JP3639294B1 - 構造物の耐震補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コスト化及び工期の短縮化を図ることができ、狭い作業現場でも簡単に施工することができる構造物の耐震補強構造を提供する。
【解決手段】 先端１２ａが支持層７まで打ち込まれた複数の既設杭１２の頭部１２ｂに既設フーチング１１を支持し、既設フーチング１１の周囲を補強するようにした既設橋脚１０の耐震補強構造において、既設フーチング１１の周囲の地盤８中に四角筒状の鋼矢板壁１３を設け、既設フーチング１１と四角筒状の鋼矢板壁１３との間の地盤８中に先端１４ａが支持層７まで打ち込まれる複数の増設杭１４を設け、四角筒状の鋼矢板壁１３とフーチング１１との間にコンクリート１５を増設して既設フーチング１１と鋼矢板壁１３を一体化して固定し、四角筒状の鋼矢板壁１３内の既設フーチング１１及び増設コンクリート１５の真下の地盤８を既設杭１２及び増設杭１４の水平抵抗に有効な範囲の深度まで所定の固化材を介して固化改良した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、既設基礎等の構造物の耐震補強構造に関する。

この種の既設基礎構造物の耐震補強構造として、図９及び図１０に示すものがある（例えば、特許文献１参照。）。

図９（ａ），（ｂ）に示すように、既設構造物としての既設橋脚１の既設フーチング（基礎）２は、先端が支持層７まで打ち込まれた複数の既設杭３の頭部に支持されている。

また、既設フーチング２の底面より上側の周りには増設フーチング４を環状に構築してある。この増設フーチング４の底面には複数の増設杭５を支持層７まで造成してあり、この複数の増設杭５の頭部に増設フーチング４を据え付け固定してある。
特開２００２−１８８１５７号公報 特開２０００−２７３８８１号公報

しかしながら、前記従来の既設橋脚１の耐震補強構造では、増設杭５と増設フーチング４を造成・構築する際に、図１０に示すように、既設フーチング２の周囲の地盤８中に大径で四角筒状の鋼矢板９を埋設して土留めし、この鋼矢板９内の地盤８を大量に掘削しなければならず、また、増設杭５と増設フーチング４の造成・構築後は掘削した部分を埋め戻し、鋼矢板９を抜き取らなければならないため、作業工数が多くなってコスト高になると共に工期が長くかかった。さらに、大型の施工機等が必要となり、都市内の高架橋基礎等の狭い作業現場では造成・構築作業が煩雑であった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、低コスト化及び工期の短縮化を図ることができると共に、狭い作業現場でも簡単に施工することができる構造物の耐震補強構造を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、先端が所定位置まで打ち込まれた複数の既設杭の頭部に既設フーチングを支持し、この既設フーチングの周囲を補強するようにした構造物の耐震補強構造において、前記既設フーチングの周囲の地盤中に環状の地中壁を設けると共に、これら既設フーチングと環状の地中壁との間の地盤中に先端が所定位置まで打ち込まれる複数の増設杭を設け、かつ前記環状の地中壁と前記既設フーチングとの間にコンクリートを増設して両者を一体化すると共に、該環状の地中壁内の少なくとも前記増設コンクリートの真下の地盤を前記複数の増設杭の水平抵抗に有効な範囲の深度まで固化改良し、かつ前記増設コンクリートを前記複数の増設杭の頭部で支持したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の構造物の耐震補強構造において、前記環状の地中壁内の前記既設フーチング及び前記増設コンクリートの真下の地盤の全部を前記複数の既設杭及び前記複数の増設杭の水平抵抗に有効な範囲の深度まで固化改良したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載の構造物の耐震補強構造において、前記環状の地中壁内の前記増設コンクリートの真下の地盤の外周部を前記複数の増設杭の水平抵抗に有効な範囲の深度まで固化改良したことを特徴とする。

以上説明したように、請求項１の発明によれば、既設フーチングの周囲の地盤中に設けられた環状の地中壁と既設フーチングとの間にコンクリートを増設して両者を一体化すると共に、該環状の地中壁内の少なくとも増設コンクリートの真下の地盤を複数の増設杭の水平抵抗に有効な範囲の深度まで固化改良したので、従来のような大量の地盤の掘削・埋め戻し及び大量の増しコンクリートの打設が少なくて済み、かつ鋼矢板の抜き取り作業等が不要となり、その分、低コスト化及び工期の短縮化を図ることができると共に、狭い作業現場でも簡単に施工することができる。また、環状の地中壁と既設フーチングとを増設コンクリートを介して一体化したので、構造物の耐震補強を増強することができ、地震による構造物の破損を確実に防止することができる。特に、増設コンクリートを複数の増設杭の頭部で支持したので、構造物の耐震補強をより一段と増強することができ、大地震による構造物の破損をより確実に防止することができる。

請求項２の発明によれば、環状の地中壁内の既設フーチング及び増設コンクリートの真下の地盤の全部を複数の既設杭及び複数の増設杭の水平抵抗に有効な範囲の深度まで固化改良したので、構造物の耐震補強をより一段と増強することができ、地震による構造物の破損をより確実に防止することができる。

請求項３の発明によれば、環状の地中壁内の増設コンクリートの真下の地盤の外周部を複数の増設杭の水平抵抗に有効な範囲の深度まで固化改良したので、地盤条件や構造物の状況により作業現場に最適な耐震補強がより一層低コストでかつ短期間で簡単に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は本発明の第１実施形態の構造物の耐震補強構造を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、図２は同耐震補強構造の地盤改良時の薬液または固化材注入状態を示す断面図、図３は同耐震補強構造の地中壁埋設状態を示す断面図、図４は同耐震補強構造の杭増設状態を示す断面図、図５は同耐震補強構造の地盤改良時の高圧噴射攪拌状態を示す断面図、図６は同耐震補強構造の地盤の掘削状態を示す断面図、図７は同耐震補強構造のコンクリート増設状態を示す断面図である。

図１〜図７に示すように、道路用の既設橋脚（構造物）１０の既設フーチング（基礎）１１は、先端１２ａが支持層（所定位置）７まで打ち込まれた複数の既設杭１２の頭部１２ｂに支持されている。この既設フーチング１１の周囲の地盤８中には、四角筒状の鋼矢板壁（環状の地中壁）１３を複数の既設杭１２の水平抵抗に有効な範囲（例えば、１／β〜π／２β）の深度まで埋設してある。この四角筒状の鋼矢板壁１３の内周面１３ａと既設フーチング１１の外周面１１ａとの間に鉄筋コンクリート（増設コンクリート）１５を増設して四角筒状の鋼矢板壁１３と既設フーチング１１とを一体化して固定してある。この増設された鉄筋コンクリート１５は、先端１４ａが支持層（所定位置）７まで打ち込まれた複数の増設杭（増し杭）１４の頭部１４ｂに支持されている。

また、四角筒状の鋼矢板壁１３内の既設フーチング１１及び鉄筋コンクリート１５の真下の地盤８の全域（全部）を複数の既設杭１２及び複数の増設杭１４の水平抵抗に有効な範囲の深度まで所定の固化材を注入または攪拌混合して固化改良してある。この固化改良部分を符号Ａで示す。

尚、複数の既設杭１２及び複数の増設杭１４の水平抵抗に有効な範囲とは、例えば、半無限長さの杭の場合（Ｃｈａｎｇの方法）の特性値（β）の逆数（１／β）の特性長をいう。

以上第１実施形態の既設橋脚１０の耐震補強構造によれば、既設橋脚１０を耐震補強する場合に、まず、図２に示すように、既設フーチング１１の真下の地盤８の複数の既設杭１２の水平抵抗に有効な範囲（例えば、１／β）の深度まで薬液注入機２０により所定の薬液または固化材を注入または攪拌混合して固化させる。

次に、図３に示すように、既設フーチング１１の周囲の地盤８中に四角筒状の鋼矢板壁１３を複数の既設杭１２の水平抵抗に有効な範囲の深度まで埋設する。次に、図４に示すように、既設フーチング１１と四角筒状の鋼矢板壁１３との間の地盤８中に先端１４ａが支持層（所定位置）７まで打ち込まれるように上記既設杭１２よりも大径の増設杭１４を所定間隔毎にそれぞれ増設する。この際、各増設杭１４の頭部１４ｂの頂面と既設フーチング１１の底面１１ｂとを同じ位置にしておく。そして、図５に示すように、既設フーチング１１の底面１１ｂより下方の鋼矢板壁１３と中央の固化改良部分Ａとの間の地盤８を複数の増設杭１４の水平抵抗に有効な範囲（例えば、１／β）の深度まで高圧噴射攪拌機２１により所定の固化材と攪拌混合して固化させる。尚、場合によっては、図４に示す施工と図５に示す施工の順序が逆の場合もある。

次に、図６に示すように、鋼矢板壁１３内の既設フーチング１１の底面１１ｂより上の地盤８を掘削し、図７に示すように、鋼矢板壁１３の内周面１３ａと既設フーチング１１の外周面１１ａと複数の増設杭１４の頭部１４ｂの頂面との間に鉄筋コンクリート１５を増設し、この鉄筋コンクリート１５上に上記掘削した地盤８を埋め戻すことにより、図１（ａ）に示す既設橋脚１０の耐震補強構造が完成する。

このように、既設フーチング１１の周囲の地盤８中に複数の既設杭１２の水平抵抗に有効な範囲の深度まで埋設された四角筒状の鋼矢板壁１３の内周面１３ａと該既設フーチング１１の外周面１１ａとの間に鉄筋コンクリート１５を増設して既設フーチング１１と鋼矢板壁１３とを一体化して固定すると共に、該四角筒状の鋼矢板壁１３内の既設フーチング１１及び鉄筋コンクリート１５の真下の地盤８を複数の既設杭１２及び複数の増設杭１４の水平抵抗に有効な範囲の深度まで地盤改良して固化したので、図１０における従来のような大量の地盤８の掘削・埋め戻し及び大量の増しコンクリート４の打設が少なくて済み、かつ四角筒状の鋼矢板９の抜き取り作業等が不要となり、その分低コスト化及び工期の短縮化を図ることができると共に、狭い作業現場でも簡単に施工することができる。さらに、四角筒状の鋼矢板壁１３内の既設フーチング１１及び鉄筋コンクリート１５の真下の地盤８を複数の既設杭１２及び複数の増設杭１４の水平抵抗に有効な範囲の深度まで地盤改良して固化したので、従来の増設杭５だけの場合に比べて増設杭１４の本数を減らしても従来のものよりも既設橋脚１０の耐震強度を向上させることができる。

また、四角筒状の鋼矢板壁１３と既設フーチング１１とを鉄筋コンクリート１５を介して一体化して固定すると共に、四角筒状の鋼矢板壁１３内の既設フーチング１１及び鉄筋コンクリート１５の真下の地盤８の全域を複数の既設杭１２及び複数の増設杭１４の水平抵抗に有効な範囲の深度まで固化改良したので、鉄筋コンクリート１５及び固化改良部分Ａの強度と四角筒状の鋼矢板壁１３による拘束効果により複数の既設杭１２の水平抵抗（横抵抗）を増大させることができる。さらに、四角筒状の鋼矢板壁１３内の複数の既設杭１２の頭部１２ｂの周辺地盤の固化改良により付着抵抗が増大し、鉛直支持力を増大させることができる。特に、鉄筋コンクリート１５を複数の増設杭１４の頭部１４ｂで支持するので、既設橋脚１０の耐震補強をより一段と増強することができ、大地震による既設橋脚１０の破損をより確実に防止することができる。

また、四角筒状の鋼矢板壁１３内の全域の地盤改良に伴う内圧の増加により既設フーチング１１の周りの剛性が増加し、鉄筋コンクリート１５部分及び固化改良部分Ａが基礎として機能する。さらに、四角筒状の鋼矢板壁１３の剛性により既設フーチング１１の周りの変形を抑制する効果があると共に、四角筒状の鋼矢板壁１３自体が変形抵抗（リング効果）があるため、レベル２クラスの地震荷重作用時の既設フーチング１１の水平変位及び回転を抑制し、耐震性を向上させることができる。これらにより、既設橋脚１０の耐力を向上させることができ、大地震による既設橋脚１０の破損をより確実に防止することができる。

尚、四角筒状の鋼矢板壁１３を粘土層等の非液状化層まで根入れすることにより、中間層の液状化を抑制することができる。

図８（ａ）は本発明の第２実施形態の構造物の耐震補強構造を示す断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。

この第２実施形態の既設橋脚１０の耐震補強構造では、四角筒状の鋼矢板壁１３内の鉄筋コンクリート１５の真下の地盤８を複数の増設杭１４の水平抵抗に有効な範囲（例えば、１／β）の深度まで部分的に所定の固化材を介して固化改良してある。この環状の固化改良部分を符号Ｂで示す。尚、他の構成は前記第１実施形態と同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

この第２実施形態の既設橋脚１０の耐震補強構造では、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。特に、この第２実施形態では、四角筒状の鋼矢板壁１３内の鉄筋コンクリート１５の真下の地盤８の外周部を部分的に所定の固化材を介して固化改良したので、地盤条件や既設橋脚１０の状況により作業現場に最適な耐震補強をより一段と低コストでかつ短期間で簡単に行うことができる。

尚、この第２実施形態では、鉄筋コンクリート１５の真下の地盤８に環状の固化改良部分Ｂを部分的に形成したが、既設フーチング１１の真下の周りの地盤８まで延びるように固化改良しても良い。

また、前記各実施形態では、既設橋脚１０の既設フーチング１１の周囲の地盤８中に四角筒状の鋼矢板壁１３を埋設したが、環状の地中壁の形状は円筒状でも良く、さらに、この鋼矢板壁１３の代わりに、四角筒状のソイルセメント壁（環状の地中壁）を複数の既設杭及び複数の増設杭の水平抵抗に有効な範囲（例えば１／β〜π／２β）の深度まで柱列式地下連続壁造成工法等により形成しても良い。この鋼矢板壁１３の代わりにソイルセメント壁で環状の地中壁を形成すると、地盤条件や既設橋脚の状況により作業現場に最適な耐震補強をより一段と低コストで施工することができる。また、柱列式地下連続壁としてソイルセメント壁の代わりに、場所打ち杭壁や既製杭壁等を用いて環状の地中壁を形成しても良い。

さらに、前記各実施形態によれば、構造物の耐震補強構造として地上の地中橋脚について説明したが、前記各実施形態を河川横断部等の水中橋脚（水中既設基礎）に適用できることは勿論である。この場合、鋼矢板壁は既設フーチングの上面以浅を切断・撤去する。また、既設構造物に限らず、新設構造物でも良い。さらに、複数の既設杭の先端は支持層まで打ち込まれていなくても良く、支持層以浅にあって地盤の摩擦により支持されていても良いことは勿論である。

（ａ）は本発明の第１実施形態の構造物の耐震補強構造を示す断面図、（ｂ）は同（ａ）中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。 上記第１実施形態の地盤改良時の薬液または固化材注入状態を示す断面図である。 上記第１実施形態の地中壁埋設状態を示す断面図である。 上記第１実施形態の杭増設状態を示す断面図である。 上記第１実施形態の地盤改良時の高圧噴射攪拌状態を示す断面図である。 上記第１実施形態の地盤の掘削状態を示す断面図である。 上記第１実施形態のコンクリート増設状態を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態の構造物の耐震補強構造を示す断面図、（ｂ）は同（ａ）中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。 （ａ）は従来例の構造物の耐震補強構造を示す断面図、（ｂ）は同（ａ）中Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。 上記従来例の地盤の掘削状態を示す断面図である。

符号の説明

７ 支持層（所定位置）
８ 地盤
１０ 既設橋脚（構造物）
１１ 既設フーチング
１２ 既設杭
１２ａ 先端
１２ｂ 頭部
１３ 四角筒状の鋼矢板壁（環状の地中壁）
１４ 既設杭（増し杭）
１４ａ 先端
１４ｂ 頭部
１５ 鉄筋コンクリート（増設コンクリート）
Ａ，Ｂ 固化改良部分

Claims (3)

1. 先端が所定位置まで打ち込まれた複数の既設杭の頭部に既設フーチングを支持し、この既設フーチングの周囲を補強するようにした構造物の耐震補強構造において、
   前記既設フーチングの周囲の地盤中に環状の地中壁を設けると共に、これら既設フーチングと環状の地中壁との間の地盤中に先端が所定位置まで打ち込まれる複数の増設杭を設け、かつ前記環状の地中壁と前記既設フーチングとの間にコンクリートを増設して両者を一体化すると共に、該環状の地中壁内の少なくとも前記増設コンクリートの真下の地盤を前記複数の増設杭の水平抵抗に有効な範囲の深度まで固化改良し、かつ前記増設コンクリートを前記複数の増設杭の頭部で支持したことを特徴とする構造物の耐震補強構造。
2. 請求項１記載の構造物の耐震補強構造において、
   前記環状の地中壁内の前記既設フーチング及び前記増設コンクリートの真下の地盤の全部を前記複数の既設杭及び前記複数の増設杭の水平抵抗に有効な範囲の深度まで固化改良したことを特徴とする構造物の耐震補強構造。
3. 請求項１記載の構造物の耐震補強構造において、
   前記環状の地中壁内の前記増設コンクリートの真下の地盤の外周部を前記複数の増設杭の水平抵抗に有効な範囲の深度まで固化改良したことを特徴とする構造物の耐震補強構造。

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