(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の基礎と、その下方に構築される地盤改良体を複合させた基礎であり、連続する地盤改良体は幅方向に一定の，あるいは一定と見なせる厚さを持った壁状に形成されている地盤改良複合基礎であって、該連続する地盤改良体はカッターポストとその外周に張架される、切削攪拌爪が突設された無端チェインからなる掘溝装置を連続的に移動させ、幅方向に一定の，あるいは一定と見なせる厚さを持った壁状に連続する地盤改良体を構築したものであり、構造物の基礎と地盤改良体は少なくとも、構造物から作用する引き抜き力に抵抗し得る長さを持っている連結材で連結されている地盤改良複合基礎。
【請求項２】
連結材は鋼材である請求項１記載の地盤改良複合基礎。
【請求項３】
地盤改良体の下端は支持地盤に到達していない請求項１または２記載の地盤改良複合基礎。
【請求項４】
構造物の基礎と、その下方に構築される地盤改良体を複合させた基礎であり、連続する地盤改良体は幅方向に一定の，あるいは一定と見なせる厚さを持った壁状に形成されている地盤改良複合基礎であって、地盤改良体は構造物の基礎の底面を含む領域に構築され、その内、平面上、外周に位置する地盤改良体は地表面から構築され、その内部に芯材が挿入されて山留め壁を兼ねている地盤改良複合基礎。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は軟弱地盤、もしくは液状化する可能性のある地盤に構築される構造物の安定性を確保する地盤改良複合基礎に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
平成７年兵庫県南部地震は建築，土木構造物を問わず、上部工と共に既製杭，場所打ち杭等の下部工に甚大な被害をもたらしたが、液状化対策工として何らかの地盤改良を実施した箇所には液状化が発生していないことから、今回の地震の経験により地盤改良の有効性が初めて実証されたことになる。特に特開昭61−5114号，特開平５-59719号等のような柱状の地盤改良体を格子状に配列させた柱状地盤改良体による基礎を採用した構造物への被害がなかったとの報告もあり、被震後、地盤改良の耐震有効性が見直されている。
【０００３】
一方、最近では地下水の汲み上げが規制されることで工業地帯での地盤沈下が落ち着きを見せているが、軟弱地盤に建設される構造物の基礎形式が支持杭に依存している現状では地盤沈下による構造物の浮き上がりの問題は未だ解決されていない。
【０００４】
この問題は上記した柱状地盤改良体を格子状に配列させた上に構造物を構築し、両者を連結すれば解決されるように思われるが、柱状地盤改良体を壁状に連続させる上で、個々の改良体をラップさせなければならないことによる以下の問題が伴う。
【０００５】
まず隣接する改良体をラップさせるときに、施工誤差や地質の影響により芯ズレが発生し易く、計画通りにラップさせることができない。特に液状化が懸念される砂質地盤ではソイルセメントの強度発現が速いことから、翌日，あるいは翌々日にラップ施工する場合に既設の改良体からの抵抗が大きいため、新規の改良体をラップさせることは難しく、芯ズレが一層生じ易い。
【０００６】
芯ズレが発生すればラップ部分のせん断強度が極端に低下するため、地震時の水平力を負担することができず、基礎としての性能が落ちる他、ラップ部分の隙間の発生により、連続する改良体で包囲した地盤を拘束することによる液状化防止効果も低下する。
【０００７】
仮に計画通りにラップ施工できたとしても、円形断面の柱状改良体のラップ部分が断面の急変箇所であることに変わりないため、地震時の水平力に対して構造上の弱点になる本質的な問題は残る。
【０００８】
地盤沈下地帯での地盤沈下による構造物の浮き上がりの問題に対しては長尺摩擦杭の使用も提案されているが、現時点では摩擦杭の地震時の挙動が不明であるため使用されることはほとんどない。
【０００９】
地盤改良体を基礎とした構造物は、改良体が杭に代わるため地盤改良体上に直接基礎の形で構築されることになるが、直線基礎の場合、構造物と改良体との連結が十分でないことから、地震時の水平力が構造物と改良体間の摩擦力を上回ったときに改良体が水平力に抵抗し得ないため、構造物が滑りを生ずる可能性がある。
【００１０】
構造物との連結が十分でない以上、改良体は地震時に構造物に作用する転倒モーメントによる、基礎が浮き上がる側の上向きの力に対しても抵抗できないため、基礎が沈み込む側で圧縮力を負担することで抵抗せざるを得ない。このとき、改良体は平常時に負担している構造物の鉛直荷重に加えて更に圧縮力を負担することになるため、圧縮強度を超え、破壊する可能性がある。
【００１１】
この発明は柱状地盤改良体を基礎とする場合の上記各問題を解決する基礎を提案するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の地盤改良基礎は、請求項１に示したように、構造物の基礎と、その下方に構築される地盤改良体を複合させた基礎であり、連続する地盤改良体は幅方向に一定の，あるいは一定と見なせる厚さを持った壁状に形成されている地盤改良複合基礎であって、該連続する地盤改良体はカッターポストとその外周に張架される、切削攪拌爪が突設された無端チェインからなる掘溝装置を連続的に移動させ、幅方向に一定の，あるいは一定と見なせる厚さを持った壁状に連続する地盤改良体を構築したものであり、構造物の基礎と地盤改良体は少なくとも、構造物から作用する引き抜き力に抵抗し得る長さを持っている連結材で連結されている地盤改良複合基礎である。
構造物の基礎と複合化される地盤改良体を、カッターポストとその外周に張架される、切削攪拌爪が突設された無端チェインからなる掘溝装置を連続的に移動させることで構築し、連続する地盤改良体を幅方向に一定の，あるいは一定と見なせる厚さを持った壁状に形成することにより、柱状地盤改良体を壁状に連続させる場合の、ラップさせることに伴う芯ズレ及び隙間の発生の問題を解消し、せん断強度の低下と液状化防止効果の低下を回避する。
【００１３】
連続する地盤改良体が幅方向に一定の厚さを持った壁状に形成されることにより、断面の急変箇所がなくなるため、地震時の水平力に対する構造上の弱点もなくなり、上記した芯ズレ等の発生がなくなることと併せて柱状地盤改良体に特有の問題が解消される。
【００１４】
この結果、前記したように軟弱地盤に構造物を建設するような場合に、構造物の下に格子状の柱状地盤改良体を構築する際の不安がなくなるため、柱状地盤改良体に代え、請求項１で完成する地盤改良体の上に構造物を建設し、両者を連結することで浮き上がりの問題が解決されることになる。
【００１５】
また、請求項１では連結材が少なくとも、構造物から作用する引き抜き力に抵抗し得る長さを持つことで、構造物に地震時に転倒モーメントが作用したとき、転倒モーメントによる、基礎が浮き上がる側の上向きの力に対して抵抗するため、構造物が沈み込む側で地盤改良体が負担する圧縮力が低減され、構造物に作用する転倒モーメントによる地盤改良体の破壊に対する安全性が向上する。
更に、連結材が転倒モーメントに抵抗することで、構造物に地震時に転倒モーメントが作用したときでも、構造物自身の転倒モーメントに対する安定性が高まるため、転倒モーメントや浮力による構造物単独の浮き上がりや沈下も防止される。
即ち、請求項１に記載のように連結材が少なくとも、構造物から作用する引き抜き力に抵抗し得る長さを与えることにより、転倒モーメントによる、基礎が浮き上がる側の上向きの力(引き抜き力)に対しても連結材が抵抗するため、構造物が沈み込む側で地盤改良体が負担する圧縮力が低減され、地盤改良体の破壊に対する安全性が向上する。連結材に引き抜き力が作用する場合には、連結材にＰＣ鋼材を使用し、これに予めプレストレスを与えておくことも効果的である。
【００１６】
この場合、請求項２に記載のように連結材に鋼管，Ｈ形鋼，棒鋼を始めとするせん断耐力の高い鋼材を使用すれば、連結材のせん断耐力が地震時の水平力に対する抵抗力に付加されるため、地震時の構造物の安定性が高まる。
【００１８】
請求項１では連結材が転倒モーメントに抵抗することで、構造物自身の転倒モーメントに対する安定性が高まるため、転倒モーメントによる構造物単独の浮き上がりや沈下も防止される。
【００１９】
請求項３では特に地盤改良体の下端を支持地盤に到達させないことにより、地盤沈下時に地盤改良体全体を一様に沈下させ、構造物が支持杭に支持されている場合の、地盤のみが沈下することによる構造物の相対的な浮き上がりを防止する。
【００２０】
請求項１で使用される無端チェインを持つ掘溝装置は連続する地盤改良体を壁状に形成することから、地表面から地盤改良体を構築し、その内部に芯材を挿入することで地盤改良体に山留め壁を兼ねさせることができる。
【００２１】
この場合、請求項４に記載のように構造物の基礎と、その下方に連続的に構築される地盤改良体を複合させた基礎であり、連続する地盤改良体は幅方向に一定の，あるいは一定と見なせる厚さを持った壁状に形成されている地盤改良複合基礎であって、地盤改良体は構造物の基礎の底面を含む領域に構築され、その内、平面上、外周に位置する地盤改良体が地表面から構築され、その内部に芯材が挿入されて山留め壁を兼ねる。山留め壁を兼ねる地盤改良体の内周側には前記した壁状に形成されている地盤改良複合基礎が構築される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１に掘溝装置１による地盤改良の要領を示す。掘溝装置１はカッターポスト２と、その外周に循環自在に張架される、切削攪拌爪４を有する無端チェイン３から構成され、ベースマシン５に搭載された油圧シリンダによってカッターポスト２がフレーム６に沿い、ベースマシン５を反力として水平方向に移動させられ、循環する切削攪拌爪４が地盤を溝状に掘削しながら、カッターポスト２から吐出される，もしくは地上から投入される固化材と掘削土を混合することにより地盤改良する。掘溝装置１は連続的に移動することにより幅方向に一定の，あるいは一定と見なせる厚さを持った壁状の地盤改良体７を構築する。
【００２３】
掘溝装置１により連続する地盤改良体７を構築し、その上に構造物８の基礎９を構築する。地盤改良体７と基礎９が複合して完成する複合基礎になる。
【００２４】
図２は格子状に配列した地盤改良体７上に構造物８を構築した様子を示す。ここでは地盤改良体７全体が占める平面積が構造物８の平面積より大きい場合を示すが、地盤改良体７全体では構造物８の平面積と同等程度以上の平面積を持てばよい。
【００２５】
また地盤改良体７の配列は格子状である必要はなく、構造物８の種別に応じて平面上、トラス状，波形状、またはハニカム状に、あるいはこれらの形状を任意に組み合わせた形に配列する。耐震上はトラス状や波形状を基本にした配列が有利である。構造物８には建築構造物の他、橋台や橋脚、あるいは堤防や盛土等の土木構造物、及び図８に示すようなトンネルや暗渠，地下タンクその他の地中構造物が含まれる。
【００２６】
図３は構造物８の基礎９と地盤改良体７を連結材10で連結した請求項３記載の発明を示す。(a) は連結材10がＨ形鋼、(b) は鋼管で、いずれも鋼材の場合を示すが、連結材10はコンクリート製の場合もある。いずれの場合も連結材10の断面形状は問われない。
【００２７】
連結材10は基礎９と地盤改良体７に跨り、多くの部分が地盤改良体７内に挿入されるが、この発明では以下に示すように地盤改良体７への挿入深度は設計によって任意に設定される。
【００２８】
図４は連結材10によって地盤改良体７に連結された構造物８に水平力Ｈが作用したときの連結材10の働きを示す。地震時に構造物８に慣性力として作用する水平力Ｈに対しては基礎９の底面と地盤改良体７との間の摩擦力ｈf と、連結材10の地盤改良体７への挿入部分に作用する地盤改良体７からの反力ｈｓの和によって抵抗し、構造物８の滑りを防止する。
【００２９】
連結材が少なくとも、構造物から作用する引き抜き力に抵抗し得る長さを持つことで、構造物に地震時に転倒モーメントが作用したとき、転倒モーメントによる、基礎が浮き上がる側の上向きの力に対して抵抗するため、構造物が沈み込む側で地盤改良体が負担する圧縮力が低減され、構造物に作用する転倒モーメントによる地盤改良体の破壊に対する安全性が向上する。
更に、連結材が転倒モーメントに抵抗することで、構造物に地震時に転倒モーメントが作用したときでも、構造物自身の転倒モーメントに対する安定性が高まるため、転倒モーメントや浮力による構造物単独の浮き上がりや沈下も防止される。
即ち、請求項１に記載のように連結材が少なくとも、構造物から作用する引き抜き力に抵抗し得る長さを与えることにより、転倒モーメントによる、基礎が浮き上がる側の上向きの力(引き抜き力)に対しても連結材が抵抗するため、構造物が沈み込む側で地盤改良体が負担する圧縮力が低減され、地盤改良体の破壊に対する安全性が向上する。
図５−(a) は構造物８に地震時の転倒モーメントＭが作用したときの連結材10と地盤改良体７に生ずる応力状態を、(b) は連結材10がない場合の応力状態を示す。(a) の場合には地盤改良体７の引張側に位置する連結材10が周面の摩擦力によって転倒モーメントによる引き抜き力に抵抗するため、地盤改良体７の圧縮側に生ずる圧縮力は連結材10がない(b) の場合より低減される。
【００３０】
図６は地盤改良体７の下端が支持層に到達していない請求項３記載の発明を示す。この発明では圧密層の沈下に伴い、構造物８が地盤改良体７と共に沈下することになるが、構造物８は一様に沈下する地盤改良体７に支持されているため、不等沈下することはなく、地盤改良体７は地盤と共に沈下するため地盤沈下に伴う構造物８の浮き上がりも発生しない。また地盤改良体７の下端と支持層との間の距離は圧密層全体の深さより小さいため、地盤改良体７がない場合より圧密沈下量の絶対値は小さくなる。
【００３１】
また地盤改良体７が支持層に支持されないことにより、構造物８の基礎９と地盤改良体７が鉛直方向と水平方向に常に一定となって挙動するため、特に地震時の水平力に対して基礎９の底面における摩擦力が有効に働くことが期待される。
【００３２】
この発明では施工的には一定深さだけ地盤改良すればよいため、面倒な支持層管理が不要になる。
【００３３】
図７は地盤改良体７の外周に山留め壁１１を構築した請求項４記載の発明を示す。山留め壁11は掘溝装置１により地表面から構築された地盤改良体７の内部に芯材12を挿入することにより構築される。芯材12には図示するＨ形鋼の他、鋼管，角形鋼管，鋼矢板等の鋼材が使用される。
【００３４】
この発明では山留め壁11の内周側に地盤改良体７が構築されるが、掘溝装置１のみの使用によって山留め壁11と地盤改良体７が構築できるため、それぞれを独立して構築する場合より施工効率がよい。また山留め壁11と地盤改良体７が重なることで地盤改良体７による受働抵抗の増大が期待できる上、柱状改良体がラップして山留め壁を構成する場合のようにラップ部分がないため、山留め壁11からの漏水の恐れがない等の利点がある。
【００３５】
図８は構造物８がトンネル等の地中構造物の場合で、図３の例のように構造物８の基礎９と地盤改良体７を連結材10で連結した場合の例を示す。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１では構造物の基礎と複合化される地盤改良体が、カッターポストとその外周に張架される、切削攪拌爪が突設された無端チェインからなる掘溝装置を連続的に移動させることで構築されるため、柱状地盤改良体を壁状に連続させる場合の芯ズレ及び隙間の発生と、構造上の弱点を解消でき、せん断強度と液状化防止効果が向上する。
【００３９】
また請求項１では連結材が少なくとも、構造物から作用する引き抜き力に抵抗し得る長さを持つことで、構造物に地震時に転倒モーメントが作用したとき、転倒モーメントによる、基礎が浮き上がる側の上向きの力に対して抵抗するため、構造物が沈み込む側で地盤改良体が負担する圧縮力が低減され、構造物に作用する転倒モーメントによる地盤改良体の破壊に対する安全性が向上する。
【００４０】
更に,連結材が転倒モーメントに抵抗することで、構造物に地震時に転倒モーメントが作用したときでも、構造物自身の転倒モーメントに対する安定性が高まるため、転倒モーメントや浮力による構造物単独の浮き上がりや沈下も防止される。
請求項２では連結材にせん断耐力の高い鋼材を使用するため、連結材のせん断耐力が地震時の水平力に対する抵抗力に付加され、地震時の構造物の安全性が高まる。
【００４１】
請求項３では地盤改良体の下端を支持地盤に到達させないため、地盤沈下時に地盤改良体全体を一様に沈下さることができ、地盤のみが沈下することによる構造物の相対的な浮き上がりを防止できる。
【００４２】
請求項４では掘溝装置によって地表面から地盤改良体を構築し、その内部に芯材を挿入することで山留め壁が構築されるため、前記の通り、それぞれを独立して構築する場合より施工効率が高い。また内周側に地盤改良体を構築することで受働抵抗が増大する、山留め壁からの漏水を防止できる等の利点がある。
勿論、この場合も内周側に構築された地盤改良体も構造物の基礎の下方に連続的に構築される地盤改良体であり、連続する地盤改良体は幅方向に一定の，あるいは一定と見なせる厚さを持った壁状に形成され、地盤改良体は構造物の基礎と複合させた地盤改良体複合基礎となっている。
それ故、地盤改良体は構造物の基礎と複合させた地盤改良体複合基礎となっているとともに、内周側に地盤改良体を構築することで山留め壁の受働抵抗が増大し、山止め壁からの漏水を防止できる等の利点が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  掘溝装置による地盤改良の様子を示した立面図である。
【図２】  請求項２の地盤改良体と構造物の関係を示した斜視図である。
【図３】  請求項３の実施状況を示した斜視図である。
【図４】  請求項５の実施による構造物に作用する水平力とそれに抵抗する力の関係を示した立面図である。
【図５】  (a) は連結材がある場合の、(b) は連結材がない場合の転倒モーメントと反力の関係を示した立面図である。
【図６】  請求項６の実施状況を示した立面図である。
【図７】  請求項７の実施状況を示した斜視図である。
【図８】  構造物が地中構造物の場合の、請求項３乃至請求項５の実施状況を示した立面図である。
【符号の説明】
１……掘溝装置、２……カッターポスト、３……無端チェイン、４……切削攪拌爪、５……ベースマシン、６……フレーム、７……地盤改良体、８……構造物、９……基礎、10……連結材、11……山留め壁、12……芯材。
【図１】
0003770665.tif 000002
【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】
0003770665.tif 000007
【図７】
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【図８】
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