JP5296585B2 - ソイルセメント改良体の接合構造、及びパイルド・ラフト基礎 - Google Patents

Description

本発明は、ソイルセメント改良体の接合構造、及びパイルド・ラフト基礎に関する。

軟弱地盤や液状化の発生が予想される地盤では、構造物の基礎は、セメント固化剤等の地盤改良で軟弱地盤の改良や液状化防止を図った直接基礎や、杭により構造物を支持する杭基礎が一般的に用いられている。

近年、合理的な基礎形式として、直接基礎と杭基礎を併用した、パイルド・ラフト基礎の適用が増えてきており、液状化のおそれのある地盤においては、液状化防止のために、地盤改良と杭とを併用する場合も見られるようになってきたが、地震時の水平力に関しては、杭基礎のみで設計されているのが現状である。
このような状況の中で、広範囲の地盤改良を必要とせず、しかも地盤改良体（ソイルセメント改良体）に地震時の水平力を負担させる技術が提案されている（特許文献１）。

図１１に示すように、特許文献１に記載の基礎構造８０は、液状化の可能性がある地盤８２に構築された構造物８４において、鉛直荷重は支持層８６に達する杭８８が支持する。そして、地震時に構造物８４に作用する水平力は、地盤改良体９０を介して非液状化層８３に伝達させる。ここに、地盤改良体９０は、中空の筒状とされ壁体が非液状化層８３まで達する深さとされている。これにより、広範囲の地盤改良を必要とせず、杭８８の負担する水平力を低減させる。

しかし、基礎構造８０は、構造物８４の底面と地盤改良体９０が接合されていないため、水平力が大きい場合には滑りが生じ、地盤改良体９０が負担できなくなった水平力は杭８８が負担しなければならない。この結果、杭８８の断面積を小さくできない。
この問題点を解決すべく、基礎と地盤改良体の間の滑りをなくす技術が提案されている（特許文献２、３）。

図１２に示すように、特許文献２に記載の接合方法は、構造物８４の基礎の底面に設けた突起部９４が地盤改良体９１の上面の凹部に差し込まれ、水平方向の移動が制限されている。これにより、地震時の水平力が突起部と凹部の接合部を介して地盤改良体９１に伝達される。また、杭８８の杭頭部は、構造物８４の底面と接合されていない。これにより、杭８８は構造物８４の鉛直荷重のみを負担し、地震時の水平力は、すべて地盤改良体９１が負担する。

しかし、特許文献２に記載の接合方法は、地盤改良体９１の頭部に穴を開け、突起部９４を差し込むため、地盤改良体９１に断面欠損が生じ、地盤改良体９１の頭部が破損する恐れがある。このため、地震時の水平力を地盤改良体９１が適切に負担できないことがある。

また、図１３に示すように、特許文献３に記載の接合方法は、構造物８４の基礎の底面と地盤改良体９２の上面を、接合部材で接合する構成である。即ち、接合部材であるかご筋９８（図１３（Ｂ））やスタッド付Ｈ鋼９９（図１３（Ｃ））で地盤改良体９２と基礎部を接合する。なお、杭８９の杭頭部は、構造物８４の基礎底面と杭頭接合鉄筋９６で接合されている。このとき、接合部はコンクリートで固定されてなく、半剛接合とされている。これにより、地震時の水平力の大部分を地盤改良体９２が負担する。

しかし、特許文献３に記載の接合方法は、かご筋９８若しくはスタッド付Ｈ鋼９９で地盤改良体９２と基礎部を接合しているため、かご筋９８若しくはスタッド付Ｈ鋼９９が地盤改良体９２から抜け出る恐れがある。このため、地震時の水平力を地盤改良体９２が適切に負担できないことがある。

特開平６−２９４１３７号公報 特開２００５−３０７５９４号公報 特開平１１−２００３８１号公報

本発明は、上記事実に鑑み、基礎部とソイルセメント改良体の接合部の接合強度を上げる接合構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係るソイルセメント改良体の接合構造は、地中に連続して平面視で格子状に柱体が構築され、側面に凹凸部が形成された壁状のソイルセメント改良体と、前記ソイルセメント改良体の頭部に支持され、構造物の荷重を前記ソイルセメント改良体に伝えると共に、前記ソイルセメント改良体の側面に沿って延設する前記凹凸部が埋め込まれた基礎部と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、基礎部には、ソイルセメント改良体の側面に沿って延設する凹凸部が埋め込まれている。これにより、頭部で構造物を支持し、側面の凹凸部が抵抗となり、基礎部とソイルセメント改良体の接合部の接合強度が上がる。この結果、地震時に基礎部が受ける水平力を適切に、地中に連続して平面視で格子状に柱体が構築されたソイルセメント改良体に伝達でき、構造物の水平荷重を負担する杭の断面積を小さくできる。また、ソイルセメント改良体の平面視が格子状とされている。これにより、地震時に液状化が予測される地盤をソイルセメント改良体で取り囲み、液状化が防止できる。また、格子状とされているため、いずれの方向からの水平力に対しても、ソイルセメント改良体の水平耐力を上げることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のソイルセメント改良体の接合構造において、前記基礎部は、前記ソイルセメント改良体の両側から前記凹凸部を挟み込むことを特徴としている。
請求項２に記載の発明によれば、基礎部が、ソイルセメント改良体の両側から凹凸部を挟み込む。このとき基礎部とソイルセメント改良体の材質を異ならせ、強度の弱い方の部材強度を調節することで接合部の破壊強度が調節できる。

これにより、ソイルセメント改良体が負担する地震時の水平力と、杭が負担する水平力の設定割合の調節が可能となり、杭の断面積とソイルセメント改良体の断面積の最適化が図れ、施工コストの低減、施工期間の短縮が図れる。

例えば、ソイルセメント改良体を基礎部より破壊強度の低い材質とすることで、ソイルセメント改良体が先に破壊される構成とされ、ソイルセメント改良体の接合部の寸法を調整することで破壊強度が設定できる。これにより、杭の断面積とソイルセメント改良体の断面積の最適化が図れる。
なお、ソイルセメント改良体自体の耐力は、ソイルセメント改良体の列数を増減することで調節できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のソイルセメント改良体の接合構造において、前記ソイルセメント改良体を、所定の隙間を開けて並列に配置し、前記隙間部を、前記基礎部で埋めたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、所定の隙間を開けて、ソイルセメントコラム改良体が並列に配置され、隙間部が基礎部で接合されている。これにより、ソイルセメント改良体の片面と基礎部が簡単な構成で接合される。また、接合強度を調節することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のソイルセメント改良体の接合構造において、前記ソイルセメント改良体の延設方向を、前記基礎部を支持する地盤が受けている片土圧の方向と一致させたことを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、ソイルセメント改良体の延設方向が、基礎部を支持する地盤が受けている片土圧の方向と一致する方向とされている。
これにより、片土圧を受ける地盤において、片土圧の方向のソイルセメント改良体と基礎部の接合強度を必要とする強度に調節できる。また、ソイルセメント改良体が片土圧を直接受けるのを避けて、受け流しながら構造物を支持できる。この結果、杭の断面積とソイルセメント改良の体断面積の最適化を図ることができ、施工コストが低減できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のソイルセメント改良体の接合構造において、前記凹凸部と前記基礎部の接合部のソイルセメント改良体の延設方向の長さ、及び前記凹凸部と前記基礎部の接合部の上下方向の高さの少なくとも一方を調整して、前記ソイルセメント改良体と前記基礎部の接合強度を変更することを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、ソイルセメント改良体と基礎部の接合強度が、ソイルセメント改良体の延設方向の凹凸部と基礎部の接合部の長さ、及び凹凸部と基礎部の接合部の上下方向の高さの少なくとも一方を調節することで変更できる。
これにより、ソイルセメント改良体と基礎部の接合強度の調節が容易となる。

請求項６に記載の発明であるパイルド・ラフト基礎は、請求項１〜５に記載のソイルセメント改良体の接合構造で接合された前記ソイルセメント改良体と、前記構造物を支持する支持杭と、前記構造物が載置される直接基礎と、を有することを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、パイルド・ラフト基礎が、ソイルセメント改良体の接合構造で接合されたソイルセメント改良体と、構造物を支持する支持杭と、構造物が載置される直接基礎とを有している。
これにより、パイルド・ラフト基礎における鉛直荷重の分担に関係なく、杭とソイルセメント改良体の水平力の分担割合を任意に設定できる。

本発明は、上記構成としてあるので、基礎部とソイルセメント改良体の接合部の接合強度を上げることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るソイルセメント改良体の接合構造の基本構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るソイルセメント改良体の接合構造のＡ−Ａ線断面を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るソイルセメント改良体の接合構造の基本構成、及びＡ−Ａ線断面を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るソイルセメント改良体の断面を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るソイルセメント改良体の接合構造の、他の実施例の基本構成、及びＡ−Ａ線断面を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るソイルセメント改良体の接合構造の基本構成、及びＡ−Ａ線断面を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係るソイルセメント改良体の接合構造の基本構成、及びＡ−Ａ線断面を示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係るパイルド・ラフト基礎のソイルセメント改良体の接合構造を示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係るパイルド・ラフト基礎の基本構成を示す図である。 従来例のパイルド・ラフト基礎の基本構成を示す図である。 従来例のソイルセメント改良体の接合構造の基本構成を示す図である。 従来例のソイルセメント改良体の接合構造の基本構成を示す図である。 従来例のソイルセメント改良体の接合構造の基本構成を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態に係るソイルセメント改良体の接合構造１０は、地盤３６の中に連続して構築されたソイルセメント改良体１２を有している。
ソイルセメント改良体１２は、スラリー状とされたセメント系固化材による安定剤と、現地の地盤３６の中の土とを攪拌装置で攪拌して固化させて形成され、円筒状の柱体を連続させて壁状としたものである。

また、地盤３６は、地震時には液状化の発生が予測される液状化層であり、ソイルセメント改良体１２の深さは、液状化層３６の底面までとされている。

ソイルセメント改良体１２の頭部１２Ｈの周囲には、構造物（図示せず）の基礎部１４が構築され、ソイルセメント改良体１２の頂部Ｓ１で基礎部１４の基礎梁２２を支持している。これにより、構造物の鉛直荷重がソイルセメント改良体１２に伝播される。

基礎部１４は、パイルド・ラフト基礎の直接基礎とされ、地盤３６の上に基礎スラブ２３が構築され、基礎梁２２を介して床スラブ２１が構築されている。なお、杭は図示していない。

ソイルセメント改良体１２と基礎部１４の接合部は、ソイルセメント改良体１２の頭部１２Ｈの周囲の地盤３６を、幅寸法Ｗ、深さ寸法Ｈで掘削し、掘削された頭部１２Ｈの周囲に鉄筋１６、１８を配筋して、地盤３６の上にコンクリート２７を打設している。

ソイルセメント改良体１２は、図２のＡ−Ａ線断面図に示すように、連続した柱体において隣り合う柱体と側壁の一部を共有させて一体化し、壁状に形成されている。更に、同じ構成の壁体を並列に配置させ、並列に配置された壁体において隣り合う柱体と側壁の一部を共有させて一体化している。これにより、幅方向（Ｘ軸方向）が二重構造とされている。

ソイルセメント改良体１２の両側面には、柱体の中央部の外周部である円弧状の凸部と、柱体の両端部の一体化された凹部の繰返しからなる凹凸部１２Ｓが形成されている。凹凸部１２Ｓは、基礎スラブ２３のコンクリート２７に深さＨまで埋め込まれている。

これにより、両側面の凹凸部１２Ｓがコンクリート２７で囲まれ、凹部にもコンクリート２７が充填されている。この結果、ソイルセメント改良体１２の頭部１２Ｈと基礎スラブ２３の接合強度を高くでき、地震時の水平力を、基礎スラブ２３からソイルセメント改良体１２へ伝えることができる。

即ち、地震時のＹ方向の水平力Ｆに対しては、ソイルセメント改良体１２の頂部Ｓ１における、頂部Ｓ１と基礎スラブ２３の接合面の摩擦抵抗力Ｒ１（図示せず）、及び側面においては、凹凸部１２Ｓにより滑りが生じないため、ソイルセメント改良体１２の内部の面Ｓ２に生じるせん断抵抗力Ｒ２で抵抗する。

このとき基礎部１４は鉄筋コンクリートで形成され、ソイルセメント改良体１２はソイルセメントで形成されており材質が異なる。せん断強度が小さい方のソイルセメント改良体１２のせん断抵抗力Ｒ２を調節することで、接合部の破壊強度が調節できる。

具体的には、凹凸部１２Ｓと基礎スラブ２３の接合のＸ軸方向の投影面Ｓ２の面積を調整する。即ち、ソイルセメント改良体１２のＹ軸方向の延設長さＬ（図示せず）、及び凹凸部１２Ｓと基礎スラブ２３の接合部のＺ軸方向の高さＨの少なくとも一方を調整すれば、ソイルセメント改良体１２と基礎部１４の接合強度を変更できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ソイルセメント改良体１２と基礎部１４の接合強度の調節が可能となる。これにより、ソイルセメント改良体１２に負担させる水平力を任意に設定でき、杭の負担を軽減できる。
なお、ソイルセメント改良体１２のＸ軸方向の強度は、柱列を増すことで対応可能である。

（第２の実施の形態）
図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、第２の実施の形態に係るソイルセメント改良体の接合構造３０は、地盤３６中に連続して構築されたソイルセメント改良体３２を有している。

ソイルセメント改良体３２は、円筒状の柱体が連続して一列に構築され、壁体とされている。ソイルセメント改良体３２の両側面には凹凸部が形成されており、ソイルセメント改良体３２の頭部３２Ｈは、構造物の基礎部１４に埋め込まれている。

基礎部１４は、ソイルセメント改良体３２の頭部３２Ｈの両側面を、コンクリート２７で幅寸法Ｗ、深さ寸法Ｈで挟んで接合している。このとき、ソイルセメント改良体３２の頂部Ｓ１で、基礎部１４の基礎梁２２を支持している。
他の部分は、第１の実施の形態におけるソイルセメント改良体の接合構造１０と同一であり、説明は省略する。

これにより、ソイルセメント改良体３２と基礎部１４の接合強度の調節が可能となり、ソイルセメント改良体３２に負担させる水平力を任意に設定できる。この結果、杭の負担が軽減できる。

なお、図４に示すように、ソイルセメント改良体３２は、隣接する２つの柱体を同時に形成してもよい。これにより、ソイルセメント改良体３２が合理的に構築でき、施工期間を短縮できる。

また、図５に示すように、ソイルセメント改良体３２の断面形状は、円形でなくてもよい。例えば、断面形状が四角形の四角柱３３とし、隣り合う四角柱３３の角部を共有させて一体化させて連続した壁体を形成し、壁体の側面には、四角柱３３から外へ突き出した角部の凸部と、接合部の凹部の繰返し基づく凹凸部３３Ｓを形成させてもよい。

（第３の実施の形態）
図６に示すように、第３の実施の形態のソイルセメント改良体の接合構造４０は、壁状とされた、２つのソイルセメント改良体３２を有している。

ソイルセメント改良体３２は、第２の実施の形態で説明したソイルセメント改良体３２と同じものであり、説明は省略する。２つのソイルセメント改良体３２は、所定の間隔Ｄを開けて平行に配置されている。そして、頂部Ｓ１は、コンクリート２３に埋め込まれている。所定の間隔Ｄには、基礎部１４のコンクリート２７が深さＨまで入り込み、ソイルセメント改良体３２と基礎スラブ２３を接合している。

これにより、簡単な基礎部１４の構成で、ソイルセメント改良体３２と基礎スラブ２３を接合できる。このとき、ソイルセメント改良体３２のＹ軸方向の延設長さＬ（図示せず）、及び凹凸部３２Ｓと基礎スラブ２３の接合部のＺ軸方向の高さＨの少なくとも一方を調整すれば、ソイルセメント改良体３２と基礎部１４の接合強度を変更でき、水平力を基礎部１４からソイルセメント改良体３２へ伝えることができる。

これにより、ソイルセメント改良体３２に負担させる水平力を任意に設定でき、杭の負担を軽減できる。

（第４の実施の形態）
図７に示すように、第４の実施の形態のソイルセメント改良体の接合構造４８は、壁状に形成されたソイルセメント改良体１２を有している。

ソイルセメント改良体１２は、第１の実施の形態で説明したものであり、説明は省略する。ソイルセメント改良体１２は、頭部１２Ｈを、地盤３６の表面の上に高さＨで突き出して形成されている。そして、突き出された頭部１２Ｈは、深さＨまで基礎部２３の下面に呑み込まれている。

これにより、頭部１２Ｈの周囲を掘削する必要がなくなり、ソイルセメント改良体１２と基礎部１４を容易に接合できる。このとき、ソイルセメント改良体１２のＹ軸方向の延設長さＬ（図示せず）、及び凹凸部１２Ｓと基礎スラブ２３の接合部のＺ軸方向の高さＨの少なくとも一方を調整すれば、ソイルセメント改良体１２と基礎部１４の接合強度を変更でき、水平力を基礎部１４からソイルセメント改良体３２へ伝えることができる。

これにより、ソイルセメント改良体１２に負担させる水平力を任意に設定でき、杭の負担を軽減できる。

（第５の実施の形態）
図８に示すように、第５の実施の形態に係るパイルド・ラフト基礎３４は、外周部を除き、第１の実施の形態で説明したソイルセメント改良体１２がＹ軸方向に構築され、基礎部１４と接合されている。

また、外周部及びＸ軸方向には、第２の実施の形態で説明したソイルセメント改良体３２が構築され、基礎部１４と接合されている。そして、ソイルセメント改良体１２とソイルセメント改良体３２で、平面視が格子状とされている。

また、ソイルセメント改良体１２、３２で形成された格子の中には、パイルド・ラフト基礎３４の沈下を抑制する、径が小さくされた杭２８が設けられている。

図９の立面図に示すように、パイルド・ラフト基礎３４は、建物４６が載置される直接基礎である基礎部１４と、格子状とされ液状化層３６の底面まで到達するソイルセメント改良体１２、３２と、液状化層３６を貫通して設けられた杭２８を有している。

このとき、ソイルセメント改良体１２、３２と基礎部１４の接合強度を調節することで、ソイルセメント改良体１２、３２が杭２８に加わる水平力の一部を負担し、径が小さくされた杭２８が、残りの水平力を負担する。

即ち、地震時には、ソイルセメント改良体１２、３２が、設定された割合の水平力を負担すると同時に、格子状に囲まれた液状化層３６の液状化を防止する。この結果、杭２８の外周面と地盤３６との間の摩擦力は、地震前の状態が維持され、径が小さくされた杭２８であっても、建物４６の沈下を引き続き抑制できる。

このように、ソイルセメント改良体１２が負担する地震時の水平力と、杭２８が負担する水平力の設定割合の調節を可能とすることで、杭２８の断面積とソイルセメント改良体１２の断面積の最適化が図れ、パイルド・ラフト基礎３４の施工コストの低減、施工期間の短縮が図れる。

これに対し、図１０に示すように、従来のパイルド・ラフト基礎５０は、ソイルセメント改良体５２を一列で壁状に形成し、格子状に配置して液状化対策に利用している。また、同時に、ソイルセメント改良体５２に鉛直荷重及び水平力を支持させ、杭５６を沈下抑制に使用している。

若しくは、格子状に形成されたソイルセメント改良体５２を液状化対策に利用し、更に、ソイルセメント改良体５２に、杭５６との剛性比分の鉛直荷重、及び摩擦抵抗分の水平力を負担させ、杭５６に、ソイルセメント改良体５２との剛性比分の鉛直荷重、及びソイルセメント改良体５２が支持できない分の水平力を負担させている。

しかし、既述したように、従来のパイルド・ラフト基礎５０は、ソイルセメント改良体５２と基礎部５４の接合強度を調整できないため、接合面の摩擦抵抗力はパイルド・ラフト基礎５０の鉛直荷重分担率によって一義的に決まってしまう。

具体的には、片土圧を含めた水平力が非常に大きい場合、全水平力のおよそ５０％しかソイルセメント改良体５２で負担できず、杭５６は大きな径となってしまう。

更に、基礎部５４との接合強度を調整できないことから、ソイルセメント改良体５２の有する高い面内剛性及びせん断強度を、液状化対策以外に十分には活用できないという問題もある。

一方、本実施の形態では、図８に示すように、矢印Ｐの方向に大きな片土圧が加えられる条件においては、２重に形成されたソイルセメント改良体１２を片土圧と平行な方向に配置することで、ソイルセメント改良体１２と基礎部１４の接合強度を強くし、基礎部１４が受ける水平力を適切にソイルセメント改良体１２に伝達できる。この結果、杭２８の断面積とソイルセメント改良体１２の断面積の最適化が図れ、従来の杭５６より杭２８の断面積を小さくできる。

なお、以上の説明は、すべて杭２８を用いる条件で行ったが、地盤３６の性状によっては、杭２８を設けず、ソイルセメント改良体１２と基礎部１４のみで水平力を負担させてもよい。

１０ ソイルセメント改良体の接合構造
１２ ソイルセメント改良体
１２Ｓ 凹凸部
１４ 基礎部
３４ パイルド・ラフト基礎

Claims (6)

1. 地中に連続して平面視で格子状に柱体が構築され、側面に凹凸部が形成された壁状のソイルセメント改良体と、
   前記ソイルセメント改良体の頭部に支持され、構造物の荷重を前記ソイルセメント改良体に伝えると共に、前記ソイルセメント改良体の側面に沿って延設する前記凹凸部が埋め込まれた基礎部と、
   を有するソイルセメント改良体の接合構造。
2. 前記基礎部は、前記ソイルセメント改良体の両側から前記凹凸部を挟み込む請求項１に記載のソイルセメント改良体の接合構造。
3. 前記ソイルセメント改良体を、所定の隙間を開けて並列に配置し、前記隙間部を、前記基礎部で埋めた請求項１に記載のソイルセメント改良体の接合構造。
4. 前記ソイルセメント改良体の延設方向を、前記基礎部を支持する地盤が受けている片土圧の方向と一致させた請求項１〜３のいずれか１項に記載のソイルセメント改良体の接合構造。
5. 前記凹凸部と前記基礎部の接合部のソイルセメント改良体の延設方向の長さ、及び前記凹凸部と前記基礎部の接合部の上下方向の高さの少なくとも一方を調整して、前記ソイルセメント改良体と前記基礎部の接合強度を変更する請求項１〜４のいずれか１項に記載のソイルセメント改良体の接合構造。
6. 請求項１〜５に記載のソイルセメント改良体の接合構造で接合された前記ソイルセメント改良体と、前記構造物を支持する支持杭と、前記構造物が載置される直接基礎と、を有するパイルド・ラフト基礎。

Images