JP2006233666A - 偏土圧を受ける建物の基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 摩擦杭のように、沈下剛性の低い場合に適用性が高く、このような摩擦杭を利用した典型的な基礎としては、杭基礎構造であって、しかも建物の基礎底盤（底面）が地盤との間で摩擦抵抗を確実に発揮する直接基礎構造である所謂パイルド・ラフト基礎構造があり、この基礎構造を採用することにより、基礎重量のみならず建物自重に基礎底面における摩擦係数を掛けた非常に大きな摩擦抵抗力を得ることとなり、杭の剛性を大きくする必要がなく、容易に施工し得る、経済性と施工性に大変優れた偏土圧を受ける建物の基礎構造を提供する。
【解決手段】 高低差又は傾斜のある敷地などに構築され、長期荷重として偏土圧による水平力を受ける建物の基礎構造において、前記建物１０の基礎底盤を直接基礎２として構築し、前記偏土圧による水平力を分担する杭１を構築し、前記偏土圧を前記直接基礎２と杭基礎１に分担させ、杭基礎１の水平力分担を減らして成る。
【選択図】 図１

Description

この発明は、高低差又は傾斜のある敷地、或いは高低差はないが土質の違いによって土圧が異なる敷地に構築され、長期荷重として偏土圧による水平力を受ける、杭を必要とする建物の基礎構造の技術分野に属する。

高低差又は傾斜の敷地などに構築され、長期荷重として偏土圧による水平力を受ける建物の基礎構造は、一般に、建物の基礎底面と地盤との間の摩擦抵抗は期待できないとされ、構造設計上は無視されるので、杭自体の剛性を大きくする方法が提案されていた。具体的には、個々の杭の杭径を増大させ、又は材料強度を上げることにより、杭の剛性を大きくする方法、或いは、杭の本数を増加させて杭全体の剛性を大きくする方法が提案されていた。

しかしながら、この従来技術によると、杭が過大な杭径となる等、杭工事費に掛かるコストが莫大に嵩み、不経済に過ぎるという問題があった。また、偏土圧による水平力が過大な場合には、設計、施工ができない虞があった。

そこで、近年、上記問題を解決するべく、従来、構造設計上無視されていた建物の基礎底面と地盤との間の摩擦抵抗を期待する技術が開示された（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に係る技術は、同文献１の請求項１と図３〜図５に開示されているように、地盤２を掘削して基礎杭３を構築し、次いで構造物の基礎の配筋４を行うとともに杭基礎周辺に構造的絶縁部９を設けて基礎コンクリート８を打設し、この状態で構造物の上層部を構築したのち、前記杭基礎における構造的絶縁部９に後打ちコンクリート１０を打設する方法である。

この技術によれば、建物の基礎底面と地盤２との間に摩擦抵抗が働き、基礎重量に基礎底面における摩擦係数を掛けた摩擦抵抗力によって偏土圧による過大な水平力に抵抗することが期待できるので、過大な杭径等にする必要がなく、偏土圧のない建物に近い条件で杭基礎構造の設計、施工ができる。

特開平７−２６５６９号公報

しかしながら、上記特許文献１に係る杭基礎周辺に構造的絶縁部９を設ける技術は、建物建築中に基礎底面を含む杭周囲の地盤が圧密沈下等により沈下するが、杭の沈下は少ないため、基礎底面と該地盤との間に隙間が生じる場合に対応した技術であり、本発明の適用範囲とは異なる。また、配筋に工夫を施して構造的絶縁部９を設け、さらにコンクリート８、１０を二度打ちする必要があるなど、施工上大変煩わしく、作業に長期間を要するという問題があった。また、基礎底面の摩擦力として、基礎重量に基礎底面における摩擦係数を掛けただけの小さい摩擦抵抗力のみしか得ることができなかった。

本発明の目的は、摩擦杭のように、沈下剛性の低い場合に適用性が高く、このような摩擦杭を利用した典型的な基礎としては、杭基礎構造であって、しかも建物の基礎底盤（底面）が地盤との間で摩擦抵抗を確実に発揮する直接基礎構造である所謂パイルド・ラフト基礎構造があり、この基礎構造を採用することにより、基礎重量のみならず建物自重に基礎底面における摩擦係数を掛けた非常に大きな摩擦抵抗力を得ることとなり、杭の剛性を大きくする必要がなく、容易に施工し得る、経済性と施工性に大変優れた偏土圧を受ける建物の基礎構造を提供することである。
なお、このように適用性が高い基礎の例として、パイルド・ラフト基礎構造を挙げたが、この他の支持杭であっても、地盤の条件や、杭の径や配置などによっては、周囲の地盤の沈下が少なく、杭の沈下を大きくでき、基礎底盤が地盤との間で摩擦抵抗を確実に発揮できる基礎であれば良い。

上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る偏土圧を受ける建物の基礎構造は、図１に示したように、
高低差又は傾斜のある敷地などに構築され、長期荷重として偏土圧による水平力を受ける建物の基礎構造において、
前記建物１０の基礎底盤を直接基礎２として構築し、前記偏土圧による水平力を分担する杭１を構築し、前記偏土圧を前記直接基礎２と杭基礎１に分担させ、杭基礎１の水平力分担を減らして成ることを特徴とする。

請求項２に記載した発明に係る偏土圧を受ける建物の杭基礎構築方法は、図２に示したように、
高低差又は傾斜のある敷地などに構築され、長期荷重として偏土圧による水平力を受ける建物の基礎構造において、
前記建物１０の基礎底盤を直接基礎２として構築し、前記偏土圧による水平力を分担する杭１を構築すると共に、前記直接基礎２の底面に前面受働抵抗を生ずる突起物３が設けられ、前記偏土圧による水平力を前記直接基礎２と杭基礎１および突起物３に分担させ、杭基礎１の水平力分担を減らして成ることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した偏土圧を受ける建物の杭基礎構築方法において、図１と図２に示したように、
建物の基礎構造は、直接基礎２に杭１が併用されたパイルド・ラフト基礎構造１２であることを特徴とする。

本発明に係る偏土圧を受ける建物の基礎構造によれば、杭１による杭基礎構造であって、しかも建物の基礎底盤（底面）が地盤との間で摩擦抵抗を確実に発揮する直接基礎構造２である所謂パイルド・ラフト基礎構造１２を採用することにより、基礎重量のみならず建物自重に基礎底面における摩擦係数を掛けた非常に大きな摩擦抵抗力を得ることとなり、杭（杭基礎）１の剛性を過大に大きくする必要がなく、偏土圧のない建物に近い条件で杭１を容易に設計、施工することができるので、非常に経済的である。また、パイルド・ラフト基礎構造１２を主に採用するので、配筋作業やコンクリート打設作業に特に工夫を施す必要がなく、施工性に優れている。

本発明に係る偏土圧を受ける建物の基礎構造は、上述した発明の効果を奏するべく、以下のように実施される。

図１は、請求項１に記載した偏土圧を受ける建物の基礎構造の実施例を示している。この発明は、高低差又は傾斜のある敷地などに構築され、長期荷重として偏土圧による水平力を受ける建物の基礎構造において、前記建物１０の基礎底盤を直接基礎２として構築し、前記偏土圧による水平力を分担する杭１を構築し、前記偏土圧を前記直接基礎２と杭基礎１に分担させ、杭基礎１の水平力分担を減らして成ることを特徴としている（請求項１記載の発明）。

本発明は、要するに、偏土圧を受ける基礎構造の合理化を図るために、常時、長期荷重として作用する偏土圧による水平力に対し、建物１０の基礎底盤を直接基礎２として構築し、前記偏土圧による水平力を分担する杭１を構築することにより、直接基礎２の底面と地盤４と間の摩擦抵抗を確実に発揮させて杭基礎１の水平力分担を減らす（大幅に低減、又は相殺することを含む。）技術的思想に立脚している。

また、本発明に係る基礎構造は、杭１による杭基礎構造であって、しかも建物の基礎底盤（底面）が地盤との間で摩擦抵抗を確実に発揮する直接基礎構造２である所謂パイルド・ラフト基礎構造１２を主に採用し、非常に大きな地盤との間の摩擦抵抗力を得られる構造である（請求項３記載の発明）。なお、このように適用性が高い基礎の例として、パイルド・ラフト基礎構造１２を挙げたが、その他の支持杭であっても、地盤の条件や、杭の径や配置などによっては、周囲の地盤の沈下が少なく、杭の沈下を大きくでき、基礎底盤が地盤との間で摩擦抵抗を確実に発揮できる基礎であれば実施することができる。以下に説明する実施例２についても同様の技術的思想とする。

ちなみに、前記偏土圧は、長期荷重に限定するものでは勿論ない。短期荷重（地震により生じる水平力を含む。）についても実施可能な構造設計とすることも勿論できる。

前記偏土圧による水平力を、前記直接基礎２の底面と地盤４との間の摩擦抵抗により、低減、若しくは相殺可能な構造設計とする手法は、先ず、既往の手法により、予め杭１と直接基礎２の荷重分担率を仮定し、杭及び基礎断面を仮定する。具体的には、図３に示したように、基礎梁、基礎スラブに、杭と地盤の鉛直ばねを付加した解析モデルにより、基礎の応力および沈下量を解析する。

その結果、一例として、建物１０の自重（鉛直荷重）が、Ｗ＝３４，６００ｔｏｎ、偏土圧による水平力（水平荷重）が、Ｆ_Ｈ＝１０，４８０ｔｏｎの場合に、杭１と直接基礎２の荷重分担率を５０：５０に決定する。直接基礎２の底面と地盤４との間の摩擦係数は地盤４に応じて変化するが、例えばμ＝０．５５とする。ちなみに、前記水平力は、高地側から作用する土圧から低地側から作用する土圧を相殺した値を示しており、地震力を含めた短期荷重を想定している。

そうすると、前記直接基礎２の底面と地盤４との間に発生する摩擦抵抗力は、μ・０．５Ｗ＝０．５５×０．５×３４，６００＝９，５２０ｔｏｎと算出される。

一方、水平力により生じる地盤内変位に基づいて、杭１と直接基礎２の変形が等しくなるように計算した結果、直接基礎２に作用する水平力は、９，３６０ｔｏｎ（＜９，５２０ｔｏｎ）となり、直接基礎２の底面と地盤４との間の摩擦抵抗力（９，５２０ｔｏｎ）により相殺できるので、十分に抵抗できる（滑りが生じない）ことが分かる。

また、杭１に作用する水平力は、１０，４８０−９，３６０＝１，１２０ｔｏｎとなる。即ち、このパイルド・ラフト基礎１２について、前記地震荷重を含めた偏土圧による水平力は、直接基礎２が約９割（９，３６０／１０，４８０＝０．８９３）、杭１が約１割（１，１２０／１０，４８０＝０．１０６）、分担する構造設計となる。実際には、安全性を十分に考慮し、杭１に水平力の２割（２，２４０ｔｏｎ）程度は抵抗可能なように構造設計する。

以上の構造設計をもとに基礎構造、即ち、パイルド・ラフト基礎１２を構築する。一例として、本実施例に係る場所打ちコンクリート杭については、仕様（コンクリート強度）：Ｆｃ３０Ｎ／ｍｍ^２、軸径１，２００ｍｍの杭１を実長１２，２ｍの長さで６５本使用すると、鉛直荷重は勿論のこと、水平荷重についても十分に抵抗できる杭１を構築することができる。

これに対して、従来の杭のみで抵抗する場合には、一般に、上記実施例と同様の条件、即ち、建物１０の自重（鉛直荷重）が、Ｗ＝３４，６００ｔｏｎ、偏土圧による水平力（水平荷重）が、Ｆ_Ｈ＝１０，４８０ｔｏｎの場合に、仕様（コンクリート強度）：Ｆｃ３０Ｎ／ｍｍ^２、軸径１，８００ｍｍの杭１を実長２２，２ｍの長さで６５本使用する必要があった。

よって、実施例１に係る技術と前記従来技術を比較すると、杭一本当たりの体積を約１／４に抑えることが可能となり、これに応じて、杭工事費を飛躍的に低減できることが分かる。ちなみに、本出願人が実施した設計結果によると、杭工事費を６８％程度低減できることが分かっている。

かくして、実施例１に係る偏土圧を受ける建物の基礎構築構造によれば、直接基礎２の底面と地盤４との間の摩擦抵抗を確実に発揮できるパイルド・ラフト基礎１２で建物１０の杭基礎を構築するので、基礎重量のみならず建物自重に基礎底面における摩擦係数を掛けた非常に大きな摩擦抵抗力を得ることとなり、偏土圧による水平力を、前記摩擦抵抗力で相殺する（若しくは低減可能な）構造設計で実施できる。したがって、杭１の剛性を過大に大きくする必要がなく、偏土圧のない構造物に近い条件で杭基礎を容易に設計、施工ができ、非常に経済的である。また、パイルド・ラフト基礎１２として杭基礎１を構築するので、配筋作業やコンクリート打設作業に工夫をほとんど施す必要がなく、施工性が非常に良い。

図１は、請求項２に記載した偏土圧を受ける建物の基礎構築構造の実施例を示している。この発明は、高低差又は傾斜のある敷地に構築され、長期荷重として偏土圧による水平力を受ける建物１０の基礎構築構造において、前記建物１０の基礎底盤を直接基礎２として構築し、前記偏土圧による水平力を分担する杭１を構築すると共に、前記直接基礎２の底面に前面受働抵抗を生ずる突起物３が設けられ、前記偏土圧による水平力を前記直接基礎２と杭基礎１および突起物３に分担させ、杭基礎１の水平力分担を減らして成ることを特徴としている（請求項２記載の発明）。

本発明は、要するに、偏土圧を受ける基礎構造の合理化を図るために、常時、長期荷重として作用する偏土圧による水平力に対し、建物１０の基礎底盤を直接基礎２として構築し、前記偏土圧による水平力を分担する杭１を構築すると共に、前記直接基礎２の底面に前面受働抵抗を生ずる突起物３を設け、直接基礎２の底面と地盤４と間の摩擦抵抗と前記突起物による前面受働抵抗とにより、杭基礎１の水平力分担を減らす（大幅に低減、又は相殺することを含む）技術的思想に立脚している。

本発明に係る基礎構造は、云うならば、上記実施例１に係るパイルド・ラフト基礎１２の直接基礎２の底面の好適な部位に突起物３を設けた構造で実施される。よって、上記実施例１と比して、偏土圧による水平力に対する抵抗要素を増やしたことで、抵抗力をさらに増大することができると共に、抵抗手法のバリエーションを増加することができる。

前記突起物３は、偏土圧による水平力に対して直接基礎２の摩擦抵抗で十分に抵抗できる場合にも勿論実施できるが、当該摩擦抵抗で十分に抵抗できない場合（滑りを生じる虞がある場合）に特に意義がある。

また、前記突起物３は、地面に所要の形状・大きさの穴を掘り、コンクリートを打設して直接基礎２と一体化した構成で実施することが施工上好ましい。なお、前記突起物３の設置部位は直接基礎２の底面であれば特に限定されないが、前面受働抵抗を効率よく発揮できる部位、具体的には、前記パイルド・ラフト基礎１２における偏土圧が作用する部位と対極側に設けることが構造設計上及び経済上好ましい。

かくして、実施例２に係る偏土圧を受ける建物の基礎構築構造によれば、直接基礎２の底面と地盤４との間の摩擦抵抗を確実に発揮できるパイルド・ラフト基礎１２で建物１０の杭基礎を構築するので、偏土圧による水平力を、前記摩擦抵抗および前面受働抵抗を生じる突起物３で相殺する（若しくは低減可能な）構造設計で実施できる。したがって、杭１の剛性を過大に大きくする必要がなく、偏土圧のない構造物に近い条件で杭基礎を容易に設計、施工ができ、非常に経済的である。また、上記実施例１と比して、偏土圧による水平力に対する抵抗要素（バリエーション）を増やしたことで、さらなる抵抗力を発揮することができる。さらに、パイルド・ラフト基礎１２で杭基礎を構築するので、配筋作業やコンクリート打設作業に工夫をほとんど施す必要がなく、施工性が良い。

以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。

請求項１に記載した発明に係る偏土圧を受ける建物の基礎構造を示した立面図である。 請求項２に記載した発明に係る偏土圧を受ける建物の基礎構造を示した立面図である。 基礎梁、基礎スラブに、杭と地盤の鉛直ばねを付加した解析モデルである。

符号の説明

１ 杭基礎（杭）
２ 直接基礎
３ 突起物
４ 地盤
１０ 建物
１２ パイルド・ラフト基礎

Claims (3)

1. 高低差又は傾斜のある敷地などに構築され、長期荷重として偏土圧による水平力を受ける建物の基礎構造において、
   前記建物の基礎底盤を直接基礎として構築し、前記偏土圧による水平力を分担する杭を構築し、前記偏土圧を前記直接基礎と杭基礎に分担させ、杭基礎の水平力分担を減らして成ることを特徴とする、偏土圧を受ける建物の基礎構造。
2. 高低差又は傾斜のある敷地などに構築され、長期荷重として偏土圧による水平力を受ける建物の基礎構造において、
   前記建物の基礎底盤を直接基礎として構築し、前記偏土圧による水平力を分担する杭を構築すると共に、前記直接基礎の底面に前面受働抵抗を生ずる突起物が設けられ、前記偏土圧による水平力を前記直接基礎と杭基礎および突起物に分担させ、杭基礎の水平力分担を減らして成ることを特徴とする、偏土圧を受ける建物の基礎構造。
3. 建物の基礎構造は、直接基礎に杭が併用されたパイルド・ラフト基礎構造であることを特徴とする、請求項１又は２に記載した偏土圧を受ける建物の基礎構造。

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