基礎地業工法

【課題】上部建物の構造形式に左右されることなく、現場での対応が可能で施工性がよく、地盤を改良する工法や免震装置などを設置する方法に比較してコストも削減でき、建物の地震時応答を効率よく低減でき、建設排土削減など環境問題への有効な対策法も提供できる基礎地業工法を得る。
【解決手段】建物などの構造物の基礎周辺地盤として例えば基礎外縁部２を、原地盤１とは別の、大変形時に高減衰が期待できるような、あるいは残留変位を生じないような非線形材料による地盤材料で置換して置換された部分１５を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物（住宅、事務所、産業施設等）などの構造物の地震時応答（層間変形や部材損傷）を低減する基礎地業工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建物の地震時応答低減を図る手段の一つとしては、従来、例えば免震装置を建物の基礎下あるいは特定階（１階、中間階等）に設置して、建物の固有周期を長周期化することによって応答を低減している。
【０００３】
他の手段としては、建物に制震装置を組み込むことにより、建物への地震入力エネルギーを吸収し、これにより応答を低減する。
【０００４】
前記従来技術は、当業者間で一般的に行われているものであり、文献公知発明にかかるものではない。
【０００５】
また、他の手段として特許文献３に示すように建物の基礎周辺に高外力減衰砂（アスファルトサンド）を敷くことにより、建物への地震入力エネルギーを吸収するとともに、建物の振動エネルギーを吸収させ、応答を低減する。
【０００６】
一方、建物の基礎地盤の液状化を防止するために、基礎地盤を中央部分を除いて外周形状に沿って改良し、該改良の強度を向上させる構造物の基礎地盤改良工法において、前記改良域を少なくとも下部において、下にいくにつれて窄ませるようにした基礎地盤改良工法（例えば特許文献１参照）がある。
【０００７】
さらに、特許文献２には、未改良部分を残す地盤免震構造において、地盤改良体は、上面に構造物が配置される平板部と、該平板部の下面に取付けられて平板部の各辺に垂直に設けられた脚板からなる枠組みとを有する地震免震構造が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３０６４９号公報
【特許文献２】特開２００３−２０６５９号公報
【特許文献３】特開平３−３３５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来技術のうち、免震装置や制震装置を使用するものは、これら装置の製作にはある程度の期間（１〜２ヶ月）が必要であり、時間を要し、また、建物の規模によってはコスト削減が困難である。
【０００９】
免震装置や制震装置の個数と配置、また装置の種類が複数の場合はその組合せ方などが上部建物の構造形式により決定されるため、建物の構造設計が変更される度に免震装置や制震装置の配置などの計画を見直す必要があり、手間を要して施工性がよくない。
【００１０】
高外力減衰砂（アスファルトサンド）を使用する工法は、この材料を基礎全面に敷き詰めることを想定しているため、施工が大規模になり、建設コストが大きくなる。
【００１１】
また、前記特開２００２−３０６４９号公報に記載の技術は薬液注入固化工法、特開２００３−２０６５９号公報に記載の技術は、締固めた砂（サンドコンパクションパイル工法等による）、ソイルセメント系（深層混合処理）改良体、発砲スチロール、土壌（ソイルパックバック）、ＲＣ床版、薬液注入固化工法などによるものであるが、基礎地盤を部分的に改良するものではあってもコストが高く、設計条件に合わない場合が多い。
【００１２】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、上部建物の構造形式に左右されることなく、現場での対応が可能で施工性がよく、地盤を改良する工法に比較してコストも削減でき、建物の地震時応答を効率よく低減できる基礎地業工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、建物などの構造物の基礎周辺地盤を、原地盤とは別の非線形材料による地盤材料で置換して置換部分を形成することを要旨とするものである。
【００１４】
請求項１記載の本発明によれば、地盤改良とは異なり非線形材料で置換する工法であるから、コスト削減が図れ、現場での対応が柔軟に行える。そして、置換する範囲を構造物の基礎周辺地盤に限定することで、構造物の回転動が発生しやすくなり、構造物の固有周期を長周期化でき、構造物への地震入力を抑えて応答を低減できる。
【００１５】
そして、適用する非線形材料は、構造物の大変形時に剛性低下する材料で、
高減衰が期待できる材料や、残留変位が生じない性質を有する材料である。
【００１６】
請求項２記載の発明は、置換部分は、深さ方向に対して下に凸状とすることを要旨とするものである。
【００１７】
請求項２記載の本発明によれば、置換部分を下に凸状とすることで、地震時の応答より生じる構造物からの力を効率よく地盤に伝達できる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、置換部分の上部に地盤材料の飛出しを防止し、剛性を確保するための押えを設置することを要旨とするものである。
【００１９】
請求項３記載の本発明によれば、構造物の回転動により地盤材料が飛び出そうとしても押えがあることで、飛出しが防止され、剛性が確保される。
【００２０】
請求項４記載の発明は、置換部分の内部に、基礎構造体を打設することを要旨とするものである。
【００２１】
請求項４記載の本発明によれば、構造物の回転動に伴う杭の上下振動により基礎構造体に摩擦力が働き、この摩擦力が構造物の応答低減に寄与する。
【００２２】
請求項５記載の発明は、置換部分は、基礎周辺地盤だけでなく基礎下にも形成することを要旨とするものである。
【００２３】
請求項５記載の本発明によれば、基礎下にも非線形材料を適用することで地震入力の抑制と、水平動に伴って生じる振動エネルギーの履歴吸収により応答を低減できる。
【００２４】
請求項６記載の発明は、建物などの構造物の基礎下の中心に基礎構造体を打設することを要旨とするものである。
【００２５】
請求項６記載の本発明によれば、構造物の基礎下の中心に基礎構造体を打設することにより、地震時の残留変位（水平および回転）を抑制できる。
【００２６】
請求項７記載の発明は、建物などの構造物の基礎周辺にはね出しを設け、このはね出しの下に置換部分を形成することを要旨とするものである。
【００２７】
請求項７記載の本発明によれば、構造物の基礎下の支持地盤を原地盤のままとして通常の接地圧を確保するとともに、はね出しの下の地盤を非線形材料で置換することにより、構造物の回転動を発生し易くして大地震時の建物応答を低減できる。
【００２８】
請求項８記載の発明は、建物などの構造物の基礎下に形成される置換部分は断面略縞状であることを要旨とするものである。
【００２９】
請求項８記載の本発明によれば、建物などの構造物の基礎下に形成される置換部分は断面略縞状とすることで、原地盤による押えの効果で水平変形は抑制するものの、置換した地盤材料の履歴減衰により建物応答を低減できる。
【００３０】
請求項９記載の発明は、置換部分は、建物などの構造物の杭基礎の周辺地盤に形成することを要旨とするものである。
【００３１】
請求項９記載の本発明によれば、建物などの構造物の杭基礎の周辺地盤を非線形材料で置換することにより、構造物の回転動を発生し易くするとともに、回転動により生じる杭基礎の上下振動により杭周面に摩擦力を発生させて、構造物の応答低減に寄与させることができる。
【００３２】
請求項１０記載の発明は、置換部分は建物などの構造物の杭基礎の周辺地盤と構造物の基礎下に形成することを要旨とするものである。
【００３３】
請求項１０記載の本発明によれば、構造物の杭基礎の周辺地盤だけでなく、基礎下全体または一部を非線形材料で置換することで、地震入力の抑制と、水平動に伴って生じる振動エネルギーの履歴吸収により応答を低減できる。
【発明の効果】
【００３４】
以上述べたように本発明の基礎地業工法は、建物などの構造物の基礎周辺地盤を原地盤とは別の地盤材料で置換するだけでなく、置換に用いる地盤材料は大変形時に高減衰が期待できる非線形材料などとするから、上部建物の構造形式に左右されることなく、現場での対応が可能で施工性がよく、地盤を改良する工法に比較してコストも削減でき、建物の地震時応答を効率よく低減できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の基礎地業工法の第１実施形態を示す縦断正面図、図２は同上平面図、図３は同上他の例の平面図、図４は同上さらに他の例の平面図で、本発明の基礎地業工法の基本となる第１実施形態の構成から説明する。
【００３６】
本発明の基礎地業工法は、基礎周辺地盤を、原地盤とは別の地盤材料で置換することにより、建物などの構造物の固有周期を長周期化し、建物への地震入力を抑えて地震時応答を低減するものであり、置換に用いる地盤材料は、大変形時に高減衰が期待できる非線形材料や、大変形時に剛性低下するものの残留変位は生じない性質をもつ非線形材料などである。
【００３７】
原地盤１とは別の地盤材料である非線形材料で置換される部分１５である基礎周辺地盤は、第１実施形態では図１に示すように基礎外縁部２であり、これにより建物３の全体応答のうち回転動を発生し易くして、建物３の固有周期を長周期化し、建物３への地震入力を抑え、建物３の層間変位（水平変位）を低減し部材の損傷を抑えることができる。
【００３８】
置換される部分１５は、深さ方向に対して断面逆三角形状とすることにより、地震時の応答により生じる建物３からの力を効率よく原地盤１に伝達できる。
【００３９】
さらに、置換される部分１５と原地盤１との接触面が斜めになることにより、基礎の変形に対して原地盤１が押えとなって過大な変形を抑制することができる。
【００４０】
また、非線形材料で置換するために原地盤１を掘削するとき、掘削の断面形状が三角形のほうが矩形（鉛直）に掘削するよりも施工性がよい。
【００４１】
前記のように置換される部分１５は建物３の基礎外縁部２であるが、その平面における配置箇所は、図２のように基礎隅角部４、図３のように基礎周辺の並行する２辺の部分５、また、図４のように基礎周辺全体６とすることが考えられる。
【００４２】
図５は第２実施形態を示し、基礎外縁部２の上部に建物３の回転動による地盤材料（非線形材料）の飛出しを防止し、剛性を確保するために、コンクリートなどによる押え７を設置することもできる。
【００４３】
図６は第３実施形態を示し、基礎外縁部２の置換した部分１５の内部に、この置換した部分１５よりも下方に突出しない程度の短い長さの杭８を打設する。これにより、建物３の回転動に伴う杭８の上下振動によってこの杭８の周面に摩擦力を生じさせ、建物３の応答低減に寄与させることができる。
【００４４】
図７は第４実施形態を示し、置換する部分１５を建物３の基礎外縁部２だけでなく、基礎下全体または一部９にも非線線形材料を適用してここに置換される部分１５を設ける。この場合、基礎下全体または一部９に形成される置換される部分１５の断面形状は、基礎外縁部２のような逆三角形状とする必要はなく、図７に示すような平板状でよい。
【００４５】
これにより、地震入力の抑制と、水平動に伴って生じる振動エネルギーの履歴吸収により応答を低減できる。
【００４６】
図８は第５実施形態を示し、置換する部分１５を建物３の基礎外縁部２だけでなく、基礎下の中心に、基礎外縁部２に形成した置換された部分１５の深さよりも多少短い長さの杭８を打設する。これにより地震後の残留変位（水平および回転）を抑制できる。
【００４７】
図９は第６実施形態を示し、建物３の基礎周辺にはね出し１１を設け、建物３の基礎下は原地盤のままとして通常の接地圧を確保し、はね出し下の地盤１２を非線形材料で置換し、ここに置換された部分１５を形成する。これにより、回転動が発生しやすくなり大地震時の建物応答を低減できる。
【００４８】
図１０は第７実施形態を示し、建物３の基礎外縁部２だけでなく、基礎下の支持地盤も基礎外縁部２と同様に非線形材料で置換し、全体として断面略縞状に置換部分１３を形成する。これにより、原地盤による押えの効果で水平変形は抑制するものの、置換した地盤材料の履歴減衰により建物応答を低減できる。
【００４９】
図１１は第８実施形態を示し、建物３に杭基礎１４が打設されている場合、この杭基礎１４の周辺の周辺地盤である基礎外縁部２を非線形材料で置換して置換される部分１５を形成する。これにより、建物３の回転動が発生し易くなり、回転動により生じる杭基礎１４の上下振動により杭周面に摩擦力が発生し、建物３の応答低減に寄与できる。
【００５０】
図１２は第９実施形態を示し、これは前記第４実施形態と第８実施形態との構成を組合わせたもので、基礎下全体または一部９を非線形材料で置換するとともに杭基礎１４の周辺地盤を非線形材料で置換する。これにより、地震入力の抑制と、水平動に伴って生じる振動エネルギーの履歴吸収により応答を低減できる。
【００５１】
以上のようにして建物３に免震装置などの特殊な装置を組み込むことなく、地盤改良ではなく、地盤の少なくとも一部を非線形材料で置換するだけの簡単な工法で建物の地震時応答を低減でき、建物の構造計画の自由度を拡大でき、上部建物の構造形式に左右されることなく現場での柔軟な計画も可能で、施工性が向上し、設計と施工の両面においてコスト削減および品質向上を図れる。
【００５２】
図１３は、本発明の工法を適用することにより、建物頂部の加速度応答スペクトルが減衰して建物の固有周期の長期周期化により、建物への地震入力が低減し、建物の損傷が抑制できることを示している。
【００５３】
また、本発明で使用する地盤材料としては、原地盤の利用が可能であり、建設排土を有効利用することもでき、建設排土削減など環境問題への有効な対策法も提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の基礎地業工法の第１実施形態を示す縦断正面図である。
【図２】本発明の基礎地業工法の第１実施形態の第１例を示す平面図である。
【図３】本発明の基礎地業工法の第１実施形態の第２例を示す平面図である。
【図４】本発明の基礎地業工法の第１実施形態の第３例を示す平面図である。
【図５】本発明の基礎地業工法の第２実施形態を示す縦断正面図である。
【図６】本発明の基礎地業工法の第３実施形態を示す縦断正面図である。
【図７】本発明の基礎地業工法の第４実施形態を示す縦断正面図である。
【図８】本発明の基礎地業工法の第５実施形態を示す縦断正面図である。
【図９】本発明の基礎地業工法の第６実施形態を示す縦断正面図である。
【図１０】本発明の基礎地業工法の第７実施形態を示す縦断正面図である。
【図１１】本発明の基礎地業工法の第８実施形態を示す縦断正面図である。
【図１２】本発明の基礎地業工法の第９実施形態を示す縦断正面図である。
【図１３】本発明の基礎地業工法による建物応答の低減を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１原地盤２基礎外縁部
３建物４基礎隅角部
５２辺の部分６基礎周辺全体
７押え８杭
９基礎下全体または一部
１１はね出し下１２はね出し下の地盤
１３断面略縞状の置換部分１４杭基礎
１５置換する部分

【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物などの構造物の基礎周辺地盤を、原地盤とは別の非線形材料による地盤材料で置換して置換部分を形成することを特徴とする基礎地業工法。
【請求項２】
置換部分は、深さ方向に対して下に凸状とする請求項１記載の基礎地業工法。
【請求項３】
置換部分の上部に地盤材料の飛出し防止のための押えを設置する請求項１記載の基礎地業工法。
【請求項４】
置換部分の内部に、基礎構造体を打設する請求項１記載の基礎地業工法。
【請求項５】
置換部分は、基礎周辺地盤だけでなく基礎下にも形成する請求項１記載の基礎地業工法。
【請求項６】
建物などの構造物の基礎下の中心に基礎構造体を打設する請求項１記載の基礎地業工法。
【請求項７】
建物などの構造物の基礎周辺にはね出しを設け、このはね出しの下に置換部分を形成する請求項１記載の基礎地業工法。
【請求項８】
建物などの構造物の基礎下に形成される置換部分は断面略縞状である請求項１または請求項５に記載の基礎地業工法。
【請求項９】
置換部分は、建物などの構造物の杭基礎の周辺地盤に形成する請求項１記載の基礎地業工法。
【請求項１０】
置換部分は建物などの構造物の杭基礎の周辺地盤と構造物の基礎下に形成する請求項１記載の基礎地業工法。

【図１】