JP3638073B2 - 基礎構造物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は支持層に到達する支持杭に支持された上部構造物と周辺地盤との間の、圧密沈下に伴う段差の発生を緩和,あるいは防止する基礎構造物に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
軟弱地盤のような圧密層上に倉庫や工場等の広い面積を占める上部構造物を構築する場合、地盤沈下の影響を低減する目的から、上部構造物は図11に示すように支持層に定着される支持杭を柱の下に配置した杭基礎によって支持され、上部構造物の底面の土間スラブは地中梁間に小梁を配置し、剛性を確保した構造スラブとして構築される。
【0003】
この場合、軟弱地盤は圧密等により沈下するのに対し、支持杭で支持された上部構造物は沈下しないため、図12に示すように上部構造物が地盤に対して相対的に浮き上がる結果、周辺地盤との間に段差が生じ、以下の問題が発生する。
【0004】
(1)構造物とライフラインとの接続部が破壊するため、構造物内での生活機能が損なわれる。(2)地表面から杭頭部が露出し、拘束がなくなることで、地震時の水平力により杭が負担する曲げモーメントとせん断力が大きくなるため、支持杭の安全性が低下する。(3)構造物と地表面との間に階段を建設しなければ、構造物への出入りができない。(4)支持杭に過大な負の摩擦力が作用する。
【0005】
上部構造物と周辺地盤との間の段差の発生は支持杭に代え、杭の先端を支持層に定着させない摩擦杭を用いることで解決されるが、上部構造物の平面積が大きい場合には不等沈下を避けることができない。
【0006】
不等沈下は事前の設計段階で正確に予測することができれば、ある程度の対策を講じることは可能であるが、施工時や施工後には設計時の条件と異なる条件が付加されることが多いことから、実際の圧密沈下量を正確に予測することは難しく、結果的に不等沈下は避けられない。このような理由から、支持杭に代えて摩擦杭が使用されることは稀である。
【0007】
この発明は上記背景より、支持杭に支持された上部構造物と周辺地盤との間の段差の発生を緩和,あるいは防止する基礎構造物を提案するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1では上部構造物からの距離が大きくなる程、次第に短くなる複数の柱状地盤改良体を上部構造物の周辺の圧密層中に構築することにより、上部構造物側からの距離に応じて圧密層の沈下量を漸増させ、上部構造物と周辺地盤との間の段差の発生を緩和,あるいは防止する。
【0009】
柱状地盤改良体は地盤が沈下しようとするときに地盤に上向きの摩擦力を作用させることにより沈下を抑制することから、長い程、沈下量を低減するため、各柱状地盤改良体の長さが上部構造物からの距離が大きくなる程、次第に短くなることにより、上部構造物寄りから、上部構造物から遠い側へかけて圧密層の沈下量が漸増する。
【0010】
請求項2に記載のように最も上部構造物寄りに位置する柱状地盤改良体を支持層に定着させれば、上部構造物寄りから沈下量が漸増した場合にも、上部構造物とその周囲の地盤との間の段差の発生が完全に防止される。
【0011】
この結果、圧密沈下後の地表面は上部構造物側から、上部構造物から最も遠い柱状地盤改良体側へかけて下向きに傾斜するため、上部構造物とその周辺地盤との間の段差の発生が防止され、ライフラインが破壊する事態と、階段を建設する必要が解消される。
【0012】
各柱状地盤改良体の頭部はそのレベルの地盤に層状に構築される浅層地盤改良体によって接続され、拘束されることにより各柱状地盤改良体の独立した挙動が防止される。浅層地盤改良体は柱状地盤改良体の頭部を接続することで、地表に作用する荷重を分散させて複数の柱状地盤改良体に確実に伝達するため、隣接する柱状地盤改良体間の、柱状地盤改良体が存在しない部分の相対的な沈下を防止する働きをする。
【0013】
上部構造物寄りからの沈下量の漸増に伴い、浅層地盤改良体は上部構造物寄りから下向きに傾斜するが、上部構造物に関する位置によって傾斜の向きが相違し、浅層地盤改良体の表面が同一の平面内に位置しなくなることから、浅層地盤改良体を上部構造物の周方向に連続させれば沈下に伴って亀裂を生ずる可能性がある。これに対し、請求項3に記載のように浅層地盤改良体を平面上、上部構造物の周方向に互いに絶縁させる、または上部構造物からの距離が大きくなる方向に目地を入れることにより亀裂の発生は防止される。
【0014】
請求項4では支持層に到達する支持杭と、支持杭に支持された上部構造物の下の圧密層中に先端が実質的に揃えられていると共に実質的に圧密沈下を生じさせないだけの長さで支持層に到達しない長さの複数の柱状地盤改良体と、柱状地盤改良体の頭部のレベルの地盤に層状に全柱状地盤改良体の頭部を接続する浅層地盤改良体を構築した基礎構造とすることにより、上部構造物下の圧密層の沈下を抑制し、沈下がある場合にも圧密層を一様に沈下させ、地表面から杭頭部が露出する事態と、支持杭への過大な負の摩擦力の作用を回避する。
【0015】
柱状地盤改良体によって上部構造物下の圧密層の沈下が抑制されることにより、地表面から杭頭部が露出する事態が防止され、杭頭部が露出することに伴う地震時の曲げモーメントとせん断力の負担増加がなくなり、支持杭の安全性が維持される。圧密沈下の抑制により支持杭への過大な負の摩擦力の作用も回避される。
【0016】
また全柱状地盤改良体の先端が揃えられ、その頭部が浅層地盤改良体によって拘束されることにより、沈下を生ずる場合の圧密層の沈下は少なくとも地中梁で囲まれた領域内では一様になる。
【0017】
浅層地盤改良体の上層には上部構造物の一部となる土間スラブが構築されるが、請求項5に記載のように土間スラブを上部構造物の地中梁から絶縁させることにより、上部構造物下の圧密層に沈下が生じた場合にも土間スラブを一様に沈下させることができ、土間スラブと地表面との間、もしくは土間スラブと浅層地盤改良体との間への空間の発生が防止される。
【0018】
土間スラブの下面への空間の発生が防止されることで、沈下が生じた場合にも杭頭部を露出させない効果が確保される。
【0019】
この場合、土間スラブは地中梁から絶縁されることと、沈下が生じた場合にも地表面や浅層地盤改良体に接触した状態を維持することから、負担する鉛直荷重を地中梁に伝達する必要がなく、鉛直荷重は直下の浅層地盤改良体から柱状地盤改良体に伝達されるため、土間スラブは小梁が不要な軽微な構造を持てば足りる。
請求項6は、請求項1の基礎構造と請求項4の基礎構造を併せ持つ基礎構造であり、上記した請求項1の基礎構造の性能と請求項4の性能を有している。
【0020】
【発明の実施の形態】
請求項1の発明は図1に示すように支持層1に到達する支持杭2に支持された上部構造物3の周辺の圧密層4中に構築される複数の柱状地盤改良体5と、柱状地盤改良体5の頭部のレベルの地盤に層状に構築され、全柱状地盤改良体5の頭部を接続する浅層地盤改良体6から構成される基礎構造物である。
【0021】
各柱状地盤改良体5の頭部のレベルは実質的に揃えられ、長さは上部構造物3からの距離が大きくなる程、次第に短くなる。最も上部構造物3寄りの柱状地盤改良体5にはその周囲の地盤に実質的に圧密沈下を生じさせないだけの長さが与えられる。上部構造物3の周囲の地盤の沈下を完全に防止する場合には図9に示すように最も上部構造物3寄りの柱状地盤改良体5に支持層1に到達する長さが与えられる。
【0022】
柱状地盤改良体5は深層混合処理工法で用いられる、鉛直軸回りに回転する攪拌翼を持つ攪拌装置や、カッターポストの回りを循環する無端チェインを持つ掘溝装置により平面上、部分的に構築され、浅層地盤改良体6はバケット内に水平軸回りに回転する攪拌翼を持つショベル系掘削機により全柱状地盤改良体5の構築範囲に亘って連続的,もしくは断続的に、版状に構築される。
【0023】
図1,図4では浅層地盤改良体6の底面が上部構造物3の底面より下に位置していることから、浅層地盤改良体6は上部構造物3の底面の下まで入り込み、上部構造物3の外周寄りの支持杭2に接続しているが、上部構造物3の平面上の縁の位置まで構築され、支持杭2に接続しない場合もある。
【0024】
図1は比較のため、上部構造物3の左側の圧密層4に基礎構造物を構築せず、右側の圧密層4に基礎構造物を構築した様子を示す。図2は圧密層4が沈下した様子を示すが、ここに示すように圧密層4の沈下は柱状地盤改良体5の長さが大きい程、抑制されるため、上部構造物3の周辺の圧密層4は上部構造物3寄りから、上部構造物3からの距離が大きくなる程、沈下量が漸増し、地表面は上部構造物3側から、上部構造物3から最も遠い柱状地盤改良体5側へかけて下向きに傾斜する。
【0025】
図4は請求項1の基礎構造物と請求項4の基礎構造物を組み合わせて上部構造物3の片側に構築した場合(即ち、請求項6の場合)を、図5は圧密層4が沈下した様子を示す。図3,図6は上部構造物3の回りに基礎構造物を構築した場合の、それぞれ図1,図4の平面を示す。
【0026】
図3,図6では浅層地盤改良体6の傾斜に伴う亀裂の発生を防止する目的で、浅層地盤改良体6を平面上、上部構造物3の周方向に互いに絶縁させる、あるいは上部構造物3からの距離が大きくなる方向に目地を入れている。ここでは縁切りの線や目地の線を上部構造物3の放射方向に向けているが、亀裂を防止する上では浅層地盤改良体6は少なくとも上部構造物3の周方向に実質的に絶縁されていればよいため、浅層地盤改良体6に対して縁切りの線や目地の線を格子状に入れることもある。
【0027】
図7,図9は請求項1の基礎構造物と請求項4の基礎構造物を組み合わせた場合(即ち、請求項6の場合)の他の例を、図8,図10は圧密層4が沈下した様子を示す。
【0028】
請求項4の発明は図4〜図6、図7〜図10に示すように支持層1に到達する支持杭2と、支持杭2に支持された上部構造物の3下の圧密層4中に構築され、先端が実質的に揃えられていると共に実質的に圧密沈下を生じさせないだけの長さで支持層に到達しない長さの複数の柱状地盤改良体5と、柱状地盤改良体5の頭部のレベルの地盤に層状に構築され、全柱状地盤改良体5の頭部を接続する浅層地盤改良体から構成される基礎構造物であり、請求項5の発明は更に図7〜図10に示すように浅層地盤改良体6の上層に、上部構造物3の地中梁8から絶縁された土間スラブ7が構築された基礎構造物である。
【0029】
図4,図7,図9は請求項1の基礎構造物と請求項4の基礎構造物を組み合わせた場合を示しているが、ここに示すように請求項4では全柱状地盤改良体5に、請求項1の最も上部構造物3寄りに位置する柱状地盤改良体5と同様の、圧密層4に実質的に圧密沈下を生じさせないだけの長さが与えられる。
【0030】
図7〜図10では浅層地盤改良体6の直上に土間スラブ7を構築しているが、浅層地盤改良体6の上に埋戻し土を敷設した上に土間スラブ7を構築する場合もある。
【0031】
【発明の効果】
請求項1では上部構造物からの距離が大きくなる程、次第に短くなる複数の柱状地盤改良体を上部構造物の周辺の圧密層中に構築するため、上部構造物側からの距離に応じて軟弱地盤の沈下量を漸増させることができ、上部構造物と周辺地盤との間の段差の発生を緩和,あるいは防止できる。
【0032】
請求項2では最も上部構造物寄りに位置する柱状地盤改良体を支持層に定着させるため、上部構造物とその周囲の地盤間の段差の発生を完全に防止できる。
【0033】
この結果、ライフラインが破壊する事態と、構造物と地表面との間に階段を建設する必要が解消される。
【0034】
各柱状地盤改良体の頭部を接続する浅層地盤改良体は地表に作用する荷重を分散させて複数の柱状地盤改良体に確実に伝達するため、隣接する柱状地盤改良体間の、柱状地盤改良体が存在しない部分の相対的な沈下を防止できる。
【0035】
請求項3では浅層地盤改良体を平面上、上部構造物の周方向に互いに絶縁させる、または上部構造物からの距離が大きくなる方向に目地を入れるため、浅層地盤改良体の傾斜に伴う亀裂の発生を防止できる。
【0036】
請求項4では、図5,図8,図9に示すように、上部構造物下の圧密層の沈下を抑制できる。また、沈下がある場合にも圧密層を少なくとも地中梁で囲まれた領域内で一様に沈下させることができる。
【0037】
この結果、地表面から杭頭部が露出する事態が防止され、杭頭部が露出することに伴う地震時の曲げモーメントとせん断力の負担増加がなくなり、支持杭の安全性が維持される。
【0038】
また圧密沈下が抑制されることで支持杭への過大な負の摩擦力の作用が回避される。
【0039】
請求項5では浅層地盤改良体の上層に構築され、上部構造物の一部となる土間スラブを上部構造物の地中梁から絶縁させるため、上部構造物下の圧密層に沈下が生じた場合にも土間スラブを一様に沈下させることができ、土間スラブと地表面との間、もしくは土間スラブと浅層地盤改良体との間への空間の発生を防止できる。
【0040】
この結果、上部構造物下の圧密層に沈下が生じた場合にも杭頭部を露出させない効果が確保される。
【0041】
また土間スラブは地中梁から絶縁されることと、沈下が生じた場合にも地表面や浅層地盤改良体に接触した状態を維持することで、負担する鉛直荷重を地中梁に伝達する必要がなくなるため、軽微な構造を持てば足りる。
なお、請求項6は、請求項1の基礎構造と請求項4の基礎構造を併せ持つ基礎構造であり、上記した請求項1の基礎構造の効果と請求項4の効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の基礎構造物を示した立面図である。
【図2】図1の圧密層が沈下した様子を示した立面図である。
【図3】上部構造物の回りに請求項3の基礎構造物を構築した場合の図1の平面図である。
【図4】請求項1の基礎構造物と請求項4の基礎構造物を組み合わせた場合の例を示した立面図である。
【図5】図4の圧密層が沈下した様子を示した立面図である。
【図6】上部構造物の回りに請求項3の基礎構造物を構築した場合の図4の平面図である。
【図7】請求項1の基礎構造物と請求項4の基礎構造物を組み合わせた場合の他の例を示した立面図である。
【図8】図7の圧密層が沈下した様子を示した立面図である。
【図9】請求項1の基礎構造物と請求項4の基礎構造物を組み合わせた場合の他の例を示した立面図である。
【図10】図9の圧密層が沈下した様子を示した立面図である。
【図11】支持杭で支持層に支持された上部構造物を示した立面図である。
【図12】図11の圧密層が沈下した様子を示した立面図である。
【符号の説明】
1……支持層、2……支持杭、3……上部構造物3、4……圧密層、5……柱状地盤改良体、6……浅層地盤改良体、7……土間スラブ、8……地中梁。
Claims (6)
- 支持層に到達する支持杭に支持された上部構造物の周辺の圧密層中に構築される複数の柱状地盤改良体と、柱状地盤改良体の頭部のレベルの地盤に層状に構築され、全柱状地盤改良体の頭部を接続する浅層地盤改良体から構成され、各柱状地盤改良体は上部構造物からの距離が大きくなる程、次第に短くなっている基礎構造物。
- 最も上部構造物寄りに位置する柱状地盤改良体は支持層に定着されている請求項1記載の基礎構造物。
- 浅層地盤改良体は平面上、上部構造物の周方向に互いに絶縁されている、または上部構造物からの距離が大きくなる方向に目地が入れられている請求項1,もしくは請求項2記載の基礎構造物。
- 支持層に到達する支持杭と、支持杭に支持された上部構造物の下の圧密層中に構築され、先端が実質的に揃えられていると共に実質的に圧密沈下を生じさせないだけの長さで支持層に到達しない長さの複数の柱状地盤改良体と、柱状地盤改良体の頭部のレベルの地盤に層状に構築され、全柱状地盤改良体の頭部を接続する浅層地盤改良体から構成される基礎構造物。
- 浅層地盤改良体の上層に、上部構造物の地中梁から絶縁された土間スラブが構築されている請求項4記載の基礎構造物。
-
支持層に到達する支持杭に支持された上部構造物の周辺の圧密層中に構築される複数の柱状地盤改良体と、柱状地盤改良体の頭部のレベルの地盤に層状に構築され、全柱状地盤改良体の頭部を接続する浅層地盤改良体から構成され、各柱状地盤改良体は上部構造物からの距離が大きくなる程、次第に短くなっている基礎構造物と、支持層に到達する支持杭と、支持杭に支持された上部構造物の下の圧密層中に構築され、先端が実質的に揃えられていると共に実質的に圧密沈下を生じさせないだけの長さで支持層に到達しない長さの複数の柱状地盤改良体と、柱状地盤改良体の頭部のレベルの地盤に層状に構築され、全柱状地盤改良体の頭部を接続する浅層地盤改良体から構成される基礎構造物とを共に有している基礎構造物。
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