JP2011163081A - 地盤改良体を用いた基礎構造及びその構築方法 - Google Patents
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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の交差部18の周囲に入り込み、交差部18に接合された交差基礎部22と、地盤改良体14及び交差基礎部22の上部に構築された基礎部24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6
【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の交差部18の周囲に入り込み、交差部18に接合された交差基礎部22と、地盤改良体14及び交差基礎部22の上部に構築された基礎部24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6
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)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。
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、前記地盤改良体の交差部の周囲に入り込み、該交差部に接合された交差基礎部と、前記地盤改良体及び前記交差基礎部の上部に構築された基礎部と、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、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、その基礎部から地盤改良体の交差部における壁部の面内方向へ、交差基礎部を介して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、前記交差基礎部と前記基礎部とが、コンクリートで一体に構築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、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、基礎部及び交差基礎部を介して地盤改良体に確実に伝達することができる。
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に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記交差基礎部と前記基礎部との界面にコッターが設けられてい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、基礎部及び交差基礎部を介して地盤改良体に確実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〜請求項3の何れか1項に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記交差基礎部が、略角錐形状又は略円錐形状又は略ドーム形状に形成されてい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、地盤改良体に水平方向の荷重が伝達される際、交差基礎部が略角柱形状や略円柱形状に形成されているものに比べ、その地盤改良体が剪断され難くなるようにできる。
また、請求項5に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記交差基礎部に、前記交差部の頭部が呑み込まれていないことを特徴としている。
請求項5に記載の発明によれば、交差部の地盤改良体を洗い出す必要がない。
また、本発明に係る請求項6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、前記地盤改良体の交差部の周囲を掘削する工程と、前記交差部の周囲と前記地盤改良体の上部に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6に記載の発明によれば、基礎部と地盤改良体とが一体化される。したがって、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、その基礎部から地盤改良体の交差部における壁部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。
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。まず、第1実施形態について説明する。
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、図3〜図5で示すように、地盤改良体14の格子状(平面視略「十」字状)に交差する交差部18のうち、少なくとも一部(例えば1つおき)の交差部18の周囲における地盤12が、交差部18を構成する地盤改良体14を対角線とする平面視菱形状、好ましくは平面視正方形状の略四角錐形状となるように掘削され、所定の空隙Sを有する掘削部20が形成されるようになっている。
この掘削部20は、最も深い頂点(交差部18の交点)付近で、例えば約1m程度の深さとされており、地盤改良体14(地盤12)の上部にコンクリートを打設して、後述する基礎部24(図1、図6参照)を構築する際に、その掘削部20(空隙S)内にもコンクリートが入り込む(充填される)構造になっている。
そして、掘削部20(空隙S)内に入り込んで固化したコンクリートが交差基礎部22(図6参照)とされ、その交差基礎部22は、掘削部20を形成したために露出した地盤改良体14の交差部18に、一体的に接合されるようになっている。すなわち、掘削部20(空隙S)内に入り込んだコンクリートは、交差部18における側壁14Aに形成されている凹凸部15の凹部15Bに入り込むため、交差基礎部22は、その凹凸部15に対して噛み合うように接合される。
したがって、地盤改良体14の交差部18と交差基礎部22との接合強度が向上され、後述するように、地震時において、構造物としての建物26に作用する水平荷重が、その建物26の基礎部24から交差基礎部22及び交差部18を介して地盤改良体14へ伝達され、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。
図6で示すように、地盤改良体14の上部にはコンクリートが打設され、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、上記した交差基礎部22が基礎部24と共に一体に構築されるようになっている。なお、建物26の基礎部24は、地盤改良体14の上部に構築されるため、建物26による鉛直荷重は、地盤改良体14に直接伝達される。
一方、地震時に建物26に作用する水平荷重は、その建物26の基礎部24から交差基礎部22及び交差部18を介して地盤改良体14へ伝達されるようになっている。すなわち、基礎部24と一体に構築された交差基礎部22は、地盤改良体14の交差部18に一体的に接合されているため、地震時に図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、地盤改良体14の側壁14Aの面内方向(円柱体16の並び方向)へ伝達される。
なお、交差基礎部22(掘削部20)の形状は、図示の略四角錐形状に限定されるものではなく、例えば略円錐形状や略ドーム形状としてもよい。但し、交差基礎部22(掘削部20)を略四角錐形状に形成すると、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から交差基礎部22及び交差部18を介して地盤改良体14へ効率よく伝達させることができる。
すなわち、交差基礎部22が略四角錐形状であると、図7で示すように、地盤改良体14の側壁14Aに接合されている(凹凸部15に噛み合っている)面の外縁側である稜線部22Aは、水平方向に対して所定角度θで傾斜しているため、交差基礎部22から地盤改良体14へ伝達される水平荷重Fは、その稜線部22Aに沿った方向と、その稜線部22Aに直交する方向とに分散され、地盤改良体14が剪断され難くなる(剪断力で壊れ難くなる)。
つまり、例えば図14で示すように、交差基礎部22が略四角柱形状の交差基礎部122とされている場合には、地盤改良体14の側壁14Aに接合されている(凹凸部15に噛み合っている)面の外縁側は、鉛直方向に延在する稜線部122Aとなるため、交差基礎部122から地盤改良体14へ伝達される水平荷重Fは、その水平方向へ集中し、地盤改良体14が剪断され易くなって(剪断力で壊れ易くなって)、図14の仮想線で示すように、地盤改良体14に亀裂Cが生じるおそれがある。
これに対し、本実施形態に係る交差基礎部22は、略四角錐形状とされ、地盤改良体14の側壁14Aに接合される面の稜線部22Aが、水平方向に対して所定角度θ(例えばθ=30°)で傾斜された構造になっているため、上記したように、地震時において、建物26に作用する水平荷重Fは、その稜線部22Aから、地盤改良体14の側壁14Aの面内方向へ効率よく(稜線部22Aに沿った方向と稜線部22Aに直交する方向とに分散されて)伝達される。よって、地盤改良体14に亀裂Cが生じるおそれがない。
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。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、その地盤12を地盤改良体14の頭部(上端面)14B(図2〜図5参照)が露出するまで(約1m〜2m程度)掘削し、その後、地盤改良体14の交差部18の周囲を、その交差部18を構成する地盤改良体14が対角線となるような略四角錐形状に掘削する。
こうして、交差部18の周囲を掘削し、所定の空隙Sを有する掘削部20を形成したら、地盤改良体14の上部に基礎部24を構築する。すなわち、地盤改良体14の頭部14Bが露出している地盤12の上部にコンクリートを打設する。すると、このコンクリートは、地盤改良体14の交差部18の周囲に形成された掘削部20(空隙S)内にも入り込むため、基礎部24と一体に交差基礎部22が形成される。このように、基礎部24と交差基礎部22とを共に構築すると、その工数が増加せず、構造が簡易で済む。
また、この交差基礎部22は、地盤改良体14の交差部18における側壁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、この交差基礎部22は、地盤改良体14の交差部18と一体的に接合されるようにして構築される。したがって、交差基礎部22と交差部18とは強固に接合され、それらを介して基礎部24と地盤改良体14とが一体化される。
こうして、建物26の基礎部24と地盤改良体14とが、交差基礎部22及び交差部18を介して一体化されると、地震時に建物26に作用する水平荷重は、その建物26の基礎部24から交差基礎部22及び交差部18を介して地盤改良体14の側壁14Aの面内方向(図3で示す矢印HRx方向又は矢印HRy方向)へ伝達される。その際、交差基礎部22は略四角錐形状に形成されているので、上記したように、その水平荷重は効率よく側壁14Aの面内方向へ伝達される。したがって、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。
また、このような基礎構造10であると、図8、図9で示すように、パイルド・ラフト基礎構造を併用した場合において、即ち地盤改良体14と杭28とを併用した場合において、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る。
すなわち、格子状とされた地盤改良体14の複数の区画内のうち、少なくとも一部の区画内には、円柱状の杭28が設けられることがある。この杭28の上端面28Aは、基礎部24の底面24Aに当接する構造になっており、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ようになっている。
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場合があった。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場合があった。
しかしながら、本実施形態に係る基礎構造10では、交差基礎部22及び交差部18を介して、基礎部24と地盤改良体14とが一体化(一体的に接合)される構造であるため、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から地盤改良体14の側壁14Aの面内方向へ確実に伝達することができる。よって、杭28が設けられる構造であっても、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、建物26の耐震を図ることができる。
また、このように、地盤改良体14と杭28とを併用した場合には、その杭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は地盤改良体14に伝達される構造になっているので、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。
また、本実施形態に係る基礎構造10では、交差部18の周囲を掘削する際に、図10で示すように、その交差部18の頭部18Aをはつって(少しだけ削り取って)しまっても構わない。この場合、掘削部20によって露出される地盤改良体14の側壁14Aの表面積が低減されるため、その側壁14Aに対して洗い出し等を行う必要がない。よって、工数の低減が図れる。
なお、交差部18の頭部18Aがはつられて(少しだけ削り取られて)、その頭部18Aが交差基礎部22内に殆ど呑み込まれないような構造になっても、交差基礎部22は、その稜線部22Aが、地盤改良体14の側壁14A(凹凸部15)と一体的に強固に接合されているので、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から地盤改良体14へ確実に伝達することができる。
次に、第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同等の部位には、同じ符号を付して詳細な説明(作用も含む)は省略する。図11〜図13で示すように、この第2実施形態では、交差基礎部22と基礎部24とが別体とされ、コッターとしての複数(図示のものは4個)の鋼管30が、その交差基礎部22と基礎部24の界面23に介在するように(界面23を跨ぐように)設けられている。
すなわち、図11、図12で示すように、交差部18を構成する地盤改良体14を対角線とした略四角錐形状に掘削された掘削部20において、各側壁14Aの間に形成されている4箇所の空隙S内には、それぞれ所定の高さとされた鋼管30が配置されている。なお、このとき、その鋼管30は、界面23よりも上方へ所定高さ突出するような高さとされている。
この状態で、掘削部20(空隙S)内にコンクリートが打設されると、鋼管30の上端部(一部)30Aが界面23から突出した交差基礎部22が構築され、交差基礎部22と鋼管30とが一体化(一体的に接合)される。その後、地盤改良体14及び交差基礎部22の上部にコンクリートが打設されて基礎部24が構築されるが、その際、鋼管30の上端部30Aがコンクリートに呑み込まれ、基礎部24と一体化(一体的に接合)される(図13参照)。
これにより、交差基礎部22と基礎部24とが、その複数(4個)の鋼管30により(鋼管30を介して)一体的に強固に接合される。したがって、地震時に建物26に作用する水平荷重は、その建物26の基礎部24から交差基礎部22及び交差部18を介して地盤改良体14の側壁14Aの面内方向へ効率よく、かつ確実に伝達される。
つまり、交差基礎部22と基礎部24との界面23に跨がるように鋼管30を介在させた第2実施形態に係る基礎構造10においても、上記第1実施形態と同等の効果が得られる。なお、この第2実施形態に係る基礎構造10では、掘削部20(空隙S)内に複数の鋼管30を設けるだけでよいため、その構造が簡易で済む。
また、交差基礎部22と基礎部24とを接合するコッターとしては、図示した複数の鋼管30に限定されるものではなく、例えば図示しない複数の篭筋やH鋼等でもよい。更に、掘削部20の空隙S内に鋼管30を配置した後、上記第1実施形態と同様にコンクリートを打設して、交差基礎部22と基礎部24とを共に構築するようにしてもよい。この場合、基礎部24に対する交差基礎部22の剛性を鋼管30によって高めることができる。
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、交差基礎部22を形成する交差部18は、地盤改良体14の外周部のように、平面視略「T」字状に交差する部位も含まれる。なお、この場合の交差基礎部22(掘削部20)は、平面視二等辺三角形状の略三角錐形状となる。
何れにしても、交差基礎部22(掘削部20)は、略角錐形状とすることが望ましく、これによれば、地盤改良体14が、地震時に建物26に作用する水平荷重により剪断され難くなる。つまり、これによれば、地震時に建物26に作用する水平荷重は、地盤改良体14の側壁14Aの面内方向へ効率よく、かつ確実に伝達される。
また、交差基礎部22は、全ての交差部18に設ける必要はなく、基礎部24と地盤改良体14(杭28)との摩擦抵抗だけでは不足する分だけ、少なくとも設けてあればよい。
10 基礎構造
12 地盤(地中)
14 地盤改良体
14A 側壁(壁部)
15 凹凸部
16 円柱体
18 交差部
18A 頭部
20 掘削部
22 交差基礎部
23 界面
24 基礎部
26 建物(構造物)
28 杭
30 鋼管(コッター)
12 地盤(地中)
14 地盤改良体
14A 側壁(壁部)
15 凹凸部
16 円柱体
18 交差部
18A 頭部
20 掘削部
22 交差基礎部
23 界面
24 基礎部
26 建物(構造物)
28 杭
30 鋼管(コッター)
Claims (6)
- 地中に格子状に構築された壁状の地盤改良体と、
前記地盤改良体の交差部の周囲に入り込み、該交差部に接合された交差基礎部と、
前記地盤改良体及び前記交差基礎部の上部に構築された基礎部と、
を備えた地盤改良体を用いた基礎構造。 - 前記交差基礎部と前記基礎部とが、コンクリートで一体に構築されている請求項1に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
- 前記交差基礎部と前記基礎部との界面にコッターが設けられている請求項1に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
- 前記交差基礎部が、略角錐形状又は略円錐形状又は略ドーム形状に形成されている請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
- 前記交差基礎部に、前記交差部の頭部が呑み込まれていない請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
- 地中に壁状の地盤改良体を格子状に構築する工程と、
前記地盤改良体の交差部の周囲を掘削する工程と、
前記交差部の周囲と前記地盤改良体の上部に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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JP2015042820A (ja) * | 2013-08-26 | 2015-03-05 | 株式会社竹中工務店 | 基礎構造 |
JP2020204177A (ja) * | 2019-06-17 | 2020-12-24 | 株式会社竹中工務店 | 基礎構造及び基礎工法 |
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