地盤改良体を用いた基礎構造及びその構築方法

【課題】地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を地盤改良体へ確実に伝達でき、その荷重を地盤改良体に負担させられる地盤改良体を用いた基礎構造とその構築方法の提供を課題とする。
【解決手段】地中１２に格子状に構築された壁状の地盤改良体１４と、地盤改良体１４の交差部１８の周囲に入り込み、交差部１８に接合された交差基礎部２２と、地盤改良体１４及び交差基礎部２２の上部に構築された基礎部２４と、を備えた地盤改良体１４を用いた基礎構造１０とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良体を用いた基礎構造及びその構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤や液状化の発生が予想される地盤における構造物の基礎は、セメント固化剤等の地盤改良によって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。
【０００３】
近年、合理的な基礎形式として、直接基礎と杭基礎とを併用したパイルド・ラフト基礎の適用が増えて来ているが、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、地盤改良体とパイルド・ラフト基礎とを併用する場合も見られるようになって来ている。
【０００４】
しかしながら、杭がある場合には、構造物の基礎底面と地盤改良体との接地圧が小さくなるため、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重（以下「水平荷重」という場合がある）に対して、両者の摩擦抵抗を期待できず、基礎底面が地盤改良体に対して滑動してしまうおそれがある。
【０００５】
この問題点を解決するため、基礎底面と地盤改良体との間を接合する接合方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の接合方法では、構造物の基礎底面に設けた突起部が地盤改良体の上面に形成された凹部に差し込まれ、地震時に構造物に作用する水平荷重が突起部と凹部の接合部を介して地盤改良体に伝達されるようになっている。そして、杭は、構造物の基礎底面と接合されないようになっている。
【０００６】
これにより、杭は構造物の鉛直方向の荷重（以下「鉛直荷重」という）のみを負担し、地震時に構造物に作用する水平荷重は地盤改良体が全て負担するようになっている。しかし、特許文献１に記載の接合方法では、地盤改良体の上面に穴を空けて突起部を差し込むため、地盤改良体に断面欠損が生じ易く、地盤改良体が破損するおそれがある。このため、地震時に構造物に作用する水平荷重を地盤改良体が適切に負担できないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３０７５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を地盤改良体へ確実に伝達でき、その荷重を地盤改良体に負担させられる地盤改良体を用いた基礎構造とその構築方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、地中に格子状に構築された壁状の地盤改良体と、前記地盤改良体の交差部の周囲に入り込み、該交差部に接合された交差基礎部と、前記地盤改良体及び前記交差基礎部の上部に構築された基礎部と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、その基礎部から地盤改良体の交差部における壁部の面内方向へ、交差基礎部を介して確実に伝達することができ、その水平方向の荷重を地盤改良体に適切に負担させることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記交差基礎部と前記基礎部とが、コンクリートで一体に構築されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、基礎部及び交差基礎部を介して地盤改良体に確実に伝達することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記交差基礎部と前記基礎部との界面にコッターが設けられていることを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、基礎部及び交差基礎部を介して地盤改良体に確実に伝達することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記交差基礎部が、略角錐形状又は略円錐形状又は略ドーム形状に形成されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、地盤改良体に水平方向の荷重が伝達される際、交差基礎部が略角柱形状や略円柱形状に形成されているものに比べ、その地盤改良体が剪断され難くなるようにできる。
【００１７】
また、請求項５に記載の地盤改良体を用いた基礎構造は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の地盤改良体を用いた基礎構造において、前記交差基礎部に、前記交差部の頭部が呑み込まれていないことを特徴としている。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、交差部の地盤改良体を洗い出す必要がない。
【００１９】
また、本発明に係る請求項６に記載の地盤改良体の構築方法は、地中に壁状の地盤改良体を格子状に構築する工程と、前記地盤改良体の交差部の周囲を掘削する工程と、前記交差部の周囲と前記地盤改良体の上部に基礎部を構築する工程と、を含むことを特徴としている。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、基礎部と地盤改良体とが一体化される。したがって、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を、その基礎部から地盤改良体の交差部における壁部の面内方向へ確実に伝達することができ、その水平方向の荷重を地盤改良体に適切に負担させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、地震時に構造物に作用する水平方向の荷重を地盤改良体へ確実に伝達でき、その荷重を地盤改良体に負担させられる地盤改良体を用いた基礎構造とその構築方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る地盤改良体を用いた基礎構造を示す説明図
【図２】地盤改良体を示す概略斜視図
【図３】地盤改良体を示す概略平面図
【図４】地盤改良体の交差部を示す概略斜視図
【図５】地盤改良体を示す概略側断面図
【図６】基礎部が上部に構築された地盤改良体を示す概略側断面図
【図７】基礎部が上部に構築された地盤改良体を示す一部拡大概略側断面図
【図８】杭が併用された本実施形態に係る地盤改良体を用いた基礎構造を示す説明図
【図９】杭が区画内に設けられた地盤改良体を示す概略平面図
【図１０】基礎部が上部に構築された地盤改良体を示す概略側断面図
【図１１】掘削部に鋼管が設けられた地盤改良体を示す概略平面図
【図１２】掘削部に鋼管が設けられた地盤改良体を示す概略側断面図
【図１３】鋼管によって交差基礎部と接合される基礎部が上部に構築された地盤改良体を示す概略側断面図
【図１４】基礎部が上部に構築された比較例に係る地盤改良体を示す一部拡大概略側断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。なお、各図において、鉛直上方向を矢印ＵＰで示す。また、矢印ＵＰと直交する方向を水平方向とし、矢印ＨＲｘ、矢印ＨＲｙで示す場合がある。まず、第１実施形態について説明する。
【００２４】
図１で示すように、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り、その地盤（地中）１２には、鉛直支持力の補強及び液状化対策のための地盤改良体１４が構築されている。すなわち、地盤改良体１４が構築される地盤１２は、地震時に液状化の発生が予想される液状化層Ｌであり、地盤改良体１４の深さは、その液状化層Ｌの底面までとされている。
【００２５】
地盤改良体１４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ることで、図２で示すように、円柱体１６を連続して並べたような壁状に形成されている。つまり、この地盤改良体１４は、隣接する円柱体１６の周壁１６Ａの一部を共有化させて連続的に一体化させた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。
【００２６】
そして、その地盤改良体１４の壁部としての側壁１４Ａには、円柱体１６の周壁１６Ａを連続的に一体化させたことにより、凹凸部１５が形成されている。すなわち、地盤改良体１４の側壁１４Ａには、平面視円弧状の凸部１５Ａが形成されるとともに、その凸部１５Ａ間に、凹部１５Ｂが形成されるようになっている。
【００２７】
また、図３〜図５で示すように、地盤改良体１４の格子状（平面視略「十」字状）に交差する交差部１８のうち、少なくとも一部（例えば１つおき）の交差部１８の周囲における地盤１２が、交差部１８を構成する地盤改良体１４を対角線とする平面視菱形状、好ましくは平面視正方形状の略四角錐形状となるように掘削され、所定の空隙Ｓを有する掘削部２０が形成されるようになっている。
【００２８】
この掘削部２０は、最も深い頂点（交差部１８の交点）付近で、例えば約１ｍ程度の深さとされており、地盤改良体１４（地盤１２）の上部にコンクリートを打設して、後述する基礎部２４（図１、図６参照）を構築する際に、その掘削部２０（空隙Ｓ）内にもコンクリートが入り込む（充填される）構造になっている。
【００２９】
そして、掘削部２０（空隙Ｓ）内に入り込んで固化したコンクリートが交差基礎部２２（図６参照）とされ、その交差基礎部２２は、掘削部２０を形成したために露出した地盤改良体１４の交差部１８に、一体的に接合されるようになっている。すなわち、掘削部２０（空隙Ｓ）内に入り込んだコンクリートは、交差部１８における側壁１４Ａに形成されている凹凸部１５の凹部１５Ｂに入り込むため、交差基礎部２２は、その凹凸部１５に対して噛み合うように接合される。
【００３０】
したがって、地盤改良体１４の交差部１８と交差基礎部２２との接合強度が向上され、後述するように、地震時において、構造物としての建物２６に作用する水平荷重が、その建物２６の基礎部２４から交差基礎部２２及び交差部１８を介して地盤改良体１４へ伝達され、その水平荷重を地盤改良体１４に適切に負担させることが可能となっている。
【００３１】
図６で示すように、地盤改良体１４の上部にはコンクリートが打設され、建物２６の基礎部２４が構築されるようになっている。そして、このとき、上記した交差基礎部２２が基礎部２４と共に一体に構築されるようになっている。なお、建物２６の基礎部２４は、地盤改良体１４の上部に構築されるため、建物２６による鉛直荷重は、地盤改良体１４に直接伝達される。
【００３２】
一方、地震時に建物２６に作用する水平荷重は、その建物２６の基礎部２４から交差基礎部２２及び交差部１８を介して地盤改良体１４へ伝達されるようになっている。すなわち、基礎部２４と一体に構築された交差基礎部２２は、地盤改良体１４の交差部１８に一体的に接合されているため、地震時に図３で示す矢印ＨＲｘ方向又は矢印ＨＲｙ方向へ向かう水平荷重は、地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向（円柱体１６の並び方向）へ伝達される。
【００３３】
なお、交差基礎部２２（掘削部２０）の形状は、図示の略四角錐形状に限定されるものではなく、例えば略円錐形状や略ドーム形状としてもよい。但し、交差基礎部２２（掘削部２０）を略四角錐形状に形成すると、地震時に建物２６に作用する水平荷重を、その建物２６の基礎部２４から交差基礎部２２及び交差部１８を介して地盤改良体１４へ効率よく伝達させることができる。
【００３４】
すなわち、交差基礎部２２が略四角錐形状であると、図７で示すように、地盤改良体１４の側壁１４Ａに接合されている（凹凸部１５に噛み合っている）面の外縁側である稜線部２２Ａは、水平方向に対して所定角度θで傾斜しているため、交差基礎部２２から地盤改良体１４へ伝達される水平荷重Ｆは、その稜線部２２Ａに沿った方向と、その稜線部２２Ａに直交する方向とに分散され、地盤改良体１４が剪断され難くなる（剪断力で壊れ難くなる）。
【００３５】
つまり、例えば図１４で示すように、交差基礎部２２が略四角柱形状の交差基礎部１２２とされている場合には、地盤改良体１４の側壁１４Ａに接合されている（凹凸部１５に噛み合っている）面の外縁側は、鉛直方向に延在する稜線部１２２Ａとなるため、交差基礎部１２２から地盤改良体１４へ伝達される水平荷重Ｆは、その水平方向へ集中し、地盤改良体１４が剪断され易くなって（剪断力で壊れ易くなって）、図１４の仮想線で示すように、地盤改良体１４に亀裂Ｃが生じるおそれがある。
【００３６】
これに対し、本実施形態に係る交差基礎部２２は、略四角錐形状とされ、地盤改良体１４の側壁１４Ａに接合される面の稜線部２２Ａが、水平方向に対して所定角度θ（例えばθ＝３０°）で傾斜された構造になっているため、上記したように、地震時において、建物２６に作用する水平荷重Ｆは、その稜線部２２Ａから、地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向へ効率よく（稜線部２２Ａに沿った方向と稜線部２２Ａに直交する方向とに分散されて）伝達される。よって、地盤改良体１４に亀裂Ｃが生じるおそれがない。
【００３７】
以上のような基礎構造１０において、次にその作用について説明する。まず、地盤（地中）１２に壁状の地盤改良体１４を格子状に構築する。この地盤改良体１４は、建物２６の慣性力（地震力）に対して抵抗可能な構造を有している。そして、その地盤１２を地盤改良体１４の頭部（上端面）１４Ｂ（図２〜図５参照）が露出するまで（約１ｍ〜２ｍ程度）掘削し、その後、地盤改良体１４の交差部１８の周囲を、その交差部１８を構成する地盤改良体１４が対角線となるような略四角錐形状に掘削する。
【００３８】
こうして、交差部１８の周囲を掘削し、所定の空隙Ｓを有する掘削部２０を形成したら、地盤改良体１４の上部に基礎部２４を構築する。すなわち、地盤改良体１４の頭部１４Ｂが露出している地盤１２の上部にコンクリートを打設する。すると、このコンクリートは、地盤改良体１４の交差部１８の周囲に形成された掘削部２０（空隙Ｓ）内にも入り込むため、基礎部２４と一体に交差基礎部２２が形成される。このように、基礎部２４と交差基礎部２２とを共に構築すると、その工数が増加せず、構造が簡易で済む。
【００３９】
また、この交差基礎部２２は、地盤改良体１４の交差部１８における側壁１４Ａの凹凸部１５（凹部１５Ｂ）と噛み合うように構築される。つまり、この交差基礎部２２は、地盤改良体１４の交差部１８と一体的に接合されるようにして構築される。したがって、交差基礎部２２と交差部１８とは強固に接合され、それらを介して基礎部２４と地盤改良体１４とが一体化される。
【００４０】
こうして、建物２６の基礎部２４と地盤改良体１４とが、交差基礎部２２及び交差部１８を介して一体化されると、地震時に建物２６に作用する水平荷重は、その建物２６の基礎部２４から交差基礎部２２及び交差部１８を介して地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向（図３で示す矢印ＨＲｘ方向又は矢印ＨＲｙ方向）へ伝達される。その際、交差基礎部２２は略四角錐形状に形成されているので、上記したように、その水平荷重は効率よく側壁１４Ａの面内方向へ伝達される。したがって、その水平荷重を地盤改良体１４に適切に負担させることができ、建物２６の耐震を図ることができる。
【００４１】
また、このような基礎構造１０であると、図８、図９で示すように、パイルド・ラフト基礎構造を併用した場合において、即ち地盤改良体１４と杭２８とを併用した場合において、地盤改良体１４に対する基礎部２４の滑動を抑制又は防止することができる。
【００４２】
すなわち、格子状とされた地盤改良体１４の複数の区画内のうち、少なくとも一部の区画内には、円柱状の杭２８が設けられることがある。この杭２８の上端面２８Ａは、基礎部２４の底面２４Ａに当接する構造になっており、建物２６による鉛直荷重は、その杭２８によって殆ど受け止められるようになっている。
【００４３】
したがって、従来では、基礎部２４と地盤改良体１４との接地圧が低減され、地震時において、地盤改良体１４に対する基礎部２４の摩擦抵抗を期待できない場合があった。つまり、地震時に建物２６に作用する水平荷重が、基礎部２４から地盤改良体１４へ伝達され難く、その水平荷重を地盤改良体１４が適切に負担できない場合があった。
【００４４】
しかしながら、本実施形態に係る基礎構造１０では、交差基礎部２２及び交差部１８を介して、基礎部２４と地盤改良体１４とが一体化（一体的に接合）される構造であるため、地震時に建物２６に作用する水平荷重を、その建物２６の基礎部２４から地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向へ確実に伝達することができる。よって、杭２８が設けられる構造であっても、上記した水平荷重を地盤改良体１４に適切に負担させることができ、建物２６の耐震を図ることができる。
【００４５】
また、このように、地盤改良体１４と杭２８とを併用した場合には、その杭２８にも、地震時に建物２６に作用する水平荷重が伝達されるが、上記したように、その水平荷重の殆どは地盤改良体１４に伝達される構造になっているので、杭２８へ伝達される水平荷重を小さく抑えることができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る基礎構造１０では、交差部１８の周囲を掘削する際に、図１０で示すように、その交差部１８の頭部１８Ａをはつって（少しだけ削り取って）しまっても構わない。この場合、掘削部２０によって露出される地盤改良体１４の側壁１４Ａの表面積が低減されるため、その側壁１４Ａに対して洗い出し等を行う必要がない。よって、工数の低減が図れる。
【００４７】
なお、交差部１８の頭部１８Ａがはつられて（少しだけ削り取られて）、その頭部１８Ａが交差基礎部２２内に殆ど呑み込まれないような構造になっても、交差基礎部２２は、その稜線部２２Ａが、地盤改良体１４の側壁１４Ａ（凹凸部１５）と一体的に強固に接合されているので、地震時に建物２６に作用する水平荷重を、その建物２６の基礎部２４から地盤改良体１４へ確実に伝達することができる。
【００４８】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同等の部位には、同じ符号を付して詳細な説明（作用も含む）は省略する。図１１〜図１３で示すように、この第２実施形態では、交差基礎部２２と基礎部２４とが別体とされ、コッターとしての複数（図示のものは４個）の鋼管３０が、その交差基礎部２２と基礎部２４の界面２３に介在するように（界面２３を跨ぐように）設けられている。
【００４９】
すなわち、図１１、図１２で示すように、交差部１８を構成する地盤改良体１４を対角線とした略四角錐形状に掘削された掘削部２０において、各側壁１４Ａの間に形成されている４箇所の空隙Ｓ内には、それぞれ所定の高さとされた鋼管３０が配置されている。なお、このとき、その鋼管３０は、界面２３よりも上方へ所定高さ突出するような高さとされている。
【００５０】
この状態で、掘削部２０（空隙Ｓ）内にコンクリートが打設されると、鋼管３０の上端部（一部）３０Ａが界面２３から突出した交差基礎部２２が構築され、交差基礎部２２と鋼管３０とが一体化（一体的に接合）される。その後、地盤改良体１４及び交差基礎部２２の上部にコンクリートが打設されて基礎部２４が構築されるが、その際、鋼管３０の上端部３０Ａがコンクリートに呑み込まれ、基礎部２４と一体化（一体的に接合）される（図１３参照）。
【００５１】
これにより、交差基礎部２２と基礎部２４とが、その複数（４個）の鋼管３０により（鋼管３０を介して）一体的に強固に接合される。したがって、地震時に建物２６に作用する水平荷重は、その建物２６の基礎部２４から交差基礎部２２及び交差部１８を介して地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向へ効率よく、かつ確実に伝達される。
【００５２】
つまり、交差基礎部２２と基礎部２４との界面２３に跨がるように鋼管３０を介在させた第２実施形態に係る基礎構造１０においても、上記第１実施形態と同等の効果が得られる。なお、この第２実施形態に係る基礎構造１０では、掘削部２０（空隙Ｓ）内に複数の鋼管３０を設けるだけでよいため、その構造が簡易で済む。
【００５３】
また、交差基礎部２２と基礎部２４とを接合するコッターとしては、図示した複数の鋼管３０に限定されるものではなく、例えば図示しない複数の篭筋やＨ鋼等でもよい。更に、掘削部２０の空隙Ｓ内に鋼管３０を配置した後、上記第１実施形態と同様にコンクリートを打設して、交差基礎部２２と基礎部２４とを共に構築するようにしてもよい。この場合、基礎部２４に対する交差基礎部２２の剛性を鋼管３０によって高めることができる。
【００５４】
以上、本実施形態に係る基礎構造１０について、図面に示す実施例を基に説明したが、本実施形態に係る基礎構造１０は、図示の実施例に限定されるものではない。例えば、交差基礎部２２を形成する交差部１８は、地盤改良体１４の外周部のように、平面視略「Ｔ」字状に交差する部位も含まれる。なお、この場合の交差基礎部２２（掘削部２０）は、平面視二等辺三角形状の略三角錐形状となる。
【００５５】
何れにしても、交差基礎部２２（掘削部２０）は、略角錐形状とすることが望ましく、これによれば、地盤改良体１４が、地震時に建物２６に作用する水平荷重により剪断され難くなる。つまり、これによれば、地震時に建物２６に作用する水平荷重は、地盤改良体１４の側壁１４Ａの面内方向へ効率よく、かつ確実に伝達される。
【００５６】
また、交差基礎部２２は、全ての交差部１８に設ける必要はなく、基礎部２４と地盤改良体１４（杭２８）との摩擦抵抗だけでは不足する分だけ、少なくとも設けてあればよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０基礎構造
１２地盤（地中）
１４地盤改良体
１４Ａ側壁（壁部）
１５凹凸部
１６円柱体
１８交差部
１８Ａ頭部
２０掘削部
２２交差基礎部
２３界面
２４基礎部
２６建物（構造物）
２８杭
３０鋼管（コッター）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に格子状に構築された壁状の地盤改良体と、
前記地盤改良体の交差部の周囲に入り込み、該交差部に接合された交差基礎部と、
前記地盤改良体及び前記交差基礎部の上部に構築された基礎部と、
を備えた地盤改良体を用いた基礎構造。
【請求項２】
前記交差基礎部と前記基礎部とが、コンクリートで一体に構築されている請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
【請求項３】
前記交差基礎部と前記基礎部との界面にコッターが設けられている請求項１に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
【請求項４】
前記交差基礎部が、略角錐形状又は略円錐形状又は略ドーム形状に形成されている請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
【請求項５】
前記交差基礎部に、前記交差部の頭部が呑み込まれていない請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の地盤改良体を用いた基礎構造。
【請求項６】
地中に壁状の地盤改良体を格子状に構築する工程と、
前記地盤改良体の交差部の周囲を掘削する工程と、
前記交差部の周囲と前記地盤改良体の上部に基礎部を構築する工程と、
を含む地盤改良体の構築方法。

【図１】