杭構造およびその構築方法
【課題】削作業が不要であり、かつ、十分な強度を確保できる杭構造およびその構築方法を提供する。
【解決手段】杭構造１では、互いに平行な複数の杭２を、地中に埋設された連結具３，４によって連結し、連結具３，４の各々２個のソケット６，８を、２本の杭２に対してそれぞれ結合させる。これにより、杭構造として十分な強度を確保する。また、施工時には、複数の杭２を地中に設けた後に、ソケット６，８にこれらの杭２を貫通させるようにして連結具３，４を埋設することにより、掘削作業を不要とする。
【解決手段】杭構造１では、互いに平行な複数の杭２を、地中に埋設された連結具３，４によって連結し、連結具３，４の各々２個のソケット６，８を、２本の杭２に対してそれぞれ結合させる。これにより、杭構造として十分な強度を確保する。また、施工時には、複数の杭２を地中に設けた後に、ソケット６，８にこれらの杭２を貫通させるようにして連結具３，４を埋設することにより、掘削作業を不要とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭構造およびその構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載されるように、杭を貫入可能な複数のガイド部材と、ガイド部材間に配設される連結部材とを有する治具を備え、この治具によって杭同士を連結する杭構造が知られている。この杭構造では、予め治具を地中に埋設し、この治具のガイド部材に杭を貫入することで、杭の打設位置の位置決めをしている。
【０００３】
また、下記特許文献２に記載されるように、複数の中空の鋼管と、鋼管同士を連結する繋材とを有し、鋼管の内部に杭を挿入してなる杭構造が知られている。この杭構造では、４本の鋼管により構成されたブロック体を河川堤防の破壊箇所などに設置し、鋼管内に杭を挿入することにより、ブロック体を支持している。さらに、鋼管の側面において垂直方向に凹部を設け、この凹部に遮水板を装着している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７００７６号公報
【特許文献２】特開２０００−１４４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載の杭構造では、杭の打設位置の位置決めを行うために治具を地中に埋設しており、また特許文献２に記載の杭構造では、予め設置したブロック体を支持するために杭を鋼管内に挿入している。このように、治具やブロック体は、杭を補強することを目的として設けられたものではない。そのため、杭構造としての強度が不十分であった。また、治具やブロック体を予め設置する際には、施工精度が求められるため、必然的に掘削作業を要していた。
【０００６】
本発明は、掘削作業が不要であり、かつ、十分な強度を確保できる杭構造およびその構築方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る杭構造は、地中に設けられた複数の杭同士が連結されてなる杭構造であって、互いに平行な複数の杭と、地中に埋設されて複数の杭同士を連結する連結具と、を備え、連結具は、複数の杭のそれぞれが貫通する複数の筒状部と、複数の筒状部同士を連結する連結部と、を有し、複数の筒状部は、複数の杭に対してそれぞれ結合されていることを特徴とする。
【０００８】
この杭構造によれば、互いに平行な複数の杭は、地中に埋設された連結具によって連結される。ここで、連結具の複数の筒状部は、複数の杭に対してそれぞれ結合されている。よって、杭構造として十分な強度を確保できる。また、施工時には、複数の杭を地中に設けた後に、筒状部にこれらの杭を貫通させるようにして連結具を埋設すればよいため、連結具の埋設のために掘削作業を要することがなく、掘削作業が不要になる。
【０００９】
ここで、連結具を複数備え、連結具の連結部は、複数の筒状部の軸線に平行に延在する矩形板状であると共に、複数の連結部が、当該軸線方向で互いに近接して配置された態様としてもよい。この場合、互いに近接して配置された矩形板状の連結板によって、土留め壁を形成することができる。このように、連結部を矢板としても利用することができる。
【００１０】
また、連結部は、複数の杭同士が離間する方向に伸縮可能である態様としてもよい。この場合、複数の杭に僅かな施工誤差がある場合であっても、杭同士が離間する方向に連結部が僅かに伸縮することにより、筒状部に複数の杭を貫通させることができ、連結具の埋設が支障なく行われる。よって、施工性の向上が図られる。
【００１１】
本発明に係る杭構造の構築方法は、地中で互いに平行に設けられた複数の杭同士が連結されてなる杭構造の構築方法であって、複数の筒状部と、複数の筒状部同士を連結する連結部と、を有する連結具の複数の筒状部に、地中に設けられた複数の杭がそれぞれ貫通した状態で、連結具を地中に押し込む工程と、複数の杭に対して複数の筒状部をそれぞれ結合させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
この杭構造の構築方法によれば、地中で互いに平行に設けられた複数の杭が連結具の筒状部に貫通した状態で、連結具が地中に押し込まれる。よって、連結具の埋設のために掘削作業を要することがなく、掘削作業が不要になる。さらに、地中に押し込まれた連結具の複数の筒状部は複数の杭に対してそれぞれ結合されるため、杭構造としての強度を十分に確保できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、杭構造の強度・剛性を向上させるための連結具を設置する際に掘削作業が不要であり、かつ、十分な強度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る杭構造の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１中の連結具を示す斜視図である。
【図３】杭の軸線方向に垂直な断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、連結部の伸縮機構の各種形態を示す図である。
【図５】図１の杭構造の構築方法を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、杭に対する円筒部の結合方法を示す断面図、（ｃ）〜（ｆ）は、グラウト充填用袋の各種形態を示す図である。
【図７】杭構造の第２実施形態を適用したトンネルの斜視図である。
【図８】（ａ）は、図７の杭構造に用いられる連結具を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は、図７のトンネルの構築手順を示す図である。
【図９】杭構造の第３実施形態を適用したボックスカルバートの斜視図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、図９のボックスカルバートの構築手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１に示すように、杭構造１は、例えば鉄道や道路構造物などの構造物に供される高架橋において、地上に構築される柱などを支持するための基礎となる構造である。杭構造１は、地中に構築される。なお、地上の構造物や柱の図示は省略されている。
【００１７】
杭構造１は、地中に設けられた円管状の複数の杭２と、複数の杭２同士を連結する連結具３，４とを備えている。杭構造１は、杭２および地中梁としての連結具３，４を備えた杭地中連結構造である。杭構造１は、地上で供用中の構造物がある場合であっても、最小限の工事制約により施工可能な構成となっている。具体的には、営業中の鉄道線を高架化する場合などにおいても、支障なく施工可能な構成となっている。杭構造１は、施工性に優れると共に、低コストで地中梁を構築することができる構造である。
【００１８】
複数の杭２は、鉛直方向Ｄ１に配置されて、互いに略平行に延在する直杭である。各々の杭２の軸線Ｌ１は、鉛直方向Ｄ１に延びている。複数の杭２は、例えば、平面視で格子状に配列されている。杭２は、コンクリート製である。杭２としては、例えばプレストレスト高強度コンクリート（Prestressed High-strength Concrete；ＰＨＣ）杭や場所打ち杭を適用することができる。杭２がＰＨＣ杭であれば、その表面が平滑であり、径も比較的小さいので適している。
【００１９】
なお、杭２はコンクリート製である場合に限られず、例えば鋼管を適用することもできる。また、杭２は、鋼管を利用した場所打ち杭であってもよい。具体的には、鋼管を挿入した後にコンクリートを打設して表面を円筒状にした構成や、掘削時に孔口の土砂崩壊を防止すべく口元管（あるいはスタンドパイプ）として鋼管を設置し、コンクリート打設後も鋼管を残置した構成であってもよい。
【００２０】
地中梁としての連結具３，４は、水平方向における両端が２本の杭２に結合されることにより、杭２同士を連結している。連結具３，４は、いずれも水平方向に延在しており、水平梁として機能する。図１に示す例では、連結具３が配置される方向と、連結具４が配置される方向とは直交している。
【００２１】
連結具３は、２本の杭２のそれぞれが貫通する２個の円筒状のソケット（円筒部）６，６と、ソケット６，６同士を連結する薄板状の連結板（連結部）７とを有している。また、連結具４は、２本の杭２のそれぞれが貫通する２個の円筒状のソケット（円筒部）８，８と、ソケット８，８同士を連結する薄板状の連結板（連結部）９とを有している。連結具３および連結具４は、鉛直方向Ｄ１に重なるようにして交互に取り付けられており、一本の杭２が、連結具４のソケット８と、連結具３のソケット６とに交互に貫通している。
【００２２】
連結具３のソケット６は、その軸線Ｌ２（図２参照）が杭２の軸線Ｌ１に略一致するように配置されている。さらに、ソケット６は、モルタル１２（図３参照）等を介して杭２に結合されている。これと同様にして、連結具４のソケット８は、その軸線が杭２の軸線Ｌ１に略一致するように配置されており、モルタル等を介して杭２に結合されている。これらのソケット６，８により、杭２と連結板７，９とが剛結合されている。
【００２３】
上記のように、連結具３，４は、２本の杭２，２に対し水平方向の一方向に梁が接合される、いわゆるトの字接合の構造となっている。言い換えれば、連結具３，４のそれぞれは、水平方向の両端に２つの格点部を有している。立体骨組構造の格点部としては、トの字状の接合構造の他にも、水平方向の２方向に梁が接合される十字状の接合構造、または、３方向若しくは４方向に梁が接合される接合構造がある。このように、連結具１つあたりに２方向以上に延びる梁（連結部）を有する構成とすることもできるが、構造の単純化や施工性の観点から、連結具３，４のように一方向のみの梁（連結部）を有する構成が好ましい。
【００２４】
連結具３の連結板７は、両端にある杭２，２の軸線Ｌ１，Ｌ１を含む鉛直面に沿って延在している。これと同様にして、連結具４の連結板９は、両端にある杭２，２の軸線Ｌ１，Ｌ１を含む鉛直面に沿って延在している。言い換えれば、連結板７，９は、杭２同士が離間する方向（支間方向）に延在すると共に、鉛直方向に延在している。連結板７，９は、鉛直方向に長い断面を有する薄板状になっていることで、各々の支間方向にはたらく外力に対して抵抗する。杭構造１では、連結具３の連結板７と連結具４の連結板９とのなす角が９０度であるため、連結板７と連結板９との協働により、あらゆる方向の外力に対しても剛性が保たれている。なお、本実施形態では連結板７と連結板９とのなす角が９０度の場合について説明しているが、複数の杭が平面視で千鳥状に配列されて、複数の連結板によって三角形状に杭同士が連結される場合においても、あらゆる方向の外力に対して剛性が保たれる。
【００２５】
各杭２の先端すなわち下端には、支持力を増大するための球状の根固め部１１が形成されている。これらの根固め部１１は、セメントミルクの注入等によって形成される。
【００２６】
以下、連結具３，４についてより具体的に説明する。ソケット６，８は同様の構成とされるため、以下の説明では、ソケット６について説明する。ソケット６は、例えば高強度スパイラル鉄筋で補強された超高強度繊維補強コンクリート（Ultra high-strength Fiber reinforced Concrete；ＵＦＣ）からなる。なお、ソケット６は、鋼管製としてもよく、鉄筋を含まないＵＦＣ製としてもよい。ソケット６は、連結板７の断面力（曲げモーメント、せん断力、および軸力など）を杭２に伝達し得る強度および剛性を有している。また、図２に示すように、ソケット６の下端部６ａは、下方ほど外径が縮小して厚みが薄くされたテーパー形状になっている。このような構成を有するソケット６は、施工時における圧入抵抗を低減可能な構成になっている。なお、ソケット６は円筒状に限られず、断面が正方形、多角形、若しくは円形状であってもよく、または、円周の一部を尖らせた水滴形状であってもよい。
【００２７】
図３に示すように、ソケット６の内径は、杭２の直径よりも大きくなっている。ソケット６と杭２との間には円筒状の空間が形成され、その空間にモルタル１２が充填される。ソケット６の内周面には、杭２の表面との間隔を保持するための４本のフラットバー１３が固定されている。このフラットバー１３は、ソケット６の軸線Ｌ２を杭２の軸線Ｌ１に略一致させる、すなわち、ソケット６を杭２と同心状に配置するためのものである。フラットバー１３はソケット６の軸線Ｌ２方向（図２参照）に延在しており、その下端部１３ａ（図５参照）は、下方ほどソケット６の内周面からの突出長が短くされたテーパー形状になっている。なお、ソケット６が鋼管製であり、連結板７が鋼板製である場合には、フラットバー１３が溶接されることにより、フラットバー１３は、連結板７の溶接に対する補強リブとしても機能する。
【００２８】
連結具３の連結板７は、例えばＵＦＣ製である。なお、連結板７は、鋼板製、鉄筋コンクリート製、または鉄筋や鋼材で補強されたＵＦＣ製としてもよい。図２に示すように、連結板７の下端部７ａは、下方ほど厚みが薄くされたテーパー形状になっている。言い換えれば、連結板７は、ギロチンのように下辺が尖った形状になっている。このような構成を有する薄板状の連結板７は、前述したように、支間方向にはたらく外力に対して抵抗すると共に、施工時における圧入抵抗を低減可能な構成になっている。
【００２９】
図１に示すように、連結具４の連結板９は、杭２，２同士が離間する方向に伸縮可能な伸縮機構１０を有している。伸縮機構１０は、鉛直方向Ｄ１にはたらくせん断力を伝達可能な構成となっている。連結板９は、伸縮機構１０を有する点において連結具３の連結板７と異なっており、材質や形状等は連結板７と同様である。なお、言うまでもなく、連結具３に伸縮機構を設けてもよい。伸縮機構１０は、必要に応じて設ければよい。不要な場合には、伸縮機構１０を省略することもできる。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、連結板９は、水平方向Ｄ２において２分割されており、一方の板材１４と、他方の板材１５とからなる。板材１４と板材１５とは、水平方向Ｄ２に突き合わされて、接合されている。板材１４および板材１５の接合端部には、テーパー状の櫛歯部１４ｂ，１５ｂが設けられている。これらの櫛歯部１４ｂと櫛歯部１５ｂとが嵌合し、その嵌合部が例えば鋼板製の筒状部材１６によって包囲されている。筒状部材１６、櫛歯部１４ｂ、および櫛歯部１５ｂの間の隙間には、ホース１７を介して地上から注入されたセメントグラウトなどが充填されている。筒状部材１６は、板材１４，１５にせん断力が作用した場合に、テーパー状の櫛歯部１４ｂ，１５ｂが鉛直方向Ｄ１に変位してせん断力の伝達が不十分になることを防止している。筒状部材１６と櫛歯部１４ｂ，１５ｂとの間には、セメントグラウトの漏れ出しを防止するためのスポンジゴムなどを適宜配置することが望ましい。
【００３１】
櫛歯部１４ｂおよび櫛歯部１５ｂは、施工時において、セメントグラウトが充填されない状態では多少の遊びを有しつつ嵌合し、水平方向Ｄ２に伸縮可能になっている。このような櫛歯構造を形成する櫛歯部１４ｂ，１５ｂにより、伸縮機構１０が構成されている。伸縮機構１０によれば、杭２の施工誤差が生じた場合、すなわち杭２同士が僅かにハの字または逆ハの字に傾斜して設けられた場合であっても、支障なく杭２に対して連結具４を取り付けることができる。すなわち、伸縮機構１０によって杭２の施工誤差を吸収することが可能になっている。なお、テーパー状ではなく幅が一定の櫛歯部としてもよい。
【００３２】
伸縮機構としては、上記の伸縮機構１０以外にも、各種の変形形態を採ることができる。例えば、図４（ｂ）に示すように、２分割された一方の板材１８の先端に、水平方向Ｄ２に突出する五角形柱状の凸部１８ｂを設けると共に、他方の板材１９の先端に、凸部１８ｂが嵌入される五角形柱状の凹部１９ｂを設けてもよい。このようなほぞ構造を形成する凸部１８ｂおよび凹部１９ｂにより、水平方向Ｄ２に伸縮可能な伸縮機構１０Ａを構成することができる。
【００３３】
また、図４（ｃ）に示すように、２分割された一方の板材２０の先端に、板厚を半分にした薄板部２０ｂを設けると共に、他方の板材２１の先端に、板厚を半分にした薄板部２１ｂを設け、薄板部２０ｂと薄板部２１ｂとを厚さ方向に重ね合わせてもよい。さらに、薄板部２０ｂ，２１ｂの厚さ方向に貫通すると共に、水平方向Ｄ２に長い長孔２０ｃ，２１ｃを薄板部２０ｂ，２１ｂに形成し、長孔２０ｃ，２１ｃが連通する部分にピン２２を挿入する構成としてもよい。このような長孔２０ｃ，２１ｃおよびピン２２により、水平方向Ｄ２に伸縮可能な伸縮機構１０Ｂを構成することができる。
【００３４】
なお、図示は省略されているが、伸縮機構１０Ａおよび伸縮機構１０Ｂにおいても、伸縮機構１０と同様に、筒状部材１６およびホース１７を設け、地上から筒状部材１６内にセメントグラウトを注入して嵌合部の隙間を充填することが望ましい。
【００３５】
続いて、杭構造１の構築方法について説明する。
【００３６】
図５に示すように、まず、地中に杭２を打設または構築する。なお、既に杭２が設けられている場合には、この工程は省略される。次に、連結具３の２個のソケット６に２本の杭２をそれぞれ貫通させ、杭２がソケット６に貫通した状態で、連結具３を地中に押し込む。ここでは、既に地中に設けられた杭２をガイドとして、掘削作業を要することなく、連結具３を地中に押し込む。
【００３７】
より具体的には、杭２の上端に固定した反力装置２５によって反力をとり、反力装置２５に上端が固定されて杭２の両側に設置された２台の油圧ジャッキ２３によって、連結具３を鉛直方向Ｄ１下方に圧入する。ここで、連結具３が埋設される深度によって、下側圧入鋼管２４Ａ、中間圧入鋼管２４Ｂ、および上側圧入鋼管２４Ｃを鉛直方向Ｄ１に適宜継ぎ足していく。下側圧入鋼管２４Ａと中間圧入鋼管２４Ｂとの間、および中間圧入鋼管２４Ｂと上側圧入鋼管２４Ｃとの間にはボルト等を設け、鋼管同士を結合しておく。下側圧入鋼管２４Ａの下端とソケット６の上端とは結合させず、互いに圧接させた状態とする。
【００３８】
連結具３を圧入する過程においては、地上からソケット６の下端部６ａ付近にまで延在する圧入ホース２６を介してその先端２６ａから高圧水を噴射し、下端部６ａ付近の地盤を乱すことにより、連結具３の沈設を容易にする。
【００３９】
ここで、ソケット６の下端部６ａおよび連結板７の下端部７ａは上述したようにテーパー形状となっているため、連結具３の圧入抵抗が小さくなっている。これらの下端部６ａ，７ａは、圧入抵抗低減手段を構成している。また、フラットバー１３の下端部１３ａがテーパー形状となっているため、連結具３の圧入の際に杭２を損傷することが防止されている。
【００４０】
連結具３を所定の位置に圧入したら、圧入ホース２６を介して高圧水をソケット６内に噴射し、杭２の外周面およびソケット６の内周面を洗浄する。さらに、圧入ホース２６を介してモルタルを杭２とソケット６との間の隙間に充填し、硬化させる。これにより、２本の杭２に対して２個のソケット６がそれぞれ結合され、格点部が形成される。圧入鋼管２４Ａ〜２４Ｃは、地上に引き抜かれる。なお、鉛直方向Ｄ１のずれ止めのため、杭２の表面に予め凹凸を設けてもよい。
【００４１】
上記の圧入工程および結合工程を各連結具３，４において繰り返すことにより、図１に示した杭構造１が構築される。連結具４の埋設にあっては、連結具４を所定の位置に圧入した後、ホース１７（図４（ａ）参照）によって伸縮機構１０内にセメントグラウトを圧入し、連結板９を一体化する。
【００４２】
なお、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、杭２に対するソケット６（またはソケット８）の結合にあたり、ソケット６の内周面に予めグラウト充填用袋２７を貼り付けておくことが望ましい。具体的には、図６（ａ）および（ｃ）に示すように、フラットバー１３同士の間に４個の長方形板状のグラウト充填用袋２７を配設し、各グラウト充填用袋２７の上端部に取り付けられた注入ノズル３２に圧入ホースをそれぞれ接続しておき、ソケット６が所定の位置まで圧入された後、地上よりモルタルや樹脂などのグラウトを圧入する。
【００４３】
４個のグラウト充填用袋２７内に均等な圧力でグラウトを送り込むことにより、図６（ｂ）に示すように、ソケット６には円周方向に一様な引張応力が発生し、杭２には径方向に一様な圧縮応力が発生する。杭２やソケット６の材質は高強度であるため、杭２およびソケット６は、グラウトの圧入により発生する応力には十分耐えることができ、比較的高い圧力でグラウト充填用袋２７内にグラウトを送り込むことができる。このようにグラウト充填用袋２７を用いることにより、杭２とソケット６との間の隙間を硬い材料で埋めることができ、格点部における十分な剛性を確保することができる。さらには、ソケット６内における洗浄も不要になる。
【００４４】
グラウト充填用袋としては、上記の４個のグラウト充填用袋２７以外にも、各種の変形形態を採ることができる。例えば、図６（ｄ）に示すように、全周に亘るように丸められた板状のグラウト充填用袋２８を用いてもよい。これは、フラットバーを取り付けない場合に有効である。また、図６（ｅ）に示すように、円筒状のグラウト充填用袋２９を用いてもよい。また、図６（ｆ）に示すように、螺旋状に巻かれたチューブ状のグラウト充填用袋３１を用いてもよい。この場合、フラットバーをソケット６の内周面に螺旋状に溶接してもよい。上記のいずれのグラウト充填用袋を用いる場合においても、ソケット６の圧入の際には袋は萎んでいて薄いので、圧入の抵抗となることはない。
【００４５】
以上説明した本実施形態の杭構造１によれば、互いに平行な複数の杭２は、地中に埋設された連結具３，４によって連結され、連結具３，４の各々２個のソケット６，８は、２本の杭２に対してそれぞれ結合されている。よって、杭構造として十分な強度が確保されている。また、施工時には、複数の杭２を地中に設けた後に、ソケット６，８にこれらの杭２を貫通させるようにして連結具３，４を埋設すればよいため、連結具３，４の埋設のために掘削作業を要することがなく、掘削作業が不要とされている。
【００４６】
また、伸縮機構１０を有する連結具４は、複数の杭２同士が離間する方向に伸縮可能であるので、複数の杭２に僅かな施工誤差がある場合であっても、杭２同士が離間する方向に連結板９が僅かに伸縮することにより、ソケット８に複数の杭２を貫通させることができ、連結具４の埋設が支障なく行われる。これにより、施工性の向上が図られている。
【００４７】
通常、高架橋などの上部構造における柱は、杭２と同一平面上に配置されるため、地震時の上部構造の慣性力や、車両・列車の制動荷重のような水平力は、柱の曲げ抵抗により杭構造１に伝達される。このとき、地中梁としての連結具３，４を備えることにより、杭頭付近での曲げモーメントを緩和することができる。このように曲げモーメントが緩和されることにより、杭径の増大や鉄筋量の増大を防止でき、低コストであり、かつ施工性に優れた杭構造１が実現される。また、連結板７，９は、構造物全体の水平剛性をも向上させる。さらには、連結板７，９は、杭２の不同沈下の抑制にも寄与する。
【００４８】
さらに、本実施形態の杭構造１の構築方法によれば、地中で互いに平行に設けられた複数の杭２が連結具３，４のソケット６，８に貫通した状態で、連結具３，４が地中に押し込まれるので、連結具３，４の埋設のための掘削作業が不要である。さらに、地中に押し込まれた連結具３，４の複数のソケット６，８は複数の杭２に対してそれぞれ結合されるため、杭構造としての強度が十分に確保されている。
【００４９】
また、供用中の上部構造に施工ヤードが近接したり、施工ヤードの直上に新たな構造物を構築したりする場合であっても、掘削作業を伴わずに地中梁としての連結具３，４を設けることができるので、上部構造、例えば鉄道の軌道の沈下・移動を抑制することができる。また、夜間のみの作業で構築することもできる。
【００５０】
さらにまた、地震時などにおいて、液状化する層と液状化しない層との境界付近で地盤剛性が急変する場合においても、地中梁としての連結具３，４を設けることにより、杭の直径を太くしなくて済む。しかも、地盤剛性の急変部が地中深くにある場合であっても、連結具３，４の圧入によって地中梁の構築が可能になっている。
【００５１】
［第２実施形態］
図７は、杭構造の第２実施形態を適用したトンネルの斜視図である。図７に示す本実施形態の杭構造１Ａが図１に示した第１実施形態の杭構造１と違う点は、複数の杭２に代えて、トンネルＴの左右の両側でトンネルＴの延在方向Ｄ３に並設された複数の杭４０を備えた点と、連結具３，４に代えて、地中梁と矢板とを兼ねる連結具４１を備えた点である。
【００５２】
杭構造１Ａを用いて構築されるトンネルＴでは、トンネルＴの左右の両側において鉛直方向Ｄ１に延在すると共に、トンネルＴの延在方向Ｄ３に延びる２つの杭構造１Ａが構築されている。各杭構造１Ａには、対面する他方の杭構造１Ａに向けて突出する底版支持ブラケット４４および頂版支持ブラケット４６が設けられている。底版支持ブラケット４４上に底版４７が載置されると共に、頂版支持ブラケット４６上に頂版４８が載置され、底版４７と頂版４８との間で杭構造１Ａ同士の中間の位置には、中柱４９が設けられている。このような構造により、延在方向Ｄ３方向に延びる第１空間Ｓ１および第２空間Ｓ２が形成されている。
【００５３】
より具体的には、図８（ａ）に示すように、杭構造１Ａの連結具４１は、２個の円筒状のソケット（円筒部）４２，４２と、ソケット４２，４２同士を連結する薄板状の連結板（連結部）４３とを有している。ソケット４２は、杭構造１の場合と同様にして、杭４０に結合されている。また、連結板４３は矩形板状であり、連結板４３の鉛直方向Ｄ１すなわち軸線方向Ｄ１の長さＨは、ソケット４２の軸線方向Ｄ１の長さｈの２倍になっている。連結板４３の下端部４３ａは、圧入抵抗を低減するため、下方ほど厚みが薄くされたテーパー形状になっている。
【００５４】
そして、図８（ｂ）に示すように、延在方向Ｄ３に並設された複数の杭４０のうち、第１の杭４０とその隣の第２の杭４０とをまず一の連結具４１によって連結し、第２の杭４０と更にその隣の第３の杭４０とを他の連結具４１によって連結することで、一の連結具４１のソケット４２と他の連結具４１のソケット４２とは、互いに干渉することなく第２の杭４０の軸線方向Ｄ１で隣接する。第１〜第３の杭４０に対して一の連結具４１と他の連結具４１とを交互に設けることにより、これらの杭４０間において、複数の連結板４３の各辺同士が合わさり、複数の連結板４３を千鳥状に隙間なく並設することができる。すなわち、複数の矩形板状の連結板４３は、杭４０同士を連結すると共に、軸線方向Ｄ１で互いに近接して配置されている。
【００５５】
トンネルＴの構築時においては、図８（ｂ）に示すように杭構造１Ａ，１Ａを構築した後、杭４０間において隙間なく並設された複数の連結板４３が土留め壁となり、杭構造１Ａ，１Ａ間の地盤を掘削することができる。そして、図８（ｃ）および（ｄ）に示すように、底版４７、頂版４８、および中柱４９を順次設置し、空間Ｓ１，Ｓ２を形成する。トンネルＴにおいては、杭構造１Ａ，１Ａは、仮設ではなく本設として用いられる。これにより、工期の短縮や仮設部材の削減などといった合理化が図られている。なお、杭構造１Ａのみで壁部材としての耐力が不足する場合は、内側に躯体を構築して合成壁とすることもできる。
【００５６】
本実施形態の杭構造１Ａによれば、杭構造１と同様の作用効果が得られると共に、連結具４１の矩形板状の連結板４３が互いに近接して配置されることにより、連結板４３によって土留め壁が形成される。このように、連結板４３を水平梁としてのみならず、矢板としても利用することができる。
【００５７】
［第３実施形態］
図９は、杭構造の第３実施形態を適用したボックスカルバートの斜視図である。図９に示す本実施形態の杭構造１Ｂが図７に示した第２実施形態の杭構造１Ａと違う点は、複数の杭４０に代えて、ボックスカルバートＣの本体５４を包囲するようにしてボックスカルバートＣの延在方向Ｄ４に延在する複数の円柱状の水平杭５０を備えた点と、連結具４１に代えて、水平杭５０同士を連結する連結具５１を備えた点である。連結具５１は、２個の円筒状のソケット５２と矩形板状の連結板５３とを有し、杭構造１Ａの連結具４１と同様の構成とされている。これらの連結具５１も、地中梁と矢板を兼用している。
【００５８】
ボックスカルバートＣの構築時においては、図１０（ａ）に示すように、まず地中に直方体状の立坑６０を形成し、その後、ボックスカルバートＣの延在方向Ｄ４、例えば水平方向に水平杭５０を配設する。ここでは、立坑６０の側壁から地中に向けて水平杭５０を押し込む。さらに、図１０（ｂ）に示すように、杭構造１，１Ａと同様にして、水平杭５０をガイドにして連結具５１を押し込み、水平杭５０同士を連結具５１によって連結する。次に、図１０（ｃ）に示すように、水平杭５０間において隙間なく並設された複数の連結板５３が土留め壁となり、水平杭５０によって包囲された掘削空間Ｓ５を掘削することができる。そして、図９に示すように、杭構造１Ｂの内側にボックスカルバートＣの本体５４を構築し、第１空間Ｓ３および第２空間Ｓ４を形成する。このボックスカルバートＣにおいても、杭構造１Ｂは、仮設ではなく本設として用いられる。これにより、工期の短縮や仮設部材の削減などといった合理化が図られている。
【００５９】
本実施形態の杭構造１Ｂによれば、杭構造１，１Ａと同様の作用効果が得られると共に、非開削の推進工法によってボックスカルバートＣを構築することができる。水平方向や水平方向から所定の角度傾斜するような方向に杭を設ける場合であっても、高い剛性を実現すると共に、土留め壁を形成し、これを本設利用することができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、筒状部や連結部の下端がテーパー状に形成される場合について説明したが、テーパー状に形成されなくてもよい。また、連結部は、板状である場合に限られず、例えば断面円形や矩形の柱状であってもよいし、筒状であってもよい。また、複数の杭は、鉛直方向や水平方向に設けられる場合に限られず、鉛直方向や水平方向と角度をなす方向に設けられる場合であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１，１Ａ，１Ｂ…杭構造、２…杭、３，４…連結具、６，８…ソケット（筒状部）、７，９…連結板（連結部）、４０…杭、４１…連結具、４２…ソケット（筒状部）、４３…連結板、５０…水平杭（杭）、５１…連結具、５２…ソケット（筒状部）、５３…連結板、Ｌ１…杭の軸線、Ｌ２…ソケットの軸線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭構造およびその構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載されるように、杭を貫入可能な複数のガイド部材と、ガイド部材間に配設される連結部材とを有する治具を備え、この治具によって杭同士を連結する杭構造が知られている。この杭構造では、予め治具を地中に埋設し、この治具のガイド部材に杭を貫入することで、杭の打設位置の位置決めをしている。
【０００３】
また、下記特許文献２に記載されるように、複数の中空の鋼管と、鋼管同士を連結する繋材とを有し、鋼管の内部に杭を挿入してなる杭構造が知られている。この杭構造では、４本の鋼管により構成されたブロック体を河川堤防の破壊箇所などに設置し、鋼管内に杭を挿入することにより、ブロック体を支持している。さらに、鋼管の側面において垂直方向に凹部を設け、この凹部に遮水板を装着している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７００７６号公報
【特許文献２】特開２０００−１４４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載の杭構造では、杭の打設位置の位置決めを行うために治具を地中に埋設しており、また特許文献２に記載の杭構造では、予め設置したブロック体を支持するために杭を鋼管内に挿入している。このように、治具やブロック体は、杭を補強することを目的として設けられたものではない。そのため、杭構造としての強度が不十分であった。また、治具やブロック体を予め設置する際には、施工精度が求められるため、必然的に掘削作業を要していた。
【０００６】
本発明は、掘削作業が不要であり、かつ、十分な強度を確保できる杭構造およびその構築方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る杭構造は、地中に設けられた複数の杭同士が連結されてなる杭構造であって、互いに平行な複数の杭と、地中に埋設されて複数の杭同士を連結する連結具と、を備え、連結具は、複数の杭のそれぞれが貫通する複数の筒状部と、複数の筒状部同士を連結する連結部と、を有し、複数の筒状部は、複数の杭に対してそれぞれ結合されていることを特徴とする。
【０００８】
この杭構造によれば、互いに平行な複数の杭は、地中に埋設された連結具によって連結される。ここで、連結具の複数の筒状部は、複数の杭に対してそれぞれ結合されている。よって、杭構造として十分な強度を確保できる。また、施工時には、複数の杭を地中に設けた後に、筒状部にこれらの杭を貫通させるようにして連結具を埋設すればよいため、連結具の埋設のために掘削作業を要することがなく、掘削作業が不要になる。
【０００９】
ここで、連結具を複数備え、連結具の連結部は、複数の筒状部の軸線に平行に延在する矩形板状であると共に、複数の連結部が、当該軸線方向で互いに近接して配置された態様としてもよい。この場合、互いに近接して配置された矩形板状の連結板によって、土留め壁を形成することができる。このように、連結部を矢板としても利用することができる。
【００１０】
また、連結部は、複数の杭同士が離間する方向に伸縮可能である態様としてもよい。この場合、複数の杭に僅かな施工誤差がある場合であっても、杭同士が離間する方向に連結部が僅かに伸縮することにより、筒状部に複数の杭を貫通させることができ、連結具の埋設が支障なく行われる。よって、施工性の向上が図られる。
【００１１】
本発明に係る杭構造の構築方法は、地中で互いに平行に設けられた複数の杭同士が連結されてなる杭構造の構築方法であって、複数の筒状部と、複数の筒状部同士を連結する連結部と、を有する連結具の複数の筒状部に、地中に設けられた複数の杭がそれぞれ貫通した状態で、連結具を地中に押し込む工程と、複数の杭に対して複数の筒状部をそれぞれ結合させる工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
この杭構造の構築方法によれば、地中で互いに平行に設けられた複数の杭が連結具の筒状部に貫通した状態で、連結具が地中に押し込まれる。よって、連結具の埋設のために掘削作業を要することがなく、掘削作業が不要になる。さらに、地中に押し込まれた連結具の複数の筒状部は複数の杭に対してそれぞれ結合されるため、杭構造としての強度を十分に確保できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、杭構造の強度・剛性を向上させるための連結具を設置する際に掘削作業が不要であり、かつ、十分な強度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る杭構造の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１中の連結具を示す斜視図である。
【図３】杭の軸線方向に垂直な断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、連結部の伸縮機構の各種形態を示す図である。
【図５】図１の杭構造の構築方法を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、杭に対する円筒部の結合方法を示す断面図、（ｃ）〜（ｆ）は、グラウト充填用袋の各種形態を示す図である。
【図７】杭構造の第２実施形態を適用したトンネルの斜視図である。
【図８】（ａ）は、図７の杭構造に用いられる連結具を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は、図７のトンネルの構築手順を示す図である。
【図９】杭構造の第３実施形態を適用したボックスカルバートの斜視図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、図９のボックスカルバートの構築手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１に示すように、杭構造１は、例えば鉄道や道路構造物などの構造物に供される高架橋において、地上に構築される柱などを支持するための基礎となる構造である。杭構造１は、地中に構築される。なお、地上の構造物や柱の図示は省略されている。
【００１７】
杭構造１は、地中に設けられた円管状の複数の杭２と、複数の杭２同士を連結する連結具３，４とを備えている。杭構造１は、杭２および地中梁としての連結具３，４を備えた杭地中連結構造である。杭構造１は、地上で供用中の構造物がある場合であっても、最小限の工事制約により施工可能な構成となっている。具体的には、営業中の鉄道線を高架化する場合などにおいても、支障なく施工可能な構成となっている。杭構造１は、施工性に優れると共に、低コストで地中梁を構築することができる構造である。
【００１８】
複数の杭２は、鉛直方向Ｄ１に配置されて、互いに略平行に延在する直杭である。各々の杭２の軸線Ｌ１は、鉛直方向Ｄ１に延びている。複数の杭２は、例えば、平面視で格子状に配列されている。杭２は、コンクリート製である。杭２としては、例えばプレストレスト高強度コンクリート（Prestressed High-strength Concrete；ＰＨＣ）杭や場所打ち杭を適用することができる。杭２がＰＨＣ杭であれば、その表面が平滑であり、径も比較的小さいので適している。
【００１９】
なお、杭２はコンクリート製である場合に限られず、例えば鋼管を適用することもできる。また、杭２は、鋼管を利用した場所打ち杭であってもよい。具体的には、鋼管を挿入した後にコンクリートを打設して表面を円筒状にした構成や、掘削時に孔口の土砂崩壊を防止すべく口元管（あるいはスタンドパイプ）として鋼管を設置し、コンクリート打設後も鋼管を残置した構成であってもよい。
【００２０】
地中梁としての連結具３，４は、水平方向における両端が２本の杭２に結合されることにより、杭２同士を連結している。連結具３，４は、いずれも水平方向に延在しており、水平梁として機能する。図１に示す例では、連結具３が配置される方向と、連結具４が配置される方向とは直交している。
【００２１】
連結具３は、２本の杭２のそれぞれが貫通する２個の円筒状のソケット（円筒部）６，６と、ソケット６，６同士を連結する薄板状の連結板（連結部）７とを有している。また、連結具４は、２本の杭２のそれぞれが貫通する２個の円筒状のソケット（円筒部）８，８と、ソケット８，８同士を連結する薄板状の連結板（連結部）９とを有している。連結具３および連結具４は、鉛直方向Ｄ１に重なるようにして交互に取り付けられており、一本の杭２が、連結具４のソケット８と、連結具３のソケット６とに交互に貫通している。
【００２２】
連結具３のソケット６は、その軸線Ｌ２（図２参照）が杭２の軸線Ｌ１に略一致するように配置されている。さらに、ソケット６は、モルタル１２（図３参照）等を介して杭２に結合されている。これと同様にして、連結具４のソケット８は、その軸線が杭２の軸線Ｌ１に略一致するように配置されており、モルタル等を介して杭２に結合されている。これらのソケット６，８により、杭２と連結板７，９とが剛結合されている。
【００２３】
上記のように、連結具３，４は、２本の杭２，２に対し水平方向の一方向に梁が接合される、いわゆるトの字接合の構造となっている。言い換えれば、連結具３，４のそれぞれは、水平方向の両端に２つの格点部を有している。立体骨組構造の格点部としては、トの字状の接合構造の他にも、水平方向の２方向に梁が接合される十字状の接合構造、または、３方向若しくは４方向に梁が接合される接合構造がある。このように、連結具１つあたりに２方向以上に延びる梁（連結部）を有する構成とすることもできるが、構造の単純化や施工性の観点から、連結具３，４のように一方向のみの梁（連結部）を有する構成が好ましい。
【００２４】
連結具３の連結板７は、両端にある杭２，２の軸線Ｌ１，Ｌ１を含む鉛直面に沿って延在している。これと同様にして、連結具４の連結板９は、両端にある杭２，２の軸線Ｌ１，Ｌ１を含む鉛直面に沿って延在している。言い換えれば、連結板７，９は、杭２同士が離間する方向（支間方向）に延在すると共に、鉛直方向に延在している。連結板７，９は、鉛直方向に長い断面を有する薄板状になっていることで、各々の支間方向にはたらく外力に対して抵抗する。杭構造１では、連結具３の連結板７と連結具４の連結板９とのなす角が９０度であるため、連結板７と連結板９との協働により、あらゆる方向の外力に対しても剛性が保たれている。なお、本実施形態では連結板７と連結板９とのなす角が９０度の場合について説明しているが、複数の杭が平面視で千鳥状に配列されて、複数の連結板によって三角形状に杭同士が連結される場合においても、あらゆる方向の外力に対して剛性が保たれる。
【００２５】
各杭２の先端すなわち下端には、支持力を増大するための球状の根固め部１１が形成されている。これらの根固め部１１は、セメントミルクの注入等によって形成される。
【００２６】
以下、連結具３，４についてより具体的に説明する。ソケット６，８は同様の構成とされるため、以下の説明では、ソケット６について説明する。ソケット６は、例えば高強度スパイラル鉄筋で補強された超高強度繊維補強コンクリート（Ultra high-strength Fiber reinforced Concrete；ＵＦＣ）からなる。なお、ソケット６は、鋼管製としてもよく、鉄筋を含まないＵＦＣ製としてもよい。ソケット６は、連結板７の断面力（曲げモーメント、せん断力、および軸力など）を杭２に伝達し得る強度および剛性を有している。また、図２に示すように、ソケット６の下端部６ａは、下方ほど外径が縮小して厚みが薄くされたテーパー形状になっている。このような構成を有するソケット６は、施工時における圧入抵抗を低減可能な構成になっている。なお、ソケット６は円筒状に限られず、断面が正方形、多角形、若しくは円形状であってもよく、または、円周の一部を尖らせた水滴形状であってもよい。
【００２７】
図３に示すように、ソケット６の内径は、杭２の直径よりも大きくなっている。ソケット６と杭２との間には円筒状の空間が形成され、その空間にモルタル１２が充填される。ソケット６の内周面には、杭２の表面との間隔を保持するための４本のフラットバー１３が固定されている。このフラットバー１３は、ソケット６の軸線Ｌ２を杭２の軸線Ｌ１に略一致させる、すなわち、ソケット６を杭２と同心状に配置するためのものである。フラットバー１３はソケット６の軸線Ｌ２方向（図２参照）に延在しており、その下端部１３ａ（図５参照）は、下方ほどソケット６の内周面からの突出長が短くされたテーパー形状になっている。なお、ソケット６が鋼管製であり、連結板７が鋼板製である場合には、フラットバー１３が溶接されることにより、フラットバー１３は、連結板７の溶接に対する補強リブとしても機能する。
【００２８】
連結具３の連結板７は、例えばＵＦＣ製である。なお、連結板７は、鋼板製、鉄筋コンクリート製、または鉄筋や鋼材で補強されたＵＦＣ製としてもよい。図２に示すように、連結板７の下端部７ａは、下方ほど厚みが薄くされたテーパー形状になっている。言い換えれば、連結板７は、ギロチンのように下辺が尖った形状になっている。このような構成を有する薄板状の連結板７は、前述したように、支間方向にはたらく外力に対して抵抗すると共に、施工時における圧入抵抗を低減可能な構成になっている。
【００２９】
図１に示すように、連結具４の連結板９は、杭２，２同士が離間する方向に伸縮可能な伸縮機構１０を有している。伸縮機構１０は、鉛直方向Ｄ１にはたらくせん断力を伝達可能な構成となっている。連結板９は、伸縮機構１０を有する点において連結具３の連結板７と異なっており、材質や形状等は連結板７と同様である。なお、言うまでもなく、連結具３に伸縮機構を設けてもよい。伸縮機構１０は、必要に応じて設ければよい。不要な場合には、伸縮機構１０を省略することもできる。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、連結板９は、水平方向Ｄ２において２分割されており、一方の板材１４と、他方の板材１５とからなる。板材１４と板材１５とは、水平方向Ｄ２に突き合わされて、接合されている。板材１４および板材１５の接合端部には、テーパー状の櫛歯部１４ｂ，１５ｂが設けられている。これらの櫛歯部１４ｂと櫛歯部１５ｂとが嵌合し、その嵌合部が例えば鋼板製の筒状部材１６によって包囲されている。筒状部材１６、櫛歯部１４ｂ、および櫛歯部１５ｂの間の隙間には、ホース１７を介して地上から注入されたセメントグラウトなどが充填されている。筒状部材１６は、板材１４，１５にせん断力が作用した場合に、テーパー状の櫛歯部１４ｂ，１５ｂが鉛直方向Ｄ１に変位してせん断力の伝達が不十分になることを防止している。筒状部材１６と櫛歯部１４ｂ，１５ｂとの間には、セメントグラウトの漏れ出しを防止するためのスポンジゴムなどを適宜配置することが望ましい。
【００３１】
櫛歯部１４ｂおよび櫛歯部１５ｂは、施工時において、セメントグラウトが充填されない状態では多少の遊びを有しつつ嵌合し、水平方向Ｄ２に伸縮可能になっている。このような櫛歯構造を形成する櫛歯部１４ｂ，１５ｂにより、伸縮機構１０が構成されている。伸縮機構１０によれば、杭２の施工誤差が生じた場合、すなわち杭２同士が僅かにハの字または逆ハの字に傾斜して設けられた場合であっても、支障なく杭２に対して連結具４を取り付けることができる。すなわち、伸縮機構１０によって杭２の施工誤差を吸収することが可能になっている。なお、テーパー状ではなく幅が一定の櫛歯部としてもよい。
【００３２】
伸縮機構としては、上記の伸縮機構１０以外にも、各種の変形形態を採ることができる。例えば、図４（ｂ）に示すように、２分割された一方の板材１８の先端に、水平方向Ｄ２に突出する五角形柱状の凸部１８ｂを設けると共に、他方の板材１９の先端に、凸部１８ｂが嵌入される五角形柱状の凹部１９ｂを設けてもよい。このようなほぞ構造を形成する凸部１８ｂおよび凹部１９ｂにより、水平方向Ｄ２に伸縮可能な伸縮機構１０Ａを構成することができる。
【００３３】
また、図４（ｃ）に示すように、２分割された一方の板材２０の先端に、板厚を半分にした薄板部２０ｂを設けると共に、他方の板材２１の先端に、板厚を半分にした薄板部２１ｂを設け、薄板部２０ｂと薄板部２１ｂとを厚さ方向に重ね合わせてもよい。さらに、薄板部２０ｂ，２１ｂの厚さ方向に貫通すると共に、水平方向Ｄ２に長い長孔２０ｃ，２１ｃを薄板部２０ｂ，２１ｂに形成し、長孔２０ｃ，２１ｃが連通する部分にピン２２を挿入する構成としてもよい。このような長孔２０ｃ，２１ｃおよびピン２２により、水平方向Ｄ２に伸縮可能な伸縮機構１０Ｂを構成することができる。
【００３４】
なお、図示は省略されているが、伸縮機構１０Ａおよび伸縮機構１０Ｂにおいても、伸縮機構１０と同様に、筒状部材１６およびホース１７を設け、地上から筒状部材１６内にセメントグラウトを注入して嵌合部の隙間を充填することが望ましい。
【００３５】
続いて、杭構造１の構築方法について説明する。
【００３６】
図５に示すように、まず、地中に杭２を打設または構築する。なお、既に杭２が設けられている場合には、この工程は省略される。次に、連結具３の２個のソケット６に２本の杭２をそれぞれ貫通させ、杭２がソケット６に貫通した状態で、連結具３を地中に押し込む。ここでは、既に地中に設けられた杭２をガイドとして、掘削作業を要することなく、連結具３を地中に押し込む。
【００３７】
より具体的には、杭２の上端に固定した反力装置２５によって反力をとり、反力装置２５に上端が固定されて杭２の両側に設置された２台の油圧ジャッキ２３によって、連結具３を鉛直方向Ｄ１下方に圧入する。ここで、連結具３が埋設される深度によって、下側圧入鋼管２４Ａ、中間圧入鋼管２４Ｂ、および上側圧入鋼管２４Ｃを鉛直方向Ｄ１に適宜継ぎ足していく。下側圧入鋼管２４Ａと中間圧入鋼管２４Ｂとの間、および中間圧入鋼管２４Ｂと上側圧入鋼管２４Ｃとの間にはボルト等を設け、鋼管同士を結合しておく。下側圧入鋼管２４Ａの下端とソケット６の上端とは結合させず、互いに圧接させた状態とする。
【００３８】
連結具３を圧入する過程においては、地上からソケット６の下端部６ａ付近にまで延在する圧入ホース２６を介してその先端２６ａから高圧水を噴射し、下端部６ａ付近の地盤を乱すことにより、連結具３の沈設を容易にする。
【００３９】
ここで、ソケット６の下端部６ａおよび連結板７の下端部７ａは上述したようにテーパー形状となっているため、連結具３の圧入抵抗が小さくなっている。これらの下端部６ａ，７ａは、圧入抵抗低減手段を構成している。また、フラットバー１３の下端部１３ａがテーパー形状となっているため、連結具３の圧入の際に杭２を損傷することが防止されている。
【００４０】
連結具３を所定の位置に圧入したら、圧入ホース２６を介して高圧水をソケット６内に噴射し、杭２の外周面およびソケット６の内周面を洗浄する。さらに、圧入ホース２６を介してモルタルを杭２とソケット６との間の隙間に充填し、硬化させる。これにより、２本の杭２に対して２個のソケット６がそれぞれ結合され、格点部が形成される。圧入鋼管２４Ａ〜２４Ｃは、地上に引き抜かれる。なお、鉛直方向Ｄ１のずれ止めのため、杭２の表面に予め凹凸を設けてもよい。
【００４１】
上記の圧入工程および結合工程を各連結具３，４において繰り返すことにより、図１に示した杭構造１が構築される。連結具４の埋設にあっては、連結具４を所定の位置に圧入した後、ホース１７（図４（ａ）参照）によって伸縮機構１０内にセメントグラウトを圧入し、連結板９を一体化する。
【００４２】
なお、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、杭２に対するソケット６（またはソケット８）の結合にあたり、ソケット６の内周面に予めグラウト充填用袋２７を貼り付けておくことが望ましい。具体的には、図６（ａ）および（ｃ）に示すように、フラットバー１３同士の間に４個の長方形板状のグラウト充填用袋２７を配設し、各グラウト充填用袋２７の上端部に取り付けられた注入ノズル３２に圧入ホースをそれぞれ接続しておき、ソケット６が所定の位置まで圧入された後、地上よりモルタルや樹脂などのグラウトを圧入する。
【００４３】
４個のグラウト充填用袋２７内に均等な圧力でグラウトを送り込むことにより、図６（ｂ）に示すように、ソケット６には円周方向に一様な引張応力が発生し、杭２には径方向に一様な圧縮応力が発生する。杭２やソケット６の材質は高強度であるため、杭２およびソケット６は、グラウトの圧入により発生する応力には十分耐えることができ、比較的高い圧力でグラウト充填用袋２７内にグラウトを送り込むことができる。このようにグラウト充填用袋２７を用いることにより、杭２とソケット６との間の隙間を硬い材料で埋めることができ、格点部における十分な剛性を確保することができる。さらには、ソケット６内における洗浄も不要になる。
【００４４】
グラウト充填用袋としては、上記の４個のグラウト充填用袋２７以外にも、各種の変形形態を採ることができる。例えば、図６（ｄ）に示すように、全周に亘るように丸められた板状のグラウト充填用袋２８を用いてもよい。これは、フラットバーを取り付けない場合に有効である。また、図６（ｅ）に示すように、円筒状のグラウト充填用袋２９を用いてもよい。また、図６（ｆ）に示すように、螺旋状に巻かれたチューブ状のグラウト充填用袋３１を用いてもよい。この場合、フラットバーをソケット６の内周面に螺旋状に溶接してもよい。上記のいずれのグラウト充填用袋を用いる場合においても、ソケット６の圧入の際には袋は萎んでいて薄いので、圧入の抵抗となることはない。
【００４５】
以上説明した本実施形態の杭構造１によれば、互いに平行な複数の杭２は、地中に埋設された連結具３，４によって連結され、連結具３，４の各々２個のソケット６，８は、２本の杭２に対してそれぞれ結合されている。よって、杭構造として十分な強度が確保されている。また、施工時には、複数の杭２を地中に設けた後に、ソケット６，８にこれらの杭２を貫通させるようにして連結具３，４を埋設すればよいため、連結具３，４の埋設のために掘削作業を要することがなく、掘削作業が不要とされている。
【００４６】
また、伸縮機構１０を有する連結具４は、複数の杭２同士が離間する方向に伸縮可能であるので、複数の杭２に僅かな施工誤差がある場合であっても、杭２同士が離間する方向に連結板９が僅かに伸縮することにより、ソケット８に複数の杭２を貫通させることができ、連結具４の埋設が支障なく行われる。これにより、施工性の向上が図られている。
【００４７】
通常、高架橋などの上部構造における柱は、杭２と同一平面上に配置されるため、地震時の上部構造の慣性力や、車両・列車の制動荷重のような水平力は、柱の曲げ抵抗により杭構造１に伝達される。このとき、地中梁としての連結具３，４を備えることにより、杭頭付近での曲げモーメントを緩和することができる。このように曲げモーメントが緩和されることにより、杭径の増大や鉄筋量の増大を防止でき、低コストであり、かつ施工性に優れた杭構造１が実現される。また、連結板７，９は、構造物全体の水平剛性をも向上させる。さらには、連結板７，９は、杭２の不同沈下の抑制にも寄与する。
【００４８】
さらに、本実施形態の杭構造１の構築方法によれば、地中で互いに平行に設けられた複数の杭２が連結具３，４のソケット６，８に貫通した状態で、連結具３，４が地中に押し込まれるので、連結具３，４の埋設のための掘削作業が不要である。さらに、地中に押し込まれた連結具３，４の複数のソケット６，８は複数の杭２に対してそれぞれ結合されるため、杭構造としての強度が十分に確保されている。
【００４９】
また、供用中の上部構造に施工ヤードが近接したり、施工ヤードの直上に新たな構造物を構築したりする場合であっても、掘削作業を伴わずに地中梁としての連結具３，４を設けることができるので、上部構造、例えば鉄道の軌道の沈下・移動を抑制することができる。また、夜間のみの作業で構築することもできる。
【００５０】
さらにまた、地震時などにおいて、液状化する層と液状化しない層との境界付近で地盤剛性が急変する場合においても、地中梁としての連結具３，４を設けることにより、杭の直径を太くしなくて済む。しかも、地盤剛性の急変部が地中深くにある場合であっても、連結具３，４の圧入によって地中梁の構築が可能になっている。
【００５１】
［第２実施形態］
図７は、杭構造の第２実施形態を適用したトンネルの斜視図である。図７に示す本実施形態の杭構造１Ａが図１に示した第１実施形態の杭構造１と違う点は、複数の杭２に代えて、トンネルＴの左右の両側でトンネルＴの延在方向Ｄ３に並設された複数の杭４０を備えた点と、連結具３，４に代えて、地中梁と矢板とを兼ねる連結具４１を備えた点である。
【００５２】
杭構造１Ａを用いて構築されるトンネルＴでは、トンネルＴの左右の両側において鉛直方向Ｄ１に延在すると共に、トンネルＴの延在方向Ｄ３に延びる２つの杭構造１Ａが構築されている。各杭構造１Ａには、対面する他方の杭構造１Ａに向けて突出する底版支持ブラケット４４および頂版支持ブラケット４６が設けられている。底版支持ブラケット４４上に底版４７が載置されると共に、頂版支持ブラケット４６上に頂版４８が載置され、底版４７と頂版４８との間で杭構造１Ａ同士の中間の位置には、中柱４９が設けられている。このような構造により、延在方向Ｄ３方向に延びる第１空間Ｓ１および第２空間Ｓ２が形成されている。
【００５３】
より具体的には、図８（ａ）に示すように、杭構造１Ａの連結具４１は、２個の円筒状のソケット（円筒部）４２，４２と、ソケット４２，４２同士を連結する薄板状の連結板（連結部）４３とを有している。ソケット４２は、杭構造１の場合と同様にして、杭４０に結合されている。また、連結板４３は矩形板状であり、連結板４３の鉛直方向Ｄ１すなわち軸線方向Ｄ１の長さＨは、ソケット４２の軸線方向Ｄ１の長さｈの２倍になっている。連結板４３の下端部４３ａは、圧入抵抗を低減するため、下方ほど厚みが薄くされたテーパー形状になっている。
【００５４】
そして、図８（ｂ）に示すように、延在方向Ｄ３に並設された複数の杭４０のうち、第１の杭４０とその隣の第２の杭４０とをまず一の連結具４１によって連結し、第２の杭４０と更にその隣の第３の杭４０とを他の連結具４１によって連結することで、一の連結具４１のソケット４２と他の連結具４１のソケット４２とは、互いに干渉することなく第２の杭４０の軸線方向Ｄ１で隣接する。第１〜第３の杭４０に対して一の連結具４１と他の連結具４１とを交互に設けることにより、これらの杭４０間において、複数の連結板４３の各辺同士が合わさり、複数の連結板４３を千鳥状に隙間なく並設することができる。すなわち、複数の矩形板状の連結板４３は、杭４０同士を連結すると共に、軸線方向Ｄ１で互いに近接して配置されている。
【００５５】
トンネルＴの構築時においては、図８（ｂ）に示すように杭構造１Ａ，１Ａを構築した後、杭４０間において隙間なく並設された複数の連結板４３が土留め壁となり、杭構造１Ａ，１Ａ間の地盤を掘削することができる。そして、図８（ｃ）および（ｄ）に示すように、底版４７、頂版４８、および中柱４９を順次設置し、空間Ｓ１，Ｓ２を形成する。トンネルＴにおいては、杭構造１Ａ，１Ａは、仮設ではなく本設として用いられる。これにより、工期の短縮や仮設部材の削減などといった合理化が図られている。なお、杭構造１Ａのみで壁部材としての耐力が不足する場合は、内側に躯体を構築して合成壁とすることもできる。
【００５６】
本実施形態の杭構造１Ａによれば、杭構造１と同様の作用効果が得られると共に、連結具４１の矩形板状の連結板４３が互いに近接して配置されることにより、連結板４３によって土留め壁が形成される。このように、連結板４３を水平梁としてのみならず、矢板としても利用することができる。
【００５７】
［第３実施形態］
図９は、杭構造の第３実施形態を適用したボックスカルバートの斜視図である。図９に示す本実施形態の杭構造１Ｂが図７に示した第２実施形態の杭構造１Ａと違う点は、複数の杭４０に代えて、ボックスカルバートＣの本体５４を包囲するようにしてボックスカルバートＣの延在方向Ｄ４に延在する複数の円柱状の水平杭５０を備えた点と、連結具４１に代えて、水平杭５０同士を連結する連結具５１を備えた点である。連結具５１は、２個の円筒状のソケット５２と矩形板状の連結板５３とを有し、杭構造１Ａの連結具４１と同様の構成とされている。これらの連結具５１も、地中梁と矢板を兼用している。
【００５８】
ボックスカルバートＣの構築時においては、図１０（ａ）に示すように、まず地中に直方体状の立坑６０を形成し、その後、ボックスカルバートＣの延在方向Ｄ４、例えば水平方向に水平杭５０を配設する。ここでは、立坑６０の側壁から地中に向けて水平杭５０を押し込む。さらに、図１０（ｂ）に示すように、杭構造１，１Ａと同様にして、水平杭５０をガイドにして連結具５１を押し込み、水平杭５０同士を連結具５１によって連結する。次に、図１０（ｃ）に示すように、水平杭５０間において隙間なく並設された複数の連結板５３が土留め壁となり、水平杭５０によって包囲された掘削空間Ｓ５を掘削することができる。そして、図９に示すように、杭構造１Ｂの内側にボックスカルバートＣの本体５４を構築し、第１空間Ｓ３および第２空間Ｓ４を形成する。このボックスカルバートＣにおいても、杭構造１Ｂは、仮設ではなく本設として用いられる。これにより、工期の短縮や仮設部材の削減などといった合理化が図られている。
【００５９】
本実施形態の杭構造１Ｂによれば、杭構造１，１Ａと同様の作用効果が得られると共に、非開削の推進工法によってボックスカルバートＣを構築することができる。水平方向や水平方向から所定の角度傾斜するような方向に杭を設ける場合であっても、高い剛性を実現すると共に、土留め壁を形成し、これを本設利用することができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、筒状部や連結部の下端がテーパー状に形成される場合について説明したが、テーパー状に形成されなくてもよい。また、連結部は、板状である場合に限られず、例えば断面円形や矩形の柱状であってもよいし、筒状であってもよい。また、複数の杭は、鉛直方向や水平方向に設けられる場合に限られず、鉛直方向や水平方向と角度をなす方向に設けられる場合であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１，１Ａ，１Ｂ…杭構造、２…杭、３，４…連結具、６，８…ソケット（筒状部）、７，９…連結板（連結部）、４０…杭、４１…連結具、４２…ソケット（筒状部）、４３…連結板、５０…水平杭（杭）、５１…連結具、５２…ソケット（筒状部）、５３…連結板、Ｌ１…杭の軸線、Ｌ２…ソケットの軸線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に設けられた複数の杭同士が連結されてなる杭構造であって、
互いに平行な前記複数の杭と、
地中に埋設されて前記複数の杭同士を連結する連結具と、を備え、
前記連結具は、前記複数の杭のそれぞれが貫通する複数の筒状部と、前記複数の筒状部同士を連結する連結部と、を有し、
前記複数の筒状部は、前記複数の杭に対してそれぞれ結合されていることを特徴とする杭構造。
【請求項２】
前記連結具を複数備え、
前記連結具の前記連結部は、前記複数の筒状部の軸線に平行に延在する矩形板状であると共に、
複数の前記連結部が、当該軸線方向で互いに近接して配置されたことを特徴とする請求項１記載の杭構造。
【請求項３】
前記連結部は、前記複数の杭同士が離間する方向に伸縮可能であることを特徴とする請求項１または２記載の杭構造。
【請求項４】
地中で互いに平行に設けられた複数の杭同士が連結されてなる杭構造の構築方法であって、
複数の筒状部と、前記複数の筒状部同士を連結する連結部と、を有する連結具の前記複数の筒状部に、地中に設けられた前記複数の杭がそれぞれ貫通した状態で、前記連結具を地中に押し込む工程と、
前記複数の杭に対して前記複数の筒状部をそれぞれ結合させる工程と、
を含むことを特徴とする杭構造の構築方法。
【請求項１】
地中に設けられた複数の杭同士が連結されてなる杭構造であって、
互いに平行な前記複数の杭と、
地中に埋設されて前記複数の杭同士を連結する連結具と、を備え、
前記連結具は、前記複数の杭のそれぞれが貫通する複数の筒状部と、前記複数の筒状部同士を連結する連結部と、を有し、
前記複数の筒状部は、前記複数の杭に対してそれぞれ結合されていることを特徴とする杭構造。
【請求項２】
前記連結具を複数備え、
前記連結具の前記連結部は、前記複数の筒状部の軸線に平行に延在する矩形板状であると共に、
複数の前記連結部が、当該軸線方向で互いに近接して配置されたことを特徴とする請求項１記載の杭構造。
【請求項３】
前記連結部は、前記複数の杭同士が離間する方向に伸縮可能であることを特徴とする請求項１または２記載の杭構造。
【請求項４】
地中で互いに平行に設けられた複数の杭同士が連結されてなる杭構造の構築方法であって、
複数の筒状部と、前記複数の筒状部同士を連結する連結部と、を有する連結具の前記複数の筒状部に、地中に設けられた前記複数の杭がそれぞれ貫通した状態で、前記連結具を地中に押し込む工程と、
前記複数の杭に対して前記複数の筒状部をそれぞれ結合させる工程と、
を含むことを特徴とする杭構造の構築方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２０５０（Ｐ２０１３−２０５０Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１３２１（Ｐ２０１１−１３１３２１）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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