JP2018021418A - 基礎構造物及び基礎構造物の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造により軽量化を図ることができる基礎構造物を提供することを目的とする。【解決手段】基礎構造物１は、地上で線状に延在する線状構造体３を支持する基礎構造物であって、線状構造体３と地盤１００との間に介在し線状構造体３を保持する基礎本体部５と、地盤１００に埋設され、地盤１００の方向への引張力によって基礎本体部５を地盤１００に固定するアンカー部７と、を備える。また、地盤１００中に設けられ、アンカー部７が埋設される地盤改良体を備えるようにしてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は基礎構造物及び基礎構造物の施工方法に関するものである。

従来、構造物を支持するための基礎構造物の方式として、構造物の荷重を地盤に直接伝達する直接基礎や、地盤に打ち込んだ杭を介して構造物の荷重を強固な支持層に伝達する杭基礎などが知られている（下記非特許文献１参照）。

「道路橋示方書・同解説（I共通編・IV下部構造編）」、改訂版第１刷、社団法人日本道路協会、平成14年3月、p.292、351

直接基礎を用いる場合、直接基礎が転倒するような回転力を支持するために、直接基礎の幅が大きくなる傾向がある。従って、直接基礎の重量が大きくなり、材料の使用量も多くなる。一方、杭基礎によれば、杭を施工する手間が大きい。このような問題に鑑み、本発明は、簡易な構造により軽量化を図ることができる基礎構造物及びその施工方法を提供することを目的とする。

本発明の基礎構造物は、地上に配置される構造体を支持する基礎構造物であって、構造体と地盤との間に介在する基礎本体部と、地盤に埋設され地盤の方向への引張力によって基礎本体部を地盤に固定するアンカー部と、を備える。

この基礎構造物では、基礎本体部がアンカー部の引張力によって地盤に固定される。仮にアンカー部が無い場合を考えると、基礎本体部を転倒させるような回転力によって地盤が崩壊しないように、基礎本体部の軸方向の寸法を大きくする必要がある。これに対し、本発明の基礎構造物によれば、アンカー部の引張力が上記の回転力に抵抗するので、基礎本体部の寸法を大きくする必要性が低い。よって、基礎本体部を小型化、軽量化することができる。また、引張力によって基礎本体部を地盤に固定するアンカー部は、引張部材で構成することができるので、この基礎構造物は、杭基礎などに比べて簡易に構築することができる。

また、地盤中に設けられ、アンカー部の少なくとも一部が埋込まれる地盤改良体を備えるようにしてもよい。この構成によれば、基礎本体部と地盤中の地盤改良体とがアンカー部を介して接続される。

また、アンカー部は、基礎本体部に接続された第１アンカー部と第２アンカー部とを備え、第１アンカー部と第２アンカー部とは、下方に向かうに従って互いに離れるように傾斜して延在しているようにしてもよい。

この構成によれば、基礎本体部に作用する水平力や回転力に対して、第１アンカー部及び第２アンカー部が効率良く抵抗する。

また、アンカー部の上端は、アンカープレートとナットによって基礎本体部に定着されているようにしてもよい。

また、基礎本体部は、地盤に当接する底面に設けられ地盤に食込むせん断キーを有するようにしてもよい。このせん断キーにより、地盤上での基礎本体部の移動が抑制される。

本発明の基礎構造物の施工方法は、地上に配置される構造体を支持する基礎構造物の施工方法であって、地盤に硬化性材料を混合して地盤改良体を形成する地盤改良工程と、地盤改良体が硬化する前に、引張材であるアンカー部を地盤改良体に挿入するアンカー部設置工程と、地盤改良体の硬化後に、構造体を保持するための基礎本体部を地盤上に設置し、地盤改良体から上方に突出するアンカー部を基礎本体部に設けられた貫通穴に貫通させる基礎本体部設置工程と、貫通穴の上方に突出したアンカー部を基礎本体部に定着させ、アンカー部に引張力を付与するアンカー定着工程と、を備える。

本発明の基礎構造物によれば、簡易な構造により基礎本体部の軽量化を図ることができる基礎構造物及びその施工方法を提供することができる。

第１実施形態に係る基礎構造物を用いた線状構造体の設置の状態を示す断面図である。 （ａ）は、基礎構造物を示す断面図であり、（ｂ）は基礎構造物の基礎本体部を示す平面図である。 基礎本体部５及び線状構造体３を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、基礎構造物の施工方法を示す断面図である。 第２実施形態に係る基礎構造物の断面図である。

〔第１実施形態〕
図１〜図３を参照しつつ本発明に係る基礎構造物の第１実施形態について詳細に説明する。図１は、基礎構造物１を用いた線状構造体３の設置の状態を示す断面図である。図２（ａ）は、基礎構造物１を示す断面図であり、図２（ｂ）は基礎構造物１の基礎本体部５を示す平面図である。図３は、基礎本体部５及び線状構造体３を示す斜視図である。なお、各図面においては、特徴点を誇張して描写する場合があるため、図面上の各部の寸法比は必ずしも他の図面や以下の説明とは一致しない。

基礎構造物１は、地盤１００に対して線状構造体３を設置するために用いられる。線状構造体３は、地表面に沿って地上で線状に延在するように配置される構造体であり、例えば、パイプライン、ケーブル配管、配送管等であってもよい。線状構造体３は例えば工場敷地内で地上に設置される配管であり、水やＬＮＧ（液化天然ガス）等の液体を搬送する配管であってもよく、気体を搬送する配管であってもよい。このように配管等を支持する構造物は、一般に「パイプスリーパー」などと呼ばれる場合もある。本実施形態においては、元々の地盤１００が比較的軟弱な地盤であるため、地盤１００の上層部には所定の地盤改良が施され、地盤改良体１０１が形成されている。

線状構造体３は、複数の基礎構造物１によって支持され、地盤１００と線状構造体３との間に基礎本体部５が介在することで、地表面１００ａから所定の高さ位置において地表面１００ａとほぼ平行に延在している。以下、地表面１００ａは水平面であり、線状構造体３は水平に直線状に延在する場合を例として説明する。また以下では、鉛直方向をＺ方向、線状構造体３の延在方向をＹ方向、Ｚ方向及びＹ方向の双方に直交する方向をＸ方向とする。

図１に示されるように、地盤１００上には、複数の基礎構造物１がＹ方向に直線状に略等間隔で配置されている。基礎構造物１は、コンクリートからなる基礎本体部５と、地盤１００に埋設され基礎本体部５を地盤１００に固定するアンカー部７と、を備えている。

基礎構造物１の基礎本体部５は、その底面５ａを地盤１００に当接させた状態で、地表面１００ａ上に設置されている。線状構造体３は、複数の基礎本体部５上に架設されるように、各基礎本体部５に取り付けられ支持されている。基礎本体部５同士のＹ方向の間隔は、例えば約７ｍである。図３に示されるように、複数本（例えば、５〜６本程度）の線状構造体３がＸ方向に並設された状態で基礎本体部５上に架設されている。

基礎本体部５は、逆Ｔ字形をなしており、水平に広がる矩形板状の基礎スラブ１１と、基礎スラブ１１の中央部から上方に延在するように立設されたペデスタル１３とを備えている。ペデスタル１３は、Ｙ方向に直交する平面に沿って広がる矩形板状をなす。また、基礎本体部５は、底面５ａの中央部において下方に突出するように設けられたせん断キー１５を備えている。せん断キー１５は、Ｘ方向に延在する凸条部をなしており、せん断キー１５が地盤１００に食込んでいる。このせん断キー１５が基礎本体部５へのＹ方向の水平力に抵抗し、基礎本体部５のＹ方向への横滑りが抑制される。

基礎本体部５は、プレキャストコンクリートであってもよく、ハーフプレキャストコンクリートとして形成されてもよく、場所打ちコンクリートで形成されてもよい。また、基礎スラブ１１とペデスタル１３とが別体のプレキャストコンクリートで形成されていてもよい。基礎スラブ１１のＹ方向の寸法は例えば約３ｍであり、基礎スラブ１１のＸ方向の寸法は例えば約４ｍであり、ペデスタル１３のＺ方向の寸法は例えば約１ｍである。

アンカー部７は、基礎スラブ１１の四隅のそれぞれに接続され、鉛直方向に延在している。アンカー部７の材料としては、例えば、ＰＣ鋼材又は総ネジ鉄筋を採用することができる。また、上記のＰＣ鋼材は、ＰＣ鋼棒であってもよく、ＰＣ鋼より線であってもよい。アンカー部７のうち地盤１００中に埋込まれた部分（以下、アンカー部７の地中部分という）は、少なくともその一部が地盤改良体１０１に埋込まれており、地盤１００に対して強固に定着されている。ここでは、図１に示されるように、アンカー部７の地中部分全体が地盤改良体１０１中に埋込まれているものとする。地盤改良体１０１に対してアンカー部７を強固に定着させるために、アンカー部７の下端には当該アンカー部７よりも大径の定着プレート７ａが取り付けられている。なお、アンカー部７の地中部分の長さは、例えば７〜８ｍである。

アンカー部７が接続される基礎スラブ１１の四隅には、上下に貫通する貫通穴１７が形成されている。アンカー部７のうち地表面１００ａから上方に突出した部分（以下、アンカー部７の地上部分という）は、貫通穴１７に挿通されている。そして、貫通穴１７から突出したアンカー部７の上端には、貫通穴１７より大きいアンカープレート１９と、当該地上部分に螺合するナット２１が取り付けられている。なお、このようなナット２１の取付けを可能にするためにアンカー部７の上端部には雄ネジ部が設けられている。この状態でナット２１が締め付けられることで、アンカー部７に緊張力が付与され、アンカー部７からの引張力がアンカープレート１９を介して基礎スラブ１１の上面に伝達される。このような構造により、アンカー部７の上端が基礎本体部５に定着され、アンカー部７の引張力によって基礎本体部５が地盤１００に押し付けられ固定される。このように、アンカー部７は、下方への引張力によって基礎本体部５を地盤１００に固定する引張材として機能する。

基礎構造物１において、線状構造体３は、配管保持部材２３を介してペデスタル１３の上面１３ａに取り付けられる。配管保持部材２３は、例えば、ペデスタル１３の上面１３ａに対して、Ｙ方向にスライド可能に設置されると共に、線状構造体３を挿入させ保持するリング状をなす。ペデスタル１３をＹ方向にスライド可能にする機構としては、公知の機構を適宜採用すればよい。配管保持部材２３がＹ方向にスライド可能であるので、線状構造体３のＹ方向の伸縮や変位を吸収することができる。また、ペデスタル１３の上面１３ａと配管保持部材２３との間に、高さ調整用のプレートが挟み込まれてもよい。このような高さ調整用プレートによって、ペデスタル１３の上面１３ａの不陸分を微調整し線状構造体３を一定の高さ位置で保持することができる。

続いて、図４を参照しながら基礎構造物１の施工方法の一例について説明する。ここでは、基礎本体部５がプレキャストコンクリートで形成されている場合を例として説明する。

（地盤改良工程）
まず、図４（ａ）に示されるように、地盤１００の上層部に所定の地盤改良が施され、地盤改良体１０１が形成される。地盤改良の方法としては、パワーブレンダー工法、表層混合処理工法、機械式混合攪拌工法などの公知の地盤改良法が採用される。この地盤改良では、地盤１００中の土に対してセメント等の水硬性材料（硬化性材料）が混合撹拌され、土と水硬性材料との混合物が硬化することで、地盤改良体１０１が形成される。例えば、地盤改良体１０１は、地表面１００ａから後工程で設置するアンカー部７の下端よりも深い位置までの範囲に形成される。

（アンカー部設置工程）
次に、図４（ｂ）に示されるように、上記の地盤改良体１０１が硬化する前に、地表面１００ａから下方に向けて地盤改良体１０１にアンカー部７を挿入する。このとき、アンカー部７の上端近傍の部分を地表面１００ａから上方に突出させて前述の地上部分とする。また、アンカー部７の下端は、地盤改良体１０１の下端に到達しない深さまで侵入する。ここでは、後工程で設置する基礎本体部５の貫通穴１７に対応する配置で４本のアンカー部７が挿入される。その後、地盤改良体１０１が硬化すれば、各アンカー部７の地中部分が地盤改良体１０１に埋込まれた状態となる。

（基礎本体部設置工程）
その後、図４（ｃ）に示されるように、上記の４本のアンカー部７の地上部分を各貫通穴１７に挿通させながら、地盤１００上に基礎本体部５を載置する。このとき、事前に地盤改良体１０１上部に切り込みを入れ、モルタルを敷いておくことで、基礎本体部５の重量によって、せん断キー１５が地盤１００に食い込むと共に、底面５ａが地表面１００ａに当接する。

（アンカー定着工程）
地盤改良体１０１の硬化後、図４（ｄ）に示されるように、貫通穴１７の上方に突出した各アンカー部７の上端部にアンカープレート１９とナット２１とを取り付け、ナット２１を締め付ける。これにより、アンカー部７が基礎本体部５の基礎スラブ１１の上面に定着され、アンカー部７には、基礎本体部５を下方に引き込む引張力が付与される。この引張力によって、基礎本体部５は地盤１００に対して強固に固定される。なお、基礎スラブ１１の上面に設置したジャッキによってアンカー部７に緊張力を付与して定着させてもよい。基礎スラブ１１上面に位置するアンカー部７の上端部には、カバーコンクリート、防食塗装などによって腐食防止がはかられる。

続いて、基礎構造物１による作用効果について説明する。

線状構造体３を支持する基礎構造物１には、鉛直力、水平力、Ｘ軸周りの回転力等の外力に対して転倒、横滑り、傾斜などせず安定していることが求められる。基礎構造物１では、基礎本体部５がアンカー部７の引張力によって地盤１００に固定される。仮にアンカー部７が無い場合を考えると、Ｙ方向へ基礎本体部５を転倒させるような回転力（Ｘ軸周りの回転力）によって地盤１００が崩壊しないように、基礎本体部５のＹ方向の寸法を大きくする必要がある。これに対し、基礎構造物１によれば、アンカー部７の引張力が上記の回転力に抵抗するので、基礎本体部５のＹ方向の寸法を大きくする必要性が低い。よって、基礎本体部５を小型化、軽量化することができる。また、引張力によって基礎本体部５を地盤１００に固定するアンカー部７は、引張部材で構成することができるので、この基礎構造物１は、杭基礎などに比べて簡易に構築することができる。また、アンカー部７によって基礎本体部５が地盤１００に対して比較的強固に固定されるので、基礎本体部５に水平力が作用した場合にも、基礎本体部５が容易に横滑りしない。また、地盤１００の表層部が地盤改良されているので、基礎本体部５が鉛直力によって沈下することも抑制される。

また、基礎本体部が小型化されることにより、当該基礎本体部５のプレキャスト化が容易になる。すなわち、一般的にプレキャストコンクリート部材は、運搬や取扱いを考慮して一定の重量に抑える必要があるところ、小型の基礎本体部５であれば、プレキャスト化しても運搬や取扱いが可能である。そして、基礎本体部５をプレキャスト化すれば、基礎本体部５を場所打ちで構築する場合に比較して、現場作業の期間の短縮が図られる。

〔第２実施形態〕
続いて、図５を参照しながら本発明の基礎構造物の第２実施形態について説明する。本実施形態の基礎構造物５１において、第１実施形態の基礎構造物５１と同一又は同等な構成要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。図５に示される基礎構造物５１は、鉛直方向に延在するアンカー部７に代えて、傾斜したアンカー部５７ａ，５７ｂを備えている。

アンカー部５７ａ（第１アンカー部）は、貫通穴１７ａの位置で基礎本体部５に接続されている。アンカー部５７ｂ（第２アンカー部）は、貫通穴１７ａとは＋Ｙ方向にずれた貫通穴１７ｂの位置で基礎本体部５に接続されている。そして、アンカー部５７ａとアンカー部５７ｂとは、下方に向かうに従って互いにＹ方向に離れるように傾斜して延在している。すなわち、アンカー部５７ａの下端は上端よりも−Ｙ方向にずれた位置にあり、アンカー部５７ｂの下端は上端よりも＋Ｙ方向にずれた位置にある。更に換言すれば、ＹＺ平面に投射した場合に、アンカー部５７ａとアンカー部５７ｂとが八の字型を呈している。この構成によれば、基礎本体部５に作用する水平力やＸ軸周りの回転力に対する、アンカー部５７ａ，５７ｂの抵抗力が向上する。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

例えば、上述の実施形態では、地盤１００が比較的軟弱である場合を例として説明しているが、本発明の基礎構造物は地盤改良を行わない強固な地盤に構築することも可能である。この場合、アンカー部７を設置する際には、地盤にアンカー部７の設置のためのボーリングを行えばよい。また、前述の通り、基礎本体部５を場所打ちコンクリートやハーフプレキャストコンクリートで形成してもよい。この場合、アンカー部設置工程の後、アンカー部７の地上部分にシースを挿入した状態で基礎本体部５のコンクリートを打設することで、アンカー部７が挿入された状態の貫通穴１７が形成される。

また、実施形態では地盤１００の表層部を地盤改良しているが、地盤１００の地中の地盤改良を行い、例えばアンカー部７の下端の近傍のみが地盤改良体であってもよい。また、地盤１００の表層部をＹ方向に連続させて地盤改良することも必須ではなく、１つの基礎構造物１に対して、アンカー部７を埋込むための地盤改良体を１カ所ずつ形成してもよい。また、基礎構造物１において基礎本体部５に接続されるアンカー部７は４本には限定されず、アンカー部７の本数は適宜設計によって決定すればよい。また、実施形態では、地上に線状に配置される線状構造体を支持する基礎構造物１を例として説明しているが、本発明は線状構造体用の基礎構造物だけでなく、ボイラー、サイロ、機械設備などの他の構造体を支持する基礎構造物にも適用できる。

１，５１…基礎構造物、３…線状構造体、５…基礎本体部、５ａ…底面、７…アンカー部、１５…せん断キー、１９…アンカープレート、２１…ナット、１００…地盤、１０１…地盤改良体。

Claims (6)

1. 地上に配置される構造体を支持する基礎構造物であって、
   前記構造体と地盤との間に介在する基礎本体部と、
   前記地盤に埋設され前記地盤の方向への引張力によって前記基礎本体部を前記地盤に固定するアンカー部と、を備える基礎構造物。
2. 前記地盤中に設けられ、前記アンカー部の少なくとも一部が埋込まれる地盤改良体を備える、請求項１に記載の基礎構造物。
3. 前記アンカー部は、
   前記基礎本体部に接続された第１アンカー部と第２アンカー部とを備え、
   前記第１アンカー部と第２アンカー部とは、下方に向かうに従って互いに離れるように傾斜して延在している、請求項１又は２に記載の基礎構造物。
4. 前記アンカー部の上端は、アンカープレートとナットによって前記基礎本体部に定着されている、請求項１〜３の何れか１項に記載の基礎構造物。
5. 前記基礎本体部は、
   前記地盤に当接する底面に設けられ前記地盤に食込むせん断キーを有する、請求項１〜４の何れか１項に記載の基礎構造物。
6. 地上に配置される構造体を支持する基礎構造物の施工方法であって、
   地盤に硬化性材料を混合して地盤改良体を形成する地盤改良工程と、
   前記地盤改良体が硬化する前に、引張材であるアンカー部を前記地盤改良体に挿入するアンカー部設置工程と、
   前記地盤改良体の硬化後に、前記構造体を保持するための基礎本体部を前記地盤上に設置し、前記地盤改良体から上方に突出する前記アンカー部を前記基礎本体部に設けられた貫通穴に貫通させる基礎本体部設置工程と、
   前記貫通穴の上方に突出した前記アンカー部を前記基礎本体部に定着させ、前記アンカー部に引張力を付与するアンカー定着工程と、を備える、基礎構造物の施工方法。

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