JP2010059655A

JP2010059655A - 基礎の設計方法

Info

Publication number: JP2010059655A
Application number: JP2008225236A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yamashita; 清山下; Takeshi Yamada; 毅山田; Junji Hamada; 純次濱田; Tomohiro Tanigawa; 友浩谷川
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】パイルド・ラフト基礎における杭が分担する分担荷重の設定方法を提供する。
【解決手段】摩擦杭２０の中心間隔ｓと直径ｄの比（ｓ／ｄ）を求め、図２の破線Ａに示す特性から摩擦杭２０の分担率α_ｐを求める。次に、摩擦杭２０の分担率α_ｐと、既知である構造物１４の荷重から摩擦杭２０の分担荷重を算出する。次に、算出した分担荷重を用いて、地盤条件に応じて、通常の摩擦杭の設計方法に従い摩擦杭の直径や長さを設計する。これにより、摩擦杭２０を用いたパイルド・ラフト基礎１０が設計できる。次に、設計したパイルド・ラフト基礎１０の評価を行う。評価は、設計したパイルド・ラフト基礎１０の沈下量を推定し、この沈下量が要求性能を満たすか否かで行う。沈下量が要求性能を満たす場合は詳細設計に入り、沈下量が要求性能を満たさない場合には、再度、摩擦杭の直径や長さを設計し、評価する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基礎の設計方法に関する。

近年、直接基礎と杭基礎を複合し、その両者で直接基礎の上に構築された構造物を支持するパイルド・ラフト基礎が増加している。

パイルド・ラフト基礎は、例えば地盤が軟弱なため、直接基礎のみでは、基礎の沈下量（不同沈下量を含む。）が設計上の要求性能を満足できない場合に、杭を付加して、沈下量を低減させ、設計上の要求性能を満足させる基礎である。地盤性状を見極めた上で、杭の支持力を十分に活かすことができれば、建設コストの面から有利な工法といえる。

杭の支持力を活かすには、設計段階で、構造物の全荷重のうち杭が分担する分担荷重を精度よく設定する必要がある。分担荷重が設定できれば、地盤条件に対応させて杭の直径と長さが決定でき、決定された杭からパイルド・ラフト基礎の沈下量が推定できる。この推定された沈下量で、設計上の要求性能を満たすか否かの評価が可能となる。

しかし、地盤の非線形領域における直接基礎と杭基礎との相互作用は複雑であり、直接基礎と杭基礎の分担荷重の割合は解明されていない。また、パイルド・ラフト基礎は歴史が浅く、経験に基づく杭の分担荷重の設定法は確立されていない。

現状は、少ない施工事例に基づいて、最悪でも沈下量が設計上の要求性能を満足するよう、杭の支持力を小さく見積もって設定していた。また、弾性論やＦＥＭ（有限要素法）による解析を行う場合には、解析結果を安全側に解釈し設定していた。このため、杭を付加するメリットが、十分には活かされていないという問題がある。

このような状況下、パイルド・ラフト基礎の水平抵抗算出方法が提案されている（特許文献１）。

しかし、特許文献１は、パイルド・ラフト基礎の地震時における水平抵抗を算出するものであり、杭の分担荷重を設定するものではない。
特開２００２−５４１５７号公報

本発明は、上記事実に鑑み、パイルド・ラフト基礎における杭が分担する分担荷重の設定方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る基礎の設計方法は、地盤に埋め込まれた杭と、地盤上に設けられ、前記杭と前記地盤に支持される直接基礎と、を有する基礎の設計方法に用いられ、前記直接基礎上に構築される構造物の荷重のうち、前記杭が受け持つ前記荷重の分担率を、下記の式（１）又は（２）の分担率算出式で求め、前記杭の分担率から、前記杭の直径と長さを決定することを特徴としている。

式（１）は、前記杭が支持地盤まで到達しない摩擦杭の場合であり、式（２）は、前記杭が支持地盤まで到達する支持杭の場合である。また、α_ｐは杭の分担率（％）、ｓは杭の中心間隔（ｍ）、ｄは杭の直径（ｍ）である。

請求項１に記載の発明によれば、杭基礎と直接基礎が、両者で構造物の荷重を支持している。このとき、杭の中心間隔をｓ、杭の直径をｄとし、杭の中心間隔と直径の比をｓ／ｄとしたとき、摩擦杭を用いた場合に、摩擦杭が構造物の荷重を分担する割合を示す分担率は式（１）で求められ、支持杭を用いた場合に、支持杭が構造物の荷重を分担する割合を示す分担率は式（２）で求められる。

この結果、杭の分担率が求まれば、既知である構造物の荷重から、杭の分担荷重が設定できる。ここに、式（１）（２）は、今までに建設した複数の構造物の、杭基礎と直接基礎に加わる荷重を実測し、実測値を用いて導いた回帰式である。これにより、実測値に基づく信頼性の高い杭基礎の分担率を求めることができる。

本発明は、上記構成としてあるので、パイルド・ラフト基礎における杭の分担荷重を設定できる。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態に係る基礎１０の設計方法において、基礎（パイルド・ラフト基礎）１０は、軟弱な地盤１６に埋め込まれた杭（摩擦杭）２０を有している。

摩擦杭２０は、鋼管杭や鉄筋コンクリート杭とされ、杭頭が直接基礎１２と接合されている。また、摩擦杭２０の下端部は地盤１６に埋め込まれ、下層にある支持地盤１８には到達していない。摩擦杭２０は、下端面が受ける支持力Ｐ３と、摩擦杭２０の周面が摩擦によって受ける支持力Ｐ２で直接基礎１２を支持している。

直接基礎１２は、鉄筋コンクリート造とされ、上部には構造物１４が構築されている。直接基礎１２の底面は地盤１６と接しており、底面が地盤１６から受ける支持力Ｐ１と、摩擦杭２０から受ける支持力Ｐ２、Ｐ３で構造物１４を支持している。

適切に設計をしたパイルド・ラフト基礎１０は、直接基礎１２に摩擦杭２０を付加することで必要な支持力を確保している。このため、地盤１６が軟弱でも、支持杭を使用せずに構造物１４を支持できる。特に、軟弱な地盤１６が深い地形では、摩擦杭２０で支持する経済的な長所は大きい。

パイルド・ラフト基礎１０の設計にあたり、摩擦杭２０の直径や長さの設定が重要となるが、そのためには、摩擦杭２０が分担する荷重を精度良く把握できる必要がある。

摩擦杭２０が分担する荷重は、直接基礎１２に加わる全荷重のうち、直接基礎１２の底面が地盤１６から受ける支持力Ｐ１と、摩擦杭２０から受ける支持力Ｐ２、Ｐ３の分担割合から求めることができる。

ここで、摩擦杭２０の分担割合（分担率α_ｐ）の算出方法について説明する。
図２は、パイルド・ラフト基礎１０で建てられた構造物１４を用いて、直接基礎１２と摩擦杭２０に加えられている荷重を実測し、摩擦杭２０の分担率α_ｐを算出した結果を示している。なお、実測した構造物は４つである。

図２の横軸は、隣接する摩擦杭２０同士の中心間隔をｓ（ｍ）、摩擦杭２０の直径をｄ（ｍ）としたときの、中心間隔ｓと直径ｄの比（ｓ／ｄ）であり、縦軸は、直接基礎１２に加えられている全荷重のうち、摩擦杭２０が分担する割合（分担率α_ｐ）である。

なお、実測において、摩擦杭２０に加えられている荷重は、摩擦杭２０に予め埋め込んでおいた歪ゲージで測定し、直接基礎１２が地盤１６に加えている荷重は、直接基礎１２と地盤１６の間に予め埋め込んでおいた圧力センサ（土圧計）で測定した。

これらの実測結果から、構造物１４の全荷重を求め、摩擦杭２０の分担率α_ｐを算出した。結果は、測定した構造物を５つの白丸で示している。

また、算出された５つの測定結果を用いて回帰式を導いた。数式を式（１）に示し、特性を図２の破線Ａに示す。

次に、式（１）に示す数式、若しくは図２の破線Ａに示す特性を用いたパイルド・ラフト基礎１０の設計方法について説明する。
先ず、構造物１４の構成に基づいて定まる摩擦杭２０の位置等から、摩擦杭２０の中心間隔ｓと直径ｄの比（ｓ／ｄ）を求め、式（１）若しくは図２から、摩擦杭２０の分担率α_ｐを求める。

次に、摩擦杭２０の分担率α_ｐと、既知である構造物１４の荷重から、摩擦杭２０の分担荷重を算出する。

次に、算出した分担荷重を用いて、地盤条件に応じて、通常の摩擦杭２０の設計方法に従い、摩擦杭２０の直径や長さを設計する。これにより、摩擦杭２０を用いたパイルド・ラフト基礎１０の概略設計ができる。

次に、設計したパイルド・ラフト基礎１０の評価を行う。評価は、設計したパイルド・ラフト基礎１０の沈下量を推定し、この沈下量が設計上の要求性能を満たすか否かで行う。

評価結果から、沈下量が要求性能を満たす場合は詳細設計に入り、沈下量が要求性能を満たさない場合には、再度、摩擦杭２０の直径や長さを設計し、評価する。なお、沈下量の要求性能に関しては、構造物１４の用途や地盤１６の条件に基づいて、従来から利用されている値を使用すればよい。

このように、実測値を基礎とした回帰式（１）若しくは図２を用いて分担率α_ｐを求め、摩擦杭２０を設計することで、信頼性の高いパイルド・ラフト基礎１０が設計できる。

（第２の実施の形態）
図３に示すように、第２の実施の形態に係る基礎２２の設計方法において、基礎（パイルド・ラフト基礎）２２は、軟弱な地盤１６に埋め込まれた杭（支持杭）２４を有している。

支持杭２４は、鋼管杭や鉄筋コンクリート杭とされ、杭頭が直接基礎２６と接合されている。また、支持杭２４の下端部は地盤１６の下層にある支持地盤１８に到達し、先端部が支持地盤１８に埋め込まれている。支持杭２４は、下端面が受ける支持力Ｐ６と、支持杭２４の周面が摩擦によって受ける支持力Ｐ５で直接基礎２６を支持している。

直接基礎２６は、鉄筋コンクリート造とされ、上部には構造物２８が構築されている。直接基礎２６の底面は地盤１６と接しており、底面が地盤１６から受ける支持力Ｐ４と、支持杭２４から受ける支持力Ｐ５、Ｐ６で構造物２８を支持している。

適切に設計をしたパイルド・ラフト基礎２２は、直接基礎２６に支持杭２４を付加することで必要な支持力を確保している。このため、地盤１６が軟弱で直接基礎２６では支持力が不足する場合に、構造物２８を支持できる。特に、軟弱な地盤１６が浅い地形では、支持杭２４を利用することで、構造物２８を安価に支持できる。

パイルド・ラフト基礎２２の設計にあたり、支持杭２４の直径や長さの設定が重要となる。このためには、支持杭２４が分担する荷重を精度良く把握できる必要がある。なお、パイルド・ラフト基礎２２では、支持杭２４に全荷重を分担させるのではなく、直接基礎２６と分担させて、経済的な設計としている。

支持杭２４が分担する荷重は、直接基礎２６に加わる全荷重のうち、直接基礎２６の底面が地盤１６から受ける支持力Ｐ４と、支持杭２４から受ける支持力Ｐ５、Ｐ６の分担割合から求めることができる。

ここで、支持杭２４の分担割合（分担率α_ｐ）の算出方法について説明する。

図２には、パイルド・ラフト基礎２２で建てられた構造物２８を用いて、直接基礎２６と支持杭２４に加えられている荷重を実測し、支持杭２４の分担率α_ｐを算出した結果を、既述した摩擦杭の分担率α_ｐと併せて記載している。

なお、実測した構造物は４つであり、それぞれを６つの黒丸で示している。
また、算出された６つの測定結果を用いて回帰式を導いた。数式を式（２）に示し、特性を図２の実線Ｂに示す。

次に、式（２）に示す数式、若しくは図２の実線Ｂに示す線図を用いたパイルド・ラフト基礎２２の設計方法について説明する。

先ず、構造物２８の構成に基づいて定まる支持杭の位置等から、支持杭２４の中心間隔ｓと直径ｄの比（ｓ／ｄ）を求め、式（２）若しくは図２から、支持杭２４の分担率α_ｐを求める。
次に、支持杭２４の分担率α_ｐと、既知である構造物１４の荷重から、支持杭２４の分担荷重を算出する。

次に、算出した分担荷重を用いて、地盤条件に応じて、通常の支持杭２４の設計方法に従い、支持杭２４の直径や長さを設計する。これにより、支持杭２４を用いたパイルド・ラフト基礎２２が設計できる。

次に、設計したパイルド・ラフト基礎２２の評価を行う。評価は、設計したパイルド・ラフト基礎２２の沈下量を推定し、この沈下量が設計上の要求性能を満たすか否かで行う。

評価結果から、沈下量が要求性能を満たす場合は詳細設計に入り、沈下量が要求性能を満たさない場合には、再度、支持杭２４の直径や長さを設計し、評価する。沈下量の要求性能に関しては、構造物２８の用途や地盤１６の条件に基づいて、従来から利用されている値を使用すればよい。

このように、実測値を基礎とした回帰式（２）若しくは図２を用いて分担率α_ｐを求め、支持杭２４を設計することで、信頼性の高いパイルド・ラフト基礎２２が設計できる。

本発明の第１の実施の形態に係るパイルド・ラフト基礎の基本構成を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係るパイルド・ラフト基礎の摩擦杭の荷重分担率、及び第２の実施の形態に係るパイルド・ラフト基礎の支持杭の荷重分担率を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るパイルド・ラフト基礎の基本構成を示す図である。

符号の説明

１０パイルド・ラフト基礎（基礎）
１２直接基礎
１４構造物
１６軟弱な地盤（地盤）
１８支持地盤
２０摩擦杭（杭）
２２パイルド・ラフト基礎（基礎）
２４支持杭（杭）

Claims

地盤に埋め込まれた杭と、
地盤上に設けられ、前記杭と前記地盤に支持される直接基礎と、
を有する基礎の設計方法に用いられ、
前記直接基礎上に構築される構造物の荷重のうち、前記杭が受け持つ前記荷重の分担率を、下記の式（１）又は（２）の分担率算出式で求め、
前記杭の分担率から、前記杭の直径と長さを決定する基礎の設計方法。

式（１）は前記杭が支持地盤まで到達しない摩擦杭の場合であり、式（２）は前記杭が支持地盤まで到達する支持杭の場合である。また、α_ｐは杭の分担率（％）、ｓは杭の中心間隔（ｍ）、ｄは杭の直径（ｍ）である。