JP2017036572A - 既存杭を利用した新設構造物の基礎構造およびその構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新設構造物の一部に過大な応力が集中することがなく、新設構造物の拡幅や補強などを要しない、既存杭を利用した新設構造物の基礎構造およびその構築方法を提供する。
【解決手段】既存杭１０が残存する地盤Ｇの上に構築される新設構造物１２の基礎構造１００であって、既存杭１０の沈下に対する沈下剛性を変更調整するために既存杭１０の上端部１４を置換して設けられ、既存杭１０の水平断面積とは異なる水平断面積を有し、新設構造物１２からの荷重を既存杭１０に伝達可能な杭頭部１６を備えるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤中に残存する既存杭を利用した新設構造物の基礎構造およびその構築方法に関するものである。

従来、既存杭がある地盤に新しい建物を構築する場合に、図５に示すような構造を採用することがある。この構造は、支持地盤（良質層Ｇ１）に達するように打ち込まれた既存杭１の周囲の軟弱層Ｇ２の一部を柱状の地盤改良体２で置換し、その上に建物用の基礎（新設基礎３）を新設したものである。このような構造では、既存杭１の沈下剛性は地盤改良体２からなる周辺地盤のそれに比べて大きくなる。このため、この沈下剛性の違いによって新設基礎３の一部に大きな応力が生じ、基礎を補強しなければならない場合がある。

こうした問題を解決する既往の構造として、例えば図６に示すような構造（特許文献１を参照）や、図７に示すような構造（非特許文献１を参照）などが提案されている。図６に示される構造は、既存杭１の上端部（既存杭杭頭）の周辺の地盤Ｇを壺掘りして既存杭１の上端部を切除した後、周辺の地盤Ｇよりも剛性の小さい材料４で埋め戻し、既存杭１が新設基礎３に与える応力集中を緩和するものである。また、図７に示される構造は、スタイロフォーム（登録商標）のような低剛性材５を既存杭１の上端部と新設基礎３の間に挟むことにより、既存杭１が新設基礎３に与える応力集中を緩和するものである。なお、図７中の符号６ａ、６ｂ、６ｃは、それぞれ捨てコンクリート、敷砂利、山砂を表している。

しかし、既存杭杭頭の切除長さや、どのような材料をどのような密度で埋め戻すかなどの施工条件により沈下剛性は変化するので、沈下剛性を明確に規定しづらく、設計で考慮しにくいという問題があった。また、周辺地盤と既存杭の沈下剛性比によっては、杭頭を大きく切除する必要があり、地盤条件によっては施工が困難になる場合も考えられる。

地盤材料を、規定された軟らかい剛性となるようにきちんと制御して施工するのは非常に困難であり、信頼性が低い。このため、一般にはこのような処理を行った既存杭部分の地反力は期待しない設計とする場合が多い。図５の例のように、新設基礎３下に不均一に既存杭１が存在する場合に、既存杭１を利用せず新設の地盤改良体２のみで支持しようとすると、既存杭１およびその近傍は地盤改良が行えないことから支持力が不足する。そこで、図８に示すように、地盤改良体２による地盤改良域と新設基礎３の幅を広げて支持力不足を補い、建物を支持する必要がある。この場合、新設基礎３の幅が大きくなることにより新設基礎３の配筋量も増加するため、不経済となる。

特開２０１０−１３３２０６号公報

「既存杭利用の手引き」、社団法人 建築業協会、２００３年２月

このため、既存杭が残存する地盤の上に建物用の新設基礎のような新設構造物を構築する場合において、新設基礎の一部に過大な応力が集中することがなく、新設基礎の拡幅や補強などを必要としない技術が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、新設構造物の一部に過大な応力が集中することがなく、新設構造物の拡幅や補強などを要しない、既存杭を利用した新設構造物の基礎構造およびその構築方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造は、既存杭が残存する地盤の上に構築される新設構造物の基礎構造であって、前記既存杭の沈下に対する沈下剛性を変更調整するために前記既存杭の上端部を置換して設けられ、前記既存杭の水平断面積とは異なる水平断面積を有し、前記新設構造物からの荷重を前記既存杭に伝達可能な杭頭部を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造は、上述した発明において、前記杭頭部の水平断面積は、前記既存杭の上端部を前記杭頭部に置換したことによる前記既存杭の沈下剛性と、その周辺の地盤の沈下剛性とが合うように設定されていることを特徴とする。

また、本発明に係る他の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造は、上述した発明において、前記既存杭の周辺の地盤に新設の杭または地盤改良体をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造は、上述した発明において、前記杭頭部は、その直径（ｄ）が前記既存杭の直径（Ｄ）と前記杭頭部の高さ（ｈ）の２倍とを加えた長さ（Ｄ＋２ｈ）以上の円盤からなることを特徴とする。

また、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造の構築方法は、上述した既存杭を利用した新設構造物の基礎構造を構築する方法であって、前記既存杭の上端部の周辺の地盤を壺掘りして前記既存杭の上端部を切除した後、切除した部分を前記杭頭部に置換し、前記杭頭部および周辺の地盤の上に前記新設構造物を構築可能にしたことを特徴とする。

本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造によれば、既存杭が残存する地盤の上に構築される新設構造物の基礎構造であって、前記既存杭の沈下に対する沈下剛性を変更調整するために前記既存杭の上端部を置換して設けられ、前記既存杭の水平断面積とは異なる水平断面積を有し、前記新設構造物からの荷重を前記既存杭に伝達可能な杭頭部を備えるので、杭頭部の水平断面積を調整して既存杭の沈下剛性を周辺の地盤のそれと合わせれば、既存杭を周辺の地盤と同じように扱うことが可能となる。これにより、地盤の上に構築される新設構造物の一部に過大な応力が集中したり、新設構造物の拡幅や補強などをする必要はなくなるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造によれば、前記杭頭部の水平断面積は、前記既存杭の上端部を前記杭頭部に置換したことによる前記既存杭の沈下剛性と、その周辺の地盤の沈下剛性とが合うように設定されているので、既存杭を周辺の地盤と同じように扱うことが可能となり、地盤の上に構築される新設構造物の一部に過大な応力が集中したり、新設構造物の拡幅や補強などをする必要はなくなるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造によれば、前記既存杭の周辺の地盤に新設の杭または地盤改良体をさらに備えるので、既存杭の周辺の地盤の沈下剛性が調整可能となり、新設構造物と基礎構造の設計の自由度を高めることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造によれば、前記杭頭部は、その直径（ｄ）が前記既存杭の直径（Ｄ）と前記杭頭部の高さ（ｈ）の２倍とを加えた長さ（Ｄ＋２ｈ）以上の円盤からなるので、既存杭の上端部を切除し、切除した部分に杭頭部を設ける場合には、必要な杭頭部の水平断面積が確保できる高さｈだけ既存杭の上端部を切除すればよく、既存杭毎の切除深さを明確にすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造の構築方法によれば、上述した既存杭を利用した新設構造物の基礎構造を構築する方法であって、前記既存杭の上端部の周辺の地盤を壺掘りして前記既存杭の上端部を切除した後、切除した部分を前記杭頭部に置換し、前記杭頭部および周辺の地盤の上に前記新設構造物を構築可能にしたので、杭頭部の水平断面積を調整して既存杭の沈下剛性を周辺の地盤のそれと合わせれば、既存杭を周辺の地盤と同じように扱うことが可能となる。これにより、地盤の上に構築される新設構造物の一部に過大な応力が集中したり、新設構造物の拡幅や補強などをする必要はなくなるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造およびその構築方法の実施の形態１を示す側断面図である。 図２は、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造およびその構築方法の実施の形態２を示す図であり、（１）は平断面図、（２）は側断面図である。 図３は、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造およびその構築方法の実施の形態３を示す図であり、（１）は平断面図、（２）は側断面図である。 図４は、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造およびその構築方法の実施の形態４を示す側断面図である。 図５は、従来の液状化による構造物被害の模式図であり、（１）は平断面図、（２）は側断面図である。 図６は、従来の補強方式の一例を示す側断面図である。 図７は、従来の補強方式の一例を示す側断面図である。 図８は、従来の補強方式の一例を示す側断面図であり、既存杭杭頭を柔らかい材料で埋め戻して、新設基礎を拡幅した場合の図である。

以下に、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造およびその構築方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
図１に示すように、本実施の形態１に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造１００は、既存杭１０が残存する地盤Ｇの上に構築される建物用の新設基礎１２（新設構造物）を支持する基礎構造であって、既存杭１０の上端部１４を置換した杭頭部１６を備える。図１の例では、１本の円形断面の既存杭１０が残存する地盤Ｇの上に、その平面中心が既存杭１０の軸心と一致するように新設基礎１２を設置したレイアウトを示している。

杭頭部１６は、既存杭１０の軸心と同軸で既存杭１０の直径Ｄよりも大きい直径ｄ、高さｈの円盤からなり、新設基礎１２からの荷重を下方の既存杭１０に伝達可能である。杭頭部１６の構成材料としては、例えばコンクリートやソイルモルタルなどの新設基礎１２の設計荷重に対し十分な剛性と強度を有する材料を用いることができる。杭頭部１６の水平断面積は既存杭１０のそれよりも大きいことから、杭頭部１６を設けることで、既存杭１０の上端部１４を杭頭部１６に置換したことによる既存杭１０の見掛けの沈下剛性を小さく変更調整することができる。

次に、杭頭部１６の構築方法の一例について説明する。
まず、既存杭１０の上端部１４の周辺の地盤Ｇを壺掘りして、露出した既存杭１０の上端部１４を所定の深さｈだけ切除する。そして、切除した部分に直径ｄが既存杭１０の直径Ｄと切除深さｈの２倍とを加えた長さＤ＋２ｈの円盤になるようにコンクリートやソイルモルタルなど新設基礎１２の設計荷重に対し十分な剛性と強度を有する材料で埋め戻す。こうすることで既存杭１０の上端部１４を円盤状の杭頭部１６に置換することができる。この後、杭頭部１６および周辺の地盤Ｇの上に新設基礎１２を設置すればよい。なお、切除深さｈは、新設基礎１２の底からの深さあるいは杭頭部１６の高さに相当する。また、杭頭部１６の直径ｄは、Ｄ＋２ｈ以上となるように設定しても構わない。

既存杭１０は、杭頭部１６の直径ｄ（＝Ｄ＋２ｈ）の円内に作用する構造物荷重を負担するため、見掛けの沈下剛性が小さくなる。切除深さｈは、あらかじめ既存杭１０と周辺の地盤Ｇの沈下剛性（地盤Ｇに新設の地盤改良体や杭がある場合にはその沈下剛性）を計算し、設計荷重において両者の沈下剛性がほぼ等しくなるように決定することが望ましい。

例えば、図５に示したような既存杭１と新設の地盤改良体２とを有する基礎構造において、既存杭１の沈下剛性が新設の地盤改良体２の沈下剛性の２倍であった場合には、図１に示すように、杭頭部１６の水平断面積が既存杭１０のそれの２倍となるように既存杭１０の直径Ｄの約２０．７％に相当する深さｈを切除し、この切除した部分に既存杭１０の水平断面積の２倍以上となるようにコンクリートもしくはソイルモルタルなどの材料を打設して円盤状の杭頭部１６を構築することができる。

切除した部分を既存杭１０の２倍の水平断面積の杭頭部１６で置換した場合には、既存杭１０の上端面の外縁と杭頭部１６の上端面の外縁を結ぶ側面視で水平に対して斜め４５°の線に囲まれる範囲の接地圧が既存杭１０に作用すると考えられるので、既存杭１０には、新設基礎１２の平均接地圧の２倍が作用し、同じ接地圧でも沈下量が２倍になるため、既存杭１０の沈下剛性、すなわち図５の既存杭１の沈下剛性は、既存杭１の周辺に新設した地盤改良体２のそれとほぼ等しくなる。

このように、本実施の形態によれば、既存杭１０の上端部１４を杭頭部１６により拡径（拡頭）することにより杭頭部１６の水平断面積を調整し、既存杭１０の沈下剛性を周辺の地盤Ｇのそれと合わせることで、既存杭１０を周辺の地盤Ｇと同じように扱うことが可能となる。これにより、地盤Ｇの上に構築される新設基礎１２の一部に過大な応力が集中したり、新設基礎１２の拡幅や補強などをする必要はなくなる。

また、杭頭部１６は、その直径ｄが既存杭１０の直径Ｄと杭頭部１６の高さｈの２倍とを加えた長さ（Ｄ＋２ｈ）以上の円盤からなるので、既存杭１０の上端部１４を切除し、切除した部分に杭頭部１６を設ける場合には、必要な杭頭部１６の水平断面積が確保できる高さｈだけ既存杭１０の上端部１４を切除すればよいことから、既存杭１０毎の切除深さを明確にすることができる。また、既存杭１０と周辺の地盤Ｇの沈下剛性の差が非常に大きくなければ、切除深さｈを小さく抑えることができる。

また、杭頭部１６を構築する際の埋め戻しに剛性の高いコンクリートもしくはソイルモルタルなどの材料が使えるので、施工などにおける管理が容易になる。

このように本実施の形態によれば、地盤Ｇに既存杭１０が残存する場合の処理が明確であるとともに、その地盤Ｇの上に構築される新設基礎１２に与える影響も最小限に抑えることが可能である。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２は、既存杭が一部の新設の地盤改良体に近接している場合に本発明を適用したものである。

図２に示すように、本実施の形態２に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造２００は、既存杭１０が一部の新設の地盤改良体１８に近接した態様のものである。このような場合には、既存杭１０の上端部１４に設ける杭頭部１６用の設置スペースが小さくなるので、杭頭部１６を完全な円盤で設計したときに必要な水平断面積を確保できないおそれがある。そこで、杭頭部１６を完全な円盤ではなく、例えば新設の地盤改良体１８に近接する側の外縁１６ａ（図では右側の外縁）が新設の地盤改良体１８に接続して円盤の一部が欠けた形態とし、必要な水平断面積Ａを確保する。この場合、水平断面積Ａが確保できるように杭頭部１６の高さｈを決定するのが好ましい。

このようにしても、上記の実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、杭頭部１６の水平断面積を調整して既存杭１０の沈下剛性を周辺の新設の地盤改良体１８のそれと合わせることで、既存杭１０を新設の地盤改良体１８と同じように扱うことが可能となる。これにより、地盤Ｇの上に構築される新設基礎１２の一部に過大な応力が集中したり、新設基礎１２の拡幅や補強などをする必要はなくなる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施の形態３は、従来の図５で説明した既往の構造に本発明を適用したものに相当する。

図３に示すように、本実施の形態３に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造３００は、支持地盤（良質層Ｇ１）に達するように打ち込まれた既存杭１０の上端部１４を本発明の杭頭部１６で置換するとともに、既存杭１０の周囲の軟弱層Ｇ２の一部を柱状の新設の地盤改良体２０で置換し、その上に新設基礎１２を構築したものである。

本実施の形態によっても、上記の実施の形態１と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、杭頭部１６の水平断面積を調整して既存杭１０の沈下剛性を周辺の新設の地盤改良体２０のそれと合わせることで、既存杭１０を新設の地盤改良体２０と同じように扱うことが可能となる。これにより、地盤Ｇの上に構築される新設基礎１２の一部に過大な応力が集中したり、新設基礎１２の拡幅や補強などをする必要はなくなる。

また、本実施の形態によれば、既存杭１０の周辺の地盤Ｇに新設の地盤改良体２０を備えるので、既存杭１０の周辺の地盤Ｇの沈下剛性が調整可能となり、新設基礎１２および基礎構造３００の設計の自由度を高めることができる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施の形態４は、既存杭の沈下剛性が新設の杭の沈下剛性よりも小さい場合に本発明を適用したものである。

図４に示すように、本実施の形態４に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造４００は、既存杭１０の沈下剛性が、周辺の地盤Ｇに設けた新設の杭２２の沈下剛性よりも小さい場合において、既存杭１０の上端部１４に設ける杭頭部１６の直径ｄを、既存杭１０の直径Ｄよりも小さく設定したものである。この場合、既存杭１０の上端部１４の切除深さｈは任意の大きさとすることができる。杭頭部１６の直径ｄが既存杭１０の直径Ｄよりも小さくなるように杭頭部１６の水平断面積を調整することで、見掛けの既存杭１０の沈下剛性を高めることができ、既存杭１０の沈下剛性を新設の杭２２のそれと合わせることが可能となる。

このように、既存杭１０の上端部１４を杭頭部１６により縮径（縮頭）することにより杭頭部１６の水平断面積を調整し、既存杭１０の沈下剛性を周辺の新設の杭２２のそれと合わせることで、既存杭１０を新設の杭２２と同じように扱うことが可能となる。これにより、地盤Ｇの上に構築される新設基礎１２の一部に過大な応力が集中したり、新設基礎１２の拡幅や補強などをする必要はなくなる。

また、本実施の形態によれば、既存杭１０の周辺の地盤Ｇに新設の杭２２を備えるので、既存杭１０の周辺の地盤Ｇの沈下剛性が調整可能となり、新設基礎１２および基礎構造４００の設計の自由度を高めることができる。

以上説明したように、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造によれば、既存杭が残存する地盤の上に構築される新設構造物の基礎構造であって、前記既存杭の沈下に対する沈下剛性を変更調整するために前記既存杭の上端部を置換して設けられ、前記既存杭の水平断面積とは異なる水平断面積を有し、前記新設構造物からの荷重を前記既存杭に伝達可能な杭頭部を備えるので、杭頭部の断面積を調整して既存杭の沈下剛性を周辺の地盤のそれと合わせれば、既存杭を周辺の地盤と同じように扱うことが可能となる。これにより、地盤の上に構築される新設構造物の一部に過大な応力が集中したり、新設構造物の拡幅や補強などをする必要はなくなる。

また、本発明に係る他の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造によれば、前記杭頭部の水平断面積は、前記既存杭の上端部を前記杭頭部に置換したことによる前記既存杭の沈下剛性と、その周辺の地盤の沈下剛性とが合うように設定されているので、既存杭を周辺の地盤と同じように扱うことが可能となり、地盤の上に構築される新設構造物の一部に過大な応力が集中したり、新設構造物の拡幅や補強などをする必要はなくなる。

また、本発明に係る他の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造によれば、前記既存杭の周辺の地盤に新設の杭または地盤改良体をさらに備えるので、既存杭の周辺の地盤の沈下剛性が調整可能となり、新設構造物と基礎構造の設計の自由度を高めることができる。

また、本発明に係る他の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造によれば、前記杭頭部は、その直径（ｄ）が前記既存杭の直径（Ｄ）と前記杭頭部の高さ（ｈ）の２倍とを加えた長さ（Ｄ＋２ｈ）以上の円盤からなるので、既存杭の上端部を切除し、切除した部分に杭頭部を設ける場合には、必要な杭頭部の水平断面積が確保できる高さｈだけ既存杭の上端部を切除すればよく、既存杭毎の切除深さを明確にすることができる。

また、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造の構築方法によれば、上述した既存杭を利用した新設構造物の基礎構造を構築する方法であって、前記既存杭の上端部の周辺の地盤を壺掘りして前記既存杭の上端部を切除した後、切除した部分を前記杭頭部に置換し、前記杭頭部および周辺の地盤の上に前記新設構造物を構築可能にしたので、杭頭部の水平断面積を調整して既存杭の沈下剛性を周辺の地盤のそれと合わせれば、既存杭を周辺の地盤と同じように扱うことが可能となる。これにより、地盤の上に構築される新設構造物の一部に過大な応力が集中したり、新設構造物の拡幅や補強などをする必要はなくなる。

以上のように、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の基礎構造およびその構築方法は、既存杭が残存する地盤の上に建物用の新設基礎のような新設構造物を構築する場合に有用であり、特に、新設構造物の一部に過大な応力が集中することがないようにし、新設構造物の拡幅や補強などを要しないようにするのに適している。

１０ 既存杭
１２ 新設基礎（新設構造物）
１４ 上端部
１６ 杭頭部
１６ａ 外縁
１８，２０ 新設の地盤改良体
２２ 新設の杭
１００，２００，３００，４００ 既存杭を利用した新設構造物の基礎構造
Ｇ 地盤
Ｇ１ 良質層
Ｇ２ 軟弱層
Ｄ 既存杭の直径
ｈ 切除深さ（杭頭部の高さ）
ｄ 杭頭部の直径
Ａ 水平断面積

Claims (5)

1. 既存杭が残存する地盤の上に構築される新設構造物の基礎構造であって、
   前記既存杭の沈下に対する沈下剛性を変更調整するために前記既存杭の上端部を置換して設けられ、前記既存杭の水平断面積とは異なる水平断面積を有し、前記新設構造物からの荷重を前記既存杭に伝達可能な杭頭部を備えることを特徴とする既存杭を利用した新設構造物の基礎構造。
2. 前記杭頭部の水平断面積は、前記既存杭の上端部を前記杭頭部に置換したことによる前記既存杭の沈下剛性と、その周辺の地盤の沈下剛性とが合うように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造。
3. 前記既存杭の周辺の地盤に新設の杭または地盤改良体をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造。
4. 前記杭頭部は、その直径（ｄ）が前記既存杭の直径（Ｄ）と前記杭頭部の高さ（ｈ）の２倍とを加えた長さ（Ｄ＋２ｈ）以上の円盤からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の既存杭を利用した新設構造物の基礎構造を構築する方法であって、
   前記既存杭の上端部の周辺の地盤を壺掘りして前記既存杭の上端部を切除した後、切除した部分を前記杭頭部に置換し、前記杭頭部および周辺の地盤の上に前記新設構造物を構築可能にしたことを特徴とする既存杭を利用した新設構造物の基礎構造の構築方法。