JP2011163080A - 地盤改良体を用いた基礎構造及びその構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を地盤改良体へ確実に伝達でき、その荷重を地盤改良体に負担させられる地盤改良体を用いた基礎構造とその構築方法の提供を課題とする。
【解決手段】地中１２に格子状に構築された壁状の地盤改良体１４と、地盤改良体１４で区画された領域１８内へ突出する突起部２２を有し、地盤改良体１４の上部に構築された基礎部２４と、地盤改良体１４と突起部２２との間に介在され、地盤改良体１４と同等以上の強度を有する伝達部材２０と、を備えた地盤改良体１４を用いた基礎構造１０とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤改良体を用いた基礎構造及びその構築方法に関する。

軟弱地盤や液状化の発生が予想される地盤における構造物の基礎は、セメント固化剤等の地盤改良によって軟弱地盤の改良や液状化防止を図った直接基礎や、杭により構造物を支持する杭基礎が一般的に用いられている。

近年、合理的な基礎形式として、直接基礎と杭基礎とを併用したパイルド・ラフト基礎の適用が増えて来ているが、液状化のおそれのある地盤においては、液状化防止のために、地盤改良体とパイルド・ラフト基礎とを併用する場合も見られるようになって来ている。

しかしながら、杭がある場合には、構造物の基礎底面と地盤改良体との接地圧が小さくなるため、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重（以下「水平荷重」という場合がある）に対して、両者の摩擦抵抗を期待できず、基礎底面が地盤改良体に対して滑動してしまうおそれがある。

この問題点を解決するため、基礎底面と地盤改良体との間を接合する接合方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の接合方法では、構造物の基礎底面に設けた突起部が地盤改良体の上面に形成された凹部に差し込まれ、地震時に構造物に作用する水平荷重が突起部と凹部の接合部を介して地盤改良体に伝達されるようになっている。そして、杭は、構造物の基礎底面と接合されないようになっている。

これにより、杭は構造物の鉛直方向の荷重（以下「鉛直荷重」という場合がある）のみを負担し、地震時に構造物に作用する水平荷重は地盤改良体が全て負担するようになっている。しかし、特許文献１に記載の接合方法では、地盤改良体の上面に穴を空けて突起部を差し込むため、地盤改良体に断面欠損が生じ易く、地盤改良体が破損するおそれがある。このため、地震時に構造物に作用する水平荷重を地盤改良体が適切に負担できないことがある。

特開２００５−３０７５９４号公報

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を地盤改良体へ確実に伝達でき、その荷重を地盤改良体に負担させられる地盤改良体を用いた基礎構造とその構築方法を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、地中に格子状に構築された壁状の地盤改良体と、前記地盤改良体で区画された領域内へ突出する突起部を有し、前記地盤改良体の上部に構築された基礎部と、前記地盤改良体と前記突起部との間に介在され、前記地盤改良体と同等以上の強度を有する伝達部材と、を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、基礎部の突起部と地盤改良体との間に、地盤改良体と同等以上の強度を有する伝達部材が介在しているため、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、その基礎部の突起部から伝達部材を介して地盤改良体の面内方向へ確実に伝達することができ、その水平方向の荷重を地盤改良体に適切に負担させることができる。

また、請求項２に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記突起部が杭で支持されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、基礎部に作用する鉛直方向の荷重を杭によって支持できる。また、水平方向の荷重の一部を地盤改良体が受けるので、杭に作用する水平方向の荷重を小さくできる。これにより、杭断面を小さくできる。

また、請求項３に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、請求項１又は請求項２に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記伝達部材が、地盤の表層を改良した改良地盤であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、現場発生材を利用して地盤改良体に伝達することができる。

また、請求項４に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、請求項１又は請求項２に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記伝達部材が、前記地盤改良体と前記基礎部との間に設けられたコンクリートであることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、コンクリートによって地盤改良体に確実に伝達することができる。

また、本発明に係る請求項５に記載の地盤改良体の構築方法は、地中に壁状の地盤改良体を格子状に構築する工程と、前記地盤改良体で区画された領域に該地盤改良体よりも低く杭を設ける工程と、前記杭の頭部よりも上側の地盤の表層を改良して改良地盤とする工程と、前記杭の頭部まで前記改良地盤を掘削する工程と、前記杭の頭部に支持される突起部と前記地盤改良体の上部に支持される基礎部を構築する工程と、を含むことを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、基礎部の突起部と地盤改良体との間に表層改良された改良地盤が介在しているため、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、その基礎部の突起部から改良地盤を介して地盤改良体の面内方向へ確実に伝達することができ、その水平方向の荷重を地盤改良体に適切に負担させることができる。

以上のように、本発明によれば、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を地盤改良体へ確実に伝達でき、その荷重を地盤改良体に負担させられる地盤改良体を用いた基礎構造とその構築方法を提供することができる。

本実施形態に係る地盤改良体を用いた基礎構造を示す説明図 伝達部材が形成された地盤改良体を示す概略斜視図 伝達部材が形成された地盤改良体を示す概略平面図 本実施形態に係る地盤改良体を用いた基礎構造を示す概略側断面図 本実施形態に係る地盤改良体を用いた基礎構造を示す概略平断面図

以下、本発明に係る実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。なお、各図において、鉛直上方向を矢印ＵＰで示す。また、矢印ＵＰと直交する方向を水平方向とし、矢印ＨＲｘ、矢印ＨＲｙで示す場合がある。

図１で示すように、本実施形態に係る基礎構造１０は、軟弱な地盤１２に対して施工される基礎構造であり、その地盤（地中）１２には、鉛直支持力の補強及び液状化対策のための地盤改良体１４が構築されている。すなわち、地盤改良体１４が構築される地盤１２は、地震時に液状化の発生が予想される液状化層Ｌであり、地盤改良体１４の深さは、その液状化層Ｌの底面までとされている。

地盤改良体１４は、スラリー状とされたセメント系固化材による安定剤と、現地の地盤１２の中の土とを、図示しない撹拌装置で撹拌して固化させることで、図２、図３で示すように、円柱体１６を連続して並べたような壁状に形成されている。つまり、この地盤改良体１４は、隣接する円柱体１６の周壁１６Ａの一部を共有化させて連続的に一体化させた壁状に形成されており、全体的には平面視で格子状に構築されている。

そして、その地盤改良体１４の壁部としての側壁１４Ａには、円柱体１６の周壁１６Ａを連続的に一体化させたことにより、凹凸部１５が形成されている。すなわち、地盤改良体１４の側壁１４Ａには、平面視円弧状の凸部１５Ａが形成されるとともに、その凸部１５Ａ間に、凹部１５Ｂが形成されるようになっている。

また、格子状の地盤改良体１４で区画された複数の領域１８内における地盤１２の略中央には、円柱状の杭２８が設けられている。この杭２８は、その上端面（頭部）２８Ａが、地盤改良体１４の上端面（頭部）１４Ｂよりも、所定高さ（例えば１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度）低位となるように地盤１２に埋設されており、後述する基礎部２４に形成される突起部２２の底面２２Ａに当接する（又は図示しない鉄筋等を介して接合される）構造になっている。

また、各領域１８内において、杭２８の上端面２８Ａよりも上側の地盤１２の表層が地盤改良体１４と同様に改良されて固化され、地盤改良体１４と同等以上の強度を有する伝達部材２０が構築されている。そして、各伝達部材２０の略中央部には、上側が下側よりも開口面積が大きくなるような略四角錐台形状の孔部２１が形成され、この孔部２１によって、杭２８の上端面２８Ａが地盤１２から露出されるようになっている。

つまり、各伝達部材２０は、各領域１８内において、地盤改良体１４の側壁１４Ａに沿って配設される枠形状とされており、その外周壁部２０Ａが、側壁１４Ａに形成されている凹凸部１５（凹部１５Ｂ）と噛み合うように構築されることで、その側壁１４Ａに強固に接合されるようになっている。なお、各伝達部材２０は、各領域１８内の地盤１２の表層を所定深さ（例えば１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度）掘削した後、コンクリートを打設することによって構築してもよい。

また、各領域１８内にそれぞれ伝達部材２０が構築された地盤改良体１４の上部にはコンクリートが打設され、図１、図４で示すように、建物２６の基礎部２４が構築されるようになっている。そして、このとき、基礎部２４の底面２４Ａには、各領域１８内へ突出する略四角錐台形状の突起部（パイルキャップ）２２が一体に複数形成（構築）されるようになっている。

すなわち、地盤改良体１４の上部にコンクリートを打設した際には、各伝達部材２０の略中央部に形成された孔部２１にも、そのコンクリートが入り込むため、そのコンクリートが固化することにより、基礎部２４の底面２４Ａには、上面が下面よりも面積の大きい略四角錐台形状の突起部２２が一体に複数形成（構築）される。

そして、これにより、各突起部２２の底面２２Ａの略中央に、各杭２８の上端面２８Ａが当接する（又は図示しない鉄筋等を介して接合される）ようになっている。つまり、この構造により、基礎部２４が複数の突起部２２を介して複数の杭２８に支持され、建物２６による鉛直荷重が、地盤改良体１４と共に、その複数の杭２８でも受け止められるようになっている。

また、上記したように、各領域１８を構成する（囲む）地盤改良体１４の側壁１４Ａと、各突起部２２の側面２２Ｂとの間には、地盤改良体１４と同等以上の強度を有する伝達部材２０が介在し（伝達部材２０だけが存在し）、かつ、各伝達部材２０の外周壁部２０Ａは、地盤改良体１４の側壁１４Ａに形成された凹凸部１５に噛み合うように強固に接合されている。

したがって、地震時において、構造物としての建物２６に作用する（図３で示す矢印ＨＲｘ方向又は矢印ＨＲｙ方向へ向かう）水平荷重は、その建物２６の基礎部２４から各突起部２２を介して各伝達部材２０へ伝達され、その各伝達部材２０から地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向（円柱体１６の並び方向）へ確実に伝達される。これにより、その水平荷重を地盤改良体１４に適切に負担させることが可能となっている。

なお、図４で示すように、伝達部材２０の高さ（厚さ）Ｄ１は、突起部２２の高さ（基礎部２４の底面２４Ａからの高さ）Ｄ２と同一（Ｄ１＝Ｄ２）になっている。伝達部材２０の高さＤ１が、突起部２２の高さＤ２より高いと、即ち杭２８の周面と地盤改良体１４の側壁１４Ａとの間にまで伝達部材２０を介在させる構造であると、上記した水平荷重が杭２８に対して大きく作用してしまう不具合が生じるからである。

以上のような基礎構造１０において、次にその作用について説明する。なお、図５は基礎部２４の底面２４Ａで切断したときの概略平断面図である。まず、地盤（地中）１２に壁状の地盤改良体１４を格子状に構築する。この地盤改良体１４は、建物２６の慣性力（地震力）に対して抵抗可能な構造を有している。そして、地盤改良体１４で区画された複数の領域１８内の略中央に、地盤改良体１４の上端面１４Ｂよりも所定高さ低位となるように、それぞれ杭２８を設ける（図１、図２、図４参照）。

その後、格子状の地盤改良体１４で区画された複数の領域１８内において、各杭２８の上端面２８Ａよりも上側の地盤１２の表層を改良して固化し、それぞれ伝達部材２０を構築する。このとき、各伝達部材２０の外周壁部２０Ａは、地盤改良体１４の側壁１４Ａの凹凸部１５（凹部１５Ｂ）と噛み合うように構築される。つまり、各伝達部材２０は、地盤改良体１４の側壁１４Ａと強固に接合されるように構築される。

次いで、各領域１８内において、それぞれの杭２８の上端面２８Ａが露出するまで、各領域１８内に構築された各伝達部材２０の略中央部を略四角錐台形状に掘削する。これにより、各領域１８内において、各伝達部材２０の略中央部に略四角錐台形状の孔部２１が形成される（図２、図３参照）。

各伝達部材２０の略中央部に孔部２１が形成されたら、地盤改良体１４（伝達部材２０）の上部にコンクリートを打設して基礎部２４を構築する。その際、各伝達部材２０の略中央部に形成された孔部２１内にもコンクリートが入り込むため、基礎部２４の底面２４Ａには、各領域１８内へ突出する略四角錐台形状の突起部２２が一体に複数形成（構築）される。

このように、基礎部２４と複数の突起部２２とを共に構築すると、その工数が増加せず、簡単に構築することができる。そして、これにより、複数の突起部２２は、それぞれ杭２８によって支持される。つまり、複数の突起部２２を介して基礎部２４（建物２６）が、複数の杭２８によって支持される。したがって、建物２６による鉛直荷重は、その杭２８によって殆ど受け止められる。

また、これにより、建物２６の基礎部２４と地盤改良体１４とが、突起部２２及び伝達部材２０を介して一体的に接合される。したがって、図５で示すように、地震時に建物２６に作用する水平荷重Ｆは、その建物２６の基礎部２４から突起部２２を介して伝達部材２０に伝達され、その伝達部材２０から地盤改良体１４の側壁１４Ａの面外方向だけではなく、面内方向（図５で示す矢印Ｆｘ方向）へも確実に伝達される。よって、その水平荷重を地盤改良体１４に適切に負担させることができ、建物２６の耐震を図ることができる。

すなわち、格子状の地盤改良体１４で区画された複数の領域１８内には、それぞれ杭２８が設けられている。そして、各杭２８の上端面２８Ａは、各突起部２２の底面２２Ａに当接する（又は図示しない鉄筋等を介して接合される）構造になっているため、上記したように、建物２６による鉛直荷重は、その杭２８によって殆ど受け止められる。

したがって、従来では、基礎部２４と地盤改良体１４との接地圧が低減され、地震時において、地盤改良体１４に対する基礎部２４の摩擦抵抗を期待できない懸念があった。つまり、地震時に建物２６に作用する水平荷重が、基礎部２４から地盤改良体１４へ伝達され難く、その水平荷重を地盤改良体１４が適切に負担できない懸念があった。

しかしながら、本実施形態に係る基礎構造１０では、突起部２２及び伝達部材２０を介して、基礎部２４と地盤改良体１４とが一体的に接合される構造であるため、上記したように、地震時に建物２６に作用する水平荷重Ｆを、その建物２６の基礎部２４から突起部２２を介して伝達部材２０へ伝達することができ、その伝達部材２０から地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向（図５で示す矢印Ｆｘ方向）へ確実に伝達することができる。

よって、地盤改良体１４に対する基礎部２４の滑動を抑制又は防止することができ、上記した水平荷重を地盤改良体１４に適切に負担させることができる。なお、杭２８にも、地震時に建物２６に作用する水平荷重が伝達されるが、上記したように、その水平荷重の殆ど（一部）は地盤改良体１４に伝達されるため、杭２８へ伝達される水平荷重を小さく抑えることができる。これにより、杭２８の杭断面を小さくすることができる。

また、各伝達部材２０は、各領域１８内における地盤１２の表層を改良した改良地盤やコンクリート等の簡易な手段で構築することができる。したがって、本実施形態に係る基礎構造１０は、低コストで構築することができる。また、各伝達部材２０を改良地盤で構築した場合には、現場発生材を利用して上記水平荷重を地盤改良体１４に伝達できるようになるし、各伝達部材２０をコンクリートで構築した場合には、より確実に上記水平荷重を地盤改良体１４に伝達できるようになる。

以上、本実施形態に係る基礎構造１０について、図面に示す実施例を基に説明したが、本実施形態に係る基礎構造１０は、図示の実施例に限定されるものではない。例えば、突起部２２の形状は、図示の略四角錐台形状に限定されるものではなく、地震時に建物２６に作用する水平荷重を、その建物２６の基礎部２４から伝達部材２０を介して地盤改良体１４へ、効率よく確実に伝達させることができるような形状とされていればよい。

また、本実施形態に係る基礎構造１０は、地盤改良体１４と杭２８（パイルド・ラフト基礎構造）とが併用された場合に特に有効であるが、これに限定されるものではない。例えば、杭２８が全く設けられていない場合でも、傾斜地では有効となるし、杭２８が地盤改良体１４で区画された複数の領域１８内のうち、一部の領域１８内だけに設けられている場合でも有効となる。

１０ 基礎構造
１２ 地盤（地中）
１４ 地盤改良体
１５ 凹凸部
１６ 円柱体
１８ 領域
２０ 伝達部材
２１ 孔部
２２ 突起部
２４ 基礎部
２６ 建物（構造物）
２８ 杭

Claims (5)

1. 地中に格子状に構築された壁状の地盤改良体と、
   前記地盤改良体で区画された領域内へ突出する突起部を有し、前記地盤改良体の上部に構築された基礎部と、
   前記地盤改良体と前記突起部との間に介在され、前記地盤改良体と同等以上の強度を有する伝達部材と、
   を備えた地盤改良体を用いた基礎構造。
2. 前記突起部が杭で支持されている請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
3. 前記伝達部材は、地盤の表層を改良した改良地盤である請求項１又は請求項２に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
4. 前記伝達部材は、前記地盤改良体と前記基礎部との間に設けられたコンクリートである請求項１又は請求項２に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
5. 地中に壁状の地盤改良体を格子状に構築する工程と、
   前記地盤改良体で区画された領域に該地盤改良体よりも低く杭を設ける工程と、
   前記杭の頭部よりも上側の地盤の表層を改良して改良地盤とする工程と、
   前記杭の頭部まで前記改良地盤を掘削する工程と、
   前記杭の頭部に支持される突起部と前記地盤改良体の上部に支持される基礎部を構築する工程と、
   を含む地盤改良体の構築方法。

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