JP3752238B2 - Structure construction method and structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の構築方法および構造物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、直接基礎構造の構造物では、沈下防止板である基礎を地盤上に直接形成する。また、地盤の表層が軟弱で、支持層が軟弱な層の下方にある場合、地盤の表層に改良体を形成し、改良体上に柱を立設する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−81862号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、地盤上に単純な直接基礎タイプの構造物(橋梁基礎、橋台、擁壁など)を設置した場合、大規模地震の際に水平耐力が不足する可能性がある。
【0005】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、地盤の表層が軟弱な場合にも地盤強度を最大限に活用でき、経済性や施工性に優れた直接基礎構造の構造物の構築方法および構造物を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための第1の発明は、地盤の表層に、前記地盤より強度が大きく、前記地盤と一体となって変形する改良体を設置する工程(a)と、工程(a)の後、前記改良体の上面に、基礎を、下面に設けた凸部を前記改良体に貫入させて設置する工程(b)と、を具備することを特徴とする構造物の構築方法である。
【0007】
地盤は、例えば、砂質系地盤や粘性土地盤である。改良体は、ポリマー系、水ガラス系、セメント系または石灰系等の固化材を土砂に混練して形成される。基礎の下面、すなわち改良体と接する面には、必要に応じて複数の凸部が設けられる。基礎上には、例えば、線路間を跨ぐ仮設構台の脚部を設置する。
【0008】
第1の発明では、強度が地盤より大きく変形係数が地盤と同等程度の改良体を地盤の表層に設置し、改良体と地盤との境界面の最大せん断力を地盤のせん断強度より大きくすることで、地盤がせん断破壊するまで地盤と改良体とを一体となって変形させる。また、改良体のせん断強度を大きくすることで、基礎と改良体との間の付着を増大させる。なお、基礎の下面に凸部を設けて改良体に貫入することにより、付着がさらに高まる。
【0009】
第2の発明は、第1の発明の構造物の構築方法により構築された構造物である。第2の発明の構造物は、地盤の表層に設けられた、強度が地盤より大きく、地盤と一体となって変形する改良体と、改良体の上面に設置された基礎とを具備する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施例を詳細に説明する。図1は、構造物Aの断面図を示す。図1に示すように、構造物Aは、改良体5、沈下防止板7、仮設構台脚15、仮設構台19、桟橋21等からなる。改良体5は、地盤1の表層部に形成される。沈下防止板7は、改良体5の上面に設置される。仮設構台脚15は、沈下防止板7を基礎として設置される。仮設構台19は、仮設構台脚15と桟橋21とで支持される。
【0011】
次に、構造物Aの構築方法を述べる。図1に示すように、構造物Aでは、線路23の間の地盤1上に仮設構台脚15が設置される。図2は、改良体5を設置した地盤1の断面図である。図2は、仮設構台脚15の設置予定位置(図1のBに示す部分)付近を示す図である。
【0012】
地盤1は、ローム地盤である。このとき、改良体5を設置するには、まず、改良体5との置換対象範囲の地盤1を掘削して、土砂を除去する。掘削は、掘削量が少ない場合には人力掘削で、多い場合には小型バックホウ、或いはその他の汎用機械などを用いて行う。
【0013】
地盤1を掘削した後、掘削面3を乱して少量の固化材を塗布し、固化材と骨材の混合体を流し込んで、改良体5を形成する。改良体5の厚さは、直接基礎を設置する場合の砕石厚さを参考値として決定され、例えば100mm程度とする。
【0014】
固化材と骨材の混合体は、硬化後の改良体5の変形係数が地盤1と同等程度で、強度が地盤1より大きくなるように、骨材(土砂や、アスファルトガラ、コンクリートガラ等を利用した再生骨材等)に固化材を混入して作成される。骨材と固化材をミキサーで混練することにより、比較的均一性の高い混合体を得ることができる。
【0015】
図3は、実験から判定した各種固化材の適用性を示す表である。実験では、骨材として現場外から調達した砂や、砂とロームを混合したものを、固化材としてセメント系、石灰系、水ガラス系、ポリマー系のものを用いて改良体を形成し、比較的軟質なローム地盤への適用性を判断した。変形係数、強度については、改良体5の条件(変形係数が地盤1に近いこと、強度が地盤1より大きいこと)を判定基準とした。
【0016】
図3に示すように、変形係数が比較的軟質なローム地盤に最も近いものは、ポリマー系の固化材を用いた改良体である。また、強度が充分に大きいのは、水ガラス系、ポリマー系の固化材を用いた改良体である。他に、施工性、経済性も含めて総合評価すると、比較的軟質なローム地盤に改良体を形成する際には、注入系工法で使用されるポリマー系の固化材を用いるのが望ましい。
【0017】
図4は、ポリマー改良体(豊浦砂とポリマー系の固化材を混練した改良体)とローム(神奈川県で採取したもの)の応力−ひずみ関係を示す図、図5は、ポリマー改良体とロームの一面せん断試験(定圧)の結果を示す図である。砂とポリマー系の固化材を適切な分量で混ぜ合わせることにより、図4に示すように剛性がロームと概ね等しく、図5に示すようにせん断強度τ(=c+σVtanφ)がロームを大きく上回るポリマー改良体を得ることができる。
【0018】
図6は、沈下防止板7を設置した状態での断面図、図7は、沈下防止板7の斜視図である。地盤1に改良体5を造成した後、図6に示すように、改良体5の上に、構造物の基礎となる沈下防止板7を設置する。
【0019】
図6、図7に示すように、沈下防止板7は、例えば、板状の本体13と、凸部を形成する複数の角棒14からなる。本体13は、鋼板等であり、角棒14は角鋼である。沈下防止板7の下面には、本体13に角棒14を所定の間隔で溶接することにより、波型処理9が施される。波型処理9に角棒14を用いると、丸鋼と比較して、本体13への溶接が容易である。また、沈下防止板7から伝達される荷重を面で分担するため、丸鋼を用いた場合より破壊しにくい構造となる。
【0020】
沈下防止板7は、波型処理9を施した面が改良体5に接触するように設置される。改良体5のせん断強度を大きくすることにより、波型処理9を施さない場合でも、改良体5と沈下防止板7との付着が確保され、沈下防止板7と改良体5との接着が外れて水平支持力が喪失する現象を回避できるが、角棒14を改良体5内部に貫入することにより、沈下防止板7と改良体5の付着をより高めることができる。
【0021】
図8は、沈下防止板7上に仮設構台脚15を設置した状態での断面図である。改良板5の上に沈下防止板7を設置した後、図1、図5に示すように、沈下防止板7上に仮設構台脚15を設置する。そして、仮設構台脚15に仮設構台19の架台25の片側を支持させる。図1に示すように、線路23の側方には、線路23に沿って、作業用の桟橋21が設置される。架台25は、線路23を跨いで配置され、仮設構台脚15に支持されない側の辺は、桟橋21に取り付けられる。
【0022】
次に、ローム地盤上に設置した沈下防止板の水平支持力を確認するための模型実験について述べる。図9は、実験模型である対策型基礎27の断面図を示す。図9に示すように、対策型基礎27は、ローム地盤1aの表層に改良体5aを形成し、改良体5aの上に波型処理9aを施した沈下防止板7a設置したものである。実験模型は、図9に示す対策型基礎27と、改良体5を形成しないローム地盤1aの上に波型処理9aを施さない本体13aのみの沈下防止板を設置した無対策基礎の2種類を製作した。
【0023】
なお、ローム地盤1aは、模型土槽(W×L×H=400×2800×400mm)内に図4に示すローム(締固め度90%)を設置したものである。改良体5aは、図4に示すポリマー改良体(W×L×H=400×2800×100mm)を用いて形成した。沈下防止板7aは、鉄板の本体13a(W×L=400×400mm)の下面に100mピッチで角鋼(28×28mm)を溶接して波形処理9aを施したものである。
【0024】
沈下防止板7aの本体13a上には、鉛直荷重をかけるための載荷盤31を載置し、本体13aの側部33には、水平荷重を付与するための2本のワイヤ29が取り付けられる。実験では、図9に示すように、載荷盤31を介して、矢印Aに示す方向に、地震時に予想される上載圧(σV=約42.7kPa)をかけつつ、ワイヤ29を介して矢印Bに示す方向から段階的に水平荷重を付与し、沈下防止板7aの水平変位等の計測を行った。
【0025】
図10は、水平荷重と水平変位の関係を示す図である。図10の横軸は正規化した水平変位を、縦軸は水平荷重を段階的に増加させたときの応力を示す。実線35は対策型基礎の、破線37は無対策基礎の計測結果である。図10に示すように、水平抵抗は、無対策基礎では限界水平抵抗まで上昇した後、一定値に収束する傾向を示す。それに対し、対策型基礎27では、限界水平抵抗まで上昇した後さらに漸増し、最大水平抵抗に達した後、漸減する。
【0026】
図11は、基礎形式と水平抵抗の増加率を示す図である。図11に示すように、対策型基礎27では、限界水平抵抗、最大水平抵抗とも無対策基礎の1.9倍まで増加した。なお、無対策基礎では、沈下防止板がローム地盤上を滑動するモードでの破壊が確認されたが、対策型基礎では、せん断が、改良体5aとローム地盤1aの境界ではなく、ローム地盤1aの内部で生じた。
【0027】
本実施の形態では、図6に示す構造において、改良体5の強度を地盤1の強度より大きくして改良体5と沈下防止板7との付着力を高め、改良体5のせん断強度τi>基礎である沈下防止板7と改良体5の境界面の最大せん断応力τBI>地盤のせん断強度τEとする。また、改良体5の変形係数Eiと地盤1の変形係数EEをほぼ同程度とし、改良体5と地盤1の境界面の最大せん断応力τIE>地盤のせん断強度τEとする。これにより、基礎の最大せん断応力τfがτEとなり、大規模地震の際、沈下防止板7を上載した改良体5と地盤1とが一体として挙動し、図8に示すように、せん断面17、17aが地盤1内を通る。
【0028】
従来の直接基礎では、地盤のせん断強度τEが基礎と地盤の境界面の最大せん断応力τBEより大きい場合、基礎の最大せん断応力τfがτBEとなり、基礎と地盤の水平抵抗問題が生じるが、本実施の形態では、図10、図11の実験結果に示すように、沈下防止板等の基礎の水平耐力を向上させることができる。
【0029】
但し、図6において、例えばモルタルなどを用いて極端に剛性が高い改良体5を造成して改良体5の変形係数Ei>>沈下防止板7の変形係数EEとし、地盤のせん断強度τE>改良体5と地盤1の境界面の最大せん断応力τIEとなると、基礎の最大せん断応力τfがτIEとなり、従来の地盤と基礎の摩擦の問題が地盤1と改良体5との摩擦の問題に置き変わるだけで、水平抵抗問題の本質は解決しない。そのため、改良体の配合や仕様の決定は慎重に行う。
【0030】
なお、本実施の形態では、ローム地盤である地盤1を掘削し、固化材と骨材を混練した混合体を流し込んで改良体5を造成したが、地盤1内で固化材を混練する現地撹拌により改良体5を造成してもよい。この場合、狭隘な箇所への施工重機の進入、施工速度、撹拌混合の均一性などの問題点を解決する必要がある。また、固化材と骨材の混合体を撒き出し、転圧して改良体を造成してもよい。
【0031】
また、地盤1は、ローム地盤に限らず、砂質系の地盤や軟岩等でもよい。図3では、改良体5を造成する際に用いる固化材として、ポリマー系の評価が高かったが、地盤条件によっては、本実施の形態と同様の条件を有する改良体を形成するために、薬液注入工法で使用される水ガラス系、浅層または深層混合処理工法で使用されるセメント系、または、軟弱地盤対策工で使用される石灰系等の他の固化材が有効な場合もある。例えば、地盤が軟岩の場合にはエポキシ系の固化材を用いることが考えられる。
【0032】
図7等に示す沈下防止板7の下面に凸部を形成する角棒14は、せん断強度の大きい改良体5を用いることで確保される基礎と改良体との間の付着をより高めるためのものであり、必須のものではない。また、沈下防止板7等の基礎の下面には、角棒14以外の部材を用いて凸部を設けてもよい。
【0033】
図12は他の基礎39の斜視図である。図12の基礎39に示すように、凸部は、本体41に単尺杭43、駒形の部材45等を溶接して形成してもよい。なお、凸部の長さ45は、通常2〜3cm、最大で5cm程度とするのが望ましい。
【0034】
本実施の形態では、線路杭打ち工法での仮設構台脚15の基礎である沈下防止板7を例にとって説明したが、改良体5上に構築する構造物はこれに限らない。例えば、橋梁基礎、橋台、擁壁等、滑動に関する検討が必要な他の構造物にも適用できる。
【0035】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、地盤の表層が軟弱な場合にも地盤強度を最大限に活用でき、経済性や施工性に優れた直接基礎構造の構造物の構築方法および構造物を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】構造物Aの断面図
【図2】改良体5を設置した地盤1の断面図
【図3】実験から判定した各種固化材の適用性を示す表
【図4】ポリマー改良体とロームの応力−ひずみ関係を示す図
【図5】ポリマー改良体とロームの一面せん断試験(定圧)の結果を示す図
【図6】沈下防止板7を設置した状態での断面図
【図7】沈下防止板7の斜視図
【図8】沈下防止板7上に仮設構台脚15を設置した状態での断面図
【図9】実験模型である対策型基礎27の断面図
【図10】水平荷重と水平変位の関係を示す図
【図11】基礎形式と水平抵抗の増加率を示す図
【図12】他の基礎39の斜視図
【符号の説明】
1………地盤
5、5a………改良体
7、7a………沈下防止板
9、9a………波型処理
13、13a………本体
14………角棒
17………せん断面
23………線路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure construction method and a structure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a structure having a direct foundation structure, a foundation that is a settlement prevention plate is directly formed on the ground. In addition, when the surface layer of the ground is soft and the support layer is below the soft layer, a method has been proposed in which an improved body is formed on the surface layer of the ground and a column is erected on the improved body (for example, a patent Reference 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-81862
[Problems to be solved by the invention]
However, if a simple direct foundation type structure (bridge foundation, abutment, retaining wall, etc.) is installed on the ground, the horizontal strength may be insufficient during a large-scale earthquake.
[0005]
The present invention has been made in view of such problems, and the purpose of the present invention is to directly utilize the strength of the ground even when the surface layer of the ground is soft, and is excellent in economic efficiency and workability. An object of the present invention is to provide a method for constructing a structure of a foundation structure and a structure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
1st invention for achieving the objective mentioned above is the process (a) which installs the improvement body which is stronger than the said ground and deform | transforms integrally with the said ground on the surface layer of the ground, and a process (a) And a step (b) of installing a foundation on the upper surface of the improved body and a projecting portion provided on the lower surface penetrating into the improved body. .
[0007]
The ground is, for example, sandy ground or viscous ground. The improved body is formed by kneading a solid material such as a polymer, water glass, cement, or lime into earth and sand. A plurality of convex portions are provided on the lower surface of the foundation, that is, the surface in contact with the improved body, as necessary. On the foundation, for example, a leg portion of a temporary gantry straddling between the tracks is installed.
[0008]
In the first invention, an improved body having a strength greater than that of the ground and having a deformation coefficient equivalent to that of the ground is installed on the surface layer of the ground, and the maximum shear force of the boundary surface between the improved body and the ground is made larger than the shear strength of the ground. Then, the ground and the improved body are integrally deformed until the ground shears and breaks. Moreover, the adhesion between the foundation and the improved body is increased by increasing the shear strength of the improved body. In addition, adhesion is further increased by providing a convex portion on the lower surface of the foundation and penetrating the improved body.
[0009]
The second invention is a structure constructed by the construction method of the structure of the first invention. The structure of 2nd invention comprises the improvement body which was provided in the surface layer of the ground, the intensity | strength is larger than a ground, and deform | transforms integrally with the ground, and the foundation installed in the upper surface of the improvement body.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the structure A. As shown in FIG. 1, the structure A includes an improved
[0011]
Next, a construction method of the structure A will be described. As shown in FIG. 1, in the structure A,
[0012]
The
[0013]
After excavating the
[0014]
The mixture of solidified material and aggregate is made of aggregate (sand, sand, asphalt glass, concrete glass, etc.) so that the deformation coefficient of the improved
[0015]
FIG. 3 is a table showing applicability of various solidification materials determined from experiments. In the experiment, sand was procured from outside the field as an aggregate, or a mixture of sand and loam, and a cement, lime, water glass, or polymer was used as a solidifying material, and an improved body was formed. The applicability to soft and soft loam ground was judged. Regarding the deformation coefficient and strength, the conditions of the improved body 5 (the deformation coefficient is close to the
[0016]
As shown in FIG. 3, the closest to the loam ground having a relatively soft deformation coefficient is an improved body using a polymer-based solidified material. Further, the strength is sufficiently high in an improved body using a water glass-based or polymer-based solidifying material. In addition, from a comprehensive evaluation including workability and economic efficiency, it is desirable to use a polymer-based solidified material used in the injection system construction method when forming an improved body on a relatively soft loam ground.
[0017]
FIG. 4 is a diagram showing a stress-strain relationship between a polymer improved body (an improved body obtained by kneading Toyoura sand and a polymer-based solidified material) and ROHM (collected in Kanagawa Prefecture), and FIG. 5 shows a polymer improved body and a ROHM. It is a figure which shows the result of a one surface shear test (constant pressure). By mixing sand and polymer-based solidified material in an appropriate amount, the rigidity is almost equal to ROHM as shown in FIG. 4, and the shear strength τ (= c + σ V tanφ) is significantly higher than ROHM as shown in FIG. A polymer modification can be obtained.
[0018]
FIG. 6 is a cross-sectional view in a state in which the
[0019]
As shown in FIGS. 6 and 7, the
[0020]
The
[0021]
FIG. 8 is a cross-sectional view in a state in which the
[0022]
Next, a model experiment for confirming the horizontal supporting force of the settlement prevention plate installed on the loam ground will be described. FIG. 9 shows a cross-sectional view of the countermeasure-
[0023]
The
[0024]
A
[0025]
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between horizontal load and horizontal displacement. The horizontal axis in FIG. 10 indicates normalized horizontal displacement, and the vertical axis indicates stress when the horizontal load is increased stepwise. The
[0026]
FIG. 11 is a diagram showing the basic form and the rate of increase in horizontal resistance. As shown in FIG. 11, in the countermeasure-
[0027]
In the present embodiment, in the structure shown in FIG. 6, the strength of the
[0028]
In the conventional direct foundation, when the ground shear strength τ E is larger than the maximum shear stress τ BE at the interface between the foundation and the ground, the maximum shear stress τ f of the foundation becomes τ BE and the horizontal resistance problem between the foundation and the ground arises. However, in this embodiment, as shown in the experimental results of FIGS. 10 and 11, the horizontal proof stress of the foundation such as the settlement prevention plate can be improved.
[0029]
However, in FIG. 6, for example, the extreme deformation coefficient of deformation coefficient E i >>
[0030]
In this embodiment, the
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
FIG. 12 is a perspective view of another
[0034]
In the present embodiment, the
[0035]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, even when the surface layer of the ground is soft, the ground strength can be utilized to the maximum, and the construction method of the structure of the direct foundation structure that is excellent in economic efficiency and workability. And can provide structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a structure A. FIG. 2 is a cross-sectional view of a
DESCRIPTION OF
Claims (4)
工程(a)の後、前記改良体の上面に、基礎を、下面に設けた凸部を前記改良体に貫入させて設置する工程(b)と、
を具備することを特徴とする構造物の構築方法。A step (a) of installing an improved body on the surface layer of the ground that is stronger than the ground and deforms integrally with the ground; and
After the step (a), on the upper surface of the improved body, a step (b) of installing a foundation penetrating the improved body with a base provided on the lower surface;
A structure construction method characterized by comprising:
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