JP3671294B2 - 杭基礎と液圧併用型の基礎構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、杭の支持力と、液体の圧力（浮力の概念も含む。以下、単に液圧という。）による支持力とを併用して構造物を支持する、杭基礎と液圧併用型の基礎構造の技術分野に属する。更に云えば、杭の支持力と液圧による支持力との分担率を明確にし、且つ恒久的に維持できる杭基礎と液圧併用型の基礎構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の基礎構造は、沈下を許容する摩擦杭を用いた基礎構造を除くと、地盤で構造物の全荷重を支持する直接基礎構造、又は杭で構造物の全荷重を支持する杭基礎構造のいずれかに概ね大別される。直接基礎と杭基礎の併用型は、地盤と杭との支持力分担率が明確でないとの理由から採用されていない。
【０００３】
一方、液圧による支持や浮力を利用して構造物を支持する基礎構造も公知に属する。例えば、
（ｉ）特公平６−４５９４１号公報に記載された基礎構造は、地下水位以下に位置する構造物の底盤下に発泡プラスチックを敷設し、前記発泡プラスチックの浮力により構造物を支持し、地盤支持力を軽減する構成である。但し、杭基礎は採用していない。
【０００４】
（ii）特開平８−１７７０６１号公報に記載された基礎構造は、地下躯体の周辺にプールが構築され、そのプールに満たされた重泥水の浮力により構造物を支持し、地盤支持力を軽減する構成であり、やはり杭基礎は採用していない。
【０００５】
一方、杭基礎構造としては、以下に示す技術が公知に属する。
（iii）特公平８−６３３７号公報に記載された基礎構造は、地盤に打設された杭により構造物が支持されている。地下水を杭の排水溝に沿って地下躯体の下部に設けた排水透水層まで引き上げ、前記排水透水層に引き上げられた地下水を排水ドレンから地上へ排水することにより、液状化による構造物の浮き上がりを防止する構成である。但し、液圧による支持力や浮力を利用する基礎構造ではなく、液圧を一定値に維持する機構を有していない。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
上記（ｉ）及び（ii）の基礎構造は、発泡プラスチック又は重泥水の浮力のみで構造物を支持しており、杭基礎のような確実性、安定性に欠ける。したがって、地盤の支持力（地盤耐力）が構造物を支持するのに不足していると、採用することができないか、又は大規模な地盤改良を必要とする問題点がある。
【０００７】
一方、上記（iii）の基礎構造は、液状化による構造物の浮き上がりを防止できる構成と説明されているが、杭のみで構造物を支持しているから、構造物が大規模になるにつれて、杭が大型化し、又は本数が増えてコストが嵩むなどの不経済な問題点がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、杭の支持力と液圧による支持との分担率を明確にし、且つその分担率を安定的に保持することによって、液圧を有効に活用できるものとし、もって杭基礎の負担を低減する杭基礎と液圧併用型の基礎構造を提供することである。
【０００９】
本発明の次の目的は、地下水位の上昇による構造物の浮き上がりを防止できる杭基礎と液圧併用型の基礎構造を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る杭基礎と液圧併用型の基礎構造は、
杭基礎の支持力と、液体の圧力による支持力とで構造物を支持する杭基礎と液圧併用型の基礎構造であって、
構造物を一定の高さに支持する杭が設置されていると共に、同構造物の地下躯体の直下に設けられた液槽と、前記液槽と連通され立ち上がらせた鉛直パイプとを備えて成り、
前記液槽は粗粒材を敷き詰めた構成とされ液体で満たされており、その液体圧力は鉛直パイプ内の液体の高さとして設定され、同鉛直パイプ内の液体高さに相当する液圧によって構造物が支持されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した杭基礎と液圧併用型の基礎構造において、
鉛直パイプの上端部は、構造物周辺の地表部まで立ち上がっていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した杭基礎と液圧併用型の基礎構造において、
構造物の地下躯体の外周には、不透水層まで到達する止水壁が構築され、この止水壁が液槽の一部を形成していることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１又は３に記載した杭基礎と液圧併用型の基礎構造において、
液槽の周壁面及び底面には泥膜が形成され、逸水対策が行われていることを特徴とする。
【００２０】
【本発明の実施形態及び実施例】
図１は、本発明に係る杭基礎と液圧併用型の基礎構造の参考形態を示している。この基礎構造は、地下水位の低い地盤１で好適に実施される。
【００２１】
本発明の基礎構造は、構造物４を一定の高さに支持する複数本の杭５…が設置されていると共に、同構造物４の地下躯体４ａの直下に約０．３ｍ程度の深さで設けられた液槽２と、この液槽２と連通され、上端部が地表部まで立ち上がったＬ字形状の鉛直パイプ６とを備えて成る（請求項２記載の発明）。なお、必要に応じて、後述する図４及び図５の基礎構造と略同様に、液槽２を横断する複数本の水平ドレンを設置し、その各水平ドレンと鉛直パイプ６の下端部とを連通した構成とされる。
【００２２】
前記液槽２は水等の液体３で満たされており、その液圧Ｆが鉛直パイプ６内の液体３の高さＨ２として示されている。即ち、構造物４の下面の高さＨ１と鉛直パイプ６内の液体３の高さＨ２との高低差ΔＨ＝Ｈ２−Ｈ１に相当する液圧Ｆが、構造物４の底面全域に働いて構造物４の支持力となっているのである。
【００２３】
構造物４は、前記の液圧Ｆによる支持力と、杭５の支持力とに分担して支持されている。そのため、杭５の支持力は液圧Ｆによる支持力の分担分だけ軽減され、杭径の縮小、本数の節減によるコストの削減に大きく寄与する。
【００２４】
前記液圧Ｆによる支持力は、鉛直パイプ６内の液体３の高さＨ２を所定の高さに維持（調整）することにより、一定に保たれる。具体的には、地盤沈下等により液槽２の底面が沈下し、容積が増加して液圧Ｆが下がると、鉛直パイプ６内の液体３の高さＨ２も低下するので、それを例えば鉛直パイプ６に設けられたレベルセンサー等（図示は省略）に感知させ、同センサーの信号に基づいて液体ポンプ等（図示は省略）を自動運転させ、所定の高さとなるまで液体３を補充することにより、液圧Ｆによる支持力を常に一定に保てる。
【００２５】
また、地盤１の地下水位の上昇により地下水が液槽２に浸入し、液圧Ｆが上がり鉛直パイプ６内の液体３の高さＨ２が高くなった場合にも、レベルセンサーがそれを感知し、同センサーの信号に基づいて液体ポンプが鉛直パイプ６を通じて液体３を排出することにより、液圧Ｆによる支持力を一定に保てる。
【００２６】
上記構成の基礎構造を構築する方法としては、例えば、構造物４を支持する杭５を構築し、山留め壁（図示は省略）を構築した地盤１を通常の開削工法により液槽２の底面レベルまで掘削し、杭５の頭部へ底面型枠（捨て型枠）を組み付けて構造物４の底盤を構築し、その直下に液槽２を形成する。この液槽２に必要に応じて水平ドレンを設置し、それに下端部を連通させ上方に立ち上がる鉛直パイプ６を構築する。その後、液槽２内に液体３を充填し、構造物４の建築の進行と共に、鉛直パイプ６内の液体３の高さＨ２を調整して液圧を加えてバランスをとる。但し、構造物４を逆打ち工法で構築することもある。
【００２７】
なお、液体３として水を使用し、周辺の地下水位が低い場合は、水を充填する前に泥水を充填して液槽２の周壁面及び底面に泥膜（図示は省略）を形成し、逸水対策を行う（請求項４記載の発明）。泥水は、泥膜形成能力が大きく、周辺地盤１への逸水を防止することができる。
【００２８】
本発明の基礎構造は、液圧Ｆを一定の大きさに保つことができるので、液圧Ｆによる支持力と、杭５の支持力との分担率が明確となる。しかも、鉛直パイプ６の利用により液圧Ｆの維持、管理を確実に行えるので、液圧Ｆを構造物４の恒久的な安定支持力として有効に活用することができる。そのため、杭５は、液圧Ｆによる支持力の分担分だけ軽減した杭径と本数で良く、コストの削減に大きく寄与し、経済的、合理的である。
【００２９】
また、地下水位が上昇した場合、鉛直パイプ６を通じて地下水を排出することができるので、過剰水圧を解消することができ、構造物４の浮き上がりやその底面に生じる過大応力の発生を防止できる。
【００３０】
図２は、本発明に係る杭基礎と液圧併用型の基礎構造の実施形態を示している。この基礎構造は、図１の基礎構造とほぼ同一の構成であるが、液槽２が粗粒材７を敷き詰めた帯水層（以下、液槽と同一の符号２を使用する。）として構成されている。そのため、帯水層２の上に直接、構造物４の底盤を構築することができ、作業性がよい。
【００３１】
図３は、図２の異なる実施形態を示している。この基礎構造は、図２の基礎構造とほぼ同一の構成であるが、地下水位Ｌが高い地盤１で好適に実施できる構成とされている。
【００３２】
具体的には、構造物４の地下躯体４ａの外周に不透水層１ａまで到達するソイルセメント柱列壁８が構築され、帯水層２の外周側壁が形成されている（請求項３記載の発明）。このとき、図示するように、鉛直パイプ６は、ソイルセメント柱列壁８内に配置されても良く、また、ソイルセメント柱列壁８の一辺を地下躯体４ａの側面から間隔を開けて構築し、その間隔に配置しても良い。
【００３３】
前記ソイルセメント柱列壁８を構築することで、大量の地下水が帯水層２内に浸入することがなく、鉛直パイプ６からの地下水の排出により容易に地下水位Ｌを一定に保つことができ、構造物４の浮き上がりやその底面に生じる過大応力の発生を防止できる。また、構造物４直下で液状化が生じても、帯水層２に地下水が浸入し、鉛直パイプ６から排出されるため、過剰水圧を解消することができ、やはり構造物４の浮き上がりやその底面に生じる過大応力の発生を防止できる。
【００３４】
図４及び図５は、図１などの基礎構造と原理的には同一であるが、鉛直パイプ６の上端部が構造物４の内部へ導かれた基礎構造を示している。
【００３５】
この基礎構造は、帯水層２内を横断する２本の水平ドレン９、９が平行に設置され、各水平ドレン９、９と連通され立ち上がらせた比較的高さの低い鉛直パイプ６、６の上端部は、地下躯体４ａの内部へ導かれている。水平ドレン９を設置することで、より確実に帯水層２内の液圧分布が均一に、且つ一定値に保たれる。
【００３６】
また、前記鉛直パイプ６には、排出用の圧力調整弁１０と、充填用の圧力調整弁１１が設けられており、その上端部まで液体３が充填され、天蓋６ａにより密閉されている。したがって、液圧Ｆが上がると、鉛直パイプ６内の圧力が上がり、圧力調整弁１０から液体３が排出され、液圧Ｆが一定に保たれる。逆に、液圧Ｆが下がると、鉛直パイプ６内の圧力が下がり、圧力調整弁１１から液体３が充填され、液圧Ｆが一定に保たれる。
【００３７】
なお、本実施形態では、比較的高さの低い鉛直パイプ６の実施形態を示しているが、鉛直パイプ６の高さが高い場合は、上端部に天蓋６ａがなく、液圧Ｆが上がると、液体３が鉛直パイプ６の上端部からオーバーフローし、必然的に液体３の高さが一定に保たれる構成とされることもある。
【００３８】
また、本実施形態では、天蓋６ａを設けた構成としているが、鉛直パイプ６の高さが低い場合でも、液体３がオーバーフローする構成とされても良い。
【００３９】
更に、鉛直パイプ６の高さが高い場合でも圧力調整弁１０、１１のみで液圧Ｆの調整を行っても良い。
【００４０】
もちろん、鉛直パイプ６、及び水平ドレン９の本数は構築される構造物の大きさ等により、適宜変更される。
【００４１】
請求項１〜４に記載した発明に係る杭基礎と液圧併用型の基礎構造は、液圧を一定の大きさに保つことができるので、液圧による支持力と、杭の支持力との分担率が明確となる。しかも、鉛直パイプの利用により液圧の維持、管理を確実に行えるので、液圧を構造物の恒久的な安定支持力として有効に活用することができる。そのため、杭は、液圧による支持力の分担分だけ軽減した杭径と本数で良く、コストの削減に大きく寄与し、経済的、合理的である。
また、地下水位が上昇した場合、鉛直パイプを通じて地下水を排出することができるので、過剰水圧を解消することができ、構造物の浮き上がりやその底面に生じる過大応力の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る杭基礎と液圧併用型の基礎構造の参考形態を示した立面図である。
【図２】 本発明に係る杭基礎と液圧併用型の基礎構造の実施形態を示した立面図である。
【図３】 地下水位の高い地盤に適用できるように構成された杭基礎と液圧併用型の基礎構造の実施形態を示した立面図である。
【図４】 鉛直パイプの上端部を構造物の内部に導いた杭基礎と液圧併用型の基礎構造の実施形態を示した立面図である。
【図５】 図４のＩ−Ｉ線矢視断面図を示している。
【符号の説明】
１ 地盤
１ａ 不透水層
２ 液槽（帯水層）
３ 液体
４ 構造物
４ａ 地下躯体
５ 杭
６ 鉛直パイプ
６ａ 天蓋
７ 粗粒材
８ ソイルセメント柱列壁
９ 水平ドレン
１０ 排出用の圧力調整弁
１１ 充填用の圧力調整弁
Ｆ 液圧
Ｌ 地下水位

Claims (4)

1. 杭基礎の支持力と、液体の圧力による支持力とで構造物を支持する杭基礎と液圧併用型の基礎構造であって、
   構造物を一定の高さに支持する杭が設置されていると共に、同構造物の地下躯体の直下に設けられた液槽と、前記液槽と連通され立ち上がらせた鉛直パイプとを備えて成り、
   前記液槽は粗粒材を敷き詰めた構成とされ液体で満たされており、その液体圧力は鉛直パイプ内の液体の高さとして設定され、同鉛直パイプ内の液体高さに相当する液圧によって構造物が支持されていることを特徴とする、杭基礎と液圧併用型の基礎構造。
2. 鉛直パイプの上端部は、構造物周辺の地表部まで立ち上がっていることを特徴とする、請求項１に記載した杭基礎と液圧併用型の基礎構造。
3. 構造物の地下躯体の外周には、不透水層まで到達する止水壁が構築され、この止水壁が液槽の一部を形成していることを特徴とする、請求項１又は２に記載した杭基礎と液圧併用型の基礎構造。
4. 液槽の周壁面及び底面には泥膜が形成され、逸水対策が行われていることを特徴とする、請求項１又は３に記載した杭基礎と液圧併用型の基礎構造。

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