JP6774774B2 - 杭基礎構造 - Google Patents

Description

本発明は、建設地の地中に建て込まれた新設杭を備えた杭基礎構造に関する。

このような杭基礎構造は、建設地の状況や施工計画等の事情に応じて種々の構造が採用されている。例えば、特許文献１〜５には、建設地の地中に残された既存杭と新設杭とを備えた杭基礎構造が記載されている。これらの杭基礎構造では、建物の鉛直荷重の一部を既存杭に負担させることで、既存杭の撤去作業の削減や新設杭の構築コストの低減が図られている。

ところで、このような杭基礎構造では、地震時の揺れで建物の荷重バランスが崩れた場合に、杭に引抜力（以下、地震時引抜力と略称する。）が作用することになる。
そのため、この地震時引抜力によって杭頭と建物躯体である基礎との接合部（以下、杭頭接合部と略称する。）が破壊しないように、杭頭接合部は想定される地震時引抜力に応じた構造とするのが基本となる。一方、杭頭接合部の構造の簡略化が求められる場合や、杭頭接合部の構造はそのままで地震時引抜力への更なる安全性が求められる場合もある。

そこで、従来、このような場合に対応するために、建物の架構形式を杭に地震時引抜力が作用しない架構形式に変更することや、地震時引抜力を相殺するウェイトを建物に追加的に載せることが行われている。

特開２０００−１５４５４９号公報 特許第３６５６４９３号公報 特許第５１８１２８８号公報 特許第５６８７８８７号公報 特開２００３−９６７９４号公報

しかしながら、前者は、建物の架構形式を変更するだけでは地震時引抜力の低減量が小さく、地震時引抜力を大きく低減させたい場合に適切に対応できない不都合がある。
後者は、上述のような不都合はないものの、追加的なウェイトで建物自重が重くなるので、地震時に杭に作用するせん断力（以下、地震時せん断力と略称する。）が増大してしまうデメリットがある。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、杭に作用する地震時引抜力を大きく低減させることが可能で、且つ、杭に作用する地震時せん断力の増大を回避しながら地震時引抜力を効率的に低減することができる実用性の高い優れた杭基礎構造を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、杭基礎構造に係り、
建設地の地下に残された既存躯体と、
建設地の地中に建て込まれた新設杭と、
前記新設杭の上に接合された新設躯体とが備えられ、
前記新設躯体が、前記既存躯体の重量が地震時引抜力への抵抗要素となる状態で当該既存躯体に接続され、
前記新設躯体と前記既存躯体との接続は、互いの地下外壁どうしの間で行われ、
前記既存躯体における前記新設躯体との接続領域が、地震時に発現させる設定引抜抵抗力に応じた重量を有する領域として、前記既存躯体の地下外壁において前記新設躯体と接続されていない非接続領域よりも上方の領域に設定されている点にある。

上記構成によれば、新設躯体に接続された既存躯体の重量が、地震時引抜力への抵抗要素（換言すれば、地震時引抜力を相殺するウェイト）となるので、既存躯体を有効に利用して新設杭に作用する地震時引抜力を効率的に低減することができる。
また、このように既存躯体を有効に利用することで、既存躯体の解体・撤去作業の省力化や新設山留壁の構築作業の省力化等を図ることも可能となる。
更に、既存躯体の重量自体がそもそも大きい上、建設地に残す範囲を拡大する等の簡易な方法により重量を更に大きくできるので、杭に作用する地震時引抜力を大きく低減させることが可能となる。
しかも、地下に残された既存躯体は、自身の基礎構造にて下方から支持されているので、このように新設躯体と既存躯体とを接続しても、新設躯体の自重が重くなることはない。そのため、既存躯体の重量が新設躯体に追加されることで、新設杭に作用する地震時せん断力が増大することも回避することができる。
これらのことから、新設杭に作用する地震時引抜力を大きく低減させることが可能で、且つ、新設杭に作用する地震時せん断力の増大を回避しながら地震時引抜力を効率的に低減することができる実用性の高い優れた杭基礎構造を実現することができる。
また、既存躯体における新設躯体との接続領域は新設躯体との一体性が強いので、仮に地震時引抜力で既存躯体が分断破壊する場合でも、その分断ラインが接続領域と非接続領域との境界付近に位置するなどにより、接続領域が新設躯体に接続された状態が維持され易い。
そのため、当該接続領域が、地震時に発現させる設定引抜抵抗力に応じた重量を有する領域に設定されている上記構成によれば、少なくとも設定引抜抵抗力を高い確率で作用させることができ、地震時引抜力に対する安全性を更に高めることができる。
更に、上記構成によれば、新設躯体と既存躯体の地下外壁どうしは、新設杭の地震時引抜力の作用方向となる上下方向（縦方向）沿う姿勢にあるので、アンカーや鉄筋等の接続部材を亘らせる汎用性の高い接続構造に限らず、両地下外壁どうしの対向面間に凹部と凸部などの両者の上下相対移動を規制する係合部を設ける接続構造や、両地下外壁どうしの摩擦抵抗を高めて両者の上下相対移動を抑制する接続構造などの接続構造を採用することも可能となる。よって、既存躯体の状態や建築計画等に応じた適切な接続構造を採用することができる。
そして、アンカーや鉄筋等の接続部材を亘らせる汎用性の高い接続構造を採用する場合には、新設躯体と既存躯体の基礎どうしを接続するのに比べて地下水の問題が生じることを抑制しながら、接続部材のせん断耐力にて適切に伝達する形態で既存躯体の重量を利用した引抜抵抗力を的確に実現し、新設杭に作用する地震時引抜力を効果的に低減することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記新設杭は、前記新設躯体から受ける鉛直荷重及び水平荷重を単独負担可能に構成されている点にある。

上記構成によれば、新設躯体から受ける鉛直荷重及び水平荷重は新設杭にて負担することができるので、例えば、構造体の経年変化などの事情から実際の耐力が確定し難い既存杭等の状態にかかわらず、新設杭にて新設躯体から受ける鉛直荷重及び水平荷重を適切に処理することができる。
それでいて、地震時引抜力については、耐力に比べて確定し易い既存躯体の重量を利用して効率的に低減することができる。

本発明の第３特徴構成は、前記新設杭の杭頭と前記新設躯体の新設基礎とは、剛接合構造よりも回転拘束度を緩和した半剛接合構造にて接合されている点にある。

杭基礎構造の縦断面図 杭基礎構造の別実施形態を示す要部の縦断面図

本発明に係る杭基礎構造の実施形態を図面に基づいて説明する。
この杭基礎構造は、図１に示すように、建設地Ｇの地下に残された既存躯体１と、建設地Ｇの地中に建て込まれた新設杭２と、新設杭２の上に接合された新設躯体３とが主要構成として備えられており、建設地Ｇにて既設建物から新設建物に建て替える場合に好適に用いることができる。そして、当該杭基礎構造は、新設躯体３から受ける鉛直荷重及び水平荷重を新設杭２にて負担するとともに、既存躯体１の重量を利用して新設杭２に作用する地震時引抜力を低減するように構成されている。

前記既存躯体１は、既設建物の解体工事の際に敢えて解体せずに建設地Ｇの地下に残されたものである。既存躯体１は、ＲＣ造（鉄筋コンクリート造）やＳＲＣ造（鉄骨鉄筋コンクリート造）、Ｓ造（鉄骨造）、それらの複合構造などの如何なる構造であってもよいが、図示の例では、ＲＣ造の既存基礎１１と既存地下外壁１２などから構成されている。

また、この杭基礎構造では、既存躯体１の重量のみを利用できれば十分であるので、既存躯体１の支持構造も如何なる構造であってもよいが、図示の例では、既存基礎１１の下に建て込まれている既存杭４にて既存躯体１を支持する構造となっている。当該既存杭４は、例えば、既存基礎１１の底面下の領域に分散配置された複数本の現場打ち又は既成のコンクリート杭などから構成されている。

前記新設躯体３は、解体工事後に建設地Ｇに新たに構築されたものであり、図示の例では、ＲＣ造の新設基礎３１と新設地下外壁３２、鉄骨造の柱３３と梁３４、ＲＣ造の柱脚部３５から構成されている。この新設躯体３も、ＲＣ造やＳＲＣ造、Ｓ造、それらの複合構造などの各種の構造にて構成することができる。また、図示の例では、新設杭２の直上に柱３３の柱脚を位置させるために鉄骨造の柱３３が傾斜しているが、新設基礎３１や柱３３などが求められる性能を有していれば、柱３３を垂直にしても好適に実施できる。

既存躯体１と新設躯体３との間、主として既存基礎１１と新設基礎３１との間には、新設基礎３１の設置高さを設計高さに調整するための埋め戻し材５が充填されている。この埋め戻し材５は、流動化処理土や掘削土、解体ガラ、砂利、砕石等の各種の材料を施工計画等に応じて適宜に用いることができる。

前記新設杭２は、解体工事後に建設地Ｇの地中に新たに建て込まれたものであり、例えば、新設基礎３１の底面下の領域に分散配置した複数本の現場打ち又は既成のコンクリート杭などから構成されている。
当該新設杭２は、新設躯体３から受ける鉛直荷重及び水平荷重を既存杭４に負担させることなく単独負担可能に構成されている。具体的には、新設杭２は、新設躯体３から受ける鉛直荷重及び水平荷重を単独負担可能な耐力を有するように、杭径や杭長や本数等の仕様が設定されている。

新設杭２の杭頭２１と新設基礎３１との接合部である杭頭接合部６は、剛接合構造や、それよりも回転拘束度を緩和した半剛接合構造などの各種の接合構造を適宜に採用することができる。
この点、本杭基礎構造は、既存躯体１の重量を利用して地震時引抜力を低減させるので、地震時引抜力への耐力としては半剛接合構造で十分ではあるが、本実施形態では、杭頭補強筋（図示省略）で頑強に補強した剛接合構造を採用し、地震時引抜力に対する杭頭接合部６の安全性を高める選択をしている。

そして、この杭基礎構造では、新設躯体３が、既存躯体１の重量が地震時引抜力への抵抗要素となる状態で既存躯体１に接続部７により接続されている。このように新設躯体３と既存躯体１とを接続部７にて接続することで、地震時において既存躯体１の重量を抵抗要素にして新設杭２に作用する地震時引抜力を低減させることができる。

新設躯体３と既存躯体１との接続部７は、少なくとも新設躯体３が上方側に移動しようとする場合に新設躯体３に対して既存躯体１の重量が移動抵抗力として付加される各種の構造を採用することができる。

本実施形態では、接続部７は、新設躯体３の上下方向（縦方向）に沿う新設地下外壁３２と、既存躯体１の上下方向に沿う既存地下外壁１２とに横方向に延びるアンカーや鉄筋等の接続部材７１を介装して構成されている。この接続部材７１を介して新設躯体３と既存躯体１とが相対移動不能に接続されている。

このように新設躯体３の新設地下外壁３２と既存躯体１の既存地下外壁１２とを接続部材７１を介して接続することで、新設躯体３が上方側に移動しようとする場合に、接続部材７１を介して接続部材７１のせん断耐力によって既存躯体１の重量が移動抵抗力として適切に付加され、その結果、新設杭２に作用する地震時引抜力を好適に低減させることができる。

前記既存躯体１における前記新設躯体３との接続領域Ａ（図中のグレー表示部分）は、地震時引抜力で既存躯体１が分断破壊する可能性も考慮し、地震時に発現させる設定引抜抵抗力に応じた重量を有する領域に設定されている。
ここで、既存躯体１の接続領域Ａは、多数の接続部材７１にて直接的に新設躯体３に接続された領域である。本実施形態では、設定引抜抵抗力に応じた重量（つまり、地震時に設定引抜抵抗力を発現させる重量）が既存地下外壁１２の上半側の重量となることから、設定引抜抵抗力に応じた重量を有する領域として既存地下外壁１２の上半側の領域を接続領域Ａとしている。

このように直接的に新設躯体３に接続された接続領域Ａは、新設躯体３との一体性が強いので、地震時引抜力によって既存躯体１が分断破壊する場合でも、その分断ラインが接続領域Ａと非接続領域との境界付近に位置するなどにより、接続領域Ａが新設躯体３に接続された状態が維持され易い。つまり、既存躯体１の接続領域Ａの重量は、地震時引抜力への抵抗要素として高い確率で維持される信頼性の高いものとなる。そのため、この杭基礎構造は、地震時において、少なくとも設定引抜抵抗力は高い確率で作用させることができる。

この既存躯体１の接続領域Ａは、地震時に発現させる設定引抜抵抗力に応じて、その範囲などを適宜に設定することができる。例えば、設定引抜抵抗力を新設杭２に地震時引抜力が全く作用しない大きさとする場合には、接続領域Ａは地震時引抜力を完全に相殺できる重量を有する範囲の領域とすればよく、設定引抜抵抗力をより小さくする場合には、接続領域Ａもより小さな重量を有する範囲の領域とすればよい。

杭頭接合部６の破壊を回避するためには必要な箇所に必要な重量が配分されていればよいので、必ずしも既存躯体１における新設躯体３の全周に対面する部位を接続領域Ａとしなくてもよく、例えば、既存躯体１における新設躯体３の地震時引抜力が生じ易い特定部位に対面する部位や新設躯体３の四隅に対面する部位を接続領域Ａとするなど、接続領域Ａは平面配置も適宜に設定することができる。

上述の如く構成された杭基礎構造は、例えば、以下のような構築方法にて構築することができる。
まず、既存躯体１の既存基礎１１と既存地下外壁１２を建設地Ｇの地下に残して、既存建物を解体・撤去する。なお、建設地Ｇの地下に残された既存躯体１は、杭基礎構造において地震時引抜力の抵抗要素として構成するが、施工段階では、新規の土留め壁を不要として労務作業を低減することや地下水の湧出を抑制することにも効果を発揮する。

その後、新設躯体３の新設基礎３１の底面下の地盤領域に対して既存基礎１１を貫通する状態で新設杭２を建て込むとともに、上面が新設基礎３１の設置レベルとなるように既存躯体１の既存基礎１１の上に埋め戻し材５を充填する。
そして、埋め戻し材５の上に新設躯体３の新設基礎３１を構築する。この際、杭頭接合部６が所望の接合構造となるように杭頭２１は適宜に補強しておく。

次に、新設躯体３の新設基礎３１の上に新設躯体３の柱３３や梁３４を組み付けるとともに、既存躯体１の既存地下外壁１２における接続領域Ａに対して多数の接続部材７１を略等間隔で埋め込み固定する。
そして、新設躯体３の柱３３の周囲及び新設躯体３の外周部にコンクリートを打設して柱脚部３５及び新設地下外壁３２を構築する。この際、柱脚部３５と接続領域Ａの間の部位３６は、新設地下外壁３２を構成するコンクリート増打部として柱脚部３５と一体にコンクリートを打設する。このようにすることで、既存躯体１の接続領域Ａと新設地下外壁３２とを接続部材７１を介して適切に接続しながら新設地下外壁３２と柱脚部３５を一体的に構築することができる。
以上の工程により、本発明に係る杭基礎構造を構築することができる。

〔別実施形態〕
（１）前述の実施形態では、新設躯体３と既存躯体１との接続部７が、新設躯体３の新設地下外壁３２と既存躯体１の既存地下外壁１２とに横方向に延びる接続部材７１を亘らせて構成されている場合を例に示したが、これに限るものではない。

新設躯体３と既存躯体１との接続部７は、例えば、図２（ａ）に示すように、既存躯体１の既存地下外壁１２に横方向に沿う角溝等の一又は複数の凹部７２を形成し、新設躯体３の新設地下外壁３２に当該凹部７２に入り込む一又は複数の凸部７３を形成して構成することができる。
このようにすれば、新設躯体３が上方側に移動しようとする場合に、係合状態にある新設躯体３側の凸部７３と既存躯体２２側の凹部７２とによって既存躯体１の重量が移動抵抗力として適切に付加され、その結果、新設杭２に作用する地震時引抜力を好適に低減させることができる。この接続部７は、既存地下外壁１２に凹部７２を形成した状態で、当該既存地下外壁１２を型枠にしてコンクリートを打設して新設地下外壁３２を構築することにより、凹部７２に入り込む凸部７３を備えた新設地下外壁３２が構築できるので、容易に構築することができる。

この他、新設躯体３と既存躯体１との接続部７は、例えば、既存躯体１の既存地下外壁１２の内表面を摩擦力の高い粗面とし、新設躯体３の新設地下外壁３２の外表面と当接させることで、当接状態にある新設躯体３側の外表面と既存躯体２２側の内表面との摩擦抵抗によって既存躯体１の重量が移動抵抗力として適切に付加されるように構成してもよい。この接続部７も、既存地下外壁１２の内表面を粗面化した状態で、当該既存地下外壁１２を型枠にしてコンクリートを打設して新設地下外壁３２を構築することにより、容易に構築することができる。

（２）前述の実施形態では、既存躯体１における新設躯体３との接続領域Ａ（図中のグレー表示部分）が、既存地下外壁１２の上半側の領域に設定されている場合を例に示したが、例えば、図２（ｂ）に示すように、接続部材７１を追加するなどにより当該接続領域Ａ（図中のグレー表示部分）が既存基礎１１と既存地下外壁１２との全領域に設定されていてもよく、接続領域Ａは地震時に発現させる設定引抜抵抗力に応じて適宜に設定することができる。

（３）前述の実施形態では、杭頭接合部６が、剛接合構造にて構成されている場合を例に示したが、半剛接合構造にて構成しても好適に実施できる。

（４）前述の実施形態において、地震時引抜力に対する引抜抵抗力が不足する場合には、更に、新設躯体３の架構形式を新設杭２に地震時引抜力が作用し難い架構形式としたり、地震時引抜力に抵抗するウェイトを新設躯体３に追加したりしてもよい。

（５）前述の実施形態では、既存基礎１１と新設基礎３１との間に埋め戻し材５を充填する場合を例に示したが、埋め戻し材５を省いて既存基礎１１と新設基礎３１とが接するように構成してもよい。

（６）前述の実施形態では、既存建物の基礎構造が既存杭４を備えた杭基礎構造である場合を例に示したが、既存杭４を備えない直接基礎構造であってもよい。

（７）新設躯体３と既存躯体１との接続部７は、上述した接続部材７１を介装する第一接続方法（図１参照）、上述した凹部７２と凸部７３を形成する第二接続方法（図２（ａ）参照）、上述した既存躯体１の既存地下外壁１２の内表面を摩擦力の高い粗面とする第三接続方法などの接続方法を適宜に組み合わせても好適に実施できる。例えば、第一、第二接続方法、又は、第一〜第三接続方法を組み合わせてもよく、或いは、第一接続方法や第二接続方法にて実施する場合に、簡易な第三接続方法を付加的に組み合わせてもよい。また、第一〜第三接続方法以外の各種の接続方法を適宜に組み合わせてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１ 既存躯体
２ 新設杭
３ 新設躯体
１２ 既存地下外壁
３２ 新設地下外壁
Ａ 接続領域

Claims (3)

1. 建設地の地下に残された既存躯体と、
   建設地の地中に建て込まれた新設杭と、
   前記新設杭の上に接合された新設躯体とが備えられ、
   前記新設躯体が、前記既存躯体の重量が地震時引抜力への抵抗要素となる状態で当該既存躯体に接続され、
   前記新設躯体と前記既存躯体との接続は、互いの地下外壁どうしの間で行われ、
   前記既存躯体における前記新設躯体との接続領域が、地震時に発現させる設定引抜抵抗力に応じた重量を有する領域として、前記既存躯体の地下外壁において前記新設躯体と接続されていない非接続領域よりも上方の領域に設定されている杭基礎構造。
2. 前記新設杭は、前記新設躯体から受ける鉛直荷重及び水平荷重を単独負担可能に構成されている請求項１記載の杭基礎構造。
3. 前記新設杭の杭頭と前記新設躯体の新設基礎とは、剛接合構造よりも回転拘束度を緩和した半剛接合構造にて接合されている請求項１又は２記載の杭基礎構造。

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