JP5145738B2 - 構造物の耐震工法、構造物の耐震構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の耐震工法、及び構造物の耐震構造に関する。

構造物に耐振補強を施す耐震工法の一例として、アンカーによる耐震工法が特許文献１に開示されている。
すなわち、この耐震工法は、フーチングと杭により地盤に支持される構造物に対して、フーチング及び杭を貫通する孔を設けて、この孔内にアンカーを打設し、アンカーの先端を地盤の定着地盤に定着させ、アンカーに緊張力を付与した状態でアンカーの上端をフーチングに締め付け金具により定着させることで、構造物に耐震補強を施すように構成したものである。

上記の場合、グラウンドアンカーの先端のみが定着地盤に定着される定着長部に形成され、グラウンドアンカーの先端以外の部分は伸縮可能な自由長部に形成されており、このような構成により、グラウンドアンカーに緊張力を付与する際に、自由長部の伸縮によって緊張力の調整を可能にしている。
特開平１０−８２０５６号公報

ところで、上記のような構成の耐震工法にあっては、構造物に大地震による過大な水平力が入力した場合に、その水平力によってアンカーの自由長部に伸びが発生する。そこで、大地震の際にアンカーが過大に伸縮して構造物が倒壊等するのを防止すべく、その伸びに相当する緊張力（例えば、１００トン〜２００トン）を予めアンカーに与えておく必要がある。その際、地盤が軟弱の場合には、アンカーの緊張力に耐えられるように、地盤改良を行って地盤の耐力を高めなければならず、その工事に時間と手間がかかり、耐震補強の工事に要する費用が高く付くことになる。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、アンカーにより構造物の耐震性能を向上させる場合に、アンカーに予め付与する緊張力を低減することができるようにすることを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明は、地盤に構築される構造物の耐震工法であって、前記構造物を支持して下端がアンカーの定着地盤内に挿入される杭に鉛直方向の貫通孔を設け、該貫通孔を通して前記定着地盤に達する孔を設け、前記貫通孔の内側から前記孔内にアンカーを打設し、該アンカーの前記杭から下方に突出した部分の全体を前記定着地盤に定着させ、前記アンカーの前記杭の内部に位置する部分の少なくとも一部を前記杭に定着されるボンド部とし、該アンカーの上端を前記構造物の構造体に定着させることを特徴とする。

本発明による構造物の耐震工法によれば、構造物を支持する杭の内部に貫通孔を設け、貫通孔を通して定着地盤に達する孔を設け、この孔内に貫通孔の内側からアンカーを打設し、アンカーの杭から下方に突出した部分の全体を定着地盤に定着させ、アンカーの杭の内部に位置する部分の少なくとも一部を杭に定着されるボンド部とし、アンカーの上端を構造体に定着させることで、構造物に耐震補強を施すことができる。
この場合、アンカーの杭の内部に位置する部分少なくとも一部を杭に定着させているので、アンカーの伸縮可能な自由長部の長さを短くすることができる。
従って、自由長部が短くなった分、大地震の際のアンカーの伸び量が小さくなるので、アンカーの先端のみを定着地盤に定着させ、他の部分はすべて地盤に定着せず自由長部としていた従来の工法に比べて、アンカーに付与すべき緊張力を大幅に小さくすることができる。

本発明において、前記貫通孔の内側に管状部材を前記杭と一体に設けてもよい。

また、本発明は、地盤に構築される構造物の耐震構造であって、前記構造物の構造体と、前記構造物を支持して下端がアンカーの定着地盤内に挿入される杭とを貫通して前記定着地盤に達する孔が設けられ、該孔の内側に打設されるアンカーの前記孔から下方に突出した部分の全体が前記定着地盤に定着され、該アンカーの前記杭の内部に位置する部分の少なくとも一部が前記杭に定着されるボンド部であり、該アンカーに緊張力が付与された状態で又は該アンカーに緊張力が付与されない状態で該アンカーの上端が前記構造体に定着されていることを特徴とする。

以上、説明したように、本発明によれば、構造物の構造体又は構造物を支持する杭とをアンカーで補強するにあたり、アンカーの伸縮可能な自由長部の長さを短くすることができる。従って、アンカーに大地震に対応する緊張力を付与する際に、従来の先端のみが定着地盤に定着されていたアンカーに比べて、付与する緊張力を小さくすることができるので、構造物の耐震補強に要する手間を削減することができるとともに、構造体又は杭に要求される耐力を低減できるので、構造物の耐震補強に要する費用を安く抑えることができることになる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図７には、本発明による構造物の耐震工法の一実施の形態が示されていて、図１は基礎及び杭の構築工程、及び孔の削孔工程を示す説明図、図２はアンカー挿入工程を示す説明図、図３はインナーグラウト注入工程を示す説明図、図４はアウターグラウト注入工程を示す説明図、図５はケーシングの引き抜き工程を示す説明図、図６は緊張力付与工程を示す説明図、図７はグラウンドアンカーの打設後の状態を示す説明図である。

すなわち、本実施の形態に示す構造物の耐震工法は、図７に示すように、地盤１の上部に新設の構造体（例えば、基礎２）と杭３とにより支持される建物等の構造物４に耐震補強を施すのに有効なものであって、永久アンカー５を基礎２と杭３とを貫通させて地盤１のアンカーの定着地盤１ａ（例えば、支持層）に到達させ、この永久アンカー５により構造物４の耐震性能を向上させるものである。
なお、本実施の形態に示す構造物の耐震工法は、新設の構造体（例えば、基礎２）と地盤改良部とにより支持される建物等の構造物４に耐震補強を施す場合にも適用可能である。

この場合、永久アンカー５の地盤１の定着地盤１ａ内に位置している部分と、杭３を貫通している部分とが伸縮不能な定着長部１５として構成され、その他の部分を伸縮可能な自由長部１６として構成されている。なお、基礎２と地盤１の定着地盤１ａとの間の地盤（本実施の形態では、例えば、軟弱地盤１ｂとする。）となっており、杭４は軟弱地盤１ｂを貫通して上端が基礎２に一体に連結され、下端が地盤１の定着地盤１ａ内に挿入され、定着地盤１ａと一体化されている。

本実施の形態の永久アンカー５は、図７に示すように、内外周面に凹凸を有する合成樹脂製のシース管６（例えば、蛇腹管状のコルゲートシース）と、シース管６の先端部近傍内周側に設けられる第１止水材７と、シース管６の上端部近傍の内周側に設けられる第２止水材８と、第２止水材８を貫通してシース管６内に挿入される複数本の鋼線９（例えば、ＰＣ鋼より線）と、鋼線９の第２止水材８の上方に位置している部分に装着される定着具２２と、第２止水材８を貫通してシース管６内のその下端部近傍まで先端が挿入されるインナー注入管１８と、第２止水材８及び第１止水材７を貫通して先端がシース管６の先端から下方に突出するアウター注入管１９とを備えている。

上記のような構成の永久アンカー５の打設は、後述する基礎及び杭の構築工程、削孔工程、アンカー挿入工程、インナーグラウト注入工程、アウターグラウト注入工程、ケーシング引き抜き工程、緊張力付与工程により行われる。

（１）基礎及び杭の構築工程
図１に示すように、後述する削孔工程を行う前に、予め、基礎２、及び基礎２の下方の軟弱地盤１ｂにその軟弱地盤１ｂを貫通する杭３を新設しておき、杭３の上端を基礎２に一体に連結し、下端を定着地盤１ａに挿入して定着地盤１ａと一体化しておく。この基礎２及び杭３を構築する際に、基礎２及び杭３の中心部に鉛直方向に貫通する孔２０を同時に設けるとともに、孔２０の内面に後述する管状部材２５を同時に一体に設けておく。

管状部材２５は、図７に示すように、内外周面に凹凸を有する管状（例えば、蛇腹管状）をなすものであって、この管状部材２５の内外周面の凹凸により、管状部材２５と基礎２及び杭３とが強固に一体化され、管状部材２５と基礎２及び杭３との間に軸線方向への滑りが生じるのが阻止される。

（２）削孔工程
次に、削孔機（図示せず）を用いて、基礎２及び杭３を貫通する孔２０内にケーシング２１を挿入し、ケーシング２１を下降させることによってケーシング２１の先端の切削刃（図示せず）により杭３の下方の地盤１の定着地盤１ａを所定の深さまで削孔し、基礎２及び杭３を貫通して下端が定着地盤１ａ内に達する孔２０を形成する。なお、本実施の形態においては、削孔機とグラウト材とを注入する注入装置とが一体化されたロータリーパーカッション自走式の削孔機を用いている。

（３）アンカー挿入工程
次に、図２に示すように、各孔２０のケーシング２１の内側に予め組み立てておいた永久アンカー５を挿入し、永久アンカー５のシース管６及び各鋼線９の先端を地盤１の定着地盤１ａ内に到達させ、シース管６及び各鋼線９の上端を構造物４の基礎２よりも上方に突出させる。

（４）インナーグラウト注入工程
次に、図３に示すように、注入装置（図示せず）を駆動させ、注入装置からインナー注入管１８を介してシース管６内にグラウト材１０を注入し、シース管６内の第１止水材７と第２止水材８との間にグラウト材１０を充填し、硬化させる。

この場合、図７に示すように、予め、各鋼線９の定着地盤１ａ内に位置している部分と杭３内に位置している部分とをボンド部９ａに形成しておき、各鋼線９のその他の部分をアンボンド部９ｂに形成しておく。
図８はボンド部９ａの断面図を示し、図９はアンボンド部９ｂの断面図を示している。図８及び図９に示すように、ボンド部９ａは表面が露出し、アンボンド部９ｂは表面が被覆材９ｃで被覆されている。

各鋼線９を上記図８及び図９のような構造に形成しておくことにより、各ボンド部９ａでは各鋼線９がグラウト材１０を介してシース管６に定着され、各アンボンド部９ｂでは、各鋼線９とシース管６との間に被覆材９ｃが介在するので、各鋼線９はシース管６に定着されることはなく、自由に伸縮することができる。

なお、本実施の形態においては、各鋼線９の定着地盤１ａの孔２０内に位置している部分、及び杭３の孔２０内に位置している部分の全体をボンド部９ａに形成し、各鋼線９の基礎２内に位置している部分、及び基礎２よりも上方に位置している部分をアンボンド部９ｂに形成している。従って、各鋼線９の地盤１の定着地盤１ａ及び杭３内に位置している部分が伸縮不能な定着長部１５となり、各鋼線９の基礎２内に位置している部分、及び基礎２よりも上方に位置している部分が伸縮可能な自由長部１６となる。

（５）アウターグラウト注入工程、ケーシング引き抜き工程
次に、図４及び図５に示すように、注入装置（図示せず）からアウター注入管１９を介して第１止水材７の下方の孔２０の底部にグラウト材１０を加圧注入しながら孔２０内からケーシング２１を引き抜き、グラウト材１０を孔２０の底部及び孔２０の内周面とシース管６の外周面との間の空隙内の全体に充填し、硬化させる。

この場合、シース管６は、内外周面に凹凸を有する管状に形成されているので、孔２０の内周面、及び管状部材２５の内周面にグラウト材１０を介して強固に固着され、シース管６が地盤１と一体化され、孔２０の内周面とシース管６の外周面との間に軸線方向への滑りが生じるのが阻止される。
なお、シース管６は、内外周面に凹凸を有する管状をなしていればよい。

このようにして、複数本の鋼線９のボンド部９ａをグラウト材１０を介してシース管６の内周面に定着させ、シース管６の外周面をグラウト材１０を介して孔２０の内周面、及び管状部材２５の内周面に定着させることで、複数本の鋼線９のボンド部９ａが地盤１の定着地盤１ａ、及び杭３の孔２０の内面の管状部材２５に定着され、複数本の鋼線９の地盤１内に位置している部分が地盤１と完全に一体化されることになる。

（６）緊張力付与工程
そして、図６に示すように、複数本の鋼線９のボンド部９ａを地盤１の定着地盤１ａ、及び杭３の孔２０の内面側の管状部材２５に定着させた後に、複数本の鋼線９の基礎２の上部から上方に突出している部分にジャッキ（図示せず）を装着し、ジャッキの操作によって複数本の鋼線９に所定の緊張力を付与し、この状態で上記のように複数本の鋼線９の上端を定着具２２によって基礎２に頭部定着させる。

この場合、定着具２２としては、基礎２の上部に載置されるとともに、各鋼線９を挿通させる孔（図示せず）が複数箇所に設けられる支圧板２３と、支圧板２３の各孔内に係合されるクサビ状の係止爪（図示せず）と、支圧板２３の上部に装着されるキャップ２４とからなるものを使用している。但し、これに限定することなく、各鋼線９を緊張した状態で基礎２に頭部定着できる機能を有するものであればよい。

このようにして、構造物４が永久アンカーを介して地盤１の定着地盤１ａ及び杭３と一体化され、構造物４に耐震補強を施すことができる。

上記のように構成した本実施の形態による構造物の耐震工法にあっては、永久アンカー５の各鋼線９の地盤１の定着地盤１ａ内に位置している部分、及び杭３の孔２０内に位置している部分をボンド部９ａに形成し、各鋼線９の基礎２内に位置している部分をアンボンド部９ｂに形成し、ボンド部９ａを地盤１と一体化した定着長部１５とし、アンボンド部９ｂを自由長部１６としているので、各鋼線９の先端のみを定着地盤に定着させて定着長部とした従来の工法に比べて、自由長部１６の長さを大幅に短くすることができる。

従って、大地震の際に、永久アンカー５の各鋼線９が過大に伸びるのを防止するために、各鋼線９に予め付与しておく緊張力を大幅に小さくすることができるので、杭３の耐力を低減することができ、地盤改良等施すことなく構造物４の耐震補強を行うことができ、構造物４の耐震補強に要する費用を削減することができる。

なお、上記の説明においては、各鋼線９の杭３の孔２０内に位置している部分の全体をボンド部９ａに形成したが、各鋼線９の杭３の孔２０内に位置している部分の一部をボンド部９ａに形成してもよい。要は、地盤１の状態に応じてボンド部９ａに形成する部分を適宜設定すればよい。

また、上記の説明においては、完全な防食、防錆処理を施した永久アンカー５を使用したが、図示はしないが、構造物４が設置される地盤の状態によっては、簡易な防食、防錆処理を施し、あるいは防食、防錆処理を全く施していない仮設アンカーを使用してもよい。仮設アンカーは、シース管を有していないので、各鋼線のボンド部がグラウト材を介して地盤に設けた孔の内面及び管状部材の内面に直接に定着され、アンボンド部がその表面を被覆している被覆材を介してグラウト材により孔の内面及び管状部材の内面に定着されることになり、この場合にも、上記した永久アンカー５と同様の作用効果が得られる。

また、上記の説明においては、各鋼線９の上端部を基礎２に定着させたが、基礎２と杭３とが完全に一体化されている場合には、永久アンカー５が定着された杭３から基礎２へ力が伝達されるので、必ずしも鋼線９を基礎２に定着する必要はない。

さらに、上記の説明においては、新設の基礎２と杭３とを貫通する孔２０の内面に管状部材２５を一体に設けたが、既設の基礎と杭とを貫通する孔を設け、その孔の内面に上記の管状部材２５を一体に設け、この管状部材２５の内側に上記の永久アンカー５を打設するようにしてもよいし、新設又は既設の基礎と地盤改良部とを貫通する孔を設け、その孔の内面に上記管状部材２５を一体に設け、この管状部材２５の内側に上記の永久アンカー５を打設するようにしてもよい。

さらに、上記の説明においては、基礎２及び杭３を貫通する孔２０の内面に管状部材２５を設けたが、管状部材２５の下端が杭３よりも下方に突出して定着地盤１ａ内に位置するように構成してもよい。
さらに、上記の説明においては、基礎２及び杭３を貫通する孔２０の内面に管状部材２５を設けたが、管状部材２５を設けずに永久アンカー５のボンド部を基礎２又は杭３又は地盤改良部に直接に定着させてもよい。
さらに、上記の説明においては、永久アンカー５に緊張力を付与した状態で永久アンカー５の上端を基礎２に定着させたが、永久アンカー５に緊張力を付与しない状態で永久アンカー５の上端を基礎２に定着させるようにしてもよい。

さらに、上記の説明においては、構造物を支持する支持体として基礎２を例にとって説明したが、基礎２に限らず、構造物を支持する地中梁、耐圧版等を構造体としてもよい。

さらに、本発明を構造物の耐震補強に適用する場合には、杭又は地盤改良部を構築し、構造物の構造体（基礎）又は杭又は地盤改良部にアンカーの定着地盤に達する孔を設け、この孔を利用してアンカーを打設して、アンカーの先端を定着地盤に定着させ、アンカーの定着地盤よりも上方に位置し、かつ、構造物の構造体（基礎等）又は杭又は地盤改良部に位置する部分の少なくとも一部をボンド部として定着し、アンカーの上端を構造体に定着させればよい。

本発明による構造物の耐震補強工法の一実施の形態を示した説明図であって、孔の削孔工程を示す説明図である。 アンカー挿入工程を示した説明図である。 インナーグラウト注入工程を示した説明図である。 アウターグラウト注入工程を示した説明図である。 ケーシングの引き抜き工程を示した説明図である。 緊張力付与工程を示した説明図である。 グラウンドアンカーの打設後の状態を示した説明図である。 図７の永久アンカーの自由長部のＡ−Ａ断面図である。 図７の永久アンカーの定着長部のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ 地盤
１ａ 定着地盤
１ｂ 軟弱地盤
２ 基礎
３ 杭
４ 構造物
５ 永久アンカー
６ シース管
７ 第１止水材
８ 第２止水材
９ 鋼線
９ａ ボンド部
９ｂ アンボンド部
９ｃ 被覆材
１０ グラウト材
１５ 定着長部
１６ 自由長部
１８ インナー注入管
１９ アウター注入管
２０ 孔
２１ ケーシング
２２ 定着具
２３ 支圧板
２４ キャップ
２５ 管状部材

Claims (3)

1. 地盤に構築される構造物の耐震工法であって、
   前記構造物を支持して下端がアンカーの定着地盤内に挿入される杭に鉛直方向の貫通孔を設け、
   該貫通孔を通して前記定着地盤に達する孔を設け、
   前記貫通孔の内側から前記孔内にアンカーを打設し、
   該アンカーの前記杭から下方に突出した部分の全体を前記定着地盤に定着させ、
   前記アンカーの前記杭の内部に位置する部分の少なくとも一部を前記杭に定着されるボンド部とし、
   該アンカーの上端を前記構造物の構造体に定着させることを特徴とする構造物の耐震工法。
2. 前記貫通孔の内側に管状部材を前記杭と一体に設けたことを特徴とする請求項１に記載の構造物の耐震工法。
3. 地盤に構築される構造物の耐震構造であって、
   前記構造物の構造体と、前記構造物を支持して下端がアンカーの定着地盤内に挿入される杭とを貫通して前記定着地盤に達する孔が設けられ、該孔の内側に打設されるアンカーの前記孔から下方に突出した部分の全体が前記定着地盤に定着され、該アンカーの前記杭の内部に位置する部分の少なくとも一部が前記杭に定着されるボンド部であり、該アンカーに緊張力が付与された状態で又は該アンカーに緊張力が付与されない状態で該アンカーの上端が前記構造体に定着されていることを特徴とする構造物の耐震構造。

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