JPH10231525A

JPH10231525A - 杭基礎構造

Info

Publication number: JPH10231525A
Application number: JP30737097A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Sakurai; 隆喜櫻井; Soichi Toriyama; 壮一鳥山; Eiji Wakita; 英治脇田; Kiyoshi Ishii; 清石井; Yutaka Fujita; 豊藤田; Jun Yoshida; 順吉田; Atsuo Onoe; 篤生尾上; Koji Nakano; 孝司中野; Shozo Tagashira; 庄三田頭; Hideyuki Mano; 英之真野
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd; Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd; Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】構造物の杭基礎設計において、地盤反力と杭
反力との合力に基づく設計を実現可能とした杭基礎構造
を提供する。【解決手段】構造物の基礎底版が地盤上に支持され、
前記構造物を支持する基礎杭が前記地盤の下部に埋設さ
れた杭基礎構造において、前記基礎底版は貫通する穴部
を有し、この穴部内に前記基礎杭の頭部が配置され、こ
の基礎杭の上端部と前記穴部の内周壁或は前記基礎底版
上に固定された支持金物との間に杭反力調整装置が設け
られる。構造物に地下階が無い場合には、基礎底版が複
数ブロックに分割される。杭反力調整装置は、断面略Ｊ
字状の金属製変形部材を備え、その一端側が基礎杭の上
部に固定され、他端側が基礎底版又は支持金物に固定さ
れる。変形部材の湾曲部の内側に、円筒状コロを有する
プレート間隔保持具を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建物等構造物の杭
基礎構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建物等構造物の杭基礎構造は、従来基礎
杭により構造物の全荷重が支持されるものとして設計さ
れるのが通常である。ところが、一般的に構造物の底部
には地盤反力も作用しており、この地盤反力と杭反力と
の合力により構造物の全荷重が支持されるものとして設
計できれば、基礎杭の本数を減少させ、又杭仕様を低減
できるので経済的である。しかしながら、施工後に地盤
沈下が発生した場合には、基礎杭で支えられた構造物底
部と地盤との間に隙間ができ、地盤反力がゼロとなるた
め構造物の全荷重は基礎杭のみで支持する状態となり、
地盤反力と杭反力との合力に基づく設計は成立しないこ
とになる。このような懸念があるため、実際には地盤反
力と杭反力との合力に基づく杭基礎設計は採用されてい
ない。又、構造物の底部と地盤との間に隙間が生じた場
合には、段差や配管ずれ等の障害が発生し、或は基礎杭
の上部が地上に突出するため地震時の水平力に対して不
安定となり、補修も容易でない等の問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の問題を解決するためになされ、構造物の杭基礎設
計において、従来採用されなかった地盤反力と杭反力と
の合力に基づく設計を実現可能とした杭基礎構造を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の具体的手段として、本発明は、構造物の基礎底版が地
盤上に支持され、前記構造物を支持する基礎杭が前記地
盤の下部に埋設された杭基礎構造において、前記基礎底
版は貫通する穴部を有し、この穴部内に前記基礎杭の頭
部が配置され、この基礎杭の上端部と前記穴部の内周壁
或は前記基礎底版上の支持金物との間に杭反力調整装置
が設けられたことを要旨とする。又、構造物に地下階が
無く、基礎底版が複数ブロックに分割されたこと、杭反
力調整装置は、断面略Ｊ字状の金属製変形部材を備え、
その一端側が基礎杭の上部に固定されると共に他端側が
基礎底版又は基礎底版上の支持金物に固定されたこと、
断面略Ｊ字状の金属製変形部材の湾曲部の内側に、プレ
ート間隔保持具を設けたこと、プレート間隔保持具は、
コロであること、コロは、金属製変形部材の湾曲部の内
側に位置させるコロと、湾曲部の上方に位置させるコロ
とが一体的に連結されたこと、上下のコロのうち、下の
コロが上のコロより小径であること、を要旨とするもの
である。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳説する。図１乃至図５は本発明を建築
構造物に適用した例を示すもので、図１に示すように構
造物１は地下階を有し、その基礎底版２は地盤３上に支
持されると共に所定のピッチで配置された鋼管製基礎杭
４に支持されている。

【０００６】前記基礎底版２は、図２に示すように貫通
する穴部５を有し、この穴部５内には段部５ａが形成さ
れ前記基礎杭４の頭部が挿入配置されており、この基礎
杭４の上端部と穴部５の内周壁との間に杭反力調整装置
６が設けられている。又は、基礎底版２は、図５に示す
ように貫通する穴部５を有し、この穴部５を貫通して前
記基礎杭４の頭部が配置され、この基礎杭４の上端部と
前記穴部５の周囲の前記基礎底版２上に固定された支持
金物１５との間に杭反力調整装置６が設けられている。

【０００７】杭反力調整装置６は、図２のように断面略
Ｊ字状の金属製変形部材７を備え、これらの変形部材７
の上端部はアンカーボルト８を介して前記穴部５の内周
壁の上部に固定され、下端部はボルト９を介して前記基
礎杭４の外周壁の上部に固定されることにより、図３に
示すように基礎杭４の円周方向に沿って複数個配設され
た構成になっている。図５の場合は、支持部材７の上端
部は支持金物１５の上部に固定され、下端部はボルト９
を介して基礎杭４の外周壁の上部に固定される。

【０００８】前記穴部５の上には図２のように蓋材１０
が取り付けられるが、これは主として地下１階部分を倉
庫や駐車場として利用する場合の作業性と安全性を確保
するためのものである。又、穴部５内の段部５ａによる
縮径部と前記基礎杭４との間には防水シール１１が取り
付けられ、これは地下水位の高い地盤３に本発明を適用
する場合に、基礎杭４と基礎底版２の隙間から地下水が
進入するのを防止するためである。防水に関しては、例
えこの部分から水が進入しても蓋材１０の部分で防水で
きるので構造上の問題はないが、防水シール１１が存在
すれば防水性をより一層高める効果がある。地下水位の
低い地盤においては、防水シール１１の無い構造も可能
である。図５の場合には、穴部５内の周壁と基礎杭４と
の間に防水シール１１が取り付けられ、これは地下水位
の高い地盤３に本発明を適用するに当り、基礎杭４と基
礎底版２の隙間から地下水が進入するのを防止するため
である。地下水位の低い地盤においては、防水シール１
１の無い構造も可能である。

【０００９】このように構成された本発明に係る杭基礎
構造は、通常時において基礎底版２に上部から作用する
荷重は一部を基礎杭４で、残りを基礎底版２の下面に作
用する地盤反力で支持されている。

【００１０】地震等により基礎底版２に作用する荷重が
増加すると、図２の例では変形部材７の湾曲部７ａの応
力状態が塑性変形域に達して変形し、図４に示すように
湾曲部７ａの位置が変位する。この湾曲部７ａの変形に
より、基礎杭４の杭反力は所定値（基礎杭の許容支持
力）以上に上昇することはない。基礎杭４で支持しきれ
ない荷重は、基礎底版２の下面の地盤反力で支持され
る。

【００１１】逆に、振動等により基礎底版２に作用する
荷重が減少すると、地盤反力も杭反力も減少し、荷重と
バランスを保つ。基礎底版２の下面の地盤反力が変化す
る場合においても同様に、変形部材７の作用により基礎
杭４の杭反力と基礎底版２の地盤反力は常に所定の配分
に維持される。このようにして、基礎杭４の杭反力と基
礎底版２の地盤反力は常に所定の配分に維持される。

【００１２】図６は圧縮側のある応力状態を初期状態と
して、そこから圧縮側と引張側に同じ大きさの交番荷重
を受ける変形部材７の荷重−変形曲線を模式的に示すも
ので、圧縮側も引張側も荷重は所定の値以上に上昇する
ことがない。地震時に杭頭部に作用する交番荷重は、設
計の仕方（建築物の形状や杭の配置状態等）により圧縮
側領域の範囲内を変動する場合と、圧縮側領域を超えて
若干引張側に及ぶ場合がある。上部構造から作用する荷
重が引張力となる場合の基礎杭４の支持力は、従来の支
持杭工法における杭の許容引き抜き支持力と同一であ
る。

【００１３】変形部材７として用いる断面略Ｊ字状プレ
ートの履歴特性については、実験を行っている。本実験
はＳＳ４１材製で肉厚３〜５ｍｍ、幅２５ｍｍ、湾曲部
の曲率半径６．４〜１０．４ｍｍの供試体を用いて、供
試体の向きを反転させることにより繰り返し荷重を載荷
してその変位−荷重特性を調べた。図７はそのうち肉厚
３ｍｍ、幅２５ｍｍ、湾曲部の曲率半径６．４ｍｍのプ
レートの試験結果である。

【００１４】図７に示す試験結果によると、断面略Ｊ字
状プレートは所定の値以上の変位の増減に対して、軸力
の増減のないほぼフラットな変形特性を示しているのが
分かる。即ち、杭反力の値が許容支持力の値に保ったま
ま、他の杭反力とのバランスで決まる釣り合いを保つ位
置で止まるまで湾曲部の位置がそれに応じて移動する。
このようにして、一部の基礎杭４で杭反力が許容支持力
以上に増大しようとする時、杭反力の過大分を杭反力に
余裕のある他の基礎杭へ伝達させて、全体としてバラン
スを維持することができる。図７以外のプレートについ
ても同様な結果が得られ、断面略Ｊ字状プレートの肉
厚、幅、湾曲部の曲率半径及び作用力の間に一定の関係
があり、関係式もほぼ明らかとなった。

【００１５】変形部材７の挙動に関する理論的検討、及
び実験の結果、変形部材７の湾曲部７ａの位置を移動さ
せるために必要な荷重と変形部材７の諸元との関係は次
式（１）で与えられることが明らかとなっている。Ｐ_n ＝（ｂｈ² ）／ｒ×［（σ_y ／４）＋｛（σ_max −σ_y ）／３｝］ ……（１）ここに、Ｐ_n は湾曲部位置の移動に必要な軸力、ｂは断
面略Ｊ字状プレートの幅、ｈは同プレートの板厚、ｒは
同プレートの曲率半径、σ_max は部材断面における応力
度の最大値、σ_y は降伏応力度である。そこで、ｂ＝５
０ｍｍ、ｈ＝２２ｍｍ、ｌ（長さ）＝６００ｍｍのプレ
ートをｒ＝９９ｍｍで湾曲させたＳＳ４００材製の変形
部材７を１６セット、直径１ｍの基礎杭４の円周方向に
沿って配置した場合について、湾曲部位置の移動に必要
な軸力Ｐ_n の値を計算する。Ｐ_n ＝（５×２．２² ）／９．９×［（３０００／４）＋｛（３８００−３０００）／３｝］＝２．５×１０³ ｋｇｆ＝２．５ｔｆ ……（２）この軸力は変形部材７の１セット当りのものである。基
礎杭４の１本当りでは変形部材７が１６セット使用され
るので、湾曲部位置の移動に必要な軸力Ｐ_n は式（２）
の１６倍で４０ｔｆと算出される。尚、座屈、剪断につ
いての限界荷重は上記の軸力よりも遥かに大きい（計算
はここでは省略する）ので、座屈や剪断破壊の恐れはな
い。又、前記アンカーボルト８については、通常建築で
使用されているもの例えば長さ２００ｍｍ、直径２６ｍ
ｍで良い。

【００１６】一方、基礎杭４は地震時に鉛直荷重の他に
水平荷重を受けるが、図２に示すように基礎底版２の下
部は直接基礎杭４と接しているため、その部分で上部構
造からの水平荷重が基礎杭４に伝達し、基礎杭４の水平
抵抗を充分発揮させることができる。地震時の水平荷重
に対する安定性はこの基礎杭４の水平抵抗の他に基礎底
版２下の地盤の摩擦抵抗と基礎根入れ部前面の受働土圧
が期待でき、基礎杭の水平抵抗のみに頼る従来工法に比
して優位であると言える。

【００１７】次に、地盤沈下に対する挙動について説明
する。一般的に建築物等に生じる地盤沈下は大きく分け
て二種類あり、その一つは通常設計の段階で考慮される
圧密沈下や弾性沈下のような沈下であり、もう一つは設
計の段階では将来発生することが全く予想できず、その
発生確率も極めて小さいのであるが、極めて稀に発生す
る相当大きな沈下である。後者の沈下は、例えば阪神大
震災でポートアイランドの液状化により生じた地盤沈下
や、工業用水の汲み上げにより生じる地盤沈下等であ
る。そこで、前者を「設計内沈下」、後者を「設計外沈
下」と称することにする。

【００１８】「設計内沈下」に対する挙動については、
本発明工法は基礎構造がフローティング構造（図１に示
すように地下部のある構造）であるため、軟弱地盤にお
いても建築物を構築するために掘削排除した土砂の重量
分の荷重は既に長期に受けており、この土砂の重量分以
内の荷重載荷に対しては沈下は極めて小さい。設計にお
いては、前記のように杭反力と地盤反力の比率がコント
ロールできるので、地盤反力が沈下の生じない範囲に留
まるように構造仕様（地下部の深さや基礎杭の本数）を
設定することができる。このように「設計内沈下」は極
めて小さいものであるが、それでも若干の沈下は基礎底
版２に生じる。

【００１９】その場合、基礎底版２の下の沈下は全体が
一様ではなく、部分的に大きい所と小さい所がある。部
分的に沈下の小さい基礎底版２の下は、周りよりも大き
な荷重を下部へ作用させることになるが、前記のように
変形部材７が杭反力を許容支持力以上に上昇させないよ
う機能するので、その部分では地盤反力のみが増加する
こととなる。そして、地盤反力の増加がその部分の新た
な弾性沈下、或は圧密沈下を引き起こす。このような変
形部材７の働きによる応力再配分の結果、基礎底版２の
下の地盤３の沈下は一様化へ向かう。以上のようなメカ
ニズムにより本工法では軟弱地盤においても沈下や不同
沈下が極小なので、建築物の設計を経済的に行うことが
できる。

【００２０】「設計外沈下」に対する挙動についてであ
るが、地震時の液状化による沈下や圧密沈下に関しては
設計時に検討を行い、根入れ深さや杭仕様の設定、地盤
改良工法の採用により、沈下を許容値以内に抑えるよう
に設計施工される。このような過程を経て完成した建築
物の使用期間中、思いがけない巨大地震による液状化や
工業用水の汲み上げ等による地盤沈下が、極めて小さい
確率ではあるが発生する場合がある。そのような「設計
外沈下」が発生した場合、従来の支持杭基礎工法の場合
には、フーチングと地盤との間に隙間ができてしまい様
々な障害が生じる。

【００２１】本発明工法の場合には、予想外の地盤沈下
により基礎底版２下の地盤３が下がると、基礎底版２の
下面に作用する地盤反力が低下し、その分基礎杭４の杭
反力が増加して基礎底版２上にかかる荷重を支えようと
するが、変形部材７は所定の値以上の荷重に対しては変
形するので、結局基礎杭４の杭反力は増加せず、地盤沈
下に追随して基礎底版２が沈下し、基礎底版２の地盤反
力を元の値に戻すことができる。

【００２２】前記のように基礎杭４の杭反力と基礎底版
２の地盤反力とは、変形部材７の変形によって常に自動
的に配分されてバランスをとる。この作用により、設計
時に想定されないような予想外の沈下に対しても、フー
チングと地盤との間に隙間ができるようなことはなく、
それによる支障を避けることができる。又、「設計外沈
下」時の不同沈下は、前記変形部材７の働きによる応力
再配分作用によりかなり緩和される。以上のような挙動
を考慮すると、本工法の「設計外沈下」に対する挙動は
従来工法である支持杭工法よりも良好である。

【００２３】次に「設計外沈下」が発生した場合の変形
部材７の補修法について説明する。本発明に係る杭基礎
４の挙動は、変形部材７の変形が図４に示す状態に達す
るまでのものである。「設計外沈下」は相当大きな沈下
であるため、沈下量が図４に示す状態以上となる場合
（変形が追随できない状態）が想定される。地盤３の沈
下量が図４の状態よりも大きい場合には、変形部材７の
変形限界を超えるため、それ以上の地盤沈下に対して変
形部材７は機能しない。従って、「設計外沈下」発生時
には変形部材７の変形余裕量を定期的に観測し、適当な
ところで補修を行う必要がある。「設計外沈下」は主に
圧密沈下であるため、最終沈下量に至るまでに一般的に
は数年乃至数十年を要する。このため、観測結果に基づ
く補修により対処することは一般的に充分可能である。

【００２４】図８は補修前と補修後の状態を示すもの
で、その補修作業は例えば図９(イ) 〜(ニ) に示すような
工程によりなされる。 (イ) 基礎杭４の上に鋼材ａ、その上にジャッキｂを介し
て基礎杭４と地下階の天井の梁（図略）の間に鋼材ｃを
設置し、基礎杭４からの荷重をこれらの鋼材で受け、変
形部材７に荷重が作用しない状態とする。 (ロ) 基礎杭４と変形部材７の結合部のボルト９を取り外
す。 (ハ) 変形部材７の基礎杭４側の端部を下側へ押し下げ、
元の形状に近い状態まで戻し、基礎杭４の外周面の新し
く変形部材７と結合する位置に穴をあける。 (ニ) 基礎杭４と変形部材７を貫通する穴にボルト９を嵌
め、基礎杭４の内部からナットを締め付ける。

【００２５】図１０(イ) 〜(ニ) は、補修作業の他の工程
例を示すもので、この場合は変形限界を超えた変形部材
を新しい変形部材に取り替える。 (イ) 基礎杭４の上に鋼材ａ、その上にジャッキｂ介して
基礎杭と地下階の天井の梁（図略）の間に鋼材ｃを設置
し、基礎杭４からの荷重をこれらの鋼材で受け、古い変
形部材７′に荷重が作用しない状態とする。 (ロ) 基礎杭４と古い変形部材７′の結合部のボルト９、
及びアンカーボルト８を外す。 (ハ) 古い変形部材７′を取り外し、新しい変形部材７を
アンカーボルト８に嵌めた後、アンカーボルト８の頭部
にナットを取り付け、新しい変形部材７の上部を固定す
る。 (ニ) 基礎杭４の外周面の新しく変形部材７を結合する位
置に穴をあけ、基礎杭４と変形部材７を貫通する穴にボ
ルト９を嵌め、基礎杭４の内部からナットを締め付け
る。図１１(イ) 〜(ニ) は、杭基礎構造におけるもう１つ
のタイプ（支持金物を用いる）の杭反力調整装置に関す
る補修作業の工程例を示すもので、この場合は変形限界
を超えた変形部材を新しい変形部材に取り替える。 (イ) 基礎杭４の上に鋼材ａ、その上にジャッキｂを介し
て基礎杭４と地下階の天井の梁（図略）の間に鋼材ｃを
設置し、基礎杭４からの荷重をこれらの鋼材で受け、古
い変形部材７′に荷重が作用しない状態とする。 (ロ) 基礎杭４と古い変形部材７′の結合部のボルト９′
及び古い変形部材７′と支持金物１５の結合部のボルト
１７を外す。 (ハ) 古い変形部材７′を取り外し、新しい変形部材７を
ボルト１７に嵌めた後、ボルト１７の頭部にナットを取
り付け、新しい変形部材７の上部を固定する。 (ニ) 基礎杭４の外周面の新たに変形部材７を結合する位
置に穴をあけ、基礎杭４と変形部材７を貫通する穴にボ
ルト９を嵌め、基礎杭４の内部からナットを締め付け
る。

【００２６】更に別の補修法としては、変形部材７は基
礎杭４の円周方向に沿って一定間隔で配置（図３参照）
されているが、変形限界を超えた古い変形部材間に新し
い変形部材を取り付け可能な空間がある場合、それを取
り付けて肩代わりさせる方法である。

【００２７】図１２は本発明の他の実施形態を示すもの
で、設計上基礎底版１２の版厚ｔをそれ程必要とせず、
その版厚を薄くすることが可能な場合には、基礎杭１４
の頭部が位置する部分のみ下側に突出部１２ａを設けて
版厚を厚くする構造が有効である。尚、突出部１２ａは
下側に限定されず、基礎底版１２の上側に形成すること
も可能である。

【００２８】ところで、この基礎構造において、機能維
持上重要な点は変形部材７として用いる断面略Ｊ字状プ
レートの安定した荷重−変位特性が確保されることであ
る。そのためには、断面略Ｊ字状プレートの湾曲部の曲
率がどんな状態においても精度良く維持される必要があ
る。

【００２９】断面略Ｊ字状プレートの全長が短い場合に
は、上記の条件は満足されるが、全長が長くなると、プ
レートの固定位置と湾曲部の距離が長くなり、湾曲部の
曲率を精度良く維持することが困難になる。

【００３０】断面略Ｊ字状プレートは、長い方がより大
きな地盤の沈下に追随することができるので、その点か
らはプレートは長い方が好ましい。従って、プレートが
長くなっても、その湾曲部の曲率を精度良く維持する保
持装置が開発されれば、地盤沈下に対する追随性能を向
上させることができるのである。

【００３１】この保持装置の一つとして開発したのが、
図１３に示すプレート間隔保持具３０であり、変形部材
７である断面略Ｊ字状プレートの湾曲部７ａの内側にそ
れぞれ配置されている。

【００３２】プレート間隔保持具３０は、図１４及び図
１５(イ) に示すようにリング状の線材３１に複数個の円
筒状のコロ３２が回転可能に配設され、各コロ３２の両
端部に当たる線材３１上に位置保持用の止め金具３３が
固定された構成である。前記コロ３２は、図１５(ロ) の
ように円筒状の鋼材３２ａとその内周面に貼着されたゴ
ム３２ｂとから形成され、その中心孔に前記線材３１が
貫通している。

【００３３】このように構成されたプレート間隔保持具
３０は、図１４のように各変形部材７にコロ３２がそれ
ぞれ対応するようにして湾曲部７ａの内側に落とし込ん
で取り付けられる。この時、位置保持用の止め金具３３
により各コロ３２が規制され、湾曲部７ａからの位置ず
れ及び移動を防止できるようにしてある。

【００３４】変形部材７の湾曲部７ａに設置されている
コロ３２が円周と直角方向の荷重を受けても変形しない
ようにコロ３２の板厚（円筒状の鋼材３２ａの板厚）を
充分厚くしておけば、湾曲部７ａにおけるプレート間隔
は常に一定に維持される。又、変形部材７に作用する軸
力が所定値を超えると、変形部材７が軸方向に変形する
が、この動きはコロ３２の周りではコロを回転させる運
動であり、これに対してコロ３２は常に湾曲部７ａ内に
保持されたまま回転を続けるのみである。

【００３５】このようなコロ３２のプレート間隔保持効
果により、変形部材７の湾曲部７ａの曲率を精度良く保
持することができ、図１６に示すような変形特性が精度
良く維持される。従って、変形部材７として長い（固定
間距離の大きい）断面略Ｊ字状プレートを用いても、安
定した変形特性を発揮できるので、大きな地盤沈下に対
しても固定間距離を大きくとることにより対応すること
が可能となる。

【００３６】図１７は、他のプレート間隔保持具４０の
例を示すもので、変形部材７の湾曲部７ａの内側に位置
させる下部のコロ４２と、湾曲部の上方に位置させる上
部のコロ４１とが一体的に連結された構成となってい
る。このプレート間隔保持具４０は、図１９(イ) 、(ロ)
に示すように上下部のコロ４１、４２の両側には円形の
止め金具４３、４４がそれぞれ取り付けられ、且つ線材
４５によって上下部のコロ４１と４２との間隔が一定に
保持されている。

【００３７】この一体構成のコロによるプレート間隔保
持具４０は、図１８に示すように各別に独立していて各
変形部材７にそれぞれ対応させて設置され、前記止め金
具４３、４４によって変形部材７からの位置ずれ及び移
動を防止するようにしてある。

【００３８】この場合も、上下部のコロ４１、４２が円
周と直角方向の荷重を受けても変形しないようにコロの
板厚を充分厚くしておけば、下部のコロ４２のみならず
上部のコロ４１の位置でもプレート間隔は常に一定に維
持される。

【００３９】又、プレートの軸方向の変形に対しては、
この運動が上下部のコロ４１、４２の周りではコロを回
転させるだけの運動であるので、これに対しては上下部
のコロ４１、４２は一定間隔を保持したままプレートの
動きに追従して回転を続けるのみである。但し、上下部
のコロ４１、４２にはこれ以外の力として重力の作用や
その他の荷重を若干受けるが、それに対しては前記止め
金具４３が上下部のコロ間隔を保持する上で有効に働
く。

【００４０】このような上下部のコロ４１、４２による
プレート間隔保持効果により、プレートの固定間距離を
小さくできる。例えば、図１７においてプレート間隔保
持具４０設置前の固定間距離Ｌ′に対して設置後はＬに
することができる。プレート間隔保持具４０が無い場合
には、プレートはアンカーボルトの位置とプレートの折
り曲げ位置の２箇所で横方向の変形が拘束されており、
これら２点の中間の位置ではプレートは基礎版側は壁が
あるので、そちら側には変位しないが杭側には何もない
ので容易に変位する。従って、固定間距離はＬ′となっ
ている。これに対して、プレート間隔保持具４０がある
場合には、プレートは上側のコロ４１の位置と下側のコ
ロ４２の位置の２箇所で横方向の変形が拘束され、固定
間距離はＬとなってプレート間隔保持具４０を入れない
場合と比べて固定間距離が小さくなる。これにより、図
１６に示すような変形特性が精度良く維持される。

【００４１】図２０は、更に他のプレート間隔保持具５
０を示すもので、基本的構成は図１７に示すタイプのも
のと同じであるが、変形部材７の湾曲部７ａ内に位置す
る下部のコロ５２を上部のコロ５１より小径にしている
点で相違しいる。

【００４２】下部のコロ５２を小さくしても、コロを小
さくしないプレート間隔保持具４０と比べ固定間距離の
値はほぼ同一である。従って、図１６に示すような変形
特性がより精度良く維持できることに対する効果は同じ
である。下部のコロ５２を小さくした方が回転挙動がよ
り円滑となるため、プレート間隔保持具４０よりも機能
の点で優れていることになる。

【００４３】図２１は、変形部材７の取り付け方を上下
逆にした実施形態を示すもので、即ち変形部材７の上端
部を下にして基礎杭４の外周壁の上部にボルト９で固定
し、下端部を上にして穴部５の内周壁の上部にアンカー
ボルト８を介して固定する構造である。

【００４４】図２２は、図５のタイプのものにおいて変
形部材７の取り付け方を上下逆にした実施形態を示すも
のであり、変形部材７の一方の端部を基礎杭４の外周壁
の上部にボルト９で固定し、他方の端部を支持金物１５
にボルト９′を介して固定した構造である。

【００４５】図２３は、プレートの摩擦力を利用した杭
反力調整装置６６の例を示すもので、基礎杭４の頭部の
外周部に取付具６０を介して複数枚（例えば４枚）の摩
擦プレート６１を放射方向に固定し、これらの摩擦プレ
ート６１に対応させて基礎底版２上にアンカーボルト６
２で固定した支持具６３により、摩擦プレート６１をそ
れぞれ締め付けた構成である。

【００４６】前記摩擦プレート６１は、図２４(イ) 、
(ロ) に示すようにルーズホール６１ａが上下方向に設け
られ、前記支持具６３の２枚の締付板６３ａ、６３ｂに
挿通した圧縮拘束ボルト６４をルーズホール６１ａに貫
通させ、この圧縮拘束ボルト６４にナット６５を締着す
ることにより、締付板６３ａ、６３ｂ間に挟持されてい
る。

【００４７】このような摩擦型の杭反力調整装置６６に
おいては、前記圧縮拘束ボルト６４の締め付け力を調整
することで所定の鉛直荷重（摩擦力）を発生させ、地震
等により基礎底版２に作用する荷重が増加すると、前記
ルーズホール６１ａを介して摩擦プレート６１と締付板
６３ａ、６３ｂとの相対的位置が変位する。この時の荷
重と変位の関係は、図７に示すものと同じである。つま
り、基礎杭４の杭反力は所定値（基礎杭の許容支持力）
以上に上昇することはなく、基礎杭４の杭反力と基礎底
版２の地盤反力とは常に所定の配分に維持されることに
なる。

【００４８】図２５は、地下階のない場合の実施形態を
示すもので、地下階を無くしたことによりフローティン
グ構造でなくなるため、軟弱地盤においては比較的大き
な圧密沈下が数十年の間継続する恐れがある。従って、
構造物２１の耐用年数の間に適宜不同沈下の修正を行う
必要がある。そのため、各柱２１ａの下に不同沈下調整
用の鉄板２７とそれを固定するアンカーボルト２８を設
ける。

【００４９】又、基礎底版については鉄板で不同沈下の
修正を行うことができないので、１枚版のままでは不同
沈下によりクラックが生じたり、破損する恐れがある。
このため、基礎底版２２をいくつかのブロックに小割り
して、不同沈下を防止している。１階のフロア２１ｂは
図に示すように基礎底版２２とは別にそれより上に設け
られ、不同沈下修正時にはこのフロア２１ｂを取り外
し、沈下の修正を行うこととなる。尚、２４は基礎杭、
２６は杭反力調整装置であり、前記と同様に複数個の断
面略Ｊ字状の金属製変形部材を備えている。

【００５０】図２６(イ) 、(ロ) は、図５のタイプの構造
において、変形部材７をボルト９ではなく、溶接Ｙによ
り支持金物１５及び基礎杭４に取り付けた実施形態を示
すものである。この場合、変形部材７が老朽化した時、
取り替え作業を容易にするために支持金物１５は端部に
フランジの付いた鋼管とし、基礎杭４の頭部にもジョイ
ントＺを設ける。

【００５１】図２７(イ) 、(ロ) は、図５のタイプの構造
において、略Ｊ字状の変形部材７の替わりに、建物の免
震用鋼棒ダンパーＰを用いた杭頭反力調整装置を示すも
ので、基礎杭４の頭部の外周部に取付具を介して複数枚
（例えば４枚）の鋼棒ダンパーＰを放射方向に固定し、
これらの鋼棒ダンパーＰに対応させて基礎底版２上にア
ンカーボルト１６で固定した支持金物１５により、鋼棒
ダンパーＰをそれぞれ締め付けた構成である。

【００５２】前記鋼棒ダンパーＰは、図２８に示すよう
に鋼棒をループ状に整形し、４本を１組とした花弁状ダ
ンパーである。このような鋼棒ダンパー型の杭頭反力調
整装置においては、地震等により基礎底版２に作用する
荷重が増加すると鋼棒ダンパーＰが変形し、基礎底版２
と基礎杭４との相対的位置が変位する。この時の荷重と
変位の関係は図７に示すものと同じである。つまり、略
Ｊ字状の変形部材７を用いた場合と同様に、基礎杭４の
杭反力は所定値（基礎杭の許容支持力）以上に上昇する
ことはなく、基礎杭４の杭反力と基礎底版２の地盤反力
とは常に所定の配分に維持されることになる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造物の基礎底版に貫通する穴部を設け、この穴部内に
基礎杭の頭部を配置すると共に、基礎杭の上端部と穴部
の内周壁との間に杭反力調整装置を設けたので、基礎底
版の地盤反力と基礎杭の杭反力は常に所定の配分に維持
されることとなり、従来不可能とされていた地盤反力と
杭反力との合力に基づく杭基礎設計を実現することがで
き、これにより基礎杭の本数を減少させ、或は杭仕様を
低減し得る等の経済的効果を奏する。又、本発明によれ
ば、構造物の基礎底版に貫通する穴を設け、この穴部を
貫通して基礎杭の頭部を配置すると共に、この基礎杭の
上端部と前記穴部の周囲の基礎底版上に固定された支持
金物との間に杭反力調整装置を設けたので、基礎底版の
地盤反力と基礎杭の杭反力は常に所定の配分に維持され
ることとなり、従来不可能とされていた地盤反力と杭反
力との合力に基づく杭基礎設計を実現することができ、
これにより基礎杭の本数を減少させ、或は杭仕様を低減
し得る等の経済的効果を奏する。更に、構造物の基礎底
版を複数ブロックに分割することで、地下階のない建物
にも適用することができる。杭反力調整装置は、断面略
Ｊ字状の金属製変形部材を備えているので、その変形部
材の修正又は取り替えが可能であり、構造物を常に安全
な状態に維持できる効果を奏する。そして、変形部材の
湾曲部にコロを有するプレート間隔保持具を設置するこ
とで、湾曲部の曲率がどんな状態においても精度良く維
持され、地盤沈下に対する変形部材の追随性能を向上さ
せると共に、変形部材として長いプレートを用いても、
安定した変形特性を発揮できるので、大きな地盤沈下に
対してもプレートの固定間距離を大きくとることにより
対応することが可能となる等の効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る杭基礎構造の実施の態様を示す説
明図である。

【図２】同、杭基礎構造における杭反力調整装置の説明
図である。

【図３】杭反力調整装置の横断平面図である。

【図４】設計外沈下後の杭頭部の状態図である。

【図５】杭基礎構造におけるもう１つのタイプの杭反力
調整装置の説明図である。

【図６】交番荷重に対する変形部材の荷重−変形曲線を
示すグラフ図である。

【図７】変形部材の荷重−変位特性を示すグラフ図であ
る。

【図８】変形部材の補修状態を示す説明図である。

【図９】(イ) 〜(ニ) は変形部材の補修工程を示す説明図
である。

【図１０】(イ) 〜(ニ) は変形部材の取り替え工程を示す
説明図である。

【図１１】(イ) 〜(ニ) は杭基礎構造におけるもう１つの
タイプの杭反力調整装置に関する部材の取り替え工程を
示す説明図である。

【図１２】本発明に係る杭基礎構造の他の実施態様を示
す説明図である。

【図１３】変形部材のプレート間隔保持具の一例を示す
説明図である。

【図１４】同、要部の水平断面図である。

【図１５】(イ) はプレート間隔保持具の部分拡大平面
図、(ロ) はコロの断面図である。

【図１６】変形部材プレートの軸力と変位の関係図であ
る。

【図１７】プレート間隔保持具の他例を示す説明図であ
る。

【図１８】同、要部の水平断面図である。

【図１９】(イ) はプレート間隔保持具の一部破断正面
図、(ロ) は断面図である。

【図２０】プレート間隔保持具の更に他例を示す説明図
である。

【図２１】変形部材の他の取付状態を示す説明図であ
る。

【図２２】図５のタイプの杭反力調整装置における、変
形部材の他の取付状態を示す説明図である。

【図２３】摩擦型の杭反力調整装置の例を示す説明図で
ある。

【図２４】(イ) はプレートの締め付け状態を示す概略正
面図、(ロ) は概略断面図である。

【図２５】地下階のない構造物の場合の実施態様を示す
説明図である。

【図２６】図５のタイプの構造において、変形部材を溶
接により取り付けた実施形態を示すもので、(イ) は断面
図、(ロ) は平面図である。

【図２７】図５のタイプの構造において、略Ｊ字状の変
形部材の替わりに、建物の免震用鋼材ダンパーを用いた
実施形態を示すもので、(イ) は断面図、(ロ) は概略平面
図である。

【図２８】鋼材ダンパーの説明図であり、(イ) は概略正
面図、(ロ) はＣ−Ｃ矢視図、(ハ)はＤ−Ｄ矢視図、(ニ)
はＦ−Ｆ断面図、(ホ) はＥ−Ｅ断面図である。

【符号の説明】

１…構造物２…基礎底版３…地盤４…基礎杭５…穴部５ａ…段部６…杭反力調整装置７…変形部材７ａ…湾曲部８…アンカーボルト９…ボルト１０…蓋材１１…防水シール１２…基礎底版１２ａ…突出部１４…基礎杭１５…支持金物１６…アンカーボルト１７…ボルト２１…構造物２１ａ…柱２１ｂ…フロア２２…基礎底版２４…基礎杭２６…杭反力調整装置２７…不同沈下調整用の鉄板２８…アンカーボルト３０…プレート間隔保持具３１…線材３２…コロ３２ａ…鋼材３２ｂ…ゴム３３…止め金具４０…プレート間隔保持具４１…上部のコロ４２…下部のコロ４３…止め金具５０…プレート間隔保持具５１…上部のコロ５２…下部のコロ６０…取付具６１…摩擦プレート６１ａ…ルーズホール６２…アンカーボルト６３…支持具６４…圧縮拘束ボルト６５…ナット６６…杭反力調整機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者脇田英治東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者石井清東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者藤田豊東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者吉田順東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者尾上篤生東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者中野孝司東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者田頭庄三東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者真野英之東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物の基礎底版が地盤上に支持され、前
記構造物を支持する基礎杭が前記地盤の下部に埋設され
た杭基礎構造において、前記基礎底版は貫通する穴部を
有し、この穴部内に前記基礎杭の頭部が配置され、この
基礎杭の上端部と前記穴部の内周壁との間に杭反力調整
装置が設けられたことを特徴とする杭基礎構造。
【請求項２】構造物の基礎底版が地盤上に支持され、前
記構造物を支持する基礎杭が前記地盤の下部に埋設され
た杭基礎構造において、前記基礎底版は貫通する穴部を
有し、この穴部を貫通して前記基礎杭の頭部が配置さ
れ、この基礎杭の上端部と前記穴部の周囲の前記基礎底
版上に固定された支持金物との間に杭反力調整装置が設
けられたことを特徴とする杭基礎構造。
【請求項３】構造物に地下階が無く、基礎底版が複数ブ
ロックに分割されている請求項１又は２記載の杭基礎構
造。
【請求項４】杭反力調整装置は、断面略Ｊ字状の金属製
変形部材を備え、その一端側が基礎杭の上部に固定され
ると共に他端側が基礎底版又は基礎底版上の支持金物に
固定された請求項１又は２記載の杭基礎構造。
【請求項５】断面略Ｊ字状の金属製変形部材の湾曲部の
内側に、プレート間隔保持具を設けた請求項４記載の杭
基礎構造。
【請求項６】プレート間隔保持具は、コロである請求項
５記載の杭基礎構造。
【請求項７】コロは、金属製変形部材の湾曲部の内側に
位置させるコロと、湾曲部の上方に位置させるコロとが
一体的に連結された請求項６記載の杭基礎構造。
【請求項８】上下のコロのうち、下のコロが上のコロよ
り小径である請求項７記載の杭基礎構造。