JP5088982B1

JP5088982B1 - 屋外構造物基礎構造体

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Publication number: JP5088982B1
Application number: JP2012039890A
Authority: JP
Inventors: 孝次飯田; 真神村; 俊守前
Original assignee: Something Co Ltd
Current assignee: Something Co Ltd
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: JP2013174097A

Abstract

【課題】軟弱地盤である浅層地盤を地盤改良すると共に、液状化被害を軽減する屋外構造物基礎構造体を提供すること。
【解決手段】屋外構造物の基礎部２と、基礎部の下方であり且つ浅層地盤に構築される、外周を形成する連続状の外壁と、外壁で囲まれる内側を複数の室に分割する内壁とからなる不透水地中連続改良壁１と、基礎部２と不透水地中連続改良壁１間全面に構築される透水層３と、内壁で分割された複数の室の少なくともひとつの地盤に構築される透水層３に接続する透水性縦杭４と、を有する屋外構造物基礎構造体。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤面下における液状化被害を未然防止する屋外構造物基礎構造体に関するものである。

地盤の液状化現象は、大地震や巨大地震の際、広範囲の地域で発生する。液状化現象のメカニズムの解明や対策は、地盤の状況や地震の規模に左右されるため、非常に難しいのが現状である。住宅等の建物において、地震で一番怖いのは振動より揺れの大きさであり、建物に地震被害をもたらす要因となっている。このため、建物の耐震、制震、免震等、構造性能を高めて強い建物づくりが進んでいる。しかし、住宅等の小規模な構造物が建設される浅層地盤については、地震対策がほとんど行われていない。住宅等の建設予定地では、地盤強度等の調査を行い、軟弱地盤に対しては地盤改良を施すものの、液状化対策についてはほとんど無策の状態である。

小規模の個人住宅などの屋外構造物の建設予定地が軟弱地盤である場合、該軟弱地盤である基礎構築部分の近くに地盤安定材を打ち、地盤の不同沈下を抑止する浅層地盤改良工法が知られている。例えば特開２００４−６０２９０号公報には、基礎構築部分の近くに地盤の強弱により幅及び深さを調整した安定材造成用の溝を、溝底面より上方に向けて次第に横断面が大きくなるように掘削するとともに、ソイルセメントを含む改良土質と置換し、該土質置換部分をランマー等で転圧して土質強度と靭性をもたせた改良土質による安定材を造った後、ベタ基礎部分にコンクリートを打設して安定材とベタ基礎を一体化する安定材付きベタ基礎工法が開示されている。当該工法によれば、安定材とベタ基礎を一体化するため、安定材とベタ基礎部分とで囲まれた土は剛体となりベタ基礎の剛性を高めることができ、また、上方から負荷がかかった場合でも該負荷を安定材の側面で受け止めて地盤への建物影響荷重を分散、軽減させてバランスと安定効果の向上を図ることができ、不同沈下に強いものとなる。

また、特開２００８−１９６２４９号公報及び特開２０１１−１６３０９８号公報には、軟弱地盤の液状化や地震対策を目的として、軟弱地盤中に砕石杭を構築する工法が開示されている。この砕石杭によれば、コンクリート杭等に比べて、所定の強度を保持しつつ施工コストの低減が図れる。

特開２００４−６０２９０号公報特開２００８−１９６２４９号公特開２０１１−１６３０９８号公報

しかしながら、従来の浅層地盤改良工法は、軟弱地盤を不同沈下が起こらないような剛性地盤に改良するものであり、液状化被害を未然に防止するようなものではない。そして、近年の浅層地盤改良工法においては、軟弱地盤を不同沈下が起こらないようにすることは無論のこと、更に巨大地震に伴う液状化対策として、浅層地盤にも対策を施すことが求められているのが現状である。また、従来の砕石杭は軟弱地盤の強化が目的であり、砕石杭の頭は地表面にでて基礎部に当たっており、液状化に伴う加圧上昇水を減圧させて排水するものではない。

従って、本発明の目的は、軟弱地盤である浅層地盤を地盤改良すると共に、液状化被害を軽減する屋外構造物基礎構造体を提供することにある。

かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、屋外構造物の基礎部と不透水地中連続改良壁間の全面に透水層を構築し、更に該透水層に接続する透水性縦杭を地盤中に構築した屋外構造物基礎構造体であれば、軟弱地盤である浅層地盤を地盤改良すると共に、液状化被害を軽減できること等を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、屋外構造物の基礎部であるベタ基礎と、該基礎部の下方であり且つ浅層地盤に構築される、外周を形成する連続状の外壁と、該外壁で囲まれる内側を複数の室に分割する内壁とからなる不透水地中連続改良壁と、該基礎部と該不透水地中連続改良壁間全面に構築される透水層と、該内壁で分割された複数の室の少なくともひとつの地盤に構築され、上端が該透水層に接続し、深さ方向においては該不透水地中連続改良壁より下方に延びている透水性縦杭と、を有することを特徴とする屋外構造物基礎構造体を提供するものである。

本発明によれば、軟弱地盤である浅層地盤を地盤改良すると共に、液状化被害を軽減できる。

本発明の実施の形態における屋外構造物基礎構造体の断面図である。図１の屋外構造物基礎構造体の平面図である。図１の屋外構造物基礎構造体を構成する不透水地中連続改良壁と透水性縦杭の斜視図である。本発明の実施の形態における他の屋外構造物基礎構造体の断面図である。図４の屋外構造物基礎構造体の平面図である。本発明の実施の形態における他の屋外構造物基礎構造体の断面図である。図６の屋外構造物基礎構造体の平面図である。

本発明の実施の形態における屋外構造物基礎構造体（以下、単に「基礎構造体」とも言う。）を図１〜図７を参照して説明する。基礎構造体１０は、屋外構造物の基礎部２と、複数の室を有する不透水地中連続改良壁（以下、単に「改良壁」とも言う。）１と、基礎部２と改良壁１間全面に構築される透水層３と、改良壁１の複数の室の少なくともひとつの地盤に構築される透水層３に接続する透水性縦杭４と、を有する。なお、図３は改良壁１と透水性縦杭４の配置関係を判り易く描写したため、透水層３と基礎部２の記載は省略した。また、図２、図５及び図７における基礎部２は、簡略して外形のみ描いた。

基礎構造体１０において、改良壁１は、基礎部２の下方であり且つ浅層地盤に構築されるもので、外周を形成する連続状の外壁１ａと、外壁１ａで囲まれる内側を複数の室に分割する内壁１ｂとからなるセメント系固化材を撹拌混合した改良土質である。外壁１ａで囲まれる内側を内壁１ｂで区画する区画形状としては、特に制限されず、格子状および中央に矩形状の室を有する不定形状のものが挙げられる。格子状の場合、縦横の壁で格子状に区画される室の個数としては、小規模住宅の場合、例えば２個以上、好ましくは４個〜１２個程度である。図１〜図７は９個の例である。また、改良壁１は、中央に矩形状の室（区画部）を有する不定形状のものであってもよい。改良壁１の平面視の形状は、上下対称、左右対称および非対称のものが挙げられ、この中、上下対称且つ左右対称であるものが、地盤を均等に拘束する点で好ましい。

改良壁１は外壁１ａを連続壁とし、外壁１ａの内側を内壁１ｂで区画することで、地盤を拘束して一体化し、透水層３を介して屋外構造物の荷重を均一に地盤に伝えるため、建物等の構造物基礎および地盤強度が向上し、屋外構造物全体の安定力が増す。本発明において、改良壁１の高さは最大２．０ｍ、概ね０．３〜１．８ｍである。

基礎構造体１０において、屋外構造物としては、小規模住宅、店舗、工場などの建築物、庭園、私道または駐車場が挙げられる。小規模住宅とは、「小規模建築物基礎設計指針（日本建築学会）」で規定する小規模建築物であり、地上３階以下、建物高さ１３ｍ以下、軒高９ｍ以下及び延べ面積５００ｍ^２以下の条件を満たす建築物を言う。なお、近年の３階建て住宅は軒高９ｍを超えるものもあり、これら軒高の高い住宅も小規模建築物に含まれる。屋外構造物の基礎部としては、小規模住宅の場合、例えばベタ基礎であり、店舗、工場、庭園、私道または駐車場のような大面積の屋外構造物の場合、例えばアスファルト舗装層である。図１〜７は小規模住宅の場合であり、ベタ基礎２が、透水層３を介して改良壁１の上に形成されている。

基礎構造体１０において、透水層３は、基礎部２と改良壁１間の全面に構築される。すなわち、透水層３は改良壁１の上面を覆い、基礎部２は、透水層３の上に構築される。透水層３は、液状化に伴う過剰間隙水圧により透水性縦杭４を通ってくる上昇水を通し、建物の周囲４方向（図中の矢印Ｘ方向）に排水する機能を有する。すなわち、透水層３は、液状化発生の際、砂質土を含んだ上昇水である噴砂流の中、上昇水は通すが、土砂は通さないものである。透水層３としては、砕石層、栗石層、砂利層が挙げられる。透水層３の高さは、上記機能を奏する高さで適宜決定されるが、概ね１０〜５０ｃｍ程度である。

基礎構造体１０において、透水性縦杭４は、内壁１ｂで分割された複数の室の少なくともひとつの地盤、本例では、内壁１ｂで分割された９つの室の中央の室１５の地盤に構築され、上端は透水層３に接続する。透水性縦杭４は、液状化に伴う過剰間隙水圧を吸収して上昇水を透水層３に導く機能を有する。すなわち、透水性縦杭４は、液状化発生の際、砂質土を含んだ上昇水である噴砂流の中、上昇水は通すが、土砂は通さないものである。透水性縦杭４としては、砕石杭、砂利杭、穴開きパイプ杭が挙げられる。穴開きパイプ杭は、上下が貫通するパイプの周面に、多数の貫通穴を形成したものである。貫通穴はパイプ内への土砂の浸入を防止する一方、上昇水は通すものである。また、穴開きパイプ杭の深部側の先端部は、土砂が詰まることで先端開口を塞いでいる。これはパイプを地中に打ち込んだ際、土砂が浸入してくるからである。そして、パイプの先端部を除くパイプ内は中空であっても、砕石などが詰まっていてもよい。パイプとしては、鋼管、塩化ビニル管等が使用できる。

透水性縦杭４の深さ（高さ）は、地盤の地質により一概に決定できないものの、従来の地盤補強を目的とした砕石杭ほど深くする必要はなく、具体的には、最大高さが改良壁の壁深さ（高さ）の３倍、好適には２倍であり、具体的には、最大で６ｍ、好ましくは最大で４ｍ、特に好ましくは最大で３ｍ、更に好ましくは最大で２．５ｍである。また、図１に示すような、地表面から深さ方向に、液状化しない良好地盤層５２、砂混じりの液状地盤層５３が存在する地盤の場合、透水性縦杭４の下端が液状地盤層５３に達するものであればよい。このような透水性縦杭４であれば、液状地盤層５３において、液状化に伴う過剰間隙水圧を吸収して上昇水を透水層３に導くことができる。従来のように、透水性縦杭４の設置が無い場合、液状化に伴う上昇水は良好地盤も液状地盤に変えて噴出してしまう。また、従来の地盤補強用砕石杭の場合、液状化に伴う上昇水は良好地盤に影響することなく、砕石杭を通過するものの、透水層が存在しないため、そのまま屋外構造物の基礎部を押し上げてしまうか、あるいは基礎部の下の土が流失して基礎部と構造物の沈下を招来してしまう。これに対して、本発明は、基礎部下に透水層を設け、該透水層と透水性縦杭４を接続したため、液状化に伴う上昇水は、良好地盤中、良好地盤に影響を与えることなく、垂直ルートを確保しつつ上昇し、次いで水平方向に流れ、建物の周囲４方向に排水するため、早期に減圧が図れ、液状化被害を防止することができる。また、透水性縦杭４自体が、軟弱地盤の改良杭になるため、地震後の地盤沈下に対しても有効な杭効果を発現する。

透水性縦杭４は、内壁１ｂで分割された複数の室の中、中央の室１５の地盤に構築されるものに限定されず、他のいずれの室又は全ての室に、それぞれ１つ又は複数形成してもよい。その一例を挙げると、例えば、図４及び図５に示すように、透水性縦杭４は、内壁１ｂで分割された四隅１１、１３、１７、１９及び中央の室１５の地盤に構築されたものであってもよい。液状化は液状地盤５３の何処で起こるか不明である。基礎構造体１０ａは基礎構造体１０に比べてより多くの透水性縦杭４を分散して構築しているため、液状化に伴う過剰間隙水圧をより安定して吸収することができる。なお、図４は、図５中、室１３、１９及び室１５の３つの透水性縦杭４を繋げて切った断面図である。また、透水性縦杭４は、内壁１ｂで分割された複数の室の中、すべての室の地盤１１〜１９に構築されたものであってもよい。このような場合においても、基礎構造体１０及び１０ａと同様の効果を奏する。

また、透水性縦杭４の断面形状としては、円形断面（図１〜図５）の他、矩形断面（図７の符号４ｃ）、矩形断面であって深さ方向に向けてやや先細りとなる逆台形断面（図７の符号４ａ）、楕円形断面（図７の符号４ｅ）、２つの円の一部が重なり合った断面（図７の４ｂ）、３つの円の一部が重なり合った断面（図７の４ｂ）、不定形断面などが挙げられる。なお、図６は、図７中、室１３、１６及び１９の透水性縦杭４の中心を通る線で切った断面図である。

次に、基礎構造体１０の造成方法の一例について説明する。先ず、所定の位置に透水性縦杭４を構築する。透水性縦杭４は、ユンボのような小型掘削機械や深堀掘削機械で所定の深さまで掘削後、砕石等を充填することで造成することができる。なお、透水性縦杭４を造成する前段階として、予め地質調査により液状地盤の深さを把握しておくことが好ましい。これにより、透水性縦杭４の深さ（高さ）を決定することができる。次いで、改良壁１の平面積を有し透水層３の高さ分の土壌を除去する（鋤き取り工程）。鋤き取りの際、透水性縦杭４の頭は、鋤き取ってもよく、あるいは一部又は全部を残しておいてもよい。透水性縦杭４の頭が一部又は全部残っていれば、透水層３との接続が容易となる。次いで、この改良壁１が造成される予定地（軟弱地盤）に図３の形状の溝を地中に形成する。次いで、溝内にセメント系固化材を撹拌混合した改良土質を埋め戻す。その後、改良土質部分をランマー等で転圧して土質強度と靭性をもたせた改良土質による改良壁を構築する。次いで、改良壁１の上面に、砕石、栗石あるいは砂利地業を行い透水層３を構築する。これにより、透水層３は、透水性縦杭４と接続すると共に、所定の厚みを有して、透水層上面は地表に表われることになる。次いで、透水層３の上に、例えば基礎部として、ベタ基礎であるコンクリートを打設して基礎構造体１０の造成を完了する。

基礎構造体１０、１０ａにおいて、液状地盤層５３で液状化が発生すると、透水性縦杭４が、液状化に伴う過剰間隙水圧を吸収して上昇水を透水層３に導くことができる。上昇水は、良好地盤中、透水性縦杭４である垂直ルートを保持しつつ上昇し、次いで透水層３内において水平方向に流れ、建物の周囲４方向に排水する。このため、早期に減圧が図れ、液状化被害を防止することができる。また、透水性縦杭４自体が、軟弱地盤の改良杭になるため、地震後の地盤沈下に対しても有効な杭効果を発現する。

本発明において、内壁により外壁の内側を複数の室に分割する方法としては、上記実施の形態における分割方法に限定されず、種々の分割形態を採ることができる。また、上記実施の形態例は、基礎部がベタ基礎であり、屋外構造物が小規模住宅の場合であるが、これらに限定されず、例えば、屋外構造物が、小規模住宅以外の建築物、庭園または駐車場の場合にも適用できる。この場合、基礎部は、例えばアスファルト舗装層とすればよい。

なお、屋外構造物が、店舗、工場、私道、庭園や駐車場のように大面積の場合、改良壁内を内壁で区画する方法としては、格子状に数十〜数百の多数の室を形成する方法、改良壁１を１ユニットとして、当該同ユニットを横並びに複数配置する複数配置方法、あるいは同ユニット及び異なるユニットを複数組み合わせて配置する複数混合配置方法などが挙げられる。屋外構造物が大面積の場合、改良壁内を内壁２で区画する室の数は、小規模住宅に比べて当然多くなる。

本発明によれば、液状化に伴う過剰間隙水圧を透水性縦杭で吸収して透水層を介して減圧排水することができる。このため、液状化被害を防止することができる。

１不透水地中連続改良壁
２基礎部
３透水層
４、４ａ〜４ｅ透水性縦杭
１０、１０ａ屋外構造物基礎構造体

Claims

屋外構造物の基礎部であるベタ基礎と、
該基礎部の下方であり且つ浅層地盤に構築される、外周を形成する連続状の外壁と、該外壁で囲まれる内側を複数の室に分割する内壁とからなる不透水地中連続改良壁と、
該基礎部と該不透水地中連続改良壁間全面に構築される透水層と、
該内壁で分割された複数の室の少なくともひとつの地盤に構築され、上端が該透水層に接続し、深さ方向においては該不透水地中連続改良壁より下方に延びている透水性縦杭と、を有することを特徴とする屋外構造物基礎構造体。
該内壁は、該外壁で囲まれる内側を格子状に分割することを特徴とする請求項１記載の屋外構造物基礎構造体。
該透水性縦杭は、砕石杭、砂利杭又は穴開きパイプ杭であることを特徴とする請求項１又は２記載の屋外構造物基礎構造体。
該透水層は、砕石層、栗石層又は砂利層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の屋外構造物基礎構造体。
該不透水地中連続改良壁の高さは、最大２．０ｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の屋外構造物基礎構造体。
該透水性縦杭の最大高さは、該不透水地中連続改良壁の高さの３倍であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の屋外構造物基礎構造体。
該屋外構造物は、建築物、庭園、私道または駐車場であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の屋外構造物基礎構造体。