JP2015178734A - 構造物の基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】背面側からの土圧が作用する構造物にかかる土圧に十分に抵抗できる基礎構造を提供する。
【解決手段】河川や海に架かる橋の橋台３の基礎構造であって、複数の鋼管杭列（前列鋼管杭列１０，後列鋼管杭列２０）を備え、少なくとも最前面に配置された前列鋼管杭列１０が後列鋼管杭列２０より、剛性が高く構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、背面側からの土圧が作用する構造物の基礎構造であって、複数の鋼管杭列を備えた基礎構造に関する。

橋脚や橋台などの構造物は、河川や海のように、建設される地盤が軟弱であることが多いため、軟弱な地盤下方の良質な地盤まで鋼管杭を打設し、この鋼管杭を基礎として、鋼管杭の頭部に前記構造物の下部を結合することが行われている。

しかし、橋台は、上部構造を支えるとともに背面の土留めの役割を果たすため、上部構造からの荷重に加えて、背面側からの土圧などの荷重が作用する。
特に、鋼管の杭頭部に、背面側の土圧による水平力及び曲げモーメントが発生し、構造物が前面方向に大きな変位や傾斜を生じ、そのために種々の弊害を生ずる虞がある。なお、背面側からの土圧が作用する構造物として、斜面の崩壊を防ぐための擁壁でも同様の問題がある。

特許文献１には、既存の橋台の耐震補強のために、管状補強部材の一端を背面側の地盤に設置し、他端を橋台に設置することで、橋台を補強する耐震補強法要及び耐震補強構造開示されている。

特許公開２０１１−１６８９７５号公報

しかし、上述した耐震補強方法等は、背面側に地盤まで補強部材を設ける必要があった。また、既存の橋台に耐震補強を施すものに過ぎなかった。

新規に橋台等の背面側からの土圧が作用する構造物を建設する際に有効な基礎構造が求められていた。

本発明の課題は、背面側からの土圧が作用する構造物にかかる土圧に十分に抵抗できる基礎構造を提供することにある。

本発明に係る基礎構造の第一特徴構成は、背面側からの土圧が作用する構造物の基礎構造であって、複数の鋼管杭列を備え、少なくとも最前面に配置された前列鋼管杭列がその他の鋼管杭列より、剛性が高く構成されている点にある。

背面側からの土圧が作用する構造物には、鋼管の杭頭部に、背面側の土圧による水平力及び曲げモーメントが発生する。少なくとも最前面に配置された前列鋼管杭列をその他の鋼管杭列より、剛性が高くなるように構成することで、前記水平力及び曲げモーメントによって生じる構造物の変位及び傾斜を少なくすることができる。
例えば、鋼管杭を構成する材料が同じであれば、板厚を厚くしたり、直径を大きくしたりすることで剛性を高くすることができる。

同第二の特徴構成は、少なくとも前記前列鋼管杭列を構成する鋼管杭が、前記その他の鋼管杭列を構成する鋼管杭より、厚みが厚い点にあり、少なくとも前列鋼管杭列を構成する鋼管杭の厚みを厚くすることで基礎構造の前面側の剛性を高めることができる。

同第三の特徴構成は、少なくとも前記前列鋼管杭列を構成する鋼管杭が、前記その他の鋼管杭列を構成する鋼管杭より、直径が大きい点にあり、少なくとも前列鋼管杭列を構成する鋼管杭の直径を大きくすることで基礎構造の前面側の剛性を高めることができる。

同第四の特徴構成は、少なくとも前記前列鋼管杭列を構成する鋼管杭が、前記その他の鋼管杭列を構成する鋼管杭より、強度が高い材料で形成されている点にあり、少なくとも前列鋼管杭列を構成する鋼管杭の強度を高めることで基礎構造の前面側の剛性を高めることができる。

同第五の特徴構成は、少なくとも前記前列鋼管杭列を構成する鋼管杭が、前記その他の鋼管杭列を構成する鋼管杭より、本数が多い点にあり、少なくとも前列鋼管杭列を構成する鋼管杭の本数を多くすることで基礎構造の前面側の剛性を高めることができる。

同第六の特徴構成は、前記前列鋼管杭列を構成する鋼管杭が斜杭である点にあり、少なくとも前列鋼管杭列を構成する鋼管杭を斜杭とすることで基礎構造の前面側の剛性を高めることができる。斜杭は、垂直に配設される鋼管杭に比べて水平耐荷力が大きいので、構造物の変位や傾斜は効率的に抑制される。全杭に占める斜杭の割合が大きいと、前記効果が大きい。

同第七の特徴構成は、前記複数列の鋼管杭列のうち、前記構造物の重心位置より前記最前面側にある鋼管杭列の全てが、その他の鋼管杭列より、剛性が高く構成されている点にある。構造物の重心位置を中心として曲げモーメントが発生する。従って、前記重心位置より最前面側にある鋼管杭列の剛性を高くすることで、効果的に構造物の変位及び傾斜を抑制することができる。

同第八の特徴構成は、前記構造物が、前記前面が水に面し、前記背面側から土圧が作用する橋台である点にあり、橋台の場合に上述の基礎構造が好ましく採用される。

同第九の特徴構成は、前記構造物が、斜面の崩壊を防ぐための擁壁である点にあり、擁壁の場合に上述の基礎構造が好ましく採用される。

本発明によれば、背面側からの土圧が作用する構造物にかかる土圧に十分に抵抗できる基礎構造を提供することができる。

本発明の第一実施形態による基礎構造を備えた橋台の説明図である。 鋼管杭の配列の説明図である。 基礎構造について行った解析項目の説明図である。 基礎構造について行った解析結果の説明図である。 本発明の第二実施形態による基礎構造を備えた橋台の説明図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

図１には、背面側からの土圧が作用する構造物として、河川や海に架かる橋の橋台３が示されている。
橋台３は、橋梁の両端の水際に建設され、取り付け道路と前記橋梁を接続し、橋桁等の上部構造からの荷重及び背面側にある盛土２の土圧荷重を支持する。橋台３の前面は、河川や海の水１に面している。なお、橋台３は河川や海に架かる橋に限らず、跨線橋、跨道橋にも適用される。

橋台３は、建設される地盤が軟弱であることが多いため、軟弱な地盤下方の良質な地盤まで、本実施形態では、鋼管杭（前列鋼管杭列１０、後列鋼管杭列２０）が打設され、鋼管杭（前列鋼管杭列１０、後列鋼管杭列２０）の頭部に橋台３の下部が結合されている。従って、鋼管杭（前列鋼管杭列１０、後列鋼管杭列２０）が橋台３の基礎構造となる。

鋼管杭（前列鋼管杭列１０、後列鋼管杭列２０）は、軟弱な地盤より下にある硬い地盤である支持層まで到達するように、工場で製作された定尺のものを、例えば数十メートルもの深さに打設する場合、現場で順次連結しながら、地中に建て込まれる。なお、鋼管杭（前列鋼管杭列１０、後列鋼管杭列２０）は、油圧ハンマ等による打撃によって地中に設置する打撃工法、バイブロハンマによって振動を付与しつつ地中に設置する振動工法、杭体の中空部を掘削しながら地中に設置する中堀工法、先端部に羽根を取り付け回転させながら地盤に圧入する回転圧入工法、その他鋼管ソイルセメント杭工法などによって施工される。

鋼管杭（前列鋼管杭列１０、後列鋼管杭列２０）の配列は、基礎上の橋台３の形状や寸法、鋼管杭の寸法や本数、群杭の影響、施工条件等を考慮し、長期の持続荷重に対して均等に荷重を受けるように定められる。本実施形態では、図２に示すように、前列鋼管杭列１０は四本の鋼管杭１１，１２，１３，１４で構成され、後列鋼管杭列２０は四本の鋼管杭２１，２２，２３，２４で構成される。各鋼管杭１１〜１４，２１〜２４は、平面視で、夫々等間隔で配設される。

前列鋼管杭列１０を構成する鋼管杭１１〜１４は、直径８００ｍｍ、板厚１６ｍｍのＳＫＫ４００材で構成される。一方、後列鋼管杭列２０を構成する鋼管杭２１〜２４は、直径８００ｍｍ、板厚９ｍｍのＳＫＫ４００材で構成される。同じ直径であっても、板厚を厚くすると鋼管杭の曲げ剛性が増加するため、前列鋼管杭列１０のほうが、後列鋼管杭列２０より剛性が高い基礎構造が実現できる。

図３及び図４に基づいて、本実施形態による基礎構造について行った解析結果を説明する。
ここで、δｖ２は前列鋼管杭列の軸方向変位、δｖ１は後列鋼管杭列の軸方向変位、Ｖは鉛直荷重（作用力）、Ｈは水平荷重（作用力）、Ｍはモ−メント荷重（作用力）、θは回転角、δｈは前後方向の変位、δｖ２−δｖ１垂直方向の変位をあらわす。
実施例は、前列鋼管杭列１０が直径８００ｍｍ、板厚１６ｍｍの鋼管杭で構成され、後列鋼管杭列２０が直径８００ｍｍ、板厚９ｍｍの鋼管杭で構成される。

比較例１として、前列鋼管杭列１０が直径８００ｍｍ、板厚９ｍｍの鋼管杭で構成され、後列鋼管杭列２０が直径８００ｍｍ、板厚９ｍｍの鋼管杭で構成されるものを用意した。図４に示すように、軸変位δｖ２、軸変位δｖ１、回転角θ、前後方向変位δｈ、垂直方向変位δｖ２−δｖ１の全ての項目にわたって、比較例１より実施例のほうが安定していることがわかる。

比較例２として、比較例２として前列鋼管杭列１０が直径８００ｍｍ、板厚９ｍｍの鋼管杭で構成され、後列鋼管杭列２０が直径８００ｍｍ、板厚１６ｍｍの鋼管杭で構成されるものを用意した。図４に示すように、結論として、軸変位δｖ２、軸変位δｖ１、回転角θ、前後方向変位δｈ、垂直方向変位δｖ２−δｖ１の全ての項目にわたって、比較例２より実施例のほうが安定していることがわかる。

なお、実施例２は、軸変位δｖ２、軸変位δｖ１の値自体は実施例１より変位が小さいものの、回転角θ、前後方向変位δｈ、垂直方向変位δｖ２−δｖ１が実施例１よりも大きくなってしまう。従って、後列鋼管杭列２０より前列鋼管杭列１０の剛性を小さくすることは好ましくないことがわかる。

以上の通り、前列鋼管杭列１０を後列鋼管杭列２０より、剛性が高くなるように構成することで、曲げモーメントによって生じる橋台３の構造物の変位及び傾斜を少なくすることができる。

上述した実施形態では、前列鋼管杭列１０を構成する鋼管杭１１〜１４の厚みを、後列鋼管杭列２０を構成する鋼管杭２１〜２４の厚みより厚くする場合について説明したが、これに限らない。同じ厚みであっても、直径を大きくすると鋼管杭の曲げ剛性が増加し、基礎構造の前面側の剛性を高めることができる。また、同じ形状であってもＳＫＫ４００より引張強さや、降伏点または耐力が高い材質、例えばＳＫＫ４９０を用いたり、ＳＫＫ４００の鋼管内にコンクリートを充填したりして製造することで、結果として鋼管杭の曲げ剛性は増加し、基礎構造の前面側の剛性を高めることができる。さらに、同じ鋼管杭を用いても、前列鋼管杭列１０を構成する鋼管杭の本数を、後列鋼管杭列２０を構成する鋼管杭より多くすることで、基礎構造の前面側の剛性を高めることができる。

また、図５に示すように、前列鋼管杭列１０を構成する鋼管杭を斜杭にしてもよい。少なくとも前列鋼管杭列１０を構成する鋼管杭１１〜１４を斜杭とすることで基礎構造の前面側の剛性を高めることができる。斜杭は、垂直に配設される鋼管杭に比べて水平耐荷力が大きいので、構造物の変位及び傾斜は効率的に抑制される。全杭に占める斜杭の割合が大きいと、前記効果が大きい。

なお、上述した実施形態では、前列鋼管杭列１０及び後列鋼管杭列２０の前後二列の鋼管杭で橋台３の基礎を構成する場合について説明したが、鋼管杭の配列はこれに限らない。
例えば前後に三列以上の鋼管杭を備えていてもよい。そのような場合であっても、少なくとも最前列の鋼管杭列を、その他の鋼管杭列より剛性が高くなるように構成することで、曲げモーメントに効果的に対抗することができる。
橋台３の重心位置を中心として曲げモーメントが発生するので、この重心位置より最前面側にある鋼管杭列の全てを、その他の鋼管杭列より、剛性が高くなるように構成することで、より効果的に構造物の安定に寄与することができる。

上述した実施形態では、背面側からの土圧が作用する構造物として橋台を例に説明したが、構造物は、斜面の崩壊を防ぐための擁壁であってもよい。上述の基礎構造を備えることで、擁壁は前面方向への大きな変位や傾斜が抑制される。

上述した実施形態は、いずれも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能である。

１０ 前列鋼管杭列（基礎構造）
１１ 鋼管杭
１２ 鋼管杭
１３ 鋼管杭
１４ 鋼管杭
２０ 後列鋼管杭列（基礎構造）
２１ 鋼管杭
２２ 鋼管杭
２３ 鋼管杭
２４ 鋼管杭
３０ 斜杭

Claims (9)

1. 背面側からの土圧が作用する構造物の基礎構造であって、
   複数の鋼管杭列を備え、
   少なくとも最前面に配置された前列鋼管杭列がその他の鋼管杭列より、剛性が高く構成されていることを特徴とする基礎構造。
2. 少なくとも前記前列鋼管杭列を構成する鋼管杭が、前記その他の鋼管杭列を構成する鋼管杭より、厚みが厚いことを特徴とする請求項１に記載の基礎構造。
3. 少なくとも前記前列鋼管杭列を構成する鋼管杭が、前記その他の鋼管杭列を構成する鋼管杭より、直径が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の基礎構造。
4. 少なくとも前記前列鋼管杭列を構成する鋼管杭が、前記その他の鋼管杭列を構成する鋼管杭より、強度が高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基礎構造。
5. 少なくとも前記前列鋼管杭列を構成する鋼管杭が、前記その他の鋼管杭列を構成する鋼管杭より、本数が多いことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の基礎構造。
6. 前記前列鋼管杭列を構成する鋼管杭が斜杭であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の基礎構造。
7. 前記複数列の鋼管杭列のうち、前記構造物の重心位置より前記最前面側にある鋼管杭列の全てが、その他の鋼管杭列より、剛性が高く構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに一項に記載の基礎構造。
8. 前記構造物が、前記前面が水に面し、前記背面側から土圧が作用する橋台であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の基礎構造。
9. 前記構造物が、斜面の崩壊を防ぐための擁壁であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の基礎構造。

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