JP2015042820A - 基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】構造物に引抜き力やロッキングが生じても、水平荷重を地盤改良体に流すことができる基礎構造を提供する。
【解決手段】基礎構造は、地盤１４を改良した地盤改良体１０と、地盤改良体１０の上に構築された構造物の基礎部１２と、地盤改良体１０の下方の支持地盤１６に定着され、基礎部１２に緊張して固定されたアンカー部材１８と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、基礎構造に関する。

格子状に構築されて基礎下地盤の液状化防止機能を発揮する地盤改良体や、単に壁体として構築されて構造物を支持する地盤改良体がある。また、用途に応じて、地盤改良体に、構造物の鉛直荷重や水平荷重の一部を負担させることができる。
構造物の鉛直荷重及び水平荷重を、地盤改良体に負担させる技術には、例えば特許文献１がある。
特許文献１に記載の技術は、地盤改良体の基礎部との接地面に凹凸部（コッター）を形成し、構造物の自重による接地圧が、基礎部から凹凸部へ加えられた状態で、地震時等には、構造物からの水平荷重を、凹凸部を介して地盤改良体に流している。

特開２０１２−１０７４４６号公報

しかし、特許文献１の技術は、構造物を上方へ押し上げる引抜き力やロッキングに対する対策は開示されてない。このため、構造物に引抜き力やロッキングが作用した場合、構造物の基礎部から凹凸部へ加えられる接地圧が変化し、凹凸部を備えていても、基礎部から地盤改良体へ、水平荷重を流せなくなる可能性がある。

本発明は、上記事実に鑑み、構造物に引抜き力やロッキングが生じても、水平荷重を地盤改良体に流すことができる基礎構造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構造は、地盤を改良した地盤改良体と、前記地盤改良体の上に構築された構造物の基礎部と、前記地盤改良体の下方の支持地盤に定着され、前記基礎部に緊張して固定されたアンカー部材と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、アンカー部材により、基礎部から地盤改良体へ加えられる接地圧が、構造物の自重による接地圧以上に増加させられる。これにより、地盤改良体と基礎部との間の摩擦抵抗力又はせん断抵抗力を、構造物の自重のみが加えられる場合と比べて増大させることができる。更に、地震時等において、構造物に引抜き力やロッキングが生じても、基礎部と地盤改良体間の鉛直方向の相対移動が抑制され、基礎部から地盤改良体へ加えられる接地圧が確保される。この結果、基礎部に作用する水平荷重を地盤改良体へ流すことができる。
また、アンカー部材により、構造物が引抜き荷重を受けた場合の、浮き上がりや転倒等を防止することができるため、鋼管杭や場所打ち杭の本数を削減したり、杭径を低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基礎構造において、前記地盤改良体の上面又は前記地盤改良体の側面には、前記基礎部から水平荷重が伝達される凹凸部が形成されていることを特徴としている。

請求項２によれば、地盤改良体の上面又は側面に形成された凹凸部により、地震時等において基礎部に作用した水平荷重が、凹凸部のせん断抵抗力として受け止められ、地盤改良体へ伝達される。
このとき、アンカー部材により、基礎部から凹凸部へ加えられる接地圧が増大させられると共に、基礎部と地盤改良体の鉛直方向の相対移動が抑制される。この結果、構造物に引抜き力やロッキングが生じても、基礎部の浮き上がりが抑制され、基礎部に作用する水平荷重を、凹凸部を介して地盤改良体へ流すことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の基礎構造において、前記アンカー部材は、前記基礎部から斜めに設けられ、前記地盤改良体を貫通し又は前記地盤改良体を避けて、前記支持基盤に定着されていることを特徴としている。

請求項３によれば、基礎部の浮き上がりが、アンカー部材により斜めから抑制される。これにより、アンカー部材の取付け位置と方向を適切に選択することで、構造物の引抜き力に対する抵抗力を大きくすることができる。

本発明は、上記構成としてあるので、構造物に引抜き力やロッキングが生じても、水平荷重を地盤改良体に流すことができる基礎構造を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る基礎構造の基本構成を示す断面図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る基礎構造で使用される凹凸部の断面図であり、（Ｂ）は、他の凹凸部の斜視図であり、（Ｃ）はその平面図であり、（Ｄ）は他の凹凸部の斜視図であり、（Ｅ）はその平面図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る基礎構造で使用される他の凹凸部の断面図であり、（Ｂ）はその凹凸部の図３（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図であり、（Ｃ）はその斜視図である。を示す図である。 （Ａ）は、アンカー部材の側面図であり、（Ｂ）〜（Ｅ）は、いずれも、アンカー部材の施工方法を説明するための断面図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る基礎構造で使用されるアンカー部材の取付け位置を示す斜視図であり、（Ｂ）はアンカー部材の他の取付け位置を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る基礎構造の基本構成を示す断面図である。 （Ａ）は本発明の第３実施形態に係る基礎構造におけるアンカー部材の取付け位置を示す部分斜視図であり、（Ｂ）はその基礎構造の側面図である。 （Ａ）は本発明の第４実施形態に係る基礎構造の基本構成を示す断面図であり、（Ｂ）はその展開例を示す断面図である。 従来の基礎構造の基本構成を示す断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る基礎構造について、図１〜図５を用いて説明する。
図１の断面図に示すように、構造物４６の基礎部１２は、地盤１４を地盤改良した地盤改良体１０の上に構築されている。地盤改良体１０の上面と基礎部１２の下面が当接され、構造物４６の鉛直荷重が地盤改良体１０で支持される。これにより、地盤改良体１０の上面には、基礎部１２の下面から接地圧が加えられている。

また、地盤改良体１０は、地盤１４の下にある支持地盤１６の深さまで構築され、下面は支持地盤１６と接している。これにより、構造物４６の鉛直荷重は、地盤改良体１０を介して支持地盤１６に伝達される。

また、地盤改良体１０の上面であり、基礎部１２との接地面には、凹凸部（コッター）２０が形成されている。図２（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、コッター２０は、地盤改良体１０の側壁の方向と交差する方向に、凸部２１と凹部２３を繰り返し形成することで形成されている（例えば側壁の方向がＸ方向の場合には、コッター２０はＹ方向）。
図１に示すように、本実施形態のコッター２０は、凸部２１がＸ方向へ幅Ｗ１で形成され、凹部２３がＸ方向へ幅Ｗ２、Ｚ方向の深さＨ１で形成されている。一方、基礎部１２は、鉄筋コンクリートでコッター２０の形状に沿って形成され、下部が凹部２３へ入り込んでいる。

即ち、側面視において上下方向に、地盤改良体１０及び基礎部１２で凹凸部（段差部）が形成され、地盤改良体１０と基礎部１２が、互いに入り込んでいる。これにより、地震時や強風時等に発生する、基礎部１２からの水平荷重Ｐｈは、基礎部１２の凸部（地盤改良体１０の凹部２３）から、地盤改良体１０の凸部２１へ伝えられる。地盤改良体１０の凸部２１は、Ｘ方向の幅がＷ１で形成されており、破線４８で示すせん断面４８も、Ｘ方向の幅がＷ１とされている。ここに、Ｘ方向の幅Ｗ１は、凸部２１が水平荷重Ｐｈを受けた時、支持可能な寸法に設計されている。

また、基礎部１２には、アンカー部材１８の上端部１８Ｕが緊張して締結されている。ここに、アンカー部材１８の下端部１８Ｂは、地盤改良体１０の下にある支持地盤１６に定着されている。これにより、基礎部１２は、アンカー部材１８により、下方（地盤改良体１０の方）へ押下げる方向の張力を受けている。

この構成とすることにより、アンカー部材１８で、地盤改良体１０と基礎部１２の接地圧を、構造物４６の自重以上に増加させることができ、地盤改良体１０と基礎部１２との摩擦抵抗力、又はせん断抵抗力が確保される。この結果、構造物４６に引抜き力やロッキングが生じても（矢印で示す鉛直荷重Ｐｖ）、基礎部１２から地盤改良体１０へ加えられる接地圧が維持され、基礎部１２に作用する水平荷重Ｐｈを、地盤改良体１０へ流すことができる。
また、アンカー部材１８により、地震時や強風時等における構造物４６の浮き上がりや転倒等が抑制されるため、鋼管杭や場所打ち杭の本数の削減や、杭径の小径化を図ることができる。

更に、本実施形態では、地盤改良体１０の上面にコッター２０が形成されている。これにより、コッター２０が、基礎部１２に作用する水平荷重Ｐｈをせん断抵抗力として受けることができる。
また、地震時や強風時において、アンカー部材１８により、基礎部１２の浮き上がりが抑制されるため、構造物４６に引抜き力やロッキングが生じても、コッター２０の相対移動が抑制され、基礎部１２から地盤改良体１０への接地圧が維持される。この結果、コッター２０の凸部２１に生じるせん断面４８の位置が維持され、基礎部１２に作用する水平荷重Ｐｈを、コッター２０を介して地盤改良体１０へ流すことができる。

ここで、コッターの形状について、図２を用いて説明する。
コッターは、図２（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、地盤改良体１０の上面に、Ｘ方向へ所定の間隔（凸部２１の幅Ｗ１）をあけて、Ｘ方向へ幅Ｗ２の凸部２１と、幅Ｗ２の凹部２３で形成されている。いずれのコッターも、本実施形態で適用可能である。

具体的には、図２（Ａ）に示すように、地盤改良体５０の上面に形成された、凸部５４と凹部５６の間をつなぐ、基礎部５２と地盤改良体５０の当接面が、鉛直方向でなく傾斜していてもよい。構造体５１の自重及び図示しないアンカー部材により、基礎部５２から地盤改良体１０へ接地圧が加えられており、基礎部１２に作用する水平荷重Ｐｈを、コッター２０を介して地盤改良体５０へ流すことができる。

また、図２（Ｂ）の斜視図、及び図２（Ｃ）には、格子状の地盤改良体６０が示されている。地盤改良体６０は、Ｘ方向の地盤改良体６２と、Ｙ方向の地盤改良体６３を有し、地盤改良体６２と地盤改良体６３が、格子状に交差されている。地盤改良体６０は、液状化の防止を目的としている。地盤改良体６２と地盤改良体６３においても、それぞれの上面に、コッター（凸部６４、凹部６６）６５が形成されている。これにより、基礎部６１に作用する、直交する２方向の水平荷重を、コッター６５を介して地盤改良体６０へ流すことができる。同時に、地盤改良体６０で、地盤の液状化を防止できる。なお、アンカー部材の記載は省略している。

また、図２（Ｄ）の斜視図、及び図２（Ｅ）には、壁状の地盤改良体７０が示されている。地盤改良体７０は、Ｘ方向に構築されている。地盤改良体７０は、液状化の防止を目的とせず、図示しない基礎部の支持を目的としている。地盤改良体７０においても、上面に、コッター（凸部７４、凹部７６）７５が形成されている。これにより、基礎部に作用する水平荷重を、コッター７５を介して地盤改良体へ流すことができる。なお、アンカー部材の記載は省略している。

また、図３に示すように、コッター８５は、地盤改良体８０の側面に形成された凸部８４、凹部８６をそのまま利用する構成である。具体的には、図３（Ａ）の鉛直断面図、図３（Ｂ）のＸ−Ｘ線断面図、図３（Ｄ）の斜視図に示すように、地盤改良体８０の側面に形成された凸部８４、及び凹部８６により、水平荷重Ｐｈが、基礎部８１から地盤改良体８０へ流される。なお、アンカー部材の記載は省略している。

しかし、従来の構成では、構造物に引抜き力やロッキングが生じた場合、コッター８５の基礎部８１と地盤改良体８０の鉛直方向の相対位置が変化して、水平荷重を地盤改良体１０へ流せなくなる恐れがある。
これに対し、本構成においては、図示しないアンカー部材により、基礎部１２の浮き上がりを抑制し、接地圧を確保することができる。

次に、アンカー部材１８の施工方法について、図４を用いて説明する。
ここに、アンカー部材１８は、一般的な方法で施工すればよく、図４は一例である。
図４（Ａ）に示すように、アンカー部材１８は、アンカー下端部（定着部）１８Ｂとワイヤー部２６を有している。

先ず、アンカー下端部１８Ｂが、支持地盤１６に定定着される。具体的には、先ず、図示しない削孔機により、支持層までアンカー用の孔が削孔され、削孔された孔にケーシングパイプが挿入される。次に、ケーシングパイプの内部が洗浄された後、アンカー下端部１８Ｂがケーシングパイプに挿入される。

次ぎに、グラウト注入用のホースがケーシングパイプ内のアンカー下端部１８Ｂとの間に挿入され、ホースからケーシングパイプにグラウトが注入される。
次に、グラウトの硬化を待って、ケーシングパイプの上端部に加圧ヘッドが取り付けられる。加圧ヘッドで加圧された圧力により、ケーシングパイプが上方へ押し上げられ、ケーシングパイプが引き抜かれる。これにより、アンカー下端部１８Ｂが、支持地盤１６に定着される。

次に、アンカー部材１８のワイヤー部２６の上端部が、図４（Ｂ）〜（Ｅ）に示す手順で基礎部１２Ａに固定される。
先ず、図５（Ｂ）に示す、ワイヤー部２６の頭部処理加工が行なわれる。具体的には、地盤改良体１０の上面から突出された鋼管２４の上端部が、地盤改良体１０の上面位置で切断され、保護管２６Ｓに保護された状態のワイヤー部２６からワイヤーが露出させられる。また、所定の高さ（基礎部１２の厚さの範囲内）で保護管２６Ｓにスパイラル筋２８が取付けられる。また、スパイラル筋２８の上方で、保護管１２Ｓが露出させられる。

次に、図５（Ｃ）に示すように、地盤改良体１０の上に基礎コンクリートが打設され、基礎部１２の下層部である基礎部１２Ａが構築される。このとき、基礎部１２Ａには、スパイラル筋２８が埋め込まれる。ワイヤー部２６の先端部が、基礎部１２Ａの上から突出させられる。

次に、図５（Ｄ）に示すように、基礎部１２Ａの硬化後、基礎部１２Ａの上にジャッキ３０が取付けられ、ジャッキ３０により、ワイヤー部２６が上方へ引張られ、張力が加えられる。
最後に、図５（Ｅ）に示すように、ジャッキ３０の固定部だけが残され、固定部がワイヤー部２６の先端部を固定した状態で、ジャッキ３０の頭部に、頭部キャップ３２が取付けられる。続いて、ワイヤー部２６に張力が加えられた状態で、基礎部１２Ａの上に基礎部１２Ｂを構築する基礎コンクリートが打設され、ジャッキ３０の固定部と頭部キャップ３２が埋め込まれる。

ここに、図５（Ａ）に示すように、アンカー部材１８は、地盤改良体１０の内部を貫通させて鉛直下方へ取付ける。これにより、地盤改良体１０に、回転モーメントの発生を抑制して、張力を加えることができる。
また、図４（Ｂ）に示すように、アンカー部材１８の取付け位置を、地盤改良体１０の内部を貫通させる位置を避けて、地盤改良体１０の両側面としてもよい。これにより、地盤改良体１０に損傷を与えることなく、両側から挟んで張力を加えることができる。

次に、作用、効果について、従来の基礎構造と対比しながら説明する。
図９は、従来の基礎構造の断面図を示している。本実施形態とは、アンカー部材が設けられていない点において相違する。
従来の基礎構造においては、基礎部１２から地盤改良体１０へ加えられる接地圧は、構造物４６の自重のみで決定されていた。これにより、コッター２０には、構造物４６の自重に対応した大きさの、地盤改良体１０と基礎部１２との間の摩擦抵抗力又はせん断抵抗力が作用していた。この結果、構造物４６に引抜き力やロッキングが生じた場合、基礎部１２から地盤改良体１０へ加えられる接地圧が低減し、基礎部１２に作用する水平荷重を地盤改良体１０へ流すことができなくなる恐れがあった。

具体的には、引抜き力やロッキングが生じ、基礎部１２から地盤改良体１０へ加えられる接地圧が低減した場合、地盤改良体１０の凸部２１のせん断面４８の位置が変化してしまう。即ち、矢印Ｐｖで示す引抜き力やロッキングが生じない場合には、せん断面４８は、二点鎖線で示す位置Ａであるが、矢印Ｐｖで示す引抜き力やロッキングが生じた場合には、せん断面４８は、一点鎖線で示す位置Ｂとなる。位置Ｂは、位置Ａに比して面積が小さく、基礎部１２に作用する水平荷重を地盤改良体１０へ流すには不足する。

これに対し、本実施形態の構成とすることにより、基礎部１２から地盤改良体１０へ加えられる接地圧が、構造物４６の自重以上に増加させられる。これにより、地盤改良体１０と基礎部１２との間の摩擦抵抗力又はせん断抵抗力を、構造物４６の自重のみが加えられた場合に比べて、増大させることができる。この結果、構造物４６に、矢印Ｐｖで示す引抜き力やロッキングが生じても、基礎部１２から地盤改良体１０へ加えられる接地圧を確保し、基礎部１２に作用する水平荷重Ｐｈを地盤改良体１０へ流すことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る基礎構造について、図６を用いて説明する。
第２実施形態に係る基礎構造は、地盤改良体３４にコッターが設けられていない点において、第１実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。

図６の断面図に示すように、地盤改良体３４の上面及び側面には、コッターは設けられてなく、上面は平板状とされている。また、基礎部３６の下面も平板状とされ、地盤改良体３４と基礎部３６が平面で当接されている。
アンカー部材１８は、支持地盤１６に下端部１８Ｂが根入れされ、上端部１８Ｕは、基礎部３６に固定されている。

本実施形態によれば、アンカー部材１８が基礎部３６に作用させる張力により、基礎部３６から地盤改良体３４へ加えられる接地圧が、構造物４６の自重以上に増加させられる。これにより、地盤改良体３４と基礎部３６との間の、矢印Ｐｈ２で示す摩擦抵抗力又はせん断抵抗力が、構造物４６の荷重のみが加えられた場合に比べて増大させられる。

この結果、コッターがなくても、構造物４６に引抜き力やロッキングが作用しても、基礎部３６から地盤改良体３４へ加えられる接地圧が確保され、基礎部３６に作用する水平荷重Ｐｈを地盤改良体３４へ流すことができる。
他の構成は、第１実施形態に係る基礎構造と同一であり、説明は省略する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る基礎構造について、図７を用いて説明する。
図７（Ａ）のは斜視図、図７（Ｂ）の断面図を示すように、第３実施形態に係る基礎構造は、地盤改良体９０にアンカー部材１８が斜めに設けられている点において、第１実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。

アンカー部材１８は、地盤改良体９０、又は基礎部９２から斜め（鉛直線Ｃに対する傾斜角度θ１、θ２）に設けられている。アンカー部材１８は、地盤改良体９０の内部を貫通し、支持地盤１６に下端部が定着されている。これにより、アンカー部材１８の取付け位置と方向を適切に選択することで、構造物４６の引抜き力に対する抵抗力を大きくすることができる。

即ち、構造物４６に作用する引抜き力やロッキングが、矢印Ｐｖで示すように構造物４６に斜めに作用した場合、矢印Ｐｖと反対方向に、アンカー部材１８を斜めに設けておくことで、構造物４６の引抜き力に対する抵抗力を大きくすることができる。このとき、構造物４６に作用する引抜き力やロッキングが大きくなる程、基礎部９２から地盤改良体９０に加えられる接地圧が大きくされる。

なお、本実施形態においては、アンカー部材１８は、地盤改良体１１の貫通を避けて、地盤改良体１１の両サイドに配置して、支持地盤１６に定着させてもよい。また、本実施形態を、第２実施形態に係る基礎構造に適用しても良い。
また、アンカー部材１８を斜めに施工する場合であっても、アンカー部材１８の施工方法は、第１実施形態で説明した鉛直の場合と同じであり、説明は省略する。他の構成は、第１実施形態に係る基礎構造と同一であり、説明は省略する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る基礎構造について、図８を用いて説明する。
図８（Ａ）の断面図に示すように、第４実施形態に係る基礎構造は、構造物４６の基礎部４０が、杭２２で支持されている点において、第１実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。

構造物４６の基礎部４０の下には地盤改良体３８が設けられ、基礎部４０が地盤改良体３８で支持されている。また、基礎部４０は、支持地盤１６に根入れされたアンカー部材１８で緊張して固定されている。更に、基礎部４０は、下部が支持地盤１６に根入れされた杭２２で支持されている。なお、地盤改良体３８の上面には、コッターは設けられていない。

この構成とすることにより、基礎部４０から地盤改良体３８及び杭２２へ接地圧が加えられる。接地圧は、構造物４６の自重に、アンカー部材１８の緊結力が加わった圧力となる。この結果、構造物４６に、地震時や強風時等に矢印Ｐｖで示す上向きの力が作用しても、構造物４６の浮上りや転倒が抑制される。更に、アンカー部材１８により、杭２２の水平荷重Ｐｈに対する負担や、鉛直荷重Ｐｖに対する負担が軽減されるので、アンカー部材１８を用いない場合と比較して、杭径を小さくできる。

なお、変形例として、本実施形態は、図８（Ｂ）に示すように、地盤改良体４２を、基礎部４４の下部の一部に形成し、地盤改良体４２の位置にアンカー部材１８を取付ける構成としてもよい。これにより、地盤性状や施工コストを考慮した、適切な基礎構造を選択することができる。

また、本実施形態では、地盤改良体３８、及び地盤改良体４２の上面に、コッターを形成しない構成で説明した。しかしこれに限定されることはなく、コッターを地盤改良体の上に形成しても良い。また、本実施形態を、第３実施形態へ適用してもよい。
他の構成は、第１実施形態に係る基礎構造と同一であり、説明は省略する。

１０ 地盤改良体
１２ 基礎部
１４ 地盤
１６ 支持地盤
１８ アンカー部材
２０ コッター（凹凸部）
２１ 凸部
２３ 凹部
４６ 構造物

Claims (3)

1. 地盤を改良した地盤改良体と、
   前記地盤改良体の上に構築された構造物の基礎部と、
   前記地盤改良体の下方の支持地盤に定着され、前記基礎部に緊張して固定されたアンカー部材と、
   を有する基礎構造。
2. 前記地盤改良体の上面又は前記地盤改良体の側面には、前記基礎部から水平荷重が伝達される凹凸部が形成されている請求項１に記載の基礎構造。
3. 前記アンカー部材は、前記基礎部から斜めに設けられ、前記地盤改良体を貫通し又は前記地盤改良体を避けて、前記支持基盤に定着されている請求項１又は請求項２に記載の基礎構造。

Images