JPH05280046A - 地盤振動遮断機能を備えた基礎杭 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】地盤振動遮断性能を落とさずに建築物の地震時
の安定を確保することができる基礎杭。 【構成】円形断面の既製杭を用いる建築物の基礎杭にお
いて、基礎杭本体２の上部に一定の間隔を保って同心円
状に十分な剛性を有する鋼管３を配置し、上記基礎杭本
体２と鋼管３との隙間またはその一部に地盤振動を遮断
するための防振材４を取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築物に伝わる小さな
地盤振動を遮断する機能を備えた基礎杭に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】宿泊施設やホール、精密部品製造設備な
どを有する建築物では、その周辺にある道路、鉄道、工
場等で発生した小さな振動が地盤を介して当該建築物に
伝わり、その環境や機能を害するという振動公害が各地
で発生している。

【０００３】かかる振動に対して、特公昭６０−２４６
１号に、図１０に示すように、建築物１２の地下外壁１
５と周囲の地盤または山留壁１３との間にゴムなどの防
振材１４を配置するものがある。

【０００４】また、基礎杭について、特開昭６３−１４
９２８号に、基礎杭の周囲に柔らかい防振材を設けるこ
とが提案されている。しかし、実際に地盤振動遮断機能
を備えた基礎杭が本格的に施工されたことはない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】地盤振動遮断機能を備
えた基礎杭の本格的な施工例がないのにはいくつかの理
由があるが、なかでも大きな問題点は防振材に作用する
常時の土圧と地震時の建築物の慣性力による圧力であ
る。

【０００６】小さな地盤振動を効果的に遮断するために
は、防振材は大変柔らかくしなければならない。正確に
表現するならば、基礎杭周面の単位面積当りの防振材の
バネ係数が地盤振動を十分反射させるに十分な小さな値
である必要がある。

【０００７】発明者の研究によると、例えばＮ値が３の
粘土地盤を伝播する１０Ｈｚの小さな振動を５分の１に
低減するためには、防振材の水平方向圧縮バネ係数をＫ
＝５／cm／ｍ² 程度に抑える必要がある。

【０００８】ところが、杭には常時土圧が作用してお
り、これが直接防振材に作用すると防振材は大きく圧縮
される。例えば、深さ５ｍで考えると、Ｐ＝１．７ｔ／
ｍ³ ×５ｍ×０．７で、ほぼ６ｔ／ｍ² 程度の圧力が防
振材に作用する。

【０００９】今、防振材の水平方向厚さｔを５cmとする
と、圧縮歪みεは、ε＝Ｐ／（Ｋ・ｔ）＝６÷（５×
５）＝０．２４となり、防振材の弾性限界または使用限
界を超えてしまう。

【００１０】地震時には、建築物に生じる慣性力によ
り、さらに大きな圧力が防振材に作用する。その結果、
防振材には塑性変形や圧縮破壊が生じて、建築物の安定
性を損なうことになる。

【００１１】したがって、実際には、振動遮断性能をあ
る程度犠牲にして、常時の土圧や地震時の圧力に耐える
だけの水平方向圧縮バネ係数を確保せざるを得ないのが
現状である。本発明は上記のような問題点を解消できる
ようにした地盤振動遮断機能を備えた基礎杭を提供する
ことを課題とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の地盤振動遮断機
能を備えた基礎杭は、円形断面の既製杭を用いる建築物
の基礎杭において、基礎杭本体の上部に一定の間隔を保
って同心円状に鋼管を配置し、上記基礎杭本体と鋼管と
の隙間またはその一部に地盤振動を遮断するための防振
材を取り付けてなり、上記鋼管は、該鋼管に偏土圧が作
用したとき変形して、上記防振材の一部に防振性能を著
しく低下させる程度の圧縮量を発生させないに十分な剛
性を有することを特徴とするものである。

【００１３】また、防振材は、その水平方向圧縮バネ係
数が、圧縮量が小さい場合は地盤振動を遮断するに十分
な小さな値を有し、圧縮量が大きい場合は建築物の地震
時安定性を保持するに十分な大きな値を有するように、
寸法と形状が調整されたゴムまたは樹脂から形成されて
いる。

【００１４】

【作用】まず、請求項１の構成の作用について説明す
る。

【００１５】基礎杭本体を地盤振動から遮断するために
は、まず基礎杭本体の周面に周囲の地盤が接しないよう
にする必要がある。そのため基礎杭本体の周囲を覆う必
要があり、振動遮断の対象とする基礎杭本体の上部に、
これより径の大きい鋼管を同心円状に配置することによ
り達成される。

【００１６】この鋼管には常時地盤からの圧力（土圧）
が働いているが、円形断面の鋼管を用いることにより効
果的に土圧に抵抗する（鋼管の変形を抑える）ことがで
きる。すなわち、図２に示すように、土圧は基本的には
鋼管３の中心に向かう等分布の圧力である。このとき鋼
管が円形断面であると、鋼管には円周方向の圧縮応力５
だけが発生して曲げ応力は発生しない。従って土圧が作
用しても鋼管はほとんど変形しないという利点が発揮で
きる。その結果、防振材４には土圧による水平方向圧縮
力が働かないため、防振材を地盤振動するに十分な程度
に柔らかくすることが可能となる。

【００１７】しかし、現実の土圧はかならずしも等分布
でなく、地盤性状の不均一や地盤振動が方向性をもつな
どの理由により、図３（ａ）に示すように、２〜３割程
度の偏土圧６が発生する。偏土圧６が作用すると、鋼管
が円形断面であっても曲げ応力が発生して鋼管は歪み、
その結果防振材４の一部には土圧による圧縮力が生じ
る。

【００１８】そこで、本発明においては、鋼管３の剛性
をあげる（実際には鋼管の板厚を増やす）ことで、圧縮
力を一定以下に抑えることが可能となる。鋼管の板厚
は、防振材の分布状態と偏土圧の分布状態を仮定するこ
とで容易に決定することができる。次に請求項２の構成
の作用について説明する。

【００１９】地盤振動遮断機能を高めるためには、防振
材は大変柔らかい材料にする必要がある。振動公害をも
たらす地盤振動による基礎杭への圧力は大変小さく１ｔ
／ｍ² にも満たない。このため、防振材は大変柔らかく
てもその圧縮量は微々たるものであり、問題とならな
い。

【００２０】一方、地震時に発生する建築物の水平方向
慣性力による圧力は大変大きく、１０〜１００ｔ／ｍ²
程度である。この圧力は一定の方向に向かって基礎杭本
体→防振材→鋼管→地盤の経路で伝わるが、その方向に
配置されている防振材には大きな圧縮力が働く。このた
め、防振材の水平方向圧縮バネ係数が地盤振動遮断に十
分な程度に小さいと、防振材の圧縮量は大変大きくなっ
て、塑性変形や圧縮破壊が生じる可能性が高くなり、ひ
いては建築物の水平方向安定性を損なうことになる。

【００２１】そこで、本発明においては、圧縮量が小さ
いときには、水平方向圧縮バネ係数が地盤振動遮断に十
分な程度に小さく、圧縮量が大きいときには、建築物の
地震時の安定性を確保するに十分な程度に大きな値を持
つ防振材を用いることにより解決される。

【００２２】防振材は、地震時の安定性を確保できる程
度の硬さになると、地盤振動遮断機能はほとんど失われ
るが、先に述べた土圧のように常時作用するものでな
く、一時的な現象のため、実用上なんら問題にならな
い。

【００２３】上記の性質を持った防振材は、一般に用い
られているゴムやウレタンなどの樹脂を特殊な形状に成
形することにより容易に得ることができる。また、材料
特性を調整するために発泡したものを使用することも可
能である。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。本発明の特徴を表わす基本概念図を図１に示す。

【００２５】ここで１は小さな振動をしている地盤であ
り、２は円形断面を有する既製の基礎杭本体であり、鋼
管杭やＰＣ杭がこれにあたる。３は、地盤１が基礎杭本
体２に接しないようにすると共に、偏土圧による防振材
４への圧力を軽減するための円形断面の鋼管（外管）で
ある。

【００２６】鋼管３及び防振材４の設置範囲を基礎杭本
体の上部に限定しているのは、基礎杭本来の機能である
支持力を確保するためである。地盤振動は一般に地中深
くなるにしたがい減少するので、振動遮断性能の低下は
実用上問題とならない。図２は、鋼管（外管）３に周囲
から等分布の土圧５が作用した状態を表しているが、こ
の場合鋼管には曲げ応力が発生しないので、ほとんど変
形しない。

【００２７】一方、図３（ａ）は、外管に偏土圧６が作
用している状態を示しているが、外管３の剛性が小さい
場合、図３（ｂ）に示すように、外管３が歪んでしま
い、防振材４の一部に大きい圧縮量が発生する。

【００２８】図４は、主として建築物の慣性力から生じ
る地震時の水平力（圧力）７が、基礎杭本体２を介して
防振材４に作用している状態図である。防振材が本発明
の要件を満たしていない場合、すなわち地震時に防振材
の水平方向圧縮バネ係数が増大しない場合、図４に示す
ように、水平力作用方向に位置する防振材には大変大き
な圧縮量が生じてしまう。図５は、これらの現象をグラ
フで表示したものである。

【００２９】防振材の水平方向圧縮バネ係数が、図５
（ａ）に示した例のように、圧縮量が小さい段階（Ｃ
２）では大変小さく、圧縮量がある限界（Ｃ４）を超え
ると急激に大きくなる特性をもつ場合、図５（ｂ）に示
すように、設計上の地震力（Ｐ４）が作用しても防振材
の圧縮量は許容値（Ｃ５）以内に抑えることが可能であ
る。図６は、本発明を最も効果的に利用している例を表
したものである。

【００３０】８は駅ビルなど線路上空の建築物である。
営業中の線路の上に建てる建築物は、一般に地下室やフ
ーチングなど、基礎杭を除いて地下部がないかあるいは
極めて小規模であるため、実用上基礎杭のみに地盤振動
遮断装置を配置すればよい。

【００３１】１０は、建築物の柱であるがフーチングが
ないため、基礎杭本体２の中に充填したコンクリートの
中に設置したものである。このような構造にすることに
より、振動源（電車）が近くて地表付近に大きな地盤振
動が生じている場合でも効果的に遮断することができ
る。

【００３２】なお、ずれ止め金具１１は、鋼管（外管）
３が所定の位置から下方にずれないようにするための金
具であり、鋼管の建込時や地盤沈下が生じたときにその
機能を発揮するものである。図７は、防振材の配置例で
ある。

【００３３】図７（ａ）は、帯状の防振材４ａを管軸に
沿わせて配置したものであり、図７（ｂ）は、ブロック
状の防振材４ｂを離散状に配置した例である。実際にど
のように配置するかは、鋼管（外管）３の剛性や防振材
４の圧縮特性、製作方法、取付けの難易などを考慮して
決めればよい。図８は、請求項２の要件を満たすべく成
形した防振材の例である。

【００３４】これは、防振材の断面積がベース部から外
側にいくに従って小さくなっているものである。（ａ）
は圧縮されていない状態図であり、（ｂ）は偏土圧を受
けているときの状態図、（ｃ）は地震時の圧力を受けて
いる状態図である。このような形状であれば、圧縮バネ
係数を圧縮量に応じて変化させることが可能である。図
９は他の形状の防振材の例である。

【００３５】図８の例と同様に、いずれも寸法、形状を
調整することにより、図５のグラフに示したような圧縮
特性を得ることができる。図９（ｃ）の例は、基礎杭本
体と鋼管との隙間の幅が一定でなくとも無理なく設置で
きるように考慮したものである。これらの防振材は、い
ずれもゴムやウレタン樹脂など弾性に富んだ材料を型枠
の中に注入することにより容易に、かつ安価に製作する
ことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、基礎
杭本体の周囲を剛性の高い円形断面の鋼管で囲むように
構成したので、土圧による防振材に働く圧縮力を大変小
さくできる。その結果、防振材として大変柔らかいもの
を用いることができる。

【００３７】また、圧縮量が小さいときは水平方向圧縮
バネ係数が小さく、圧縮量が大きいときは水平方向圧縮
バネ係数が大きくなる寸法と形状を持つ防振材を配置す
るように構成したので、地盤振動遮断性能を落とさずに
建築物の地震時の安定を確保することができる。また、
防振材はゴムまたは樹脂を特殊な形状に成形することに
より、容易に、安価に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の特徴を表した概念図。

【図２】基礎杭が等分布の土圧を受けた状態の説明図。

【図３】基礎杭が偏土圧を受けた状態の説明図。

【図４】基礎杭が地震時の水平力を受けた状態の説明
図。

【図５】防振材の圧縮特性を表したグラフ。

【図６】線路上空の建築物への適用例の説明図。

【図７】防振材の配置例の説明図。

【図８】防振材の形状例の説明図。

【図９】防振材の他の形状例の説明図。

【図１０】従来技術の説明図。

【符号の説明】

１…地盤，２…基礎杭本体，３…鋼管（外管）、４…防
振材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円形断面の既製杭を用いる建築物の基礎
   杭において、基礎杭本体の上部に一定の間隔を保って同
   心円状に鋼管を配置し、上記基礎杭本体と鋼管との隙間
   またはその一部に地盤振動を遮断するための防振材を取
   り付けてなり、上記鋼管は、該鋼管に偏土圧が作用した
   とき変形して、上記防振材の一部に防振性能を著しく低
   下させる程度の圧縮量を発生させないに十分な剛性を有
   することを特徴とする地盤振動遮断機能を備えた基礎
   杭。
2. 【請求項２】 防振材は、その水平方向圧縮バネ係数
   が、圧縮量が小さい場合は地盤振動を遮断するに十分な
   小さな値を有し、圧縮量が大きい場合は建築物の地震時
   安定性を保持するに十分な大きな値を有するように、寸
   法と形状が調整されたゴムまたは樹脂から形成されてい
   る請求項１に記載の基礎杭。