JP2017053175A - 杭式構造物の地盤流動対策構造及びその工法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便且つ安価で側方流動による地盤の水平移動に対抗でき、施設の役割に応じた耐震性能の差にも対応可能な杭式構造物の地盤流動対策構造及びその工法の提供。【解決手段】この構造では、流動化層４下の支持層３まで地盤２に貫入させた杭５，５...からなる基礎部６に上部構造体を支持させてなる杭式構造物１にあって、杭５，５...を囲むように流動化層４に形成された変位従動部１０を備え、変位従動部内１０には、流動化層４を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材１１を備え、変位する流動化層４に対し杭５，５...が相対移動できるようにしている。【選択図】図１

Description

本発明は、地震動等に伴う地盤の流動から桟橋等の杭式構造物を保護する為の杭式構造物の地盤流動対策構造及びその工法に関する。

従来、桟橋等の杭式構造物は、地盤上に立設された複数の杭からなる基礎部を備え、この複数の杭からなる基礎部を構成する上端に上部構造体が支持されている。

杭が支持される地盤は、一般的に、強固な支持層上に砂等からなる層（以下、流動化層という）が堆積した構造を成し、各杭は、下端が流動化層を貫通して支持層にまで貫入されている。

一方、このような地盤では、大規模な地震が発生した際、砂等からなる流動化層が液状化等によって支持層上を滑動し、大きく変位する現象（以下、側方流動という）が生じるおそれがある。

このような側方流動が発生すると、流動する流動化層の土圧によって下端が支持層に固定された各杭に対しせん断力が作用し、せん断力によって杭が塑性変形し構造物が倒壊するおそれがある。

このような側方流動への対策としては、流動化層を地盤改良し、地盤の強度を増すことによって流動する土砂に対抗する工法（例えば、特許文献１を参照）や、流動予測方向の上流側に防護壁を構築する工法（例えば、特許文献２を参照）等が知られている。

特開平１０−３２５１３７号公報 特開平１０−８４７５号公報

しかしながら、上述の如き従来の地盤改良による対策構造では、広範囲に亘って地盤改良をする必要があり、莫大な費用と労力を要するという問題があった。

また、上述の如き流動予測方向上流側に防護壁等を設ける構造では、流動する土砂の圧力に対抗するためには、防護壁の基礎（支柱）の下端を強固な支持層の深い位置まで打ち込む必要があり、莫大な費用と労力を要するという問題があった。

更に、杭式構造物である桟橋においては、地震発生後に軽微な修復で速やかに緊急物資輸送（船舶の利用、人の乗降及び緊急物資等の荷役作業）又は幹線貨物輸送（船舶の利用及び幹線貨物の荷役作業）に耐え得る耐震性能を要求される特定耐震施設と、一定期間の後にある程度の修復で緊急物資の荷役に対応し得る耐震性能が要求される標準耐震施設とがある。

特定耐震施設と標準耐震施設とには、大地震発生後の施設としての役割等によって必要とされる耐震性能にも差があるところ、従来の技術では、これらの耐震性能の差に対応できず、施設によっては、費用対効果が低くなる場合があった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、簡便且つ安価で側方流動による地盤の水平移動に対抗でき、施設の役割に応じた耐震性能の差にも対応可能な杭式構造物の地盤流動対策構造及びその工法の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、流動化層下の支持層まで地盤に貫入させた杭からなる基礎部に上部構造体を支持させてなる杭式構造物の地盤流動対策構造において、前記杭を囲むように前記流動化層に形成された変位従動部を備え、該変位従動部内に前記流動化層を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材を備え、変位する流動化層に対し前記杭が相対移動できるようにしていることにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記変位従動部は、前記基礎部を構成する複数の杭を囲む形状に形成されたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記変位従動部は、前記基礎部を構成する複数の杭のうち特定の杭を囲む形状に形成され、前記特定の杭は、前記基礎部を構成する他の杭より根入れ深さの浅い倒壊防止用杭であることにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１〜３の何れか１の構成に加え、前記杭を囲む流動予測方向に向けた前記軟弱部材の両側に前記軟弱部材に比べ強度の高いガイド部用部材からなるガイド部を備えていることにある。

請求項５に記載の発明の特徴は、請求項１〜４の何れか１の構成に加え、前記変位従動部の内側面に、前記流動化層と前記軟弱部材とを隔てる可動壁を備えていることにある。

請求項６に記載の発明の特徴は、流動化層下の支持層まで貫入させた杭からなる基礎部に上部構造体を支持させてなる杭式構造物の地盤流動対策工法において、前記杭の周囲の前記流動化層を構成する土砂を除去して変位従動部を形成した後、除去した土砂に替えて前記変位従動部内に前記流動化層を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材を充填する杭式構造物の流動対策工法にある。

請求項７に記載の発明の特徴は、流動化層下の支持層まで貫入させた杭からなる基礎部に上部構造体を支持させてなる杭式構造物の地盤流動対策工法において、前記杭の周囲の前記流動化層を構成する土砂の強度を低下させることにより、前記杭を囲む変位従動部を形成するとともに、前記変位従動部内の土砂を前記流動化層を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材とする杭式構造物の流動対策工法にある。

本発明に係る杭式構造物の地盤流動対策構造は、上述したように、流動化層下の支持層まで地盤に貫入させた杭からなる基礎部に上部構造体を支持させてなる杭式構造物の地盤流動対策構造において、前記杭を囲むように前記流動化層に形成された変位従動部を備え、該変位従動部内に前記流動化層を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材を備え、変位する流動化層に対し前記杭が相対移動できるようにしていることにより、土砂が流動することによって杭に作用するせん断力を軽減し、桟橋等の杭式構造物の倒壊を防止することができる。

また、本発明において、前記変位従動部は、前記基礎部を構成する複数の杭を囲む形状に形成されたことにより、基礎部を構成する全て又はその大半の杭の塑性変形を防止でき、大規模地震が発生した際、軽微な修復で速やかに緊急物資輸送（船舶の利用、人の乗降及び緊急物資等の荷役作業）又は幹線貨物輸送（船舶の利用及び幹線貨物の荷役作業）に耐え得る高い耐震性能を確保することができる。

また、本発明において、前記変位従動部は、前記基礎部を構成する複数の杭のうち特定の杭を囲む形状に形成され、前記特定の杭は、前記基礎部を構成する他の杭より根入れ深さの浅い倒壊防止用杭であることにより、一定期間の後にある程度の修復で地震後の緊急物資輸送（船舶の利用及び幹線貨物の荷役作業）に対応可能な耐震性能を安価に確保することができる。

更に、本発明において、前記杭を囲む流動予測方向に向けた前記軟弱部材の両側に前記軟弱部材に比べ強度の高いガイド部用部材からなるガイド部を備えていることにより、流動化層の変位方向を好適に制御することができる。

更にまた、本発明において、前記変位従動部の内側面に、前記流動化層と前記軟弱部材とを隔てる可動壁を備えていることにより、側方流動が発生した際に変位従動部の形状を保持することができる。

本発明に係る杭式構造物の地盤流動対策工法は、流動化層下の支持層まで貫入させた杭からなる基礎部に上部構造体を支持させてなる杭式構造物の地盤流動対策工法において、前記杭の周囲の前記流動化層を構成する土砂を除去して変位従動部を形成した後、除去した土砂に替えて前記変位従動部内に前記流動化層を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材を充填することにより、或いは、前記杭の周囲の前記流動化層を構成する土砂の強度を低下させることにより、前記杭を囲む変位従動部を形成するとともに、前記変位従動部内の土砂を前記流動化層を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材とすることにより、杭式構造物の新設、既設を問わず地盤流動対策を講ずることができる。

（ａ）は本発明に係る杭式構造物の地盤流動対策構造の一例を示す断面図、（ｂ）は同Ａ−Ａ線矢視図である。 （ａ）は図１の地盤が流動化した状態を示す断面図、（ｂ）は同Ａ−Ａ線矢視図である。 （ａ）は本発明に係る杭式構造物の地盤流動対策構造の他の一例を示す断面図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ線矢視図である。 （ａ）は図３の地盤が流動化した状態を示す断面図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ線矢視図である。

次に、本発明に係る杭式構造物の地盤流動対策構造の実施態様を図１、図２に示した実施例に基づいて説明する。

本実施例では、杭式構造物１として水底地盤２上に立設された桟橋を例に説明し、図中符号１は桟橋等の杭式構造物、図中符号２は水底地盤である。

水底地盤２は、なだらかに傾斜した強固な支持層３上に砂等が堆積して流動化層４が形成され、大規模な地震が発生した際には、液状化等によって流動化層４が支持層３上を傾斜に沿って滑動して変位（以下、側方流動という）するおそれがある。

杭式構造物１は、水底地盤２等の地盤に立設された複数の杭５，５...からなる基礎部６と、各杭５，５...の上端に支持された上部構造体７とを備え、各杭５，５...は、下端が流動化層４を貫通して支持層３の所定の深さまで貫入されている。

このように構成された杭式構造物１における地盤流動対策構造は、杭５，５...を囲むように流動化層４に形成された変位従動部１０を備え、その変位従動部１０内には、少なくとも一部に軟弱部材１１を備えている。

変位従動部１０は、図１（ｂ）に示すように、杭５，５...からなる基礎部６を囲む穴状に形成され、支持層４まで至らない深さになっている。

この変位従動部１０は、基礎部６の周囲から流動予測方向に向けて延長された形状に形成され、且つ、基礎部６に対し流動予測方向の上流側に片寄せて配置されている。

また、変位従動部１０は、その内側面に鋼矢板やコンクリート等からなる可動壁１２を備え、変位従動部１０の形状が保持されている。

可動壁１２は、下端が支持層３から独立した状態で流動化層４内に設置され、側方流動が生じた際には、流動化層４の変位とともに杭５，５...からなる基礎部６に対し流動予測方向に相対移動できるようになっている。

また、可動壁１２には、その外周面より突出し、流動化層４に埋設されたアンカー部材１３，１３...を備え、変位従動部１０が流動化層４と一体的に移動する構造を成している。

軟弱部材１１は、流動化層４を構成する土砂に比べ強度の低いものであって、例えば、浚渫土等の軟弱土、発泡ウレタン樹脂等の樹脂、海水、その他の各種部材を適用することができる。

また、変位従動部１０内には、杭５，５...を囲む流動予測方向に向けた軟弱部材１１の両側に軟弱部材１１に比べ強度の高いガイド部用部材からなるガイド部１４，１４...を備え、基礎部６を構成する杭５，５...に対する流動化層４の流動方向を制御できるようにしている。

ガイド部用部材は、軟弱部材１１より強度が高いものであれば特に材質や成分等は限定されないが、例えば、流動化層４を構成する土砂を用いてもよく、その場合、施工の際に土砂の置き換えを省くことができ、コストの低減を図ることができる。

また、ガイド部用部材は、ウレタン樹脂等を使用し、軟弱部材１１より強度が高く、且つ、流動化層４を構成する土砂よりも強度が低くなるように構成してもよい。

尚、上述の実施例では、ガイド部用部材からなるガイド部１４，１４...を備えた場合について説明したが、変位従動部１０内を全て軟弱部材１１で充填するようにしてもよい。

このような杭式構造物に地盤流動対策を施す工法は、杭５，５...の周囲の流動化層４を構成する土砂を掘削により除去して変位従動部１０を形成した後、除去した土砂に替えて変位従動部１０内に流動化層４を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材１１を充填するようにしてもよく、変位従動部１０の形状に合わせて高圧でベントナイトや、水と空気とを噴射しつつ流動化層４を構成する土砂を攪拌し強度を低下させることにより、変位従動部１０を形成するとともに当該土砂を軟弱部材１１とするようにしてもよい。

このように構成された杭式構造物１の地盤流動対策構造では、平常の場合、図１に示すように、基礎部６を構成する各杭５，５...が軟弱部材１１を貫通して支持層３まで貫入されているので安定して支持された状態にある。

一方、大規模な地震動等が発生し、流動化層４が液状化等により支持層３上を滑動し、図２中矢印の方向に変位すると、流動化層４が各杭５，５...からなる基礎部６に対して相対移動する。

その際、変位従動部１０内には、流動化層４を構成する土砂に比べ強度の弱い軟弱部材１１が充填されているので、流動化層４の変位を吸収しつつ、各杭５，５...からなる基礎部６に対し流動化層４が好適に相対移動できるようになっている。

尚、変位従動部１０は、平常時において図１に示すように、基礎部６に対し流動予測方向の上流側に片寄せて配置されており、流動予測方向に十分な変位量が確保されている。

よって、各杭５，５...は、流動する流動化層４から直接土圧を受けず、当該土圧が軟弱部材１１によって緩衝されるので各杭５，５...に作用するせん断力が大幅に軽減され、各杭５，５...の塑性変形を防止することができる。

また、本実施例では、杭５，５...を囲む流動予測方向に向けた軟弱部材１１の両側に軟弱部材１１に比べ強度の高いガイド部用部材からなるガイド部１４，１４を備えていることにより、変位従動部１０の変位を流動予測方向に沿って誘導し、流動化層４の流動方向を制御できるようになっている。

尚、上述の実施例では、変位従動部１０を、基礎部６全体を囲む形状とした例について説明したが、変位従動部１０は、基礎部６を構成する複数の杭５，５...毎に分けて囲む形状に形成してもよく、杭５毎に囲む形状であってもよい。

次に、本発明に係る杭式構造物の流動対策構造の他の実施例について図３、図４に基づいて説明する。尚、上述の実施例と同様の構成には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施例における桟橋等の杭式構造物２０は、基礎部６を構成する杭のうち、特定の杭２１が基礎部６を構成する他の杭５，５より根入れ深さの浅い倒壊防止用杭となっており、その杭式構造物２０の地盤流動対策構造にあっては、変位従動部２２が複数の杭からなる基礎部６を構成する当該特定の杭２１を囲む形状になっている。

倒壊防止用杭は、その支持層３に対する根入れ深さが自重を支持し得る最小限の深さに留められている。

変位従動部２２は、当該特定の杭２１のみを囲む形状に形成され、且つ、流動予測方向に延長した形状を成し、内部に軟弱部材１１が充填されている。

また、変位従動部２２には、その内側面に鋼矢板やコンクリート等からなる可動壁２３を備え、変位従動部２２の形状が保持されている。

このように構成された杭式構造物の地盤流動対策構造では、側方流動が生じた際、図４に示すように、特定の杭２１を囲むように流動化層４に形成された変位従動部２２を備え、その内部に軟弱部材１１が充填されているので、流動化層４の変位を軟弱部材１１で吸収することで、杭２１と流動化層４とが円滑に相対移動でき、杭２１に作用するせん断力を大幅に軽減し、杭２１の塑性変形を防止することができる。

更に、特定の杭２１を倒壊防止杭２１とすることによって、基礎部６を構成する他の杭５，５に比べて根入れ深さが浅いことから側方流動時に杭２１に作用する曲げモーメントを軽減できるので杭２１の塑性変形を防止できる。

よって、図４に示すように、万が一他の杭５，５が塑性変形した場合であっても、倒壊防止杭２１，２１は、塑性変形を回避でき、杭式構造物１の倒壊を防止することができる。

杭式構造物である桟橋にあっては、地震発生後に軽微な修復で速やかに緊急物資輸送（船舶の利用、人の乗降及び緊急物資等の荷役作業）又は幹線貨物輸送（船舶の利用及び幹線貨物の荷役作業）に耐え得る耐震性能を要求される特定耐震施設と、一定期間の後にある程度の修復で緊急物資の荷役に対応し得る耐震性能が要求される標準耐震施設とがある。

特定耐震施設と標準耐震施設とには、大地震発生後の施設としての役割等によって要求される耐震性能にも差があり、特定耐震施設は、二か所以上で全塑性に達している杭が存在しないことが要求され、標準耐震施設では、基礎部を構成する杭の少なくとも１本が全塑性に達していないことが要求される。

図１、図２に示す実施例では、変位従動部１０が基礎部６全体を囲む形状に形成されているので、基礎部６を構成する杭５，５...の全て又はその大半の塑性変形を防止することができ、特定耐震施設として十分な耐震性能を確保することができる。

これに対し、図３、図４に示す実施例では、変位従動部２２が特定の杭２１のみを囲む形状に形成されているので、図１、図２に示す実施例に比べ、安価且つ簡便な構造となり、構造物全体としての地盤流動に対する抵抗力は劣るものの、特定の杭２１については、確実に塑性変形を防止でき、標準耐震施設として十分な耐震性能を確保することができる。

尚、上述の各実施例では、複数の杭５、５...からなる基礎部６を例に説明したが、基礎部は、単数の杭で構成されたものであってもよい。

尚、上述の各実施例では、桟橋を例に説明したが、杭式構造物１は桟橋に限定されず、陸上に設置された構造物等であってもよい。

１ 杭式構造物
２ 水底地盤
３ 支持層
４ 流動化層
５ 杭
６ 基礎部
７ 上部構造体
１０ 変位従動部
１１ 軟弱部材
１２ 可動壁
１３ アンカー部材
１４ ガイド部
２０ 杭式構造物
２１ 杭
２２ 変位従動部
２３ 可動壁

Claims (7)

1. 流動化層下の支持層まで地盤に貫入させた杭からなる基礎部に上部構造体を支持させてなる杭式構造物の地盤流動対策構造において、
   前記杭を囲むように前記流動化層に形成された変位従動部を備え、該変位従動部内に前記流動化層を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材を備え、
   変位する流動化層に対し前記杭が相対移動できるようにしていることを特徴とする杭式構造物の地盤流動対策構造。
2. 前記変位従動部は、前記基礎部を構成する複数の杭を囲む形状に形成されている請求項１に記載の杭式構造物の地盤流動対策構造。
3. 前記変位従動部は、前記基礎部を構成する複数の杭のうち特定の杭を囲む形状に形成され、前記特定の杭は、前記基礎部を構成する他の杭より根入れ深さの浅い倒壊防止用杭である請求項１に記載の杭式構造物の地盤流動対策構造。
4. 前記変位従動部内には、前記杭を囲む流動予測方向に向けた前記軟弱部材の両側に前記軟弱部材に比べ強度の高いガイド部用部材からなるガイド部を備えている請求項１〜３の何れか１に記載の杭式構造物の地盤流動対策構造。
5. 前記変位従動部の内側面に、前記流動化層と前記軟弱部材とを隔てる可動壁を備えている請求項１〜４の何れか１に記載の杭式構造物の地盤流動対策構造。
6. 流動化層下の支持層まで貫入させた杭からなる基礎部に上部構造体を支持させてなる杭式構造物の地盤流動対策工法において、
   前記杭の周囲の前記流動化層を構成する土砂を除去して前記杭を囲む変位従動部を形成した後、除去した土砂に替えて前記変位従動部内に前記流動化層を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材を充填することを特徴とする杭式構造物の流動対策工法。
7. 流動化層下の支持層まで貫入させた杭からなる基礎部に上部構造体を支持させてなる杭式構造物の地盤流動対策工法において、
   前記杭の周囲の前記流動化層を構成する土砂の強度を低下させることにより、前記杭を囲む変位従動部を形成するとともに、前記変位従動部内の土砂を前記流動化層を構成する土砂に比して強度の低い軟弱部材とすることを特徴とする杭式構造物の流動対策工法。
   

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