(57)【要約】【課題】杭体の水平抵抗を効率的に増強できると共に、地震時の地盤変位の影響を軽減することができる。【解決手段】地盤Ｇに配設され建物２（構造物）を支持する杭体４と、杭体４周囲の地盤Ｇを介して杭体４の上部４ｄおよび中間部４ｅを囲繞する鉛直方向に延在する第１地盤改良体５と、第１地盤改良体５の内周面から杭体４側に突出すると共に杭体４と離間し鉛直方向に延在する柱状の第２地盤改良体６と、を備える。第２地盤改良体６の下端部６ｃは、第１地盤改良体５の下端部５ｃよりも上方に位置している。【選択図】図１
2012001929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に配設され構造物を支持する杭体と、
該杭体周囲の地盤を介して前記杭体の上部側を囲繞するとともに鉛直方向に延在する第１地盤改良体と、
該第１地盤改良体の内周面から前記杭体側に突出すると共に該杭体と離間し鉛直方向に延在する第２地盤改良体と、を備え、
該第２地盤改良体の下端部は、前記第１地盤改良体の下端部よりも上方に位置していることを特徴とする杭基礎構造。
【請求項２】
前記第１地盤改良体の内周面と前記杭体の周面との水平方向における間隔は、前記杭体の杭径の２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の杭基礎構造。
【請求項３】
前記第２地盤改良体の周面と前記杭体の周面との水平方向における間隔は、前記杭体の杭径以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭基礎構造。
【請求項４】
前記第１地盤改良体は、鉛直方向に延在する柱状の地盤改良体が、複数配列されて構築されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の杭の杭基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭体の水平抵抗を増強させる杭基礎構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地盤反力が小さい粘土地盤などの軟弱地盤に杭基礎を構築する際に、杭体の水平抵抗が不足する場合には、杭径を大きくして杭体の耐力を増大させたり、杭体上端部近傍の地盤を改良して地盤反力を増大させたりしている。
例えば、特許文献１には、杭体の上端部側近傍の地盤が、杭径の数倍程度の水平方向範囲および、この水平方向範囲の数倍から数十倍程度の深さ範囲にわたって地盤改良された杭基礎構造が開示されている。この杭基礎構造では、杭体が改良地盤と接しているため、杭体の水平抵抗が増強する。
【０００３】
また、特許文献２には、平面視において閉鎖状で杭体周囲の地盤を介して杭体を囲む所定深度の地盤改良体が構築された杭基礎構造が開示されている。この杭基礎構造では、平面視において閉鎖状の地盤改良域が構築されることにより、液状化によって地盤が杭体に及ぼす被害を軽減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２１２６１８号公報
【特許文献２】特開２００１−３４２６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された杭基礎構造では、地震時に杭体と改良地盤との相対変位によって杭体が改良地盤を変形させるため、地震後に改良地盤の残留変形によって杭体と改良地盤との間に間隙が生じる可能性がある。
【０００６】
また、特許文献２に開示された杭基礎構造では、地盤改良体を液状化層の全高さにわたるように形成することが好ましいため、液状化層が厚い場合には、地盤改良体の工事が大掛かりになると共に費用もかかる。
また、この杭基礎構造では杭体と地盤改良体とが離間することになるが、杭体の水平抵抗を増強させる上で、この離間距離をどの程度にするのが効率的であるか明確にされていない。
【０００７】
さらに、地震時には、建物の慣性力のみでなく、地盤の変位による力が杭体および地盤改良体に作用する。このため、図５に示すように、地盤改良体が非液状化層に支持されていない場合には、地震時の地盤Ｇの変位により地盤改良体３５も地盤Ｇと共にある程度変位することになる。
すると、地盤改良体３５は地盤Ｇとともに変位し、合わせて杭体３４の上部３４ｄも変位するが、杭体３４の下部は非液状化層に支持されているため変位が小さい。したがって、地盤剛性が急変する地盤改良体３５の下端部３５ｃ付近で杭体３４が湾曲するなどの被害が生じるおそれがある。
【０００８】
また、図６に示す板状構造物４２のように幅（短辺）４２ｗと奥行き（長辺）４２ｄとの差が大きい建物では、一般的に、短辺方向（ｙ方向）に作用する地震力に対する杭体４４の耐震性が不足し、長辺方向（ｘ方向）に作用する地震力に対しては、杭体４４の耐震性が十分に足りていることが多い。このため、各杭体４４の周囲の地盤Ｇに対して均等に改良を行うと、地震時における地盤改良体（不図示）の長辺方向（ｘ方向）への変位による杭体４４への影響が大きくなり、図５に示すように地盤改良体３５が杭体３４に被害を及ぼす可能性がある。
【０００９】
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、杭体の水平抵抗を効率的に増強できると共に、地震時の地盤変位の影響を軽減することができる杭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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る杭基礎構造は、地盤に配設され構造物を支持する杭体と、該杭体周囲の地盤を介して前記杭体の上部側を囲繞すると共に鉛直方向に延在する第１地盤改良体と、該第１地盤改良体の内周面から前記杭体側に突出すると共に該杭体と離間し鉛直方向に延在する第２地盤改良体と、を備え、該第２地盤改良体の下端部は、前記第１地盤改良体の下端部よりも上方に位置していることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、第１地盤改良体が、杭体周囲の地盤を介して杭体の上部側を囲繞することにより杭体の水平抵抗を増強させることができる。
ここで、杭体の上部側とは、杭体の杭頭から所定深度の範囲で、杭体の下端部よりも上方の範囲を示している。
そして、第２地盤改良体が、第１地盤改良体の内周面から突出し、第２地盤改良体の周面と杭体の周面との間隔が第１地盤改良体の内周面と杭体の周面との間隔よりも狭いため、第２地盤改良体が配設された方向に対する杭体の水平抵抗を更に増強させることができる。
また、第１および第２地盤改良体によって、杭体の水平抵抗を増強させることができることにより、従来のように杭体の全高さ以上の高さにわたって地盤改良を行う必要がないため、地盤改良にかかる労力を軽減できると共に、工期を短縮することができる
【００１２】
さらに、第２地盤改良体は、下端部が第１地盤改良体の下端部よりも上方に位置している。これにより、地震時の地盤変位に追従する第１および第２地盤改良体の変位によって杭体に作用する力は、第２地盤改良体の側方に位置する杭体の上部よりも、第１地盤改良体の側方に位置する杭体の中間部の方が小さくなる。そして、杭体の下部には、第１および第２地盤改良体の変位による力はほとんど作用せず、杭体の中間部に作用する力よりも小さくなる。
このように、地震時の地盤変位によって杭体に作用する力は、杭体の下部から上部に向って徐々に大きくなることにより、杭体へ作用する力が急激に変化しないため、地震時の地盤変位の影響を軽減することができる。
また、杭体の周囲は原地盤であるため、杭体の周囲には地震後の残留変形が少なく地震前の状態に復元しやすい。
【００１３】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記第１地盤改良体の内周面と前記杭体の周面との水平方向における間隔は、前記杭体の杭径の２倍以下であることが好ましい。
本発明では、第１地盤改良体の内周面と杭体の周面との水平方向の間隔は、杭体の杭径の２倍以下であることにより、杭体の水平抵抗を増強させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記第２地盤改良体の周面と前記杭体の周面との水平方向における間隔は、前記杭体の杭径以下であることが好ましい。
本発明では、第２地盤改良体の周面と杭体の周面との水平方向の間隔は、杭体の杭径以下であることにより、第２地盤改良体が配設された方向に対する杭体の水平抵抗を大きく増強させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る杭基礎構造では、前記第１地盤改良体は、鉛直方向に延在する柱状の地盤改良体が、複数配列されて構築されている構成としてもよい。
本発明では、第１地盤改良体は、鉛直方向に延在する柱状の地盤改良体が、複数配列されて構築されていることにより、第１地盤改良体の施工が行いやすい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、杭体の水平抵抗を増強させることができると共に、地震時の地盤改良体による杭体の被害を軽減できる杭基礎構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態による杭基礎構造の一例を示す図で（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】杭体と地盤改良体との間隔と杭の水平抵抗の増加の割合との関係を示す図である。
【図３】第１実施形態による杭基礎構造の地震時の地盤変位による杭体の様子を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明の第２実施形態による杭基礎構造の一例を示す図である
【図５】従来の杭基礎構造の地震時の地盤変位による杭体の様子を示す図である。
【図６】板状構造物を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による杭基礎構造について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１実施形態による杭基礎構造１は、地盤Ｇに配設され建物（構造物）２（図１（ｂ）参照）を支持する杭体４と、杭体４周囲の地盤Ｇを介して杭体４の上部４ｄおよび中間部４ｅ（図１（ｂ）参照）を囲繞する第１地盤改良体５と、第１地盤改良体５の内周面５ｂから杭体４側に突出する柱状の第２地盤改良体６とを備えている。
ここで、図１（ｂ）に示すように、杭体４における第２地盤改良体６の側方に位置する部分を上部４ｄとし、上部４ｄより下方の第１地盤改良体５の側方に位置する部分を杭体４の中間部４ｅとし、中間部４ｅより下方の部分を下部４ｆとして以下説明する。
【００１９】
本実施形態の杭基礎構造１では、建物２の基礎スラブ２ａの下側に複数の杭体４が埋設されており、各杭体４の周囲に第１地盤改良体５および第２地盤改良体６が配設されている。
また、本実施形態では、杭体４は、図示しない下端部が支持地盤（非液状化層）に根入れされており、第１地盤改良体５および第２地盤改良体６は、軟弱地盤（液状化層）に配設されている。杭体４、第１地盤改良体５および第２地盤改良体６の上端部４ａ、５ａ、６ａ（図１（ｂ）参照）は、基礎スラブ２ａの下端面と連結または接触している。なお、杭体４は、公知の鋼管杭やコンクリート杭などで構成されている。
【００２０】
第１地盤改良体５は、鉛直方向に延在する複数の柱状の地盤改良体１１が、平面視において、杭体４周囲の地盤Ｇを介して杭体４の上部４ｄおよび中間部４ｅを閉鎖状に囲繞するように配列されて構築されている。地盤改良体１１は、例えば、原地盤にセメントミルクなどが攪拌され柱状に形成された地盤改良体である。
複数の柱状の地盤改良体１１は、平面視略正方形を描くように配列されていて、この平面視略正方形の中心に杭体４が位置している。
【００２１】
複数の柱状の地盤改良体１１は、それぞれ杭体４と離間しており、各柱状の地盤改良体１１の外周面１１ｂと杭体４の外周面４ｂとの水平方向の間隔ｄ１は、杭体４の杭径Ｄの２倍（２Ｄ）以下で構成されている。
本実施形態では、複数の柱状の地盤改良体１１が杭体４を中心に平面視略正方形状を描くように配列されているため、杭体４から最も離間する柱状の地盤改良体１１と杭体４との間隔ｄ１を２Ｄ以下とし、杭体４に最も接近する柱状の地盤改良体１１と杭体４との間隔ｄ１を杭体４の杭径Ｄ程度としている。
【００２２】
第２地盤改良体６は、鉛直方向に延在する柱状の地盤改良体で、筒状の第１地盤改良体５の内側に第１地盤改良体５と接するように配設されている。なお、第２地盤改良体６は、第１地盤改良体５と連結して一体化してもよい。
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、第２地盤改良体６は、第１地盤改良体５の平面視略正方形状を構成する辺１２の中央部１２ａに相当する位置の内周側に設けられている。これにより、第２地盤改良体６は、杭体４の四方に杭体４の周方向９０°ごとに等間隔に配設されている。
第２地盤改良体６は、例えば、第１地盤改良体５を構成する地盤改良体１１と同様に原地盤にセメントミルクなどを攪拌して柱状に形成された地盤改良体である。
【００２３】
各第２地盤改良体６は、杭体４と水平方向に離間しており、外周面６ｂと杭体４の外周面４ｂとの間隔ｄ２は、杭体４の杭径Ｄ以下となっている。本実施形態では、間隔ｄ２を杭体４の杭径Ｄの１／２（０．５Ｄ）程度としている。
また、この間隔ｄ２は１００ｍｍ以上とすることが好ましく、このようにすることにより第２地盤改良体の施工性をよくすることができる。
また、第２地盤改良体６の鉛直方向の長さｌ２は、第１地盤改良体５の鉛直方向の長さｌ１よりも短くなっており、第２地盤改良体６の下端部６ｃが、第１地盤改良体５の下端部５ｃよりも上方に位置している。
この第２地盤改良体６の鉛直方向の長さｌ２は、地盤Ｇの条件や杭体４の水平抵抗の必要増強量によって変わるが、地震時の建物２の慣性力に対する抵抗効果が大きい範囲として杭体４の杭径Ｄの３倍以上６倍以下（３Ｄ以上６Ｄ以下）程度とすることが好ましい。
【００２４】
ここで、杭体４と地盤改良体との間隔と杭体４の水平抵抗（地盤反力係数）の増加の割合との関係を測定する実験を行った。この実験における地盤改良体は、第１地盤改良体５の柱状の地盤改良体１１や、第２地盤改良体６と同等のものとする。
図２に、杭体４と地盤改良体との間隔を杭径Ｄで除した値と杭体４の水平抵抗（地盤反力係数）の増加の割合との関係を示す。
【００２５】
図２より、杭体４と地盤改良体との間隔が、杭径Ｄの２倍（２Ｄ）をこえる寸法であると、杭体４の水平抵抗の増加の割合が小さいことがわかる。また、杭体４と地盤改良体との間隔が、杭径Ｄ以下であると杭体４の水平抵抗の増加の割合が急激に大きくなることがわかる。
このことより、図１に示すように第１地盤改良体５と杭体４との間隔ｄ１を杭径Ｄの２倍（２Ｄ）以下とすることで、杭体４の水平抵抗が増強されることがわかる。また、第２地盤改良体６と杭体４との間隔ｄ２を杭径Ｄ以下とすることで、第２地盤改良体６が配設された方向の杭体４の水平抵抗が更に増強されることがわかる。
また、図２より、杭体４と地盤改良体との間隔を杭径Ｄで除した値が同一の場合、杭体４の変位を杭径Ｄで除した値（変位／杭径）が大きくなると杭体４の水平抵抗の増加の割合が大きくなることがわかる。
【００２６】
次に、上述した地震力が作用した場合の杭基礎構造１について説明する。
地震により地盤Ｇが振動すると、地盤Ｇと杭体４とが相対変位すると共に、建物２の慣性力が杭体４に作用する。
このとき、杭体４は、地盤Ｇを介して第１および第２地盤改良体５、６に囲まれていて、杭体４の水平抵抗が増強されているため、杭体４の変位が抑制される。特に、第２地盤改良体６が配設された方向の杭体４の水平抵抗が増強されているため、この方向への杭体４の変位が抑制される。
【００２７】
また、地震時の地盤Ｇの変位に追従して、第１および第２地盤改良体５、６も変位する。
このとき、第１地盤改良体５の長さｌ１よりも第２地盤改良体６の長さｌ２が短く、第１地盤改良体５の下端部５ｃよりも第２地盤改良体６の下端部６ｃが上方に位置していることにより、第１および第２地盤改良体５、６の変位によって杭体４に作用する力は、杭体４の上部４ｄに作用する力よりも、杭体４の中間部４ｅに作用する力の方が小さくなる。
そして、図３に示すように、杭体４の下部４ｆには、第１および第２地盤改良体５、６の変位によって力が作用しないため、第１および第２地盤改良体５、６の変位によって杭体４の下部４ｆに作用する力は、ほとんどない。
そして、地震時の地盤Ｇや第１および第２地盤改良体５、６の変位によって杭体４に作用する力は、上部４ｄ、中間部４ｅ、下部４ｆの順に徐々に小さくなり、杭体４へ作用する力が急激に変化しないため、図５に示す従来の杭基礎構造と比べて、杭体４の変形を抑制することができる。
【００２８】
上述した第１実施形態の杭基礎構造１では、地震時の杭体４の水平抵抗を増強できるため、建物２の耐震性を向上させる効果を奏する。
また、地震時の第１および第２地盤改良体５、６の変位による杭体４の変形を抑制することができるため、地震による杭体４の被害を軽減させることができる。
また、杭体４の周囲は原地盤であることにより、杭体４の周囲には地震後の残留変形が少なく地震前の状態に復元しやすい。
また、第２地盤改良体６を任意の位置に設けられることにより、第２地盤改良体６を配設する位置を調整すれば、杭体４の水平抵抗をバランスよく増強させることができる。
また、第１および第２地盤改良体５，６は、従来の杭基礎構造のように地盤Ｇの軟弱地盤の厚さ以上の長さとする必要がないので、第１および第２地盤改良体５，６を構築する労力を軽減できると共に、工期を短縮することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図４、図６に基づいて説明するが、上述の第１実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１実施形態と異なる構成について説明する。
図４に示すように、第２実施形態による杭基礎構造２１では、地盤Ｇを介して複数の杭体４を囲繞するよう第１地盤改良体２５が設けられており、第１地盤改良体２５の内側に第２地盤改良体６が設けられている。
第１地盤改良体２５は、複数の柱状の地盤改良体１１が平面視略長方形状に配列されて構築されている。
第２地盤改良体６は、第１地盤改良体２５の平面視略長方形の長辺と接触または連結して配設されている。
【００３０】
第２実施形態による杭基礎構造２１では、第１および第２地盤改良体２５，６が複数の杭体４を囲繞するように平面視略長方形状に設けられて、第２地盤改良体６が、第１地盤改良体２５の平面視略長方形の長辺と接触または連結して配設されているため、第１実施形態と同様に杭体４の水平抵抗を増強させることができ、更に、平面視略長方形の短辺の延在方向の杭体４の水平抵抗を増強させることができる。
例えば、図６に示すような板状構造物４２の杭基礎に、本実施形態の杭基礎構造２１（図４参照）を適用し、板状構造物４２長辺の延在方向（ｘ方向）に沿って複数の第２地盤改良体６（図４参照）を配設することで、短辺の延在方向（ｙ方向）の杭体４の水平抵抗を増強させることができる。
そして、第２地盤改良体６の配設箇所および個数を調整することで、板状構造物４２の地震に対するｘ方向およびｙ方向の耐力をバランスよく調整することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、複数の杭体４の周囲に第１および第２地盤改良体２５，６を設けることによって、図１に示すような各杭体４に第１および第２地盤改良体５，６を設ける第１実施形態による杭基礎構造１と比べて、杭基礎構造２１の構築にかかる労力を軽減できると共に工期を短縮することができる。
【００３２】
以上、本発明による杭基礎構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施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、上述した実施形態では、第１地盤改良体５、２５は、複数の柱状の地盤改良体１１が配列された構成であるが、複数の柱状の地盤改良体１１に代わって、壁状の地盤改良体が配設されていてもよい。
また、上述した実施形態では、複数の柱状の地盤改良体１１は、平面視略正方形を描くように配列されているが、平面視略円形を描くように配列されていてもよく、平面視略正方形や略円形以外の多角形など他の平面視形状を描くように配列されてもよい。
また、上述した第１実施形態では、第２地盤改良体６は、杭体４の四方向にそれぞれ配設されているが、要求される杭体４の水平抵抗に合わせて任意の方向や、全周に配設されてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１，２１  杭基礎構造
２  建物
４  杭体
５，２５  第１地盤改良体
５ｂ  内周面
５ｃ  下端部
６  第２地盤改良体
６ｂ  外周面（周面）
６ｃ  下端部
１１  柱状の地盤改良体
１１ｂ  外周面（周面）
ｄ１  間隔
ｄ２  間隔
Ｇ  地盤
【図１】
2012001929.tif 000003
【図２】
2012001929.tif 000004
【図３】
2012001929.tif 000005
【図４】
2012001929.tif 000006
【図５】
2012001929.tif 000007
【図６】
2012001929.tif 000008