(57)【要約】【課題】  地震発生時において、杭基礎を採用した建築物に地震振動等に起因した力かかった際に、建築物の沈下或いは傾斜によって軟弱層が圧縮変形することを防止し、また支持杭体の破損を防止し、さらには建築物の沈下量又は傾斜を低減させることを目的とする。【解決手段】  支持杭体２を有する杭支持構造８によって建築物の総荷重を支持させるとともに、所望の範囲の圧縮永久歪を示す発泡樹脂盤１を建築物５の下方において杭支持構造８の一部と軟弱層６とに接して配置させることによって、軟弱層６に先んじて発泡樹脂盤１を圧縮変形させて軟弱層６の圧縮変形を防止し、かつ振動により発生した圧力等の力を吸収させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭支持構造及び発泡樹脂盤を備える建築物用杭基礎構造であって、建築物の下方に圧縮永久歪が０．１％以上３０％以下である発泡樹脂盤が配置され、上記発泡樹脂盤が上記杭支持構造の一部と地盤とに接していることを特徴とする建築物用杭基礎構造。
【請求項２】
上記杭支持構造が、支持杭体と杭頭と地中梁とからなり、上記発泡樹脂盤が上記杭頭及び／又は上記地中梁と地盤とに接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の建築物用杭基礎構造。
【請求項３】
杭支持構造及び発泡樹脂盤を備える建築物用杭基礎構造であって、建築物地下室の下方及び建築物地下室の外側面に圧縮永久歪が０．１％以上３０％以下である発泡樹脂盤が配置され、上記発泡樹脂盤が少なくとも上記杭支持構造の一部と地盤とに接するとともに、上記建築物地下室の外側面と地盤との間に介在していることを特徴とする建築物用杭基礎構造。
【請求項４】
上記杭支持構造が、支持杭体と杭頭と地中梁とからなり、上記発泡樹脂盤が上記杭頭及び／又は上記地中梁と地盤とに接して配置されることを特徴とする請求項３に記載の建築物用杭基礎構造。
【請求項５】
杭支持構造と支持層とで建築物の総荷重を支持せしめるよう設計する工程と、上記杭支持構造の一部である支持杭体を所定の地盤位置に埋設する工程と、所定領域の地盤を排土することによって形成された穴部底面に発泡樹脂盤を埋設する工程と、上記支持杭体以外の杭支持構造構成部材を形成する工程とを有し、上記杭支持構造上部と上記発泡樹脂盤とを接合せしめることを特徴とする建築物用杭基礎構造の構築工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物用の杭基礎構造及びその構築工法に関する。さらに詳しくは、杭基礎の構成部材として所望の範囲の圧縮永久歪を示す発泡樹脂盤を有し、地震等の振動から杭基礎構造及び建築物を保護することのできる建築物用杭基礎構造及びその構築工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建築物用基礎として支持杭体や杭頭等によって建築物の荷重を支持する杭基礎が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。上記杭基礎は、建築物の鉛直下方に位置する堅強な地盤を支持層として、該支持層から鉛直方向に起立した支持杭体及び該支持杭体上部と結合する杭頭を有する。また建築物と上記支持層との間には、地盤表面の比較的弱い或いは軟弱な表面層（以下、単に「軟弱層」ともいう。）が存在するのが一般的である。ここで上記軟弱層としては、地盤の元来の性質として軟弱である層に加えて、杭基礎を設けるために形成された穴部に基礎を構築した後、該杭基礎周辺を埋め戻した際に形成される軟弱な地盤部分も含まれる。
上記杭基礎によれば、建築物荷重を支持層に伝達することによって、建築物を安定に支持することができる。そのため特に、軟弱地盤上に建築物を構築する場合や大型建築物を構築する場合に適した基礎構造として採用されるものである。
【０００３】
ところで地震の振動の影響により水平方向又は鉛直方向等からの圧力を受けると、杭基礎で支持された建築物と支持層との間に位置する上記軟弱層は、圧縮変形し堅強な層（以下、単に「圧縮変形層」ともいう。）になる場合がある。かかる場合に、一度圧縮され堅強となった上記層を、元の地盤形状に人工的に復元させることは困難である。杭基礎及び建築物は上記軟弱層の圧縮変形に拘束されるため、種々の問題が発生する。従来の杭基礎に関する種々の問題について図９から図１１を用いて説明する。
【０００４】
図９（９Ａ）は、支持層１０７及び軟弱層１０６の上方に構築された建築物１０５と、支持杭体１０２、杭頭１０３及び地中梁１０４を有する従来の杭基礎を示す。支持杭体１０２の下端は堅強な支持層１０７に結合し、かつ上端は杭頭１０３及び地中梁１０４を介して建築物と結合している。
該杭基礎の周囲で地震による振動が発生すると、同図（９Ｂ）に示すように、建築物１０５に鉛直方向の圧力Ｐがかかり、建築物下方に位置する軟弱層が圧縮変形して圧縮変形層１０８が形成され、同時に建築物１０５が沈下量ロの分だけ沈下する場合がある。また上下端が結合により拘束されている支持杭体１０２には、鉛直方向の圧力Ｐによって負荷がかかり、その結果、支持杭体１０２のひび割れや断絶が生じるという問題がある。
また鉛直方向の圧力Ｐの発生後、さらなる振動が生じることにより同図（９Ｃ）に示すように鉛直方向の圧力Ｐと異なる方向の圧力Ｑが生じる場合がある。この時、建築物１０５は上記圧力Ｑの方向に押し上げられるが、一度圧縮変形した圧縮変形層１０８は元の地盤形状に自立的に復元しないため、建築物１０５の底面と圧縮変形層１０８とが剥離し、両者の間に空隙１０９が形成される現象が知られている。建築物１０５の下方に空隙１０９が形成されることによって、支持杭体１０２の水平抵抗や耐久性に大きな影響が与えられ、また建築物１０５の傾斜或いは転倒が起こりうるという問題がある。
空隙１０９によるさらなる別の問題としては、建築物１０５と圧縮変形層１０８とが接しなくなったことにより、建築物１０５と地盤との摩擦抵抗が失われ、空隙１０９形成後に新たな振動が生じた場合、空隙１０９形成前よりも、建築物１０５の揺れが増大するという問題がある。
【０００５】
建築物に鉛直方向の圧力がかかる上記現象とは別に、地震発生時において杭基礎を採用した建築物に水平力及び曲げモーメントがかかり、かつ一部の支持杭体にも曲げモーメントがかかるという現象が知られている。この現象は、支持杭体の上下端が建築物及び支持層に拘束されていること及び支持層と軟弱層と建築物との固有周期がそれぞれ相異することから生じるものである。即ち、地震振動を受けて地層間及び地層と建築物との間に変位が生じ、これに支持杭体が拘束されて建築物及び一部の支持杭体に曲げモーメントがかかるのである。
【０００６】
以下に図１０を用いて上記現象及びその問題点について説明する。図１０（１０Ａ）は、図９（９Ａ）と同様に従来の杭基礎及びその上に構築された建築物１０５を示す。
地震等により振動が発生した場合に、同図（１０Ｂ）に示すように建築物１０５に水平力Ｈ及び曲げモーメントＭがかかる場合があることが知られている。この時、支持杭体１０２は上下端が拘束されているため、上記水平力Ｈ及び曲げモーメントＭの働く方向に位置する支持杭体１０２には押し込み力Ｓが働くとともに曲げモーメントがかかり、一方、上記方向とは逆方向に位置する支持杭体１０２には引き抜き力Ｒが働く。
この結果、建築物１０５が傾いてその一部が地盤に埋没することにより軟弱層が圧縮変形し、圧縮変形層１０８が形成される。また建築物１０５の傾斜に耐え切れずに支持杭体１０２が破損する虞がある。圧縮変形層１０８が自立的に復元することが困難であること、及び新たな別方向への圧力によって空隙１０９が形成される問題は、上記図９において説明した問題点と同様である。
【０００７】
また図１１に示すように、地下室を有する建築物１０５には、地震時においてさらに以下の問題がある。即ち、同図（１１Ｂ）に示すように建築物１０５に水平力Ｈ及び曲げモーメントＭがかかると、図１０（１０Ｂ）で説明した現象と同様に、建築物１０５が傾き、支持杭体１０２は位置によって引き抜き力Ｒ或いは押し込み力Ｓと曲げモーメントがかかる。これに加えて、地下室１１０も地盤中で傾き、圧縮変形層１０８が形成されるとともに地盤と地下室１１０の外側面とが剥離して空隙１０９が形成される。
この結果、地下室１１０を含む建築物１０５の立地が不安定になり危険であるという問題がある。また建築物１０５の傾斜に耐え切れずに支持杭体１０２が破損する虞がある。圧縮変形層１０８が自立的に復元することが困難であること、及び新たな別方向への圧力によって空隙１０９が形成される問題は、上記図９において説明した問題点と同様である。
【０００８】
上述した問題が発生すると、建築物の安全性が図られず非常に危険である。しかし地震の振動により発生する特定方向への圧力、固有周期の相異による水平力及び曲げモーメントの影響を建築物及び基礎の設計時において正確に予測することは困難である。さらに上記影響により、地盤が圧縮変形する量や生じる空隙の体積を正確に予想することも困難である。
【０００９】
従って建築物の基礎として杭基礎構造を採用した際に、地震等の振動が発生しても、地盤の圧縮変形を防止或いは低減し、これによって空隙の発生を防止或いは低減することが望まれていた。また地震発生時において、地層及び建築物の固有周期の相異により、杭基礎を採用した建築物にかかる水平力並びに建築物及び一部の支持杭体にかかる曲げモーメントの影響を低減することが望まれていた。
【００１０】
【非特許文献１】社団法人日本建築学会、「建築基礎構造設計指針」、第１版第８刷、社団法人日本建築学会、１９９６年７月２５日、ｐ．１９７−２１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来の杭基礎の問題点を鑑みてなされたものである。即ち本発明は、杭基礎を採用した建築物周辺において地震等の振動が発生しても、軟弱層の圧縮変形を防止或いは低減して杭基礎構造又は建築物と地盤との間に空隙が発生することを防止すること、並びに地層と建築物との固有周期の相異及び支持杭体の上下端の拘束によって建築物にかかる水平力及び曲げモーメントを低減することのできる杭基礎構造を提供することを目的とするものである。また本発明は、特に地下室を有する建築物において、地震等の振動が発生しても、該地下室の側面と地盤とが剥離して空隙が生じることを防止することのできる杭基礎構造を提供することを目的とするものである。
【００１２】
また本発明の別の目的は、上記本発明の杭基礎構造を簡易に構築する工法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、
（１）杭支持構造及び発泡樹脂盤を備える建築物用杭基礎構造であって、建築物の下方に圧縮永久歪が０．１％以上３０％以下である発泡樹脂盤が配置され、上記発泡樹脂盤が上記杭支持構造の一部と地盤とに接していることを特徴とする建築物用杭基礎構造、
（２）上記杭支持構造が、支持杭体と杭頭と地中梁とからなり、上記発泡樹脂盤が上記杭頭及び／又は上記地中梁と地盤とに接して配置されることを特徴とする上記（１）に記載の建築物用杭基礎構造、
（３）杭支持構造及び発泡樹脂盤を備える建築物用杭基礎構造であって、建築物地下室の下方及び建築物地下室の外側面に圧縮永久歪が０．１％以上３０％以下である発泡樹脂盤が配置され、上記発泡樹脂盤が上記杭支持構造の一部と地盤とに接するとともに、上記建築物地下室の外側面と地盤との間に介在していることを特徴とする建築物用杭基礎構造、
（４）上記杭支持構造が、支持杭体と杭頭と地中梁とからなり、上記発泡樹脂盤が上記杭頭及び／又は上記地中梁と地盤とに接して配置されることを特徴とする上記（３）に記載の建築物用杭基礎構造、及び
（５）杭支持構造と支持層とで建築物の総荷重を支持せしめるよう設計する工程と、上記杭支持構造の一部である支持杭体を所定の地盤位置に埋設する工程と、所定領域の地盤を排土することによって形成された穴部底面に発泡樹脂盤を埋設する工程と、上記支持杭体以外の杭支持構造構成部材を形成する工程とを有し、上記杭支持構造上部と上記発泡樹脂盤とを接合せしめることを特徴とする建築物用杭基礎構造の構築工法、
を要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の建築物用杭基礎構造であれば、建築物の下方に所望の範囲の圧縮永久歪を示す発泡樹脂盤を配置し、該該発泡樹脂盤が杭支持構造の一部と地盤とに接することにより、地震等による振動から建築物及び杭基礎構造を保護することができる。これにより、従来の杭基礎構造を用いた建築物において振動の発生により生じていた建築物の沈下、支持杭体の破損及び地盤中に形成される空隙による弊害等の問題を防止或いは低減することができる。
【００１５】
具体的には本発明の杭基礎構造によれば、振動の発生により建築物に対して鉛直方向等の圧力、水平力及び曲げモーメント等の力が生じ建築物が沈下或いは傾斜した場合でも、軟弱層に先んじて本発明における発泡樹脂盤が圧縮される。同時に上記発泡樹脂盤は、上記振動により発生する鉛直方向等の圧力、水平力及び曲げモーメント等の力を吸収することができる。この結果、軟弱層が圧縮されて圧縮変形層が形成されることを防止することができ、また建築物の沈下量及び傾きも低減することができるのである。また上下端が拘束されている支持杭体にかかる負荷を低減することができ、支持杭体の破損を防止することができる。
さらに圧縮変形層の形成が防止或いは低減されることによって、新たな別方向への圧力が生じても、地盤と建築物或いは杭基礎構造部分とが剥離して、空隙が形成されること防止することができる。
【００１６】
本発明における発泡樹脂盤は、所望の範囲の圧縮永久歪を示すため、一度圧縮されても、時間の経過とともに元の形状に近い形状に自立的に回復することができる。従って、振動の発生により発泡樹脂盤が圧縮されて変形しても、継続して杭基礎構造の構成部分の一部として使用することができる。
【００１７】
発泡樹脂盤をさらに地下室外側面と地盤との間に介在させる本発明によれば、上記効果に加えて、地下室側面と地盤との剥離による空隙の形成をも防止することができる。
【００１８】
上記杭基礎構造を構築する本発明の構築工法であれば、簡易な施工により杭支持構造の少なくとも一部と発泡樹脂盤とを接合することができる。また本発明に用いられる発泡樹脂盤は、安価かつ大量生産可能なので安い費用で振動に耐性のある杭基礎構造を構築することができる。
【００１９】
加えて、発泡樹脂盤を備える本発明の杭基礎構造は、地震振動の減衰効果を有する。従って地盤から建築物へと伝達される振動が本発明の杭基礎構造を介する際に減衰されるので、建築物内での体感震度を低減することができる。従って本発明の杭基礎構造によれば非常に優れた耐震性能を建築物に付与することができる。
【００２０】
本発明に用いられる発泡樹脂盤であれば、地盤に埋設されても自然環境に何ら悪影響を及ぼすものではない。従って、付近で地下水の利用等がある立地環境においても安心して本発明の杭基礎構造を利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、本発明を例示する図面に基づき説明する。
【００２２】
図１〜図３は、発泡樹脂盤１及び支持杭体２と杭頭３と地中梁４とからなる杭支持構造８を備える本発明の杭基礎構造と、その上に構築された建築物１０５を示す垂直断面概略図である。上記杭基礎構造は、所定の位置において軟弱層６を通って支持層７に結合する支持杭体２を打ち、次いで軟弱層６を排土して形成した穴部底面において、発泡樹脂盤１を配置せしめ、杭頭３、地中梁４を構築することによって形成することができる。発泡樹脂盤１は、上記杭支持構造８における地中梁側面部１８及び杭頭側面部１４と軟弱層６とに接している。尚、本明細書においてＧＬとは、グランドレベルを意味する。
【００２３】
図４は、本発明の杭基礎構造Ａ１の垂直断面概略図である。杭基礎構造Ａ１は、発泡樹脂盤１及び支持杭体２と支持杭体２の上部と結合する杭頭３と杭頭３の周囲に設けられた地中梁４とからなる杭支持構造８を備えて形成されている。杭基礎構造Ａ１における発泡樹脂盤１は、杭支持構造８における地中梁底面部１７、地中梁側面部１８及び杭頭底面部１４と軟弱層６とに接している。
【００２４】
図５は、本発明の杭基礎構造Ａ２の垂直断面概略図である。杭基礎構造Ａ２は、発泡樹脂盤１及び支持杭体２と杭頭３と地中梁４とからなる杭支持構造８を備えて形成されている。また複数の杭頭３間には、水平方向に建築物の一部である床板９が設けられ、さらにその上に１階床１１が設けられている。これによって１階床１１、杭頭３、地中梁４及び床板９に囲まれるピット１３が形成されている。さらに発泡樹脂盤１が地表に露出することを防ぐために杭基礎構造の外周に位置する発泡樹脂盤１の上面にはコンクリート板１２が設けられている。杭基礎構造Ａ２における発泡樹脂盤１は、杭支持構造８における杭頭側面部１４及び一部の地中梁側面部１８と軟弱層６である地盤とに接している。さらに、発泡樹脂盤１は建築物の構造部分の一部である床板９の底面とも接している。尚、本明細書において用いられるピットという用語は、各構成部材に囲まれることによって形成された空間を意味し、例えば配管等が設置されるスペース等がある。
【００２５】
図６は、本発明の杭基礎構造Ａ２のＶ−Ｖ線における水平断面概略図である。支持杭体２の断面の周囲に杭頭３が形成されて両者が結合しており、さらに杭頭３の周囲には発泡樹脂盤１が配置され、杭頭側面部１４と発泡樹脂盤１とが接していることが示されている。
【００２６】
図７は、本発明の杭基礎構造Ａ３の垂直断面概略図である。杭基礎構造Ａ３は、杭頭底面部１５が発泡樹脂盤１と接していること以外は、図５に示した杭基礎構造Ａ２と同様に形成することができる。
【００２７】
図８は、本発明の杭基礎構造Ａ４の垂直断面概略図である。杭基礎構造Ａ４は、地下室１０及び杭基礎構造Ａ４の寸法を勘案して形成した穴部において、地下室１０下方に形成されており、地下室外側面部１６に発泡樹脂盤１が配置されたこと以外は、図４に示す杭基礎構造Ａ１と同様に形成することができる。尚、本発明のおいて用いられる地下室という用語は、独立した底面及び側面を有して形成された地盤中の空間を意味し、例えば居住空間、車庫又は倉庫等がある。従ってピット等のように、他の構成部材によって囲まれた結果、形成された空間まで含むものではない。
【００２８】
本発明における杭支持構造とは、建築物の総荷重を支持し、かつ該荷重を支持層に伝達することのできる構造を意味し、少なくとも支持杭体を有するものである。従って、本発明によれば、建築物の総荷重は、上記杭支持構造及び支持層とによって支持される結果となる。杭支持構造としては、一般的に知られる杭基礎の荷重支持部材よりなる構造であれば適宜用いることができるが、例えば、支持杭体及び杭頭、或いは支持杭体、杭頭及び地中梁からなる杭支持構造等がある。
本発明において用いられる支持杭体は、支持層から鉛直に起立しその上端が直接或いは間接的に建築物と結合し建築物の荷重を支持層に伝達するものであればいずれの形式のものでも用いることができる。具体的には、既成の杭体を用いて地盤に打ち込む打ち込み杭、地盤に穴部を設け既成の杭体を埋め込む埋め込み杭、又はオールケーシング杭若しくはアースドリル工法杭等の場所内コンクリート杭等があるが、上記に制限されるものではない。
また支持杭体以外の構成部材、例えば杭頭または地中梁等も、従来の杭基礎において一般的に知られるものであれば適宜選択して用いることができる。
【００２９】
尚、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、必要に応じて杭支持構造及び発泡樹脂盤以外の他の構成部材、例えば摩擦杭体等をさらに追加することは可能である。
【００３０】
特に、支持杭体と杭頭と地中梁とからなる杭支持構造を備える本発明の杭基礎構造は、上記発泡樹脂盤が杭頭及び／又は地中梁と地盤とに接して形成されることが好ましい。杭頭及び／又は地中梁と地盤との間に発泡樹脂盤が介在することにより、地震により発生する振動及び圧力等が発泡樹脂盤に減衰或いは吸収されるので好ましい。
【００３１】
本発明における発泡樹脂盤は、少なくとも上記杭支持構造の一部と地盤とに接しているものであるが、その他の部分と発泡樹脂盤とが接することを除外するものではない。従って図５に示すように、軟弱層６において杭支持構造８の構造部分、例えば床面９の下面と発泡樹脂盤１とが接するのを除外するものではない。
【００３２】
本発明に用いられる発泡樹脂盤は、圧縮永久歪が０．１％以上３０％以内の範囲内にあるものであり、０．１％以上２５％以下であることがより好ましく、０．１％以上２０％以下であることがさらに好ましい。尚、本発明における圧縮永久歪は、ＪＩＳ  Ｋ  ６７６７に準じて測定することができる。具体的には、発泡樹脂盤から５０×５０×厚さ約２５ｍｍの試験片を作成し、温度２０±２℃、相対湿度６５±５％の標準状態において、平面板で該試験片に圧力をかけて試験片の最初の厚みの２５％を圧縮し、そのまま固定して１分間放置し、その後、平面板を取り除いて、上記標準状態において１０分間放置する。その結果、厚みの変化した試験片の歪量を元の厚みに対する百分率で示したものを圧縮永久歪とする。従って、本発明における圧縮永久歪は、比較的短時間にわたり外力がかかったことによる歪量を示す。
【００３３】
本発明では、上記所望の範囲の圧縮永久歪を示す発泡樹脂盤を用いることにより、該発泡樹脂盤が、軟弱層に先んじて圧縮変形し、かつ外力を吸収し、外力が除かれた後は、元の形状に近い寸法にまで自立的に復元されることが重要である。これにより、地震に起因して地盤中に圧力が発生しても、人工的に回復困難な軟弱層の圧縮変形を避けることができる。加えて発泡樹脂盤の自立的な復元により、一度圧縮変形した後も継続して杭基礎構造の構成部材として利用することができる。また地震発生により建築物と地盤とに変位差が生じる場合に、該発泡樹脂盤が圧縮変形するとともに上記変位差を吸収し、次いで元の発泡樹脂盤の形状に近い形状まで自立的に回復することが重要である。
本発明における発泡樹脂盤の圧縮変形後の形状の回復率は、圧縮変形前の発泡樹脂盤の縦または横寸法に対して、７０％以上１００％以下であることが好ましく、８０％以上１００％以下であることがより好ましく、９０％以上１００％以下であることがさらに好ましい。
【００３４】
次に、図１〜図３を用いて、以下に本発明の作用を説明する。
【００３５】
図１（１Ａ）に示す杭基礎構造及び建築物５に地震等による振動が伝達された場合に、同図（１Ｂ）に示すように、鉛直方向の圧力Ｐが発生する場合がある。この時、軟弱層６に先んじて発泡樹脂盤１が圧縮変形するとともに該圧力Ｐが発泡樹脂盤１に吸収される。その結果、建築物５は、建築物沈下量イだけ沈下し支持杭体２にたわみが生じる。一方、軟弱層６の圧縮変形は、全く生じないか、或いは非常に小さな変形にすぎない。次いで同図（１Ｃ）に示されるように、時間の経過とともに発泡樹脂盤１の歪が自立的に復元し、その形状が回復し、これによって建築物５の沈下も解消され、また支持杭体２のたわみも解消されるものである。
従って、本発明の杭基礎構造を建築物の基礎として採用した場合には、図９に示す従来の杭基礎を採用した建築物１０５に生じる問題が発生しない。即ち本発明の杭基礎によれば、図９（９Ｂ）に示されるように、鉛直方向の圧力Ｐがかかった建築物１０５が建築物沈下量ロの分だけ沈下しかつ支持杭体１０２が破損するという問題、自立的に復元困難な圧縮変形層１０８が形成されるという問題、さらに同図（９Ｃ）に示されるように圧力Ｐとは異方向の圧力Ｑがかかることによって空隙１０９が形成されるという問題が生じない。
また本発明の杭基礎構造における発泡樹脂盤１は、圧力自体を吸収するという作用も有する。これにより図９（９Ｂ）に示す従来の杭基礎を採用した建築物１０５と図１（１Ｂ）に示す本発明の杭基礎構造を採用した建築物５とにおいて、等しく鉛直方向の圧力Ｐがかかった場合には、建築物沈下量イ及びロはイ＜ロの関係にあり、本発明の杭基礎構造が採用された建築物５の方が建築物１０５より沈下量が少ない。
【００３６】
また本発明の別の作用を図２を用いて説明する。図２（２Ａ）は、図１（１Ａ）と同様に本発明の杭基礎構造とその上に構築された建築物５を示すものである。上記杭基礎構造及び建築物５に地震等による振動が伝達された場合に、建築物５に水平力Ｈ及び曲げモーメントＭがかかり、かつ一部の支持杭体２に曲げモーメントがかかる場合がある。この時、建築物５は、同図（２Ｂ）に示されるように傾斜し、建築物５の一部はみかけ上、軟弱層６の中に埋没した状態となる。しかし実質的には、軟弱層６に先んじて発泡樹脂盤１が圧縮変形するため、軟弱層６は圧縮変形せず或いは、非常に小さな範囲で変形するにすぎない。加えて、発泡樹脂盤１は、水平力Ｈ及び曲げモーメントＭを吸収し、これらが建築物５及び支持杭体２に与える力を低減する。その結果、図１０（１０Ｂ）に示す従来の杭基礎を採用した建築物１０５と図２（２Ｂ）に示す本発明の杭基礎構造を採用した建築物５とに対して、等しく水平力Ｈおよび曲げモーメントＭがかかった場合には、建築物１０５の傾きより建築物５の傾きの方が小さい。また支持杭体２にはたわみが生じるが破損するには至らない。
次いで時間の経過とともに同図（２Ｃ）に示されるように、発泡樹脂盤１の歪が自立的に復元されその形状が回復し、これによって建築物５の傾斜も解消され、また支持杭体２のたわみも解消されるものである。
従って本発明の杭基礎構造を建築物の基礎として採用した場合には、図１０に示す従来の杭基礎を採用した建築物１０５に生じる問題が発生しない。即ち、本発明の杭基礎構造によれば、建築物１０５と支持層１０７に拘束された支持杭体１０２に引き抜き力Ｒ及び押し込み力Ｓがかかり、建築物１０５が大きく傾斜するという問題、同時に支持杭体１０２が破損するという問題、及び自立的に復元不可能な圧縮変形層１０８が形成されるという問題が生じない。
【００３７】
さらにまた地下室を有する建築物に関する本発明の作用について図３を用いて説明する。図３（３Ａ）は、地下室１０を有する建築物５に本発明の杭基礎構造を示すものである。同図（３Ｂ）に示すように、上記建築物５に水平力Ｈ及び曲げモーメントＭがかかった場合、見かけ上、建築物５の一部は軟弱層６に埋没する。またこの時、地下室１０は傾斜している。しかし、実質的には軟弱層６に先んじて発泡樹脂盤１が圧縮変形しており、軟弱層６は圧縮変形せず、或いは非常にわずかに変形するにすぎない。従って、地下室１０の外側面と地盤との間に空隙が形成されることがない。加えて、図２（２Ｂ）を用いて上述した作用と同様に発泡樹脂盤１が水平力Ｈ及び曲げモーメントＭを吸収する作用を有する。その結果、図１１（１１Ｂ）における建築物１０５に比べて図３（３Ｂ）における建築物の傾きの方が小さい。また支持杭体２にはたわみが生じるが、破損するには至らない。
次いで時間の経過とともに同図（３Ｃ）に示されるように、発泡樹脂盤１の歪が自立的に復元しその形状が回復し、これによって建築物５の傾斜も解消され、また支持杭体２のたわみも解消されるものである。
従って本発明の杭基礎構造を建築物の基礎として採用した場合には、図１１に示す従来の杭基礎を採用した建築物１０５に生じる問題が発生しない。即ち、本発明の杭基礎構造によれば、建築物１０５と支持層１０７に拘束された支持杭体１０２に引き抜き力Ｒ及び押し込み力Ｓがかかり、建築物１０５及び地下室１１０が大きく傾斜するという問題、同時に支持杭体１０２が破損するという問題、自立的に復元不可能な圧縮変形層１０８が形成されるという問題、及び地下室１１０の外側面と地盤との間に空隙１０９が形成されるという問題が生じない。
【００３８】
以下に本発明の構造についてさらに詳しく説明する。本発明に用いられる発泡樹脂盤は、建築物下方、或いはさらに地下室外側面に配置され、少なくとも杭支持構造の一部と地盤とに接している。発泡樹脂盤の配置箇所は、建築物の荷重、構造、立地環境、地盤の性質等を勘案し適宜決定することができる。所望の範囲の圧縮永久歪を示す発泡樹脂盤が配置されることによって、杭支持構造及び地盤中における建築物と地盤との接触面積が小さくなる程、該発泡樹脂盤により保護される面積が増大するので好ましい。
【００３９】
例えば本発明における発泡樹脂盤は、図４に示すように杭頭底面部１５、地中梁底面部１７及び地中梁側面部１８の全面に配置されていてもよい。この時、支持杭体２の上部も発泡樹脂盤１で覆われる結果となり好ましい。即ち、支持杭体２の上部が発泡樹脂盤１に覆われて保護されるため、支持杭体２と杭頭３との結合部を保護することができるからである。発泡樹脂盤１によって支持杭体２の上部が地盤と隔離される長さは、杭支持構造の形状、建築物５の荷重、及び立地環境等を勘案し適宜決定することができるが、一般的には、杭頭３と支持杭体２との結合部分から下方にかけて約１０ｃｍ以上約１００ｃｍ以下であることが好ましい。
また図５に示すように、地中梁側面部１８全面及び各地中梁３の間に設けられた床板９の下面全面に発泡樹脂盤１が配置されていてもよい（図６参照）。本実施形態では、発泡樹脂盤１の底面の高さを揃えることができるので、発泡樹脂盤１を配置するための穴部の形成及び発泡樹脂盤１の配置作業が簡易である。加えて、発泡樹脂盤１の配置し、その後に杭頭３を形成するためのコンクリートを打設する順で施工すれば、発泡樹脂盤１自体が杭頭３の型枠となりうる。従って、杭頭３の型枠を新たに設ける手間が省けるので、施工工程が簡略化でき好ましい。また軟弱層６において杭基礎構造以外の構造部分、例えば床板９と軟弱層６との間にも発泡樹脂盤１が配置されることによって、上記建築物５の構造部分も発泡樹脂盤１によって保護されるので好ましい。
さらに図８に示すように地下室１０を有する建築物５においては、地下室外側面部１６と地盤との間の一部或いは全面に発泡樹脂盤１が配置されていてもよい。地下室外側面部１６と発泡樹脂盤１との接触面積が大きい程、発泡樹脂盤１の保護効果が増大し好ましい。
【００４０】
尚、上述において発泡樹脂盤の配置箇所の態様について説明したが、本発明における発泡樹脂盤の配置は上述に限定されるものではない。
【００４１】
次に、本発明に用いられる発泡樹脂盤についてさらに説明する。本発明における発泡樹脂盤の厚みは、特に限定されず建築物の規模、基礎のタイプ、地盤の性質又は立地環境等によって適宜決定することができるが、好ましい厚みは、約１０ｃｍ以上約１５０ｃｍ以下である。またかかる発泡樹脂盤の厚みは、配置される各箇所において、一律でもよいし、或いは異なっていてもよい。
【００４２】
上記発泡樹脂盤に用いられる樹脂発泡体としては、例えば、ポリスチレン系樹脂発泡体、ポリエチレン系樹脂発泡体、ポリプロピレン系樹脂発泡体、ポリウレタン系樹脂発泡体、ポリ塩化ビニル系樹脂発泡体、熱可塑性ポリエステル系樹脂発泡体、ポリカーボネート系樹脂発泡体、ポリアミド系樹脂発泡体、ポリフェニレンエーテル系樹脂発泡体、或いは上述した樹脂の２以上の混合物等がある。特に、ポリスチレン系樹脂発泡体、ポリエチレン系樹脂発泡体、及びポリプロピレン系樹脂発泡体並びにこれらの組み合わせは、重量及び強度等の点から好ましい。尚、ポリウレタン系樹脂発泡体は、地盤中において加水分解が生じると耐久性に劣化が生じる場合があり、またポリ塩化ビニル系樹脂発泡体は、燃えると塩酸ガスを発生し公害上の問題を生じるので、これら樹脂発泡体を使用する際には、上記問題が発生しないよう留意する必要がある。
【００４３】
上記好ましい樹脂発泡体の１つであるポリスチレン系樹脂発泡体には、具体的には、スチレンの単独重合体樹脂、スチレンと他のモノマーとから製造されたスチレン系共重合体樹脂、スチレンの単独重合体樹脂又は／及びスチレン系共重合体樹脂とスチレン−ブタジエンブロック共重合体との混合物、ゴム状重合体の存在下でスチレン系モノマーを重合することによって得られるゴム変性スチレン系樹脂（耐衝撃性ポリスチレン）、或いは上記したスチレン系の樹脂と他の樹脂又は／及びゴム状重合体との混合物等の、スチレン成分比率が５０重量％以上であるポリスチレン系樹脂或いはポリスチレン系樹脂組成物を発泡して形成した樹脂発泡体が含まれる。上記ポリスチレン系樹脂発泡体は、発泡倍率５０倍〜１２０倍程度のものであれば、本発明における所望の範囲の圧縮永久歪が得られやすいため望ましい。
【００４４】
上記好ましい樹脂発泡体の１つであるポリエチレン系樹脂発泡体には、具体的には、エチレンの単独重合体樹脂、エチレンと他のモノマーとから製造されたエチレン系共重合体樹脂、エチレンの単独重合体樹脂又は／及びエチレン系共重合体樹脂にスチレン系モノマー等のビニルモノマーを含浸させて重合してなるグラフト変性エチレン系樹脂、或いは上記エチレン系の樹脂と他の樹脂又は／及びゴム状重合体との混合物等の、エチレン成分比率が５０重量％以上であるポリエチレン系樹脂或いはポリエチレン系樹脂組成物を発泡して形成した樹脂発泡体が含まれる。上記ポリプロピレン系樹脂発泡体は、発泡倍率３０倍〜７０倍程度のものであれば、本発明における所望の範囲の圧縮永久歪が得られやすいため望ましい。
【００４５】
上記好ましい樹脂発泡体の１つであるポリプロピレン系樹脂発泡体は、具体的には、プロピレンの単独重合体樹脂、プロピレンと他のモノマーとから製造されたプロピレン系共重合体樹脂、プロピレンの単独重合体樹脂又は／及びプロピレン系共重合体樹脂にスチレン系モノマー等のビニルモノマーを含浸させて重合してなるグラフト変性プロピレン系樹脂、或いは上記プロピレン系の樹脂と他の樹脂又は／及びゴム状重合体との混合物等の、プロピレン成分比率が５０重量％以上であるポリプロピレン系樹脂或いはポリプロピレン系樹脂組成物を発泡して形成した樹脂発泡体が含まれる。上記ポリスチレン系樹脂発泡体は、発泡倍率５０倍〜１２０倍程度のものであれば、本発明における所望の範囲の圧縮永久歪が得られやすいため望ましい。
【００４６】
上記発泡樹脂盤は、所望の形状に形成された容器にビーズ状の発泡粒子を充填し加熱して該発泡粒子同士を融着させる所謂型内発泡により、上記所望の形状の発泡樹脂ブロックとして形成することができる。或いは、適当な形状の容器に球状の発泡粒子を充填し加熱して該発泡粒子同士を融着させて適当な形状の発泡樹脂ブロックを形成し、さらに所望の形状となるよう加工することによって所望の形状の発泡樹脂ブロックとして形成することができる。
【００４７】
本発明に用いられる発泡樹脂盤は圧縮クリープが１０％以上であることが好ましく、１５％以上であることがより好ましい。発泡樹脂盤の圧縮クリープが１０％以上であれば、地震等による振動発生によって杭基礎構造及び建築物に外力がかかった際に、軟弱層に先んじて良好に圧縮変形を示すため好ましい。
上記発泡樹脂盤の圧縮クリープは、ＪＩＳ  Ｋ  ６７６７に基づいて測定することができる。具体的には、発泡樹脂盤を形成する発泡樹脂体を用いて５０×５０×厚さ約２５ｍｍの試験を作成し、温度２０±２℃、相対湿度６５±５％の標準状態において該試験片に２ｇ／ｃｍ２の荷重をかけた際の試験片の厚さをＴ０とし、上記荷重をかけた状態で放置し１６８時間後の厚さをＴｄとしたときに、（Ｔ０−Ｔｄ）÷Ｔ０×１００で算出される。
【００４８】
本発明に用いられる発泡樹脂盤の圧縮強度は特に限定されないが、約３ＫＮ／ｍ２以上約１００ＫＮ／ｍ２以下であることが好ましく、約１０ＫＮ／ｍ２以上約５０ＫＮ／ｍ２以下であることがさらに好ましい。上記圧縮強度が約３ＫＮ／ｍ２以上であれば、杭基礎構造の一構成部分として充分な強度及び良好な振動吸収性を得ることができるので好ましく、また約１００ＫＮ／ｍ２以下であれば、本発明における所望の範囲の圧縮永久歪が得られやすいので好ましい。本発明の杭基礎構造では、建築物の総荷重は杭支持構造によって支持されるのであって、発泡樹脂盤に支持すべき荷重を分散させるものではない。従って、高い圧縮強度を発泡樹脂盤に求める必要はなく、むしろ好ましい圧縮永久歪を得られる程度に圧縮強度を調整することが望ましい。
【００４９】
尚、上記発泡樹脂盤の圧縮強度は、ＪＩＳ  Ｋ  ７２２０に示される短期圧縮強度の計測方法を用いて計測することができる。
【００５０】
上記所望の範囲の圧縮永久歪を有する発泡樹脂盤の一実施態様として、空孔を有する発泡樹脂盤を用いることができる。上記空孔とは、発泡樹脂盤の外形状として設けられた溝や穴、発泡樹脂盤を構成する発泡樹脂ビーズ間において形成される空隙、或るいは特定形状のビーズ内に設けられた空間を意味する。上記空孔を有する発泡樹脂盤の形成方法の例としては、発泡ビーズを充填する形成用型に予め所望の形状の溝型、或いは穴型を設けておき、そこに発泡樹脂ビーズを充填して、外側面に溝または穴を有する発泡体、或いは側面を貫通する穴部を有する発泡体を形成することができる。別の方法としては予めチップ状、筒状等の特定形状の発泡樹脂ビーズを形成し、該特定形状の発泡樹脂ビーズを用いて型内発泡することによって形成することができる。ただし、上記形成方法に限定されるものではない。
上述した空孔を設けた発泡樹脂盤は、該空孔に土砂等が入り込まないように透水シートで被覆してもよい。透水シートとしては、地盤中の土、砂及び砂利等が通過することのできない孔径を有する織布、不織布又は合成樹脂性メッシュシート等を用いることができる。樹脂製不織布が好ましく、特にポリプロピレン又はポリエステルの不織布が好ましい。
【００５１】
本発明おける発泡樹脂盤の空孔率とは、発泡樹脂盤全体の体積に対する発泡樹脂盤側面または内部に設けられる空孔の体積％を意味する。上記空孔率は、発泡樹脂盤に所望の圧縮永久歪、圧縮クリープ、及び圧縮強度等を勘案して決定することができる。発泡樹脂盤における空孔率は、特に制限はないが、好ましくは約１０％以上約５０％以下、より好ましくは約２０％以上約４０％以下である。
上記空孔率は、見かけ上同体積であって空孔を有しない発泡樹脂盤と空孔を有する発泡樹脂盤とを水に浸漬させてその体積差より計測することができる。空孔を有しない発泡樹脂盤と好ましい率で空孔を有する発泡樹脂盤とでは、圧縮強度が等しい場合に、一般的に好ましい率で空孔を有する発泡樹脂体の方が、圧縮永久歪が小さいという傾向がある。即ち、圧縮変形した後の自立的な寸法の回復が良好であるという点で、上記好ましい範囲の空孔率を有する発泡樹脂盤を本発明に用いることは好ましい。
【００５２】
次に本発明の杭基礎構造の構築工法について説明する。
【００５３】
（１）建築物、建築物の建造予定地における地盤の地震特性、及び交通の振動データ等を解析し、支持杭構造が支持すべき荷重支持力等を決定し、また支持杭構造を構成する各部材の数、形状及び寸法を決定する。支持杭構造は、少なくとも支持杭体を必要とし、一般的には上記支持杭体上部と結合する杭頭、さらには杭頭と結合する地中梁等により構成される。しかしこれらに限定されるものではない。
他方、発泡樹脂盤についても、地盤特性等を勘案して好ましい範囲の圧縮永久歪、圧縮クリープ及び圧縮強度等を決定し、それらを満たす発泡樹脂盤を形成する。本発明における発泡樹脂盤は、地震による振動発生時において、軟弱層に先んじて圧縮変形させ、かつ振動により生じる圧力を吸収させるために用いられるものであり、建築物の荷重を支持せしめるものではない。従って上記杭基礎構造の荷重支持力に関する設計の際には、発泡樹脂盤に建築物の荷重支持力の負担を求めず、上記杭支持構造により建築物の全荷重を支持せしめるよう設計することが重要である。
【００５４】
（２）所定の位置において支持杭体を打ち支持杭体の先端部を支持層に埋設する。支持杭体の先端部分が支持層に埋設される長さは建築物の荷重に合わせて適宜決定することができるが、一般的には支持杭体の下先端から約１ｍ以上約３ｍ以下の部分が支持層に埋設されることが好ましい。
支持杭体を埋設後、所定の範囲の軟弱層の地盤を排土することによって発泡樹脂盤１を埋設するための穴部を形成する。穴部の形状は、発泡樹脂盤の形状、地下室の有無などにより適宜決定することができる。
【００５５】
（３）次に上記穴部底面において発泡樹脂盤を形成する。発泡樹脂盤は、杭支持構造の形状に併せて適宜配置することができる。例えば、図５に示す杭基礎構造Ａ２を構築する際には、発泡樹脂盤１は穴部底面において、杭頭３のスペースを確保して配置することができる。また図７に示す杭基礎構造Ａ３を形成する際には、穴部底面において、支持杭体２の周囲全面に発泡樹脂盤１を配置し、かつ該発泡樹脂盤１の高さを調整することによって、杭頭３のスペースを確保して配置することができる。
また発泡樹脂盤を形成するには、任意の寸法及び形状の複数の発泡樹脂ブロックを組み合わせて、又は積み重ねて形成することができる。上記複数の発泡樹脂ブロックを、発泡樹脂盤を埋設するために形成された穴部において単に組み合わせて又は積み重ねて発泡樹脂盤を形成してよい。或いは各発泡樹脂ブロック間を任意の接着剤や粘着テープで接着するか、又はボルトや締結用金具等の固定具を用いて発泡樹脂ブロック間を接合して、発泡樹脂盤を形成してもよい。
【００５６】
（４）発泡樹脂盤を形成後、上記支持杭体以外の杭支持構造を形成する部材を形成する。これら部材の形成に必要なスペースが発泡樹脂盤に囲まれて確保されている場合は、該発泡樹脂盤を型枠として利用してもよい。例えば、図５に示す杭頭３を形成する際に、発泡樹脂盤１と地盤とで形成される杭頭３のスペースを杭頭３形成用型枠の一部として利用することができる。
杭支持構造を形成する際には、その上部が発泡樹脂盤と接するように形成する。本発明において杭支持構造の上部とは、杭支持構造の軟弱地盤中に埋設される領域であって、建築物により近い部分を指さす。例えば、支持杭体、杭頭及び地中梁よりなる杭支持構造であれば、杭頭、地中梁、及び支持杭体と杭頭の結合部分を含めて該杭支持構造の上部とする。
【００５７】
（５）次いで、穴部の残余の空間を埋め戻す。これにより、本発明の杭基礎構造が完成する。さらに上記工程に続いて、床板や土間等、地盤中における建築物の構造部分を形成し、次いで1階床を形成し、これにより一般的にピットと呼ばれる空間を形成してもよい。また発泡樹脂盤の上面が地表に露出することを防ぐために、地表近くに配置された発泡樹脂盤の上面にコンクリート板を併せて形成することができる。
【００５８】
尚、本発明の構築工法は上記順序に制限されず、例えば発泡樹脂盤の一部を埋設し、次いで杭頭を構築した後、発泡樹脂盤の残りの部分を埋設し、最後に穴部の残余部分を埋め戻す等の変更を適宜行うことができる。
【００５９】
また地下室を備える建築物に用いられる本発明の杭基礎構造を構築する際には、地下室を考慮して、（１）と同様に杭支持構造及び発泡樹脂盤を設計する。次いで地下室を考慮して穴部を形成する以外は、上記（２）〜（４）と同様に、支持杭体を埋設し、発泡樹脂盤を形成し、上記支持杭体以外の杭支持構造部分を形成することができる。さらに地下室床面及び地下室側面を構築し、該地下室側面に沿って発泡樹脂盤を配置し、穴部の残余部分を埋め戻す。これにより本発明の地下室を備える建築物用杭基礎構造が完成する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の杭基礎構造の作用を説明するための説明図
【図２】本発明の杭基礎構造の作用を説明するための説明図
【図３】本発明の杭基礎構造の作用を説明するための説明図
【図４】本発明の杭基礎構造の一実施形態の垂直断面概略図
【図５】本発明の杭基礎構造の一実施形態の垂直断面概略図
【図６】図５に示す杭基礎構造のＶ−Ｖ線の水平断面概略図
【図７】本発明の杭基礎構造の一実施形態の垂直断面概略図
【図８】本発明の杭基礎構造の一実施形態の垂直断面概略図
【図９】従来の杭基礎の問題を説明するための説明図
【図１０】従来の杭基礎の問題を説明するための説明図
【図１１】従来の杭基礎の問題を説明するための説明図
【符号の説明】
【００６１】
１    発泡樹脂盤
２    支持杭体
３    杭頭
４    地中梁
５    建築物
６    軟弱層
７    支持層
８    杭支持構造
イ    建築物沈下量
ロ    建築物沈下量
Ｍ    曲げモーメント
Ｈ    水平力
Ｐ    鉛直方向の圧力
Ｑ    鉛直方向の圧力Ｐと逆方向の圧力
Ｒ    引き抜き力
Ｓ    押し込み力
【図１】
2005314991.tif 000003
【図２】
2005314991.tif 000004
【図３】
2005314991.tif 000005
【図４】
2005314991.tif 000006
【図５】
2005314991.tif 000007
【図６】
2005314991.tif 000008
【図７】
2005314991.tif 000009
【図８】
2005314991.tif 000010
【図９】
2005314991.tif 000011
【図１０】
2005314991.tif 000012
【図１１】
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