(57)【要約】      （修正有）【課題】  軟弱地盤においてその地盤構成に応じて効率よく、建物の軸力荷重を十分に支持でき、地震時の応答変位を低減して居住性を向上させ、上部構造への入力低減による上部躯体の低減、また、構造種別の変更を可能とするとともに、杭断面低減及び液状化対策も可能として、連続地中壁を用いてもトータルなコスト低減、工期短縮が可能な杭と連続地中壁の複合基礎を提供する。【解決手段】  軟弱地盤１２は、支持地盤２２よりは剛性が低くその上層３０よりは剛性の高い中間層３２を含み、連続地中壁１８は、中間層３２までの深さに形成され、支持地盤２２まで到達して設けられる複数本の杭１６は、最外周位置の杭１６ａが連続地中壁１８と同じ位置に配設されて連続地中壁１８と一体化され、連続地中壁１８の厚さよりも大きな杭径とされ、杭１６に建物１０の軸力荷重を負担させ、連続地中壁１８には、主として地震時の水平荷重のみを負担させる。【選択図】図１
2006214201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持地盤まで到達して設けられる複数本の杭と、前記杭と一体に設けられる連続地中壁とを有し、軟弱地盤が前記支持地盤上に３０ｍ以上堆積した場所に構築される杭と連続地中壁の複合基礎であって、
前記軟弱地盤は、前記支持地盤よりは剛性が低くその上層よりは剛性の高い中間層を含み、
前記連続地中壁は、前記中間層までの深さに形成され、
前記杭は、最外周位置の杭が前記連続地中壁と同じ位置に配設されて連続地中壁と一体化され、
前記最外周位置の杭は、前記連続地中壁の厚さよりも大きな杭径とされ、
前記杭に建物の軸力荷重を負担させ、
前記連続地中壁には、主として地震時の水平荷重のみを負担させることを特徴とする杭と連続地中壁の複合基礎。
【請求項２】
請求項１において、
前記中間層は、地表より所定の深さで前記支持地盤まで達する層厚を有することを特徴とする杭と連続地中壁の複合基礎。
【請求項３】
請求項２において、
前記最外周位置の杭は、上端が連続地中壁の上端位置まで延びていることを特徴とする杭と連続地中壁の複合基礎。
【請求項４】
請求項２において、
前記最外周位置の杭は、上端が連続地中壁の途中位置まで延びていることを特徴とする杭と連続地中壁の複合基礎。
【請求項５】
請求項２において、
前記最外周位置の杭は、上端が連続地中壁の下端位置で連続地中壁と連結されていることを特徴とする杭と連続地中壁の複合基礎。
【請求項６】
請求項１において、
前記中間層は、地表より所定の深さで前記支持地盤まで達しない層厚を有し、
前記連続地中壁は、コーナー部のみ前記支持地盤まで達する深さに形成し、他の部分は前記中間層までの深さに形成され、
前記最外周位置の杭は、前記連続地中壁のコーナー部を除いて設けられることを特徴とする杭と連続地中壁の複合基礎。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記中間層は、Ｎ値１０以上の粘性土またはＮ値２０以上の砂質土で、剪断波速度が２５０ｍ／ｓ以上の地盤であることを特徴とする杭と連続地中壁の複合基礎。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記中間層までの深さは、１０ｍ以上であることを特徴とする杭と連続地中壁との複合基礎。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記中間層の層厚は、５ｍ以上であることを特徴とする杭と連続地中壁との複合基礎。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記中間層に前記連続地中壁の下端を根入れしたことを特徴とする杭と連続地中壁との複合基礎。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭と連続地中壁の複合基礎に関し、特に、軟弱地盤における杭と連続地中壁の複合基礎に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、建物の軸力を受けるため基礎杭が用いられている。
【０００３】
軟弱地盤では、地震時の水平荷重が加わったときの対処として、杭頭部を天端から杭径の５倍程度に相当する長さ分杭径を太くしたり鋼管を巻くなどの補強をするようにしている。
【０００４】
しかし、軟弱地盤が厚く堆積するような場所に高層建物を建築するような場合、杭頭部を太くしただけでは建物の応答変位値が大きくなるため、杭基礎を連続地中壁杭にて囲うことが行われる場合がある。
【０００５】
このように、連続地中壁を連続地中壁杭として使用する場合には、軸力荷重により連続地中壁杭の厚さが決まってしまい、厚い連続地中壁杭を支持地盤まで長く作らなければならず、掘削量やコンクリートの量が増え、非常に不経済で、工期も長くなり、掘削土量が増大し、建設残土が増大してしまうこととなる。
【０００６】
また、支持地盤までが深いと、厚い連続地中壁杭を深く、精度よく構築することが困難となる。
【０００７】
そのため、連続地中壁を支持地盤より浅く根入れさせ、この連続地中壁に一体化した杭を支持地盤にまで根入れすることで建物を補強する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２２６９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような特許文献１に記載される技術によれば、連続地中壁を短くできる点において、経済的で、工期の短縮化も図ることが可能である。
【０００９】
しかし、特許文献１の技術では、連続地中壁の厚さと杭径の関係が明記されていないため連続地中壁に過度の負担が生じない工夫も必要である。
【００１０】
たとえば、建物の鉛直荷重を支持するために杭径を大きくしなければならないような場合、連続地中壁は地震時の水平荷重のみを負担するだけでよいにもかかわらず、連続地中壁の厚さも厚くしなければならない場合も多い。
【００１１】
したがって、掘削量が多く、コンクリートの使用量も多くなって、掘削残土も増え、経済性もさほどは高くは望みにくい場合もある。
【００１２】
また、同技術では、軟弱地盤の地盤構成を考慮していないため、地盤構成に応じた効率的な基礎構造が得られないものであった。
【００１３】
本発明の目的は、軟弱地盤において地盤構成を考慮に入れ、その地盤構成に応じて効率よく、建物の軸力荷重を十分に支持でき、地震時の応答変位を低減して居住性を向上させ、上部構造への入力低減による上部躯体の低減、また、構造種別の変更を可能とするとともに、杭断面低減及び液状化対策も可能として、連続地中壁を用いてもトータルなコスト低減、工期短縮が可能な杭と連続地中壁の複合基礎を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するため、本発明の杭と連続地中壁の複合基礎は、
（１）支持地盤まで到達して設けられる複数本の杭と、前記杭と一体に設けられる連続地中壁とを有し、軟弱地盤が前記支持地盤上に３０ｍ以上堆積した場所に構築される杭と連続地中壁の複合基礎であって、
前記軟弱地盤は、前記支持地盤よりは剛性が低くその上層よりは剛性の高い中間層を含み、
前記連続地中壁は、前記中間層までの深さに形成され、
前記杭は、最外周位置の杭が前記連続地中壁と同じ位置に配設されて連続地中壁と一体化され、
前記最外周位置の杭は、前記連続地中壁の厚さよりも大きな杭径とされ、
前記杭に建物の軸力荷重を負担させ、
前記連続地中壁には、主として地震時の水平荷重のみを負担させることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、軟弱地盤では地盤の剛性が小さいため揺れやすく、居住性が悪く、この時の基礎への入力や変位が大きいと基礎部材に損傷を生じる可能性もあるが、軟弱地盤部分の連続地中壁を支持地盤よりは剛性が低くその上層よりは剛性の高い中間層まで形成し軟弱部分での基礎剛性を大きくすることにより、基礎の耐震性及び建物への入力低減を達成でき、連続地中壁を支持地盤まで形成する場合に比し、経済的で効率的な水平荷重処理を行うことが可能となる。
【００１６】
また、この連続地中壁と一体に杭を支持地盤まで形成することで、建物の鉛直荷重を確実に支持することができ、しかも、この杭を連続地中壁の厚さよりも大きな杭径とすることで、より大きな鉛直荷重を支持することができ、それだけ連続地中壁の厚さを薄くしてコスト削減歩及び工期の短縮化を達成することができる。
【００１７】
（２）本発明においては、（１）において、
前記中間層は、地表より所定の深さで前記支持地盤まで達する層厚を有することを特徴とする。
【００１８】
このような構成とすることにより、剛性の高い中間層を有効に利用して、より経済的で効率的な水平荷重処理を行うことが可能となる。
【００１９】
（３）本発明においては、（２）において、
前記最外周位置の杭は、上端が連続地中壁の上端位置まで延びていることを特徴とする。
【００２０】
このような構成とすることにより、中間層が十分な剛性を有する場合に、杭の上端を連続地中壁上端までのばすことで、杭に鉛直荷重を支持させ、連続地中壁に過大な鉛直荷重支持力がかかるのを防止することができる。
【００２１】
（４）本発明においては、（２）において、
前記最外周位置の杭は、上端が連続地中壁の途中位置まで延びていることを特徴とする。
【００２２】
このような構成とすることにより、（３）の場合より中間層の剛性が小さい場合に、杭上端を連続地中壁の途中位置までとして、杭長さを短くすることができる。
【００２３】
（５）本発明においては、（２）において、
前記最外周位置の杭は、上端が連続地中壁の下端位置で連続地中壁と連結されていることを特徴とする。
【００２４】
このような構成とすることにより、（４）の場合より中間層の剛性が小さい場合に、杭上端を連続地中壁の下端位置までとして、杭長さをより短くすることができる。
【００２５】
（６）本発明においては、（１）において、
前記中間層は、地表より所定の深さで前記支持地盤まで達しない層厚を有し、
前記連続地中壁は、コーナー部のみ前記支持地盤まで達する深さに形成し、他の部分は前記中間層までの深さに形成され、
前記最外周位置の杭は、前記連続地中壁のコーナー部を除いて設けられることを特徴とする。
【００２６】
このような構成とすることにより、中間層が地表より所定の深さで前記支持地盤まで達しない層厚である場合であっても、連続地中壁のコーナー部を支持地盤まで延長させることにより、コーナー部での高い剛性により水平荷重に対する剛性を大きくし、かつ、鉛直荷重を支持することができ、連続地中壁に囲まれた杭は軸力のみ負担させるので、杭の太さを細くして、コストを削減することが可能となる。
【００２７】
（７）本発明においては、（１）〜（６）のいずれかにおいて、
前記中間層は、Ｎ値１０以上の粘性土またはＮ値２０以上の砂質土で、剪断波速度が２５０ｍ／ｓ以上の地盤であることを特徴とする。
【００２８】
このような構成とすることにより、中間層によって連続地中壁の水平変位を小さくできるとともにある程度の軸力荷重を負担できることとなる。
【００２９】
（８）本発明においては、（１）〜（７）のいずれかにおいて、
前記中間層までの深さは、１０ｍ以上であることを特徴とする。
【００３０】
このような構成とすることにより、連続地中壁を所定の深さに形成して、水平力の十分な負担をすることが可能となる。
【００３１】
（９）本発明においては、（１）〜（８）のいずれかにおいて、
前記中間層の層厚は、５ｍ以上であることを特徴とする。
【００３２】
このような構成とすることにより、中間層によって連続地中壁の水平変位を小さくできるとともにある程度の軸力荷重を支持することが可能となる。
【００３３】
（１０）本発明においては、（１）〜（９）のいずれかにおいて、
前記中間層に前記連続地中壁の下端を根入れしたことを特徴とする。
【００３４】
このような構成とすることにより、連続地中壁の下部を剛性の高い中間層に拘束させることができ、確実に水平荷重を負担することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３６】
図１〜図６は、本発明の一実施の形態にかかる杭と連続地中壁の複合基礎を示す図である。
【００３７】
図１は、この実施の形態にかかる杭と連続地中壁の複合基礎上に建物を構築した状態を示す断面図で、図２は、図１における複合基礎の横断面図である。
【００３８】
この実施の形態では、支持地盤２２から３０ｍ以上軟弱地盤１２が堆積した状態となっており、この軟弱地盤１２には、支持地盤２２よりは剛性が低くその上層３０よりは剛性の高い中間層３２が存在している。
【００３９】
この中間層３２は、図５に示すような性質で、地表面１２ａより所定の深さ、例えば１０ｍ以上で、支持地盤２２まで達する層厚を有している。
【００４０】
この中間層３２は、Ｎ値１０以上の粘性土またはＮ値２０以上の砂質土で、剪断波速度が２５０ｍ／ｓ以上の地盤である。
【００４１】
また、中間層３２の層厚は５ｍ以上となっている。
【００４２】
このような中間層３２を有する軟弱地盤１２における複合基礎１４は、拡底杭である複数本の杭１６を建物１０の基礎底から支持地盤２２まで到達して根入れさせるとともに、建物１０の外周に沿って連続地中壁１８を中間層３２までの深さに形成している。
【００４３】
この連続地中壁１８の下端は、中間層３２の上部に根入れした状態となっている。
【００４４】
このように、連続地中壁１８の下端を中間層３２に支持させることで、連続地中壁１８にある程度の軸力荷重を支持させると共に、建物１０の下部を中間層３２まで連続地中壁１８によって囲い、かつ、中間層３２で支持されているため、地震時の応答変位を低減して居住性を向上させることができる。
【００４５】
また、複数本の杭１６は建物１０の下部に所定間隔で配設され、そのうちの最外周の杭１６ａは、図２に示すように、連続地中壁１８と同じ位置に配設されて連続地中壁１８と一体化された状態となっている。
【００４６】
さらに、複数本の杭１６は、全て同一径とされ、その径は、連続地中壁１８の厚さｔよりも大きな杭径ｄとされている。
【００４７】
これは、連続地中壁１８の厚さは、主として水平力を処理することから、一般に水平剛性が十分で鉛直荷重に耐える厚さとして１２０ｃｍ程度としているのに対して、杭１６の径は荷重支持力の関係上それよりも大きくされることが多いからである。
【００４８】
この場合、最外周の杭１６ａのみを連続地中壁１８の厚さｔよりも大きな杭径ｄとし、他の内側の杭１６ｂをそれよりも細い杭径として、コストを削減するようにしてもよい。
【００４９】
このように、連続地中壁１８と一体に最外周の杭１６ａを形成することで、建物１０の鉛直荷重を確実に支持することができ、しかも、少なくとも最外周の杭１６ａを連続地中壁の厚さｔよりも大きな杭径ｄとすることで、より大きな鉛直荷重を支持することができ、それだけ連続地中壁１８の厚さｔを薄くしてコスト削減及び工期の短縮化を達成することができる。
【００５０】
また、図３に示すように、中間層３２の剛性に応じて連続地中壁１８に対する最外周の杭１６ａの飲み込み量を変えるようにしている。
【００５１】
例えば、同図（１）は、中間層３２が十分な剛性を有する場合で、この場合、連続地中壁１８に過大な支持力がかかる可能性があり、そのため、杭１６ａの上端を連続地中壁１８の上端までのばすことで、杭１６ａに鉛直荷重を支持させ、連続地中壁１８に過大な鉛直荷重支持力がかかるのを防止するようにしている。
【００５２】
特に、連続地中壁１８の厚さを薄くした場合には、連続地中壁１８の鉛直方向の応力負担を軽減するために、この構造を採用することが肝要である。
【００５３】
この場合の施工は、先に連続地中壁１ユニット２０を杭１６ａの径分間隔ｓをあけて施工しておき、後で間隔ｓ位置に杭１６ａの施工を行うという通常の連続地中壁の施工手順で行うことができる。
【００５４】
さらに、杭１６ａの軸径が大きい場合、連続地中壁材料の軸方向の強度を考慮し、同図（４）、（５）のように連続地中壁１８下端まで軸径ｄ１で、下端から拡径し、軸荷重をささえる軸径ｄ２とすることにより、経済的な設計とすることができる。
【００５５】
また、同図（２）は、（１）の場合より中間層３２の剛性が小さい場合で、この場合、連続地中壁１８に係る荷重は前述の場合より小さくなるので、杭１６ａの上端を連続地中壁１８の途中位置までとして、杭１６ａの長さを短くするようにしている。
【００５６】
この場合、杭１６ａを掘削機の拡頭等によって大きく形成することができる。
【００５７】
さらに、同図（３）は、（２）の場合よりもさらに中間層３２の剛性が小さい場合で、この場合、連続地中壁１８に係る荷重は前述の場合より小さくなるので、杭１６ａの上端を連続地中壁１８の下端位置までとして、杭１６ａの長さをより短くするようにしている。
【００５８】
この場合、連続地中壁１８の拡底して大きくすることで杭１６ａを形成することができる。
【００５９】
次に、地震時の性質について図６に示す中間層について検討した結果を示す。
【００６０】
地盤構成は、同図（１）に示すように、０〜２０ｍでは剪断波速度１２０ｍ／ｓ、２０ｍ〜４０ｍでは２５０ｍ／ｓ、４０ｍ〜５０ｍでは３００ｍ／ｓ、５０ｍ〜６０ｍでは３５０ｍ／ｓ、６０ｍ以深は４５０ｍ／ｓ（支持地盤相当）となっている。
【００６１】
ここでは、同図（２）に示すように、地震波を建築の設計検討でよく用いられる告示波と臨海波の２種類設定し、超高層建物をイメージし、１次固有周期０．２７Ｈｚ（３．８秒）の１質点モデルにより動的応答計算を行った。
【００６２】
基礎は、支持用の外周杭を設置し、中間層上までの２０ｍまでを連続地中壁としたもの、杭のみの基礎の２種類を検討した。
【００６３】
耐震設計上重要となる、建物の最大応答加速度及び最大応答変位、基礎の最大応答加速度及び最大応答変位について比較検討したところ、２０ｍ連続地中壁にすることにより、連続地中壁を用いない杭基礎に対して、応答値によっては５０％の軽減になっており、杭基礎よりもすべての項目で大いに優れている。
【００６４】
図７には、本発明の他の実施の形態にかかる杭と連続地中壁の複合基礎を示す。
【００６５】
この実施の形態では、軟弱地盤１２には、支持地盤２２よりは剛性が低く、その上層３０よりは剛性の高い中間層３４が存在し、地表面１２ａより所定の深さ、例えば１０ｍ以上で、支持地盤２２まで達しない層厚、例えば５ｍ以上を有している。
【００６６】
また、この中間層３４は、Ｎ値１０以上の粘性土またはＮ値２０以上の砂質土で、剪断波速度が２５０ｍ／ｓ以上の地盤となっている。
【００６７】
このような中間層３４を有する軟弱地盤１２に設けられる複合基礎１４は、拡底杭である複数の杭１６のうち内側の杭（図示せず）を建物１０の基礎底から支持地盤２２まで到達して根入れするとともに、連続地中壁１８のコーナー部３６のみ支持地盤２２まで達する深さに形成し、他の部分、コーナー部３６間の壁部３８を中間層３４までの深さに形成している。
【００６８】
また、最外周位置の杭１６ａは、コーナー部３６位置を除いて連続地中壁１８と同じ位置に配設されて連続地中壁１８と一体に設けられている。
【００６９】
この連続地中壁１８の壁部３８の下端は、中間層３４の上部に根入れした状態となっている。
【００７０】
このように、連続地中壁１８をコーナー部３６に支持地盤２２まで達する深さに形成し、他の部分は中間層３４までの深さに形成することで、中間層３４の下側に軟弱な下層４０が続く場合でも、連続地中壁１８のコーナー部３６を支持地盤２２まで延長させることにより、コーナー部での水平荷重に対する十分な剛性を確保するとともに、コーナー外杭に代わり軸力荷重を支持することができ、コーナー外杭を省略できるとともに、内側の杭は軸力のみ負担させるので杭の太さを細くして、コストを削減することが可能となる。
【００７１】
また、建物１０の下部は中間層３４まで連続地中壁１８によって囲われ、かつ、連続地中壁１８が中間層３４によって支持されているため、地震時の応答変位を低減して居住性を向上させることができる。
【００７２】
他の構成及び作用は、前記実施の形態と同様につき説明を省略する。
【００７３】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【００７４】
前記実施の形態では、建物の高さが１５０ｍとされているが、この例に限定されるものではなく、建物の高さは任意に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る杭と連続地中壁の複合基礎上に建物を構築した状態を示す断面図である。
【図２】図１における複合基礎の横断面図である。
【図３】中間層の剛性に応じた連続地中壁に対する杭の飲み込み量を示すもので、（１）は最も剛性が高い場合の断面図、（２）はそれよりも剛性が低い場合の断面図、（３）は最も剛性が低い場合の断面図、（４）は剛性が大きく杭径が大きい断面図、（５）は剛性が大きく杭径が大きい平断面図である。
【図４】連続地中壁と杭の施工状態を示す説明図である。
【図５】図１の中間層の一例を示す図である。
【図６】図１の中間層を有する場合の地震時の応答計算結果を示すもので、（１）は対象とする地盤条件を示す図で、（２）は各部位の杭基礎との比を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る杭と連続地中壁の複合基礎を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  建物
１２ａ  地表面
１４  複合基礎
１６  杭
１６ａ  最外周の杭
１８  連続地中壁
２２  支持地盤
３０  上層
３２、３４  中間層
３６  コーナー部
４０  下層
【図１】
2006214201.tif 000003
【図２】
2006214201.tif 000004
【図３】
2006214201.tif 000005
【図４】
2006214201.tif 000006
【図５】
2006214201.tif 000007
【図６】
2006214201.tif 000008
【図７】
2006214201.tif 000009