JPH09310344A

JPH09310344A - プレストレスコンクリート耐震・免震杭

Info

Publication number: JPH09310344A
Application number: JP12663496A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Jinno; 邦彦神野; Masahiko Iwato; 正彦岩藤
Original assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sato Kogyo Co Ltd
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】地震時に上部構造物への地震入力を低減する免
震効果はもちろんのこと、杭体自体の耐震性を向上させ
るようにする。【解決手段】杭軸方向に沿ってＰＣ鋼材３、３…を配設
し、このＰＣ鋼材３、３…を緊張した状態でコンクリー
トを打設し、コンクリートの硬化を待って緊張を開放す
ることにより杭軸方向に圧縮応力を導入してなるプレテ
ンション方式プレストレスコンクリート杭１であって、
前記プレストレスコンクリート杭１の杭軸方向中間位置
に緩衝材４、４…を夫々介在させ、該緩衝材配設部位を
実質的なヒンジ部とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物を支持する
ために地盤中に設置される基礎杭に係り、地震時におけ
る杭自体の耐震性および上部工に対する免震性を確保
し、さらに液状化・側方流動対策に効果のあるプレテン
ション方式のプレストレスコンクリート耐震・免震杭に
関する。

【０００２】

【従来の技術】建築構造物、土木構造物等においては、
図９に示されるように、設置対象地盤が軟弱地盤Ｓであ
るような場合には、支持層Ｈに先端を到達させた杭５
０，５０…を地盤中に複数打設し、この杭群上に構造物
を設置するようにしている。前記杭５０としては、大別
すると鋼管杭とコンクリート杭とに分類され、さらにコ
ンクリート杭は予め工場製作される既製杭と現地で地盤
中に直接打設される場所打ち杭とに分類される。前記既
製杭はさらにＲＣ杭（遠心力鉄筋コンクリート杭)と、
ＰＣ杭（プレテンション方式プレストレスコンクリート
杭）と、ＰＨＣ杭（プレテンション方式超高強度プレス
トレスコンクリート杭）とがある。

【０００３】他方、近年、地震に対する免震性向上のた
めに、各種の免震杭、免震基礎等が提案されている。た
とえば、特開平１−２０７５３０号公報においては、既
製杭の杭頭部に棒鋼ダンパー部材と弾性クッション部材
からなる免震ユニットを組付けた免震杭が提案されてい
る。また、特開平１−３０４２２５号公報においては、
杭頭部に設けられた滑り材上に、構造体下面に設けられ
た凹窩の頂部に定着された支承板を支承するとともに、
前記凹窩内に、前記杭頭部を囲繞して同凹窩の周壁との
間に構造体の水平方向の変位を抑制するクッション材を
嵌装した免震杭基礎構造が提案されている。他には、特
開平３−５１４２９号公報、特開平６−２４０６９２号
公報、実開平５−７７３７号公報などに免震基礎、免震
杭に関する発明が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記した免震杭や免震
基礎構造によれば、地震発生の際、地盤から伝達される
地震エネルギーを遮断して、建物や構造物への地震入力
を格段に低減することができ、その点では非常に有効な
免震対策となる。

【０００５】しかしながら、地盤中に打設されている杭
は、図１０に示されるように、地震時に、そのほぼ全長
に亘り横方向から地盤変形による大きな側圧を受けるこ
ととなり、この地盤変形に杭体の変形が追従できずに杭
体が破壊に至ることがある。

【０００６】前記先行例の場合には、杭頭と構造物とを
相互に滑り移動あるいは剪断変形移動可能としたことに
より杭頭の移動が許容され、これによって杭に生ずる断
面力の低下があるにしても、依然として杭体には相当程
度の曲げモーメントが発生し、大地震の際に杭体が破壊
に至る可能性が高い。また、杭体に生じた破損の補修は
実質的に困難であり、損傷程度によっては杭基礎構造と
しての機能を維持できなくなることもある。

【０００７】一方、杭形式を採用するような地盤では、
軟弱地盤であることが多く、地震時の液状化および側方
流動が問題となり、同時にこれに対する有効な対策工法
の開発が望まれている。

【０００８】そこで、本発明の主たる課題は、地震時に
上部構造物への地震入力を低減する免震効果はもちろん
のこと、杭体自体の耐震性を向上させること、さらに液
状化・側方流動防止に効果のあるプレストレスコンクリ
ート耐震・免震杭を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、杭軸方向に沿ってＰＣ鋼材を配設するとと
もに、このＰＣ鋼材を緊張した状態でコンクリートを打
設し、コンクリートの硬化を待って緊張を開放すること
により杭軸方向に圧縮応力を導入してなるプレテンショ
ン方式プレストレスコンクリート杭であって、前記プレ
ストレスコンクリート杭の杭軸方向中間位置に緩衝材を
介在させることにより、この緩衝材配設部位を実質的な
ヒンジ部としたことを特徴とするものである。

【００１０】本発明では、杭体の杭軸方向中間位置に緩
衝材を介在させることにより、人為的なヒンジ部を設け
る。この場合、前記緩衝材としては、たとえば可撓性の
天然ゴム板、合成ゴム板、各種合成樹脂板、繊維板、ア
スファルト板、金属板などを用いることができる。これ
ら介在された可撓性材料が、地震による地盤変形を受け
た際、杭体に作用する曲げによって弾性変形を起こし、
図８に示されるように、地震時の地盤変形に追従する形
で該緩衝材配設部位で角折れし杭体全体が曲線状に変形
する。また、前記可撓性緩衝材に代えて、たとえば非可
撓性の各種樹脂板、繊維板、金属板などを緩衝材として
介在させることもできる。この場合であっても、ＰＣ鋼
材の弾性伸びにより該非可撓性緩衝材配設部をヒンジ点
として隣接する杭体エレメント間で角折れ自在となるた
め、杭体全体としての変形が可能となる。なお、前記非
可撓性緩衝材を用いる場合には、コンクリート杭製造工
程時に、前記非可撓性緩衝材のコンクリート接触面に予
め剥離剤を塗布しておき、縁切りしておくことが望まし
い。

【００１１】したがって、地震等により地盤に変形が生
じた際には、この地盤変形に追従する形で杭体自身が変
形するため、個々の杭体エレメントには曲げモーメント
が発生しないか、発生してもわずかであり、杭体自身が
破壊することがない。また、同時に杭体が地盤の変形を
吸収することにより地上構造物への地震入力を格段に低
減することができるため、地上構造物に伝わる作用荷重
が小さくなり免震性も格段に向上する。

【００１２】もちろん、液状化、側方流動により地盤の
変形が発生した場合であっても、同様に地盤の変形に追
従してこれを吸収する。

【００１３】なお、杭体自身は一時的に地盤の変形に追
従する形で変形するが、ＰＣ鋼材によりプレストレス力
が導入されているため自己復元能力を有する。すなわ
ち、緩衝材介在部位で角折れが生じてもＰＣ鋼材の引張
力により、変形後に直ちに元の状態に戻ろうとする力が
働くため、地震発生後の杭体の変形状態も最小限度に止
められる。

【００１４】また、前記可撓性の緩衝材と非可撓性の緩
衝材とを積層した積層緩衝材を、設置状態で構造物直下
となるように杭体の頭部側位置に介在させることによ
り、さらに免震効果の高い構造とすることができる。近
年、ゴムと鋼板とを積層させた積層体が免震装置として
使用されているが、これと同原理により前記積層緩衝材
を杭頭部側の中間に介在させておくことにより、振動を
吸収するアイソレーターとして機能し免震性が向上す
る。

【００１５】他方、本発明では、前記杭の外周面の一部
または全部を可撓性緩衝材で覆うようにすることが望ま
しい。杭の外周面を被覆した前記緩衝材が、地盤の変形
を吸収すると同時に、杭体に作用する側圧荷重を低減で
きるようになる。また、前記杭体の中間位置に介在され
た緩衝材を覆うように巻設することにより、これら介在
された緩衝材の保護材としても機能するようになるとと
もに、杭体エレメント間に角折れが生じた際に若干の隙
間が形成され、該部分に土砂が流入するなどの事態を防
止することができる。特に、前記被覆緩衝材として膨張
性ゴム、膨張性樹脂などの膨張性材料を使用した場合に
は、地盤中に設置した後に前記膨張性ゴム、膨張性樹脂
などが膨張し周辺地盤を圧するため、杭の周辺摩擦力が
確保できるようになるとともに、前記膨張したゴムまた
は樹脂等によって地盤変形に伴う側圧を大幅に低減でき
る。また、周辺地盤が圧密され、あるいは締め固められ
るため、地盤改良効果が望めるなどの付加的な効果がも
たらされる。

【００１６】さらに、長期的耐久性を付与するために、
少なくとも前記緩衝材の露出表面に対して劣化防止膜を
形成することが望ましい。前記緩衝材等は地下水や土壌
の化学的作用により次第に劣化することが考えられるた
め、フッ素樹脂塗膜、塩化ビニル樹脂塗膜などの耐化学
性に優れた劣化防止膜を塗布してこれを防止する。

【００１７】他方で、前記緩衝材配設部位に剪断力支持
部材を設けることが望ましい。杭体に作用する剪断力を
前記ＰＣ鋼材に負担させることは構造上好ましくないた
め、別途剪断力支持部材を配設し、これに剪断力を受け
持たせるようにする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて詳述する。本発明に係るプレストコン
クリート耐震・免震杭１は、図１および図２に示される
ように、杭体２の杭軸方向中間位置に適宜の間隔で緩衝
材４、４…を夫々介在させ、この緩衝材配設部位を実質
的なヒンジ部としている。なお、３は杭軸方向に配設し
たＰＣ鋼材であり、予めプレストレス力を導入すること
により、杭軸方向に圧縮応力を付与しておくためのもの
である。

【００１９】前記緩衝材４の配設数（間隔）は任意であ
るが、たとえば設置対象地盤の性状を検討し、事前の解
析で変形量は大きいと予想される箇所には相対的に小間
隔で、またそうでない部分には相対的に大きな間隔で配
置することができる。また、変形量の大きいと予想され
る部位に配置される前記緩衝材４を、相対的に変形性の
大きい材質のものを使用したり、あるいは他よりも厚く
しておくことにより、変形可能量（角折れ許容量）の調
整を行うこともできる。

【００２０】前記プレストレスコンクリート杭体２のコ
ンクリートとしては、一般的にプレストレスコンクリー
トに用いられる圧縮強度４００kgf/cm²〜５５０kgf/cm
²程度の高強度コンクリートの他、特殊配合のコンクリ
ートを蒸気養生した後、高温高圧のかまの中で二次養生
（オートクレーブ養生）を行って圧縮強度を８００kgf/
cm²以上とした超高強度コンクリートとすることができ
る。プレキャストコンクリート杭としては、近年後者の
方が一般的である。前記超高強度コンクリートは、高温
高圧下での水熱反応により、セメントの水和反応以外に
水酸化カルシウムと硅酸質物質とで強固なトバモライト
（５CaO.6SiO₂.5H₂O）を生じさせ、この組成中のSi-O結
合によって超高強度が得られるようにしたもので、通常
は、180℃−10気圧で８〜１０時間の養生を行う。

【００２１】また、ＰＣ鋼材３としては、ＰＣ鋼線、Ｐ
Ｃ鋼より線、ＰＣ鋼棒などのＰＣ鋼材を使用することが
できる。導入するプレストレスは、ＪＩＳに従えば有効
プレストレスの差により、Ａ種（４０kgf/cm²)、Ｂ種
（８０kgf/cm²)、Ｃ種（１００kgf/cm²)の３種類があ
る。

【００２２】前記プレストレスコンクリート耐震・免震
杭１では、杭体２に生じる剪断力を前記ＰＣ鋼材３に受
け持たせるのは構造的に望ましくない。そこで、図３に
示されるように、前記緩衝材４の配設部位に断面ハット
状の剪断力支持部材６を介在させるのが望ましい。前記
剪断力支持部材６は植設されたジベル筋７、７…によっ
て一方側の杭体エレメントと一体化され、他方側の杭体
エレメントの中空孔に突出部が遊嵌する。杭体エレメン
ト間に遊間量以上の移動が生じた場合には、前記突出部
が孔壁に衝突して剪断力を負担する。なお、前記ＰＣ鋼
材として鋼棒を使用し、引張耐力のほか十分な剪断耐力
を有する場合には、このＰＣ鋼棒に剪断力を支持させる
こともできる。

【００２３】他方、前記緩衝材４としては、たとえば可
撓性の天然ゴム板、合成ゴム板、樹脂板、繊維板、アス
ファルト板、金属板などを用いることができる。具体的
に、前記天然ゴムとしては、硬質ゴム、エボナイト、塩
化ゴム、塩酸ゴムなどを用いることができ、前記合成ゴ
ムとしてはブタジェン、ポリイソブチレン、ブチルゴ
ム、クロロプレンゴム、エチレン、プロピレンゴム、ア
クリルゴム、シリコンゴム、イソプレン、イソブチレ
ン、チオコール、フッ素ゴム、ポリウレタンゴムなどを
用いることができる。また、塩化ビニル樹脂、塩化ビニ
リデン樹脂、ビニルアルコール樹脂、ビニルアセタール
樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド樹
脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ニトロセルローズ、
ユリア樹脂などの各種合成樹脂板や、天然繊維、炭素繊
維、アミラド繊維、ガラス繊維、鋼繊維、カーボン繊維
などからなる繊維板を使用することができる。他には、
アスファルトにろう石、滑石、石灰石などの粉末および
砂を加熱混合した可撓性の高いアスファルト板や、鉛、
アルミニウム、亜鉛などの可撓性の高い金属板なども使
用することができる。

【００２４】前記可撓性緩衝材は、緩衝材の弾性変形に
より杭体２の中間位置をヒンジ化するものであるが、た
とえば非可撓性の各種樹脂板、繊維板、金属板などを介
在させた場合であっても、ＰＣ鋼材３の弾性伸びにより
該非可撓性緩衝材配設部をヒンジ点として杭体エレメン
トが角折れ自在となるため、杭体全体としての変形が可
能となる。

【００２５】また、前記可撓性または非可撓性の緩衝材
４は、所定厚の単板であっても良いし、また複数枚を積
層させた積層板として使用することもできる。特に、前
記ゴムなどの可撓性の緩衝材と鋼板などの非可撓性の緩
衝材とを積層した積層緩衝材は振動吸収機能に優れるた
め、好ましくは杭体の頭部側位置に介在させることによ
り、杭体から地上構造物に伝達される地震エネルギーを
該部分で効果的に吸収することができるようになる。

【００２６】次いで、本発明プレストレスコンクリート
耐震・免震杭の第２例を図４および図５に示す。同図に
示されるプレストレスコンクリート耐震・免震杭１Ａ
は、図１に示される第１例に対して、杭体２の外周面の
全部を被覆緩衝材５により被覆した例である。被覆緩衝
材５の材質としては、たとえば可撓性を有する天然ゴ
ム、合成ゴム、樹脂などが好適に用いられる。この被覆
緩衝材５により、地盤の変形を吸収すると同時に、地震
時に作用する側圧を軽減することができるようになる。

【００２７】前記被覆緩衝材５は、杭体２の全周に被覆
することなく、その一部を被覆するようにしてもよい。
たとえば図６に示される第３例は、杭体２の中間に介在
された緩衝材４の周囲近傍のみを被覆するように被覆緩
衝材５Ａを巻設した例であり、この場合には被覆緩衝材
５Ａは緩衝材４の保護材としても機能する。また、図７
に示される第４実施例のように、緩衝材４の配設部位を
除く杭体２の全周に被覆緩衝材５Ｂを巻くようにするこ
とでもよい。

【００２８】上記第２例や第３例のように、緩衝材４配
設部位を被覆するように巻いた被覆緩衝材５、５Ａは、
杭体エレメント間に角折れが生じ若干の隙間が形成され
た場合に、該隙間部分に土砂が流入するのを防止するこ
とができる。

【００２９】また、前記被覆緩衝材５としては膨張性ゴ
ムまたは膨張性樹脂などの膨張性材料を使用することも
できる。前記膨張性ゴムまたは膨張性樹脂は、たとえば
ポリイソプレンゴムまたは樹脂中に親水性高分子を混合
させたもので、杭を地盤中に設置すると前記親水性高分
子が水を吸収して膨張する。したがって、膨張性ゴムま
たは樹脂が膨張して周辺地盤と密着するため、杭の周辺
摩擦力が確保できるようになるとともに、前記膨張した
ゴムまたは樹脂によって地盤変形に伴う側圧を大幅に低
減できるようになる。また、周辺地盤が圧密され、ある
いは締め固められるため、地盤改良効果が望めるなどの
付加的な効果がもたらされる。特に、後述するプレボー
リング工法により杭を地盤中に設置する場合には、杭周
面と地盤との間に隙間が形成されているため、通常はセ
メントミルクなどを充填するようにしているが、前記膨
張性ゴムまたは樹脂によって周辺地盤と杭とが自然に密
着するようになる（図１１参照）。

【００３０】ところで、前記緩衝材４および被覆緩衝材
５〜５Ｂの露出表面に対しては、長期耐久性を考慮して
劣化防止膜を形成することが望ましい。特に、前記緩衝
材４等としてゴム系材料を使用した場合には有効であ
る。劣化防止膜の材料としては、エポキシ樹脂系、塩化
ビニル樹脂系、フッソ樹脂系、ウレタン樹脂系などの耐
化学性に優れた樹脂塗料を用いることができる。

【００３１】前記したプレストレスコンクリート耐震・
免震杭１〜１Ｄの製作に当たっては、型枠内に杭軸方向
に沿って適宜の本数のＰＣ鋼材３、３…を配置し、この
ＰＣ鋼材３、３…を緊張した状態のままコンクリートを
流し込み、コンクリートの硬化を待って緊張を開放す
る。コンクリートの締固めおよび成形方法としては、遠
心力成形機を用いて杭体に遠心力を与えることにより締
固めを行う遠心力成形杭と振動締固め機でコンクリート
を締め固めを行う方法とがあるが、いずれの方法であっ
てもよい。この場合の断面形状としては、前記遠心成形
杭の場合は中空で、振動締め固め杭の場合には中実であ
る。また、杭の断面外形状としては、一般的に円形断面
が多いが、三角形、四角形、六角断面とすることもでき
る。

【００３２】一方、前記プレストレスコンクリート耐震
・免震杭１〜１Ｄの現場での打設方法は、図１１に示さ
れるように、前もってアースオーガーなどの削孔重機類
により地盤中に孔１２を形成し、この孔１２内に杭を挿
入するようにして打設することでもよいし（プレボーリ
ング工法）、また図１２に示されるように、先端開放型
の杭の内部にアースオーガー１０を挿入して、杭先端下
部の地盤を掘削しながら、杭にある程度の打撃を加える
か、あるいは同図に示されるように圧入装置１１により
圧入するようにして打設することでもよい（中掘り工
法）。いずれの方法であっても、杭の先端支持力を確保
するために、支持地盤に到達した時点で打撃を加える
か、セメントミルクなどを注入して先端地盤の固化を図
るようにするのがよい。

【００３３】

【発明の効果】以上詳説のとおり、本発明によれば、地
震時に上部構造物への地震入力を低減する免震効果はも
ちろんのこと、杭体自身の耐震性を向上させることがで
きるようになる。また、同時に杭体自体の変形性により
液状化・側方流動防止にも効果を有するものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプレストレスコンクリート耐震・
免震杭の側面図である。

【図２】図１のII−II線矢視図である。

【図３】剪断力支持部材配設部の要部拡大縦断面図であ
る。

【図４】プレストレスコンクリート耐震・免震杭の第２
例を示す側面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線矢視図である。

【図６】プレストレスコンクリート耐震・免震杭の第３
例を示す側面図である。

【図７】プレストレスコンクリート耐震・免震杭の第４
例を示す側面図である。

【図８】本発明プレストレスコンクリート耐震・免震杭
の地震時挙動の説明図である。

【図９】杭基礎構造を採用した建築ビルの側面図であ
る。

【図１０】従来の杭基礎の地震時破損状態概念図であ
る。

【図１１】プレボーリング工法による杭の設置要領図で
ある。

【図１２】中掘り工法による杭の設置要領図である。

【符号の説明】

１〜１Ｄ…プレストレスコンクリート耐震・免震杭、２
…杭体、３…ＰＣ鋼材、４…緩衝材、５・５Ａ・５Ｂ…
被覆緩衝材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】杭軸方向に沿ってＰＣ鋼材を配設するとと
もに、このＰＣ鋼材を緊張した状態でコンクリートを打
設し、コンクリートの硬化を待って緊張を開放すること
により杭軸方向に圧縮応力を導入してなるプレテンショ
ン方式プレストレスコンクリート杭であって、前記プレストレスコンクリート杭の杭軸方向中間位置に
緩衝材を介在させることにより、この緩衝材配設部位を
実質的なヒンジ部としたことを特徴とするプレストレス
コンクリート耐震・免震杭。
【請求項２】前記緩衝材が可撓性の天然ゴム板、合成ゴ
ム板、樹脂板、繊維板、アスファルト板、金属板のいず
れかである請求項１記載のプレストレスコンクリート耐
震・免震杭。
【請求項３】前記緩衝材が非可撓性の樹脂板、繊維板、
金属板のいずれかである請求項１記載のプレストレスコ
ンクリート耐震・免震杭。
【請求項４】前記可撓性の緩衝材と非可撓性の緩衝材と
を積層した積層緩衝材を杭体の頭部側位置に介在させた
請求項１〜３記載のプレストレスコンクリート耐震・免
震杭。
【請求項５】前記プレストレスコンクリート杭の外周面
の一部または全部を被覆緩衝材により覆った請求項１〜
４記載のプレストレスコンクリート耐震・免震杭。
【請求項６】前記被覆緩衝材が膨張性材料である請求項
５記載のプレストレスコンクリート耐震・免震杭。
【請求項７】少なくとも前記緩衝材の露出表面を劣化防
止膜により被覆した請求項１〜６記載のプレストレスコ
ンクリート耐震・免震杭。
【請求項８】前記緩衝材配設部位に剪断力支持部材を設
けた請求項１〜７記載のプレストレスコンクリート耐震
・免震杭。