JP2010163771A - 構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな面積、ボリュームを要することなく、新設、既存の構造物に対しても、確実且つ好適に液状化による損傷を防止（軽減）することが可能な構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法を提供する。
【解決手段】液状化層１の上に非液状化層２がある地盤Ｇに杭基礎３を備えて構築される構造物４に対し、液状化対策構造１０を設けて液状化による被害を軽減させる。そして、この液状化対策構造１０が、構造物４の水平方向外側の地盤Ｇ内に設けられるとともに、液状化層１よりも下層の非液状化層５に下端部１１ａ側を根入れし、液状化層１内の杭基礎３を内包するように配設された変位低減用壁体１１を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、杭基礎を備えた構造物の液状化による被害を軽減させるための構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法に関する。

液状化層１の上に非液状化層２がある地盤Ｇは、地震時に液状化が生じると、例えば図８に示すように液状化層１より上の地盤Ｇ（上層の非液状化層２）が大きく変位する。そして、例えば図９に示すように、このような地盤Ｇに杭基礎（杭）３を備えた構造物（建物）４を構築した場合には、地震時に液状化が生じるとともに、液状化層１と上層の非液状化層２、及び液状化層１とこの液状化層１よりも下層の非液状化層５の境界部分で杭３が損傷することが多い。

従来では、この地盤Ｇの液状化に伴う杭３の損傷（構造物４の被害）を防止するために、地盤Ｇを液状化させないように地盤改良を行ったり、杭３を補強して液状化時に発生する荷重Ｆにも耐えられるようにする対策が多用されていた。しかしながら、地盤改良による対策では、特に液状化層１が深部まで連続的に存在する場合に、莫大なボリュームの地盤Ｇを改良することが必要になるため、対策費用が非常に高額になるという問題があった。また、地盤改良による対策や杭３を補強する対策は、既存の杭基礎構造物４に採用することが難しいという問題があった。

これに対し、例えば図１０に示すように、構造物４（上部構造４ａ）の根入れ部４ｂに、液状化層１より軟質な材料（軟質材６）を充填する液状化対策工法が提案されている。この対策では、液状化時に構造物４に作用する力Ｆを軟質材６で吸収することにより、構造物４に与える影響を軽減させるようにしている。

また、例えば図１１に示すように、構造物４（上部構造４ａ）の周りに軽量材７を埋設する液状化対策工法も提案されている。この対策では、液状化時の地盤変位による受動抵抗を小さくすることにより、構造物４に与える影響を軽減させるようにしている。

さらに、例えば図１２（図１２（ａ）：断面図、図１２（ｂ）：平面図）に示すように、構造物４（上部構造４ａ）の周囲の地盤Ｇを壁状の砂８で置換する液状化対策工法も提案されている。この対策では、置換した壁状の砂８を液状化させることにより、液状化時の地盤変位を抑制して構造物４に与える影響を軽減させるようにしている。

また、例えば特許文献１に開示されるように、構造物の基礎を筒状の基礎本体と控え壁とを備えて格子状に形成し、この基礎の内方に位置する液状化層の液状化を地盤拘束効果で抑制することにより、構造物に与える影響を軽減させる対策も提案されている。

特開２００４−９２０４８号公報

しかしながら、軟質材６を構造物４の根入れ部４ｂに充填する対策では、根入れ部４ｂ周辺の地盤Ｇが軟らかくなることにより、構造物４（上部構造４ａ）の揺れを根入れ部４ｂで抑制する効果が小さくなってしまう。このため、液状化を生じることがない中小地震時には、逆に構造物４の揺れによって杭３の応力が増大して損傷が生じるおそれがある。

また、構造物４の周りに軽量材７を埋設する対策では、液状化時の地盤変位による受動抵抗を確実に小さくするために、軽量材７を大きな面積で埋設することが必要になるという問題があった。

さらに、構造物４の周囲の地盤Ｇを砂８で置換する対策においても、確実に壁状の砂８を液状化させるために、地下水位Ｔが地表面付近にあることが必要で、どのような条件下の構造物４であっても適用できる訳ではなく、その採用に大きな制限があるという問題があった。

また、構造物の基礎を筒状の基礎本体と控え壁とを備えて格子状に形成して液状化層の液状化を防止する対策では、構造物の基礎自体を液状化対策構造にするものであるため、やはり既存の構造物４への採用が難しい。

本発明は、上記事情に鑑み、大きな面積、ボリュームを要することなく、新設、既存の構造物に対しても、確実且つ好適に液状化による損傷を防止（軽減）することが可能な構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工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。

本発明の構造物の液状化対策構造は、液状化層の上に非液状化層がある地盤に杭基礎を備えて構築される構造物に対し、液状化による被害を軽減させるための構造物の液状化対策構造であって、前記構造物の水平方向外側の地盤内に設けられるとともに、前記液状化層よりも下層の非液状化層に下端部側を根入れし、上端部を前記液状化層内あるいは前記液状化層の上の上層の非液状化層内に配して、前記液状化層内の前記杭基礎を内包するように配設された変位低減用壁体を備えていることを特徴とする。

また、本発明の構造物の液状化対策工法は、液状化層の上に非液状化層がある地盤に杭基礎を備えて構築される構造物に対し、液状化による被害を軽減させるための構造物の液状化対策工法であって、液状化時の前記液状化層の変位を低減させるための変位低減用壁体を、前記液状化層よりも下層の非液状化層に下端部側を根入れし、上端部を前記液状化層内あるいは前記液状化層の上の上層の非液状化層内に配して、前記液状化層内の前記杭基礎を内包するように前記構造物の水平方向外側の地盤内に設けることを特徴とする。

これら構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法の発明においては、液状化層よりも下層の非液状化層に下端部側を根入れし、上端部を前記液状化層内あるいは前記液状化層の上の上層の非液状化層内に配して、液状化層内の杭基礎を内包するように配設した変位低減用壁体が、液状化が生じるような大地震時に液状化層の液状化によって生じる力（荷重）を負担することになり、この変位低減用壁体によって液状化層の変位を小さく抑えることが可能になる。このように変位低減用壁体によって液状化層の変位を小さく抑えることで、液状化層の上の上層の非液状化層の変位も小さく抑えることが可能になる。

ここで、上端部を液状化層内に配して変位低減用壁体を設けた場合には、液状化層の液状化によって変位低減用壁体が負担する荷重が小さくなり、低剛性の変位低減用壁体で液状化層の変位ひいては上層の非液状化層の変位を小さく抑えることが可能になる。

一方、上端部を上層の非液状化層内に配して変位低減用壁体を設けた場合には、液状化層の液状化によって変位低減用壁体が負担する荷重が大きくなるため、破壊が生じないように高剛性の変位低減用壁体を設ける必要が生じるが、上層の非液状化層内に配された変位低減用壁体の上端部側で構造物（上部構造）に作用する力を負担することが可能になるため、上部構造の被害を確実に軽減させることが可能になる。

本発明の構造物の液状化対策構造においては、前記変位低減用壁体が前記構造物の外周に沿って連続的に設けられていることが望ましい。

また、本発明の構造物の液状化対策工法においては、前記変位低減用壁体を前記構造物の外周に沿って連続的に設けることが望ましい。

これら構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法の発明においては、構造物の外周に沿って変位低減用壁体を連続的に設けることにより、確実に液状化層の変位ひいては上層の非液状化層の変位を小さく抑えることが可能になる。

本発明の構造物の液状化対策構造においては、前記変位低減用壁体の内面に端部が繋がり、前記変位低減用壁体で内包した水平方向内側の地盤内に延びる控え壁体を備えていることがより望ましい。

また、本発明の構造物の液状化対策工法においては、前記変位低減用壁体とともに、該変位低減用壁体の内面に端部が繋がり、前記変位低減用壁体で内包した水平方向内側の地盤内に延びる控え壁体を設けることがより望ましい。

これら構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法の発明においては、変位低減用壁体に繋がる控え壁体を備えているため、すなわち液状化対策構造が例えば格子状やバッドレス状に形成されるため、液状化対策構造（変位低減用壁体）の剛性を控え壁体で増大させることが可能になる。これにより、より確実に液状化層の変位ひいては上層の非液状化層の変位を小さく抑えることが可能になる。

本発明の構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法においては、液状化が生じるような大地震時に、変位低減用壁体によって液状化層の変位を小さく抑えることが可能になり、液状化層の上の上層の非液状化層の変位も小さく抑えることが可能になる。これにより、従来の液状化対策のように地盤の液状化を抑制するのではなく、上記のように変位低減用壁体で液状化時の地盤の変位を抑制して、杭基礎の損傷を確実に防止あるいは軽減することが可能になる。また、地盤の液状化を許容することで、従来の液状化対策のように地盤の液状化を抑制した場合よりも構造物に伝達される地震力が低減し、構造物の上部構造の被害も軽減させることが可能になる。

さらに、変位低減用壁体を構造物の水平方向外側の地盤内に設けて構造物の損傷を防止あるいは軽減できるため、従来の液状化対策のように大きな面積、改良ボリュームを必要とせず、また、新設の構造物、既存の構造物を問わずに、容易に液状化対策を講じることが可能になる。また、非液状化層の種類（砂、粘土）や地下水位を問わずに対策を講じることが可能になる。

よって、本発明の構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法によれば、杭基礎と上部構造を含む構造物全体の損傷を確実且つ好適に防止あるいは軽減させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造によって液状化時の地盤変位が抑制されることを示す図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造の変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造の変形例（格子状の液状化対策構造）を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造の変形例（バッドレス状の液状化対策構造）を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造の変形例（格子状の液状化対策構造）を示す断面図である。 液状化層の上に非液状化層がある地盤の液状化時の変位を示す図である。 液状化による構造物の損傷に関する説明に用いた図である。 従来の構造物の液状化対策を示す断面図である。 従来の構造物の液状化対策を示す断面図である。 従来の構造物の液状化対策を示す断面図及び平面図である。

以下、図１から図３を参照し、本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法について説明する。本実施形態は、液状化時の構造物（杭基礎構造物）の被害を防止あるいは軽減させるための構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法に関するものである。

本実施形態の構造物４は、図１に示すように、液状化層１の上に非液状化層２がある地盤Ｇに構築され、地盤Ｇ内に打設した複数の杭（杭基礎３）で上部構造４ａを支持させて構築されている。また、上部構造４ａは、下端部側（根入れ部４ｂ）を上層の非液状化層２に根入れして構築されている。

そして、本実施形態の構造物の液状化対策構造１０は、図１及び図２に示すように、変位低減用壁体１１からなり、構造物４の水平方向外側の地盤Ｇ内に設けられている。また、本実施形態の変位低減用壁体１１は、構造物４の外周に沿って連続的に設けられ、液状化層１よりも下層の非液状化層５に下端部１１ａ側を根入れし、液状化層１内の複数の杭３を内包するように設けられている。また、このとき、変位低減用壁体１１は、その上端部１１ｂを液状化層１と上層の非液状化層２の境界付近の液状化層１内に配して設けられている。なお、変位低減用壁体１１は、所望の剛性を備えていれば、特に材質を限定する必要はない。

ついで、上記構成からなる構造物の液状化対策構造１０を構築する方法（構造物の液状化対策工法）について説明するとともに、本実施形態の構造物の液状化対策構造１０及び構造物の液状化対策工法の作用及び効果を説明する。

本実施形態の構造物の液状化対策構造１０を構築する際には、例えば構造物４（上部構造４ａ）の外周に沿って地盤改良を行ったり、構造物４の外周に沿って鋼矢板を打設するなどして変位低減用壁体１１を構築する。このとき、単に鉛直方向に延びる変位低減用壁体１１を構造物４の水平方向外側の地盤Ｇ内に構築することによって液状化対策構造１０が構築されるため、従来の液状化対策のように大きな面積や莫大な改良ボリュームを要することなく、容易に液状化対策構造１０が構築される。また、構造物４の水平方向外側の地盤Ｇ内に変位低減用壁体１１を構築するため、新設の構造物４、既存の構造物４を問わず、容易に液状化対策構造１０が構築されることになる。さらに、非液状化層２の種類（砂、粘土）や地下水位Ｔに関わりなく、液状化対策構造１０が構築される。

そして、上記のように構築した本実施形態の液状化対策構造１０（及び液状化対策工法）では、図３に示すように、大地震によって液状化層１が液状化した際に、液状化層１よりも下層の非液状化層５に下端部１１ａ側を根入れし、液状化層１内の杭３を内包するように配設した変位低減用壁体１１が液状化層１の液状化によって生じる力（荷重Ｆ）を負担する。このため、変位低減用壁体１１によって液状化した液状化層１の変位が小さく抑えられる。

ここで、液状化層１の上に非液状化層２がある地盤Ｇに構造物４を構築した場合、地震時に上層の非液状化層２の変位を小さくすれば、構造物４に与える影響が小さくなる。そして、上層の非液状化層２は、大地震によって液状化する液状化層１の上に積層されているため、すなわち、海に浮かんだ氷山のようなものであるため、液状化層１の変位を抑えることで、上層の非液状化層２の変位も小さく抑えられる。このため、上記のように変位低減用壁体１１によって液状化層１の変位が小さく抑えられることにより、上層の非液状化層２の変位が確実に小さく抑えられることになる。

また、このとき、変位低減用壁体１１がその上端部１１ｂを液状化層１内に配して設けられているため、液状化層１の液状化によって変位低減用壁体１１が負担する荷重Ｆ１が小さくて済み、この負担荷重Ｆ１に応じた剛性（低剛性）の変位低減用壁体１１で確実に液状化層１の変位ひいては上層の非液状化層２の変位が小さく抑えられることになる。

そして、このように、変位低減用壁体１１を設けることで、大地震によって地盤Ｇ（液状化層１）が液状化した場合であっても液状化層１の変位及び上層の非液状化層２の変位が小さくなるため、液状化層１と下層の非液状化層５の境界部分、液状化層１と上層の非液状化層２の境界部分に大きな力が作用することがなく、杭３の損傷が防止あるいは軽減されることになる。

また、変位低減用壁体１１によって上層の非液状化層２の変位が小さくなることで、構造物４（上部構造４ａ）に作用する力Ｆ２も小さくなる。さらに、従来の液状化対策のように地盤Ｇの液状化を抑制するのではなく、地盤Ｇの液状化を許容しつつ変位低減用壁体１１で液状化時の地盤Ｇの変位を抑制するため、従来の液状化対策と比較して構造物４に伝達される地震力が低減する。このため、構造物４の上部構造４ａの被害も軽減されることになる。

さらに、本実施形態のように変位低減用壁体１１が構造物４の外周に沿って連続的に設けられていることにより、確実に液状化層１の変位ひいては上層の非液状化層２の変位が小さく抑えられ、構造物４（杭基礎３及び上部構造４ａ）の被害が防止あるいは軽減されることになる。

したがって、本実施形態の構造物の液状化対策構造１０及び構造物の液状化対策工法においては、液状化が生じるような大地震時に、液状化層１よりも下層の非液状化層５に下端部１１ａ側を根入れし、液状化層１内の杭基礎３を内包するように配設した変位低減用壁体１１が液状化層１の液状化によって生じる力（荷重Ｆ１）を負担し、この変位低減用壁体１１によって液状化層１の変位を小さく抑えることが可能になる。そして、変位低減用壁体１１によって液状化層１の変位を小さく抑えることで、液状化層１の上の上層の非液状化層２の変位も小さく抑えることが可能になる。

また、このとき、上端部１１ｂを液状化層１内に配して変位低減用壁体１１を設けることにより、液状化層１の液状化によって変位低減用壁体１１が負担する荷重Ｆ１が小さくなり、低剛性の変位低減用壁体１１で液状化層１の変位ひいては上層の非液状化層２の変位を確実に小さく抑えることが可能になる。

さらに、構造物４の外周に沿って変位低減用壁体１１を連続的に設けることにより、より確実に液状化層１の変位ひいては上層の非液状化層２の変位を小さく抑えることが可能になる。

これにより、従来の液状化対策のように地盤Ｇの液状化を抑制するのではなく、変位低減用壁体１１で液状化時の地盤Ｇの変位を抑制して、杭基礎３の損傷を確実に防止あるいは軽減することが可能になる。また、地盤Ｇの液状化を許容することで、従来の液状化対策のように地盤Ｇの液状化を抑制した場合よりも構造物４に伝達される地震力が低減し、構造物４の上部構造４ａの被害も軽減させることが可能になる。

さらに、変位低減用壁体１１を構造物４の水平方向外側の地盤Ｇ内に設けて構造物４の損傷を防止あるいは軽減できるため、従来の液状化対策のように大きな面積、改良ボリュームを必要とせず、また、新設の構造物４、既存の構造物４を問わずに、容易に液状化対策を講じることが可能になる。また、非液状化層２の種類（砂、粘土）や地下水位Ｔを問わずに対策を講じることが可能になる。

よって、本発明の構造物の液状化対策構造１０及び構造物の液状化対策工法によれば、杭基礎３と上部構造４ａを含む構造物４全体の損傷を確実且つ好適に防止あるいは軽減させることが可能になる。

以上、本発明に係る構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法の一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、液状化対策構造１０を構成する変位低減用壁体１１が、その上端部１１ｂを液状化層１内に配して設けられている（構築される）ものとしたが、本発明に係る変位低減用壁体１１は、例えば図４に示すように、上層の非液状化層２内に上端部１１ｂを配して設けられていてもよい（構築してもよい）。この場合には、液状化層１の液状化によって変位低減用壁体１１が負担する荷重が大きくなるため、すなわち液状化層１と上層の非液状化層２がそれぞれ変位することにより変位低減用壁体１１が負担する荷重が大きくなるため、破壊が生じないように高剛性の変位低減用壁体１１を設ける必要が生じるが、この一方で上層の非液状化層２内に配された変位低減用壁体１１の上端部１１ｂ側で構造物４（上部構造４ａ）に作用する力Ｆ２を負担することが可能になるため、上部構造４ａの被害を確実に軽減させることが可能になる。また、上端部１１ｂ側を上層の非液状化層２内に配設することで、上層の非液状化層２の変位をさらに小さく抑えることができ、液状化層１と上層の非液状化層２の境界部分に作用する力をさらに低減させることが可能になる。このため、より確実に杭基礎３及び上部構造４ａの被害を防止あるいは低減させることが可能になる。

また、本実施形態では、構造物の液状化対策構造１０が変位低減用壁体１１のみで構成されているものとしたが、本発明に係る構造物の液状化対策構造１０（構造物の液状化対策工法）を、変位低減用壁体１１の内面１１ｃに端部１２ａが繋がり、変位低減用壁体１１で内包した水平方向内側の地盤Ｇ内に延びる控え壁体１２を備えて（設けて）、例えば図５に示すように格子状に構成したり、例えば図６に示すようにバッドレス状に構成してもよい。この場合には、液状化対策構造１０（変位低減用壁体１１）の剛性を控え壁体１２で増大させることが可能になる。これにより、本実施形態よりもさらに確実に液状化層１の変位ひいては上層の非液状化層２の変位を小さく抑えることが可能になる。

また、この控え壁体１２は、変位低減用壁体１１の全長（地盤Ｇの深度方向の全長）に設けられてもよいし、例えば図７に示すように、液状化層１と上層の非液状化層２の境界部分、液状化層１と下層の非液状化層５の境界分などの強度が必要な部分に局所的に設けてもよい。なお、このような控え壁体１２は、構造物４の新設時に設置することになるが、適宜手段によって可能であれば、勿論、既設の構造物４に適用してもよい。

さらに、本実施形態では、変位低減用壁体１１が構造物４の外周に沿って連続的に設けられているものとしたが、複数の変位低減用壁体１１を間隔をあけて並設して液状化対策構造１０を構成してもよく、必ずしも変位低減用壁体１１を連続的に設けることに限定しなくてもよい。

１ 液状化層
２ 上層の非液状化層
３ 杭（杭基礎）
４ 構造物
４ａ 上部構造
４ｂ 根入れ部
５ 下層の非液状化層
６ 軟質材
７ 軽量材
８ 砂
１０ 構造物の液状化対策構造
１１ 変位低減用壁体
１１ａ 下端部
１１ｂ 上端部
１２ 控え壁体
１２ａ 端部
Ｆ 力（荷重）
Ｆ１ 変位低減用壁体に作用する力（荷重）
Ｆ２ 上部構造に作用する力（荷重）
Ｇ 地盤
Ｔ 地下水位

Claims (6)

1. 液状化層の上に非液状化層がある地盤に杭基礎を備えて構築される構造物に対し、液状化による被害を軽減させるための構造物の液状化対策構造であって、
   前記構造物の水平方向外側の地盤内に設けられるとともに、前記液状化層よりも下層の非液状化層に下端部側を根入れし、上端部を前記液状化層内あるいは前記液状化層の上の上層の非液状化層内に配して、前記液状化層内の前記杭基礎を内包するように配設された変位低減用壁体を備えていることを特徴とする構造物の液状化対策構造。
2. 請求項１記載の構造物の液状化対策構造において、
   前記変位低減用壁体が前記構造物の外周に沿って連続的に設けられていることを特徴とする構造物の液状化対策構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の構造物の液状化対策構造において、
   前記変位低減用壁体の内面に端部が繋がり、前記変位低減用壁体で内包した水平方向内側の地盤内に延びる控え壁体を備えていることを特徴とする構造物の液状化対策構造。
4. 液状化層の上に非液状化層がある地盤に杭基礎を備えて構築される構造物に対し、液状化による被害を軽減させるための構造物の液状化対策工法であって、
   液状化時の前記液状化層の変位を低減させるための変位低減用壁体を、前記液状化層よりも下層の非液状化層に下端部側を根入れし、上端部を前記液状化層内あるいは前記液状化層の上の上層の非液状化層内に配して、前記液状化層内の前記杭基礎を内包するように前記構造物の水平方向外側の地盤内に設けることを特徴とする構造物の液状化対策工法。
5. 請求項４記載の構造物の液状化対策工法において、
   前記変位低減用壁体を前記構造物の外周に沿って連続的に設けることを特徴とする構造物の液状化対策工法。
6. 請求項４または請求項５に記載の構造物の液状化対策工法において、
   前記変位低減用壁体とともに、該変位低減用壁体の内面に端部が繋がり、前記変位低減用壁体で内包した水平方向内側の地盤内に延びる控え壁体を設けることを特徴とする構造物の液状化対策工法。

Images