JP2013224529A - 杭基礎の補強構造および補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】杭基礎の安全性を確保できる、作業工程が簡易で経済的な杭基礎の補強構造および補強方法を提供すること。
【解決手段】上部構造物２の下部のフーチング１から下方に向かって水中に設けられ水底５の地盤６により支持される複数の杭３からなる既設の杭基礎を囲むように、上端部３５が水面１９上に位置し、下端部１７が水底５の地盤６に埋設される鋼殻７を設置する。次に、杭３の周囲の地盤６の地盤改良を行い、高圧噴射地盤改良体１１を形成する。そして、鋼殻７の内部で、略水平にタイロッド１３を設置し、両端部を鋼殻７に接続する。その後、鋼殻７の内部の、杭３の上端部３７から水底５までの区間４１に補強コンクリート９を充填し、補強構造３９を完成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、杭基礎の補強構造および補強方法に関するものである。

従来、橋梁等の構造物において、水底の地盤に打ち込まれ、水上の上部構造を支える既設の杭基礎の補強を行う場合、（１）水中にて各杭の周囲に補強鋼板を巻いた後、補強鋼板を地盤に圧入し、杭と補強鋼板との間に充填モルタルを充填する方法があった。また、（２）複数の杭を囲むように水底の地盤に設置したシートパイルの内側の地盤でフーチングを新設し、新設フーチングの上方の各杭の周囲に補強鋼板を設ける方法があった。

また、地中の複数の杭によりフーチングを支持する形態の基礎の耐震補強構造として、フーチングの周囲に設けた環状の地中壁とフーチングとの間にコンクリートを増設し、地中壁内のフーチング及び増設したコンクリートの真下の地盤を固化改良するもの等があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１２４４９３号公報

しかしながら、上記のように、水底の地盤に打ち込まれ、水上の上部構造を支える既設の杭基礎の補強を行う場合、特許文献１の方法は地中の杭基礎を補強するものであるためこれと異なり、また（１）や（２）の方法では、個々の杭の周囲に鋼板を設ける必要があり、さらに、この鋼板を地中に圧入したり、地中にフーチングを設置したりするため作業工程が複雑であり高コストとなった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、杭基礎の安全性を確保できる、作業工程が簡易で経済的な杭基礎の補強構造および補強方法を提供することである。

前述した目的を達成するための第１の発明は、杭基礎を補強した杭基礎の補強構造であって、平面において前記杭基礎を囲むように配置される外殻と、前記外殻の内部で、高さ方向に、前記杭基礎の上端部から、前記上端部と前記杭基礎の下端部の間の所定の位置まで充填された補強コンクリートと、前記補強コンクリートの下方の地盤に形成された地盤改良体と、を具備することを特徴とする杭基礎の補強構造である。

第１の発明の杭基礎の補強構造は、例えば、高さ方向の少なくとも一部が水中に設けられ、水底の地盤に支持される既設の杭基礎を補強するために用いられ、この場合、前記所定の位置を水底面またはそれより低い位置とする。

杭基礎の上端部にフーチングが設けられている場合、必要に応じて、フーチングと外殻とが接続治具を用いて接続される。また、第１の発明では、必要に応じて、補強コンクリートを貫通するように略水平に設置され、両端部が外殻に接続されたタイロッドがさらに設けられる。

第１の発明の杭基礎の補強構造によれば、外殻と補強コンクリートとから成る合成構造により杭頭部全体が一括して補強されること、地盤改良体により上部工の荷重等が地盤に直接伝達されて杭基礎への作用荷重が低減されることにより、杭基礎のせん断破壊および曲げ破壊に対する安全性が確保される。そして、個々の杭の周囲に鋼板を設ける必要や、その鋼板を地中に圧入したり、地中にフーチングを設置したりすることがなく、作業工程が簡易でありコストを削減できる。

第２の発明は、杭基礎を補強する杭基礎の補強方法であって、平面において前記杭基礎を囲むように外殻を設置する工程（ａ）と、前記杭基礎の上端部と下端部の間の所定の位置の下方で、前記杭基礎の周囲の地盤を改良し、地盤改良体を形成する工程（ｂ）と、前記外殻の内部で、高さ方向に、前記杭基礎の上端部から前記地盤改良体まで補強コンクリートを充填する工程（ｃ）と、を具備することを特徴とする杭基礎の補強方法である。

第２の発明の杭基礎の補強方法は、例えば、高さ方向の少なくとも一部が水中に設けられ、水底の地盤に支持される既設の杭基礎を補強するために用いられ、この場合、前記所定の位置を、水底面またはそれより低い位置とする。

第２の発明では、工程（ａ）と工程（ｂ）との間に、外殻の内部で水底面の上方に流動化処理土を施工する工程（ｄ）と、外殻の内部を排水する工程（ｅ）とを、さらに設け、工程（ｂ）と工程（ｃ）との間に、流動化処理土を撤去する工程（ｆ）をさらに設けてもよい。

また、前記杭基礎の上端部にフーチングが設けられている場合、前記工程（ａ）より後に、前記フーチングと前記外殻とを接続治具を用いて接続する工程（ｇ）をさらに設けてもよい。

また、第２の発明では、必要に応じて、工程（ａ）より後に、鋼殻を貫通するようにタイロッドを略水平に設置する工程（ｈ）を設けてもよい。

第２の発明の杭基礎の補強方法によれば、外殻と補強コンクリートとから成る合成構造により杭頭部全体を一括して補強すること、地盤改良体により上部工の荷重等を地盤に直接伝達して杭基礎への作用荷重の低減を図ることにより、杭基礎のせん断破壊および曲げ破壊に対する安全性を確保できる。そして、個々の杭の周囲に鋼板を設ける必要や、その鋼板を地中に圧入したり、地中にフーチングを設置したりすることがなく、作業工程が簡易でありコストを削減できる。

本発明によれば、杭基礎の安全性を確保できる、作業工程が簡易で経済的な杭基礎の補強構造および補強方法を提供できる。

補強構造３９の概要を示す図 鋼殻７を設置する工程を示す図 高圧噴射地盤改良体１１を形成し、タイロッド１３を設置する工程を示す図 高圧噴射地盤改良体１１の水平断面図 図３に示す範囲Ｆの拡大図 鋼殻７を設置して流動化処理土２３を施工し、鋼殻７の内部２５を排水する工程を示す図 高圧噴射地盤改良体１１を形成し、流動化処理土２３を撤去して、タイロッド１３を設置する工程を示す図 フーチング１と鋼殻７とを接続した例を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の杭基礎の補強構造の実施の形態について詳細に説明する。図１は、補強構造３９の概要を示す図である。図１の（ａ）図は、補強構造３９の垂直断面図を示す。図１の（ｂ）図、図１の（ｃ）図は、補強構造３９の水平断面図を示す。図１の（ａ）図は、図１の（ｂ）図に示す矢印Ｄ−Ｄによる断面図である。図１の（ｂ）図は、図１の（ａ）図に示す矢印Ｂ−Ｂによる断面図である。図１の（ｃ）図は、図１の（ａ）図に示す矢印Ｃ−Ｃによる断面図である。

補強構造３９は、上部構造物２の下部のフーチング１から下方に向かって水中に設けられ水底５の地盤６により支持される複数の杭３からなる既設の杭基礎を補強したものである。杭３は支持杭や摩擦杭等であり、杭３が支持杭である場合、例えば杭３の下端部３３は、礫混り中砂層など、地盤６の比較的固い層まで達しているが、杭３が摩擦杭である場合など、これに限ることはない。

図１に示すように、補強構造３９は、鋼殻７、補強コンクリート９、高圧噴射地盤改良体１１、タイロッド１３等からなる。

鋼殻７は、図１の（ｂ）図および図１の（ｃ）図に示すように、複数の杭３による杭基礎を平面において囲むように配置された外殻である。鋼殻７は、複数のブロック７ａを連結して形成される。鋼殻７は、図１の（ａ）図に示すように、上端部３５が水面１９上に位置し、下端部１７が地盤６に埋設される。鋼殻７の上端部３５は、杭３の上端部３７と略同じ位置とする。

補強コンクリート９は、図１の（ａ）図および図１の（ｂ）図に示すように、鋼殻７の内部で、杭３の上端部３７から、杭３の上端部３７と下端部３３の間に位置する水底５までの高さ方向の区間４１に充填される。補強コンクリート９は、例えば、軽量コンクリートとする。なお、水底５の地盤６を掘削するなどして、杭３の上端部３７から、水底５より低い位置にある掘削した底面まで補強コンクリート９で置き換えてもよい。

高圧噴射地盤改良体１１は、図１の（ａ）図および図１の（ｃ）図に示すように、補強コンクリート９の下方で、地盤６を改良して形成される地盤改良体である。高圧噴射地盤改良体１１の平面範囲や深度（例えば支持層への根入れ長）や強度は、地震時に杭３が所定の安定性を確保できるように定められる。高圧噴射地盤改良体１１は、平面上、鋼殻７内部の中央部２１を除いて鋼殻７の内面に沿って形成される。

タイロッド１３は、図１の（ａ）図および図１の（ｂ）図に示すように、補強コンクリート９を貫通するように略水平に設置され、両端部が鋼殻７に接続される。タイロッド１３は、図１の（ａ）図に示すように、上下方向に複数段に設置される。また、図１の（ｂ）図に示すように、杭３を避けて格子状に設置される。

次に、補強構造３９による杭基礎の補強方法の第１の実施の形態について説明する。補強構造３９による杭基礎の補強方法は、前述したように、上部構造物２の下部のフーチング１から下方に向かって水中に設けられ水底５の地盤６により支持される複数の杭３からなる既設の杭基礎を補強するものである。

補強構造３９を用いて杭基礎を補強するには、まず、図２に示すように、複数の杭３による杭基礎を平面において囲むように鋼殻７を設置する。鋼殻７は、複数のブロック７ａ（図１の（ｂ）図等参照）を順に地盤６に貫入しつつ連結することにより形成する。上述したように、鋼殻７は、上端部３５が水上に位置し、下端部１７が地盤６に埋設される。

次に、図３に示すように、高圧噴射地盤改良体１１を形成し、タイロッド１３を設置する。高圧噴射地盤改良体１１は、杭３の周囲の水底５の地盤６を改良して形成する。例えば、フーチング１と鋼殻７との隙間から鋼殻７の内側の地盤６に注入管（図示せず）を挿入し、地盤６にジェットグラウトなどの高圧噴射による地盤改良を行い、高圧噴射地盤改良体１１を形成する。

図４は、高圧噴射地盤改良体１１の水平断面図を示す。図４は、図３に示す矢印Ｅ−Ｅによる断面図である。高圧噴射地盤改良体１１は、鋼殻７の下方の地盤６では、図３および図４に示すように、鋼殻７の水平断面よりも広範囲に形成される。

図３に示す工程では、高圧噴射地盤改良体１１を形成するとともに、タイロッド１３を略水平に設置する。タイロッド１３の両端部は鋼殻７に接続される。上述したように、タイロッド１３は、上下方向に複数段に、杭３を避けて格子状に設置される。図５は、図３に示す範囲Ｆの拡大図である。例えば図５の（ａ）図に示すように、鋼殻７には孔３１が設けられる。タイロッド１３は、例えば両端部をねじ部とし、鋼殻７の孔３１を貫通した両端部を固定具３２で螺合等させて鋼殻７に固定、接続する。または図５の（ｂ）図に示すように、孔３１を省略し、鋼殻７の内側に設けた固定具３２によりタイロッド１３の両端部を鋼殻７に固定、接続することもできる。タイロッド１３の設置は、水中においてダイバー作業にて行う。

タイロッド１３を設置した後、図１の（ａ）図に示すように、鋼殻７の内部で、杭３の上端部３７から水底５までの区間４１に、水中にて補強コンクリート９（水中コンクリート）を打設、充填し、補強構造３９を完成する。

次に、補強構造３９による杭基礎の補強方法の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、補強構造３９（図１）を、第１の実施の形態と異なる施工方法で施工する。

第２の実施の形態では、まず、図２に示すように、第１の実施の形態と同様にして複数の杭３を囲むように鋼殻７を設置する。

次に、鋼殻７の内部に、水底５から所定の高さまで流動化処理土を施工する。その後、鋼殻７の内部を排水する。図６に、鋼殻７の内部２５に流動化処理土２３を施工した後、鋼殻７の内部２５を排水した状態を示す。流動化処理土２３は、例えば土砂に水と固化材を混ぜて流動化させたもので、固化後に所定の強度となる。流動化処理土２３により、鋼殻７の内部２５を排水した際の水底面の地盤の破壊を防ぐ。また、排水時に周囲より加わる水圧を支え、鋼殻７の変形を防ぐ。なお、鋼殻７の上端部３５の少なくとも一部をフーチング１に当接させる、あるいは排水前に後述するフーチング１と鋼殻７との接続を行った場合には、この当接部または接続部と流動化処理土２３の双方で上記の水圧を支えることができるので好適である。

次に、第１の実施の形態と同様にして杭３の周囲の地盤６を改良し、高圧噴射地盤改良体１１を形成する。その後、鋼殻７の内部２５の流動化処理土２３を撤去し、第１の実施の形態と同様にタイロッド１３を設置する。高圧噴射地盤改良体１１を形成し、流動化処理土２３を撤去して、タイロッド１３を設置した状態を図７に示す。タイロッド１３の設置等は、例えば周囲の水中部分と隔てて鋼殻７の側面に出入口を設け、ドライアップした鋼殻７の内部２５で作業の大部分を行うことができるので、負担の大きいダイバー作業が軽減される。

そして、タイロッド１３を設置した後、図１の（ａ）図に示すように、第１の実施の形態と同様にして、鋼殻７の内部で杭３の上端部３７から水底５までの区間４１に補強コンクリート９を充填し、補強構造３９を完成する。第２の実施の形態では、タイロッド１３の設置等の、負担の大きいダイバー作業が軽減されるので、より簡易な作業工程となる。

なお、鋼殻７の設置後、フーチング１と鋼殻７とは、必要に応じて接続治具により接続される。図８は、フーチング１と鋼殻７とを接続した例を示す図である。図８に示す例では、フーチング１と鋼殻７とが、接続治具である接続金物２７およびアンカ２９を用いて接続される。接続金物２７は、例えば、断面がＬ字型の部材であり、鋼殻７の上端部３５に沿って設置される。アンカ２９は、例えばケミカルアンカであり、接続金物２７とフーチング１とを一体化する。

以上説明した杭基礎の補強構造３９、および補強方法によれば、鋼殻７と補強コンクリート９とから成る合成構造により杭３の頭部全体を一括して補強する。また、高圧噴射地盤改良体１１により上部構造物２の荷重等を地盤６に直接伝達して杭３への作用荷重の低減を図る。これにより、杭３のせん断破壊および曲げ破壊に対する安全性を確保できる。そして、個々の杭の周囲に鋼板を設ける必要や、その鋼板を地中に圧入したり、地中にフーチングを設置したりすることがなく、作業工程が簡易でありコストを削減できる。

なお、補強構造３９においては、図１の（ａ）図等に示すように、鋼殻７の上端部３５を杭３の上端部３７と略同じ位置としたが、鋼殻７の上端部３５を杭３の上端部３７より高い位置としてもよい。この場合にも、補強コンクリート９を、鋼殻７の内部で、杭３の上端部３７から水底５またはそれより低い位置までの区間４１に充填する。

また、鋼殻７とフーチング１の間の少なくとも一部では、地盤改良の際の注入管や必要な場合にはタイロッド１３を挿入できる程度の間隔を設けるが、これも適宜定めることができる。例えば、必要に応じて鋼殻７とフーチング１の間に所定の間隔を設けることもできるし、鋼殻７をフーチング１の周囲に隙間なく設置することもできる。この場合、高圧噴射地盤改良体１１の形成時には、例えばフーチング１に削孔して注入管を鋼殻７の内側に挿入してジェットグラウトを地盤６に施工するとよい。
さらに、高圧噴射地盤改良体１１に要求される補強性能によっては、鋼殻７内部平面の中央部２１を含め地盤６の全面改良を行い高圧噴射地盤改良体１１を形成する場合もある。全面改良を行う場合は、（フーチング１の平面中央部でも）フーチング１に削孔して注入管を鋼殻７の内側に挿入し、ジェットグラウトを施工する。

また、補強構造３９では補強コンクリート９を貫通するようにタイロッド１３を設けたが、タイロッド１３は必要に応じて設ければよい。

さらに、鋼殻、補強コンクリート、高圧噴射地盤改良体からなる本発明の杭基礎の補強構造は、例えばフーチング基礎を支える地中の杭基礎の補強にも適用することができる。補強構造３９と同様、平面において杭基礎を囲むように外殻を設置し、杭基礎の上端部と下端部の間の所定の位置の下方で、杭基礎の周囲の地盤を改良して地盤改良体を形成し、外殻の内部で、高さ方向に、杭基礎の上端部から地盤改良体まで補強コンクリートを充填するとよい。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………フーチング
２………上部構造物
３………杭
５………水底
６………地盤
７………鋼殻
９………補強コンクリート
１１………高圧噴射地盤改良体
１３………タイロッド
１７、３３………下端部
１９………水面
２１………中央部
２３………流動化処理土
２５………内部
２７………接続金物
２９………アンカ
３５、３７………上端部
３９………補強構造

Claims (9)

1. 杭基礎を補強した杭基礎の補強構造であって、
   平面において前記杭基礎を囲むように配置される外殻と、
   前記外殻の内部で、高さ方向に、前記杭基礎の上端部から、前記上端部と前記杭基礎の下端部の間の所定の位置まで充填された補強コンクリートと、
   前記補強コンクリートの下方の地盤に形成された地盤改良体と、
   を具備することを特徴とする杭基礎の補強構造。
2. 前記杭基礎の補強構造は、高さ方向の少なくとも一部が水中に設けられ、水底の地盤に支持される既設の杭基礎を補強したものであり、前記所定の位置は、水底面またはそれより低い位置であることを特徴とする請求項１記載の杭基礎の補強構造。
3. 前記杭基礎の上端部にフーチングが設けられ、前記フーチングと前記外殻とが接続治具を用いて接続されたことを特徴とする請求項１記載の杭基礎の補強構造。
4. 前記補強コンクリートを貫通するように略水平に設置され、両端部が前記外殻に接続されたタイロッドをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の杭基礎の補強構造。
5. 杭基礎を補強する杭基礎の補強方法であって、
   平面において前記杭基礎を囲むように外殻を設置する工程（ａ）と、
   前記杭基礎の上端部と下端部の間の所定の位置の下方で、前記杭基礎の周囲の地盤を改良し、地盤改良体を形成する工程（ｂ）と、
   前記外殻の内部で、高さ方向に、前記杭基礎の上端部から前記地盤改良体まで補強コンクリートを充填する工程（ｃ）と、
   を具備することを特徴とする杭基礎の補強方法。
6. 前記杭基礎の補強方法は、高さ方向の少なくとも一部が水中に設けられ、水底の地盤に支持される既設の杭基礎を補強するものであり、前記所定の位置は、水底面またはそれより低い位置であることを特徴とする請求項５記載の杭基礎の補強方法。
7. 前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）との間に、
   前記外殻の内部で水底面の上方に流動化処理土を施工する工程（ｄ）と、
   前記外殻の内部を排水する工程（ｅ）と、
   を、さらに具備し、
   前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）との間に、
   前記流動化処理土を撤去する工程（ｆ）をさらに具備することを特徴とする請求項６記載の杭基礎の補強方法。
8. 前記杭基礎の上端部にはフーチングが設けられており、
   前記工程（ａ）より後に、
   前記フーチングと前記外殻とを接続治具を用いて接続する工程（ｇ）をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の杭基礎の補強方法。
9. 前記工程（ａ）より後に、
   両端部を前記外殻に接続してタイロッドを略水平に設置する工程（ｈ）をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の杭基礎の補強方法。

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