JPH0154493B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、土圧力その他の大きな水平力及び水
平分力（以下これを単に水平力と呼ぶ）を受ける
建造物の直接基礎構造に関する。 一般の建造物１は主として鉛直方向の力を受け
るので、その底面１ａは第１図に示した如く構築
に最も容易な水平面となつている。 しかし、抗土圧構造物（土留擁壁、橋台及びこ
れらに準ずる構造物を含む）は背面土砂２による
土圧力を受けるので、水平分力が作用する。 しかるに、一般の抗土圧構造物は、その底面が
水平である為に、水平方向の滑動を防止すること
が容易ではない。 その為、自重又は底版上の土の重量を大きくし
て滑り抵抗力を増大するという方法が採られてい
る。 このことは、水平接地面では、 滑り抵抗力＝重量×摩擦係数 の式が成立つからである。 しかしながら、かかる方法では次のような問題
がある。 (イ) 構造物は巨大化し、その為構築費が高額とな
る。 (ロ) 構造物重量が大きくなるので、地盤支持力が
問題となり、往々にして支持力の不足を来たす
為、杭、地盤改良などが必要となり、さらに構
築費がアツプする。 (ハ) 接地面の摩擦係数μはコンクリートと岩盤で
もμ＝0.6〜0.7、通常の土盤でμ＝0.4〜0.6程
度であるから、往々にして特に地震時の設計に
おいて、所要の摩擦抵抗力が得られないことが
あり、又一応設計条件において摩擦抵抗が得ら
れたとしても、長い年月の間には底面の下部に
水が廻つて底面下の地盤の土質が低下し、或は
圧密沈下し、又は土粒子が流失し、時として揚
圧力を作用させるなどの作用があると摩擦抵抗
力は低下し、思わぬ構造物の破壊をまねくこと
がある。 (ニ) 構造物の巨大化は(イ)で述べたような問題が起
るので、できるだけ小型化することが望まれる
が、小型化すると転倒の問題が発生する。 通常、土圧力と構造物及びその底面上の土の重
量との合力ΣPは、接地面の中心点Ｏより前方に
作用することになり、それ故底面上の地盤反力分
布は図示の如く、前方に大きく、後方に小さく台
形分布となるのが普通である。 このため、設計時には前端の地盤支持力が十分
あつたとしても、(ハ)に述べたような水の作用によ
つて地盤支持力が低下すると、構造物１は前傾す
ることになる。 このように、従来の抗土圧構造物は、その底面
が水平である為に、その安定を得ることが困難と
なるから、構造物は大きくなり、費用もかさむの
みならず、災害が起り易いといつた重大な問題が
あり、この問題点を解決するのが、土木、建築業
界の積年の要望であり、念願である。 従来考えられている上述問題点の解決案として
は次のような方法がある。 (イ) 第２図に示す如く、構造物１の底面に突起１
ｂを設ける方法。 (ロ) 第３図に示す如く、構造物１の接地底面１Ｃ
を傾斜させて、接地面の滑りを小さくしようと
する方法。 しかし、上記(イ)の突起１ｄは突起前面が、水平
力に対し十分抵抗できるような岩盤又はそれに近
い堅固な地盤であることが前提であつて、このよ
うな条件下でしか実施できない。 又、上記(ロ)の接地面１ｃを斜めとする方法は、
その前面及び下面の地盤が十分に強固であるとい
う保証が長期間にわたつて確保されていない限
り、安全は確保されない。 従つて、この方法は一部の限られた場所にしか
採用されていないのが実情である。 又、現在、構造物の底面を階段状としたものも
知られているが、これは原理的にみて前述した水
平底面であり、これを分割したにすぎないから、
前述の問題点を解決するには至らない。 そこで本発明は上述従来の抗土圧構造物の水平
底面の考え方を脱却し、構造物底面を下向き開口
の凹型底面となし、さらに、構造物直接基礎を水
平地盤面上に置くという考え方を改めて、上記凹
型底面の下部は、その適当な最小限の部分を上記
凹型底面に嵌合密着する圧砕及び剪断抵抗力の強
い相互によく噛み合つた粒塊状物で形成すること
によつて、構造物底面に作用する合力線と底面と
の交点を、水平底面の場合に比して後方に位置さ
せることができ、これによつて、合力の偏心量を
小、あるいは負とするので、建造物の転倒安全率
を向上し、合力線と交わる凹型底面の斜面との交
角は90°に近くなるので、斜面上における滑動安
全率は著しく高くなり、かつ粒塊状物は構造物底
面に作用する力を応力分散するので、その下面に
おける地盤反力分布はなだらかな平準化したもの
となつて、その最大値は小さな値となり、これに
より下面地盤、特にその前端部の許容支持力は相
当小さくても安全に支持できるようにした水平力
を受ける建造物の直接基礎構造を提供しようとす
るのが、その目的である。 以下本発明の具体例を示した図面に基づいて詳
述するが、説明の便宜上、図面及び説明文におい
て、従来例と同一符号は同一部材及び同一部位を
示すものとする。 第４図に示したように建造物１の底面は、下向
きに開口する凹型底面１ｄに形成されるものであ
り、該建造物１の下部には、その凹型底面１ｄに
密に嵌合する凸型部分４ａを有し、構造物下端面
に適当な大きさをもつ圧砕及び剪断抵抗力の強い
相互によく噛み合つた粒塊状物４′…によつて形
成される粒塊状物基礎４が構築されており、上記
建造物１における凹型底面１ｄの水平力を受ける
側の斜面１ｅは、当該底面１ｄに作用する各種の
力の合力（ΣP）線と交わるよう、かつ粒塊状物
の安息角以内の傾きをもつものとし、又、建造物
１の凹型底面１ｄと、上記粒塊状物４′との嵌合
を良好にする為、これらの間には適当な充填物と
圧力とによつて十分密着されるようにし、更に、
粒塊状物基礎４の大きさは、建造物１の凹型底面
１ｄに作用する力を粒塊状物４′…によつて応力
分散し、その下面の地盤３ａにおける地盤反力度
が、その地盤３ａの許容支持力以下となるような
深さｄと、幅Ｌをもたせることによつて構成され
ている。 ここで、上記建造物１における凹型底面１ｄの
縦断面形状としては、施工設計上の便利さからは
第５図イ〜ハに示した如く前後対称がよいが、合
力ΣPと斜面１ｅとを交わらせる為、及び構造物
１そのものの形状から同図ニ〜ヘに示した如く非
対称としてもよい。 又、前後に対称、非対称に係わらず、その縦断
側面形状は、イ，ニに示した如く、尖端山型形
状、又はロ，ホに示した如く、截頭山型形状に、
更にはハ，ヘに示した如く円弧山型形状等に形成
するのもよい。 又、上記凹型底面１ｄの斜面１ｅがもつ勾配
は、粒塊状物４′…の安息角以下であつて、なる
べく１：0.8程度とするがよい。 更にその寸法は、第５図イに示すように建造物
１の前後方向における底面の幅をＢとし、その凹
型底面１ｄの前後方の幅をｌとし、その凹型底面
１ｄの深さをｈとする時、下記の程度とするがよ
い。 Ｂ≦ｌ≦0.6B、ｈ≦0.4l ｌ＝0.5ｍ〜15ｍ 又、上述した圧砕に強く、剪断抵抗力の大きい
粒塊状物４′…としては次に示すようなものがあ
り、実用には、これらの中から設計条件に見合つ
たものを選択する。 (イ) 石礫類 石礫、砕石、栗石、割栗石、岩屑、ズリ、砂
利 (ロ) 鉱滓類 (ハ) 硬質合成樹脂粒塊 (ニ) コンクリート片など 寸法としては、 通常径20mm〜200mm程度とし、適当な粒度分布
を示すものがよい。 形状としては、 砕石状割栗石状のものがよく、表面が滑らかな
球状のものや、偏平又は星状のような突起の多い
ものは望ましくない。 以に従来例と本発明とを対比しながら説明す
る。 第６図に示した如く、建造物１の底面に作用す
る合力ΣPと底面との交点Ｑは、従来例の水平底
面１ａに対して、本発明では凹型底面１ｄとした
ことにより、その交点Q′を距離ｍだけ後方に位
置させることができる。 このことは、 (1) 底面中心まわりの転倒の安全性を考えると
き、 従来の水平底面１ａの場合は、第７図に示し
た如く、転倒モーメントＭとなりやすいのに反
して、本発明における凹型底面１ｄの場合は第
８図に示したように、むしろ抵抗モーメント
M′となるので、転倒の安全は向上される。 (2) 底面における滑りを考えるとき、 従来例の水平底面１ａでは第９図において、
μを摩擦係数とし、θは合力Ｐが水平面となす
角度とするとき、 滑り安全率＝鉛直合力Ｖ×摩擦係数μ／水平合力Ｈ ＝tanθ×μ であるのに対して、本発明の場合は第１０図に
おいて、傾斜角αを有する斜面Ｂ−Ｃ上に合力
Ｐが作用するので、斜面Ｂ−Ｃにおいて、 滑り安全率 ＝斜面に直角な法線力Ｎ×摩擦係数μ／斜面に沿う滑
り力Ｔ ＝Ptan（α＋θ）×μ／Pcos（α＋θ）＝tan（α＋
θ）×μ となる。 こゝで、α＋θ＞θ、故に一般にtan（α＋
θ）＞tanθであるから、本発明によると建造物
底面の滑り安全率は従来例に比べて格段に向上
することがわかる。 しかも、通常は、α＋θ＞90°となることが
多いので、この場合には、滑り力ＴはCB面に
沿つてＢの方向となり、このときには建造物１
を前方へ押し出させる力は存在しないので、当
然のことながら十分に安全となる。 (3) 底面に作用する地盤反力を考えるとき、従来
例では、第１１図に図示した如く、構造物底面
に作用する合力ΣPと底面１ａとの交点Ｑは、
底面１ａの中心より前方にあることが多く、従
つて偏心量ｅは正である為、前端での地盤反力
が大きな値を示すことになる。 このことは、地盤に大きな許容支持力がなけ
ればならないことになるのみならず、長い年月
の間に水などの作用で地盤支持力が低下したと
き、建造物１の前端が沈下し、転倒のおそれを
生じることになる。 これに対し本発明においては、合力ΣPは底
面の中心より後方で交わるので、偏心量e′はむ
しろ負であると考えられ、地盤反力は、第１２
図に示したように後端側が大きくなる。 このことは安全上著しく有利である。 又、底面の下は圧砕に強く、剪断抵抗力の強
い粒塊状物基礎４であるので、支持力は、その
物質の選択によつて十分大きな値を得られる。 因に砕石などでは許容支持力は50t／m²以上
である。 建造物底面の下部は、圧砕及び剪断抵抗力の強
い粒塊状物で形成するので、従来の建造物が剛体
状で地盤上に設置すると、集中力が底面地盤に作
用するが、本発明では、底面に作用する力は粒塊
状物４′によつて応力分散される。 このことは、 (1) 地盤の許容支持力を考えるとき、従来の建造
物直接基礎では第１３図に示した如く、底面の
応力が直接に地盤へ伝達されるので、前端側に
著しく大きな応力（地盤反力）を生じる。 これに反して本発明によれば、第１４図に示
すように、底面の下方には粒塊状物４′…が基
礎として存在するので、底面の応力は分散し
て、基礎下面では平坦な、かつ最大値のさほど
大きくない地盤反力分布となる。 このことは、従来建造物では許容支持力の大
きいことが要求されるのに対し、本発明では、
それほど大きい許容支持力は要求されない。 従つて従来建造物よりも安全であるのみなら
ず、従来建造物直接基礎で設置不可能な場合で
も本発明によれば設置可能となる。 更に、地盤の許容支持力は水、風化その他の
作用によつて長い年月の間には低下することが
多い。 それ故地盤反力の値が小さく、しかも平坦化
していることは永年にわたる安全上にも頗る有
利である。 (2) 建造物の大きさを考えるとき、 従来建造物においては、許容支持力のある地
盤の深さまで基礎を深くしなければならないの
で、建造物そのものは巨大化（又は杭あるいは
地盤改良）しなければならない。 これに対し、本発明では、許容支持力が比較
的小さくても成立するから建造物そのものはあ
まり大きくする必要はない。 この他に、滑動に対する安全性から考えて従
来の建造物では重量を増す為に大きくする必要
があるのに反し、本発明では、滑動には十分安
全であるから、建造物の重量は特に大きくする
必要はない。 建造物の底面の両端を結ぶ面は水平面１ｆと
していることは、施工上において従来の建造物
と同様に取扱うことができ、又、粒塊状物４′
の散逸、相互変位を抑制し、剪断抵抗力を発揮
させるのに役立つ。 次に従来例と、本発明の力学的特性の具体例に
ついて述べる。 第１５図は従来建造物の標準図を示す。 ここで、 背面土：砂質土γ＝1.9ton／m³ 建造物断面積 9.125m² γ_c＝2.35ton／m³重量 21.444ton／ｍ 重心 ｘ＝1.653mm ｙ＝1.849ｍ 裏込土断面積 3.881m² γ＝1.9ton／m³重量 7.374ton／ｍ 重心 ｘ＝2.8ｍ ｙ＝3.583ｍ テルツアギー土圧係数 K_H＝0.8 K_V＝0.41 土圧力 P_H＝１／２K_Hh²＝１／２0.8×5.75²＝13.225ton／ｍ P_V＝１／２K_Vh²＝１／２0.41×5.75²＝6.778ton／ｍ モーメントはＯ点まわりとし時計回りを＋とす
る。

【表】 Ｏ点まわりのモーメント Ｍ＝ΣM_H＋ΣM_V＝−5.074tonｍ／ｍ 合力とｘ軸との交点 x₀＝Ｍ／ΣV＝−0.143ｍ 偏心量 ｅ＝０−x₀＝0.143ｍ 滑動安全率 F_S＝ΣV×0.6／ΣH＝1.615＞1.5 転倒安全率（前下端まわり） F_S＝ΣM_V＋Σ_V×1.625／｜ΣM_H１＝3.081＞1.5 地盤反力 ｑ＝ΣV／Ｂ（１±6e／Ｂ）＝35.596／3.25（１± ６×0.14254／3.25） ＝10.9526（１±0.26315）＝ 13.835ton／m²（q₁） 8.070ton／m²（q₂） q_a≧15ton／m² ∴q_a＞ｑ OK 第１６図ないし第２０図は本発明に係る建造物
直接基礎の標準図を示している。 第１６図において 背面土：砂質土 γ＝19ton／m² 建造物面積 6.7m² γ_c＝2.35ton／m³重量 W₁＝15.745ton／ｍ 重心 Ｘ＝1.659ｍ Ｙ＝1.957ｍ 裏込土面積 3.54375m² γ＝1.9ton／m³重量 W_W＝6.733ton／ｍ 重心 Ｘ＝2.8ｍ Ｙ＝3.25ｍ テルツアギーの主働土圧係数 K_H＝0.8 K_V＝0.41 土圧力 P_H＝１／２K_Hh²＝１／２0.8×5.25²＝11.025ton／ｍ P_V＝１／２B_Vh²＝１／２0.41×5.25²＝5.650ton／ｍ モーメントはＯ点のまわりとし時計回りを＋と
する。

【表】 合力の大きさ ΣP＝（ΣH）²＋（ΣV）²＝30.212ton／ｍ 方 向 Ψ＝tan^-1ΣV／ΣH＝tan^-12.5513＝68°36′ ｙ軸との交点 y₀＝Σ_MH＋ΣM_V／−ΣH＝0.151ｍ 合力線の式 ｙ＝2.551x＋0.151 (1) 接地面CDの式 ｙ＝−0.8x＋1.1 (2) (1)、(2)の交点 xp＝1.1−0.151／2.551＋0.8＝0.283ｍ yp＝0.873ｍ 転倒安全率 F_S＝ΣM_V＋ΣV×1.625／｜ΣM_H｜＝17.627＋28.128×1.
625／19.294 ＝3.283＞1.5 ∴OK 滑動の安全 接地面CD上の滑り力の方向は前述した通りで
あつて、後下方に向いているから滑り出さない。 BD面での滑動は、 BD面の砕石はBCD面からの荷重を受けてい
て、しかも砕石相互の変位が面BCDによつて制
限される。 従つて、BD面での水平力に対しては砕石の剪
断抵抗力が作用する。 砕石の剪断抵抗力はＴ≧100ton／m²であるから F_S＝Ｔ×BD／ΣH＝100×2.75／11.025＝24.943＞1.5 しかし、安全の為に、BD面の砕石が相互変位
を起すものとすればここにすべり面が発生する。 砕石の内部摩擦角は45°と考えられる。（鉛直荷
重のない安息角でも40°はある。） F_S＝（ΣV＋W_H）tanφg／ΣH＝（28.128＋2.874）tan45
°／11.025＝2.812＞1.5 ∴OK ここに W_H＝△BCDの砕石の重量 ＝γg１／２2.75×1.1＝19×1.5125＝2.874ton／ｍ φg＝砕石の内部摩擦角＝45° 接地面上の応力分布は第１７図において、 力は剛体内では直進させても効力は変らない。 そこで、今、合力を合力に直角な接地面の投影
面上に分布させる。 Ψ₀＝90°−Ψ＝90°−68°36′＝21°24′ A₁E₁＝AEcosΨ₀＝3.25×0.9316＝3.026ｍ A₁B₁＝ABcosΨ₀＝0.25×0.9316＝0.233ｍ B₁C₁＝BCcos（38°40′＋Ψ₀） ＝1.761×0.49899 ＝0.879ｍ C₁D₁＝CDcos（38°40′−Ψ₀）＝1.761×0.95493 ＝1.682ｍ D₁E₁＝DEcosΨ₀＝0.25×0.9316＝0.233ｍ 偏心量 e₀＝y₀cosΨ＝0.1512cos68°36′＝0.055ｍ 応力度 σ_A1＝ΣP／A₁E₁（１＋6e₀／A₁E₁）＝30.212／3.020（
１＋ ６×0.055／3.020） ＝9.98414（１＋0.10905r）＝11.073ton／m² σ_E1＝9.98414（１−0.10905r）＝8.895ton／m² 今Ｃ＝σ_A1−σ_E1／A₁E₁＝0.71976とおく σ_B1＝σ_A1−Ｃ×A₁B₁＝11.073−0.71976×0.233 ＝10.905ton／m² σ_C1＝σ_A−（A₁B₁＋B₁C₁） ＝11.073−0.71976×1.112＝10.271ton／m² σ_D1＝σ_E1＋Ｃ×D₁E₁＝8.895＋0.71976×0.233 ＝9.063ton／m² 接地面上の鉛直応力分布 第１８図において σ_AV＝σ_A1cos²Ψ₀＝11.073×0.86686 ＝9.599ton／m² σ_BV＝σ_B1cos²Ψ₀＝10.905×0.86686 ＝9.453ton／m² σ′_BV＝σ_B1cos（38°40′＋Ψ₀）cosΨ₀ ＝10.905×0.49899×0.93106＝5.066ton／m² σ_CV＝σ_C1cos（38°40′＋Ψ₀）cosΨ₀ ＝10.271×0.49899×0.93106 ＝4.772ton／m² σ′_DV＝σ_C1cos（38°40′−Ψ₀）cosΨ₀ ＝10.271×0.95493×0.93106＝9.132ton／m² σ_DV＝σ_D1cos（38°40′−Ψ₀）cosΨ₀ ＝9.063×0.95493×0.93106＝8.058ton／m² σ′_DV＝σ_D1cos²Ψ₀＝9.063×0.86686 ＝7.856ton／m² σ_EV＝σ_E1cos²Ψ₀＝8.895×0.86686 ＝7.711ton／m² BC、CDの中心をそれぞれＦ、Ｇとすると、 σ_F＝１／２（σ_B′_V＋σ_CD）＝4.919ton／m² σ_G＝１／２（σ′_CV＋σ_DV）＝8.595ton／m² 接地面ABCDEの下面は砕石であるから許容支
持力度は qa≧50ton／m² ∴OK 砕石下面での地盤反力 建造物接地面荷重による砕石下面での最大地盤
反力を先ず求める。第１９図において、 接地面での区分荷重

【表】 ２ ２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 建造物の底面を、下向き開口の凹型底面に形
   成し、その建造物の下部には、上記凹型底面に適
   宜な充填物が圧力によつて嵌合密着する凸部分を
   上部に有し、かつ地盤下に適宜の大きさをもつ圧
   砕及び剪断抵抗力の強い相互によく噛み合つた粒
   塊状物により形成の粒塊状部基礎を構築し、上記
   凹型底面の水平力を受ける側の斜面は、上記底面
   に作用する各種の力の合力線が、その斜面と上記
   粒塊状物基礎の安息角以内で交わるような傾きを
   もち、さらに、上記粒塊状物は、建造物底面に作
   用する力を粒塊状物基礎によつて応力分散し、そ
   の下面における地盤反力度が、その地盤の許容支
   持力以下となるような深さと幅をもたせてなるこ
   とを特徴とする水平力を受ける建造物の直接基礎
   構造。