JP5551943B2

JP5551943B2 - 地盤改良体を用いた基礎構造

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Publication number: JP5551943B2
Application number: JP2010030103A
Authority: JP
Inventors: 裕司田屋; 清山下; 純次濱田
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-02-15
Also published as: JP2011163082A

Description

本発明は、地盤改良体を用いた基礎構造に関する。

軟弱地盤や液状化の発生が予想される地盤における構造物の基礎は、セメント固化剤等の地盤改良によって軟弱地盤の改良や液状化防止を図った直接基礎や、杭により構造物を支持する杭基礎が一般的に用いられている。

近年、合理的な基礎形式として、直接基礎と杭基礎とを併用したパイルド・ラフト基礎の適用が増えて来ているが、液状化のおそれのある地盤においては、液状化防止のために、地盤改良体とパイルド・ラフト基礎とを併用する場合も見られるようになって来ている。

しかしながら、杭がある場合には、構造物の基礎底面と地盤改良体との接地圧が小さくなるため、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重（以下「水平荷重」という場合がある）に対して、両者の摩擦抵抗を期待できず、基礎底面が地盤改良体に対して滑動してしまうおそれがある。

特に、地下水位がある場合、構造物の基礎底面での接地圧が浮力分だけ減少するため、浮力が大きい場合には、水平荷重を杭が負担する必要が生じる。つまり、例えば構造物の荷重が浮力よりも小さい場合には、基礎底面での接地圧が０（ゼロ）となるため、水平荷重は全て杭で負担することになる。したがって、地盤改良体の水平方向の抵抗力を活かすことができず、杭の断面積が鉛直方向の荷重よりも水平方向の荷重で決定されることになり、不経済となる。

この問題点を解決するため、基礎底面と地盤改良体との間を接合する接合方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１に記載の接合方法では、構造物の基礎底面に設けた突起部が地盤改良体の上面の凹部に差し込まれ、地震時に構造物に作用する水平荷重は突起部と凹部の接合部を介して地盤改良体に伝達されるようになっている。そして、杭は、構造物の基礎底面と接合されないようになっている。

これにより、杭は構造物の鉛直方向の荷重（以下「鉛直荷重」という）のみを負担し、地震時に構造物に作用する水平荷重は地盤改良体が全て負担するようになっている。しかし、特許文献１に記載の接合方法では、地盤改良体の上面に穴を空けて突起部を差し込むため、地盤改良体に断面欠損が生じ易く、地盤改良体が破損するおそれがある。このため、地震時に構造物に作用する水平荷重を地盤改良体が適切に負担できないことがある。

また、特許文献２に記載の接合方法では、構造物の基礎底面と地盤改良体の上面とを接合部材で接合している。すなわち、接合部材である、かご筋やスタッド付Ｈ鋼で、地盤改良体と基礎とを接合している。そして、杭は、杭頭接合鉄筋により構造物の基礎底面と接合されている。

しかしながら、特許文献２に記載の接合方法では、地盤改良体を構成する複数の地盤改良杭の１つに対し、かご筋又はスタッド付Ｈ鋼が１つ設けられる構成であるため、地震時に構造物に作用する水平荷重が、かご筋又はスタッド付Ｈ鋼を介して、１つの地盤改良杭に集中してしまうおそれがある。このため、地震時に構造物に作用する水平荷重を地盤改良体が適切に負担できないことがある。

特開２００５−３０７５９４号公報特開平１１−２００３８１号公報

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を地盤改良体へ確実に伝達でき、その荷重を地盤改良体に負担させられる地盤改良体を用いた基礎構造を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、地中に地盤改良杭を連続して設けて格子状に形成された壁状の地盤改良体と、前記地盤改良体で格子状に区画された区画内に設けられた杭と、前記杭を間において、複数の前記地盤改良杭に亘って根入れされ、互いに連結されていない接合手段と、前記地盤改良体の上部、及び前記杭の上部に構築され、前記接合手段により該地盤改良体と一体的に接合された基礎部と、を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、複数の地盤改良杭に亘って根入れされた接合手段により、基礎部と地盤改良体とが一体的に接合される。したがって、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、その基礎部から地盤改良体へ確実に伝達することができ、その水平方向の荷重を地盤改良体に適切に負担させることができる。

また、請求項２に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記接合手段が、鋼矢板で構成されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、鋼矢板を連結するだけで、複数の地盤改良杭に亘って根入れさせることができる。

また、請求項３に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記接合手段が、スタッド付き脚板が前記地盤改良体に根入れされ、スタッド付き頂板が前記地盤改良体の上面に略面一となるように配置されたＴ形鋼で構成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、スタッドによって基礎部と地盤改良体とを強固に接合することができる。

以上のように、本発明によれば、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を地盤改良体へ確実に伝達でき、その荷重を地盤改良体に負担させられる地盤改良体を用いた基礎構造を提供することができる。

本実施形態に係る地盤改良体を用いた基礎構造を示す説明図第１実施形態に係る地盤改良体を用いた基礎構造を示す説明図第１実施形態に係る地盤改良体を示す概略斜視図第１実施形態に係る地盤改良体を用いた基礎構造を示す概略平面図第２実施形態に係る地盤改良体を用いた基礎構造を示す説明図第２実施形態に係る地盤改良体を示す概略斜視図第２実施形態に係る地盤改良体を用いた基礎構造を示す概略平面図

以下、本発明に係る実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。なお、各図において、鉛直上方向を矢印ＵＰで示す。また、矢印ＵＰと直交する方向を水平方向とし、矢印ＨＲｘ、矢印ＨＲｙで示す場合がある。まず、第１実施形態について説明する。

図１、図２で示すように、本実施形態に係る基礎構造１０は、軟弱な地盤１２に対して施工される基礎構造であり、その地盤（地中）１２には、鉛直支持力の補強及び液状化対策のための地盤改良体１４が構築されている。すなわち、地盤改良体１４が構築される地盤１２は、地震時に液状化の発生が予想される液状化層Ｌであり、地盤改良体１４の深さは、その液状化層Ｌの底面までとされている。

地盤改良体１４は、スラリー状とされたセメント系固化材による安定剤と、現地の地盤１２の中の土とを、図示しない撹拌装置で撹拌して固化させることで、図３で示すように、円柱状の地盤改良杭１６を連続して並べたような壁状に形成されている。つまり、この地盤改良体１４は、隣接する地盤改良杭１６の周壁１６Ａの一部を共有化させて連続的に一体化させた側壁１４Ａを有しており、全体的には平面視で格子状に構築されている。

そして、その地盤改良体１４の壁部としての側壁１４Ａには、地盤改良杭１６の周壁１６Ａを連続的に一体化させたことにより、凹凸部１５が形成されている。すなわち、地盤改良体１４の側壁１４Ａには、平面視円弧状の凸部１５Ａが形成されるとともに、その凸部１５Ａ間に、凹部１５Ｂが形成されるようになっている。

また、図３、図４で示すように、地盤改良体１４の頭部には、複数本（例えば４本）の地盤改良杭１６に跨って（亘って）、接合手段１８としての鋼矢板２０が根入れされている。すなわち、この鋼矢板２０は、地盤改良体１４の全体に亘って、複数本の地盤改良杭１６毎に所定の間隔を隔てて複数枚連結されて根入れされており、各鋼矢板２０は、その上部２０Ａが地盤改良体１４の上端面１４Ｂから所定高さ突出するように根入れされ、地盤改良体１４に根入れされる下部２０Ｂの長さが、上端面１４Ｂから突出する上部２０Ａの長さよりも長くされている。

また、図１、図２で示すように、地盤改良体１４（地盤１２）の上部にはコンクリートが打設され、建物２６の基礎部２４が構築されるようになっている。そして、このとき、地盤改良体１４の上端面１４Ｂから突出している各鋼矢板２０の上部２０Ａが、その基礎部２４内に呑み込まれるようになっている。これにより、建物２６の基礎部２４が、各鋼矢板２０を介して地盤改良体１４に一体的に接合される構造になっている。

したがって、構造物としての建物２６による鉛直荷重が、その建物２６の基礎部２４から地盤改良体１４に直接伝達されることは当然ながら、地震時において、建物２６に作用する水平荷重が、その建物２６の基礎部２４から各鋼矢板２０を介して地盤改良体１４へ伝達可能となる。

すなわち、各鋼矢板２０は、平面視で波形状に形成されているため、地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向（地盤改良杭１６の並び方向）に向かう水平荷重に対して抵抗を有する。また、各鋼矢板２０は、複数本の地盤改良杭１６に跨って根入れされているため、１本の地盤改良杭１６に対して荷重を集中させることがない。よって、地震時に建物２６に作用する水平荷重を地盤改良体１４に適切に負担させることができる。

なお、地盤改良杭１６は、１度に複数本（例えば４本）ずつ施工され、その施工が連続されることで壁状に形成されている。そして、鋼矢板２０は、その地盤改良杭１６の施工毎に根入れされるようになっている。したがって、鋼矢板２０を根入れさせる地盤改良杭１６の本数は、１度に施工できる地盤改良杭１６の本数によって決まる。

また、上記したように、鋼矢板２０は、地盤改良体１４に根入れされる下部２０Ｂの長さが、基礎部２４に呑み込まれる上部２０Ａの長さより長くされている。これは、地盤改良体１４の強度が、基礎部２４の強度に比べて低いためである。つまり、鋼矢板２０は、基礎部２４よりも強度の低い地盤改良体１４に対してより多く根入れされることで、その地盤改良体１４の補強を兼ねる構造になっている。

以上のような基礎構造１０において、次にその作用について説明する。まず、地盤（地中）１２に、複数本（例えば４本）ずつ地盤改良杭１６を連続して施工し、壁状の地盤改良体１４を格子状に構築する。そして、地盤改良杭１６を複数本ずつ施工する毎に、接合手段１８としての鋼矢板２０を根入れする。これにより、複数本の地盤改良杭１６に跨って根入れされた鋼矢板２０が、地盤改良体１４の頭部に所定の間隔を隔てて複数枚設けられる。

なお、このとき、各鋼矢板２０の上部２０Ａを地盤改良体１４の上端面１４Ｂから突出させる。そして、各鋼矢板２０の下部２０Ｂは、その上端面１４Ｂから突出させる上部２０Ａの長さよりも長く根入れさせる。これにより、地盤改良体１４は、複数枚の鋼矢板２０によって補強されるため、建物２６の慣性力（地震力）に対して、より抵抗可能な構造となる。

こうして、複数枚の鋼矢板２０が頭部に根入れされた地盤改良体１４が構築されたら、地盤改良体１４の上部に基礎部２４を構築する。すなわち、地盤改良体１４の上端面１４Ｂから突出している各鋼矢板２０の上部２０Ａを呑み込むように、地盤１２の上部にコンクリートを打設する。すると、各鋼矢板２０の上部２０Ａは基礎部２４に呑み込まれ、各鋼矢板２０を介して基礎部２４と地盤改良体１４とが一体的に接合される。

したがって、地震時に建物２６に作用する水平荷重は、その建物２６の基礎部２４から各鋼矢板２０を介して地盤改良体１４へ伝達される。ここで、各鋼矢板２０は、地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向に向かう水平荷重に対して抵抗を有するとともに、複数本の地盤改良杭１６に跨って根入れされ、１本の地盤改良杭１６に対して荷重を集中させない構造になっている。

そのため、地震時に建物２６に作用する水平荷重は、基礎部２４から地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向（図４で示す矢印ＨＲｘ方向又は矢印ＨＲｙ方向）へ効率よく確実に伝達される。よって、その水平荷重を地盤改良体１４に適切に負担させることができ、建物２６の耐震を図ることができる。

また、このような基礎構造１０であると、図１で示すように、パイルド・ラフト基礎構造を併用した場合において、即ち地盤改良体１４と杭２８とを併用した場合において、地盤改良体１４に対する基礎部２４の滑動を抑制又は防止することができる。

すなわち、格子状とされた地盤改良体１４の複数の区画内のうち、少なくとも一部の区画内には、円柱状の杭２８が設けられることがある。この杭２８の上端面２８Ａ（図４参照）は、基礎部２４の底面２４Ａに当接する構造になっており、建物２６による鉛直荷重は、その杭２８によって殆ど受け止められるようになっている。

したがって、従来では、基礎部２４と地盤改良体１４との接地圧が低減され、地震時において、地盤改良体１４に対する基礎部２４の摩擦抵抗を期待できない場合があった。つまり、地震時に建物２６に作用する水平荷重が、基礎部２４から地盤改良体１４へ伝達され難く、その水平荷重を地盤改良体１４が適切に負担できない場合があった。

しかしながら、本実施形態に係る基礎構造１０では、基礎部２４と地盤改良体１４とが一体化（鋼矢板２０を介して一体的に接合）される構造であるため、地震時に建物２６に作用する水平荷重を、その建物２６の基礎部２４から地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向へ確実に伝達することができる。よって、杭２８が設けられる構造であっても、上記した水平荷重を地盤改良体１４に適切に負担させることができ、建物２６の耐震を図ることができる。

また、このように、地盤改良体１４と杭２８とを併用した場合には、その杭２８にも、地震時に建物２６に作用する水平荷重が伝達されるが、上記したように、その水平荷重の殆どは地盤改良体１４に伝達される構造になっているので、杭２８へ伝達される水平荷重を小さく抑えることができる。よって、杭２８の杭断面を小さくすることができる。

次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同等の部位には、同じ符号を付して詳細な説明（作用も含む）は省略する。図５〜図７で示すように、この第２実施形態では、地盤改良体１４の頭部に、複数本（例えば４本）の地盤改良杭１６に跨って（亘って）根入れされる接合手段１８が、所定長さのＴ形鋼２２とされている。

図６で示すように、このＴ形鋼２２は、上面（水平面）を有する頂板２２Ａと、側面（鉛直面）を有する脚板２２Ｂとで構成されており、断面視略「Ｔ」字状とされている。そして、頂板２２Ａの上面には、その長手方向に沿ってスタッド２３が直線状に複数本並設され、脚板２２Ｂの両側面には、それぞれその長手方向に沿ってスタッド２３が直線状に複数本並設されている。

このＴ形鋼２２は、上記第１実施形態と同様に、複数本（例えば４本）の地盤改良杭１６を施工しながら根入れされるようになっており、図７で示すように、地盤改良体１４の全体に亘って、複数本の地盤改良杭１６毎に所定の間隔を隔てて複数個根入れされている。すなわち、各Ｔ形鋼２２は、脚板２２Ｂが、その両側面に設けられている複数本のスタッド２３と共に地盤改良体１４に根入れされ、頂板２２Ａが、地盤改良体１４の上端面１４Ｂ上に略面一となるように配置される構造になっている。

また、脚板２２Ｂに設けられているスタッド２３の本数は、頂板２２Ａに設けられているスタッド２３の本数よりも多くされている。これは、脚板２２Ｂの両側面に設けられている複数本のスタッド２３が、地盤改良体１４の面内方向に向かってＴ形鋼２２に掛かる水平荷重に対する抵抗となるためである。また、このＴ形鋼２２も、複数本の地盤改良杭１６に跨って根入れされており、１本の地盤改良杭１６に対して荷重を集中させることがないようになっている。

また、頂板２２Ａの上面に設けられている複数本のスタッド２３は、上方に向かって突出されている。そのため、図５で示すように、地盤改良体１４の上部にコンクリートが打設され、上記第１実施形態と同様に基礎部２４が構築されると、そのスタッド２３と共に頂板２２Ａが基礎部２４に呑み込まれ、そのスタッド２３を備えた各Ｔ形鋼２２を介して、基礎部２４と地盤改良体１４とが一体的に強固に接合される。

したがって、構造物としての建物２６による鉛直荷重が、その建物２６の基礎部２４から地盤改良体１４に直接伝達されることは当然ながら、地震時において、建物２６に作用する水平荷重が、その建物２６の基礎部２４から各Ｔ形鋼２２を介して地盤改良体１４へ伝達可能となる。

つまり、地震時に建物２６に作用する水平荷重は、基礎部２４から地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向（図７で示す矢印ＨＲｘ方向又は矢印ＨＲｙ方向）へ効率よく確実に伝達される。よって、その水平荷重を地盤改良体１４に適切に負担させることができ、上記第１実施形態と同様に、建物２６の耐震を図ることができる。

以上、本実施形態に係る基礎構造１０について、図面に示す実施例を基に説明したが、本実施形態に係る基礎構造１０は、図示の実施例に限定されるものではない。例えば、接合手段１８は、図示の鋼矢板２０やＴ形鋼２２に限定されるものではない。しかしながら、鋼矢板２０は、Ｔ形鋼２２等に比べて安価なため、コストを低減できるメリットがある。

１０基礎構造
１２地盤（地中）
１４地盤改良体
１６地盤改良杭
１８接合手段
２０鋼矢板
２２Ｔ形鋼
２３スタッド
２４基礎部
２６建物（構造物）
２８杭

Claims

地中に地盤改良杭を連続して設けて格子状に形成された壁状の地盤改良体と、
前記地盤改良体で格子状に区画された区画内に設けられた杭と、
前記杭を間において、複数の前記地盤改良杭に亘って根入れされ、互いに連結されていない接合手段と、
前記地盤改良体の上部、及び前記杭の上部に構築され、前記接合手段により該地盤改良体と一体的に接合された基礎部と、
を備えた地盤改良体を用いた基礎構造。
前記接合手段は、鋼矢板で構成されている請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
前記接合手段は、スタッド付き脚板が前記地盤改良体に根入れされ、スタッド付き頂板が前記地盤改良体の上面に略面一となるように配置されたＴ形鋼で構成されている請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。