JP5889044B2 - 基礎構造の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、基礎構造の構築方法に関する。

地震時の地盤の揺れが建物に直接伝わることのないように、基礎と上部構造物との間に免震装置を介装した免震構造が知られている。
例えば、特許文献１には、免震構造物における基礎を独立の杭のみで構成し、杭同士をつなぐ基礎梁を省略した杭頭免震構造が提案されている。

特許文献１では、杭頭部をピン支承とし、地盤に対する杭頭部の回転を拘束することなく許容して、杭に生じる最大曲げモーメントを低減させている。
ところが、前記杭頭免震構造は、長期周期地震動や液状化地盤などの要因により、構造物の水平変位や杭頭部の回転が大きくなる場合には、この水平変位や杭頭部の回転を抑制するための構造が不十分であった。

そのため、本出願人は、特許文献２に示すように、杭頭免震構造のメリットを維持しつつ、構造物の水平変位や杭頭部の回転を制御する基礎構造として、上端に免震装置が取り付けられる杭頭部の周囲に基礎スラブを形成し、この基礎スラブにより杭頭部の回転を拘束した基礎構造を開発した。

また、本出願人は、高いせん断伝達能力を維持しつつ、杭頭部に加わる曲げモーメントを低減できる半剛接合形式の基礎構造として、杭頭部に錐台状の型枠を被せ、この型枠の周囲に均しコンクリートと基礎コンクリートを打設することで、杭頭部の側面と型枠との間に下方に向って拡大する空隙を設けた基礎構造を開発した。

特開平０９−２７３１６２号公報 特開２００６−２４９７８４号公報 特開２００７−０２３６０２号公報

特許文献２の基礎構造は、杭頭部の回転を拘束しているので、地震時等における杭頭部への負担が大きかった。
一方、特許文献３の基礎構造によれば、杭頭部の曲げモーメントが低減されるものの、免震構造ではないため、地盤の揺れが直接的に建物に伝わるものであった。

本発明は、前記の問題点を解決するものであり、上部構造物を免震支持するとともに杭頭半剛接合機能をも備えた基礎構造の構築方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の基礎構造の構築方法は、地盤に杭を施工する工程と、下に向うに従って広がるように内周面が傾斜した型枠を前記杭の杭頭部に被せる工程と、前記型枠の上方に免震装置受け部材を配置する工程と、前記型枠を巻き込んだ状態で基礎コンクリートを打設し、前記免震装置受け部材に突設されたアンカーを前記基礎コンクリートに埋設する工程とを備えることを特徴としている。

かかる基礎構造の構築方法によれば、杭頭部の周囲に、下に行くに従って拡大する空隙が形成されるため、杭頭部が半剛接合状態となる。また、基礎コンクリートの上面に免震装置受け部材が一体に固定されるため、免震装置を建物本体と基礎との間に設置することが可能である。
つまり、半剛接合状態の杭と、免震装置とを備えた構造物を、簡易に構築することができる。

本発明の基礎構造の構築方法によれば、上部構造物を免震支持するとともに、杭頭半剛接合機能をも備えた基礎構造を簡易に構築することを可能となる。

本発明の実施形態に係る基礎構造を示す断面図である。 （ａ）は型枠を示す斜視図、（ｂ）は杭を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る基礎構造の構築方法の施工状況を説明するための図であって、（ａ）は杭を施工して杭頭部を露出させた状態を示す断面図、（ｂ）は地盤材料を敷き均した状態を示す断面図、（ｃ）は杭頭部に型枠を覆い被せた状態を示す断面図である。 図３に続く施工状況を説明するための図であって、（ａ）は均しコンクリートを打設した状態を示す断面図、（ｂ）は基礎コンクリートを打設した状態を示す断面図、（ｃ）は免震装置を設置した状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る基礎構造は、地震時の地盤の揺れが建物に直接的に伝わることのないように構成された免震構造と、せん断力伝達能力を確保しつつ杭頭部に加わる曲げモーメントを低減する半剛接合構造とを備えてなるものである。

基礎構造１は、図１に示すように、杭１０と、均しコンクリート２０と、基礎コンクリート３０と、免震装置４０とを備えて構成されている。

杭１０は、地盤Ｇに埋設された既成杭からなり、杭頭部は地盤Ｇから突出している。
杭１０の杭頭部には、内周面が傾斜した有頂筒状の型枠５０が覆い被せられている。

杭１０は、図２の（ｂ）に示すように、内部が中空になった円筒状部材１１と、この円筒状部材１１の上端面に取り付けられた環状の端板１２とを備えている。

円筒状部材１１は、所望の強度を得ることができるものであれば、その材質は問わないが、例えば、異径鉄筋又は平鋼入りのコンクリート、外殻鋼管付のコンクリート、鋼管などで形成することができる。また、杭１０は、現場打ち杭であってもよい。

端板１２は、鋼製の部材からなる。端板１２には、複数の雌ネジ穴１２ａ，１２ａ，…が周方向に間隔をあけて形成されている。なお、雌ネジ穴１２ａは必要に応じて形成すればよく、必ずしも形成されている必要はない。

端板１２は、円筒状部材１１がコンクリート製である場合には、端板１２の底面に突設された図示せぬアンカーを円筒状部材１１に埋設することにより、円筒状部材１１の端面に固着され、円筒状部材１１が鋼製である場合には、溶接により固着される。なお、円筒状部材１１が鋼製である場合には、端板１２を省略することも可能である。

型枠５０は、杭１０の上端面（すなわち、端板１２の上面）に当接する円板状の頂部５１と、杭１０の杭頭部を取り囲む側部５２とを備えていて、図２の（ａ）に示すように、円錐台状の外観を呈している。

頂部５１は、杭１０の上端面と同一の平面形状を備えている。また、頂部５１には、端板１２の雌ネジ穴１２ａに対応する透孔５１ａが複数個所に形成されている。なお、透孔５１ａは必要に応じて形成すればよく、必ずしも形成されている必要はない。

側部５２は、頂部５１の外周縁に形成されていて、図１に示すように、その内周面は、下に向うに従って広がるように傾斜している。そのため、型枠５０を杭１０の杭頭部に設置した状態で、杭頭部の側面と型枠５０との間には、下に向うに従って拡大する空隙Ｅが形成されている。

また、図２の（ａ）に示すように、側部５２の外周面には、側部５２を砕石層６０や地盤Ｇ（図１参照）へ埋め込む際の目安となる目印５２ａが型枠５０の下端縁に沿って記されている。目印５２ａは、型枠５０の下端縁から少なくとも２ｃｍ上がった位置に形成するとよい。なお、図示の目印５２ａは、側部５２の全周に亘って連続して記されているが、これに限定されることはなく、断続して記されていても差し支えない。また、目印５２ａは、必要に応じて記せばよい。

図１に示すように、均しコンクリート２０は、杭１０の杭頭部（型枠５０）の周囲に打設されている。
本実施形態では、地盤Ｇの表面に砕石を敷き均して砕石層６０を形成した後、その上面に均しコンクリート２０を打設している。

型枠５０の周囲には、砕石（地盤材料）６１が配置されており、型枠５０の内部に均しコンクリート２０が入り込まないように構成されている。
なお、砕石６１は、必要に応じて配置すればよい。また、砕石６１に変えて土砂等を配置してもよい。

基礎コンクリート３０は、均しコンクリート２０上に杭頭部（型枠５０）を巻き込んだ状態で打設されている。
杭頭部には、型枠５０が被せられているため、均しコンクリート２０および基礎コンクリート３０と杭頭部との間には下に向うに従って拡大する空隙Ｅが形成されている。

免震装置４０は、積層ゴム４１と積層ゴム４１の上下に配設されたフランジ４２，４２とを備えており、基礎構造１と、上部構造２との間に介設されている。
なお、免震装置４０の構成は限定されるものではなく、例えばダンパーを備えたものであってもよい。

免震装置４０は、杭頭部の真上において、免震装置受け部材４３，４３を介して基礎コンクリート３０および上部構造２に固定されている。
免震装置受け部材４３は、板状の本体部４３ａと、本体部４３ａに固定された複数のアンカー４３ｂ，４３ｂ，…とを備えている。なお、免震装置受け部材４３の構成は限定されるものではない。

次に、本実施形態の基礎構造の構築方法について説明する。
基礎構造１の構築方法は、杭施工工程と、整地工程と、型枠設置工程と、均しコンクリート打設工程と、受け部材設置工程と、基礎コンクリート打設工程とを含むものである。

杭施工工程は、地盤Ｇに杭１０を施工する工程である。
杭１０の施工方法は限定されるものではないが、本実施形態では、回転圧入装置（図示略）を用いて杭１０を地盤Ｇに回転圧入することにより杭１０を地盤Ｇに埋設する。

杭１０は、図３の（ａ）に示すように、杭頭部が地盤Ｇから露出するように施工する。
なお、杭１０は、杭頭部を残して圧入することで杭頭部を地盤Ｇから露出させてもよいし、圧入後に杭頭部周辺を掘削することにより杭頭部を露出させてもよい。

杭１０を圧入する際には、端板１２の雌ネジ穴１２ａ（図２の（ａ）参照）に土砂等が詰まらないように、雌ネジ穴１２ａにボルトＢ１を螺合しておく。
ボルトＢ１は、杭１０の圧入後、整地工程の前に取り外す。

整地工程は、杭頭部周囲の地盤面（床付面Ｇ１）を平坦にする工程である。
整地工程では、図３の（ｂ）に示すように、床付面Ｇ１の不陸を整正したうえで、床付面Ｇ１上に砕石を敷設・転圧して砕石層６０を形成する。なお、地盤条件等によっては、砕石層６０を省略してもよい。

型枠設置工程は、型枠５０を杭１０の杭頭部に被せる工程である。
型枠５０は、図３の（ｃ）に示すように、型枠５０の頂部５１を杭１０の上端面に密着させた状態で型枠５０を杭１０の杭頭部に覆い被せ、杭頭部の側面１１ａと型枠５０の内周面５２ｂとの間に下方に向かうにしたがって拡大する空隙Ｅを形成する。
なお、型枠５０を杭頭部（端板１２）に覆い被せる際に、型枠５０の透孔５１ａ（図２の（ａ）参照）と端板１２の雌ネジ穴１２ａ（図２の（ｂ）参照）の位置を合せておく。

型枠５０を杭１０の杭頭部に覆い被せたら、雌ネジ穴１２ａ（図２の（ｂ）参照）に螺合するボルト（固着具）Ｂ２を用いて型枠５０を杭頭部に仮に固定する。なお、端板１２に雌ネジ穴１２ａが形成されていない場合には、杭頭部の回転性能を低下させない程度の強度で、接着や溶接等により型枠５０を杭頭部に固定してもよい。

型枠５０を杭１０の杭頭部に仮固定したら、型枠５０の下端部の外周に砕石６１を盛るなどして、型枠５０の下端縁と砕石層６０の上面との間にある隙間を閉塞する。砕石６１は、型枠５０の外周面に記した目印５２ａ（図２の（ａ）参照）まで配置すればよい。

なお、型枠５０の下端部が砕石層６０の上面よりも下方に位置する場合には、型枠５０の下端部を目印５２ａの位置まで砕石層６０に埋め込めば、型枠５０の下端部の外周に地盤材料が配置されることになる。また、型枠５０の下端部が床付面Ｇ１よりも下方に位置する場合には、床付面Ｇ１を掘り下げたうえで、その外周に砕石や土砂などの地盤材料を配置するか、あるいは、型枠５０の下端部を地盤材料である地盤Ｇに埋め込んだうえで、床付面Ｇ１上に砕石層６０を形成すればよい。

本実施形態では、砕石層６０を形成した後に型枠５０を杭頭部に覆い被せたが、これに限定されることはなく、砕石層６０を形成する前に型枠５０を杭頭部に覆い被せても差し支えない。また、本実施形態では、型枠５０の外周に砕石６１を盛る前に、ボルトＢ２を用いて型枠５０を杭頭部に固定したが、これに限定されることはなく、砕石６１を盛った後に固定してもよい。また、砕石層６０を形成する前に型枠５０を杭頭部に覆い被せる場合においては、砕石層６０を形成する前に、ボルトＢ２を用いて型枠５０を杭頭部に固定してもよい。

均しコンクリート打設工程は、型枠５０の周囲に均しコンクリート２０を打設する工程である。
均しコンクリート２０の打設は、外周に砕石６１を配置された型枠５０の周囲に行う（図４の（ａ）参照）。なお、型枠５０の下端部の周囲に盛った砕石６１によって、空隙Ｅが密閉されているので、均しコンクリート２０が空隙Ｅに流入することはない。均しコンクリート層の厚さは限定されるものではないが、好適には、均しコンクリート層の上面から型枠５０の上面までの高さが５ｃｍ以上となるように設定することが望ましい。

均しコンクリート２０が硬化したら、ボルトＢ２を型枠５０から取り外す。このとき、型枠５０の頂部５１を木槌等で叩いて、頂部５１が杭１０の上端面に密着していることを再度確認するとともに、側部５２を木槌等で叩いて、空隙Ｅに均しコンクリート２０が流入していないことを確認する。

受け部材設置工程は、図４の（ａ）に示すように、型枠５０の上面（上方）にスペーサー４４を介して免震装置受け部材４３を載置（配置）する工程である。

スペーサー４４は、型枠５０の上面に配置する。
スペーサー４４を配置したら、スペーサー４４の上に免震装置受け部材４３を水平に載置する。スペーサー４４は、高さ調整機能を備えており、スペーサー４４の伸縮させることにより、免震装置受け部材４３の水平性を確保する。

基礎コンクリート打設工程は、図４の（ｂ）に示すように、型枠５０を巻き込んだ状態で、均しコンクリート２０と免震装置受け部材４３との間に基礎コンクリート３０を打設する工程である。
基礎コンクリート３０の打設は、まず、均しコンクリート２０の上に図示せぬ鉄筋や型枠を設置し、均しコンクリート２０の上に基礎コンクリート３０を打設する。

基礎コンクリート３０を打設すると、免震装置受け部材４３から突設されたアンカー４３ｂ，４３ｂが基礎コンクリート３０に埋設される。
そして、基礎コンクリート３０の養生後、免震装置受け部材４３にフランジ４２を固定することで、免震装置４０を配置する。

以上のような手順で基礎構造１を構築すれば、基礎コンクリート３０を打設すると同時に、杭頭部の半剛接合状態を確保するとともに、免震装置受け部材４３の固定が完了するため、施工性に優れている。

基礎構造１は、杭１０と基礎コンクリート３０との接合状態を設計で見込んだ通りの半剛接合状態とすることができる。
つまり、図１に示すように、杭１０の杭頭部の周囲に空隙Ｅが存在しているので、地震時等においては、杭頭部の回転が許容される。そのため、地震等に起因して水平力（せん断力）が杭１０に作用しても、その杭頭部に大きな曲げモーメントが発生することがない。

そのため、長周期地震動や液状化地盤などの要因により構造物の水平変位や杭頭部の回転が大きくなった場合においても、杭頭部の回転追従性が大きく、かつ、水平を維持する性能も高い。よって、基礎梁やマットスラブ等の構造物の水平変位や杭頭部の回転を制御する機構を必要とせず、簡易かつ安価に構築することができる。

また、上部構造２を、免震装置４０を介して免震支持しているため、地震等の地盤の揺れが上部構造２に直接伝わることを防止できる。
独立した杭により免震支持することで、基礎構造１の省スペース化が可能であるとともに、安価に構築することができる。

均しコンクリート２０により型枠５０を拘束することができるので、基礎コンクリート３０を打設したときに、型枠５０にずれや変形が生じ難く、さらには、型枠５０によって形成された杭頭部周りの空隙Ｅに基礎コンクリート３０が浸入することもない。

また、均しコンクリート２０を打設する前に、ボルトＢ２を用いて型枠５０を杭１０の杭頭部に固定したので、均しコンクリート２０を打設する際に発生する型枠５０のずれを抑制し、その結果、設計で見込んだ通りの接合状態をより一層確実に得ることができる。なお、ボルトＢ２は、基礎コンクリート３０を打設する前に取り外すため、杭頭部の回転が拘束されることはない。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、杭に引抜力が作用する場合には、杭１０の上端面に引抜抵抗部材を立設し、これを基礎コンクリート３０に埋め込んでもよい。

１ 基礎構造
１０ 杭
２０ 均しコンクリート
３０ 基礎コンクリート
４０ 免震装置
４３ 免震装置受け部材
５０ 型枠
Ｅ 空隙

Claims (1)

1. 地盤に杭を施工する工程と、
   下に向うに従って広がるように内周面が傾斜した型枠を前記杭の杭頭部に被せる工程と、
   前記型枠の上方に免震装置受け部材を配置する工程と、
   前記型枠を巻き込んだ状態で基礎コンクリートを打設し、前記免震装置受け部材に突設されたアンカーを前記基礎コンクリートに埋設する工程と、を備えることを特徴とする、基礎構造の構築方法。

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