JP6273771B2

JP6273771B2 - 基礎構造

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Publication number: JP6273771B2
Application number: JP2013224337A
Authority: JP
Inventors: 隆棚邉; 勝利吉田; 俊彦南部; 陽介篠田
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2033-10-29
Also published as: JP2015086548A

Description

本発明は、構造物を支持する基礎の基礎構造に関する。

従来、地上に構造物を設置するに際しては、その構造物が地盤の液状化現象に耐えるための液状化対策を施すことが求められている。例えば、従来の液状化対策としては、液状化の発生しない岩盤に杭を打設し、地盤が液状化したとしても構造物の転倒等を防ぐ杭基礎構造が知られている。また、別の液状化対策としては、液状化が起こらないように地盤を改良する対策が知られている。例えば、下記の特許文献１には、その改良地盤と下端に大径部を設けた杭とを併用する摩擦杭基礎構造が開示されている。

特開２０１２−２１３４６号公報

ところで、地上に設置される構造物の中には、地盤の液状化が発生したときに不安定になること（例えば転倒したりすること）が許容されない機器や設備等が存在する。このため、従来は、そのような機器等の構造物に対しても、杭基礎構造や改良地盤による液状化対策を施している。ここで、そのような機器や設備等を見てみると、複雑な又は大きな構造物もあれば、柱状物が主体となる簡易な又は軽量な構造物もある。しかしながら、従来の液状化対策は、簡易な又は軽量な構造物を支えるためのものとして考えると、大がかりな工事が必要になってしまう。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、地盤の液状化に対応した簡便な基礎構造を提供することを、その目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る基礎構造は、
（１）地盤に打設され、地上に設置された柱状物を支持する基礎主体と、前記基礎主体に対して一体になるように配置され、前記基礎主体よりも単位体積重量の小さい軽量体と、を備え、前記軽量体の重心位置を、前記柱状物と前記基礎主体と前記軽量体とからなる一体物の浮心が前記柱状物と前記基礎主体と前記軽量体とからなる一体物の重心よりも地表面側に位置するように、前記基礎主体および前記軽量体を除いた空間を前記基礎主体と同じ材料で埋めたものからなるベースとなる基礎と、前記柱状物と、からなる一体物の重心よりも地表面側に位置するように構成し、前記軽量体は、前記柱状物の長手方向から見た前記軽量体の形状が前記柱状物の長手方向に垂直な断面の中心と前記柱状物の長手方向から見た前記軽量体の中心とが略同心に配置された、中空柱状体からなることを特徴とする。

上記（１）の基礎構造において、前記軽量体は、前記基礎主体と前記軽量体と前記柱状物とからなる一体物に液状化地盤上で作用する浮力が前記基礎主体と前記軽量体と前記柱状物とからなる一体物の全重量以上の大きさとなる形状及び配置とすることが好ましい。
さらに、前記軽量体は、前記柱状物の長手方向から見た前記軽量体の形状が前記柱状物の長手方向に垂直な断面の中心と略同心の円環状である、円筒体からなることも好ましい。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る基礎構造は、
（２）地盤に打設され、地上に設置された柱状物を支持する基礎主体と、前記基礎主体の内方に設けた空洞と、を備え、前記空洞を軽量体で埋めた場合の埋め込まれた前記軽量体の重心の位置を、前記柱状物と前記空洞を有する前記基礎主体とからなる一体物の浮心が前記柱状物と前記空洞を有する前記基礎主体とからなる一体物の重心よりも地表面側に位置するように、前記基礎主体および前記空洞を前記基礎主体と同じ材料で埋めたものからなるベースとなる基礎と、前記柱状物と、からなる一体物の重心よりも地表面側に位置するように構成し、前記空洞は、前記柱状物の長手方向から見た前記空洞の形状が前記柱状物の長手方向に垂直な断面の中心と前記柱状物の長手方向から見た前記軽量体の重心の位置とが略同心に配置された形状である、中空柱状の形状を有することを特徴とする。

上記（２）の基礎構造において、前記空洞は、液状化地盤上で前記空洞を有する前記基礎主体と前記柱状物とからなる一体物に作用する浮力が前記基礎主体と前記柱状物とからなる一体物の全重量以上の大きさとなる形状及び配置とすることが好ましい。
さらに、前記空洞は、前記柱状物の長手方向から見た前記空洞の形状が前記柱状物の長手方向に垂直な断面の中心と略同心の円環状になる、円筒形状を有することも好ましい。
また、上記（１）または（２）の発明において、前記基礎主体の材料は、コンクリートであることが好ましい。

本発明に係る基礎構造は、そのような軽量体又は空洞が設けられた基礎を構成することによって、地盤が液状化したとしても、その液状化地盤上における基礎と構造物とからなる一体物の転倒を防ぐことができる。このため、この基礎構造は、地盤が液状化した際に、液状化地盤上での構造物の転倒を回避することができる。

図１は、本発明に係る基礎構造の実施例１の構成についての一例を示す図である。図２は、実施例の基礎を構造物と共に上から見た上面図である。図３は、構造物と基礎主体との取り付け部分についての一例を説明する図である。図４は、本発明に係る基礎構造の実施例２の構成についての一例を示す図である。

以下に、本発明に係る基礎構造の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

［実施例１］
本発明に係る基礎構造の実施例１を図１から図３に基づいて説明する。

本実施例の基礎構造は、地上に設置される構造物を支持するための基礎についての構造に関して表したものである。本実施例の基礎構造は、主に簡易な又は軽量な構造物を支持対象とするが、必ずしもこれに限定するものではない。その簡易な又は軽量な構造物としては、柱状物からなるもの、柱状物が主体となって各種の機能部品等を取り付けたものが該当する。柱状物からなる構造物としては、ポールそのものや簡易な道路標識等が考えられる。また、各種の機能部品等が取り付けられた構造物としては、アンテナ、信号機、照明灯等が考えられる。

この種の構造物は、転倒してしまうと、その機能を果たせなくなる。特に、携帯電話等の無線のアンテナや信号機等は、平時においては当然のことながら、地震等の災害が発生したときにこそ、その機能を果たすことが求められる。しかしながら、そのような災害が発生したときには、地盤の液状化現象が起こり、そこに設置されている構造物を転倒させてしまう可能性がある。

そこで、そのような構造物は、地盤に埋設した基礎の上に設置する。しかしながら、従来の基礎は、岩盤に杭を打つ等の大がかりな工事が必要であり、工期の長期化やコストの増加を招く可能性がある。このため、本実施例の基礎は、岩盤への杭打ちを行わない簡便な構造で液状化地盤上の構造物の転倒を抑制する。図１及び図２の符号１は、本実施例の基礎を示す。

本実施例の基礎１は、基礎主体１０を備える。その基礎主体１０とは、構造物１００を支持する基礎１の根幹を成すものである。この例示の基礎主体１０は、地盤Ｇにコンクリートを打設することによって形成されたものである。構造物１００は、その下部において基礎主体１０に支持される。例えば、その基礎主体１０には、複数本のアンカーボルト３０が埋設される（図３）。構造物１００は、そのアンカーボルト３０の突出部分のネジ部を介して基礎主体１０に取り付ける。尚、その図３では、多数あるアンカーボルト３０の内の一部のみを示している。

ここで、杭で岩盤に保持されていない基礎は、地盤Ｇの液状化と共に、構造物１００と一体になって転倒してしまう可能性がある。このような転倒は、基礎１と構造物１００とからなる一体物の重心ＣＧの位置が高い程に起こり得る。このため、基礎主体１０には、その一体物の重心ＣＧを下げるための策を講じる。尚、その一体物には、上記のアンカーボルト３０や鉄筋等の基礎１を成す他の部品も含めることにする。

この基礎１においては、基礎主体１０の内方又は外面に重心調整部材を一体化する。

例えば、その一体物においては、基礎主体１０そのものの重心位置よりも深い位置（岩盤側）に重量体を設けることによって、重心ＣＧの位置が下がる。その重量体とは、基礎主体１０よりも単位体積重量の大きい重心調整部材としての物体である。その重心ＣＧの位置は、重量体の重量が同一であると仮定するならば、重量体の位置が深いほど下がっていく。このため、このような基礎１は、その一体物の液状化地盤上での転倒を起こり難くする。より細かく見てみると、この一体物においては、重心ＣＧの位置の低下と共に浮心ＣＢの位置が地表面ＧＬ側に上がっていく。そして、この一体物は、その重心ＣＧと浮心ＣＢの位置が一致している状態で、液状化地盤上での転倒を抑制することができる。また、浮心ＣＢが重心ＣＧよりも地表面ＧＬ側に存在している場合には、液状化地盤上で重心ＣＧを中心とする復元力が一体物に作用するので、液状化地盤上での一体物の転倒を回避することができる。

また、重心調整部材としては、基礎主体１０よりも単位体積重量の小さい軽量体２０を用いることができる。その軽量体２０には、例えば、発泡スチロール等の樹脂材料、木材等を用いればよい。図１及び図２では、軽量体２０が基礎主体１０の内方に配置されたものを例示している。

この基礎１と構造物１００とからなる一体物は、軽量体２０を深い位置（岩盤側）に設けるほど重心ＣＧが地表面ＧＬ側に移っていくので、転倒の可能性が高くなっていく。また、この一体物においては、軽量体２０を深い位置に設けることによって、重心ＣＧの位置が浮心ＣＢの位置よりも地表面ＧＬ側に存在している可能性がある。このため、この場合には、この一体物が液状化地盤上で転倒しやすくなっている。裏を返せば、この一体物は、軽量体２０を浅い位置（地表面ＧＬ側）に設けることによって、重心ＣＧが下がっていき、更に、浮心ＣＢの位置を重心ＣＧの位置よりも地表面ＧＬ側に存在させることができるので、液状化地盤上での転倒の可能性を減らすことができる。よって、軽量体２０は、その一体物の重心ＣＧと浮心ＣＢが同じ位置に来るように、より好ましくは浮心ＣＢの位置を重心ＣＧの位置よりも地表面ＧＬ側に存在させるように配置する。

例えば、この軽量体２０は、その重心位置をベースとなる基礎（基礎１において軽量体２０を除き、その空間をコンクリートで埋めたもの）と構造物１００とからなる一体物の重心位置に合わせて配置する。これにより、基礎１と構造物１００とからなる一体物においては、重心ＣＧと浮心ＣＢの位置を合わせることができる。また、軽量体２０は、その重心位置がベースとなる基礎と構造物１００とからなる一体物の重心位置よりも地表面ＧＬ側に来るよう配置する。これにより、基礎１と構造物１００とからなる一体物においては、浮心ＣＢの位置を重心ＣＧの位置よりも地表面ＧＬ側に存在させることができる。

この基礎１は、そのように軽量体２０を配置することによって、基礎１と構造物１００とからなる一体物の液状化地盤上での転倒を抑制することができる。更に、この基礎１は、浮心ＣＢの位置を重心ＣＧの位置よりも地表面ＧＬ側に存在させることによって、その一体物が地震発生時の揺れ等で地盤の液状化と共に傾いたとしても、この一体物に対して重心ＣＧを中心とする復元力を作用させることができるので、この一体物を液状化前の元の状態に又は元の状態に近づけた状態へと戻して自立させることができる。よって、この基礎１は、地盤が液状化した際に、その一体物の液状化地盤上での転倒を回避することができる。つまり、この基礎１は、地盤が液状化したとしても、液状化地盤上での構造物１００の転倒を回避することができる。

ここで、その復元力は、重心ＣＧと浮心ＣＢとが離れるほどに大きくなる。そして、重心ＣＧと浮心ＣＢとの距離は、軽量体２０を地表面ＧＬ側へと近づけていくほどに広がっていく（軽量体２０の形状や素材は不変とする）。

ところで、この基礎１においては、構造物１００の液状化地盤への沈下を防ぐため、液状化地盤上で一体物に作用する浮力が当該一体物の全重量以上の大きさとなるように、重心調整部材の形状と配置を決めることが望ましい。これに際して、その一体物における浮力と全重量との関係を保つことができるのであれば、重心調整部材は、ここで例に挙げている軽量体２０であってもよく、前述した重量体であってもよい。尚、一体物に作用する浮力は、液状化地盤の単位体積重量と一体物における液状化地盤への没水体積とを乗算することによって求めることができる。

以上示したように、本実施例の基礎１は、基礎主体１０に対して上記の軽量体２０を設けることによって、基礎１と構造物１００とからなる一体物の重心ＣＧを下げることができる。このため、この基礎１は、地盤が液状化した際に、液状化地盤上での構造物１００の転倒を抑えることができる。また、この基礎１は、基礎主体１０に対して上記の軽量体２０を設けることによって、その一体物の浮心ＣＢを重心ＣＧよりも地表面ＧＬ側に存在させることができる。このため、この基礎１は、液状化地盤上で構造物１００が傾いたとしても又は傾きかけたとしても、この構造物１００を元の状態に戻して自立させることができるので、液状化地盤上で構造物１００の転倒を回避することができる。また、この基礎１は、液状化地盤上で構造物１００を元の立設状態に戻すことができなかったとしても、その機能を発揮できる状態にまで構造物１００を復元力で戻して自立させることができる。更に、この基礎１は、液状化地盤上で一体物に作用する浮力が当該一体物の全重量以上の大きさとなるように構成することで、液状化地盤への構造物１００の沈下を抑えることができる。

［実施例２］
図４の符号２は、本実施例の基礎を表している。

実施例１の基礎１においては、基礎主体１０に軽量体２０を設けることによって、地盤が液状化した際の構造物１００の転倒を防いでいる。本実施例の基礎２は、軽量体２０に替えて空洞２１を基礎主体１１に設けることで、実施例１と同じ目的を達成させる。

ここで、その空洞２１は、軽量体２０と同じ考えに基づいて配置場所を決める。例えば、本実施例の基礎主体１１は、実施例１の基礎主体１０において軽量体２０を空洞２１に置き換えたものであり、その基礎主体１０から軽量体２０を取り除いたものに相当する。よって、本実施例の基礎２と構造物１００とからなる一体物においては、空洞２１を設けなかった場合と比較して重心ＣＧが下がり、かつ、浮心ＣＢが重心ＣＧよりも地表面ＧＬ側に存在することになる。このため、この基礎２は、その一体物の転倒を回避することができるので、構造物１００の液状化地盤上での転倒を回避することができる。更に、この基礎２は、液状化地盤上で一体物に作用する浮力が当該一体物の全重量以上の大きさとなるように空洞の形状と配置を決めることによって、液状化地盤への構造物１００の沈下を抑えることができる。

１，２基礎
１０，１１基礎主体
２０軽量体
２１空洞
３０アンカーボルト
１００構造物
ＣＢ浮心
ＣＧ重心
Ｇ地盤
ＧＬ地表面

Claims

地盤に打設され、地上に設置された柱状物を支持する基礎主体と、
前記基礎主体に対して一体になるように配置され、前記基礎主体よりも単位体積重量の小さい軽量体と、
を備え、
前記軽量体の重心位置を、前記柱状物と前記基礎主体と前記軽量体とからなる一体物の浮心が前記柱状物と前記基礎主体と前記軽量体とからなる一体物の重心よりも地表面側に位置するように、前記基礎主体および前記軽量体を除いた空間を前記基礎主体と同じ材料で埋めたものからなるベースとなる基礎と、前記柱状物と、からなる一体物の重心よりも地表面側に位置するように構成し、
前記軽量体は、前記柱状物の長手方向から見た前記軽量体の形状が前記柱状物の長手方向に垂直な断面の中心と前記柱状物の長手方向から見た前記軽量体の中心とが略同心に配置された、中空柱状体からなる
ことを特徴とする基礎構造。
前記軽量体は、前記基礎主体と前記軽量体と前記柱状物とからなる一体物に液状化地盤上で作用する浮力が前記基礎主体と前記軽量体と前記柱状物とからなる一体物の全重量以上の大きさとなる形状及び配置とすることを特徴とする請求項１に記載の基礎構造。
前記軽量体は、前記柱状物の長手方向から見た前記軽量体の形状が前記柱状物の長手方向に垂直な断面の中心と略同心の円環状である、円筒体からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の基礎構造。
地盤に打設され、地上に設置された柱状物を支持する基礎主体と、
前記基礎主体の内方に設けた空洞と、
を備え、
前記空洞を軽量体で埋めた場合の埋め込まれた前記軽量体の重心の位置を、前記柱状物と前記空洞を有する前記基礎主体とからなる一体物の浮心が前記柱状物と前記空洞を有する前記基礎主体とからなる一体物の重心よりも地表面側に位置するように、前記基礎主体および前記空洞を前記基礎主体と同じ材料で埋めたものからなるベースとなる基礎と、前記柱状物と、からなる一体物の重心よりも地表面側に位置するように構成し、
前記空洞は、前記柱状物の長手方向から見た前記空洞の形状が前記柱状物の長手方向に垂直な断面の中心と前記柱状物の長手方向から見た前記軽量体の重心の位置とが略同心に配置された形状である、中空柱状の形状を有する
ことを特徴とする基礎構造。
前記空洞は、液状化地盤上で前記空洞を有する前記基礎主体と前記柱状物とからなる一体物に作用する浮力が前記基礎主体と前記柱状物とからなる一体物の全重量以上の大きさとなる形状及び配置とすることを特徴とする請求項４に記載の基礎構造。
前記空洞は、前記柱状物の長手方向から見た前記空洞の形状が前記柱状物の長手方向に垂直な断面の中心と略同心の円環状になる、円筒形状を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の基礎構造。
前記基礎主体の材料がコンクリートであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の基礎構造。