JP5043582B2

JP5043582B2 - 基礎構造

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Publication number: JP5043582B2
Application number: JP2007259496A
Authority: JP
Inventors: 友浩谷川; 純次濱田; 富男土屋; 清山下
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: JP2009084972A

Description

基礎構造に関する。

液状化防止対策として、液状化する可能性のある軟弱な地盤に平面格子状の壁状地盤改良体を形成する地盤改良工法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

また、地震時の水平力に対抗するため、液状化しない固い下層の地盤（軟弱な地盤の下層の地盤）に下端部が貫入する基礎杭を、平面格子状の壁状地盤改良体の格子目部分に構築する高水平耐力基礎工法が提案されている。そして、この基礎杭の天端に基礎スラブを設け、この基礎スラブ上に構造物を築造する（例えば、特許文献２を参照）。
特開昭６１−５１１４号公報特許第２６４５８９９号

さて、図８に示すように、液状化防止対策のため、液状化する可能性のある軟弱な地盤９００（図８（Ｂ））に外周壁９１０で囲まれた平面格子状の壁状地盤改良体９０２が形成され、この壁状地盤改良体９０２の上端９０２Ｈに剛性の高い底版９０４（図８（Ｂ））が設けられている。そして、この底版９０４の上に構造物９０６（図８（Ｂ））が築造されている。つまり、壁状地盤改良体９０２を壁状基礎として用いている。

構造物９０６の荷重は、底版９０４を介して地盤９００と壁状地盤改良体９０２との両方にかかる。このため、壁状地盤改良体９０２及び底版９０４の沈下に伴い、地盤９００にかかる荷重によって、壁状地盤改良体９０２の各格子目部分の地盤９００は、図８（Ｂ）の矢印Ｎで示すような挙動を示す。

このような地盤９００の挙動により、壁状地盤改良体９０２の各格子目部分の下端部には中心から外側に向かう方向に力Ｊがかかり、外周壁９１０の下端が外向きに変形する（下端部が外側方向に開く）。そして、このような沈下に伴い外周壁９１０の下端部が外向きに変形すると、曲げ応力や引張り応力が発生し外周壁９１０が破壊される。なお、外周壁９０２以外の壁には外向きと内向きとの両方向に力Ｊがかかるので変形が小さい。

したがって、沈下に伴う壁状地盤改良体９０２の外周壁９１０の下端の変形を抑制することができれば、壁状地盤改良体９０２の破壊を防止することができる。そして、壁状地盤改良体９０２の破壊を防止することができれば、大きな支持力が確保されるので、壁状地盤改良体９０２を（壁状）基礎として用いる際の支持力を向上させることができる。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、平面格子状の壁状基礎の支持力及び壁状基礎を用いた基礎構造の支持力を向上させることが目的である。

請求項１に記載の基礎構造は、地盤中に形成され、平面格子状の格子壁と前記格子壁を囲む外周壁とを有する壁状基礎と、前記壁状基礎の上端及び前記外周壁に囲まれた地盤に載置され、構造物の荷重を支持すると共に前記壁状基礎と地盤とに前記構造物の荷重を伝達する底版と、前記外周壁の側面の下端近傍のみに設けられ、沈下に伴う前記外周壁の前記下端の外向き方向への変形を抑制させる変形抑制壁と、を備える基礎構造。

請求項１に記載の基礎構造では、沈下に伴う外周壁の下端の外向き変形（外側方向への開き）が、外周壁の下端近傍の側面に設けられた変形抑制壁によって抑制される。したがって、壁状基礎の外周壁に発生する曲げ応力や引張り応力が低減される。これにより、沈下に伴う壁状基礎の破壊が防止されるので、大きな支持力が確保される。つまり、壁状基礎の支持力が向上される。
また、壁状基礎と外周壁で囲まれた地盤に前記構造物の荷重を伝達する底版が載置されているので、構造物の荷重は、底版、壁状基礎、及び地盤が支持する。したがって、底版がなく壁状基礎のみで構造物の荷重を受ける基礎構造と比較して、同じ荷重であっても沈下が小さく、支持力が向上される。

請求項２に記載の基礎構造は、請求項１に記載の構造において、前記変形抑制壁は、前記外周壁の下端近傍の外側面から外側に突出する突出壁であることを特徴としている。

請求項２に記載の基礎構造では、沈下に伴う外周壁の下端の外向き変形（外側方向への開き）が、下端近傍の外側面から外側に突出する突出壁の地盤との摩擦抵抗によって抑制される。したがって、壁状基礎の外周壁に発生する曲げ応力や引張り応力が低減される。これにより、沈下に伴う壁状基礎の破壊が防止されるので、大きな支持力が確保され、この結果、壁状基礎の支持力が向上される。

請求項３に記載の基礎構造は、請求項１に記載の構造において、前記変形抑制壁は、前記外周壁の下端近傍の外側面を囲む回壁であることを特徴としている。

請求項３に記載の基礎構造では、沈下に伴う外周壁の下端の外向き変形（外側方向への開き）が、下端近傍の外側面を囲む回壁によって抑制される。したがって、壁状基礎の外周壁に発生する曲げ応力や引張り応力が低減される。これにより、沈下に伴う壁状基礎の破壊が防止されるので、大きな支持力が確保され、この結果、壁状基礎の支持力が向上される。

請求項４に記載の基礎構造は、請求項１に記載の構造において、前記変形抑制壁は、前記外周壁の下端近傍の内側面と、前記外周壁で囲まれた内側を格子状に仕切る格子壁と、を連結する連結壁であることを特徴としている。

請求項４に記載の基礎構造では、沈下に伴う外周壁の下端の外向き変形（外側方向への開き）が、下端近傍の内側面と格子壁とを連結する連結壁によって抑制される。したがって、壁状基礎の外周壁に発生する曲げ応力や引張り応力が低減される。これにより、沈下に伴う壁状基礎の破壊が防止されるので、大きな支持力が確保され、この結果、壁状基礎の支持力が向上される。

以上説明したように請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、平面格子状の壁状基礎を用いた基礎構造の支持力を向上させることができる、という優れた効果を有する。

以下、図１と図２とを用いて、本発明の壁状基礎の第一実施形態を説明する。図１は、壁状基礎を示す斜視図である。図２（Ａ）は平面図であり、図２（Ｂ）は、垂直断面図である。なお、図２（Ｂ）には壁状基礎のみ断面を示す斜線をひいている。

図２（Ｂ）に示すように、第一実施形態の壁状基礎１００を用いた基礎構造１０は、液状化する可能性のある軟弱な地盤１５に、複数の縦壁から構成された平面格子状の壁状基礎１００が形成され、この壁状基礎１００の上端１００Ｈに底版１２（ベタ基礎の底版）が設けられている。そして、この底版１２の上に構造物１４が築造されている。

図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、壁状基礎１００は、筒状の外周壁１０２で囲まれた内側を格子壁１０４によって平面格子状に区画されている（格子壁１０４が外周壁１０２の内側を格子状に仕切っている）。よって、壁状基礎１００の上端１００Ｈは、外周壁１０２と格子壁１０４の上端で構成される。

また、壁状基礎１００には、外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍の外側面１０２Ｃから外側に突出する突出壁１５０が形成されている。突出壁１５０は外周壁１０２と直交すると共に（平面視Ｔ字状とされていると共に）、格子壁１０４と外周壁１０２との各交点部１０５間から突出されている。また、突出壁１５０は、長手方向を鉛直方向とされた板状とされる。

突出壁１５０は、前述したように、外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍に形成されており、本実施形態においては、突出壁１５０は外周壁１０２の下半分に設けられている（突出壁１５０の下端１５０Ａは外周壁１０２の下端１０２Ａと同じ位置とされている）。

なお、壁状基礎１００は、深層混合処理機を用いて、貫入及び引抜きする際に、スラリー状のセメント系固化材を吐出しながら土と撹拌混合させて形成する（深層混合処理工法（ＤＣＭ工法（登録商標）：ＤｅｅｐＣｅｍｅｎｔＭｉｘｉｎｇ））。また、突出壁１５０は、引抜きの途中からスラリー状のセメント系固化材を吐出せずに引抜きのみを行うことで、外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍に形成することができる。

つぎに本実施形態の作用について説明する。

構造物１４の荷重は、底版１２と壁状基礎１００との両方が支持する。つまり、構造物１４の荷重は、底版１２を介して、壁状基礎１００と地盤１５との両方に作用する。したがって、底版１２がなく壁状基礎１００のみで構造物１４の荷重を受ける基礎構造と比較して、本実施形態の基礎構造１０の方が、同じ荷重であっても沈下が小さく、極限支持力は大きくなる。

さて、図２に示すように、構造物１４の荷重は底版１２を介して地盤１５にかかるので、沈下に伴い平面格子状の壁状基礎１００の外周壁１０２には、水平外側方向に力Ｊがかかる。これにより外周壁１０２の下端１０２Ａが外向きに開くように変形する。

しかし、外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍の外側面１０２Ｃから外側に突出する突出壁１５０の地盤１５との摩擦抵抗によって、外周壁１０２の外向の変形が抑制される。この結果、沈下に伴う壁状基礎１００の破壊が防止されるので、大きな支持力が確保される。よって、平面格子状の壁状基礎１００の支持力が向上され、この壁状基礎１００を用いた基礎構造１０の支持力が向上される。換言すると、構造物１４を支える支持力が向上される。

なお、増分力Ｊは下方ほど小さい。外周壁１０２の上端１０２Ｂは、底版１２で水平方向の移動が拘束されているが、下端１０２Ａは拘束されていないため、外周壁１０２は下端１０２Ａに向かうに従って大きく外向きに開くように湾曲するように変形し、上端１０２Ｂ側は殆ど変形しない。よって、このように突出壁１５０を外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍のみに形成すれば、沈下に伴う外周壁１０２の外向の変形が抑制され破壊が防止される。つまり、突出壁１５０を外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍にのみ設けることで、低コストで壁状基礎１００の支持力を向上させることがきる。

なお、簡易的には、底版にかかる荷重は地盤中に１：２で広がるとされる。また、荷重の約半分が壁状基礎１００の外周壁１０２にかかる力Ｊとなるとされる。図９に簡易的に示すように、鉛直応力をＰ／ｌとすると、深さｈでの応力は、鉛直方向ではＰ／（ｌ＋ｈ）となり、水平方向では、ｐ／２（ｌ＋ｈ）となり、下方ほど小さくなる。このように、地盤の土の自重による地中応力は下方ほど大きいが、力を底版に加えたことによる地中の増分応力は下方ほど小さい。また、増分力は下方ほど小さくなっても、前述したように、外周壁の下端は拘束されていないので、外周壁の変形量は下方ほど大きい。

また、平面格子状の壁状基礎１００が液状化防止機能を発揮するので（壁状基礎１００が液状化防止のための地盤改良体を兼ねるので）、他の液状化防止対策を別途施工する必要がない。

つぎに本発明の壁状基礎の第二実施形態について、図３と図４とを用いて説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図３は、壁状基礎を示す斜視図である。図４（Ａ）は平面図であり、図４（Ｂ）は、垂直断面図である。なお、図４（Ｂ）には壁状基礎のみ断面を示す斜線をひいている。

図４（Ｂ）に示すように、第二実施形態の壁状基礎２００を用いた基礎構造２０は、液状化する可能性のある軟弱な地盤１５に、複数の縦壁から構成された平面格子状の壁状基礎２００が形成され、この壁状基礎２００の上端２００Ｈに底版１２が形成されている。そして、この底版１２の上に構造物１４が築造されている。

図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、壁状基礎２００は、筒状の外周壁１０２で囲まれた内側を格子壁１０４によって平面格子状に区画されている（格子壁１０４が外周壁１０２の内側を格子状に仕切っている）。よって、壁状基礎２００の上端２００Ｈは、外周壁１０２と格子壁１０４の上端で構成される。

また、壁状基礎２００には、外周壁１０２の外側面１０２Ｃの下端１０２Ａの近傍を囲む回壁２５０が形成されている。なお、本実施形態においては、回壁２５０は外周壁１０２の下半分に設けられている（回壁２５０の下端２５０Ａは外周壁１０２の下端１０２Ａと同じ位置とされている）。また、回壁２５０の壁厚は、外周壁１０２の壁厚と略同じとされている。

なお、回壁２５０は、引抜きの途中からスラリー状のセメント系固化材を吐出せずに引抜きのみを行うことで、外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍に形成することができる。

つぎに、本実施形態の作用について説明する。

壁状基礎２００の外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍を回壁２５０が囲んでいるので、外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍の面外剛性が高くなる。よって、外周壁１０２の下端１０２Ａの外向きの変形が抑制される。この結果、沈下に伴う壁状基礎２００の破壊が防止されるので、大きな支持力が確保される。よって、壁状基礎２００の支持力が向上され、壁状基礎２００を用いた基礎構造２０の支持力が向上される。換言すると、構造物１４を支える支持力が向上される。

なお、前述したように、壁状基礎２００の外周壁１０２は、下方ほど外向きに開くように変形するが、上端１０２Ｂは殆ど変形しない。また、格子壁１０４は外周壁１０２と比べ、変形が小さい。したがって、例えば、壁状基礎２００全体（外周壁１０２及び格子壁１０４）の壁厚を厚くする構成と比較し、低コストで支持力を向上させることがきる。

なお、本実施形態では、回壁２５０の壁厚は、外周壁１０２の壁厚と略同じとされていたが、これに限定されない。必要とする面外剛性に応じて回壁２５０の壁厚を設定すればよい（外周壁１０２の壁厚より厚くしてもよい）。

つぎに、本発明の壁状基礎の第三実施形態について、図５と図６とを用いて説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図５は、壁状基礎を示す斜視図である。図６（Ａ）は平面図であり、図６（Ｂ）は、垂直断面図である。なお、図６（Ｂ）には壁状基礎のみ断面を示す斜線をひいている。

図６（Ｂ）に示すように、第三実施形態の壁状基礎３００を用いた基礎構造３０は、液状化する可能性のある軟弱な地盤１５に、複数の縦壁から構成された平面格子状の壁状基礎３００が形成され、この壁状基礎３００の上端３００Ｈに底版１２が形成されている。そして、この底版１２の上に構造物１４が築造されている。

図５、図６（Ａ），図６（Ｂ）に示すように、壁状基礎３００は、筒状の外周壁１０２で囲まれた内側を格子壁１０４によって平面格子状に区画されている（格子壁１０４が外周壁１０２の内側を格子状に仕切っている）。よって、壁状基礎３００の上端３００Ｈは、外周壁１０２と格子壁１０４の上端で構成される。

更に、壁状基礎３００には、外周壁１０２と格子壁１０４とに直交すると共に、外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍の内周面１０２Ｄと格子壁１０４とを連結する連結壁３５０が形成されている。また、連結壁３５０は、長手方向を鉛直方向とされた板状とされる。なお、四隅の格子目部分においては、連結壁３５０同士が直交するように形成されている（平面視十字形状とされている）。

なお、本実施形態においては、連結壁３５０は外周壁１０２の下半分に設けられている（下端３５０Ａは外周壁１０２の下端１０２Ａと同じ位置とされている）。

また、連結壁３５０は、引抜きの途中からスラリー状のセメント系固化材を吐出せずに引抜きのみを行うことで、外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍に形成することができる。

つぎに、本実施形態の作用について説明する。

壁状基礎３００の外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍は、連結壁３５０によって格子壁１０４と連結されているので、面外剛性が高い。よって、外周壁１０２の下端１０２Ａの外向の変形が抑制される。更に、連結壁３５０の地盤１５との摩擦抵抗によっても、外周壁１０２の外向の変形が抑制される。この結果、沈下に伴う壁状基礎３００の破壊が防止されるので、大きな支持力が確保される。よって、平面格子状の壁状基礎３００の支持力が向上され、壁状基礎３００を用いた基礎構造３０の支持力が向上される。換言すると、構造物１４を支える支持力が向上される。

なお、前述したように、壁状基礎３００の外周壁１０２は、下方ほど外向きに開くように変形するが、上端１０２Ｂは殆ど変形しない。また、格子壁１０４は変形が小さい。したがって、例えば、壁状基礎の全ての格子間距離を狭くする構成と比較し、低コストで支持力を向上させることがきる。

また、本実施形態の壁状基礎３００の外周壁１０２の下端１０２Ａの近傍の外側面１０２Ｃに、第一実施形態の突出壁１５０（図１、図２参照）を形成してもよいし、第二実施形態の回壁２５０（図３、図４参照）を形成してもよい。

また、上記、第一〜第三の実施形態おいては、変形抑制壁（突出壁１５０、回壁２５０、連結壁３５０）は、外周壁１０２の下半分の全域に設けられていたが、これに限定されない。外周壁１０２の下半分の少なくとも一部領域に設けられていればよい。つまり、外周壁の下端近傍に変形抑制壁を設ける、とは、外周壁の下半分の全域又は下半分の少なくとも一部領域に変形抑制壁を設けることをさす。

また、上記、変形抑制壁は、突出壁１５０、回壁２５０、連結壁３５０に限定されない。外周壁の下端の外向き方向への変形を抑制させる壁であれば、どのような構成（形状）の壁であってもよい。

つぎに、参考例としての壁状基礎について図７を用いて説明する。なお、上記本発明の第一〜第三の実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図７に示すように、壁状基礎４００を用いた基礎構造４０は、液状化する可能性のある軟弱な地盤１５に、複数の縦壁から構成された平面格子状の壁状基礎４００が形成され、この壁状基礎４００の上端４００Ｈに底版１２が形成されている。そして、この底版１２の上に構造物１４が築造されている。

壁状基礎４００は、筒状の外周壁４０２で囲まれた内側を格子壁１０４によって平面格子状に区画されている（格子壁１０４が外周壁４０２の内側を格子状に仕切っている）。よって、壁状基礎４００の上端４００Ｈは、外周壁１０２と格子壁１０４の上端で構成される。

壁状基礎４００の外周壁４０２の下端部４０２Ａは、軟弱な地盤１５の下の、液状化する可能性のない固い下層の地盤１７の中まで達している。なお、格子壁１０４の下端１０４Ａは地盤１７にまで達していない。

つぎに、本参考例の作用について説明する。

壁状基礎４００は、外周壁４０２が固い地盤１７の中に形成されているので、大きな支持力が得られる。更に、外周壁４０２の下端４０２Ａの外向の変形が抑制され、沈下に伴う壁状基礎４００の破壊が防止されるので、大きな支持力が確保される。よって、平面格子状の壁状基礎４００の支持力が向上され、壁状基礎４００を用いた基礎構造４０の支持力が向上される。

なお、外周壁４０２は外向きに開くように変形するが、格子壁１０４は変形しない。したがって、例えば、壁状基礎の全体（格子壁）を地盤１７まで達するように形成する構成と比較し、低コストで支持力を向上することができる。

なお、上記実施形態及び参考例は、液状化する可能性のある地盤に壁状基礎を形成することで液状化防止の地盤改良を兼ねているがこれに限定されない。液状化する可能性のない地盤に壁状基礎を形成してもよい。

また、上記実施形態では、壁状基礎１００、２００、３００、４００の上端１００Ｈ，２００Ｈ，３００Ｈ，４００Ｈに底版１２が設けられていたが、これに限定されない。底版１２が設けられていない構成、すなわち、壁基礎１００、２００、３００、４００のみで構造物１４の荷重を受ける構成であってもよい。なお、この場合、沈下に伴う外周壁１０２にかかる力Ｊは小さくなるので外向き変形も小さくなる。しかし、変形は小さくても本発明を適用することで、抑制されるので、本発明を適用することで壁状基礎の支持力は向上される（構造物を支える支持力が向上される）。

本発明の第一実施形態にかかる壁状基礎を用いた基礎構造を示す斜視図である。（Ａ）は第一実施形態の壁状基礎を示す平面図であり、（Ｂ）は第一実施形態の壁状基礎を用いた基礎構造示す垂直断面図である。本発明の第二実施形態にかかる壁状基礎を用いた基礎構造を示す斜視図である。（Ａ）は第二実施形態にかかる壁状基礎を示す平面図であり、（Ｂ）は第二実施形態の壁状基礎を用いた基礎構造を示す垂直断面図である。本発明の第三実施形態にかかる壁状基礎を用いた基礎構造を示す部分断面斜視図である。（Ａ）は第三実施形態にかかる壁状基礎を示す平面図であり、（Ｂ）は第三実施形態の壁状基礎を用いた基礎構造を示す垂直断面図である。参考例の壁状基礎を用いた基礎構造を示す垂直断面図である。（Ａ）は従来の壁状地盤改良体を示す平面図あり、（Ｂ）は壁状地盤改良体を壁状基礎として用いた従来の基礎構造を示す縦断面である。水平方向応力が壁状基礎の外周壁に作用するイメージを簡易的に示すイメージ図ある。

符号の説明

１０基礎構造
１２底版
１４構造物
１５地盤
２０基礎構造
３０基礎構造
１００壁状基礎
１００Ｈ上端
１０２外周壁
１０２Ｃ外側面
１０２Ｄ内側面
１０４格子壁
１５０突出壁（変形抑制壁）
２００壁状基礎
２００Ｈ上端
２５０回壁（変形抑制壁）
３００壁状基礎
３００Ｈ上端
３５０連結壁（変形抑制壁）

Claims

地盤中に形成され、平面格子状の格子壁と前記格子壁を囲む外周壁とを有する壁状基礎と、
前記壁状基礎の上端及び前記外周壁に囲まれた地盤に載置され、構造物の荷重を支持する底版と、
前記外周壁の側面の下端近傍のみに設けられ、沈下による前記外周壁の前記下端の外向き方向への変形を抑制させる変形抑制壁と、
を備える基礎構造。
前記変形抑制壁は、前記外周壁の下端近傍の外側面から外側に突出する突出壁であることを特徴とする請求項１に記載の基礎構造。
前記変形抑制壁は、前記外周壁の下端近傍の外側面を囲む回壁であることを特徴とする請求項１に記載の基礎構造。
前記変形抑制壁は、前記外周壁の下端近傍の内側面と、前記外周壁で囲まれた内側を格子状に仕切る格子壁と、を連結する連結壁であることを特徴とする請求項１に記載の基礎構造。