JP5685493B2 - 基礎構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の基礎構造に関するものである。

従来、水（上水、下水）、液化天然ガス、液化石油ガスなどを貯蔵するために、ＰＣ（Ｐｒｅ−ｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）地上タンクが用いられている。図８は、従来の地上タンク１０１を示す図であり、液化天然ガスや液化石油ガスを貯蔵する地上タンクの例である。図８に示すように、従来の地上タンク１０１は、地盤１０３に設けられた複数の鉛直杭１１３、鉛直杭１１３に支持された基礎版１０５、基礎版１０５上に形成された筒状のＰＣ防液堤１０７、ＰＣ防液堤１０７の内部に設けられた内槽１０９等からなる。

地上タンク１０１では、内槽１０９が破壊し漏液するような力が加わった場合でも、ＰＣ防液堤１０７および基礎版１０５の破壊を防ぎ液密性を確保するために、ＰＣ防液堤１０７の外周部に周方向ＰＣ鋼材（不図示）が配置されるとともに、基礎版１０５の外周部に周方向ＰＣ鋼材１１１が配置される（例えば、特許文献１参照）。これによりＰＣ防液堤１０７や基礎版１０５に圧縮力を導入し、内槽破壊時にもＰＣ防液堤１０７および基礎版１０５での液密性を確保するようにしていた。なお、貯水用ＰＣタンクでは、一般的に側壁（ＰＣ防液堤１０７に相当）にのみ周方向ＰＣ鋼材が配置され、基礎版には配置されない。

特開２００２−２５６７２６号公報

しかしながら、従来の地上タンクでは、基礎版１０５やＰＣ防液堤１０７等の外周部に周方向ＰＣ鋼材を設置しこれにより圧縮力を導入する作業工程が複雑となり、コストも大きくなる問題があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基礎版や、ＰＣ防液堤・側壁等の基礎版上部構造の外周部の周方向ＰＣ鋼材を省略、低減して施工を容易としながら基礎版等へ圧縮力を導入することができる基礎構造を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明は、基礎版を含む、構造物の基礎構造であって、前記基礎版から下方の地盤内に、前記基礎版の外周部に配置され前記基礎版の内側方向に圧縮力を導入する圧縮力導入機構を設けたことを特徴とする基礎構造である。

前記圧縮力導入機構が、前記基礎版の外周部に沿って、下端部が上端部より前記基礎版の外側方向に位置するように放射状に配置された斜杭であり、前記斜杭の上に前記基礎版を設けた際に、前記斜杭により前記基礎版の内側方向に圧縮力が導入されることが望ましい。

前記構造物は、略円筒状のタンク外壁であり、前記斜杭が、平面が略円形の基礎版の外周部に沿って配置されることが望ましい。
前記斜杭は、前記基礎版の外周部に多重に配置してもよい。
さらに、前記斜杭を、前記基礎版の外周部のうち所定の範囲で他の範囲より多く配置するか、または他の範囲の斜杭より傾斜角を大きくすることもできる。

また、前記圧縮力導入機構が、下端部が上端部より前記基礎版の内側方向に位置するように設けられたグラウンドアンカーであることも望ましい。

以上の構成により、基礎版に力を加えて基礎版の内側方向に圧縮力を導入する圧縮力導入機構を、基礎版の外周部に配置し基礎版の下方に設ける。これにより、基礎版の外周部の周方向ＰＣ鋼材を省略できる。さらに、ＰＣ防液堤等、基礎版の上部構造についても、下部の周方向ＰＣ鋼材を低減でき、施工が容易になる。

上記の圧縮力導入機構としては、例えば、基礎版の外周部に、下端部が上端部より基礎版の外側方向に位置するよう斜杭を放射状に配置する。斜杭の上に基礎版を設けた際には、タンク等構造物の自重により斜杭に水平反力が発生する。この際、斜杭と基礎版の結合部では、斜杭により基礎版の内側方向に圧縮力が導入されるので、基礎版への圧縮力の導入が容易になる。さらに、斜杭は、地震時等の水平力に対して曲げだけでなく軸力によっても抵抗するので、基礎構造の水平力への抵抗性が高まるとともに、基礎構造における杭の本数を低減したり、杭自身の仕様を簡略化したりすることもできる。

略円筒状のタンク外壁の略円形の基礎版の外周部に沿って斜杭を配置することにより、基礎版に圧縮力が導入され、タンクの内槽が破壊されるなど内部から漏液するような力が加わった場合に、基礎版での液密性を確保することができる。また、斜杭を多重に配置することにより、より大きな圧縮力を導入することができる。また、斜杭を、基礎版の外周部のうち所定の範囲で他の範囲より多く配置するか、または他の範囲の斜杭より傾斜角を大きくすることにより、大規模地震に備える等の目的から、一方向で圧縮力を大きくし当該方向で特に基礎版を強固なものとすることができるとともに、当該方向で水平力への抵抗性も高まる。

また、上記の圧縮力導入機構を、下端部が上端部より基礎版の内側方向に位置するように設けられたグラウンドアンカーとすることもできる。これによっても、グラウンドアンカーの緊張材の緊張により基礎版の内側方向に圧縮力を加えることができる。また、特に杭を省略した直接基礎の場合などでは、水平・鉛直地震動に対する耐震性も高まる。

本発明によれば、基礎版や、ＰＣ防液堤・側壁等の基礎版上部構造の外周部の周方向ＰＣ鋼材を省略、低減して施工を容易としながら基礎版等へ圧縮力を導入することができる基礎構造を提供できる。

地上タンク１の垂直断面図 基礎版５の底面を見た図 基礎版５への圧縮力の導入を説明する図 第２の実施の形態における基礎版５の底面を見た図 第３の実施の形態における基礎版５ａの底面を見た図 強化範囲２３が設定された基礎版５を示す図 第４の実施の形態における地上タンク４１の垂直断面図 従来の地上タンク１０１を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
まず、図１から図３を用いて本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、地上タンク１の垂直断面図である。図２は、基礎版５の底面を見た図である。図３は、基礎版５への圧縮力の導入を説明する図である。図１は、図２に示す矢印Ｃ−Ｃによる断面図である。図２は、基礎版５について、図１に示す矢印Ｂの方向から底面を見た図である。地上タンク１は、液化天然ガスや液化石油ガスを貯蔵する地上タンクの例である。

図１に示すように、地上タンク１は、基礎版５、ＰＣ防液堤７、内槽９、斜杭１１、鉛直杭１３等からなる。基礎版５は、略円形の平面を有する。ＰＣ防液堤７は、地上タンク１の外壁を構成する、基礎版５上に形成される略円筒状の構造物である。内槽９は、ＰＣ防液堤７の内側に設けられる。斜杭１１、鉛直杭１３は、地盤３に設置される。

地上タンク１の基礎構造は、基礎版５、斜杭１１、鉛直杭１３等からなる。図１、図２に示すように、斜杭１１は、基礎版５の下方の地盤３に、基礎版５の外周部に沿って、全周にわたって配置される。斜杭１１は、下端部２５が、上端部２７より基礎版５の外側方向に位置するように放射状に設けられる。斜杭１１の杭頭と基礎版５とはピン結合してもよいし、剛結合としてもよい。

斜杭１１は、基礎版５の内側方向に圧縮力を導入するための圧縮力導入機構であり、基礎版５の径方向に沿って二重に配置される。斜杭１１は、基礎版５の最も外周側に配置される斜杭１１ａと、斜杭１１ａの内側に配置される斜杭１１ｂとからなる。斜杭１１ａの鉛直方向に対する傾斜角α_１１５は、例えば１０°程度とする。また、斜杭１１ｂの鉛直方向に対する傾斜角α_２１７は、例えば５°程度とする。

鉛直杭１３は、斜杭１１よりも内側に配置される。斜杭１１と鉛直杭１３としては、例えば鋼管杭を用いるが、鋼管の材料、径、肉厚、長さなどは、同じでなくてもよく、最適な条件となるように適宜設定される。

地上タンク１の基礎構造を構築する際は、まず、地盤３に斜杭１１および鉛直杭１３を設けた後、基礎版５を形成し、引き続きＰＣ防液堤７を形成する。斜杭１１や鉛直杭１３は、例えば、地盤３を掘削しつつ杭の圧入を行う中掘り工法により設けられる。図３に示すように、基礎版５、及び引き続いてＰＣ防液堤７を形成すると、その重量増加により杭頭の反力も増加する。この反力増加によって斜杭１１が基礎版５の内側方向に曲げ変形したり倒れこんだりすることにより、基礎版５と斜杭１１の結合部では、斜杭１１の水平反力により基礎版５が斜杭１１の上端部から内側に押され、内側方向すなわち図３（図１）に示す矢印Ａの方向に圧縮力が導入される。ＰＣ防液堤７を形成した際には、ＰＣ防液堤７の下部にも同様の圧縮力が導入される。図３では上記の圧縮力導入過程をわかりやすくするため斜杭１１の曲がりを強調して表示しているが、実際には斜杭１１の曲がりはわずかであり、基礎構造として問題が生じることはない。なお、基礎版５の内側方向に圧縮力が導入されると同時に、基礎版５の円周方向にもポアソン比に応じた圧縮力が導入される。

このように、第１の実施形態では、斜杭１１を、下端部２５が上端部２７より基礎版５の外側方向に位置するように放射状に配置し、基礎版５を設けた際に基礎版５の内側方向に圧縮力を導入する。ＰＣ防液堤７の構築によっても、基礎版５およびＰＣ防液堤７の下部に圧縮力が導入される。第１の実施形態によれば、従来の基礎版で圧縮力を導入するため用いていた周方向ＰＣ鋼材（図８参照）を省略するとともに、ＰＣ防液堤７下部の周方向ＰＣ鋼材も低減することができ、施工も容易になる。

また、基礎版５の外周部に斜杭１１を配置するため、水平地震動などの水平力に対して、杭の曲げに加え斜杭１１の軸力により有効に抵抗することができる。これにより、応力的に厳しい鉛直杭１３の杭頭における曲げモーメントを緩和することができる。基礎構造全体の仕様として、杭の本数を低減することも可能になる。さらに、杭自身の仕様についても、例えば、鋼管杭を薄肉化する、強度を低減する、径を小さくする等の簡略化が可能となる。斜杭１１や鉛直杭１３として、鋼管杭に限らず、安価なコンクリート杭を用いることもできる。

斜杭１１の傾斜角αは上記したものに限らない。傾斜角αが大きいほど、基礎版５への圧縮力の導入効率をはじめ、水平力への抵抗性も高まるので好ましいが、斜杭１１を前述のように中掘り工法で設ける場合には、施工性の観点から１０°程度もしくはそれ以下とすることが望ましい。なお、斜杭１１を地盤３を掘削しコンクリートを打設する等して設ける場合は、傾斜角αをより大きくすることができ、例えば２０〜３０°程度とすることもできる。

また、第１の実施形態では斜杭１１を二重に配置しているので、斜杭１１の傾斜角が小さい場合などでも大きな圧縮力を基礎版５に導入することができる。

［第２の実施形態］
次に、図４を用いて、第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態における基礎版５の底面を見た図である。第２の実施形態の地上タンクは、第１の実施形態の地上タンク１と略同様の構成であり、基礎構造が、基礎版５、斜杭１９、鉛直杭２１等からなる。

斜杭１９は、第１の実施形態の斜杭１１と同様であり、下端部２９が上端部３１より基礎版５の外側方向に位置するよう放射状に配置されるが、第２の実施形態では、斜杭１９は基礎版５の径方向に一重に配置される。鉛直杭２１は、第１の実施形態の鉛直杭１３と同様であり、斜杭１９よりも内側に配置される。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様、斜杭１９により、基礎版５の構築時に基礎版５の内側方向に圧縮力を導入できる。また、ＰＣ防液堤（不図示）の構築によっても、基礎版５およびＰＣ防液堤下部に圧縮力が導入され、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、斜杭１９を一重としたことにより、施工がより容易になる。なお、本実施形態では斜杭１９を少なくしたので、斜杭１９の傾斜角はより大きくすることが望ましい。

［第３の実施形態］
次に、図５を用いて、第３の実施形態について説明する。図５は、第３の実施形態における基礎版５ａの底面を見た図である。第３の実施形態の地上タンクは、第１の実施形態の地上タンク１と略同様の構成であり、基礎構造が、基礎版５ａ、斜杭３３、鉛直杭３５等からなる。

本実施形態では、基礎版５ａが、矩形の平面を有する。斜杭３３は、第１の実施形態の斜杭１１と同様であり、下端部３７が上端部３９より基礎版５ａの外側方向に位置するよう放射状に配置される。第３の実施形態では、斜杭３３は基礎版５ａの外周部に一重に配置される。鉛直杭３５は、第１の実施形態の鉛直杭１３と同様であり、斜杭３３よりも内側に配置される。

第３の実施形態においても、第１および第２の実施形態と同様、斜杭３３により、基礎版５ａの構築時に基礎版５ａの内側方向に圧縮力を導入できる。また、ＰＣ防液堤（不図示）の構築によっても、基礎版５ａおよびＰＣ防液堤下部に圧縮力が導入され、第１および第２の実施の形態と同様の効果が得られる。

以上説明した例では、斜杭を一重、または二重に配置したが、これに限らず、基礎版５、５ａの外周部に斜杭を三重以上に配置してもよく、基礎版５、５ａに設ける杭を全て斜杭としてもよい。

さらに、基礎版５、５ａの外周部の一部で、斜杭の本数を増やしたり、傾斜角を大きくすることも可能である。図６は、強化範囲２３が設定された基礎版５の平面図を示す。図６に示す例でも、基礎版５の外周部に沿って第１、第２の実施形態と同様の斜杭を配置するが、基礎版５の中心を挟んで向かい合う２か所の、中心角が９０°程度の範囲の強化範囲２３で、他の範囲より斜杭の本数を多くする。

図６に示す強化範囲２３に斜杭を多く配置することにより、矢印Ｄに示す方向に特に大きな圧縮力を導入でき、基礎版５が当該方向により強固になるとともに、地震力など水平力に対する抵抗性なども高めることができる。このような斜杭の配置は、例えば、傾斜地のような強化方向を有する場合や、プレート境界型地震に対する備えとして有効である。また、強化範囲２３で斜杭を多く配置する以外に、強化範囲２３の斜杭の傾斜角αを他より大きくしてもよく、これによっても同様の効果が得られる。

第１から第３の実施の形態では、圧縮力導入機構として斜杭を用いる場合について説明したが、圧縮力導入機構としてはこれに限ることはない。次に、圧縮力導入機構の別の例について説明する。

［第４の実施形態］
図７を用いて、第４の実施形態について説明する。図７は、第４の実施の形態における地上タンク４１の垂直断面図である。第４の実施形態の地上タンク４１は、貯水用タンク等の基礎版外周部の周方向ＰＣ鋼材を有しない既設の地上タンクを補強する例であり、地上タンク４１が、基礎版４５、側壁４７、屋根部４９、増設部５３、グラウンドアンカー５５等からなる。

基礎版４５は、第１の実施形態の基礎版５と同様であるが、周方向ＰＣ鋼材は省略される。側壁４７は、地上タンク４１の外壁を構成する、基礎版４５上に形成される略円筒状の構造物である。また、側壁４７の上方には、屋根部４９が設けられる。

地上タンク４１の基礎構造は、基礎版４５、増設部５３、グラウンドアンカー５５等からなる。
増設部５３は、基礎版４５の外周部分に設けられる基礎版４５の増設部分であり、基礎版４５と一体化される。
グラウンドアンカー５５は、基礎版４５および増設部５３の下方に、下端部５７が地盤４３の支持層５１に達するように設置され、上端部５９が増設部５３に固定される。グラウンドアンカー５５は、下端部５７が上端部５９より基礎版４５の内側に位置するように配置される。

地上タンク４１を補強するには、既設の基礎版４５の外周部分に増設部５３を形成する。その後、下端部５７が支持層５１に達するように、グラウンドアンカー５５を設置する。そして、グラウンドアンカー５５の緊張材を緊張させつつ、上端部５９を増設部５３に固定する。

グラウンドアンカー５５は、下端部５７が上端部５９より内側に位置するように設置される。従って、グラウンドアンカー５５の緊張材の緊張に伴い基礎版４５に内側方向の圧縮力が導入され、地上タンク４１の液密性を高めることができる。また、特に杭を省略した直接基礎の場合などでは、水平・鉛直地震動に対する耐震性も高まる。

なお、グラウンドアンカー５５の設置時には、有孔塩ビ管等、側壁に孔を有する有孔管５８を地盤に設置して穴部を形成し、有孔管５８の内側に緊張材を通す。これにより地盤４３の間隙水圧が過剰となった場合には有孔管５８の孔を通じて水圧が逸散するので、液状化に対する傾き抵抗を増加させることができる。また、有孔管５８に代えて、グラウンドアンカー５５を通すため形成した穴部に砂を充填してもよく、これによっても同様の効果が得られる。

第４の実施の形態では、既設の地上タンクについて説明したが、地上タンクの新設時にも用いることができ、この場合には、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、４１………地上タンク
５、５ａ、４５………基礎版
７………ＰＣ防液堤
１１、１１ａ、１１ｂ、１９、３３………斜杭
１３、２１、３５………鉛直杭
２５、２９、３７、５７………下端部
２７、３１、３９、５９………上端部
４７………側壁
５３………増設部
５５………グラウンドアンカー

Claims (6)

1. 基礎版を含む、構造物の基礎構造であって、
   前記基礎版から下方の地盤内に、前記基礎版の外周部に配置され前記基礎版の内側方向に圧縮力を導入する圧縮力導入機構を設けたことを特徴とする基礎構造。
2. 前記圧縮力導入機構が、
   前記基礎版の外周部に沿って、下端部が上端部より前記基礎版の外側方向に位置するように放射状に配置された斜杭であり、
   前記斜杭の上に前記基礎版を設けた際に、前記斜杭により前記基礎版の内側方向に圧縮力が導入されることを特徴とする請求項１記載の基礎構造。
3. 前記構造物が略円筒状のタンク外壁であり、前記斜杭が、平面が略円形の基礎版の外周部に沿って配置されることを特徴とする請求項２記載の基礎構造。
4. 前記斜杭が、前記基礎版の外周部に多重に配置されることを特徴とする請求項２または請求項３記載の基礎構造。
5. 前記斜杭を、前記基礎版の外周部のうち所定の範囲で他の範囲より多く配置するか、または他の範囲の斜杭より傾斜角を大きくすることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の基礎構造。
6. 前記圧縮力導入機構が、
   下端部が上端部より前記基礎版の内側方向に位置するように設けられたグラウンドアンカーであることを特徴とする請求項１記載の基礎構造。

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