JP5543286B2 - 杭の補強方法及び杭 - Google Patents

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この発明は建物の基礎の補強に関する。詳しくは基礎の杭に対する補強に関する。
増築等による建物の荷重の増加、軟弱地盤による支持力不足、基礎杭の劣化などが生じた場合には、その建物の基礎を補強する必要がある。基礎の補強方法として、新たな杭の増設(打ち増し)や、特許文献1及び2に開示の方法が例としてあげられる。特許文献1の方法は、建物の基礎に用いられている杭の中に、当該杭よりも径が小さい鋼管を挿入して、杭を内側から補強するものである。特許文献2の方法は、杭の周面にシート状の繊維材を巻き付けて杭の外周面を補強するものである。
一方、新たに杭を設ける場合において、支持地盤が深い位置にある場合は、これに応じて長い杭を使用したり、比較的短い杭を複数連結して使用している。
特開2004−60155号公報 特開2007−138510号公報
従来の打ち増しでは、新たな杭を圧入するための作業スペースを確保するために、建物の基礎地盤の広い範囲を掘り返す必要があり、作業が煩雑である。新たな杭を圧入するための設置スペースが必要となるため、施工対象となる建物によっては施工が困難となる場合がある。また、支持地盤まで到達する長さの杭を用意したり、あるいは短い杭を複数繋ぎ合わせて支持地盤まで到達する長さとする必要があり、コスト面で不利であった。特許文献1、2の方法では、劣化した部位など、杭の特定部位を補強するものであるため、杭全体の支持力を向上させる目的には不向きである。
一方、新たに杭を設ける場合においても、支持地盤まで到達する長さの杭を圧入することは作業に手間がかかっていた。さらに、長い杭を使用することはコスト面でも不利であった。また、比較的短い杭を複数繋ぐ場合においても、深い支持地盤まで到達するまで圧入することは手間がかかる。
そこで、本発明は、杭の支持力を向上する方法を提供することを目的の一つとする。また、深い支持地盤に到達するまで圧入しなくとも中間支持地盤で所定の支持力が得られる杭の設置方法を提供することを目的の一つとする。
本発明は以上の課題を少なくとも一つを解決するためになされたものであり、本発明の第1の局面は以下の構成からなる。即ち、
杭の補強方法であって、
埋設された前記杭の周縁領域を除去して、該杭を露出させるステップと、
前記除去した領域の底部に補強層を形成するステップと、
前記補強層に当接する鍔部材を前記露出された杭に取り付けるステップと、
を含む、杭の補強方法である。
第1の局面の杭の補強方法によれば、補強層に当接する鍔部材が埋設された杭に取り付けられるため、当該鍔部材を介して補強層から支持力を得ることができ、杭全体の支持力が向上する。また、打ち増しをする場合に比べて、打ち増しスペースが不要であり、また施工範囲も杭の周縁領域だけでよいため、十分な作業スペースを確保することが困難な建物に対して施工が容易である。また、施工範囲が小さくて済むため、施工期間の短縮に寄与する。また、深い支持地盤に到達するまで圧入しなくとも中間支持地盤で所定の支持力が得られ、杭長が短くて済む。
杭の補強方法1の模式図である。 杭の補強方法1により補強された杭20の作用効果を説明する図である。 杭の補強方法100の模式図である。 杭の補強方法100により補強された杭20の作用効果を説明する図である。 杭の補強方法101の模式図である。 杭の補強方法102の模式図である。 杭の補強方法102により補強された杭20の作用効果を説明する図である。 杭200の設置方法の模式図である。 図9Aは継手部材600が取り付けられた杭200の斜視図であり、図9Bは鍔部材630が取り付けられた杭202の斜視図である。 本発明の他の局面における実施例を説明するための模式図である。 安定材80による作用効果を説明するための模式図である。 本発明の他の局面における変形例を説明するための模式図である。 本発明の他の局面における他の変形例を説明するための模式図である。
本発明の第1の局面である杭の補強方法では、まず、埋設された杭の周縁領域を除去して、該杭を露出させる(第1のステップ)。第1のステップにおいて、除去する領域の範囲は特に限定されず、必要とされる支持力、後述の鍔部材の大きさ、杭周縁の地盤の硬さなどを考慮して適宜決定することができる。例えば、除去する領域の範囲は、杭の軸心を中心軸とする円柱領域、四角柱領域とすることができる。杭の周縁領域を除去する方法は、当該杭の周縁領域に空間部を形成できるものであれば特に限定されない。例えば、当該杭の周縁領域を掘り下げて土石等を取り除いても良いし、当該杭の周縁領域の地盤を圧密するなどして杭が露出するように空間部を形成しても良い。
本発明の第1の局面である杭の補強方法では、杭の周縁領域を除去して、該杭を露出させた後、除去した領域の底部に補強層を形成する(第2のステップ)。これにより、杭の周縁領域に硬い層が形成される。当該補強層の形成方法は、例えば、砕石、土嚢、コンクリート若しくはモルタルの敷設、固化材の注入、又はこれらを組み合わせた方法を採用できる。砕石、土嚢、コンクリート又はモルタルを敷設する場合、敷設する厚さは、必要とされる支持力、杭周縁の地盤の硬さ等を考慮して適宜決定できる。固化材を使用する場合は、固化材は公知のものを採用することができる。補強層はその上面が水平となるように形成することが好ましい。後述の鍔部材によって得られる支持力が鉛直方向となり、当該杭が支持する建物に対してその支持力が効率的に発揮されるからである。なお、第1の局面における杭の種類は特に限定されない。例えば、鋼管杭、PHC杭、RC杭、SC杭などの公知の杭に対して、第1の局面の補強方法を適用することができる。
本発明の第1の局面である杭の補強方法では、補強層の形成後、当該補強層に当接する鍔部材を杭に取り付ける(第3のステップ)。鍔部材の形態は、補強層に接する面積が十分に得られる形状が好ましく、例えば、杭の軸心を中心とする円板状、矩形板状、六角形板状などとすることができる。また、鍔部材の形状は、杭の軸心を中心とする軸対象の形状であることが好ましい。建物の荷重が鍔部材に対してバランスよく負荷されるからである。なお、複数の板状部材を組み合わせて鍔部材とすることもできる。
鍔部材を杭に取り付ける方法は特に限定されず、例えば、溶接、接着剤による接着、ボルトによる接合、嵌合機構による嵌め込み、ねじ切り等による螺合機構での螺設などを採用できる。また、鍔部材及び杭と連結可能な連結部材を用意して、当該連結部材を介して鍔部材を杭に取り付けてもよい。
補強層に当接する鍔部材は、杭への当該鍔部材取り付け時、又は施行完了時において必ずしも補強層へ当接していなくともよい。すなわち、当該鍔部材取り付け時、又は施行完了時に補強層と鍔部材とが離隔していても良い。施行完了後に埋め戻した土等が当該離隔した領域に入り込んで当該離隔した領域が充填されたり、建物の荷重により杭が鍔部材とともに圧入されて当該離隔した領域が圧縮されて鍔部材と補強層とが当接したりすることにより、建物の荷重に対して鍔部材を介して補強層から支持力が得られることとなる。
補強層に当接するように杭に鍔部材を取り付けた後、鍔部材を覆うように補強層の形成材料を再度敷設又は注入してもよい。これにより、鍔部材が補強層内に位置することなる。その結果、補強層と鍔部材とが接触する面積が増し、そこに生じる摩擦力の総量が増加するため、全体として支持力が向上する。また、鍔部材が補強層内に位置することにより、施行後における鍔部材の補強層に対する位置ずれの発生が防止される。
本発明の第2の局面は、表層付近に補強層が設けられた地中に埋設される杭であって、該杭の杭頭又は該杭の周面に立設され、該杭が地中に埋設されたときに補強層に当接する鍔部材を備える杭である。ここで補強層は、地盤を掘削して、砕石、土嚢、コンクリート若しくはモルタルの敷設、固化材の注入、又はこれらを組み合わせた方法によって形成することができる。第2の局面の杭によれば、当該鍔部材が補強層に当接することにより支持力が向上する。これにより、深い支持地盤に到達するまで圧入しなくとも所定の支持力を得ることができ、杭長を短くすることができる。
鍔部材の形態は、補強層に接する面積が十分に得られる形状が好ましく、例えば、杭の軸心を中心とする円板状、矩形板状、六角形板状などとすることができる。また、鍔部材の形状は、杭の軸心を中心とする軸対象の形状であることが好ましい。当該杭が支持する建物等の荷重が鍔部材に対してバランスよく負荷されるからである。
鍔部材を杭の周面に設ける場合、鍔部材を設ける位置は当該杭を設置する支持地盤の深さや硬さ、補強層の硬さや組成を考慮して適宜決定することができる。当該鍔部材は杭の周面を囲繞するように設けることが好ましい。支持力がバランスよく得られるため軸ズレが防止されるからである。鍔部材は前記杭の周面に垂直に設けることが好ましい。鍔部材によって得られる支持力が鉛直方向となり、当該杭が支持する建物等に対してその支持力が効率的に発揮されるからである。
鍔部材の杭との接続部から鍔部材の外縁までの距離、即ち、鍔部材の大きさは、例えば、杭の径の約0.5〜約5.0倍、好ましくは約1.0〜約3.0倍とすることができる。鍔部材をこのような大きさとすることにより十分な支持力が得られる。なお、第2の局面における杭の種類は第1の局面と同様に特に限定されず、鋼管杭、PHC杭、RC杭、SC杭など、公知の杭を採用することができる。
本発明の第7の局面は、杭の補強方法であって、埋設された前記杭の周縁領域を除去して、該杭を露出させるステップと、前記除去した領域の底部に前記杭の周面と当接する補強層を形成するステップと、を含む、杭の補強方法である。この杭の補強方法によれば、露出した杭の周面に補強層が当接するため、杭に荷重がかかると、杭と補強層との間に大きな摩擦力が生じる。これにより、荷重に対する杭の支持力が高まる。補強層は露出した杭の周面の内、所定高さの領域において全周面に当接するように設けることが好ましい。補強層と杭周面との間に生じる摩擦力のバランスが杭周方向において良好となり、荷重に対する鉛直方向の力を効率的に得ることができるからである。補強層の厚さは均一であっても良いし、杭の軸方向に連続的又は段階的に変化するものとしても良い。例えば、補強層の形状を杭の軸芯を中心とする円柱状、部分円錐形状、円錐台形状とすることができる。
以下本発明の実施例について、より詳細に説明する。
本発明の杭の補強方法1の模式図を図1に示す。 杭の補強方法1は、図1Aに示すように、建物(図示せず)の基礎として地盤10に埋設された杭20の杭頭21の周縁領域の土を除去して空間部40を形成し、杭20を露出させる。空間部40は杭20を軸心とする直径約500mm、深さ約1000mmの円筒形である。空間部40の底部41は略水平面となっている。
次に、図1Bに示すように、空間部40の底部41に砕石50を敷設し、補強層51を形成する。補強層51の厚さは約500mmである。砕石50は密に敷設され、補強層51の上面は水平となっている。また、補強層51の杭20に対向する面52は杭20の外周面24と当接している。次に、図1Cに示すように、空間部40を埋め直し、施工を完了する。
図2に杭の補強方法1による作用効果を説明する図を示す。図2に示すように、杭の補強方法1によれば、補強層51の面52と杭20の外周面24とが当接しているため、荷重Fによりここに摩擦力が生じて支持力Paが得られる。また、杭20の外周面24と地盤10との接触部においても荷重Fにより摩擦力が生じて支持力Pbが得られる。 これらにより、杭20の先端23において支持地盤11から荷重Fに対向する支持力Pが得られるとともに、杭20の外周面24で支持力Pa、Pbが得られる。ここで、補強層51は砕石50を密に敷き詰めて形成されるため、補強層51の面52と杭20の外周面24との間に生じる摩擦力は、地盤10と杭20の外周面24との間に生じる摩擦力よりも大きい。従って、支持力Paは補強層51を設けなかった場合の(地盤10の)支持力よりも大きくなり、その結果、杭20の支持力が向上することとなる。
杭の補強方法1の施工範囲は杭20の周縁領域のみであるため、作業スペースが小さくて済む。これにより、十分な作業スペースを確保することが困難な建物に対して容易に施工することができる。また、施工範囲が小さいため、施工期間を短縮できる。
なお、本実施例では砕石50を敷設して補強層51を形成したが、これの他に、土嚢、コンクリート又はモルタルを敷設して形成しても良い。また、固化材を注入して補強層51を形成しても良い。
本発明の杭の補強方法100の模式図を図3に示す。なお、図1、2で示す部材と同等の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。杭の補強方法1’は、杭の補強方法1において図1A、Bで示すのと同様に空間部40を形成し、杭20を露出させる(図3A参照)。次に、図3Bに示すように、空間部40の底部41に砕石50を敷設し、補強層51を形成する。補強層51の厚さは約500mmである。砕石50は密に敷設され、補強層51の上面は水平となっている。次に、図3Cに示すように、補強層51に当接するように、鍔部材60を杭20に取り付ける。鍔部材60は杭20の軸を中心とする円盤状であり、その外周の直径は約300mmである。次に、図3Dに示すように、空間部40を埋め直し、施工が完了する。
図4に杭の補強方法100による作用効果を説明する図を示す。図4に示すように、杭の補強方法100によれば、杭20に取り付けられた鍔部材60が、砕石50が敷設されて形成された補強層51の上面に当接する。これにより、杭20に建物の荷重Fがかかると、荷重Fの一部Fは杭20の先端23から支持地盤11へかかるとともに、荷重Fの一部Fが鍔部材60から補強層51の上面にかかる。これにより、支持地盤11から荷重Fに対向する支持力Pが得られるとともに、補強層51の上面から荷重Fに対向する支持力Pが得られる。また、杭20の外周面24と地盤10との接触部において摩擦力により生じる支持力Pも得られる。このように、杭の補強方法100により補強された杭20は新たな支持力Pが得られることにより、杭20の支持力が向上することとなる。
杭の補強方法100の施工範囲は杭20の周縁領域のみであるため、作業スペースが小さくて済む。これにより、十分な作業スペースを確保することが困難な建物に対して容易に施工することができる。また、施工範囲が小さいため、施工期間を短縮できる。
本発明の他の実施例である杭の補強方法101の模式図を図5に示す。なお、図1?4で示す部材と同等の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。杭の補強方法101は、杭の補強方法100において図3A?Cで示すのと同様に空間部40を形成して杭20を露出させ、空間部40の底部41に砕石50を敷設して補強層51を形成し、杭20に鍔部材60を取り付ける(図5A?C参照)。次に、図5Dに示すように、鍔部材60を覆うように砕石50をさらに空間部40内に敷設する。これにより、鍔部材60は補強層51内に位置することとなる。その後、図5Eに示すように空間部40を埋め直して、施工が完了する。
杭の補強方法101によれば、補強方法100と同等の効果を奏する。さらに、鍔部材60が補強層51内に位置しているため、鍔部材60と補強層51が接触する面積が増し、荷重Fにより生じる摩擦力の総量が増加する。これにより、全体として荷重Fに対する支持力の向上に寄与する。また、鍔部材60が補強層51内に位置することにより、施行後における鍔部材60の補強層51に対する位置ずれの発生が防止される。
本発明の他の実施例である杭の補強方法102の模式図を図6に示す。なお、図1?4で示す部材と同等の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。杭の補強方法102は、杭の補強方法100において図3A?Cで示すのと同様に空間部40を形成して杭20を露出させ、空間部40の底部41に砕石50を敷設して補強層51を形成する(図6A、B参照)。次に、図6Cに示すように、補強層51の上面から所定距離離隔した位置に位置するように、鍔部材60を杭20に取り付ける。次に、図6Dに示すように、空間部40を埋め直し、施工が完了する。これにより、施行完了時には鍔部材60と補強層61とが所定距離離隔し、間隙部70が存在することとなる。
図7に杭の補強方法102による作用効果を説明する図を示す。杭の補強方法102によれば、施行完了時には図6Dに示すように間隙部70が存在する。杭20に荷重Fがかかると、杭20とともに鍔部材60は次第に圧入され、鍔部材60と補強層51の上面とが接する状態となる。すなわち、間隙部70は実質的に消失することとなる。これにより、杭の補強方法100と同様に荷重Fに対向する支持力が得られる。このように、施工中及び施行完了時には、鍔部材60を補強層51の上面に当接させる必要がない。これにより、鍔部材60の取り付け作業時に作業スペースの確保が容易となり、取り付け作業性が向上する。
本発明の他の実施例である杭200について、その設置方法の模式図を図8に示す。図8Aに示すように、地盤を掘削して形成した凹部400の底部401に、杭200を圧入する。凹部400の形状は直径約500mm、深さ約1000mmの円柱形であり、底部401は略水平面となっている。
杭200の斜視図を図9Aに示す。杭200は直径約100mm、長さ約1500mmである。その杭頭には予め工場溶接により、継手部材600が取り付けられている。継手部材600は鍔部601、第1接続部602、第2接続部603を備える。鍔部601は直径約300mmの円盤状である。鍔部601と杭200との接続部604から鍔部601の外縁605までの距離dは約100mmである。第1接続部602、第2接続部603は外径が約90mmであって、杭200の内径よりも若干小さく、高さは約100mmである。第1接続部602が杭200の杭頭に挿入され、工場溶接で継手部材600と杭200が連結されている。
次に、図8Bに示すように、空間部400の底部401に砕石50を敷設し、杭200の周縁領域に補強層51を形成する。補強層51の厚さは約500mmである。砕石50は密に敷設され、補強層51の上面は水平となっている。次に、図8Cに示すように、杭200を圧入して鍔部601を補強層51に当接させ、継手部材600の第2接続部603が杭201の下端に挿入されるように杭201を設置して、継手部材600と杭201を溶接して固定する。次に、図8Dに示すように凹部400を埋め直して施工が完了する。
本実施例の杭200によれば、継手部材600の鍔部601により、補強層51から支持力を得ることができ、杭全体の支持力が向上する。これにより、深い支持地盤まで圧入しなくとも所定の支持力が得られる。また、鍔部601の形状は、杭200の軸心を中心と円板状であるため、当該杭200が支持する建物等の荷重が鍔部601に対してバランスよく負荷され、軸ズレの発生が防止される。なお、本実施例では杭200と杭201を使用したが、杭を圧入する深さに応じて、第3の杭、第4の杭、さらにこれ以上の杭を継手部材600を介して順次連結して使用してもよい。
本実施例では鍔部601を有する継手部材600を取り付けた杭200を使用したが、これに替えて、図9Bに示すように杭頭近傍の周面203に鍔部材630を備える杭202を使用することもできる。鍔部材630の外形は鍔部601と同一であり、中央に杭202の直径より若干大きい孔631が設けられている。当該孔631に杭202を嵌設した状態で、孔631の縁部631aと杭202の杭頭近傍の周面203とが予め工場溶接で接合されている。このような杭202によっても、鍔部材630を補強層51に当接させることにより、杭202の支持力を向上することができ、深い支持地盤まで圧入しなくとも所定の支持力が得られる。これにより、杭202の杭長を短くすることができる。
鍔部材の周縁部若しくは周縁部近傍から押圧方向に筒状部材を形成してもよい。その作用等は次の実施例で説明する。この筒状部材は周方向に連続していても、断続していてもよい。
本願の他の局面における実施例である安定材を使用する基礎の構築方法について、図10を参照しながら説明する。
まず、地盤10に鋼管杭20を所定深さまで圧入して、鋼管杭20の杭頭21が地表と略同じ位置となるようにする(図10(A))。その後、地表において鋼管杭20の軸芯を中心とする直径約1000mmの円の円周位置を幅約100mm、深さ約500mm掘削して円筒形の溝部81を形成する(図10(B))。
次に、安定材80を設置する。安定材80は直径約1000mmの円盤状の平板部82と、当該平板部82の外縁全周に沿って、平板部82に垂直に立接された高さ約500mmの側壁部83とを備える。即ち、安定材80の形状は円筒形のカップ状となっている。安定材80は平板部82のカップ形状内側の面(内側平板面82a)が鋼管杭20の杭頭21に当接するとともに、安定材80の側壁部83が溝部81に嵌入することにより、鋼管杭20の杭頭21を覆蓋するように設置される。
続いて、安定材80の平板部82における内側平板面82aと反対側の面(外側平板部82b)に建物のフーチング30を当接させて、当該建物の基礎が構築される。なお、安定材80の平板部82はフーチング30の底面よりも大きく、フーチング30の底面の略全域が平板部82の外側平板面82bに接している。
当該安定材80による作用効果を図11を参照しながら説明する。安定材80に建物の荷重Fがかかると、荷重Fの一部Faは安定材80を介して鋼管杭20の先端23から支持地盤11へかかるとともに、荷重Fの一部Fbが安定材80の内側平板部82a及び側壁部83の底面から地盤10へかかる。これにより、支持地盤11から荷重Faに対向する支持力Paが得られるとともに、内側平板部82aから荷重Fbに対向する支持力Pb及び側壁部83の底面から荷重Fbに対向する支持力Pcが得られる。さらに、安定材80の側壁部83と鋼管杭20とによって囲まれた領域の土が側壁部83と鋼管杭20とによって拘束されることとなるため、荷重Fbに対して反力Pdが得られる。また、安定材80の側壁部83の壁面及び鋼管杭20の外周面24と地盤10との接触部において摩擦力により生じる支持力Peも得られる。このように、安定材80により支持力Pa?eが得られるため、全体として高い支持力が得られることとなる。
実施例6では、安定材80の平板部82はフーチング30の底面よりも大きいものとしたがこれに限定されない。例えば、図12に示す変形例のようにフーチング30の底面よりも小さい平板部820を有する安定材800を用いても安定材80と同等の効果が得られる。
また、実施例6では安定材80を鋼管杭20の杭頭21を覆蓋するように設けたがこれに限定されない。例えば、図13に示すように、安定材80の平板部82に鋼管杭20が貫入する貫入口84を備える安定材801を用いても良い。当該安定材801は、地盤10に圧入された鋼管杭20の周囲を所定深さ掘削して鋼管杭の外周面を露出させた後、安定材801の貫入口84に鋼管杭20が貫入するように安定材801を鋼管杭に20に溶接等で取り付ける。その後、固化剤とともに鋼管杭20の杭頭23まで埋め戻して固化層12を形成する。そしてフーチング30を鋼管杭20の杭頭21に当接させる。このように設置された安定材801によっても安定材80と同等の効果を奏する。
実施例6では安定材80の平板部82の形状を円盤状としたがこれに限定されず、平板部82の形状を四角形、六角形、その他の多角形、楕円形、又はこれらを組み合わせた形状としても良い。また、安定材80の側壁部83は平板部82に対して垂直に設けたがこれに限定されない。例えば、安定材80の側壁部83の一部又は全部が平板部82に対してテーパーしていても良い。
この発明は、上記発明の実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
1、100、101、102 杭の補強方法
10 地盤
20、200、201、202 杭
21、210 杭頭
23 先端
30 フーチング
40 空間部
400 凹部
41、410 底部
50 砕石
51 補強層
60、630 鍔部材
600 継手部材
601 鍔部

Claims (2)

  1. 杭の補強方法であって、
    埋設された前記杭の周縁領域を除去して、該杭を露出させるステップと、
    前記除去した領域の底部に補強層を形成するステップと、
    前記補強層に当接する鍔部材を前記露出された杭に取り付けるステップと、
    を含む、杭の補強方法。
  2. 前記補強層は、砕石、土嚢、コンクリート又はモルタルの敷設、若しくは固化材の注入により形成される、ことを特徴とする請求項1に記載の杭の補強方法。
JP2010148662A 2009-08-28 2010-06-30 杭の補強方法及び杭 Active JP5543286B2 (ja)

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