JP6869825B2 - 橋脚基礎構造 - Google Patents

Description

本発明は、橋脚基礎構造に関し、特に、橋脚の柱に対して設けられる杭基礎構造に関する。

道路や鉄道などの構造物に供される高架橋の橋脚として、複数の柱を有する多柱式橋脚等と呼ばれる構造が知られている。その一例として、複数の鋼管などを柱とし、これらの柱を水平の部材ないし斜めの部材にて相互に連結し、立体構造とした鋼管集成橋脚が挙げられる。一般的に、橋脚は、基礎によって地盤に支持される。地盤が堅固な場合には、フーチングと呼ばれる直接地盤に接する鉄筋コンクリート版が用いられることもある。しかし、たとえば地盤が軟弱な場合には、杭基礎が採用されることも多い。杭基礎構造として、たとえば、特許文献１に記載された構造が知られている。この杭基礎構造では、複数の杭が、地中に埋設された連結具によって連結されている。

杭基礎構造に用いられる杭として、鋼管杭またはＰＨＣ（Pretensioned Spun High-strength Concrete；プレテンション方式遠心力高強度プレストレストコンクリート）杭等が挙げられる。たとえば、非特許文献１には、鋼管集成橋脚の１本の鋼管柱に対して、１本の鋼管杭を接続し、フーチングを介さずに上部構造や橋脚からの荷重を杭基礎に直接的に伝達する構造（１柱１杭形式の構造）が記載されている。特許文献２にも、多柱式橋脚において鋼管柱と鋼管杭とが上下方向に接続され、フーチングが省略された同様の構造が記載されている。フーチングが省略された構造（フーチングレスな構造）は、フーチング有りの構造に比して、幾つかの利点を有し得る。

特開２０１３−２０５０号公報 特開２００８−３０３５９８号公報

篠原聖二、外３名、「杭基礎一体型鋼管集成橋脚の構造提案と地震時応答解析」、土木学会論文集Ｃ（地圏工学）、２０１３年、Ｖｏｌ．６９、Ｎｏ．３、ｐ．３１２−３２５

鋼管集成橋脚などの多柱式橋脚に対するフーチングレスな構造に関し、強度や剛性の面で、更なる向上が望まれている。また現実的には、上記した１柱１杭形式の構造が必ずしも最適とは言えない場合もある。そこで本発明は、複数の柱を有する橋脚に対し、十分な強度や剛性をもったフーチングレスな橋脚基礎構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、地盤上に立設された複数の柱を有する橋脚を支持する橋脚基礎構造であって、地盤は、地震時の液状化に伴う側方流動における流動方向を有しており、複数の柱のうちの１本の柱に対して設けられ、水平方向に離間し１本の柱の下端部を包囲するように配置された３本以上の杭と、地盤内に設けられ、３本以上の杭同士を連結する少なくとも１つの連結具であって、３本以上の杭のうちいずれか２本の杭の間で鉛直面に沿って延びると共に当該２本の杭同士を連結する連結板を含む連結具と、を備え、１本の柱の下端部は、連結板と結合部とを介して３本以上の杭の杭頭部に結合されており、連結板によって連結された２本の杭は流動方向に並んでおり、当該連結板も流動方向に略平行に向けられていることを特徴とする。

この橋脚基礎構造によれば、橋脚の複数の柱のうち１本の柱に対し、複数の杭が設けられる。これらの複数の杭は、連結具によって連結されている。これにより、杭基礎構造としての十分な強度が確保される。そして、複数の杭の杭頭部が、１本の柱の下端部に結合されている。このように、柱と杭を１対１の対応関係ではなく１対多の対応関係で設け、柱の下端部が各杭頭部に結合されることで、十分な強度や剛性をもった橋脚基礎構造が提供される。このような複数の杭からなる杭基礎構造は、流動化し得る地盤に対しても、優れた水平剛性を発揮する。また柱に対して杭が直接に結合されるので、フーチングは省略されており、フーチングレスな構造が有する利点を享受できる。また、流動化し得る地盤に対して、剛性の高い杭基礎構造が実現される。

連結具は、３本以上の杭の間に延在する連結板と、連結部の延在方向の端部に設けられて３本以上の杭に係合する複数の係合部と、を含んでもよい。この場合、求められる強度や剛性に応じて、連結部の方向や位置を変更する等により、設計の自由度が高められている。

３本以上の杭は、同径の円管状をなしており、１本の柱は、その１本の柱の軸心が３本以上の杭の軸心の中心に位置するように設けられてもよい。この場合、各杭に対する柱の結合状態を均等にできるので、強度や剛性を確保しやすい。

複数の杭は３本以上の杭であり、その３本以上の杭は、正多角形の頂点の位置に配置されてもよい。この場合、複数の方向に対して水平剛性を高めることができる。全体として、強度や剛性が高められる。

１本の柱の下端部は、３本以上の杭の杭頭部同士を連結する３枚以上の連結板によって包囲されており、結合部は、連結板と１本の柱の下端部との間に打設されたモルタルまたはコンクリートを含み、１本の柱の下端部と３本以上の杭の杭頭部とを一体化してもよい。
１本の柱の下端部の外周面には複数の鋼板ジベルが固定されていてもよい。

本発明の別の態様は、地盤上に立設された複数の柱を有する橋脚を支持する橋脚基礎構造であって、地盤は、地震時の液状化に伴う側方流動における流動方向を有しており、複数の柱のうちの１本の柱に対して設けられ、水平方向に離間する複数の杭と、地盤内に設けられ、複数の杭同士を連結する少なくとも１つの連結具と、を備え、１本の柱の下端部は、複数の杭の杭頭部に結合されており、複数の杭に対して複数の連結具が設けられており、複数の連結具のうち、流動方向に沿って設けられた連結具が最も多いことを特徴とする。連結具が流動方向を横切るように設けられている場合には、連結具が地盤流動時の抵抗になり得るが、流動方向に沿って設けられた連結具が最も多いことにより、地盤流動時の抵抗が低減されると共に、流動方向に対して水平剛性が高められる。

本発明によれば、十分な強度や剛性をもった橋脚基礎構造が提供され、しかもフーチングレスな構造が有する利点を享受できる。

本発明の一実施形態に係る橋脚基礎構造の第１構成例を示す斜視図である。 図１の橋脚基礎構造の杭頭部付近の概略構造を示す斜視図である。 図２のIII−III線に沿う断面図であり、杭と柱の結合形態の一例を示す図である。 図４（ａ）は一実施形態に係る橋脚基礎構造における地震時の変形を示す図、図４（ｂ）はフーチングを有する従来の橋脚基礎構造における地震時の変形を示す図である。 橋脚基礎構造の第２構成例（杭が３本の場合）を示す斜視図である。 図５の橋脚基礎構造における柱と杭の結合形態の一例を示す断面図である。 橋脚基礎構造の第３構成例（杭が４本の場合）を示す斜視図である。 図７の橋脚基礎構造における柱と杭の結合形態の一例を示す断面図である。 変形形態に係る橋脚基礎構造の杭同士の連結構造を示す斜視図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、それぞれ、柱と杭の結合形態の他の例を示す図である。 他の変形形態に係る橋脚基礎構造の杭同士の連結構造を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る橋脚基礎構造の杭頭部付近の概略構造を示す断面図である。 図１２の橋脚基礎構造の杭頭部付近の概略構造を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

まず図１を参照して、一実施形態に係る橋脚基礎構造１０が適用される橋脚１と、この橋脚１を支持する橋脚基礎構造１０について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る橋脚基礎構造１０の第１構成例を示す斜視図である。図１に示されるように、橋脚１は、たとえば道路や鉄道等の地上の構造物に供される高架橋を支えるためのものである。橋脚１は、複数の鋼管柱２を有する鋼管集成橋脚（または多柱式橋脚）である。複数の（たとえば４本の）円筒状の鋼管柱２は、地盤Ｘ（図４参照）上において、互いに平行に立設されている。複数の鋼管柱２は、橋軸方向および橋軸直角方向に並ぶように配列されている。なお、複数の鋼管柱２の本数や配列は、この態様に限られない。

隣り合う２本の鋼管柱２は、水平方向に延びる横つなぎ材３によって連結されている。横つなぎ材３は、鋼板からなり、２本の鋼管柱２に対して、たとえば溶接等によって接合されている。横つなぎ材３は、地震発生時の水平荷重に対して抵抗する。地震発生時の損傷は横つなぎ材３に集約されやすくなっており、これにより、鋼管柱２の損傷が抑制される。なお、橋脚１は、上記とは別の構造が採用された鋼管集成橋脚であってもよい。横つなぎ材３は、水平方向に対して斜めに設けられてもよい。横つなぎ材３が省略されてもよい。

橋脚１の上端部には、上部構造に接続される梁部４が設けられている。橋脚１の下端部すなわち鋼管柱２の下端部２ａには、橋脚基礎構造１０が接続されている。橋脚基礎構造１０は、比較的軟弱な地盤Ｘに設けられて、橋脚１を支持するための杭基礎構造である。

図１および図２に示されるように、橋脚基礎構造１０では、１本の鋼管柱２に対して、この鋼管柱２を支持するための複数の杭１１が設けられる。本実施形態では、各鋼管柱２に対し、同様の橋脚基礎構造１０が設けられている。たとえば、水平方向に離間する２本の円管状の杭１１が、１本の鋼管柱２に接続されている。２本の杭１１は、たとえば、直径および長さが等しい鋼管杭である。２本の杭１１は、それらの軸心Ｌｂ（図３参照）が互いに平行となるように設けられている。橋脚１および橋脚基礎構造１０において、鋼管柱２の軸心Ｌａ（図３参照）および杭１１の軸心Ｌｂは、いずれも鉛直方向に延びる。２本の杭１１の各杭頭部１１ａが、１本の鋼管柱２の下端部２ａに結合されている。なお、杭１１は、ＰＨＣ杭等であってもよい。鋼管柱２に対する複数の杭１１の配置および結合形態については、後述する。

杭１１が鋼管杭である場合、杭１１の直径は、たとえば１，６００ｍｍ以下である。なお、杭１１がＰＨＣ杭である場合には、杭１１の直径は、たとえば１，２００ｍｍ以下であるが、１，０００ｍｍないし８００ｍｍ程度であってもよい。杭１１が鋼管杭である場合もＰＨＣ杭である場合も、比較的小径の杭が用いられることにより、施工機械が小さくて済む。

本実施形態の橋脚基礎構造１０は、複数の杭１１同士を連結する連結具１２を備える。橋脚基礎構造１０では、２本の杭１１に対して複数の連結具１２が設けられている。複数の連結具１２は、鉛直方向に所定の間隔をおいて設置されている。連結具１２は、たとえば水平方向に延びており、水平方向の両端が、２本の杭１１に結合されている。連結具１２は、地盤Ｘ内に設けられ、橋脚基礎構造１０の水平剛性を高める。

各連結具１２は、２本の杭１１のそれぞれが貫通する２個の円筒状のソケット（係合部）１３と、ソケット１３同士を連結する連結板（連結部）１４とを含む。ソケット１３の軸心は、杭１１の軸心Ｌｂに略一致している。ソケット１３と杭１１との間の隙間には、セメントミルクまたはモルタル等が充填されている。これにより、ソケット１３が杭１１に結合（係合）されている。連結板１４は、２本の杭１１の間で水平方向に延在すると共に、たとえば鉛直面に沿って延びる薄板状の部材である。２個のソケット１３は、連結板１４の水平方向（延在方向）の両端部に接合されている。図１および図２に示される例において、複数の連結具１２は、複数の杭１１を格子状に結合している。

これらの連結具１２は、上記特許文献１に記載の連結具とは異なり、杭１１よりも先行して、または杭１１と同時に、地盤Ｘに設けられる。橋脚基礎構造１０の構築方法については後述する。

図２および図３に示されるように、２本の杭１１は、１本の鋼管柱２の直径を挟むように配置されている。鋼管柱２の軸心Ｌａは、同径の円管状をなす２本の杭１１の軸心Ｌｂ，Ｌｂの中心に位置している。複数の杭１１が鋼管柱２に結合される橋脚基礎構造１０では、杭１１と杭１１との間隔は、鋼管柱２の直径に対応している。すなわち、杭１１と杭１１との間隔は、鋼管柱２に対する杭１１の結合が可能な大きさに設定される。２本の杭１１が用いられる場合、杭１１と杭１１との間隔は、鋼管柱２の直径と同程度であってもよいし、または鋼管柱２の直径の１．２倍以下であってもよい。なお、本明細書において、杭１１に関して「間隔」とは、杭１１の（軸心Ｌａではなく）外周面の間隔を意味する。

鋼管柱２の下端部２ａと杭１１の杭頭部１１ａとは、結合部２０によって結合されている。結合部２０としては、公知の種々の結合形態が採用され得る。たとえば、図３に示されるように、雌継手２１に雄継手２２を嵌合させた鋼管継手構造（特開２００７−４００５３号公報に記載の継手構造）が用いられてもよい。これらの雌継手２１および雄継手２２は、所定の長さにわたって鉛直方向に延在する。杭１１の外周面に棒状鋼材等が設けられ、雄継手２２の爪部と杭１１との間に間隔保持部材としてのスペーサ等が設けられてもよい（いずれも図示せず）。雌継手２１および雄継手２２によって形成された空間内にモルタル等が充填されてもよい。

複数の杭１１同士が連結され、鋼管柱２の下端部２ａに対してこれらの杭１１が結合された橋脚基礎構造１０では、フーチングは設けられておらず、フーチングレスな構造が実現されている。なお、鋼管柱２の下端部２ａには、コンクリート７が充填されてもよい。杭１１が鋼管杭である場合、杭頭部１１ａには、鋼管１６の内部にコンクリート１７が充填されてもよい。その場合に、杭１１の一般部１１ｂ（図１参照）にはコンクリート１７は充填されなくてもよい。

橋脚基礎構造１０では、さらに、地震時の液状化に伴う側方流動の方向が考慮されている。地盤Ｘによっては、側方流動の流動方向Ｄを特定できる場合がある。２本の杭１１は、上記したように鋼管柱２の直径を挟むように配置されるが、これらの２本の杭１１は流動方向Ｄに並んでいる（図３参照）。そして、連結具１２の連結板１４は、この流動方向Ｄに略一致するように設けられている。側方流動の方向を考慮した合理的な構造により、地盤Ｘの流動に対しても十分な剛性と耐力をもった杭基礎構造が実現されている。

図１では、橋脚１の鋼管柱２に対して、２本の杭１１を橋軸直角方向に並ぶように配置した例が示されているが、複数の杭１１の配置はこれに限られず、適宜に設定することができる。すなわち、流動方向Ｄが特定される場合、複数の杭１１の配置は、その流動方向Ｄに基づいて設定され得る。言い換えれば、複数の杭１１の配置は橋軸方向あるいは橋軸直角方向とは無関係に設定されてもよい。

続いて、橋脚基礎構造１０の構築方法（施工方法）について説明する。まず、連結具１２を地盤Ｘ上に仮置きする。連結具１２のソケット１３をガイドとして、ソケット１３内に杭１１を打設する。その後、必要な段数の連結具１２を順次地中に圧入する。杭１１の打設には、中堀工法、埋込工法、打撃工法、圧入工法、およびこれらの工法の併用など、各種の工法が適用され得る。翼付き鋼管杭の回転工法が適用される場合、ソケット１３に先端杭を挿通してから建て込み、中間杭以降は、杭を継ぎ足して打設することができる。

上記各種の工法以外にも、２本の杭１１からなる橋脚基礎構造１０を構築する場合は、連続柱列式地中壁の施工に使用される多軸オーガを用いた地盤撹拌を行ってもよい。すなわち、多軸オーガで土中を壁状に削孔し、掘削土砂とセメントミルクを混合攪拌して地盤をスラリー状とする。スラリー状となった地盤に、複数の連結具１２を事前に設置・固定して梯子状にした２本の杭１１を建て込んでもよい。その場合、連結具１２は、地中に圧入されることがない。

なお、連結具１２のソケット１３と杭１１間の隙間（空間）はジェットで洗浄し、その隙間に、セメントミルク或いはモルタル等を充填する。

本実施形態の橋脚基礎構造１０によれば、橋脚１の複数の鋼管柱２のうち１本の鋼管柱２に対し、複数の杭１１が設けられる。これらの複数の杭１１は、連結具１２によって連結されている。これにより、杭基礎構造としての十分な強度が確保される。そして、複数の杭１１の杭頭部１１ａが、１本の鋼管柱２の下端部２ａに結合されている。このように、鋼管柱２と杭１１を１対１の対応関係ではなく１対多の対応関係で設け、鋼管柱２の下端部２ａが各杭頭部１１ａに結合されることで、十分な強度や剛性をもった橋脚基礎構造１０が提供される。このような複数の杭１１からなる杭基礎構造は、流動化し得る地盤Ｘに対しても、優れた水平剛性を発揮する。また鋼管柱２に対して杭１１が直接に結合されるので、フーチングは省略されており、フーチングレスな構造が有する各種の利点を享受できる。

たとえば、図４（ｂ）に示される従来のフーチング有りの構造に比して、図４（ａ）に示される橋脚基礎構造１０は利点を有する。図４（ｂ）に示されるように、橋脚基礎構造１００は、複数の鋼管柱１０２と、横つなぎ材１０３と、梁部１０４とを含む橋脚１０１を有し、この橋脚１０１が杭１０５およびフーチング１０６によって支持されている。フーチング１０６は剛で変形しないので、その近くに配置された横つなぎ材１０３（水平材）の変形は、橋脚１０１の中段の横つなぎ材１０３（水平材）の変形よりも小さくなり得る。これに対し、図４（ａ）に示されるように、橋脚基礎構造１０では、橋脚１の鋼管柱２から杭１１までの全体が緩やかに変形するので、最下段の地表面付近の横つなぎ材３（水平材）には、中段の横つなぎ材３と同程度の変形が生じ得る。

さらには、橋脚基礎構造１０によれば、杭１１の引抜抵抗を増大させることができる。これにより、たとえば、橋脚１の回転変形を抑制することができる。

杭１１同士の連結には、連結板１４とソケット１３とを含む連結具１２が用いられる。この場合、求められる強度や剛性に応じて、連結具１２の方向や位置を変更する等により、設計の自由度が高められている。

１本の鋼管柱２は、その軸心Ｌａが複数の杭１１の軸心Ｌｂの中心に位置するように設けられているので、各杭１１に対する鋼管柱２の結合状態を均等にできる。これにより、強度や剛性を確保しやすい。

２本の杭１１で１本の鋼管柱２を挟み込むので、強度や剛性が高められている。特に、２本の杭１１が並んだ方向に対しては、水平剛性が高められている。橋脚基礎構造１０の構築方法においては、事前に連結具１２を設置しておき、これをガイドとして、多軸オーガ等で地盤を削孔して杭を打ち込むこともできる。

さらに、地盤Ｘが、地震時の液状化に伴う流動方向Ｄを有している場合に、連結具１２によって連結された２本の杭１１が、その流動方向Ｄに並んでいる。この場合、流動化し得る地盤Ｘに対して、剛性の高い杭基礎構造が実現されている。

橋脚基礎構造１０によれば、多数本の杭１１を含む杭基礎でありながら、鋼管柱２と同じ本数の杭を有する杭基礎構造（１柱１杭形式の構造）に比べ、水平剛性がはるかに高くなっている。杭１１の地中部をコンクリート製とすると、耐久性が更に高められる。

比較的小径の杭１１が用いられることにより、施工機械が小さくて済む。個々の杭１１は、通常の中堀併用で施工できる。ソケット１３を含む連結具１２をガイドとして打ち込むことで、杭位置の施工誤差を小さくできる。

杭１１の間隔を適宜に設定することにより、鋼管柱２の直径に容易に対応できる。そのため、鋼管柱２と杭１１の径の選択の自由度が高くなっている。

連結具１２の連結板１４を杭１１よりも先行降伏させることで、地震後の橋梁支持機能を維持できる。

杭１１の強度および剛性を確保することで、地震後の点検・補修が困難な地中部の部材の損傷を防止することができる。それと同時に、剛なフーチングがないことにより、従来構造の鋼管集成橋脚のフーチング近傍の水平材の変形を大きくすることができ（図４（ａ）参照）、下部構造全体としてのエネルギー吸収性能を高めることができる。

続いて、橋脚基礎構造１０の他の構成例について説明する。図５は、橋脚基礎構造の第２構成例（杭１１が３本の場合）を示す斜視図である。図６は、図５の橋脚基礎構造における鋼管柱２と杭１１の結合形態の一例を示す断面図である。図５および図６に示されるように、この橋脚基礎構造では、１本の鋼管柱２に対して、３本の杭１１が設けられる。そして、３本の杭１１に対して、複数の連結具１２Ａ（図５では最上段の連結具１２Ａのみ図示されている）が設けられている。

連結具１２Ａは、３本の杭１１のそれぞれが貫通する３個の円筒状のソケット（係合部）１３と、ソケット１３同士を連結する３枚の連結板（連結部）１４とを含む。各杭１１に対する連結具１２Ａの結合形態は、上記した第１構成例と同様である。

この橋脚基礎構造において、３本の杭１１は、正三角形の頂点の位置に配置されている。すなわち、３本の杭１１の軸心Ｌｂは、軸心Ｌｂに垂直な断面において、正三角形の頂点に位置している。鋼管柱２の軸心Ｌａは、同径の円管状をなす３本の杭１１の軸心Ｌｂの中心に位置している。杭１１と杭１１との間隔は、鋼管柱２に対する杭１１の結合が可能な大きさに設定される。３本の杭１１が用いられる場合、杭１１と杭１１との間隔は、鋼管柱２の直径と同程度であってもよいし、または鋼管柱２の直径以下であってもよい。３本の杭１１の間隔を適切に調整することにより、鋼管柱２の直径に容易に対応することができる。

図６に示されるように、鋼管柱２の下端部２ａは、３本の杭１１の間に配置されて、３本の杭１１および連結具１２Ａによって包囲されている。３本の杭１１の各杭頭部１１ａが、結合部２０Ａを介して、１本の鋼管柱２の下端部２ａに結合されている。鋼管柱２の下端部２ａの埋め込み長さは、鋼管柱２の直径の１倍から２倍程度であってよい。

以下、鋼管柱２に対する杭１１の結合形態（結合部２０Ａ）について説明する。鋼管柱２の外周面には、複数の鋼板ジベル１８が溶接等によって固定されている。鋼板ジベル１８には、複数の孔が形成されていてもよい。複数の孔は、軸方向に１列または複数列に並んでいてもよい。鋼板ジベル１８は、鋼管柱２の外周面に垂直に取り付けられる。鋼板ジベル１８は、鋼管柱２の周方向において、間隙の大きい位置に配置されてもよい。このような配置の工夫により、鋼管柱２の外周に突出する鋼板ジベル１８を支障なく配置することができる。連結具１２Ａと鋼管柱２との間には、モルタルまたはコンクリート等の結合材２３が打設され、結合材２３によって、鋼管柱２と杭１１が一体化されている。この構造は、杭１１が鋼管杭であってもＰＨＣ杭であっても同様である。なお、ソケット１３の内周面には、間隔保持部材としてのフラットバー１９が固定されてもよい。

鋼板ジベル１８を用いた構造は、鋼管柱２自体の断面欠損がなく、製作性もよいという利点がある。

橋脚基礎構造の構築方法（施工方法）について説明すると、ソケット１３を含む連結具１２Ａを地盤Ｘ上に設置し，それをガイドにして杭１１を打設する。ソケット１３と杭１１との間の隙間に、グラウトまたはモルタル等（図示せず）を充填し、連結具１２Ａと杭１１を一体化する。なお、地中深部に連結具１２Ａを配置する場合は、連結具１２Ａの上に連結具１２Ａを重ねてから杭１１を打設し、地中部に連結具１２Ａを圧入してもよい。次いで、連結具１２Ａで囲まれた部分の土砂を掘削して、鋼管柱２を建込み、モルタルまたはコンクリート等の結合材２３を打設し、鋼管柱２と杭１１を一体化する。

３本の杭１１を有する橋脚基礎構造によっても、上記した第１構成例と同様の作用・効果が奏される。特に、平面視三角形の位置に配置された３本の杭１１の中心に鋼管柱２を立てるため、鋼管柱２の直径に容易に対応できる。

正三角形（正多角形）の頂点の位置に配置された杭１１によれば、複数の方向に対して水平剛性を高めることができる。全体として、強度や剛性が高められる。

なお、鋼管柱２に対する杭１１の結合形態として、他の結合形態（ずれ止め）が用いられてもよい。たとえば、鋼管柱２の表面に異形鉄筋や頭付きスタッドを溶接する方法、鋼管柱２自体を縞鋼板などの表面に凹凸のある鋼材とする方法などが挙げられる。本実施形態においても、いずれの方法も適用可能である。鋼管柱２の埋め込み長さや板厚、充填コンクリートの強度などに応じて、適宜に設計可能である。

また、鋼管柱２自体に複数の孔を設けてもよい。上記した孔あきの鋼板ジベル１８を用いる場合でも、鋼管柱２に孔を設ける場合でも、孔を貫通する鉄筋を配置して、ずれ耐力を高めることも可能である。鋼管柱２に孔を設ける形態は、連結具１２Ａで囲まれた空間と鋼管柱２との間のスペースに余裕がなくても、鋼管柱２を配置して杭１１と結合できるという利点がある。なお、鋼管柱２に孔を設けると、鋼管柱２自体に断面欠損が生じるので、鋼管柱２に発生する応力度に余裕を持たせることが必要である。

続いて、橋脚基礎構造１０の更に他の構成例について説明する。図７は、橋脚基礎構造の第３構成例（杭１１が４本の場合）を示す斜視図である。図８は、図７の橋脚基礎構造における鋼管柱２と杭１１の結合形態の一例を示す断面図である。図７および図８に示されるように、この橋脚基礎構造では、１本の鋼管柱２に対して、４本の杭１１が設けられる。そして、４本の杭１１に対して、複数の連結具１２Ｂ（図７では最上段の連結具１２Ｂのみ図示されている）が設けられている。

連結具１２Ｂは、４本の杭１１のそれぞれが貫通する４個の円筒状のソケット（係合部）１３と、ソケット１３同士を連結する４枚の連結板（連結部）１４とを含む。各杭１１に対する連結具１２Ｂの結合形態は、上記した第１構成例、第２構成例と同様である。

この橋脚基礎構造において、４本の杭１１は、たとえば正方形の頂点の位置に配置されている。すなわち、４本の杭１１の軸心Ｌｂは、軸心Ｌｂに垂直な断面において、正方形の頂点に位置している。鋼管柱２の軸心Ｌａは、同径の円管状をなす４本の杭１１の軸心Ｌｂの中心に位置している。杭１１と杭１１との間隔は、鋼管柱２に対する杭１１の結合が可能な大きさに設定される。４本の杭１１が用いられる場合、杭１１と杭１１との間隔は、鋼管柱２の直径と同程度であってもよいし、または鋼管柱２の直径以下であってもよい。４本の杭１１が用いられる場合、杭１１の本数が多い分、鋼管柱２の直径に比して杭１１の間隔を狭くできる。

図８に示されるように、鋼管柱２の下端部２ａは、４本の杭１１の間に配置されて、４本の杭１１および連結具１２Ｂによって包囲されている。４本の杭１１の各杭頭部１１ａが、結合部２０Ｂを介して、１本の鋼管柱２の下端部２ａに結合されている。鋼管柱２の下端部２ａの埋め込み長さは、鋼管柱２の直径の１倍から２倍程度であってよい。

鋼管柱２に対する杭１１の結合形態、および、橋脚基礎構造の構築方法（施工方法）は、上記した第２構成例と同様である。この第３構成例においても、鋼板ジベル１８等が用いられ得る。

４本の杭１１を有する橋脚基礎構造では、地震時の液状化に伴う流動方向Ｄを考慮して連結具１２，１２Ｂが設けられてもよい。すなわち、上記したような４個のソケット１３と４個の連結板１４とを含む連結具１２Ｂが用いられてもよいが、これに加えて又はこれに代えて、２個のソケット１３と２個の連結板１４とを含む第１構成例の連結具１２が用いられてもよい。４本の杭１１を平面視正方形に配置し、４本の杭１１に対して複数の連結具１２が設けられてもよい。複数の連結具１２のうち、流動方向Ｄに沿って設けられた連結板１４（連結具１２）が最も多くされてもよい。これにより、流動方向Ｄに対して強度と剛性の高い平面トラスが構成される。なお、流動方向Ｄに垂直な方向に沿って設けられる連結板１４（連結具１２）は、最小段数とする。

４本の杭１１を有する橋脚基礎構造によっても、上記した第１構成例・第２構成例と同様の作用・効果が奏される。

また、流動化し得る地盤Ｘに対して、剛性の高い杭基礎構造が実現される。連結具１２が流動方向Ｄを横切るように設けられている場合には、連結具１２が地盤流動時の抵抗になり得るが、流動方向Ｄに沿って設けられた連結具１２が最も多いことにより、地盤流動時の抵抗が低減されると共に、流動方向Ｄに対して水平剛性が高められている。

連結具１２、１２Ａ、１２Ｂにおける連結板１４の延在方向は、水平方向に限られない。図９は、変形形態に係る橋脚基礎構造１０Ｃの杭１１同士の連結構造を示す斜視図である。図９に示されるように、橋脚基礎構造１０Ｃでは、連結具１２Ｃの連結板１４は、杭１１と杭１１との間において、水平方向に対して角度（鋭角）をなす方向に延在している。これにより、１つの連結具１２Ｃにおいて、ソケット１３の高さが異なっている。複数の連結具１２Ｃが、上下を逆にして交互に重ねられるように設けられてもよい。図９に示される例において、複数の連結具１２Ｃは、複数の杭１１を平面トラス状に結合している。２本、３本、または４本の杭１１を有する橋脚基礎構造において、このような平面トラス状の連結構造が形成されてもよい。

平面トラス状の橋脚基礎構造は、上記した橋脚基礎構造１０と同様の方法で構築（施工）され得る。２本の杭１１からなる橋脚基礎構造１０Ｃを構築する場合は、連続柱列式地中壁の施工に使用される多軸オーガを用いた地盤撹拌を行ってもよい。すなわち、多軸オーガで土中を壁状に削孔し、掘削土砂とセメントミルクを混合攪拌して地盤をスラリー状とする。スラリー状となった地盤に、複数の連結具１２Ｃを事前に設置・固定して平面トラス状にした２本の杭１１を建て込んでもよい。その場合、連結具１２Ｃは、地中に圧入されることがない。

平面トラス状の連結構造によれば、地震時の杭１１の曲げが小さくなる。また、流動方向Ｄを考慮して、平面トラス状の連結構造が流動方向Ｄに沿って多く設けられてもよい。

図１０を参照して、鋼管柱２と杭１１の結合形態の他の例について説明する。図１０（ａ）に示されるように、１つの柱用孔２６ａと、複数の（たとえば２つの）杭用孔２６ｂとが形成された結合部材２６が用いられた結合部２０Ｄが採用されてもよい。柱用孔２６ａは、鋼管柱２の直径に対応しており、鋼管柱２の下端部２ａが挿入可能である。杭用孔２６ｂは、杭１１の直径に対応しており、杭１１の杭頭部１１ａが挿入可能である。図１０に示される鋼管柱２および杭１１の配置は、図３に示される鋼管柱２および杭１１の配置と同様である。結合部材２６は、たとえば、これらの柱用孔２６ａおよび杭用孔２６ｂを取り囲む楕円形(または小判型や円形でもよい)の外形を有している。結合部材２６は、たとえば高強度コンクリート製であり、スパイラル状の補強鋼材（図示せず）が埋設されている。このような蓮根状の部材である結合部材２６の柱用孔２６ａおよび杭用孔２６ｂに鋼管柱２および杭１１がそれぞれ挿入され、遊間に、グラウトないしモルタルが打設されて一体化されている。

結合部２０Ｄを構築する際は、地盤Ｘの表面を掘削し、まず結合部材２６を設置し、杭用孔２６ｂをガイドとして２本の杭１１を打設して一体化する。次いで、鋼管柱２を建て込む。この場合も、鋼管杭およびＰＨＣ杭のいずれもが使用可能である。鋼管柱２の下端部２ａの埋め込み長さは、鋼管柱２の直径の１倍から２倍程度であってよい。柱２および杭１１が鋼管である場合、鋼管柱２および杭１１が結合部材２６の中に埋設される部分には、中詰めコンクリートを打設する。

なお、地中深部に連結具１２を配置する場合は、その連結具１２の上に、結合部材２６を重ねてから杭１１を打設し、地中部に連結具１２を圧入してもよい。次いで、結合部材２６の柱用孔２６ａの土砂を掘削して、鋼管柱２を建込み、モルタルまたはコンクリート等の結合材２３を打設して鋼管柱２と結合部材２６を一体化する。

結合部材２６を用いる場合において、鋼管柱２および杭１１の表面に凹凸を設け、ずれ抵抗を高めてもよい。ＰＨＣ杭の場合には、表面を目粗し、あるいは製造時に凹凸を付けてもよい。鋼管杭の場合には、表面に、鋼管の軸直角方向に異形鉄筋や丸鋼を溶接してもよい。

また、図１０（ｂ）に示されるように、柱用孔２６ａおよび杭用孔２６ｂは、独立した孔ではなく、互いに連通した孔であってもよい。

連結具は、ソケット１３を含むものに限られない。図１１を参照して、他の変形形態に係る橋脚基礎構造の杭同士の連結構造について説明する。図１１に示されるように、杭１１と杭１１とが、これらの間に延在するつなぎ材（連結部）３２と、つなぎ材３２の延在方向の両端部に設けられた係合部３３とを含む鋼板製の連結具３０によって連結されてもよい。Ｔ字状の係合部３３は、杭１１の外周面に設けられた雌継手３１に係合している。雌継手３１には鋼管矢板の継手が用いられ得る。連結具３０は、後から地中に挿入可能な構造であってもよい。雌継手３１および連結具３０の係合部３３によって形成された空間内にモルタル等が充填されてもよい。

雌継手３１に係合する係合部３３を両端に有する連結具３０を用いた連結構造によれば、上記したソケット１３を含む連結構造と同様、杭１１全体の剛性が高められる。また、鋼管矢板の継手が用いられることにより、杭１１を打設した後からでも、連結具３０を容易に挿入することができる。杭を上下に分割して施工する必要等はない。図１１に示されるように、つなぎ材３２を縦、横、斜めのあらゆる方向に容易に設けることができる。図２に示される格子状の連結構造、図５に示される三角形状の連結構造、図７に示される四角形状の連結構造、図９に示される平面トラス状の連結構造のいずれも、容易に形成することができる。

次に、図１２および図１３を参照して、他の実施形態に係る橋脚基礎構造について説明する。図１２は、他の実施形態に係る橋脚基礎構造の杭頭部１１ａ付近の概略構造を示す断面図である。図１３は、その橋脚基礎構造の杭頭部１１ａ付近の概略構造を示す斜視図である。なお、図１２に示されるように、この橋脚基礎構造では、１本の鋼管柱２に対して、４本の杭１１が設けられる。杭１１は、たとえば鋼管杭である。４本の杭１１に対して、複数の連結具（図示せず）が設けられている。杭１１同士を連結するための連結具としては、上記したいずれの連結具が用いられてもよい。ソケット１３を含む連結具１２が用いられる場合は、連結板１４は極短くされる。なお、図１３では、４本の杭１１のうち１本の杭１１のみが図示されており、残りの３本の杭１１の図示は省略されている。

この橋脚基礎構造において、４本の杭１１は、たとえば正方形の頂点の位置に配置されている。すなわち、４本の杭１１の軸心Ｌｂは、軸心Ｌｂに垂直な断面において、正方形の頂点に位置している。鋼管柱２の軸心Ｌａは、同径の円管状をなす４本の杭１１の軸心Ｌｂの中心に位置している。本実施形態の結合部２０Ｅが上記実施形態と違う点は、平面視において（すなわち軸心Ｌａの方向から見て）、複数の杭１１に鋼管柱２が重なっている点である。４本の杭１１は、上記実施形態に比して、より近接して打設されている。杭１１と杭１１との間隔は、鋼管柱２の直径以下である。

なお、この場合でも、鋼管柱２は、複数の杭１１の外周面に外接する１つの大きな仮想円の範囲内に収まっている。この点に関しては、上記実施形態と変わらず共通している。

図１３に示されるように、杭１１の杭頭部１１ａは、周壁部１１ｃ（鋼管柱２の軸心Ｌａから遠い側の周壁部、瓦せんべい形状の周壁部）を残して、切り欠かれている。切欠きが形成される範囲は、たとえば、杭１１の軸心Ｌｂを中心として１８０度以上である。切欠きの範囲は、杭１１の軸心Ｌｂを中心として１８０度未満であってもよい。切欠きの下端の境界部には、補剛のためのドーナツ状の補強板３６が溶接されている。周壁部１１ｃの周方向の両端に形成された鉛直方向に延びる端縁１１ｄ，１１ｄは、鋼管柱２に対して溶接等により直接接合されている。なお、杭１１は、公知の鋼管継手等によって鋼管柱２に接合されてもよい。杭１１の周壁部１１ｃと鋼管柱２とによって囲まれた空間（杭１１の内部）と鋼管柱２の内部には、コンクリート１７，７が打設される。図１２に示されるように、鋼管柱２の下端部２ａおよび４本の杭１１の杭頭部１１ａの全体を拘束する補強用の拘束部材３７が設けられてもよい。

このように、鋼管柱２の下端部２ａは、４本の杭の切欠きに嵌め込まれると共に、４本の杭１１の周壁部１１ｃによって包囲されている。４本の杭１１の各杭頭部１１ａの切欠きの端縁１１ｄ，１１ｄが、１本の鋼管柱２の下端部２ａに結合されている。

他の実施形態に係る橋脚基礎構造によっても、上記実施形態と同様の作用・効果が奏される。また、鋼管柱２を杭１１に重複するように設け、杭１１の切欠きに鋼管柱２を嵌め込む構造であるため、鋼管柱２の直径に対応させることも容易である。たとえば杭１１の直径に制限がある場合でも、杭１１の本数、杭１１の間隔、切欠きを形成する範囲等を調整することにより、十分な強度や剛性をもった橋脚基礎構造が実現され得る。

１本の鋼管柱２は、その軸心Ｌａが複数の杭１１の軸心Ｌｂの中心に位置するように設けられているので、各杭１１に対する鋼管柱２の結合状態を均等にできる。これにより、強度や剛性を確保しやすい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。

たとえば、各鋼管柱２に対して、同様の橋脚基礎構造が設けられる場合に限られない。橋脚１の複数の鋼管柱２のうち、少なくとも１本の鋼管柱２に対して本発明の橋脚基礎構造が設けられればよい。複数の鋼管柱２に対して本発明の橋脚基礎構造が設けられる場合に、ある鋼管柱２と、別の鋼管柱２とにおいて、異なる形態の橋脚基礎構造が適用されてもよい。たとえば、鋼管柱２によって、複数の杭１１が並べられる方向（連結部の向き）が異なってもよいし、杭１１の本数が異なってもよい。

ソケット１３を含む連結具１２は、杭１１をガイドとして圧入される工法に限られない。杭１１と連結具１２をあらかじめ所定の位置に設置・固定したものに対して、複数本の杭１１を同時に打設してもよい。少なくとも、ソケット１３の内面と杭１１に多少の遊間（隙間）を設けつつ、杭１１の軸方向には移動しないようなせん断キーを設ければよい。そして、連結具１２に取り付けられる複数の杭１１を、少しずつ、順次打設していけば、連結具１２を後から圧入する必要はない。

また、たとえば、翼付き鋼管杭の回転工法が採用される場合には、ソケット１３の中で鋼管杭が軸周りに回転可能であるが軸方向には移動できないように取付け、連結具１２に取り付けられる複数の杭１１を同時に回転圧入して杭１１を打設すれば、連結具１２の圧入を同時に行うこともできる。

１…橋脚、２…鋼管柱（柱）、３…横つなぎ材、１０、１０Ｃ…橋脚基礎構造、１１…杭、１１ａ…杭頭部、１１ｂ…一般部、１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…連結具、１３…ソケット、１４…連結板、２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｅ…結合部、３０…連結具、Ｄ…流動方向、Ｌａ…（柱の）軸心、Ｌｂ…（杭の）軸心、Ｘ…地盤。

Claims (7)

1. 地盤上に立設された複数の柱を有する橋脚を支持する橋脚基礎構造であって、
   前記地盤は、地震時の液状化に伴う側方流動における流動方向を有しており、
   前記複数の柱のうちの１本の柱に対して設けられ、水平方向に離間し前記１本の柱の下端部を包囲するように配置された３本以上の杭と、
   前記地盤内に設けられ、前記３本以上の杭同士を連結する少なくとも１つの連結具であって、前記３本以上の杭のうちいずれか２本の杭の間で鉛直面に沿って延びると共に当該２本の杭同士を連結する連結板を含む連結具と、を備え、
   前記１本の柱の前記下端部は、前記連結板と結合部とを介して前記３本以上の杭の杭頭部に結合されており、
   前記連結板によって連結された前記２本の杭は前記流動方向に並んでおり、当該連結板も前記流動方向に略平行に向けられていることを特徴とする、橋脚基礎構造。
2. 前記連結具は、
   前記３本以上の杭の間に延在する前記連結板と、
   前記連結板の延在方向の端部に設けられて前記３本以上の杭に係合する複数の係合部と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の橋脚基礎構造。
3. 前記３本以上の杭は、同径の円管状をなしており、
   前記１本の柱は、前記１本の柱の軸心が前記３本以上の杭の軸心の中心に位置するように設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の橋脚基礎構造。
4. 前記３本以上の杭は、正多角形の頂点の位置に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の橋脚基礎構造。
5. 前記１本の柱の前記下端部は、前記３本以上の杭の杭頭部同士を連結する３枚以上の前記連結板によって包囲されており、
   前記結合部は、前記連結板と前記１本の柱の前記下端部との間に打設されたモルタルまたはコンクリートを含み、前記１本の柱の前記下端部と前記３本以上の杭の前記杭頭部とを一体化することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の橋脚基礎構造。
6. 前記１本の柱の前記下端部の外周面には複数の鋼板ジベルが固定されていることを特徴とする、請求項５に記載の橋脚基礎構造。
7. 地盤上に立設された複数の柱を有する橋脚を支持する橋脚基礎構造であって、
   前記地盤は、地震時の液状化に伴う側方流動における流動方向を有しており、
   前記複数の柱のうちの１本の柱に対して設けられ、水平方向に離間する複数の杭と、
   前記地盤内に設けられ、前記複数の杭同士を連結する少なくとも１つの連結具と、を備え、
   前記１本の柱の下端部は、前記複数の杭の杭頭部に結合されており、
   前記複数の杭に対して複数の前記連結具が設けられており、複数の前記連結具のうち、前記流動方向に沿って設けられた前記連結具が最も多いことを特徴とする、橋脚基礎構造。

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