JP7275457B2 - 基礎構造及び基礎工法 - Google Patents

Description

本発明は、基礎構造及び基礎工法に関する。

下記特許文献１には、地中に格子状に構築された壁状の地盤改良体と、地盤改良体で支持された建物の基礎部と、地盤改良体で区画された領域内へ設けられた杭と、を備えた基礎構造が記載されている。

特開２０１１－１６３０８０号公報

上記特許文献１に示された基礎構造においては、基礎部から下向きに突出した突起部が杭に支持されている。この突起部は、地盤改良体と離隔して配置されている。このため、建物に作用する水平力を地盤改良体へ伝達するために、突起部と地盤改良体との間に、地盤改良体と同等以上の強度を有する伝達部材を構築している。伝達部材は例えば改良地盤で形成されるため、施工手間がかかる。

本発明は上記事実を考慮して、簡易な構成で建物に作用する水平力を地盤改良体へ伝達することを目的とする。

請求項１の基礎構造は、地地盤を複数の領域に区画する壁状の地盤改良体と、前記地盤改良体に支持された建物の基礎底版と、一部の側面が前記地盤改良体と接し、他の側面が前記地盤と接するように前記基礎底版から下向きに突出した突出部と、上端部が前記突出部に埋設された又は上端面が前記突出部と接する杭と、を備えている。

請求項１に記載の基礎構造では、地盤が壁状の地盤改良体によって複数の領域に区画されている。このため、区画された領域間で土砂の移動が抑制される。これにより、地震時における地盤のせん断変形が抑制され、地盤が液状化し難くなる。

また、杭の上端部が、基礎底版から下向きに突出した突出部に埋設されている。又は杭の上端面が突出部に接している。これにより建物が杭に支持される。

さらに、突出部は、少なくとも一側面が地盤改良体と接している。これにより、建物に入力された少なくとも一方向の水平力が、突出部の側面を介して地盤改良体へ伝達される。したがって、簡易な構成で建物に作用する水平力を地盤改良体へ伝達することができる。

請求項２の基礎構造は、請求項１に記載の基礎構造において、前記地盤改良体は格子状に形成されている。

請求項２に記載の基礎構造では、地盤改良体が格子状に形成されている。このため、例えば地盤改良体が格子状ではない箱状に形成されている場合と比較して、地盤改良体によって区画される領域が細分化される。これにより、地盤のせん断変形の抑制効果が高くなる。

請求項３の基礎工法は、地盤に壁状の地盤改良体を構築して前記地盤を複数の領域に区画する工程と、前記地盤に杭を埋設する工程と、前記地盤における前記地盤改良体に接する部分を掘削して、一部の壁部が前記地盤改良体によって形成され、他の壁部が前記地盤によって形成される、前記杭の上端面が露出した凹部を形成する工程と、前記凹部及び前記地盤改良体の上部にコンクリートを打設して建物の基礎底版を構築する工程と、を備えている。

請求項３に記載の基礎工法では、地盤が壁状の地盤改良体によって複数の領域に区画される。このため、区画された領域間で土砂の移動が抑制される。これにより、地震時における地盤のせん断変形が抑制され、地盤が液状化し難くなる。

また、杭の上端面が露出した凹部に基礎底版のコンクリートを打設するため、建物が杭に支持される。

さらに、凹部は地盤において地盤改良体と接する部分に形成される。これにより、建物に入力された水平力が、凹部に充填されたコンクリートを介して地盤改良体へ伝達される。したがって、簡易な構成で建物に作用する水平力を地盤改良体へ伝達することができる。
請求項４の基礎構造は、請求項１に記載の基礎構造において、前記基礎底版と前記突出部に跨って鉄筋が配筋されている。
請求項５の基礎構造は、請求項２に記載の基礎構造において、前記突出部は平面視で四角形状であり、互いに隣接する二つの側面が、前記地盤改良体と接している。

本発明によると、簡易な構成で建物に作用する水平力を地盤改良体へ伝達することができる。

本発明の実施形態に係る基礎構造が適用された建物の一例を示す立断面図である。 本発明の実施形態に係る基礎構造の一例を示す平面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る基礎工法において地盤に地盤改良体を形成した状態を示す立断面図であり（Ｂ）は地盤に杭を埋設した状態を示す立断面図であり（Ｃ）は地盤を根切した状態を示す立断面図であり（Ｄ）は地盤を根切して形成された凹部の底面に捨てコンクリートを打設した状態を示す立断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る基礎工法において地盤を根切して形成された凹部に型枠を設置した状態を示す立断面図であり（Ｂ）は凹部に配筋した状態を示す立断面図であり（Ｃ）は凹部及び凹部の上方にコンクリートを打設して基礎底版及び突出部を形成した状態を示す立断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る基礎構造において突出部の一側面のみを地盤改良体の側壁に接して配置した変形例を示す平面図であり（Ｂ）は一つの突出部に二つの杭を配置した変形例を示す平面図であり（Ｃ）は突出部において互いに対向する二つの側面を地盤改良体の側壁に接して配置した変形例を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る基礎構造において地盤改良体の長手方向に沿う側壁に接して突出部を配置した例を示す平面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る基礎構造において地盤改良体をＸ方向に沿う側壁のみで形成した変形例を示す平面図であり（Ｂ）は地盤改良体をＹ方向に沿う側壁のみで形成した変形例を示す平面図である。 （Ａ）は比較例に係る基礎構造において地盤改良体と突出部を形成する凹部とを離隔して配置し型枠を配置した例を示す立断面図であり（Ｂ）は型枠を配置しない例を示す立断面図であり（Ｃ）は型枠に代えて段差山留めを設置した例を示す立断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る基礎構造及び基礎工法について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。また、各図面において重複する構成及び符号については、説明を省略する場合がある。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において構成を省略する、又は異なる構成と入れ替える等、適宜変更を加えて実施することができる。

＜基礎構造＞
（地盤）
図１に示すように、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１２Ａを地表面付近（表層）に備えている。

（地盤改良体）
地盤１２には、建物１４の鉛直支持力の補強及び液状化対策のための地盤改良体２０が構築されている。地盤改良体２０は、液状化層１２Ａの下方の非液状化層へ１ｍ程度根入れされている。なお、地盤改良体２０は、液状化層１２Ａの深さと略一致する深さとしてもよい。

地盤改良体２０は、スラリー状のセメント系固化材によって形成された安定剤と、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て形成されている。

また、地盤改良体２０は、図２に示すように、柱状改良体２２を横方向に連続して並べて壁状に形成されている。つまり、この地盤改良体２０は、隣接する柱状改良体２２の周壁２２Ａの一部を共有化させて連続的に一体化させることで壁状に形成されており、全体的には平面視で格子状に構築されている。これにより、地盤改良体２０は、地盤１２（液状化層１２Ａ）を複数の領域Ｖに区画している。

地盤改良体２０の壁部としての側壁２０Ｘ、２０Ｙには、柱状改良体２２の周壁２２Ａを連続的に一体化させたことにより、凹凸が形成されている。すなわち、地盤改良体２０の側壁２０Ｘ、２０Ｙには、平面視円弧状の凸部が形成されるとともに、その凸部間に、凹部が形成されている。なお、側壁２０ＸはＸ方向に沿う側壁であり、側壁２０ＹはＹ方向に沿う側壁である。Ｘ方向、Ｙ方向は略直交しており、建物１４における架構の延設方向と一致している。

（杭）
格子状の地盤改良体２０で区画された複数の領域Ｖ内には、それぞれ円柱状の杭３０が設けられている。杭３０としては、現場打ちコンクリート杭のほか、既成杭を用いる事ができる。また、杭３０としては支持杭及び摩擦杭の何れを採用してもよいが、先端は少なくとも液状化層１２Ａより深い位置に配置されている。

杭３０は、図４（Ｃ）に示すように、上端面（頭部）３０Ａが、地盤改良体２０の上端面（頭部）２０Ｂより所定高さ（例えば１０ｃｍ～３０ｃｍ程度）だけ低い位置に配置されている。また、この上端面３０Ａ（杭３０の上端部）は突出部４４に埋設されている。

図１に示すように、杭３０は、建物１４における柱１４Ａの下方に設けられている。杭３０は、外周面が地盤改良体２０と距離Ｈ以上離隔して配置されている。距離Ｈの寸法は特に限定されるものではないが、杭３０及び地盤改良体２０の鉛直施工精度を考慮して、これらが互いに干渉し難い寸法（一例として５００ｍｍ以上）に設定することが好ましい。

（基礎部）
図１に示すように、地盤改良体２０及び杭３０の上方にはコンクリートが打設され、建物１４の基礎部４０が構築されている。基礎部４０は、基礎底版４２と、基礎底版４２の底面から下向きに突出した突出部４４と、を備えている。

基礎底版４２は、地盤改良体２０の上方に構築され、地盤改良体２０に支持されている。突出部４４は、基礎底版４２と一体的に形成されたパイルキャップ（キャピタル）である。上述したように、突出部４４には杭３０の上端部が埋設されている（図４（Ｃ）参照）。

これにより、基礎部４０における基礎底版４２が複数の突出部４４を介して複数の杭３０に支持される。また、建物１４による鉛直荷重が、基礎部４０を介して地盤改良体２０及び杭３０で支持される。

図２に示すように、突出部４４は、平面視で略四角形状とされている。突出部４４において互いに隣接する二つの側面４４Ｘ、４４Ｙは、それぞれ地盤改良体２０の側壁２０Ｘ、２０Ｙに接して配置されている。また、側面４４Ｘ、４４Ｙは、それぞれ側壁２０Ｘ、２０Ｙの凹凸と噛み合って（凸部と凹部のそれぞれに沿うようにして）配置されている。

＜基礎工法＞
基礎構造１０を構築するためには、まず、図３（Ａ）に示すように、地盤１２の液状化層１２Ａに地盤改良体２０を構築する。

この際、地盤改良体２０を、液状化層１２Ａの下方の非液状化層へ１ｍ程度根入れして形成する。なお、地盤改良体２０の深さは、液状化層１２Ａの深さと略一致する深さとしてもよいし、液状化層１２Ａより浅く形成してもよい。浅く形成することで施工を簡略化することができ、深く形成することで液状化に対する抵抗力を高めることができる。

また、地盤改良体２０は、図２に示すように平面視で格子状に構築して、地盤１２（液状化層１２Ａ）を複数の領域Ｖに区画する。

次に、図３（Ｂ）に示すように地盤改良体２０と離れた位置に杭３０を埋設（構築）する。杭３０は、上端面３０Ａが地盤改良体２０の上端面２０Ｂより所定高さ（例えば１０ｃｍ～３０ｃｍ程度）だけ低い位置に配置されるように埋設する。

次に、図３（Ｃ）に示すように地盤１２を掘削（根切り）する。地盤１２は、杭３０の上端面３０Ａが露出する深さまで掘削される。また、地盤１２は、地盤改良体２０の側壁２０Ｘ、２０Ｙが露出するように掘削される。これにより、凹部４４Ｅが形成される。凹部４４Ｅは、その底面に杭３０の上端面３０Ａが露出している。また、凹部４４Ｅにおいて互いに隣接する１組の側面が、地盤改良体２０の側壁２０Ｘ、２０Ｙによって形成される。

なお、凹部４４Ｅの側面において、側壁２０Ｘ、２０Ｙによって形成される側面以外の側面４４Ｆは、鉛直方向に対して斜めに法面を形成する。

次に、凹部４４Ｅの底面及び側面４４Ｆを地均しして、図３（Ｄ）に示すように凹部４４Ｅの底面に捨てコンクリート４６Ａを打設する。

次に、図４（Ａ）に示すように、凹部４４Ｅの内部に型枠４８を設置する。型枠４８は、凹部４４Ｅにおいて斜めの側面４４Ｆより内側（杭３０寄り）に、略鉛直方向に沿って配置される。

そして、図４（Ｂ）に示すように、型枠４８と側面４４Ｆとの間に捨てコンクリート４６Ｂを打設して型枠４８を撤去し、凹部４４Ｅに略鉛直方向に沿う側面４４Ｇを形成する。これにより、凹部４４Ｅは、図４（Ｃ）に示す突出部４４に対応する形状に形成される。

なお、型枠４８は鋼製型枠とされ、別の突出部４４を形成する際に転用される。また、型枠４８と側面４４Ｆとの間に打設される捨てコンクリート４６Ｂは、基礎底版４２を形成するための捨てコンクリート４６Ｃと一体的に打設することができる。

次に、凹部４４Ｅの側面４４Ｇ、底面及び側壁２０Ｘ、２０Ｙに沿って鉄筋４４Ｈを配筋する。鉄筋４４Ｈは、上端部を凹部４４Ｅの外側へ折り曲げて配筋する。そして、図４（Ｃ）に示すように、凹部４４Ｅ及び凹部４４Ｅの上部空間へコンクリートを打設する。

これにより、杭３０の上方に突出部４４が形成され、突出部４４の上方に基礎底版４２が形成される。また、突出部４４と基礎底版４２とは一体的に形成され、これらの突出部４４と基礎底版４２とによって、基礎部４０が形成される。

＜作用・効果＞
本実施形態に係る基礎構造１０及び基礎工法では、図１、図２に示すように地盤１２が壁状の地盤改良体２０によって複数の領域Ｖに区画されている。このため、区画された領域Ｖ間で土砂の移動が抑制される。これにより、地震時における地盤１２（液状化層１２Ａ）のせん断変形が抑制され、地盤が液状化し難くなる。

また、図４（Ｃ）に示すように杭３０の上端面３０Ａを含む上端部が、基礎底版４２から下向きに突出した突出部４４に埋設されている。これにより図１に示す建物１４が杭３０に支持される。

なお、杭３０の上端部を突出部４４に埋設する埋設深さは、杭頭の設計固定度に応じて、適宜決定することができる。埋設深さを深くすることで、杭頭に作用するせん断力を突出部４４が負担することができる。また、杭３０の上端部は必ずしも突出部４４に埋設する必要はなく、例えば杭３０の上端面３０Ａを、突出部４４の下端面と接する構成としてもよい。

さらに、図２に示すように、突出部４４は、側面４４Ｘ、４４Ｙが地盤改良体２０と接している。これにより、建物１４（図１参照）に入力された水平力（建物１４が変位した際の慣性力）が、突出部４４を介して地盤改良体２０へ伝達される。

具体的には、建物１４に入力されるＸ方向に沿う水平力ＰＸは、突出部４４を介して地盤改良体２０のＹ方向に沿う側壁２０Ｙへ伝達される。同様に、建物１４に入力されるＹ方向に沿う水平力ＰＹは、突出部４４を介して地盤改良体２０のＸ方向に沿う側壁２０Ｘへ伝達される。

これにより、簡易な構成で建物１４に作用する水平力を地盤改良体２０へ伝達することができる。

また、地盤改良体２０の側壁２０Ｘ、２０Ｙにはそれぞれ凹凸が形成されており、突出部４４の側面４４Ｘ、４４Ｙは、それぞれこの凹凸と噛み合って形成されている。このため、建物１４に入力されるＸ方向に沿う水平力ＰＸは、突出部４４の側面４４ＸからＸ方向に沿う側壁２０Ｘへ伝達される。同様に、建物１４に入力されるＹ方向に沿う水平力ＰＹは、突出部４４の側面４４ＹからＹ方向に沿う側壁２０Ｙへ伝達される。

したがって、側壁２０Ｘ、２０Ｙに凹凸が形成されていない構成と比較して、建物１４に作用する水平力を地盤改良体２０へ伝達する効果を高めることができる。

また、基礎構造１０では、地盤改良体２０が格子状に形成されている。このため、例えば地盤改良体２０が格子状ではない箱状に配置されている場合と比較して、地盤改良体２０によって区画される領域Ｖが細分化される。これにより、地盤１２のせん断変形の抑制効果が高くなる。

また、基礎構造１０を構築する基礎工法では、図４（Ａ）に示すように、突出部４４を形成するための凹部４４Ｅが、部分的に、地盤改良体２０の側壁２０Ｘ、２０Ｙによって形成される。換言すると、突出部４４が、地盤改良体２０の側壁２０Ｘ、２０Ｙに接して（すなわち、側壁２０Ｘ、２０Ｙを型枠として）形成される。これにより、型枠４８の必要量を削減することができる。

これに対して、図８（Ａ）に示す比較例においては、凹部４４０Ｅが地盤改良体２０と離隔して配置されている。このため、地盤改良体２０の側壁２０Ｘ、２０Ｙを、突出部の型枠として利用することができない。したがって、全ての側面４４０Ｆ側に型枠４８を設ける必要があり、本発明の実施形態と比較して型枠４８の必要量が多くなる。また、この比較例においては、凹部４４０Ｅを形成するための掘削土量が、本発明の実施形態と比較して多くなる。

また、図８（Ｂ）に示す比較例のように、型枠４８を用いず側面が傾斜した突出部を形成する場合（凹部４４２Ｅに型枠４８を配置せずコンクリートを打設する場合）、本発明の実施形態と比較して、突出部を形成するためのコンクリート（捨てコンクリートと比較して高強度のコンクリート）の必要量が多くなる。さらに、強度を確保するための配筋量が多くなる。

また、図８（Ｃ）に示す比較例では、段差山留め４８０を用いて凹部４４４Ｅを形成している。段差山留め４８０は、突出部の底面より深い位置まで埋設して土圧に抵抗させる。このため施工手間がかかる。また、段差山留め４８０は地盤１２に埋設して残置するため、再利用することが難しい。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態においては、図２に示すように、突出部４４において互いに隣接する二つの側面４４Ｘ、４４Ｙを、それぞれ地盤改良体２０の側壁２０Ｘ、２０Ｙに接して配置したが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば図５（Ａ）に示すように、突出部４４における一つの側面４４Ｘのみを、地盤改良体２０の側壁２０Ｘに接して配置してもよい。突出部４４においてＸ方向に沿う一つの側面４４Ｘを、地盤改良体２０においてＸ方向に沿う側壁２０Ｘに接して配置することで、Ｙ方向に沿う水平力ＰＹを地盤改良体２０に伝達することができる。

また、図示は省略するが、突出部４４における一つの側面４４Ｙのみを、地盤改良体２０の側壁２０Ｙに接して配置してもよい。

なお、突出部４４を地盤改良体２０においてＸ方向に沿う側壁２０Ｘに接して配置する実施例は、地盤改良体２０が、図６に示すように形成されている場合に適用することが好適である。

具体的には、図６においては、地盤改良体２０における側壁２０Ｘ、２０Ｙが等しい間隔で配置されている。また、建物１４（図１参照）の長軸方向がＸ方向とされている。このため、Ｙ方向に沿う側壁２０Ｙの数量（図６では９枚）が、Ｘ方向に沿う側壁２０Ｘの数量（図６では６枚）より多い。

つまり、Ｘ方向に沿う水平力ＰＸが伝達される側壁２０Ｙの数量（９枚）に対して、Ｙ方向に沿う水平力ＰＹが伝達される側壁２０Ｘの数量（６枚）が少ない。このため、Ｙ方向に沿う水平力ＰＹは、Ｘ方向に沿う水平力ＰＸと比較して地盤改良体２０へ伝達され難い。

そこで、突出部４４をＸ方向に沿う側壁２０Ｘに接して配置することで、Ｙ方向に沿う水平力ＰＹを、建物１４から地盤改良体２０へ伝達し易くなる。

なお、図６に示した例においては、複数設けられた突出部４４の全てが側壁２０Ｘの一方側（図６の紙面上側）に接しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば複数の突出部４４のうち、一部の突出部を、側壁２０Ｘの他方側（図６の紙面下側）に配置してもよい。このようにすれば、建物１４から地盤改良体２０への水平力の伝達効率を高めることができる。

また、図６に示した例においては、全ての突出部４４を地盤改良体２０に接して配置しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。つまり突出部４４が複数設けられている場合、これらの突出部４４のなかには、地盤改良体２０に接していないものがあってもよい。一部の突出部４４が地盤改良体２０と接していれば、建物１４から地盤改良体２０へ水平力を伝達することができる。

また、上記実施形態においては、図２に示すように、１つの突出部４４に１つの杭３０を配置しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図５（Ｂ）、（Ｃ）に示す突出部５０、５２のように、１つの突出部に複数の杭３０を配置してもよい。突出部に配置する杭３０の数は、杭３０の直径や間隔等によって適宜決定すればよい。

なお、図５（Ｃ）の突出部５２は、互いに「対向」する二つの側面５２Ｘ１、５２Ｘ２を、地盤改良体２０のＸ方向に沿う側壁２０Ｘに接して配置している。このように形成することで、Ｙ方向に沿う水平力ＰＹに抵抗する効果を高めることができる。

また、上記実施形態の地盤改良体２０においては、図２に示すように、柱状改良体２２を連続して並べて形成された側壁２０Ｘ、２０Ｙの表面に凹凸が形成されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば地盤改良体は、側壁に凹凸を備えない形状としてもよい。凹凸を備えない形状としても、建物１４に入力される水平力は、突出部４４の側面４４Ｘ、４４Ｙから、側壁２０Ｘ、２０Ｙへ伝達される。

さらに、上記実施形態においては、図２に示すように、地盤改良体２０を格子状に形成しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば地盤改良体は、側壁をＸ方向及びＹ方向の何れか一方に沿って並列配置することにより形成してもよい。

すなわち、図７（Ａ）に示すようにＸ方向に沿う側壁２０Ｘを並列配置すれば、建物１４（図１参照）に入力されるＹ方向に沿う水平力ＰＹを、突出部４４のＸ方向に沿う側面４４Ｘから側壁２０Ｘへ伝達することができる。

また、図７（Ｂ）に示すようにＹ方向に沿う側壁２０Ｙを並列配置すれば、建物１４（図１参照）に入力されるＸ方向に沿う水平力ＰＸを、突出部４４のＹ方向に沿う側面４４Ｙから側壁２０Ｙへ伝達することができる。

また、上記実施形態においては、図４（Ｃ）に示すように、突出部４４と地盤改良体２０との間の地盤１２（液状化層１２Ａ）を地盤改良していないが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば地盤１２の表層（一例として杭３０の上端面３０Ａより高い位置にある部分）を地盤改良して強度を大きくしてもよい。これにより、建物１４から突出部４４を介して地盤改良体２０へ水平力を伝達し易くできる。

１２ 地盤
１２Ａ 液状化層（地盤）
１４ 建物
２０ 地盤改良体
３０ 杭
４２ 基礎底版
４４ 突出部
４４Ｅ 凹部

Claims (5)

1. 地盤を複数の領域に区画する壁状の地盤改良体と、
   前記地盤改良体に支持された建物の基礎底版と、
   一部の側面が前記地盤改良体と接し、他の側面が前記地盤と接するように前記基礎底版から下向きに突出した突出部と、
   上端部が前記突出部に埋設された又は上端面が前記突出部と接する杭と、
   を備えた基礎構造。
2. 前記地盤改良体は格子状に形成されている、請求項１に記載の基礎構造。
3. 地盤に壁状の地盤改良体を構築して前記地盤を複数の領域に区画する工程と、
   前記地盤に杭を埋設する工程と、
   前記地盤における前記地盤改良体に接する部分を掘削して、一部の壁部が前記地盤改良体によって形成され、他の壁部が前記地盤によって形成される、前記杭の上端面が露出した凹部を形成する工程と、
   前記凹部及び前記地盤改良体の上部にコンクリートを打設して建物の基礎底版を構築する工程と、
   を備えた基礎工法。
4. 前記基礎底版と前記突出部に跨って鉄筋が配筋されている、請求項１に記載の基礎構造。
5. 前記突出部は平面視で四角形状であり、互いに隣接する二つの側面が、前記地盤改良体と接している、請求項２に記載の基礎構造。

Images