JP4793643B2 - 基礎杭の応力低減構造及び応力低減方法 - Google Patents

Description

本発明は、建物の荷重を基礎杭を介して地盤に伝達する基礎杭の応力低減構造及び応力低減方法に関する。

従来、比較的軟弱な地盤上に建つ倉庫や工場などの大スパン構造物では、例えば２階以上を基礎杭で支持しておき、１階は地盤上に土間スラブを施工している場合が多い。そして、地震時に構造物に作用する水平力は、すべて基礎杭で負担するように構成されているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１は、基礎杭間で土間スラブの下方に増し杭を設置し、その増し杭の杭頭部を土間スラブに連結させ、増し杭と既存の基礎杭の上端に接合されているフーチングとを横方向に連結されてなるコンクリートなどの材料からなる連結梁を配置した構成をなし、基礎杭が受ける水平力の負担を軽減させて耐震性能を向上させるものである。
特開２００５−６８８５９号公報

しかしながら、特許文献１は、増し杭を設置し、連結梁で複数の基礎杭と増し杭とを一体化させることで耐震化させる構造であり、水平力に対する抵抗力を増し杭にも負担させるものである。すなわち、杭の本数を増加させることで１本の杭が負担する水平力を低減させることはできるが、地震時における水平力は、基礎杭および増し杭の水平耐力により決定されることになる。このように、基礎杭が水平力に耐えられるように、基礎杭の本数や杭径、材料などを選定して基礎杭（増し杭）を設置しているのが現状であり、コストが大きくなっていた。また、増し杭を新たに設置する必要があると共に、その増し杭と基礎とを連結する連結梁も新たに必要となるといった欠点があった。
このようなことから、土間スラブが構築されるような大スパンとなる建物において、基礎杭が負担する水平力を小さくできる好適な構造及び方法が求められていた。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、好適な耐震構造により基礎杭が負担する水平力を低減させるようにした基礎杭の応力低減構造及び応力低減方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る基礎杭の応力低減構造は、建物の荷重を基礎から基礎杭を介して地盤に伝達する基礎杭の応力低減構造であって、基礎に対して水平方向に接触された土間スラブと、土間スラブの下面に一体となるように形成された地盤改良体とが設けられ、基礎と土間スラブとは、上下方向に相対移動可能に接触していることを特徴としている。
また、本発明に係る基礎杭の応力低減方法では、建物の荷重を基礎から基礎杭を介して地盤に伝達する基礎杭の応力低減方法であって、土間スラブを基礎に対して水平方向に接触させるとともに上下方向に相対移動可能に接触させ、土間スラブの下面に一体となるように地盤改良体を形成させるようにしたことを特徴としている。
本発明では、土間スラブに地盤改良体を一体化させると共に、基礎と土間スラブとが水平方向に接触していることから、基礎から土間スラブ及び地盤改良体に水平力（応力）を伝達することができる。そして、地盤改良体は、地盤に対する底面摩擦力が生じることから、地盤改良体で水平力を負担させることができる。そのため、基礎杭が負担する水平力を低減させることができる。

また、本発明に係る基礎杭の応力低減構造では、地盤改良体は、基礎の周囲の全周又は一部に接合するように形成されていることが好ましい。
本発明では、基礎と地盤改良体とが一体化して接合されることで、より確実に基礎杭で負担する水平力を地盤改良体に伝達させることができ、地盤改良体の底面摩擦力で水平力を負担することができる。

また、本発明に係る基礎杭の応力低減構造では、土間スラブの下面には、下方に向けて突出する突起部が形成されていることが好ましい。
本発明では、土間スラブと地盤改良体とを密着性を向上させて接合させることができる。

また、本発明に係る基礎杭の応力低減構造では、基礎と土間スラブとは凹凸嵌合によって接触する係止部を有していて、土間スラブの水平移動を抑制することが好ましい。
本発明では、土間スラブは、基礎に形成されている係止部によって水平力に対する抵抗力（剛性）が大きくなって水平移動が抑制され、基礎に対して水平方向に係止した状態で接触されることになる。

また、本発明に係る基礎杭の応力低減構造では、地盤改良体は、平面視で格子状に形成されていることが好ましい。
本発明では、例えば地盤改良体の深度を大きくしたときに、地盤改良体における格子状をなす部分（格子状部）に囲われた非改良領域が形成されることから改良範囲の増加を抑えることができ、経済的な耐震補強構造を実現できると共に、非改良領域内の地盤も地盤改良体と一緒に挙動させることで底面摩擦力を大きくすることができる。

本発明の基礎杭の応力低減構造及び応力低減方法によれば、土間スラブに地盤改良体を一体化させると共に、基礎と土間スラブとが水平方向に接触していることから、基礎から土間スラブ及び地盤改良体に水平力を伝達することができる。そして、地盤改良体は、地盤に対する底面摩擦力が生じることから、地盤改良体で水平力を負担させることができる。これにより、基礎杭が負担する水平力を低減させて耐震性を向上させることができる。
したがって、使用する基礎杭は杭径や基礎杭の本数などを小さな水平力に応じて選定することができ、基礎杭に対する補強なども行う必要がなくなることから、コストの低減を図ることができる

以下、本発明の基礎杭の応力低減構造及び応力低減方法の第一の実施の形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態による基礎杭の耐震補強構造を示す立断面図、図２は基礎と土間スラブとの接触構造を示す一部破断分解斜視図、図３は基礎杭および地盤改良体の底面摩擦における水平抵抗の発揮状態を示すグラフである。

図１に示すように、本第一の実施の形態による基礎杭の耐震補強構造１（応力低減構造）は、例えば工場や倉庫のような大スパンの建物２であって、１階の床を土間スラブ３とする構造に適用されものである。そして、この建物２は、例えば鉄筋コンクリート造の基礎４上に設けられた柱２Ａが建物２の２階以上の床に位置する床梁部材２Ｂを支持する構造をなしている。

建物２の基礎４は、所定の間隔をもって複数設けられ、建物２の柱２Ａを下方より支持した状態で地盤５内に埋設され、その下面４ａが岩盤などの支持層５Ａに達していて例えば既製コンクリート杭や鋼管杭などの複数の基礎杭６…によって支持されている。そして、図２に示すように、基礎４には、その側面４ｃから外方に突出した凸状係止部４ｂ、４ｂ（係止部）が形成されている。

図１に示す土間スラブ３は、基礎４、４間の所定範囲に配置されるものであって、地盤５（後述する地盤改良体１０）上に載置した状態で設けられ、基礎４に対して水平方向に接触している。ここで、基礎４と土間スラブ３とが接する箇所を接触部Ｔとする。そして、土間スラブ３の下面３ａには、下方に向けて突出する所定の大きさをなす複数の突起部３１、３１、…が形成されている。
また、図２に示すように、土間スラブ３の接触部Ｔには、上述した基礎４の凸状係止部４ｂ、４ｂに凹凸嵌合した状態となるように凹状係止部３２、３２が形成されることになる。これにより、土間スラブ３は、基礎４に形成されている凸状係止部４ｂ、４ｂによって水平力に対する抵抗力（剛性）が大きくなって水平移動が抑制され、基礎４に対して水平方向に係止した状態で接することになる。
なお、この接触部Ｔは、図１に示すように基礎４に対し、土間スラブ３の上下方向の略下半分が接した状態をなしているが、この接触範囲はこれに限定されるものではなく、後述するように基礎４から土間スラブ３に水平力が伝達可能となる範囲で接していればよい。

一方、基礎４と土間スラブ３とは、この両者３、４間に上下方向の抵抗力が作用したときに相対移動が可能とされる。これにより、土間スラブ３は、その鉛直力を直接、地盤５に伝達させることができ、地盤５（後述する地盤改良体１０）により支持されることになる。

また、図１及び図２に示すように、土間スラブ３の下面３ａには、その全面にわたって所定の厚さをもって地盤改良体１０が形成されている。この地盤改良体１０は、基礎４の側面４ｃに接触した状態で接合されると共に、土間スラブ３に対してその突起部３１、３１、…（図１参照）によって密着性を向上させて接合されている。この地盤改良体１０は、基礎４の側面４ｃ全周にわたる範囲に設けられているが、図２に示す土間スラブ３及び地盤改良体１０は、説明しやすいように一部破断した状態を示したものである。
また、この地盤改良体１０としては、例えばセメント系固化材などの改良材を混合して固化させたものなどを採用できる。

次に、このように構成される耐震補強構造１による作用について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本耐震補強構造１では、土間スラブ３に地盤改良体１０を一体化させると共に、基礎４と土間スラブ３とが水平方向に接触していることから、地震時に水平力が発生したときに、基礎４から土間スラブ３及び地盤改良体１０に水平力（応力）を伝達することができる。そして、地盤改良体１０は、地盤５に対する底面摩擦力を生じることになり、地盤改良体１０で水平力を負担させることができる。そのため、基礎杭６が負担する水平力を低減させることができる。

このような作用について、図３を用いてさらに具体的に説明する。図３は水平力が与えられたときの水平変位に対する水平荷重（水平抵抗）の変化を示したグラフであり、符号Ｇ１が基礎杭６を示し、符号Ｇ２が地盤改良体１０の底面摩擦を示したものである（図１参照）。
図３のグラフから、底面摩擦は、水平変位が小さい段階から水平抵抗を発揮していることがわかる。すなわち、地盤改良体１０を設けることで、水平変位の小さい段階から地盤改良体１０の底面摩擦で水平力を負担させることができ、基礎杭６が負担する水平力を効率的に低減させることができる。

上述した本第一の実施の形態による基礎杭の応力低減構造及び応力低減方法では、土間スラブ３に地盤改良体１０を一体化させると共に、基礎４と土間スラブ３とが水平方向に接触していることから、基礎４から土間スラブ３及び地盤改良体１０に水平力を伝達することができる。そして、地盤改良体１０は、地盤５に対する底面摩擦力が生じることから、地盤改良体１０で水平力を負担させることができる。これにより、基礎杭６が負担する水平力を低減させて耐震性を向上させることができる。
したがって、使用する基礎杭６は杭径や基礎杭の本数などを小さな水平力に応じて選定することができ、基礎杭６に対する補強なども行う必要がなくなることから、コストの低減を図ることができる

次に、本発明の基礎杭の応力低減構造及び応力低減方法の第二及び第三の実施の形態について、図４及び図５に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図４は本発明の第二の実施の形態による耐震補強構造を示す立断面図である。
図４に示すように、第二の実施の形態による耐震補強構造１１の地盤改良体２０は、土間スラブ３の下面３ａの全面を改良させたものでなく、とくに水平力の負担が大きいとされる基礎杭６（基礎４）の周囲のみに地盤改良体２０を形成させ、その基礎杭６が負担する水平力を低下させるものである。
このように構成される第二の実施の形態による耐震補強構造１１では、基礎杭６が負担する水平力に応じて選択的に地盤改良を実施することで、地盤改良範囲を抑えることができ、コスト低減の効果を奏する。

次いで、図５は本発明の第三の実施の形態による耐震補強構造を示す立断面図である。
図５に示すように、第三の実施の形態による耐震補強構造１２は、平面視で格子状をなす第一及び第二格子状改良体３０、４０（地盤改良体）を土間スラブ３の下面３ａ側に形成させたものであり、第一及び第二格子状改良体３０、４０の深度（厚さ）を第一及び第二の実施の形態の地盤改良体１０、２０（図１、図４参照）よりも大きくしたものである。これら第一及び第二格子状改良体３０、４０は、例えば砂地盤などの地盤剛性の小さな地盤５に適用される。つまり、本第三の実施の形態のような砂地盤では、第一及び第二格子状改良体３０、４０の深度を大きくし、格子状改良体３０（４０）および土間スラブ３の自重を増大することで底面摩擦力を大きくさせている。

第一及び第二格子状改良体３０、４０には、夫々に平面視格子状をなす格子状部３０Ｂ、３０Ｂ及び４０Ｂ、４０Ｂが上下方向（深さ方向）に突出した状態で形成されている。そして、格子状部３０Ｂ、３０Ｂ及び４０Ｂ、４０Ｂに囲まれる部分には、地盤改良がなされない領域をなす非改良領域Ｒ、Ｒ、…が形成されている。
第一格子状改良体３０は、土間スラブ３の下面３ａの全面にわたって一定の厚さ寸法（深さ方向）に水平改良部３０Ａを有する改良体である。また、第二格子状改良体４０はこの水平改良部３０Ａに相当する改良を形成しない改良体である。

このように構成される第三の実施の形態による耐震補強構造１２では、格子状をなす非改良領域Ｒを形成させたことで、この非改良領域Ｒ内の地盤５も格子状改良体３０（４０）と一緒に挙動させることで底面摩擦を大きくすることができる。さらに、格子状改良体３０（４０）の深度を大きくしたことによる改良数量の増加を抑えることができ、経済的な耐震補強構造１２を実現できる。
そして、第一及び第二の実施の形態と同様に、第一及び第二格子状改良体３０、４０の底面摩擦力によって水平力を負担することができることから、基礎杭６の負担する水平力を低減させることができる。
なお、本第三の実施の形態では、第一及び第二格子状改良体３０、４０の両方を採用した構成としているが、どちらか一方の改良体であってもよく、要は上述したように必要とされる底面摩擦力（水平抵抗）に応じて適宜選定すればよい。

以上、本発明による基礎杭の応力低減構造及び応力低減方法の第一乃至第三の実施の形態について説明したが、本発明は上記の第一乃至第三の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本第一乃至第三の実施の形態では基礎４の側面４ｃに凸状係止部４ｂ、４ｂを形成させて土間スラブ３に接しているが、このような接触方法に限定されることはない。例えば、図６に示すように基礎の側面４ｃに凹状係止部４ｄ、４ｄ（係止部）を形成させた基礎４であってもよい。この場合、土間スラブ３には凸状係止部３３、３３が形成されることになる。要は、基礎４と土間スラブ３とが水平方向に接する状態が良好であって、水平力が確実に伝達されればよいのであって、場合によっては基礎４に凹凸状の係止部を形成しなくてもかまわない。
そして、本第一乃至第三の実施の形態では地盤改良体１０、２０、３０、４０と基礎４とが水平方向に接触した状態で接合されているが、両者が接触しない状態であってもかまわない。つまり、基礎４と土間スラブ３とが水平方向に接触することで、基礎４から地盤改良体に水平力が伝達され、地盤改良体の底面摩擦力によって水平力を負担することができる。
また、基礎４の側面４ｃの略全周範囲に地盤改良体を設けているが、これに限定されることはなく、地盤改良体は基礎４の側面４ｃの一部の範囲であってもかまわない。

本発明の第一の実施の形態による基礎杭の耐震補強構造を示す立断面図である。 基礎と土間スラブとの接触構造を示す一部破断分解斜視図である。 基礎杭および地盤改良体の底面摩擦における水平抵抗の発揮状態を示すグラフである。 本発明の第二の実施の形態による耐震補強構造を示す立断面図である。 本発明の第三の実施の形態による耐震補強構造を示す立断面図である。 基礎と土間スラブとの他の接触構造を示す一部破断分解斜視図であって、図２に対応した図である。

符号の説明

１ 耐震補強構造（応力低減構造）
２ 建物
３ 土間スラブ
３１ 突起部
３２ 凹状係止部
４ 基礎
４ｂ 凸状係止部（係止部）
５ 地盤
６ 基礎杭
１０、２０ 地盤改良体
３０、４０ 格子状改良体（地盤改良体）
Ｔ 接触部

Claims (6)

1. 建物の荷重を基礎から基礎杭を介して地盤に伝達する基礎杭の応力低減構造であって、
   前記基礎に対して水平方向に接触された土間スラブと、
   前記土間スラブの下面に一体となるように形成された地盤改良体と、
   が設けられ、
   前記基礎と前記土間スラブとは、上下方向に相対移動可能に接触していることを特徴とする基礎杭の応力低減構造。
2. 前記地盤改良体は、前記基礎の周囲の全周又は一部に接合するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基礎杭の応力低減構造。
3. 前記土間スラブの下面には、下方に向けて突出する突起部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の基礎杭の応力低減構造。
4. 前記基礎と前記土間スラブとは、凹凸嵌合によって接触する係止部を有していて、前記土間スラブの水平移動を抑制することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基礎杭の応力低減構造。
5. 前記地盤改良体は、平面視で格子状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基礎杭の応力低減構造。
6. 建物の荷重を基礎から基礎杭を介して地盤に伝達する基礎杭の応力低減方法であって、
   土間スラブを前記基礎に対して水平方向に接触させるとともに上下方向に相対移動可能に接触させ、
   前記土間スラブの下面に一体となるように地盤改良体を形成させるようにしたことを特徴とする基礎杭の応力低減方法。

Images