説明

建造物基礎の造成工法

【課題】地震が発生しても建造物との相対的な位置関係が変動することがなく、且つ、建造物との境界部分が破断してしまうことがなく、地震のエネルギーを十分に吸収或いは減衰して、耐震強度を向上することが出来る様な建造物基礎を造成することが出来る造成方法の提供。
【解決手段】建造物基礎(Gc)を造成するべき地中の領域に、チップ状の弾性材料(例えば、ゴムチップ)と固化材(例えば、セメントミルク)を供給しつつ、原位置土と混練し、原位置土中にチップ状の弾性材料と固化材が均一に分布する様に混合して、建造物基礎(Gc)を造成することを特徴としている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建造物の耐震技術に関する。より詳細には、新規に建造物を造成するに際して、耐震強度が向上した建造物基礎を造成するための技術に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、従来の木造家屋においては、地盤に造成された基礎上に家屋が載置されているのみであり、基礎と家屋とは固定されていない。地震が発生した際には、基礎と家屋とが固定されていないので、家屋が基礎上の所定位置から「ずれて」しまう場合がある。
【0003】
これに対して、一部の建造物においては、例えば、図9で示すように、地盤G中に埋設された複数本の棒状の基礎2(図9では4本)が、建造物1に対して固定されている。なお、図9において、基礎2が建造物1に固定されている個所が、符号3で示されている(図9では4個所)。
図9で示すような構造であれば、地震が発生した際に、基礎2と建造物1との相対的な位置関係が変位して、建造物1が基礎2に対して「ずれて」しまう事はない。
【0004】
しかし、図9で示すような構造においては、震度の大きい地震が発生した際には、基礎2は地震による大きな振動を吸収することが出来ず、地震のエネルギーが固定個所3(基礎2が建造物1に固定されている個所)に集中してしまうので、固定個所3が破断されてしまう。
【0005】
その他の従来技術として、砂地盤の様に液状化を生じる恐れがある地盤に建造物の基礎を造成するに際して、液状化を生じる恐れがある地盤を、その性状を保つ領域と、液状化を生じない改良領域、とに分ける技術が開示されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
しかし、これらの技術は、地震の発生のみならず、地震の震度や周波数等を予測することが出来ない現状では、具体的な実施に問題があり、且つ、効果が予測し難いという問題を有している。
【0006】
また、砂地盤の下方に位置する(液状化を生じる恐れがない)支持地盤に、支持杭或いはセメント壁を造成して、その支持杭或いはセメント壁の上部に免震装置を配置する技術が開示されている(例えば、特許文献4参照)。
しかし、係る技術では、支持杭或いはセメント壁の上部に、たとえば、ばね定数の一定な免震装置を所定の位置に配置する必要がある。最も一般的な免震装置は、弾性材としてゴムが使用されるが、ゴム材のばね定数は非線形特性も含めて、例えば10%程度のばらつきに抑えることは容易でなく、コストが高騰してしまう。
【0007】
また、複数の免震装置を配置するのであれば、建造物の構造、重量配分とのかかわりを配慮する必要がある。さらに、免震装置のゴム材が空気中に晒される場合には、劣化が避けられないので、適宜、交換しなければならない。
【特許文献1】特開2000−96580号公報
【特許文献2】特開2003−20659号公報
【特許文献3】特開平11−315544号公報
【特許文献4】特開2001−32570号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、地震が発生しても建造物との相対的な位置関係が変動する(ずれてしまう)ことがなく、且つ、建造物との境界部分が破断してしまうことがなく、地震のエネルギーを十分に吸収或いは減衰して、耐震強度を向上することが出来る様な建造物基礎を造成することが出来る造成方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
発明者は、2004年10月23日に新潟県中越地方で複数回発生した震度6強の地震(いわゆる「中越地震」)の被害状況を検討した。発明者が検討した建造物の基礎構造の中に、概略、図9で示すようなものが存在した。
図9において、建造物1は複数の棒状の基礎2を有しており、係る基礎2により建造物1は地盤Gに対して支持されている。ここで、一般的な木造家屋においては、建造物1は基礎2上に載置されているのみである場合が多い。
それに対して、図9で示す建造物1では、基礎2が建造物1に対して固定されている。図9において、基礎2が建造物1に対して固定されている個所が、符号3で示されている。
【0010】
中越地震の被害状況を検討するに際して、当初、基礎2が建造物1に対して固定されているタイプの建造物では、基礎2が建造物1に固定されている個所3は、全て破断していることが予想されていた。
しかし、発明者の検証によれば、中越地震で倒壊しなかった建造物において、基礎2が建造物1に対して固定されているタイプであるにもかかわらず、固定個所3が破断していないケースが、非常に多かった。
【0011】
ここで、震度6強の地震があったにもかかわらず、基礎2が建造物1に対して固定されている個所3が破断しなかったのは、地盤Gにおいて、複数の基礎2が埋設されている領域G1(図9において、点線で示す領域)そのものが弾性を有しているためであると理解出来る。そして、基礎2が存在する地盤中の領域が弾性を有していれば、地震に対する耐性が良好となることも知見される。
本発明は、その様な知見に基づいて創作された。
【0012】
本発明の建造物基礎の造成工法は、建造物基礎(Gc)を造成するべき地中の領域(G)に、チップ状の弾性材料(例えば、ゴムチップ)と固化材(例えば、セメントミルク)を供給しつつ、原位置土と混練し、原位置土中にチップ状の弾性材料と固化材が均一に分布する様に混合して、建造物基礎(Gc)を造成することを特徴としている(請求項1)。
【0013】
また本発明の建造物基礎の造成工法は、建造物基礎を造成するべき領域(G)の原位置土を掘削して除去する工程と、土壌(掘削された原位置土以外の土壌でも、掘削された原位置土であっても良い)とチップ状の弾性材料(例えば、ゴムチップ)と固化材(例えば、セメントミルク)とを混合して、土壌中にチップ状の弾性材料と固化材とが均一に分布する様に混合し、その混合物を原位置土を除去した空間(H)内に充填して建造物基礎を造成する工程とを有することを特徴としている(請求項2)。
【0014】
さらに本発明の建造物基礎の造成工法は、土壌(掘削された原位置土以外の土壌でも、掘削された原位置土であっても良い)とチップ状の弾性材料(例えば、ゴムチップ)と固化材(例えば、セメントミルク)とを混合して、土壌中にチップ状の弾性材料と固化材とが均一に分布する様に混合し、その混合物を地盤の凹部内に充填して建造物基礎を造成する工程とを有することを特徴としている(請求項3)。
【0015】
上述した建造物基礎の造成工法(請求項2、請求項3の何れかの建造物基礎の造成工法)において、前記土壌(スラリー)は水と粘性土(シルト及び粘土)と砂との混合物であり、その混合物(水と粘性土と砂との混合物であるスラリー)中で砂は体積比で40±2.5%含有されており、チップ状の弾性材料(ゴムチップ)の添加量は固化材(セメント)添加量の4倍以上であるのが好ましい(請求項4)。
【0016】
上述した本発明の建造物基礎の造成方法(請求項1〜4の何れか1項の建造物基礎の造成方法)において、チップ状の弾性材料と固化材(例えば、セメントミルク)に加えて、繊維を混合することが好ましい(請求項5)。
【0017】
ここで、前記「地盤の凹部」は、例えば、地表における凹部(RS:窪地)である(図6)。
或いは、前記「地盤の凹部」は、例えば、地盤(G)の傾斜面(SL)と、そこに築造された擁壁(VW)とで包囲された領域である(図7)。
【発明の効果】
【0018】
上述する構成を具備する本発明において、造成された基礎(Gc)の上縁部(Gcu)を建造物(1)に固定すれば、地震が発生しても、基礎(Gc)と建造物(1)との相対位置がずれてしまうことはない。
【0019】
ここで、本発明により造成される基礎、すなわちチップ状の弾性材料(ゴムチップ)を混合した基礎(Gc)によれば、負荷し得る応力(図3のσ軸)は従来の基礎と同程度であっても、許容可能なひずみ(図3のε軸)は遥かに大きくなる。そのため、基礎(Gc)が吸収可能な(減衰可能な)地震エネルギーは、従来の基礎に比較して、遥かに大きくなる(図3参照)。
本発明により造成された基礎によれば、相当な震度であっても、地震のエネルギーは基礎(Gc)により吸収され、建造物(1)と基礎(Gc)との固定個所に、地震のエネルギーが集中的に作用してしまうことはない。従って、基礎(Gc)と建造物(1)との固定個所が破断することが防止できる。
【0020】
そして、地震エネルギーの吸収能力(減衰特性)の優秀性に起因して、本発明により造成された基礎によれば、当該基礎(Gc)及び/又はそれに固定された建造物の耐震性は良好である。
【0021】
本発明において、チップ状の弾性材料と固化材(例えば、セメントミルク)に加えて、繊維を混合すれば、地震エネルギーの吸収能力(減衰特性)と、建造物の耐震性は、さらに向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、添付図面の図1〜図5を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図1〜図3を参照して、第1実施形態について説明する。
【0023】
図1〜図3の第1実施形態は、建造物下方における基礎を造成するべき領域の土壌(現場の土壌)に、チップ状の弾性材料であるゴムチップと、固化材であるセメントミルクを注入して、混練することにより、円筒状(或いは杭状)の基礎を造成している。
【0024】
図1は、基礎を造成するべき領域の原位置土(現場の土壌)に、ゴムチップとセメントミルクとを混合して、混練装置により混合する状態を示している。
【0025】
図1において、全体を符号10で示す混練装置は、撹拌機4と、ゴムチップ供給機構5と、固化材供給機構6とを備えている。
図1において、施工領域Gに撹拌機4が建て込まれている。撹拌機4のロッド部41の先端近傍には、隣接して上下2段の撹拌翼42が取付けられている。
ロッド部41において、上下2段の撹拌翼42の上下方向中間位置には、注入孔43が形成されている。そして、ロッド部41の地上側Eには、スイベルジョイント44が設けられている。
なお、撹拌機4は、ボーリングロッドの先端に撹拌翼を備えたものであってもよい。
【0026】
ゴムチップ供給機構5と、固化材供給機構6とは地上側Eに設置されている。
ゴムチップ供給機構5と撹拌機4のスイベルジョイント44とは、ゴムチップ供給ラインL5によって接続されている。また、固化材供給機構6とスイベルジョイント44とは、固化材供給ラインL6によって接続されている。
【0027】
撹拌機4のロッド部41において、スイベルジョイント44と注入口43との間の領域は、図1では図示されていないが、1本の供給流路で連通している。スイベルジョイント44に流入したゴムチップと固化材(例えばセメントミルク)は、当該図示されていない供給流路を経由して、注入口43から施工領域内に、矢印Yで示す様に注入される。
【0028】
ゴムチップは、固化材であるセメントミルクに対して、均等に混合する必要がある。
図1の実施形態では、撹拌機4の先端に設けた撹拌翼42によって、原位置土にゴムチップを混練し、混合、撹拌することにより、撹拌翼42で混練された範囲内では、ゴムチップは均等に分布される。
【0029】
ここで、図示の実施形態において、ゴムチップ自体は微小な寸法で均一化する必要は無い。比較的寸法が大きいゴムチップから、微小サイズのゴムチップに至るまで、種々のサイズのゴムチップが混在している状態で、基礎を造成するべき領域にゴムチップを混練すれば良い。
【0030】
図1における撹拌に際しては、撹拌機4全体を矢印U、矢印Dで示す様に垂直方向へ昇降しつつ、矢印Rで示す様に時計方向と反時計方向へ回転方向を反転させながら、ロッド部41を回転させている。
【0031】
図2は、図1で示す混練装置10により、原位置土(現場の土壌)Gとゴムチップとセメントミルクとの混合物により、円筒状(杭状)の基礎Gcを造成した後、基礎Gcの上縁部Gcuを、建造物1に固定した状態を示している。
【0032】
図3は、造成された基礎における地震エネルギーの減衰特性(或いは吸収能力)を示す。図3の縦軸には土壌に作用する剪断応力σをとり、横軸には剪断応力に対応するひずみ(ひずみ率)εをとっている。
図3において、曲線PAは、セメントミルクと原位置土のみを混合して造成した基礎(ゴムチップを含有しない基礎)における、地震エネルギーの減衰特性(あるいは応力−ひずみ特性)を示している。
一方、曲線PIは、セメントミルクとゴムチップと原位置土を混練して造成した基礎(図示の実施形態の基礎)における、地震エネルギーの減衰特性(あるいは応力−ひずみ特性)を示している。
【0033】
発明者の実験によれば、ゴムチップを混合しない場合における許容可能なひずみεは、1%程度である。これに対して、ゴムチップを混合した場合における許容可能なひずみεは、5%程度まで増加する。
係るひずみεの増加により、負荷可能な応力σが同程度であっても、セメントミルクとゴムチップと原位置土を混練して造成した基礎における地震エネルギーの吸収能力或いは減衰特性は、ゴムチップを混合しない従来の基礎に比較して、遥かに大きくなる。
【0034】
図3を参照して、具体的に説明する。
従来のセメントミルクと原位置土のみの基礎における地震エネルギーの吸収能力は、図3において、曲線PAの下側のハッチングを付した部分の面積SAで示される。すなわち、曲線PAと、ε=1%のラインAと、ε軸(横軸)で囲まれた部分の面積SAが、ゴムチップを含有しない従来の基礎における地震エネルギーの吸収能力を示す。
【0035】
一方、図1、図2で説明した第1実施形態に係る基礎(セメントミルクとゴムチップと原位置土を混練して造成した基礎)Gcにおける地震エネルギーの吸収能力は、図3において、曲線PIの下側のハッチング(曲線PAの下側のハッチングとは異なるハッチング)を付した部分の面積SIで示される。すなわち、曲線PIと、ε=5%のラインIと、ε軸(横軸)で囲まれた部分の面積SIが、第1実施形態に係る基礎の地震エネルギーの吸収能力である。
【0036】
両者を比較すれば明らかな様に、第1実施形態に係るセメントミルクとゴムチップと原位置土を混練して造成した基礎では、従来の基礎(特性曲線PA)に比較して、地震エネルギー吸収能力が遥かに向上している。
【0037】
図2において、基礎Gcの上縁部Gcuが建造物1に固定されているので、地震が発生しても、基礎Gcと建造物1との相対位置がずれてしまうことはない。
そして、図3を参照して上述したように、基礎Gcにおける地震エネルギーの吸収能力(減衰特性)は非常に良好であり、相当な震度であっても、地震のエネルギーは基礎Gcにより吸収され、建造物1との固定個所に集中してしまうことはない。従って、基礎Gcと建造物1との固定個所が破断してしまうことが防止される。
【0038】
さらに、基礎Gcにおける地震エネルギーの吸収能力(減衰特性)の優秀性に起因して、基礎Gcの耐震性と、基礎Gcに固定された建造物の耐震性も良好となる。
【0039】
次に、図4、図5を参照して、第2実施形態を説明する。
図4、図5の第2実施形態では、基礎となるべき領域の土壌を掘削し、掘削された空間内に、土とゴムチップとセメントミルクとの混合物を充填している。
【0040】
図4において、基礎を造成するべき領域Gの土壌を、パワーショベル等の建設機械7により掘削する。
図4における符号Hは、掘削されてできた空間(穴)を示す。
【0041】
図5において明示はされていないが、土とゴムチップとセメントミルクとの混合物を、基礎を造成するべき領域G及びその近傍の作業現場とは別の個所、例えば、作業現場から離隔した個所に設けられている図示しない専用のプラント等で準備する。
そして、図示しない専用のプラント等で準備された混合物Mを、輸送手段(例えば、貨物自動車8)により、当該プラントから作業現場まで輸送する。輸送された混合物Mは、貨物自動車8の供給ホース9から空間Hに投入され、空間Hを混合物Mで充填する。
【0042】
明確には図示されていないが、図4で示す段階で掘削された土を、プラントに搬送して、ゴムチップとセメントミルクと混合しても良い。
また、図示しないプラントが、基礎を造成するべき領域から比較的近い位置に設けられているのであれば、図示しない搬送手段(例えば、ベルトコンベア)により、プラントから空間Hまで搬送しても良い。
【0043】
図示はされていないが、作業現場において、(図4で示す段階で)掘削された土と、ゴムチップと、セメントミルクとを混合し、当該混合物を直接空間Hに投入・充填することも可能である。
【0044】
図4、図5の第2実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図1〜図3で示す第1実施形態と同様である。
【0045】
図6は、本発明の第3実施形態を示している。
図4、図5の第2実施形態では、基礎となるべき領域の土壌を掘削し、掘削された空間内に土とゴムチップとセメントミルクとの混合物を充填している。それに対して、図6の第3実施形態では、土壌の掘削作業を省略している。
図6において、地盤Gにおいて基礎を造成するべき領域は、窪地RSである。
【0046】
係る窪地RSの近傍に停車されている貨物自動車8(輸送手段)には、図示しない専用のプラント等で準備された混合物M(土とゴムチップとセメントミルクとの混合物)が充填されており、当該混合物Mを貨物自動車8の供給ホース9から地表における凹部(窪地)RSに投入し、窪地RSを混合物Mで充填する。
【0047】
図4、図5の第2実施形態と同様に、図6の第3実施形態においても、図示しないプラントが、窪地RS近傍に設けられているのであれば、図示しないベルトコンベア等の搬送手段により、プラントから窪地RSまで搬送しても良い。
図6の第3実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図4、図5の第2実施形態と同様である。
【0048】
図7は、図6の第3実施形態の変形例を示している。
図7では、傾斜面SLを有する地盤Gに擁壁VWを造成し、傾斜面SLと擁壁VWで包囲された領域に、土とゴムチップとセメントミルクとの混合物Mを充填している。
【0049】
図7では明示されていないが、混合物Mが充填される領域における紙面に垂直な方向の両端部は、地盤Gの傾斜面や壁面、及び/又は、擁壁(図示せず)となっている。
図7の変形例におけるその他の構成及び作用効果は、図6の第3実施形態と同様である。
【0050】
図8は、本発明の第4実施形態を示している。
図8において、全体を符号10Aで示す混練装置では、スイベルジョイント44にラインL5を介してゴムチップ供給機構5が接続され、ラインL6を介して固化材供給機構6が接続されていると共に、ラインL7を介して繊維供給機構12が接続されている。
繊維供給機構12は、地盤中に混合されると絡み合って強度を発現するような繊維を貯蔵している。その繊維は、ラインL7を介してスイベルジョイント44に流入して、ゴムチップと固化材(例えばセメントミルク)と混合されて、ロッド部41の注入口43から施工領域内に、矢印Yで示す様に注入される。
【0051】
図8の第4実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図1〜図3の第1実施形態と同様である。
なお、図4、図5の第2実施形態、図6、図7の第3実施形態においても、図8で示すのと同様に、ゴムチップと固化材(例えばセメントミルク)に繊維を加えて、混合することが可能である。
【0052】
下表1は、セメントとゴムチップとスラリー(請求項2〜4における「土壌」)を混練した材料において、ゴムチップ添加量とひずみεとを求めた試験の結果を示している。
係る試験において、セメントとしては高炉セメントB種を使用し、ゴムチップの比重は約1.1である。そして、スラリーは、水と粘性土(シルト及び粘土)と砂とを混合しており、砂は体積比で40±2.5%だけ含有されている。
ここで、ゴムチップの粒径は、5mm以下であり、ひずみεとしては、一軸圧縮応力を負荷した場合における破壊ひずみを採用している。
【表1】

【0053】
表1において、番号2〜5、7〜10のロットにおいて、ひずみεが3%を超えている。
表1から明らかな様に、ひずみεが4%を超えている場合(番号3〜5、9、10のロット)には、セメント添加量に対するゴムチップ添加量(ゴムチップ添加量/セメント添加量)は、重量比で、4.0以上となっている。
【0054】
図3を参照すれば明らかな様に、ひずみεが4%以上であれば(εが3%以上であっても)、地震エネルギーの吸収能力(図3において、曲線PIの下側のハッチングを付した部分の面積SIで表現される)は、ゴムチップを含有しない従来の基礎における地震エネルギーの吸収能力(図3において、曲線PAと、ε=1%のラインAと、ε軸(横軸)で囲まれた部分の面積SAで表現される)よりも、十分に大きい。従って、良好な耐震性を獲得することが出来る。
【0055】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定するものではないことを付記する。
例えば、図示の実施形態において、繊維を加えているのは図8の第4実施形態(第1実施形態と対応する実施形態)であるが、上述した通り、図4〜図7の各実施形態においても、ゴムチップと固化材と繊維を混合することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】本発明の第1実施形態で用いられる混練装置の概要図。
【図2】第1実施形態に係る施工が完了した状態を示す図。
【図3】地震エネルギーの減衰特性図。
【図4】第2実施形態の掘削工程を示した断面図。
【図5】第2実施形態の混合物充填工程を示した説明図。
【図6】第3実施形態を示す説明図。
【図7】第3実施形態の変形例を示す説明図。
【図8】第4実施形態を示す説明図。
【図9】従来技術を説明する図。
【符号の説明】
【0057】
1・・・建造物
4・・・ボーリングロッド
5・・・ゴムチップ供給機構
6・・・固化材供給機構
7・・・建設機械/パワーショベル
8・・・輸送機
9・・・供給ホース
12・・・繊維供給機構
42・・・撹拌翼
43・・・注入口
44・・・スイベルジョイント
G・・・地盤
Gc・・・建造物基礎
L5・・・ゴムチップ供給ライン
L6・・・固化材供給ライン
L7・・・繊維供給ライン

【特許請求の範囲】
【請求項1】
建造物基礎を造成するべき地中の領域に、チップ状の弾性材料と固化材を供給しつつ、原位置土と混練し、原位置土中にチップ状の弾性材料と固化材が均一に分布する様に混合して、建造物基礎を造成することを特徴とする建造物基礎の造成工法。
【請求項2】
建造物基礎を造成するべき領域の原位置土を掘削して除去する工程と、土壌とチップ状の弾性材料と固化材とを混合して、土壌中にチップ状の弾性材料と固化材とが均一に分布する様に混合し、その混合物を原位置土を除去した空間内に充填して建造物基礎を造成する工程とを有することを特徴とする建造物基礎の造成工法。
【請求項3】
土壌とチップ状の弾性材料と固化材とを混合して、土壌中にチップ状の弾性材料と固化材とが均一に分布する様に混合し、その混合物を地盤の凹部内に充填して建造物基礎を造成する工程とを有することを特徴とする建造物基礎の造成工法。
【請求項4】
前記土壌は水と粘性土と砂との混合物であり、その混合物中で砂は体積比で40±2.5%含有されており、チップ状の弾性材料の添加量は固化材添加量の4倍以上である請求項2、3の何れかの建造物基礎の造成工法。
【請求項5】
チップ状の弾性材料と固化材に加えて、繊維を混合する請求項1〜4の何れか1項の建造物基礎の造成方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate


【公開番号】特開2008−231805(P2008−231805A)
【公開日】平成20年10月2日(2008.10.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−73884(P2007−73884)
【出願日】平成19年3月22日(2007.3.22)
【出願人】(390002233)ケミカルグラウト株式会社 (79)
【Fターム(参考)】