JP2017179740A - 基礎構造の設計方法及び基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、上記の事実を考慮し、地震時に、上部構造体から地盤改良体に水平力を伝達しつつ、杭の杭頭部の破損を抑制することを目的とする。【解決手段】地盤１８に埋設され、当該地盤１８上の上部構造体１４を支持する杭２２と、地盤１８内に設けられ、杭２２を囲むとともに、上部構造体１４から水平力が伝達される格子状地盤改良体３０と、を備える基礎構造の設計方法であって、上部構造体１４から杭２２の杭頭部２２Ｕに伝達される軸力Ｎｅによって当該杭頭部２２Ｕに発生する軸力縁ひずみεＮと、格子状地盤改良体３０に破壊せん断ひずみγｍａｘを発生させる水平変位δによって杭頭部２２Ｕに発生する曲げ縁ひずみεＭとの合計値εが、杭頭部２２Ｕの許容縁ひずみ以下となるように、杭２２及び格子状地盤改良体３０の諸元を設定する。【選択図】図６

Description

本発明は、基礎構造の設計方法及び基礎構造に関する。

杭と、杭を囲む地盤改良体とを有する基礎構造において、上部構造体と地盤改良体とが接合された基礎構造がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された基礎構造では、地震時に、上部構造体から地盤改良体に水平力（地震力）が伝達されるため、上部構造体から杭に伝達される水平力が低減される。

なお、上部構造体に作用する水平力を地盤改良体に伝達する伝達構造としては、例えば、特許文献２〜６がある。

特開２００５−３０７５９４号公報 特開２００９−００２１１２号公報 特開２０１１−１６３０８２号公報 特開２０１２−１０２５７２号公報 特開２０１２−１０２５７３号公報 特開２０１２−１０７４４６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、地盤改良体の水平変位（せん断変形）に伴う杭頭部の水平変位が考慮されていない。そのため、地震時に、杭頭部に発生する縁ひずみが過大となり、当該杭頭部が地盤改良体よりも先に破損する可能性がある。

本発明は、上記の事実を考慮し、地震時に、上部構造体から地盤改良体に水平力を伝達しつつ、地盤改良体よりも先に杭の杭頭部が破損することを抑制することを目的とする。

請求項１に記載の基礎構造の設計方法は、地盤に埋設され、該地盤上の上部構造体を支持する杭と、前記地盤内に設けられ、前記杭を囲むとともに、前記上部構造体から水平力が伝達される地盤改良体と、を備える基礎構造の設計方法であって、前記上部構造体から前記杭の杭頭部に伝達される軸力によって該杭頭部に発生する縁ひずみと、前記地盤改良体に破壊せん断ひずみを発生させる水平変位によって前記杭頭部に発生する縁ひずみとの合計値が、前記杭頭部の許容縁ひずみ以下となるように、前記杭及び前記地盤改良体の諸元を設定する。

請求項１に係る基礎構造の設計方法によれば、地震時に、上部構造体から地盤改良体に水平力（地震力）が伝達される。これにより、地震時に、上部構造体から杭の杭頭部に伝達される水平力が低減される。したがって、例えば、杭の杭径（断面積）等を小さくすることができる。

ここで、地震時には、上部構造体から地震に伴う軸力が杭頭部に伝達される。この軸力によって、杭頭部に縁ひずみ（以下、「軸力縁ひずみ」という）が発生する。

また、上部構造体から地盤改良体に水平力が伝達されると、地盤改良体がせん断変形するとともに、地盤改良体によって囲まれた地盤が水平変位する。この地盤の水平変位に杭が追従すると、杭が曲げ変形し、当該杭の杭頭部に縁ひずみ（以下、「曲げ縁ひずみ」という）が発生する。そして、この曲げ縁ひずみと前述した軸力縁ひずみとの合計値が、杭頭部の許容縁ひずみを超えると、当該杭頭部が破損する可能性がある。

この対策として本発明では、地盤改良体に破壊せん断ひずみを発生させる水平変位によって杭頭部に発生する曲げ縁ひずみを算出し、この曲げ縁ひずみと前述した軸力縁ひずみとの合計値が杭頭部の許容縁ひずみ以下となるように、杭及び地盤改良体の諸元を設定する。つまり、本発明では、地盤改良体のせん断変形に伴う杭頭部の水平変位を考慮して、杭及び地盤改良体の諸元を設定する。これにより、地震時に、地盤改良体よりも先に杭頭部が破損することを抑制することができる。

また、曲げ縁ひずみと軸力縁ひずみとの合計値は、例えば、杭の杭径を大きくするのではなく、杭径を小さくして当該杭の曲げ剛性を低くすることで、許容縁ひずみ以下にすることができる。つまり、本発明では、杭の杭径を小さくしつつ、地震時に、地盤改良体よりも先に杭頭部が破損することを抑制することができる。

請求項２に記載の基礎構造は、地盤に埋設され、該地盤上の上部構造体を支持する杭と、前記地盤内に設けられ、前記杭を囲むとともに、前記上部構造体から水平力が伝達される地盤改良体と、を備え、前記上部構造体から前記杭の杭頭部に伝達される軸力によって該杭頭部に発生する縁ひずみと、前記地盤改良体に破壊せん断ひずみを発生させる水平変位によって前記杭頭部に発生する縁ひずみとの合計値が、前記杭頭部の許容縁ひずみ以下となる。

請求項２に係る基礎構造によれば、地震時に、上部構造体から地盤改良体に水平力（地震力）が伝達される。これにより、地震時に、上部構造体から杭の杭頭部に伝達される水平力が低減される。したがって、例えば、杭の杭径（断面積）等を小さくすることができる。

また、本発明では、地盤改良体に破壊せん断ひずみを発生させる水平変位によって杭頭部に発生する曲げ縁ひずみと、前述した軸力縁ひずみとの合計値が杭頭部の許容縁ひずみ以下とされる。これにより、地震時に、地盤改良体よりも先に杭頭部が破損することを抑制することができる。

さらに、曲げ縁ひずみと軸力縁ひずみとの合計値は、例えば、杭の杭径を大きくするのではなく、杭径を小さくして当該杭の曲げ剛性を低くすることで、許容縁ひずみ以下にすることができる。つまり、本発明では、杭の杭径を小さくしつつ、地震時に、地盤改良体よりも先に杭頭部が破損することを抑制することができる。

請求項３に記載の基礎構造は、請求項２に記載の基礎構造において、前記地盤改良体は、平面視にて格子状に形成され、前記杭頭部は、前記地盤改良体の格子枠内に配置される。

請求項３に係る基礎構造によれば、地盤改良体は、平面視にて格子状に形成される。これにより、地震時に、地盤改良体が負担可能な上部構造体の水平力を効率的に増やすことができる。したがって、地震時に、杭頭部が負担する水平力を低減することができる。

また、地盤改良体の格子枠内に杭頭部を配置し、格子枠と杭頭部との間隔を狭くすることで、地震時に上部構造体から杭頭部に伝達される水平力を地盤改良体に効率的に伝達することができる。したがって、上部構造体から杭頭部に伝達される水平力をさらに低減することができる。

以上説明したように、本発明に係る基礎構造の設計方法及び基礎構造によれば、地震時に、上部構造体から地盤改良体に水平力を伝達しつつ、地盤改良体よりも先に杭の杭頭部が破損することを抑制することができる。

一実施形態に係る基礎構造が適用された構造物を示す立面図である。 図１の２−２線断面図である。 図２に示される連結部材を示す斜視図である。 （Ａ）は、図１に示される格子状地盤改良体の枠壁部及び杭の杭頭部が地震時に水平変位した状態を模式的に示す立面図であり、（Ｂ）は、地震時における杭の杭頭部の変形状態を示す立面図であり、（Ｃ）は、杭の断面図である。 図４（Ａ）に示される格子状地盤改良体の枠壁部を模式的に示す斜視図である。 （Ａ）は、格子状地盤改良体及び杭に作用する水平力と、格子状地盤改良体及び杭の水平変位との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は、杭の杭頭部に発生する縁ひずみと、杭の杭頭部の水平変位との関係を示すグラフである。 （Ａ）は、従来の杭の断面図であり、（Ｂ）は、一実施形態に係る杭の断面図である。 図１に示される格子状地盤改良体の変形例を示す立面図である。

以下、図面を参照しながら、一実施形態に係る基礎構造及び基礎構造の設計方法ついて説明する。

図１には、本実施形態に係る基礎構造１０が適用された構造物１２が示されている。構造物１２は、上部構造体１４と、上部構造体１４を支持する基礎２０とを備えている。上部構造体１４は、地盤１８上に設けられている。ここで、上部構造体とは、地下階を有する構造体であれば、地下構造体も含む概念である。

基礎２０は、複数の杭２２と、格子状地盤改良体３０とを有している。複数の杭２２は、円筒状に形成されており、地盤１８に埋設されている。各杭２２は、上部構造体１４の基礎スラブ（基礎底盤）１６から下方へ延出し、地盤１８の支持層１８Ａに達している。これらの杭２２によって、上部構造体１４が支持されている。

また、杭２２の杭頭部２２Ｕは、基礎スラブ１６と接合されている。これにより、地震時に、上部構造体１４から杭頭部２２Ｕに水平荷重が伝達される。なお、杭２２は、円筒状に限らず、円柱状（中実）に形成されても良い。また、杭２２は、例えば、鋼杭（鋼管杭、Ｈ形鋼杭）、コンクリート杭（既製杭、場所打ち杭）、及び合成杭であっても良い。さらに、杭２２は、支持杭に限らず、摩擦杭であっても良い。

格子状地盤改良体３０は、地盤１８の表層部から所定深度に亘って形成されている。この格子状地盤改良体３０は、例えば、砂質土等で構成され、液状化の可能性がある液状化層や、液状化の可能性は低いが、軟弱な粘土等で構成された軟弱層に設けられる。なお、前述した地盤１８の支持層１８Ａは、上部構造体１４を支持可能な充分な強度を有している。

図２に示されるように、格子状地盤改良体３０は、例えば、ソイルセメント柱列工法等によって、平面視にて格子状に形成されている。この格子状地盤改良体３０は、地盤１８Ｂを囲む複数の格子枠３２を有している。

格子枠３２は、平面視にて矩形状に形成されており、４枚の枠壁部３２Ａを有している。この格子枠３２内に杭２２が設けられており、格子枠３２によって杭２２の杭頭部２２Ｕが囲まれている。また、枠壁部３２Ａの上端部３２Ｕと杭頭部２２Ｕとは、同じ又は略同じ高さ（深度）に位置している。なお、格子状地盤改良体３０の施工方法は、適宜変更可能である。また、格子状地盤改良体３０は、地盤改良体の一例である。

ここで、図２及び図３に示されるように、格子状地盤改良体３０の上部には、複数の連結部材３４が設けられている。複数の連結部材３４は、例えば、断面形状が波形形状の金属板等によって形成されている。各連結部材３４は、枠壁部３２Ａに沿って設けられている。

図１に示されるように、連結部材３４の上部は、基礎スラブ１６に埋設されている。つまり、連結部材３４は、格子状地盤改良体３０と上部構造体１４の基礎スラブ１６とに亘って設けられている。この連結部材３４によって、上部構造体１４と格子状地盤改良体３０とが水平力Ｐを伝達可能に連結されている。これにより、地震時に、上部構造体１４に作用する水平力Ｐが、連結部材３４を介して格子状地盤改良体３０に伝達される。なお、連結部材３４は、水平力伝達部の一例である。

次に、杭２２の設計方法の一例について説明する。

先ず、杭２２の設計方法の概要（設計思想）について説明する。本実施形態では、各杭２２の杭頭部２２Ｕが上部構造体１４の基礎スラブ１６に接合されている。また、格子状地盤改良体３０は、連結部材３４を介して基礎スラブ１６と連結されている。

そのため、地震時には、上部構造体１４に作用する水平力Ｐが、各杭２２の杭頭部２２Ｕに伝達されるとともに、連結部材３４を介して格子状地盤改良体３０に伝達される。つまり、本実施形態では、地震時に上部構造体１４に作用する水平力Ｐを杭２２及び格子状地盤改良体３０によって分担して負担している。

ここで、従来の杭の設計では、例えば、地震時に杭が分担する水平力Ｐの分担率に応じた水平力に対して杭頭部を評価したり、地震時に想定される地盤１８の水平変位に対して杭頭部を評価したりすることで、地震時に格子状地盤改良体３０よりも先に杭頭部に破壊が生じないように杭が設計される。

しかしながら、図４（Ａ）に示されるように、地震時に上部構造体１４から格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａに水平力Ｐが伝達されると、枠壁部３２Ａがせん断変形（水平変位δ）する。この枠壁部３２Ａのせん断変形に伴って、枠壁部３２Ａ（格子枠３２）によって囲まれた地盤１８Ｂ（図２参照）も水平変位する。さらに、地盤１８Ｂの水平変位に伴って、杭２２の杭頭部２２Ｕも水平変位δする。

ところが、従来の杭の設計では、上記のような格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａのせん断変形に伴う杭頭部２２Ｕの水平変位δが考慮されていない。そのため、図６（Ａ）に示されるように、例えば、地震時に格子状地盤改良体に作用する水平力Ｐが設計値（以下、「設計水平荷重Ｐ_１」という）以内であっても、図６（Ｂ）に示されるように、杭頭部に発生する縁ひずみεが許容縁ひずみを超え、格子状地盤改良体よりも先に杭頭部に破壊が発生する可能性がある。

なお、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）における「従来の杭」とは、従来の設計方法によって設計された杭の一例であり、「実施形態の杭」とは、本実施形態に係る基礎構造の設計方法によって設計された杭の一例である。また、δ１は、格子状地盤改良体に設計水平荷重Ｐ_１が作用したときの格子状地盤改良体の水平変位であり、δ_ｍａｘは、格子状地盤改良体にせん断破壊が発生するときの格子状地盤改良体の水平変位である。

この対策として本実施形態では、格子状地盤改良体３０のせん断変形に伴う杭頭部２２Ｕの水平変位δを考慮して杭２２の設計を行う。具体的には、図４（Ａ）に示されるように、格子状地盤改良体３０がせん断変形したときに、杭２２の杭頭部２２Ｕにも格子状地盤改良体３０の上端３２Ｕ１の水平変位δと同じ水平変位δが発生するものと仮定する。そして、格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａがせん断破壊するときの枠壁部３２Ａの上端３２Ｕ１の水平変位δ_ｍａｘに対し、杭頭部２２Ｕに破壊（曲げ破壊）が発生しないように杭２２を設計する。これにより、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、地震時に、格子状地盤改良体３０よりも先に杭頭部２２Ｕに破壊が発生しない、すなわち杭頭部２２Ｕに発生する縁ひずみεが許容縁ひずみを超えないことを担保する。

この際、格子状地盤改良体３０の水平変位δ_ｍａｘに対して杭頭部２２Ｕに破壊が発生する場合には、例えば、杭２２の杭径Ｂを大きくして杭２２の耐力（曲げ耐力）を高めるのではなく、杭頭部２２Ｕに破壊が発生しないように、杭２２の杭径Ｂ（図４（Ｃ）参照）を縮小し、杭２２の曲げ剛性を低くする。これにより、経済性に優れた杭２２を設計することができる。

以下、具体的な評価式を示しつつ、杭２２の設計手順の一例について説明する。

先ず、地震時に、格子状地盤改良体３０に作用する水平力Ｐの設計水平荷重Ｐ_１を設定する。次に、格子状地盤改良体３０の平面形状や、図４（Ａ）及び図５に示されるように、枠壁部３２Ａの高さＨ、幅Ｗ、厚みＳ等の諸元を適宜設定する。

次に、格子状地盤改良体３０に設計水平荷重Ｐ_１が作用したときに、格子状地盤改良体３０に生じるせん断応力τ（＝設計水平荷重Ｐ_１／枠壁部３２Ａの断面積Ａ）を算定する。なお、枠壁部３２Ａの断面積Ａは、枠壁部３２Ａの幅Ｗ×厚みＳである。

次に、上記せん断応力τと、格子状地盤改良体３０の既知のせん断剛性Ｇとせん断ひずみγとの相関関係から、格子状地盤改良体３０に設計水平荷重Ｐ_１が作用したときに、格子状地盤改良体３０に発生するせん断ひずみγ（＝せん断応力τ／等価なせん断剛性Ｇ）を算定する。また、この際、格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａにせん断破壊が生じる破壊せん断ひずみγ_ｍａｘも併せて算定する。

ここで、前述したように、格子状地盤改良体３０がせん断変形したときに、格子状地盤改良体３０の上端３２Ｕ１及び杭頭部２２Ｕに同じ水平変位δが発生するものと仮定すると、格子状地盤改良体３０（枠壁部３２Ａ）に破壊せん断ひずみγ_ｍａｘを発生させる水平変位δ_ｍａｘが杭頭部２２Ｕに作用したときに、当該杭頭部２２Ｕに発生する曲率φは、次式で求められる。

ただし、
Ｂ ：杭（杭頭部）の杭径
ｋｈ：地盤の反力係数
ＥＩ：杭の曲げ剛性（＝Ｅ×Ｉ）
Ｅ ：杭のヤング率
Ｉ ：杭の断面２次モーメント
である。

次に、上記水平変位δ_ｍａｘ（曲げモーメント）によって杭頭部２２Ｕに発生する曲げ縁ひずみε_Ｍは、ε_Ｍ＝φ×（Ｂ／２）であるから、ε_Ｍ＝γ_ｍａｘ×β×Ｂとなる。なお、杭頭部２２Ｕの縁応力σ_Ｍは、σ_Ｍ＝ε_Ｍ×Ｅとなる。

次に、地震時に上部構造体１４から杭頭部２２Ｕに伝達される軸力（地震時軸力）Ｎｅによって当該杭頭部２２Ｕに発生する縁応力σ_Ｎ（＝Ｎｅ／Ａｐ）、及び軸力縁ひずみε_Ｎ（＝（Ｎｅ／（Ａｐ×Ｅ））を求める。なお、Ａｐは、杭２２（杭頭部２２Ｕ）の断面積である。

また、杭頭部２２Ｕに発生する縁ひずみεは、ε＝曲げ縁ひずみε_Ｍ＋軸力縁ひずみε_Ｎ（＝γ_ｍａｘ×β×Ｂ＋Ｎｅ／（Ａｐ×Ｅ））となる。この縁ひずみεが、許容縁ひずみ以下になるように、杭２２の諸元（Ｂ，β，Ａｐ）を適宜設定する。これにより、地震時に、格子状地盤改良体３０よりも先に、杭頭部２２Ｕが破損することを抑制することができる。

ここで、地震時に杭頭部２２Ｕに発生する縁ひずみεが許容縁ひずみを超える場合、従来の杭の設計では、例えば、図７（Ａ）に示されるように、杭１００の杭径Ｂを杭径Ｂ１に拡大したり（Ｂ＜Ｂ１）、杭径Ｂは変えずに、外殻鋼管１０２を有する杭（ＳＣ杭）１００に変更したりすることで、杭１００の耐力（曲げ耐力）を高める。

これに対して本実施形態では、図７（Ｂ）に示されるように、例えば、杭２２の杭径Ｂを杭径Ｂ２に縮小し（Ｂ＞Ｂ２）、杭２２の曲げ剛性ＥＩを低くする一方で、上部構造体１４の鉛直荷重を支持するために、杭２２の肉厚ｔを肉厚ｔ１に厚くすることで（ｔ＜ｔ１）、杭断面積Ａｐを確保する。若しくは、杭２２の杭径Ｂを杭径Ｂ３に縮小し（Ｂ＞Ｂ２＞Ｂ３）、杭２２の曲げ剛性ＥＩを低くする一方で、杭２２を円柱状（中実）にすることで、杭断面積Ａｐを確保する。これにより、地震時に、杭頭部２２Ｕに発生する縁ひずみεを許容縁ひずみ以下にすることができる。したがって、経済性に優れた杭２２を設計することができる。

なお、杭２２の曲げ剛性ＥＩと縁ひずみεとの関係について補足すると、本実施形態では、杭２２の杭頭部２２Ｕが格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａによって囲まれるため、杭頭部２２Ｕに発生する曲率φ及び曲げ縁ひずみε_Ｍは、次式で求められる。

[杭が円筒状の場合]
ここで、図４（Ｃ）に示されるように、杭２２が円筒状（中空）の場合、杭２２の外径をＤ_１、内径をＤ_２とすると、地震時に杭頭部２２Ｕに発生する曲げ縁ひずみε_Ｍは、次式で求められる。

この場合、（Ｄ_２／Ｄ_１）が小さくなるに従って、曲げ縁ひずみε_Ｍも小さくなる。このことから、杭２２が円筒状の場合は、杭２２に所定の肉厚ｔ（＝（Ｄ_１−Ｄ_２）／２）、すなわち所定の杭断面積Ａｐを確保すれば、地震時に杭頭部２２Ｕに発生する曲げ縁ひずみε_Ｍを低減しつつ、杭２２の外径Ｄ_１（杭径Ｂ）を小さくすることができる。

[杭が円柱状の場合]
次に、杭２２が円柱状（中実）の場合、地震時に杭頭部２２Ｕに発生する曲げ縁ひずみε_Ｍは、次式で求められる。

この場合、Ｂ×ｋｈを一定とすると、地震時に杭頭部２２Ｕに発生する曲げ縁ひずみε_Ｍは、杭径Ｂに依存しないことが分かる。

これに対して、杭２２の杭頭部２２Ｕが格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａで囲まれていない場合、杭頭部２２Ｕに発生する曲率φ及び曲げ縁ひずみε_Ｍは、次式で求められる。なお、地震時における杭頭部２２Ｕの変形形状は、杭頭部２２Ｕが枠壁部３２Ａで囲まれた場合と同じと仮定する。なお、δは、杭頭部２２Ｕの水平変位である。

[杭が円筒状の場合]
ここで、杭１００が円筒状（中空）の場合、地震時に杭頭部１００Ｕに発生する曲げ縁ひずみε_Ｍは、次式で求められる。

この場合、杭１００の外径Ｄ_１を小さくすると、曲げ縁ひずみε_Ｍが大きくなる可能性があるため、杭１００の外径Ｄ_１（杭径Ｂ）を小さくすることが難しい。

これに対して、本実施形態のように格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａによって杭２２が囲まれている場合は、所定の杭断面積Ａｐを確保すれば、杭２２の曲げ縁ひずみε_Ｍを低減しつつ、杭２２の杭径Ｂ（外径Ｄ_１）を小さくすることができる。これは、格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａによって杭２２が囲まれていると、格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａで囲まれた地盤１８及び杭頭部２２Ｕが同一方向に水平変位するためと考えられる。したがって、本実施形態では、経済性に優れた杭２２を設計することができる。

[杭が円柱状の場合]
また、杭１００が円柱状（中実）の場合、地震時に杭頭部１００Ｕに発生する曲げ縁ひずみε_Ｍは、次式で求められる。なお、地震時における杭頭部２２Ｕの変形形状は、杭頭部２２Ｕが枠壁部３２Ａで囲まれた場合と同じと仮定する。

この場合、（Ｂ×ｋｈ）を一定にすると、曲げ縁ひずみε_Ｍは、杭径Ｂに反比例することになり、杭径Ｂが小さくなるに従って曲げ縁ひずみε_Ｍが大きくなる。つまり、格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａによって杭２２が囲まれていない場合は、杭径Ｂを小さくすることが難しい。なお、格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａによって杭２２が囲まれていない場合、杭径Ｂを小さくすると、杭頭部２２Ｕの水平変位δが大きくなるため（水平荷重が同じ場合）、杭径Ｂを小さくすることはできない。

これに対して、本実施形態のように格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａによって杭２２が囲まれている場合は、曲げ縁ひずみε_Ｍに対する杭径Ｂの影響が小さくなるため、杭径Ｂを小さくすることができる。これは、前述したように、格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａによって杭２２が囲まれていると、格子状地盤改良体３０の枠壁部３２Ａで囲まれた地盤１８及び杭頭部２２Ｕが同一方向に水平変位するためと考えられる。したがって、本実施形態では、経済性に優れた杭２２を設計することができる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

本実施形態によれば、地震時に、上部構造体１４から格子状地盤改良体３０に水平力（地震力）Ｐが伝達される。これにより、地震時に、上部構造体１４から杭２２の杭頭部２２Ｕに伝達される水平力が低減される。したがって、例えば、杭２２の杭径Ｂ及び杭断面積Ａｐ等を小さくすることができる。

また、本実施形態では、格子状地盤改良体３０に破壊せん断ひずみγ_ｍａｘを発生させる水平変位δ_ｍａｘによって杭頭部２２Ｕに発生する曲げ縁ひずみε_Ｍと、軸力縁ひずみε_Ｎとの合計値εが、杭頭部２２Ｕの許容縁ひずみ以下とされる。これにより、地震時に、格子状地盤改良体３０よりも先に、杭頭部２２Ｕが破損することを抑制することができる。

また、曲げ縁ひずみε_Ｍと軸力縁ひずみε_Ｎとの合計値εは、前述したように、杭径Ｂ（外径Ｄ_１）を小さくし、当該杭２２の曲げ剛性を低くすることで、許容縁ひずみ以下にすることができる。したがって、本実施形態では、杭２２の杭径Ｂを小さくしつつ、地震時に、格子状地盤改良体３０よりも先に、杭頭部２２Ｕが破損することを抑制することができる。

さらに、格子状地盤改良体３０は、平面視にて格子状に形成されている。これにより、地震時に、格子状地盤改良体３０が負担可能な上部構造体１４の水平力Ｐを効率的に増やすことができる。この結果、地震時に、杭頭部２２Ｕが負担する水平力Ｐを低減することができる。

しかも、格子状地盤改良体３０の格子枠３２内に杭頭部２２Ｕを配置し、格子枠３２と杭頭部２２Ｕとの間隔を狭くすることで、地震時に上部構造体１４から杭頭部２２Ｕに伝達される水平力を、格子状地盤改良体３０に効率的に伝達することができる。したがって、上部構造体１４から杭頭部２２Ｕに伝達される水平力をさらに低減することができる。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、地震時に杭頭部２２Ｕに発生する縁ひずみεが、許容縁ひずみ以下になるように、杭２２の諸元を適宜設定（調整）する例を示したが、上記実施形態はこれに限らない。例えば、杭２２の諸元及び格子状地盤改良体３０の諸元（形状、高さ、厚み）の少なくとも一方を調整することで、地震時に杭頭部２２Ｕに発生する縁ひずみεが許容縁ひずみ以下になるように設計しても良い。

また、上記実施形態では、地震時に上部構造体１４に作用する水平力Ｐが、水平力伝達部としての連結部材３４を介して格子状地盤改良体３０に伝達されるが、上記実施形態はこれに限らない。例えば、鉄筋やコッター等の水平力伝達部を介して上部構造体１４から格子状地盤改良体３０に水平力を伝達しても良い。

また、例えば、図８に示されるように、上部構造体１４の基礎スラブ１６に格子状地盤改良体３０の上端部３２Ｕを埋設（呑み込ませる）することで、地震時に上部構造体１４に作用する水平力Ｐを格子状地盤改良体３０の上端部３２Ｕに伝達しても良い。なお、この例では、格子状地盤改良体３０の上端部３２Ｕが、水平力伝達部となる。

また、上部構造体１４を格子状地盤改良体３０上に載置し、上部構造体１４の底面と格子状地盤改良体３０の上面との間に発生する摩擦力（接地圧×摩擦係数）によって、地震時に、上部構造体１４に作用する水平力Ｐを格子状地盤改良体３０の上端部３２Ｕに伝達することも可能である。

また、上記実施形態では、杭２２の杭頭部２２Ｕが、基礎スラブ１６と接合されるが、上記実施形態はこれに限らない。杭２２は、少なくとも上部構造体１４の鉛直荷重を支持可能であれば良い。そのため、上部構造体１４と杭２２の杭頭部２２Ｕとの接合構造は、特に限定されず、剛接合や半剛接合、ピン接合であっても良い。さらに、上部構造体１４と杭２２の杭頭部２２Ｕとは、非接合であっても良い。

また、上記実施形態では、格子状地盤改良体３０の格子枠３２によって杭２２の杭頭部２２Ｕが囲まれるが、上記実施形態はこれに限らない。例えば、格子枠３２のせん断変形に伴って杭２２の杭頭部２２Ｕが水平変位する範囲内において、杭２２の杭頭部２２Ｕを格子枠３２よりも上方に位置させても良い。

また、上記実施形態では、格子状地盤改良体３０の格子枠３２が、平面視にて矩形状に形成されるが、上記実施形態はこれに限らない。格子枠の平面形状は、例えば、３角形や５角形以上の多角形状であっても良いし、円形状であっても良い。

また、上記実施形態では、格子枠３２内に１本の杭２２が配置されるが、格子枠３２内に複数の杭２２を配置しても良い。また、上記実施形態では、格子状地盤改良体３０が平面視にて格子状に形成されるが、上記実施形態はこれに限らない。地盤改良体は、杭２２を囲んでいれば良い。そのため、地盤改良体は、例えば、上部構造体１４の外周部に沿った枠状であっても良い。また、杭２２ごとに、当該杭２２の囲む枠状の地盤改良体を複数形成しても良い。

また、本実施形態の基礎２０は、格子状地盤改良体３０及び複数の杭２２の両方によって上部構造体１４の鉛直荷重を負担するパイル・ドラフト基礎であっても良いし、格子状地盤改良体３０を併用し、上部構造体１４の鉛直荷重を主として杭２２が支持する杭基礎であっても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ 基礎構造
１４ 上部構造体
１８ 地盤
２２ 杭
２２Ｕ 杭頭部
３０ 格子状地盤改良体（地盤改良体）
３２ 格子枠
ε_Ｎ 軸力縁ひずみ（軸力によって杭頭部に発生する縁ひずみ）
ε_Ｍ 曲げ縁ひずみ（水平変位によって杭頭部に発生する縁ひずみ）

Claims (3)

1. 地盤に埋設され、該地盤上の上部構造体を支持する杭と、
   前記地盤内に設けられ、前記杭を囲むとともに、前記上部構造体から水平力が伝達される地盤改良体と、
   を備える基礎構造の設計方法であって、
   前記上部構造体から前記杭の杭頭部に伝達される軸力によって該杭頭部に発生する縁ひずみと、前記地盤改良体に破壊せん断ひずみを発生させる水平変位によって前記杭頭部に発生する縁ひずみとの合計値が、前記杭頭部の許容縁ひずみ以下となるように、前記杭及び前記地盤改良体の諸元を設定する、
   基礎構造の設計方法。
2. 地盤に埋設され、該地盤上の上部構造体を支持する杭と、
   前記地盤内に設けられ、前記杭を囲むとともに、前記上部構造体にから水平力が伝達される地盤改良体と、
   を備え、
   前記上部構造体から前記杭の杭頭部に伝達される軸力によって該杭頭部に発生する縁ひずみと、前記地盤改良体に破壊せん断ひずみを発生させる水平変位によって前記杭頭部に発生する縁ひずみとの合計値が、前記杭頭部の許容縁ひずみ以下となる、
   基礎構造。
3. 前記地盤改良体は、平面視にて格子状に形成され、
   前記杭頭部は、前記地盤改良体の格子枠内に配置される、
   請求項２に記載の基礎構造。