JP6424504B2 - 構造物の基礎構造 - Google Patents

Description

本発明は、主として液状化地盤に構築される構造物の基礎構造に関する。

液状化は、地震時水平力が地盤に作用したとき、該地盤のせん断変形によって砂粒子間の間隙水圧が上昇し、それによって有効応力が減少するとともに、砂粒子間での応力伝達が困難になって流動性が高くなり、やがては鉛直支持力を失う現象であり、緩い飽和砂質地盤で起こりやすい（以下、液状化が発生しやすい地盤を液状化地盤と呼ぶ）。

また、液状化が生じると、砂粒子間の間隙水圧上昇に伴って地上に水が噴出するとともに、それによって地盤沈下を招くことも多い。

一方、構造物の基礎構造として杭基礎が採用される場合、杭は、一般的にはその頭部にて上部構造物の基礎スラブや基礎梁に接合され、該接合部においては、上部構造物からの鉛直荷重が常時作用するほか、地震時には、水平力に起因するせん断力や曲げモーメントが作用する。

ここで、上部構造物がきわめて大きな地震に遭遇した場合、杭頭に過大なせん断力や曲げモーメントが作用し、杭の破壊ひいては上部構造物の倒壊といった不測の事態を招くおそれがある。

そのため、杭の頭部と基礎との接合状態を非接合とした構造を採用することがあり、例えば特許文献１記載の基礎構造においては、上部構造物の鉛直荷重は杭で、地震時水平力は、上部構造物の基礎下面に設けられた突起部６及び該突起部が突出する地盤改良体５を介してそれぞれ支持される。

特開２００５−３０７５９４号公報

杭頭と基礎とを非接合とした上述の基礎構造によれば、杭頭に過大なせん断力や曲げモーメントが生じるのを防止し、ひいては杭の損壊を防止することができる。

しかしながら、このような基礎構造の周辺地盤が液状化して地盤沈下が生じると、基礎の根入れ深さが小さくなり、例えば上述した特許文献１記載の基礎構造では、地盤改良体５が露出して水平抵抗体として十分機能しなくなるなど、当初想定されていたせん断抵抗が期待できなくなるとともに、その結果、基礎が水平に相対移動し、ライフラインが切断されるなどの不測の事態が生じるという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、杭頭と基礎とを非接合とした構成において、周辺地盤が液状化した場合であっても、基礎の水平移動を防止することが可能な構造物の基礎構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る構造物の基礎構造は請求項１に記載したように、上部構造物が立設された基礎を、地盤に埋設された杭の頭部と非接合となるように該頭部の直上に配置した構造物の基礎構造において、
前記基礎を基礎本体とその周縁から下方に向けて延びるように該周縁に突設された周壁部とで構成するとともに、該周壁部の内周面、前記基礎本体の下面及び該下面に対向する前記地盤の露出上面で囲まれた空間に所定の固形物を集合体として充填してなり、前記各固形物は、それらの相互当接により、前記周壁部を介して前記上部構造物から作用する水平荷重を前記地盤の露出上面に伝達できるようになっているとともに、それらの相対位置の変動又は形状変化により、前記杭に対する前記基礎の相対移動を許容するようになっており、前記固形物を、コンクリートガラ、砕石、砂利又は土嚢で構成した上、前記地盤の沈下によって前記周壁部の下端から該固形物が抜け出さないように、それらの大きさを選定したものである。

また、本発明に係る構造物の基礎構造は、前記地盤を液状化地盤としたものである。

本発明に係る構造物の基礎構造においては、上部構造物が立設された基礎を、地盤に埋設された杭の頭部と非接合となるように該頭部の直上に配置するにあたり、上述の基礎を、基礎本体とその周縁から下方に向けて延びるように該周縁に突設された周壁部とで構成するとともに、該周壁部の内周面、基礎本体の下面及び該下面に対向する地盤の露出上面で囲まれた空間に所定の固形物を集合体として充填し、各固形物を、それらの相互当接により、周壁部を介して上部構造物から作用する水平荷重を地盤の露出上面に伝達できるように構成するとともに、それらの相対位置の変動又は形状変化により、杭に対する基礎の相対移動が許容されるように構成してある。

このようにすると、地震時水平荷重が基礎の周壁部から固形物からなる集合体に作用したとき、各固形物の相対位置の変動又はそれらの形状変化によって、杭に対する基礎の相対移動が許容されるため、地震時の水平荷重は、杭頭に伝達されるとしても、その一部が伝達されるにとどまり、杭頭と基礎の非接合による杭の損壊防止機能は、従来同様に維持される。

また、地震時水平荷重が基礎の周壁部から固形物からなる集合体に作用し該集合体を介して地盤の露出上面に作用したとき、構造物の基礎は、上述した集合体を介して地盤の露出上面から水平方向の反力を受けるため、構造物の基礎が過大に水平移動することはない。

そのため、地盤沈下が生じた場合であっても、集合体を構成する各固形物が、基礎の周壁部から作用する地震時水平荷重を相互当接によって地盤の露出上面に伝達可能で、かつ相対位置の変動又は形状変化によって杭に対する基礎の相対移動を許容できる限り、基礎の水平移動は確実に抑制される。

本発明に係る構造物の基礎構造は、液状化地盤に適用される場合が典型例となるが、液状化以外の要因、例えば地下水の過剰揚水や地盤の自重による圧密等によって沈下が懸念されるすべての地盤に適用が可能である。

集合体を構成する各固形物は、本発明では、杭に対する基礎の相対移動を相対位置の変動によって許容するものとして、コンクリートガラ、砕石又は砂利が該当し、同じく上述の相対移動を形状変化によって許容するものとしては、土が投入された状態の袋体（以下、土嚢）が該当するものとする。

周壁部の高さは、上述した作用が発揮される限り、どのように設定するかは任意であって、固形物が周壁部の下端から周囲に抜け出すのを例えば固形物の大きさを適宜選定することで有効に防止できるのであれば、沈下後における地表面との間で必ずしも隙間が生じないようにする必要はないが、該周壁部を、その下端が地盤沈下後の想定地盤位置よりも下方に位置するように構成すれば、集合体を構成する固形物が地盤沈下によって周壁部の下端から抜け出し、それに起因して地震時水平荷重が地盤の露出上面に伝達されなくなる事態を確実に防止することができる。

本実施形態に係る構造物の基礎構造の鉛直断面図であり、(a)は全体図、(b)は詳細図。 本実施形態に係る構造物の基礎構造の作用を示した説明図であり、(a)は鉛直断面図、(b)はＡ−Ａ線に沿う水平断面図。 従来技術における構造物の基礎構造の図であり、(a)は鉛直断面図、(b)は、その作用を示した説明図。

以下、本発明に係る構造物の基礎構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

本実施形態に係る構造物の基礎構造は図１(a)に示すように、構造物２のうち、上部構造物３が立設された基礎４を、地盤５に埋設された杭６の頭部と非接合となるように該頭部の直上に配置してある。

地盤５は、良質な支持層５ａの上に緩い飽和砂質層５ｂが積層されてなる液状化地盤であり、杭６は、その下端を支持層５ａに貫入させてある。

基礎４は、基礎本体４ａとその周縁から下方に向けて延びるように該周縁に突設された周壁部４ｂとで構成してあり、周壁部４ｂは、本実施形態では角筒状をなす。

ここで、周壁部４ｂは、その下端が液状化に対して想定される沈下後の地盤位置よりも下方に位置するように構成してある。

一方、同図(b)でよくわかるように、周壁部４ｂの内周面７、基礎本体４ａの下面８及び該下面に対向する地盤５の露出上面９で囲まれた空間１１には、固形物である砕石１０を集合体として充填してある。

砕石１０は、上部構造物３の鉛直荷重が基礎本体４ａを介して杭６の頭部に圧縮荷重として常時作用するように、該杭の頭部と基礎本体４ａの下面８との間に介在させておく。

ここで、砕石１０は、それらの相互当接により、周壁部４ｂを介して上部構造物３から作用する地震時水平荷重を、地盤５の露出上面９にせん断力あるいは摩擦力として伝達できるようになっているとともに、該砕石の相対位置の変動により、杭６に対する基礎２の水平相対移動を許容するようになっている。

本実施形態に係る構造物の基礎構造１においては、地震時、図２(a)に示すように液状化によって飽和砂質層５ｂが地盤沈下すると、空間１１に集合体として充填されていた砕石１０も杭６の周囲で沈下するが、基礎４の周壁部４ｂは、その下端が液状化に対して想定される沈下後の地盤位置よりも下方に位置するように構成してある。

そのため、砕石１０が周壁部４ｂの下端から抜け出すおそれはなく、上部構造物３から基礎４に作用する地震時水平荷重（同図右向きの矢印）は、基礎４の周壁部４ｂから砕石１０からなる集合体に作用した後、砕石１０の相互当接によって地盤５の露出上面９にせん断力あるいは摩擦力として伝達されるとともに、その反力（同図左向きの矢印）が地盤５の露出上面９から砕石１０、さらには基礎４の周壁部４ｂに作用する。

したがって、構造物２の基礎４が過大に水平移動することはない。

また、地震時水平荷重が基礎４の周壁部４ｂから砕石１０からなる集合体に作用したとき、各砕石１０は、同図(b)に示すように杭６の両側に回り込むように相対位置が変動し、それによって、杭６に対する基礎４の相対移動が許容される。

そのため、地震時の水平荷重は、杭６の頭部に伝達されるとしても、その一部が伝達されるにとどまり、杭６の頭部と基礎４とを非接合とすることによる杭６の損壊防止機能は、従来同様に維持される。

以上説明したように、本実施形態に係る構造物の基礎構造１によれば、上部構造物３が立設された基礎４を、地盤５に埋設された杭６の頭部と非接合となるように該頭部の直上に配置するにあたり、基礎本体４ａの周縁に該周縁から下方に延びる周壁部４ｂを突設するとともに、該周壁部４ｂの内周面７、基礎本体４ａの下面８及び該下面に対向する地盤５の露出上面９で囲まれた空間１１に砕石１０を集合体として充填し、各砕石１０を、それらの相互当接により、周壁部４ｂを介して上部構造物３から作用する水平荷重を地盤５の露出上面９に伝達できるように構成するとともに、それらの相対位置の変動により、杭６に対する基礎４の相対移動が許容されるように構成したので、基礎４の水平移動を確実に抑制することができる。

すなわち、図３(a)に示すように、平板状の基礎４′を、地盤５に埋設された杭６の頭部と非接合となるように該頭部の直上に配置した場合、地震による液状化によって飽和砂質層５ｂが図３(b)に示すように地盤沈下すると、基礎４′は、杭６の頭部近傍でのみ地盤５に載置された状態となる。

そのため、地震時水平荷重が上部構造物３を介して基礎４′に伝達されたとき、基礎４′は、地盤５から十分な水平抵抗力を受けることができず、同図右方向に滑動する。

しかし、本実施形態に係る構造物の基礎構造１によれば、上述した構成によって基礎４の水平移動を確実に抑制することが可能となり、ライフラインが切断されるなどの不測の事態を未然に防止することができる。

また、本実施形態に係る構造物の基礎構造１によれば、周壁部４ｂを、その下端が液状化に対して想定される沈下後の地盤位置よりも下方に位置するように構成したので、液状化による地盤沈下によって、集合体を構成する砕石１０が周壁部４ｂの下端から抜け出し、それに起因して地震時水平荷重が地盤５の露出上面９に伝達されなくなる事態を確実に防止することができる。

本実施形態では、集合体を構成する固形物として砕石１０を採用したが、これに代えて、砂利やコンクリートガラ、さらには土嚢で構成することが可能である。

なお、集合体を構成する固形物を土嚢で構成した場合、各土嚢がそれぞれ形状変化することで、杭６に対する基礎４の相対移動が許容される。

また、本実施形態では、本発明に係る構造物の基礎構造を液状化地盤に適用した場合について説明したが、本発明は、液状化地盤にその適用が限定されるものではなく、液状化以外の要因、例えば地下水の過剰揚水や地盤の自重による圧密等によって沈下が懸念されるすべての地盤に適用が可能である。

また、本実施形態では、周壁部４ｂを、その下端が液状化に対して想定される沈下後の地盤位置よりも下方に位置するように構成したが、例えば砕石１０の大きさを調整することで該砕石の抜け出しを防止することが可能であり、あるいは所定量の抜け出しが許容されるのであれば、周壁部４ｂの下端が、必ずしも地盤沈下後の想定地盤位置よりも下方になるように構成する必要はない。

１ 構造物の基礎構造
２ 構造物
３ 上部構造物
４ 基礎
４ａ 基礎本体（基礎）
４ｂ 周壁部（基礎）
５ 地盤
５ａ 支持層（地盤）
５ｂ 緩い飽和砂質層（地盤）
６ 杭
７ 周壁部４ｂの内周面
８ 基礎本体４ａの下面
９ 地盤５の露出上面
１０ 砕石（固形物）
１１ 空間

Claims (2)

1. 上部構造物が立設された基礎を、地盤に埋設された杭の頭部と非接合となるように該頭部の直上に配置した構造物の基礎構造において、
   前記基礎を基礎本体とその周縁から下方に向けて延びるように該周縁に突設された周壁部とで構成するとともに、該周壁部の内周面、前記基礎本体の下面及び該下面に対向する前記地盤の露出上面で囲まれた空間に所定の固形物を集合体として充填してなり、前記各固形物は、それらの相互当接により、前記周壁部を介して前記上部構造物から作用する水平荷重を前記地盤の露出上面に伝達できるようになっているとともに、それらの相対位置の変動又は形状変化により、前記杭に対する前記基礎の相対移動を許容するようになっており、前記固形物を、コンクリートガラ、砕石、砂利又は土嚢で構成した上、前記地盤の沈下によって前記周壁部の下端から該固形物が抜け出さないように、それらの大きさを選定したことを特徴とする構造物の基礎構造。
2. 前記地盤を液状化地盤とした請求項１記載の構造物の基礎構造。

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