JP3678290B2 - 高耐震性基礎 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として橋脚等の土木構造物に適用される高耐震性基礎に関する。
【０００２】
【従来の技術】
橋脚等の土木構造物を支持する基礎としては、杭基礎をはじめ、直接基礎、ケーソン基礎、鋼管矢板基礎、地中連続壁基礎等があるが、これらのうち、杭基礎は、良質な支持層が地下深くにある場合に該支持層まで打ち込むことによって構造物重量を支持層で安定支持する支持杭と、良質な支持層がない場合に周辺地盤との摩擦力によって上部構造物を支持する摩擦杭とにさらに大別される。
【０００３】
ここで、これらの杭は、当然ながら上部構造物の重量を確実に支持できなければならないが、地震時においては、上部構造物からの水平力によって杭頭に大きなせん断力や曲げモーメントが作用するため、設計施工時には地震時安全性に対する十分な配慮も必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の杭は、常時は構造物の鉛直荷重を支持するとともに、地震時においては、かかる鉛直荷重に加え、主として曲げ抵抗によって地震時水平力をも支持する必要があった。
【０００５】
そのため、鉄筋等の鋼材量がどうしても多くなり、杭の構築コストが高くなりがちになるという問題や、曲げ抵抗で地震時水平力を支持する関係上、水平剛性を十分に確保できずに上部工の水平変位が大きくなってしまうという問題を生じていた。
【０００６】
また、地震時水平力を杭で負担する関係上、杭本数が多くなり、場合によっては、図４に示すように杭１を打込むべき範囲が構造物である橋脚２の断面よりも大きくなることがあるが、かかる場合には、常時鉛直荷重を各杭１に分散させるべく、橋脚３と杭１の間に厚いフーチング４を介在させる必要もあり、かかるフーチング４の構築コストも基礎工事の大きな負担となっていた。
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、安価なコストで耐震性及び高剛性を確保するとともにフーチングのコスト負担も軽減可能な高耐震性基礎を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る高耐震性基礎は請求項１に記載したように、地盤内に埋設され頭部に上部構造物が立設される鉛直荷重支持部材と、該鉛直荷重支持部材の頭部から放射状にかつ斜め下方に向けて前記地盤内に延びる水平荷重支持部材とからなり、前記鉛直荷重支持部材を前記地盤の掘削土とセメントミルク等の硬化材とを攪拌混合して形成したものである。
【０００９】
また、本発明に係る高耐震性基礎は、前記水平荷重支持部材を複数の円形断面材で形成したものである。
【００１０】
また、本発明に係る高耐震性基礎は、前記水平荷重支持部材をソイルセメント、無筋コンクリート又は硬化材が添加された改良土で構成したものである。
【００１１】
本発明に係る高耐震性基礎においては、鉛直荷重支持部材は、常時であるか地震時であるかを問わず、上部構造物の鉛直荷重を支持するが、地震時においては、水平荷重支持部材が主として地震時水平力を支持するため、鉛直荷重支持部材には水平力は作用しない。
【００１２】
したがって、鉛直荷重支持部材は圧縮力のみ負担すればよくなり、曲げ補強材で補強する必要がなくなる。
【００１３】
また、従来の杭では、地震時水平力を受けたときに杭の曲げで抵抗するため、杭頭での水平変位は大きくなりがちであったが、本発明に係る高耐震性基礎では、主として地盤と水平荷重支持部材との摩擦力で地震時水平力に抵抗し、かかる摩擦エネルギーの形で地震時エネルギーが吸収されることとなるため、地震による応答変位は、従来の杭基礎よりも大幅に小さくなる。
【００１４】
さらに、従来の杭基礎であれば、地震時水平力に抵抗するのは杭であって該杭の弾塑性変形に伴う履歴減衰によって地震時エネルギーが吸収される構造になっていたため、地震を受けた後で杭の補修や再構築が必要となることが多かったが、本発明に係る高耐震性基礎では、鉛直荷重支持部材が水平力で破壊する懸念はなく、かくして上部構造物の荷重を支持するという基本的機能は、巨大地震下でも確実に維持される。
【００１５】
鉛直荷重支持部材は、ソイルセメント、無筋コンクリート、硬化材が添加された改良土など、圧縮力を負担することができるものであればどのように形成してもよいが、かかる鉛直荷重支持部材を前記地盤の掘削土とセメントミルク等の硬化材とを攪拌混合して形成した場合、従来の杭に比べて施工コストを大幅に削減することが可能となる。
【００１６】
水平荷重支持部材は、鉛直荷重支持部材の頭部から放射状にかつ斜め下方に向けて前記地盤内に延びる構成とする限り、その形状や構造は任意であって複数の板で構成する、鉛直荷重支持部材の断面が円形である場合にその頭部からスカート状（円錐台状）に延びる曲板で構成する、鉛直荷重支持部材の断面が矩形である場合にその頭部からスカート状（角錐台状）に延びる連続平板で構成する等の構成が考えられるが、これを複数の円形断面材で形成した場合には、水平荷重支持部材と周辺地盤との表面積が大きくなり、地震時の水平抵抗力や地震エネルギーを吸収する摩擦力をより大きくすることが可能となるとともに、スクリューオーガ等を用いて容易に施工することも可能となる。
【００１７】
なお、水平荷重支持部材を複数の断面材で形成しさえすれば、水平荷重支持部材と周辺地盤との表面積を大きくして地震時の水平抵抗力や地震エネルギーを吸収する摩擦力をより大きくすることが可能であって、そのときの断面形状は任意であり、円形断面のみならず矩形断面等でもかまわないことは言うまでもない。
【００１８】
水平荷重支持部材についても、鉄筋コンクリートのほか、ソイルセメントにＨ型鋼などの芯材を挿入したものやプレキャストコンクリート版などで構成することが可能であるし、圧縮力のみが作用するような構成とした場合には、鉛直荷重支持部材と同様、ソイルセメント、無筋コンクリート、硬化材が添加された改良土などで構成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高耐震性基礎の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る高耐震性基礎の鉛直断面図、図２(a)は図１のＡ―Ａ線から見た平面図である。これらの図でわかるように、本実施形態に係る高耐震性基礎１１は、地盤１２内に埋設された鉛直荷重支持部材１４と、該鉛直荷重支持部材の頭部１３から放射状にかつ斜め下方に向けて地盤１２内に延びる水平荷重支持部材１７とからなり、鉛直荷重支持部材１４の頭部１３には上部構造物としての橋脚３が立設されるようになっている。
【００２１】
鉛直荷重支持部材１４は、例えばソイルセメント工法、すなわちスクリューオーガで地盤１２を掘削しつつその先端から硬化材であるセメントミルクを噴出し、該セメントミルクと掘削土とをスクリューオーガで攪拌混合して形成するのがよい。
【００２２】
水平荷重支持部材１７は、図２でよくわかるように４枚の水平荷重支持板１５からなり、該水平荷重支持板と周辺地盤１２との摩擦力によって地震時水平力に抵抗するとともに、該摩擦エネルギーによって地震時エネルギーを吸収するようになっている。
【００２３】
ここで、水平荷重支持部材１７を構成する各水平荷重支持板１５には、頭部１３を介して橋脚３から地震時水平力が作用し、該水平力に起因して軸力が主として発生するが、曲げモーメントが生じることも考えられるので、かかる対策として図２(b)に示すように曲げ補強材であるＨ型鋼１６を芯材として挿入してある。なお、地震時において水平荷重支持板１５に過大な引張力が作用し、Ｈ型鋼１６の付着が切れて抜け出しが生じるような場面では、該抜け出しに伴う摩擦エネルギーが生じ、ここでも地震時エネルギーを吸収することができる。
【００２４】
水平荷重支持部材１７を構成する各水平荷重支持板１５についても、地盤１２を掘削しつつ硬化材であるセメントミルクを噴出し、該セメントミルクと掘削土とを攪拌混合して形成することができる。なお、芯材であるＨ型鋼１６については、攪拌混合されたセメントミルクと掘削土とが硬化する前に挿入するようにすればよい。
【００２５】
なお、鉛直荷重支持部材１４の頭部１３については、地震時水平力ができるだけ鉛直荷重支持部材１４の下方に伝達しないよう、該鉛直荷重支持部材の本体部分とは別体とし、例えば所定厚さのフーチングで構成することが考えられる。
【００２６】
本実施形態に係る高耐震性基礎１１においては、鉛直荷重支持部材１４は、常時であるか地震時であるかを問わず、上部構造物である橋脚３の鉛直荷重を支持するが、地震時においては、水平荷重支持部材１７が主として地震時水平力を支持するため、鉛直荷重支持部材１４には水平力は作用しない。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態に係る高耐震性基礎１１によれば、鉛直荷重支持部材１４は圧縮力のみ負担すればよくなり、曲げ補強材で補強する必要がなくなる。したがって、従来の杭基礎に比べ、施工時の作業性が格段に向上するとともにそれに伴って施工コストも大幅に削減することが可能となる。
【００２８】
また、従来、杭の断面積は地震時水平力で決まることが多く、そのために杭本数が多くなる傾向にあったが、本実施形態に係る高耐震性基礎１１によれば、鉛直荷重支持部材１４が圧縮力のみ負担すればよくなることから、その断面積ひいては本数を低減することが可能となり、鉛直荷重支持部材１４を単一部材とすることが可能となる。
【００２９】
そのため、鉛直荷重支持部材１４を本実施形態のように上部構造物としての橋脚３の直下に配置することができるようになり、従来のように分散配置された杭に鉛直荷重を均等に伝達させるための厚いフーチング４が不要となる。
【００３０】
また、本実施形態に係る高耐震性基礎によれば、水平荷重支持板１５が斜め下方に地盤１２内に延びているため、地震時水平力の大部分を軸力で抵抗することが可能となり、Ｈ型鋼１６からなる曲げ補強のための芯材の量を大幅に低減することができる。
【００３１】
また、従来の杭では、地震時水平力を受けたときに杭１の曲げで抵抗するため、杭頭での水平変位は大きくなりがちであるが、本実施形態に係る高耐震性基礎１１によれば、地盤１２と水平荷重支持板１５との摩擦力で地震時水平力に抵抗するとともに、かかる摩擦エネルギーの形で地震時エネルギーが吸収されることとなるため、地震による応答変位は、従来の杭基礎よりも大幅に小さくなる。したがって、上部工の水平変位を抑えることが可能となり、道路橋や鉄道橋に最適な橋脚基礎となる。なお、水平荷重支持板１５が引張を受けたときにＨ型鋼１６からなる芯材の付着が切れるような場合には、該芯材と水平荷重支持板１５との間に生じる摩擦力も、上述した地震時エネルギーの吸収に寄与する。
【００３２】
また、本実施形態に係る高耐震性基礎１１によれば、鉛直荷重支持部材１４が水平力で破壊する懸念がなくなるため、従来の杭基礎のように、杭１自体を補修したり再構築したりする必要がなくなるとともに、上部構造物である橋脚３の荷重を支持するという基本的機能を巨大地震下でも確実に維持することが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態に係る高耐震性基礎によれば、鉛直荷重支持部材１４を地盤１２の掘削土とセメントミルク等の硬化材とを攪拌混合して形成したので、従来の杭に比べて施工コストを大幅に削減することが可能となる。
【００３４】
本実施形態では特に言及しなかったが、水平荷重支持部材１７をどのように構成するかは任意であって本実施形態のように４枚の水平荷重支持板１５で構成することに限定されるものではないことは言うまでもなく、例えば図３に示すように、本発明の水平荷重支持部材をＨ型鋼１６を芯材とした多数の円形断面材２１として構成することができる。
【００３５】
かかる構成によれば、水平荷重支持部材を構成する各円形断面材２１と周辺地盤１２との表面積が大きくなり、地震時の水平抵抗力や地震エネルギーを吸収する摩擦力をより大きくすることが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、鉛直荷重支持部材１４の頭部１３からの水平荷重支持板１５の抜け出しが許容されるように構成してあり、かつ曲げモーメントがほとんど生じない状況であれば、上述したようなＨ型鋼１６を芯材として用いる必要はない。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る高耐震性基礎によれば、鉛直荷重支持部材が圧縮力のみ負担すればよくなって曲げ補強材で補強する必要がないため、従来の杭基礎に比べ、施工時の作業性が格段に向上するとともにそれに伴って施工コストも大幅に削減することが可能となる。
【００３８】
また、地盤と水平荷重支持部材との摩擦力で地震時水平力に抵抗するとともに、かかる摩擦エネルギーの形で地震時エネルギーが吸収されることとなるため、地震による応答変位は、従来の杭基礎よりも大幅に小さくなる。したがって、上部工の水平変位を抑えることが可能となり、道路橋や鉄道橋に最適な橋脚基礎となる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る高耐震性基礎の鉛直断面図。
【図２】本実施形態に係る高耐震性基礎の図であり、(a)は図１のＡ―Ａ線に沿う水平断面図、(b)は(a)のＢ―Ｂ線に沿う詳細断面図。
【図３】変形例に係る高耐震性基礎の平面図。
【図４】従来技術に係る基礎の側面図。
【符号の説明】
１１ 高耐震性基礎
１２ 地盤
１３ 頭部
１４ 鉛直荷重支持部材
１５ 水平荷重支持板
１６ Ｈ型鋼
１７ 水平荷重支持部材
２１ 円形断面材

Claims (3)

1. 地盤内に埋設され頭部に上部構造物が立設される鉛直荷重支持部材と、該鉛直荷重支持部材の頭部から放射状にかつ斜め下方に向けて前記地盤内に延びる水平荷重支持部材とからなり、前記鉛直荷重支持部材を前記地盤の掘削土とセメントミルク等の硬化材とを攪拌混合して形成したことを特徴とする高耐震性基礎。
2. 前記水平荷重支持部材を複数の円形断面材で形成した請求項１記載の高耐震性基礎。
3. 前記水平荷重支持部材をソイルセメント、無筋コンクリート又は硬化材が添加された改良土で構成した請求項１記載の高耐震性基礎。

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