JP2004293157A

JP2004293157A - 構築物免震基礎

Info

Publication number: JP2004293157A
Application number: JP2003087104A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kiyomiya; 理清宮; Dosho Yasu; 同祥安; Tsutomu Watanabe; 勉渡辺; Shogo Otake; 省吾大竹; Nobuhiro Kurosaki; 信博黒崎; Tamotsu Tamura; 保田村
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd; Oriental Consultants Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd; Oriental Consultants Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】地震による表層地盤の変形が大きくなる軟弱地盤や、断層付近に建設する橋梁等の建造物の基礎において、断層変位や周辺地盤の残留変形を伴う地盤変位による二次力に好適に対応することが可能で且つ、安価な構築物免震基礎の提供。
【課題を解決するための手段】地盤３２中に構築した基礎３１の上に構築物３０を載置し、基礎上面の構築物載荷面３３と構築物の下面との間に免震層３５を介在させ、免震層３５には、緩衝材４０を介して構築物下面を構築物載荷面３３に対して水平方向に相対移動可能とし、且つ構築物載荷面３３の周囲に、基礎３１に対する構築物３０の過度の水平方向の移動を制限する水平移動制限手段３６を備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に臨海部等の軟弱地盤上に構築される橋梁等に適用される構築物免震基礎に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軟弱地盤内に構築される基礎構造と、基礎構造と一体化された橋脚部等の上部構築物とを有する橋梁のような建造物では、軟弱地盤の水平抵抗が弱いため、地震時の上部構築物に働く慣性力に対抗するために、基礎自体の水平抵抗を強化する必要があるとともに、上部構築物と基礎構造との間の結合を強度の高い剛結合とした堅固な構造を必要とするため、コストが嵩むという問題があった。
【０００３】
そこで、従来、上部構築物と地盤中の基礎構造との間に免震層を介在させ、基礎部を免震基礎とすることで、地震時に上部構築物に働く慣性力を低減することができるようにするとともに、基礎の構造を簡略化することによってコストの低減を図っており、このような免震基礎として以下の如きものが提案されている。
【０００４】
図７に示す免震基礎は、上部構築物たる橋脚１と、基礎杭２，２…の頭部が連結されたフーチング３との間に、高減衰積層ゴム或いは積層ゴムとダンパーとからなる免震層４を介在させている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
また、図８に示す免震基礎は、基礎杭５，５…を連結した基礎版６を形成した後、基礎版６と上部構築物７との間に高減衰積層ゴムや積層ゴムとダンパーで構成される免震装置８，８…を組み込んだものである（例えば、特許文献２を参照）。
【０００６】
図９に示す免震基礎は、地盤改良により形成された地盤改良体からなる基礎９と上部構築物１０との間に、層状に一部を未改良とした免震層１１を介在させた構造となっており（例えば特許文献３を参照）、図１０に示す免震基礎は、上部構築物１２と地盤改良等により形成された基礎１３との間に砂を混入した高粘性アスファルトなどの高粘性材で免震層１４を構築したものとなっている（例えば、特許文献４を参照）。
【０００７】
また、一般的な基礎杭の免震・減震対策としては、図１１に示すように、杭１５頭部の構造を工夫し、上部構築物１６と基礎杭１５との間を、ピン構造や滑りを許容するような半固定結合としたものが知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２４７９１１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−６１８４９号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平１０−２９２３９１号公報
【００１１】
【特許文献４】
特開２００１−６４９８３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の如き従来の免震基礎では、上部構築物と基礎構造との間に介在された積層ゴム等の免震層の変形量には、構造上の制約から限界があり、地震による表層地盤の変形が大きくなる軟弱地盤に構築される場合には対応しきれないという問題があった。
【００１３】
また、これらの免震基礎では、地震後の残留変形を許容する構造となっていないため、図１２に示す如き断層１７にまたがって建設される橋梁１８等においては、橋梁の下部構造を構成する上部構築物１９に作用する断層の大変位による二次力に対して対応できないという問題があった。
【００１４】
更に、図１３に示す如き護岸２０に近接して設けられる橋梁基礎の場合には、護岸２０背後の地盤が地震時に海側（水域側）に残留変形を生じ、基礎２１も護岸変形に伴って海側に押し出されてしまい、上部構築物である橋脚２２及び各橋脚間に渡された橋桁２３等がそれに伴う残留変形に追随できないという問題があった。
【００１５】
また、図１１に示す杭基礎頭部の固定度を下げる構造も上述の問題点とほぼ同様であり、大変位に対応出来ない点および残留変形に対する構造的な許容度が小さいことから、軟弱地盤に構築される場合のように地震時の応答変位が大きくなる場合や、地震時の残留変形を伴う地盤変位が生じる環境での安全性の確保のためには十分な耐震性能を保有しているとは言い難く、仮にこれらの機能を有する免震基礎を実現するためには多大な費用が必要となる。
【００１６】
本発明は、上述の従来技術の問題を鑑み、地震による表層地盤の変形が大きくなる軟弱地盤や、断層付近に建設する橋梁等の建造物等において、断層変位や周辺地盤の残留変形を伴う地盤変位による二次力に好適に対応することが可能であるとともに、基礎に対する上部構築物の過度の水平方向移動を好適に制限して高い安全性を得ることができ、しかも安価な構築物免震基礎の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための本発明に係る請求項１の発明は、地盤中に構築した基礎上に構築物を載置し、前記基礎上面の構築物載荷面と前記構築物の下面との間に免震層を介在させてなる構築物免震基礎において、前記免震層には、緩衝材を使用し、該緩衝材を介して前記構築物下面を前記構築物載荷面に対して水平方向に相対移動可能とし、且つ構築物載荷面の周囲に、前記基礎に対する構築物の過度の水平方向の移動を制限する水平移動制限手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
このように構成することによって、免震層が保有する履歴減衰効果、ロッキング振動効果により、地震時における高い免震効果が得られ、断層変位や周辺地盤の残留変形を伴う地盤変位による二次力に好適に対応することができ、且つ、基礎に対する構築物の過度の水平方向移動が好適に制限されて高い安全性を得ることができ、しかも、安価に免震基礎が構築できる。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加え、構築物が橋脚であることを特徴とする。
【００２０】
このように構成することによって、橋脚間に掛け渡された橋桁に軟弱地盤等に作用する残留変位等の影響が及び難く、安全性の高い橋梁を形成することができる。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１又は２の構成に加え、基礎は、地盤中に埋設される基礎杭と、該基礎杭の上端が接続される平板状の基礎台体とを備え、水平移動制限手段は、前記基礎台体上面に立設された変位制限壁をもって構成したことを特徴とする。
【００２２】
このように構成することによって、高い水平抵抗を有する基礎が得られるとともに、簡易な構造で水平移動制限手段を構成することができる。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１又は２の構成に加え、基礎は、鋼管又は矢板を周方向に並べて形成した筒状の井筒体と、該井筒体内部に形成され、上面が構築物載荷面を構成する基礎部とを備え、水平移動制限手段は、前記基礎部の構築物載荷面を前記井筒体の上端面より低い位置に設けることにより構成されたことを特徴とする。
【００２４】
このように構成することによって、高い水平抵抗を有する基礎が得られるとともに、簡易な構造で水平移動制限手段を構成することができる。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１又は２の構成に加え、基礎は、軟弱地盤をＣＤＭ等により地盤改良して形成された地盤改良体をもって構成され、水平移動制限手段は、前記地盤改良体の上面に、底面が構築物載荷面をなす載荷用凹部を形成することにより構成されたことを特徴とする。
【００２６】
このように構成することによって、高い水平抵抗を有する基礎が得られるとともに、簡易な構造で水平移動制限手段を構成することができる。
【００２７】
請求項６の発明は、請求項１〜４又は５の構成に加え、免震層は、緩衝材を多段に積層して形成されたことを特徴とする。
【００２８】
このように構成することによって、環境に合わせて好適な免震構造を得ることができる。
【００２９】
請求項７の発明は、請求項１〜５又は６の構成に加え、緩衝材は、粒径のバランスのとれた砂と礫材との混合物、廃棄タイヤなどから作ったゴム粒と砂礫の混合物、アスファルトと砂礫の混合物、又は流体を封入した袋と砂の混合物のいずれかをもって構成されたことを特徴とする。
【００３０】
このように構成することによって、履歴減衰効果を期待でき、橋梁上部および橋脚のロッキング振動を許容することでロッキング振動に伴う減衰効果も期待できるものであり、比較的安価な材料で、地震入カエネルギーを効率よく吸収・逸散させることができる免震層を構築することができる。
【００３１】
請求項８の発明は、請求項１〜６又は７の構成に加え、免震層は、積層された緩衝材の間又は緩衝材と基礎上面及び／又は構築物下面との間に、所望の摩擦抵抗を有する滑り層部を介在させたことを特徴とする。
【００３２】
このように構成することによって、構築物と基礎との間に滑りを許容し、地震時のエネルギーを低減させる摩擦減衰の効果が得られる。
【００３３】
請求項９の発明は、請求項８の構成に加え、滑り層部は、粒径が調整された砂礫からなることを特徴とする。
【００３４】
このように構成することによって、滑り層部が固有の摩擦係数を保有し、小地震時においては滑動せず、大地震時においては滑りが発生することによる摩擦減衰効果が得られ、大地震時にも高い安全性を実現できる。
【００３５】
請求項１０の発明は、請求項８の構成に加え、滑り層部は、鋼板あるいはフッ素樹脂を主成分とした合成樹脂材などの平板状若しくは積層状の滑材からなることを特徴とする。
【００３６】
このように構成することによって、滑り層部が固有の摩擦係数を保有し、小地震時においては滑動せず、大地震時においては滑りが発生することによる摩擦減衰効果が得られ、大地震時にも高い安全性を実現できる。
【００３７】
請求項１１の発明は、請求項８の構成に加え、滑り層部は、平行に並べて配置した多数のローラからなることを特徴とする。
【００３８】
このように構成することによって、滑り層部が固有の摩擦係数を保有し、小地震時においては滑動せず、大地震時においては滑りが発生することによる摩擦減衰効果が得られ、大地震時にも高い安全性を実現できる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００４０】
図１は本発明に係る構築物免震基礎を用いた橋梁の一部を示し、図中符号３０は上部構築物である橋脚、３１は基礎、３２は地盤である。
【００４１】
この構築物免震基礎は、地盤３２中に構築した基礎３１の上に上部構築物たる橋脚３０を載置し、基礎上面の構築物載荷面３３と橋脚３０の下面、即ちフーチング部３４の下面との間に免震層３５を介在させ、この免震層３５を介して橋脚（上部構築物）３０下面を構築物載荷面３３に対して水平方向に相対移動可能とすることにより、免震層３５の履歴減衰効果及びロッキング振動減衰効果による免震特性を備えている。
【００４２】
また、この構築物免震基礎は、基礎の構築物載荷面３３の周囲に、水平移動制限手段３６を備え、この水平移動制限手段３６により基礎３１に対する橋脚（上部構築物）３０の過度の水平方向の移動が制限されるようになっている。
【００４３】
基礎３１は、図１に示すように、地盤中に埋設された基礎杭３７，３７…と、基礎杭３７の頭部が接続された基礎台体３８とを備え、上部構築物たる橋脚３０は、免震層３５を介して基礎台体３８上面に載置されるようになっている。
【００４４】
基礎台体３８は、コンクリートにより平板状に形成され、その上面には、上部構築物の下端、即ち橋脚のフーチング部３４を囲むように変位制限壁３９が基礎台体３８と一体に形成されて水平移動制限手段３６を形成している。
【００４５】
この水平移動制限手段３６では、地震等によって基礎３１に対して上部構築物（橋脚）３０が水平方向に変位した場合に、橋脚の下端部、即ちフーチング部３４の周縁部が変位制限壁３９によって当て止めされ、過度な変位、即ち、それ以上変位すると破損するおそれのある変位を制限するようになっている。
【００４６】
尚、平常時のフーチング部３４周縁と、変位制限壁３９との間の距離Ｌは、十分に地震等による変位に対応することができ、且つ最大に変位した場合においても、橋脚３０或いは各橋脚間に掛け渡された橋桁等が破損することのないように設定されている。
【００４７】
免震層３５は、緩衝材４０，４０…を多段に積層して形成され、各緩衝材４０は、粒径のバランスのとれた砂と礫材との混合物、廃棄タイヤなどから作ったゴム粒と砂礫の混合物、アスファルトと砂礫の混合物、又は流体を封入した袋と砂の混合物等のリサイクル材料をもって構成されている。
【００４８】
緩衝材４０に用いられるこれらの材料は、上載荷重等の荷重に対して十分な圧縮強度を有し、且つ安定した履歴減衰特性、及び橋梁の上部を構成する橋桁等と橋脚のロッキング振動を許容することでロッキング振動に伴う減衰効果を有し、比較的安価な材料で、地震入カエネルギーを効率よく吸収・逸散させることができるようになっている。
【００４９】
また、この免震層３５は、その積層された緩衝材４０，４０間又は緩衝材４０と基礎３１上面及び／又は上部構築物３０下面との間に、所望の摩擦抵抗を有する滑り層部４１を形成し、上部構築物３０と基礎３１との間に滑りを許容することによって、地震等によるエネルギーを摩擦により低減させる摩擦減衰効果が得られるようにしてもよい。
【００５０】
この滑り層部４１には、図２に示すように、一定の粒径に調整された砂礫を層状に重ねて形成されたものや、図３に示す鋼板あるいはフッ素樹脂を主成分とした合成樹脂材（例えば、商品名テフロン）などの平板状若しくは積層状の摩擦係数の低い滑材４２からなるもの、図４に示すように、多数のローラ４３，４３…を平行に並べて配置したものなどがある。
【００５１】
この免震層３５では、橋梁等の建造物が設置される場所の自然・社会環境を考慮して、それに見合った摩擦係数となるように、各緩衝材４０，４０…、滑り層部４１の構造の選定、単層或いは多段層にするか等の要素が決定される。
【００５２】
尚、基礎は、上述の実施例の他、図５、図６に示す如き構造又はその他のものでよく、その場合、水平移動制限手段は、各基礎の構造により態様が異なる。尚、上述の実施例と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図５に示す基礎５０は、鋼管井筒基礎であり、鋼管５１，５１…を周方向に並べて地盤３２に対し垂直に打設することにより形成された円筒状の井筒体５２と、井筒体５２内部の地盤を地盤改良することにより形成された基礎部５３とを備え、この基礎部５３の上面が構築物載荷面５４となり、この構築物載荷面５４上に、免震層３５を介して上部構築物たる橋脚３０が載置される。
【００５４】
この場合の水平移動制限手段は、基礎部５３の構築物載荷面５４を井筒体５２の上端面より低い位置に設けることにより構成される。
【００５５】
即ち、井筒体５２の上端部によって上部構築物３０の下端部（フーチング部）３４を囲み、地震等による慣性力を受けて基礎５０に対して上部構築物（橋脚）３０が水平方向に変位した場合に、橋脚の下端部、即ちフーチング部３４の周縁部が井筒体５２の上端内壁によって当て止めされるようになっている。
【００５６】
一方、図６に示す基礎６０は、ＣＤＭ等による地盤改良によって形成された地盤改良体６１をもって構成されている。
【００５７】
水平移動制限手段６２は、地盤改良体６１の上面に、底面が構築物載荷面６３をなす載荷用凹部６４を形成することにより構成され、地震等による慣性力が作用し、基礎６０に対して上部構築物（橋脚）３０が水平方向に変位した場合、橋脚３０の下端部、即ちフーチング部３４の周縁部が載荷用凹部６４の内周面によって当て止めされるようになっている。
【００５８】
尚、上述の実施例では、本発明に係る構築物免震構造を橋梁に適用した例について説明したが、本発明の適用は橋梁に限定されるものではなく、ビル等の一般的な構築物等の免震基礎としても適用することができる。
【００５９】
また、上述の実施例では、緩衝材を砂と礫材との混合物、ゴム粒と砂礫の混合物、アスファルトと砂礫の混合物、又は流体を封入した袋と砂の混合物等の材料をもって構成した例について説明したが、ゴム等の弾性材やその他の材料を用いても良い。
【００６０】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る構築物免震基礎は、大都市近郊の臨海部のように軟弱地盤が厚く堆積した地盤で、深い基礎構造を必要とする橋脚基礎を構築する場合等に、上部構築物と地盤中の基礎との間に免震層を介在させることで、免震層が保持する履歴減衰効果、ロッキング振動減衰効果に加えて滑り摩擦減衰効果が得られ、地震時の高い安全性と経済性を両立することができる。
【００６１】
また、免震層が保持する履歴減衰効果に加えて、滑り摩擦減衰効果により、地震時に上部構築物の応答を低減させ、残留変形を許容する滑り構造としたことで、断層変位が直接構造物に作用する場合や、護岸部の変形が橋梁基礎に作用する場合などの地震時などの残留変形を伴う地盤変位に対する安全性も確保できる。
【００６２】
また、地震時の上部構築物の応答を低減することで基礎に要求される水平低抗強度を低減すること、また、安価な材料で免震層を構築することで、コストを抑えることが可能となっており、全体として高い経済性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る構築物免震基礎を用いた橋梁の一部を示す断面図である。
【図２】上部構築物と基礎との接続部分を示す部分拡大断面図である。
【図３】同上の上部構築物と基礎との接続部分の他の一例を示す部分拡大断面図である。
【図４】同上の上部構築物と基礎との接続部分の他の一例を示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明に係る構築物免震基礎の他の一例を用いた橋梁の一部を示す断面図である。
【図６】本発明に係る構築物免震基礎の他の一例を用いた橋梁の一部を示す断面図である。
【図７】従来の免震基礎を用いた橋梁を示す側面図である。
【図８】従来の他の免震基礎を用いた建造物を示す正面図である。
【図９】同上の他の免震基礎を用いた建造物を示す正面図である。
【図１０】同上の他の免震基礎を用いた建造物を示す正面図である。
【図１１】一般的な基礎杭の免震・減震対策の状態を示す模式図である。
【図１２】断層を跨いで架けられた橋梁を示す説明用斜視図である。
【図１３】護岸付近に基礎構造を有する橋梁を示す説明用側面図である。
【符号の説明】
３０橋脚（上部構築物）
３１基礎
３２地盤
３３構築物載荷面
３４フーチング部
３５免震層
３６水平移動制限手段
３７基礎杭
３８基礎台体
３９変位制御壁
４０緩衝材
４１滑り層部
４２滑材
４３ローラー
５０基礎
５１鋼管
５２井筒体
５３基礎部
５４構築物載荷面
６０基礎
６１地盤改良体
６２水平移動制限手段
６３構築物載荷面
６４載荷用凹部

Claims

地盤中に構築した基礎上に構築物を載置し、前記基礎上面の構築物載荷面と前記構築物の下面との間に免震層を介在させてなる構築物免震基礎において、
前記免震層には、緩衝材を使用し、該緩衝材を介して前記構築物下面を前記構築物載荷面に対して水平方向に相対移動可能とし、且つ構築物載荷面の周囲に、前記基礎に対する構築物の過度の水平方向の移動を制限する水平移動制限手段を備えたことを特徴としてなる構築物免震基礎。
構築物が橋脚である請求項１に記載の構築物免震基礎。
基礎は、地盤中に埋設される基礎杭と、該基礎杭の上端が接続される平板状の基礎台体とを備え、水平移動制限手段は、前記基礎台体上面に立設された変位制限壁をもって構成した請求項１又は２に記載の構築物免震基礎。
基礎は、鋼管又は矢板を周方向に並べて形成した筒状の井筒体と、該井筒体内部に形成され、上面が構築物載荷面を構成する基礎部とを備え、水平移動制限手段は、前記基礎部の構築物載荷面を前記井筒体の上端面より低い位置に設けることにより構成された請求項１又は２に記載の構築物免震基礎。
基礎は、軟弱地盤をＣＤＭ等により地盤改良して形成された地盤改良体をもって構成され、水平移動制限手段は、前記地盤改良体の上面に、底面が構築物載荷面をなす載荷用凹部を形成することにより構成された請求項１又は２に記載の構築物免震基礎。
免震層は、緩衝材を多段に積層して形成された請求項１〜４又は５に記載の構築物免震基礎。
緩衝材は、粒径のバランスのとれた砂と礫材との混合物、廃棄タイヤなどから作ったゴム粒と砂礫の混合物、アスファルトと砂礫の混合物、又は流体を封入した袋と砂の混合物のいずれかをもって構成された請求項１〜５又は６に記載の構築物免震基礎。
免震層は、積層された緩衝材の間又は緩衝材と基礎上面及び／又は構築物下面との間に、所望の摩擦抵抗を有する滑り層部を介在させた請求項１〜６又は７に記載の構築物免震基礎。
滑り層部は、粒径が調整された砂礫からなる請求項８に記載の構築物免震基礎。
滑り層部は、鋼板あるいはフッ素樹脂を主成分とした合成樹脂材などの平板状若しくは積層状の滑材からなる請求項８に記載の構築物免震基礎。
滑り層部は、平行に並べて配置した多数のローラからなる請求項８に記載の構築物免震基礎。