JP2008223431A - 構造物の耐震工法、構造物の構築方法、構造物の耐震構造、アンカー、及びアンカーの設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 地盤改良を施すことなく構造物に対して耐震補強を行うことができる工法を提供する。
【解決手段】地盤１に支持される構造物４の構造体２を貫通してアンカーの定着地盤１ａに達する孔２０を設け、該孔２０内にアンカー５を打設して該アンカー５の先端を前記定着地盤１ａに定着させ、該アンカー５の上端を前記構造体２に定着させる構造物４の耐震工法であって、前記アンカー５の前記定着地盤１ａよりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部９ａとする。
【選択図】図７

Description

本発明は、構造物の耐震工法、構造物の構築方法、構造物の耐震構造、アンカー、及びアンカーの設置方法に関する。

構造物に耐震補強を施す耐震工法の一例として、アンカーによる耐震工法が特許文献１及び特許文献２に開示されている。
特許文献１に記載されている耐震工法は、既設の構造物の既設の床版又は新設の床版から地盤の支持層に向けて孔を削孔し、この孔内にアンカーを打設し、アンカーの先端をグラウト材によってアンカーの定着地盤（支持層）に定着させ、アンカーに緊張力を付与することで、構造物の耐震性能を向上させている。

また、特許文献２に記載されている耐震工法は、杭基礎の上部に配置されるフーチングを貫通してアンカーを打設し、このアンカーの先端を地盤の定着地盤に定着させ、アンカーに緊張力を付与してアンカーの上端をフーチングに定着させることにより、フーチングの上部に配置される構造物の耐震性能を向上させている。

上記の場合、アンカーの先端のみが地盤の定着地盤に定着される定着長部に形成され、アンカーの先端以外の部分は伸縮可能な自由長部に形成され、アンカーに緊張力を付与する際に、自由長部の伸縮によって緊張力の調整を可能にしている。
特開平１０−２０２３９３号公報 特開平１０−８２０５７号公報

ところで、上記のような構成の耐震工法にあっては、構造物に大地震による過大な水平力が入力した場合に、その水平力によってアンカーの自由長部に伸びが発生する。そこで、大地震の際にアンカーが過大に伸縮して構造物が倒壊等するのを防止すべく、その伸びに相当する緊張力（例えば、１００トン〜２００トン）を予めアンカーに与えておく必要がある。その際、地盤が軟弱の場合には、アンカーの緊張力に耐えられるように、地盤改良を行って地盤の耐力を高めなければならず、その工事に時間と手間がかかり、耐震補強の工事に要する費用が高く付くことになる。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、アンカーにより構造物の耐震性能を向上させる場合に、アンカーに予め付与する緊張力を低減することができるようにすることを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、請求項１に係る発明は、地盤に支持される構造物の構造体を貫通してアンカーの定着地盤に達する孔を設け、該孔内にアンカーを打設して該アンカーの先端を前記定着地盤に定着させ、該アンカーの上端を前記構造体に定着させる構造物の耐震工法であって、前記アンカーの前記定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としたことを特徴とする。

本発明による構造物の耐震工法によれば、アンカーの定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部として孔の周囲の地盤に定着させているので、アンカーの伸縮可能な自由長部の長さを短くすることができる。
従って、自由長部が短くなった分、大地震の際のアンカーの伸び量が小さくなるので、アンカーの先端のみを定着地盤に定着させ、他の部分はすべて地盤に定着せず自由長部としていた従来の工法に比べて、アンカーに付与すべき緊張力を大幅に小さくすることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構造物の耐震工法であって、前記アンカーは、前記孔内に先端が前記定着地盤に達するまで挿入された内外周面に凹凸を有するシース管と、該シース管内に挿入されるとともに、先端が前記定着地盤に達するまで挿入された鋼線を有していることを特徴とする。

本発明による構造物の耐震工法によれば、アンカーのシース管及び鋼線の先端が定着地盤に定着され、定着地盤よりも上方に位置するアンカーのシース管及び鋼線の少なくとも一部がボンド部として周囲地盤に定着されることになる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の構造物の耐震工法であって、前記ボンド部は、前記鋼線と前記シース管の間にグラウト材を注入し、前記シース管と前記孔の周囲地盤の間にグラウト材を注入して、前記鋼線と前記シース管と前記孔の周囲地盤とを一体化して定着された部分であることを特徴とする。

本発明による構造物の耐震工法によれば、鋼線とシース管の間にグラウト材を注入し、シース管と孔の周囲地盤の間にグラウト材を注入することにより、アンカーのボンド部の鋼線とシース管とが一体化されて孔の周囲地盤に定着されることになる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れかに記載の構造物の耐震工法であって、前記アンカーを、緊張力が付与された状態で該アンカーの上端を前記構造体に定着することを特徴とする

本発明による構造物の耐震工法によれば、アンカーは、緊張力が付与された状態で上端が構造体に定着されることになる。

請求項５に係る発明は、請求項１から３の何れかに記載の構造物の耐震工法であって、前記アンカーを、緊張力が付与されていない状態で該アンカーの上端を前記構造体に定着することを特徴とする。

本発明による構造物の耐震工法によれば、アンカーは、緊張力が付与されていない状態で上端が構造体に定着されることになる。

請求項６に係る発明は、請求項１から５の何れかに記載の構造物の耐震工法であって、前記アンカーを、定着具を介して前記構造体に頭部定着することを特徴とする。

本発明による構造物の耐震工法によれば、アンカーは、定着具を介して構造体に頭部定着されることになる。

請求項７に係る発明は、請求項１から６の何れかに記載の構造物の耐震工法であって、前記構造体は、前記構造物の基礎又は地中梁又は耐圧版であることを特徴とする。

本発明による構造物の耐震工法によれば、アンカーの上端は、構造物の基礎又は地中梁又は耐圧版に定着されることになる。

請求項８に係る発明は、構造物の構築方法であって、地盤に前記構造物の構造体を設け、該構造体を貫通してアンカーの定着地盤に達する孔を設け、該孔内にアンカーを打設して該アンカーの先端を前記定着地盤に定着させ、該アンカーに緊張力を付与した状態で又は該アンカーに緊張力を付与しない状態で該アンカーの上端を前記構造体に定着させ、前記アンカーの前記定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としたことを特徴とする。

請求項９に係る発明は、地盤に支持される構造物の耐震構造であって、前記構造物の構造体を貫通してアンカーの定着地盤に達する孔内に打設され、先端が前記定着地盤に定着されるとともに、緊張力を付与した状態で又は緊張力を付与しない状態で上端が前記構造体に定着されるアンカーを備え、前記アンカーの前記定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としたことを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、地盤に支持される構造物の構造体を貫通してアンカーの定着地盤に達する孔内に打設され、先端が前記定着地盤に定着されるとともに、緊張力が付与された状態で又は緊張力が付与されない状態で上端が前記構造体に定着されるアンカーであって、前記定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としたことを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、地盤に支持される構造物の構造体を貫通してアンカーの定着地盤に達する孔内に打設され、先端が前記定着地盤に定着されるとともに、緊張力が付与された状態で又は緊張力が付与されない状態で上端が前記構造体に定着されるアンカーの設置方法であって、前記定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としたことを特徴とする。

以上、説明したように、本発明によれば、構造物を支持するアンカーの定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としているので、アンカーにより構造物の耐震性能を向上させる場合に、アンカーに予め付与すべき緊張力を低減することができることになる。
従って、地盤改良することなく構造物の耐震性能を向上させることができるので、地盤改良に要する費用を削減することができ、構造物の耐震補強に要する費用を安く抑えることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図７には、本発明による構造物の耐震工法の一実施の形態が示されていて、図１は孔の削孔工程を示す説明図、図２はアンカー挿入工程を示す説明図、図３はインナーグラウト注入工程を示す説明図、図４はアウターグラウト注入工程を示す説明図、図５はケーシングの引き抜き工程を示す説明図、図６は緊張力付与工程を示す説明図、図７はアンカーの打設後の状態を示す説明図である。

すなわち、本実施の形態に示す構造物の耐震工法は、図７に示すように、地盤１の上部に構造体（例えば、既設の基礎２）を介して支持される建物等の構造物４を耐震補強するのに有効なものであって、永久アンカー５を構造物４の基礎２とアンカーの定着地盤１ａ（例えば、支持層）との間に打設し、この永久アンカー５により構造物４の耐震性能を向上させるものである。

この場合、永久アンカー５の地盤１の定着地盤１ａ内に位置している部分と、定着地盤１ａよりも上方に位置している地盤（本実施形態では、例えば、軟弱地盤１ｂとする。）の少なくとも一部とが伸縮不能な定着長部１５として構成され、その他の部分が伸縮可能な自由長部１６として構成されている。

永久アンカー５としては、各種の永久アンカーを用いることができる。本実施の形態の永久アンカー５は、図７に示すように、合成樹脂製の内外周面に凹凸を有するシース管６（例えば、蛇腹管状のコルゲートシース）と、シース管６の先端部近傍の内周側に設けられる第１止水材７と、シース管６の上端部近傍の内周側に設けられる第２止水材８と、第２止水材８を貫通してシース管６内に挿入される複数本の鋼線９（例えば、ＰＣ鋼より線）と、鋼線９の第２止水材８の上方に位置している部分に装着される定着具２２と、第２止水材８を貫通してシース管６内のその下端部近傍まで先端が挿入されるインナー注入管１８と、第２止水材８及び第１止水材７を貫通して先端がシース管６の先端から下方に突出するアウター注入管１９とを備えている。

上記のような構成の永久アンカー５の打設は、後述する削孔工程、アンカー挿入工程、インナーグラウト注入工程、アウターグラウト注入工程、ケーシング引き抜き工程、緊張力付与工程により行われる。
以下、各工程について詳細に説明する。

（１）削孔工程
まず、図１に示すように、削孔機（図示せず）を用いて、構造物４を支持している基礎２を貫通してアンカーの定着地盤１ａに達する所定の直径、深さの孔２０を複数箇所に削孔し、各孔２０内に円筒状のケーシング２１を残置させる。なお、本実施の形態においては、削孔機とグラウト材とを注入する注入装置とが一体化されたロータリーパーカッション自走式の削孔機を用いている。

（２）アンカー挿入工程
次に、図２に示すように、各孔２０内のケーシング２１の内側に予め組み立てておいた永久アンカー５を挿入し、永久アンカー５のシース管６及び各鋼線９の先端を定着地盤１ａ内に到達させ、シース管６及び各鋼線９の上端を構造物４の基礎２よりも上方に突出させる。

（３）インナーグラウト注入工程
次に、図３に示すように、注入装置（図示せず）を駆動させ、注入装置からインナー注入管１８を介してシース管６内にグラウト材を注入し、シース管６内の第１止水材７と第２止水材８との間にグラウト材１０を充填し、硬化させる。

この場合、図７に示すように、予め、各鋼線９の定着地盤１ａ内に位置している部分と軟弱地盤１ｂ内に位置している部分とをボンド部９ａに形成しておき、各鋼線９のその他の部分をアンボンド部９ｂに形成しておく。
図８はボンド部９ａの断面図を示し、図９はアンボンド部９ｂの断面図を示している。図８及び図９に示すように、ボンド部９ａは表面が露出し、アンボンド部９ｂは表面が被覆材９ｃで被覆されている。

各鋼線９を上記図８及び図９のような構造に形成しておくことにより、各ボンド部９ａでは各鋼線９がグラウト材１０を介してシース管６に定着され、各アンボンド部９ｂでは、各鋼線９とシース管６との間に被覆材９ｃが介在するので、各鋼線９はシース管６に定着されることはなく、自由に伸縮することができる。

なお、本実施の形態においては、各鋼線９の定着地盤１ａ内に位置している部分、及び定着地盤１ａと基礎２との間の軟弱地盤１ｂ内に位置している部分の全体をボンド部９ａに形成し、各鋼線９の基礎２内に位置している部分、及び基礎２よりも上方に位置している部分をアンボンド部９ｂに形成している。従って、各鋼線９の定着地盤１ａ及び軟弱地盤１ｂ内に位置しているボンド部９ａに相当する部分が伸縮不能な定着長部１５となり、各鋼線９の基礎２内に位置している部分、及び基礎２よりも上方に位置しているアンボンド部９ｂに相当する部分が伸縮可能な自由長部１６となる。

（４）アウターグラウト注入工程、ケーシング引き抜き工程
次に、図４及び図５に示すように、注入装置（図示せず）からアウター注入管１９を介して第１止水材７の下方の孔２０の底部にグラウト材１０を加圧注入しながら孔２０内からケーシング２１を引き抜き、グラウト材１０を孔２０の底部及び孔２０の内周面とシース管６の外周面との間の空隙内の全体に充填し、硬化させる。

この場合、シース管６は、内外周面に凹凸を有しているので、孔２０の内周面にグラウト材１０を介して強固に定着され、シース管６が地盤１と一体化され、孔２０の内周面とシース管６の外周面との間に軸線方向への滑りが生じるのが阻止される。
なお、シース管６は、内外周面に凹凸を有する管状をなしていればよい。

このようにして、複数本の鋼線９のボンド部９ａをグラウト材１０を介してシース管６の内周面に定着させ、シース管６の外周面をグラウト材１０を介して孔２０の内周面に定着させることで、複数本の鋼線９のボンド部９ａが定着地盤１ａ、及び軟弱地盤１ｂに定着され、複数本の鋼線９の地盤１内に位置している部分が地盤１と完全に一体化されることになる。

（５）緊張力付与工程
そして、図６に示すように、複数本の鋼線９のボンド部９を地盤１に定着させた後に、複数本の鋼線９の基礎２の上部から上方に突出している部分にジャッキ（図示せず）を装着し、ジャッキの操作によって複数本の鋼線９に所定の緊張力を付与し、この状態で上記のように複数本の鋼線９の上端を定着具２２によって基礎２に頭部定着させる。

この場合、定着具２２としては、基礎２の上部に載置されるとともに、各鋼線９を挿通させる孔（図示せず）が複数箇所に設けられる支圧板２３と、支圧板２３の各孔内に係合されるクサビ状の係止爪（図示せず）と、支圧板２３の上部に装着されるキャップ２４とからなるものを使用している。但し、これに限定することなく、各鋼線９を緊張した状態で基礎２に頭部定着できる機能を有するものであればよい。

このようにして、構造物４が永久アンカー５を介して地盤１の定着地盤１ａと一体化され、構造物４に対して耐震補強が行われることになる。

上記のように構成した本実施の形態による構造物の耐震工法にあっては、永久アンカー５の各鋼線９の定着地盤１ａ内に位置している部分、及び軟弱地盤１ｂ内に位置している部分をボンド部９ａに形成し、各鋼線９の基礎２内に位置している部分をアンボンド部９ｂに形成し、ボンド部９ａを地盤１と一体化した定着長部１５とし、アンボンド部９ｂを自由長部１６としているので、各鋼線９の先端のみを定着地盤に定着させて定着長部とした従来の工法に比べて、自由長部１６の長さを大幅に短くすることができる。

従って、大地震の際に、永久アンカー５の各鋼線９が過大に伸びるのを防止するために、各鋼線９に予め付与しておく緊張力を大幅に小さくすることができるので、軟弱地盤１ｂに地盤改良を施すことなく、構造物４の耐震性能を向上させることができ、構造物４の耐震補強に要する費用を大幅に削減することができる。

なお、上記の説明においては、各鋼線９の軟弱地盤１ｂ内に位置している部分の全体をボンド部９ａに形成したが、各鋼線９の軟弱地盤１ｂ内に位置している部分の一部をボンド部９ａに形成してもよい。要は、地盤１の状態に応じてボンド部９ａに形成する部分を適宜設定すればよい。

また、上記の説明においては、完全な防食、防錆処理を施した永久アンカー５を使用したが、図示はしないが、構造物４が設置される地盤の状態によっては、簡易な防食、防錆処理を施し、あるいは防食、防錆処理を全く施していない仮設アンカーを使用してもよい。仮設アンカーは、シース管を有していないので、各鋼線のボンド部がグラウト材を介して地盤に設けた孔の内面に直接に定着され、アンボンド部がその表面を被覆している被覆材を介してグラウト材により孔の内面に定着されることになり、この場合にも、上記した永久アンカー５と同様の作用効果が得られる。

また、上記の実施形態では、既設の構造物の基礎を補強する場合について説明したが、本発明は構造物の基礎を新設する場合にも適用することができ、その場合、基礎のコンクリートを打設するとともに、この基礎を貫通するようにアンカーを打設し、基礎のコンクリートの強度を発現させた後に、アンカーを基礎に定着させればよい。なお、基礎のコンクリートの打設とアンカーの打設の順序は問わない。
さらに、上記の実施形態では、アンカーに緊張力を付与した状態でアンカーの上端を基礎に定着させたが、アンカーに緊張力を付与しない状態でアンカーの上端を基礎に定着させるようにしてもよい。
さらに、上記の実施形態では、構造物を支持する構造体として基礎２を例にとって説明したが、基礎２に限らず、構造物を支持する地中梁や耐圧版等を構造体としてもよい。

本発明による構造物の耐震補強工法の一実施の形態を示した説明図であって、孔の削孔工程を示した説明図である。 アンカー挿入工程を示した説明図である。 インナーグラウト注入工程を示した説明図である。 アウターグラウト注入工程を示した説明図である。 ケーシングの引き抜き工程を示した説明図である。 緊張力付与工程を示した説明図である。 永久アンカーの打設後の状態を示した説明図である。 図７の永久アンカーの自由長部のＡ−Ａ断面図である。 図７の永久アンカーの定着長部のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ 地盤
１ａ 定着地盤
１ｂ 軟弱地盤
２ 基礎
４ 構造物
５ 永久アンカー
６ シース管
７ 第１止水材
８ 第２止水材
９ 鋼線
９ａ ボンド部
９ｂ アンボンド部
９ｃ 被覆材
１０ グラウト材
１５ 定着長部
１６ 自由長部
１８ インナー注入管
１９ アウター注入管
２０ 孔
２１ ケーシング
２２ 定着具
２３ 支圧板
２４ キャップ

Claims (11)

1. 地盤に支持される構造物の構造体を貫通してアンカーの定着地盤に達する孔を設け、該孔内にアンカーを打設して該アンカーの先端を前記定着地盤に定着させ、該アンカーの上端を前記構造体に定着させる構造物の耐震工法であって、
   前記アンカーの前記定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としたことを特徴とする構造物の耐震工法。
2. 前記アンカーは、前記孔内に先端が前記定着地盤に達するまで挿入された内外周面に凹凸を有するシース管と、該シース管内に挿入されるとともに、先端が前記定着地盤に達するまで挿入された鋼線を有していることを特徴とする請求項１に記載の構造物の耐震工法。
3. 前記ボンド部は、前記鋼線と前記シース管の間にグラウト材を注入し、前記シース管と前記孔の周囲地盤の間にグラウト材を注入して、前記鋼線と前記シース管と前記孔の周囲地盤とを一体化して定着された部分であることを特徴とする請求項２に記載の構造物の耐震工法。
4. 前記アンカーを、緊張力が付与された状態で該アンカーの上端を前記構造体に定着することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の構造物の耐震工法。
5. 前記アンカーを、緊張力が付与されていない状態で該アンカーの上端を前記構造体に定着することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の構造物の耐震工法。
6. 前記アンカーを、定着具を介して前記構造体に頭部定着することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の構造物の耐震工法。
7. 前記構造体は、前記構造物の基礎又は地中梁又は耐圧版であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の構造物の耐震工法。
8. 構造物の構築方法であって、
   地盤に前記構造物の構造体を設け、該構造体を貫通してアンカーの定着地盤に達する孔を設け、該孔内にアンカーを打設して該アンカーの先端を前記定着地盤に定着させ、該アンカーに緊張力を付与した状態で又は該アンカーに緊張力を付与しない状態で該アンカーの上端を前記構造体に定着させ、前記アンカーの前記定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としたことを特徴とする構造物の構築方法。
9. 地盤に支持される構造物の耐震構造であって、
   前記構造物の構造体を貫通してアンカーの定着地盤に達する孔内に打設され、先端が前記定着地盤に定着されるとともに、緊張力を付与した状態で又は緊張力を付与しない状態で上端が前記構造体に定着されるアンカーを備え、
   前記アンカーの前記定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としたことを特徴とする構造物の耐震構造。
10. 地盤に支持される構造物の構造体を貫通してアンカーの定着地盤に達する孔内に打設され、先端が前記定着地盤に定着されるとともに、緊張力が付与された状態で又は緊張力が付与されない状態で上端が前記構造体に定着されるアンカーであって、
    前記定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としたことを特徴とするアンカー。
11. 地盤に支持される構造物の構造体を貫通してアンカーの定着地盤に達する孔内に打設され、先端が前記定着地盤に定着されるとともに、緊張力が付与された状態で又は緊張力が付与されない状態で上端が前記構造体に定着されるアンカーの設置方法であって、
    前記定着地盤よりも上方に位置する部分の少なくとも一部をボンド部としたことを特徴とするアンカーの設置方法。

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