橋脚基礎構造

【課題】地震時の抵抗力が十分で、杭等の材料費の増加や基礎構造が大きくなるのを防止でき、かつ施工性に優れた橋脚基礎構造を提供する。
【解決手段】本発明に係る橋脚基礎構造１は、橋脚３に接合される基礎構造であって、所定間隔を離して施工された複数の杭５と、側面に継手７を有し、杭５の杭頭部５ａを覆うように各杭５に設置された外管９と、外管９の継手７と嵌合する継手１１を有する矢板１３とを備え、矢板１３の継手を外管９の継手に嵌合させ、外管相互を前記矢板で接続してなるものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路や鉄道などの橋脚の基礎構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な橋梁下部工事は、初めに仮設鋼矢板を打ち込み、次に基礎杭を打設して、床掘りの後、杭頭処理してコンクリートによってフーチングが構築され、フーチングの上に橋脚が構築される。その後、仮設鋼矢板を撤去し、埋め戻して完了する。この施工過程において、仮設鋼矢板の打設、撤去の作業は手間とコストがかかり無駄である。そこで、この鋼矢板を有効に活用する方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１（特開2000-129696）に記載の発明は、フーチング構築予定位置の周辺を剛性を持つ矢板によって締め切ると共に、この矢板と結合してフーチングを構築する杭基礎構造である。この発明では、フーチングの周辺を剛性の大きい矢板で締め切り、剛性の大きい矢板をフーチングに合体した状態で残置する構造としたから、地震時にフーチングに水平方向の荷重が作用しても、その水平荷重は矢板で受け止められ、受働抵抗を大きく採ることができ、水平荷重に対するフーチングの移動量を小さくでき、耐震性を向上させることができる。さらに、施工に要する面積も小さくできるとしている。
【０００４】
また、特許文献２（特開2007-32065）に記載の発明は、構造物を支持する複数の杭を囲み、この杭に接触しないように仕切る隔壁を地中に設け、構造物から隔離した杭の深さ方向地中部における隔壁内側地盤に薬液を注入して杭相互を連結する固化体を形成した杭基礎補強構造である。このような構造では、地上或いは地表近傍の構造物と固化体とが鋼矢板により連結され、複数の杭が固化体により深さ方向地中部において拘束され、これにより複数の杭の剛性は高められ、例えば、地震などにより地盤に液状化現象が生じても、杭と構造物の結合部で生じる曲げひずみは大幅に抑制されるとしている。
また、慣用の高圧噴射工法と比較して施工コストを格段に抑制することが可能になり、固化体は地中における隔壁内側に限定的に構築されるものであるため充分な品質確保が可能になるとしている。
【０００５】
また、特許文献３（特開2007-303099）に記載の発明は、多角形の頂点又は頂点及び辺上に配置された継手を有する杭と、配置された杭間に多角形の辺を形成するように配置された継手を有する鋼矢板とを備え、杭と鋼矢板とが継手により嵌合されて形成されている多角形の内側に、経時硬化性材料が充填されている基礎構造である。
この発明は、隣り合う杭と杭の間に鋼矢板を備え、杭と鋼矢板を嵌合させ、連結材を介してフーチングと一体化させることで、以下のような効果を奏するとしている。
地震が発生した際には、杭の先端支持力、杭と鋼矢板の周面摩擦力、及び杭と鋼矢板の受働抵抗により、地震により発生した応力に抵抗することができる。また、基礎を小型化でき、必要な用地を小さくすることができ、コンクリート等の経時硬化性材料の打設量も少なくできる。さらに、地震時の水平力による回転に対して、基礎を構成する杭の本数、径、及び躯体強度を増大させること無く抵抗でき、また水平力、曲げモーメントによる杭体に発生する応力も減るため杭の板厚を低減でき、低コストで確実性の高い耐震性を発揮させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2000-129696号公報
【特許文献２】特開2007-32065号公報
【特許文献３】特開2007-303099号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１乃至３のものは以下に示すような課題を有している。
まず、特許文献１の発明では、矢板とフーチングを構成する鉄筋を連結して一体化させるとしているが、具体的な記述が無く、どのようにして行うかが不明である。さらに、この発明では、従来と比較してフーチング自体を小さくするものではない。また、矢板同士の結合方法に関する記述もないことから、矢板を有効利用して基礎全体としての耐力を向上させることができるか疑問である。
【０００８】
また、特許文献２の発明では、薬液を注入するとしているが、薬液を注入した場合に地盤によっては所定の強度を得られないなど不確定要素が大きく、鋼矢板にリブなどを設けないと改良体との一体化を図るのは難しい。また、薬液注入は、地下水汚染などの懸念も生じる。特許文献１と同様に、橋脚基部の剛性をあげるためには、フーチングを大きくするなどの工夫が必要である。
【０００９】
さらに、特許文献３の発明では、杭と鋼矢板を接続する構造であるが、杭を計画通りの位置に施工できないと、杭と矢板との嵌合が非常に難しい。一般に杭芯位置は多少なりともずれ、途中でずれた場合も修正は困難であるため、杭と矢板を直接嵌合させるのは至難の技である。この場合、矢板幅が変えられるような矢板を用意する必要があり、コスト増の要因になる。
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、地震時の抵抗力が十分で、杭等の材料費の増加や基礎構造が大きくなるのを防止でき、かつ施工性に優れた基礎構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明に係る橋脚基礎構造は、橋脚に接合される基礎構造であって、所定間隔を離して施工された複数の杭と、側面に継手を有し、前記杭の杭頭部を覆うように各杭に設置された外管と、該外管の前記継手と嵌合する継手を有する矢板とを備え、該矢板の継手を前記外管の継手に嵌合させ、前記外管相互を前記矢板で接続してなることを特徴とするものである。
【００１２】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記杭の外径と前記外管の内径の差が10cm以上であることを特徴とするものである。
【００１３】
（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記外管の内径が前記杭の外径の1.2倍〜2倍であることを特徴とするものである。
【００１４】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記杭と外管との隙間に硬化性流動物を充填したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、杭頭部に外管を設置し、隣接する外管相互を矢板で接続するようにしたので、杭の施工と矢板の施工の施工順序についていずれを先に行うこともでき、かついずれを先に施工する場合であっても、外管と矢板の接続を容易に行うことができ、施工性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る橋脚基礎構造の側面図である。
【図２】図１における矢視A-A線に沿う水平断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る橋脚基礎構造の他の態様の説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る橋脚基礎構造の一部分の説明図であり、外管を設置した杭頭部の説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る橋脚基礎構造の一部分の説明図であり、外管と鋼矢板との連結部の説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る橋脚基礎構造の一部分の説明図であり、外管と鋼矢板との連結部の他の態様の説明図である。
【図７】本実施の形態に係る橋脚基礎構造の施工方法の説明図である。
【図８】本実施の形態に係る橋脚基礎構造の施工方法の他の態様の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施の形態１］
本実施の形態に係る橋脚基礎構造１は、図１に示されるように、橋脚３に接合されるものであって、所定間隔を離して施工された４本の杭５と、側面に継手７を有し（図４、図５参照）、杭５の杭頭部を覆うように各杭５に設置された外管９と、外管９の継手７に嵌合する継手１１を有する矢板１３とを備え、矢板１３の継手１１を外管９の継手７に嵌合させ、外管相互を矢板１３で接続して平面視で矩形状になるように施工したものである。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１８】
＜杭＞
杭５は所定の間隔を離して施工されている。図１、図２に示す例では杭５の数は４本であるが、その数や配置はフーチングに適合させる等適宜選択できる。図２に示すような矢視A-A断面形状は矢板１３の形状や継手構造に応じて適宜変更できる構造である。例えば、図３に示すように、杭５の数は図２の場合と同様に４本であっても、湾曲する矢板１３を用いる、あるいは矢板１３の継手１１を所定の角度を設けて接合（嵌合）することにより、平面視で円形になるようにすることもできる。
【００１９】
杭５の支持形態としては、先端を強固な支持層や中間層に止めてもよく、摩擦杭として軟弱層に止めてもよい。また、杭５の種類としては、鋼管杭、場所打ち杭、既製コンクリート杭などどのような種類の杭を適用してもよい。
【００２０】
＜外管＞
外管９は、図４に示すように、杭５の杭頭部５ａを覆うように設置され、杭頭部５ａと外管９は２重管構造になっている。杭頭部５ａと外管９との重なる部分の長さは、杭径ｄ以上であるのが好ましい。なお、杭頭部５ａは外管９を貫通させてフーチング位置まで長くしてもよく、そのときは外管９と杭５により断面剛性が上昇するので、耐震性に有利である。
【００２１】
外管９の内径は杭５の外径の1.2〜2倍程度の径であることが望ましい。あるいは、外管９の内径と杭頭部５ａの外径の差が10cm以上であることが望ましく、20ｃｍ以上であればより好ましい。
このように、外管９の内径と杭５の外径に差を設け、あるいは外管９の内径と杭頭部５ａの外径に差を設けることにより、外管９と杭頭部５ａとの間に所定の隙間ができ、これによって隣接する外管９の間に矢板１３を接続する際に前記隙間の範囲内で自由な位置調整が可能となり、施工性に優れる。一般的な杭の施工精度は、約10cmであるため、特許文献３の発明のように杭頭部５ａに直接矢板１３を接続しようとすると接続が難しく、そのため杭の施工精度をより厳しく管理する必要があり、施工性が悪くなる。これに対して、本発明では、杭頭部５ａと外管９との間に隙間があり、この隙間が杭の施工誤差を吸収する機能を有し、それゆえに杭の施工精度を必要以上に厳しくする必要がなく、極めて施工性がよく効率的な施工が可能となる。
【００２２】
外管９の長さは、外管径Ｄの２Ｄ〜１０Ｄ程度である。
外管９は鋼管であることが望ましいが、鋼管巻きコンクリートでもよく、矢板１３との接合ができる継手７が取り付けられるものであればよい。
【００２３】
杭頭部５ａと外管９の間は、図４に示すように、コンクリート、モルタル、ソイルセメントなどの硬化性流動物１５を充填するのがよい。この場合、図４に示すように、杭頭部外面や外管内面に突起１７を設けることによって杭頭部５ａと外管９を一体構造とすることができ、荷重の伝達をより容易にすることができる。
なお、杭頭部５ａと外管９の間隔を小さくし、上下を拘束すれば、杭頭部５ａと外管９の隙間に充填する充填材として現地の土や砂などを用いて荷重の伝達をすることも可能である。
外管９と杭頭部５ａの隙間は、矢板１３の接続の際に片側が接触するほどずれることもあり、この場合であっても鉛直荷重や水平荷重の伝達には問題ないが、杭５への荷重伝達を効果的に行なうには硬化性流動物１５が充填される程度の隙間が確保できるように施工するのが望ましい。
【００２４】
外管９の外周には、矢板１３の継手１１と嵌合する継手７が設けられている。継手７の種類は特に限定されるものではなく、図５に示すように矢板１３の継手１１と同じであってもよいし、図６に示すように管継手にしてモルタル注入によって強固な継手にしてもよい。
【００２５】
上記のように、杭頭部５ａに外管９を設置することによって、矢板１３を施工するときの施工性が向上し、ひいては杭５の施工性が向上するという効果を有する。しかし、杭頭部５ａに外管９を設置する効果はこれに限られるものではなく、以下のような効果を奏する。
外管９は杭５より曲げ耐力が大きいため、地震時の水平力に対して十分な強度を持ち、杭５は軸力のみ受け持てばよいので、通常設計される杭（杭がフーチングと接続されるとした場合）より、杭径を小さくすることができる。
また、近年開発が盛んな高支持力杭（先端支持力が大きな杭）を適用すれば、外管９の拡頭構造と先端拡底構造で合理的な設計が可能となる。
【００２６】
＜矢板＞
矢板１３は外管９の継手７と嵌合する継手１１を両側に有している。そして、矢板１３の継手１１を隣接する外管９の継手７に嵌合させることによって、外管相互を矢板１３で接続して、図２、図３に示すように、平面視で閉じた形状になるように施工されている。
矢板１３の縦方向の長さは、外管９と同じであってもよく、あるいは地盤条件に応じて矢板１３を外管９よりも長くあるいは短く打設してもよい。矢板１３を長く打設すれば、矢板１３の周面摩擦力や先端支持力をより多く期待することができるため、杭径や板厚を低減することができる。
【００２７】
なお、外管９と矢板１３をフーチングと接続させて一体化するために、外管９や矢板１３にスタッドやジベルなどを取り付けるのが望ましい。スタッドやジベルの形状は特に限定されるものではなく、何でも良い。
外管９と杭５は矢板１３と接合するものだけでなく、荷重規模に応じて、フーチング内面に設けてもよい。このとき外管９を使わず、杭５をフーチングと接続してもよく、長さの短い外管や杭を用いてもよい。フーチング内面に設ける杭や外管には継手７を設ける必要はない。
【００２８】
＜施工方法１＞
次に上記のように構成される橋脚基礎構造１の施工方法を図７に基づいて説明する。
プレボーリング工法で杭５を打設する。そのとき先端部に根固め球根１９を築造し、先端支持力を大きく取るのがよい（図７（ａ）参照）。
同じ機械を用いて、外管９を施工するため杭頭部５ａの地盤を拡大掘り２１を行う（図７（ｂ）参照）。
次に、杭頭部５ａに外管９を打設する（図７（ｃ）参照）。このとき杭頭部５ａと外管９との間に隙間があるので、杭５の施工位置が予定位置より多少ずれていても問題はない。他方、外管９は矢板１３と接続するため正確な位置に打設する必要があるが、外管９は長さが短いので所定位置に打設することは容易である。
【００２９】
次に、矢板１３の継手１１を外管９の継手７に嵌合させるようにして矢板１３を順次打設し、全ての外管同士を矢板１３で接続する（図７（ｄ）参照）。杭５と外管９の隙間にモルタル等の硬化性流動物１５を充填する。
矢板１３で囲まれたフーチングが構築される部分を掘削し、フーチングと橋脚３を築造する。最後に、埋め戻しをして終了する（図７（ｅ）参照）。
【００３０】
＜施工方法２＞
施工方法１では、杭５を先に打設し、その後で矢板１３を打設する例を示した。しかし、本発明では矢板１３を先に打設することもできるので、その場合の施工方法を図８に示すと共に以下に説明する。
【００３１】
外管９を打設し、矢板１３の継手１１を外管９の継手７に嵌合させるようにして矢板１３を順次打設し、全ての外管同士を矢板１３で接続する（図８（ａ）参照）。
次に、外管９を貫通させるようにして杭５を打設する（図８（ｂ））。杭５は、杭頭部５ａが外管９の下部に重なる程度まで打設する場合や、杭頭部５ａが外管９の上方に出っ張る程度まで打設する場合などがある。杭５と外管９の隙間にコンクリート、モルタル、ソイルセメントなどの硬化性流動物１５を充填して杭頭部５ａと外管９の一体化を図る。
最後にフーチングと橋脚３を築造する（図８（ｃ）参照）。
【００３２】
上記の施工方法２の説明では、杭５を打設した後にフーチングと橋脚３の築造を行う例を示したが、これらの工程を逆にして、フーチングと橋脚３の築造を行った後で杭５を打設するようにしてもよい。
【００３３】
本実施の形態においては、杭頭部５ａに外管９を設置し、隣接する外管相互を矢板１３で接続するようにしたので、杭５の施工と矢板１３の施工の施工順序についていずれを先に行うこともできる。矢板１３を先に施工する場合には、上記の施工方法２で説明したように、まず外管９を打設することになるが、外管９は長さが短いので精度よく施工するのが容易であり、外管９に矢板１３を接続するのを容易にすることができる。他方、杭５を先に施工した場合であって、仮に杭５の施工精度が悪く杭芯が多少ずれた場合でも、外管９と杭頭部５ａとの間に隙間があるので、杭５の施工誤差を吸収でき、矢板１３と外管９の接続を容易に行うことができ、相互の接続に要する手間を省力化できる。このことは、逆に言えば、矢板１３で接続するからといって杭５の施工精度を必要以上に厳格にする必要がなく、それ故、特許文献３に記載のものに比較して杭５の施工の作業効率が向上し、施工期間の短縮が可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態においては、杭頭部５ａに外管９を設置し、隣接する外管相互を矢板１３で接続し、外管９と矢板１３で囲まれたところにフーチングを構築するようにしたので、従来のものよりフーチングが小さくなり、用地の確保が容易になるとともに、掘削量とコンクリートの打設の材料費などを低減することができる。
設計上、水平力で杭諸元が決まる場合は、先端支持力や周面摩擦力に余裕があり、設計にムダが生じてしまう。この点、本実施の形態においては、杭頭部を２重管構造にしたことにより設計に自由度を持たすことができ、杭５の軸部を細くするなど合理的な設計で材料費を低減させることができる。
また、外管９と杭５を分離したので、杭５が高止まりや支持力不足で所定の根入れより短い場合や長い場合にも、矢板１３の施工位置を外管９で柔軟に調整でき、トラブルに対する対処が容易である。
【符号の説明】
【００３５】
１橋脚基礎構造３橋脚５杭５ａ杭頭部
７継手９外管１１継手１３矢板
１５硬化性流動物１７突起１９根固め球根２１拡大掘り

【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋脚に接合される基礎構造であって、所定間隔を離して施工された複数の杭と、側面に継手を有し、前記杭の杭頭部を覆うように各杭に設置された外管と、該外管の前記継手と嵌合する継手を有する矢板とを備え、該矢板の継手を前記外管の継手に嵌合させ、前記外管相互を前記矢板で接続してなることを特徴とする橋脚基礎構造。
【請求項２】
前記杭の外径と前記外管の内径の差が10cm以上であることを特徴とする請求項１に記載の橋脚基礎構造。
【請求項３】
前記外管の内径が前記杭の外径の1.2倍〜2倍であることを特徴とする請求項１に記載の橋脚基礎構造。
【請求項４】
前記杭と外管との隙間に硬化性流動物を充填したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の橋脚基礎構造。

【図１】