JP5041838B2 - 杭基礎構造の構築方法 - Google Patents

Description

本願発明は杭基礎構造の構築方法に関するものである。

軟弱地盤における杭頭付近の表層部の液状化に対処する方法としては、（１）壁状の深層改良体２０などで液状化層２１中の支持杭２２を格子状に囲み、液状化の原因である地盤のせん断変形を抑制する方法（図１２参照）、（２）締固め砂杭を多数打設することにより液状化の発生を防止する方法、（３）液状化の発生は許容し、靭性や耐力の大きな鋼管巻き杭（ＳＣ杭）で対処する方法などがある。またその他の杭基礎構造の構築方法としては、例えば特開２００７−４６３４３号の発明が知られている。
特開２００７−４６３４３号公報

しかし、上記の（１）および（２）の方法は、液状化の発生については防止することが可能であるが、杭頭付近の表層部の地盤剛性を飛躍的に改良することはできない。また（３）の方法は、液状化の発生を許容しているため杭頭部の水平変位を低減することができない。また同様な理由から、沖積シルト層などの軟弱地盤に対しては、杭の水平変位を低減する対策にはなり得ない。したがって、これらの工法は、液状化の発生防止だけを期待した対策であるか、あるいは表層部が軟弱地盤である杭に発生する大きな曲げ応力に関して杭の耐力や靭性を高める対策であるため、地震時における杭頭部の水平変位を低減することができなかった。

本願発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、地震時における杭頭部の水平変位を大幅に低減することができるとともに、杭体の曲げ応力を低減することができる杭基礎構造の構築方法を提供することである。

以上の課題を解決するための杭基礎構造の構築方法は、軟弱地盤の表層部に格子の交点で杭径間隔分を残した状態で、且つ、水平剛性を確保すべく杭径と同等若しくはそれ以下の幅にして深層改良体を格子状に形成し、
前記格子の交点に支持杭形成用の掘削孔を、前記深層改良体の一部を削りながら形成した後、該掘削孔に支持杭を前記深層改良体と一体にして形成することである。

また、深層改良体の深さは、液状化層の無い軟弱地盤の場合には曲げモーメントを低減させるべく支持杭の杭径の３〜５倍以内の深さにし、または、液状化層のある軟弱地盤の場合には液状化を防止できる深さにすることを含むものである。

曲げモーメントが最も大きく作用する杭頭部を格子状の深層改良体で支持したこと、すなわち格子状の深層改良体の格子の交点に支持杭を打設したことにより、地震時における杭頭部の水平変位および曲げ応力を大幅に低減することができる。例えば鋼管巻き杭を既製杭に変更するなど、地震時における杭体の曲げ応力を低減することもできる。また軟弱な液状化層に格子状の深層改良体を形成したことにより、液状化の発生を防ぎ、液状化に対する安全率を向上させることができる。

以下、本願発明の杭基礎構造の構築方法について説明する。まず杭基礎構造について説明し、次に、杭基礎構造の構築方法について説明する。この杭基礎構造は杭頭部の水平変位量を抑制するために、軟弱地盤の表層部に適宜深さの深層改良体を形成して杭頭部の水平剛性を確保するものである。ここに適宜深さとは軟弱地盤において液状化層がない場合は杭径の３〜５倍の深さであり、液状化層がある場合は液状化層の深さである。

図１は第１の実施の形態の杭基礎構造１を示したものである。この杭基礎構造１は液状化層のない軟弱地盤２に構築されたものであり、この軟弱地盤２における表層部３に形成された格子状の深層改良体４と、該深層改良体４の格子の交点に打設された支持杭５とから構成されている。

この深層改良体４は掘削土にセメントミルクを混合して製造した混合材８により形成（支持杭５の通り芯６に沿って形成）されたものであり、杭径の３〜５倍以内の深さと、杭径と同等またはそれ以下の幅と、表層地盤２の１０倍以上の剛性とを備えている。この深層改良体４の格子の交点に打設された支持杭５は既製杭であり、杭周固定材９を介して深層改良体４に接合されている。また深層改良体４の深さを杭径の３〜５倍以内にしたのは、図２に示すように、杭径の３〜５倍以内の深さの杭頭部には最も大きな曲げモーメントが作用するため、この曲げモーメントを効果的に低減させるためである。また深層改良体４の幅を杭径と同等、またはそれ以下にしたのは、杭径の３〜５倍以内の深さによって杭頭部における必要な水平剛性を十分に確保することができるからである。なお、深層改良体４と支持杭５とは別個に構築されるため杭周固定材９は支持地盤７にまで達している。

また図３は第２の実施の形態の杭基礎構造１０を示したものである。この杭基礎構造１０は、液状化層１１のある軟弱地盤２に形成したものであり、深層改良体４が杭径の３〜５倍以内の深さではなく、液状化層１１の深さにまで形成された以外は、第１の実施の形態の杭基礎構造１と同じ構成である。このように格子状の深層改良体４を液状化層１１の深さまで形成すると、液状化の発生を効果的に防ぐことができる。この液状化層の深さとは液状化層の下端までや、液状化層の深さの半分または３分の２など、液状化層の層厚や液状化層の改良範囲、または経済的な事項などを考慮し、これらに対応して決定するものとする。

また図４は第３の実施の形態の杭基礎構造１２を示したものである。この杭基礎構造１２は支持杭５が、上記のような既製杭ではなく、場所打ちコンクリート杭であり、これ以外は第１の実施の形態の杭基礎構造１と同じ構成である。この場所打ちコンクリート杭の場合は、掘削孔１３にコンクリート１４を直接打設して形成するため、コンクリート１４を打設した地点で深層改良体４に接合でき、上記のような杭周固定材９を必要としない。

この支持杭５を場所打ちコンクリート杭とした構成は、第２の実施の形態の杭基礎構造１０、すなわち液状化層１１のある軟弱地盤２に形成した杭基礎構造１０にも適用することができる。

次に、第１の実施の形態の杭基礎構造の構築方法について、第１の実施の形態の杭基礎構造１を用いて説明する。この方法は液状化層のない軟弱地盤２を対象にしたものであり、まず図５に示すように、軟弱地盤２における表層部３に深層改良体ユニット１５を支持杭５の通り芯６に沿って形成する。

この深層改良体ユニット１５は三連の掘削機で、格子の交点である支持杭５の打設箇所１８を中心にした十字形の掘削孔（四本で十字を形成する）１６を杭径の３〜５倍以内の深さに掘削するとともに、この掘削孔１６における掘削土にセメントミルクを投入・混合して混合材８を製造する。そして、この混合材８が硬化すると、十字形の深層改良体ユニット１５、すなわち掘削されていない交点（支持杭の打設箇所１８）を中心にして十字に配置された改良体１９からなる深層改良体ユニット１５が形成される。この時点で、各深層改良体ユニット１５は、それぞれ独立して（各ユニットが接合されないで）存在している。

次に、図６に示すように、各深層改良体ユニット１５間に、上記と同じように、三連の掘削機で掘削孔１６を、両側の深層改良体ユニット１５における改良体１９の一部（先端部）を削りながら掘削する。そして、この掘削孔１６における掘削土にセメントミルクを投入・混合して混合材８を製造する。そして、この混合材８が硬化して、新たな改良体１７が形成されると、それぞれ独立していた深層改良体ユニット１５同士が接合されて、格子状の深層改良体４が形成される。この時点で、支持杭の打設箇所である格子の交点１８は掘削されていない。

次に、図７に示すように、掘削されていない格子の交点１８に支持杭用の掘削孔１３を、深層改良体ユニット１５の一部（四本の改良体１９の先端部）を削りながら掘削し、この掘削孔１３にセメントミルクなどの杭周固定材９を充填する。次に、図８に示すように、この杭周固定材９の中に支持杭５である既製杭を建て込む。そして、この杭周固定材９が硬化すると、支持杭５が深層改良体４に接合されて一体になる。これにより支持杭５が深層改良体４の交点で支持された杭基礎構造１が構築される。なお、深層改良体ユニット１５は杭径の３〜５倍以内の深さであるが、杭周固定材９は支持地盤７の深さまで形成される。

次に、第２の実施の形態の杭基礎構造の構築方法について、上記と同じように第１の実施の形態の杭基礎構造１を用いて説明する。この方法は液状化層１１のある軟弱地盤２を対象にし、深層改良体ユニット１５を杭径の３〜５倍以内の深さに形成するのではなく、液状化層１１の深さまで形成するものであり、これ以外は上記の第１の実施の形態の構築方法と同じ構成である。このように液状化層１１の深さまで格子状の深層改良体４を形成することにより、地震による液状化の発生を防ぐことができる。この液状化層の深さとは液状化層の下端までや、液状化層の深さの半分または３分の２など、液状化層の層厚や液状化層の改良範囲、または経済的な事項などを考慮し、これらに対応して決定するものとする。

次に、第３の実施の形態の杭基礎構造の構築方法について、上記と同じ第１の実施の形態の杭基礎構造１を用いて説明する。この方法は液状化層のない軟弱地盤２を対象にしたものであり、まず図９に示すように、軟弱地盤２における表層部３に深層改良体ユニット１５を支持杭５の通り芯６に沿って形成する。

この深層改良体ユニット１５は三連の掘削機で掘削孔を突き合わせるようにして十字形に形成する。この掘削孔１６は杭径の３〜５倍の深さまで掘削し、この掘削孔１６内における掘削土にセメントミルクを投入・混合して混合材８を製造する。そして、この混合材８が硬化すると、各改良体１９が突き合わされた、すなわち縦と横の改良体１９が交差した十字形の深層改良体ユニット１５が形成される。この時点で、各深層改良体ユニット１５は、それぞれ独立して（各ユニットが接合されないで）存在している。

次に、図１０に示すように、十字形の深層改良体ユニット１５間に、上記と同じように、三連の掘削機で掘削孔１６を、両側の深層改良体ユニット１５の改良体１９の一部を削りながら掘削して、この掘削孔１６における掘削土にセメントミルクを投入・混合して混合材８を製造する。そして、この混合材８が硬化すると、それぞれ独立して存在していた深層改良体ユニット１５同士が接合されて、格子状の深層改良体４が形成される。この時点で、支持杭の打設箇所である格子の交点１８にも改良体１９が形成されている。

次に、図７に示すように、格子の交点１８に支持杭用の掘削孔１３を、深層改良体ユニット１５の改良体１９を削りながら支持地盤７に達するまで掘削し、この掘削孔１３にセメントミルクなどの杭周固定材９を充填する。次に、図８に示すように、この杭周固定材９の中に支持杭５である既製杭を建て込む。そして、この杭周固定材９が硬化すると、支持杭５が深層改良体４に接合されて一体になる。これにより深層改良体４の交点に支持杭５が形成された杭基礎構造１が構築され、この支持杭５が深層改良体４で支持されている。

次に、第４の実施の形態の杭基礎構造の構築方法について説明する。これは第３の実施の形態の構築方法を液状化層１１のある軟弱地盤２に適用したものであり、深層改良体ユニット１５を杭径の３〜５倍以内の深さに形成するのではなく、液状化層１１の深さまで形成した以外は第３の実施の形態の杭基礎構造の構築方法と同じ構成である（図示せず）。

次に、第５の実施の形態の杭基礎構造の構築方法について説明する。これは第１の実施の形態の杭基礎構造の構築方法において支持杭５が既製杭から現場打ち杭に代わったものである。

まず上記と同じ方法で、軟弱地盤２における表層部３に深層改良体ユニット１５を杭径の３〜５倍以内の深さに形成する。そして、上記と同じ方法で、各深層改良体ユニット１５間に、新たな改良体１７を形成して、それぞれ独立していた深層改良体ユニット１５同士を接合して格子状の深層改良体４を形成する。この時点で、支持杭の打設箇所である格子の交点１８は掘削されていない。

次に、図１１に示すように、この掘削されていない格子の交点１８に支持杭用の掘削孔１３を、深層改良体ユニット１５の一部（四本の改良体１９の先端部）を削りながら掘削し、この掘削孔１３に鉄筋籠とコンクリートを打設する。そして、このコンクリートが硬化すると、現場打ちコンクリート製の支持杭５が深層改良体４と一体になる。これにより支持杭５が深層改良体４の交点で支持された杭基礎構造１が構築される。

この第５の実施の形態の杭基礎構造の構築方法は、上記の第２〜第４の実施の形態の杭基礎構造の構築方法にも適用することができる。

なお、上記の第１〜第５の実施の形態の杭基礎構造の構築方法においては、三連の掘削機で掘削孔１６を掘削したが、これは三連に限らず、五連の掘削機を使用することともできる。また格子状の深層改良体４は十字形の深層改良体ユニット１５を形成した後に、これらを接続した施工方法であったが、これに限らず、どのような順番で深層改良体４を構築することもできる。

第１の実施の形態の杭基礎構造であり、（１）は斜視図、（２）は断面図である。 杭頭部における曲げモーメントの低減効果を示したグラフ図である。 第２の実施の形態の杭基礎構造であり、（１）は斜視図、（２）は断面図である。 第３の実施の形態の杭基礎構造であり、（１）は斜視図、（２）は断面図である。 第１の実施の形態の杭基礎構造の構築方法であり、掘削されていない格子の交点を中心にして形成された深層改良体ユニットの断面図である。 第１の実施の形態の杭基礎構造の構築方法であり、深層改良体ユニットが接合された断面図である。 第１の実施の形態の基礎構造の構築方法であり、格子の交点に支持杭用の掘削孔を形成した断面図である。 第１の実施の形態の基礎構造の構築方法であり、支持杭用の掘削孔に既製杭を建て込んだ断面図である。 第２の実施の形態の杭基礎構造の構築方法であり、改良体が交差して形成された深層改良体ユニットの断面図である。 第３の実施の形態の杭基礎構造の構築方法であり、各深層改良体ユニットが接合された断面図である。 第５の実施の形態の杭基礎構造の構築方法であり、各深層改良体ユニットが接合された断面図である。 従来の杭基礎構造であり、（１）は平面図、（２）は斜視図である。

符号の説明

１、１０、１２ 杭基礎構造
２ 軟弱地盤
３ 表層部
４、２０ 深層改良体
５、２２ 支持杭
６ 通り芯
７ 支持地盤
８ 混合材
９ 杭周固定材
１１ 液状化層
１３、１６ 掘削孔
１４ コンクリート
１５ 深層改良体ユニット
１７、１９ 改良体
１８ 格子の交点

Claims (2)

1. 軟弱地盤の表層部に格子の交点で杭径間隔分を残した状態で、且つ、水平剛性を確保すべく杭径と同等若しくはそれ以下の幅にして深層改良体を格子状に形成し、
   前記格子の交点に支持杭形成用の掘削孔を、前記深層改良体の一部を削りながら形成した後、該掘削孔に支持杭を前記深層改良体と一体にして形成すること、
   を特徴とする杭基礎構造の構築方法。
2. 深層改良体の深さは、液状化層の無い軟弱地盤の場合には曲げモーメントを低減させるべく支持杭の杭径の３〜５倍以内の深さにし、または、液状化層のある軟弱地盤の場合には液状化を防止できる深さにすること、
   を特徴とする請求項１に記載の杭基礎構造の構築方法。

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