JP2008174936A - 膨張性地盤対策用基礎構造及び該基礎構造の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膨張性地盤上に築造する構造物を支持するための基礎（基礎構造）を短期間に構築可能な膨張性地盤対策用基礎構造及び該基礎構造の構築方法を提供する。
【解決手段】膨張性地盤Ｇ上に築造する構造物を支持するための膨張性地盤対策用基礎構造Ａであって、膨張性地盤Ｇの地盤面Ｇ３から上端部１ａを突出させて膨張性地盤Ｇ内に配設された杭部１と、上端部１ａに繋がって杭部１に支持され、膨張性地盤Ｇの地盤面Ｇ３との間に空間Ｓを形成するように配設されたコンクリート基礎部３を備えるとともに、打設したコンクリートが所定強度に達していない未硬化状態のコンクリート基礎部３を支持する支持部材４が空間Ｓに介装されており、支持部材４は、膨張性地盤Ｇが膨張して空間Ｓを埋めるように膨出した際に、地盤面Ｇ３から膨張力を受けるとともに変形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、膨張性地盤上に築造する構造物を支持するための膨張性地盤対策用基礎構造及び該基礎構造の構築方法に関する。

従来、例えば製鋼スラグなどの潜在膨張性を有する物質を埋め立てた地盤（膨張性地盤）上に構造物を築造する際に、構造物を支持する基礎（コンクリート基礎部）を地盤上に直接構築すると地盤の***（膨張）によって基礎が押し上げられて変形、変位するおそれがある。このため、このような膨張性地盤上に構造物を築造する場合には、予測される地盤の膨張量に応じた空間を地盤（地盤面）の間に形成して基礎を構築し、地盤の膨張量をこの空間で吸収することで基礎ひいては構造物の変形、変位を防止している。

また、この種の基礎の構築方法には、例えば特許文献１に開示されるような、予測される地盤の膨張量に応じた厚さの冷凍氷層を地盤上に形成し、この冷凍氷層上にコンクリートを打設して基礎を構築するようにしたものがある。この構築方法においては、杭を打設した後、地盤上に基礎構築位置を取り囲むように堰（冷凍氷層用の型枠）を組み立て、この堰内に冷凍用の配管を設置する。ついで、堰内に水を溜め、この水を配管及びこの配管に接続した冷凍機を用いて凍らせることで冷凍氷層が形成される。そして、冷凍氷層を底型枠として冷凍氷層上に形成した型枠（基礎用型枠）にコンクリートを打設し、コンクリートが所定強度に達して基礎が杭に支持されるまでの間、この未硬化状態の基礎を冷凍氷層で支持させる。打設したコンクリートが硬化して杭に基礎が支持された段階で、基礎用型枠及び堰を解体するとともに冷凍氷層を解凍する。そして、随時溶かした水を排水処理し、配管を撤去することにより、杭に支持された基礎と地盤の間に予測される地盤の膨張量に応じた空間が形成される。
特開平１０−２８０３７９号公報

しかしながら、上記の基礎の構築方法においては、堰や配管、冷凍機など設備が多いうえ、基礎コンクリートが所定強度を発現するまでの間、冷凍氷層が溶けないように維持する必要がある。このため、特に基礎構築域が広大であるほどに大きな冷凍氷層を形成して長期間これを維持する必要が生じ、高コストになる。また、水の冷凍、解凍、排水処理、これら設備の設置、撤去に多くの時間を要するため、工期が長期化するという問題があった。

一方、地盤上に砂を敷いて膨張量に応じた厚さの砂層を形成し、この砂層を底型枠として基礎を構築し、基礎コンクリートが硬化した後に、例えばウォータージェットなどで砂を除去することで空間を形成することも考えられるが、この場合においても、やはり砂層の除去が必要であるため、空間を形成するために多くの時間を要する。

本発明は、上記事情を鑑み、膨張性地盤上に築造する構造物を支持するための基礎（基礎構造）を短期で構築できる膨張性地盤対策用基礎構造及び該基礎構造の構築方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の膨張性地盤対策用基礎構造は、膨張性地盤上に築造する構造物を支持するための膨張性地盤対策用基礎構造であって、前記膨張性地盤の地盤面から上端部を突出させて前記膨張性地盤内に配設された杭部と、前記上端部に繋がって前記杭部に支持され、前記膨張性地盤の地盤面との間に空間を形成するように配設されたコンクリート基礎部を備えるとともに、打設したコンクリートが所定強度に達していない未硬化状態の前記コンクリート基礎部を支持する支持部材が前記空間内に配置されて前記コンクリート基礎部と前記膨張性地盤の間に介装されており、該支持部材は、前記膨張性地盤が膨張して前記空間を埋めるように膨出した際に、前記地盤面から膨張力を受けて変形することを特徴とする。

また、本発明の基礎構造の構築方法は、膨張性地盤上に築造する構造物を支持するための基礎構造の構築方法であって、前記膨張性地盤の地盤面から上端部を突出させて前記膨張性地盤内に杭部を配設した後に、前記地盤面上に支持部材を配置し、該支持部材上に底型枠となる底板を配置して型枠を形成し、前記型枠に前記コンクリートを打設して、前記杭部とともに前記構造物を支持する前記コンクリート基礎部を前記地盤面との間に空間を形成した状態で構築し、前記支持部材は、前記膨張性地盤が膨張して前記空間を埋めるように膨出した際に、前記地盤面から膨張力を受けて変形することを特徴とする。

上記の発明においては、未硬化状態のコンクリート基礎部を支持部材で支持して空間を形成することができ、また、コンクリート基礎部が硬化して杭部に支持された後に膨張性地盤が膨張して、膨張力が作用するとともに支持部材が変形するため、空間内に支持部材が介在されていても、すなわち、この支持部材を空間内に残置させた場合においても、コンクリート基礎部に膨張力が作用することがなくコンクリート基礎部ひいては構造物に変形や変位が生じることを防止できる。これにより、空間を形成するための支持部材を撤去する必要がない。

また、本発明の膨張性地盤対策用基礎構造においては、前記支持部材が、前記膨張力を受けて座屈変形する筒状もしくは箱状に形成されていることが望ましい。

この発明においては、膨張力が作用した際に、支持部材の座屈変形によって膨張力を確実に吸収することができ、確実にコンクリート基礎部、構造物の変形や変位を防止できる。

さらに、本発明の膨張性地盤対策用基礎構造においては、前記杭部が、前記膨張性地盤の膨張性層に位置する部分に摩擦力低減部を備えることがより望ましい。

この発明においては、膨張性地盤が膨張した際に、杭部に摩擦力が生じることを抑制できるため、支持部材とともにより確実にコンクリート基礎部の変形や変位を防止できる。

本発明の膨張性地盤対策用基礎構造及び基礎構造の構築方法によれば、空間を形成するための支持部材を撤去する必要がないため、基礎構造を短期で構築することが可能になる。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造及び該基礎構造の構築方法について説明する。本実施形態は、例えば製鋼スラグなどの潜在膨張性を有する物質を埋め立てた膨張性地盤上に築造する構造物を支持するための基礎構造及び該基礎構造の構築方法に関するものである。

本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造（基礎構造）Ａは、図１に示すように、膨張性地盤（地盤）Ｇの膨張性層Ｇ１を貫通し深部の支持層Ｇ２に支持させて設けられた杭部１と、地盤Ｇの地盤面Ｇ３から上方に突出した杭部１の上端部１ａが貫通する底板２と、底板２上に形成され、杭部１の上端に一体に繋がって支持されたコンクリート基礎部３と、コンクリート基礎部３と地盤Ｇ（地盤面Ｇ３）の間に形成される空間Ｓに配置され、上端をコンクリート基礎部３（底板２）の下面、下端を地盤Ｇの地盤面Ｇ３に接触させて空間Ｓ内に介装された支持部材４と、コンクリート基礎部３に対し側方の地盤Ｇが空間Ｓ内に侵入することがないようにこの側方地盤Ｇを支持する土留めブロック５とを備えて構成されている。

本実施形態の杭部１は、鋼管杭であり、膨張性層Ｇ１に位置する部分には、その表面（外周面）に、例えば、グリースを塗布し、このグリースを粘着剤にして樹脂シートを巻き付けて形成したり、瀝青材料を塗布して形成された摩擦力低減部（ＳＬ部：スリップレイヤー部）１ｂが具備されている。すなわち、本実施形態の杭部１は、膨張性層Ｇ１の膨張に伴い杭部１に発生しうる摩擦力をＳＬ部１ｂの粘弾性特性によって抑制可能な摩擦力対策杭（ＳＬ杭）とされている。

本実施形態の支持部材４は、例えば鋼製の筒状あるいは箱状、すなわち中空構造で形成されており、打設したコンクリートが所定強度に達するまでの未硬化状態のコンクリート基礎部３の荷重を支持できる程度、すなわち、基礎構築時にコンクリート基礎部３の下方への移動を阻止して空間Ｓの厚さ寸法（高さ寸法）ｄ１を保持できる程度の強度をもって形成されている。また、この支持部材４は、コンクリートが所定強度を発現してコンクリート基礎部３が硬化した後に、すなわち上端部１ａに一体化されて杭部１にコンクリート基礎部３が完全に支持された後に、地盤Ｇが膨張し空間Ｓを埋めるように***（膨出）した際、この膨張力によってコンクリート基礎部３が押し上げられることがないように座屈変形する強度をもって形成されている。具体的には、支持部材４として一斗缶が用いられる。

ついで、上記構成からなる基礎構造Ａの構築方法を説明するとともに、本実施形態の基礎構造Ａ及び該基礎構造Ａの構築方法の作用及び効果について説明する。

本実施形態の基礎構造Ａを構築する際には、図２に示すように、コンクリート基礎部３を構築する地盤領域に、膨張性層Ｇ１を貫通し、支持層Ｇ２に達する杭部１を形成する。ついで、予想された地盤Ｇの膨張量に応じた空間Ｓを形成できるように、地盤Ｇを掘削して凹部６を形成する。このとき、杭部１の上端部１ａが凹部６内に露出されて凹部６の底面（地盤Ｇの地盤面Ｇ３）から上方に突出される。

ついで、図３に示すように、コンクリート基礎部３の荷重を確実に支持可能な配列で、複数の支持部材４を地盤Ｇ（地盤面Ｇ３）上に設置する。そして、これら支持部材４上にコンクリート基礎部３のコンクリートを打設する底型枠としての底板２を載置し、これら支持部材４で支持させる。なお、このとき、杭部１の上端部１ａが底板２を貫通して上方に所定寸法をもって突出するように底板２が配置される。ついで、適宜鉄筋の配筋などを行い、図４に示すように、コンクリート基礎部３の側面を形成する側板７を底板２に繋げて配置し、底板２と側板７とからなる型枠８を形成する。このように型枠８を形成した段階でコンクリートを打設する。

本実施形態においては、型枠８内にコンクリートを打設した際に、この未硬化状態のコンクリート基礎部３の荷重を支持できる程度の強度をもって支持部材４が形成されているため、未硬化状態のコンクリート基礎部３が所定強度を発現するまでの間（コンクリート基礎部３が杭部１に支持されるまでの間）、確実に支持部材４で未硬化状態のコンクリート基礎部３が支持される。そして、コンクリートが所定強度に硬化して、コンクリート基礎部３が形成された段階で、型枠８の側板７を取り除く。

最後に、図１に示すように、凹部６の側方に土留めブロック５を設置し、凹部６の側面と土留めブロック５の間を埋め戻す。これにより、基礎３の下端と地盤Ｇの地盤面Ｇ３との間に、予想される地盤Ｇの膨張量に応じた空間Ｓを形成した状態で基礎構造Ａの構築が完了する。すなわち、本実施形態においては、空間Ｓを形成するための支持部材４を取り除くことなくこの空間Ｇ内に残置した状態で基礎構造Ａの構築が完了する。

そして、このように構築した基礎構造Ａのコンクリート基礎部３上に構造物を構築した場合には、コンクリート基礎部３と地盤Ｇの間に、予想される膨張量に応じた空間Ｓが形成されているため、潜在膨張性を有する地盤Ｇが長期間にわたり膨張し地盤Ｇ（地盤面Ｇ３）が***（膨出）しても、空間Ｓによって地盤Ｇの膨張量が吸収され、すなわち徐々に空間Ｓが***した地盤Ｇで埋まってゆくのみで、基礎構造Ａ（コンクリート基礎部３）やこの基礎構造Ａで支持した構造物に変形や変位を生じさせることがない。

一方、本実施形態の基礎構造Ａにおいては、空間Ｓ内にコンクリート基礎部３と地盤Ｇに繋がった状態で支持部材４が残されている。このため、地盤Ｇが膨張して***した際に、膨張力が支持部材４を通じてコンクリート基礎部３や構造物に作用し、これらが押し上げられるおそれがある。しかしながら、本実施形態の支持部材４は、地盤Ｇの***に伴って地盤面Ｇ３から膨張力を受けるとともに座屈変形するため、この変形で膨張力を確実に吸収することができ、コンクリート基礎部３や構造物の変形や変位を防止できる。また、このとき、支持部材４が筒状あるいは箱状の中空構造で形成されていることによって、地盤Ｇから膨張力が作用するとともに、確実に座屈変形させることができる。

また、本実施形態では、コンクリート基礎部３ひいては構造物を支持する杭部１が、摩擦力低減部１ｂを具備しているため、地盤Ｇの膨張に伴い杭部１に発生する摩擦力によって、杭部１が地盤Ｇから引き抜かれるように移動することを確実に防止でき、コンクリート基礎部３及び構造物に変形や変位が生じることを確実に防止できる。

したがって、本実施形態の膨張性地盤対策用基礎構造Ａ及び該基礎構造Ａの構築方法によれば、支持部材４が未硬化状態のコンクリート基礎部３の荷重を支えることができ、且つ地盤Ｇから作用する膨張力によって座屈変形する強度を備えて形成されていることによって、地盤Ｇの***を吸収するための空間Ｓを確実に形成できるとともに、この空間Ｓからの撤去を不要にできる。また、このような支持部材４を、基礎構造Ａの構築時において地盤Ｇ上に配置するという簡易な方法で設置できる。これにより、膨張性地盤Ｇ上に構築する構造物を支持するための本実施形態の基礎構造Ａを、短期間で、且つ低コストで構築することが可能になる。

以上、本発明に係る膨張性地盤対策用基礎構造及び該基礎構造の構築方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の一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、本実施形態では、支持部材４が、鋼製中空構造の筒状あるいは箱状に形成され、座屈変形することによって地盤Ｇの膨張力を吸収するように形成されているものとしたが、本発明に係る支持部材４は、未硬化状態のコンクリート基礎部３の荷重を支持することができ、且つ地盤Ｇの膨張力を吸収するように変形可能に形成されていればよく、特に材質や形状を限定する必要はない。また、例えば、係止可能な複数のヒンジ機構を備えて支持部材を構成し、未硬化状態のコンクリート基礎部３を支持する際には各ヒンジ機構の回動を係止しておき、コンクリートが硬化してコンクリート基礎部３が杭部１に支持された段階で各ヒンジ機構の係止を解除して、地盤Ｇの膨出時の膨張力を受けるとともにこの膨張力を吸収するように各ヒンジ機構が回動して支持部材を変形させるように構成してもよい。よって、本発明に係る支持部材は、座屈以外の変形によって膨張力を吸収するように構成されてもよい。

また、本実施形態では、膨張性地盤対策用基礎構造Ａが、杭部１と、底板２と、コンクリート基礎部３と、支持部材４と、土留めブロック５を備えて構成されているものとしたが、本発明の膨張性地盤対策用基礎構造Ａは、少なくとも杭部１とコンクリート基礎部３と支持部材４を備えて構成されていれば、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造を示す図である。 本発明の一実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の構築方法を説明するために用いた図であり、杭部を配設した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の構築方法を説明するために用いた図であり、支持部材を設置した状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る膨張性地盤対策用基礎構造の構築方法を説明するために用いた図であり、支持部材上に底板を設置した状態を示す図である。

符号の説明

１ 杭部
１ａ 上端部
１ｂ 摩擦力低減部
２ 底板
３ コンクリート基礎部
４ 支持部材
５ 土留めブロック
６ 凹部
７ 側板
８ 型枠
Ａ 基礎構造（膨張性地盤対策用基礎構造）
Ｇ 地盤
Ｇ１ 膨張性層
Ｇ２ 支持層
Ｇ３ 地盤面
Ｓ 空間

Claims (4)

1. 膨張性地盤上に築造する構造物を支持するための膨張性地盤対策用基礎構造であって、
   前記膨張性地盤の地盤面から上端部を突出させて前記膨張性地盤内に配設された杭部と、前記上端部に繋がって前記杭部に支持され、前記膨張性地盤の地盤面との間に空間を形成するように配設されたコンクリート基礎部を備えるとともに、
   打設したコンクリートが所定強度に達していない未硬化状態の前記コンクリート基礎部を支持する支持部材が前記空間内に配置されて前記コンクリート基礎部と前記膨張性地盤の間に介装されており、該支持部材は、前記膨張性地盤が膨張して前記空間を埋めるように膨出した際に、前記地盤面から膨張力を受けて変形することを特徴とする膨張性地盤対策用基礎構造。
2. 請求項１記載の膨張性地盤対策用基礎構造において、
   前記支持部材が、前記膨張力を受けて座屈変形する筒状もしくは箱状に形成されていることを特徴とする膨張性地盤対策用基礎構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の膨張性地盤対策用基礎構造において、
   前記杭部が、前記膨張性地盤の膨張性層に位置する部分に摩擦力低減部を備えることを特徴とする膨張性地盤対策用基礎構造。
4. 膨張性地盤上に築造する構造物を支持するための基礎構造の構築方法であって、
   前記膨張性地盤の地盤面から上端部を突出させて前記膨張性地盤内に杭部を配設した後に、前記地盤面上に支持部材を配置し、該支持部材上に底型枠となる底板を配置して型枠を形成し、前記型枠に前記コンクリートを打設して、前記杭部とともに前記構造物を支持する前記コンクリート基礎部を前記地盤面との間に空間を形成した状態で構築し、前記支持部材は、前記膨張性地盤が膨張して前記空間を埋めるように膨出した際に、前記地盤面から膨張力を受けて変形することを特徴とする基礎構造の構築方法。

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