JP2001226987A

JP2001226987A - 耐震基礎構造、耐震建造物、及び杭補強方法

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Publication number: JP2001226987A
Application number: JP2000039237A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Takeuchi; 義夫武内; Akihiro Takeuchi; 章博竹内
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: JP4502442B2

Abstract

(57)【要約】【課題】杭と地中連続壁とを用いた耐震基礎構造、該
耐震基礎構造を用いた耐震建造物及び地中連続壁による
杭補強方法を提供する。【解決手段】耐震基礎構造支持層より浅く根入れされ
た地中連続壁１と、該地中連続壁に一体化され前記支持
層５にまで根入れされた杭２とからなる耐震基礎構造を
用いる。また、該耐震基礎構造を備える耐震建造物及び
杭補強方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建造物の耐震補強
に関し、より詳細には杭と地中連続壁とを用いた耐震基
礎構造、該耐震基礎構造を用いた耐震建造物及び地中連
続壁による杭補強方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地中連続壁は、これまで耐震壁、合成
壁、二方向版耐側圧壁、壁杭等に多用されており、現在
に至るまで数多くが施工されている。

【０００３】図４には、従来の地中連続壁を用いた建造
物を示す。図４（ａ）は、建造物の縦断面図を示し、図
４（ｂ）は、この建造物の耐震補強等のために用いられ
る地中連続壁の横断面図を示す。図４（ａ）に示された
建造物は、地上に構築された上部建造物４０と、図４
（ｂ）に示されるように地下室４１を４方向から構築す
る地中連続壁４２とから構成されている。図４（ａ）に
示されるように、地中連続壁４２の天端４２ａは、上部
建造物４０に連結され、この地中連続壁４２は、天端４
２ａから地盤４３を通して鉛直方向へと延ばされて、下
端４２ｂが、支持層４４へと根入れされていて、上部建
造物４０を補強している。

【０００４】図５は、従来の地中連続壁を用いた別の建
造物を示した図である。図４と同様に図５（ａ）は、建
造物の縦断面図であり、図５（ｂ）は、地中連続壁の横
断面図である。図５（ａ）に示された建造物は、地上に
構築されたフーチング、耐圧盤や地中梁といった構造体
５０と、図５（ｂ）に示される断面形状を有する地中連
続壁５１とから構成されている。地中連続壁５１の天端
５１ａは、構造体５０に連結され、この地中連続壁５１
は、天端５１ａから地盤５２を通して鉛直方向へと延ば
されて、下端５１ｂが、支持層５３へと根入れされてい
て、図４で示された建造物と同様に、構造体５０やこの
構造体５０上に構築される建造物を補強している。

【０００５】上述したように、地中連続壁は、上部構造
を支持するための基礎として多く使用されている。しか
しながら、大地震、例えばレベル２の大地震により基礎
構造が被害を受けると、上部建造物の傾斜・倒壊といっ
た被害に直結する。このため、従来の地中連続壁の耐震
性を向上させ、さらに建造物の耐震性を向上させる必要
がある。

【０００６】基礎の地盤側に設けられる耐震構造体の耐
震性を向上させるための試みとして従来では、既製杭、
鋼管杭、場所打ち杭といった各種の杭を用いる補強方法
が知られており、杭自体の耐震補強を行うため杭頭部を
補強した杭が提案されている。このような補強が行われ
た杭を図６に示す。図６（ａ）は、杭頭部が補強された
ＳＣ杭を示す。この耐震補強は、既製杭や、場所打ち杭
６０の耐震補強のため、既製杭や場所打ち杭６０といっ
た円筒形の耐震構造体の杭頭部６１に鋼管を接続し、杭
頭部６１と鋼管とを互いに付着させることにより曲げ剛
性及び剪断剛性を向上させており、これらは例えばＳＣ
杭として知られている。このようなＳＣ杭を用いること
により、大地震時に杭頭部へと加えられる曲げ応力及び
剪断力に対する耐力が得られている。また、図６（ｂ）
は、杭頭部６１ａを拡大させて曲げ応力及び剪断応力に
対抗させた拡頭杭を示す。いずれの杭においても杭頭部
が補強されることにより、杭自体の耐久性の向上を達成
するようにされている。

【０００７】地中連続壁についても大地震時は、地表面
付近において大きな曲げ応力が加えられる。しかしなが
ら、これまでのところ地中連続壁は、特開平９−３３２
４６８号公報、特開平１１−２６９８９５号公報、特開
平１１−１４８１４３号公報、特開平１１−１０７２９
５号公報において開示されているように、杭等によって
耐震補強された構造物の周囲に単独で設置され、地盤変
形抑制領域を形成させるために用いられているのみであ
り、地中連続壁と杭とを組み合わせて一体化させ、直接
建造物の基礎として用いる耐震補強についてはほとんど
検討されていないのが現状である。

【０００８】図７には、従来の地中連続壁を用いた耐震
基礎構造と、地震時に地中連続壁に発生する曲げモーメ
ントの概略を示す。図７（ａ）に示した耐震基礎構造で
は、地中連続壁７１は、その天端７１ａが地表面Ｇ．Ｌ
にまで延ばされており、その下端７１ｂが、支持層７２
へと根入れされて構築されていて、上部構造物７３の鉛
直方向荷重を支持している。大地震時に地震により発生
する曲げモーメントや剪断応力は、地表面Ｇ．Ｌに近い
側において大きく、地表面Ｇ．Ｌから深くなるにつれて
小さくなることが知られている。これを概略的に示した
のが図７（ｂ）である。

【０００９】上部建造物７３の転倒モーメントに代表さ
れる上部建造物７３の破壊につながる、図７（ｂ）に示
す曲げモーメントが発生するような状況における、地表
面Ｇ．Ｌ付近における補強を杭のみにより行う場合に
は、杭の小さい断面に対して直接地震による水平力が加
えられるため、杭のみでは充分とはいえず、杭頭部付近
において、杭が破壊される場合が多い。このため地表面
Ｇ．Ｌでは、剛性が杭よりも大きい地中連続壁を用いる
ことが、大地震時の転倒モーメント、曲げモーメント、
剪断応力に対抗するためには望ましい。

【００１０】しかしながら、地中連続壁７１を地表面
Ｇ．Ｌから支持層７２まで根入れするように構築する
と、杭のみで耐震補強を行う場合に比べて掘削量が増え
るため掘削コストがかさみ、さらには掘削土量が増え、
投棄又は処分しなければならない土砂が増加することに
なり、環境的な観点からは掘削土の処分のためのコスト
や、処理場所の確保といった不都合が生じることとなっ
ている。

【００１１】また、地中連続壁７１を支持層７２にまで
達するように掘削された掘削孔へと鉄筋挿入やコンクリ
ート打設をする際には、杭を用いて耐震補強する場合に
比較して打設するコンクリートの量及び、鉄筋の量が増
大し、これにしたがって施工コストが増大するという不
都合も生じることとなっている。

【００１２】したがって、これまで杭と、地中連続壁と
を一体化させ、より効果的に耐震補強を行うことを可能
とする耐震基礎構造が必要とされている。

【００１３】また、より効果的に耐震補強が行われた耐
震建造物が必要とされている。

【００１４】さらには、新設される杭ばかりではなく、
既設杭についても地中連続壁により効果的に補強を行う
ことを可能とし、効果的に地盤の液状化対策を提供する
ことが可能な杭補強方法が必要とされている。

【００１５】さらに、地中連続壁を構築するための掘削
土量やコンクリートといった材料を減少させることがで
き、さらには掘削土量を低減することにより建設残土の
量を低減させ環境的に優れた耐震基礎構造を提供するこ
とが必要とされている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、杭と、地中連続壁とを一体化させた耐震基礎構造を
提供することを目的とする。

【００１７】また、本発明は、より効果的に耐震補強が
行われた耐震建造物を提供することを目的とする。

【００１８】さらには、本発明は、新設される杭ばかり
ではなく、既設杭についても地中連続壁により効果的に
補強を行うことを可能とし、効果的に地盤の液状化対策
を提供することが可能な杭補強方法を提供することを目
的とする。

【００１９】また、本発明は、地中連続壁を構築するた
めの掘削土量やコンクリートといった材料を減少させる
ことができ、さらには掘削土量を低減することにより建
設残土の量を低減させ環境的に優れた耐震基礎構造を提
供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、本
発明の耐震基礎構造、耐震建造物、及び杭補強方法を提
供することにより提供される。

【００２１】本発明の請求項１の発明によれば、支持層
より浅く根入れされた地中連続壁と、該地中連続壁に一
体化され上記支持層にまで根入れされた杭とからなる耐
震基礎構造が提供される。

【００２２】本発明の請求項２の発明によれば、上記杭
が上記地中連続壁の内部にまで延ばされていることを特
徴とする耐震基礎構造が提供される。

【００２３】本発明の請求項３の発明によれば、上記杭
は、既製杭、又は鋼管杭、又は場所打ち杭であることを
特徴とする耐震基礎構造が提供される。

【００２４】本発明の請求項４の発明によれば、支持層
より浅く根入れされた地中連続壁と、該地中連続壁に一
体化され上記支持層にまで根入れされた杭とからなる耐
震基礎構造を有する耐震建造物が提供できる。

【００２５】本発明の請求項５の発明によれば、上記杭
が上記地中連続壁の内部にまで延ばされていることを特
徴とする耐震建造物が提供できる。

【００２６】本発明の請求項６の発明によれば、上記杭
は、既製杭、又は鋼管杭、又は場所打ち杭であることを
特徴とする耐震建造物が提供できる。

【００２７】本発明の請求項７の発明によれば、複数の
杭の杭頭部を、該杭頭部と一体化され支持層より浅く根
入れされた地中連続壁により連結すること特徴とする杭
補強方法が提供される。

【００２８】本発明の請求項８の発明によれば、上記杭
が上記地中連続壁の内部にまで延ばされていることを特
徴とする杭補強方法が提供される。

【００２９】本発明の請求項９の発明によれば、上記杭
は、既製杭、又は鋼管杭、又は場所打ち杭であることを
特徴とする杭補強方法が提供される。

【発明の実施の形態】以下本発明を図面をもって詳細に
説明する。図１は、本発明の耐震基礎構造の構成を示し
た斜視図である。図１に示した耐震基礎構造は、コンク
リート等で構築された地中連続壁１と、この地中連続壁
１の壁頭部に対して一体化された杭２とから構成されて
いる。

【００３０】本発明の耐震基礎構造において用いられる
地中連続壁１は、地表面Ｇ．Ｌから支持層レベルＳ．Ｌ
より浅く根入れされて構築されている。また、地中連続
壁１の上端１ａからは、地中連続壁１と一体化された杭
２が深さ方向へと支持層レベルＳ．Ｌを超えて支持層ま
で延ばされていて、図示しない上部建造物からの鉛直方
向荷重を支持している。地中連続壁１の根入れ深さは、
本発明においては特に制限はないが、地震により発生す
る曲げモーメント、剪断力が大きい地表面Ｇ．Ｌ付近に
おいて、地中連続壁１が杭２を補強できるようにするこ
とが好ましい。特に大規模地震の際の曲げモーメントが
地中連続壁１の鉛直方向の長さにわたって地下約１０ｍ
程度にまで影響すること、及び掘削土量を低減させて、
建設残土を低減させるという環境的な面、及び掘削コス
トを削減することを考えれば、地中連続壁１は、地表面
Ｇ．Ｌから深さ方向へと約５ｍ〜約１０ｍ程度の根入れ
深さとして構築することが望ましい。

【００３１】本発明の耐震基礎構造は、種々の工法によ
り構築することができる。例えば、地中連続壁１を構築
する際に、地中連続壁１を構築するための掘削を行い、
この掘削と同時に杭を支持層にまで根入れして構築する
ため別途杭を構築するための掘削を支持層に達するまで
行い、地中連続壁１と杭２とをコンクリートを打設して
同時に構築することもできる。この際、杭２のための掘
削と、地中連続壁１のための掘削との順は、適宜施工性
等を考慮して適宜設定することができる。

【００３２】この際、杭を構築する際に用いる鉄筋篭を
支持層から地中連続壁１内部に達するまで延長すること
により、地中連続壁１と、杭２との間、特に地中連続壁
１の下端１ｂにおける地中連続壁１と杭２との間の一体
性をより向上させることができる。このような構成とす
ることにより、地震時に地中連続壁１と杭２との境界部
において応力が集中しても境界部において、地中連続壁
１と杭２とが分断されてしまわないように地中連続壁１
と杭２との一体性をより向上させることができる。ま
た、地中連続壁１と、杭２との境界部へと応力が集中し
てしまうのを防止するため、本発明の耐震基礎構造にお
いては、地中連続壁１と、杭２との境界部を地中連続壁
１の下端１ｂから杭２の径まで順次減少して行くような
テーパとして形成することも可能である。

【００３３】また、プレキャストコンクリート杭といっ
た既製杭を用いる場合には、地中連続壁１を構築するた
めの掘削を行い、杭を支持層にまで根入れして構築する
ための掘削を行った後、プレキャストコンクリート杭
や、鋼管杭を掘削孔へと埋設し、その後地中連続壁１を
コンクリートを場所打ちして構築することもできる。こ
のプレキャストコンクリート杭や鋼管杭を構築する場合
にも、杭の少なくとも一部が地中連続壁１の内部にまで
延びるように構築されることが、境界部における破壊を
防止する上で好ましい。この場合にも地中連続壁１と、
杭２との境界部へと応力が集中してしまうのを防止する
ため、本発明の耐震基礎構造においては、地中連続壁１
と、杭２との境界部を地中連続壁１の下端１ｂから杭２
の径まで順次減少して行くようなテーパとして形成して
も良い。

【００３４】さらに、本発明によりすでに地中に構築さ
れた既製杭を補強する場合には、杭２の周囲の地盤を杭
２の一部を埋設させつつ地中連続壁１を構築できるよう
に掘削し、この掘削部へとコンクリートを打設して地中
連続壁１を構築することにより、杭２と、地中連続壁１
とが一体化されることにより補強した本発明の耐震基礎
構造を構築することができる。また、この場合にも地中
連続壁１と、杭２との境界部を地中連続壁１の下端１ｂ
から杭２の径まで順次減少して行くようなテーパとして
形成することができる。

【００３５】上述した本発明における地中連続壁１を構
築する際の工法には特に制限はなく、具体的には例えば
地中連続鉄筋コンクリート壁工法、ソイルセメント壁工
法、泥水固化壁工法といった周知の工法を挙げることが
できる。

【００３６】また、本発明に用いることができる杭とし
ては、プレキャストコンクリート杭、といった既製杭、
鋼管杭、場所打ち杭等を挙げることができ、新設される
杭の他、既設の杭であっても良い。

【００３７】図２は、図１に示した本発明の耐震基礎構
造を図１の矢線Ａ−Ａに沿った断面とした断面図であ
る。図２に示されるように、地表面Ｇ．Ｌには、フーチ
ング基礎、耐圧盤といった上部建造物の基礎３が設けら
れている。また、図示しないものの基礎３としては、地
中梁を用いることもできる。この基礎３の下側の地盤４
中には、本発明の耐震基礎構造が構築されている。この
耐震基礎構造は、支持層５に達しない程度の根入れ深さ
として構築された地中連続壁１の天端１ａが基礎３に連
結され、また地中連続壁１の下側端１ｂからは、杭２が
延びており、この杭２が支持層５にまで根入れされてい
る。

【００３８】本発明においては、図２に示されるように
地震時に大きな水平力が加えられる部分に対しては、地
中連続壁１の平面構造により水平力を受け止めて杭頭部
に加えられる水平力を分散させるものである。さらに、
上部建造物から加えられる鉛直方向荷重については、地
中連続壁１を介して杭２を支持層にまで根入れすること
により鉛直荷重を支持させるものである。また、杭２
は、地中連続壁１に一体化されていて、地中連続壁１に
より複数の杭の杭頭部を連結させることにより杭頭部の
補強をより確実に行うと共に、地盤の液状化をより効果
的に防止することができるようにしている。

【００３９】本発明においては、上述したように補強さ
れた基礎３上に図示しない上部建造物を構築して、耐震
性の向上した耐震建造物が構築される。この耐震建造物
は、本発明の耐震基礎構造により補強されているので、
特に地震等の際に地下構造の破壊を効果的に防止できる
ので、上部建造物の破壊や、倒壊といった損傷を防止す
ることができる。また、基礎３や上部構造物は、必ずし
も地表面Ｇ．Ｌよりも上に構築されるのではなく、地下
構造部分を有していても良い。

【００４０】以下図３を用いて本発明の耐震基礎構造の
補強作用について詳細に説明する。図３は、本発明の耐
震基礎構造と、この耐震基礎構造に対してレベル２程度
の大地震により加えられる応力とを概略的に示した図で
ある。本発明の耐震基礎構造は、図３に示されているよ
うに地中連続壁１と、この地中連続壁１に一体化され、
支持層にまで根入れされた杭２とから構成されている。

【００４１】図示しない上部建造物からの慣性力が地震
の際に本発明の基礎構造体に作用すると、図３に示され
るように、壁頭部に最大の曲げモーメントＦ_ｂｅｎｄが
発生する。この曲げモーメントＦ_ｂｅｎｄが杭の強度を
上回る場合には、従来の杭のみの基礎は、破壊され、そ
れに伴って上部建造物が傾斜したり、倒壊する。

【００４２】地震時に発生する曲げモーメントの地表面
Ｇ．Ｌから支持層までの深さ方向に沿った分布は、図７
（ｂ）に示すように地表面Ｇ．Ｌ付近で大きく、支持層
に近づくにつれて小さくなり、支持層付近では、ほぼ０
となる。このため、支持層付近では、杭による補強程度
で充分鉛直荷重及び地震により発生する曲げモーメント
に対抗することが可能となる。また、地表付近では、図
３のＦ_ｈｏｒｚで示される地震の水平力を受け止めるこ
とが可能となる。

【００４３】このため、杭頭部を地中連続壁１で補強す
ることにより、杭が個々に構築されている場合に比べ、
曲げ剛性が大きくなり、よりいっそう地表面Ｇ．Ｌ付近
での曲げモーメントや剪断応力に対抗させることができ
る。

【００４４】地震時には、上部構造の慣性力に起因する
水平加重Ｆ_ｈｏｒｚが発生する。この水平加重が基礎構
造に作用した場合、杭頭近傍部分において最大曲げモー
メント及び最大剪断力が発生する。本発明の如く杭頭部
を地中連続壁とした場合、杭頭部の剛性の向上により従
来の杭のみの場合に比して曲げ応力及び剪断力に対する
耐震性能は顕著となる。さらに、本発明の耐震基礎構造
は、地中連続壁１の厚さ及び深さ方向へと地盤４中に突
出し、地中連続壁１の長さ方向へと杭頭部が連結されて
いるので、図６に示す頭部補強された杭に比較し、壁頭
部を大きくする効果に加え、Ｆ_ｂｅｎｄが加えられても
地中連続壁１が、上下動に対する有効なストッパとして
機能して、地表面Ｇ．Ｌにおける変位を小さくすること
ができ、地震時によりいっそう上部建造物に対する支持
を行うことが可能となる。

【００４５】これまで本発明を図面に示した実施例を持
って説明してきたが、本発明は、図面に示された実施例
に限定されるものではなく、地中連続壁の工法及び厚
さ、杭の種類、数、寸法、本発明の耐震基礎構造の構築
法については、これまで知られているいかなるものでも
用いることができることはいうまでもないことである。

【００４６】

【発明の効果】したがって、本発明によれば、杭と、地
中連続壁とを一体化させ、より効果的に耐震補強を行う
ことを可能とする耐震基礎構造が提供できる。

【００４７】また、本発明によれば、より効果的に耐震
補強が行われた耐震建造物が提供できる。

【００４８】さらには、本発明によれば、新設される杭
ばかりではなく、既設杭についても地中連続壁により効
果的に補強を行うことを可能とし、効果的に地盤の液状
化対策を提供することが可能な杭補強方法が提供でき
る。

【００４９】さらに、本発明によれば、地中連続壁を構
築するための掘削土量やコンクリートといった材料を減
少させることができ、さらには掘削土量を低減すること
により建設残土の量を低減させ掘削コストを削減でき、
材料の低減を測ることが可能で環境的に優れた耐震基礎
構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の耐震基礎構造を示した斜視図。

【図２】本発明の耐震基礎構造を用いた建造物を示した
図。

【図３】本発明の地震時発生応力状況を示した図。

【図４】従来の地中連続壁を用いた建造物を示した図。

【図５】従来の地中連続壁を用いた建造物を示した図。

【図６】従来の杭頭部が補強された杭を示した図。

【図７】地中連続壁を用いた従来の耐震基礎構造及び地
震時の曲げモーメントの分布を示した図。

【符号の説明】

１…地中連続壁１ａ…天端１ｂ…下側端２…杭３…基礎４…地盤５…支持層４０…上部建造物４１…地下室４２…地中連続壁４３…地盤４４…支持層５０…構造体５１…地中連続壁５２…地盤５３…支持層６０…杭６１…杭頭部７１…地中連続壁７２…支持層７３…上部構造物Ｇ．Ｌ…地表面Ｓ．Ｌ…支持層レベル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持層より浅く根入れされた地中連続壁
と、該地中連続壁に一体化され前記支持層にまで根入れ
された杭とからなる耐震基礎構造。
【請求項２】前記杭が前記地中連続壁の内部にまで延
ばされていることを特徴とする請求項１に記載の耐震基
礎構造。
【請求項３】前記杭は、既製杭、又は鋼管杭、又は場
所打ち杭であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の耐震基礎構造。
【請求項４】支持層より浅く根入れされた地中連続壁
と、該地中連続壁に一体化され前記支持層にまで根入れ
された杭とからなる耐震基礎構造を有する耐震建造物。
【請求項５】前記杭が前記地中連続壁の内部にまで延
ばされていることを特徴とする請求項４に記載の耐震建
造物。
【請求項６】前記杭は、既製杭、又は鋼管杭、又は場
所打ち杭であることを特徴とする請求項４又は５に記載
の耐震建造物。
【請求項７】複数の杭の杭頭部を、該杭頭部と一体化
され支持層より浅く根入れされた地中連続壁により連結
すること特徴とする杭補強方法。
【請求項８】前記杭が前記地中連続壁の内部にまで延
ばされていることを特徴とする請求項７に記載の杭補強
方法。
【請求項９】前記杭は、既製杭、又は鋼管杭、又は場
所打ち杭であることを特徴とする請求項７又は８に記載
の杭補強方法。