JP2013185341A

JP2013185341A - 液状化対策構造

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Publication number: JP2013185341A
Application number: JP2012050466A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishikawa; 明石川; Hiroyuki Hotta; 洋之堀田; Hideyuki Mano; 英之眞野; Yoichi Taji; 陽一田地; Yasuhiro Shamoto; 康広社本; Takeyoshi Fukutake; 毅芳福武
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】液状化を抑制することができるとともに、地盤改良にかかるコストの低減を図ることができる。
【解決手段】構造物１０の下方において、構造物１０から非液状化層２に達する深さまで壁状且つ平面視で格子状に地盤改良されて設けられた地盤改良壁４と、地盤改良壁４によって囲繞された内側の囲繞領域Ｒにおいて、地表面３ａから非液状化層２に向けて鉛直に設けられ、非液状化層２に接続した透水性を有する柱状のドレーンパイプ５と、を備えた液状化対策構造を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水機能を備えた液状化対策構造に関する。

従来、地震時に液状化が生じることが想定される液状化地盤に対する液状化防止対策として、液状化層の地盤変形を抑制させるために平面視格子状の地盤改良体を施工する工法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、液状化層の上端から液状化層の下の非液状化層に根入れする高さを有する鉛直固化壁（地盤改良体）を、平面視が格子状となるように形成し、鉛直固化壁の上部に増厚部を形成させた構造について開示されている。

特開２０１０−２７５６８７号公報

しかしながら、上述した従来の格子状の地盤改良体を設ける工法では、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１のような液状化防止のための格子状の地盤改良体を施工する場合には、例えば、改良ピッチを１０ｍ（改良率として約２０％）とし、改良幅が１ｍ、改良体のせん断波速度Vｓ＝５００ｍ／ｓ程度を必要としているのが一般的である。
そのため、とくに建物面積が広い構造物の場合や液状化対策が必要な敷地面積が大きい場合には、この地盤改良範囲が大きくなり、かかる工事費が増大するという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、液状化を抑制することができるとともに、地盤改良にかかるコストの低減を図ることが可能な液状化対策構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る液状化対策構造では、下層を構成する非液状化層と、上層を構成する液状化層と、を有する地盤上に構築される構造物を支持する液状化対策構造であって、構造物の下方において、構造物から非液状化層に達する深さまで壁状且つ平面視で格子状に地盤改良されて設けられた地盤改良壁と、地盤改良壁によって囲繞された内側において、液状化層の少なくとも上位層に設けられた透水性を有するドレーン部と、を備えていることを特徴としている。

本発明では、格子状の地盤改良壁によって囲繞された内側（囲繞領域）にドレーン部を設けることで、地震により液状化層の前記囲繞領域内に生じた過剰間隙水をドレーン部により集水し、さらにそのドレーン部を通じて地上に排水することが可能となる。つまり、前記囲繞領域において、液状化に伴って生じる過剰間隙水圧を抑制することができ、砂の流動や噴砂を抑え、液状化現象の発生を防止することができる。
そして、ドレーン部が液状化層の少なくとも上位層に設けられているので、最も液状化し易い深度（例えば、ＧＬ−１０ｍ以浅の浅い部分）の液状化を防止することができる。そのため、最も液状化し易い深度によって決定される格子状の地盤改良壁の打設ピッチ（格子間隔、囲繞領域）を大きくすることが可能となり、地盤改良壁の改良率を低減させることができ、コストを抑えた施工を行うことができる。

また、本発明に係る液状化対策構造では、ドレーン部は、地表面から非液状化層に向けて鉛直に設けられた柱状のドレーンパイプであることが好ましい。

本発明の基礎構造によれば、柱状のドレーンパイプを液状化層の上位層のみでなく、所定の深度まで配置することができ、格子状の地盤改良壁によって囲繞された内側に生じた過剰間隙水を深度方向により広い範囲で効率よく集水し、排水することができる。

また、本発明に係る液状化対策構造では、ドレーンパイプは、非液状化層に接続していることが好ましい。

この場合には、柱状のドレーンパイプが液状化層の深度方向全体にわたって配置されているので、格子状の地盤改良壁によって囲繞された内側に生じた過剰間隙水をより確実に集水し、排水することができる。

また、本発明に係る液状化対策構造では、ドレーン部は、液状化層の表層部分の全面にわたって一定の厚さ寸法をもって敷設されるドレーン敷設体であることが好ましい。

この場合には、ドレーン敷設体が液状化層の上位層部分に一定の厚さで層状に形成されているので、少なくとも最も液状化し易い深度の液状化を防止することができる。そして、本発明の構成によれば、深い深度までドレーン部を設ける場合に比べて、施工が容易であり、コストも抑えることが可能となる。

本発明の液状化対策構造によれば、格子状の地盤改良壁によって囲繞された内側の少なくとも液状化層の上位層にドレーン部が設けられているので、地震によって生じる過剰間隙水をドレーン部によって地上に排水することで液状化を抑制することができる。そのため、地盤改良壁の改良率を抑えることができ、地盤改良にかかるコストの低減を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態による液状化対策構造の概略構成を示す側面図である。図１に示すＡ−Ａ線断面図であって、液状化対策構造の水平断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、ドレーンパイプのピッチの算出に用いる図であって、過剰間隙水圧比の半径方向平均値を示す図である。第２の実施の形態による液状化対策構造の概略構成を示す側面図である。図４に示すＢ−Ｂ線断面図であって、液状化対策構造の水平断面図である。第３の実施の形態による液状化対策構造の概略構成を示す側面図である。図６に示すＣ−Ｃ線断面図であって、液状化対策構造の水平断面図である。

以下、本発明の実施の形態による液状化対策構造について、図面に基づいて説明する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本第１の実施の形態による液状化対策構造は、下層を構成する非液状化層２と、上層を構成する液状化層３と、を有する地盤上に構築される例えばビルなどの構造物１０を支持するための構造である。

図１および図２に示すように、基礎構造１は、構造物１０の下方において、この構造物１０から非液状化層２に達する深さまで壁状且つ平面視で格子状に地盤改良されて設けられた地盤改良壁４と、地盤改良壁４によって囲繞された内側（囲繞領域Ｒ）で液状化層３に設けられた透水性を有する柱状のドレーンパイプ５（ドレーン部）と、を備えている。

地盤改良壁４は、周知の地盤改良体により造成され、一定の壁厚寸法を有し、平面視で複数（図２では９つ）の略同一面積からなる前記囲繞領域Ｒを形成している。地盤改良壁４は、鉛直方向で上端４ａが地表面３ａに位置し、下端４ｂが非液状化層２に接続している。なお、地盤改良壁４の下端４ｂは、非液状化層２内に挿入された状態であっても良い。

ドレーンパイプ５は、上述した地盤改良壁４の複数の囲繞領域Ｒのそれぞれにおいて複数本（ここでは４本）が互いに水平方向に間隔をおいて独立して配置され、それぞれが地表面３ａから非液状化層２に向けて鉛直方向に沿って設けられて下端５ａが非液状化層２に接続し、液状化層３の全層にわたって設けられた構成となっている。ドレーンパイプ５は、砂利や砂礫などの透水性を有する材料からなり、液状化層３中で液状化によって生じた水を地上（地表面側）へ通水して排水する機能を有している。

ここで、格子状の地盤改良壁４の囲繞領域Ｒの地盤に設けられるドレーンパイプ５のピッチは、例えばＳｅｅｄらによって提案されている手法（参考文献１：Ｓｅｅｄ，Ｈ．ＢａｎｄＪ．Ｒ．Ｂｏｏｋｎｅｒ（１９７７），ＳｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＰｏｔｅｎｔｉａｌｌｙＬｉｑｕｅｆｉａｂｌｅＳａｎｄＤｅｐｏｓｉｔｓＵｓｉｎｇＧｒａｖｅｌＤｒａｉｎｓ，Ｊ．ＧＥＤ，ＡＳＣＥ，ｖｏｌ．１０３，Ｎｏ．ＧＴ７，ｐｐ．７５７−７６８）を採用することができる。
ここで、排水を考慮した時間係数Ｔ_ｄは、（１）式で計算することができる。なお、（１）式において、ｋは地盤の透水係数、ｍ_ｖは土の体積弾性係数、ρ_ｗは水の密度、ａはドレーンパイプの半径、ｔ_ｄは不規則なせん断応力波と等価な一定振幅せん断応力の繰り返し回数Ｎ_ｅｑの継続時間である。

そして、（１）式により求めた時間係数Ｔ_ｄを用いて、ドレーンパイプ５の打設ピッチａ／ｂと過剰間隙水圧比との関係を図３に示すチャート（上述した参考文献１に記載）から計算することで、過剰間隙水圧比が１にならない打設ピッチを算出することができる。なお、図３（ａ）〜（ｄ）は、Ｎ_ｅｑ／Ｎ_Ｌ（Ｎ_Ｌは、液状化に至る繰り返し回数）をそれぞれ１〜４とした場合のチャートを示している。

次に、上述した構成の液状化対策構造の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２に示すように、本実施の形態の基礎構造１では、格子状の地盤改良壁４によって囲繞された内側（囲繞領域Ｒ）にドレーンパイプ５を設けることで、地震により液状化層３の囲繞領域Ｒ内に生じた過剰間隙水をドレーンパイプ５により集水し、さらにそのドレーンパイプ５を通じて地上に排水することが可能となる。つまり、囲繞領域Ｒにおいて、液状化に伴って生じる過剰間隙水圧を抑制することができ、砂の流動や噴砂を抑え、液状化現象の発生を防止することができる。

そして、ドレーンパイプ５が液状化層３の少なくとも上位層３Ａ（図１参照）に設けられているので、最も液状化し易い深度（例えば、ＧＬ−１０ｍ以浅の浅い部分）の液状化を防止することができる。そのため、最も液状化し易い深度によって決定される格子状の地盤改良壁４の打設ピッチ（格子間隔、囲繞領域）を大きくすることが可能となり、地盤改良壁４の施工量を少なくして改良率を低減させることができ、コストを抑えた施工を行うことができる。

また、ドレーンパイプ５が非液状化層２に接続し、液状化層３の深度方向全体にわたって配置されているので、格子状の地盤改良壁４によって囲繞された内側に生じた過剰間隙水をより確実に集水し、排水することができる。

上述のように本実施の形態による液状化対策構造では、格子状の地盤改良壁４によって囲繞された内側の少なくとも液状化層３の上位層３Ａにドレーンパイプ５が設けられているので、地震によって生じる過剰間隙水をドレーンパイプ５によって地上に排水することで液状化を抑制することができる。そのため、地盤改良壁４の改良率を抑えることができ、地盤改良にかかるコストの低減を図ることができる。

次に、本発明の液状化対策構造による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態による液状化対策構造について説明する。
図４および図５に示すように、第２の実施の形態では、ドレーンパイプ５の設置深度を液状化層３のうち液状化し易い表層部分（図４の上位層３Ａ）のみを対象としたものである。すなわち、鉛直方向に延びる柱状のドレーンパイプ５は、上述した第１の実施の形態よりも深度が浅く、非液状化層２に達しない構成となっている。なお、複数のドレーンパイプ５は、それぞれの深さが均等となっている。

この場合も、上述した第１の実施の形態と同様に、ドレーンパイプ５を液状化層３の上位層３Ａのみでなく、所定の深度まで配置することができ、格子状の地盤改良壁４によって囲繞された内側（囲繞領域Ｒ）に生じた過剰間隙水を深度方向により広い範囲で効率よく集水し、排水することができる。そのため、地盤改良壁４の改良率を抑えることができ、地盤改良にかかるコストの低減を図ることができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態による液状化対策構造について説明する。
図６および図７に示すように、第３の実施の形態の液状化対策構造である基礎構造１は、上述したドレーンパイプ５に代えて、液状化層３の表層部分（上位層３Ａ）の全面にわたって一定の厚さ寸法をもってドレーン敷設体６（ドレーン部）を敷設させた構成となっている。このドレーン敷設体６は、第１及び第２の実施の形態のドレーンパイプ５と同様に砂利や砂礫などの透水性を有する材料からなり、地盤改良壁４の囲繞領域Ｒの上方部分に設けられている。

この場合には、ドレーン敷設体６が液状化層３の上位層部分に一定の厚さで層状に形成されているので、少なくとも最も液状化し易い深度の液状化を防止することができるため、地盤改良壁４の改良率を抑えることができ、地盤改良にかかるコストの低減を図ることができる。そして、深い深度までドレーン部（上述したドレーンパイプ５）を設ける場合に比べて、施工が容易であり、コストも抑えることが可能となる効果を奏する。

以上、本発明による液状化対策構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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、本実施の形態では、第１の実施の形態および第２の実施の形態において地盤改良壁４に囲まれた１つの囲繞領域Ｒに４本のドレーンパイプ５を設ける構成としているが、これに限定されることはない。すなわち、ドレーンパイプ５同士のピッチは、上述したように地盤の条件に基づいて算定されるものであり、また、ドレーンパイプ５の深さ、外径寸法は適宜設定することができる。

また、ドレーンパイプ５およびドレーン敷設体６の材料として、砂利や砂礫などに限定されることはなく、透水性を有する部材で且つ基礎としての強度、機能を有する部材であれば他の部材に変更することも可能である。
さらに、地盤改良壁４の格子形状は、構造物１０の平面形状、荷重条件に基づいて変更可能であり、本実施の形態の形状に限定されるものではない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１基礎構造
２非液状化層
３液状化層
３ａ地表面
３Ａ上位層
４地盤改良壁
５ドレーンパイプ（ドレーン部）
６ドレーン敷設体（ドレーン部）
１０構造物
Ｒ囲繞領域

Claims

下層を構成する非液状化層と、上層を構成する液状化層と、を有する地盤上に構築される構造物を支持する液状化対策構造であって、
前記構造物の下方において、前記構造物から前記非液状化層に達する深さまで壁状且つ平面視で格子状に地盤改良されて設けられた地盤改良壁と、
該地盤改良壁によって囲繞された内側において、前記液状化層の少なくとも上位層に設けられた透水性を有するドレーン部と、
を備えていることを特徴とする液状化対策構造。
前記ドレーン部は、地表面から前記非液状化層に向けて鉛直に設けられた柱状のドレーンパイプであることを特徴とする請求項１に記載の液状化対策構造。
前記ドレーンパイプは、前記非液状化層に接続していることを特徴とする請求項２に記載の液状化対策構造。
前記ドレーン部は、前記液状化層の表層部分の全面にわたって一定の厚さ寸法をもって敷設されるドレーン敷設体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液状化対策構造。