説明

基礎工法

【課題】枠型改良壁によって囲まれた地盤の拘束力を効果的に高めることで、その拘束地盤の変形を抑えることが可能となり、枠型改良壁と拘束地盤とが一体となって建物または構造物を支えることができる。
【解決手段】掘削した地盤G0に地盤改良材を混合させて攪拌することで、建物2の直下の拘束地盤G1を囲む平面視矩形状の枠型改良壁1を形成し、この枠型改良壁1を、対向する壁同士のスパンDが深さ方向の長さ寸法(改良壁長L)の2倍以下(D≦2×L)となるように設ける基礎工法を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建物または構造物を平面視矩形状の枠型改良壁、或いは枠型改良壁で囲まれた地盤によって支持する基礎工法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、地盤改良施工として、地盤をブロック状あるいは壁状に掘削し、地盤をほぐした状態で、例えば地盤改良材を添加し、ほぐされた地盤とともに混合し、攪拌することにより地盤改良壁等を施工する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、先端(下端)に掘削翼を設けたロッドを、隣り合う掘削翼同士が接触しないように複数のロッドを配列するとともに、各ロッドの掘削翼の上方位置に攪拌翼を設け、その攪拌翼がロッドの回転方向と異なる方向に回転させるようにした構成であって、ロッドとともに掘削翼を回転させて地盤中を下方に移動させつつ、攪拌翼によって混合し、攪拌する地盤改良装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平11−217820号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の地盤改良体では、建物直下の地盤を囲うように地盤改良壁を設けることで、液状化地盤において地下水や砂の流動を阻止して地盤の液状化を抑制して、構造物の沈下を防止したり、軟弱地盤による圧密沈下を防止することを可能としている。ところが、形成する地盤改良壁の高さ(深さ方向の長さ寸法)が不足している場合や、前記地盤を囲うように設ける地盤改良壁の水平方向の間隔(スパン)が大きい場合や、或いは建物の位置や形状に対応した地盤改良体になっていない場合には、地盤改良壁の内側の地盤の拘束力が弱く、変形が生じるおそれがあり、地震時や液状化によっては建物を効果的に支持することができないことから、その点で改善の余地があった。
【0005】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、枠型改良壁によって囲まれた地盤の拘束力を効果的に高めることで、その拘束地盤の変形を抑えることが可能となり、枠型改良壁と拘束地盤とが一体となって建物または構造物を支えることができる基礎工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明に係る基礎工法では、建物または構造物を平面視矩形状の枠型改良壁、或いは枠型改良壁で囲まれた地盤によって支持する基礎工法であって、掘削した地盤に地盤改良材を混合させて攪拌することで、枠型改良壁が形成され、枠型改良壁は、対向する壁同士のスパンが深さ方向の長さ寸法の2倍以下となるように設けられていることを特徴としている。
【0007】
本発明では、枠型改良壁が建物または構造物(以下、建物等という)の直下の対象地盤を囲うように設けられているので、枠型改良壁に囲われた範囲にある地盤は水平方向への移動が拘束された状態となって剛性を増すことになり、地震時における建物等の揺れを低減させることができる。そして、建物等の外周部に沿って枠型改良壁が設けられている場合には、枠型改良壁の対向する壁同士のスパンが深さ方向の長さ寸法の2倍以下とすることで、前記枠型改良壁が建物等の中心部から斜め下方に向けて45度の位置に存在するため、建物等の直下の地盤に対して45度の方向に分散される建物等の荷重を枠型改良壁によって囲まれる地盤によって確実に支持することが可能となる。つまり、本基礎工法では、建物等の全荷重を枠型改良壁で拘束された地盤を介して枠型改良壁で受けもたせることができる。
そして、枠型改良壁で囲まれる地盤が拘束されているので、その拘束地盤において地震時のせん断変形を抑制することができるため、液状化を防止することができる。
【0008】
また、地震による水平力が建物等に作用すると、その建物等とともに地盤中の枠型改良壁にも同一方向の水平力が作用する。つまり、枠型改良壁の外面側から内面側に向けて内向きの水平力がかかる一方の改良壁部においては、拘束地盤のうち壁下端から拘束地盤内の地表面に向けて45度の範囲の第1拘束地盤領域が前記改良壁部に作用する水平力に対する水平抵抗となる。
このとき、第1拘束地盤領域よりも一方の改良壁部と対向位置に配置される他方の改良壁部側の拘束地盤において、第1拘束地盤領域の地表面部分から他方の改良壁部へ向けて斜め下方に向けて45度の範囲に、第1拘束地盤領域によって他方の改良壁部側へ押されて水平方向に移動するように作用する第2拘束地盤領域が形成されるが、この第2拘束地盤領域の移動は他方の改良壁部によって規制されることになる。つまり、枠型改良壁の対向する壁同士のスパンが深さ方向の長さ寸法の2倍以下であるので、枠型改良壁よりも外側に向けて水平方向に移動しようとする第2拘束地盤領域の全体を他方の改良壁部によって確実に押さえることができる。これにより、地震時に枠型改良壁に水平力が作用しても枠型改良壁内の拘束地盤が変形するのを抑制することができる。
したがって、地震時に建物等より受ける水平力を枠型改良壁が受けても、内外面が抵抗力を受けることで剛性が高められ、建物等の地震時の揺れを低減することができるうえ、枠型改良壁に傾きやねじれが生じるのを防止することができる。
【0009】
さらに、本発明に係る基礎工法では、建物等から受ける下向きの荷重に対しては枠型改良壁の内外面での地盤との摩擦力によって抵抗し、枠型改良壁の外面が受ける土圧に対しては壁内側で拘束されている地盤の抵抗力によって抵抗し、枠型改良壁の内面に作用する土圧に対しては外面が受ける土圧が抵抗力となる。このように、本基礎工法では、内外面の抵抗力によって傾きやねじれが防止された枠型改良壁によって建物等を支持することができる。
【0010】
また、本発明に係る基礎工法では、枠型改良壁は、地表面部分に設けられる表層蓋体によって閉蓋されていることが好ましい。
また、深さ方向の長さ寸法は、表層蓋体と枠型改良壁における深さ方向の長さ寸法とを合わせた寸法であることがより好ましい。
【0011】
この場合には、枠型改良壁と表層蓋体とが一体的に設けられるので、枠型改良壁の剛性が高まり、枠型改良壁内の地盤の拘束力を増大させることができる。また、枠型改良壁によって囲まれた地盤上に建物等のベタ基礎や表層改良部などの表層蓋体が設けられているので、地震によって地盤が液状化した場合であっても、拘束地盤内に含有される水の地上(建物側)への噴出を防ぐことが可能となる。したがって、噴出する水とともに拘束地盤内の砂が流出することもないため、枠型改良壁内の拘束地盤が変形するのを抑制することができ、拘束地盤の拘束力の低下を防ぐことができる。そのため、液状化した場合であっても、拘束地盤による建物等の支持力を確保することが可能となり、建物等が傾くのを抑制することができる。
【0012】
また、本発明に係る基礎工法では、枠型改良壁は、格子状に区画されていてもよい。
この場合、枠型改良壁を格子状(例えば平面視で田の字状)に区画されるので、各辺によって囲まれた1区画において、対向する壁同士のスパンが深さ方向の長さ寸法(改良壁長)の2倍以下となるように設定されていれば良く、建物等の支持領域が広大な場合であっても枠型改良壁を適宜区画することにより対応することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明の基礎工法によれば、枠型改良壁によって囲まれた地盤の拘束力を効果的に高めることで、その拘束地盤の変形を抑えることが可能となり、枠型改良壁と拘束地盤とが一体となって建物または構造物を支えることができる。すなわち、地震時に枠型改良壁に水平力が作用した場合であっても、内外面の抵抗力によって拘束地盤と一体化された枠型改良壁に傾きやねじれが生じることがなくなり、効果的に建物や構造物を支持することができるうえ、液状化に伴う建物や構造物の影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施の形態による基礎工法によって形成された枠型改良壁の構成を示す側断面図である。
【図2】図1に示す枠型改良壁の水平断面図である。
【図3】地盤改良装置を作業機に装着した側面図である。
【図4】(a)、(b)は、図1に示す枠型改良壁の作用を説明するための側断面図であって、図1に対応する図である。
【図5】実施例による解析モデルを示す図であって、(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図6】(a)、(b)は、図5(b)に示す解析モデルに異なる波長の変形を与えた図である。
【図7】(a)、(b)は、実施例による解析結果を示す図である。
【図8】(a)、(b)は、実施例による別の解析結果を示す図である。
【図9】第1変形例による基礎工法によって形成された枠型改良壁の構成を示す側断面図である。
【図10】第2変形例による基礎工法によって形成された枠型改良壁の構成を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態による基礎工法について、図面に基づいて説明する。
【0016】
図1に示すように、本実施の形態による基礎工法では、建物2の基礎直下において、建物2の外周部に沿うようにして壁状の地盤改良部(枠型改良壁1)を地盤改良装置3(図4参照)を用いて形成している。
【0017】
図1および図2に示すように、本基礎工法は、掘削した地盤G0に地盤改良材を混合させて攪拌することで、建物2の直下の地盤(これを拘束地盤G1という)を囲繞する平面視矩形状の枠型改良壁1を形成する。枠型改良壁1は、対向する壁同士のスパンDが深さ方向の長さ寸法(改良壁長L)の2倍以下(D≦2×L)となるように設けられている。
ここで、本実施の形態の改良壁長Lは、枠型改良壁1自体の長さ寸法Laと、建物2の基礎11の地表面Gaから下の深さ寸法Lbと、を合わせた寸法としている。
【0018】
図3に示すように、枠型改良壁1を施工するための地盤改良装置3は、バックホウ等の作業機4のアーム先端4aにアタッチメントとして装着して使用され、複数配列されたロッド31の各下端に備えた掘削翼32を回転させながら地盤中を鉛直方向下方に移動させて掘削し、その掘削土に地盤改良材を添加して混合し、攪拌することにより前記枠型改良壁1を施工するものである。
ここで、掘削土に添加される地盤改良材として、地盤改良の目的に応じて、例えばセメントミルク等の液状の材料や、粉体状の材料などの適宜な薬剤を採用することができる。
【0019】
次に、上述した基礎工法の作用について、図面に基づいて具体的に説明する。
図1に示すように、本基礎工法では、枠型改良壁1が建物2の直下の地盤G0を囲うように設けられているので、枠型改良壁1に囲われた範囲にある拘束地盤G1には水平方向の移動が拘束された状態となって剛性を増すことになり、その地震時における建物2の揺れを低減させることができる。
【0020】
そして、枠型改良壁1の対向する壁同士のスパンDが改良壁長Lの2倍以下(D≦2×L)とすることで、枠型改良壁1が建物2の中心部2aから斜め下方に向けて45度(図1の符号θ)の位置に存在することになるため、建物直下の地盤に対して45度の方向に分散される建物荷重を枠型改良壁1によって囲まれる拘束地盤G1によって確実に支持することが可能となる。つまり、枠型改良壁1の上方に設けられる建物2の全荷重を拘束地盤G1を介して枠型改良壁1に受けもたせることができる。
そして、枠型改良壁1で囲まれる地盤G1が拘束されているので、この拘束地盤G1において地震時のせん断変形を抑制することができるため、液状化を防止することができる。
【0021】
また、図4(a)に示すように、地震による水平力F0(図4(a)の紙面で右向きの力)が建物2に作用すると、建物2とともに地盤G0中の枠型改良壁1にも同一方向の水平力F1、F3が作用する。つまり、枠型改良壁1の外面1b側から内面1a側に向けて内向きの水平力F1がかかる一方の第1改良壁部1A(図で左側)においては、拘束地盤G1のうち壁下端1cから拘束地盤G1内の地表面Gaに向けて45度の範囲(符号θ1)の第1拘束地盤領域G1aが第1改良壁部1Aに作用する水平力F1に対する水平抵抗(符号F2)となる。
【0022】
このとき、第1拘束地盤領域G1aよりも第1改良壁部1Aと対向位置に配置される他方の第2改良壁部1B側の拘束地盤G1において、第1拘束地盤領域G1aの地表面部分から第2改良壁部1Bへ向けて斜め下方に向けて45度の範囲(符号θ2)に、第1拘束地盤領域G1aによって第2改良壁部1B側へ押されて水平方向に移動するように作用(図4(a)で矢印F1’)する第2拘束地盤領域G1bが形成されるが、この第2拘束地盤領域G1bの移動は第2改良壁部1Bによって規制されることになる。
つまり、枠型改良壁1の対向する改良壁部1A、1B同士のスパンDが深さ方向の長さ寸法Lの2倍以下(D≦2×L)であるので、枠型改良壁1よりも外側に向けて水平方向に移動しようとする第2拘束地盤領域G1bの全体を第2改良壁部1Bによって確実に押さえることができる。これにより、地震時に枠型改良壁1に水平力が作用しても拘束地盤G1が変形するのを抑制することができる。
【0023】
なお、例えば、前記スパンDが深さ方向の長さ寸法Lの2倍を超える場合(D>2×L)には、第2拘束地盤領域G1bの下端部分が第2改良壁部1Bより下方となり、この第2改良壁部1Bによって移動しようとする第2拘束地盤領域G1bを押さえることができず、拘束地盤G1に変形が生じてしまうことになる。
したがって、地震時に建物2より受ける水平力を枠型改良壁1が受けても、内外面が抵抗力を受けることで剛性が高められ、建物2の地震時の揺れを低減することができるうえ、枠型改良壁1に傾きやねじれが生じるのを防止することができる。
【0024】
また、図4(b)に示すように、建物2から受ける下向きの荷重Kに対しては枠型改良壁1の内面1a、および外面1bでの地盤G0、G1との摩擦力P1によって抵抗し、枠型改良壁1の外面1bが受ける土圧P2に対しては壁内側で拘束されている地盤G1の土圧P3が抵抗力となり、枠型改良壁1の内面1aに作用する土圧P3に対しては壁の外面1bが受ける土圧P2が抵抗力となる。
このように、本基礎工法では、内面1aおよび外面1bの抵抗力によって傾きやねじれが防止された枠型改良壁1によって建物2を支持することができる。
【0025】
さらに、枠型改良壁1と建物2とが基礎11を介して一体的に設けられているので、枠型改良壁1の剛性が高まり、枠型改良壁1内の拘束地盤G1の拘束力を増大させることができる。
【0026】
なお、本基礎工法において、建物2の大きさや平面形状の条件によっては、枠型改良壁1が対向する壁同士のスパンDが改良壁長Lの2倍以下とならない場合(D>2×L)があるが、その場合には、例えば平面視で格子状となるように壁同士のスパンDの中間に枠型改良壁1を設けるようにしても良い。
【0027】
上述のように本実施の形態による基礎工法では、枠型改良壁1によって囲まれた建物2の下方の拘束地盤G1の拘束力を効果的に高めることで、その拘束地盤G1の変形を抑えることが可能となり、枠型改良壁1と拘束地盤G1とが一体となって建物2を支えることができる。
すなわち、地震時に枠型改良壁1に水平力が作用した場合であっても、内外面の抵抗力によって拘束地盤G1と一体化された枠型改良壁1に傾きやねじれが生じることがなくなり、効果的に建物2を支持することができるうえ、液状化に伴う建物2の影響を抑制することができる。
【0028】
次に、上述した実施の形態による基礎工法の効果を裏付けるために行った解析例(実施例)について以下説明する。
【0029】
(実施例)
本実施例では、上述した実施の形態の基礎工法によって施工された枠型改良壁の効果を、数値解析に基づいて確認した。具体的には、枠型改良壁を設けた場合の地盤の変形の伝達緩和の効果を検討することにより、本実施の形態の有効性について確認した。
【0030】
先ず、図5に示すように、枠型改良壁のモデルAと周辺地盤のモデルBを作成し、これらのモデルA、Bに対して、図6(a)、(b)に示すような異なる波長の変形(不等沈下を表現)を解析領域底面に加え、有限要素法シミュレーションを行った。
本実施例のシミュレーションでは、図7(a)に示す枠型改良壁が無い場合(図では仮想の枠型改良壁を符号T’で示す)の比較例と、図7(b)の枠型改良壁Tが有る場合の実施例と、のそれぞれについて解析した。
そして、枠型改良壁T、T’の位置の内側(図7で枠型改良壁T、T’の位置より右側)の地盤G1の変形後の傾斜面g1(g2)と枠型改良壁の交点N1(N2)を含む水平面hとの傾斜角度β1、β2を求める。
【0031】
この結果、図7(a)の比較例の仮想の枠型改良壁T’の場合の傾斜角度β1は19×10−5radとなり、実施例の枠型改良壁Tを有する場合の傾斜角度β2は9.85×10−5radとなり、地盤の変形量(地表面の傾斜)は実施例が比較例の1/2程度に半減している。
実施例の場合には、枠型改良壁Tの左側の地盤G1と枠型改良壁Tとの間に段差が形成され、壁と右側の地盤(拘束地盤)とが一体的になっている。このときの傾斜角βの比率(β1/β2)をキネマティック変位伝達率(kinematic interaction effect)といい、ここでは、51%となる。
【0032】
また、図8は、実施例の解析結果をまとめたものであり、横軸が地盤の硬さや枠型改良壁の剛性から決まる特性値であって、(EIwall/soil1/4/wave lengthで示され、縦軸には図7に基づく上記キネマティック変位伝達率を示し、壁の厚さ寸法を2m、2.5m、3m、3.5m、4mと変化させたデータである。すなわち、横軸の数値が大きくなるほど(横軸で右に行くほど)、地盤の強度が小さくなり、枠型改良壁の剛性が大きくなる。
つまり、図8に示すように、型改良壁同士のスパンDを12m(図5(a)参照)とした条件において、このスパンDに対して壁高Lが2mの場合(D=6Lの場合)には、上記の特性値で略0.018〜0.025の範囲となる。また、12mのスパンDに対して壁高Lが3mの場合(D=4Lの場合)には、上記の特性値で略0.025〜0.033の範囲となる。そして12mのスパンDに対して壁高Lが4mの場合(D=3L)には、上記の特性値で略0.03〜0.04の範囲となる。これにより、壁高Lは2mよりも4mとした方が枠型改良壁の効果が大きいことを確認できた。
【0033】
以上、本発明による基礎工法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0034】
例えば、上記の実施の形態では枠型改良壁1の上端に基礎11を設けているが、これに限定されることはなく、例えば図9に示す第1変形例ように建物2のベタ基礎12(表層蓋体)を枠型改良壁1の上端に設けて閉蓋する方法であってもかまわない。この場合の改良壁長Lは、枠型改良壁1自体の長さ寸法Laと、ベタ基礎12の上面12aから下の深さ寸法Lcと、を合わせた寸法としている。そして、この場合においても、枠型改良壁1は、対向する壁同士のスパンDが深さ方向の長さ寸法(改良壁長L)の2倍以下となるように設けられている。そして、枠型改良壁1と建物2のベタ基礎12とが一体的に設けられているので、枠型改良壁1の剛性が高まり、枠型改良壁1内の拘束地盤G1の拘束力を増大させることができる。
【0035】
また、図10に示す第2変形例ように、建物2と枠型改良壁1との間に地表面Gaの地盤を改良した表面改良部13(表層蓋体)を設けて閉蓋し、その表面改良部13の上面13a側に基礎14を介して建物2を設けるような方法であっても良い。この場合には、地震によって地盤が液状化した場合であっても、拘束地盤G1内に含有される水Wの地上(建物2側)への噴出を防ぐことが可能となる。なお、枠型改良壁1の外側の地盤にあっては、地盤内の水Wが地表面Gaから噴出することになる。したがって、噴出する水とともに拘束地盤G1内の砂が流出することもないため、拘束地盤G1が変形するのを抑制することができ、拘束地盤G1の拘束力の低下を防ぐことができる。そのため、液状化した場合であっても、拘束地盤G1による建物2の支持力を確保することが可能となり、建物2が傾くのを抑制することができる。
【0036】
さらに、枠型改良壁1は、格子状に区画されていてもよい。枠型改良壁を格子状(例えば平面視で田の字状)に区画する場合、各辺によって囲まれた1区画において、対向する壁同士のスパンDが深さ方向の長さ寸法(改良壁長L)の2倍以下(D≦2×L)となるように設定されていれば良く、建物2の支持領域が広大な場合であっても枠型改良壁1を適宜区画することにより対応することができる。
【0037】
また、枠型改良壁1の平面視形状は正方形であることに制限されず、平面視矩形状であれば良いのであって、長方形状とすることも可能である。
さらに、本実施の形態では建物2を拘束地盤G1による支持対象としているが、これに限定されることはなく、構造物であっても良い。
さらにまた、枠型改良壁1を施工するための地盤改良装置3の具体的な構成については、とくに制限されるものではない。つまり、回転軸、掘削翼、攪拌翼などの位置、数量、形状などは任意に設定することが可能である。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【0038】
1 枠型改良壁
2 建物
3 地盤改良装置
4 作業機
11、14 基礎
12 ベタ基礎(表層蓋体)
13 表面改良部(表層蓋体)
D スパン
L 改良壁長(深さ方向の長さ寸法)
G0 地盤
G1 拘束地盤
G1a 第1拘束地盤領域
G1b 第2拘束地盤領域

【特許請求の範囲】
【請求項1】
建物または構造物を平面視矩形状の枠型改良壁、或いは該枠型改良壁で囲まれた地盤によって支持する基礎工法であって、
掘削した地盤に地盤改良材を混合させて攪拌することで、前記枠型改良壁が形成され、
該枠型改良壁は、対向する壁同士のスパンが深さ方向の長さ寸法の2倍以下となるように設けられていることを特徴とする基礎工法。
【請求項2】
前記枠型改良壁は、地表面部分に設けられる表層蓋体によって閉蓋されていることを特徴とする請求項1に記載の基礎工法。
【請求項3】
前記深さ方向の長さ寸法は、前記表層蓋体と前記枠型改良壁における深さ方向の長さ寸法とを合わせた寸法であることを特徴とする請求項2に記載の基礎工法。
【請求項4】
前記枠型改良壁は、格子状に区画されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基礎工法。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2013−87422(P2013−87422A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−225911(P2011−225911)
【出願日】平成23年10月13日(2011.10.13)
【出願人】(511243602)株式会社リアス (3)
【Fターム(参考)】