JP7100434B2 - 構造物の基礎構造、および、構造物の基礎工法 - Google Patents

Description

本発明は、軟弱地盤上に構築（建設）される構造物の基礎構造、および、構造物の基礎工法に関する。

軟弱地盤上に構築される構造物の基礎構造として以下の特許文献１、特許文献２がある。特許文献１の構造物の基礎構造は、軟弱層に打設されている複数の支持杭と、構造物の底面と複数の支持杭の杭頭部との間に介装されている土のうなどの材料と、を備えるものである。特許文献２の構造物の基礎構造は、緩い飽和砂質層に埋設された複数の杭と、構造物の基礎と杭との間に充填してある固形物としての土のうと、を備えるものである。

特開２００５－３０７５９４号公報 特開２０１６－２３４５１号公報

軟弱地盤上に構造物を構築する場合において、その構造物の基礎構造を安価に構築することが重要である。

本発明が解決しようとする課題は、軟弱地盤上に構造物を構築する場合において、その構造物の基礎構造を安価に構築することができる構造物の基礎構造、および、構造物の基礎工法を提供することにある。

本発明の構造物の基礎構造は、軟弱地盤に構築される構造物の基礎構造であって、軟弱地盤中の打設されている複数本の小径杭と、複数本の小径杭の頭上に配設されている介在物と、介在物の上に構築されている構造物の下部構造物の基礎と、を備え、介在物は、土砂などの粒状物質を高強度の合成樹脂製の袋に収納した袋型杭頭敷設材を高強度のジオテキスタイルで囲って袋型杭頭敷設体として一体化し、一体化した袋型杭頭敷設体を所定の幅および所定の奥行に隙間なく敷設し、かつ、所定の高さに積層してなる、ことを特徴とする。

本発明の構造物の基礎構造は、小径杭が、直径が１００ｍｍ～３００ｍｍの杭である、ことが好ましい。

本発明の構造物の基礎構造は、基礎が、直接基礎である、ことが好ましい。

本発明の構造物の基礎構造は、小径杭が、直径が１００ｍｍの杭であり、構造物の下部構造物の基礎が、直接基礎であり、直接基礎の底面の面積に対する複数本の小径杭の総頭面積もしくは総断面積の割合が、６．１％以上である、ことが好ましい。

本発明の構造物の基礎構造は、小径杭が、直径が３００ｍｍの杭であり、構造物の下部構造物の基礎が、直接基礎であり、直接基礎の底面の面積に対する複数本の小径杭の総頭面積もしくは総断面積の割合が、２８．４％以上である、ことが好ましい。

本発明の構造物の基礎構造は、袋型杭頭敷設材の積層の高さが、１００ｍｍ～１０００ｍｍであることが好ましい。

本発明の構造物の基礎工法は、軟弱地盤に構築される構造物の基礎工法であって、軟弱地盤中に複数本の小径杭を打設する工程と、複数本の前記小径杭の頭上に介在物を配設する工程と、介在物の上に構造物の下部構造物の基礎を構築する工程と、を備え、介在物は、土砂などの粒状物質を高強度の合成樹脂製の袋に収納した袋型杭頭敷設材を高強度のジオテキスタイルで囲って袋型杭頭敷設体として一体化し、一体化した袋型杭頭敷設体を所定の幅および所定の奥行に隙間なく敷設し、かつ、所定の高さに積層してなるものである、ことを特徴とする。

本発明の構造物の基礎工法は、小径杭が、直径が１００ｍｍ～３００ｍｍの杭である、ことが好ましい。

本発明の構造物の基礎工法は、基礎が、直接基礎である、ことが好ましい。

本発明の構造物の基礎工法は、小径杭が、直径が１００ｍｍの杭であり、構造物の下部構造物の基礎が、直接基礎であり、直接基礎の底面の面積に対する複数本の小径杭の総頭面積もしくは総断面積の割合が、６．１％以上である、ことが好ましい。

本発明の構造物の基礎工法は、小径杭が、直径が３００ｍｍの杭であり、構造物の下部構造物の基礎が、直接基礎であり、直接基礎の底面の面積に対する複数本の小径杭の総頭面積もしくは総断面積の割合が、２８．４％以上である、ことが好ましい。

本発明の構造物の基礎工法は、袋型杭頭敷設材の積層の高さが、１００ｍｍ～１０００ｍｍである、ことが好ましい。

本発明は、軟弱地盤上に構造物を構築する場合において、その構造物の基礎構造を安価に構築することができる構造物の基礎構造、および、構造物の基礎工法を提供することができる。

図１は、本発明に係る構造物の基礎構造の実施形態を示す鉛直断面概略図である。 図２は、土のう体を示す正面概略図である。 図３は、土のう体を示す平面概略図（図２におけるＩＩＩ矢視概略図）である。 図４は、土のうを示す概略図である。（Ａ）は、平面概略図である。（Ｂ）は、鉛直断面概略図（（Ａ）におけるＢ－Ｂ線断面概略図）である。 図５は、小径杭の必要本数（直接基礎の底面の面積に対する複数本の小径杭の総頭面積もしくは総断面積の割合）に関する検討を実施した時の解析モデルを示す全体斜視説明図である。 図６は、図５の解析モデルを示す一部鉛直断面説明図である。 図７は、図５、図６の解析モデルにおいて検討を実施した小径杭の配置状態を示す説明図（図５、図６における白抜き矢印方向から見た説明図）である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、直径が１００ｍｍである小径杭の配置状態を示す説明図である。（Ｅ）、（Ｆ）は、直径が３００ｍｍである小径杭の配置状態を示す説明図である。 図８は、図５、図６の解析モデルにおいて、図７の小径杭の配置状態について検討を実施した結果（鉛直荷重と鉛直変位（沈下量）との相対関係）を示す説明図（グラフ）である。 図９は、介在物の土のう群の高さ（厚さ）について検討を実施した時の１／１０スケールの振動台模型実験の試験体を示す説明図である。（Ａ）は、土のう群の高さが、０ｍｍの場合と、６０ｍｍ（実寸０．６ｍ）の場合と、を示す。（Ｂ）は、土のう群の高さが、６０ｍｍ（実寸０．６ｍ）の場合と、１００ｍｍ（実寸１ｍ）の場合と、を示す。 図１０は、図９の振動台模型実験の試験体において、検討を実施した結果（最大入力加速度と橋脚天端位置における最大応答加速度との相対関係）を示す説明図（グラフ）である。

以下、本発明に係る構造物の基礎構造、および、構造物の基礎工法の実施形態（実施例）の１例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態に係る構造物の基礎構造の構成の説明）
以下、この実施形態に係る構造物の基礎構造の構成について説明する。この実施形態に係る構造物の基礎構造は、図１に示すように、軟弱地盤１上に構造物２を構築する時に施工される。この実施形態に係る構造物の基礎構造は、複数本の小径杭３と、介在物４と、構造物２の下部構造物である基礎２０と、を備える。

軟弱地盤１は、図１に示すように、良質な支持層１０上に軟弱層１１が積層されている。このため、軟弱地盤１は、地表面ＧＬ側の表層地盤が軟弱な軟弱層１１からなる。軟弱層１１の層厚は、例えば、１０ｍ～１５ｍである。ここで、支持層１０のＮ値は、例えば、約３０以上である。一方、軟弱層１１のＮ値は、例えば、約５以下である。Ｎ値は、地盤の硬さを示す１つの指標である。なお、支持層１０のＮ値は、約３０以上でなくても良く、軟弱層１１のＮ値は、約５以下でなくても良い。

構造物２は、この例では、鉄道や車道に適用される橋梁である。橋梁の構造物２は、図１に示すように、下部構造物の基礎２０と、中間部構造物の橋脚２１と、上部構造物の橋桁２２と、を有する。基礎２０は、この例では、直接基礎である。構造物２の基礎２０および橋脚２１の下部（下端部）は、軟弱地盤１の軟弱層１１中に埋設されている。

小径杭３は、この例では、直径が約１００ｍｍ（約０．１ｍ）～約３００ｍｍ（約０．３ｍ）の杭である。小径杭３は、例えば、鋼管杭、木杭、モルタル杭などの杭である。小径杭３の構造、形状、材料などは、特に限定しない。小径杭３は、軟弱地盤１の軟弱層１１中に複数本必要本数打設埋設されている。小径杭３の先端（下端）は、この例では、支持層１０に達していない。なお、軟弱層１１の状況に応じて、小径杭３の先端（下端）を支持層１０に打ち込んでも良い。

介在物４は、図１に示すように、複数本の小径杭３の頭上に直接配設されている。これにより、介在物４の下面は、複数本の小径杭３の杭頭面（上端面）に直接載置されている。介在物４の上には、構造物２の下部構造物の基礎２０が直接構築されている。これにより、介在物４の上面には、基礎２０の底面が、直接載置されている。介在物４は、軟弱地盤１の軟弱層１１中に埋設されている。介在物４は、構造物２の荷重を複数本の小径杭３に均等もしくはほぼ均等に伝達するものである。

介在物４は、この例では、安価な材料からなる土のう群である。介在物４の土のう群は、図１に示すように、土のう体４０を、所定の幅および所定の奥行に敷設し、かつ、所定の高さに積層してなる。土のう体４０は、この例では、３層に積層されている。なお、土のう体４０は、１層、２層、４層以上積層されていても良い。また、土のう体４０は、この例では、上下が左右に互い違いに積層されている。なお、土のう体４０は、上下が左右に互い違いにならずにそのまま積層されていても良い。

土のう体４０は、図２、図３に示すように、複数個、この例では、９個の土のう４１を高強度の材料４２で囲んでなる。９個の土のう４１は、縦横３個ずつ平らに並べられている。土のう体４０の平面視形状すなわち上から見た形状は、この例では、ほぼ正方形形状をなす。土のう体４０の高さ（厚さ）ＨＡ、奥行ＤＡ、幅ＷＡは、この例では、約１５０（約０．１５ｍ）～約３００（約０．３ｍ）ｍｍ、約１０００ｍｍ（約１ｍ）、約１０００ｍｍ（約１ｍ）である。なお、土のう体４０の平面視形状は、ほぼ正方形形状以外、例えば、長方形形状であっても良い。また、高強度の材料４２は、この例では、ジオテキスタイル（強力な合成繊維）である。

土のう４１は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、土のう袋４３中に中詰材４４を詰めてなる。土のう４１の平面視形状は、この例では、ほぼ正方形形状をなす。なお、土のう４１の平面視形状は、ほぼ正方形形状以外、例えば、長方形形状であっても良い。また、土のう４１は、この例では、通常の土のうを使用する。すなわち、土のう袋４３は、合成樹脂シート製の袋などからなり、中詰材４４は、土砂などからなる。このため、土のう４１は、安価な材料からなる。これにより、土のう群である介在物４は、安価である。

（実施形態に係る構造物の基礎工法の説明）
以下、この実施形態に係る構造物の基礎工法について、説明する。この実施形態に係る構造物の基礎工法は、図１に示すように、下記の第１工程と、第２工程と、第３工程と、を備える。

まず、軟弱地盤１の軟弱層１１中に、直径が約１００ｍｍ（約０．１ｍ）～約３００ｍｍ（約０．３ｍ）の小径杭３を、複数本必要本数打設埋設する（第１工程）。なお、小径杭３の詳細な説明は、前記の基礎構造において詳細に説明したので、省略する。

つぎに、複数本の小径杭３の頭上に介在物４を直接配設する（第２工程）。なお、介在物４である土のう群、この土のう群を構成する土のう体４０、この土のう体４０を構成する土のう４１および高強度の材料４２の詳細な説明は、前記の基礎構造において詳細に説明したので、省略する。

それから、介在物４の上に構造物２の下部構造物の基礎２０を直接構築する（第３工程）。なお、構造物２および基礎２０の詳細な説明は、前記の基礎構造において詳細に説明したので、省略する。

（小径杭の必要本数の検討実施の説明）
以下、小径杭の必要本数（直接基礎の底面の面積に対する複数本の小径杭の総頭面積もしくは総断面積の割合）に関する検討実施について、図５～図８を参照して説明する。この検討は、以下の模擬条件下において、鉄道の設計標準で直接基礎の支持地盤と見なして良いとされるＮ値が３０の砂質土地盤と同等程度の性能となる杭径・杭配置について、行われた。

なお、小径杭の頭面積とは、小径杭の杭頭面（上端面）の面積である。小径杭の断面積とは、小径杭を小径杭の長手方向の軸に対して垂直に切断した面の面積である。ここで、小径杭は、長手方向において均一もしくはほぼ均一の形状をなす。このため、小径杭の頭面積と小径杭の断面積とは、同等もしくはほぼ同等である。

図５、図６は、小径杭の必要本数に関する検討を実施した時の解析モデルを示す全体斜視説明図、一部鉛直断面説明図である。図７は、図５、図６の解析モデルにおいて検討を実施した小径杭の配置状態を示す説明図である。図８は、図５、図６の解析モデルにおいて、図７の小径杭の配置状態について検討を実施した結果を示す説明図（グラフ）である。

図５、図６中において、１Ａは、軟弱地盤１を模擬した模擬軟弱地盤である。模擬軟弱地盤１Ａの幅Ｗ、奥行Ｄ、層厚Ｈは、２０．８ｍ、２０．８ｍ、７ｍである。模擬軟弱地盤１Ａは、図６に示すように、模擬支持層１０Ａ上に模擬軟弱層１１Ａが積層されている。模擬支持層１０Ａは、この例では、Ｎ値が３０の砂質土で、層厚Ｈ２が２ｍである。一方、模擬軟弱層（表層土）１１Ａは、この例では、Ｎ値が５の軟弱な粘性土地盤で、層厚Ｈ１が５ｍである。

図５、図６中において、３Ｓ、３Ｌは、杭長Ｈ４が４．５ｍで、直径が１００ｍｍ、３００ｍｍの模擬小径杭である。この複数本の模擬小径杭３Ｓ、３Ｌを模擬軟弱地盤１Ａの模擬軟弱層１１Ａ中に打設（挿入）した条件で検討を実施した。なお、模擬小径杭３Ｓ、３Ｌの先端（下端）は、模擬軟弱地盤１Ａの模擬支持層１０Ａに達している。すなわち、模擬小径杭３Ｓ、３Ｌの先端面（下端面）は、模擬軟弱地盤１Ａの模擬支持層１０Ａの上面に直接載置されている。この結果、模擬小径杭３Ｓ、３Ｌの杭頭面（上端面）から模擬軟弱地盤１Ａの模擬軟弱層１１Ａの模擬地表面ＧＬＡまでの高さＨ３は、０．５ｍである。

図５、図６中において、２０Ａは、構造物２の基礎（直接基礎）２０を模擬した載荷板である。載荷板２０Ａの縦×横は、１．８ｍ×１．８ｍである。載荷板２０Ａの板厚は、特に、定めていない。載荷板２０Ａは、複数本の模擬小径杭３Ｓ、３Ｌの杭頭に対応する模擬地表面ＧＬＡ上に載置されている。そして、この載荷板２０Ａを、１０００ステップ載荷で、鉛直に１００ｍｍ強制変位させる静的解析により、鉛直荷重と鉛直変位（沈下量）の関係について検討した。

検討した複数本の模擬小径杭３Ｓ、３Ｌの配置状態を、図７に示す。ここで、図７において、複数本の模擬小径杭３Ｓ、３Ｌのうち真中の模擬小径杭３Ｓ、３Ｌの中心は、載荷板２０Ａの中心と一致もしくはほぼ一致する。

図７（Ａ）は、直径が１００ｍｍの模擬小径杭３Ｓを、縦横３本ずつ合計９本、中心間Ｓ１で、配置したケース（Ａ）である。図７（Ｂ）は、直径が１００ｍｍの模擬小径杭３Ｓを、縦横５本ずつ合計２５本、中心間Ｓ１で、配置したケース（Ｂ）である。図７（Ｃ）は、直径が１００ｍｍの模擬小径杭３Ｓを、縦横７本ずつ合計４９本、中心間Ｓ１で、配置したケース（Ｃ）である。図７（Ｄ）は、直径が１００ｍｍの模擬小径杭３Ｓを、縦横３本ずつ合計９本、中心間Ｓ２で、配置したケース（Ｄ）である。図７（Ｅ）は、直径が３００ｍｍの模擬小径杭３Ｌを、縦横３本ずつ合計９本、中心間Ｓ２で、配置したケース（Ｅ）である。図７（Ｆ）は、直径が３００ｍｍの模擬小径杭３Ｌを、合計１３本、中心間Ｓ３、Ｓ４で、配置したケース（Ｆ）である。

中心間Ｓ１は、模擬小径杭３Ｓの直径の３倍であって、３００ｍｍである。中心間Ｓ２は、模擬小径杭３Ｓの直径の９倍であって、かつ、模擬小径杭３Ｌの直径の３倍であって、９００ｍｍである。中心間Ｓ３は、８００ｍｍである。中心間Ｓ４は、５６６ｍｍである。

なお、図７のケースに加えて、模擬小径杭３Ｓ、３Ｌを配置せず、地盤条件をＮ値５の粘性土としたケース（Ｇ）と、地盤条件をＮ値３０の砂質土をケース（Ｈ）を実施した。ケース（Ｈ）は、地盤改良の目標となるケースである。

前記の各ケースの検討の結果、各ケースの鉛直荷重と鉛直変位（沈下量）との関係は、図８に示すようになった。図８において、ケース（Ａ）は、細線の二点鎖線で示す。ケース（Ｂ）は、太線の一点鎖線で示す。ケース（Ｃ）は、太線の二点鎖線で示す。ケース（Ｄ）は、細線の破線で示す。ケース（Ｅ）は、細線の一点鎖線で示す。ケース（Ｆ）は、太線の破線で示す。ケース（Ｇ）は、細線の実線で示す。ケース（Ｈ）は、太線の実線で示す。また、図８において、縦軸は、鉛直荷重を示し、単位が［ｋＮ］である。横軸は、鉛直変位（沈下量）を示し、単位が［ｍｍ］である。

ここで、載荷板２０Ａの面積をＡ（平方メートル）、模擬小径杭３Ｓ、３Ｌの総頭面積もしくは総断面積ａ（平方メートル）とする。載荷板２０Ａの面積に対する複数本の模擬小径杭３Ｓ、３Ｌの総頭面積もしくは総断面積の割合を、ｐ＝ａ／Ａとする。図８から、ケース（Ｂ）およびケース（Ｆ）で、鉛直荷重と鉛直変位（沈下量）の関係が、Ｎ値３０の砂質土と概ね同等となる。載荷板２０Ａの面積に対する複数本の模擬小径杭３Ｓ、３Ｌの総頭面積もしくは総断面積の割合ｐは、ケース（Ｂ）でｐ＝６．１％、ケース（Ｆ）でｐ＝２８．４％となる。この解析モデルにおける載荷板２０Ａの面積に対する複数本の模擬小径杭３Ｓ、３Ｌの総頭面積もしくは総断面積の割合ｐは、実際の基礎（直接基礎）２０の底面の面積に対する複数本の小径杭３の総頭面積もしくは総断面積の割合と、一致もしくはほぼ一致する。

この結果、実際の構造物の基礎構造および構造物の基礎工法において、直径が１００ｍｍの小径杭３（３Ｓ）の場合、構造物２の基礎（直接基礎）２０の底面の面積に対する複数本の小径杭３（３Ｓ）の総頭面積もしくは総断面積の割合は、６．１％以上であることが好ましい。また、直径が３００ｍｍの小径杭３（３Ｌ）の場合、構造物２の基礎（直接基礎）２０の底面の面積に対する複数本の小径杭３（３Ｌ）の総頭面積もしくは総断面積の割合は、２８．４％以上であることが好ましい。

（介在物４の高さの検討実施の説明）
以下、介在物４の土のう群の高さ（厚さ）についての検討実施について、図９、図１０を参照して説明する。この検討は、１／１０スケールの振動台模型実験により行われた。

図９は、介在物の土のう群の高さ（厚さ）について検討を実施した時の１／１０スケールの振動台模型実験の試験体を示す説明図である。図１０は、図９の振動台模型実験の試験体において、検討を実施した結果を示す説明図（グラフ）である。

図９（Ａ）（Ｂ）中において、１Ｂは、軟弱地盤１を模擬した模擬軟弱地盤である。１０Ｂは、支持層１０を模擬した模擬支持層である。１１Ｂは、軟弱層１１を模した模擬軟弱層であう。ＧＬＢは、模擬地表面である。

図９（Ａ）（Ｂ）中において、２Ｂは、実物の橋脚２１および基礎（直接基礎）２０（図１参照）に対して、１／１０スケールの橋脚模型である。橋脚模型２Ｂの高さ、すなわち、橋脚模型２Ｂの天端の上面（天面）から直接基礎の底面までの高さＨ５は、４１２ｍｍ（０．４１２ｍ）である。また、橋脚模型２Ｂの天端の上面（天面）から直接基礎の上面までの高さＨ６は、３６２ｍｍ（０．３６２ｍ）である。この結果、橋脚模型２Ｂの直接基礎の上面から底面までの高さは、５０ｍｍ（０．０５ｍ）である。さらに、橋脚模型２Ｂの直接基礎の底面の幅Ｗ２、奥行は、３００ｍｍ（０．３ｍ）、３００ｍｍ（０．３ｍ）である。

図９（Ａ）（Ｂ）中において、４Ｂは、実物の土のう体４０（図１参照）に対して、１／１０スケールの土のう模型である。１段の土のう模型４Ｂの幅Ｗ３、奥行、高さ（厚み）は、３９０ｍｍ（０．３９ｍ）、３９０ｍｍ（０．３９ｍ）、２００ｍｍ（０．２ｍ）である。

図９（Ａ）（Ｂ）中において、ＷＢは、橋脚模型２Ｂの天端に載置されたウエイトである。ウエイトＷＢは、板形状をなす。１枚のウエイトＷＢの幅、奥行、高さ、重さは、３３０ｍｍ（０．３３ｍ）、３３０ｍｍ（０．３３ｍ）、３０ｍｍ（０．０３ｍ）、２５ｋｇである。３枚のウエイトＷＢは、橋脚模型２Ｂの天端の上面（天面）に重ねられた状態で載置される。３枚のウエイトＷＢの高さＨ７、重さは、９０ｍｍ（０．０９ｍ）、７５ｋｇである。３枚のウエイトＷＢは、構造物２の橋桁２２を模擬したものである。この３枚のウエイトＷＢは、７５ｋｇの重量を橋脚模型２Ｂの天端に加える。

図９（Ａ）（Ｂ）中において、下側の水平矢印は、加速度の入力箇所を示す。橋脚模型２Ｂの直接基礎の上面から加速度の入力箇所までの高さＨ８は、１００ｍｍ（０．１ｍ）である。また、上側の水平矢印は、橋脚模型２Ｂの天端位置における加速度の応答箇所を示す。加速度の入力箇所から加速度の応答箇所までの高さＨ９は、２５０ｍｍ（０．２５ｍ）である。

図９（Ａ）（Ｂ）中において、橋脚模型２ＢのＣ１は、橋脚模型２Ｂの直接基礎の底面を模擬支持層１０Ｂの上面に直接設置したケースである。橋脚模型２ＢのＣ２は、３段の土のう模型４Ｂを模擬支持層１０Ｂの上面から下方に設置し、かつ、橋脚模型２Ｂの直接基礎の底面を３段の土のう模型４Ｂの上面に直接設置したケースである。橋脚模型２ＢのＣ３は、３段の土のう模型４Ｂを模擬軟弱層１１Ｂ中に設置し、かつ、橋脚模型２Ｂの直接基礎の底面を３段の土のう模型４Ｂの上面に直接設置したケースである。橋脚模型２ＢのＣ４は、５段の土のう模型４Ｂを模擬軟弱層１１Ｂ中に設置し、また、５段の土のう模型４Ｂの下面を模擬支持層１０Ｂの上面に直接設置し、さらに、橋脚模型２Ｂの直接基礎の底面を５段の土のう模型４Ｂの上面に直接設置したケースである。

図９（Ａ）（Ｂ）の条件下で、前記の各ケースＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４について、振動台試験を行った結果、各ケースＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の最大入力加速度と橋脚天端位置における最大応答加速度との関係は、図１０に示すようになった。図１０において、ケースＣ１は、丸で示す。ケースＣ２は、三角形で示す。ケースＣ３は、四角で示す。ケースＣ４は、Ｘで示す。また、図１０において、縦軸は、最大入力加速度（Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ａｃｃ）を示し、単位が［ｇａｌ］である。横軸は、と橋脚天端位置における最大応答加速度（Ｉｎｐｕｔ Ａｃｃ）を示し、単位が［ｇａｌ］である。

図１０に示すように、ケースＣ１からケースＣ４までの全体の傾向としては、入力加速度が４００ｇａｌ程度までは応答加速度の増加は見られるものの、それ以降で応答加速度は頭打ちを示している。この結果、模擬支持層１０Ｂ上に橋脚模型２Ｂを設置したケースＣ１と同様に、土のう模型４Ｂを介して橋脚模型２Ｂを設置したケースＣ２、Ｃ３、Ｃ４についても、橋脚模型２Ｂの直接基礎の浮き上がりによる免震効果がある、と言うことが確認できた。

また、その頭打ちを示す応答加速度の値については、土のう模型４Ｂを５段設置したケースＣ４の値が若干低くなっているものの、それ以外のケースＣ２、Ｃ３は、ケースＣ１と同等の値となっている。これにより、土のう模型４Ｂを設置した橋脚模型２Ｂの支持力性能は、模擬支持層１０Ｂ上の橋脚模型２Ｂの支持力性能と同等と言えることが確認できた。

以上から、実物の介在物４の土のう群の高さ（厚さ）が０．６ｍおよび１ｍの条件下における介在物４の土のう群は、良質な支持層１０と同等程度の性能を有するものである。

（実施形態の効果の説明）
この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、以上のごとき構成からなり、以下、その効果について説明する。

この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、安価な部材である小径杭３を軟弱地盤１中に打設するものであるから、軟弱地盤１上に構造物２を構築する場合において、その構造物２の基礎構造を安価に構築することができる。

この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、複数本の小径杭３の頭上に介在物４を配設し、その介在物４の上に構造物２の下部構造物の基礎２０を構築するものである。この結果、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、構造物２の荷重を介在物４を介して複数本の小径杭３に均等もしくはほぼ均等に伝達することができる。これにより、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、介在物４により、基礎２０直下の地盤の破壊を防止することができ、高い耐震性能を得ることができる。

この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、直径が１００ｍｍ～３００ｍｍの小径杭３を使用するものであるから、軟弱地盤１上に構造物２を構築する場合において、その構造物２の基礎構造をさらに安価に構築することができる。

この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、構造物２の下部構造物の基礎２０として直接基礎を使用（適用）するものであるから、構造物２の耐震性能の向上に寄与することができる。すなわち、直接基礎２０は、地震時に浮き上がりが生じ、構造物２の中間構造物の橋脚２１および上部構造物の橋桁２２に入力される地震作用が頭打ちとなる免震特性に類似した効果が期待できる。この結果、鉄道や車道に適用される橋梁である構造物２の耐震性能の向上に寄与することができる。

この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、直径が１００ｍｍの小径杭３Ｓを使用し、かつ、構造物２の基礎２０として直接基礎を使用（適用）し、直接基礎２０の底面の面積に対する複数本の小径杭３Ｓの総頭面積もしくは総断面積の割合が、６．１％以上であると、するものである。これにより、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、複数本の小径杭３Ｓが打設された軟弱層１１を、良質な支持層１０と、同等程度の性能すなわち支持力が得られる。

この結果、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、軟弱層１１中に複数本の小径杭３Ｓを打設することにより、支持地盤の支持力が十分に必要とする直接基礎を、鉄道や車道に適用される橋梁である構造物２の基礎２０として使用（適用）することができる。すなわち、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、表層地盤が軟弱な軟弱層１１からなる軟弱地盤１に直接基礎を使用（適用）する場合において、所要の支持力を確保する目的で、表層地盤を掘削または地盤改良する必要が無い。これにより、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、軟弱層１１中に複数本の小径杭３Ｓを打設して直接基礎を構築するものであるから、表層地盤を掘削または地盤改良して直接基礎を構築するものと比較して、コストを安価にすることができる。しかも、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、軟弱層１１の層厚が厚い場合でも、安価なコストで直接基礎を構築することができる。

この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、直径が３００ｍｍの小径杭３Ｌを使用し、かつ、構造物２の基礎２０として直接基礎を使用（適用）し、直接基礎２０の底面の面積に対する複数本の小径杭３Ｌの総頭面積もしくは総断面積の割合が、２８．４％以上であると、するものである。これにより、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、複数本の小径杭３Ｌが打設された軟弱層１１を、良質な支持層１０と、同等程度の性能すなわち支持力が得られる。

この結果、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、前記の通り、支持地盤の支持力が十分に必要とする直接基礎を軟弱地盤１に構築する場合に、軟弱地盤１の軟弱層１１中に複数本の小径杭３Ｌを打設することにより、安価なコストで構築することができる。

この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、介在物４が安価な材料からなる土のう群であるから、コストを安価にすることができる。

この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、９個の土のう４１を高強度の材料４２で囲んで土のう体４０を構成するものであるから、９個の土のう４１からなる土のう体４０を１単位として使用することができ、１個の土のう４１を１単位として使用する場合と比較して、取り扱い易い。この結果、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、９個の土のう４１からなる土のう体４０を所定の幅および所定の奥行に敷設しかつ所定の高さに積層することにより、介在物４の土のう群を効率良く施工することができる。

この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、９個の土のう４１を高強度の材料４２で囲んで土のう体４０を構成し、この土のう体４０を所定の幅および所定の奥行に敷設しかつ所定の高さに積層して、介在物４の土のう群を構成するものである。この結果、この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、上下に積層された土のう体４０の高強度の材料４２の摩擦係数を適宜に選択することにより、上下に積層された土のう体４０の間の摩擦係数を適宜に調節することができ、しかも、上下に積層された土のう体４０の間の摩擦係数を部分的に変えることができ、高い耐震性能が得られる。

この実施形態に係る構造物の基礎構造および構造物の基礎工法は、土のう体４０の高さが２００ｍｍあるから、土のう体４０を３層、４層、５層と上下に積層することにより、６００ｍｍ、８００ｍｍ、１０００ｍｍの高さの土のう群、すなわち、良質な支持層１０と同等程度の性能を有する介在物４を効率良く施工することができる。

（実施形態以外の例の説明）
なお、前記の実施形態においては、構造物２として、鉄道や車道に適用される橋梁である。しかしながら、本発明においては、構造物として、鉄道や車道に適用される橋梁以外の構造物、たとえば、建物（建築構造物）などであっても良い。

また、前記の実施形態においては、土のう体４０の高さを２００ｍｍとし、この土のう体４０を３層、４層、５層と上下に積層して、高さが６００ｍｍ、８００ｍｍ、１０００ｍｍの土のう群すなわち介在物を設けるものである。しかしながら、本発明においては、土のう体４０の高さを、２００ｍｍ以外の高さ（例えば、５０ｍｍ、１００ｍｍなど）としても良い。

この場合において、土のう群すなわち介在物の高さは、土のう体４０の高さ×土のう体４０の積層数となる。なお、土のう群すなわち介在物の高さは、例えば、１００ｍｍ～１０００ｍｍが好ましい。

なお、本発明は、前記の実施形態により限定されるものではない。

１…軟弱地盤
１Ａ、１Ｂ…模擬軟弱地盤
１０…支持層
１０Ａ、１０Ｂ…模擬支持層
１１…軟弱層
１１Ａ、１１Ｂ…模擬軟弱層
２…構造物
２Ｂ…橋脚模型
２０…基礎（直接基礎）
２０Ａ…載荷板
２１…橋脚
２２…橋桁
３…小径杭
３Ｓ…直径が１００ｍｍの模擬小径杭
３Ｌ…直径が３００ｍｍの模擬小径杭
４…介在物（土のう群）
４Ｂ…土のう模型
４０…土のう体
４１…土のう
４２…高強度の材料（ジオテキスタイル）
４３…土のう袋
４４…中詰材
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４…１／１０スケールの振動台模型実験で行われた橋脚模型のケース
Ｄ…模擬軟弱地盤の奥行
ＤＡ…土のう体の奥行
ＧＬ…地表面
ＧＬＡ、ＧＬＢ…模擬地表面
Ｈ…模擬軟弱地盤の層厚
Ｈ１…模擬軟弱層の層厚
Ｈ２…模擬支持層の層厚
Ｈ３…模擬小径杭の杭頭面から模擬地表面までの高さ
Ｈ４…模擬小径杭の杭長
Ｈ５…橋脚模型の天端の上面から直接基礎の底面までの高さ
Ｈ６…橋脚模型の天端の上面から直接基礎の上面までの高さ
Ｈ７…３枚のウエイトの高さ
Ｈ８…橋脚模型の直接基礎の上面から加速度の入力箇所までの高さ
Ｈ９…加速度の入力箇所から加速度の応答箇所までの高さ
ＨＡ…土のう体の高さ（厚さ）
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４…中心間
Ｗ…模擬軟弱地盤の幅
Ｗ２…橋脚模型の直接基礎の幅
Ｗ３…土のう模型の幅
ＷＡ…土のう体の幅
ＷＢ…ウエイト

Claims (6)

1. 軟弱地盤に構築される構造物の基礎構造であって、
   軟弱地盤中の打設されている複数本の小径杭と、
   複数本の前記小径杭の頭上に配設されている介在物と、
   前記介在物の上に構築されている前記構造物の下部構造物の基礎と、
   を備え、
   前記介在物は、土砂などの粒状物質を高強度の合成樹脂製の袋に収納した袋型杭頭敷設材を高強度のジオテキスタイルで囲った袋型杭頭敷設体として一体化し、一体化した袋型杭頭敷設体所定の幅および所定の奥行に隣接する前記袋型杭頭敷設体が隙間なく敷設され、かつ、所定の高さに積層してなる、
   ことを特徴とする構造物の基礎構造。
2. 積層された前記袋型杭頭敷設体は、上下の前記袋型杭頭敷設体が互い違いになるように敷設された、
   請求項１に記載の構造物の基礎構造。
3. 最下層の前記袋型杭頭敷設体は、前記小径杭と一対一に対応している、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の構造物の基礎構造。
4. 軟弱地盤に構築される構造物の基礎工法であって、
   軟弱地盤中に複数本の小径杭を打設する工程と、
   複数本の前記小径杭の頭上に介在物を配設する工程と、
   前記介在物の上に前記構造物の下部構造物の基礎を構築する工程と、
   を備え、
   前記介在物は、土砂などの粒状物質を高強度の合成樹脂製の袋に収納した袋型杭頭敷設材を高強度のジオテキスタイルで囲った袋型杭頭敷設体として一体化し、一体化した袋型杭頭敷設体所定の幅および所定の奥行に隣接する前記袋型杭頭敷設体が隙間なく敷設され、かつ、所定の高さに積層してなるものである、
   ことを特徴とする構造物の基礎工法。
5. 積層された前記袋型杭頭敷設体は、上下の前記袋型杭頭敷設体が互い違いになるように敷設された、
   請求項４に記載の構造物の基礎工法。
6. 最下層の前記袋型杭頭敷設体は、前記小径杭と一対一に対応している、
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の構造物の基礎工法。

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