JP4705497B2 - 既存建物の杭基礎の補強方法 - Google Patents

Description

この発明は既存建物の杭基礎の補強方法の技術分野に属し、更に云うと、既存建物の直下位置の外周部及び中央部に配置される既存杭の補強方法に関する。

従来、既存建物の増階・改修又は耐震補強工事等により建物荷重を増加する際、既存杭の支持力に余裕が無く、沈下の発生を許容できないことが予想されると、建物荷重の増加分を的確に支持する新設杭を増し打ちして既存杭を補強する方法が実用に供されている。

既存杭に対して新設杭を増し打ちする場合、新設杭の軸力（プレロード）を導入せずに杭頭をフーチング等で一体化するので、建物荷重が増加すると新設杭のみならず既存杭の軸力負担までもが増加する。そのため、既存杭の軸力を設計支持力の範囲内に収めるため新設杭の本数を増やすこと又は杭径を大きくすることが考えられるが、かなりのコストがかかる。また、既存杭の支持力の余裕が殆どない場合には、増加分の軸力は小さい範囲に限られ通常の増階・改修等に対応することはできない。したがって、既存杭を縁切りして既存杭が負担していた軸力及び増加分の軸力を新設杭のみで支持させる構成となり、既存杭を有効に活用できず合理的でない。

下記の特許文献１には、既存建物の杭基礎のうち、既存建物の外周部分のフーチング及び外周梁の外側面部近傍の地盤を掘削し、該地盤中に２本の斜杭（以下、新設杭とも云う。）を平面的に略１８０度向きを変えた対称配置で構築し、杭頭部に既存建物のフーチングと一体化した第二フーチングを施工し、油圧ジャッキによりプレロードを載荷して鉛直荷重の一部又は全部を斜杭に盛り換える技術が開示されている。

また、特許文献２は、溶鉱炉の基礎構造を補強する方法で、既存基礎の外周部に新設杭を打設し、新設杭と既存基礎（と一体化した増設基礎）との間にジャッキを挿入し、既存基礎及び既存建物躯体を反力源として前記新設杭に所定量のプレロードを載荷し、プレロードが載荷した状態で建物荷重を増加することで、既存基礎と新設杭とで鉛直荷重を合理的に支持している。

特開平１１−２００３８２号公報 特開２００５−２４０２９７号公報

特許文献１及び２は、新設杭にプレロードを載荷して、増加した鉛直荷重を同新設杭と既存杭又は既存基礎とで合理的に支持する点は認められる。しかし、これらの新設杭は、既存建物及び既存基礎の外周部に打設されるものであり、既存建物の直下位置特に中央部に配置される複数の既存杭一本一本を補強することは、作業スペースが限られることなどから実施できない。また、プレロードを載荷する際に、既存基礎のフーチングや既存杭同士を繋ぐ基礎梁に十分な耐力が望めない場合には、前記基礎梁又はフーチングを補強することや新たに新設梁を構築する必要が生じ作業の長期化とコストが嵩む。

また、建物の外周部に配置される新設杭に載荷するプレロードや杭本数、杭径は、既存建物の中央部に配置される既存杭の支持力の余裕が外周部の既存杭より小さくなることを考慮して決定する必要がある。したがって、既存杭の沈下剛性や基礎梁の曲げ剛性などを考慮した建物全体の非常に面倒な構造計算を行なうこととなり、その計算結果は既存建物の正確な荷重等が実測できない等々の問題から大雑把な値となる。すると、新設杭の本数や杭径の太さにある程度余裕を持たせなければならず余分のコストが嵩む。仮に余裕を持たせた構成で実施しても既存建物の外周部と中央部の杭に加わる鉛直荷重には大きな差が生じ、支持力の安定性や安全性が危惧される。

特許文献２は、溶鉱炉の基礎構造を補強する方法であり、そもそも建物の内側（中央部）に多数に配置される杭で支持される既存建物の杭基礎を補強する技術ではない。

本発明の目的は、既存建物の直下位置の外周部及び中央部に配置された既存杭の一本一本に対して確実に補強でき、コストの削減と工期の短縮が図れ、既存杭の支持力の安定性と安全性を高める既存建物の杭基礎の補強方法を提供することにある。

上記した背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る既存建物の杭基礎の補強方法は、
既存建物の直下位置の外周部及び中央部に配置される既存杭に隣接して新設杭を設置して杭基礎を補強する方法であって、
前記既存杭の近傍の基礎地盤上に既存フーチングと一体化した新設フーチングを構築し、同新設フーチングに設けた貫入孔から新設杭を圧入し、その後、新設フーチングの上面に反力受けを構築し、同反力受けを反力源とし新設杭の杭頭に設置したジャッキにより同新設杭へ所定のプレロードを載荷し、同プレロードを載荷した状態で杭頭部にグラウトし、前記新設フーチングと一体化することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載した既存建物の杭基礎の補強方法において、
新設杭は既存杭に対して対称に配置され、その数を偶数本とされていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載した既存建物の杭基礎の補強方法において、
新設フーチングの上面に設けたネジ穴にＰＣ鋼棒等の引張材をねじ込んで立て、同引張材の端部にパネル板を新設杭の直上位置にくるように支持して反力受けを構築し、同新設杭へ所定のプレロードを載荷することを特徴とする。

請求項１〜３に記載した発明に係る既存建物の杭基礎の補強方法は、以下のような効果を奏する。
既存建物の直下位置の外周部及び中央部に配置された各既存杭の近傍の基礎地盤内へ、新設杭を圧入した後、同新設杭へ所定のプレロードを載荷する方法であるため、既存建物の直下位置特に中央部の作業スペースが限られる悪条件であっても、既存杭の一本一本に対して確実に補強でき、基礎梁等を構築したり、既存梁を補強する必然性が無くなるほか、既存杭の支持力を有効に利用できる。

また、既存フーチングと新設フーチングを一体化し、プレロードを載荷したまま新設杭の杭頭部をグラウトするので、既存杭が支持していた初期の鉛直荷重（長期荷重）が低減されて既存杭の支持力の安全性を高めることができるほか、増加される鉛直荷重を既存杭と新設杭とで十分に且つ合理的に支持して、同新設杭の本数や杭径を最小限に抑えてコストの低減と工期の短縮に寄与できる。

新設杭は既存杭に対して対称な配置で偶数本圧入するので、構造物全体の詳細な構造計算をせずともフーチングに偏心モーメントが発生することを防止して、鉛直荷重を安定的に且つ安全に支持できる。

本発明は、既存建物１の直下位置の外周部及び中央部に配置される既存杭２に隣接して新設杭４を設置して杭基礎を補強する方法である。
前記既存杭２の近傍の基礎地盤３中に新設杭４を圧入する。
前記新設杭４の直上位置に既存フーチング２ａと一体化する新設フーチング５を構築した後、同新設杭４と新設フーチング５との間にジャッキ６を挿入して同杭４へ所定のプレロードを載荷し、同プレロードを載荷した状態で杭頭部４ａにグラウトし、新設フーチング５と一体化する。

［参考例］
本発明に係る既存建物の杭基礎の補強方法の参考例を図面に基づいて説明する。
この既存建物１の杭基礎の補強方法は、増階・改修又は耐震補強工事等により建物荷重が増加されるに際して、既存杭２の支持力が不足する場合に好適に実施され、既存建物１の直下位置の外周部及び中央部に配置される既存杭２…一本一本に対して補強可能な方法であり、新設杭を圧入する点を特徴としている。

先ず、図１Ａに示す初期状態から、作業スペースを確保するために図１Ｂに示すように既存建物１の基礎地盤３を掘削する。その際必要に応じて山留めや排水等を施す。そして、前記掘削により露出された既存杭２の近傍の前記基礎地盤３内へ鋼管を順次継ぎ足して新設杭４を圧入する。圧入方法は、通例の杭の施工方法と略同様で、長さ約１ｍとする複数本の鋼管を順次継ぎ足し、圧入装置により既存建物１の基礎躯体１ａ（最下階の天井躯体も含む）を反力に取り、順次圧入荷重をかける作業を、地盤中に所定の支持力が得られる支持地盤９内まで繰り返して施工する。圧入荷重は、同新設杭４に要求される設計降伏荷重を上回る荷重を載荷し、その状態で一定時間（一例として５分間）荷重を保持し、前記荷重を保持した新設杭４のクリープ沈下速度等を計測しながら圧入を進める。因みに、前記新設杭４のクリープ沈下速度は、図示することは省略したが新設杭４に取り付けた変位計によって計測する。

前記新設杭４は既存杭２に対して対称な配置で偶数本圧入する。本実施形態では一本の既存杭２に対して二本の新設杭４、４を左右に圧入した。したがって、後述する新設フーチング５に偏心モーメントが発生することを防止して既存建物１の鉛直荷重を安定的に且つ安全に支持できる。

上記の方法により新設杭４を圧入した後、図１Ｃに示すように既存杭２のフーチング２ａと一体化する新設フーチング５を新設杭４の直上位置に構築する。具体的には、既存フーチング２ａの側面に図示することは省略したがアンカー用の鉄筋を定着した上で、新設フーチング５の配筋、型枠設置を行う。その後コンクリートを打設して構築する。前記新設フーチング５は新設杭４との間にスペースを確保するように構築される。しかる後に、前記新設フーチング５と新設杭４とのスペースにジャッキ６を挿入し、同新設フーチング５を反力源として新設杭４に所定のプレロードを載荷する。ここで、所定のプレロードとは、補強強度に応じて新設杭４が負担すべきプレロードのことである。

このプレロードの載荷に際しては、オイルポンプと挿入ジャッキ６とを組み合わせて、所定の値までプレロードを載荷する。新設杭４にプレロードが載荷された後は、回転を利用する機械式ジャッキ（例えばキリンジャッキ）による支持に切り替え、挿入ジャッキ６は外部へ搬出する。

上記の状態、つまりプレロードを機械式ジャッキにより載荷した状態で、図１Ｄに示すように、同機械式ジャッキもろとも杭頭部４ａにグラウトし、新設フーチング５と一体化して既存建物１の鉛直荷重の一部を前記新設杭４へ確実に伝達させる。しかる後に、増築等の荷重増加工事が行われる。

次に請求項１に記載した発明に係る既存建物の杭基礎の補強方法を図面に基づいて説明する。本実施例１は参考例と略同様の技術的思想に基づいており、以下にその相違点を中心に説明する。本実施例は、既存建物１の基礎躯体１ａに対して地下水位が高く、基礎地盤３の掘削が困難な場合に好適に実施される。

即ち、図２Ａに示すように、既存建物１の直下位置に配置された既存杭２の近傍の基礎地盤３上に既存フーチング２ａと一体化する新設フーチング５を構築する。前記新設フーチング５には予め貫入孔５ａが設けられている。具体的には既存フーチング２ａの側面にアンカー用の鉄筋を定着させ、新設フーチング５の配筋、型枠設置を行い、その後コンクリートを打設することにより新設フーチング５を構築する。前記型枠の貫入孔５ａを形成する円筒形状の側面にはせん断抵抗を増加させるコッター又は鋼製枠が取り付けられることが好ましい。その後、図２Ｂに示すように、同新設フーチング５に設けた貫入孔５ａから基礎地盤３内へ鋼管を継ぎ足すことを支持地盤９まで繰り返して新設杭４を圧入する。なお最後に繋ぎ合わせる鋼管には、せん断抵抗を増加させるスタッドを表面に溶接したものを使用することが好ましい。因みに新設杭４の杭頭は、新設フーチング５の天端よりも低く、貫入孔５ａ内に収まるものとする。

しかる後に、図２Ｃに示すように、新設杭４、４へ所定のプレロードを載荷する。前記プレロードは、新設フーチング５に予め設けたネジ穴（図示省略）にＰＣ鋼棒等の引張材７０をねじ込んで立て、同引張材７０の上端部に鋼製のパネル板７１を新設杭４の直上位置にくるように取り付けて反力受け７を構築し、同反力受け７を反力源として杭頭部４ａに設置した油圧式のジャッキ６により所定のプレロードを載荷する。前記ジャッキ６は杭頭部４ａに設けたヤットコ８を介して設置することが好ましい。
そして、軸力を機械式ジャッキに受け換えて前記ジャッキ６を回収した後、図２Ｄに示すように、同プレロードを載荷した状態で杭頭部４ａにグラウトし、新設フーチング５と一体化する。前記グラウトは新設杭４と貫入孔５ａとの間に施される。グラウトを養生させ強度が発現したのち、パネル板７１、引張材７０及び前記機械式ジャッキを除去し、またヤットコ８を上向きに外したのち、その凹部をグラウトして、新設フーチング５のレベルに合わせる処理をする。しかる後に、増築等の荷重増加工事等が行われる。因みに、前記反力受け７及びヤットコ８、油圧式のジャッキ６、機械式ジャッキ等は他の既存杭の補強の際にも使用することができる。

次に、上述した既存建物の杭基礎の補強方法を実施した際の既存杭２と新設杭４の荷重と沈下量の変化について図３のグラフに基づいて説明する。
本発明の実施形態として、一本の既存杭２（場所打ちコンクリート杭：杭径1０００ｍｍ）に対して新設杭４（外径４５０ｍｍ）を二本圧入して建物荷重を増加させた。
図３の（１）は図１Ａ（又は図２Ａ）に示す初期状態であり、既存建物１の鉛直荷重（長期重量）として２０００ｋＮが既存杭２に支持され、その沈下量は１８ｍｍである。

図１Ｃ（又は図２Ｃ）に示すように、既存フーチング２ａと新設フーチング５とを一体化し、新設フーチング５又はパネル板７１を反力源としてジャッキ６によりそれぞれの新設杭４、４へ５００ｋＮずつプレロードを載荷すると、図３（２）のように既存杭２が支持する既存建物１の鉛直荷重（長期荷重）は１０００ｋＮに半減し、沈下量は７ｍｍに減少する。

次に、図１Ｄ（又は図２Ｄ）に示したように、上記の載荷状態を保持して新設杭４の杭頭部４ａをグラウトすると、既存杭２と二本の新設杭４、４との荷重と沈下量は図３（３）の二点斜線に示すように、沈下量が７ｍｍに減少したまま既存建物１の鉛直荷重（長期荷重）２、０００ｋＮが支持される。

そして、増築等により増加荷重５００ｋＮ（合計２５００ｋＮ）が加わると、既存杭２には２００ｋＮがプラスされて合計１２００ｋＮを支持することになり、新設杭４にはそれぞれ１５０ｋＮがプラスされて合計６５０ｋＮを支持することになる。その際、沈下量は２ｍｍ増加し９ｍｍとなる。したがって、初期状態の既存杭２の支持力に比して飛躍的に支持力が向上されると共に、既存杭２自身が負担する鉛直荷重が初期に比して確実に減少されているので、鉛直荷重を増加させても既存杭２の支持力の安定性と安全性を十分に確保できるのである。

要するに、既存杭２が支持していた初期の既存建物１の鉛直荷重を低減させた上で、増加荷重が載荷されるので、支持力の余裕がない既存杭２であっても支持力に余裕を持たせることができる。

上記実施例では、一本の既存杭２に対して二本の新設杭４、４を同時に圧入する方法について記載したが、この限りでなく、一本の既存杭２に対して新設杭４を一本一本別々に圧入することもできる。例えば限られた狭い作業スペースである場合や、ジャッキ等の個数に限りがある場合において好適に実施される。

以下に、一本の既存杭２に対して二本の新設杭４、４を一本一本別々に圧入する手順と、その荷重と沈下量の変化について図４、図５に示すグラフに基づいて説明する。これは、図２に示した補強方法と略同様である。

図４Ａは初期状態であり、そのとき図５（１）に示すように、既存建物１の鉛直荷重として２０００ｋＮが既存杭２に加わり１８ｍｍの沈下が生じている。
図４Ｂは一本目の新設杭４を圧入した後、既存フーチング２ａと一体化した新設フーチング５の引張材７０で支持されたパネル板７１を反力にして、ジャッキ６により７００ｋＮのプレロードを載荷した状態を示している。すると図５（２）に示すように既存杭２の荷重が初期の２０００ｋＮから１３００ｋＮに減少し、沈下量は１０ｍｍに減少する。

そして、図４Ｃに示すように７００ｋＮのプレロードを載荷したまま、一本目の新設杭４の杭頭部４ａをグラウトし、上述した後処理をする。このとき既存杭２と一本目の新設杭４との荷重と沈下量は図５（３）の一点鎖線に示すように、沈下量が１０ｍｍに減少したまま全鉛直荷重（２０００ｋＮ）が支持される。

次に、図４Ｄに示すように、二本目の新設杭４を圧入し、上記の要領でジャッキ６により５００ｋＮのプレロードを載荷する。このとき既存杭２と前記一本目の新設杭４との荷重と沈下量（一点斜線）は、図５（４）に示すように、１５００ｋＮに減少し、沈下量も７ｍｍに減少する。

そして、図４Ｅに示すように、一本目と同様にプレロードを載荷したまま、二本目の新設杭４の杭頭部４ａにグラウトし新設フーチング５と一体化したのち、上述した後処理を実施する。このとき既存杭２と二本の新設杭４との荷重と沈下量は図５（５）の二点鎖線に示すように、沈下量が７ｍｍのまま全鉛直荷重（２０００ｋＮ）が支持される。

しかる後に、図４Ｆに示すように、増築等により増加荷重５００ｋＮ（合計２５００ｋＮ）が加わると、既存杭２には２００ｋＮがプラスされて合計１２００ｋＮを支持することになり、新設杭４にはそれぞれ１５０ｋＮがプラスされて合計６５０ｋＮずつ支持することになる。その際、沈下量は２ｍｍ増加した９ｍｍとなる。

以上に本発明の実施例を説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施し得る。

Ａ〜Ｄは本発明に係る既存建物の杭基礎の補強方法の参考例の流れを示した立面図である。 Ａ〜Ｄは本発明に係る既存建物の杭基礎の補強方法の実施例１の流れを示した立面図である。 本発明に係る既存建物の杭基礎の補強方法を実施した際の既存杭と新設杭の荷重と沈下量の変化を示したグラフである。 Ａ〜Ｆは本発明に係る既存建物の杭基礎の補強方法の異なる手順を示した立面図である。 図４に示した補強方法を実施した際の既存杭と新設杭の荷重と沈下量の変化を示したグラフである。

１ 既存建物
１ａ 基礎躯体
２ 既存杭
２ａ 既存フーチング
３ 基礎地盤
４ 新設杭
４ａ 杭頭部
５ 新設フーチング
６ ジャッキ
７ 反力受け
７０ 引張材
７１ パネル板
９ 支持地盤

Claims (3)

1. 既存建物の直下位置の外周部及び中央部に配置される既存杭に隣接して新設杭を設置して杭基礎を補強する方法であって、
   前記既存杭の近傍の基礎地盤上に既存フーチングと一体化した新設フーチングを構築し、同新設フーチングに設けた貫入孔から新設杭を圧入し、その後、新設フーチングの上面に反力受けを構築し、同反力受けを反力源とし新設杭の杭頭に設置したジャッキにより同新設杭へ所定のプレロードを載荷し、同プレロードを載荷した状態で杭頭部にグラウトし、前記新設フーチングと一体化することを特徴とする、既存建物の杭基礎の補強方法。
2. 新設杭は既存杭に対して対称に配置され、その数を偶数本とされていることを特徴とする、請求項１に記載した既存建物の杭基礎の補強方法。
3. 新設フーチングの上面に設けたネジ穴にＰＣ鋼棒等の引張材をねじ込んで立て、同引張材の端部にパネル板を新設杭の直上位置にくるように支持して反力受けを構築し、同新設杭へ所定のプレロードを載荷することを特徴とする、請求項１に記載した既存建物の杭基礎の補強方法。
   

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