JP6436256B1

JP6436256B1 - 建築物の基礎構造、及びその施工方法

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Publication number: JP6436256B1
Application number: JP2018034971A
Authority: JP
Inventors: 謹治竹内
Original assignee: TAKEUCHI CONSTRUCTION CO., LTD.
Current assignee: TAKEUCHI CONSTRUCTION CO., LTD.
Priority date: 2017-07-04
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: WO2019008866A1; US20200141082A1; JP2019015164A; US10954647B2

Abstract

【課題】表層地盤を改良した地盤改良体及び前記地盤改良体上に打設した基礎コンクリートを含む建築物の基礎構造において、下部地盤へ伝達される応力を低減すること、及び基礎コンクリートの打設量を削減して施工コストを低減すること。【解決手段】建築物の柱４の下方に位置する基礎コンクリート３の底面ＢＳ１を、基礎コンクート３の平面形状よりも小さい四角以上の多角形とし、基礎コンクリート３の底面ＢＳ１以外の下面を、底面ＢＳ１と前記平面形状とを繋ぐ傾斜面Ｓ１とする。基礎から下部地盤へ応力が伝搬する範囲が広くなるので下部地盤へ伝達される応力を低減できるとともに、基礎コンクリートの打設量を削減できるので施工コストを低減できる。【選択図】図２

Description

本発明は、表層地盤を改良した地盤改良体及び前記地盤改良体上に打設した基礎コンクリートを含む建築物の基礎構造、及びその施工方法に関する。

表層地盤を改良した地盤改良体及び前記地盤改良体上に打設した基礎コンクリートを含む建築物の基礎構造がある（例えば、特許文献１及び２参照）。
このような建築物の基礎構造によれば、簡単な構造で施工コストが抑えられること、不同沈下を抑制できるとともに基礎全体の支持力を向上できること、及び地盤の囲い込み効果により地震時における土砂の液状化阻止に有効であること等の特徴を有する。
このような建築物の基礎構造において、建築物の柱の下方に位置する基礎コンクリートの下面の形状は正方形であり、前記基礎コンクリートの形状は直方体状（正四角柱状）であるのが一般的である（例えば、特許文献１の図５の係合凸部７ａ、及び特許文献２の図１参照）。

特許第３６０８５６８号公報特許第５４９４８８０号公報

本願の発明者は、前記特徴を有する前記建築物の基礎構造について、さらなる改良をするために鋭意検討を行い、建築物の柱の下方に位置する基礎コンクリートの下面の形状を見直すという着想を得た。そして、前記形状について様々な検討を行った。
その結果、下部地盤へ伝達される応力を低減することと、基礎コンクリートの打設量を削減して施工コストを低減することを両立できる前記形状を明らかにし、さらにパラメータスタディを行うことにより本発明を完成するに至った。

本発明が解決しようとする課題は、表層地盤を改良した地盤改良体及び前記地盤改良体上に打設した基礎コンクリートを含む建築物の基礎構造において、下部地盤へ伝達される応力を低減すること、及び基礎コンクリートの打設量を削減して施工コストを低減することである。

本発明に係る建築物の基礎構造は、前記課題解決のために、表層地盤を改良した地盤改良体及び前記地盤改良体上に打設した基礎コンクリートを含む建築物の基礎構造であって、
建築物の柱の下方に位置する前記基礎コンクリートの底面を、前記基礎コンクリートの平面形状よりも小さい四角以上の多角形とし、
前記基礎コンクリートの前記底面以外の下面を、前記底面と前記平面形状とを繋ぐ傾斜面としてなり、
前記傾斜面の水平面からの傾斜角度は、２０°以上４０°以下であり、
前記基礎コンクリートの上部は、前記平面形状である四角以上の多角柱状であることを特徴とする。

このような建築物の基礎構造によれば、建築物の柱の下方に位置する基礎コンクリートの底面を、基礎コンクリートの平面形状よりも小さい四角以上の多角形とし、基礎コンクリートの底面以外の下面を、基礎コンクリートの底面と基礎コンクリートの平面形状とを繋ぐ傾斜面とすることにより、基礎から下部地盤へ応力が伝搬する範囲が広くなるので、下部地盤へ伝達される応力を低減できる。
その上、建築物の柱の下方に位置する基礎コンクリートが前記形状であることから、従来の前記基礎コンクリートの形状と比較して体積が小さくなる。よって、基礎コンクリートの打設量を削減できるので施工コストを低減できる。
特に、前記傾斜面の水平面からの傾斜角度を、２０°以上４０°以下にしているので、下部地盤へ伝達される応力の低減率、及び基礎コンクリートの打設量の削減率が大きくなる。

本発明に係る建築物の基礎構造の施工方法は、前記課題解決のために、表層地盤を改良した地盤改良体及び前記地盤改良体上に打設した基礎コンクリートを含む建築物の基礎構造の施工方法であって、
地盤改良工程と、
基礎掘削工程と、
基礎打設工程と、
を含み、
前記地盤改良工程は、
表層地盤を掘り下げた土を埋め戻し、固化材を添加混合しながら混合攪拌した後に締め固めて前記地盤改良体を構築する工程であり、
前記基礎掘削工程は、
建築物の柱の地上側部分の下方に位置する前記地盤改良体の上部を四角以上の多角柱状に掘削して上部掘削部を形成する工程、及び、
前記上部掘削部の下方を、前記上部掘削部の平面形状よりも小さい四角以上の多角形を底面とし、前記底面と前記上部掘削部の下端部とを繋ぐ傾斜面を形成するように掘削して下部掘削部を形成する工程であり、
前記傾斜面の水平面からの傾斜角度は、２０°以上４０°以下であり、
前記基礎打設工程は、
前記下部掘削部内に捨てコンクリートを打設し、前記上部掘削部及び前記下部掘削部内に基礎配筋を行って前記基礎コンクリートを打設する工程であることを特徴とする。

このような建築物の基礎構造の施工方法によれば、地盤改良工程で形成した地盤改良体に対し、基礎掘削工程で、四角以上の多角柱状の上部掘削部、及びその下方の、上部掘削部の平面形状よりも小さい四角以上の多角形を底面とし、前記底面と前記上部掘削部の下端部とを繋ぐ傾斜面を形成するように掘削してなる下部掘削部を形成する。それにより、基礎打設工程で打設した基礎コンクリートの下面の形状は、例えば前記多角柱が正四角柱、すなわち前記平面形状が正方形で、底面形状が正方形である場合、逆四角錐台状になる。
よって、このような施工方法で施工された建築物の基礎構造は、基礎コンクリートから下部地盤へ応力が伝搬する範囲が広くなるので、下部地盤へ伝達される応力を低減できる。
その上、建築物の柱の下方に位置する基礎コンクリートが前記形状であることから、従来の前記基礎コンクリートの形状と比較して体積が小さくなる。よって、基礎コンクリートの打設量を削減できるので施工コストを低減できる。
特に、前記基礎掘削工程で下部掘削部を形成する際に、前記傾斜面の水平面からの傾斜角度を、２０°以上４０°以下にしているので、下部地盤へ伝達される応力の低減率、及び基礎コンクリートの打設量の削減率が大きくなる。

以上のように、本発明に係る建築物の基礎構造、及びその施工方法によれば、下部地盤へ伝達される応力を低減できるとともに、基礎コンクリートの打設量を削減して施工コストを低減できる。

本発明の実施の形態１に係る建築物の基礎構造を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｘ−Ｘ断面図である。図１（ｂ）の要部拡大図である。地盤改良工程で形成した地盤改良体に基礎掘削工程で上部掘削部及び下部掘削部を形成した状態を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。地盤ＦＥＭ解析用モデルを示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図４における傾斜角度α＝０°（比較例）の形状を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。傾斜角度αによる改良体下（Ｄ点）の接地圧の変化を示すグラフである。傾斜角度αによるコンクリート量の変化を示すグラフである。（ａ）は本発明の実施の形態２に係る建築物の基礎構造における基礎コンクリートを下方から見た斜視図であり、（ｂ）は図４（ａ）及び（ｂ）と同様の地盤ＦＥＭ解析用モデルの平面図である。（ａ）は本発明の実施の形態３に係る建築物の基礎構造における基礎コンクリートを下方から見た斜視図であり、（ｂ）は図４（ａ）及び（ｂ）と同様の地盤ＦＥＭ解析用モデルの平面図である。（ａ）は本発明の実施の形態４に係る建築物の基礎構造における基礎コンクリートを下方から見た斜視図であり、（ｂ）は図４（ａ）及び（ｂ）と同様の地盤ＦＥＭ解析用モデルの平面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係る建築物の基礎構造１は、表層地盤Ｇを改良した地盤改良体２及び地盤改良体２上に打設した基礎コンクリート３を含む。
そして、建築物の柱４の下方に位置する基礎コンクリート３の底面ＢＳ１を、基礎コンクリート３の平面形状よりも小さい四角以上の多角形とし、基礎コンクリート３の底面ＢＳ１以外の下面を、底面ＢＳ１と基礎コンクリート３の平面形状とを繋ぐ傾斜面としている。

［実施の形態１］
図１（ａ）の平面図、及び図１（ａ）の矢視Ｘ−Ｘ断面図である図１（ｂ）、並びに図２の要部拡大断面図は、本発明の実施の形態１に係る建築物の基礎構造１を示している。
建築物の基礎構造１は、表層地盤Ｇを改良した地盤改良体２及び地盤改良体２上に打設した基礎コンクリート３を含む。
基礎コンクリート３の平面形状は正方形であり、基礎コンクリート３の底面ＢＳ１は、基礎コンクリート３の平面形状よりも小さい正方形である。
基礎コンクリート３の底面ＢＳ１以外の下面は、底面ＢＳ１と基礎コンクリート３の平面形状とを繋ぐ、図２に示す傾斜面Ｓ１，Ｓ１，…であり、本実施の形態では、基礎コンクリート３の下面の形状は、逆四角錐台状である。
本実施形態の建築物の基礎構造１は、独立基礎であるが、布基礎又はベタ基礎であってもよい。

次に、建築物の基礎１の施工工程の一例を説明する。

＜地盤改良工程＞
（掘下げ工程）
図１（ｂ）及び図２に示す地表面ＧＬから下側の表層地盤Ｇを、例えばバックホウによる鋤取り等により所要形状に掘り下げる。

（一次改良工程）
次に、地盤改良体２の下部の形状である「口」字状に、アタッチメントとしてミキシングフォークを装着したバックホウ等により掘削し、セメント系固化材等の固化材を添加混合しながら混合攪拌し、重機及びローラー等により締め固めて地盤改良体２の下部を形成する一次改良工程を行う。

（二次改良工程）
次に、前記掘下げ工程により掘り下げた土を、バックホウ等により地盤改良体２の下部の上側に埋め戻し、アタッチメントとしてミキシングフォークを装着したバックホウ等により、表層地盤Ｇを地表面ＧＬから地盤改良体２上部の形状に掘削し、固化材を添加混合しながら混合攪拌し、重機及びローラー等により締め固めて地盤改良体２の上部を形成する二次改良工程を行う

＜基礎掘削工程＞
（上部掘削部形成工程）
次に、前記地盤改良工程で構築した地盤改良体２に対し、図３（ａ）の平面図、及び図３（ｂ）の断面図に示すように、図１（ａ）及び図１（ｂ）、並びに図２の鉄骨柱４の地上側部分の下方に位置する地盤改良体２の上部を、図３（ａ）の横幅Ｂ１、縦幅Ｗ１の範囲で、バックホウ等により所定深さまで直方体状に掘削して上部掘削部２Ａを形成する。

（下部掘削部形成工程）
次に、上部掘削部２Ａの下方を、底面ＢＳ２が正方形になるように逆四角錐台状に掘削して下部掘削部２Ｂを形成する。
下部掘削部２Ｂは、例えば、図３（ａ）の横幅Ｂ２、縦幅Ｗ２の範囲で、バックホウ等により所定深さまで直方体状に掘削した後、図３（ｂ）に示す逆四角錐台状の傾斜面Ｓ２を形成するように掘削する。

＜基礎打設工程＞
次に、下部掘削部２Ｂ内に、図２に示す捨てコンクリート６を打設する。
次に、鉄骨柱４固定用の柱脚アンカーボルトを捨てコンクリート６に固定し、上部掘削部２Ａ及び下部掘削部２Ｂ内に基礎配筋を行って基礎コンクリート３を打設する。
基礎コンクリート３の上部３Ａ（図２の高さＨ１の範囲）は直方体状になり、基礎コンクリート３の下部３Ｂ（図２の高さＨ２の範囲）は逆四角錐台状になる。

次に、鉄骨柱４を設置し、土間コンクリート５を打設する。
以上の工程により、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す建築物の基礎（下部構造）１の施工が完了する。

＜数値解析による効果確認＞
次に、効果確認のために行った数値解析について説明する。

（解析方法）
図４（ａ）の平面図、及び図４（ｂ）の断面図に示す解析用モデルについて、地盤ＦＥＭ（Finite Element Method）解析ソフトウェアを用いて数値解析を行う。
改良厚Ｌ＝2.5m、基礎の高さＨ＝0.8m、基礎の横幅Ｂ１＝基礎の縦幅Ｗ１＝3.0mとする。
基礎３に作用する荷重は、900kNとし、横方向の範囲ａ及び縦方向の範囲ｂ（ａ＝ｂ＝0.6m）の面積に、2,500kN/m²の分布荷重ｗを作用させる。
評価項目は、図４（ｂ）に示す、基礎コンクリート３下のＡないしＣ点の主応力（kN/m²）、及び地盤改良体２下のＤ点の接地圧（kN/m²）、並びに基礎コンクリート３の体積であるコンクリート量（m³）とする。

（実施例及び比較例）
傾斜面Ｓ１，Ｓ２（逆円錐台状の側面）の水平面からの傾斜角度αを、α＝０°，10°，20°，30°，40°，45°に変化させて解析を行い、α＝０°を比較例とし、α＝10°，20°，30°，40°，45°を、それぞれ実施例１ないし５とする。
比較例であるα＝０°の場合の解析用モデルは、図５（ａ）の平面図、及び図５（ｂ）の断面図の形状になる。

（パラメータ）
α＝10°，20°，30°，40°，45°に対して、基礎底面の横幅Ｂ２、基礎底面の縦幅Ｗ２、直方体状部分の高さＨ１、及び逆四角錐台状部分の高さＨ２を、表１のように設定する。

（解析結果）
前記評価項目についての解析結果を表１に示す。
また、傾斜面Ｓ１，Ｓ２（逆円錐台状の側面）の水平面からの傾斜角度αによる地盤改良体２下のＤ点の接地圧（「改良体下の接地圧」）の変化を図６に、傾斜角度による基礎コンクリート３の体積（「コンクリート量」）の変化を図７に示す。

図６のグラフから、傾斜角度αがない（α＝０°）比較例よりも傾斜角度αがある実施例１ないし５の方が、改良体下の接地圧が小さいことが分かる。
その理由は、実施例では建築物の柱４の下方に位置する基礎コンクリート３の下面の形状が逆四角錐台状であることから、基礎コンクリート３から下部地盤へ応力が伝搬する範囲が広くなるので、下部地盤へ伝達される応力を低減できるためであると考えられる。
そして、傾斜角度αを大きくするにしたがって改良体下の接地圧が小さくなり、２０°≦α≦４０°でより小さく、α＝３０°付近で最小になることが分かる。
例えば、実施例３（α＝３０°）の改良体下の接地圧は、比較例（α＝０°）の改良体下の接地圧よりも約８％小さい。

また、図７のグラフから、傾斜角度αがない（α＝０°）比較例よりも傾斜角度αがある実施例１ないし５の方が、コンクリート量が少なくなることが分かる。
その理由は、実施例では建築物の柱４の下方に位置する基礎コンクリート３の下面の形状が逆四角錐台状であることから、比較例（図５（ｂ））よりも実施例（図４（ｂ））の方が、基礎コンクリートの体積が小さいためである。
そして、傾斜角度αを大きくするにしたがってコンクリート量が少なくなり、２０°≦α≦４０°でより少なく、α＝３０°付近で最少になることが分かる。
例えば、実施例３（α＝３０°）のコンクリート量は、比較例（α＝０°）のコンクリート量よりも約４２％小さい。

以上の解析結果から、傾斜面Ｓ１，Ｓ２（逆円錐台状の側面）の水平面からの傾斜角度αは、２０°以上４０°以下にするのが、下部地盤へ伝達される応力の低減率及び基礎コンクリートの打設量の削減率が大きくなるのでより好ましく、特に傾斜角度αを約３０°にすることにより、下部地盤へ伝達される応力の低減率及び基礎コンクリートの打設量の削減率が最大になるのでより一層好ましいことが分かる。

以下において、基礎コンクリート３の平面形状、及び基礎コンクリート３の底面ＢＳ１の形状の変形例について、それらの形状、及び地盤ＦＥＭ解析結果を説明する。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る建築物の基礎構造における基礎コンクリート３を、図８（ａ）の斜視図、及び図８（ｂ）の地盤ＦＥＭ解析用モデルの平面図に示す。
基礎コンクリート３の平面形状及び底面ＢＳ１の形状は正八角形である。
基礎コンクリート３の上部３Ａは正八角柱であり、基礎コンクリート３の下部３Ｂである基礎コンクリート３の下面の形状は、逆八角錐台状である。

［実施の形態３］
本発明の実施の形態３に係る建築物の基礎構造における基礎コンクリート３を、図９（ａ）の斜視図、及び図９（ｂ）の地盤ＦＥＭ解析用モデルの平面図に示す。
基礎コンクリート３の平面形状は正八角形であり、底面ＢＳ１の形状は正方形である。
基礎コンクリート３の上部３Ａは正八角柱であり、基礎コンクリート３の正方形である底面ＢＳ１以外の下面を、基礎コンクリート３の上部３Ａの下端（正八角形である平面形状）と正方形である底面ＢＳ１とを繋ぐ傾斜面としている。

［実施の形態４］
本発明の実施の形態４に係る建築物の基礎構造における基礎コンクリート３を、図１０（ａ）の斜視図、及び図１０（ｂ）の地盤ＦＥＭ解析用モデルの平面図に示す。
基礎コンクリート３の平面形状は正十六角形であり、底面ＢＳ１の形状は正方形である。
基礎コンクリート３の上部３Ａは正十六角柱であり、基礎コンクリート３の正方形である底面ＢＳ１以外の下面を、基礎コンクリート３の上部３Ａの下端（正十六角形である平面形状）と正方形である底面ＢＳ１とを繋ぐ傾斜面としている。

＜地盤ＦＥＭ解析結果＞
実施の形態２ないし４において、実施の形態１の図４（ａ）の平面図、及び図４（ｂ）の断面図に示す解析用モデルと同様の解析用モデルについて、地盤ＦＥＭ解析ソフトウェアを用いて数値解析を行った。
実施の形態２ないし４を実施例６ないし８とし、傾斜面Ｓ１，Ｓ２の水平面からの傾斜角度αを、α＝３０°とした場合について、比較例及び実施例３とともに、表２に示す。
評価項目は、表１と同様に、図４（ｂ）に示す、基礎コンクリート３下のＡないしＣ点の主応力（kN/m²）、及び地盤改良体２下のＤ点の接地圧（kN/m²）、並びに基礎コンクリート３の体積であるコンクリート量（m³）とした。

表２より、実施の形態２ないし４（実施例６ないし８）の改良体下の接地圧は、比較例（α＝０°）の改良体下の接地圧よりも約６〜７％小さいことが分かる。
また、実施の形態２ないし４（実施例６ないし８）のコンクリート量は、比較例（α＝０°）のコンクリート量よりも約３６〜３９％小さいことが分かる。

以上のとおり、建築物の柱４の下方に位置する基礎コンクリート３の底面ＢＳ１を、基礎コンクリート３の平面形状よりも小さい四角以上の多角形とし、基礎コンクリート３の底面ＢＳ１以外の下面を、基礎コンクリート３の底面ＢＳ１と基礎コンクリート３の平面形状とを繋ぐ傾斜面とすることにより、基礎から下部地盤へ応力が伝搬する範囲が広くなるので、下部地盤へ伝達される応力を低減できる。
その上、建築物の柱４の下方に位置する基礎コンクリート３を前記形状にすることにより、図５のような従来の基礎コンクリート３の形状と比較して体積が小さくなることから、基礎コンクリートの打設量を削減できるので施工コストを低減できる。

以上の実施の形態の記載はすべてすべて例示であり、これに制限されるものではない。本発明の範囲から逸脱することなく種々の改良及び変更を施すことができる。

１建築物の基礎構造
２地盤改良体
２Ａ上部掘削部
２Ｂ下部掘削部
３基礎コンクリート
３Ａ上部
３Ｂ下部
４鉄骨柱
５土間コンクリート
６捨てコンクリート
Ｂ１基礎の横幅
Ｂ２基礎底面の横幅
ＢＳ１，ＢＳ２底面
Ｇ表層地盤
ＧＬ地表面
Ｈ基礎の高さ
Ｈ１直方体状部分の高さ
Ｈ２逆四角錐台状部分の高さ
Ｌ改良厚
Ｓ１，Ｓ２傾斜面
Ｗ１基礎の縦幅
Ｗ２基礎底面の縦幅
ａ等分布荷重が作用する横方向の範囲
ｂ等分布荷重が作用する縦方向の範囲
α 傾斜面の水平面からの傾斜角度
ｗ等分布荷重

Claims

表層地盤を改良した地盤改良体及び前記地盤改良体上に打設した基礎コンクリートを含む建築物の基礎構造であって、
建築物の柱の下方に位置する前記基礎コンクリートの底面を、前記基礎コンクリートの平面形状よりも小さい四角以上の多角形とし、
前記基礎コンクリートの前記底面以外の下面を、前記底面と前記平面形状とを繋ぐ傾斜面としてなり、
前記傾斜面の水平面からの傾斜角度は、２０°以上４０°以下であり、
前記基礎コンクリートの上部は、前記平面形状である四角以上の多角柱状であることを特徴とする、
建築物の基礎構造。
表層地盤を改良した地盤改良体及び前記地盤改良体上に打設した基礎コンクリートを含む建築物の基礎構造の施工方法であって、
地盤改良工程と、
基礎掘削工程と、
基礎打設工程と、
を含み、
前記地盤改良工程は、
表層地盤を掘り下げた土を埋め戻し、固化材を添加混合しながら混合攪拌した後に締め固めて前記地盤改良体を構築する工程であり、
前記基礎掘削工程は、
建築物の柱の地上側部分の下方に位置する前記地盤改良体の上部を四角以上の多角柱状に掘削して上部掘削部を形成する工程、及び、
前記上部掘削部の下方を、前記上部掘削部の平面形状よりも小さい四角以上の多角形を底面とし、前記底面と前記上部掘削部の下端部とを繋ぐ傾斜面を形成するように掘削して下部掘削部を形成する工程であり、
前記傾斜面の水平面からの傾斜角度は、２０°以上４０°以下であり、
前記基礎打設工程は、
前記下部掘削部内に捨てコンクリートを打設し、前記上部掘削部及び前記下部掘削部内に基礎配筋を行って前記基礎コンクリートを打設する工程であることを特徴とする、
建築物の基礎構造の施工方法。