JPH1088586A - 地盤改良複合基礎の構築方法及びその基礎 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基礎工，もしくは液状化対策工として有効な
柱状地盤改良体の弱点を克服する。 【解決手段】 構造物８の基礎９と複合化される地盤改
良体７を、カッターポスト２とその外周に張架される、
切削攪拌爪４が突設された無端チェイン３からなる掘溝
装置１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７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。

Description

【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を構築する方法と、そ
れにより完成する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】請求項１では構造物の基
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】請求項３では構造物の基礎と、請求項１で
完成する請求項２の地盤改良体を連結材で連結すること
により、地盤改良体を基礎とした構造物が地盤改良体上
に直接基礎の形で構築されることによる構造物の滑り
と、構造物に作用する転倒モーメントによる地盤改良体
の破壊を防止する。

【００１６】この場合、請求項４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。

【００１７】また請求項５に記載のように連結材に少な
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。

【００１８】請求項５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６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７に記載のように地盤改
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請求項２
乃至請求項６に記載のいずれかの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】請求項１記載の発明は掘溝装置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を構築する方法であり、地盤改良体７と基礎９が複合
して完成する複合基礎が請求項２記載の発明になる。

【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、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ｈ_f 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】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６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７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，請求項２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。

【００３７】請求項３では構造物の基礎と地盤改良体を
連結材で連結するため、地盤改良体を基礎とした構造物
が地盤改良体上に直接基礎の形で構築されることによる
構造物の滑りと、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を防止できる。

【００３８】請求項４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定性
が高まる。

【００３９】請求項５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、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、破壊に対する安
全性が向上する。

【００４０】また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。

【００４１】請求項６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７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。

【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。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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を構築する方法であり、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、その地盤改
   良体上に構造物の基礎を構築する地盤改良複合基礎の構
   築方法。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 構造物の基礎と地盤改良体は連結材で連
   結されている請求項２記載の地盤改良複合基礎。
4. 【請求項４】 連結材は鋼材である請求項３記載の地盤
   改良複合基礎。
5. 【請求項５】 連結材は少なくとも、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請求項３，
   もしくは請求項４記載の地盤改良複合基礎。
6. 【請求項６】 地盤改良体の下端は支持地盤に到達して
   いない請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の地盤改
   良複合基礎。
7. 【請求項７】 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請求項２記載の地盤改良複合
   基礎。