JP2019011581A - 橋脚基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フーチングレスな構造の利点を生かしつつ、複数の杭が一体になって挙動することができる橋脚基礎構造を提供する。【解決手段】地盤Ｘ上に立設された複数の鋼管柱２を有する橋脚１を支持する橋脚基礎構造１０であって、地盤Ｘ内に設けられ、水平方向に離間する複数の杭１１と、複数の杭１１の杭頭部１１ａのみに設けられ、杭頭部１１ａ同士を連結する複数の連結部（連結鋼管１２、連結具３０）と、を備え、複数の鋼管柱２の下端部２ａは、杭頭部１１ａまたは連結部に結合されている。【選択図】図１

Description

本発明は、橋脚基礎構造に関し、特に、橋脚の柱に対して設けられる杭基礎構造に関する。

道路や鉄道などの構造物に供される高架橋の橋脚として、複数の柱を有する多柱式橋脚等と呼ばれる構造が知られている。その一例として、複数の鋼管などを柱とし、これらの柱を水平の部材ないし斜めの部材にて相互に連結し、立体構造とした鋼管集成橋脚が挙げられる。一般的に、橋脚は、基礎によって地盤に支持される。地盤が堅固な場合には、フーチングと呼ばれる直接地盤に接する鉄筋コンクリート版が用いられることもある。しかし、たとえば地盤が軟弱な場合には、杭基礎が採用されることも多い。杭基礎構造として、たとえば、特許文献１に記載された構造が知られている。この杭基礎構造では、複数の杭が、地中に埋設された連結具によって連結されている。

杭基礎構造に用いられる杭として、鋼管杭またはＰＨＣ（Pretensioned Spun High-strength Concrete；プレテンション方式遠心力高強度プレストレストコンクリート）杭等が挙げられる。たとえば、非特許文献１には、鋼管集成橋脚の１本の鋼管柱に対して、１本の鋼管杭を接続し、フーチングを介さずに上部構造や橋脚からの荷重を杭基礎に直接的に伝達する構造（１柱１杭形式の構造）が記載されている。特許文献２にも、多柱式橋脚において鋼管柱と鋼管杭とが上下方向に接続され、フーチングが省略された同様の構造が記載されている。フーチングが省略された構造（フーチングレスな構造）は、フーチング有りの構造に比して、幾つかの利点を有し得る。

特開２０１３−２０５０号公報 特開２００８−３０３５９８号公報

篠原聖二、外３名、「杭基礎一体型鋼管集成橋脚の構造提案と地震時応答解析」、土木学会論文集Ｃ（地圏工学）、２０１３年、Ｖｏｌ．６９、Ｎｏ．３、ｐ．３１２−３２５

ところで、杭基礎構造が設けられる地盤は、必ずしも均質ではない。そのような不均質な地盤に対して、集成橋脚を支持するための一柱一杭形式の構造が適用された場合、各杭の挙動が異なる可能性がある。そこで、複数の杭を一体に挙動させるため、フーチングのような剛な部材に杭頭部を結合する形式も考えられる。しかし、フーチングを介して集成橋脚と杭を結合する場合、上部構造の質量を支持するための杭に加えて、フーチングの質量を支持するための杭が必要となり得る。また、鉄筋コンクリート製のフーチングを構築する場合には、大がかりな山留め掘削が必要となる場合もある。このように、フーチングの採用は、経済性の低下を招き得る。

そこで、本発明は、フーチングレスな構造の利点を生かしつつ、複数の杭が一体になって挙動することができる橋脚基礎構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、地盤上に立設された複数の柱を有する橋脚を支持する橋脚基礎構造であって、地盤内に設けられ、水平方向に離間する複数の杭と、複数の杭の杭頭部のみに設けられ、杭頭部同士を連結する複数の連結部と、を備え、複数の柱の下端部は、杭頭部または連結部に結合されていることを特徴とする。

この橋脚基礎構造では、連結部は杭頭部のみに設けられており、これらの連結部によって、杭頭部同士が連結されている。これにより、フーチングを用いることなく、複数の杭の杭頭部が一体化されている。フーチングが用いられないため、フーチングの質量を支持するための杭は不要である。また杭の一般部には連結部は設けられない。これらにより、本構造は、経済性に優れている。また、柱の下端部は、杭頭部または連結部に結合されているので、複数の柱が、杭頭部を含む一体化部分に支持されている。この橋脚基礎構造によれば、フーチングレスな構造の利点を生かしつつ、複数の杭が一体になって挙動することができる。

複数の杭および複数の連結部は、平面視において多角形状または円形状をなすように設けられており、複数の杭は、その多角形の頂部またはその円形の円周部の位置に配置されてもよい。この場合、橋脚の柱の配置に応じて杭および連結部を配置しやすい。

複数の杭の杭頭部および複数の連結部によって囲まれた領域には、コンクリートが打設されてもよい。この場合、杭同士がより強固に一体化され、一体化部分の剛性が高められる。上記の囲まれた領域に打設されるコンクリートの質量は、従来のフーチングの質量よりも小さい。したがって、コンクリートの質量を支持するための追加の杭が必要な場合でも、そのような追加の杭は最小に抑えられる。

複数の柱のうち少なくとも１本の柱が、複数の杭のうち少なくとも１本の杭の杭頭部の軸線に沿って設けられ、当該柱の下端部が当該杭頭部に結合されてもよい。この場合、いわゆる１柱１杭形式の構造の利点が生かされやすい。

連結部のそれぞれは、隣り合う杭頭部の間に配置され杭頭部に平行に設けられた１本または複数本の連結鋼管を含み、連結鋼管の外周面は、杭頭部の外周面または別の連結鋼管の外周面に結合されてもよい。この場合、連結鋼管の直径、個数、配置等を調整することにより、橋脚の柱の配置に応じた自由度の高い設計が可能である。

複数の柱のうち少なくとも１本の柱が、少なくとも１本の連結鋼管の軸線に沿って設けられ、当該柱の下端部が当該連結鋼管に結合されてもよい。この場合、杭の配置に関わらず、杭頭部の間に設けられた連結鋼管を利用して柱を支持することができる。

所定の外力がはたらいた場合に、連結鋼管の外周面は、杭頭部の外周面または別の連結鋼管の外周面に対して、連結鋼管の軸線方向に沿ってずれることができるように結合されてもよい。この場合、たとえば、所定の規模を上回る地震に対して、地中部にも塑性化を許容する構造が実現される。その結果として、橋脚１や橋脚基礎構造１０において過大な損傷が集中して生じることが少なくなる。

本発明によれば、フーチングレスな構造の利点を生かしつつ、複数の杭が一体になって挙動することができる。

本発明の一実施形態に係る橋脚基礎構造の第１構成例を示す斜視図である。 図１の橋脚基礎構造における杭頭部の一体化部分を示す平面断面図である。 図３（ａ）は変形例に係る橋脚基礎構造における地震時の変形を示す図、図３（ｂ）はフーチングを有する従来の橋脚基礎構造における地震時の変形を示す図である。 橋脚基礎構造の第２構成例を示す斜視図である。 図４の橋脚基礎構造における杭頭部の一体化部分を示す平面断面図である。 橋脚基礎構造の第３構成例を示す斜視図である。 図６の橋脚基礎構造における杭頭部の一体化部分を示す平面断面図である。 変形形態に係る橋脚基礎構造の杭同士の連結構造を示す斜視図である。 橋脚基礎構造における柱と杭の結合形態の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

まず図１を参照して、一実施形態に係る橋脚基礎構造１０が適用される橋脚１と、この橋脚１を支持する橋脚基礎構造１０について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る橋脚基礎構造１０の第１構成例を示す斜視図である。図１に示されるように、橋脚１は、たとえば道路や鉄道等の地上の構造物に供される高架橋を支えるためのものである。橋脚１は、複数の鋼管柱２を有する鋼管集成橋脚（または多柱式橋脚）である。複数の（たとえば４本の）円筒状の鋼管柱２は、地盤Ｘ（図３参照）上において、互いに平行に立設されている。複数の鋼管柱２は、橋軸方向および橋軸直角方向に並ぶように配列されている。なお、複数の鋼管柱２の本数や配列は、この態様に限られない。

隣り合う２本の鋼管柱２は、水平方向に延びる横つなぎ材３によって連結されている。横つなぎ材３は、鋼板からなり、２本の鋼管柱２に対して、たとえば溶接等によって接合されている。横つなぎ材３は、地震発生時の水平荷重に対して抵抗する。地震発生時の損傷は横つなぎ材３に集約されやすくなっており、これにより、鋼管柱２の損傷が抑制される。なお、橋脚１は、上記とは別の構造が採用された鋼管集成橋脚であってもよい。横つなぎ材３は、水平方向に対して斜めに設けられてもよい。横つなぎ材３が省略されてもよい。

橋脚１の上端部には、上部構造に接続される梁部４が設けられている。橋脚１の下端部すなわち鋼管柱２の下端部２ａには、橋脚基礎構造１０が接続されている。橋脚基礎構造１０は、比較的軟弱な地盤Ｘに設けられて、橋脚１を支持するための杭基礎構造である。

橋脚基礎構造１０は、複数の（たとえば４本の）杭１１を有しており、これらの杭１１が地盤Ｘ内の支持層まで到達するように設けられている。地盤Ｘ内に設けられた複数の杭１１は、水平方向に離間しており、それらの軸線Ｌ１（図２参照）が互いに平行となるように設けられている。橋脚１および橋脚基礎構造１０において、鋼管柱２の軸線および杭１１の軸線Ｌ１は、いずれも鉛直方向に延びる。杭１１は、たとえば鋼管杭である。杭１１として、通常の鋼管杭よりもより剛性の高い鋼管ソイルセメント杭が用いられてもよい。鋼管ソイルセメント杭を用いることにより、杭１１の本数を最小化することができる。なお、杭１１は、ＰＨＣ杭等であってもよい。

橋脚基礎構造１０では、複数の杭１１の杭頭部１１ａ同士が、複数の連結鋼管１２によって連結されている。より詳細には、隣り合う２本の杭頭部１１ａの間に、複数の（たとえば２本の）連結鋼管１２が配置されている。これらの連結鋼管１２は、杭頭部１１ａに平行に設けられている。すなわち、連結鋼管１２の軸線Ｌ２（図２参照）は、鉛直に延びる。各連結鋼管１２の外周面は、もっとも近接する杭頭部１１ａの外周面または別の連結鋼管１２の外周面に結合されている。これらの杭１１および連結鋼管１２は、鋼管井筒を構成している。

図２に示されるように、隣り合う杭頭部１１ａと連結鋼管１２、および、隣り合う連結鋼管１２同士は、結合部２０によって結合されている。結合部２０としては、公知の種々の結合形態が採用され得る。たとえば、図２に示されるように、雌継手２１に雄継手２２を嵌合させた鋼管継手構造（特開２００７−４００５３号公報に記載の継手構造）が用いられてもよい。これらの雌継手２１および雄継手２２は、所定の長さにわたって鉛直方向に延在する。杭１１または連結鋼管１２の外周面に棒状鋼材等が設けられ、雄継手２２の爪部と杭１１との間に間隔保持部材としてのスペーサ等が設けられてもよい（いずれも図示せず）。雌継手２１および雄継手２２によって形成された空間内にモルタル等が充填されてもよい。

複数の連結鋼管１２は、等しい直径を有すると共に、軸線Ｌ２方向における等しい長さを有する。連結鋼管１２の直径は、鋼管柱２の直径と同程度であってもよいし、鋼管柱２の直径より大きくてもよく、また小さくてもよい。また、隣り合う２本の杭頭部１１ａの間に、１本のみの連結鋼管１２が配置されてもよい。連結鋼管１２の直径および本数は、複数の杭１１の配置と直径、および、橋脚基礎構造１０によって支持される橋脚１の複数の鋼管柱２の配置と直径等によって、適宜に決定され得る。なお、複数の連結鋼管１２の間で直径が異なってもよい。

図２に示されるように、複数の杭１１および複数の連結鋼管１２は、平面視において四角形状（たとえば正方形状）をなすように配設されている。そして、４本の杭１１が、その正方形の頂部に位置するように配置されている。

橋脚基礎構造１０において、これらの連結鋼管１２は、杭１１の杭頭部１１ａのみに設けられている。連結鋼管１２は、軸線Ｌ２方向における所定の長さを有する。この長さは、たとえば杭１１の直径の２倍程度であってもよい。杭頭部１１ａを除く杭１１の一般部１１ｂには、連結鋼管１２は設けられていない（図１参照）。

これらの連結鋼管１２が、杭１１の杭頭部１１ａ同士を連結する複数の連結部を構成している。橋脚基礎構造１０では、１本の杭１１の杭頭部１１ａと、別の１本の杭１１の杭頭部１１ａとが、２本の連結鋼管１２を含む連結部によって連結されている。橋脚基礎構造１０では、２本の連結鋼管１２を含む連結部が、４箇所（各杭頭部１１ａの間）に設けられている。複数の杭１１の杭頭部１１ａと複数の連結鋼管１２（複数の連結部）とによって、橋脚基礎構造１０の上端部には一体化部分１５が形成されている。このように、杭頭部１１ａのみに連結鋼管１２が設けられ、連結鋼管１２によって杭頭部１１ａ同士が連結され一体化された橋脚基礎構造１０では、フーチングは設けられておらず、フーチングレスな構造が実現されている。

結合部２０によって互いに結合された複数の杭１１の杭頭部１１ａおよび複数の連結鋼管１２によって囲まれた領域には、コンクリート２３が打設されている。杭１１が鋼管杭である場合、杭頭部１１ａには、内部にコンクリート１７が充填される。連結鋼管１２には、内部にコンクリート１８が充填される。コンクリート２３が打設されることで、一体化部分１５における一体化の効果が高められる。連結鋼管１２を用いた杭頭部１１ａの連結により、剛な構造が形成されている。なお、杭１１の一般部１１ｂには、コンクリート１７は充填されない。

上記構成を有する橋脚基礎構造１０に対し、橋脚１の複数の鋼管柱２のそれぞれが、杭１１の杭頭部１１ａの軸線Ｌ１に沿って設けられ、当該鋼管柱２の下端部２ａ（図２において仮想線で示される）が杭頭部１１ａに結合されている。各鋼管柱２は、公知の鋼管継手等によって各杭頭部１１ａに接合されてもよい。各鋼管柱２は、各杭頭部１１ａに対して溶接等により直接接合されてもよい。このように、橋脚１および橋脚基礎構造１０では、鋼管柱２と同じ本数の杭１１（杭１１の全部または一部）を上空に延長して集成橋脚が形成されている。なお、図示は省略されているが、鋼管柱２の下端部２ａにも、コンクリートが充填されてもよい。

続いて、橋脚基礎構造１０の構築方法（施工方法）について説明する。まず、複数の杭１１を所定の配置で打設する。杭１１の打設には、中堀工法、埋込工法、打撃工法、圧入工法、およびこれらの工法の併用など、各種の工法が適用され得る。各杭１１を支持層に到達させる。なお、橋脚基礎構造１０では、支持杭として必要となる最小本数の杭１１が打設される。これらの杭１１に対し、杭頭部１１ａの間に連結鋼管１２を打設する。杭１１および連結鋼管１２を打設する際には、これらの外周面の所定の位置に、上記した雌継手２１や雄継手２２を取り付けておく。連結鋼管１２を打設した後、杭頭部１１ａと連結鋼管１２、および、連結鋼管１２同士を連結する。そして、杭頭部１１ａおよび連結鋼管１２によって囲まれた領域にコンクリート２３を打設する。杭頭部１１ａへのコンクリート１７や連結鋼管１２へも、コンクリート１８を打設する。さらに、橋脚基礎構造１０（本実施形態では各杭１１）に対して、鋼管柱２を結合し、橋脚１を構築する。

橋脚基礎構造１０の構築方法（施工方法）において、橋脚１を構築した後に、連結鋼管１２を地盤Ｘに圧入してもよい。その場合、杭１１に対して橋脚１の鋼管柱２が結合された状態で、橋脚１の横つなぎ材３に反力を取って、連結鋼管１２を地盤Ｘに圧入してもよい。この工法によれば、橋脚１に備わる横つなぎ材３を利用して、より効率的に連結鋼管１２を設置することができる。

本実施形態の橋脚基礎構造１０では、複数の連結鋼管１２からなる連結部は杭頭部１１ａのみに設けられており、これらの連結部によって、杭頭部１１ａ同士が連結されている。これにより、フーチングを用いることなく、複数の杭１１の杭頭部１１ａが一体化されている。フーチングが用いられないため、フーチングの質量を支持するための杭は不要であり、またフーチング構築のために必要な大がかりな山留め掘削は不要である。杭１１の本数は、支持杭として必要となる最小本数に抑えられている。また杭１１の一般部１１ｂには連結部は設けられない。これらの特徴を有することにより、本構造は、経済性に優れている。また、橋脚１の鋼管柱２の下端部２ａは、杭頭部１１ａに結合されているので、複数の鋼管柱２が、杭頭部１１ａを含む一体化部分１５に支持されている。この橋脚基礎構造１０によれば、フーチングレスな構造の利点を生かしつつ、複数の杭１１が一体になって挙動することができる。また、支持杭の配置と橋脚の配置を任意に組み合わせることができる。すなわち、杭１１の配置と鋼管柱２の配置を任意に組み合わせることができる。

複数の杭１１は、多角形の頂部の位置に配置されているので、橋脚１の鋼管柱２の配置に応じて、杭１１および連結鋼管１２（連結部）を配置しやすくなっている。

複数の杭１１の杭頭部１１ａおよび複数の連結鋼管１２からなる複数の連結部によって囲まれた領域には、コンクリート２３が打設されている。この場合、杭１１同士がより強固に結合および一体化され、一体化部分１５の剛性が高められる。なお、上記の囲まれた領域に打設されるコンクリート２３の質量は、従来のフーチングの質量よりも小さい。したがって、コンクリート２３の質量を支持するための追加の杭が必要な場合でも、そのような追加の杭は最小に抑えられている。

複数の鋼管柱２が、複数の杭１１の杭頭部１１ａの軸線Ｌ１に沿って設けられ、その鋼管柱２の下端部２ａが杭頭部１１ａに結合されている。よって、橋脚基礎構造１０は、いわゆる１柱１杭形式の構造の利点が生かされた構造となっている。

連結部をなす連結鋼管１２の外周面は、杭頭部１１ａの外周面または別の連結鋼管１２の外周面に結合されている。この場合、連結鋼管１２の直径、個数、配置等を調整することにより、橋脚１の鋼管柱２の配置に応じた自由度の高い設計が可能である。軸線Ｌ２方向において短い連結鋼管１２が用いられるので、質量の増加は小さく抑えられている。

続いて、図３（ａ）を参照して、橋脚基礎構造１０の変形例について説明する。図３（ａ）に示される変形例に係る橋脚基礎構造１０では、大規模地震が発生した場合等に、連結鋼管１２の結合部２０（雌継手２１や雄継手２２）が互いにずれるように構成されている。さらに、連結鋼管１２における結合部２０の強度は、橋脚１（躯体）の横つなぎ材３の塑性化を先行させ、さらに地震力が大きくなった場合に、連結鋼管１２の継手がずれるような強度となっている。この構造では、橋脚１の横つなぎ材３の塑性する耐力は、連結鋼管１２の結合部２０のずれ降伏よりも相対的に低くなっている。すなわち、橋脚基礎構造１０では、所定の外力がはたらいた場合に、連結鋼管１２の外周面は、杭頭部１１ａの外周面または別の連結鋼管１２の外周面に対して、軸線Ｌ２方向に沿ってずれることができるように結合されている。所定の外力とは、たとえば、大規模地震が発生した場合の地震力などの水平荷重である。

上記構造によれば、地震後の点検・補修が容易である地上部の横つなぎ材３の塑性を先行させ、それを上回る大規模地震に対しては、地中部にも塑性化を許容する構造が実現される。なお、地震後は、杭１１や鋼管柱２には損傷は生じないので、供用が可能な構造となっている。

換言すれば、連結鋼管１２の結合部２０にダンパーのような役割を受け持たせて、橋脚１の横つなぎ材３を先に塑性化させるのだが、それだけでは十分でなく、さらに地震力が大きくなった場合に、連結鋼管１２の継手がずれるようにすることで、損傷を受ける部材を交換可能な横つなぎ材３や連結鋼管１２に集約させている。これにより、杭１１や鋼管柱２には損傷が生じないようにして、メンテナンス性の向上が図られている。

図３（ａ）に示されるように、連結鋼管１２の結合部２０がずれれば、地震力などの水平荷重が作用した場合には、橋脚１（躯体）と杭１１の剛性差が小さくなり、杭頭部１１ａ付近に発生する曲げモーメントに対して、橋脚１の基部から橋脚基礎構造１０の杭頭部１１ａを含めた軸方向に長い区間で変形が吸収される。これにより、橋脚１や橋脚基礎構造１０において過大な損傷が集中して生じることが少なくなる。

なお、図３には、地震時の液状化に伴う側方流動の流動方向Ｄが示されている。地震力に限られず、このような側方流動に対しても、同様の効果が奏される。

また、フーチングが省略された橋脚基礎構造１０では、フーチングレスな構造が有する各種の利点を享受できる。たとえば、図３（ｂ）に示される従来のフーチング有りの構造に比して、図３（ａ）に示される橋脚基礎構造１０は利点を有する。図３（ｂ）に示されるように、橋脚基礎構造１００は、複数の鋼管柱１０２と、横つなぎ材１０３と、梁部１０４とを含む橋脚１０１を有し、この橋脚１０１が杭１０５およびフーチング１０６によって支持されている。フーチング１０６は剛で変形しないので、その近くに配置された横つなぎ材１０３（水平材）の変形は、橋脚１０１の中段の横つなぎ材１０３（水平材）の変形よりも小さくなり得る。これに対し、図３（ａ）に示されるように、橋脚基礎構造１０では、連結鋼管１２同士がずれて橋脚１の鋼管柱２から杭１１までの全体が緩やかに変形するので、最下段の地表面付近の横つなぎ材３（水平材）には、中段の横つなぎ材３と同程度の変形が生じ得る。

なお、複数の杭頭部１１ａおよび複数の連結鋼管１２からなる複数の連結部によって囲まれた領域には、上記したようにコンクリート２３（図２参照）が充填されているが、当該領域にコンクリート２３が充填されていない態様であってもよい。コンクリート２３が充填されていない場合には、コンクリート２３が充填されている場合に比べ、連結鋼管１２のずれを生じさせ易い。言い換えれば、コンクリート２３が充填されている場合には、コンクリート２３が充填されていない場合に比べ、連結鋼管１２のずれは小さくなり得る。しかし、コンクリート２３が充填されている場合でも、連結鋼管１２がずれることによる上記の効果を得ることはできる。

続いて、橋脚基礎構造１０の他の構成例について説明する。図４は橋脚基礎構造の第２構成例を示す斜視図である。図５は、図４の橋脚基礎構造における杭頭部１１ａの一体化部分を示す平面断面図である。図４および図５に示されるように、橋脚基礎構造１０Ａでは、複数の杭１１および複数の連結鋼管１２は、平面視において四角形状（長方形状）をなすように配設されている。４本の杭１１が、その長方形の頂部に位置するように配置されている。複数の杭１１の杭頭部１１ａと複数の連結鋼管１２（複数の連結部）とによって、橋脚基礎構造１０Ａの上端部には一体化部分１５Ａが形成されている。

この橋脚基礎構造１０Ａに対し、橋脚１の複数の鋼管柱２のそれぞれが、連結鋼管１２の軸線Ｌ２に沿って設けられ、当該鋼管柱２の下端部２ａ（図５において仮想線で示される）が連結鋼管１２に結合されている。連結鋼管１２に対する鋼管柱２の結合形態は、上記した橋脚基礎構造１０における、杭頭部１１ａに対する鋼管柱２の結合形態と同じであってよい。このように、橋脚基礎構造１０Ａでは、鋼管柱２の下端部２ａは、連結鋼管１２からなる連結部に結合されている。言い換えれば、鋼管柱２と同じ本数の連結鋼管１２（連結鋼管１２の一部）を上空に延長して集成橋脚が形成されている。

橋脚基礎構造１０Ａによっても、連結部（一体化部分１５Ａ）によって鋼管柱２が支持されるので、上記した橋脚基礎構造１０と同様の作用・効果が奏される。さらに、杭１１の配置に関わらず、杭頭部１１ａの間に設けられた連結鋼管１２を利用して鋼管柱２を支持することができる。

続いて、橋脚基礎構造１０の更に他の構成例について説明する。図６は橋脚基礎構造の第３構成例を示す斜視図である。図７は、図６の橋脚基礎構造における杭頭部１１ａの一体化部分を示す平面断面図である。図６および図７に示されるように、橋脚基礎構造１０Ｂでは、複数の杭１１および複数の連結鋼管１２は、平面視において円形状をなすように配設されている。４本の杭１１が、その円形の円周部の位置に配置されている。さらに、複数本の（たとえば３本の）連結鋼管１２Ｂが、平面視においてその円形の直径に応じた形状に配設されている。複数の杭１１の杭頭部１１ａと複数の連結鋼管１２（複数の連結部）とによって、橋脚基礎構造１０Ｂの上端部には一体化部分１５Ｂが形成されている。

この橋脚基礎構造１０Ｂに対し、橋脚１の複数の鋼管柱２のそれぞれが、連結鋼管１２の軸線Ｌ２に沿って設けられ、当該鋼管柱２の下端部２ａ（図７において仮想線で示される）が連結鋼管１２に結合されている。連結鋼管１２に対する鋼管柱２の結合形態は、上記した橋脚基礎構造１０における、杭頭部１１ａに対する鋼管柱２の結合形態と同じであってよい。このように、橋脚基礎構造１０Ｂでは、鋼管柱２の下端部２ａは、連結鋼管１２からなる連結部に結合されている。言い換えれば、鋼管柱２と同じ本数の連結鋼管１２（連結鋼管１２の一部）を上空に延長して集成橋脚が形成されている。

橋脚基礎構造１０Ｂによっても、連結部（一体化部分１５Ｂ）によって鋼管柱２が支持されるので、上記した橋脚基礎構造１０と同様の作用・効果が奏される。さらに、杭１１の配置に関わらず、杭頭部１１ａの間に設けられた連結鋼管１２を利用して鋼管柱２を支持することができる。また、複数の杭１１は、円形の円周部の位置に配置されているので、橋脚１の鋼管柱２の配置に応じて杭１１および連結鋼管１２（連結部）を配置しやくなっている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、杭１１および連結鋼管１２の配置は、上記第１、第２、第３構成例に限られず、種々の形態を採り得る。また、橋脚基礎構造に対する鋼管柱２の結合形態も上記に限られない。たとえば、複数の鋼管柱２のうち一部の鋼管柱２の下端部２ａが、複数の杭１１のうち一部の杭頭部１１ａに結合されてもよい。その場合に、残りの鋼管柱２の下端部２ａが、連結鋼管１２に結合されてもよい。

また、杭１１同士を連結するために連結鋼管１２が用いられる態様に限られない。図８に示されるように、杭１１と杭１１とが、これらの間に延在するつなぎ材（連結部）３２と、つなぎ材３２の延在方向の両端部に設けられた係合部３３とを含む鋼板製の連結具３０によって連結されてもよい。４本の杭１１および連結具３０は、平面視において四角形状（たとえば正方形状）をなすように配設されている。そして、４本の杭１１が、その正方形の頂部に位置するように配置されている。Ｔ字状の係合部３３は、杭１１の外周面に設けられた雌継手３１に係合している。雌継手３１には鋼管矢板の継手が用いられ得る。連結具３０は、後から地中に挿入可能な構造であってもよい。雌継手３１および連結具３０の係合部３３によって形成された空間内にモルタル等が充填されてもよい。このように、複数の連結具３０が、杭１１の杭頭部１１ａ同士を連結している。

複数の杭１１の杭頭部１１ａおよび複数の連結具３０によって囲まれた領域に、コンクリート（図示せず）が打設されてもよい。上記構成を有する橋脚基礎構造に対し、橋脚１の複数の鋼管柱２のそれぞれが、杭１１の杭頭部１１ａの軸線Ｌ１に沿って設けられ、当該鋼管柱２の下端部２ａ（図８において仮想線で示される）が杭頭部１１ａに結合されている。

雌継手３１に係合する係合部３３を両端に有する連結具３０を用いた連結構造によれば、杭１１（すなわち一体化部分）全体の剛性が高められる。また、鋼管矢板の継手が用いられることにより、杭１１を打設した後からでも、連結具３０を容易に挿入することができる。杭を上下に分割して施工する必要等はない。図８に示されるように、つなぎ材３２を縦、横、斜めのあらゆる方向に容易に設けることができる。

また、杭１１に対する鋼管柱２の結合形態も、上述した態様に限られない。図９に示されるように、ＰＨＣ杭である杭１１の杭頭部１１ａに対し、ダイアフラム４４付きの鋼管４０を用いて、橋脚１の鋼管柱２が連結されてもよい。より詳細には、杭１１の上から、ダイアフラム４４付きの鋼管４０を被せ、両者の隙間にモルタルグラウト４２を充填して一体化させる。モルタルグラウト４２が漏れないように、鋼管４０の下端には、ゴム製のグラウト漏れ防止材４１を設置する。

上記構成によれば、地盤Ｘ中では耐久性の高いＰＨＣ杭としつつ、一方で橋脚１は鋼管橋脚として、その維持管理が可能になっている。基礎としての剛性を高めるため、杭１１同士は、たとえば上述の連結具３０を用いる態様（図８参照）で連結してもよい。これにより、杭１１と橋脚１には適材適所で異なる材料の部材を用い、それらをつなぐことができる。杭１１も鋼管とする場合よりも、コストを低減することができる。

上記した各実施形態において、杭頭部１１ａおよび連結鋼管１２（または連結具３０）によって囲まれた領域には、コンクリート２３に代えて、地盤改良が行われてもよい。鋼管柱２の直径に対して、杭１１の直径および連結鋼管１２の直径は適宜に（大きく又は小さく）調整されてもよい。複数の杭および複数の連結部が平面視において多角形状をなすように設けられる場合に、その多角形の頂点（辺）の数が５以上であってもよい。

１…橋脚、２…鋼管柱（柱）、２ａ…下端部、３…横つなぎ材、１０、１０Ａ、１０Ｂ…橋脚基礎構造、１１…杭、１１ａ…杭頭部、１１ｂ…一般部、１２、１２Ｂ…連結鋼管、１５、１５Ａ、１５Ｂ…一体化部分、２０…結合部、２３…コンクリート、３０…連結具、Ｌ１…（柱の）軸線、Ｌ２…（連結鋼管の）軸線、Ｘ…地盤。

Claims (7)

1. 地盤上に立設された複数の柱を有する橋脚を支持する橋脚基礎構造であって、
   前記地盤内に設けられ、水平方向に離間する複数の杭と、
   前記複数の杭の杭頭部のみに設けられ、前記杭頭部同士を連結する複数の連結部と、を備え、
   前記複数の柱の下端部は、前記杭頭部または前記連結部に結合されていることを特徴とする、橋脚基礎構造。
2. 前記複数の杭および前記複数の連結部は、平面視において多角形状または円形状をなすように設けられており、
   前記複数の杭は、多角形の頂部または円形の円周部の位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の橋脚基礎構造。
3. 前記複数の杭の前記杭頭部および前記複数の連結部によって囲まれた領域には、コンクリートが打設されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の橋脚基礎構造。
4. 前記複数の柱のうち少なくとも１本の柱が、前記複数の杭のうち少なくとも１本の杭の前記杭頭部の軸線に沿って設けられ、当該柱の下端部が当該杭頭部に結合されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の橋脚基礎構造。
5. 前記連結部のそれぞれは、隣り合う前記杭頭部の間に配置され前記杭頭部に平行に設けられた１本または複数本の連結鋼管を含み、前記連結鋼管の外周面は、前記杭頭部の外周面または別の前記連結鋼管の外周面に結合されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の橋脚基礎構造。
6. 前記複数の柱のうち少なくとも１本の柱が、少なくとも１本の前記連結鋼管の軸線に沿って設けられ、当該柱の下端部が当該連結鋼管に結合されていることを特徴とする、請求項５に記載の橋脚基礎構造。
7. 所定の外力がはたらいた場合に、前記連結鋼管の外周面は、前記杭頭部の外周面または別の前記連結鋼管の外周面に対して、前記連結鋼管の軸線方向に沿ってずれることができるように結合されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の橋脚基礎構造。

Images