JP5480745B2 - 構造物用既設基礎の補強方法 - Google Patents

Description

この発明は、構造物用既設基礎の補強方法、特に、杭上に構築された既設フーチングを備えた構造物用既設基礎において、既設フーチングの周囲に鋼矢板壁を構築し、鋼矢板壁の内側谷部内の地盤に鋼管杭を打ち込んで、鋼矢板壁と鋼管杭とを一体化し、鋼矢板壁と既設フーチングとの間に新設フーチングを構築し、鋼矢板壁および鋼管杭と既設フーチングとを一体化することにより既設基礎を強固に補強することが可能な、構造物用既設基礎の補強方法に関するものである。

通常、図７に示すように、構造物の基礎２１は、地盤２２中に構築された杭２３と、杭２３上に構築された鉄筋コンクリート製フーチング２４とからなっている。基礎２１の構築に際しては、従来、以下のような背景があった。

（１）杭２３とフーチング２４との結合方法には、図８に示すように、杭２３の頭部から伸ばしたアンカー鉄筋２５をフーチング２４のコンクリートに定着させる方法、および、図９に示すように、杭２３の上部をそのままフーチング２４内に埋め込む方法がある。何れの方法も、杭２３を確実にフーチング２４に固定する必要があるので、図８および図９中（Ｌ１）で示すように、杭２３の外縁部をフーチング２４の端部より、通常、杭２３の半径寸法（Ｌ２）以上、離す必要があった。

（２）一般にフーチング２４は、地表から０．５ｍから３．０ｍ程度の深さに構築されるので、基礎２１を構築する地盤２２を、実際に構築するフーチング２４の寸法より広く掘削し、掘削穴内に外型枠を設置した後、外型枠内にコンクリートを打設し、埋め戻すのが一般的である。

（３）上述した基礎２１の設計に際しては、杭２３は、水平方向剛性よりも軸方向剛性に優れているという特性を有していることから、基礎２１上に、例えば、構造物としての橋脚を構築する場合、橋脚の中心に対して、杭２３の位置をできるだけ遠くに離して配置すれば、基礎２１の回転剛性を全体的に高めることができる。すなわち、このように杭２３を配置すれば、基礎２１の合理的かつ経済的な構築が可能となる。

（４）従来から地盤掘削時の仮土留め工に鋼矢板を用いるシートパイル基礎工法が知られている。シートパイル基礎工法によれば、上記（２）の外型枠を不要とすることができるので、地盤の掘削領域を減少させることができる。例えば、特許文献１（特許第４３００１６６号公報）には、図１０に示すように、鋼矢板壁２６とフーチング２４とを孔開き鋼板２７等により一体化することによって、基礎２１の強度向上を図った構造物用基礎が開示されている。また、特許文献２（特開２００８−２４０３５６号公報）には、図１１に示すように、杭２３に支持された、橋脚２８が構築されるフーチング２４と、杭２３の周囲の地盤中に構築された鋼矢板壁２６と備え、杭２３と鋼矢板壁２６とをフーチング２４を介して一体化した構造物用基礎が開示されている。

特許第４３００１６６号公報 特開２００８−２４０３５６号公報

都市部等の狭隘な場所に、例えば、橋梁等の構築物を構築する場合には、橋脚の用地幅（構築時に借地できる範囲も含めた用地幅）が非常に狭くなる。この結果、上記（１）および上記（２）の理由により、杭２３の構築位置を橋脚中心から十分に離すことができなかった。すなわち、図１２に示すように、狭隘な場所に橋脚２８を構築するには、例えば、地盤２２中に杭２３を構築した後、基礎２１の構築用地の境界直近の地盤２２中に鋼矢板を打ち込んで土留め壁としての鋼矢板壁２６を構築する。次いで、鋼矢板壁２６内の地盤２２を所定深さまで掘削した後、鋼矢板壁２６の内側に作業スペース２９を設けて外型枠３０を構築する。次いで、外型枠３０内にコンクリートを打設してフーチング２４を構築し、埋め戻す。そして、フーチング２４上に橋脚２８を構築する。なお、鋼矢板壁２６は、基礎２１の構築後、撤去する場合もある。

このようにして橋脚２８が構築されるが、鋼矢板２６の内側に作業スペース２９を設ける必要があるので、フーチング２４の寸法は、掘削穴より小さくなる。従って、上記（３）の理由により、橋脚２８の中心位置と杭２３の中心位置との間の距離（Ｌ２）を離すことができず、杭２３の有する有利な軸方向剛性を有効に活用することができない。この結果、基礎２１の回転剛性を全体的に高めることができない。すなわち、基礎２１の合理的かつ経済的な構築が行えない。

この問題は、図１２に示すように、杭２３の径（Ｒ２）を太くして、水平剛性を高めることによって解決することができるが、このようにすると建設コストが大幅に上昇する。

なお、上記特許文献１に開示された図１０に示す構造物用基礎によれば、フーチング２４を構造物の構築用地の境界直近にまで構築することができるが、この基礎２１は、杭を用いず、従って、杭と鋼矢板壁２６とを一体化するといった思想はない。

また、上記特許文献２に開示された図１１に示す構造物用基礎によれば、杭２３の周囲を鋼矢板壁２６により囲み、杭２３と鋼矢板壁２６とを一体的にすることによって、杭２３を補強することはできるが、この構造物用基礎は、杭２３をこれが鋼矢板壁２６の内側谷部内の地盤に打ち込むものではないので、橋脚２８の中心位置と杭２３の中心位置との間の距離（Ｌ２）を離すことができない。

従って、この発明の目的は、杭上に構築された既設フーチングを備えた構造物用既設基礎において、既設フーチングの周囲に鋼矢板壁を構築し、鋼矢板壁の内側谷部内の地盤に鋼管杭を打ち込んで、鋼矢板壁と鋼管杭とを一体化し、鋼矢板壁と既設フーチングとの間に新設フーチングを構築し、鋼矢板壁および鋼管杭と既設フーチングとを一体化することにより既設基礎を強固に補強することが可能な、構造物用既設基礎の補強方法を提供することにある。

この発明は、下記を特徴とするものである。

請求項１に記載の発明は、杭上に構築された既設フーチングを備えた構造物用既設基礎の補強方法において、前記既設フーチングの周囲に、複数枚の凹凸形鋼矢板を平面視が波形となるように互いに連結したものからなる鋼矢板壁を構築し、前記鋼矢板壁と前記既設フーチングとの間の地盤を掘削し、前記鋼矢板壁の内側谷部内の地盤に鋼管杭を打ち込み、前記鋼矢板壁と前記鋼管杭とを連結手段により一体化し、前記鋼矢板壁と前記既設フーチングとの間にコンクリートを打設して新設フーチングを構築し、前記鋼矢板壁および前記鋼管杭と前記新設フーチングとを一体化手段により一体化することに特徴を有するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、構造物用既設基礎の補強方法において、 前記鋼矢板壁を構築した後、前記鋼矢板壁内の地盤を掘削し、次いで、前記鋼管杭を打ち込む代わりに、前記鋼管杭を打ち込んだ後、前記鋼矢板壁を構築し、次いで、前記鋼矢板壁内の地盤を掘削することに特徴を有するものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の、構造物用基礎の構築方法において、前記鋼矢板壁を構築した後、前記鋼矢板壁内の地盤を掘削し、次いで、前記鋼管杭を打ち込む代わりに、前記鋼矢板壁を構築した後、前記鋼管杭を打ち込み、次いで、前記鋼矢板壁内の地盤を掘削することに特徴を有するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の、構造物用既設基礎の補強方法において、前記鋼管杭は、前記鋼矢板壁の前記内側谷部に納まる径を有していることに特徴を有するものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１つに記載の、構造物用既設基礎の補強方法において、前記連結手段は、溶接からなっていることに特徴を有するものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１から４の何れか１つに記載の、構造物用既設基礎の補強方法において、前記連結手段は、前記鋼管杭と前記鋼矢板壁とを連結する連結部材からなっていることに特徴を有するものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６の何れか１つに記載の、構造物用既設基礎の補強方法において、前記一体化手段は、前記鋼管杭に固定された、複数個の開口が形成された板材からなり、前記鋼管杭と前記新設フーチングとは、前記新設フーチングのコンクリートが前記板材の前記開口内に入り込むことにより一体化されることに特徴を有するものである。

請求項８に記載の発明は、請求項１から６の何れか１つに記載の、構造物用既設基礎の補強方法において、前記一体化手段は、前記鋼管杭に形成された複数個の開口からなり、前記鋼管杭と前記既設フーチングとは、前記新設フーチングのコンクリートが前記鋼管杭の前記開口内に入り込むことにより一体化されることに特徴を有するものである。

この発明によれば、以下のような効果がもたらされる。
（１）鋼矢板として、例えば、Ｕ形鋼矢板を使用し、杭として鋼管杭を使用することにより杭と鋼矢板壁とを強固に一体化することが可能となる。
（２）既設基礎の構築用地の用地境界直近の地盤中に鋼矢板壁を構築し、鋼矢板壁の内側谷部内の地盤に鋼管杭を打ち込んで鋼矢板壁と一体化し、そして、鋼矢板壁と既設フーチングとの間に新設フーチングを構築することによって、フーチング上の構造物の中心に対して、杭の位置を遠くに離して配置することができる。この結果、杭の有する有利な軸方向剛性を有効に活用することができる。
（３）杭の有する有利な軸方向剛性を有効に活用することができるので、鋼管杭径を細くすることができ、この結果、基礎の補強に要するコストを低減することができる。
（４）以上の効果によって、構造物用既設基礎を合理的かつ経済的に強固に補強することが可能となる。

この発明の補強方法によって補強された構造物用既設基礎を示す概略断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 この発明の補強方法における鋼管杭と新設フーチングとの一体化手段を示す正面図である。 この発明の補強方法における鋼管杭と新設フーチングとの別の一体化手段を示す正面図である。 この発明の補強方法における鋼管杭と新設フーチングとのさらに別の一体化手段を示す正面図である。 この発明の補強方法を示す概略断面図であり、（ａ）は、地盤に鋼矢板壁を構築した状態を示す図、（ｂ）は、鋼矢板壁と既設フーチングとの間の地盤を掘削した状態を示す図、（ｃ）は、鋼矢板壁の内側谷部内の地盤に鋼管杭を打ち込んだ状態を示す図、（ｄ）は、鋼矢板壁と既設フーチングとの間にコンクリートを打設して、新設フーチングを構築した状態を示す図である。 杭と杭上に構築されたフーチングとからなる基礎を示す概略断面図である。 杭の頭部から伸ばしたアンカー鉄筋をフーチングのコンクリートに定着させることによる杭とフーチングとの結合状態を示す概略断面図である。 杭の上部をそのままフーチング内に埋め込むことによる杭とフーチングとの結合状態を示す概略断面図である。 特許文献１に開示された構造物用基礎を示す概略断面図である。 特許文献２に開示された構造物用基礎を示す概略断面図である。 狭隘な場所に構築された構造物用基礎を示す概略断面図である。

この発明の、構造物用既設基礎の補強方法の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。

図１は、この発明の補強方法によって補強された構造物用既設基礎を示す概略断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３から図５は、この発明の補強方法における鋼管杭と新設フーチングとの一体化手段を示す正面図である。

図１において、１は、既設基礎であり、地盤２に構築された杭３と、杭３上に構築された既設フーチング４とから構成されている。５は、既設フーチング４の周囲に構築された鋼矢板壁である。鋼矢板壁５は、図２に示すように、複数枚の凹凸形鋼矢板、例えば、Ｕ形鋼矢板５ａを平面視が波形となるように互いに連結したものからなっていて、構築物としての、例えば、橋脚６の用地境界（図１および図２中、二点鎖線で示す。）の直近の地盤２中に構築されている。なお、既設基礎１の構築の際の鋼矢板壁５が撤去されていない場合には、既設の鋼矢板壁をそのまま使用する。

７は、鋼矢板壁５の内側谷部（Ｃ）内の地盤に打ち込まれた鋼管杭である。鋼管杭７は、図２に示すように、内側谷部（Ｃ）に納まる径（Ｒ１）を有している。このように、鋼管杭７の径（Ｒ１）を、鋼矢板壁５の内側谷部（Ｃ）に納まる程度の細径にすることによって、後述するように、既設フーチング４上の橋脚６の中心に対して、鋼管杭７の位置を遠くに離して配置することができ、この結果、鋼管杭７の有する有利な軸方向剛性を有効に活用することができるからである。鋼管杭７の頭部と鋼矢板壁５とは後述する連結手段を介して互いに強固に連結されている。

なお、この例では、鋼管杭７の径（Ｒ１）は、鋼矢板壁５の内側谷部（Ｃ）に納まる程度の寸法を有しているが、鋼管杭７の一部が内側谷部（Ｃ）から突出する寸法であってもよい。

上記連結手段としては、鋼矢板壁５と鋼管杭７とは溶接可能であるので、これらを直接、溶接（溶接箇所を図２中、Ｗで示す。）する手段があるが、これ以外に、図２に示すように、鋼矢板壁５と鋼管杭７とを板状連結部材８を介して溶接しても良い。板状連結部材７は、鋼管杭３の長手方向に沿って間隔をあけて設けても、あるいは、連続して設けても良い。板状連結部材７を連続して設ける場合には、鋼管杭３と鋼矢板壁５と板状連結部材８とにより閉鎖空間（Ｓ）が形成されるので、この閉鎖空間（Ｓ）内に、後述する新設フーチングを構築する際のコンクリートを充填すれば、鋼矢板壁５と鋼管杭７とがより強固に連結される。勿論、鋼矢板壁５と鋼管杭７とを直接、溶接する連結手段と、連結部材７による連結手段とを併用しても良い。

９は、鋼矢板壁５既設フーチング４との間に構築された新設フーチングである。鋼矢板壁５および鋼管杭７と既設フーチング９とは、一体化手段により一体化されている。鋼矢板壁５と既設フーチング９との一体化手段は、図１に示すように、鋼矢板壁５と既設フーチング９の補強鉄筋（図示せず）との間に固定した鉄筋１０からなり、鉄筋１０が新設フーチング９のコンクリートと定着することにより一体化される。なお、既設フーチング４と新設フーチング９とは、これらの間に鉄筋等を配すること等の手段によって一体化される。

鋼管杭７と新設フーチング９との一体化手段は、図３に示すように、鋼管杭７と新設フーチング９の補強鉄筋（図示せず）との間に配筋された鉄筋１２からなり、鋼管杭７と新設フーチング９とは、鉄筋１２が新設フーチング９のコンクリートと定着することにより一体化される。

一体化手段は、図４に示すように、鋼管杭７にその長手方向に沿って溶接された、複数個の開口１１ａが形成された鋼板からなる板材１１であっても良い。新設フーチング９のコンクリートが板材１１の開口１１ａに入り込むことによって、鋼管杭７と新設フーチング９とが一体化される。

一体化手段は、図５に示すように、鋼管杭７に形成された複数個の開口７ａであっても良い。新設フーチング９のコンクリートが鋼管杭７の開口７ａ内に入り込むことによって、鋼管杭７と新設フーチング９とが一体化される。

一体化手段としては、図４中、二点鎖線でに示すように、板材１１の開口１１ａと新設フーチング９内の鉄筋（図示せず）との間に鉄筋１３を固定しても良く、図５中、二点鎖線でに示すように、鋼管杭７の開口７ａと新設フーチング９の補強鉄筋（図示せず）との間に鉄筋１４を固定しても良い。このように、鉄筋１３あるいは鉄筋１４を配し、新設フーチング９のコンクリートと定着させることによって、鋼管杭７と新設フーチング９とをさらに強固に一体化させることができる。

このように、既設基礎１の構築用地の用地境界直近の地盤２中に、既設フーチング４を取り囲むように鋼矢板壁５を構築し、鋼矢板壁５の内側谷部（Ｃ）の地盤中に鋼管杭７を打ち込んで鋼矢板壁５と一体化し、そして、鋼矢板壁５と既設フーチング４との間に新設フーチング９を構築し、鋼矢板壁５および鋼管杭７と新設フーチング９を一体化することによって、用地境界直近まで既設フーチング４を増設することが可能となり、しかも、既設フーチング４上の橋脚６の中心に対して、鋼管杭７の位置を遠くに離して配置することができる。すなわち、図１において、橋脚６の中心位置と鋼管杭７の中心位置との間の距離を（Ｌ１）で示し、橋脚６の中心位置と既設杭３の中心位置との間の距離を（Ｌ２）で示すが、（Ｌ２）より（Ｌ１）の方が長くなっているので、鋼管杭７の有する有利な軸方向剛性を有効に活用することができる。

また、鋼管杭７の有する有利な軸方向剛性を有効に活用することができるので、鋼管杭７の径を細くすることができ、この結果、既設基礎１の補強に要するコストを低減することができる。すなわち、図１において、鋼管杭７の直径を（Ｒ１）で示し、既設杭３の直径を（Ｒ２）で示すが、（Ｒ２）より（Ｒ１）の方が細くなっている。

以上の効果によって、構造物用既設基礎１を合理的かつ経済的に補強することが可能となる。

次に、この発明の、構造物用既設基礎の補強方法を、図面を参照しながら説明する。

図６は、この発明の補強方法を示す概略断面図であり、（ａ）は、地盤に鋼矢板壁を構築した状態を示す図、（ｂ）は、鋼矢板壁と既設フーチングとの間の地盤を掘削した状態を示す図、（ｃ）は、鋼矢板壁の内側谷部内の地盤に鋼管杭を打ち込んだ状態を示す図、（ｄ）は、鋼矢板壁と既設フーチングとの間にコンクリートを打設して、新設フーチングを構築した状態を示す図である。

先ず、図６（ａ）に示すように、既設フーチング４の周囲に、複数枚のＵ形鋼矢板５ａを平面視が波形となるように互いに連結したものからなる鋼矢板壁５を構築する。

次いで、同図（ｂ）に示すように、鋼矢板壁５と既設フーチング４との間の地盤２を掘削する。

次いで、同図（ｃ）に示すように、鋼矢板壁５の内側谷部（Ｃ）内の地盤２に鋼管杭７を打ち込み、鋼管杭７の頭部と鋼矢板壁５とを、上述した連結手段により一体化する。

次に、同図（ｄ）に示すように、鋼矢板壁５と既設フーチング４との間に新設フーチング用補強鉄筋１０を配筋し、コンクリートを打設して新設フーチング９を構築する。この際、既設フーチング４と新設フーチング９とを、これらの間に鉄筋（図示せず）を配筋する等の手段により強固に一体化すると共に、鋼矢板壁５および鋼管杭７と新設フーチング９とを、上述した一体化手段により一体化する。

このようにして、構造物用既設基礎を強固に補強することができる。

上記補強例は、先ず、鋼矢板壁５を構築した後、鋼矢板壁５内の地盤２を掘削し、次いで、鋼管杭７を打ち込むものであるが、鋼管杭７を打ち込んだ後、鋼矢板壁５を構築し、次いで、鋼矢板壁５内の地盤２を掘削しても、あるいは、鋼矢板壁５を構築した後、鋼管杭７を打ち込み、次いで、鋼矢板壁５内の地盤２を掘削しても良い。

以上のように、この発明によれば、鋼矢板として、例えば、Ｕ形鋼矢板を使用し、杭として鋼管杭を使用することにより杭と鋼矢板壁とを強固に一体化することが可能となる。また、既設フーチングの周囲に鋼矢板壁を構築し、鋼矢板壁の内側谷部内の地盤に鋼管杭を打ち込んで、鋼矢板壁と鋼管杭とを一体化し、鋼矢板壁と既設フーチングとの間に新設フーチングを構築し、鋼矢板壁および鋼管杭と既設フーチングとを一体化することにより既設基礎を合理的かつ経済的に強固に補強することが可能となる。

１：既設基礎
２：地盤
３：杭
４：既設フーチング
５：鋼矢板壁
５ａ：鋼矢板
６：橋脚
７：鋼管杭
７ａ：開口
８：板状連結部材
９：新設フーチング
１０：鉄筋
１１：板材
１１ａ：開口
１２：鉄筋
１３：鉄筋
１４：鉄筋
２１：基礎
２２：地盤
２３：杭
２４：フーチング
２５：アンカー鉄筋
２６：鋼矢板壁
２７：孔明き鋼板
２８：橋脚
２９：作業スペース
３０：外型枠

Claims (8)

1. 杭上に構築された既設フーチングを備えた構造物用既設基礎の補強方法において、
   前記既設フーチングの周囲に、複数枚の凹凸形鋼矢板を平面視が波形となるように互いに連結したものからなる鋼矢板壁を構築し、前記鋼矢板壁と前記既設フーチングとの間の地盤を掘削し、前記鋼矢板壁の内側谷部内の地盤に鋼管杭を打ち込み、前記鋼矢板壁と前記鋼管杭とを連結手段により一体化し、前記鋼矢板壁と前記既設フーチングとの間にコンクリートを打設して新設フーチングを構築し、前記鋼矢板壁および前記鋼管杭と前記新設フーチングとを一体化手段により一体化することを特徴とする、構造物用既設基礎の補強方法。
2. 前記鋼矢板壁を構築した後、前記鋼矢板壁内の地盤を掘削し、次いで、前記鋼管杭を打ち込む代わりに、前記鋼管杭を打ち込んだ後、前記鋼矢板壁を構築し、次いで、前記鋼矢板壁内の地盤を掘削することを特徴とする、請求項１に記載の構造物用既設基礎の補強方法。
3. 前記鋼矢板壁を構築した後、前記鋼矢板壁内の地盤を掘削し、次いで、前記鋼管杭を打ち込む代わりに、前記鋼矢板壁を構築した後、前記鋼管杭を打ち込み、次いで、前記鋼矢板壁内の地盤を掘削することを特徴とする、請求項１に記載の構造物用既設基礎の補強方法。
4. 前記鋼管杭は、前記鋼矢板壁の前記内側谷部に納まる径を有していることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の、構造物用既設基礎の補強方法。
5. 前記連結手段は、溶接からなっていることを特徴とする、請求項１から４の何れか１つに記載の、構造物用既設基礎の補強方法。
6. 前記連結手段は、前記鋼管杭と前記鋼矢板壁とを連結する連結部材からなっていることを特徴とする、請求項１から４の何れか１つに記載の、構造物用既設基礎の補強方法。
7. 前記一体化手段は、前記鋼管杭に固定された、複数個の開口が形成された板材からなり、前記鋼管杭と前記新設フーチングとは、前記新設フーチングのコンクリートが前記板材の前記開口内に入り込むことにより一体化されることを特徴とする、請求項１から６の何れか１つに記載の、構造物用既設基礎の補強方法。
8. 前記一体化手段は、前記鋼管杭に形成された複数個の開口からなり、前記鋼管杭と前記既設フーチングとは、前記新設フーチングのコンクリートが前記鋼管杭の前記開口内に入り込むことにより一体化されることを特徴とする、請求項１から６の何れか１つに記載の、構造物用既設基礎の補強方法。

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