JP5976373B2 - 杭基礎の補強構造および補強方法 - Google Patents

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本発明は、杭基礎の補強構造および補強方法に関するものである。
従来、橋梁等の構造物において、水底の地盤に打ち込まれ、水上の上部構造を支える既設の杭基礎の補強を行う場合、(1)水中にて各杭の周囲に補強鋼板を巻いた後、補強鋼板を地盤に圧入し、杭と補強鋼板との間に充填モルタルを充填する方法があった。また、(2)複数の杭を囲むように水底の地盤に設置したシートパイルの内側の地盤でフーチングを新設し、新設フーチングの上方の各杭の周囲に補強鋼板を設ける方法があった。
また、地中の複数の杭によりフーチングを支持する形態の基礎の耐震補強構造として、フーチングの周囲に設けた環状の地中壁とフーチングとの間にコンクリートを増設し、地中壁内のフーチング及び増設したコンクリートの真下の地盤を固化改良するもの等があった(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−124493号公報
しかしながら、上記のように、水底の地盤に打ち込まれ、水上の上部構造を支える既設の杭基礎の補強を行う場合、特許文献1の方法は地中の杭基礎を補強するものであるためこれと異なり、また(1)や(2)の方法では、個々の杭の周囲に鋼板を設ける必要があり、さらに、この鋼板を地中に圧入したり、地中にフーチングを設置したりするため作業工程が複雑であり高コストとなった。
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、杭基礎の安全性を確保できる、作業工程が簡易で経済的な杭基礎の補強構造および補強方法を提供することである。
前述した目的を達成するための第1の発明は、水上の上部構造物を支持し、高さ方向の少なくとも一部が水中に設けられ、水底の地盤に埋設される杭基礎を補強した杭基礎の補強構造であって、平面において前記杭基礎を囲み、上端部が水上に位置するように配置される外殻と、前記外殻の内部で、高さ方向に、前記杭基礎の上端部から、前記上端部と前記杭基礎の下端部の間の水底面またはそれより低い位置まで充填された補強コンクリートと、前記補強コンクリートの下方の地盤に形成された地盤改良体と、前記補強コンクリートを貫通するように略水平に設置され、両端部が前記外殻に接続されたタイロッドと、を具備することを特徴とする杭基礎の補強構造である。
杭基礎の上端部にフーチングが設けられている場合、必要に応じて、フーチングと外殻とが接続治具を用いて接続される
第1の発明の杭基礎の補強構造によれば、外殻と補強コンクリートとから成る合成構造により杭頭部全体が一括して補強されること、地盤改良体により上部工の荷重等が地盤に直接伝達されて杭基礎への作用荷重が低減されることにより、杭基礎のせん断破壊および曲げ破壊に対する安全性が確保される。そして、個々の杭の周囲に鋼板を設ける必要や、その鋼板を地中に圧入したり、地中にフーチングを設置したりすることがなく、作業工程が簡易でありコストを削減できる。
第2の発明は、水上の上部構造物を支持し、高さ方向の少なくとも一部が水中に設けられ、水底の地盤に埋設される杭基礎を補強する杭基礎の補強方法であって、平面において前記杭基礎を囲み、上端部が水上に位置するように外殻を設置する工程(a)と、前記杭基礎の上端部と下端部の間の水底面またはそれより低い位置の下方で、前記杭基礎の周囲の地盤を改良し、地盤改良体を形成する工程(b)と、前記外殻の内部で、高さ方向に、前記杭基礎の上端部から前記地盤改良体まで補強コンクリートを充填する工程(c)と、
を具備するとともに、前記工程(a)より後に、両端部を前記外殻に接続してタイロッドを略水平に設置する工程(h)をさらに具備することを特徴とする杭基礎の補強方法である。
また、前記杭基礎の上端部にフーチングが設けられている場合、前記工程(a)より後に、前記フーチングと前記外殻とを接続治具を用いて接続する工程(g)をさらに設けてもよい。
第3の発明は、高さ方向の少なくとも一部が水中に設けられ、水底の地盤に埋設される杭基礎を補強する杭基礎の補強方法であって、平面において前記杭基礎を囲むように外殻を設置する工程(a)と、前記杭基礎の上端部と下端部の間の水底面またはそれより低い位置の下方で、前記杭基礎の周囲の地盤を改良し、地盤改良体を形成する工程(b)と、前記外殻の内部で、高さ方向に、前記杭基礎の上端部から前記地盤改良体まで補強コンクリートを充填する工程(c)と、を具備するとともに、前記工程(a)と前記工程(b)との間に、前記外殻の内部で水底面の上方に流動化処理土を施工する工程(d)と、前記外殻の内部を排水する工程(e)と、を、さらに具備し、前記工程(b)と前記工程(c)との間に、前記流動化処理土を撤去する工程(f)をさらに具備することを特徴とする杭基礎の補強方法である
第2、3の発明の杭基礎の補強方法によれば、外殻と補強コンクリートとから成る合成構造により杭頭部全体を一括して補強すること、地盤改良体により上部工の荷重等を地盤に直接伝達して杭基礎への作用荷重の低減を図ることにより、杭基礎のせん断破壊および曲げ破壊に対する安全性を確保できる。そして、個々の杭の周囲に鋼板を設ける必要や、その鋼板を地中に圧入したり、地中にフーチングを設置したりすることがなく、作業工程が簡易でありコストを削減できる。
本発明によれば、杭基礎の安全性を確保できる、作業工程が簡易で経済的な杭基礎の補強構造および補強方法を提供できる。
補強構造39の概要を示す図 鋼殻7を設置する工程を示す図 高圧噴射地盤改良体11を形成し、タイロッド13を設置する工程を示す図 高圧噴射地盤改良体11の水平断面図 図3に示す範囲Fの拡大図 鋼殻7を設置して流動化処理土23を施工し、鋼殻7の内部25を排水する工程を示す図 高圧噴射地盤改良体11を形成し、流動化処理土23を撤去して、タイロッド13を設置する工程を示す図 フーチング1と鋼殻7とを接続した例を示す図
以下、図面に基づいて、本発明の杭基礎の補強構造の実施の形態について詳細に説明する。図1は、補強構造39の概要を示す図である。図1の(a)図は、補強構造39の垂直断面図を示す。図1の(b)図、図1の(c)図は、補強構造39の水平断面図を示す。図1の(a)図は、図1の(b)図に示す矢印D−Dによる断面図である。図1の(b)図は、図1の(a)図に示す矢印B−Bによる断面図である。図1の(c)図は、図1の(a)図に示す矢印C−Cによる断面図である。
補強構造39は、上部構造物2の下部のフーチング1から下方に向かって水中に設けられ水底5の地盤6により支持される複数の杭3からなる既設の杭基礎を補強したものである。杭3は支持杭や摩擦杭等であり、杭3が支持杭である場合、例えば杭3の下端部33は、礫混り中砂層など、地盤6の比較的固い層まで達しているが、杭3が摩擦杭である場合など、これに限ることはない。
図1に示すように、補強構造39は、鋼殻7、補強コンクリート9、高圧噴射地盤改良体11、タイロッド13等からなる。
鋼殻7は、図1の(b)図および図1の(c)図に示すように、複数の杭3による杭基礎を平面において囲むように配置された外殻である。鋼殻7は、複数のブロック7aを連結して形成される。鋼殻7は、図1の(a)図に示すように、上端部35が水面19上に位置し、下端部17が地盤6に埋設される。鋼殻7の上端部35は、杭3の上端部37と略同じ位置とする。
補強コンクリート9は、図1の(a)図および図1の(b)図に示すように、鋼殻7の内部で、杭3の上端部37から、杭3の上端部37と下端部33の間に位置する水底5までの高さ方向の区間41に充填される。補強コンクリート9は、例えば、軽量コンクリートとする。なお、水底5の地盤6を掘削するなどして、杭3の上端部37から、水底5より低い位置にある掘削した底面まで補強コンクリート9で置き換えてもよい。
高圧噴射地盤改良体11は、図1の(a)図および図1の(c)図に示すように、補強コンクリート9の下方で、地盤6を改良して形成される地盤改良体である。高圧噴射地盤改良体11の平面範囲や深度(例えば支持層への根入れ長)や強度は、地震時に杭3が所定の安定性を確保できるように定められる。高圧噴射地盤改良体11は、平面上、鋼殻7内部の中央部21を除いて鋼殻7の内面に沿って形成される。
タイロッド13は、図1の(a)図および図1の(b)図に示すように、補強コンクリート9を貫通するように略水平に設置され、両端部が鋼殻7に接続される。タイロッド13は、図1の(a)図に示すように、上下方向に複数段に設置される。また、図1の(b)図に示すように、杭3を避けて格子状に設置される。
次に、補強構造39による杭基礎の補強方法の第1の実施の形態について説明する。補強構造39による杭基礎の補強方法は、前述したように、上部構造物2の下部のフーチング1から下方に向かって水中に設けられ水底5の地盤6により支持される複数の杭3からなる既設の杭基礎を補強するものである。
補強構造39を用いて杭基礎を補強するには、まず、図2に示すように、複数の杭3による杭基礎を平面において囲むように鋼殻7を設置する。鋼殻7は、複数のブロック7a(図1の(b)図等参照)を順に地盤6に貫入しつつ連結することにより形成する。上述したように、鋼殻7は、上端部35が水上に位置し、下端部17が地盤6に埋設される。
次に、図3に示すように、高圧噴射地盤改良体11を形成し、タイロッド13を設置する。高圧噴射地盤改良体11は、杭3の周囲の水底5の地盤6を改良して形成する。例えば、フーチング1と鋼殻7との隙間から鋼殻7の内側の地盤6に注入管(図示せず)を挿入し、地盤6にジェットグラウトなどの高圧噴射による地盤改良を行い、高圧噴射地盤改良体11を形成する。
図4は、高圧噴射地盤改良体11の水平断面図を示す。図4は、図3に示す矢印E−Eによる断面図である。高圧噴射地盤改良体11は、鋼殻7の下方の地盤6では、図3および図4に示すように、鋼殻7の水平断面よりも広範囲に形成される。
図3に示す工程では、高圧噴射地盤改良体11を形成するとともに、タイロッド13を略水平に設置する。タイロッド13の両端部は鋼殻7に接続される。上述したように、タイロッド13は、上下方向に複数段に、杭3を避けて格子状に設置される。図5は、図3に示す範囲Fの拡大図である。例えば図5の(a)図に示すように、鋼殻7には孔31が設けられる。タイロッド13は、例えば両端部をねじ部とし、鋼殻7の孔31を貫通した両端部を固定具32で螺合等させて鋼殻7に固定、接続する。または図5の(b)図に示すように、孔31を省略し、鋼殻7の内側に設けた固定具32によりタイロッド13の両端部を鋼殻7に固定、接続することもできる。タイロッド13の設置は、水中においてダイバー作業にて行う。
タイロッド13を設置した後、図1の(a)図に示すように、鋼殻7の内部で、杭3の上端部37から水底5までの区間41に、水中にて補強コンクリート9(水中コンクリート)を打設、充填し、補強構造39を完成する。
次に、補強構造39による杭基礎の補強方法の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では、補強構造39(図1)を、第1の実施の形態と異なる施工方法で施工する。
第2の実施の形態では、まず、図2に示すように、第1の実施の形態と同様にして複数の杭3を囲むように鋼殻7を設置する。
次に、鋼殻7の内部に、水底5から所定の高さまで流動化処理土を施工する。その後、鋼殻7の内部を排水する。図6に、鋼殻7の内部25に流動化処理土23を施工した後、鋼殻7の内部25を排水した状態を示す。流動化処理土23は、例えば土砂に水と固化材を混ぜて流動化させたもので、固化後に所定の強度となる。流動化処理土23により、鋼殻7の内部25を排水した際の水底面の地盤の破壊を防ぐ。また、排水時に周囲より加わる水圧を支え、鋼殻7の変形を防ぐ。なお、鋼殻7の上端部35の少なくとも一部をフーチング1に当接させる、あるいは排水前に後述するフーチング1と鋼殻7との接続を行った場合には、この当接部または接続部と流動化処理土23の双方で上記の水圧を支えることができるので好適である。
次に、第1の実施の形態と同様にして杭3の周囲の地盤6を改良し、高圧噴射地盤改良体11を形成する。その後、鋼殻7の内部25の流動化処理土23を撤去し、第1の実施の形態と同様にタイロッド13を設置する。高圧噴射地盤改良体11を形成し、流動化処理土23を撤去して、タイロッド13を設置した状態を図7に示す。タイロッド13の設置等は、例えば周囲の水中部分と隔てて鋼殻7の側面に出入口を設け、ドライアップした鋼殻7の内部25で作業の大部分を行うことができるので、負担の大きいダイバー作業が軽減される。
そして、タイロッド13を設置した後、図1の(a)図に示すように、第1の実施の形態と同様にして、鋼殻7の内部で杭3の上端部37から水底5までの区間41に補強コンクリート9を充填し、補強構造39を完成する。第2の実施の形態では、タイロッド13の設置等の、負担の大きいダイバー作業が軽減されるので、より簡易な作業工程となる。
なお、鋼殻7の設置後、フーチング1と鋼殻7とは、必要に応じて接続治具により接続される。図8は、フーチング1と鋼殻7とを接続した例を示す図である。図8に示す例では、フーチング1と鋼殻7とが、接続治具である接続金物27およびアンカ29を用いて接続される。接続金物27は、例えば、断面がL字型の部材であり、鋼殻7の上端部35に沿って設置される。アンカ29は、例えばケミカルアンカであり、接続金物27とフーチング1とを一体化する。
以上説明した杭基礎の補強構造39、および補強方法によれば、鋼殻7と補強コンクリート9とから成る合成構造により杭3の頭部全体を一括して補強する。また、高圧噴射地盤改良体11により上部構造物2の荷重等を地盤6に直接伝達して杭3への作用荷重の低減を図る。これにより、杭3のせん断破壊および曲げ破壊に対する安全性を確保できる。そして、個々の杭の周囲に鋼板を設ける必要や、その鋼板を地中に圧入したり、地中にフーチングを設置したりすることがなく、作業工程が簡易でありコストを削減できる。
なお、補強構造39においては、図1の(a)図等に示すように、鋼殻7の上端部35を杭3の上端部37と略同じ位置としたが、鋼殻7の上端部35を杭3の上端部37より高い位置としてもよい。この場合にも、補強コンクリート9を、鋼殻7の内部で、杭3の上端部37から水底5またはそれより低い位置までの区間41に充填する。
また、鋼殻7とフーチング1の間の少なくとも一部では、地盤改良の際の注入管や必要な場合にはタイロッド13を挿入できる程度の間隔を設けるが、これも適宜定めることができる。例えば、必要に応じて鋼殻7とフーチング1の間に所定の間隔を設けることもできるし、鋼殻7をフーチング1の周囲に隙間なく設置することもできる。この場合、高圧噴射地盤改良体11の形成時には、例えばフーチング1に削孔して注入管を鋼殻7の内側に挿入してジェットグラウトを地盤6に施工するとよい。
さらに、高圧噴射地盤改良体11に要求される補強性能によっては、鋼殻7内部平面の中央部21を含め地盤6の全面改良を行い高圧噴射地盤改良体11を形成する場合もある。全面改良を行う場合は、(フーチング1の平面中央部でも)フーチング1に削孔して注入管を鋼殻7の内側に挿入し、ジェットグラウトを施工する。
また、補強構造39では補強コンクリート9を貫通するようにタイロッド13を設けたが、タイロッド13は必要に応じて設ければよい。
さらに、鋼殻、補強コンクリート、高圧噴射地盤改良体からなる本発明の杭基礎の補強構造は、例えばフーチング基礎を支える地中の杭基礎の補強にも適用することができる。補強構造39と同様、平面において杭基礎を囲むように外殻を設置し、杭基礎の上端部と下端部の間の所定の位置の下方で、杭基礎の周囲の地盤を改良して地盤改良体を形成し、外殻の内部で、高さ方向に、杭基礎の上端部から地盤改良体まで補強コンクリートを充填するとよい。
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1………フーチング
2………上部構造物
3………杭
5………水底
6………地盤
7………鋼殻
9………補強コンクリート
11………高圧噴射地盤改良体
13………タイロッド
17、33………下端部
19………水面
21………中央部
23………流動化処理土
25………内部
27………接続金物
29………アンカ
35、37………上端部
39………補強構造

Claims (5)

  1. 水上の上部構造物を支持し、高さ方向の少なくとも一部が水中に設けられ、水底の地盤に埋設される杭基礎を補強した杭基礎の補強構造であって、
    平面において前記杭基礎を囲み、上端部が水上に位置するように配置される外殻と、
    前記外殻の内部で、高さ方向に、前記杭基礎の上端部から、前記上端部と前記杭基礎の下端部の間の水底面またはそれより低い位置まで充填された補強コンクリートと、
    前記補強コンクリートの下方の地盤に形成された地盤改良体と、
    前記補強コンクリートを貫通するように略水平に設置され、両端部が前記外殻に接続されたタイロッドと、
    を具備することを特徴とする杭基礎の補強構造。
  2. 前記杭基礎の上端部にフーチングが設けられ、前記フーチングと前記外殻とが接続治具を用いて接続されたことを特徴とする請求項1記載の杭基礎の補強構造。
  3. 水上の上部構造物を支持し、高さ方向の少なくとも一部が水中に設けられ、水底の地盤に埋設される杭基礎を補強する杭基礎の補強方法であって、
    平面において前記杭基礎を囲み、上端部が水上に位置するように外殻を設置する工程(a)と、
    前記杭基礎の上端部と下端部の間の水底面またはそれより低い位置の下方で、前記杭基礎の周囲の地盤を改良し、地盤改良体を形成する工程(b)と、
    前記外殻の内部で、高さ方向に、前記杭基礎の上端部から前記地盤改良体まで補強コンクリートを充填する工程(c)と、
    を具備するとともに、
    前記工程(a)より後に、
    両端部を前記外殻に接続してタイロッドを略水平に設置する工程(h)をさらに具備することを特徴とする杭基礎の補強方法。
  4. 前記杭基礎の上端部にはフーチングが設けられており、
    前記工程(a)より後に、
    前記フーチングと前記外殻とを接続治具を用いて接続する工程(g)をさらに具備することを特徴とする請求項記載の杭基礎の補強方法。
  5. 高さ方向の少なくとも一部が水中に設けられ、水底の地盤に埋設される杭基礎を補強する杭基礎の補強方法であって、
    平面において前記杭基礎を囲むように外殻を設置する工程(a)と、
    前記杭基礎の上端部と下端部の間の水底面またはそれより低い位置の下方で、前記杭基礎の周囲の地盤を改良し、地盤改良体を形成する工程(b)と、
    前記外殻の内部で、高さ方向に、前記杭基礎の上端部から前記地盤改良体まで補強コンクリートを充填する工程(c)と、
    を具備するとともに、
    前記工程(a)と前記工程(b)との間に、
    前記外殻の内部で水底面の上方に流動化処理土を施工する工程(d)と、
    前記外殻の内部を排水する工程(e)と、
    を、さらに具備し、
    前記工程(b)と前記工程(c)との間に、
    前記流動化処理土を撤去する工程(f)をさらに具備する
    ことを特徴とする杭基礎の補強方法。
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