JP2015001047A

JP2015001047A - 構造物の不同沈下対策構造

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Publication number: JP2015001047A
Application number: JP2013124296A
Authority: JP
Inventors: 俊昌長尾; Toshimasa Nagao; 菜都美金田; Natsumi Kaneda
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2015-01-05
Anticipated expiration: 2033-06-13
Also published as: JP6259591B2

Abstract

【課題】直接基礎以外の杭基礎などにも適用できるとともに、構造計算に適合できる構造物の不同沈下対策構造を提供する。【解決手段】構造物２の荷重を、基礎３を介して地盤４に伝える不同沈下対策構造１において、基礎３と、地盤４または杭５の杭頭部との間に、沈下量制御手段１０（２０）が設けられており、沈下量制御手段１０は、縦方向に伸縮する伸縮ジャッキ１１と、伸縮ジャッキ１１の液圧を調整するレギュレータ１７とを備えており、設定液圧値以上の圧力が作用すると伸縮ジャッキ１１が縮むように構成されていることを特徴とする。一方、沈下量制御手段２０は、縦方向に伸縮するバネ部材２１を備えて構成されていてもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、構造物の基礎形式に依存することなく、不同沈下を低減できる構造物の不同沈下対策構造に関する。

構造物を支持する地盤は、基礎形式（直接基礎・杭基礎・併用基礎）に関わらず、構造物の鉛直荷重によって沈下が発生する。沈下は、構造物の重量やその形状、および地盤の不均一特性などが影響して、構造物の直下で場所ごとに異なる沈み方をする。この現象は不同沈下と呼ばれている。基礎の不同沈下は構造物に付加応力を与えるため、通常は不同沈下量が許容値以下になるような基礎形式を選択するなどして、基礎梁に発生する応力に耐えられるような基礎構造（基礎梁）の設計を行っている。

一方、不同沈下量を低減できれば、杭基礎を直接基礎に変更したり、基礎梁の梁背を小さくしたりすることが可能になるなど、合理的で経済的な基礎を実現可能となることから、近年では、不同沈下量を低減できる基礎構造物が開発されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の基礎構造物は、直接基礎を対象として、沈下量が相対的に小さくなる位置の基礎版と地盤との間に、地盤のヤング率より小さいヤング率を有する沈下増幅材（例えば発泡スチロールやスタイロホーム）を敷設することで、その部分の基礎の沈下量を増大させ、沈下量が大きい部分との沈下量の差を小さくするようになっていた。

特許第３７６０６１８号公報

しかしながら、特許文献１の基礎構造物では、沈下増幅材が発泡スチロールやスタイロホームなどからなるシート材またはブロック材にて構成されているので、適用できるのが直接基礎に限定されていた。特許文献１の沈下増幅材では、ヤング率を設定するに当たり発泡率の異なる材料から選択することしかできず、選択可能なヤング率の選択肢が少ないため、構造計算に適合した沈下増幅材を得られない問題があった。また、直接基礎の場合、沈下増幅材の敷設範囲を厳密に設定することが困難であり、広範囲に敷設する必要があった。

このような観点から、本発明は、直接基礎以外の杭基礎などにも適用できるとともに、構造計算に適合できる構造物の不同沈下対策構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、構造物の荷重を、基礎を介して地盤に伝える不同沈下対策構造において、前記基礎と、地盤または杭の杭頭部との間に、沈下量制御手段が設けられており、前記沈下量制御手段は、縦方向に伸縮する伸縮ジャッキと、当該伸縮ジャッキの液圧を調整するレギュレータとを備えており、設定液圧値以上の圧力が作用すると前記伸縮ジャッキが縮むように構成されていることを特徴とする構造物の不同沈下対策構造である。

設定液圧値は、伸縮ジャッキが負担する構造物の荷重に対応する圧力とすればよい。沈下量が相対的に大きい他の部分が沈下して伸縮ジャッキの負担荷重が増加すると、伸縮ジャッキが縮んで他の部分との沈下量の差を小さくできる。また、このような構成によれば、沈下量制御手段に伸縮ジャッキを用いたことで杭上にも設置可能であるとともに、伸縮ジャッキの設定液圧値を任意に適宜設定できるので、構造計算に適合した沈下量制御装置を得られる。

請求項２に係る発明は、構造物の荷重を、基礎を介して地盤に伝える不同沈下対策構造において、前記基礎と、地盤または杭の杭頭部との間に、沈下量制御手段が設けられており、前記沈下量制御手段は、縦方向に伸縮するバネ部材を備えて構成されていることを特徴とする構造物の不同沈下対策構造である。

このような構成によれば、バネ部材は、完成竣工時に構造物の荷重を受けて所定高さに縮んでいるが、時間の経過によって沈下量が相対的に大きい他の部分が沈下してバネ部材の負担荷重が増加するとバネ部材がさらに縮むので、他の部分との沈下量の差を小さくできる。また、沈下量制御手段にバネ部材を用いたことで杭上にも設置可能であるとともに、任意のバネ定数のバネを任意に適宜選択できるので、構造計算に適合した沈下量制御装置を得られる。

請求項３に係る発明は、前記地盤内の地下水位が前記基礎より高い場合に、前記沈下量制御手段は、前記基礎の底部で遮水された空間に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造物の不同沈下対策構造である。遮水された空間とは、たとえば、地下室や遮水ピットを言う。このような構成によれば、沈下量制御手段が、遮水された空間に設けられるので、地下水による浮力の影響を受けなくて済む。

本発明によれば、直接基礎以外の杭基礎などにも適用できるとともに、構造計算に適合できる構造物の不同沈下対策構造を提供できる。

本発明の第一実施形態に係る不同沈下対策構造を適用した構造物を示した図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は基礎の平面図である。本発明の第一実施形態に係る不同沈下対策構造の沈下量制御手段を示した概略断面図である。沈下量制御手段の設置構造の変形例を示した概略断面図である。弾性地盤上の等分布荷重による沈下分布を示した断面図である。各種基礎構造による沈下分布を示した断面図であって、（ａ）はフーチング基礎（基礎梁なし）を用いた場合の図、（ｂ）はフーチング基礎（基礎梁あり）を用いた場合の図、（ｃ）はフーチング基礎（基礎梁あり）に不同沈下対策構造を適用した場合の沈下前の図、（ｄ）はフーチング基礎（基礎梁あり）に不同沈下対策構造を適用した場合の沈下後の図である。本発明の第二実施形態に係る不同沈下対策構造の沈下量制御手段を示した概略断面図である。異なる基礎地盤上の構造物に不同沈下対策構造を適用した場合を示した断面図である。異なる形状の構造物に不同沈下対策構造を適用した場合を示した断面図である。

図１に示すように、本発明の第一実施形態に係る不同沈下対策構造１は、構造物２の荷重を、基礎３を介して地盤４に伝えるものである。基礎３と杭５の杭頭部との間には、沈下量制御手段１０が設けられている。本実施形態の基礎３は、所定間隔をあけて設けられた複数のフーチング基礎３ａと、隣り合うフーチング基礎３ａ同士を連結する基礎梁３ｂとを備えて構成されている。なお、フーチング基礎３ａは模式的に断面矩形で図示している。杭５は支持杭であって、表層地盤４ａの下側の支持地盤４ｂまで延在して、支持地盤４ｂに支持されている（図１の（ａ）参照）。

沈下量制御手段１０は、不同沈下量に応じて作用するものである（具体的な動作は後述する）。沈下量制御手段１０は、基礎３のうち、沈下量が相対的に小さい位置に設けられている。本実施形態では、基礎３の四隅に設けられたフーチング基礎３ａの下部に設けられている（図１の（ｂ）参照）。

図２に示すように、沈下量制御手段１０は、伸縮ジャッキ１１とレギュレータ１７とを備えている。伸縮ジャッキ１１は、縦方向に延在しており、縦方向に伸縮するようになっている。伸縮ジャッキ１１は、例えば油圧シリンダにて構成されており、シリンダ１２と、シリンダ１２内を軸方向に移動するピストン１３とを備えている。シリンダ１２の内壁とピストン１３とで区画された圧力室１４には、作動油が充填されている。圧力室１４には、作動油が貯蔵される貯蔵タンク１５に繋がる流路１６が接続されている。なお、伸縮ジャッキ１１は、油圧ジャッキに限定されるものではなく、圧力室１４に充填される流体は作動油以外のものになる場合もある。

レギュレータ１７は、伸縮ジャッキ１１の圧力室１４内の液圧を調整する弁であり、圧力室１４内の液圧が設定液圧値以上になると開弁する。レギュレータ１７が開弁すると、圧力室１４内の作動油が貯蔵タンク１５に放出され、伸縮ジャッキ１１が縮む。設定液圧値は、伸縮ジャッキ１１上に設けられている柱軸力に相当する荷重で生じる圧力（伸縮ジャッキ１１が負担する構造物２の荷重に対応する圧力）に設定されている。レギュレータ１７は、例えば電磁弁からなり、圧力室１４内の液圧を計測する圧力センサ（図示せず）からの信号（液圧が設定液圧値以上になった信号）を受けて開弁する。なお、レギュレータ１７を開弁する構造は、これに限定されるものではなく、圧力センサ（図示せず）からの信号を見た管理人が、手動で開弁するようにしてもよい。

なお、図２においては、フーチング基礎３ａの下端面と、杭５の杭頭部との間に沈下量制御手段１０を配置したが、これに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、伸縮ジャッキ１１のシリンダ１２部分をフーチング基礎３ａに埋設するようにしてもよい。このようにすれば、沈下量制御手段１０の設置スペースを省略でき、基礎３の高さを低くすることができる。

次に、第一実施形態に係る不同沈下対策構造１の作用効果と沈下量制御手段１０の動作を、不同沈下が発生するメカニズムと比較して説明する。

図４に示すように、一定のヤング率を持つ地盤４（支持地盤４ｂ）上に等分布荷重が作用すると、荷重中心付近（建物中央部）の沈下量が大きく、端部になるほど沈下量が小さくなるため、相対的な沈下量の差が発生し、不同沈下が起こる。これを構造物２の基礎３に対応させると、図５の（ａ）および（ｂ）に示すようになる。図５の（ａ）は、独立基礎を用いた場合を示しており、建物内側のフーチング基礎３ａと建物外側のフーチング基礎３ａとは連結されていない。この場合、建物内側のフーチング基礎３ａには、建物外側のフーチング基礎３ａよりも多くの荷重がかかるので、建物内側の建物内側のフーチング基礎３ａの沈下量は、建物外側のフーチング基礎３ａの沈下量よりも大きくなり、相対的な沈下量の差（不同沈下量）δ_０が発生している。

図５の（ｂ）は、建物内側のフーチング基礎３ａと建物外側のフーチング基礎３ａが基礎梁３ｂによって連結されている。この場合、建物内側のフーチング基礎３ａの鉛直荷重の一部が、基礎梁３ｂを介して建物外側のフーチング基礎３ａに伝達される結果、地盤４が受ける鉛直荷重分布が変化する（内側の荷重が減って外側の荷重が増える）ので、不同沈下量δ_１はδ_０よりも小さくなる。このように、基礎梁３ｂがあることで、基礎３の不同沈下量は低減されるが、基礎梁３ｂには、不同沈下に伴う断面力（せん断力と曲げモーメント）が発生することになる。通常の設計では、前記不同沈下量δ_０が許容値以下になるように基礎梁３ｂの設計を実施するが、設計が困難な場合には、沈下量を減じるために直接基礎から杭基礎への変更や、杭基礎の大径化や長尺化などを選択しなければならないため、建設コストの増大を招いていた。

これに対して、第一実施形態に係る不同沈下対策構造１（図５の（ｃ）参照）によれば、基礎３のうち、沈下量が相対的に大きい他の位置（建物内側）のフーチング基礎３ａが沈下すると、基礎梁３ｂによって建物外側（四隅）のフーチング基礎３ａにせん断力が伝達されて、建物外側（四隅）のフーチング基礎３ａに作用する鉛直荷重が増加するので、伸縮ジャッキ１１に設定液圧値以上の圧力が作用する。このとき、レギュレータ１７が作動（開弁）して作動油を放出することで、伸縮ジャッキ１１が縮まり、図５の（ｄ）に示すように、建物外側のフーチング基礎３ａが、建物内側のフーチング基礎３ａと同等の深さまで沈下する。これによって、建物外側のフーチング基礎３ａに、基礎梁３ｂからせん断力が伝達されなくなるので、圧力室１４内の液圧が設定液圧値に戻り、レギュレータ１７が閉弁する。本実施形態では、レギュレータ１７を電磁弁にて構成し、圧力室１４内の液圧の昇降に連動して弁の開閉を行っているので、前記の動作が細かく繰り返され、建物外側（四隅）のフーチング基礎３ａが、建物内側のフーチング基礎３ａの沈下と略同時に沈下することになり、圧力室１４内の液圧が一定値（設定液圧値）に保持される。つまり、建物内側のフーチング基礎３ａの沈下により基礎梁３ｂに発生するせん断力を限りなく無くすように、レギュレータ１７を開弁して伸縮ジャッキ１１を縮めているので、建物内側のフーチング基礎３ａと建物外端部のフーチング基礎３ａとの相対的な沈下量の差（不同沈下量）を限りなく無くす（δ≒０）ことができる。なお、レギュレータ１７の開弁を手動で行う際には、レギュレータ１７を開弁するまでの間は不同沈下が発生し、開弁することによって不同沈下量を無くすことができる。レギュレータ１７の開弁操作を行う時間間隔を短くすれば、建物内側のフーチング基礎３ａと建物外端部のフーチング基礎３ａとの相対的な沈下量の差（不同沈下量）を限りなく無くす（δ≒０）ことができる。

以上のように、かかる不同沈下対策構造１によれば、不同沈下の発生を抑制することができる。さらに、基礎梁３ｂに発生するせん断力を限りなく無くすことができるので、基礎梁３ｂの梁せいを小さくでき、梁主筋量およびコンクリート量を低減可能となる。また、直接基礎から杭基礎への変更や、杭基礎の大径化や長尺化などを選択しなくて済むので、建設コストの増大を防止できる。

また、沈下量制御手段１０を伸縮ジャッキ１１によって構成しているので、フーチング基礎３ａと杭５との間に設置することができる。したがって、不同沈下対策構造１は、適用可能な基礎形式が限定されることがなく、直接基礎、杭基礎および杭併用べた基礎（パイルド・ラフト基礎）など、種々の基礎形式に適用することができる。特に、構造物２の重量を杭５に集中させる杭基礎形式に適用できる点は、特許文献１では為し得ない。また、伸縮ジャッキ１１の設定液圧値を、建物の荷重条件に応じて任意に適宜設定できるので、基礎梁３ｂに発生するせん断力を限りなく無くすようにした沈下量制御装置を個別に製作して得られる。

なお、地下室を有する構造物の基礎構造物の直下で地下水位が高い場合、浮力の作用によって部分的に建物荷重が地盤に伝達されない状態（有効接地圧が０となる）となることがあり、そうした部分では、従来の沈下増幅材では有効に作用しないおそれがあった。このように地盤４内の地下水位が構造物２の基礎３の位置より高い場合には、沈下量制御手段１０は、基礎３の底部で遮水された空間に設けるようにする。遮水された空間は、たとえば地盤４側と区画された地下室や遮水ピットにて構成されている。このように、沈下量制御手段１０を、地下室内や遮水ピット内に設けると、構造物２の下方の地下水位が高い場合であっても、地下水による浮力の影響を受けなくて済む。

次に、本発明の第二実施形態に係る不同沈下対策構造１を説明する。第二実施形態に係る不同沈下対策構造１では、図６に示すように、沈下量制御手段２０がバネ部材２１にて構成されている。沈下量制御手段２０は、第一実施形態の沈下量制御手段１０と同様に、構造物２の四隅に設けられたフーチング基礎３ａと杭５の杭頭部との間に設けられている。バネ部材２１は、コイルバネにて構成されている。バネ部材２１は、縦方向に伸縮するように配置されている。バネ部材２１を地盤２に敷設された基礎版（図示せず）上に設置した場合、バネ部材２１は、バネ部材２１の上端における沈下量がバネ部材を介さない場合の構造物２の沈下量より大きくなるような縦弾性係数を有しているのが好ましい。より好ましくは、バネ部材２１は、支持地盤４ｂのヤング率よりも小さな縦弾性係数を有しているのが良い。

具体的には、バネ部材２１の上端部はフーチング基礎３ａの下面に固定され、バネ部材２１の下端部は杭５の上端面に固定されている。バネ部材２１は、構造物２の完成竣工時において、バネ部材２１上に設けられている柱軸力に相当する荷重で生じる圧力（以下、「初期圧力」という）が作用しており、既に縮んだ状態（以下、「初期状態」という）となっている。

このような沈下量制御手段２０によれば、沈下量が相対的に大きい建物内側のフーチング基礎３ａが沈下すると、基礎梁３ｂによって建物外側（四隅）のフーチング基礎３ａにせん断力が伝達され、フーチング基礎３ａ上に初期状態の圧力（初期圧力）以上の圧力が作用する。これによって、バネ部材２１が初期状態よりもさらに縮むので、建物外側のフーチング基礎３ａが沈下する。なお、バネ部材２１は、基礎梁３ｂからのせん断力によって初期圧力より増加した圧力と、バネ部材２１の復元力がバランスするように縮んでいる。これによって、建物内側のフーチング基礎３ａの沈下量と、建物外側のフーチング基礎３ａの沈下量との差が小さくなるので不同沈下を抑制することができる。ここで、バネ部材２１を支持地盤４ｂのヤング率よりも小さな縦弾性係数を有しているものとすれば、バネ部材２１の縮み量を大きくできるので、建物内側のフーチング基礎３ａの沈下量と、建物外側のフーチング基礎３ａの沈下量との差をより一層小さくできる。

また、第二実施形態に係る不同沈下対策構造１によれば、沈下量制御手段２０をバネ部材２１によって構成しているので、フーチング基礎３ａと杭５との間に設置することができる。したがって、不同沈下対策構造１は、適用可能な基礎形式が限定されることがなく、直接基礎、杭基礎およびこれらの併用基礎など、種々の基礎形式に適用することができる。また、バネ部材２１を所望のバネ定数のものに交換することで、弾性係数の値を任意に設定できるので、設置する地盤条件に応じてバネ部材２１を任意に選択して、最適な沈下量制御手段２０を個別に製作して得ることができる。

さらに、本実施形態においても、地盤４内の地下水位が構造物２の基礎３の位置より高い場合には、バネ部材２１は、基礎３の底部で、たとえば地下室や遮水ピットなどの遮水された空間に設けるようにする。このように、バネ部材２１を、地下室内や遮水ピット内に設けると、構造物２の下方の地下水位が高い場合であっても、地下水による浮力の影響を受けなくて済む。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。たとえば、前記実施形態では、沈下量制御手段１０（２０）は、構造物２の四隅に設けられたフーチング基礎３ａの下部に設けられているがこれに限定されるものではない。沈下量制御手段１０（２０）の設けられる位置は、構造物２の形状や上部の自重、並びに地盤４の形状に応じて適宜設定されるものである。

たとえば、図７に示すように、支持地盤４ｂが構造物２の下方で傾斜して、構造物２の一部が杭５で支持されている場合は、構造物２の鉛直荷重は、建物中央部が大きく、端部になるほど小さくなるため、沈下量制御手段１０は、建物外側の基礎３の下部に設置すればよい。このような位置に沈下量制御手段１０を設置すれば、前記実施形態と同様の作用効果を得られる。

また、図８に示すように、構造物２が高層部２ａと低層部２ｂとを備えてなる場合には、沈下量制御手段１０は、低層部２ｂの基礎３の下部に設置すればよい。このような位置に沈下量制御手段１０を設置すれば、高層部２ａの鉛直荷重によって、低層部２ｂが下方に引っ張られて沈下量制御手段１０が縮むことになるので、前記実施形態と同様の作用効果を得られる。

さらに、前記実施形態では杭５は支持地盤４ｂに支持される支持杭であるが、摩擦杭であっても本発明は適用可能である。

１不同沈下対策構造
２構造物
３基礎
３ａフーチング基礎
３ｂ基礎梁
４地盤
５杭
１０沈下量制御手段
１１伸縮ジャッキ
１７レギュレータ
２０沈下量制御手段
２１バネ部材

Claims

構造物の荷重を、基礎を介して地盤に伝える不同沈下対策構造において、
前記基礎と、地盤または杭の杭頭部との間に、沈下量制御手段が設けられており、
前記沈下量制御手段は、縦方向に伸縮する伸縮ジャッキと、当該伸縮ジャッキの液圧を調整するレギュレータとを備えており、設定液圧値以上の圧力が作用すると前記伸縮ジャッキが縮むように構成されている
ことを特徴とする構造物の不同沈下対策構造。
構造物の荷重を、基礎を介して地盤に伝える不同沈下対策構造において、
前記基礎と、地盤または杭の杭頭部との間に、沈下量制御手段が設けられており、
前記沈下量制御手段は、縦方向に伸縮するバネ部材を備えて構成されている
ことを特徴とする構造物の不同沈下対策構造。
前記地盤内の地下水位が前記基礎より高い場合に、
前記沈下量制御手段は、前記基礎の底部で遮水された空間に設けられている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造物の不同沈下対策構造。