On the structure The actual seismic motion generated during an earthquake is three-dimensional, but by installing the anchor diagonally, the effect of suppressing deformation of the pile foundation in two horizontal directions is improved, This is advantageous in that the tensile force acting is reduced and the diameter does not need to be increased significantly.
2) Workability Since the anchor with drainage function is also light and small in construction machines, it can also be installed in crowded urban areas and small construction spaces.
3) Versatility By adjusting the number and rigidity of anchors, it can be applied to existing structures from small to large scale, and may receive lateral flow such as the back of a quay or a bridge foundation near a river. It can also be applied to existing pile foundation structures with
〔第1実施形態〕
図1および図2は本発明を適用した杭基礎の耐震補強構造の第1実施形態を示すもので、1は既設構造物、2は杭基礎、3は杭、4はフーチング、5は支持地盤、11は排水機能付きアンカー、12は支持地盤側定着部、13はフーチング側定着部である。
[First Embodiment]
1 and 2 show a first embodiment of a seismic reinforcement structure for a pile foundation to which the present invention is applied. 1 is an existing structure, 2 is a pile foundation, 3 is a pile, 4 is a footing, and 5 is a supporting ground. , 11 is an anchor with a drainage function, 12 is a supporting ground side fixing unit, and 13 is a footing side fixing unit.
実施形態では、図示のように、既設構造物1の杭基礎2は多数の杭3の上にフーチング4を備え、杭3は支持地盤5まで達して施工されている。この杭基礎2のフーチング4と支持地盤5とにそれぞれ定着(定着部12・13参照)して掛け渡されるアンカーとして、排水機能付きアンカー11を用いる。そして、この排水機能付きアンカー11を、図1に示したように、フーチング側定着部13に対し支持地盤側定着部12が外側に位置するよう斜めに掛け渡した構造としている。なお、排水機能付きアンカー11は、図2に示すように、平面視方形状のフーチング4の四隅部から放射状に配置されている。
In the embodiment, as shown in the figure, the
図3は排水機能付きアンカー11を拡大して示すもので、排水機能付きアンカー11は、その引張り材による鋼材などのアンカー材14の周囲が排水機能を具備する樹脂などのドレーン材15により覆われている。具体的には、アンカー材14が、図3(a)および図3(b)に示すように、中空部を有する円筒状に加工されたドレーン材15の中央部に通された構成となっている。このドレーン材15は、内外周を貫通する多孔質で透水性も具備している。
FIG. 3 is an enlarged view of the
以上の排水機能付きアンカー11は、アンカー部材14を緊張状態にして支持地盤側定着部12とフーチング側定着部13との間に掛け渡すことによって、図1に示すように、支持地盤側定着部12とフーチング側定着部13との間にドレーン材15が位置した状態となっている。
なお、フーチング4には、排水機能付きアンカー11と連続して上面に開口する間隙水排出用孔21を設けておく。この間隙水排出用孔21は、図示左側のように斜めでも、図示右側のように鉛直でも良い。但し、アンカー11を斜めに設置することから、施工時には、フーチング4に斜めに削孔するので、斜めの間隙水排出用孔21をそのまま利用できる。
As shown in FIG. 1, the
In addition, the
図4はアンカー配置パターンの他の例を示したもので、排水機能付きアンカー11は、図示例では、平面視方形状のフーチング4の四隅部から放射状に配置された上で、さらに、フーチング4の四辺部の中央部からも放射状に配置されている。
FIG. 4 shows another example of the anchor arrangement pattern. In the illustrated example, the
以上、実施形態の杭基礎の耐震補強構造によれば、アンカー11をフーチング側定着部13に対し支持地盤側定着部12が外側に位置するよう斜めに設置したため、特許文献1の鉛直アンカーと比較して、杭基礎2の水平二方向の変形の抑制効果が向上し、アンカー11に作用する引張力が低減される点、径を著しく増大させる必要がない点で構成上有利である。
すなわち、巨大地震時における支持地盤5上の液状化地盤層における構造物杭基礎2に対して、支持地盤5(支持層)に設置したアンカー11をフーチング4(基礎端部)と緊張することによって、上部構造物1の揺り戻しなどによる杭基礎2の水平変位を抑制し、折損、損傷および破壊を防止できる。
As mentioned above, according to the earthquake-proof reinforcement structure of the pile foundation of embodiment, since the
That is, by anchoring the
しかも、排水機能付きアンカー11は、施工機械も軽量で小型であるため、過密な都市部や施工スペースが小さい場合での施工も実施可能である。すなわち、施工性に優れる。
また、アンカー11の本数、剛性を調整することで、小規模から大規模の既設構造物への適用が可能であり、例えば岸壁背面や河川際の橋梁基礎のような側方流動を受ける可能性のある既設の杭基礎構造物に対しても適用できる。すなわち、汎用性に優れる。
In addition, since the
In addition, by adjusting the number and rigidity of the
そして、アンカー11に排水機能を持たせたため、巨大地震時において、支持地盤5上の地盤が液状化した際、その液状化地盤内では過剰間隙水圧が上昇した間隙水がドレーン材15の外周から浸透して中空部に流れ込み、その中空部内を通って上方のフーチング定着部12に向けて吹き上がる。フーチング基礎には予め設けていた間隙水排出用孔21から間隙水が噴出すことによって液状化地盤内の有効応力が維持される。
従って、周辺地盤の液状化時にアンカー11近傍の地盤反力を確保することが可能になり、地震時におけるアンカー11の変形、アンカー11のぶれ、周辺地盤との摩擦力による、液状化時における杭基礎2の変形を確実に防止できる。
Since the
Accordingly, it is possible to secure a ground reaction force in the vicinity of the
以上の結果、これまでに提案されている工法、耐震補強方法に比べて、巨大地震に対する実際の液状化時の杭3の損傷対策と周辺地盤の液状化および沈下抑制対策として対応でき、しかも、排水機能付アンカー11を用いた簡易な方法であり、よりコストを低減でき、経済的な耐震補強構造を提供できる。
As a result of the above, compared to the construction methods and seismic reinforcement methods proposed so far, it can cope with damage countermeasures for
なお、第1実施形態において、フーチング側定着部13に対し支持地盤側定着部12が外側に位置するよう斜めに設置するアンカーとして排水機能付きアンカー11を用いたが、その排水機能に着目して、例えば、特許文献1の鉛直アンカーに使用することも可能である。
In the first embodiment, the
〔第2実施形態〕
図5および図6は本発明を適用した杭基礎の耐震補強構造の第2実施形態を示すもので、前述した第1実施形態と同様、1は既設構造物、2は杭基礎、3は杭、4はフーチング、5は支持地盤、11は排水機能付きアンカー、13はフーチング側定着部、15はドレーン材、21は間隙水排出用孔であって、6は地中連続壁、16は地中連続壁側定着部である。
[Second Embodiment]
5 and 6 show a second embodiment of a seismic reinforcement structure for a pile foundation to which the present invention is applied. Like the first embodiment, 1 is an existing structure, 2 is a pile foundation, and 3 is a pile. 4 is a footing, 5 is a supporting ground, 11 is an anchor with a drainage function, 13 is a footing side fixing part, 15 is a drain material, 21 is a hole for discharging pore water, 6 is an underground continuous wall, 16 is a ground This is a middle continuous wall side fixing section.
すなわち、第2実施形態では、図示のように、杭基礎2の周囲に、支持地盤5まで達する地中連続壁6が施工されている。そして、地中に施工される杭基礎2の杭3上のフーチング4と地中連続壁6の上部寄り部分とにそれぞれ定着(定着部16・13参照)して排水機能付きアンカー11が掛け渡されている。
That is, in 2nd Embodiment, the underground
従って、排水機能付きアンカー11が、図5に示したように、フーチング側定着部13に対し外側の地中連続壁側定着部16が下方に位置するよう斜めに掛け渡された構造となっている。なお、排水機能付きアンカー11は、図6に示すように、平面視方形状のフーチング4の四隅部から放射状に配置されるとともに、フーチング4の四辺部の中央部からも放射状に配置されている。
Therefore, as shown in FIG. 5, the
以上、第2実施形態の杭基礎の耐震補強構造によっても、前述した第1実施形態とほぼ同様の作用効果が得られる。すなわち、前述した第1実施形態の作用効果において、支持地盤5を地中連続壁6に置き換えて、支持地盤側定着部12を地中連続壁側定着部16に置き換えれば良い。
As mentioned above, the effect substantially the same as 1st Embodiment mentioned above is acquired also by the earthquake-proof reinforcement structure of the pile foundation of 2nd Embodiment. That is, in the operation and effect of the first embodiment described above, the supporting
なお、以上の実施形態においては、既設構造物の杭基礎としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、新設構造物の杭基礎に適用しても良い。
また、ドレーン材の形状や数等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
In addition, in the above embodiment, although it was set as the pile foundation of the existing structure, this invention is not limited to this, You may apply to the pile foundation of a new structure.
Further, the shape and number of the drain material are arbitrary, and it is needless to say that other specific detailed structures can be appropriately changed.
1 既設構造物
2 杭基礎
3 杭
4 フーチング
5 支持地盤
6 地中連続壁
11 排水機能付きアンカー
12 支持地盤側定着部
13 フーチング側定着部
14 アンカー材
15 ドレーン材
16 地中連続壁側定着部
21 間隙水排出用孔
DESCRIPTION OF
Claims (4)
このアンカーとして排水機能付きアンカーを用いたことを特徴とする杭基礎の耐震補強構造。 With anchors anchored and stretched to the footing on the pile of the pile foundation to be constructed in the ground and the support ground in the ground,
Seismic reinforcement structure for pile foundation, characterized by using an anchor with drainage function as this anchor.
このアンカーとして排水機能付きアンカーを用い、
この排水機能付きアンカーを、前記フーチング側の定着部に対し前記地中連続壁側の定着部が下方に位置するよう斜めに掛け渡したことを特徴とする杭基礎の耐震補強構造。 It has anchors that are anchored and stretched on the footings on the piles of the pile foundation that is constructed in the ground and the underground continuous walls that are constructed in the surrounding area,
Use this anchor with drainage function as this anchor,
An anti-seismic reinforcement structure for a pile foundation, wherein the anchor with a drainage function is obliquely passed over the anchoring part on the footing side so that the anchoring part on the underground continuous wall side is positioned below.
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