支持力計算・地耐力計算、地盤支持力、地盤改良の計算










支持力計算・地耐力計算、地盤支持力、地盤改良の計算をチェックしてみた

地盤の許容支持力の算定に関わる地盤沈下、粘性、圧密理論とは

基礎地盤の許容支持力の計算は、基礎荷重面下にある地盤の単位体積重量、基礎荷重面下より上方にある地盤の平均単位重量、支持力係数などの数値を用いて算定します。圧密沈下は、スポンジを握って水を絞った状態に近いです。スポンジは力を抜けば元には戻りますが、圧密沈下の場合は元に戻りません。

地盤の許容支持力の算定には、支持力算定式、平板載荷試験、許容応力度表など方法が用いられます。砂地盤では、透水性が大きく圧密沈下は短時間で終了するため、これを即時沈下の一部と見なします。沈下量の検討については、基礎の沈下量は、即時沈下量+圧密沈下量により求めます。
即時沈下は、荷重を加えた瞬間、短期に起こる沈下で、圧密沈下は、長期間にわたって発生する沈下をいいます。砂地盤では、透水性が大きく圧密沈下は短時間で終了するため、これを即時沈下の一部と見なします。粘性土地盤での沈下は、即時沈下は少ないので、圧密沈下のみを求めます。

粘性の基礎地盤では粘着力が主に作用し、砂地盤では摩擦力が主に作用します。 地盤の許容応力度は支持力算定式から計算します。 地盤の強度は、地下水位以下では、土の単位体積重量から水の単位体積重量を引いて評価します。 内部摩擦角φはN値から推定することができます。 薬液注入工の用途は、構造物の地盤改良工事はもとより、地下管路の掘削工事の安全を確保する補助工法としても採用されます。 薬液は、固化時間を調整できるため、水ガラス系薬液に、硬化材、助剤を添加したものが使われています。

圧密とは、圧力を受けて間隙が小さくなる状態をいいます。 圧密沈下は、土が圧密されて、体積が小さくなり、その分だけ沈下する現象で、圧密理論で解析されます。 基礎地盤の許容支持力の計算は、 基礎荷重面下にある地盤の粘着力、地下水位下にある場合は水中単位重量、 形状係数、基礎荷重面の最小幅などの数値を用いて算定します。

地盤支持力計算、基礎工の安定計算、構造計画に必要な算定とは

直接基礎は、フーチング基礎と、べた基礎に分類されます。フーチング基礎は、布基礎とも呼ばれ、独立フーチング基礎、複合フーチング基礎、連続フーチング基礎に分けられます。
直接基礎の設計手順は、地盤の許容支持力の算定、基礎形式の選定、フーチング面積の決定、沈下量の検討、接地圧の検討、フーチングの断面設計の順に設計します。
地盤の許容支持力の算定には、支持力算定式、平板載荷試験、許容応力度表などの方法が用いられます。

基礎工の安定計算は、支持、転倒、滑動について行います。 支持について、直接基礎底面における鉛直地盤反力は、基礎底面地盤の許容鉛直支持力を超えてはなりません。転倒について、直接基礎に作用する荷重の合力の作用位置は、常時には底面の中心より底面幅の1/6以内、地震時(震度法)には底面幅の1/3以内とします。滑動について、直接基礎底面におけるせん断地盤反力は、基礎底面地盤の許容せん断抵抗力を超えてはなりません。

基礎の構造計画については、地盤の許容支持力の算定、基礎形式の選定、フーチング面積の計算、沈下量の検討などを行う必要があります。 基礎の設計では、接地圧の検討、フーチングの配筋の設計を行います。 独立基礎、連続基礎は、接地圧を受ける柱、地中梁からの片持梁として設計し、べた基礎はRCスラブと同様に設計します。

基礎地盤については、次の点に留意して検討を行い、所要の強度が確保されない場合は、 地盤改良などの対策工法を検討する必要があります。 地盤の破壊はせん断力によって生じるとともに、地盤のせん断抵抗力は粘着力と摩擦力からなります。 薬液注入工は、地中に薬液を注入して、地盤の透水性を減少させることで、地盤の強度を確保することができます。

許容支持力の計算方法と、基礎によって異なる建築基礎計算

コンクリート擁壁のように浅い基礎に対する地盤の支持力の算定方法は、テルツァギーの修正支持力公式を用いて検討されます。qa=1/3×(α・c・Nc+β・γ1・B・Nr+γ2・Df・Nq)
圧密沈下が起こると、間隙を満たす水が絞り出される圧密排水が発生します。 この場合、土質が粘性土などの排水しにくい土であると、排水に時間がかかり、問題が大きくなります。

基礎地盤の許容支持力の計算は、基礎荷重面下にある地盤の粘着力、基礎荷重面下にある地盤の単位体積重量、地下水位下にある場合は水中単位重量、基礎荷重面下より上方にある地盤の平均単位重量、形状係数、支持力係数、基礎荷重面の最小幅などの数値を用いて算定します。

住宅の基礎には、べた基礎と布基礎がありますが、べた基礎は、基礎の立上りだけでなく、底板全体が鉄筋コンクリートになっている基礎です。布基礎とは、建物の外周や壁の下を這うように連続させた基礎です。
建築基礎の計算で、べた基礎、布基礎の計算方法については、べた基礎は、鉛直荷重時に軸力の偏心を考慮して接地圧を計算します。水平荷重時の接地圧、転倒、浮き上がりは考慮できませんが、BF1を用いることで、転倒、浮上がりの考慮はできるようになります。布基礎は、支点軸力と基礎面積で接地圧を算定でき、転倒、浮上がりの考慮も可能です。いずれも最下層のみに適応することができます。

地盤改良には表層改良工法、柱状改良工法、鋼管杭工法などの種類があります

地盤改良には、表層改良工法、柱状改良工法、鋼管杭工法などがあります。
表層改良工法は、軟弱地盤の層が地表から2mいないの場合に、軟弱土に固化材を混ぜて、軟弱地盤層の強度を上げることで、下部の良好地盤層と一体化させて支持地盤を造る工法です。
柱状改良工法は、軟弱地盤の層が、2m~8m程度の場合に用いられる、土の中にコンクリートの柱を造って、地盤強度を確保する工法です。軟弱地盤を、掘削機械の先端からセメントミルクを注入しながら掘削し、良好地盤に到達させます。
鋼管杭工法は、軟弱な地盤の地中に鋼製の杭を打ち込む工法です。深度30m程度までの施工が可能ですが、費用は最も大きくなります。

杭基礎の設計を行うときに留意するべきポイント

杭の支持形式は、支持杭、摩擦杭、支持杭と同等な安全率を有する摩擦杭から選定します。地震時の検討は、液状化の発生、流動化の発生について行います。杭突出部については、流水圧、動水圧、慣性力の水平荷重を作用させて評価します。

杭の施工方法については、打込杭工法打撃、打込工法バイブロ、場所打杭工法、中掘杭工法、プレボーリング杭工法、鋼管ソイルセメント杭工法、回転杭工法から施工方法を選定します。

杭基礎の設計を行う場合は、次のような点に留意する必要があります。
日本道路協会の道路橋示方書・同解説、IV下部構造編、V耐震設計編、杭基礎設計便覧に基づき、橋梁下部工基礎、水門基礎、一般土木構造物基礎の設計計算を行います。
杭種は、鋼管杭、RC杭、PHC杭、PC杭、SC杭、場所打ち杭、任意杭、鋼管ソイルセメント杭、マイクロパイル、H形鋼杭、回転杭などから杭種と施工方法を選定します。
地層の傾斜を考慮して、杭径、杭長、杭列数を検討します。増し杭工法などの補強設計について検討します。杭体に作用する任意荷重は、水平方向の分布荷重と集中荷重を考慮して計算します。杭基礎の杭体水平荷重は、分布荷重、集中荷重により計算します。

支持力計算・地耐力計算のエクセルフリーソフトで業務効率化を

<複数計算も可能なので業務効率化につながる>
地耐力計算ソフトを使用すれば、複数の荷重ケースを同時に照査することが可能です。具体的には、圧密沈下、残留沈下、即時沈下、側方変位などです。作業のスピードアップが図れます。
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<さまざまな計算機能の搭載で必要な数値を算出>
支持力計算ソフトでは、地質調査・地盤改良方法ごとの、地盤支持力、地盤の許容応力度を算出できます。基礎形状ごとに、矩形・円形・連続・ベタ基礎の4パターンに分類できるのもポイントです。

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