(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持層の地盤の上に、液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤と、液状化または軟弱な地盤とが順に積層される地盤上に構築する上部躯体の基礎構造において、支持層まで達する複数の杭基礎を上部躯体に設け、液状化するまたは軟弱な地盤の部分では該複数の杭基礎はそれぞれの周囲を個別的に方形に囲むように非改良部を残し、地震時の上部躯体の側からのせん断力、一部の軸方向応力をせん断耐力によってさらに下方に位置する前記中間層の地盤に伝達し処理するよう、上部躯体に接合し、かつ、前記中間層の地盤に達する地盤改良部を形成したことを特徴とする基礎構造。
【請求項２】
上部躯体と地盤改良部との接合部は、かご筋やスタッド付きＨ鋼による相互間結合部材により結合し、この結合力と、上部躯体と地盤改良部との間の摩擦抵抗により上部躯体の剪断力、一部の軸方向力を地盤改良部に伝達する請求項１記載の基礎構造。
【請求項３】
地盤改良部は、スラリー状にしたセメント系固化材と自然状態にある現地地盤を攪拌装置を有した機械を用いて混合し、地盤土を化学的に固化して改良コラムを形成するソイルセメント固化工法で築造する請求項１または請求項２に記載の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤などに構築される建物などの基礎構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱地盤や液状化発生が予想される地盤に構築される建物などの上部躯体の基礎として、支持層にまで達する杭基礎を採用する場合、通常はこの杭基礎で長期軸力を得て上部躯体を杭基礎で支持すると同時に、地震時の水平力により生じる応力（軸力、剪断力、曲げモーメント）もこの杭基礎で支持している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
支持層（例えば、地盤の支持力を表すＮ値が50以上の地盤）より上部に存在する土層の一部が、軟弱地盤や液状化する地盤であると、この箇所での地盤の水平抵抗力が小さくなり、場合によっては０となり、杭に過大な応力が生じることとなり、これに対処するには杭の必要断面を大きくする必要がある。
【０００４】
また、地震の規模によっては、杭が水平力による応力（特に曲げモーメントと剪断力）に耐えきれず脆性破壊を生じることもあり、杭としての機能を果たせないことがある。
【０００５】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、軟弱地盤や液状化発生が予想される地盤における建物の基礎として杭基礎を用いる場合に、杭に過大な応力（特に曲げモーメントと剪断力）を発生させることのないように、地震発生時の水平力を杭以外の手段で処理して、杭の脆性破壊を防止でき、さらに軟弱地盤や液状化発生が予想される地盤の安定化も図れる基礎構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、第１に、支持層の地盤の上に、液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤と、液状化または軟弱な地盤とが順に積層される地盤上に構築する上部躯体の基礎構造において、支持層まで達する複数の杭基礎を上部躯体に設け、液状化するまたは軟弱な地盤の部分では該複数の杭基礎はそれぞれの周囲を個別的に方形に囲むように非改良部を残し、地震時の上部躯体の側からのせん断力、一部の軸方向応力をせん断耐力によってさらに下方に位置する前記中間層の地盤に伝達し処理するよう、上部躯体に接合し、かつ、前記中間層の地盤に達する地盤改良部を形成したことを要旨とするものである。
【０００７】
第２に、上部躯体と地盤改良部との接合部は、かご筋やスタッド付きＨ鋼による相互間結合部材により結合し、この結合力と、上部躯体と地盤改良部との間の摩擦抵抗により上部躯体の剪断力、一部の軸方向力を地盤改良部に伝達すること、第３に、地盤改良部は、スラリー状にしたセメント系固化材と自然状態にある現地地盤を攪拌装置を有した機械を用いて混合し、地盤土を化学的に固化して改良コラムを形成するソイルセメント固化工法で築造することを要旨とするものである。
【０００８】
請求項１記載の本発明によれば、杭基礎では軸力（長期および地震時）のみを負担し、地震時の剪断力や一部の軸方向力は液状化または軟弱な地盤に形成した地盤改良部に伝達し、ここからさらに支持力には欠けるが剪断には耐えうる地盤として、液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤に伝達することで処理する。よって、杭は過大な剪断力や引張応力を処理する必要がなくなり、脆性破壊を生じることも防止でき、杭断面の低減も図れる。
【０００９】
請求項２記載の本発明によれば、前記作用に加えて、上部躯体からの剪断力、引張応力などの水平力は地盤改良部に設けた相互間結合部材による結合力と上部躯体と地盤改良部との間の摩擦抵抗により地盤改良部に確実に伝達する。また、地盤改良部に相互間結合部材が配置されることにより、該地盤改良部の剪断補強効果も得られる。
【００１０】
請求項３記載の本発明によれば、前記作用に加えて、地盤改良部は従来よりある深層混合固化工法として、地盤改良部は、スラリー状にしたセメント系固化材と自然状態にある現地地盤を攪拌装置を有した機械を用いて混合し、地盤土を化学的に固化して改良コラムを形成するソイルセメント固化工法で築造することで築造することにより、液状化または軟弱な地盤を簡単に地盤改良でき、上部躯体からの水平力をその下方に位置する前記液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤に容易に伝達できると同時に、液状化または軟弱な地盤の安定化も図れる。そして、複数の柱状体の結合で地盤改良部を形成できるから、杭の周囲は非改良部のままの配置は容易である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の基礎構造の説明図で、本発明の基礎構造は、例えばＮ値50以上の堅固な地盤である支持層１の上に、液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤２と、液状化または軟弱な地盤３とが順に積層される地盤上に構築する建物などの上部躯体４の基礎構造に関するもので、上部躯体４を支持する杭基礎５は軸力（長期及び地震時）のみを負担させる。この液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤２はそのままではＮ値50以上なく、支持層としては適さないが剪断力は伝達可能なものとして地震時水平力には耐え得る地盤として捕らえることができる。
【００１２】
そのための杭基礎５の構造としては、ＰＨＣ杭などによる杭６の下端が支持層１にまで達する長さとして、液状化または軟弱な地盤３の部分では剪断力（水平力）が伝達しないように周囲には非改良部７を形成する。
【００１３】
また、図２に示すように杭頭部８は杭頭固定用鉄筋９で上部躯体４の下部に固定した。
【００１４】
さらに、液状化または軟弱な地盤３に地盤改良部11を築造する。この地盤改良部11は、上部躯体４の下部に接するとともに下方の支持力には欠けるが剪断力は伝達可能な地盤として液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤２にまで達する深さに施工するもので、施工方法としては例えば（深層）セメント系混合固化工法によるものとする。この工法は周知のようにセメントや石灰などのスラリー状にしたセメント系固化材による安定剤と自然状態にある現地の地盤３の土とを攪拌装置を有した機械を用いて原位置で攪拌混合し、柱状に化学的に固化させて改良コラムを形成するもので、この柱状体（改良コラム）を複数連続させるソイルセメント固化工法である。
【００１５】
図３はこの地盤改良部11の配置例を示し、杭６の周囲には非改良部７を確保してその周囲を方形に囲むように、さらにこの方形部分を連接するようにして柱状体を連続させた。
【００１６】
そして、この地盤改良部11と上部躯体４との接合部は、図４〜図６に示すようにかご筋12やスタッド13ａを有するスタッド付きＨ鋼13などによる相互間結合部材により結合する。
【００１７】
次に作用について説明する。上部躯体４を支持する杭６は支持層１まで達し、長期および地震時の軸力を負担する。そして、液状化するまたは軟弱な地盤３の部分では周囲に非改良部７を確保することにより、杭６と液状化するまたは軟弱な地盤３との縁を切って、液状化するまたは軟弱な地盤３の部分で杭６に過大な水平応力（曲げモーメントと剪断力）が発生することを防ぐ。
【００１８】
地震時の上部躯体４の側からの剪断力、一部の軸方向応力は、液状化するまたは軟弱な地盤３の部分に施工した地盤改良部11に伝達し、該地盤改良部11の剪断耐力によってさらに下方に位置する、液状化または軟弱な地盤３と支持層１の地盤との中間層の地盤２に伝達し、処理する。なお、液状化するまたは軟弱な地盤３からの側圧にもこの地盤改良部11で対処する。
【００１９】
この場合、上部躯体４より発生する剪断力、引張応力などの水平力を地盤改良部11に伝達するには、基本的には上部躯体４と地盤改良部11とが異質体であることから両者間の摩擦抵抗を利用する。しかし、剪断力が相当大きいことが予想される地震発生時には、前記摩擦抵抗力に加えて、かご筋12やスタッド付きＨ鋼13による相互間結合部材による結合力を利用して剪断力を上部躯体４から地盤改良部11に伝達する。
【００２０】
すなわち、かご筋12の場合は鉄筋を介して上部躯体４と地盤改良部11とが強固に結合され、また、スタッド付きＨ鋼13の場合はＨ型鋼が地盤改良部11内に配置されることとこれに接合したスタッド13ａがＨ型鋼から突出して地盤改良部11内に定着することにより上部躯体４と地盤改良部11とが強固に結合されることから、上部躯体４からの水平力は地盤改良部11に良好に伝達される。
【００２１】
なお、杭基礎５の杭頭部８は杭頭固定用鉄筋９により上部躯体４に固定されてはいるが、地盤改良部11に比べて杭６の剛性は小さいため、上部躯体４からの剪断力は、ほとんどが地盤改良部11に伝達され、杭６にはほとんど伝達されず、杭６は軸方向力（圧縮・引張）のみを負担する。
【００２２】
以上のようにして長期および地震時の軸力のみを杭６で負担し、水平応力は杭６には殆ど伝達されないようにして地盤改良部11に伝達し、支持層には適さないが液状化はせず、剪断良力に耐えうる地盤である、液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤２に伝達してここで処理する。
【００２３】
なお、地盤改良部11に施工した相互間結合部材により、該地盤改良部11の剪断補強効果も期待できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の基礎構造は、杭基礎では軸力（長期および地震時）のみを負担し、地震時の剪断力や一部の軸方向力は液状化または軟弱な地盤に形成した地盤改良部に伝達し、ここからさらに液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤に伝達することで処理する。よって、杭は過大な剪断力を処理する必要がなくなり、脆性破壊を生じることも防止でき、杭断面の低減も図れる。
【００２５】
上部躯体からの剪断力、引張応力などの水平力は地盤改良部に設けた相互間結合部材による結合力と上部躯体と地盤改良部との間の摩擦抵抗により地盤改良部に確実に伝達でき、また、地盤改良部に相互間結合部材が配置されることにより、該地盤改良部自体の剪断補強効果も得られる。
【００２６】
さらに、地盤改良部は従来よりあるセメント系の（深層）混合固化工法として、スラリー状にしたセメント系固化材と自然状態にある現地地盤を攪拌装置を有した機械を用いて混合し、地盤土を化学的に固化して改良コラムを形成するソイルセメント固化工法で築造することにより、液状化または軟弱な地盤を簡単に地盤改良でき、上部躯体からの水平力を液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤に容易に伝達できると同時に、液状化または軟弱な地盤の安定化も図ることができ、複数の柱状体の結合で地盤改良部を形成できるから、杭の周囲には非改良部のまま残すような配置に容易に施工できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の基礎構造の実施形態を示す説明図である。
【図２】  本発明の基礎構造の要部である杭頭部の縦断正面図である。
【図３】  本発明の基礎構造の要部である地盤改良部の平面図である。
【図４】  本発明の基礎構造の要部である地盤改良部の説明図である。
【図５】  本発明の基礎構造の地盤改良部に配設するかご筋の平面図である。
【図６】  本発明の基礎構造の地盤改良部に配設するスタッド付きＨ鋼の平面図である。
【符号の説明】
１…支持層
２…液状化または軟弱な地盤と支持層の地盤との中間層の地盤
３…液状化または軟弱な地盤      ４…上部躯体
５…杭基礎                      ６…杭
７…非改良部                    ８…杭頭部
９…杭頭固定用鉄筋
11…地盤改良部                  12…かご筋
13…スタッド付きＨ鋼            13ａ…スタッド
【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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