JP2013170378A

JP2013170378A - アンカー体、既存建物の補強構造、アンカー体の構築方法、アンカー体の施工方法、及び削孔機

Info

Publication number: JP2013170378A
Application number: JP2012034247A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Wachi; 康晴和知; Hiroyuki Kishi; 浩行岸
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】アンカー体の張力により生じる圧縮力に対する地盤の耐力を効率よく高めることにより、アンカー体の施工コストを低減する。
【解決手段】地盤２に構築された構造体の下方に設けられ、前記構造体に定着されたＰＣ鋼より線２４の下部がグラウトにより地盤に定着されてなるボンド部１２と、ボンド部１２と前記構造体との間に設けられ、ＰＣ鋼より線２４が被覆材３９により被覆された状態でグラウトに埋設されてなるアンボンド部１４とを備えるアンカー体１０であって、アンボンド部１４の全体とボンド部１２の少なくとも一部とを含んでなり、グラウトの圧縮強度が、ＰＣ鋼より線２４の張力によりグラウトに生じる圧縮応力を超えるように設定された大径部１８を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、アンカー体、既存建物の補強構造、アンカー体の構築方法、アンカー体の施工方法、及び削孔機に関する。

地盤に構築された構造物に耐震補強を施す方法として、アンカー体の下側を地盤に定着させ、アンカー体を緊張させた状態で、アンカー体の上側を構造物の基礎に定着させる方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１、２に記載のアンカー体による耐震補強方法では、アンカー体の張力により構造物の下方の地盤に圧縮力が作用するところ、その地盤の圧縮耐力が十分でない場合には、アンカー体の周囲を地盤改良したり、杭を新たに打設してその杭内を通してアンカー体を打設したりしている。

特開２００８―２２３４３２号公報特開２００８−２２３４３０号公報

特許文献１、２に記載の耐震補強方法では、地盤改良や杭の打設等、アンカー体の打設とは別の工事が必要となるため、工事に要する時間や費用が増大する。また、アンカー体のボンド部（定着体）と地盤改良体や杭とが分離され、アンカー体の張力により生じる圧縮力に対する耐力を杭や地盤改良体の下端にもたせる構成になっていることから、アンカー体の張力を大きくするほど地盤改良体や杭を大径化しなければならず、コストが増大する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、アンカー体の張力により生じる圧縮力に対する地盤の耐力を効率よく高めることにより、アンカー体の施工コストを低減することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係るアンカー体は、地盤に構築された構造体の下方に設けられ、前記構造体に定着された緊張材の下部がグラウトにより地盤に定着されてなるボンド部と、前記ボンド部と前記構造体との間に設けられ、前記緊張材が被覆材により被覆された状態でグラウトに埋設されてなるアンボンド部と、を備えるアンカー体であって、前記アンボンド部の全体と前記ボンド部の少なくとも一部とを含んでなり、圧縮強度が、前記緊張材の張力により生じる圧縮応力を超えるように設定された圧縮部を備える。

前記アンカー体において、前記圧縮部は、その下側よりも大径であってもよい。

また、本発明に係る既存建物の補強構造は、地盤に構築された既存建物の下方に設けられ、前記既存建物の基礎に定着された緊張材の下部がグラウトにより地盤に定着されてなるボンド部と、前記ボンド部と前記基礎との間に設けられ、前記緊張材が被覆材により被覆された状態でグラウトに埋設されてなるアンボンド部とを有するアンカー体を備える既存建物の補強構造であって、前記アンカー体が、前記アンボンド部の全体と前記ボンド部の少なくとも一部とを含んでなり、圧縮強度が、前記緊張材の張力により生じる圧縮応力を超えるように設定された圧縮部を備える。

また、本発明に係るアンカー体の構築方法は、地盤に構築された構造体の下方に、前記構造体に定着させる緊張材の下部をグラウトにより地盤に定着させてなるボンド部を構築し、前記ボンド部と前記構造体との間に、前記緊張材を被覆材により被覆した状態でグラウトに埋設してなるアンボンド部を構築するアンカー体の構築方法であって、前記アンボンド部の全体と前記ボンド部の少なくとも一部とを含む部分の圧縮強度を、前記緊張材の張力により生じる圧縮応力を超えるように設定する。

また、本発明に係るアンカー体の施工方法は、地盤に構築された構造体の下方に、前記構造体に定着させる緊張材の下部をグラウトにより地盤に定着させてなるボンド部を構築し、前記ボンド部と前記構造体との間に、前記緊張材を被覆材により被覆した状態でグラウトに埋設してなるアンボンド部を構築するアンカー体の施工方法であって、二重管掘削型の削孔機の外側ケーシングにその外周面から突出する掘削ビットを設け、該掘削ビットにより所定深さまで前記外側ケーシングよりも大径の孔を削孔し、当該所定深さからの深方まで前記削孔機の内側ケーシングにより削孔する削孔工程と、前記アンボンド部に配する部分を前記被覆材で被覆した緊張材をシース管に挿通した緊張装置を、前記削孔工程で形成した孔に、前記被覆材の下端が前記大径の孔の下端より上側に位置するように挿入する挿入工程と、前記シース管内、及び前記削孔工程で形成した孔と前記シース管との間にグラウトを、前記外側ケーシング及び前記内側ケーシングを引抜きながら充填する充填工程と、前記緊張材を前記構造体に定着させる定着工程と、を備え、前記大径の孔にグラウトを充填してなる部分の圧縮強度を、前記緊張材の張力により当該部分に生じる圧縮応力を超えるように設定する。

また、本発明に係る削孔機は、前記アンカー体の施工において使用されるロータリーパーカッション式の削孔機であって、前記圧縮部を構築するための孔を掘削する掘削ビットが、ケーシングの外周面から突出している。

本発明によれば、アンカー体の張力により生じる圧縮力に対する地盤の耐力を効率よく高めることにより、アンカー体の施工コストを低減することができる。

一実施形態に係るアンカー体を用いた既存建物の耐震補強を示す立断面図である。一実施形態に係るアンカー体を示す立断面図である。アンカー体の施工手順を説明するための立断面図である。アンカー体の施工手順を説明するための立断面図である。アンカー体の施工手順を説明するための立断面図である。アンカー体の施工手順を説明するための立断面図である。アンカー体の施工手順を説明するための立断面図である。アンカー体の施工手順を説明するための立断面図である。アンカー体の施工手順を説明するための立断面図である。アンカー体の施工手順を説明するための立断面図である。アンカー体の施工手順を説明するための立断面図である。アンカー体の応力分布を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るアンカー体１０を用いた既存建物１の耐震補強を示す立断面図である。この図に示すように、地盤２には既存基礎３が存在し、この既存基礎３の上には耐震補強の対象の既存建物１が存在する。また、地盤２の上層には軟弱地盤４が存在し、この軟弱地盤４の下層には硬質地盤（支持層）５が存在する。ここで、既存基礎３の下には杭１１が打設されているが、後述するアンカー体１０の張力により地盤２に生じる圧縮力に対する地盤２の耐力を確保できるものではない。

アンカー体１０は、硬質地盤５に位置するボンド部１２と、ボンド部１２より上側のアンボンド部１４とを備えている。また、アンカー体１０は、全体が硬質地盤５に位置する小径部１６と、下部が硬質地盤５に位置してその上側が軟弱地盤４に位置する大径部１８とを備えている。ボンド部１２とアンボンド部１４との境界は大径部１８に配されている。また、アンカー体１０は、既存基礎３の両側に新設された新設基礎９にアンボンド部１４が定着され、その鉛直下方でボンド部１２が硬質地盤５に定着されている。

図２は、アンカー体１０を示す立断面図である。この図に示すように、アンカー体１０は、合成樹脂製のシース管２２と、シース管２２に挿通された複数本のＰＣ鋼より線２４と、シース管２２に挿通された注入パイプ２６、２７と、アンカー２０の上端に設けられた定着機構４０とを備えている。地盤２には、新設基礎９及び軟弱地盤４を貫通し、硬質地盤５まで延びる孔６が、形成されており、シース管２２は、孔６に挿通されて、新設基礎９から硬質地盤５まで延びている。ここで、孔６は、全体が硬質地盤５に位置する小径部８と、下部が硬質地盤５に位置してその上側が軟弱地盤４に位置する大径部７とを備えている。

定着機構４０には保護キャップ２８が取り付けられている。また、シース管２２の中間部には複数のスペーサ３２が設けられており、このスペーサ３２により、複数本のＰＣ鋼より線２４と注入パイプ２６、２７とが位置決めされている。

ＰＣ鋼より線２４は、硬質地盤５から新設基礎９の上側まで延びている。また、シース管２２の下部には止水材３４が詰められており、注入パイプ２６は、シース管２２の上部から止水材３４の上側まで延び、注入パイプ２７は、シース管２２の上部から止水材３４の下側まで延びている。

また、孔６の下端から上端までアウターグラウト３８が充填されており、シース管２２がアウターグラウト３８で孔６の内壁に固着されている。また、シース管２２内の下端から上端まで、インナーグラウト３６が充填されている。ここで、ボンド部１２では、ＰＣ鋼より線２４が、露出されており、インナーグラウト３６及びアウターグラウト３８により硬質地盤５と一体化され、伸縮を拘束されている。また、アンボンド部１４では、ＰＣ鋼より線２４が被覆材３９で被覆され、ＰＣ鋼より線２４と被覆材３９との間にグリース等の潤滑剤が充填されている。これにより、アンボンド部１４では、ＰＣ鋼より線２４が伸縮可能である。

定着機構４０は、ＰＣ鋼より線２４を挿通する孔が形成された支圧板４２と、支圧板４２上に載置され各ＰＣ鋼より線２４が挿通される複数の孔４４Ａが形成されたアンカーヘッド４４と、各孔４４Ａに対応して設けられたグリッパー４６とを備えている。アンカーヘッド４４の各孔４４Ａは、上側から下側へかけて縮径するテーパ孔であり、グリッパー４６はこの孔４４Ａに挿入される楔部材である。

ＰＣ鋼より線２４の上端は、被覆材３９で被覆されることなく露出しており、このＰＣ鋼より線２４の上端が、アンカーヘッド４４の孔４４Ａに挿通され、楔作用により孔４４Ａとグリッパー４６と摩擦係合した状態になっている。これにより、ＰＣ鋼より線２４の上端がアンカーヘッド４４に定着されている。

ここで、ＰＣ鋼より線２４のアンカーヘッド４４に対する定着位置を調整することにより、ＰＣ鋼より線２４の張力を調整できるところ、本実施形態では、当該張力が所定値Ｆ（例えば、１３０ｔ）に設定されている。また、大径部１８の圧縮強度Ｆｓは、アンボンド部１４におけるＰＣ鋼より線２４の張力Ｆにより大径部１８に生じる圧縮応力Ｆ／Ｓ（Ｓは、大径部１８の直径）より大きく設定されている。即ち、大径部１８は、アンボンド部１４におけるＰＣ鋼より線２４の張力Ｆにより生じる圧縮応力Ｆ／Ｓを負担する部分である。

図３〜図１１は、アンカー体１０の施工手順を説明するための立断面図である。図３に示すように、まず、二重管掘削型ロータリーパーカッション式の削孔機１００を使用して削孔工程を実施する。当該掘削工程では、始めに、大径のケーシング１０２を使用して孔６の大径部７を硬質地盤５まで掘削する。

ここで、ケーシング１０２は、例えば直径２１６ｍｍの既製品の先端に、外径方向に突出する複数の拡径羽１０４を取り付けたものである。この複数の拡径羽１０４は、周方向に所定間隔おきに配されると共に、軸方向にも複数配されている。各拡径羽１０４の先端には掘削ビットが設けられており、この掘削ビットにより、ケーシング１０２の直径よりも大径（例えば直径４００ｍｍ）の大径部７の掘削が可能となっている。なお、大径部７の掘削において軟弱地盤４を拡径羽１０４で掘削する際には、ベントナイト等の安定液で孔壁を保持した状態にする。

次に、図４に示すように、小径（例えば、直径１３５ｍｍ）のケーシング１０８を使用して孔６の小径部８を硬質地盤５内で清水掘りする。

次に、図５に示すように、アンカー体挿入工程を実施する。当該工程では、予め組み立てておいたアンカー体１０を、シース管２２及びＰＣ鋼より線２４の先端が硬質地盤５内まで到達し、頭部が地表面から上側に突出するように、孔６に挿入する。

そして、図６に示すように、インナーグラウト注入工程を実施する。図６に示すように、インナーグラウト注入工程では、注入パイプ２６を通してシース管２２の内部にインナーグラウト３６を注入する。注入パイプ２６の下端は止水材３４の上側に配されているため、インナーグラウト３６は、止水材３４で塞き止められてシース管２２内で堆積する。

その後、図７〜図１０に示すように、アウターグラウト注入工程を実施する。図８に示すように、アウターグラウト注入工程では、注入パイプ２７を通してアウターグラウト３８を注入する。注入パイプ２７の下端は、止水材３４の下側に配されているため、シース管２２から流出して孔６の底部で塞き止められて孔６の小径部８内で堆積する。この際、孔６の小径部８内にアウターグラウト３８を加圧注入しながらケーシング１０８を引抜く。

次に、図９に示すように、大径のケーシング１０２内にパイプ（不図示）を挿入して該パイプを通して大径部７とシース管２２との間にアウターグラウト３８を充填する。この際、図１０に示すように、孔６の大径部７内にグラウト材を加圧注入しながらケーシング１０２を孔６の大径部７から引き抜く。

図１１に示すように、新設基礎９を構築した後に、緊張・頭部処理工程を実施する。当該工程では、インナーグラウト３６及びアウターグラウト３８が硬化した後、油圧ジャッキを利用してＰＣ鋼より線２４をアンカーヘッド４４に定着させ、保護キャップ２８を定着機構４０に取り付ける。この際、ＰＣ鋼より線２４に上述の所定値Ｆの張力が付与されるように、ＰＣ鋼より線２４のアンカーヘッド４４に対する定着位置を調整する。

図１２は、アンカー体１０の応力分布を説明するための図である。なお、軟弱地盤４におけるアンカー体１０の周面摩擦は０と仮定する。この図に示すように、アンボンド部１４では、ＰＣ鋼より線２４の張力が一様（等分布）であり、ボンド部１２では、ＰＣ鋼より線２４の張力が下方にいくにつれて小さくなる。なお、ボンド部１２はＰＣ鋼より線２４の張力により微小量のみ伸びる。

また、大径部１８は、圧縮強度Ｆｃが圧縮応力Ｆ／Ｓより大きく設定されていることから、大径部１８のグラウト内の軸方向の力は圧縮力となる。即ち、大径部１８はＰＣ鋼より線２４の張力による圧縮力を負担する。また、アンボンド部１４では、グラウト内の圧縮力が一様（等分布）であり、ボンド部１２では、グラウト内の圧縮力が下方にいくにつれて小さくなる。

ここで、大径部１８の下部であってボンド部１２の上部である部分のグラウト内では、ＰＣ鋼より線２４の張力による圧縮力のみならず、ＰＣ鋼より線２４の張力による引張力も生じる。このため、当該部分のグラウト内では、圧縮力と引張力とが相殺する現象が生じることによって、大径部の下端にかけて圧縮力が減少する。従って、大径部１８の下端にもたせる地盤の圧縮耐力を低減でき、ひいては大径部１８に要求される圧縮耐力を低減できる。

そして、大径部１８に要求される圧縮耐力を低減できることによって、アンカー体の張力により生じる圧縮力に対する軟弱地盤４の耐力を、アンカー体１０自体（大径部１８）にもたせることが可能となる。これにより、軟弱地盤４を地盤改良したり、新たに杭を打設したりする等のアンカー体の打設とは別の工事を要することなく、アンカー体の張力により生じる圧縮力に対する地盤等の耐力を確保することが可能となる。

また、アンカー体の張力により生じる圧縮力に対する軟弱地盤４の耐力を確保できることによって、常時、アンカー体１０を緊張させた状態にすることができるため、地震時にＰＣ鋼より線２４の伸び量を最小限に抑えつつアンカー体１０を引抜力に対して抵抗させることができる。また、大径部１８が圧縮力を負担することにより、地震時に発生する押込み力に対してもアンカー体１０を抵抗させることができる。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、アンボンド部１４とボンド部１２の上部とを含む部分をボンド部１２よりも大径としたが、当該部分とボンド部１２とを同一の直径にする等してもよい。また、当該部分（大径部１８とその下の小径部１６との境界を硬質地盤５に配したが、軟弱地盤４に配してもよい。

また、ボンド部１２とアンボンド部１４との境界を軟弱地盤４と硬質地盤５との境界に配したが、前者が後者より上側だったり後者が前者より上側だったりしてもよい。また、アンカー体１０を新設基礎９に定着させたが、既存基礎３に定着させてもよい。また、アンカー体１０を新設基礎９や既存基礎３に定着させる方式は、マンション式（ねじ式）であってもよい。また、シース管２２（コルゲートシース）は、アンカー体１０の上端まで設けることは必須ではなく、アンカー体１０の中間部まで設けるようにしてもよい。

また、既存建物の耐震補強を例に挙げて本発明を説明したが、新設建物の地震対策に本発明を適用してもよい。さらに、地上構造物の耐震補強を例に挙げて本発明を説明したが、地下構造物の耐震補強に本発明を適用してもよい。

１既存建物（構造体）、２地盤、３既存基礎（構造体）、４軟弱地盤、５硬質地盤、６孔、７大径部、８小径部、９新設基礎（構造体）、１０アンカー体、１１杭、１２ボンド部、１４アンボンド部、１６小径部、１８大径部（圧縮部）、２０アンカー、２２シース管、２４ＰＣ鋼より線（緊張材）、２６、２７注入パイプ、２８保護キャップ、３２スペーサ、３４止水材、３６インナーグラウト、３８アウターグラウト、３９被覆材、４０定着機構、４２支圧板、４４アンカーヘッド、４４Ａ孔、４６グリッパー、１００削孔機、１０２ケーシング、１０４拡径羽（掘削ビット）、１０８ケーシング

Claims

地盤に構築された構造体の下方に設けられ、前記構造体に定着された緊張材の下部がグラウトにより地盤に定着されてなるボンド部と、
前記ボンド部と前記構造体との間に設けられ、前記緊張材が被覆材により被覆された状態でグラウトに埋設されてなるアンボンド部と、
を備えるアンカー体であって、
前記アンボンド部の全体と前記ボンド部の少なくとも一部とを含んでなり、圧縮強度が、前記緊張材の張力により生じる圧縮応力を超えるように設定された圧縮部を備えるアンカー体。
前記圧縮部は、その下側よりも大径である請求項１に記載のアンカー体。
地盤に構築された既存建物の下方に設けられ、前記既存建物の基礎に定着された緊張材の下部がグラウトにより地盤に定着されてなるボンド部と、前記ボンド部と前記基礎との間に設けられ、前記緊張材が被覆材により被覆された状態でグラウトに埋設されてなるアンボンド部とを有するアンカー体を備える既存建物の補強構造であって、
前記アンカー体が、前記アンボンド部の全体と前記ボンド部の少なくとも一部とを含んでなり、圧縮強度が、前記緊張材の張力により生じる圧縮応力を超えるように設定された圧縮部を備える既存建物の補強構造。
地盤に構築された構造体の下方に、前記構造体に定着させる緊張材の下部をグラウトにより地盤に定着させてなるボンド部を構築し、
前記ボンド部と前記構造体との間に、前記緊張材を被覆材により被覆した状態でグラウトに埋設してなるアンボンド部を構築するアンカー体の構築方法であって、
前記アンボンド部の全体と前記ボンド部の少なくとも一部とを含む部分の圧縮強度を、前記緊張材の張力により生じる圧縮応力を超えるように設定するアンカー体の構築方法。
地盤に構築された構造体の下方に、前記構造体に定着させる緊張材の下部をグラウトにより地盤に定着させてなるボンド部を構築し、前記ボンド部と前記構造体との間に、前記緊張材を被覆材により被覆した状態でグラウトに埋設してなるアンボンド部を構築するアンカー体の施工方法であって、
二重管掘削型の削孔機の外側ケーシングにその外周面から突出する掘削ビットを設け、該掘削ビットにより所定深さまで前記外側ケーシングよりも大径の孔を削孔し、当該所定深さからの深方まで前記削孔機の内側ケーシングにより削孔する削孔工程と、
前記アンボンド部に配する部分を前記被覆材で被覆した緊張材をシース管に挿通した緊張装置を、前記削孔工程で形成した孔に、前記被覆材の下端が前記大径の孔の下端より上側に位置するように挿入する挿入工程と、
前記シース管内、及び前記削孔工程で形成した孔と前記シース管との間にグラウトを、前記外側ケーシング及び前記内側ケーシングを引抜きながら充填する充填工程と、
前記緊張材を前記構造体に定着させる定着工程と、
を備え、
前記大径の孔にグラウトを充填してなる部分の圧縮強度を、前記緊張材の張力により当該部分に生じる圧縮応力を超えるように設定するアンカー体の施工方法。
請求項１又は請求項２に記載のアンカー体の施工において使用されるロータリーパーカッション式の削孔機であって、
前記圧縮部を構築するための孔を掘削する掘削ビットが、ケーシングの外周面から突出している削孔機。