JP6614454B2 - 構造物の支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の支持構造に関する。

一般に、下記特許文献１に示されるような、地盤に埋設された複数の杭と、この杭の上部に支持された構造物と、を備えた構造物の支持構造が知られている。

特開２００９−３５９２７号公報

しかしながら、特許文献１に示される構造物の支持構造では、例えば大規模な内陸直下型地震等の際に発生する鉛直方向の断層変位（地表断層変位）により、構造物を支持する複数の杭の間に高低差が生じると、低所に位置する杭に大きな引抜力が加えられる。これにより、杭が破断したり、杭と構造物との接続部分であるフーチングが破損したりするおそれがあった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、地表断層変位による損傷を抑えることができる構造物の支持構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、地盤に埋設された複数の杭と、前記杭の上部に支持された構造物と、を備えた構造物の支持構造であって、前記杭の上端部および前記構造物の下端部は、充填材を介して配置されるとともに、鉛直方向において相対変位可能に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、杭の上端部および構造物の下端部が、充填材を介して配置されるとともに、鉛直方向において相対変位可能に配置されている。このため、地震の際に、鉛直方向の断層変位が発生し、構造物に鉛直方向の力が加えられると、杭および構造物が、鉛直方向に相対変位することができる。これにより、杭に大きな引抜力が加えられることがなく、地表断層変位による損傷を抑えることができる。
また、水平方向の揺れに対しては、杭の上端部、充填材、および構造物の下端部が一体となって抵抗し、構造物を十分に支持することができる。

また、本発明の構造物の支持構造では、前記充填材は細骨材であることを特徴とする。

本発明によれば、充填材が細骨材であるため、杭の上端部と構造物の下端部との間に充填材が流れ込み、隙間なく埋めることができる。これにより、構造物を十分に支持することができる。

また、本発明の構造物の支持構造では、前記杭の上端部には、中心軸が鉛直方向に沿う有底筒状部が形成され、前記構造物の下端部には、中心軸が鉛直方向に沿う柱状部が形成され、前記有底筒状部の内側に前記柱状部が配置され、前記有底筒状部と前記柱状部との間に前記充填材が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、構造物の下端部の柱状部が、杭の上端部に形成された有底筒状部の内側に、有底筒状部に対して半径方向に間隔をおいて配置されているので、全ての水平方向の揺れに対して構造物を十分に支持することができる。

また、本発明の構造物の支持構造では、前記柱状部の下端部は、錐状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、充填材内に配設される構造物の柱状部の下端部が錐状に形成されているので、構造物が杭に対して上方に相対変位した後に、柱状部が構造物の自重により充填材内に再度進入しやすく、鉛直方向の初期位置に容易に戻ることができる。これにより、構造物の支持構造を恒常的に安定したものとすることができる。

本発明によれば、地表断層変位による損傷を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る構造物の支持構造を示す正面図である。 図１に示す構造物の支持構造の要部の拡大図である。 図１に示す構造物の支持構造の地盤に、鉛直方向の断層変位が発生した際の正面図である。 図１に示す構造物の支持構造に、大規模な地震による揺れが発生した際の正面図である。

本発明の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、本発明に係る構造物の支持構造１は、地盤Ｇに埋設された複数の杭２と、この杭２の上部に支持された構造物と、を備えている。以下の説明では、構造物として、ラーメン高架橋３およびその基礎であるフーチング６を例に挙げて説明する。また、鉛直方向において、ラーメン高架橋３側を上方、杭２側を下方とする。

ラーメン高架橋３は、上部に位置するスラブ４と、スラブ４を支持する柱５と、柱５が立設されたフーチング６と、を備えている。
スラブ４の上面には、図示しない軌道スラブおよび線路が敷設されている。なお、線路は単線であっても複線であってもよい。

柱５はスラブ４の幅方向の両側に配設されている。柱５は、スラブ４と一体に形成されている。柱５の下端部は埋戻し土Ｂ内に埋設され、フーチング６と接続されている。
フーチング６は直方体状をなしている。フーチング６は、地盤を一定深さに掘り起こした部分に配設されている。

フーチング６の下端部には、中心軸が鉛直方向に沿う柱状部６ａが形成されている。柱状部６ａは、フーチング６と一体に形成されている。柱状部６ａは柱５と同軸に配置され、下方に向けて突出する円柱状をなしている。柱状部６ａには、ラーメン高架橋３に、後述する地震等による揺れが作用した際に、スラブ４に発生する慣性力を、充填材７および杭２とともに支持可能な剛性、耐力を有していることが求められる。
柱状部６ａの下端部６ｂは、錐状に形成されている。図示の例では、下端部６ｂは円錐状に形成されている。
なお、柱状部６ａは、フーチング６と別体に形成されていてもよい。また、柱状部６ａは、多角柱状をなしていてもよい。また、柱状部６ａの下端部６ｂは角錐状に形成されていてもよい。また、柱状部６ａは、柱５と同軸に配置されていなくてもよい。

杭２は、地盤Ｇに鉛直方向に沿って埋設されている。本実施形態では、杭２として鋼管ソイルセメント杭が採用されている。鋼管ソイルセメント杭は、鋼管２ａの内部に、ソイルセメント２ｂを充填して固化させることで形成されている。なお、杭２としては、このような鋼管ソイルセメント杭が好ましいが、鋼管杭を採用してもよい。
鋼管２ａの上端部には、鋼管２ａの中空部を鉛直方向に仕切る仕切り板２ｃが設けられている。仕切り板２ｃは金属製の板材である。ソイルセメント２ｂは、鋼管２ａの中空部のうち、仕切り板２ｃよりも下方に位置する部分に充填されている。なお、仕切り板２ｃは、金属以外の材質であってもよい。

杭２の上端部の開口端縁は、フーチング６の下面と当接している。このように、フーチング６は、複数の杭２により支持されている。
杭２の上端部には、中心軸が鉛直方向に沿う有底筒状部２ｄが形成されている。有底筒状部２ｄは、鋼管２ａの上端部の内周面と、仕切り板２ｃの上面と、により画成されている。有底筒状部２ｄの内径は、柱状部６ａの外径よりも大きく形成されている。なお、有底筒状部２ｄは、多角筒状に形成されていてもよい。

そして本実施形態では、杭２の上端部、およびフーチング６の下端部は、水平方向において充填材７を介して対向配置されるとともに、鉛直方向において相対変位可能に配置されている。
すなわち、図２に示すように、杭２の有底筒状部２ｄ内に、フーチング６の柱状部６ａが配置され、有底筒状部２ｄと柱状部６ａとの間に充填材７が充填されている。充填材７として細骨材である砂が充填されている。充填材７としては、流動性を備えた材料が好ましい。なお、細骨材としては砂に限られず、同程度の粒子径を備えた材料であれば、例えば人工骨材や再生骨材等のその他の材料であってもよい。

有底筒状部２ｄおよび柱状部６ａは、同軸にかつ半径方向に互いに間隔をおいて配置されている。このため、有底筒状部２ｄの内周面と、柱状部６ａの外周面と、の間の水平方向の距離は、全周にわたって均等となっている。また、柱状部６ａの下端部６ｂは、仕切り板２ｃの上面よりも上方に位置する部分に配置されている。このため、充填材７は、有底筒状部２ｄと柱状部６ａとの水平方向および鉛直方向の両方向における間に位置する部分に充填されている。
なお、有底筒状部２ｄの内周面と、柱状部６ａの外周面と、の間の水平方向の距離は、全周にわたって均等でなくてもよい。また、柱状部６ａの下端部６ｂが、仕切り板２ｃの上面に当接していてもよい。

次に、以上のように構成された構造物の支持構造１の作用について説明する。
図３に示すように、例えば地震による断層のずれにより、フーチング６を支持する複数の杭２の間で鉛直方向の断層変位が発生した場合には、水平方向の一方側に位置する杭２が地盤とともに隆起し、これによりフーチング６が上昇する。
この際、フーチング６の柱状部６ａの外周面と、杭２の有底筒状部２ｄの内周面とは、鉛直方向に相対変位可能に配置されている。このため、柱状部６ａがフーチング６とともに上昇することで、水平方向の他方側に位置する柱状部６ａ、およびフーチング６が、他方側に位置する杭２の有底筒状部２ｄに対して上方に向けて相対変位する。これにより、他方側の柱状部６ａに大きな引抜力が加えられることがなく、また、フーチング６にも大きな力が発生せず、ラーメン高架橋３の損傷を抑えることができる。

一方、この構造物の支持構造１は、中小規模の地震における水平方向の揺れにより、杭２が地盤Ｇとともに水平方向に変位する。この際、フーチングの柱状部６ａの外周面と、杭２の有底筒状部２ｄの内周面と、の間に充填材が充填されている。このため、杭２の有底筒状部２ｄ、充填材７、およびフーチング６の柱状部６ａが一体となって水平方向の揺れに対して抵抗し、フーチング６を支持することができる。（図１参照）これにより、ラーメン高架橋３を走行する車両の走行安全性を確保することができる。

また、地震の規模が大きい場合には、図４に示すように、この構造物の支持構造１では、水平方向および鉛直方向の揺れにより、杭２を介してフーチング６に水平方向および鉛直方向の力が加えられる。
この際、前述の通り、フーチング６の柱状部６ａは、杭２の有底筒状部２ｄに対して鉛直方向において相対変位可能となっているので、柱状部６ａが有底筒状部２ｄに対して一時的に上昇することで、鉛直方向の揺れから受ける力を逃がすことができる。このため、大きな引抜力が柱状部６ａに加えられることが無く、杭２および柱状部６ａの損傷を抑えることができる。

また、上昇したフーチング６および柱状部６ａは、揺れが収まるとともに下降する。この際、柱状部６ａの下端部６ｂが先細り形状である錐状に形成されているので、柱状部６ａの下端部６ｂが、充填材７をかき分けながら充填材７内に進入していくことができる。これにより、フーチング６および柱状部６ａは、それぞれの自重により、鉛直方向の当初の位置に戻ることができる。

ここで、フーチングと杭との接続強度を上げるための従来の対策としては、杭の本数を増やしたり、杭径を太くしたりするといった対策や、杭と構造物との接続を強固にするために、杭と構造物とを接続するアンカーや配筋を過密にするといった対策が挙げられる。
また揺れに対する対策としては、杭の上端部にダンパ等の減衰装置を設置して構造物の損傷を低減させる対策が挙げられる。

これらのような対策とは異なり、本実施形態の構造物の支持構造１では、杭２とフーチング６との間の縁が切れている。このため、仮に大規模な地震により水平方向および鉛直方向の大きな揺れが発生したとしても、地震の規模に関わらず、杭２とフーチング６との接続部分に、局所的に大きな力がかかるといったことが無い。
また、前記従来の対策では、いずれも部品や減衰装置等の費用のほか、施工の工数が増えることにより、施工費の高騰を招くといった懸念があった。一方、本実施形態の構造物の支持構造１では、杭２とフーチング６との接続部分を単純な構成とすることができ、施工費の高騰を招くこともない。

以上説明したように、本発明に係る構造物の支持構造１によれば、杭２の上端部およびフーチング６の下端部が、水平方向において充填材７を介して対向配置されるとともに、鉛直方向において相対変位可能に配置されている。このため、地震の際に、鉛直方向の断層変位が発生し、フーチング６に鉛直方向の力が加えられると、杭２およびフーチング６が鉛直方向に相対変位することができる。これにより、杭に大きな引抜力が加えられることがなく、地表断層変位による損傷を抑えることができる。
また、水平方向の揺れに対しては、杭２の上端部、充填材７、およびフーチング６の下端部が一体となって抵抗し、構造物を十分に支持することができる。

また、本発明の構造物の支持構造１では、充填材７が細骨材であるため、杭２の上端部とラーメン高架橋３の下端部との間に充填材７が流れ込み、隙間なく埋めることができる。これにより、フーチング６を十分に支持することができる。
また、本発明の構造物の支持構造１では、フーチング６の下端部の柱状部６ａが、杭２の上端部に形成された有底筒状部２ｄの内側に、有底筒状部２ｄに対して半径方向に間隔をおいて配置されているので、全ての水平方向の揺れに対して構造物を十分に支持することができる。

また、杭２の上部に設けられた有底筒状部２ｄにより、充填材７を収容することができるので、杭２の上端部およびフーチング６の下端部において、充填材７を保持するための別の構成を設ける必要が無い。さらにまた、杭２として、例えば鋼管ソイルセメント杭等のような、中空部を備え、支持力の大きな杭を採用すれば、配置する杭２の本数を低減することができ、施工費を低減することができる。

また、本発明の構造物の支持構造１では、充填材７内に配設される構造物の柱状部６ａの下端部６ｂが錐状に形成されている。このため、フーチング６が杭２に対して上方に相対変位した後に、柱状部６ａが構造物の自重により充填材７内に再度進入しやすく、鉛直方向の初期位置に容易に戻ることができる。これにより、構造物の支持構造１を恒常的に安定したものとすることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態においては、充填材７は細骨材である構成を示したが、このような構成に限られない。細骨材よりも粒子の大きな砕石や礫といった粗骨材を用いてもよいし、例えば樹脂やウレタンといったその他の流動性を備えた材料であってもよい。これらの場合には、充填材の材料としての選択肢が増えるため、充填材を容易に手配することができる。

また、上記実施形態においては、フーチング６から下方に向けて突出する柱状部６ａが形成され、杭２の鋼管２ａの内部に形成された有底筒状部２ｄ内に配置された構成について示したが、このような態様に限られない。フーチングの下端部に、下方に向けて開口する凹部が形成され、この凹部内に杭の上端部が配置されていてもよい。このような場合には、フーチングの下面に、凹部内に充填された充填材を所定の範囲内に制限するために保持するネット等の保持具が設けられていることが望ましい。
また、杭の上端部に立設された一対の平板の間に、構造物の下端部に立設された平板が配置されることで、杭の上端部と、構造物の下端部と、が水平方向に対向配置される構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、柱状部６ａの下端部６ｂが錐状である構成を示したが、このような態様に限られない。柱状部の下端部の形状としては、例えば半球状であってもよい。さらに、柱状部６ａの下端部６ｂは先細り形状でなくてもよく、平坦面状であってもよい。
また、上記実施形態においては、フーチング６の柱状部６ａと杭２の数が等しい構成について示したが、このような態様に限られない。例えば複数の杭の有底筒状部に対して、フーチングの柱状部を間欠的に配置し、柱状部が配置されない杭の上端部が、フーチングを直接に支持している構成であってもよい。

また、構造物としては、ラーメン高架橋３に限られず、その他の構造形式であってもよいし、ビルやその他の構造物であってもよい。そのような場合には、杭や柱状部の形状、寸法、数量等は任意に変更することが可能である。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 構造物の支持構造
２ 杭
２ｄ 有底筒状部
３ ラーメン高架橋（構造物）
６ フーチング（構造物）
６ａ 柱状部
６ｂ 柱状部の下端部
７ 充填材

Claims (2)

1. 地盤に埋設された複数の杭と、前記杭の上部に支持された構造物と、を備えた構造物の支持構造であって、
   前記構造物は、ラーメン高架橋のフーチングであり、
   前記杭の上端部および前記構造物の下端部は、充填材を介して配置されるとともに、鉛直方向において相対変位可能に配置され、
   前記杭の上端部には、中心軸が鉛直方向に沿う有底筒状部が形成され、
   前記構造物の下端部には、中心軸が鉛直方向に沿う柱状部が形成され、
   前記有底筒状部の内側に前記柱状部が配置され、前記有底筒状部と前記柱状部との間に前記充填材が配置され、
   前記柱状部の下端部は、錐状に形成されていることを特徴とする構造物の支持構造。
2. 前記充填材は、細骨材であることを特徴とする請求項１に記載の構造物の支持構造。

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