(57)【要約】【課題】地震時に地盤から構造物へ伝達する振動を低減させることができる。【解決手段】建物などの構造物１０の基礎スラブ２と、基礎スラブ２の下方の地盤Ｇに基礎スラブ２と連結されずに埋設された基礎杭３と、基礎杭３と基礎スラブ２との間に介在する塑性材料層４とから構成される。塑性材料層４は、地震時の振動によって塑性変形することで、この振動のエネルギーを吸収するためのもので、塑性変形可能なベントナイト６で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎体に支持された構造物の基礎構造において、
前記基礎体の頭部と前記構造物の底部との間に、水平方向に塑性変形可能な塑性材料層が配設されていることを特徴とする基礎構造。
【請求項２】
前記塑性材料層はベントナイトで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎体に支持された構造物の基礎構造に関し、特に、基礎体の頭部と構造物の底部を接合していない基礎構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤などに構造物を建設する場合、鋼管杭やコンクリート杭等の基礎杭（基礎体）で構造物を支持する基礎構造が採用されている。
特許文献１によれば、基礎杭と、その基礎杭のうちの複数を包含するように造成されたブロック状の地盤改良体とによって支持された基礎底版上に、免震層を介して上部構造物を構築する免震構造基礎が提案されている。免震層内には上部構造物を支持するアイソレーター（免震装置）が設置されている。
【０００３】
また、非特許文献１によれば、基礎杭の頭部と基礎スラブ（構造物）の底部とを剛結合した杭頭剛接合の基礎構造と、図３（ａ）に示すような基礎杭３２の頭部と基礎スラブ３１の底部とを隙間を設けて離して配設した杭頭非接合の基礎構造３０とのシミュレーション解析を行い、基礎スラブおよび杭に作用する応力を比較している。この解析によれば、杭頭非接合の基礎構造においても、杭は基礎スラブの鉛直荷重を負担することがわかる。また、杭頭非接合の基礎構造３０では、杭頭剛接合の基礎構造に比べて小さいが、基礎杭が基礎スラブの水平方向の挙動に影響を及ぼすことがわかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６１８４９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】加藤寛之、渡辺啓介、中井正一、石田理永、真野英之、水平荷重を受けるパイルドラフト基礎における杭頭接合条件の影響「日本建築学会大会学術講演梗概集２００４年８月」ｐ．７０９−７１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１による杭頭非接合の基礎構造３０では、基礎杭３２の頭部と基礎スラブ３１の底部との間には地盤Ｇが介在するため、地震時には、この地盤Ｇの土が振動により変形し、図３（ｂ）に示すように、基礎杭３２と基礎スラブ３１との間の土が基礎杭３２の周囲に移動して、基礎スラブ３１が沈下することが懸念される。特に、基礎杭３２の本数が少ない場合には、基礎スラブ３１の不同沈下が起こることが懸念される。
また、基礎体で構造物を支持する従来の基礎構造では、地震時に地盤から基礎体を介して構造物に伝達される振動を減少させることが望まれている。
【０００７】
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、地震時に地盤から基礎体を介して構造物に伝達される振動を減少させることができる基礎構造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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る基礎構造は、基礎体に支持された構造物の基礎構造において、前記基礎体の頭部と前記構造物の底部との間に、水平方向に塑性変形可能な塑性材料層が配設されていることを特徴とする。
本発明では、基礎杭の頭部と構造物の底部との間に、水平方向に塑性変形可能な塑性材料層が配設されていることにより、地震時に地盤から基礎体を介して塑性材料層へ伝達される振動のエネルギーは、塑性材料層が塑性変形することによって吸収されるので、基礎体から構造物へ伝達される振動を低減させることができる。
【０００９】
また、本発明に係る基礎構造では、塑性材料層はベントナイトで形成されていることを特徴とする。
本発明では、塑性材料層はベントナイトで形成されていることにより、ベントナイトは初期せん断の方向にあまり動かないので、構造物の沈下を抑制することができる。また、ベントナイトの剛性は拘束圧の影響をあまり受けないので、塑性材料層の剛性はあまり大きくならず、地震時の振動のエネルギーを吸収しやすくなり基礎杭から構造物へ伝達される振動を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基礎体の頭部と構造物の底面との間の地盤に、水平方向に塑性変形可能な塑性材料層が配設されることにより、地震時に地盤から基礎杭を介して塑性材料層へ伝達される振動のエネルギーは、塑性材料層が塑性変形することによって吸収されるので、基礎体から構造物へ伝達される振動を低減させることができ、構造物に対して免震効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態による基礎構造の概要の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態による基礎構造の概要の他の一例を示す図である。
【図３】（ａ）は従来の杭頭非接合の基礎構造の概要を示す図、（ｂ）は基礎スラブが沈下した従来の杭頭非接合の基礎構造の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態による基礎構造について、図１に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施の形態による基礎構造１ａは、建物などの構造物１０の基礎スラブ２と、基礎スラブ２の下方の地盤Ｇに基礎スラブ２と連結されずに埋設された基礎杭３と、基礎杭３と基礎スラブ２との間に介在する塑性材料層４とから構成される。
【００１３】
基礎スラブ２は、所定の厚さを有する例えば鉄筋コンクリート製のスラブである。
基礎杭３は、鋼管杭やコンクリート杭、柱状に形成された地盤改良体などで、所定の長さおよび径に設定されている。
基礎杭３は、水平方向に所定の間隔をあけて基礎スラブ２の下方の地盤Ｇに複数埋設されている。また、基礎杭３はその頭部と基礎スラブ２との間に間隔ｄ１をあけて埋設されており、例えば、この間隔ｄ１は、基礎杭３の直径をＤとして、０．５Ｄ〜１．０Ｄ程度に設定されている。
【００１４】
塑性材料層４は、基礎スラブ２の底部の全面にわたって配設されている。
塑性材料層４は、地震時の振動によって塑性変形することで、この振動のエネルギーを吸収するためのもので、塑性変形可能なベントナイト６で形成されている。塑性材料層４は、その塑性をベントナイト６の密度や粒度を調整することによって調整でき、塑性の調整により水平方向の地震動の低減の程度を調整する。
このように構成された基礎構造１ａでは、構造物１０の荷重は、塑性材料層４を介して基礎杭３に伝達する。
【００１５】
ベントナイト６は、一般的な土などの地盤材料と比べて、初期せん断の方向にあまり移動しない性質を有している。このため、塑性材料層４の鉛直方向の変形を防ぐことができる。
また、ベントナイト６は拘束圧依存性が地盤材料ほど大きくないので、ベントナイト６の有効密度を調整することでＳ波速度を調整できる。本実施の形態では、Ｓ波速度は１００ｍ／ｓ程度に調整することが好ましい。
また、ベントナイト６は拘束圧の影響をあまり受けないので、塑性材料層４は剛性があまり大きくならず、地震時の非線形性が強くなる。また、ベントナイト６は、繰り返しせん断力が作用する地震時にはヒステリシスを描くので、地震時には塑性材料層４がせん断変形して、基礎杭３から塑性材料層４へ伝達された振動のエネルギーを吸収できる。
【００１６】
また、ベントナイト６は吸収膨張する特性を有しているので、塑性材料層４にひび割れなどの損傷が生じた際には、地下水の浸透により自己修復することができる。
また、ベントナイト６の有効密度を調整することにより、所定の膨潤圧を有することができ、常時の荷重に対する反力を確保することができ、塑性材料層４の鉛直方向の変形を抑制することができる。
また、ベントナイト６はデータが豊富なため、品質管理および品質確保を行うことが容易である。
また、ベントナイト６はポンプ圧送が可能な材料なので、塑性材料層４の施工が行いやすい。
【００１７】
上述した本実施の形態による基礎構造１ａの構築方法は、まず、塑性材料層４が配設される部分の地盤Ｇの土などを撤去し、基礎杭３を地盤Ｇに埋設する。
次に、塑性材料層４を形成するベントナイト６を基礎杭３の上部に配設する。そして、塑性材料層４および地盤Ｇの上に基礎スラブ２を構築し、構造物１０を建設する。
なお、以前に他の構造物に使用されていた既存の杭が地盤Ｇ中に残存する場合には、この既存の杭を基礎杭３として再利用してもよい。
【００１８】
次に、上述した本実施の形態による基礎構造１ａの作用について図面を用いて説明する。
基礎杭３と基礎スラブ２との間に塑性材料層４が配設されることにより、地震時に地盤Ｇから基礎杭３に伝達された振動のエネルギーは塑性材料層４が塑性変形することによって吸収されるので、基礎杭３から構造物１０へ伝達する振動を低減させることができる。
【００１９】
上述した実施の形態によれば、塑性材料層４は地震時に基礎杭３から伝達された振動のエネルギーを吸収し、構造物１０の振動を低減させることができるので、構造物１０に対して免震効果がある。
また、基礎杭３と基礎スラブ２とは離れた構造なので、基礎杭３を地盤改良体として地盤Ｇの一部とみなして構造物１０を直接基礎の構造物として設計できるので、構造物１０の設計が容易になると共に、基礎杭３の限界耐力まで利用することができる。また、地盤Ｇに残存する既存の基礎杭を使用することもできて、コストを低減させることができる。
また、基礎杭３と基礎スラブ２とは離れた構造なので、基礎杭３に作用する曲げモーメントなどの応力を大幅に低減させることができる。
【００２０】
以上、本発明による基礎構造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。
例えば、上述した実施の形態では、塑性材料層４はベントナイト６で形成されているが、ベントナイト６に代わって、地盤材料の土、礫、砂、粘土、岩盤から採取した材料や、セメント系の地盤改良体、合成樹脂を粒状に形成した粒状体などで形成されてもよく、これらの材料の混合物としてもよい。
また、例えば、上述した実施の形態では、ベントナイト６は基礎スラブ２の底面の全面にわたって配設されているが、隣り合う基礎杭３の間隔が広い場合には、図２に示すように、個々の基礎杭３毎に、少なくとも基礎杭３の頭部の断面に相当する広さに配設してもよい。
また、例えば、上述した実施の形態では、基礎杭３は、鋼管杭やコンクリート杭、柱状に形成された地盤改良体などで、水平方向に所定の間隔をあけて基礎スラブ２の下方の地盤Ｇに複数埋設されているが、基礎杭３に代わって、塊状やプレート状の地盤改良体などの基礎体が埋設されてもよく、基礎体は複数とせずに連続して一体化している構成としてもよい。
また、基礎杭３に代わって連続したプレート状の基礎体が埋設されていて、この基礎体が広い平面積を有する場合には、塑性材料層４は、その基礎体の上部全面に配設されてもよいが、本発明の効果を奏する範囲で基礎体の平面積よりも小さい平面積に配設されてもよく、また、基礎体の上部の複数の所定箇所に分散されて配設されてもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１ａ  基礎構造
２  基礎スラブ
３  基礎杭（基礎体）
４  塑性材料層
６  ベントナイト
１０  構造物
Ｇ  地盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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