JP5769104B2

JP5769104B2 - 軟弱地盤における建物の基礎構造

Info

Publication number: JP5769104B2
Application number: JP2011042495A
Authority: JP
Inventors: 一藤野
Original assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: JP2012180647A

Description

本発明は、軟弱地盤における建物の基礎構造に関し、特に、軟弱地盤の上方の地盤面に構築される建物の沈下を抑制できるようにする、軟弱地盤における建物の基礎構造に関する。

従来、軟弱地盤の上方の地盤面に、例えば住宅建築物等の建物を構築する際の不同沈下に対する対策は、例えば深い支持層まで小口径の鋼管杭を打設し、支持層の硬質な地盤を反力受けとして建物の基礎を支えることで、不同沈下を防止できるようにするのが一般的な方法であったが、小口径の鋼管杭を打設して建物の基礎を支える場合、軟弱層では抜け上がりの問題が生じ、また小口径の鋼管杭によって支えられている建物の基礎は沈下しなくても、鋼管杭の周囲の地盤は沈下するので、地盤と基礎との間に隙間が発生し易くなることから、給水管や排水管等の接続に支障をきたし、また鋼管杭にネガティブフリクションが働くことがある。

このようなことから、例えば建物の基礎の下方の地中に発泡スチロール等からなる発泡材を配置し、建物の荷重と発泡材による浮力とを相殺することで、建物の全体の沈下量を小さくすると共に、不同沈下を抑制できるようにする技術が開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開平６−２８７９６５号公報特開２００３−３０１４７１号公報特開２００２−２９５１７０号公報特開２０１０−６５４００号公報

しかしながら、建物の荷重と発泡スチロール等からなる発泡材による浮力とを相殺することで、建物の沈下を抑制できるようにした従来の技術では、住宅建築物等の比較的小規模の建物に適用しようとした場合、施工コストが高くなると共に、発泡スチロール等からなる発泡材の耐久性に疑問をもたれることがある。

一方、主に土木工事において用いられる簡易な山留め材料として、ライナープレートが知られている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。ライナープレートは、例えば２．７〜７ｍｍ程度の厚さを有する薄い鋼板を、縦方向の断面が波形形状となるように加工すると共に、横長矩形の正面形状を備えるように形成された部材である（図４（ａ）〜（ｃ）参照）。またライナープレートは、周方向に一体として連接されて円形、長円形、矩形等の平面形状の環状周壁を形成できるように、円弧状、直線状、Ｌ字状等の平面形状を備えるように形成されており、横長矩形の正面形状の上下の縁部には接合用の周方向フランジ部が、左右の縁部には接合用の軸方向フランジ部が各々設けられている。

そして、軸方向フランジ部による縦方向接合部を介して、複数のライナープレートを周方向に環状に接合一体化すると共に、これらを複数段に積み重ねて、周方向フランジ部による横方向接合部を介して上下方向に接合一体化することで、所望の高さの環状周壁を、周囲の地盤からの土圧や水圧を効率良く且つ効果的に支持する山留め壁として、簡易に且つ容易に形成できるようなっている。このようなライナープレートによる山留め壁は、例えば土木工事における推進工法用立坑や、深礎工法用立坑や、集水井等を構築する際に多用されている。

このようなライナープレートによる簡易な山留め壁としての環状周壁を利用して、建物の基礎の下方に地下空間を形成することによって、発泡材による浮力と同様の浮力を生じさせることができると考えられ、また施工コストや耐久性の懸念を生じなくなるものと考えられるが、ライナープレートによる従来の環状周壁は、周囲の地盤からの土圧や水圧を効果的に支持することは可能であるが、鉛直方向の荷重に対する支持力を予定したものではないので、ライナープレートによる環状周壁を、建物の基礎の下方に地下空間を形成するための躯体として用いるには、新たな技術の開発が必要とされる。

本発明は、ライナープレートを用いることで、施工コストや耐久性に懸念を生じることなく、発泡材による浮力と同様の浮力を生じさせる地下空間を、安定した状態で効率良く形成することのできる軟弱地盤における建物の基礎構造を提供することを目的とする。

本発明は、軟弱地盤の上方の地盤面に構築される建物の基礎の下方に地下空間を形成することで、建物の沈下を抑制できるようにする軟弱地盤における建物の基礎構造であって、前記地下空間は、耐圧底盤と、該耐圧底盤の周縁部分から立設して設けられたライナープレートによる環状周壁と、前記建物の基礎とによって周囲を囲まれて形成されており、前記地下空間には、前記環状周壁の内周面に沿って縦方向に立設すると共に、上部ベース部を前記建物の基礎に密着させ、下部ベース部を前記耐圧底盤に密着させることで、前記建物からの荷重を受けて前記耐圧底盤に伝達する複数本のロッド状サポート部材が設置されており、前記耐圧底盤は、コンクリート製の底盤からなり、前記ロッド状サポート部材は、鋼製パイプ部材からなり、前記下部ベース部は、ジャッキベースからなる軟弱地盤における建物の基礎構造を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の軟弱地盤における建物の基礎構造は、前記地下空間が、これの中心部分が前記建物の重心の直下部分に配置されるように形成されていることが好ましい。

また、本発明の軟弱地盤における建物の基礎構造は、前記複数本のロッド状サポート部材によって囲まれるこれらの内側部分の前記地下空間は、建物から出入り可能な地下室又は収納庫となっていることが好ましい。

本発明の軟弱地盤における建物の基礎構造によれば、ライナープレートを用いることで、施工コストや耐久性に懸念を生じることなく、発泡材による浮力と同様の浮力を生じさせて建物の沈下を抑制する地下空間を、安定した状態で効率良く形成することができる。

本発明の好ましい一実施形態に係る地下室の設置構造を説明する略示斜視図である。本発明の好ましい一実施形態に係る地下室の設置構造を説明する略示上面図である。本発明の好ましい一実施形態に係る地下室の設置構造を説明する、図２のＡ−Ａに沿った略示断面図である。（ａ）はライナープレートの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂに沿った断面図、（ｃ）は上面図である。ライナープレートの周方向フランジ部による接合部を説明する拡大断面図である。図３のＣ部拡大断面図である。図６のＤ−Ｄに沿った断面図である。

本発明の好ましい一実施形態に係る軟弱地盤における建物の基礎構造１０は、図１〜図３に示すように、建物として例えば住宅建築物の基礎１１の下方の地中に、ライナープレート１２（図４（ａ）〜（ｃ）参照）を用いて地下空間１３を形成し、形成した地下空間１３によって住宅建築物の荷重と相殺する浮力を生じさせて、軟弱地盤における住宅建築物の沈下を効果的に抑制できるようにするものである。

ここで、ライナープレート１２は、主に土木工事において用いる簡易な山留め材料として公知の部材であり、例えば図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、２．７〜７ｍｍ程度の厚さを有する薄い鋼板を、縦方向の断面が波形形状となるように加工すると共に、例えば５００ｍｍ程度の高さの横長矩形の正面形状を備えるように形成された、作業員の手作業によっても組み立てが可能な軽量の山留め部材である。またライナープレート１２は、周方向に連接されて、例えば直径が６５００ｍｍ程度の円筒形状の環状周壁１４（図２参照）を形成できるように、例えば曲率半径が３２５０ｍｍ程度の円弧状の平面形状を備えるように形成されている。ライナープレート１２の横長矩形の正面形状の上下の縁部には、複数のボルト孔を備える接合用の周方向フランジ部１２ａが、左右の縁部には、複数のボルト孔を備える接合用の軸方向フランジ部１２ｂが各々設けられている。

ライナープレート１２は、公知の工法と同様に、例えば地盤面を掘り下げながら、掘り下げられた掘削穴の側壁面を覆って当該ライナープレート１２を設置すると共に、掘り下げの進行に伴って、設置したライナープレート１２の下方に、下段のライナープレート１２を、掘削壁面を覆って順次差し込んで行く方法によって地中に設置することができる。また、設置されたライナープレート１２は、軸方向フランジ部１２ｂによる縦方向接合部を介して、周方向にリング状に接合一体化されると共に、周方向フランジ部１２ａによる横方向接合部を介して、上下方向に接合一体化される。これらによって、リング状に組み立てられたライナープレート１２が複数段に積み重ねられて、所望の高さの環状周壁１４が、周囲の地盤からの土圧や水圧を効果的に支持する山留め壁として、主として作業員の手作業によって簡易に且つ容易に形成されることになる。

そして、本実施形態の軟弱地盤における建物の基礎構造１０は、上述のライナープレート１２を用いて、軟弱地盤の上方の地盤面に構築される建物（住宅建築物）の基礎１１の下方に地下空間１３を形成することで、建物の沈下を抑制できるようにする基礎構造であって、地下空間１３は、耐圧底盤１５と、耐圧底盤１５の周縁部分から立設して設けられたライナープレート１２による環状周壁１３と、建物の基礎１１とによって周囲を囲まれて形成されており、地下空間１３には、縦方向に立設すると共に、上部ベース部１６を建物の基礎１１に密着させ、下部ベース部１７を耐圧底盤１５に密着させることで、建物からの荷重を受けて耐圧底盤１５に伝達する複数本のロッド状サポート部材１８が設置されている。

また、、本実施形態では、複数本のロッド状サポート部材１８は、環状周壁１４の内周面に近接して当該内周面１４に沿って各々縦方向に立設しており、複数本のロッド状サポート部材１８によって囲まれるこれらの内側部分の地下空間１３は、建物から出入り可能な地下室（又は収納庫）１９となっている。

本実施形態では、建物である住宅建築物の基礎１１は、基礎スラブ１１ａと立上り部１１ｂとからなるべた基礎となっており、例えば横幅が５〜２０ｍ程度、縦幅が５〜２０ｍ程度の大きささの、横長の略矩形形状に形成されている。基礎１１は、例えば基礎砕石等を敷き均した後に、鉄筋やコンクリートを用いて容易に形成することができる。なお、図１〜図３等においては、基礎１１よりも上方の住宅建築物の本体部分を省略して、基礎１１の部分のみが示されている。

本実施形態では、建物の基礎１１の下方に形成される地下空間１３は、底面部の耐圧底盤１５と、周面部の環状周壁１３と、天面部の建物の基礎１１とによって周囲を囲まれて形成されている。耐圧底盤１５は、コンクリート製の底盤となっており、例えば上述の方法によって、ライナープレート１２を設置しながら住宅建築物の建築予定箇所の地盤を所定の深さまで掘り下げて、環状周壁１４を形成した後に、環状周壁１４の底部の地盤をさらに掘り下げて基礎砕石等を敷き均し、適宜補強用の鉄筋を配筋した後に、コンクリートを打設して硬化させることによって、容易に形成することができる。耐圧底盤１５は、本実施形態では、例えば１００〜３００ｍｍ程度の厚さで形成される。

本実施形態では、環状周壁１４は、上述のように、ライナープレート１２を設置しながら住宅建築物の建築予定箇所の地盤を所定の深さまで掘り下げることによって、複数のライナープレート１２が周方向に連接して円形のリング形状に組み立てられると共に、かかるリング形状のものが複数段に積み重ねられることによって、例えば３０００〜８０００ｍｍ程度の直径を有すると共に、１５００〜４０００ｍｍ程度の高さを有する円筒形状の土留め壁として形成される。

ここで、環状周壁１４の直径や高さは、住宅建築物の荷重や軟弱地盤の土質等を鑑みて、適宜設計することができる。例えば発泡スチロール（発泡材）を０．５ｍ厚で敷設した際に得られる単位面積当たりの浮力は、土の湿潤単位体積重量を１６kN／ｍ³とした場合、０．５ｍ×１６kN／ｍ³＝８kN／ｍ²となる。ライナープレート１２を用いて形成される地下空間１３によって同等の浮力を期待するには、φ６．５ｍの円形ライナープレート１２を使用し、住宅建築物の基礎を横幅１１．８３ｍ、縦幅７．２８ｍの大きさの矩形形状とした場合に、１１．８３ｍ×７．２８ｍ×０．５ｍ×１６kN／ｍ³＝６８９kNと等価な環状周壁１４の深さｈは、ｈ＝６８９／（３．１４×３．２５²×１６）＝１．３ｍとなり、ライナープレート１２によるリングを例えば３段に積み重ねると共に、耐圧底盤１５を形成することによって、発泡スチロールを０．５ｍ厚で敷設したものと同等の浮力を持った基礎構造１０が得られることになる。

また、本実施形態では、環状周壁１４は、これの円形の平面形状の中心が、上方に建築される住宅建築物の重心の直下部分に配置されるように組み立てられており、これによって地下空間１３は、これの中心部分が、建物の重心の直下部分に配置されるように形成されている。地下空間１３の中心部分が建物の重心の直下部分に配置されることにより、地下空間１３による浮力によって、バランス良く、さらに安定した状態で建物の沈下を抑制することが可能になる。

なお、環状周壁１４には、公知のライナープレートによる立坑等と同様に、複数段に積み重ねられるライナープレート１２の、周方向フランジ部１２ａによる横方向接合部の間に介在させて、図５に示すように、Ｈ形鋼等からなる補強鋼材２０を取り付けておくことができる。これによって、環状周壁１４を簡易に且つ効果的に補強することができる。補強鋼材２０は、円形状に曲折加工した単位部材を、継手板２０ａを介して周方向にリング状に接合一体化することで、補強リングとして機能させることができる。補強鋼材２０による補強リングは、複数段に積み重ねられるライナープレート１２の各段の横方向接合部の全てに設ける必要はなく、例えば少なくとも１箇所の横方向接合部に沿って周方向に設けておくことにより、環状周壁１４を簡易に且つ効果的に補強することが可能である。

また、組み立てられた複数のライナープレート１２による環状周壁１４には、公知のライナープレートによる立坑等と同様に、止水処理等が施されると共に、図６に示すように、ライナープレート１２の外周面を覆って断熱材２１を取り付けておくことができる。さらに、例えば環状周壁１４の外側の、掘り下げられた掘削穴の側壁面との間の隙間には、環状周壁１４に形成した注入孔を介して、裏込材２２として例えば発泡モルタルを、環状周壁１４の内側からの作業によって注入充填することにより、周囲の地盤からの土圧や水圧を、環状周壁１４によって安定した状態で支持させることが可能になる。

縦方向に立設して地下空間１３に設置されることで、住宅建築物からの荷重を耐圧底盤１５に伝達する複数本のロッド状サポート部材１８は、単管パイプ等の鋼製パイプ部材を用いることができる。ロッド状サポート部材１８として、工事現場で一般に使用される単管パイプを用いることによって、さらに安価に基礎構造１０を形成することができる。また、ロッド状サポート部材１８の上端部や下端部に設けられる上部ベース部１６や下部ベース部１７は、単管パイプ等のパイプ部材と共に用いられて接地面積を増大させるものとして公知の、単管ベース等の各種のベース部材を用いて形成することができる。また、下部ベース部１７は、昇降可能なジャッキ部を備える公知のジャッキベースを用いて形成することができる。ジャッキベースを用いることにより、ロッド状サポート部材１８の高さを調整可能に上昇させて、上部ベース部１６や下部ベース部１７を、建物の基礎１１や耐圧底盤１５に、強固に且つより安定した状態で密着させることが可能になる。

さらに、本実施形態では、ロッド状サポート部材１８は、好ましくは図６及び図７に示すように、複数段に組み立てられたライナープレート１２の、周方向フランジ部１２ａによる横方向接合部に連結されることで、その座屈長さが短くなるように構成されている。すなわち、本実施形態では、ロッド状サポート部材１８は、これの中間部分の複数箇所を、例えば端部にボルト締着孔を備えるＵ字金具２３を用いて、周方向フランジ部１２ａによる各段の横方向接合部に連結した状態で、鉛直方向（縦方向）に立設している。ロッド状サポート部材１８を、周方向フランジ部１２ａによる横方向接合部に連結することで、ロッド状サポート部材１８の座屈長さを短くして、当該ロッド状サポート部材１８によって、さらに安定した状態で建物からの鉛直方向の荷重を支持することが可能になる。

なお、地下空間１３に設置されるロッド状サポート部材１８の本数や配設ピッチや太さ等は、住宅建築物からの荷重や地下空間１３の高さや広さ等を勘案して、適宜設定することができる。

また、環状周壁１４によって周囲を囲まれる地下空間１３の上方に、住宅建築物の基礎１１を形成する際には、例えば環状周壁１４の内側に配置した多数のパイプサポートに支持させて、スラブ型枠等を組み立てた後に、コンクリートを打設することによって、地下空間１３の天面部となる基礎１１を容易に形成することができる。スラブ型枠を支持するパイプサポートは、ロッド状サポート部材１８として転用することもできる。

本実施形態では、図１〜図３に示すように、複数本のロッド状サポート部材１８は、環状周壁１４の内周面に近接して当該内周面に沿って各々縦方向に立設しており、複数本のロッド状サポート部材１８によって囲まれるこれらの内側部分の地下空間１３は、住宅建築物から出入り可能な地下室（又は収納庫）１９となっている。すなわち、環状周壁１４の内周面に沿って立設する、複数本のロッド状サポート部材１８によって囲まれる部分の地下空間１３に、例えば公知の各種の内装工事を施して、内装仕上げを行うことによって、住宅建築物の基礎１１の下方に設けられた、浮力を生じさせるための地下空間１４を、地下室（又は収納庫）１９としても有効に利用することが可能になる。この場合には、基礎１１に出入り用の開閉可能な開口部を設けておくことで、住宅建築物から地下室１３に出入りできるようにすることが可能である。

そして、上述の構成を備える本実施形態の軟弱地盤における建物の基礎構造１０によれば、ライナープレート１２を用いることで、施工コストや耐久性に懸念を生じることなく、発泡材による浮力と同様の浮力を生じさせて住宅建築物の沈下を抑制する地下空間１３を、安定した状態で効率良く形成することが可能になる。

すなわち、本実施形態の基礎構造１０によれば、取り扱いが容易な規格品であるライナープレート１２や、単管パイプ等によるロッド状サポート部材１８を用いて、確立された従来の工法と同様の簡易な施工方法によって、主として作業員の手作業により環状周壁１４を組み立てたり耐圧底盤１５を形成したりすることで、建築コストを割高にすることなく、安価に且つ効率良く地下空間１３を形成することができ、形成した地下空間１３による浮力によって、発泡材を敷設した場合と同様の浮力を生じさせることで、住宅建築物の沈下を効果的に抑制することが可能になると共に、組み立てられたライナープレート１２の本来の機能によって、周囲の地盤から地下空間１３に負荷される土圧や水圧を効果的に支持することが可能になる。

また、建物である住宅建築物からの鉛直方向の荷重は、地下空間１３に立設配置された複数のロッド状サポート部材１８によって、安定した状態で支持することが可能になると共に、ライナープレート１２には住宅建築物からの大きな荷重を直接伝えないことで、ライナープレート１２による環状周壁１４を、従来と同様の検討技法によって設計することが可能になる。

さらに、ライナープレート１２やロッド状サポート部材１８は、例えば鋼製の耐久性に優れた部材なので、浮力を生じさせる地下空間を、安定した長期構造物として形成することが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、環状周壁は、円形の平面形状を備える円筒形状に組み立てる必要は必ずしもなく、ライナープレートを用いて組み立てることが可能な、長円形、矩形等のその他の平面形状を備える筒形状に組み立てて、地下空間を形成することができる。またロッド状サポート部材は、円形断面の他、角形断面を備える鋼製パイプ部材等であっても良い。さらに、ライナープレートによる地下空間は、これの中心部分が、建物の重心の直下部分に配置されるように形成される必要は必ずしもなく、また建物のプランや規模に合わせて、複数箇所に分散させて複数の地下空間を基礎の下方に形成することもできる。

１０軟弱地盤における建物の基礎構造
１１住宅建築物（建物）の基礎
１１ａ基礎スラブ
１１ｂ立上り部
１２ライナープレート
１２ａ周方向フランジ部
１２ｂ軸方向フランジ部
１３地下空間
１４環状周壁
１５耐圧底盤
１６上部ベース部
１７下部ベース部
１８ロッド状サポート部材
１９地下室（収納庫）

Claims

軟弱地盤の上方の地盤面に構築される建物の基礎の下方に地下空間を形成することで、建物の沈下を抑制できるようにする軟弱地盤における建物の基礎構造であって、
前記地下空間は、耐圧底盤と、該耐圧底盤の周縁部分から立設して設けられたライナープレートによる環状周壁と、前記建物の基礎とによって周囲を囲まれて形成されており、
前記地下空間には、前記環状周壁の内周面に沿って縦方向に立設すると共に、上部ベース部を前記建物の基礎に密着させ、下部ベース部を前記耐圧底盤に密着させることで、前記建物からの荷重を受けて前記耐圧底盤に伝達する複数本のロッド状サポート部材が設置されており、
前記耐圧底盤は、コンクリート製の底盤からなり、前記ロッド状サポート部材は、鋼製パイプ部材からなり、前記下部ベース部は、ジャッキベースからなる軟弱地盤における建物の基礎構造。
前記地下空間は、これの中心部分が、前記建物の重心の直下部分に配置されるように形成されている請求項１記載の軟弱地盤における建物の基礎構造。
前記複数本のロッド状サポート部材によって囲まれるこれらの内側部分の前記地下空間は、建物から出入り可能な地下室又は収納庫となっている請求項１又は２記載の軟弱地盤における建物の基礎構造。