JP3572554B2 - 新設鋼管杭による既存杭の支持力増強方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、既存建物の建替えに際して地下の既存杭の支持力を新築建物の補強杭として再使用可能に増強する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に示すように、地中１に打設した杭２により支持された既存建物３を撤去して、新たな建物に建て替る場合、従来では既存建物３の解体と同時に既存杭２をも撤去するか、或いは埋め殺すのが一般的であった。
【０００３】
図１２はその１例を示すもので、既存杭２の撤去にはバイブロハンマー４の使用による引き抜きが多く採用され、また埋め殺には地表面から数ｍ程度をカットして取り除いた後、残りの杭は埋め殺すという方法が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来方法では、以下の課題を有する。
▲１▼ 撤去費用が比較的大きい。
▲２▼ 支持力のある既存杭を捨て去るために、既存杭の再利用をしないことによるムダが大きい。
▲３▼ 既存杭は地中に放置された状態にあるので、新設建物の支持杭の打設の妨げとなる。
▲４▼ 既存杭を地中に放置した際、上部建物の建設自由度を低下させる。
【０００５】
このような課題は、全て既存杭を地中に放置したことによるものであるから、既存杭を新設建物の補強杭として再利用できるようにすれば解決されるものであるが、再利用にあたっては新設建物に対応した杭単体の支持力を増強する必要がある。
【０００６】
この発明の目的は、既存杭の支持力の増強を大口径の鋼管杭を採用して行い、その鋼管杭により支持力が増強された既存杭を新設建物の補強杭として再利用することができる新たな方法にある。
またこの発明の目的は、既存杭が鋼管杭、ＰＨＣ杭のいずれであっても、その既存杭の外周に新設の鋼管杭を打設するとともに、外周囲の新設鋼管杭が有する両端部の補強リブまたは補強リングにより、新設建物から生じる鉛直及び水平の荷重を速やかに地盤に伝達し得る新たな既存杭の支持力増強方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明は、建物跡の地下の既存杭の外周囲に、該既存杭よりも大口径で杭先端部と打継ぎ部及び杭頭部の内側に、既存杭側面との間にクリアランスを形成する突出長さの多数の補強リブを、所要深さに放射状に有する新設鋼管杭を打設し、この新設鋼管杭により既存杭の杭先端から杭頭部まで被覆して、既存杭を上記補強リブにより鉛直支持力と水平抵抗とが増加された新たな補強杭に構成してなる、というものである。
【０００８】
この発明が対象とする既存杭は、鋼管杭、ＰＨＣ杭などであり、それらの鋼管杭の外周囲に打設する新設鋼管杭は、既存鋼管杭の杭径の２．０倍程度までが好ましい。
また新設鋼管杭における単位長さは一般的に１０ｍ〜１５ｍであり、その単位長さの両端部の内側に多数の上記補強リブが溶接により予め一体的に取り付けられるが、その範囲は杭先端部、杭打継部及び杭頭部で異なる。
【０００９】
上記補強リブは新設鋼管杭で大きく問題となる杭先端の閉塞効果の向上に大きく寄与するものであるとともに、既存杭の外周に沿って新設鋼管杭を杭支持層まで到達させるガイドの役目を有する。
このガイド効果を目的として、先端部の補強リブの内側端に打設用ガイドを溶接して取り付けることも可能である。この場合の打設用ガイドは既存杭の直径より５ｃｍ程度大きな直径を有する鋼管で、長さは補強リブと同程度であることが好ましい。
【００１０】
また既存杭が鋼管杭またはＰＨＣ杭であるとき、上記補強リブは、新設鋼管杭及び該補強リブと既存鋼管杭で囲まれた面積が、既存鋼管杭で囲まれる面積と同程度か、それ以下となるように設置され、閉塞効果０．８程度を確保できるように配置するのがよい。
【００１１】
さらに上記補強リブの先端形状は、新設鋼管杭の打設がスムーズに行われ、かつ既存杭に傷を付けにくいようにテーパー状に形成されるが、補強リブの内側に打設用ガイドを設けた場合には、補強リブ先端部のテーパーは不要となる。
【００１２】
杭頭については、多少長めの補強リブ（深さ５〜１０ｍ程度）を設けることによって、杭頭水平力に対しての補強が可能となり、その補強は新設鋼管杭と既設鋼管杭の間で、補強リブを設ける位置までコンクリートを施すことによっても可能であり、その施工は現場打ちまたはプレキャストコンクリートにより容易に行い得る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１から図１０はこの発明の実施の形態を示すもので、図１において１０は既設杭１１とその外周囲の新設鋼管杭１２とによる補強杭である。
この補強杭１０は、地面ＧＬから杭支持層１３まで打設された既存建物跡の地下の既存杭１１の外周囲に、該既存杭杭１１よりも口径が大きく、また両端部の内側に多数の補強リブを有する所要長さの複数の単位鋼管杭１２ａ，１２ｂ，１２ｎを順次打設し、それら単位鋼管杭の打継ぎにより形成された上記新設鋼管杭１２により既存杭１１の杭先端から杭頭部まで被覆した構造よりなる。
【００１４】
上記単位鋼管杭１２ａ，１２ｂ，１２ｎの長さは１２ｍ程で、補強杭１０の杭先端部となる単位鋼管杭１２ａの先端部内側の補強リブ１４と、補強杭１０の杭頭部となる単位鋼管杭１２ｎの後端部内側の補強リブ１５を除き、打継ぎ部となる各単位鋼管杭１２ａ，１２ｂ，１２ｎの端部の補強リブ１６は全て同じ深さに形成してある。
【００１５】
この実施形態での補強リブの深さは、杭先端部の補強リブ１４は１〜２ｍ程度，杭頭部の補強リブ１５は５〜１０ｍ，打継ぎ部の各補強リブ１６は０．５ｍと異なるが、突出長さは全て同一で既存杭１１の側面との間に所要のクリアランスを形成している。
【００１６】
図２から図４は既存杭１１が鋼管杭（以下既存鋼管杭１１と称する）の場合であって、各部位の補強リブ１４，１５，１６の数はそれぞれ同数（８枚）で放射状に単位鋼管杭１２ａ，１２ｎの内側に溶接により一体に取り付けてある。また杭先端部の補強リブ１４は、図３の（Ｂ）図に示すように、新設鋼管杭１２の打設がスムーズに行われ、また既存鋼管杭１１に傷を付け難いように、先端部をテーパー状してある。
【００１７】
図４は補強リブ１４の内側に、既存鋼管杭１１の直径よりも５ｃｍほど大径で長さが補強リブと同じ長さの鋼管による補強リングを打設用ガイド１７として溶接により取り付けた場合で、この打設用ガイド１７により新設鋼管杭１２の打設は、補強リブ１４による場合よりも一層確実なものとなる。しかし補強リブ１４または打設用ガイド１７のいずれにおいても、図２に示すように杭先端の閉塞効果を奏する。
【００１８】
図５から図７図は既存杭１１がＰＨＣ杭（以下既存ＰＨＣ杭と称する）の場合を示すものである。この既存ＰＨＣ杭を対象とする新設鋼管杭１２の構成は、図２から図４にて説明した新設鋼管杭１２と何ら変わるところがなく、その相違は対象とする既存杭１１のみにあり、補強杭１０としての構成も既存鋼管杭の場合と変わるものではないので、図についての説明は省略する。
【００１９】
上記既存杭１１とその外周囲に打設した新設鋼管杭１２とによる補強杭１０では、底面積が図８に示すように、既存杭１１の底面積Ａ１ と新設鋼管杭１２の補強リブ１４により分割された底面積Ａ２ の両方から形成されることになり、支持力は大きくなる。
【００２０】
また杭頭部に関しては、図９に示すように、補強リブ１５の深さまでコンクリート１８を打設すると、鋼管コンクリート杭のようになって、杭の水平抵抗が増加する。
【００２１】
図１０は新に構成された補強杭の配置例を示すもので、上部構造物が解体されたのちの地下に、鋼管杭或いはＰＨＣ杭等の既存杭１１が、新規建物１９に対して図に示すような配置で残存しているような場合、新規建物１９で構造物の荷重が大きくなる既存杭１１に対してのみ、上記補強杭１０により支持力の増強を図り、その他の既存杭１１で所要の支持力を有するものは補強せず、そのまま使用する。この結果、地下にある既存杭１１の殆どを有効に再利用することが可能となる。
【００２２】
次に上記構成による補強杭の鉛直支持力の評価方法について
鋼管杭による杭基礎の長期支持力は以下の式で表現されるが、一般的に杭先端の支持力に大きく依存する。本式で杭先端部の支持力は｛｝の第１項となる。
【００２３】
【数１】
【００２４】
この発明では、新設鋼管杭の閉塞効果ηをいかに高くするかが重要となるが、図８に示すように新規鋼管杭は補強リブで閉塞面積を既存鋼管杭に比べて小さくしているため、既存鋼管杭と新設鋼管杭の間の面積はかなり小さくなり、支持力は大きくなる。以下に、既存鋼管杭単体、新設鋼管杭単体、二重鋼管補強杭の先端支持力を比較したものを示す。
【００２５】
ｉ） 既存鋼管杭の場合
鋼管杭：５００φ（ｔ＝９ｍｍ）
先端支持力 Ｒａ ＝（３０×０．６６４×５０×０．１９６３）／３＝６５．２ｔ／本→６５ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝Ａ１ ＝０．１９６３ｍ２
閉塞効果η ＝０．１６×４．１５ ＝０．６６４ （２＜２００／４８．２＝４．１５＜５）
【００２６】
ｉｉ） 新設鋼管杭の場合
新設鋼管杭：９００φ（ｔ＝１４ｍｍ）
先端支持力 Ｒａ ＝（３０×０．３６６×５０×０．６３６２）／３＝１１６．０ ｔ／本→１１５ ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝０．０６３６２ ｍ２
閉塞効果η ＝０．１６×２．２９ ＝０．３６６ （２＜２００／８７．２＝２．２９＜５）
【００２７】
ｉｉｉ） 二重鋼管補強杭（既存鋼管杭＋新設鋼管杭）の場合
二重鋼管補強杭の概要を図５に示す。
新設鋼管杭：９００φ（ｔ＝１４ｍｍ）＋補強リブＲｉｂ．ＰＬ−２０００×１６０×１２（８枚） 先端支持力 ５００φ Ｒａ１＝６５ｔ／ 本
先端支持力 ９００φ
Ｒａ２＝８×（３０×０．８×５０×０．０５５０）／３＝１７６．０ ｔ／本→１７５ ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝Ａ２ ＝０．０５５０ｍ２ →等価円直径＝０．２６４６ｃｍ
閉塞効果η ＝０．８ （５＜２００／２４．６６＝８．１１）
二重鋼管補強杭の先端支持力Ｒａ ＝６５＋１７５ ＝２４０ ｔ
【００２８】
二重鋼管補強杭の先端支持力は、５００φと９００φの鋼管杭をそれぞれ単独で施工した場合の支持力（Ｒａ ＝６５ｔ，１１５ ｔ）及びその両者を加算した先端支持力よりもはるかに大きくなる。
【００２９】
既存杭がＰＨＣ杭の場合の杭基礎の長期支持力は、
【数２】
【００３０】
以下に、既存ＰＨＣ杭単体、新設鋼管杭単体、補強杭の先端支持力を比較したものを示す。
ｉ） 既存ＰＨＣ杭の場合
鋼管杭：５００φ（ｔ＝９ｍｍ）
先端支持力 Ｒａ ＝（３０××５０×０．１９６３）／３ ＝９８．２ｔ／本→９５ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝Ａ１ ＝０．１９６３ｍ２
【００３１】
ｉｉ） 新設鋼管杭の場合
新設鋼管杭：１０００φ（ｔ＝１４ｍｍ）
先端支持力 Ｒａ ＝（３０×０．３２８×５０×０．７８５４）／３＝１２８．８ ｔ／本→１２５ ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝０．７８５４ｍ２
閉塞効果η ＝０．１６×２．０５ ＝０．３２８ （２＜２００／９７．２＝２．０５＜５）
【００３２】
ｉｉｉ） 補強杭（既存ＰＨＣ杭＋新設鋼管杭）の場合
補強杭の概要は特に図示しないが、既存ＰＨＣ杭の底面積Ａ１ は図５における既存鋼管杭の外周面積に相当する。
新設鋼管杭：１０００φ（ｔ＝１４ｍｍ）＋補強リブＲｉｂ．ＰＬ−２０００×１９０×１２（８枚）
先端支持力 ５００φ Ｒａ１＝９５ｔ／ 本
先端支持力 １０００φ
Ｒａ２＝８×（３０×０．８×５０×０．０７３６４／３＝２３５．６ ｔ／本→２３５ ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝Ａ２ ＝０．０７３６４ ｍ２ →等価円直径＝０．３０６２ｃｍ
閉塞効果η ＝０．８ （５＜２００／３０．６２＝６．５３）
補強杭の先端支持力Ｒａ ＝９５＋２３５ ＝３３０ ｔ
【００３３】
補強杭の先端支持力は、５００φの既存ＰＨＣ杭と１０００φの新設鋼管杭をそれぞれ単独で施工した場合の支持力（Ｒａ ＝９５ｔ，１２５ ｔ）及びその両者を加算した先端支持力よりもはるかに大きくなる。
【００３４】
保有水平耐力の評価方法
水平耐力も杭先端部で示した方法を杭頭に応用することにより可能になる。その概要を図９に示すが、杭先端に比べ新設鋼管杭の補強リブを５〜１０ｍ程度の長さにし、地震時の水平抵抗に耐えられるようにする。杭の剛性は前節の杭の場合で示すと以下のようになる。
【００３５】
既存鋼管杭の場合
ｉ）鋼管杭 ５００φ（ｔ＝９ｍｍ）、腐食しろ１．０ ｍｍの場合…Ｉ＝３６９００ ｃｍ４
ｉｉ）鋼管杭 ９００φ（ｔ＝１４ｍｍ） 、腐食しろ１．０ ｍｍの場合…Ｉ＝３５３０００ｃｍ４
ｉｉｉ）二重鋼管補強杭、腐食しろ１．０ ｍｍの場合…………Ｉ＝４０００００ｃｍ４ 以上
【００３６】
既存ＰＨＣ杭の場合
ｉ）鋼管杭 ５００φ ……………………………………………Ｉ＝２４６３００ｃｍ４
ｉｉ）鋼管杭 １０００φ（ｔ＝１４ｍｍ） 腐食しろ１．０ ｍｍの場合…Ｉ＝３５３０００ｃｍ４
ｉｉｉ）補強杭、腐食しろ１．０ ｍｍの場合……………………Ｉ＝４０００００ｃｍ４ 以上
【００３７】
さらに、同図に示すように、補強リブの部分にコンクリートを事前に打設（補強杭の製作時点で、工場打設）すると鋼管コンクリート杭のようになり、杭の水平抵抗は飛躍的に増加する。
【００３８】
【発明の効果】
この発明は上述のように構成してなることから、下記効果を奏する。
▲１▼ 既存建物を建替える際、従来では鋼管杭或いはＰＨＣ杭等の既存杭の撤去費が膨大となるが、既存杭を有効利用することにより、撤去費は基本的に不要となる。
▲２▼ 廃材なる既存杭を極力少なくすることにより、「地球環境にやさしい」建物建替え工事が可能になる。
▲３▼ 補強リブを設けた新設鋼管杭を採用することにより、既存杭、新設鋼管杭またはそれらを加算したものより、かなり大きな鉛直支持力及び水平抵抗を発揮する杭を構築することができる。
▲４▼ 新設鋼管杭は基本的に既存杭の同心円状でかつ既存杭よりも適度に大口径の杭径とし、その内側に設ける補強リブが新設鋼管杭の打設時のガイドの役目をするため、新設鋼管杭の施工が比較的容易なり、補強リブの内側に鋼管による打設用ガイドを備えたものにあっては、ガイド効果がさらに向上する。
▲５▼ 既存杭に支配されることなく建物の建替えが可能になり、新設建物の設計を自由に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明により構成された補強杭の略示立面図である。
【図２】同上の既存鋼管杭と新設鋼管杭とによる補強杭の概要を示す略示縦断立面図である。
【図３】（Ａ）図は図２の補強杭先端部の平断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図の部分縦断面図である。
【図４】（Ａ）図は同じく打設用ガイドを設けた場合の補強杭先端部の平断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図の部分縦断面図である。
【図５】既存ＰＨＣ杭と新設鋼管杭とによる補強杭の概要を示す略示縦断立面図である。
【図６】（Ａ）図は図５の補強杭先端部の平断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図の部分縦断面図である。
【図７】（Ａ）図は同じく打設用ガイドを設けた場合の補強杭先端部の平断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図の部分縦断面図である。
【図８】補強杭における既存鋼管杭の底面積と新設鋼管杭の分割底面積とを示す杭頭部の平断面図である。
【図９】補強杭頭部の一部縦断立面図。
【図１０】既存杭及び補強杭の配置と新設建物の概要とを示す平面図である。
【図１１】既存杭と既存建物との関連を示す説明図である。
【図１２】従来の既存杭の処理状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 補強杭
１１ 既存杭
１２ 新設鋼管杭
１３ 支持地盤
１４ 杭先端部の補強リブ
１５ 杭頭部の補強杭
１６ 打継ぎ部の補強リブ
１７ 打設用ガイド
【発明の属する技術分野】
この発明は、既存建物の建替えに際して地下の既存杭の支持力を新築建物の補強杭として再使用可能に増強する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に示すように、地中１に打設した杭２により支持された既存建物３を撤去して、新たな建物に建て替る場合、従来では既存建物３の解体と同時に既存杭２をも撤去するか、或いは埋め殺すのが一般的であった。
【０００３】
図１２はその１例を示すもので、既存杭２の撤去にはバイブロハンマー４の使用による引き抜きが多く採用され、また埋め殺には地表面から数ｍ程度をカットして取り除いた後、残りの杭は埋め殺すという方法が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来方法では、以下の課題を有する。
▲１▼ 撤去費用が比較的大きい。
▲２▼ 支持力のある既存杭を捨て去るために、既存杭の再利用をしないことによるムダが大きい。
▲３▼ 既存杭は地中に放置された状態にあるので、新設建物の支持杭の打設の妨げとなる。
▲４▼ 既存杭を地中に放置した際、上部建物の建設自由度を低下させる。
【０００５】
このような課題は、全て既存杭を地中に放置したことによるものであるから、既存杭を新設建物の補強杭として再利用できるようにすれば解決されるものであるが、再利用にあたっては新設建物に対応した杭単体の支持力を増強する必要がある。
【０００６】
この発明の目的は、既存杭の支持力の増強を大口径の鋼管杭を採用して行い、その鋼管杭により支持力が増強された既存杭を新設建物の補強杭として再利用することができる新たな方法にある。
またこの発明の目的は、既存杭が鋼管杭、ＰＨＣ杭のいずれであっても、その既存杭の外周に新設の鋼管杭を打設するとともに、外周囲の新設鋼管杭が有する両端部の補強リブまたは補強リングにより、新設建物から生じる鉛直及び水平の荷重を速やかに地盤に伝達し得る新たな既存杭の支持力増強方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明は、建物跡の地下の既存杭の外周囲に、該既存杭よりも大口径で杭先端部と打継ぎ部及び杭頭部の内側に、既存杭側面との間にクリアランスを形成する突出長さの多数の補強リブを、所要深さに放射状に有する新設鋼管杭を打設し、この新設鋼管杭により既存杭の杭先端から杭頭部まで被覆して、既存杭を上記補強リブにより鉛直支持力と水平抵抗とが増加された新たな補強杭に構成してなる、というものである。
【０００８】
この発明が対象とする既存杭は、鋼管杭、ＰＨＣ杭などであり、それらの鋼管杭の外周囲に打設する新設鋼管杭は、既存鋼管杭の杭径の２．０倍程度までが好ましい。
また新設鋼管杭における単位長さは一般的に１０ｍ〜１５ｍであり、その単位長さの両端部の内側に多数の上記補強リブが溶接により予め一体的に取り付けられるが、その範囲は杭先端部、杭打継部及び杭頭部で異なる。
【０００９】
上記補強リブは新設鋼管杭で大きく問題となる杭先端の閉塞効果の向上に大きく寄与するものであるとともに、既存杭の外周に沿って新設鋼管杭を杭支持層まで到達させるガイドの役目を有する。
このガイド効果を目的として、先端部の補強リブの内側端に打設用ガイドを溶接して取り付けることも可能である。この場合の打設用ガイドは既存杭の直径より５ｃｍ程度大きな直径を有する鋼管で、長さは補強リブと同程度であることが好ましい。
【００１０】
また既存杭が鋼管杭またはＰＨＣ杭であるとき、上記補強リブは、新設鋼管杭及び該補強リブと既存鋼管杭で囲まれた面積が、既存鋼管杭で囲まれる面積と同程度か、それ以下となるように設置され、閉塞効果０．８程度を確保できるように配置するのがよい。
【００１１】
さらに上記補強リブの先端形状は、新設鋼管杭の打設がスムーズに行われ、かつ既存杭に傷を付けにくいようにテーパー状に形成されるが、補強リブの内側に打設用ガイドを設けた場合には、補強リブ先端部のテーパーは不要となる。
【００１２】
杭頭については、多少長めの補強リブ（深さ５〜１０ｍ程度）を設けることによって、杭頭水平力に対しての補強が可能となり、その補強は新設鋼管杭と既設鋼管杭の間で、補強リブを設ける位置までコンクリートを施すことによっても可能であり、その施工は現場打ちまたはプレキャストコンクリートにより容易に行い得る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１から図１０はこの発明の実施の形態を示すもので、図１において１０は既設杭１１とその外周囲の新設鋼管杭１２とによる補強杭である。
この補強杭１０は、地面ＧＬから杭支持層１３まで打設された既存建物跡の地下の既存杭１１の外周囲に、該既存杭杭１１よりも口径が大きく、また両端部の内側に多数の補強リブを有する所要長さの複数の単位鋼管杭１２ａ，１２ｂ，１２ｎを順次打設し、それら単位鋼管杭の打継ぎにより形成された上記新設鋼管杭１２により既存杭１１の杭先端から杭頭部まで被覆した構造よりなる。
【００１４】
上記単位鋼管杭１２ａ，１２ｂ，１２ｎの長さは１２ｍ程で、補強杭１０の杭先端部となる単位鋼管杭１２ａの先端部内側の補強リブ１４と、補強杭１０の杭頭部となる単位鋼管杭１２ｎの後端部内側の補強リブ１５を除き、打継ぎ部となる各単位鋼管杭１２ａ，１２ｂ，１２ｎの端部の補強リブ１６は全て同じ深さに形成してある。
【００１５】
この実施形態での補強リブの深さは、杭先端部の補強リブ１４は１〜２ｍ程度，杭頭部の補強リブ１５は５〜１０ｍ，打継ぎ部の各補強リブ１６は０．５ｍと異なるが、突出長さは全て同一で既存杭１１の側面との間に所要のクリアランスを形成している。
【００１６】
図２から図４は既存杭１１が鋼管杭（以下既存鋼管杭１１と称する）の場合であって、各部位の補強リブ１４，１５，１６の数はそれぞれ同数（８枚）で放射状に単位鋼管杭１２ａ，１２ｎの内側に溶接により一体に取り付けてある。また杭先端部の補強リブ１４は、図３の（Ｂ）図に示すように、新設鋼管杭１２の打設がスムーズに行われ、また既存鋼管杭１１に傷を付け難いように、先端部をテーパー状してある。
【００１７】
図４は補強リブ１４の内側に、既存鋼管杭１１の直径よりも５ｃｍほど大径で長さが補強リブと同じ長さの鋼管による補強リングを打設用ガイド１７として溶接により取り付けた場合で、この打設用ガイド１７により新設鋼管杭１２の打設は、補強リブ１４による場合よりも一層確実なものとなる。しかし補強リブ１４または打設用ガイド１７のいずれにおいても、図２に示すように杭先端の閉塞効果を奏する。
【００１８】
図５から図７図は既存杭１１がＰＨＣ杭（以下既存ＰＨＣ杭と称する）の場合を示すものである。この既存ＰＨＣ杭を対象とする新設鋼管杭１２の構成は、図２から図４にて説明した新設鋼管杭１２と何ら変わるところがなく、その相違は対象とする既存杭１１のみにあり、補強杭１０としての構成も既存鋼管杭の場合と変わるものではないので、図についての説明は省略する。
【００１９】
上記既存杭１１とその外周囲に打設した新設鋼管杭１２とによる補強杭１０では、底面積が図８に示すように、既存杭１１の底面積Ａ１ と新設鋼管杭１２の補強リブ１４により分割された底面積Ａ２ の両方から形成されることになり、支持力は大きくなる。
【００２０】
また杭頭部に関しては、図９に示すように、補強リブ１５の深さまでコンクリート１８を打設すると、鋼管コンクリート杭のようになって、杭の水平抵抗が増加する。
【００２１】
図１０は新に構成された補強杭の配置例を示すもので、上部構造物が解体されたのちの地下に、鋼管杭或いはＰＨＣ杭等の既存杭１１が、新規建物１９に対して図に示すような配置で残存しているような場合、新規建物１９で構造物の荷重が大きくなる既存杭１１に対してのみ、上記補強杭１０により支持力の増強を図り、その他の既存杭１１で所要の支持力を有するものは補強せず、そのまま使用する。この結果、地下にある既存杭１１の殆どを有効に再利用することが可能となる。
【００２２】
次に上記構成による補強杭の鉛直支持力の評価方法について
鋼管杭による杭基礎の長期支持力は以下の式で表現されるが、一般的に杭先端の支持力に大きく依存する。本式で杭先端部の支持力は｛｝の第１項となる。
【００２３】
【数１】
この発明では、新設鋼管杭の閉塞効果ηをいかに高くするかが重要となるが、図８に示すように新規鋼管杭は補強リブで閉塞面積を既存鋼管杭に比べて小さくしているため、既存鋼管杭と新設鋼管杭の間の面積はかなり小さくなり、支持力は大きくなる。以下に、既存鋼管杭単体、新設鋼管杭単体、二重鋼管補強杭の先端支持力を比較したものを示す。
【００２５】
ｉ） 既存鋼管杭の場合
鋼管杭：５００φ（ｔ＝９ｍｍ）
先端支持力 Ｒａ ＝（３０×０．６６４×５０×０．１９６３）／３＝６５．２ｔ／本→６５ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝Ａ１ ＝０．１９６３ｍ２
閉塞効果η ＝０．１６×４．１５ ＝０．６６４ （２＜２００／４８．２＝４．１５＜５）
【００２６】
ｉｉ） 新設鋼管杭の場合
新設鋼管杭：９００φ（ｔ＝１４ｍｍ）
先端支持力 Ｒａ ＝（３０×０．３６６×５０×０．６３６２）／３＝１１６．０ ｔ／本→１１５ ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝０．０６３６２ ｍ２
閉塞効果η ＝０．１６×２．２９ ＝０．３６６ （２＜２００／８７．２＝２．２９＜５）
【００２７】
ｉｉｉ） 二重鋼管補強杭（既存鋼管杭＋新設鋼管杭）の場合
二重鋼管補強杭の概要を図５に示す。
新設鋼管杭：９００φ（ｔ＝１４ｍｍ）＋補強リブＲｉｂ．ＰＬ−２０００×１６０×１２（８枚） 先端支持力 ５００φ Ｒａ１＝６５ｔ／ 本
先端支持力 ９００φ
Ｒａ２＝８×（３０×０．８×５０×０．０５５０）／３＝１７６．０ ｔ／本→１７５ ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝Ａ２ ＝０．０５５０ｍ２ →等価円直径＝０．２６４６ｃｍ
閉塞効果η ＝０．８ （５＜２００／２４．６６＝８．１１）
二重鋼管補強杭の先端支持力Ｒａ ＝６５＋１７５ ＝２４０ ｔ
【００２８】
二重鋼管補強杭の先端支持力は、５００φと９００φの鋼管杭をそれぞれ単独で施工した場合の支持力（Ｒａ ＝６５ｔ，１１５ ｔ）及びその両者を加算した先端支持力よりもはるかに大きくなる。
【００２９】
既存杭がＰＨＣ杭の場合の杭基礎の長期支持力は、
【数２】
以下に、既存ＰＨＣ杭単体、新設鋼管杭単体、補強杭の先端支持力を比較したものを示す。
ｉ） 既存ＰＨＣ杭の場合
鋼管杭：５００φ（ｔ＝９ｍｍ）
先端支持力 Ｒａ ＝（３０××５０×０．１９６３）／３ ＝９８．２ｔ／本→９５ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝Ａ１ ＝０．１９６３ｍ２
【００３１】
ｉｉ） 新設鋼管杭の場合
新設鋼管杭：１０００φ（ｔ＝１４ｍｍ）
先端支持力 Ｒａ ＝（３０×０．３２８×５０×０．７８５４）／３＝１２８．８ ｔ／本→１２５ ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝０．７８５４ｍ２
閉塞効果η ＝０．１６×２．０５ ＝０．３２８ （２＜２００／９７．２＝２．０５＜５）
【００３２】
ｉｉｉ） 補強杭（既存ＰＨＣ杭＋新設鋼管杭）の場合
補強杭の概要は特に図示しないが、既存ＰＨＣ杭の底面積Ａ１ は図５における既存鋼管杭の外周面積に相当する。
新設鋼管杭：１０００φ（ｔ＝１４ｍｍ）＋補強リブＲｉｂ．ＰＬ−２０００×１９０×１２（８枚）
先端支持力 ５００φ Ｒａ１＝９５ｔ／ 本
先端支持力 １０００φ
Ｒａ２＝８×（３０×０．８×５０×０．０７３６４／３＝２３５．６ ｔ／本→２３５ ｔ／本
杭先端の面積ＡＰ ＝Ａ２ ＝０．０７３６４ ｍ２ →等価円直径＝０．３０６２ｃｍ
閉塞効果η ＝０．８ （５＜２００／３０．６２＝６．５３）
補強杭の先端支持力Ｒａ ＝９５＋２３５ ＝３３０ ｔ
【００３３】
補強杭の先端支持力は、５００φの既存ＰＨＣ杭と１０００φの新設鋼管杭をそれぞれ単独で施工した場合の支持力（Ｒａ ＝９５ｔ，１２５ ｔ）及びその両者を加算した先端支持力よりもはるかに大きくなる。
【００３４】
保有水平耐力の評価方法
水平耐力も杭先端部で示した方法を杭頭に応用することにより可能になる。その概要を図９に示すが、杭先端に比べ新設鋼管杭の補強リブを５〜１０ｍ程度の長さにし、地震時の水平抵抗に耐えられるようにする。杭の剛性は前節の杭の場合で示すと以下のようになる。
【００３５】
既存鋼管杭の場合
ｉ）鋼管杭 ５００φ（ｔ＝９ｍｍ）、腐食しろ１．０ ｍｍの場合…Ｉ＝３６９００ ｃｍ４
ｉｉ）鋼管杭 ９００φ（ｔ＝１４ｍｍ） 、腐食しろ１．０ ｍｍの場合…Ｉ＝３５３０００ｃｍ４
ｉｉｉ）二重鋼管補強杭、腐食しろ１．０ ｍｍの場合…………Ｉ＝４０００００ｃｍ４ 以上
【００３６】
既存ＰＨＣ杭の場合
ｉ）鋼管杭 ５００φ ……………………………………………Ｉ＝２４６３００ｃｍ４
ｉｉ）鋼管杭 １０００φ（ｔ＝１４ｍｍ） 腐食しろ１．０ ｍｍの場合…Ｉ＝３５３０００ｃｍ４
ｉｉｉ）補強杭、腐食しろ１．０ ｍｍの場合……………………Ｉ＝４０００００ｃｍ４ 以上
【００３７】
さらに、同図に示すように、補強リブの部分にコンクリートを事前に打設（補強杭の製作時点で、工場打設）すると鋼管コンクリート杭のようになり、杭の水平抵抗は飛躍的に増加する。
【００３８】
【発明の効果】
この発明は上述のように構成してなることから、下記効果を奏する。
▲１▼ 既存建物を建替える際、従来では鋼管杭或いはＰＨＣ杭等の既存杭の撤去費が膨大となるが、既存杭を有効利用することにより、撤去費は基本的に不要となる。
▲２▼ 廃材なる既存杭を極力少なくすることにより、「地球環境にやさしい」建物建替え工事が可能になる。
▲３▼ 補強リブを設けた新設鋼管杭を採用することにより、既存杭、新設鋼管杭またはそれらを加算したものより、かなり大きな鉛直支持力及び水平抵抗を発揮する杭を構築することができる。
▲４▼ 新設鋼管杭は基本的に既存杭の同心円状でかつ既存杭よりも適度に大口径の杭径とし、その内側に設ける補強リブが新設鋼管杭の打設時のガイドの役目をするため、新設鋼管杭の施工が比較的容易なり、補強リブの内側に鋼管による打設用ガイドを備えたものにあっては、ガイド効果がさらに向上する。
▲５▼ 既存杭に支配されることなく建物の建替えが可能になり、新設建物の設計を自由に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明により構成された補強杭の略示立面図である。
【図２】同上の既存鋼管杭と新設鋼管杭とによる補強杭の概要を示す略示縦断立面図である。
【図３】（Ａ）図は図２の補強杭先端部の平断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図の部分縦断面図である。
【図４】（Ａ）図は同じく打設用ガイドを設けた場合の補強杭先端部の平断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図の部分縦断面図である。
【図５】既存ＰＨＣ杭と新設鋼管杭とによる補強杭の概要を示す略示縦断立面図である。
【図６】（Ａ）図は図５の補強杭先端部の平断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図の部分縦断面図である。
【図７】（Ａ）図は同じく打設用ガイドを設けた場合の補強杭先端部の平断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図の部分縦断面図である。
【図８】補強杭における既存鋼管杭の底面積と新設鋼管杭の分割底面積とを示す杭頭部の平断面図である。
【図９】補強杭頭部の一部縦断立面図。
【図１０】既存杭及び補強杭の配置と新設建物の概要とを示す平面図である。
【図１１】既存杭と既存建物との関連を示す説明図である。
【図１２】従来の既存杭の処理状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 補強杭
１１ 既存杭
１２ 新設鋼管杭
１３ 支持地盤
１４ 杭先端部の補強リブ
１５ 杭頭部の補強杭
１６ 打継ぎ部の補強リブ
１７ 打設用ガイド
Claims (2)
- 建物跡の地下の既存杭の外周囲に、該既存杭よりも大口径で杭先端部と打継ぎ部及び杭頭部の内側に、既存杭側面との間にクリアランスを形成する突出長さの多数の補強リブを、所要深さに放射状に有する新設鋼管杭を打設し、この新設鋼管杭により既存杭の杭先端から杭頭部まで被覆して、既存杭を上記補強リブにより鉛直支持力と水平抵抗とが増加された新たな補強杭に構成してなることを特徴とする新設鋼管杭による既存杭の支持力増強方法。
- 上記新設鋼管杭は先端部の補強リブの内側に上記既存杭の直径よりも大口径の鋼管による打設用ガイドを備えることを特徴とする請求項１記載の新設鋼管杭による既存杭の支持力増強方法。
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|---|---|---|---|---|
| CN105275024A (zh) * | 2015-09-29 | 2016-01-27 | 华蓝设计（集团）有限公司 | 有缺陷大直径嵌岩桩竖向承载力检测及加固的方法 |
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