JP2017197974A

JP2017197974A - 基礎構造

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Publication number: JP2017197974A
Application number: JP2016089688A
Authority: JP
Inventors: 和秀戸田; Kazuhide Toda; 太亮佐名川; Taisuke Sanagawa; 西岡　英俊; Hidetoshi Nishioka; 英俊西岡; 直之喜多; Naoyuki Kita; 光佑松浦; Kosuke Matsuura; 妙中　真治; Shinji Myonaka; 真治妙中; 和孝乙志; Kazutaka Otoshi
Original assignee: Obayashi Corp; Railway Technical Research Institute; Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Obayashi Corp; Railway Technical Research Institute; Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-04-27
Also published as: JP6696822B2

Abstract

【課題】上部構造を支持する基礎構造について、地震時に生じる地盤変形に対しても強い強度を有すると共に、軟弱地盤や液状化地盤についても想定外の外力により構造物が破壊することを防止することが可能となる基礎構造を提供する。【解決手段】液状化地層と非液状化地層をまたぐように配置される基礎構造であって、ウェブ部と、該ウェブ部の両端に連続して形成された一対のフランジ部と、これら一対のフランジ部の先端側に形成された継手部を有した鋼矢板本体と、該鋼矢板本体の長手方向先端部における前記一対のフランジ部の先端間に渡って接合され、該鋼矢板本体の開断面を閉塞する閉合鋼材を有する先端加工部が形成された先端加工鋼矢板を、前記先端加工部が前記液状化地層と前記非液状化地層の層境をまたぐように配置される。【選択図】図４

Description

本発明は、上部構造を支持する基礎構造に係り、具体的には、鋼矢板を用いて地震などの際に強い構造物を構築することができる基礎構造に関するものである。

従来、上部構造を支持する基礎構造としては、種々の構造が知られており、熱間圧延で製造され、ウェブ部の両端に一対のフランジ部が配置され、フランジ部の先端側に継手部が配置された鋼矢板を複数連結して平面多角形状に形成された鋼矢板構造体と、コンクリート製の直接基礎とを結合した鋼矢板併用直接基礎などが知られている。

また、従来の基礎構造によると、鋼矢板の打設時の変形や損傷によって所望する鉛直支持力を発揮することができない場合があり、これを防止するために例えば特許文献１に記載されているように、鋼矢板本体の開断面を閉じる閉合鋼材の長さ寸法を鋼矢板本体の断面高さ寸法に対して２倍以上に設定することで、支持層などの硬質な基盤に鋼矢板の先端部を打ち付けた場合でも、閉合鋼材のめくり上がりが防止でき、鋼矢板本体の変形を防止して打設後の鉛直精度も確保でき、十分な支持力を確保することができるものである。

特開２００８−２４８５０３号公報

しかし、従来の基礎構造によると、地震などによって地盤の変形が生じると、地層境界に存在する杭やシートパイルといった構造物に大きな断面力が生じ、これらの構造物が損傷してしまう可能性があった。また、このような地盤の変形は軟弱地盤や液状化地盤において、特に顕著に生じるため、これらの軟弱地盤や液状化地盤へ基礎構造を施工する場合でも十分な支持力を確保することができる基礎構造が望まれていた。

また、従来の基礎構造のように、先端加工部を基盤１０２に貫入させると、例えば図６に示すように閉合鋼材１２６を設けた部位と、鋼矢板本体１２１のみの部位との連続部が地層境界１０３と重複することとなる。このとき、上側の地層１０１が地盤の変化に伴って移動すると、当該位置が鋼矢板の断面変化点となって応力が集中してしまうという課題を有していた。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、上部構造を支持する基礎構造について、地震時に生じる地盤変形に対しても強い強度を有すると共に、地盤の変化に伴う応力集中を防止し、軟弱地盤や液状化地盤についても想定外の外力により構造物が破壊することを防止することが可能となる基礎構造を提供することを目的とする。

本発明に係る基礎構造は、液状化地層と非液状化地層をまたぐように配置される基礎構造であって、ウェブ部と、該ウェブ部の両端に連続して形成された一対のフランジ部と、これら一対のフランジ部の先端側に形成された継手部を有した鋼矢板本体と、該鋼矢板本体の長手方向先端部における前記一対のフランジ部の先端間に渡って接合され、該鋼矢板本体の開断面を閉塞する閉合鋼材を有する先端加工部が形成された先端加工鋼矢板を、前記先端加工部が前記液状化地層と前記非液状化地層の層境をまたぐように配置されることを特徴とする。

また、本発明に係る基礎構造において、前記先端加工部の先端から前記層境までの長手方向に沿った長さは、前記先端加工部の長手方向に沿った長さの半分以上であると好適である。

また、本発明に係る基礎構造において、前記先端加工部の基端から前記層境までの長手方向に沿った長さの、前記先端加工部の幅に対する比は、１以上であると好適である。

また、本発明に係る基礎構造において、前記先端加工部の長手方向に沿った長さは換算杭幅の５倍以下であると好適である。

また、本発明に係る基礎構造において、前記先端加工部の長手方向に沿った長さは換算杭幅の３倍以下であると好適である。

本発明に係る基礎構造は、先端加工部が地層の境界をまたぐように配置されているので、地震時に強い基礎構造とすることができる。

本発明の実施形態に係る基礎構造の構成を説明するための図。本発明の本実施形態に係る基礎構造の変形例を説明するための図。本発明の本実施形態に係る基礎構造の変形例を説明するための図。本発明の実施形態に係る基礎構造に用いる先端加工鋼矢板を説明するための図。先端加工鋼矢板の構造を説明するための図。本発明の実施形態に係る基礎構造の上部構造の支持構造を説明するため図。図４におけるＡ部拡大図。従来の鋼矢板を用いた基礎構造の構成を説明するための図。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１ａは、本発明の実施形態に係る基礎構造の構成を説明するための図であり図１ｂ及び図１ｃは、本発明の本実施形態に係る基礎構造の変形例を説明するための図であり、図２は、本発明の実施形態に係る基礎構造に用いる先端加工鋼矢板を説明するための図であり、図３は、先端加工鋼矢板の構造を説明するための図であり、図４は、本発明の実施形態に係る基礎構造の上部構造の支持構造を説明するため図であり、図５は、図４におけるＡ部拡大図である。

図１ａ〜図１ｃに示すように、本実施形態に係る基礎構造１０は、上部構造１を支持する構造体であって、上部構造１を支持するコンクリート製の増しフーチング１１と、該増しフーチング１１の下方に形成されたフーチング１１ａと一体に形成されると共に複数の地層を介して基盤に貫入する複数の基礎構造体２と、増しフーチング１１の外周方向に沿って並ぶと共に基礎構造体２と略平行に延びる先端加工鋼矢板２０とを備えている。なお、基礎構造体２は、杭基礎、ケーソン基礎又は直接基礎など従来から基礎構造に用いられている種々の構造を採用することが可能である。

図２に示すように、先端加工鋼矢板２０は、熱間圧延で製造され、断面中央に位置するウェブ部２２と、このウェブ部２２の両端に連続して形成された一対のフランジ部２３，２３と、一対のフランジ部２３，２３の先端側に形成された継手部２４，２４とを備えた鋼矢板本体２１と、鋼矢板本体２１の長手方向先端部における一対のフランジ部２３，２３の先端間に渡って接合され、鋼矢板本体２１の開断面を閉塞する閉合鋼材２５が取り付けられた先端加工部２６とを備えている。

また、図３（ａ）に示すように、先端加工部２６の断面形状は、概略六角形状に形成されており、鋼矢板本体２１と閉合鋼材２５の断面積の和と鋼矢板本体２１と閉合鋼材２５によって形成される閉断面部分の面積の和である先端閉塞面積Ａ_P及び換算杭幅Ｄ_pを有している。

さらに、図３（ｂ）に示すように、先端加工部２６の長手方向に沿った長さＬは、換算杭幅Ｄ_Pから求められる所定の長さに形成されている。ここで、換算杭幅Ｄ_Pは、以下の計算式によって求めることができる。
Ｄ_P＝Ａ_P ^1/2

ここで、先端加工部２６の長さＬは、例えば換算杭幅Ｄ_Pの５倍程度以下に形成されると好適である。このように換算杭幅Ｄ_Pの５倍程度以下に先端加工部２６の長さＬを形成すると、本実施形態に係る基礎構造を液状化地盤に適用することが可能となる。

また、先端加工部２６の長さＬを換算杭幅Ｄ_Pの３倍程度以下に形成すると、比較的良好な地盤への適用が可能となり、従来の基礎構造に比べて地震に強い構造物を構築することができる。

さらに、図４に示すように、本実施形態に係る基礎構造１０は、地表面３に形成される構造体であり、上述したように複数の地層３ｂ，３ｃを介して基盤３ａに貫入する複数の基礎構造体２と、基礎構造体２と略平行に延びる先端加工鋼矢板２０とを備えている。このとき、先端加工鋼矢板２０は、基盤３ａに貫入しておらず、第１層３ｂと第２層３ｃの間の層境３ｄに先端加工部２６がまたぐように配置されている。第１層３ｂは基盤３ａの上方に位置する所謂軟弱地盤であり、地震時に液状化を起こす可能性のある液状化地層である。また、第２層３ｃは、同様に基盤３ａの上方に位置する地層であるが、第１層３ｂと異なり液状化しない非液状化地層であり、比較的強度が高めの良好な地層である。このように、本実施形態に係る基礎構造１０は、液状化地層と非液状化地層をまたぐように配置されている。

図５に示すように、先端加工部２６は、第２層３ｃに先端側が貫入しており、先端加工部２６の先端から層境３ｄまでの長手方向に沿った長さｌ、即ち、先端加工部２６のうち、第２層３ｃに貫入している根入れ深さは、先端加工部２６の長手方向に沿った長さＬの半分以上となるように貫入している。このように先端加工部２６の根入れ深さを設定することで、地震時に水平力Ｆが作用しても鋼矢板が抜けることを防止することができる。

また、先端加工部２６の基端から層境３ｄまでの長手方向に沿った長さｄ、即ち、先端加工部２６のうち、第１層３ｂに挿入されている部位の長さ（先端加工部２６の第１層３ｂ側に突出している突出量）は、先端加工部２６の幅方向の長さｗとの比ｄ／ｗが１以上となるように設定されている。このように先端加工部２６の突出量を設定することで、例えば図５に示すように地盤変化による応力を受けた場合に、鋼矢板内で当該応力が４５°分散しても鋼矢板本体２１と先端加工部２６の連続点に応力が集中することを防止することができ、応力分散を適切に行うことができる。

このように、先端加工部２６が層境３ｄをまたぐように配置されているので、地震などの発生時に水平力Ｆを受けて地盤の変化が生じた場合であっても、層境３ｄに先端加工部２６が存在することで基礎構造体２の変形を抑制して地盤の変化に強い基礎構造を構築することができる。

なお、上述した実施形態に係る基礎構造１０は、先端加工部が液状化地層と非液状化地層の層境をまたぐように配置されれば先端加工鋼矢板の形状は棒状に限定されず、種々の形状を採用することができる。例えば、上述した実施形態に係る基礎構造１０は、先端加工部２６が液状化地層である第１層３ｂと非液状化地層である第２層３ｃとの層境３ｄをまたぐように配置した場合について説明をおこなったが、地層の数はこれに限定されず、例えば、液状化地層である第１層３ｂと複数の地層及び層境を介して比較的強度が高めの良好な地層である非液状化地層である第２層３ｃに貫入するように配置しても構わない。

また、上述した実施形態に係る基礎構造では、先端加工鋼矢板２０は、図１ａに示すように周方向に全周にわたって配置した場合について説明を行ったが、先端加工鋼矢板２０は、全周に配置することに限らず、例えば、図１ｂに示すように周方向に一枚おきに配置しても構わない。また、図１ｃに示すように、通常の鋼矢板２０ａは、先端加工鋼矢板２０よりも長さを短く形成しても構わない。

また、上述した実施形態に係る基礎構造では、先端加工鋼矢板２０は、断面形状が所謂ハット形鋼矢板で構成した場合について説明を行ったが、先端加工鋼矢板２０の断面形状はこれに限られず、例えば、断面形状をＵ字形やハ字形に形成しても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１上部構造
２基礎構造体
３地表面
３ａ基盤
３ｂ第１層
３ｃ第２層
３ｄ層境
１０基礎構造
１１増しフーチング
１１ａフーチング
２０先端加工鋼矢板
２１，１２１鋼矢板本体
２２ウェブ部
２３フランジ部
２４継手部
２５閉合鋼材
２６先端加工部
Ｌ先端加工部長さ
Ａ_P 先端閉塞面積
Ｄ_P 換算杭幅
ｄ第１層側の突出量
ｌ根入れ深さ
ｗ幅方向長さ
Ｆ水平力
１０１上側の地層
１０２基盤
１０３地層境界
１２６閉合鋼材

Claims

液状化地層と非液状化地層をまたぐように配置される基礎構造であって、
ウェブ部と、該ウェブ部の両端に連続して形成された一対のフランジ部と、これら一対のフランジ部の先端側に形成された継手部を有した鋼矢板本体と、該鋼矢板本体の長手方向先端部における前記一対のフランジ部の先端間に渡って接合され、該鋼矢板本体の開断面を閉塞する閉合鋼材を有する先端加工部が形成された先端加工鋼矢板を、前記先端加工部が前記液状化地層と前記非液状化地層の層境をまたぐように配置されることを特徴とする基礎構造。
請求項１に記載の基礎構造において、
前記先端加工部の先端から前記層境までの長手方向に沿った長さは、前記先端加工部の長手方向に沿った長さの半分以上であることを特徴とする基礎構造。
請求項１又は２に記載の基礎構造において、
前記先端加工部の基端から前記層境までの長手方向に沿った長さの、前記先端加工部の幅に対する比は、１以上であることを特徴とする基礎構造。
請求項１から３のいずれか１項に記載の基礎構造において、
前記先端加工部の長手方向に沿った長さは換算杭幅の５倍以下であることを特徴とする基礎構造。
請求項１から３のいずれか１項に記載の基礎構造において、
前記先端加工部の長手方向に沿った長さは換算杭幅の３倍以下であることを特徴とする基礎構造。