JP2005307594A

JP2005307594A - 構造物の基礎構造

Info

Publication number: JP2005307594A
Application number: JP2004126873A
Authority: JP
Inventors: Miharu Asaka; 美治浅香
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】構造物に地震時水平荷重が作用した際に杭に破壊が生じることが無く、且つ、杭について地震時水平荷重対策を必要としない構造物の基礎構造を提供する。
【解決手段】地盤表面側にある軟弱層２と軟弱層２下にある支持層３とからなる地盤１上に構築されている構造物１０下には、杭先端部が支持層３まで達する複数の支持杭４…が打設されている。軟弱層２の上部の支持杭４と支持杭４の間には、セメント系固化材よりなる地盤改良体５が、構造物１０の外周部に比べて中央部に厚く形成されている。構造物１０の底面には、所定の離間間隔をおいて複数の突起部６…が形成されており、この複数の突起部６…が地盤改良体５…内に突出している。支持杭４の杭頭部は、構造物１０の底面と構造的に接合されておらず、また、支持杭４と地盤改良体５の間は軟弱層２を構成する土質材料で満たされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の基礎構造に関し、特に、杭支持される構造物の基礎構造に関する。

従来より、構造物を支持する杭の構造設計では常時鉛直荷重と地震時水平荷重の両方が考慮される。即ち、常時鉛直荷重と地震時水平荷重の内、クリティカルな応力状態に対して杭断面が設計される。そして、通常は、地震時水平荷重による応力状態のほうがクリティカルになる。そのため、地震時水平荷重に対して杭が抵抗できるように、杭頭部のみ耐力の大きな杭を用いたり、杭頭部を鋼管で巻いたりするか（例えば、特許文献１参照。）、あるいは、杭頭部をピン構造にして杭に生じる応力を低減する（例えば、特許文献２参照。）などの対策が講じられている。
特開平１０−１３１１７６号公報（第３−４頁、第１図）特開２００１−３４８８８５号公報（第２−３頁、第１図）

しかしながら、杭断面が地震時水平荷重で決定される場合、常時鉛直荷重に対して杭は過剰設計されていることになり、高コストの原因となっていた。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、構造物に地震時水平荷重が作用した際に杭に破壊が生じることが無く、且つ、杭について地震時水平荷重対策を必要としない構造物の基礎構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る構造物の基礎構造では、地盤表面側に軟弱層があり、当該軟弱層の下に支持層がある地盤上に構築される構造物の基礎構造であって、杭先端部が前記支持層まで達しており、杭頭部が前記構造物に接合されていない複数の支持杭と、当該複数の支持杭と間隙を保持して前記軟弱層内に形成される地盤改良体と、前記構造物の底面に設けられ、前記地盤改良体内に突出する複数の突起部とを備えることを特徴とする。
ここで、軟弱層は上部構造物の荷重による過大な沈下の発生や支持力喪失が懸念される地層であり、例えば、圧密沈下の可能性がある地盤、地震時に液状化する可能性がある地盤などである。一方、支持層は、軟弱層に比べて良質な地盤であり、上部構造物の荷重に対して過大な沈下や支持力喪失が生じない地盤である。
また、支持杭は、新設杭や既設杭、製造方法（工場製品、場所打ち杭）、材質（コンクリート杭、鋼管杭、鋼管巻きコンクリート杭、セメント地盤改良杭など）を問わない。
本発明では、構造物に作用する地震時水平荷重を地盤改良体に負担させ、構造物の鉛直荷重を支持杭に負担させるようにする。そのため、地盤改良体内に突出する複数の突起部を構造物の底面に設け、構造物に作用する地震時水平荷重を当該複数の突起部を介して地盤改良体に伝達させるものである。この際、地盤改良体が地震時水平荷重により水平移動し、地盤改良体と支持杭が接触して支持杭に地震時水平荷重が作用することのないように、地盤改良体と支持杭との間には間隙が設けられている。
また、支持杭の杭頭部が構造物に接合されていると、支持杭に地震時水平荷重が作用するため、支持杭の杭頭部は構造物と構造的に接合されておらず、支持杭の杭頭部と構造物との間には、砂や砂利などの土質材料、解体ガラ、セメント改良土、土のう、捨てコンなどの材料が介装され、構造物の鉛直荷重を伝達できるようになっている。
即ち、本発明では、地盤改良体内に突出する複数の突起部を構造物の底面に設け、且つ、支持杭の杭頭部を構造物と構造的に非接合とすることにより、杭について地震時水平荷重対策を施す必要がなくなる。しかも、杭は鉛直荷重のみを負担すればよいので、杭径が小さくなるとともに杭本数が削減できる。さらに、杭に曲げモーメントが発生しないので、杭断面に鉄筋や鋼管などの引張抵抗部材が不要となる。

また、本発明に係る構造物の基礎構造では、前記地盤改良体は、セメント系固化材よりなる地盤改良体であってもよい。
ここで、セメント系固化材よりなる地盤改良体（セメント改良地盤）は、深層混合攪拌工法などにより形成することができるが、これに限られるものではない。
本発明では、杭に比べてコストが圧倒的に安いセメント改良地盤に地震時水平荷重を負担させることで、基礎全体のコストを低減することができる。しかも、原位置土にセメント系固化材を混合してセメント改良地盤を形成するため、排出土量を削減することができる。

また、本発明に係る構造物の基礎構造では、前記突起部は、シアコネクターであってもよい。
ここで、シアコネクターは、構造物に作用する地震時水平荷重を伝達できるものであればよく、例えば、ボルトや鉄筋棒などの鋼材をシアコネクターとして利用することができる。

また、本発明に係る構造物の基礎構造では、前記複数の支持杭に代えて、杭先端部が前記支持層まで達しない複数の摩擦杭を備えていてもよい。
本発明では、複数の支持杭に代えて、杭の周面摩擦によって鉛直荷重を支持する摩擦杭を複数使用して、構造物の鉛直荷重の一部を地盤改良体に負担させることにより、杭長を低減することができる。

本発明によれば、地盤改良体内に突出する複数の突起部を構造物の底面に設け、且つ、支持杭の杭頭部を構造物と構造的に非接合としているので、構造物に地震時水平荷重が作用した際に杭に破壊が生じることが無く、且つ、杭について地震時水平荷重対策を必要としない構造物の基礎構造を実現することができる。

以下、本発明に係る構造物の基礎構造の実施形態について図面に基いて説明する。
図１は、本発明に係る構造物の基礎構造の第一の実施形態を示す立断面図である。
構造物１０は、地盤表面側にある軟弱層２と軟弱層２下にある支持層３とからなる地盤１上に構築されている。構造物１０下には、構造物１０の鉛直荷重を支持するために、杭先端部が支持層３まで達する複数の支持杭４…が打設されている。また、軟弱層２の上部の支持杭４と支持杭４の間には、セメント系固化材よりなる地盤改良体５が、構造物１０の外周部に比べて中央部に厚く形成されている。構造物１０の底面には、所定の離間間隔をおいて複数の突起部６…が形成されており、この複数の突起部６…が地盤改良体５…内に突出している。

図２は、構造物１０の底面と支持杭４の杭頭部４ａ間の詳細を示したものである。
支持杭４の杭頭部４ａは、構造物１０の底面と構造的に接合されておらず、構造物１０の底面と支持杭４の杭頭部４ａとの間８には、砂や砂利などの土質材料、解体ガラ、セメント改良土、土のう、捨てコンなどの材料が介装されている。また、支持杭４と地盤改良体５の間７は軟弱層２を構成する土質材料で満たされ、構造物１０に作用する地震時水平荷重により地盤改良体５が水平移動した際、地盤改良体５が支持杭４に接触しないようになっている。

構造物１０に地震時水平荷重が作用すると、地震時水平荷重は、構造物１０の底面に設けられた複数の突起部６…を介して地盤改良体５に伝達され、地盤改良体５は地震時水平荷重に抵抗するとともに地震エネルギーを吸収する。この際、支持杭４の杭頭部４ａが構造物１０の底面と構造的に接合されていないので、地震時水平荷重が支持杭４に作用することはない。
一方、構造物１０の鉛直荷重は、構造物１０の底面と支持杭４の杭頭部４ａとの間８に介装された材料を介して支持杭４に伝達され、構造物１０は支持杭４によって鉛直支持される。

図３は、本発明に係る構造物の基礎構造の第一の実施形態を示す平断面図である。
図３（ａ）は平断面視格子状に配置された支持杭４、４間に壁状の地盤改良体５が形成された場合、また、図３（ｂ）は直方体状の地盤改良体５が支持杭４、４間に形成された場合をそれぞれ示す。
なお、地盤改良体５の形状は上記に限られるものではなく、例えば、杭状でもよい。

本実施形態による構造物の基礎構造によれば、地盤改良体５内に突出する複数の突起部６…を構造物１０の底面に設け、且つ、支持杭４の杭頭部４ａを構造物１０と構造的に非接合としているので、構造物１０に地震時水平荷重が作用した際に支持杭４に破壊が生じることが無く、且つ、支持杭４について地震時水平荷重対策を必要としない構造物の基礎構造を実現することができる。

図４は、本発明に係る構造物の基礎構造の第二の実施形態を示す立断面図である。
本実施形態による構造物の基礎構造では、構造物１０の底面に設けられる複数の突起部６…として、ボルトや鉄筋棒などの鋼材からなるシアコネクターを用いている。

図５は、本発明に係る構造物の基礎構造の第三の実施形態を示す立断面図である。
本実施形態による構造物の基礎構造では、複数の支持杭４…に代えて、杭先端部が支持層３まで達しない複数の摩擦杭１４…を用いている。これにより、構造物１０の鉛直荷重の一部を地盤改良体５に負担させ、杭長を低減することができる。

以上、本発明に係る構造物の基礎構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、杭間全てに地盤改良体が形成されているが、一部の杭間に地盤改良体が形成されていてもよい。

本発明に係る構造物の基礎構造の第一の実施形態を示す立断面図である。構造物底面と支持杭の杭頭部間の詳細を示す図である。本発明に係る構造物の基礎構造の第一の実施形態を示す平断面図である。本発明に係る構造物の基礎構造の第二の実施形態を示す立断面図である。本発明に係る構造物の基礎構造の第三の実施形態を示す立断面図である。

符号の説明

１地盤
２軟弱層
３支持層
４支持杭
５地盤改良体
６突起部
１０構造物
１４摩擦杭
１６シアコネクター

Claims

地盤表面側に軟弱層があり、当該軟弱層の下に支持層がある地盤上に構築される構造物の基礎構造であって、
杭先端部が前記支持層まで達しており、杭頭部が前記構造物に接合されていない複数の支持杭と、当該複数の支持杭と間隙を保持して前記軟弱層内に形成される地盤改良体と、前記構造物の底面に設けられ、前記地盤改良体内に突出する複数の突起部とを備えることを特徴とする構造物の基礎構造。
前記地盤改良体は、セメント系固化材よりなる地盤改良体であることを特徴とする請求項１に記載の構造物の基礎構造。
前記突起部は、シアコネクターであることを特徴とする請求項１または２に記載の構造物の基礎構造。
前記複数の支持杭に代えて、杭先端部が前記支持層まで達しない複数の摩擦杭を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の構造物の基礎構造。