JP2013144887A - 柱状構造物の液状化対策構造 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤の液状化に伴う柱状構造物の沈下や転倒を抑止するのに適した柱状構造物の液状化対策構造を提供する。
【解決手段】地震時に液状化する可能性のある液状化層１０からなる地盤１４に対して根入れ部１６が埋設される柱状構造物１８の液状化対策構造１００であって、柱状構造物１８の地盤１４中への沈下および傾斜を抑止するために、柱状構造物１８の地盤表面ＧＬの高さ位置の周面に設けた鍔状の沈下抑止部材２０と、沈下抑止部材２０を支持するために、沈下抑止部材２０の直下において根入れ部１６の周囲を囲うように地盤１４中に設けた透水性の地盤構造体２２とを備えるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤に根入れ部が埋設されたコンクリート製電柱などの柱状構造物の液状化対策構造に関し、特に、地盤の液状化に伴う柱状構造物の沈下や転倒を抑止する柱状構造物の液状化対策構造に関するものである。

２０１１年３月１１日に太平洋三陸沖を震源として発生した東北地方太平洋沖地震では、東北から関東にかけての東日本一帯に甚大な被害をもたらした。この地震により、東日本の広範囲で地盤の液状化現象が観測された。特に、埋め立て地が大半を占める千葉県浦安市では、市の大部分が液状化するなどの大きな被害が生じ、さらにこの周辺の東京湾沿岸の市街地にも多数の液状化被害が発生することとなった。

こうした液状化による建物の被害を最小限に食い止めるようにした従来の技術としては、例えば特許文献１に示されるような構造物の沈下低減構造が知られている。この特許文献１の構造物の沈下低減構造は、地震時に液状化する可能性のある砂層等の液状化層により構成される表層と、表層直下に位置し、粘性土等の非液状化地盤により構成される中間層とからなる地盤を備える。

表層の一部にはセメント系材料等からなる所定の大きさの地盤改良体が構築してあり、構造物はこの地盤改良体の直上に構築してある。この特許文献１の構造によれば、液状化に伴う地盤の沈下が生じても、構造物が位置する領域における地盤沈下量を、他の領域と比較して低減させ、地盤沈下に伴う構造物の沈下量を許容範囲内に収めることができる。

特開２００５−２３６７１号公報

ところで、上述の東北地方太平洋沖地震では、家屋やビルなどの一般的な建築物だけでなくコンクリート製の電信柱のような付帯する構造物についても液状化の被害が発生している。この電信柱のような柱状構造物の液状化被害の態様としては、図７に示すように、表層１と液状化層２からなる地盤３において、液状化により液状化層２が急激に支持力を失うことで電信柱４が地盤表面ＧＬ下にめり込むように沈下したり、あるいは、地盤３に埋設された根入れ部５の安定性が損なわれて傾斜、転倒するといったものがある。

こうした柱状構造物に対して、上記の特許文献１の沈下低減構造を適用することで沈下や転倒を抑止することが考えられる。しかしながら、上記の特許文献１は水平方向に幅広い構造物の沈下低減に適したものであるが、柱状構造物のように鉛直方向に細長い小断面の構造物の沈下や転倒を抑止する構造としては必ずしも好適ではない。このため、柱状構造物の沈下や転倒を抑止するのに適した液状化対策構造の開発が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地盤の液状化に伴う柱状構造物の沈下や転倒を抑止するのに適した柱状構造物の液状化対策構造を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る柱状構造物の液状化対策構造は、地震時に液状化する可能性のある液状化層からなる地盤に対して根入れ部が埋設される柱状構造物の液状化対策構造であって、前記柱状構造物の地盤中への沈下および傾斜を抑止するために、前記柱状構造物の地盤表面の高さ位置の周面に設けた鍔状の沈下抑止部材と、前記沈下抑止部材を支持するために、前記沈下抑止部材の直下において前記根入れ部の周囲を囲うように地盤中に設けた透水性の地盤構造体とを備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る柱状構造物の液状化対策構造は、上述した請求項１において、前記柱状構造物の周面に凸部または凹部を設け、前記沈下抑止部材を前記凸部または凹部を介して前記柱状構造物に固定したことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る柱状構造物の液状化対策構造は、上述した請求項１において、前記沈下抑止部材は、前記柱状構造物に近い側の下面にハンチ部を有し、前記柱状構造物と前記沈下抑止部材との間の隙間に硬化材を充填してなることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る柱状構造物の液状化対策構造は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記地盤構造体の外周面を被覆する透水性の保護部材をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る柱状構造物の液状化対策構造は、上述した請求項４において、前記沈下抑止部材と前記地盤構造体は一体化した透水性の構造体をなし、この構造体を袋状の前記保護部材に収容したことを特徴とする。

本発明によれば、地震時に液状化する可能性のある液状化層からなる地盤に対して根入れ部が埋設される柱状構造物の液状化対策構造であって、前記柱状構造物の地盤中への沈下および傾斜を抑止するために、前記柱状構造物の地盤表面の高さ位置の周面に設けた鍔状の沈下抑止部材と、前記沈下抑止部材を支持するために、前記沈下抑止部材の直下において前記根入れ部の周囲を囲うように地盤中に設けた透水性の地盤構造体とを備えている。

このため、柱状構造物の荷重は、鍔状の沈下抑止部材を介して水平方向に分散し、直下の透水性の地盤構造体に支持される。したがって、地盤の液状化時に柱状構造物が地盤にめり込んで沈下するのを抑止することができるという効果を奏する。

ここで、鍔状の沈下抑止部材を地盤改良やコンクリート等の剛性を有する部材で構成して柱状構造物と剛接合すれば、沈下抑止部材は柱状構造物に作用する転倒モーメントに効果的に抵抗するので、柱状構造物が傾斜あるいは転倒するのを抑止することができる。

なお、柱状構造物としては、電信柱、交通標識用のポール、夜間照明用のポールなどを挙げることができ、構成材質としては鉄筋コンクリートなどの複合材料系、鉄骨などの金属系、木材などの木質系の材料で構成することが可能である。また、柱状構造物の水平断面形状としては円形断面、矩形断面、多角形断面を挙げることができ、中空、中実を問わない。

また、根入れ部の周囲に設けた透水性の地盤構造体としては、高密度の礫層を円柱状に形成したものを用いることができる。この場合、円柱状の礫層が根入れ部の摩擦力や先端支持力を確保するので、柱状構造物の過度な沈下を防止することができる。

また、一定以上の厚さの礫層を設けることにより、礫層の周囲の地盤は排水しながらせん断力を受ける状態になり、液状化そのものは防止できないが、いわゆる「ポスト液状化状態」が継続し、礫層周囲の一定の厚さの液状化した地盤の剛性が保たれ、不同沈下が抑制される。この結果、柱状構造物の傾きを抑制することができる。

また、本発明の他の構成によれば、上記の構成において、前記柱状構造物の周面に凸部または凹部を設け、前記沈下抑止部材を前記凸部または凹部を介して前記柱状構造物に固定したので、柱状構造物を傾斜させようとする転倒モーメントに対しては、沈下抑止部材に働く地盤反力が効果的に抵抗するようになる。したがって、柱状構造物が傾斜あるいは転倒するのを抑止することができるという効果を奏する。

また、本発明の他の構成によれば、上記の構成において、前記沈下抑止部材は、前記柱状構造物に近い側の下面にハンチ部を有し、前記柱状構造物と前記沈下抑止部材との間の隙間に硬化材を充填してなるので、硬化材により柱状構造物と沈下抑止部材とが一体化されるとともに、柱状構造物の荷重をハンチ部によって柱状構造物から遠ざかる斜め下方に向けて分散することができるという効果を奏する。

また、本発明の他の構成によれば、上記の構成において、前記地盤構造体の外周面を被覆する透水性の保護部材をさらに備えるので、周囲の地盤の液状化による影響で地盤構造体が変形あるいは崩壊するのを防ぐ。このため、根入れ部の周囲の剛性を液状化後も維持することができるという効果を奏する。ここで、透水性の保護部材としては、袋状のジオテキスタイルを用いることができる。この場合、ジオテキスタイルの拘束作用で液状化時だけでなく常時から地盤構造体に拘束圧を付与しておくことが好ましい。

また、本発明の他の構成によれば、上記の構成において、前記沈下抑止部材と前記地盤構造体は一体化した透水性の構造体をなし、この構造体を袋状の前記保護部材に収容したので、根入れ部の周囲の剛性を液状化後も維持することができる。この場合、沈下抑止部材の役割と礫層などの地盤構造体の役割は、一体化した透水性の構造体で兼備できることから、鍔状の沈下抑止部材を省略することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る柱状構造物の液状化対策構造の実施例１を示す側断面図である。 図２は、本発明に係る柱状構造物の液状化対策構造の実施例２を示す側断面図である。 図３は、本発明に係る柱状構造物の液状化対策構造の実施例３を示す側断面図である。 図４は、本発明に係る柱状構造物の液状化対策構造の実施例４を示す側断面図である。 図５は、本発明に係る柱状構造物の液状化対策構造の実施例５を示す側断面図である。 図６は、本発明に係る柱状構造物の液状化対策構造の実施例６を示す側断面図である。 図７は、従来の柱状構造物の液状化被害の一例を示す側断面図である。

以下に、本発明に係る柱状構造物の液状化対策構造の実施の形態（実施例１〜６）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

（実施例１）
まず、実施例１について説明する。

図１に示すように、本発明の実施例１に係る柱状構造物の液状化対策構造１００は、地震時に液状化する可能性のある液状化層１０と、その直上に敷設されたアスファルトコンクリートなどの表層１２からなる地盤１４に対して、根入れ部１６が埋設される柱状構造物１８の液状化対策構造である。

この液状化対策構造１００は、柱状構造物１８の地盤１４中への沈下および傾斜を抑止するために、柱状構造物１８の地盤表面ＧＬの高さ位置の周面１８ａに設けた鍔状の沈下抑止部材２０と、沈下抑止部材２０を支持するために、沈下抑止部材２０の直下において根入れ部１６の周囲を囲うように地盤１４中に設けた透水性の礫層２２（地盤構造体）とを備えるものである。

柱状構造物１８は、電信柱、交通標識用のポール、あるいは、夜間照明用のポールなどにより構成されている。柱状構造物１８の構成材料としては、鉄筋コンクリートなどの複合材料系、鉄骨などの金属系、木材などの木質系の材料を用いることができる。また、柱状構造物１８の水平断面形状としては、円形断面、矩形断面、多角形断面とすることができ、中空、中実を問わない。

沈下抑止部材２０は、柱状構造物１８の荷重を水平方向に分散し、直下の透水性の礫層２２に支持させるものである。この沈下抑止部材２０の作用により、地盤１４の液状化時に柱状構造物１８が地盤１４にめり込んで沈下するのを抑止することができる。なお、本実施の形態では、沈下抑止部材２０と礫層２２は互いの外縁を面一に構成してある。

ここで、沈下抑止部材２０を地盤改良やコンクリート等の剛性を有する部材で構成して柱状構造物１８と剛接合した場合には、沈下抑止部材２０に働く地盤反力が、柱状構造物１８に作用する転倒モーメントに効果的に抵抗するようになるので、柱状構造物１８が傾斜あるいは転倒するのを抑止することができる。

礫層２２は、礫材料を高密度に締め固めて根入れ部１６と同軸上の円柱状に形成した透水性の地盤構造体であり、周辺地盤１４が液状化した際にも剛性と排水性を維持するものである。根入れ部１６の周囲に設けたこの礫層２２が根入れ部１６の摩擦力や先端支持力を確保するので、地盤１４の液状化に伴う柱状構造物１８の過度な沈下を防止することができる。

また、一定以上の厚さの礫層２２を設けることにより、礫層２２の周囲の地盤は排水しながらせん断力を受ける状態になり、液状化そのものは防止できないが、いわゆる「ポスト液状化状態」が継続し、礫層２２周囲の一定の厚さの液状化した地盤１４の剛性が保たれ、不同沈下が抑制される。この結果、柱状構造物１８の傾きを抑制することができる。

ここで、「ポスト液状化状態」とは、過剰間隙水圧比＝１の液状化状態に達した後、せん断変形に伴い剛性が回復する状態をいう。このポスト液状化状態に達した地盤に、排水をせずにさらにせん断力を作用し続けると、非可逆の塑性体積ひずみ（圧縮側）にダイレイタンシーによる可逆的な塑性体積ひずみ（膨張側）が追い付けず、地盤が完全な液体状態のようになる。この状態が、「噴砂」や「構造物の不同沈下」が生じる地盤の破壊に達した状態である。一方、排水をしながら、上記のせん断力を作用させると、非可逆の塑性体積ひずみ（圧縮側）と可逆的な塑性体積ひずみ（膨張側）が常に釣り合い、ポスト液状化状態が継続する。

礫層２２の円柱の直径は、柱状構造物１８の外周面から柱状構造物１８の直径以上の寸法に設定可能であるが、より好適には、柱状構造物１８の直径の３倍以上を確保することが好ましい。ただし、柱状構造物１８が、側溝などの地盤１４の液状化時も強度が維持される構造体に近接している場合には、当該方向の礫層径については小さく設定してもよい。

このように、本実施例１の柱状構造物の液状化対策構造１００によれば、沈下抑止部材２０と礫層２２（地盤構造体）とからなる簡易な構造によって、地盤１４の液状化に伴う柱状構造物１８の沈下、傾斜、転倒を抑止することができるとともに、その後の柱状構造物１８の継続使用が可能になる。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。なお、上記の実施例１において説明した部材等と同じ部材等については同一の符号を付すものとし、詳細な説明は省略する。

図２に示すように、本発明の実施例２に係る柱状構造物の液状化対策構造２００は、柱状構造物１８の周面１８ａに凸部２４を設け、沈下抑止部材２０を凸部２４を介して柱状構造物１８に係合固定したものである。ここで、沈下抑止部材２０は地盤改良やコンクリート等の剛性を有する部材で構成してある。

本実施例２の柱状構造物の液状化対策構造２００によれば、鍔状の沈下抑止部材２０は凸部２４を介して柱状構造物１８に係合固定してあるので、柱状構造物１８を傾斜させようとする転倒モーメントに対しては、沈下抑止部材２０に働く地盤反力が効果的に抵抗するようになる。したがって、柱状構造物１８が傾斜あるいは転倒するのを抑止することができる。

なお、本実施の形態では、沈下抑止部材２０をコンクリート等で構成した場合、柱状構造物１８に取り付けた状態のまま地盤１４の上方より根入れ部１６を差し込んで設置することが可能であるが、柱状構造物１８の周面１８ａに凸部２４を設けた場合には、沈下抑止部材２０を予め二つ以上の部材に水平分割しておき、根入れ部１６を設置した後で沈下抑止部材２０どうしをボルト等で連結して柱状構造物１８と一体化してももちろん構わない。

（実施例３）
次に、実施例３について説明する。なお、上記の実施例１、２において説明した部材等と同じ部材等については同一の符号を付すものとし、詳細な説明は省略する。

図３に示すように、本発明の実施例３に係る柱状構造物の液状化対策構造３００は、柱状構造物１８の周面１８ａに凹部２６を設け、沈下抑止部材２０を凹部２６を介して柱状構造物１８に係合固定したものである。ここで、沈下抑止部材２０は地盤改良やコンクリート等の剛性を有する部材で構成してある。

本実施例３の柱状構造物の液状化対策構造３００によれば、鍔状の沈下抑止部材２０は凹部２６を介して柱状構造物１８に係合固定してあるので、柱状構造物１８を傾斜させようとする転倒モーメントに対しては、沈下抑止部材２０に働く地盤反力が効果的に抵抗するようになる。したがって、柱状構造物１８が傾斜あるいは転倒するのを抑止することができる。

なお、本実施の形態では、沈下抑止部材２０をコンクリート等で構成した場合、柱状構造物１８に取り付けた状態のまま地盤１４の上方より根入れ部１６を差し込んで設置することが可能であるが、柱状構造物１８の周面１８ａに凹部２６を設けた場合には、沈下抑止部材２０を予め二つ以上の部材に水平分割しておき、根入れ部１６を設置した後で沈下抑止部材２０どうしをボルト等で連結して柱状構造物１８と一体化してももちろん構わない。

（実施例４）
次に、実施例４について説明する。なお、上記の実施例１〜３において説明した部材等と同じ部材等については同一の符号を付すものとし、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、本発明の実施例４に係る柱状構造物の液状化対策構造４００は、沈下抑止部材２０が、柱状構造物１８に近い側の下面にハンチ部２８を有し、柱状構造物１８と沈下抑止部材２０との間の隙間にモルタル３０（硬化材）を充填したものである。

本実施例４の柱状構造物の液状化対策構造４００によれば、モルタル３０により柱状構造物１８と沈下抑止部材２０とが一体化されるとともに、ハンチ部２８によって柱状構造物１８の荷重を、柱状構造物１８から遠ざかる斜め下方に向けて礫層２２中に広く分散させることができる。これにより、地盤１４の液状化時に柱状構造物１８が地盤１４にめり込んで沈下するのを抑止することができる。

（実施例５）
次に、実施例５について説明する。なお、上記の実施例１〜４において説明した部材等と同じ部材等については同一の符号を付すものとし、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、本発明の実施例５に係る柱状構造物の液状化対策構造５００は、礫層２２の外周面２２ａおよび底面を被覆するジオテキスタイル３２（透水性の保護部材）をさらに備えるものである。

本実施例５の柱状構造物の液状化対策構造５００によれば、周囲の地盤１４の液状化による影響で礫層２２が変形あるいは崩壊するのを防ぐ。このため、根入れ部１６の周囲の剛性を液状化後も維持することができる。ここで、ジオテキスタイル３２は袋状のものを用いることができる。この場合、ジオテキスタイル３２の拘束作用で液状化時だけでなく常時から礫層２２に拘束圧を付与しておくことが好ましい。

（実施例６）
次に、実施例６について説明する。なお、上記の実施例１〜５において説明した部材等と同じ部材等については同一の符号を付すものとし、詳細な説明は省略する。

図６に示すように、本発明の実施例６に係る柱状構造物の液状化対策構造６００は、沈下抑止部材２０と礫層２２は一体化した透水性の構造体３４をなし、この構造体３４を袋状のジオテキスタイル３２に収容したものである。

本実施例６の柱状構造物の液状化対策構造６００によれば、構造体３４を袋状のジオテキスタイル３２に収容したことで、根入れ部１６の周囲の剛性を液状化後も維持することができる。この場合、沈下抑止部材２０の役割と礫層２２（地盤構造体）の役割は、一体化した透水性の構造体３４で兼備できることから、鍔状の沈下抑止部材２０の使用を省略することができる。

以上説明したように、本発明によれば、地震時に液状化する可能性のある液状化層からなる地盤に対して根入れ部が埋設される柱状構造物の液状化対策構造であって、前記柱状構造物の地盤中への沈下および傾斜を抑止するために、前記柱状構造物の地盤表面の高さ位置の周面に設けた鍔状の沈下抑止部材と、前記沈下抑止部材を支持するために、前記沈下抑止部材の直下において前記根入れ部の周囲を囲うように地盤中に設けた透水性の地盤構造体とを備えるので、柱状構造物の荷重は、鍔状の沈下抑止部材を介して水平方向に分散し、直下の透水性の地盤構造体に支持される。したがって、地盤の液状化時に柱状構造物が地盤にめり込んで沈下するのを抑止することができる。

ここで、鍔状の沈下抑止部材を地盤改良やコンクリート等の剛性を有する部材で構成して柱状構造物と剛接合すれば、沈下抑止部材は柱状構造物に作用する転倒モーメントに効果的に抵抗するので、柱状構造物が傾斜あるいは転倒するのを抑止することができる。

また、本発明の他の構成によれば、上記の構成において、前記柱状構造物の周面に凸部または凹部を設け、前記沈下抑止部材を前記凸部または凹部を介して前記柱状構造物に固定したので、柱状構造物を傾斜させようとする転倒モーメントに対しては、沈下抑止部材に働く地盤反力が効果的に抵抗するようになる。したがって、柱状構造物が傾斜あるいは転倒するのを抑止することができる。

また、本発明の他の構成によれば、上記の構成において、前記沈下抑止部材は、前記柱状構造物に近い側の下面にハンチ部を有し、前記柱状構造物と前記沈下抑止部材との間の隙間に硬化材を充填してなるので、硬化材により柱状構造物と沈下抑止部材とが一体化されるとともに、柱状構造物の荷重をハンチ部によって柱状構造物から遠ざかる斜め下方に向けて分散することができる。

また、本発明の他の構成によれば、上記の構成において、前記地盤構造体の外周面を被覆する透水性の保護部材をさらに備えるので、周囲の地盤の液状化による影響で地盤構造体が変形あるいは崩壊するのを防ぐ。このため、根入れ部の周囲の剛性を液状化後も維持することができる。

また、本発明の他の構成によれば、上記の構成において、前記沈下抑止部材と前記地盤構造体は一体化した透水性の構造体をなし、この構造体を袋状の前記保護部材に収容したので、根入れ部の周囲の剛性を液状化後も維持することができる。この場合、沈下抑止部材の役割と礫層などの地盤構造体の役割は、一体化した透水性の構造体で兼備できることから、鍔状の沈下抑止部材を省略することができる。

以上のように、本発明に係る柱状構造物の液状化対策構造は、電信柱などの地盤中に根入れされ、鉛直方向に細長い柱状構造物の液状化対策に有用であり、特に、地盤の液状化時に柱状構造物が地盤中にめり込むように沈下したり、傾斜あるいは転倒するのを抑止するのに適している。

１０ 液状化層
１２ 表層
１４ 地盤
１６ 根入れ部
１８ 柱状構造物
１８ａ 周面
２０ 沈下抑止部材
２２ 礫層（地盤構造体）
２２ａ 外周面
２４ 凸部
２６ 凹部
２８ ハンチ部
３０ モルタル（硬化材）
３２ ジオテキスタイル（透水性の保護部材）
３４ 透水性の構造体
ＧＬ 地盤表面
１００〜６００ 柱状構造物の液状化対策構造（実施例１〜６）

Claims (5)

1. 地震時に液状化する可能性のある液状化層からなる地盤に対して根入れ部が埋設される柱状構造物の液状化対策構造であって、
   前記柱状構造物の地盤中への沈下および傾斜を抑止するために、前記柱状構造物の地盤表面の高さ位置の周面に設けた鍔状の沈下抑止部材と、
   前記沈下抑止部材を支持するために、前記沈下抑止部材の直下において前記根入れ部の周囲を囲うように地盤中に設けた透水性の地盤構造体とを備えることを特徴とする柱状構造物の液状化対策構造。
2. 前記柱状構造物の周面に凸部または凹部を設け、前記沈下抑止部材を前記凸部または凹部を介して前記柱状構造物に固定したことを特徴とする請求項１に記載の柱状構造物の液状化対策構造。
3. 前記沈下抑止部材は、前記柱状構造物に近い側の下面にハンチ部を有し、
   前記柱状構造物と前記沈下抑止部材との間の隙間に硬化材を充填してなることを特徴とする請求項１に記載の柱状構造物の液状化対策構造。
4. 前記地盤構造体の外周面を被覆する透水性の保護部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の柱状構造物の液状化対策構造。
5. 前記沈下抑止部材と前記地盤構造体は一体化した透水性の構造体をなし、この構造体を袋状の前記保護部材に収容したことを特徴とする請求項４に記載の柱状構造物の液状化対策構造。

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