(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物または構造物を枠型改良壁、及び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、前記建物または構造物の外周部のみに沿う壁状をなし、かつ平面視矩形状に形成され、対向する壁同士のスパンが深さ方向の長さ寸法の２倍となるように設けられ、
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一体的に閉蓋されていることを特徴とする基礎工法。
【請求項２】
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１に記載の基礎工法。
【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、及び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枠型改良壁、及び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、建物または構造物の外周部のみに沿う壁状をなし、かつ平面視矩形状に形成され、対向する壁同士のスパンが深さ方向の長さ寸法の２倍となるように設けられ、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一体的に閉蓋さ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、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。
【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／Ｅｓｏｉｌ）１／４／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Ｗ１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Ｗ０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
【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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