JP2014031706A - 液状化被害抑制構造及び液状化被害抑制工法 - Google Patents

Abstract

【課題】既設の戸建住宅などの既設構造物と隣家との間の狭隘な場所で静謐且つ廉価に液状化対策の工事を行うことを可能とする。
【解決手段】構造物１０の直下の地盤１２が壁体１４で連続的に囲まれ、壁体１４の下端部１４ａが地盤１２の液状化層１２ｂ中にある。構造物１０の周囲の地盤１２に壁体１４を下方に向けて圧入して構造物１０の直下の地盤を壁体１４で連続的に囲む。壁体１４の下端部１４ａは地盤１２の液状化層１２ｂ中に留めた。ここで、壁体１４の下端部１４ａは地盤１２の液状化層１２ｂの深さの１／３〜２／３の位置にあることが好ましい。また、構造物１０は既設戸建住宅などの既設構造物であることが好ましい。また、壁体１４は軽量鋼矢板であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震によって生じた地盤の液状化による既設住宅等の既設構造物の沈下被害や傾斜被害を抑制する液状化被害抑制構造及び液状化被害抑制工法に関するものである。

沿岸地域の住宅地などの地盤は内部に多くの水分を含んでいる砂質土系の地盤である場合が多く、このような地盤は地震によって揺れると地盤内部の大量の水分が地盤と分離して液状化する。液状化した地盤は耐力を失い既設構造物等の重量を支えることが出来ず、不均一に沈下する。また、地震によって各処にできた裂け目から泥水や土砂を噴出する場合もある。この結果、地盤の上に水平に建築されていた住宅等の構造物は沈下したり傾斜して居住が困難になってしまうことがある。

このような液状化被害に対しては、地盤の液状化を防止する工法や地盤上の構造物の傾
斜を防止する工法などが種々提案され、実施されている。

地盤の液状化を防止する工法としては、例えば、締固などにより地盤の空隙率を減少させ、土分密度を増大させることによって耐液状化強度を増大させる密度増大工法、セメントあるいはセメント系固化剤を地盤と混合して地盤を改良する固結工法、液状化する土層を液状化しにくい材料に置き換える置換工法、土中の水分を排出させることにより液状化を防止する地下水位低下工法、地震時に発生する過剰間隙水圧の上昇を抑制する間隙水圧消散工法、地震時に発生するせん断変形を地中壁２８によって抑制するせん断変形抑制工法（図７参照）などが知られている。

また、地盤上の構造物の傾斜を防止する工法としては、液状化が発生しても杭により構造物を安定・支持させる杭工法、杭や矢板の引き上げ抵抗力にて浮き上がりを防止する杭・矢板工法、埋設管に可撓継手を設けて地盤変形に追随させる可撓継手工法、構造物直下の地盤を非液状化層まで鋼矢板で囲むことによって地盤のせん断変形を抑制し、地盤の液状化を防止する鋼矢板リング工法などが知られている。

しかし、上述した各種の液状化被害防止工法は、ほとんどが構造物を建てる前の地盤に施されるものであり、既設構造物では施工が困難であり、施工コストが高いことからも、既設構造物ではほとんど実施されていない。

また、上述した各種の液状化被害防止工法のうち、既設構造物の周囲の地盤に鋼矢板を非液状化層まで打ち込む工法は打込費用が掛かるし、鋼矢板の下端部が非液状化層によって支持されるので、対策を施した構造物のみ沈下せず、周辺が沈下することによって、ライフラインに障害が出る。また、地震波が非液状化層から鋼矢板を伝わって構造物に直接伝達されるので、構造物自体の揺れが大きくなり易い。

また、上述した各種の液状化被害防止工法には地下水の排水を併用する工法が含まれているが、これらの工法は地盤沈下を引き起こすおそれがあり、既設構造物では沈下被害や傾斜被害を生じさせる危険性があるので、適用が困難である。

特許第３８９８９２９号公報 特許第２７０７９３９号公報 特開平８−１３５１４号公報 特開２００２−１６７７７８号公報 特開２０００−１７０１４８号公報

本発明が解決しようとする課題は、戸建住宅などの既設構造物は、隣家との隙間が狭隘なので、液状化対策の工事を行うために大型の機械を入れることが困難で、従来工法による液状化対策の工事を行うことが困難な点である。

本発明は、既設構造物の隣家間の隙間が狭溢な場所においても静謐に液状化対策工を可能とするため、既設構造物の周囲に壁体（鋼矢板等）をその下端部が非液状化層の手前、液状化層中に留めた状態で圧入させることを最も主要な特徴とする。

すなわち、本発明に係る液状化被害抑制構造は、構造物の直下若しくは近傍の地盤が壁体で連続的に囲まれ、近傍の場合には構造物下部と壁体が接続され、該壁体の下端部が地盤の液状化層中にあることを特徴とするものである。また、本発明に係る液状化被害抑制工法は、構造物の周囲の地盤に壁体を下方に向けて圧入して構造物の直下の地盤を壁体で連続的に囲む液状化被害抑制工法であって、該壁体の下端部を地盤の液状化層中に留めたことを特徴とするものである。なお、前記壁体は鋼矢板であることを特徴とするものである。

ここで、前記壁体の下端部は地盤の液状化層の深さの１／３〜２／３の位置にあることが好ましい。また、前記構造物は既設戸建住宅などの既設構造物であることが好ましい。また、前記壁体は鋼矢板若しくは軽量鋼矢板であることが好ましい。

本発明は、軽量鋼矢板を小型の圧入機で地中に圧入させるだけの小規模工事なので、隣家との間が狭隘な場所で、静謐に工事を行うことができ、従って、既設戸建住宅の液状化対策に適用することができるという利点がある。

また、本発明は、廉価な軽量鋼矢板を使用すること、および地盤への打ち込み深さが液状化層の深さの１／３〜２／３の位置と浅いため、小型の圧入機を使用するだけの小規模工事で液状化対策をすることができるので、廉価な費用で液状化対策を行うことができるという利点がある。

なお、軽量鋼矢板の形状の一例を図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。軽量鋼矢板は例としては、板厚が４．０〜７．０ｍｍであり、冷間ロール成形により製造されたものである。もちろん、本発明の壁体は軽量鋼矢板に限定するものではなく、大規模なものや液状化層が深い場合などは、熱間成形された鋼矢板（板厚１０ｍｍ以上）を用いてもよい。

また、本発明は、液状化対策工で地下水を抜き取らないので、地盤沈下の恐れがなく、従って、既設戸建住宅の液状化対策にリスクなく適用することができるという利点がある。

図１は本発明の一実施例を示す説明図である。 図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は軽量鋼矢板断面の一例を示し、（ｄ）は軽量鋼矢板の設置平面図の一例を示し、（ｅ）は熱間鋼矢板断面の一例を示す。 図４は本発明で使用した振動実験装置の説明図である。 図５は軽量鋼矢板の深さ条件を示す説明図である。 図６は液状化層の厚さに対する鋼矢板根入れ深さの比と建物の最大傾斜角（度）との関係を示すグラフである。 図７は地中壁によって地盤のせん断変形を抑制して液状化を防止するせん断変形抑制工法の説明図である。 図８は根入れ深さ比に対する傾斜角軽減比の実験データを示すグラフである。 図９は根入れ深さ比に対する沈下量軽減比の実験データを示すグラフである。 図１０は根入れ深さ比に対する傾斜角軽減比を直線で示すグラフである。 図１１は根入れ深さ比に対する沈下量軽減比を直線で示すグラフである。 図１２は地盤の液状化で傾斜した建物を示す説明図である。

既設戸建住宅などの既設構造物の隣家との間の狭溢な場所において静謐に液状化対策工を可能とするという目的を、地盤沈下を生じさせることなく、廉価に実現した。

図１は本発明の一実施例を示す説明図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図であり、これらの図において、１０は既設戸建住宅などの構造物、１２は構造物１０が設置されている地盤である。地盤１２は内部の深い部位にある非液状化層１２ａと、非液状化層１２ａの上に大量の水を含んだ状態で存在している液状化層１２ｂと、液状化層１２ｂの上に積層されている表土としての非液状化層１２ｃからなる。

１４は図３に示す断面を有する軽量鋼矢板であり、軽量鋼矢板１４は構造物１０に沿って地盤１２の内部に向けて順次圧入され、隣り合う軽量鋼矢板１４，１４は相互に連結されて構造物１０の直下の地盤を囲繞した状態になっている。軽量鋼矢板１４は小型の圧入機を用いて地盤中に圧入されている。軽量鋼矢板１４の下端部１４ａは非液状化層１２ａに到達させず、液状化層１２ｂ中、液状化層１２ｂの１／３〜２／３の深さに留められている。

図４は本発明で使用した振動実験装置の説明図である。同図において、１６は起震装置であり、起震装置１６の上には水槽１８が設置されている。水槽１８の底部には砂利層からなる非液状化層２０が形成され、非液状化層２０の上には液状化層２２が積層形成され、液状化層２２の上には非液状化層２４が積層形成されている。液状化層２２と非液状化層２４の境界線Ｌが水位の高さである。非液状化層２４の上には住宅模型２６が設置されている。

この実験装置を用い、図５の（ａ）〜（ｄ）に示すように、住宅模型２６の下方の液状化層２２を鋼矢板模型１４で囲んだ住宅模型２６と、住宅模型２６の下方の液状化層２２を鋼矢板模型１４で囲まなかった住宅模型２６について振動実験を行い、液状化層の厚さに対する鋼矢板根入れ深さの比（根入れ深さ比）と、建物の最大傾斜角（度）との関係を求めたところ、表１及び図６に示す通りとなった。

一般的には、住宅等における居住に耐えうる傾斜限界角は、６／１０００（０．３４度）［日本住宅性能表示基準］と定められている。しかしながら、当該実験モデルは実際の住宅などに比べスケール上の差異があり、現実に生じるであろう傾斜よりも大きく傾斜する傾向がある。この誤差を補正すると、当該実験モデル上の建物の傾斜限界値は、傾斜角が１度程度と推定することが出来る。この条件で許容できる液状化層の厚さに対する鋼矢板根入れ深さの比を求めたところ、液状化層の１／３〜２／３程度の深さまで鋼矢板１４を根入れしておけば、建物の傾斜角が傾斜限界値（１度）以下に抑えられることがわかる。そこで、本発明は、かかる結果に基づき、鋼矢板の最良根入れ深さ比を液状化層の１／３〜２／３とした。

実施例１では住宅模型を用いて振動実験を行い、地盤の液状化による住宅模型の最大傾斜角（θ）を求めたが、住宅模型は実際の建物と比べてかなり軽いので、この実験で得られた最大傾斜角は実際の住宅を振動させた場合に得られる最大傾斜角との誤差が大きくなる傾向がある。なお、前記、縮尺上の差異による誤差は、遠心加速度を付与することにより、実地盤の応力状態を再現できるため、一般的に軽減できる。

そこで、実際の住宅を振動させた場合に得られる最大傾斜角により近付けるため、住宅模型を載せた振動装置（図４）を遠心力載荷試験装置に載せ、住宅模型（１／４０）に遠心力（４０Ｇ）を加えて実物大実験に近い地盤応力状態を作り、この条件で振動実験を行い、住宅模型の最大傾斜角度と沈下量を求めた。

そして、無対策（鋼矢板なし）の場合の最大傾斜角度に対する対策有（鋼矢板あり）の場合の最大傾斜角度の比（傾斜角軽減比）を求め、傾斜角軽減比と鋼矢板根入れ深さ比との関係をグラフ化したところ、図８のグラフが得られた。また、無対策（鋼矢板なし）の場合の沈下量に対する対策有（鋼矢板あり）の場合の沈下量の比（沈下量軽減比）を求め、沈下量軽減比と鋼矢板根入れ深さ比との関係をグラフ化したところ、図９のグラフが得られた。なお、根入れ深さ比とは、液状化層の厚さに対する鋼矢板の根入れ深さの比を示すものである。

次に、図８のグラフを使い易くするため、図８の傾斜角軽減比と鋼矢板根入れ深さ比との関係を回帰分析して、傾斜角軽減比と鋼矢板根入れ深さ比との関係を直線で示す近似式とし、この近似式をグラフ化したところ図１０に示す通りとなった。また、図９のグラフを使い易くするため、沈下量軽減比と鋼矢板根入れ深さ比との関係を回帰分析して、沈下量軽減比と鋼矢板根入れ深さ比との関係を直線で示す近似式とし、この近似式をグラフ化したところ図１１に示す通りとなった。

次に、図１０及び図１１を用いて、実施例１で壁体の下端部が地盤の液状化層の深さの１／３〜２／３の位置が好ましいとしたことについて、更に検証した。

まず、国（内閣府）の指針に基づく、傾斜による被害認定調査基準は表２に示す通りである。

表２に示される基準によれば、建物の被害程度を半壊被害から、被害認定されないレベルまで軽減効果を得ようとする場合、水平方向のずれを２ｃｍから１．２ｃｍ未満とする必要があり、必要となる水平方向のずれの軽減比は１．２ｃｍ／２ｃｍ＝０．６である。さらに、一般的な安全率を考慮すれば軽減比０．５以下を目標とすることが好ましいと言える。そして、軽減比０．５以下となる根入れ深さ比は、図１０から、約０．３３（１／３）以上であることがわかる。

また、図１０から、根入れ深さ比約０．６６（２／３）のとき、傾斜角軽減比は０となり、傾斜の被害はほぼ０となるので、根入れ深さ比０．６６で、十分な軽減効果が得られることがわかる。根入れ深さ比０．６６以上から１の範囲は、根入れ深さ比０．６６の場合と効果は同じであり、鋼矢板の材料が増加し、材料コストが増加するだけなので、鋼矢板根入れ深さ比は液状化層の厚さの１／３〜２／３とすることが好ましい。

沈下量軽減比に関しても、図１１に示される通り、図１０と同様の傾向を示す。沈下量軽減比は、傾斜角軽減比と同様の軽減効果となることが判るため、傾斜角軽減比と同じく、根入れ深さ比を液状化層の厚さの１／３〜２／３とすることが好ましい。

なお、前記壁体は廉価である軽量鋼矢板が最良であるが、状況に応じ、鋼矢板やコンクリート製の矢板を用いても良いし、連続地中壁などの比較的大規模な壁体であっても良い。

本発明は、道路の縁に沿って軽量鋼矢板を連続的に圧入させることによって、道路の液状化対策にも適用でき、また、地域の避難場所となっている広場に軽量鋼矢板を升目状に圧入させることにより、広場の液状化対策にも適用できる。

１０ 構造物
１２ 地盤
１２ａ 非液状化層
１２ｂ 液状化層
１２ｃ 非液状化層
１４ 鋼矢板
１６ 起震装置
１８ 水槽
２０ 非液状化層
２２ 液状化層
２４ 非液状化層
２６ 住宅模型

Claims (9)

1. 構造物の直下の地盤が所定幅の壁体で連続的に囲まれ、該壁体の下端部が地盤の液状化層中にあり、該下端部が地盤の液状化層の深さの１／３以上の位置にあることを特徴とする液状化被害抑制構造。
2. 前記壁体の下端部が地盤の液状化層の深さの１／３〜２／３の位置にあることを特徴とする請求項１に記載の液状化被害抑制構造。
3. 前記壁体が鋼矢板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液状化被害抑制構造。
4. 前記構造物が既設戸建住宅などの既設構造物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液状化被害抑制構造。
5. 前記壁体が軽量鋼矢板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液状化被害抑制構造。
6. 構造物の周囲の地盤に所定幅の壁体を下方に向けて圧入して構造物の直下の地盤を壁体で連続的に囲む液状化被害抑制工法であって、該壁体の下端部を地盤の液状化層の深さの１／３以上に留めたことを特徴とする液状化被害抑制工法。
7. 前記壁体の下端部が地盤の液状化層の深さの１／３〜２／３の位置にあることを特徴とする請求項６に記載の液状化被害抑制工法。
8. 前記構造物が既設戸建住宅などの既設構造物であることを特徴とする請求項６又は７に記載の液状化被害抑制工法。
9. 前記壁体が軽量鋼矢板であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の液状化被害抑制工法。

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