JP2016102380A - 地盤改良構造 - Google Patents

Abstract

【課題】液状化層が液状化した際の地中に埋設された地中構造物の浮き上がりを抑制する。【解決手段】地盤改良壁１００を共同溝５０の周囲に設けることで、地震時の液状化の際の共同溝５０の下側への土（泥水）の供給が抑制されると共に、共同溝５０の回転が抑制又は防止されるので、共同溝５０の浮き上がりが効果的に抑制又は防止される。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤改良構造に関する。

特許文献１には、ボックスカルバートの周囲地盤を地盤改良して形成した地盤改良体によって、ボックスカルバートを外側から補強して耐震性能を向上させるボックスカルバートの耐震補強構造が開示されている。

特許文献２には、既存トンネル外周に地盤改良材を注入して地盤のせん断剛性を高めることにより、トンネル外周の地盤の地震時せん断変形量を低減させ、且つ、トンネルのせん断変形量を低減させることで、トンネルの地震時発生断面力を低減させる既設トンネルの耐震補強方法が開示されている。

ここで、地中に埋設された地中構造物は、周辺地盤の液状化によって浮き上がる虞がある。また、周辺地盤の液状化によって地盤水平変位が増大したり表面波が増幅したりすることで、地中構造物が回転する虞がある。

特許５２６７８７９号 特許開２００１−２６９２２号

本発明は、液状化層が液状化した際の地中に埋設された地中構造物の浮き上がりを抑制することが課題である。

請求項１の地盤改良構造は、液状化層に埋設された地中構造物の下部外縁部に平面視において重なるように且つ前記液状化層の下の非液状化層に到達するように構築された地盤改良壁と、前記地中構造物の側壁部に接する前記地盤改良壁の上端部に設けられ、地盤水平変位により前記側壁部の下部に作用する土圧を大きくする土圧調整手段と、を備える。

請求項１の地盤改良構造では、液状化層における地中構造物の周囲に形成された地盤改良体によって、液状化の際の地中構造物の下側への土の供給が抑制される。

また、地中構造物の側壁部に接する地盤改良壁の上端部に設けられた土圧調整手段によって、液状化した際の地盤水平変位による側壁部の下部に作用する土圧が、土圧調整手段が設けられていない場合よりも大きくなる。よって、液状化層が液状化した際の地中構造物の回転が抑制される。

このように、上端部に土圧調整手段が設けられた地盤改良壁を地中構造物の周囲に設けることで、地震時の液状化の際の地中構造物の下側への土の供給が抑制されると共に、地中構造物の回転が抑制されるので、地中構造物の浮き上がりが効果的に抑制される。

請求項２の地盤改良構造は、前記土圧調整手段は、前記地盤改良壁の前記上端部に形成され、上側に向かって幅が狭くなる先細形状体である。

請求項２の地盤改良構造では、地盤改良壁の上端部には上側に向かって幅が狭くなる先細形状体が形成されている。よって、液状化した際の地盤水平変位による側壁部の下部に作用する土圧が大きくなる。したがって、液状化層が液状化した際の地中構造物の回転が抑制される。

請求項３の地盤改良構造は、前記土圧調整手段は、前記地盤改良壁の前記上端部に形成され、外側に突出する突出部である。

請求項３の地盤改良構造では、地盤改良壁の上端部には外側に突出する突出部が形成されている。よって、液状化した際の地盤水平変位による側壁部の下側に作用する土圧が大きくなる。また、突出部によって、回転抵抗が大きくなる。したがって、液状化層が液状化した際の地中構造物の効果的に回転が抑制される。

請求項４の地盤改良構造は、液状化層に埋設された地中構造物の下部外縁部に平面視において重なるように且つ前記液状化層の下の非液状化層に到達するように構築され、上端部が前記地中構造物の側壁部に接触する地盤改良壁と、前記地盤改良壁における前記非液状化層に到達する部位に設けられた幅広部と、を備える。

請求項４の地盤改良構造では、液状化層における地中構造物の周囲に形成された地盤改良体によって、地中構造物の下側への土の供給が抑制される。

また、地盤改良壁における液状化層に到達する部位に設けた幅広部によって、地盤改良壁の引抜き抵抗力と押込み抵抗力が大きくなる。よって、液状化層が液状化した際の地中構造物に対する地盤改良の拘束力が大きくなり、地中構造物の回転が抑制される。

このように、非液状化層に到達する部位に幅広部が設けられた地盤改良壁を地中構造物の周囲に設けることで、地震時の液状化の際の地中構造物の下側への土の供給が抑制されると共に、地中構造物の回転が抑制されるので、地中構造物の浮き上がりが効果的に抑制される。

請求項５の地盤改良構造は、液状化層に埋設された地中構造物の下側の前記液状化層に薬液を注入して形成され、空洞部を有する地盤改良体を備える。

請求項５の地盤改良構造では、液状化層における地中構造物の下側に薬液を注入して形成された地盤改良体によって、地中構造物の下側の液状化層の液状化が抑制されると共に土の供給が抑制される。また、空洞を設けることで、地盤改良体を低コストで形成することができる。したがって、液状化層が液状化した際の地中構造物の浮き上がりが低コストで抑制される。

請求項６の地盤改良構造は、前記地中構造物の外側に設けられ、前記液状化層の下の非液状化層に埋設された杭と、前記杭の上端部に設けられ、前記地中構造物の側壁部に近接又は接触する回転止部と、を備える。

請求項６の地盤改良構造では、地中構造物の外側に液状化層の下の非液状化層に埋設された杭が設けられると共に、杭の上端部に地中構造物の側壁部に近接又は接触する回転止部が設けられている。よって、液状化した際の地中構造物の回転が杭と回転止部とで抑制される。したがって、液状化層が液状化した際の地中構造物の浮き上がりが更に抑制される。

本発明によれば、液状化層が液状化した際の地中に埋設された地中構造物の浮き上がりを抑制することができる。

第一実施形態の地盤改良構造を模式的に示す縦断面図である。 第一実施形態の変形例の地盤改良構造を模式的に示す縦断面図である。 第二実施形態の地盤改良構造を模式的に示す縦断面図である。 第三実施形態の地盤改良構造を模式的に示す縦断面図である。 第四実施形態の地盤改良構造を模式的に示す縦断面図である。 本発明の地盤改良構造が適用されていない場合の地震時の共同溝の挙動を説明する縦断面図である。 第一実施形態の地盤改良構造によって共同溝の側壁部に作用する下側の水平力が大きくなった状態を説明する部分拡大縦断面図である。

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態について図１を用いて説明する。

（構造）
図１に示すように、地盤１０は、地震時に液状化する可能性のある液状化層１２と、液状化層１２の下層の支持層（非液状層）１４と、で構成されている。なお、説明を判り易くするため、地盤１０は、液状化層１２と支持層（非液状層）１４とで構成されているが、これに限定されない。３層以上の地層で構成されていてもよい。

地盤１０の液状化層１２に、地中構造物の一例としての共同溝５０が埋設されている。この共同溝５０の周囲には、地盤改良壁１００が構築されている。なお、本実施形態の共同溝５０は、鉄筋コンクリート製であるが、内部には空洞が形成されているので、水よりも比重が重いが、液状化層１２の土よりも比重が軽い。

本実施形態の地盤改良壁１００は、機械撹拌式工法もしくは高圧噴射撹拌工法によって改良杭をラップさせて形成することで構築されている。機械撹拌工法は、施工機械の回転軸の撹拌翼により原位置土と改良材とを混合撹拌することで地中に改良杭を造成して地盤改良壁を構築する工法である。なお、機械攪拌式工法もしくは高圧噴射撹拌工法は、周知の技術であるので、詳しい説明は省略する。また、高圧噴射撹拌工法は、既存の共同溝５０（地中構造物）であっても好適に実施できる。

地盤改良壁１００は、共同溝５０の周囲の下部外縁部５２に、平面視において重なるように構築されている。また、地盤改良壁１００は、下端部１０２が支持層１４に根入れ（埋設）もしくは着底されている。

また、地盤改良壁１００にける共同溝５０の側壁部５４に接する上端部１１０には、上側に向かって幅が狭くなる略三角形状の先細形状部１１２が形成されている。つまり、共同溝５０の側壁部５４に接する先細形状部１１２は、上部側ほど薄く下部側ほど厚くなっている。

（作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

まず、本発明の地盤改良構造が適用されていない場合の地震時（液状化層１２が液状化した際）の共同溝５０の挙動について説明する。

前述したように、共同溝５０は、水よりも比重が重いが液状化層１２の土よりも比重が軽い。よって、地震時に液状化層１２が液状化すると、矢印Ｗで示すように、共同溝５０には浮力が作用し、共同溝５０は浮き上がる。なお、共同溝５０が浮き上がる際に、矢印Ｋで示すように周囲から共同溝５０の下側へ土（泥水）が供給される。

また、地震時には表面波Ｓや水平変位Ｈが発生する。地震時の水平変位Ｈは上側（地表面１０Ａに近づくほど）が大きいので、動土圧は上側ほど（地表面に近づくほど）大きい。よって、共同溝５０の側壁部５４に作用する水平力Ｆは、上部側ほど大きい。このため共同溝５０に回転モーメントＭが生じ、共同溝５０が回転する。

しかし、図１に示すように、共同溝５０の周囲に地盤改良壁１００を設けることで、液状化の際の共同溝５０の下側への土（泥水）の供給が抑制される（図６の矢印Ｋを参照）。

ここで、共同溝５０の周囲に地盤改良壁１００を設けることで、共同溝５０の下側への土（泥水）の供給が抑制され、これにより共同溝５０の浮き上がりは抑制される。しかし、前述したように、地震時の水平変位の動土圧によって共同溝５０には回転モーメントＭ（図６参照）が生じる。そして、この回転モーメントＭによって共同溝５０が回転すると、部分的な浮き上がりが発生する虞がある。

しかし、本実施形態の地盤改良壁１００には、共同溝５０の側壁部５４に接する上端部１１０に、上側に向かって幅が狭くなる略三角形状の先細形状部１１２が形成されている。

動土圧による共同溝５０の側壁部５４に作用する水平力Ｆは、地盤ばねによって決まるため、壁厚と壁の硬さ、及び地盤変位量に依存する。つまり、地盤変位は外力であるため制御できないが、壁厚や壁の硬さを変えることで水平力の制御が可能となる。本実施形態の地盤改良壁１００の先細形状部１１２は、液状化層１２よりも硬く、上部側ほど薄く下部ほど厚くなっているので、先細形状部１１２を介して共同溝５０の側壁部５４に作用する水平力Ｆは、先細形状部１１２を介さない場合よりも、下部側の水平力Ｆが大きくなる（図６と図７とを比較参照）。よって、共同溝５０に生じる回転モーメントＭ（図６参照）が低減し、共同溝５０の回転が抑制又は防止される。

このように、本実施形態の地盤改良壁１００を共同溝５０の周囲に設けることで、地震時の液状化の際の共同溝５０の下側への土（泥水）の供給が抑制されると共に、共同溝５０の回転が抑制又は防止されるので、共同溝５０の浮き上がりがより効果的に抑制又は防止される。

［変形例］
つぎに、本実施形態の変形例について図２を用いて説明する。

図２に示すように、変形例の地盤改良壁１５０は、共同溝５０の周囲に、平面視において下部外縁部５２に重なるように、且つ、下端部１５２が支持層１４に根入れもしくは着底されるように、機械撹拌式工法もしくは高圧噴射撹拌工法によって構築されている。

地盤改良壁１５０の共同溝５０の側壁部５４に接する上端部１６０には、上部側ほど幅狭の階段状の先細形状部１６２が形成されている。よって、上記実施形態と同様に、地盤改良壁１５０の階段状の先細形状部１６２を介して共同溝５０の側壁部５４に作用する水平力Ｆは、先細形状部１６２を介さない場合よりも、下部側の水平力Ｆが大きくなる。よって、地震時の共同溝５０に生じる回転モーメントＭが低減し、共同溝５０の回転が抑制又は防止される。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について図３を用いて説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構造）
図３に示すように、本実施形態の地盤改良壁２００は、共同溝５０の周囲に、平面視において下部外縁部５２に重なるように、且つ、下端部２０２が支持層１４に根入れされるように、機械撹拌式工法によって構築されている。

地盤改良壁２００における共同溝５０の側壁部５４に接する上端部２１０には、外側に突出するスタビライザ２１２が形成されている。スタビライザ２１２は、共同溝５０の側壁部５４の上下方向の中心位置５４Ｐよりも下部側にかかるように形成されている。

（作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

共同溝５０の周囲に地盤改良壁２００を設けることで、液状化の際の共同溝５０の下側への土（泥水）の供給が抑制される（図６参照）。

また、地盤改良壁２００の上端部２１０に形成されたスタビライザ２１２が接触する共同溝５０の側壁部５４に作用する水平力Ｆは、スタビライザ２１２によって大きくなる。なお、スタビライザ２１２は、側壁部５４の上下方向の中心位置５４Ｐよりも下部側にかかるように形成されているので、側壁部５４の上下方向の中心位置５４Ｐよりも下部側に作用する水平力Ｆが大きくなる。よって、共同溝５０に生じる回転モーメントＭが低減する。更に、スタビライザ２１２によって回転抵抗が大きくなる。したがって、共同溝５０の回転が効果的に抑制又は防止される。

このように、本実施形態の地盤改良壁２００を共同溝５０の周囲に設けることで、地震時の液状化の際の共同溝５０の下側への土（泥水）の供給が抑制されると共に、共同溝５０の回転が抑制又は防止されるので、共同溝５０の浮き上がりが効果的に抑制又は防止される。

［変形例］
つぎに、本実施形態の変形例について説明する。

本実施形態のスタビライザ２１２は、共同溝５０の側壁部５４の上下方向の中心位置５４Ｐと共同溝５０の重心位置Ｇを通る水平線ＧＰとが一致又は略一致している。よって、スタビライザ２１２が、共同溝５０の側壁部５４の上下方向の中心位置５４Ｐよりも下側にかかるように形成することで、回転モーメントＭが低減する。

しかし、共同溝５０の側壁部５４の上下方向の中心位置５４Ｐと共同溝５０の重心位置Ｇを通る水平線ＧＰとが一致又は略一致していない場合は、共同溝５０の重心位置Ｇを通る水平線ＧＰよりも下側部位に作用する水平力Ｆが大きくなるように、スタビライザ２１２を形成する。

＜第三実施形態＞
次に、本発明の第三実施形態について図４を用いて説明する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構造）
図４に示すように、本実施形態の地盤改良壁３００は、共同溝５０の周囲に、平面視において下部外縁部５２に重なるように、且つ、下端部３０２が支持層１４に根入れされるように、機械撹拌式工法によって構築されている。

地盤改良壁３００の下端部３０２には、幅広のアンカー部３０４が形成されている。なお、図の想像線（二点破線）で示すアンカー部３３４及びアンカー部３４４に関しては、後述する。

（作用及び効果）
共同溝５０の周囲に地盤改良壁３００を設けることで、液状化の際の共同溝５０の下側への土（泥水）の供給が抑制される（図６参照）。

また、地盤改良壁３００の下端部３０２に形成したアンカー部３０４によって、地盤改良壁３００の引抜き抵抗力と押込み抵抗力が大きくなる。よって、液状化した際の共同溝５０に対する地盤改良壁３００の拘束力が大きくなり、共同溝５０の回転が抑制される。

このように、本実施形態の地盤改良壁３００を共同溝５０の周囲に設けることで、地震時の液状化の際の共同溝５０の下側への土（泥水）の供給が抑制されると共に、共同溝５０の回転が抑制又は防止されるので、共同溝５０の浮き上がりが効果的に抑制又は防止される。

［変形例］
つぎに、本実施形態の変形例について説明する。

図４では、地盤改良壁３００の下端部３０２に形成したアンカー部３０４は、支持層１４に完全に埋設されているが、このような構造に特定されない。

図４の想像線（二点破線）で示すアンカー部３３４のように、下部側は支持層１４に埋設され、上部側は液状化層１２に埋設された構造であってもよい。言い換えると、支持層１４と液状化層１２とに跨って形成されたアンカー部３３４であってもよい。

或いは、図４の想像線（二点破線）で示すアンカー部３４４のように、底面３４４Ａが支持層１４に接触するような構造であってもよい。

＜第四実施形態＞
次に、本発明の第四実施形態について図５を用いて説明する。なお、第一実施形態〜第三実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構造）
図５に示すように、共同溝５０の下側の液状化層１２に地盤改良体４００が構築されている。地盤改良体４００は、ボーリング等で水ガラス系の薬液を液状化層１２に注入することで構築される。薬液注入工法とは、地盤中に薬液を注入して地盤改良体を構築することで、地盤の透水性を減少させたり地盤の強化を図ったりする地盤改良工法である。薬液注入工法は、周知の技術であるので、詳しい説明は省略する。

本実施形態の地盤改良体４００は、下側が開口側の逆Ｕ字形状（漢字の「門」の字形状）とされ、空洞部４０２が形成されている。

なお、ここで云う空洞部とは、地盤中に薬液を注入せずに地盤改良体が形成されていない部位である。言い換えると、薬液で地盤改良されていない地盤部分のことであり、地盤中に空洞（空間）が形成されているわけではない。

共同溝５０の外側には、下端部４２２が支持層１４に根入れされた場所打ちの杭４２０が設けられている。この杭４２０の上端部には、共同溝５０の側壁部５４に近接又は接触する鉄筋コンクリート製等のブロック体４３０が設けられている。なお、図５は、共同溝５０の側壁部５４とブロック体４３０とが近接した状態を図示している。

本実施形態では、杭４２０及びブロック体４３０は、共同溝５０に隣接する既存の建物基礎を用いている。なお、既存の建物基礎を構成するブロック体４３０が共同溝５０の側壁部５４と隙間が大きくあいている場合は、コンクリート等を打設して隙間を埋めればよい。

（作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

共同溝５０の下側に薬液を注入して形成された地盤改良体４００によって、共同溝５０の下側の液状化層１２の液状化が抑制されると共に土の供給が抑制される。また、空洞部４０２を設けることで、地盤改良体４００を低コストで形成することができる。したがって、液状化した際の共同溝５０の浮き上がりが低コストで抑制される。

また、共同溝５０の外側に設けられた杭４２０及びブロック体４３０によって、共同溝５０の回転が止められる。

このように、本実施形態の地盤改良体４００を共同溝５０の下側に設けることで、低コストで地震時の液状化が抑制されると共に土の供給が抑制される。更に、杭４２０及びブロック体４３０によって共同溝５０の回転が止められるので、共同溝５０の浮き上がりが効果的に抑制又は防止される。

［変形例］
つぎに、本実施形態の変形例について説明する。

杭４２０及びブロック体４３０が設けられていない構造、言い換えると、地盤改良体４００のみで共同溝５０の浮き上がりを抑制又は防止してもよい。

また、図５に示すように、薬液を注入して構築する地盤改良体４００は、下側が開口側の逆Ｕ字形状（漢字の「門」の字形状）とされていたが、これに限定されない。

例えば、上側が開口側のＵ字形状（溝状）の地盤改良体であってもよい。或いは、矩形枠状（漢字の「口」の字形状）の地盤改良体であってもよい。或いは、矩形枠内に十字がある構造（漢字の「田」の字形状）の地盤改良体であってもよい。要は、所望の共同溝５０の浮き上がり抑制効果が得られる範囲内で、空洞部が形成されていればよい。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、共同溝５０の側壁部５４の上部側に作用する水平力Ｆ（動土圧）を小さくするため、液状化層１２よりも体積圧縮係数の小さい（軟らかい）改良体（例えば、ウレタンスポンジ等）を共同溝５０の側壁部５４の上部側の横に設けてもよい。

上述の複数の実施形態及び変形例は、適宜、組み合わされて実施可能である。例えば、第一実施形態の地盤改良壁１００の下端部１０２に第二実施形態のアンカー部３０４を形成してもよい。

また、例えば、共同溝５０以外の地中構造物であってもよい。暗渠（あんきょ）や地下道であってもよい。

また、上記実施形態では、地盤１０は、説明を判り易くするため、液状化層１２と支持層（非液状層）１４との二層で構成されていたが、これに限定されない。各層が複数層で構成されていてもよい。

また、支持層（非液状層）１４の下層に、更に液状化層と支持層（非液状層）とがあるような構成であってもよい。この場合、地盤改良壁は下側の支持層（非液状層）に到達するように構築されていてもよい。また、地盤改良壁は下側の支持層（非液状層）に到達するように構築されている場合、第三実施形態のアンカー部（幅広部）は、上側の支持層（非液状層）１４に対応する部位に構築されていてよいし、下側の支持層（非液状層）に対応する部位に構築されていてもよいし、両方に構築されていてもよい。

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない

１０ 地盤
１２ 液状化層
１４ 支持層（非液状化層）
５０ 共同溝（地中構造物）
５２ 下部外縁部
５４ 側壁部
１００ 地盤改良壁
１１２ 先細形状部（先細形状体、土圧調整手段）
１５０ 地盤改良壁
１６２ 先細形状部（先細形状体、土圧調整手段）
２００ 地盤改良壁
２１２ スタビライザ（突出部、土圧調整手段）
３００ 地盤改良壁
３０４ アンカー部（幅広部）
３３４ アンカー部（幅広部）
３４４ アンカー部（幅広部）
４００ 地盤改良体
４２０ 杭
４３０ ブロック体（回転止部）

Claims (6)

1. 液状化層に埋設された地中構造物の下部外縁部に平面視において重なるように且つ前記液状化層の下の非液状化層に到達するように構築された地盤改良壁と、
   前記地中構造物の側壁部に接する前記地盤改良壁の上端部に設けられ、地盤水平変位により前記側壁部の下部に作用する土圧を大きくする土圧調整手段と、
   を備える地盤改良構造。
2. 前記土圧調整手段は、
   前記地盤改良壁の前記上端部に形成され、上側に向かって幅が狭くなる先細形状体である、
   を請求項１に記載の地盤改良構造。
3. 前記土圧調整手段は、
   前記地盤改良壁の前記上端部に形成され、外側に突出する突出部である、
   を請求項１に記載の地盤改良構造。
4. 液状化層に埋設された地中構造物の下部外縁部に平面視において重なるように且つ前記液状化層の下の非液状化層に到達するように構築され、上端部が前記地中構造物の側壁部に接触する地盤改良壁と、
   前記地盤改良壁における前記非液状化層に到達する部位に設けられた幅広部と、
   を備える地盤改良構造。
5. 液状化層に埋設された地中構造物の下側の前記液状化層に薬液を注入して形成され、空洞部を有する地盤改良体を備える地盤改良構造。
6. 前記地中構造物の外側に設けられ、前記液状化層の下の非液状化層に埋設された杭と、
   前記杭の上端部に設けられ、前記地中構造物の側壁部に近接又は接触する回転止部と、
   を備える請求項５に記載の地盤改良構造。