(57)【要約】【課題】地下水による一定の浮力を利用して重量の大きな構造物を小規模な基礎構造にて支持することのできる構造物の基礎構造を提供すること。【解決手段】上部構造体２２と下部構造体２１からなる構造物２を支持する支持体４と、下部構造体２１の下方に設けた浮力体３と、下部構造体２１および浮力体３を囲むように地盤８内に設けた遮水壁５とからなる基礎構造１を構築することにより、遮水壁５にて浮力体３に生じる一定の浮力７２を確保することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造体と下部構造体からなる構造物を支持する支持体と、
前記下部構造体の下方に設けた浮力体と、
前記下部構造体および前記浮力体を囲むように地盤内に設けた遮水壁と、からなり、
前記遮水壁で前記浮力体に生じる浮力を確保することを特徴とする、
構造物の基礎構造。
【請求項２】
少なくとも想定される地下水の低下水位以深の難透水性地盤まで前記遮水壁を設けたことを特徴とする、
請求項１記載の構造物の基礎構造。
【請求項３】
地盤下方へ延びる複数の前記支持体の先端および先端付近を貫入させる改良地盤体を備えたことを特徴とする、
請求項１又は２記載の構造物の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下水による浮力を利用した構造物の基礎構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
沖積粘性土地盤をはじめとする軟弱地盤上に構造物を建設する場合に問題となるのが長期にわたる圧密沈下現象である。圧密沈下は、上載荷重の増加により土中の水分が徐々に押し出されることによって土粒子の体積が縮小することによって生じる。また、何らかの要因で地下水位が低下することにより、上層の土粒子の重量すなわち単位体積重量が増加することにより地下水位以深の地盤に付加重量が加わることによっても生じる。
上記する軟弱地盤上に構造物を建設する場合には、地下水位を強制低下させて圧密を促進させる圧密促進工法、バーチカルドレーンとプレロードを併用して圧密を促進させる圧密促進工法などが施工されている。また、構造物（およびその周辺施設）によって決定される許容沈下量以内の沈下量とするように影響深度（および影響範囲）まで地盤改良をおこなう地盤改良工法などもおこなわれ、圧密沈下対策は多岐にわたる。
【０００３】
ところで、軟弱地盤層厚が非常に厚い地盤（または軟弱地盤が卓越し層厚の薄い砂層や礫層が混じった互層地盤）に例えば杭基礎形式を選定する場合には、杭と地盤との摩擦抵抗力に期待する摩擦杭として設計・施工されるのが一般的である。しかし、摩擦杭では構造物重量が増大するのに伴って杭の周面摩擦抵抗力を増大させるために杭長を長くする（あるいは杭径を大きくする）必要がある。特に昨今の建設分野では耐震基準の見直し等に対応するために既存の構造物を補強・補修する工事が増加しているが、かかる補強等に伴って構造物重量が増大するのが通例である。
また、図３に示すように、地下水の汲み上げなど何らかの原因によって地下水位の低下ｂが生じた場合には表層地盤の単位体積重量の増加に伴って構造物ａを支持する杭先端以深の軟弱地盤ｅには増加荷重ｃが載荷され圧密沈下ｄが生じることとなる。
したがって、軟弱地盤ｅ上に杭基礎形式の構造物を建設する場合には、構造物供用期間中の荷重増加に対応できること、構造物供用期間中の地下水位の低下ｂをコントロールして地下水位を一定に保つことなどの対策が必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の構造物の基礎構造にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞構造物の重量が増大するにしたがって、構造物を支持する杭の杭長が長くなる、あるいは杭径が大きくなる等の理由から、工費が高価となっていく。
＜ロ＞軟弱地盤ｅ上に構造物ａを建設する場合に、圧密促進工法をはじめとする補助工法の併用を要することから工費の高騰や工期の長期化を免れ難い。
＜ハ＞地下水位が何らかの原因で低下することにより杭先端以深の地盤の圧密沈下ｄが促進され、構造物ａに被害を来たすといった問題が生じる。特に、不等沈下が生じた場合には構造物ａの被る被害は甚大なものとなりうる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、構造物重量が増大しても比較的安価に基礎構造を建設できる構造物の基礎構造を提供することを目的とする。また、軟弱地盤上に構造物を建設する場合でも予め圧密を促進させておく必要のない構造物の基礎構造を提供することを目的とする。また、構造物供用期間中の地下水位の低下による圧密沈下の影響を受け難い構造物の基礎構造を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の構造物の基礎構造は、上部構造体と下部構造体からなる構造物を支持する支持体と、前記下部構造体の下方に設けた浮力体と、前記下部構造体および前記浮力体を囲むように地盤内に設けた遮水壁と、からなり、前記遮水壁で前記浮力体に生じる浮力を確保することを特徴とする、構造物の基礎構造である。
【０００７】
また、前記する構造物の基礎構造は、少なくとも想定される地下水の低下水位以深の難透水性地盤まで前記遮水壁を設けたことを特徴とする構造物の基礎構造を使用できる。
【０００８】
さらに、前記する構造物の基礎構造は、地盤下方へ延びる複数の前記支持体の先端および先端付近を貫入させる改良地盤体を備えたことを特徴とする構造物の基礎構造を使用できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
＜イ＞構造物の基礎構造（図１）
本発明の構造物２の基礎構造１は、下部構造体２１の下方に設けた浮力体３と、下部構造体２１に連結させて地盤８下方へ延びるように設けた構造物２を支持する支持体４と、下部構造体２１を囲むように地盤８内に設けた遮水壁５とから構成できる。また、支持体４の先端および先端付近を貫入させる改良地盤体６を造成する場合にはかかる改良地盤体６を含めて基礎構造１が構成される。
ここで、遮水壁５を基礎構造１の構成要素としたのは、後述するように遮水壁５によって地下水９を一定レベルに保持することで構造物２に作用する浮力７２を一定に保ち、支持体４に作用する鉛直荷重を一定に保つことができるからである。
基礎構造１は、地下水９内に後述する浮力体３（または浮力体３及び下部構造体２１または浮力体３及び構造物２）を設けることにより、浮力体３（及び構造物２）が受ける浮力７２を利用して構造物２を支持する支持体４に作用する荷重を軽減することができる。
特に、本発明の基礎構造１は沖積粘性土などの軟弱で難透水性の地盤に適用するのが好ましい。地下水９の水位の変動や構造物２荷重の増加などによって生じうる圧密沈下に対しても、安価に構築できる基礎構造１にて対応することができるためである。
構造物２は、上部構造体２２と下部構造体２１とから構成される。尤も、上部構造体２２、下部構造体２１の区分けは構造物２の構造形式によって多様に変わってくる。図１に示すような橋脚を構造物２とすれば、フーチング部が下部構造体２１となり橋脚部が上部構造体２２となるし、ボックスカルバートを構造物２とすれば、下床版を下部構造体２１とし、壁や上床版を上部構造体２２とすることができる。
【００１１】
構造物２の設置状況は、そのすべてが地上に露出して施工される場合、下部構造体２１のみが地盤８内に施工される場合、下部構造体２１と上部構造体２２の一部が地盤８内に施工される場合（図１の場合）、構造物２が完全に地盤８内に施工される場合のいずれの場合であってもよい。地下水９の水位と構造物２の重量７１、その他種々の設計的な要因、施工性などを勘案して基礎構造２のプロポーションが決定される（後述する）。
【００１２】
＜ロ＞浮力体
浮力体３は、その全部または一部が地下水９内に配置されることにより、構造物２の重量７１をそのまま支持体４に作用させるのではなく、浮力７２が生じることによって軽減された荷重を支持体４に作用させるために設ける基礎構造１の構成要素である。
浮力体３は所定の浮力７２を確保できる体積を備えたものであればよく、その構成材料は多様に選定できるが、材料費および施工性、水中での耐腐食性などを勘案して決定するのが好ましい。
浮力体３としては、例えば、鋼製あるいはコンクリート製の中空構造物、発泡スチロール製材料やプラスチック製材料にて製作したブロック体などを選定できる。
【００１３】
浮力体３は、例えば複数の杭などの支持体４を施工後、かかる支持体４を貫通させて設置し、浮力体３上に下部構造体２１が施工される（図１参照）。あるいは、複数の杭の間に設置することもできる（図示せず）。
浮力体３の形状や大きさは、所望の浮力７２と下部構造体２１の形状などから決定される。
ここで、所望の浮力７２とは、例えば設計段階において、支持体４に導入される所望荷重から決定できる。すなわち、杭などの支持体４は所定の軸力を導入することによりその曲げ耐力を向上させることができるため、地震時などにおける支持体４の所要曲げ耐力に必要な軸力を確保できる荷重を支持体４に導入できるように浮力体３の大きさを決定するのがよい。
【００１４】
＜ハ＞支持体
支持体４は、その一端を下部構造体２１に連結させて地盤８下方へ延びるように設けた構造物２を支持する基礎構造１の構成要素である。
支持体４としては、例えば、鋼管杭やＰＨＣ杭、場所打ち杭などの杭体を使用することができる。
支持体４として杭体を使用する場合は、例えば平常時の杭体に作用する設計荷重（構造物２の重量７１から浮力体３によって生じる浮力７２を差し引いた荷重）と、地震時の曲げ耐力、せん断耐力、杭体変位量などから杭仕様及び杭径、杭長が決定される。また、将来の構造物２の増加重量に対して支持体４先端下方の地盤８の圧密沈下を考慮して設計する場合には、かかる増加荷重に対しても許容沈下量以内となりうる杭長とするのがよい。本発明の基礎構造１は浮力７２を積極的に利用する構造であるため、構造物重量が大きなものとなっても、かかる構造物重量に応じて浮力体３の体積を大きく設定することにより、使用する支持体４の仕様や寸法は低くかつ小規模に抑えることができる。したがって、浮力体３の外径寸法を調整することで基礎構造１のプロポーションを決定するのが最も経済的といえる。
上記するように浮力７２を積極的に利用する基礎構造１とした場合、鉛直荷重の減少に伴って基礎の不安定化を招来しかねない。すなわち、直接基礎形式の構造物では、鉛直重量が小さい場合には地震時の転倒や滑動など構造物の安定性の面から不利となる。しかし、本発明の基礎構造１のように下部構造体２１を支持体４にて支持する構造とすることにより、浮力７２を利用しながら安定した基礎構造１を実現することができる。
【００１５】
＜ニ＞遮水壁
遮水壁５は、下部構造体２１及び浮力体３を囲むように地盤８内に設けるものである。本発明の構造物２の基礎構造１は沖積粘性土をはじめとする難透水性地盤８１に適用するのが好ましいが、土質は砂層や粘性土層、礫層などが幾層にも積層して構成されるのが一般的である。したがって、下部構造体２１下方に難透水性層（例えば粘性土層）がある場合は、少なくとも想定される地下水９の低下水位以深の難透水性層（難透水性地盤８１）まで遮水壁５を設けるのがよい。また、難透水性層は地盤改良等によって造成することもできる。
難透水性地盤８１まで遮水壁５を施工するとともにかかる遮水壁５にて下部構造体２１（および浮力体３）を包囲することで、遮水壁５と難透水性地盤８１によって構成される仮想の底付き筒体を形成できればよい。遮水壁５と難透水性地盤８１によって構成される底付き筒体によって、筒体の内側（下部構造体２１側）と筒体の外側を隔離することができ、筒体の外側の地下水９の水位変動の影響は筒体の内側に及び難くなり、筒体の内部の地下水９はほぼ一定水位に保つことができる。
一定水位を保ち、浮力体３（または浮力体３及び下部構造体２１）を地下水９以深に配置することによって浮力７２を得ることができ、構造物２の重量７１から浮力７２を差し引いた差分重量のみが支持体４に載荷されることとなる。したがって、支持体４（例えば杭）の仕様を低ランクのものにでき、また支持体４の杭長を短くすることができるため、工費の低減と工期の短縮を図ることが可能となる。
また、地下水９の水位を一定に保つことができれば、構造物２に作用する浮力７２を一定に保つことができる。図２に示すように遮水壁５の外側では地下水位が低下した際に地下水位より表層の地盤８の単位体積重量の増加（増加荷重７３）によって現地下水位以下の地盤８には圧密沈下７４が生じうるが、遮水壁５で囲まれた範囲の地盤８では水位低下がない（増加荷重７３がない）ことから圧密沈下７４は生じ難い。また、遮水壁５の外側の圧密沈下７４の影響を遮水壁５内に及ぼさないように、圧密沈下７４による水平方向の影響範囲を考慮して遮水壁５の配置を決定するのが好ましい。
【００１６】
ここで、地下水９の水位が高い場合は地表に近い深度において浮力体３を設置できるが、地下水９の水位が低い場合でも遮水壁５を構築して、上記のような仮想の底付き筒体を形成したあと、筒体内部に水分を供給して筒体内の水位を高くすることにより浮力７２を得ることができる。
【００１７】
遮水壁５は、例えば芯材（例えばＨ型鋼）の入らないコンクリート壁や鋼矢板壁などによって構築することができる。地下水９の水位変動後における壁の内外水位差が大きくなると遮水壁５に生じる断面力（曲げモーメント、せん断力）の影響によって遮水壁５が破壊される可能性が高くなり、遮水壁５の破壊に伴って遮水壁５内の地下水９が遮水壁５外へ漏洩する。かかる地下水９の遮水壁５外への漏洩は浮力７２の変動を来たし、場合によっては設計許容値以上の荷重が支持体４に作用しかねない。したがって、水位変動の激しいことが予想される場合には想定断面力に抗しうるように例えば芯材の入ったコンクリート壁として遮水壁５を構築したり、予め仕様の高い鋼矢板を使用して遮水壁５を構築するなどの対策を講じておくのが好ましい。
【００１８】
＜ホ＞改良地盤体
改良地盤体６は、地盤８の所定深度に盤を構成するようにして造成される、一種の中間支持層としての役割を担う改良体である。施工は、支持体４を地盤８内に設置した後、地上から例えば深層混合処理工法を所定深度範囲に施すことによりおこなうことができる。改良地盤体６を造成することで、改良地盤体６内に複数の支持体４（例えば杭）の先端および先端付近を貫入させる。厚みをもった盤状の改良地盤体６内に複数の支持体４のそれぞれの支持体４から伝達された鉛直荷重は改良地盤体６内にて下方に分散される。このため、改良地盤体６の下面には低減された鉛直荷重が鉛直下向きに作用することとなり、改良地盤体６下面に位置する軟弱地盤の圧密を抑制することができる。さらには、各支持体４に載荷される鉛直荷重が相違する場合であってもかかる改良地盤体６にてその下面の鉛直下向き荷重を均一化できるため、仮に沈下が生じた場合でも不等沈下を防止することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の構造物の基礎構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞構造物重量が増加した場合でも比較的小規模な基礎構造にて構造物を支持することができる。
＜ロ＞軟弱地盤上に構造物を建設する場合でも、予め圧密を促進させておく必要がなく構造物を構築できるため、工費の低廉化と工期の短縮を図ることができる。
＜ハ＞地下水の変動による地盤の圧密沈下の影響を直接受ける可能性が低いため、地下水位低下に伴う基礎構造の沈下の問題を解消することができる。
＜ニ＞支持体の先端に改良地盤体を設けた場合は、改良地盤体下方に位置する地盤の圧密沈下が生じた場合でも不等沈下は生じ難い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構造物の基礎構造を示した断面図。
【図２】地下水位の変動と圧密沈下を示した断面図。
【図３】従来の構造物の基礎構造を示した断面図。
【符号の説明】
１・・・基礎構造
２・・・構造物
２１・・下部構造体
２２・・上部構造体
３・・・浮力体
４・・・支持体
５・・・遮水壁
６・・・改良地盤体
７１・・重量
７２・・浮力
８・・・地盤
８１・・難透水性地盤
９・・・地下水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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