JPH0694657B2

JPH0694657B2 - 基礎地盤の耐震補強用小杭

Info

Publication number: JPH0694657B2
Application number: JP61103159A
Authority: JP
Inventors: 健三越智; 正広岡本
Original assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Current assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPS62260915A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ボックス・掘割道路等の半地下構造物や浄化
槽・下水管等の中空埋設物などの土木構造物あるいは地
上の建築構造物を地下水位の比較的高い砂質地盤に安全
に構築するための基礎地盤の耐震補強用小杭に関するも
のである。

従来の技術一般に、砂・砂れき・埋立地・しゅんせつ地盤等で地下
水位が比較的高い砂質地盤では、地震時に液状化現象が
生じ易くて地盤が破壊する恐れがあり、震災時の交通輸
送路を確保する必要から、このような砂質地盤に主要幹
線掘割道路を構築する場合には、第12図に示すように、
例えば道路幅が15〜40mで深さが５〜10m程度の鉄筋コン
クリート製の道路２では、そのコンクリート路床2aの厚
みを1.5m程度にすると共に、側壁2bから外方に相当突出
せしめるように耐震設計することが義務づけられてい
る。

しかし、このような構造では路床厚や突出幅が大きくて
大量の鉄筋やコンクリート資材を必要とするだけでな
く、工期が長くて施工費が高くなる等の問題点があり、
その改善が要請されていた。

この要請に応えるため、第13図に示すように道床下方の
砂質土中に液剤やセメント10を混入して固化したり、第
14図に示すように道路２の両外側に連続壁11を設ける等
の固化方法による改善案があった。

また、第15図に示すように道路２の下側及び両側部の地
盤１を締固める方法や、さらに第16図に示すように砂や
れき等から成る排水杭12を打設する工法があった。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、上記固化方法では、例えばソイルモルタ
ル小杭等には引張強度がなくて地震により容易にせん断
されてしまったり、連続壁11では路床2aの中央部に沈下
が生じ易い等の問題点があり、また上記締固め方法で
は、施工範囲が広くて工事が大型になり、工期が長くな
ったり施工費が高くつく等の問題点があり、さらに排水
杭方法では水平水頭差がない部分での排水は行われず、
しかも道路２の浮上りは防止できても排水による沈下が
生じてしまう等の問題点があった。

発明の目的本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、その目的とするところは、材料費が安価で地盤
中に容易に施工することが出来るだけでなく、補強効果
の高い基礎地盤の耐震補強用小杭を提供することにあ
る。

問題点を解決するための手段本発明の基礎地盤の耐震補強用小杭は、土木構造物ある
いは建築構造物を地下水位の比較的高い砂質地盤に構築
するために基礎地盤中に群打設される耐震補強用小杭で
あって、杭頭部が上記構造物の下面から離間して打設さ
れ、剛性が高い芯材の周囲に砂との摩擦力が大きい摩擦
材を付着せしめて構成したことを特徴とする。上記摩擦
材が、多数の連通した空隙を有する排水摩擦材であるこ
とを特徴とする。上記芯材がヤング率Ｅ≧10⁴Kgf/cm²の
剛性を有することを特徴とする。上記摩擦材が砂の内部
摩擦力よりも大きい摩擦力で砂と摩擦係合することを特
徴とする。上記摩擦材が合成樹脂系接着剤により芯材に
付着されることを特徴とする。上記排水摩擦材が砂利と
セメントにより構成されていることを特徴とするもので
ある。

作用本発明は、小杭の杭頭部が構造物の下面から離間して打
設されるので、地盤に地震によるせん断変形が生じた場
合に上記小杭が地盤と同一の挙動をするだけでなく、構
造物の荷重が直接小杭に伝わることなく地盤に圧縮力と
して働くことになる。また、上記小杭は剛性の高い芯材
の周囲に摩擦材を付着せしめて構成されているので、地
盤に働くせん断変形や圧縮力に伴って該小杭内に材力が
生じ、その反力として周囲の地盤を締め固めたり、沈下
を抑制する。さらに、上記小杭を群打設することによ
り、基礎地盤を全体に亘って強化し、制振あるいは沈下
を抑制する。さらにまた、上記摩擦材を、多数の連通し
た空隙を有する排水摩擦材とすることにより、地盤中の
過剰間隙水圧を消散させる。

実施例以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図において、１は地下水位WLの比較的高い砂質地盤
であって、その中に鉄筋コンクリート製の掘割道路２が
構築されている。

該掘割道路２の下側および外側近傍の砂質地盤１中には
多数の補強小杭３がほぼ均等間隔で群打設されている。
各補強小杭３の太さ・打設本数・間隔等は、後述するよ
うに本発明者の実験によると、nEA/As（Kgf/cm²）［た
だし、ｎは補強小杭の本数、Ｅはヤング率、Ａは１本の
補強小杭の断面積、Asは施工地盤の底面積である。］と
いうパラメーターで決定されることが解ると共に、その
置換率（Ａ×n/As）×100は７％程度が効果的であり、
それ以下では沈下して構造物が破壊するおそれがあり、
それ以上でも効果は変わらず無意味であることが解っ
た。

該補強小杭３は、第２図に示すように芯材3aとその外表
面に付着された摩擦材3bから構成されている。

該芯材3aは、例えばPC棒・鉄筋棒・アルミ合金棒・鉄筋
かご等の金属材料あるいは合成樹脂等の非金属材料で引
張り・圧縮・曲げ・座屈等に強い剛性を有する材質であ
って、ヤング率Ｅ≧10⁴Kgf/cm²のものあれば、いずれで
もよく、その直径は５〜100mm程度のものが好ましい。

また、上記摩擦材3bは、直径５〜20mm程度の荒目砂等の
粒状体であって、例えばエポキシ系接着剤等の合成樹脂
系接着剤により上記芯材3aの外表面に強固に接着され、
周囲の砂との間で摩擦係合できるようになっている。こ
の砂との摩擦力は砂の内部摩擦力よりも大きくなってい
る。尚、芯材3aの外表面に凹凸加工または多数の棒状、
板状等の小突出物を形成または固着して、上記摩擦材3b
としてもよい。

再び第１図において、上記補強小杭３は砂質地盤１の下
方の支持層４にわずかに（例えば10cm程度）差込んだり
根固めしてもよく、あるいは支持層４の表面上に単に置
いた状態にしてもよく、さらに支持層４の表面から多少
離して浮かせた状態に設置してもよい。

一方、補強小杭３の杭頭部は掘割道路２の路床2aの下面
に固定することなく、これから離間しておく。尚、路床
2aの下面にグラベルマットを敷設し、この中に上記杭頭
を自由に挿入してもよい。

本実施例は以上のように構成されているので．例えば第
３図（Ａ）に示すように上記砂質地盤１に地震によるせ
ん断応力τが発生して、第３図（Ｂ）に示すようにせん
断変形を生じてもこれと同一の挙動をする補強小杭３は
相当高い引張剛性を有するので、上記変形に伴って該補
強小杭３内には材力Ｔが生じ、その反力として補強小杭
３の周囲の砂質土には、第３図（Ｃ）に示すような、拘
束力Ｔ′が生じて砂質地盤１を締固めることが理解され
る。

また、第４図（Ａ）に示すように、砂質地盤１に掘割道
路２等の荷重による圧縮力Ｐが働くと、補強小杭３にも
圧縮応力Ｒが生ずるが、該補強小杭３は相当高い圧縮剛
性を示すので、その反力として補強小杭３の周囲の砂質
土に第４図（Ｂ）に示すような拘束力Ｒ′が生じ、上記
圧縮力Ｐに抵抗して砂質地盤１の沈下が抑制されること
が理解される。

第５図は別の実施例を示すもので、掘割道路２の下側お
よび外側の砂質地盤１中には20〜30cm程度の直径を有す
る多数の排水補強小杭５がほぼ均等に群打設されてい
る。

上記排水補強小杭５は、第６図に示すように芯材5aとそ
の外周部に定着された排水摩擦材5bから構成されてい
る。該芯材5aは上記実施例の芯材3aとほぼ同じ剛性と外
径寸法を有すると共に、その外周部には排水摩擦材5bの
定着効果を高めるための表面加工・処理が施されてい
る。

また、上記排水摩擦材5bは、例えば、れきや砂利等をセ
メントで固めたものであるが、多数の連通した空隙を有
すると共に、周囲の砂と摩擦係合することが出来、上記
芯材5aに確実に定着できるものであればいずれの材料で
もよい。

再び第５図において、上記排水補強小杭５の下端部は支
持層４に根固めしてもしなくてもよく、またその杭頭は
地表面および掘割道路２の外周部に敷設されたグラベル
マット６内に自由に差込まれている。該グラベルマット
６は、例えば砂利またはポーラスコンクリート等により
50〜100cm程度の厚さに構成されている。

従って、本実施例では地震が生じた場合、上記第３図お
よび第４図で説明した補強小杭３と同様の挙動を示して
砂質地盤１を強化すると共に、排水摩擦材5bを通じて杭
周辺の砂質地盤１内に生じた過剰間隙水を吸水して上昇
せしめ、上記グラベルマット６を通じて排水することも
出来る。しかし、本排水補強小杭５は、単に杭周辺での
過剰間隙水圧を消散させる程度のものであって、地盤沈
下の原因になる排水効果は積極的に期待していない。

次に、上記排水補強小杭５の打設方法について説明す
る。

まず、第7A図に示すようにケーシング７内でアースオー
ガー８を回転させて土砂を掘削しながら排出し、ケーシ
ング７を地盤１中に打込む。

例えば、nEA/As＝5000とすると、掘削径30cm、杭中心の
打設間隔1.5〜2.0mとなる。

次に、アースオーガー８を引抜いて、第7B図に示すよう
に排水摩擦材5bをケーシング７内に投入する。この排水
摩擦材5bは、図示のように細粒分を取り除いて粒径を均
一にした砂利または砕石とセメントとを混入して、から
ねりしたものである。

続いて、第7C図に示すように芯材5aをバイブロ又は打込
みで挿入し、その後、第7D図に示すように上記ケーシン
グ７を引抜き、最後に、第7E図に示すように排水補強小
杭５の上部に水平に砂利９を敷き均す。このとき、上記
排水補強小杭５の杭頭を20cm程度砂利９中に挿入する。
このように、芯材5aの周囲にポーラスな排水摩擦材5bが
形成され、しかも砂利がセメントにより芯材5aに定着さ
れている。

第８図は、前述のパラメーターnEA/As値と地盤の地震せ
ん断強度の増加率との関係を示すグラフであり、これに
よりnEA/As値が地震せん断強度のパラメータとなること
が理解できる。

第９図は、地震時のせん断応力比と鉛直方向の変形量を
示すグラフであり、パラメーターnEA/Asが増加するにし
たがって変形しにくいことが解る。

第10図および第11図は、地震力と過剰間隙水圧比とを示
すグラフであり、地震力が大きくなっても過剰間隙水圧
がそれほど大きくならないことが解る。

発明の効果（１）土木構造物あるいは建築構造物を地下水位の比較
的高い砂質地盤に構築するために基礎地盤中に群打設さ
れる耐震補強用小杭であって、杭頭部が上記構造物の下
面から離間して打設され、剛性が高い芯材の周囲に砂と
の摩擦力が大きい摩擦材を付着せしめて構成したので、
地震時に地盤を締め固めたり、構造物の荷重による地盤
沈下を抑制して、基礎地盤を全体に亘って強化すること
ができる。

（２）摩擦材を、多数の連通した空隙を有する排水摩擦
材とすることにより、地盤中の過剰間隙水圧を消散させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の一実施例を示す説明図、第２図
（Ａ）は補強小杭の一部拡大斜視図、（Ｂ）はその平断
面図、第３図（Ａ）〜（Ｃ）および第４図（Ａ）（Ｂ）
はそれぞれ補強小杭の作用の説明図、第５図は本願発明
の別の実施例を示す説明図、第６図の（Ａ）は排水補強
小杭の一部拡大斜視図、（Ｂ）はその平断面図、第7A図
〜第7E図は排水補強小杭の施工作業を順次示す説明図、
第８図はパラメーターnEA/As値と地盤の地震せん断強度
の増加率との関係を示すグラフ、第９図は地震時のせん
断応力比と鉛直方向の変形量を示すグラフ、第10図およ
び第11図は地震力と過剰間隙水圧比とを示すグラフ、第
12図〜第16図￥は従来の耐震施工例を示す図である。１……砂質地盤、２……掘割道路、2a……路床、３……
補強小杭、3a……芯材、3b……摩擦材、４……支持層、
５……排水補強小杭、5a……芯材、5b……排水摩擦材、
６……グラベルマット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】土木構造物あるいは建築構造物を地下水位
の比較的高い砂質地盤に構築するために基礎地盤中に群
打設される耐震補強用小杭であって、杭頭部が上記構造
物の下面から離間して打設され、剛性が高い芯材の周囲
に砂との摩擦力が大きい摩擦材を付着せしめて構成した
ことを特徴とする基礎地盤の耐震補強用小杭。
【請求項２】上記摩擦材が、多数の連通した空隙を有す
る排水摩擦材であることを特徴とする前記特許請求の範
囲第１項に記載の基礎地盤の耐震補強用小杭。
【請求項３】上記芯材がヤング率Ｅ≧10⁴Kgf/cm²の剛性
を有することを特徴とする前記特許請求の範囲第１項ま
たは第２項に記載の基礎地盤の耐震補強用小杭。
【請求項４】上記摩擦材が砂の内部摩擦力よりも大きい
摩擦力で砂と摩擦係合することを特徴とする前記特許請
求の範囲第１項、第２項または第３項に記載の基礎地盤
の耐震補強用小杭。
【請求項５】上記摩擦材が合成樹脂系接着剤により芯材
に付着されることを特徴とする前記特許請求の範囲第１
項、第３項または第４項に記載の基礎地盤の耐震補強用
小杭。
【請求項６】上記排水摩擦材が砂利とセメントにより構
成されていることを特徴とする前記特許請求の範囲第２
項に記載の基礎地盤の耐震補強用小杭。