JP4747035B2 - 杭基礎の変形抑制構造 - Google Patents

Description

本発明は、杭基礎の変形を抑制するための地盤改良の構造に関する。

地震時の液状化に伴う構造物基礎の損傷・破壊メカニズムなどは複雑な現象であり、これらの現象に関する研究開発期間が未だ短いこともあって、地震直後の復旧工事では、応急処理的な補強工事として行われた。その補強工事は、杭基礎周辺の固化改良や連続地中壁や増し杭を基礎外周に打設するなど、必ずしも合理的な設計・施工とは言えないものであった。最近の事例では、マイクロパイルや斜杭による補強、部分改良による地盤改良などが提案されており、特に、道路や鉄道などの橋梁基礎を対象に工事が行われている。

液状化対策を含め、耐震補強対策として行われる地盤改良は、杭周辺の締め固め、固化（例えば特許文献１参照）、排水（ドレーン、排水機能付き杭など）、並びに構造的改良としては、杭径、杭剛性の増大などが一般的に行われている。しかし、これらの工法は、比較的高価であるため、土木構造物などの既設構造物への適用が困難となっていた。
なお、特に、建築基礎分野では、ベアリング、積層ゴム及び杭頭免震が多く、基礎に関する耐震補強工事が行われるケースが極めて少ないのが実情である。
特開２００３−４１６０２号公報

従来工法の課題を次に記す。
１）「地盤改良」：薬液注入工法、浸透固化工法など
・液状化する可能性のある地盤、各仕方書などに基づく液状化対策範囲は全てが対象となる。
・液状化対策に用いられる注入材料の材料費が高い。
・杭の水平断面方向に変形拘束壁を施工し、深さ方向に間隔を開けて積層状に部分改良される場合には、その間隔を開けた未改良部において杭の応力が増大する可能性が高い。
２）「構造的改良」：増し杭、連壁の打設、マイクロパイル・斜杭の打設など
・既設構造物の場合、斜杭の打設スペースの確保が難しい。
・連壁の施工費が高く、地盤改良と組み合わせると、さらにコスト高となる。
３）「杭頭免震工法」：ベアリング、積層ゴムなど
・既設構造物の場合、供用中の構造物に対して施工が困難で、施工スペースの確保の問題がある。
・杭の損傷対策が期待できない。

本発明の課題は、既設・新設に関わらず杭基礎構造物の直下や周辺地盤が地震時の液状化に伴い、杭を支える地盤の水平地盤反力がたとえゼロになっても、強地震時の地盤の大変形に伴う杭への大きな損傷、折損を防ぎ、杭頭部での破壊など壊滅的な被害を防止することである。
さらに、本発明の課題は、改良径や強度を変えることにより、水平抵抗を自在に調整して、従来から提案されている固化工法の対策範囲を大幅に縮減し、安価なコストによる施工の実現の可能とすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、杭基礎の地盤中に、杭に隣接させて固化工法により造成する改良体を備える構造であって、水平方向に間隔を開けて並ぶ杭に対し前記改良体を、深さ方向に間隔を開けて配置するとともに、一本の杭に対し水平方向の両側に隣接する前記改良体の位置を、深さ方向に互い違いに異ならせたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の杭基礎の変形抑制構造であって、前記改良体は、水平方向に直線状で、水平方向及び深さ方向において互いに平行に配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の杭基礎の変形抑制構造であって、前記改良体は、水平方向に間隔を開けて並ぶ二本の杭に対し相互にラップする球状に形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、杭基礎の地盤中に、杭に隣接させて固化工法により造成する改良体を備える構造であって、水平方向に間隔を開けて並ぶ杭に対し直線状の改良体を、深さ方向に間隔を開けて配置するとともに、前記直線状の改良体を、深さ方向において互いに交差させて配置することを特徴とする。

本発明によれば、地震時の液状化により杭基礎構造物の直下や周辺地盤の反力が失われた場合において、水平方向に間隔を開けて並ぶ杭に対し深さ方向に間隔を開けて配置し、一本の杭に対し水平方向の両側に隣接して位置を深さ方向に互い違いに異ならせた改良体、または深さ方向において互いに交差させて配置した直線状の改良体によって、液状化に伴う杭の変形を抑制できる。すなわち、深さ方向に間隔を開けて改良体を配置しただけでは、未改良部において過大な杭応力の発生が懸念されるが、一本の杭に対し水平方向の両側に隣接して位置を深さ方向に互い違いに異ならせた改良体、または深さ方向において互いに交差させて配置した直線状の改良体によって、杭の反力を得ることができる。従って、杭頭や杭の大きな損傷、破壊を防止できる。
また、改良体の径や強度を調整することで、水平抵抗を自在に調整できる。
そして、従来で採用される固化工法による対策範囲を大幅に縮減でき、改良率や材料を低減できる。従って、安価なコストによる施工を実現できる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は本発明を適用した杭基礎の変形抑制構造の第１実施形態を示すもので、１は既設構造物（杭基礎）、２は杭、３は改良体である。
すなわち、この実施形態では、杭基礎による既設構造物１の地盤において、図示のように、水平方向に間隔を開けて並ぶ杭２に隣接させて固化工法により造成する改良体３を、深さ方向に間隔を開けて配置するとともに、一本の杭２に対し水平方向の両側に隣接する改良体３の位置を、深さ方向に互い違いに異ならせた構造としている。
そして、改良体３は、図２に示すように、断面角形で、水平方向に間隔を開けて一列に並ぶ杭２にオーバーラップして直線状に造成されていて、鉛直方向及び水平方向において互いに平行に配置されている。

以上において、改良体３は、注入材をシリカ系などの液状化対策用の薬液とし、例えば杭基礎による既設構造物１の近傍に構築した立坑から地盤改良により造成したり、または、改良位置や深度に対応して曲がりボーリングによる注入施工により造成する。

以上のとおり、固化工法による改良体３を、杭２の深さ方向に間隔を開けて配置するとともに、一本の杭２に対し水平方向の両側に隣接して位置を深さ方向に互い違いに異ならせて造成することで、改良範囲の減縮化、施工性、汎用性の面での効果が以下のように得られる。

Ａ．改良範囲の減縮化
１）地震時の液状化により構造物基礎直下や周辺地盤の反力が失われた場合において、水平方向に間隔を開けて並ぶ杭２に対し深さ方向に間隔を開けて配置し、一本の杭２に対し水平方向の両側に隣接して位置を深さ方向に互い違いに異ならせた改良体３によって、液状化に伴う杭２の変形を抑制できる。従って、液状化によって発生する杭頭や杭２の大きな損傷、破壊を防止できる。
２）改良体３は、建物の重要度、許容する変形の程度によって、固化体の改良径や強度を調整することで、水平抵抗を自在に調整できる。
３）未対策地盤における杭基礎では、地震動の発生に伴い地盤が液状化すると、杭の反力がとれないため、極めて危険な状態になる。例えば、深さ方向に間隔を開けた積層状をなす部分改良方法では、すなわち、深さ方向に間隔を開けて改良体を配置しただけでは、未改良部において過大な杭応力の発生が懸念されるが、一本の杭２に対し水平方向の両側に隣接して位置を深さ方向に互い違いに異ならせた改良体３によって、杭２の反力を得ることができる。
４）従来で採用される固化工法による対策範囲を大幅に縮減でき、材料を低減できる。従って、安価なコストによる施工を実現できる。

Ｂ．施工性
改良体３を、改良位置や深度に対応して曲がりボーリングによる注入施工により造成することで、注入工法は施工機械も軽量で小型であることから、過密な都市部や施工スペースが小さい場合でも施工できる。

Ｃ．汎用性
１）改良体３を、注入材をセメント系とし、杭基礎による既設構造物１の近傍に構築した立坑から地盤改良により造成することで、軟弱粘性土地盤に対しても適用できる。
２）小規模から大規模の既設構造物への適用が可能であり、岸壁背面や河川際の橋梁基礎のような側方流動を受ける可能性のある既設の杭基礎構造物に対しても適用できる。

〔第２実施形態〕
図３は本発明を適用した杭基礎の変形抑制構造の第２実施形態を示すもので、杭２に対し深さ方向に間隔を開けるとともに、一本の杭２に対し水平方向の両側に隣接して位置を深さ方向に互い違いに異ならせて球状改良体４を配置した構造としている。
すなわち、球状改良体４は、図示のように、水平方向に間隔を開けて並ぶ二本の杭２に各々オーバーラップして、一本の杭２に対し水平方向の両側に隣接して位置を深さ方向に互い違いに異ならせて造成されている。
このような配置による球状改良体４によっても、前述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

〔第３実施形態〕
図４は杭と改良体の他の関係を示すもので、前述した第１実施形態と同様の改良体３を深さ方向において互いに交差、図示例では直交させて配置した構造としている。
このような改良体３を深さ方向において互いに直交配置することで、第１実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、水平方向において何れの方向に対しても杭２に対する十分な変形抑制効果が得られるものとなる。

なお、以上の実施形態においては、既設構造物の杭基礎としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、新設構造物の杭基礎に適用しても良い。
また、改良体の形状等は任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した杭基礎の変形抑制構造を示すもので、一実施形態の構成を示した縦断面図である。 図１の杭と改良体の関係を示した概略斜視図である。 本発明を適用した杭基礎の変形抑制構造を示すもので、他の実施形態の構成を示した縦断面図である。 図２の杭と改良体の関係とは異なる他の関係を示した概略斜視図である。

符号の説明

１ 杭基礎
２ 杭
３ 改良体
４ 球状改良体

Claims (4)

1. 杭基礎の地盤中に、杭に隣接させて固化工法により造成する改良体を備える構造であって、
   水平方向に間隔を開けて並ぶ杭に対し前記改良体を、深さ方向に間隔を開けて配置するとともに、
   一本の杭に対し水平方向の両側に隣接する前記改良体の位置を、深さ方向に互い違いに異ならせたことを特徴とする杭基礎の変形抑制構造。
2. 前記改良体は、水平方向に直線状で、水平方向及び深さ方向において互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の杭基礎の変形抑制構造。
3. 前記改良体は、水平方向に間隔を開けて並ぶ二本の杭に対し相互にラップする球状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の杭基礎の変形抑制構造。
4. 杭基礎の地盤中に、杭に隣接させて固化工法により造成する改良体を備える構造であって、
   水平方向に間隔を開けて並ぶ杭に対し直線状の改良体を、深さ方向に間隔を開けて配置するとともに、
   前記直線状の改良体を、深さ方向において互いに交差させて配置することを特徴とする杭基礎の変形抑制構造。

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