耐震集成杭基礎構造物及びその施工方法
【課題】高い変形性能を有する耐震集成杭基礎構造物及びその施工方法を提供する。
【解決手段】地盤（Ｇ１、Ｇ２）内に配置されると共に互いに隣接する複数の杭部分（１１）からなる集成杭（１０）を有し、複数の杭部分（１１）は地盤（Ｇ１、Ｇ２）によって拘束されて、変形性能が向上する。
【解決手段】地盤（Ｇ１、Ｇ２）内に配置されると共に互いに隣接する複数の杭部分（１１）からなる集成杭（１０）を有し、複数の杭部分（１１）は地盤（Ｇ１、Ｇ２）によって拘束されて、変形性能が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、鉄道、道路のような土木構造物、建築物の耐震集成杭基礎構造物及びその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連の杭は建物重量を地中の支持層に伝達する役目を果たす。この杭を地中深く施工する杭工法として、深礎工法が用いられる。掘削は人力または機械により実行しつつ、鋼製波板とリング枠（主にライナープレート）で土留めを行う。孔内で鉄筋を組み立て、土留め材を取り外しながらコンクリートを打設して、杭を形成する。これにより、大口径（１〜５ｍ程度）の施工を可能にする。
【０００３】
一方、耐震弾性柱は、複数の柱部材と、複数の柱を束ねる拘束部を有する（特許文献１参照）。これにより、低コストで、橋脚柱等の柱自体に十分な変形性能と減衰性能とを付与することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００６／０９０７２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の深礎工法は、施工中の安全面も特に注意を払うことを必要とし、また、軟弱地盤に適しない。
【０００６】
また、基礎の耐震設計は、中小地震（レベル１設計地震動）に対しては構造物の変形性能を弾性範囲内に留め、大地震（レベル２設計地震動）に対して崩壊しない範囲で構造物の損傷を許容するという考え方である。このため、高い耐震性能は、部材の弾性域を超えて部材の破壊までの塑性域で高い変形性能を確保することを必要とする。
【０００７】
また、上記耐震弾性柱は拘束部の施工を要するので、施工にさらなる労力、時間を要していた。また、耐震弾性柱は地上構造物に適用され、地下の基礎構造物への適用は考えられていなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、施工性を向上した集成杭による耐震集成杭基礎構造物及びその施工方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、高い変形性能を有する集成杭による耐震集成杭基礎構造物及びその施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【００１１】
本発明の第１の特徴に係わる耐震集成杭基礎構造物（１）は、地盤（Ｇ１、Ｇ２）内に配置されると共に互いに隣接する複数の杭部分（１１）からなる集成杭（１０）を有し、複数の杭部分（１１）は地盤（Ｇ１、Ｇ２）によって拘束されて、変形性能が向上する。
【００１２】
以上の第１の特徴において、集成杭（１０）は前記地盤（Ｇ１、Ｇ２）から地上へ突出する複数の杭部分（１１Ａ２）を有し、これら複数の杭部分（１１Ａ２）の地上突出部（１１Ａ３）は拘束材（１３）によって束ねられる。
【００１３】
集成杭（１０Ａ）は頂版（２１）を介在して地上の柱（２２）と接続される。
【００１４】
集成杭（１０Ｂ）は、内側杭部分（１１Ｙ）と、この内側杭部分（１１Ｙ）の外側に配置されると共にこの内側杭部分（１１Ｙ）より深く地盤（Ｇ１、Ｇ２）に位置決めされた外側杭部分（１１Ｘ）を有する。
【００１５】
複数の杭部分（１１Ｇ、１１Ｈ、１１Ｆ）は環状に配置されて中空部（１１Ｇ１、１１Ｈ１、１１Ｆ１）を画成する。
【００１６】
複数の杭部分（１１）は地盤（Ｇ１、Ｇ２）内で深く延びるにつれて地盤（Ｇ１、Ｇ２）によってより強く拘束される。
【００１７】
本発明の第２の特徴に係わる耐震集成杭基礎構造物の施工方法では、複数の杭部分（１１）を互いに隣接するように配置し、複数の杭部分（１１）をそれぞれ地盤（Ｇ１、Ｇ２）に打ち込んで集成杭（１０）を形成し、複数の杭部分（１１）を地盤（Ｇ１、Ｇ２）によって拘束する。
【００１８】
以上の第２の特徴において、集成杭（１０）のうち複数の杭部分（１１Ａ２）を地上へ突出させ、これら複数の杭部分（１１Ａ２）の地上突出部（１１Ａ３）を拘束材（１３）によって束ねる。
【００１９】
集成杭（１０Ａ）を頂版（２１）を介在して柱（２２）と接続する。
【００２０】
集成杭（１０Ｂ）のうち内側杭部分（１１Ｙ）より外側に外側杭部分（１１Ｘ）を配置し、内側杭部分（１１Ｙ）より深く地盤（Ｇ１、Ｇ２）に外側杭部分（１１Ｘ）を位置決めする。
【００２１】
複数の杭部分（１１Ｆ、１１Ｇ、１１Ｈ）を環状に配置して中空部（１１Ｆ１、１１Ｇ１、１１Ｈ１）を画成する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の特徴によれば、深礎工法に比べて孔内作業を要しないので施工中の安全が向上させる。
【００２３】
施工効率が良く廃土が少ないため、経済性に優れる。
【００２４】
集成杭の周面の地盤の緩みを減少させるので、近接施工に有利になる。
【００２５】
集成杭は複数の杭部分に分割されているので、基礎構造物全体の変形性能が向上し、杭部分同士の摩擦、履歴減衰を期待することができる。これにより、基礎構造物の耐震性能を向上させることができる。
【００２６】
集成杭は地盤によって拘束され、別の拘束部の施工を必要としないので、施工性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態に係る耐震集成杭基礎構造物を示し、（Ａ）は立面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩＢ−ＩＢに沿った断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に示すＩＣ−ＩＣに沿った断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）に示すＩＤ−ＩＤに沿った断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る耐震集成杭基礎構造物の立面図を示す。
【図３】第３の実施形態に係る耐震弾性集成杭基礎構造物を示し、（Ａ）は立面図であり、（Ｂ）は縦断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣに沿った断面図を示し、（Ｄ）は（Ａ）のＩＩＩＤ−ＩＩＩＤに沿った断面図を示す。
【図４】第４の実施形態に係る耐震集成杭基礎構造物を示し、（Ａ）は立面図であり、（Ｂ）は縦断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示すＩＶＣ−ＩＶＣに沿った断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）に示すＩＶＤ−ＩＶＤに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
第１の実施形態
杭の弾性域の変形性能は、部材内のひずみの最大値で決まる。曲げ変形に対して断面保持の仮定が成り立つ限り、断面を大きくすれば部材表面のひずみは大きくなり、変形性能は下がる。したがって、基礎構造物を鉛直方向に延びる複数の杭部分から構成し、基礎構造物全体の変形性能を大きくすることができる。また、複数の杭部分は周辺の地盤によって拘束されるので、杭部分の面同士で摩擦力が発揮される。これにより、基礎構造物のエネルギー吸収能力が大きくなる。
【００３０】
図１（Ａ）に示すように、耐震集成杭基礎構造物１は、地盤Ｇ１内に配置された集成杭１０と、集成杭１０の上部に巻かれた拘束材１３を有する。
【００３１】
集成杭１０は、平面視において矩形である。集成杭１０は互いに隣接する複数の杭部分１１を有する。各杭部分１１は、例えば、コンクリートからなり、例えば、平面視矩形である。図１（Ｃ）に示すように、各杭部分１１は長手方向に貫通する円筒形の中空部１１ａを有する。この中空部１１ａに掘削用のスクリュードリルが挿入可能である。
【００３２】
杭部分１１は、上段杭部分１１Ａと、上段杭部分１１Ａの下端と接続した中段杭部分１１Ｂと、中段杭部分１１Ｂの下端に接続した下段杭部分１１Ｃを有する。
【００３３】
上段杭部分１１Ａは、図１（Ａ）に示すように、地盤Ｇ１内に配置された外側杭部分１１Ａ１と、外側杭部分１１Ａ１によって囲まれる共に地盤Ｇ１から地上へ突出した内側杭部分１１Ａ２を有する。外側杭部分１１Ａ１の中空部１１ａは、中詰め材１２で充填されている。中詰め材１２は、例えば、モルタルである。地上の内側杭部分１１Ａ２は、例えば、柱又は橋脚として利用される。内側杭部分１１Ａ２の地上の突出部分１１Ａ３は拘束材１３によって束ねられている。拘束材１３は、例えば、鋼鉄製のシートである。拘束材１３は、ワイアーを用いてもよい。内側杭部分１１Ａ２は、例えば、橋脚、柱として機能する。
【００３４】
中段杭部分１１Ｂは、縦に４列、横に４列に配置される。中段杭部分１１Ｂの上端は上段杭部分１１Ａの下端と接合される。下段杭部分１１Ｃは中段杭部分１１Ｂと同様の構造である。下段杭部分１１Ｃの上端は中段杭部分１１Ｂの下端と接合される。下段杭部分１１Ｃの下端は支持地盤Ｇ２に達する。
【００３５】
次に、先行中掘り工法を用いた耐震集成杭基礎構造物１の施工方法を説明する。
【００３６】
先ず、下段杭部分１１Ｃを地面の上に配置する。下段杭部分１１Ｃの中空部１１ａにスクリュードリルを挿入する。スクリュードライバー装置でスクリュードリルを回転させて地盤Ｇ１を排土しながら掘削して、先行掘りを実行する。続いて、圧入機で下段杭部分１１Ｃを地盤Ｇ１へ圧入する。この施工方法は、深礎工法に比べて孔内作業を要せず、また、施工効率がよい。また、この施工方法は、杭部分１１ごとに施工するので、作業現場が制限される場合に有効である。
【００３７】
次に、下段杭部分１１Ｃの上端に中段杭部分１１Ｂを配置し、下段杭部分１１Ｃと中段杭部分１１Ｂとを接合する。中段杭部分１１Ｂの中空部にスクリュードリルを挿入し、下段杭部分１１Ｃ内のスクリュードリルと接続する。スクリュードリルを回転させて、さらに、地盤Ｇ１を掘削する。続いて、圧入機で中段杭部分１１Ｂを地盤Ｇ１へ圧入する。
【００３８】
次に、周辺部の中段杭部分１１Ｂの上端に上段杭部分１１Ａを配置する。
【００３９】
ここで、外側杭部分１１Ａ１は内側杭部分１１Ａ２を囲むように配置する。
【００４０】
中段杭部分１１Ｂと上段杭部分１１Ａとを接合する。上段杭部分１１Ａの中空部１１ａにスクリュードリルを挿入し、中段杭部分１１Ｂ内のスクリュードリルと接続する。スクリュードリルを回転させて、さらに、支持地盤Ｇ２に達するまで地盤Ｇ１を掘削する。続いて、圧入機で上段杭部分１１Ａを地盤Ｇ１へ圧入する。これにより、下段杭部分１１Ｃは地盤Ｇ１内を下方へ前進し、支持地盤Ｇ２に達する。
【００４１】
最後に、上段杭部分１１Ａの外側杭部分１１Ａ１の中空部１１ａを中詰め材１２を充填する。
【００４２】
次に、耐震集成杭基礎構造物１の作用を説明する。
【００４３】
例えば、地震が起きると、耐震集成杭基礎構造物１に揺れが生じる。このとき、複数の杭部分１１は、構造物全体の剛性を減少させ、且つ、減衰を大きくするので、加速度応答を低減させ、構造物に作用する慣性力を小さくする。
【００４４】
また、複数の杭部分１１は地盤Ｇ１内で一体となるように拘束されているので、構造物全体の変形性能を高める。また、隣接する杭部分１１同士の接触のため、杭部分１１同士の摩擦による減衰を期待することができる。これらにより、地震時の応答を集成杭の弾性域内にとどめ、集成杭に損傷を生じさせず、集成杭の耐震性能を向上させることができる。
【００４５】
さらに、杭部分１１は地盤Ｇ１、Ｇ２内に深く延びるにつれて、地盤Ｇ１、Ｇ２によってより強く拘束される。すなわち、地盤Ｇ１、Ｇ２が深くなるにつれて、地盤Ｇ１、Ｇ２の土圧は大きくなる。これにより、杭部分１１は地盤Ｇ１、Ｇ２に深く延びるにつれて変形しにくくなり、杭部分１１は先端へ向けて徐々に変形可能になる。
【００４６】
以上の実施形態によれば、深礎工法に比べて孔内作業を要しないので施工中の安全を向上させる。
【００４７】
施工効率が良く廃土が少ないため、経済性に優れる。
【００４８】
集成杭１０の周面の地盤の緩みを減少させるので、近接施工に有利になる。すなわち、埋込み杭としての集成杭１０の地盤の緩みの影響範囲は深礎杭よりも狭くなる（「都市部鉄道構造物の近接施工対策マニュアル」参照）。
【００４９】
集成杭１０は杭部分１１に分割されているので、集成杭１０全体の変形性能を高め、集成杭１０の変形による摩擦、履歴減衰を期待することができる。これにより、集成杭１０の耐震性能を向上させることができる。
【００５０】
集成杭１０は地盤Ｇ１によって拘束され、別の拘束部の施工を必要としないので、施工性が向上する。
【００５１】
杭部分１１は地盤Ｇ１、Ｇ２内で深く延びるにつれて地盤Ｇ１、Ｇ２によって強く拘束されるので、変形性能が向上する。
【００５２】
第２の実施形態
図２に示すように、耐震集成杭基礎構造物１Ａは、頂版２１を介在して単柱２２と接続している。
【００５３】
集成杭１０Ａは、地盤Ｇ１内に配置された上段杭部分１１Ｄ、中段杭部分１１Ｂ、下段杭部分１１Ｃを有する。中段杭部分１１Ｂ、下段杭部分１１Ｃは構造において第１の実施形態のものと同じである。
【００５４】
上段杭部分１１Ｄは、周辺部の外側杭部分１１Ｄ１と、外側杭部分１１Ｄ１によって囲まれた内側杭部分１１Ｄ２を有する。内側杭部分１１Ｄ２は外側杭部分１１Ｄ１よりも短い。外側杭部分１１Ｄ１及び内側杭部分１１Ｄ２は平面視矩形の凹所１１Ｄ３を画成する。
【００５５】
平面視矩形の頂版２１は、上段杭部分１１Ｄの凹所１１Ｄ３内に挿入され、内側杭部分１１Ｄ２の上に配置される。頂版２１は、外側杭部分１１Ｄ１及び内側杭部分１１Ｄ２と鉄筋Ｒ１、Ｒ２で接続されている。平面視矩形の単柱２２は頂版２１の上に置かれる。単柱２２は、頂版２１と鉄筋Ｒ３で接続されている。
【００５６】
第３の実施形態
図３（Ｂ）に示すように、耐震集成杭基礎構造物１Ｂは、外側部に対して短い内側部を有した集成杭１０Ｂを有する。つまり、外側の杭部分１１Ｘは内側の杭部分１１Ｙよりも地面から深く打ち込まれている。
【００５７】
詳細には、集成杭１０Ｂは、地盤Ｇ１内に配置された上段杭部分１１Ｅ、中段杭部分１１Ｂ、下段杭部分１１Ｆを有する。
【００５８】
上段杭部分１１Ｅは、同図（Ｃ）に示すように、中段杭部分１１Ｂと同様に、縦に４列、横に４列に配置されている。
【００５９】
１２個の下段杭部分１１Ｆは、同図（Ｄ）に示すように、矩形に配置され、中央部に矩形の中空部１１Ｆ１を画成する。
【００６０】
この実施形態によれば、杭部分の使用数が減少するので、施工コストを低減することができる。
【００６１】
第４の実施形態
図４（Ｂ）に示すように、耐震集成杭基礎構造物１Ｃは、中央部に中空部を有した集成杭１０Ｃを有する。
【００６２】
集成杭１０Ｃは、地盤Ｇ１に配置された上段杭部分１１Ｇ、中段杭部分１１Ｈ、下段杭部分１１Ｆを有する。
【００６３】
図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、上段杭部分１１Ｇ、中段杭部分１１Ｈは、下段杭部分１１Ｆと同様に、矩形に配置され、中央部に矩形の中空部１１Ｇ１、１１Ｈ１、１１Ｆ１を画成する。
【００６４】
この実施形態によれば、杭部分の使用数が減少するので、施工コストをさらに低減することができる。
【００６５】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。杭部分は、矩形の他、平面視、三角形、六角形、その他の多角形、円形、楕円形でもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 耐震集成杭基礎構造物
１０ 集成杭
１１ 杭部分
１２ 中詰め材
１３ 拘束材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、鉄道、道路のような土木構造物、建築物の耐震集成杭基礎構造物及びその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連の杭は建物重量を地中の支持層に伝達する役目を果たす。この杭を地中深く施工する杭工法として、深礎工法が用いられる。掘削は人力または機械により実行しつつ、鋼製波板とリング枠（主にライナープレート）で土留めを行う。孔内で鉄筋を組み立て、土留め材を取り外しながらコンクリートを打設して、杭を形成する。これにより、大口径（１〜５ｍ程度）の施工を可能にする。
【０００３】
一方、耐震弾性柱は、複数の柱部材と、複数の柱を束ねる拘束部を有する（特許文献１参照）。これにより、低コストで、橋脚柱等の柱自体に十分な変形性能と減衰性能とを付与することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００６／０９０７２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の深礎工法は、施工中の安全面も特に注意を払うことを必要とし、また、軟弱地盤に適しない。
【０００６】
また、基礎の耐震設計は、中小地震（レベル１設計地震動）に対しては構造物の変形性能を弾性範囲内に留め、大地震（レベル２設計地震動）に対して崩壊しない範囲で構造物の損傷を許容するという考え方である。このため、高い耐震性能は、部材の弾性域を超えて部材の破壊までの塑性域で高い変形性能を確保することを必要とする。
【０００７】
また、上記耐震弾性柱は拘束部の施工を要するので、施工にさらなる労力、時間を要していた。また、耐震弾性柱は地上構造物に適用され、地下の基礎構造物への適用は考えられていなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、施工性を向上した集成杭による耐震集成杭基礎構造物及びその施工方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、高い変形性能を有する集成杭による耐震集成杭基礎構造物及びその施工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【００１１】
本発明の第１の特徴に係わる耐震集成杭基礎構造物（１）は、地盤（Ｇ１、Ｇ２）内に配置されると共に互いに隣接する複数の杭部分（１１）からなる集成杭（１０）を有し、複数の杭部分（１１）は地盤（Ｇ１、Ｇ２）によって拘束されて、変形性能が向上する。
【００１２】
以上の第１の特徴において、集成杭（１０）は前記地盤（Ｇ１、Ｇ２）から地上へ突出する複数の杭部分（１１Ａ２）を有し、これら複数の杭部分（１１Ａ２）の地上突出部（１１Ａ３）は拘束材（１３）によって束ねられる。
【００１３】
集成杭（１０Ａ）は頂版（２１）を介在して地上の柱（２２）と接続される。
【００１４】
集成杭（１０Ｂ）は、内側杭部分（１１Ｙ）と、この内側杭部分（１１Ｙ）の外側に配置されると共にこの内側杭部分（１１Ｙ）より深く地盤（Ｇ１、Ｇ２）に位置決めされた外側杭部分（１１Ｘ）を有する。
【００１５】
複数の杭部分（１１Ｇ、１１Ｈ、１１Ｆ）は環状に配置されて中空部（１１Ｇ１、１１Ｈ１、１１Ｆ１）を画成する。
【００１６】
複数の杭部分（１１）は地盤（Ｇ１、Ｇ２）内で深く延びるにつれて地盤（Ｇ１、Ｇ２）によってより強く拘束される。
【００１７】
本発明の第２の特徴に係わる耐震集成杭基礎構造物の施工方法では、複数の杭部分（１１）を互いに隣接するように配置し、複数の杭部分（１１）をそれぞれ地盤（Ｇ１、Ｇ２）に打ち込んで集成杭（１０）を形成し、複数の杭部分（１１）を地盤（Ｇ１、Ｇ２）によって拘束する。
【００１８】
以上の第２の特徴において、集成杭（１０）のうち複数の杭部分（１１Ａ２）を地上へ突出させ、これら複数の杭部分（１１Ａ２）の地上突出部（１１Ａ３）を拘束材（１３）によって束ねる。
【００１９】
集成杭（１０Ａ）を頂版（２１）を介在して柱（２２）と接続する。
【００２０】
集成杭（１０Ｂ）のうち内側杭部分（１１Ｙ）より外側に外側杭部分（１１Ｘ）を配置し、内側杭部分（１１Ｙ）より深く地盤（Ｇ１、Ｇ２）に外側杭部分（１１Ｘ）を位置決めする。
【００２１】
複数の杭部分（１１Ｆ、１１Ｇ、１１Ｈ）を環状に配置して中空部（１１Ｆ１、１１Ｇ１、１１Ｈ１）を画成する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の特徴によれば、深礎工法に比べて孔内作業を要しないので施工中の安全が向上させる。
【００２３】
施工効率が良く廃土が少ないため、経済性に優れる。
【００２４】
集成杭の周面の地盤の緩みを減少させるので、近接施工に有利になる。
【００２５】
集成杭は複数の杭部分に分割されているので、基礎構造物全体の変形性能が向上し、杭部分同士の摩擦、履歴減衰を期待することができる。これにより、基礎構造物の耐震性能を向上させることができる。
【００２６】
集成杭は地盤によって拘束され、別の拘束部の施工を必要としないので、施工性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態に係る耐震集成杭基礎構造物を示し、（Ａ）は立面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＩＢ−ＩＢに沿った断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に示すＩＣ−ＩＣに沿った断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）に示すＩＤ−ＩＤに沿った断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る耐震集成杭基礎構造物の立面図を示す。
【図３】第３の実施形態に係る耐震弾性集成杭基礎構造物を示し、（Ａ）は立面図であり、（Ｂ）は縦断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣに沿った断面図を示し、（Ｄ）は（Ａ）のＩＩＩＤ−ＩＩＩＤに沿った断面図を示す。
【図４】第４の実施形態に係る耐震集成杭基礎構造物を示し、（Ａ）は立面図であり、（Ｂ）は縦断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示すＩＶＣ−ＩＶＣに沿った断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）に示すＩＶＤ−ＩＶＤに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
第１の実施形態
杭の弾性域の変形性能は、部材内のひずみの最大値で決まる。曲げ変形に対して断面保持の仮定が成り立つ限り、断面を大きくすれば部材表面のひずみは大きくなり、変形性能は下がる。したがって、基礎構造物を鉛直方向に延びる複数の杭部分から構成し、基礎構造物全体の変形性能を大きくすることができる。また、複数の杭部分は周辺の地盤によって拘束されるので、杭部分の面同士で摩擦力が発揮される。これにより、基礎構造物のエネルギー吸収能力が大きくなる。
【００３０】
図１（Ａ）に示すように、耐震集成杭基礎構造物１は、地盤Ｇ１内に配置された集成杭１０と、集成杭１０の上部に巻かれた拘束材１３を有する。
【００３１】
集成杭１０は、平面視において矩形である。集成杭１０は互いに隣接する複数の杭部分１１を有する。各杭部分１１は、例えば、コンクリートからなり、例えば、平面視矩形である。図１（Ｃ）に示すように、各杭部分１１は長手方向に貫通する円筒形の中空部１１ａを有する。この中空部１１ａに掘削用のスクリュードリルが挿入可能である。
【００３２】
杭部分１１は、上段杭部分１１Ａと、上段杭部分１１Ａの下端と接続した中段杭部分１１Ｂと、中段杭部分１１Ｂの下端に接続した下段杭部分１１Ｃを有する。
【００３３】
上段杭部分１１Ａは、図１（Ａ）に示すように、地盤Ｇ１内に配置された外側杭部分１１Ａ１と、外側杭部分１１Ａ１によって囲まれる共に地盤Ｇ１から地上へ突出した内側杭部分１１Ａ２を有する。外側杭部分１１Ａ１の中空部１１ａは、中詰め材１２で充填されている。中詰め材１２は、例えば、モルタルである。地上の内側杭部分１１Ａ２は、例えば、柱又は橋脚として利用される。内側杭部分１１Ａ２の地上の突出部分１１Ａ３は拘束材１３によって束ねられている。拘束材１３は、例えば、鋼鉄製のシートである。拘束材１３は、ワイアーを用いてもよい。内側杭部分１１Ａ２は、例えば、橋脚、柱として機能する。
【００３４】
中段杭部分１１Ｂは、縦に４列、横に４列に配置される。中段杭部分１１Ｂの上端は上段杭部分１１Ａの下端と接合される。下段杭部分１１Ｃは中段杭部分１１Ｂと同様の構造である。下段杭部分１１Ｃの上端は中段杭部分１１Ｂの下端と接合される。下段杭部分１１Ｃの下端は支持地盤Ｇ２に達する。
【００３５】
次に、先行中掘り工法を用いた耐震集成杭基礎構造物１の施工方法を説明する。
【００３６】
先ず、下段杭部分１１Ｃを地面の上に配置する。下段杭部分１１Ｃの中空部１１ａにスクリュードリルを挿入する。スクリュードライバー装置でスクリュードリルを回転させて地盤Ｇ１を排土しながら掘削して、先行掘りを実行する。続いて、圧入機で下段杭部分１１Ｃを地盤Ｇ１へ圧入する。この施工方法は、深礎工法に比べて孔内作業を要せず、また、施工効率がよい。また、この施工方法は、杭部分１１ごとに施工するので、作業現場が制限される場合に有効である。
【００３７】
次に、下段杭部分１１Ｃの上端に中段杭部分１１Ｂを配置し、下段杭部分１１Ｃと中段杭部分１１Ｂとを接合する。中段杭部分１１Ｂの中空部にスクリュードリルを挿入し、下段杭部分１１Ｃ内のスクリュードリルと接続する。スクリュードリルを回転させて、さらに、地盤Ｇ１を掘削する。続いて、圧入機で中段杭部分１１Ｂを地盤Ｇ１へ圧入する。
【００３８】
次に、周辺部の中段杭部分１１Ｂの上端に上段杭部分１１Ａを配置する。
【００３９】
ここで、外側杭部分１１Ａ１は内側杭部分１１Ａ２を囲むように配置する。
【００４０】
中段杭部分１１Ｂと上段杭部分１１Ａとを接合する。上段杭部分１１Ａの中空部１１ａにスクリュードリルを挿入し、中段杭部分１１Ｂ内のスクリュードリルと接続する。スクリュードリルを回転させて、さらに、支持地盤Ｇ２に達するまで地盤Ｇ１を掘削する。続いて、圧入機で上段杭部分１１Ａを地盤Ｇ１へ圧入する。これにより、下段杭部分１１Ｃは地盤Ｇ１内を下方へ前進し、支持地盤Ｇ２に達する。
【００４１】
最後に、上段杭部分１１Ａの外側杭部分１１Ａ１の中空部１１ａを中詰め材１２を充填する。
【００４２】
次に、耐震集成杭基礎構造物１の作用を説明する。
【００４３】
例えば、地震が起きると、耐震集成杭基礎構造物１に揺れが生じる。このとき、複数の杭部分１１は、構造物全体の剛性を減少させ、且つ、減衰を大きくするので、加速度応答を低減させ、構造物に作用する慣性力を小さくする。
【００４４】
また、複数の杭部分１１は地盤Ｇ１内で一体となるように拘束されているので、構造物全体の変形性能を高める。また、隣接する杭部分１１同士の接触のため、杭部分１１同士の摩擦による減衰を期待することができる。これらにより、地震時の応答を集成杭の弾性域内にとどめ、集成杭に損傷を生じさせず、集成杭の耐震性能を向上させることができる。
【００４５】
さらに、杭部分１１は地盤Ｇ１、Ｇ２内に深く延びるにつれて、地盤Ｇ１、Ｇ２によってより強く拘束される。すなわち、地盤Ｇ１、Ｇ２が深くなるにつれて、地盤Ｇ１、Ｇ２の土圧は大きくなる。これにより、杭部分１１は地盤Ｇ１、Ｇ２に深く延びるにつれて変形しにくくなり、杭部分１１は先端へ向けて徐々に変形可能になる。
【００４６】
以上の実施形態によれば、深礎工法に比べて孔内作業を要しないので施工中の安全を向上させる。
【００４７】
施工効率が良く廃土が少ないため、経済性に優れる。
【００４８】
集成杭１０の周面の地盤の緩みを減少させるので、近接施工に有利になる。すなわち、埋込み杭としての集成杭１０の地盤の緩みの影響範囲は深礎杭よりも狭くなる（「都市部鉄道構造物の近接施工対策マニュアル」参照）。
【００４９】
集成杭１０は杭部分１１に分割されているので、集成杭１０全体の変形性能を高め、集成杭１０の変形による摩擦、履歴減衰を期待することができる。これにより、集成杭１０の耐震性能を向上させることができる。
【００５０】
集成杭１０は地盤Ｇ１によって拘束され、別の拘束部の施工を必要としないので、施工性が向上する。
【００５１】
杭部分１１は地盤Ｇ１、Ｇ２内で深く延びるにつれて地盤Ｇ１、Ｇ２によって強く拘束されるので、変形性能が向上する。
【００５２】
第２の実施形態
図２に示すように、耐震集成杭基礎構造物１Ａは、頂版２１を介在して単柱２２と接続している。
【００５３】
集成杭１０Ａは、地盤Ｇ１内に配置された上段杭部分１１Ｄ、中段杭部分１１Ｂ、下段杭部分１１Ｃを有する。中段杭部分１１Ｂ、下段杭部分１１Ｃは構造において第１の実施形態のものと同じである。
【００５４】
上段杭部分１１Ｄは、周辺部の外側杭部分１１Ｄ１と、外側杭部分１１Ｄ１によって囲まれた内側杭部分１１Ｄ２を有する。内側杭部分１１Ｄ２は外側杭部分１１Ｄ１よりも短い。外側杭部分１１Ｄ１及び内側杭部分１１Ｄ２は平面視矩形の凹所１１Ｄ３を画成する。
【００５５】
平面視矩形の頂版２１は、上段杭部分１１Ｄの凹所１１Ｄ３内に挿入され、内側杭部分１１Ｄ２の上に配置される。頂版２１は、外側杭部分１１Ｄ１及び内側杭部分１１Ｄ２と鉄筋Ｒ１、Ｒ２で接続されている。平面視矩形の単柱２２は頂版２１の上に置かれる。単柱２２は、頂版２１と鉄筋Ｒ３で接続されている。
【００５６】
第３の実施形態
図３（Ｂ）に示すように、耐震集成杭基礎構造物１Ｂは、外側部に対して短い内側部を有した集成杭１０Ｂを有する。つまり、外側の杭部分１１Ｘは内側の杭部分１１Ｙよりも地面から深く打ち込まれている。
【００５７】
詳細には、集成杭１０Ｂは、地盤Ｇ１内に配置された上段杭部分１１Ｅ、中段杭部分１１Ｂ、下段杭部分１１Ｆを有する。
【００５８】
上段杭部分１１Ｅは、同図（Ｃ）に示すように、中段杭部分１１Ｂと同様に、縦に４列、横に４列に配置されている。
【００５９】
１２個の下段杭部分１１Ｆは、同図（Ｄ）に示すように、矩形に配置され、中央部に矩形の中空部１１Ｆ１を画成する。
【００６０】
この実施形態によれば、杭部分の使用数が減少するので、施工コストを低減することができる。
【００６１】
第４の実施形態
図４（Ｂ）に示すように、耐震集成杭基礎構造物１Ｃは、中央部に中空部を有した集成杭１０Ｃを有する。
【００６２】
集成杭１０Ｃは、地盤Ｇ１に配置された上段杭部分１１Ｇ、中段杭部分１１Ｈ、下段杭部分１１Ｆを有する。
【００６３】
図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、上段杭部分１１Ｇ、中段杭部分１１Ｈは、下段杭部分１１Ｆと同様に、矩形に配置され、中央部に矩形の中空部１１Ｇ１、１１Ｈ１、１１Ｆ１を画成する。
【００６４】
この実施形態によれば、杭部分の使用数が減少するので、施工コストをさらに低減することができる。
【００６５】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。杭部分は、矩形の他、平面視、三角形、六角形、その他の多角形、円形、楕円形でもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 耐震集成杭基礎構造物
１０ 集成杭
１１ 杭部分
１２ 中詰め材
１３ 拘束材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤内に配置されると共に互いに隣接する複数の杭部分からなる集成杭を有し、
前記複数の杭部分は前記地盤によって拘束されて、変形性能が向上する、
耐震集成杭基礎構造物。
【請求項２】
前記集成杭は前記地盤から地上へ突出する複数の杭部分を有し、
これら複数の杭部分の地上突出部は拘束材によって束ねられる、
請求項１に記載の耐震集成杭基礎構造物。
【請求項３】
前記集成杭は頂版を介在して地上の柱と接続される、請求項１に記載の耐震集成杭基礎構造物。
【請求項４】
前記集成杭は、内側杭部分と、この内側杭部分の外側に配置されると共にこの内側杭部分より深く前記地盤に位置決めされた外側杭部分を有する、請求項１に記載の耐震集成杭構造物。
【請求項５】
前記複数の杭部分は環状に配置されて中空部を画成する、請求項１に記載の耐震弾性集成杭構造物。
【請求項６】
前記複数の杭部分は前記地盤内で深く延びるにつれて前記地盤によってより強く拘束される、請求項１に記載の耐震集成杭基礎構造物。
【請求項７】
前記複数の杭部分を互いに隣接するように配置し、
複数の杭部分をそれぞれ地盤に打ち込んで集成杭を形成し、
前記複数の杭部分を前記地盤によって拘束する、
耐震集成杭基礎構造物の施工方法。
【請求項８】
前記集成杭のうち複数の杭部分を地上へ突出させ、
これら複数の杭部分の地上突出部を拘束材によって束ねる、請求項７に記載の耐震集成杭基礎構造物の施工方法。
【請求項９】
前記集成杭を頂版を介在して柱と接続する、請求項７に記載の耐震集成杭基礎構造物の施工方法。
【請求項１０】
前記集成杭のうち内側杭部分より外側に外側杭部分を配置し、
前記内側杭部分より深く前記地盤に前記外側杭部分を位置決めする、請求項７に記載の耐震集成杭基礎構造物の施工方法。
【請求項１１】
前記複数の杭部分を環状に配置して中空部を画成する、請求項７に記載の耐震集成杭基礎構造物の施工方法。
【請求項１】
地盤内に配置されると共に互いに隣接する複数の杭部分からなる集成杭を有し、
前記複数の杭部分は前記地盤によって拘束されて、変形性能が向上する、
耐震集成杭基礎構造物。
【請求項２】
前記集成杭は前記地盤から地上へ突出する複数の杭部分を有し、
これら複数の杭部分の地上突出部は拘束材によって束ねられる、
請求項１に記載の耐震集成杭基礎構造物。
【請求項３】
前記集成杭は頂版を介在して地上の柱と接続される、請求項１に記載の耐震集成杭基礎構造物。
【請求項４】
前記集成杭は、内側杭部分と、この内側杭部分の外側に配置されると共にこの内側杭部分より深く前記地盤に位置決めされた外側杭部分を有する、請求項１に記載の耐震集成杭構造物。
【請求項５】
前記複数の杭部分は環状に配置されて中空部を画成する、請求項１に記載の耐震弾性集成杭構造物。
【請求項６】
前記複数の杭部分は前記地盤内で深く延びるにつれて前記地盤によってより強く拘束される、請求項１に記載の耐震集成杭基礎構造物。
【請求項７】
前記複数の杭部分を互いに隣接するように配置し、
複数の杭部分をそれぞれ地盤に打ち込んで集成杭を形成し、
前記複数の杭部分を前記地盤によって拘束する、
耐震集成杭基礎構造物の施工方法。
【請求項８】
前記集成杭のうち複数の杭部分を地上へ突出させ、
これら複数の杭部分の地上突出部を拘束材によって束ねる、請求項７に記載の耐震集成杭基礎構造物の施工方法。
【請求項９】
前記集成杭を頂版を介在して柱と接続する、請求項７に記載の耐震集成杭基礎構造物の施工方法。
【請求項１０】
前記集成杭のうち内側杭部分より外側に外側杭部分を配置し、
前記内側杭部分より深く前記地盤に前記外側杭部分を位置決めする、請求項７に記載の耐震集成杭基礎構造物の施工方法。
【請求項１１】
前記複数の杭部分を環状に配置して中空部を画成する、請求項７に記載の耐震集成杭基礎構造物の施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１９６１３１（Ｐ２０１１−１９６１３１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５６３２（Ｐ２０１０−６５６３２）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
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