JP5181290B2 - 既存杭を利用した新設構造物の構造および既存杭を利用した新設構造物の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤中に残存する既存杭を利用する新設構造物の構造および構築方法に関する。

従来、杭に支持された既存構造物を解体して新設構造物を建設する場合に、既存構造物の既存杭を撤去して新設杭を施工し、新設杭を杭基礎とした新設構造物を構築する方法や、既存杭を地盤中に残存させたまま新設杭を施工し、新設杭のみを杭基礎とした新設構造物を構築する方法が行われている。
しかし、既存杭を撤去して新設杭を施工する方法では、既存杭の撤去にかかるコストや労力が大きく、特に、既存杭が場所打ちコンクリート杭の場合には撤去に莫大なコストや労力がかかる。また、既存杭周辺の地盤は既存杭が引き抜かれた後に緩んでしまうことがあった。また、既存杭を地盤中に残存させたまま新設杭を施工する方法では、新設杭の設置位置に制約があるため、新設杭の施工が困難であったり、新設構造物の設計に制約が出ることがあった。

そこで、地盤中に既存杭を残存させて、この既存杭を杭基礎として再利用し、耐力が不足する場合には新設杭も施工して、これらの杭で支持される新設構造物を構築する方法が行われている。
特許文献１によれば、既存構造物を支持する既存杭を残して既存構造物を撤去し、既存杭の上に厚い鉄筋コンクリートスラブなどのマット基礎を設けて、マット基礎の上に新設構造物を構築する方法が提案されている。特許文献１による方法では、新設構造物の鉛直荷重を既存杭およびマット基礎によって十分に支持できると共に、既存杭を再利用することにより、既存杭の撤去や埋め戻しが不要になり、新設杭の施工は必要に応じて行えばよいので、新設構造物の構築にかかるコストや労力を軽減させることができる。
また、特許文献２によれば、既存杭を避けて新設杭を打設し、既存杭と新設杭との上にマット基礎を設けて、マット基礎の上に新設建物を構築する方法が提案されている。支持地盤に達している既存杭はマット基礎とは定着させずに、マット基礎から受ける鉛直力を主に負担し、新設杭はマット基礎と剛接合により一体化させて、マット基礎から受ける地震水平力を負担しているので、新設杭は水平力に抵抗できる長さであればよく、必ずしも支持地盤に達している必要はない。特許文献２による方法では、既存杭を再利用できて、新設杭の施工も軽減できるので、新設構造物の構築にかかるコストや労力を軽減させることができる。
特開２００２−１４６８０９号公報 特開２００３−９６７９４号公報

しかしながら、特許文献１および２による既存杭を杭基礎として再利用し、新設構造物を構築する方法では以下のような問題があった。
既存構造物が存在している状態では、実際の既存杭の状況や設置位置が図面と一致しているかを確認することができない。そして、既存構造物の撤去後に、例えば、既存杭の劣化などによって既存杭が杭基礎として耐力が不十分であることや、既存杭の設置位置が図面と異なることなどが判明すると、新設構造物自体の設計変更を行わなければならないこともあり、新設構造物の設計や工期、コストなどに変更が生じてしまうという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、新設構造物は既存杭を杭基礎として利用する構造物ではなく、直接基礎構造物として既存杭の残存する地盤の上に構築することができる既存杭を利用した新設構造物の構造および構築方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の構造は、既存構造物を支持する既存杭を残して既存構造物を撤去し、既存杭の残存する地盤の上に構築される新設構造物の構造であって、既存杭の上端部の周辺の地盤が壺掘りされて既存杭の上端部が切除され、埋め戻し材が配設された地盤の上部に新設構造物が構築され、埋め戻し材は壺掘りされた地盤の周辺の地盤よりも剛性の低い材料であることを特徴とする。
また、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の構築方法では、既存構造物を支持する既存杭を残して既存構造物を撤去し、既存杭の上端部の周辺の地盤を壺掘りして既存杭の上端部を切除し、壺掘りされた地盤の周辺の地盤よりも剛性の低い材料で構成された埋め戻し材を配設した地盤の上に新設構造物を構築することを特徴とする。
本発明では、既存杭の上端部の周辺の地盤を壺掘りして既存杭の上端部を切除し、埋め戻し材を配設した地盤に新設構造物が構築されることにより、新設構造物は既存杭を杭基礎とする構造物でなく、直接基礎構造物として既存杭の残存した地盤に構築することができる。
また、既存杭は上端部のみ撤去し、再利用するので既存杭の撤去にかかるコストや労力を低減させることができる。

さらに、埋め戻し材を壺掘りされた地盤の周辺の地盤よりも剛性の低い材料とすることにより、既存杭から新設構造物の基礎スラブに作用する応力の集中を緩和させて、新設構造物の沈下量を均等にさせることができる。

また、本発明に係る既存杭を利用した新設構造物の構造では、既存杭が残存する地盤に新設の杭または地盤改良体が配設される構成としてもよい。
本発明では、既存杭が残存する地盤に新設の杭または地盤改良体を配設することにより、地盤の支持力が足りない場合にも地盤の補強ができて、新設構造物の沈下量を均等にさせることができる。新設の杭または地盤改良体は、地盤の既存杭の残存する領域に既存杭に混ざって配設されてもよく、また、地盤の既存杭の残存する領域を外れた新設構造物の下に配設されてもよく、地盤の既存杭の残存する領域および領域外の新設構造物の下に配設してもよい。

本発明によれば、既存杭の上端部の周辺の地盤を壺掘りして既存杭の上端部を切除し、埋め戻し材を配設した地盤に新設構造物が構築されるので、新設構造物は既存杭を杭基礎として利用せず、新設構造物を既存杭の残存した地盤の上に直接基礎構造物として構築することができる。

以下、本発明の第一の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の構造について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は既存杭に支持された既存構造物の一例を示す図、図２は既存杭の切除を説明する図、図３は既存杭の切除した部分の埋め戻しを説明する図、図４は本発明の第一の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の一例を示す図である。

第一の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の構造は、図１に示すような、地盤Ｇに埋設された既存杭１２に支持された既存構造物１１が既存杭１２を残して撤去され、図２に示すように、既存杭１２の上端部１２ａの周辺の地盤Ｇが壺掘りされて既存杭１２の上端部１２ａが切除され、図３に示すように、壺掘りされた地盤Ｇに埋め戻し材２が配設されて形成された複合地盤Ｇ１上に、図４に示すように、新設構造物１０が構築される構成である。

既存構造物１１は、鉄筋コンクリートなどの構造物で、例えば柱状の地盤改良体や現場打ちコンクリート杭などの既存杭１２に支持されている。
切除される既存杭１２の上端部１２ａの長さＬは、既存杭１２の杭径Ｄの１〜３倍ほどの長さとする。
埋め戻し材２は、壺掘りされた地盤Ｇの周辺の地盤Ｇよりも剛性が低い材料とし、例えば砂、粘土、原位置発生土、流動化処理土などを採用する。

新設構造物１０は、例えば鉄筋コンクリートなどの構造物で、既存杭１２を杭基礎としない直接基礎構造物である。新設構造物１０と既存杭１２とは、間に埋め戻し材２が配設されて連結しない構造である。新設構造物１０を設計する際には、新設構造物１０が構築される複合地盤Ｇ１の支持力や沈下量を算定し、支持力の不足や、新設構造物１０の沈下量にばらつきが生じないかの検討を行う。

複合地盤Ｇ１の沈下量の予測算定に関しては、例えば以下のような等価剛性評価法を用いて容易に算出することができる。
既存杭１２の配設されている複合地盤Ｇ１を、既存杭１２とその周囲の原地盤とからなる所定面積の単位周期構造体の集合体とし、単位周期構造体は剛性の異なる原地盤と既存杭１２との複合体で、複合体全体の剛性を等価とみなせる剛性（以下、これを等価剛性という）を有する単一の均質体とみなす。また、単位周期構造体の面積に対する既存杭１２の面積の比を改良率とする。

そして、この等価剛性と改良率との関係を単位周期構造体の縦横比、既存杭１２の剛性、原地盤の剛性をパラメータとして簡易チャート化し、これに基づいて改良率とこれに対応する等価剛性とを求め、その等価剛性と既存杭１２の配設された複合地盤Ｇ１全体に作用する外力に基づいて複合地盤Ｇ１の等価剛性を算定する。沈下量の算定は上記等価剛性を用いて、有限要素解析もしくは梁バネモデルにより求めればよい。

次に、上述した第一の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の構築方法について図面を用いて説明する。
図１に示す既存構造物１１を既存杭１２を残して撤去し、図２に示すように既存杭１２の上端部１２ａの周辺の地盤Ｇを壺掘りし、上端部１２ａをはつって切除する。そして、図３に示すように、壺掘りされた地盤Ｇに埋め戻し材２を配設して複合地盤Ｇ１を形成する。そして、図４に示すように、この複合地盤Ｇ１の上に新設構造物１０を構築する。

上述した第一の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の構築方法では、既存杭１２の上端部１２ａの周辺の地盤Ｇを壺掘りして上端部１２ａを切除し、この部分に埋め戻し材２を配設した複合地盤Ｇ１に新設構造物１０を構築しているので、新設構造物１０は既存杭１２を杭基礎とした構造物ではなく、複合地盤Ｇ１上に構築される直接基礎構造物として設計できる。そして、既存杭１２に関する調査や申請を軽減若しくは省くことができる。
また、既存杭１２は上端部１２ａのみを切除し他は再利用するので、既存杭１２の撤去にかかる労力やコストを軽減することができる。

また、埋め戻し材２は切除された既存杭１２の上端部１２ａの周辺の地盤Ｇよりも剛性の低い材料とするので、既存杭１２から埋め戻し材２を介して新設構造物１０の基礎スラブに作用する応力集中を緩和し、新設構造物１０の沈下量を均一にすることができる。
また、複合地盤Ｇ１の沈下量の予測算定を等価剛性評価法に基づいて行うので、沈下量を容易に算定できて、複合地盤Ｇ１を均質な地盤とみなして新設構造物１０を設計することができる。

次に、第二の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図５は、本発明の第二の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の一例を示す図である。

第二の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の構造は、第一の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の構造において、地盤を補強する新設杭を配設した構成である。
図５に示すように、新設構造物２０は、例えば鉄筋コンクリートなどの構造物で、既存杭１２の残存する領域より広い範囲の地盤Ｇに接地して構築される。第一の実施の形態と同様に、新設構造物２０が構築される地盤Ｇの支持力や沈下量が算定されて、地盤Ｇの支持力が不足している部分や、沈下量にばらつきが生じる部分に新設杭３を配設して複合地盤Ｇ２を形成する。

新設杭３は、例えば現場打ちコンクリート杭や柱状の地盤改良体などで、地盤の補強材として配設される。新設杭３は、新設構造物２０とは接続されず、新設杭３の配設する場所や形状、また数量は地盤Ｇの強度によって適宜設定される。そして、第二の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の構造では、新設杭３は地盤Ｇの既存杭１２が残存する領域に既存杭１２に混ざって配設されると共に、地盤Ｇの既存杭１２の残存する領域を外れた新設構造物２０の下にも配設される。

第二の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の構造では、地盤Ｇ中に補強材として新設杭３を配設することにより、地盤Ｇの支持力の不足や沈下量にばらつきが生じることを防止できて、均質な複合地盤Ｇ２を形成できるので、第一の実施の形態と同様に、新設構造物２０は既存杭１２を杭基礎とした構造物ではなく、複合地盤Ｇ２上に構築される直接基礎構造物として設計できる。

ここで、既存杭の残存する地盤に建設された新設構造物の基礎スラブおよび階ごとの沈下量の測定を行った。
図６は既存杭の残存する地盤と新設構造物とを示す平面図および断面図、図７は、図６に示すＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ測線における新設構造物の基礎スラブおよび階ごとの沈下量を示す図である。

図６に示すように、新設構造物３０は、既存杭１２の残存する複合地盤Ｇ１と既存杭１２の埋設されていない原地盤Ｇ３との上にわたって構築されており、上述した本発明の第一の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の構造の５階建ての直接基礎構造物である。
既存杭１２は、図示しない既存構造物を支持していた場所打ちコンクリート杭で、杭径Ｄは１．０ｍである。切除される既存杭１２の上端部１２ａ長さＬは１．０ｍで、既存杭１２の上端部１２ａが切除された部分には埋め戻し材２が配設されている。
新設構造物３０を構築するにあたり、複合地盤Ｇ１及び原地盤Ｇ３の沈下量および支持力を算定し、新設の杭や地盤改良体の打ち増しは必要ないと判断した。

図７に示すように、新設構造物３０の沈下量は、既存杭１２の残存する複合地盤Ｇ１と既存杭１２が埋設されていない原地盤Ｇ３とでは大きな差はなく、全体に亘って沈下量のばらつきが少ないことがわかる。

以上、本発明による既存杭を利用した新設構造物の構造および構築方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
また、上記の第二の実施の形態では、地盤Ｇの既存杭１２が残存する領域の内外に新設杭３を配設して、この地盤Ｇに新設構造物２０を構築しているが、地盤Ｇの既存杭１２が残存する領域内に新設杭３を配設して、この領域内に新設構造物を構築してもよく、また、新設杭３を配設せずに地盤Ｇの既存杭１２が残存する領域の内外にわたって新設構造物を構築してもよい。
要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

既存杭に支持された既存構造物の一例を示す図である。 既存杭の切除を示す図である。 既存杭の切除した部分の埋め戻しを示す図である。 本発明の第一の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の一例を示す図である。 本発明の第二の実施の形態による既存杭を利用した新設構造物の一例を示す図である。 既存杭の残存する地盤と新設構造物とを示す平面図および断面図である。 図６に示すＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ測線における新設構造物の基礎スラブおよび階ごとの沈下量を示す図である。

符号の説明

２ 埋め戻し材
３ 新設杭
１０ 新設構造物
１１ 既存構造物
１２ 既存杭
Ｇ 地盤

Claims (3)

1. 既存構造物を支持する既存杭を残して前記既存構造物を撤去し、前記既存杭の残存する地盤の上に構築される新設構造物の構造であって、
   前記既存杭の上端部の周辺の地盤が壺掘りされて前記既存杭の上端部が切除され、埋め戻し材が配設された地盤の上部に前記新設構造物が構築され、
   前記埋め戻し材は壺掘りされた前記地盤の周辺の地盤よりも剛性の低い材料であることを特徴とする既存杭を利用した新設構造物の構造。
2. 前記既存杭が残存する地盤に新設の杭または地盤改良体が配設されることを特徴とする請求項１に記載の既存杭を利用した新設構造物の構造。
3. 既存構造物を支持する既存杭を残して前記既存構造物を撤去し、前記既存杭の上端部の周辺の地盤を壺掘りして前記既存杭の上端部を切除し、壺掘りされた前記地盤の周辺の地盤よりも剛性の低い材料で構成された埋め戻し材を配設した地盤の上に新設構造物を構築することを特徴とする既存杭を利用した新設構造物の構築方法。

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