JP2015209744A - 杭基礎構造物の免震化改修方法および仮設構造 - Google Patents

Abstract

【課題】既存杭の配置や基礎体の強度等に制限されることなく、簡易に施工することが可能な杭基礎構造物の免震化改修方法および仮設構造を提案する。
【解決手段】既存杭２の杭頭部を切削して配置した第一仮受け部材に既存杭２に作用する力を受け替える工程と、第二仮受け部材８を設置して、第一仮受け部材に作用する力を第二仮受け部材８に受け替える工程と、第一仮受け部材を撤去する工程と、第一仮受け部材の撤去箇所に免震装置９を設置する工程と、第二仮受け部材８に作用する力を免震装置９に受け替える工程とを備える杭基礎構造物の免震化改修方法。
【選択図】図６

Description

本発明は、杭基礎構造物の免震化改修方法および仮設構造に関する。

杭基礎構造を備える既存構造物について、免震化改修を行う方法として、既存杭と上部構造または基礎体との間に免震装置を介設する場合がある。

例えば、特許文献１には、既存杭の周囲に複数の仮設杭を配置して、既存杭の杭頭部周辺を掘削して作業ピットを形成した後、上部構造の自重を仮設杭に受け替えた状態で、既存基礎体と既存杭との間に免震装置を設置する杭基礎構造物の免震化改修方法が開示されている。

また、特許文献２には、既存基礎体の下方を掘削して既存杭の杭頭部を露出させ、露出した杭頭部を削孔して設置孔を形成し、この設置孔に仮受け支柱と仮受けジャッキを設置して既存杭に作用する力をこの仮受け支柱と仮受けジャッキに受け替えた状態で免震装置を設置する方法が開示されている。免震装置は、仮受け支柱（既存杭）同士の間の空間に設置する。

特開２０１３−１８１３２２号公報 特開２０１２−０５７３１２号公報

特許文献１に記載の杭基礎構造物の免震化改修方法は、複数の仮設杭の施工が必要なため、工期短縮化の妨げになる場合があった。
また、特許文献２に記載の施工方法は、既存杭が支持していた基礎体の位置に仮受け支柱を設置することにより、基礎体の補強が必要ないという利点がある。しかし、この施工方法は基礎体に仮受け支柱を設置した状態で、免震装置を設置することが空間的に可能で、かつ設置した免震装置にその後荷重を受け替えた場合でも強度的に問題ない場合に限られる。
すなわち、既存杭同士の間隔が、免震装置を設置するために必要な空間を形成するために必要な大きさを有していない場合には、採用できなかった。また、仮に免震装置を設置するために必要な大きさの空間が既存杭同士の間にあったとしても、その空間に免震装置を設置して上載荷重を支えると、既存杭とは異なる位置に免震装置を設置することになるため、基礎梁が弱いなど既存基礎体が上載荷重を支える（伝達する）ための強度を有していない場合には採用できなかった。

免震構造物では、上部構造の荷重を効率的に支えるために、一般的に上部構造の柱の中心位置に積層ゴムなどの免震装置が設置される。免震化改修の場合でも、上部構造の柱の中心位置に積層ゴムなどの免震装置が設置されるのが望ましい。免震装置が直上階の柱の中心位置からずれる分だけモーメントが大きくなり、免震装置の上の基礎梁などにかかる力が大きくなるため、既存基礎体の補強の必要性が高まる。

このような観点から、本発明は、既存杭の配置や基礎体の強度等や免震装置の大きさに制限されることなく、簡易に施工することが可能な杭基礎構造物の上部構造の柱の中心位置に積層ゴムなどの免震装置が設置される免震化改修方法および仮設構造を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、既存杭と既存基礎体とを備える杭基礎構造物の免震化改修方法であって、前記既存基礎体の下方を掘削して作業空間を形成し、前記既存杭の杭頭部を露出させる工程と、前記杭頭部を切削して当該杭頭部に仮受け材設置部を形成する工程と、前記仮受け材設置部に第一仮受け部材を設置して、前記既存杭に作用する力を前記第一仮受け部材に受け替える工程と、前記既存杭の杭頭部の残部を撤去する工程と、前記作業空間の底面に耐圧版を形成する工程と、前記既存基礎体に沿って補強梁を形成する工程と、前記既存基礎体と前記耐圧版との間に第二仮受け部材を設置して、前記第一仮受け部材に作用する力を前記第二仮受け部材に受け替える工程と、前記既存基礎体と前記耐圧版との間において前記第一仮受け部材を撤去する工程と、前記第一仮受け部材の撤去箇所に免震装置を設置する工程と、前記第二仮受け部材に作用する力を前記免震装置に受け替える工程とを備えていることを特徴としている。

かかる杭基礎構造物の免震化改修方法によれば、仮設杭が不要なため、工期短縮化を図ることができる。
また、既存杭の位置に免震装置を設置するため、既存杭同士の間隔が免震装置を設置するために十分な大きさを有していない場合であっても、施工が可能であるとともに、既存基礎体の強度に制限されることなく施工することができる。

なお、前記補強梁を形成する工程では、前記既存基礎体の下方および／または側方に、コンクリートを増打ちすることで前記補強梁を形成すればよい。
ここで、既存基礎体は、例えば、既存建物の底部に設けられたスラブや基礎梁やフーチング等の基礎部材である。

また、本発明の仮設構造は、既存杭と既存基礎体とを備える杭基礎構造物を免震化改修するためのものであって、前記既存杭と前記既存基礎体との間に設置される第一仮受け部材と、前記第一仮受け部材の下部を巻き込んだ状態で形成された耐圧版と、前記第一仮受け部材の上部を巻き込んだ状態で前記既存基礎体に沿って形成された補強梁と、前記耐圧版と前記補強梁との間に設置された第二仮受け部材とを備えることを特徴としている。

本発明の杭基礎構造物の免震化改修方法および仮設構造によれば、既存杭の配置や基礎体の強度等に制限されることなく、簡易に既存構造物の改修工事を行うことが可能である。

本実施形態の杭基礎構造の免震化改修方法の各施工段階の掘削工程を示す断面図である。 同杭頭部撤去工程を示す断面図である。 同耐圧版形成工程および補強梁形成工程を示す断面図である。 同第二受け替え工程を示す断面図である。 同第一仮受け部材撤去工程を示す断面図である。 同免震装置設置工程を示す断面図である。 同第三受け替え工程を示す断面図である。 水平拘束材の設置状況を示す図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態では、杭基礎構造物の免震化改修方法の適用例として、既存杭２と既存基礎体３とを備える杭基礎構造１について免震化改修を行う場合を例示する。
本実施形態の杭基礎構造物の免震化改修方法は、掘削工程と、杭頭部切削工程と、第一受け替え工程と、杭頭部撤去工程と、耐圧版形成工程と、補強梁形成工程と、第二受け替え工程と、第一仮受け部材撤去工程と、免震装置設置工程と、第三受け替え工程とを備えている。

掘削工程は、図１に示すように、既存基礎体３の下方を掘削して作業空間４を形成し、既存杭２の杭頭部２ａを露出させる工程である。
なお、作業空間４の高さ（掘削深さ）は限定されるものではない。

作業空間４の掘削が完了したら、底面（床面）に砕石４ａを敷き均すとともに、捨てコンクリート（均しコンクリート）４ｂを打設する。
なお、砕石４ａおよび捨てコンクリート４ｂの層厚は、適宜設定すればよい。また、砕石４ａおよび捨てコンクリート４ｂは、必要に応じて施工すればよい。

杭頭部切削工程は、露出させた杭頭部２ａの一部分を縦方向に切削して当該杭頭部２ａに仮受け材設置部２ｂを形成する工程である。
仮受け材設置部２ｂは、杭頭部２ａの外周面から既存杭２を切削することにより形成された断面凹状縦方向の溝である。仮受け材設置部２ｂは、杭頭部２ａの外周面から杭２をワイヤーソー等で縦方向に切断することにより形成された断面半月状としてもよい。

なお、仮受け材設置部２ｂは、杭頭部２ａを貫通していてもよい。また、仮受け材設置部２ｂは、杭頭部２ａを断面扇状に切削することにより形成してもよい。
仮受け材設置部２ｂは、少なくとも一本の第一仮受け部材５が配置できる断面に形成する必要がある。本実施形態では、既存杭２の中心位置に一本の仮受け部材５を形成可能な断面を有し、作業空間４の底面近傍から既存基礎体３の下面近傍までの高さを有する仮受け材設置部２ｂを形成した。

第一受け替え工程は、仮受け材設置部２ｂに第一仮受け部材５を設置して、既存杭２（杭頭部２ａ）に作用する力を第一仮受け部材５に受け替える工程である。

第一仮受け部材５は、ジャッキ部５ａと、ジャッキ部５ａの上下に配設された支柱部５ｂ，５ｂとにより構成されている。
本実施形態では、杭頭部２ａの断面中心部に一本の第一仮受け部材５を配置したが、第一仮受け部材５の設置個所は杭２の断面中心部でなくてもよいし、第一仮受け部材５は仮受け材設置部２ｂに複数本設置してもよい。

第一仮受け部材５を仮受け部材設置部２ｂ内に配設したら、ジャッキ部５ａを伸長させることで、第一仮受け部材５の上端を既存基礎体３の下面に押圧させる。こうすることで、杭頭部２ａに作用する力（上載荷重等）を第一仮受け部材５に受け替える。

杭頭部撤去工程は、図２に示すように、既存杭２の杭頭部２ａの残部を撤去する工程である。
杭頭部２ａの残部の撤去方法は限定されるものではなく、例えば、ブレーカー等で破砕してもよいし、コンクリートカッター等で切削してもよい。

なお、本実施形態では、耐圧版形成工程と補強梁形成工程において、鉄筋工事やコンクリート工事の障害となるので、杭頭部２ａの残部を全て撤去するが、杭頭部２ａは、必ずしも全て撤去する必要はなく、一部を残置させておいてもよい。例えば、後記する耐圧版６や補強梁７等に埋め込まれる部分は残置させておいてもよい。

耐圧版形成工程では、図３に示すように、耐圧版６を、作業空間４の底面（捨てコンクリート４ｂ上）に配筋とコンクリートを打設して形成する。ここで言う耐圧版は、耐圧盤・底盤・マットスラブなどと言われるものである。

耐圧版６は、第一仮受け部材５の下部（下側の支柱部５ｂの一部）を巻き込んだ状態で形成する。
なお、耐圧版６の厚さは限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

補強梁形成工程では、図３に示すように、補強梁７を、既存基礎体３の下面に沿って鉄筋および型枠を設置し、当該型枠内にコンクリートを打設することにより形成する。

なお、補強梁７の部材高や位置は限定されるものではない。工事が可能であれば既存梁の側面に形成してもよい。また、補強梁７は、必要に応じた強度や材料で形成すればよく、鋼材でもよく、既存梁の剛性や耐力を上げるための補強であればよい。
また、本実施形態では、図８の（ａ）に示すように、複数の補強梁７を第一仮受け部材５（上部構造の柱の中心位置）を交点とする格子状に形成するが、補強梁７は必ずしも格子状に形成する必要はない。平面的には少なくとも、上部構造の柱の中心位置に免震装置９を設置するための空間を残して、第二仮受け部材８を設置することが可能な長さが必要である。

第二受け替え工程は、免震装置９を上部構造の柱の中心位置に設置するのに、必要な空間を確保するために、当該空間にある第一仮受け部材５を撤去する前工程として、図４に示すように、第二仮受け部材８を設置して、第一仮受け部材５に作用する力を第二仮受け部材８に受け替える工程である。

第二仮受け部材８は、既存基礎体３（補強梁７）と耐圧版６との間に設置する。
本実施形態では、第一仮受け部材５を挟んで２つの第二仮受け部材８，８を配設する場合について説明するが、第二仮受け部材８の配置や数は限定されない。

第二仮受け部材８はジャッキを有している。
第二仮受け部材８を補強梁７および耐圧版６の間に配設したら、ジャッキを伸長させる。こうすることで、第一仮受け部材５に作用する力（上載荷重等）を第二仮受け部材８に受け替える。

なお、第一仮受け部材５に作用する力の第二仮受け部材８への受け替えは、第一仮受け部材５のジャッキ部５ａを縮めることにより行ってもよい。また、第一仮受け部材５のジャッキ部５ａを収縮するとともに、第二仮受け部材８のジャッキを伸張することにより第一仮受け部材５に作用する力の第二仮受け部材８への受け替えてもよい。

仮受け部材撤去工程は、図５に示すように、補強梁７（既存基礎体３）と耐圧版６との間において第一仮受け部材５を撤去する工程である。
第一仮受け部材５は、支柱部５ｂ，５ｂを切断することにより撤去すればよい。なお、第一仮受け部材５の撤去は、ジャッキ部５ａのみを取り外すことにより行ってもよい。この場合には、残置された支柱部５ｂ，５ｂの露出部分は後記する上部コンクリート９ｂまたは下部コンクリート９ｃに埋設すればよい。

免震装置設置工程を、図６に示すが、免震装置９は、第一仮受け部材５の撤去箇所に設置する。

免震装置９は、免震装置本体９ａと、上部コンクリート９ｂと、下部コンクリート９ｃとを備えていて、耐圧版６と補強梁７との間に設置する。
本実施形態の免震装置本体９ａは、積層ゴムにより構成されているが、免震装置９の構造は限定されなく、例えばすべり支承を採用してもよい。

上部コンクリート９ｂは、免震装置本体９ａを補強梁７に固定する鉄筋コンクリート部材であって、補強梁７の下面に形成する。
なお、上部コンクリート９ｂは、既存基礎体３の下面に形成してもよい。

下部コンクリート９ｃは、免震装置本体９ａを耐圧版６に固定する鉄筋コンクリート部材であって、耐圧版６の上面に形成する。

第三受け替え工程は、第二仮受け部材８に作用する力を免震装置９に受け替える工程である。
第二仮受け部材８から免震装置９への力の受け替えは、第二仮受け部材８のジャッキの収縮することにより行う。
第二仮受け部材８に作用する力を免震装置９に受け替えたら、図７に示すように、第二仮受け部材８を撤去する。

本実施形態の杭基礎構造物の免震化改修方法によれば、仮設杭を施工することなく、免震装置９を配設することができるため、工期短縮化および施工費の低減化を図ることができる。
また、免震装置９は、既存杭２の頭部の位置に設置するため、既存杭２同士の間隔が狭く、免震装置９を既存杭２同士の間に設置することができない場合であっても、既存構造物に免震化改修を行うことができる。

既存杭の頭部を撤去（切断）した力の受け替えを、耐圧版６と補強梁７の施工前に用いる第一仮受け部材と耐圧版６と補強梁７の施工後に用いる第二仮受け部材の二種類の仮受け部材を用いる。第一仮受け部材は、既存杭２の位置に設置するため設置位置が限られるが、第二仮受け部材は、設置位置の限定が少なく、既存杭２の配置や既存基礎体３の大きさや強度等に制限されることなく免震化改修を行うことができる。

また、第二仮受け部材の設置前に既存基礎体３を補強する必要があるが、第二仮受け部材５の設置位置は、免震装置９を、上部構造の柱の中心位置に設置するのに、最小限の配置とすることができるので、既存基礎体３の補強範囲を最小限とすることができ、経済的である。

免震装置９が上部構造の柱の中心位置に設置されるだけでなく、直上直下の補強梁７と耐圧版６にＨ形鋼等の第一仮受け部材の支柱部５ｂの一部が残置され一体化されるので、構造強度的にもより安全なものとなる。
また、一つの柱の荷重を一つの杭で支える基礎構造であっても、既存杭に作用する力を安全かつスムーズに受け替えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、補強梁を増設する場合について説明したが、補強梁は必要に応じて既存梁の下面や側面に増し打ちして補強してもよい。

また、図８に示すように、必要に応じて、斜材１０ａと、固定部１０ｂと、連結部１０ｃとを備えた水平拘束材１０を設置してもよい。図８では、第一仮受け材５を中心に４つの水平拘束材１０が放射状に配設されているが、水平拘束材の配置や数は限定されない。

斜材１０ａの上端は、補強梁７に固定し、斜材１０ａの下端は、連結部１０ｃを介して固定部１０ｂに固定する。
斜材１０ａは、ジャッキ部１０ｄと、ジャッキ部１０ｄの上下に配設された支柱部１０ｅ，１０ｅとからなる。

斜材１０ａの上端は、無収縮モルタル１０ｆを介して補強梁７の側面に固定する。なお、斜材１０ａの上端の固定方法は限定されるものではない。また、斜材１０ａの上端は、既存基礎体３の下面に固定してもよい。また、図９では、交差する補強梁７，７の内隅部に斜材１０ａの上端を固定するが、斜材１０ａの固定箇所は内隅部に限定されない。

固定部１０ｂは、耐圧版６のコンクリートを打設する際に、予め所定の位置に鋼材（本実施形態ではＨ形鋼）を配置することにより形成する。
固定部１０ｂは、耐圧版６の上面から上部が突出するように、下端部を耐圧版６に根入れさせておく。

連結部１０ｃは、斜材１０ａの下端と固定部１０ｂとの間に介設された鋼材（本実施形態ではＨ形鋼）であって、斜材１０ａに作用する力を固定部１０ｂに伝達する。
なお、固定部１０ｂおよび連結部１０ｃの構成や、材料は限定されない。

斜材１０ａの上端および下端をそれぞれ補強梁７および耐圧版６に固定したら、ジャッキ部１０ｄを伸長させ、水平力を水平拘束材１０により拘束する。

１ 杭基礎構造
２ 既存杭
２ａ 杭頭部
２ｂ 仮受け材設置部
３ 既存基礎体
４ 作業空間
５ 第一仮受け部材
６ 耐圧版
７ 補強梁
８ 第二仮受け部材
９ 免震装置

Claims (3)

1. 既存杭と既存基礎体とを備える杭基礎構造物の免震化改修方法であって、
   前記既存基礎体の下方を掘削して作業空間を形成し、前記既存杭の杭頭部を露出させる工程と、
   前記杭頭部を切削して当該杭頭部に仮受け材設置部を形成する工程と、
   前記仮受け材設置部に第一仮受け部材を設置して、前記既存杭に作用する力を前記第一仮受け部材に受け替える工程と、
   前記既存杭の杭頭部の残部を撤去する工程と、
   前記作業空間の底面に耐圧版を形成する工程と、
   前記既存基礎体に沿って補強梁を形成する工程と、
   前記既存基礎体と前記耐圧版との間に第二仮受け部材を設置して、前記第一仮受け部材に作用する力を前記第二仮受け部材に受け替える工程と、
   前記既存基礎体と前記耐圧版との間において前記第一仮受け部材を撤去する工程と、
   前記第一仮受け部材の撤去箇所に免震装置を設置する工程と、
   前記第二仮受け部材に作用する力を前記免震装置に受け替える工程と、を備えていることを特徴とする、杭基礎構造物の免震化改修方法。
2. 前記既存基礎体の下方および／または側方に、コンクリートを増打ちすることで、前記補強梁を形成することを特徴とする、請求項１に記載の杭基礎構造物の免震化改修方法。
3. 既存杭と既存基礎体とを備える杭基礎構造物を免震化改修するための仮設構造であって、
   前記既存杭と前記既存基礎体との間に設置される第一仮受け部材と、
   前記第一仮受け部材の下部を巻き込んだ状態で形成された耐圧版と、
   前記第一仮受け部材の上部を巻き込んだ状態で前記既存基礎体に沿って形成された補強梁と、
   前記耐圧版と前記補強梁との間に設置された第二仮受け部材と、を備えることを特徴とする仮設構造。

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