JP4249046B2 - 支持力増加方法、シートパイル基礎の施工方法、シートパイル基礎、橋梁 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道や車道に適用される橋梁に関するものである。

従来、この種の橋梁においては、地盤抵抗特性を向上させるため、フーチングにシートパイル（鋼矢板）を組み合わせることにより、シートパイルによる囲い込み効果によって底面支持力を高めていた。このとき、フーチングの底面の荷重が十分に発揮された上で、補助的にシートパイルが抵抗する機構を構築することが重要となる。

しかし、橋脚の立ち上げ前にフーチングとシートパイルを剛結してしまうと、橋脚や橋桁などの上部構造の荷重はシートパイルの貫入抵抗により負担され、フーチングの底面接地圧は上昇せず、地盤抵抗特性があまり向上しない。一方、フーチングとシートパイルを結合しない場合、地震が発生したときに、慣性力による回転モーメントに対して、シートパイルの軸力とフーチングの幅との積として抵抗するモーメントが期待できない。

本発明は、このような事情に鑑み、フーチングの底面接地圧を十分に高めた上で、シートパイルによる地盤補強効果を最大限に引き出すことにより、耐震性を高めることができる、支持力増加方法、シートパイル基礎の施工方法、シートパイル基礎、橋梁を提供することを目的とする。

まず、請求項１に係る発明の支持力増加方法は、シートパイルに結合されたフーチングの底面の周縁部にグラウトの注入区域を複数に分割して設け、前記フーチングに設けられた上部構造の自重および前記シートパイルの引抜き抵抗を反力として、前記フーチングが回転及び／又は浮上しないように管理しつつ前記グラウトを分割注入することにより、前記フーチングの底面に生じる鉛直応力を増加させて、支持力を増加させることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明のシートパイル基礎の施工方法は、地盤にシートパイルを打設するシートパイル打設工程と、前記シートパイルに包囲された地盤を掘削する掘削工程と、該掘削工程により掘削された地盤の前記シートパイルの内周面に沿って延びる周縁部を、複数の注入区域に分割する地盤分割工程と、前記各注入区域から地上にまで至る注入孔が形成されるようにフーチングコンクリートを打設する打設工程と、前記注入孔から前記注入区域にグラウトを注入するグラウト注入工程とを備えたことを特徴とする。
また、請求項３に係る発明のシートパイル基礎は、請求項１に記載の支持力増加方法により支持力が増加したことを特徴とする。
また、請求項４に係る発明のシートパイル基礎は、請求項２に記載のシートパイル基礎の施工方法により施工されたことを特徴とする。
また、請求項５に係る発明の橋梁は、請求項３又は４に記載のシートパイル基礎を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ジャッキやグラウト注入により、フーチングの底面に生じる鉛直応力を増加させることができる。その結果、フーチングの底面接地圧を十分に高めた上で、シートパイルによる地盤補強効果を最大限に引き出すことにより、耐震性を高めることが可能となる。

また、グラウトの注入区域を複数に分割すると、フーチングの底面に十分な圧力をかけることができるため、耐震性を一層向上させることが可能となる。

さらに、グラウトの注入区域をフーチングの底面周辺部に限定すれば、高耐震性を低コストで実現することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

橋梁１は、図１（ａ）に示すように、地盤２に施工された矩形のフーチング３を有している。フーチング３の上側には橋脚１１が立設されており、橋脚１１の上側には橋桁（図示せず）が架設されている。また、フーチング３の側囲には波形断面の４枚のシートパイル５が打設されており、フーチング３とシートパイル５とは、頭付きスタッドジベル、異形棒鋼（異形鉄筋）などからなる多数個の接合部材４で接合されている。フーチング３の下側には反力担保装置１３が設置されている。この反力担保装置１３は、フーチング３の底面に当接する平板状の上方加圧板１４と、地盤２の表面に当接する平板状の下方加圧板１５と、これら上方加圧板１４、下方加圧板１５間に介装された袋状の膨張部材１６と、膨張部材１６に接続されて地上にまで延伸したグラウト注入管６とから構成されている。ここで、上方加圧板１４、下方加圧板１５としては、鋼板などを用いることができる。また、グラウト注入管６としては、パイプなどを用いることができる。

橋梁１は以上のような構成を有するので、耐震性の向上を狙って支持力を増加させる際には、次の手順により、フーチング３の底面に生じる鉛直応力を増加させる。

すなわち、フーチング３の底面にグラウト７を注入する。それには、図１（ｂ）に示すように、反力担保装置１３のグラウト注入管６から膨張部材１６内にグラウト７を注入する。すると、グラウト７の注入に伴って膨張部材１６が膨張するため、上方加圧板１４を上側、つまりフーチング３側に押圧するとともに、下方加圧板１５を下側、つまり地盤２側に押圧する。その結果、フーチング３の底面に生じる鉛直応力が増加し、支持力が増加する。

これは、次のような理由による。第１に、シートパイル５の内側の摩擦支持力Ｐ３が増大し、地盤２の弾性係数が高くなり、さらにプレロード効果も加わることから、フーチング３の底面から仮想底面への荷重伝達が改善され、底面の支持力Ｐ１に仮想底面の支持力Ｐ２が十分に付加されることによる。第２に、フーチング３の底面下の地盤２のせん断剛性が改善され、受働領域がフーチング３の底面から仮想底面へと拡大することによる。

なお、ここでは、フーチング３の底面にグラウト７を注入することにより、フーチング３の底面に生じる鉛直応力を増加させる場合について説明したが、フラットジャッキなどのジャッキ（図示せず）をフーチング３の底面に設置しておき、このジャッキを駆動することにより、フーチング３の底面に生じる鉛直応力を増加させることもできる。

次に、グラウト７の注入区域を複数に分割し、フーチング３に設けられた上部構造（橋脚１１および橋桁）の自重およびシートパイル５の引抜き抵抗を反力として、フーチング３が回転及び／又は浮上しないように管理しつつグラウト７を分割注入する方法につき、図２および図３に基づいて説明する。なお、ここではグラウト７の注入区域９を９分割する場合について説明するが、この注入区域９の分割数は９に限るわけではない。

まず、図２（ａ）に示すように、地盤２に４枚のシートパイル５を打設する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、シートパイル５に包囲された地盤２を掘削し、図３に示すように、４枚の仕切り板８を井桁に組み合わせて地盤２に打設することにより、地盤２を９つの注入区域９に分割する。

次いで、図２（ｃ）に示すように、各注入区域９に反力担保装置１３（１３Ａ、１３Ｂ）を設置し、各シートパイル５の内側面に多数個の接合部材４を取り付ける。

次いで、各注入区域９から地上にまで至る注入孔が形成されるようにフーチングコンクリートを打設し、フーチング３を施工する。それには、図２（ｃ）に示すように、フーチング配筋１２を配設した後、各反力担保装置１３のグラウト注入管６（６Ａ、６Ｂ）を地上に延伸したままフーチングコンクリートを打設する。この状態で所定時間だけ養生すると、図２（ｄ）に示すように、フーチングコンクリートが固化してフーチング３となり、グラウト注入管６が注入孔を形成する。

次いで、図２（ｅ）および図３に示すように、９つの注入区域９のうち中央部の注入区域９Ａに反力担保装置１３Ａのグラウト注入管６Ａ（注入孔）からグラウト７を注入する。すると、反力担保装置１３Ａの膨張部材１６が膨張して上方加圧板１４、下方加圧板１５を上下に押圧するため、フーチング３の底面中央部に生じる鉛直応力が増加し、支持力が増加する。

次いで、図２（ｆ）および図３に示すように、９つの注入区域９のうち周辺部の８つの注入区域９Ｂに各反力担保装置１３Ｂのグラウト注入管６Ｂ（注入孔）からグラウト７を注入する。すると、各反力担保装置１３Ｂの膨張部材１６が膨張して上方加圧板１４、下方加圧板１５を上下に押圧するため、フーチング３の底面周辺部に生じる鉛直応力が増加し、支持力が増加する。

このとき、上部構造の自重およびシートパイル５の引抜き抵抗を反力として、フーチング３が回転及び／又は浮上しないように管理しつつ、８つの注入区域９Ｂに適宜グラウト７を注入する。すると、フーチング３の底面に十分な圧力がかかることになる。

最後に、図２（ｇ）に示すように、グラウト注入管６Ａ、６Ｂを取り除いた後、フーチング３上に橋脚１１を立ち上げ、橋脚１１に橋桁を架設する。このとき、橋脚１１および橋桁などの上部構造を支持するフーチング３の底面には十分な圧力がかかっているので、高い耐震性の橋梁１を築造することができる。

次に、この高耐震性を低コストで実現すべく、グラウト７の注入区域９をフーチング３の底面周辺部に限定する場合につき、図４および図５に基づいて説明する。これは、地震発生時にフーチング３の底面に生じる鉛直応力は、フーチング３の底面周辺部において最大になるという実状に着目したものである。なお、ここではグラウト７の注入区域９を８分割する場合について説明するが、この注入区域９の分割数は８に限るわけではない。

まず、図４（ａ）に示すように、地盤２に４枚のシートパイル５を打設する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、シートパイル５に包囲された地盤２を掘削し、図５に示すように、４枚の仕切り板８を井桁に組み合わせて地盤２に打設することにより、地盤２の周辺部を８つの注入区域９（９１〜９４）に分割する。

次いで、図４（ｃ）に示すように、各注入区域９に反力担保装置１３を設置し、各シートパイル５の内側面に多数個の接合部材４を取り付ける。

次いで、各注入区域９から地上にまで至る注入孔が形成されるようにフーチングコンクリートを打設し、フーチング３を施工する。それには、図４（ｃ）に示すように、フーチング配筋１２を配設した後、各反力担保装置１３のグラウト注入管６を地上に延伸したままフーチングコンクリートを打設する。この状態で所定時間だけ養生すると、図４（ｄ）に示すように、フーチングコンクリートが固化してフーチング３となり、グラウト注入管６が注入孔を形成する。

次いで、図４（ｅ）に示すように、８つの注入区域９に反力担保装置１３のグラウト注入管６（注入孔）からグラウト７を注入する。すると、各反力担保装置１３の膨張部材１６が膨張して上方加圧板１４、下方加圧板１５を上下に押圧するため、フーチング３の底面周辺部に生じる鉛直応力が増加し、支持力が増加する。

このとき、上部構造の自重およびシートパイル５の引抜き抵抗を反力として、フーチング３が回転及び／又は浮上しないように管理しつつ、８つの注入区域９に適宜グラウト７を注入する。例えば、図５に示すように、まず四隅の注入区域９１、９２に順にグラウト７を注入した後、残りの注入区域９３、９４に順にグラウト７を注入する。すると、フーチング３の底面周辺部に十分な圧力がかかることになる。

最後に、図４（ｆ）に示すように、グラウト注入管６を取り除いた後、フーチング３上に橋脚１１を立ち上げ、橋脚１１に橋桁を架設する。このとき、橋脚１１および橋桁などの上部構造を支持するフーチング３の底面周辺部には十分な圧力がかかっているので、高い耐震性を得ることができる。

このように、グラウト７の注入区域９はフーチング３の底面周辺部のみで済み、フーチング３の底面中央部にグラウト７を注入する必要がないので、その分だけグラウト７の材料コストと施工コストを削減することができる。

また、四隅の注入区域９１、９２のみにグラウト７を注入するようにすれば、さらに低コストで高耐震性の橋梁１を築造することが可能となる。

なお、上述の実施形態においては、フーチング３が矩形である場合について説明したが、矩形以外の形状（例えば、多角形や円形）のフーチング３にも適用可能である。

また、上述の実施形態においては、シートパイル５の断面形状が波形である場合について説明したが、シートパイル５の断面形状は波形に限るわけではない。

本発明に係る支持力増加方法の一実施形態を示す工程図である。 本発明に係るシートパイル基礎の施工方法の一実施形態を示す工程図である。 図２に示すシートパイル基礎の施工方法における注入区域の分割方法を示す平面図である。 本発明に係るシートパイル基礎の施工方法の別の実施形態を示す工程図である。 図４に示すシートパイル基礎の施工方法における注入区域の分割方法を示す平面図である。

符号の説明

１……橋梁
２……地盤
３……フーチング
４……接合部材
５……シートパイル
６……グラウト注入管（注入孔）
７……グラウト
１３……反力担保装置
１４……上方加圧板
１５……下方加圧板
１６……膨張部材

Claims (5)

1. シートパイルに結合されたフーチングの底面の周縁部にグラウトの注入区域を複数に分割して設け、前記フーチングに設けられた上部構造の自重および前記シートパイルの引抜き抵抗を反力として、前記フーチングが回転及び／又は浮上しないように管理しつつ前記グラウトを分割注入することにより、前記フーチングの底面に生じる鉛直応力を増加させて、支持力を増加させることを特徴とする支持力増加方法。
2. 地盤にシートパイルを打設するシートパイル打設工程と、
   前記シートパイルに包囲された地盤を掘削する掘削工程と、
   該掘削工程により掘削された地盤の前記シートパイルの内周面に沿って延びる周縁部を、複数の注入区域に分割する地盤分割工程と、
   前記各注入区域から地上にまで至る注入孔が形成されるようにフーチングコンクリートを打設する打設工程と、
   前記注入孔から前記注入区域にグラウトを注入するグラウト注入工程と
   を備えたことを特徴とする、シートパイル基礎の施工方法。
3. 請求項１に記載の支持力増加方法により支持力が増加したことを特徴とするシートパイル基礎。
4. 請求項２に記載のシートパイル基礎の施工方法により施工されたことを特徴とするシートパイル基礎。
5. 請求項３又は４に記載のシートパイル基礎を備えたことを特徴とする橋梁。

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