JP4502442B2

JP4502442B2 - 耐震基礎構造、耐震建造物、及び杭補強方法

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Publication number: JP4502442B2
Application number: JP2000039237A
Authority: JP
Inventors: 義夫武内; 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: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: JP2001226987A

Description

【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４２ａ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９−３３２４６８号公報、特開平１１−２６９８９５号公報、特開平１１−１４８１４３号公報、特開平１１−１０７２９５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

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り、前記杭が前記支持層から前記地中連続壁の内部にまで延ばされ、前記地中連続壁と前記杭との境界部を、該地中連続壁の下端から前記支持層へ向けて、該杭の径まで順次減少していくようなテーパとして形成することを特徴とする、耐震基礎構造。
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に記載の耐震基礎構造。
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り、前記杭が前記支持層から前記地中連続壁の内部にまで延ばされ、前記地中連続壁と前記杭との境界部を、該地中連続壁の下端から前記支持層へ向けて、該杭の径まで順次減少していくようなテーパとして形成することを特徴とする耐震基礎構造を有する耐震建造物。
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３に記載の耐震建造物。
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し、前記杭が前記支持層から前記地中連続壁の内部にまで延ばされ、前記地中連続壁と前記杭との境界部を、該地中連続壁の下端から前記支持層へ向けて、該杭の径まで順次減少していくようなテーパとして形成すること特徴とする杭補強方法。
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５に記載の杭補強方法。