JP2021055300A

JP2021055300A - 液状化対策地盤

Info

Publication number: JP2021055300A
Application number: JP2019177303A
Authority: JP
Inventors: 溝口　恭子; Kyoko Mizoguchi; 恭子溝口
Original assignee: KUMIKAWA TEKKOSHO KK; Kumikawa Iron Works KK
Current assignee: KUMIKAWA TEKKOSHO KK; Kumikawa Iron Works KK
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-04-08

Abstract

【課題】地震等によって地盤が液状化するのを簡易な構成で安価に抑制できる液状化対策地盤を提供する。【解決手段】地震の振動によって液状化し易い液状化層４内に、振動を吸収する振動吸収材１０を分散して混合した。振動吸収材１０は、樹脂またはゴム製の弾性材からなる。これにより、地震により繰り返し振動が加わったとき、振動エネルギの一部は振動吸収材１０で吸収され、振動は低減される。その結果、液状化層４内の砂粒子の間隙の水圧が上昇するのが抑えられ、剪断応力、摩擦力による砂粒子同士の結びつきが弱まるのが抑えられる。それにより、砂粒子が沈降し地盤１が液状化して強さが失われ建造物２が沈下するのが抑えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、地震等により振動が発生したときに砂質及び水分を多く含む軟弱地盤が液状化するのを抑制する液状化対策地盤に関するものである。

砂質及び地下水を多く含む地盤は、砂粒子同士が接触し、それらの間の剪断応力、摩擦力によって通常は安定した状態に維持されている。しかし、地震などによって連続した振動が加わると、砂粒子の間隙の水圧が上昇して、剪断応力、摩擦力が減少し砂粒子同士の結びつきが弱まって、砂粒子は沈降し地下水は上昇する液状化現象が発生する。そして、砂粒子同士の隙間が小さくなって地盤は沈下し、建造物も沈み込み倒壊する。

地盤の液状化を抑制する対策として、例えば特許文献１には、地中壁で包囲された液状化層内に支持層から地表面に向けて延び、各々が複数の開口を備える複数の排水部材
が挿設された地盤構造が開示されている。この地盤構造によれば、液状化の際に地盤内に発生する過剰間隙水圧を消散、低減させることができ、それにより、地盤の不等沈下を抑制することができる。

特開２０１３−２３８０３４号公報

しかし、従来提案されている液状化対策地盤は、その構築に大規模な工事を要することが多く、特許文献１に記載の地盤構造も、液状化層内に複数の排水部材を挿設するため、同様に大がかりな工事が必要となって多大な費用も発生する。

そこで、本発明は、地震等によって地盤が液状化するのを簡易な構成で安価に抑制できる液状化対策地盤の提供を課題とする。

請求項１乃至請求項３、請求項７の液状化対策地盤は、地震の振動によって液状化し易い液状化層に、振動を吸収する振動吸収材が分散して混合されている。
ここで、振動吸収材は、樹脂またはゴム製の弾性材からなるものとすることができる。
また、振動吸収材は、スプリング材からなるものとすることができる。

請求項４乃至請求項６、請求項７の液状化対策地盤は、地震の振動によって液状化し易い液状化層に、液状化層内の土砂に作用して浮力により土砂の沈降を抑制する沈降抑制材が分散して混合されている。
ここで、沈降抑制材は、樹脂発泡体からなるものとすることができる。
また、沈降抑制材は、中空殻体からなるものとすることができる。

請求項１乃至請求項３の発明は、液状化層に振動吸収材が分散して混合されており、地震により繰り返し振動が加わったとき、振動エネルギの一部は振動吸収材で吸収され、振動は低減される。これにより、液状化層内の砂粒子の間隙の水圧が上昇するのが抑えられ、剪断応力、摩擦力による砂粒子同士の結びつきが弱まるのが抑えられる。その結果、砂粒子が沈降し地盤が液状化して強さが失われ構造物が沈降するのが抑えられる。

請求項４乃至請求項６の発明は、液状化層に沈降抑制材が分散して配合されており、沈降抑制材は、泥水化する液状化層の水による浮力を受ける。これにより、沈降抑制材は、浮揚力が発生し、その上方にあって上面に載置されている液状化層内の砂粒子等を下方から受けて支持し、砂粒子等が沈降するのを抑え、地盤が液状化するのを抑制することができる。

請求項７の発明は、液状化層内に振動吸収材と沈降抑制材とが混合されているので、砂粒子の間隙の水圧が上昇するのを抑えて、砂粒子同士の結びつきが弱まるのを抑えることができる。また、沈降抑制材は、液状化層内の水の浮力を受け、浮揚力により下方から砂粒子等を受けて支持するので、砂粒子等が沈降するのが抑制される。これらの結果、地盤が液状化して強さが失われ構造物が沈降するのをより一層抑えることができる。

そして、本発明の液状化対策地盤は、特に、液状化層内に振動吸収材あるいは沈降抑制材を分散して混合するだけでよいので、簡易な構成で安価に液状化を抑制することができる。

本発明の第一実施形態の液状化対策地盤を示す概略図である。図１の振動吸収材を示す図である。本発明の第二実施形態の液状化対策地盤の沈降抑制材を示す外面図である。本発明の第二実施形態の別の沈降抑制材を示す縦断面図である。本発明の第二実施形態の更に別の沈降抑制材を示し、(a)は斜視図、(b)は正面図である。本発明の第二実施形態の更に別の沈降抑制材を示し、(a)は斜視図、(b)は側面図である。本発明の第三実施形態の液状化対策地盤を示す概略図である。

〈第一実施形態〉
まず、本発明の第一実施形態の液状化対策地盤を図１及び図２に基づいて説明する。
図１において、地盤１の上面には建造物２が構築され、建造物２は地盤１の表層部に形成された基礎３上に設置されている。地盤１は、砂粒子及び地下水を多く含み地震による繰返し振動によって液状化し易い液状化層４が形成されている。更に、本実施形態の地盤１は液状化層４内に多数の振動吸収材１０がほぼ均等に分散して混合されている。

液状化層４は、土砂の砂粒子同士が接触し、それらの間の剪断応力、摩擦力によって通常は安定状態に維持されているが、地震による連続した振動が加わると、砂粒子の間隙の水圧が上昇し砂粒子間の結びつきが弱まって泥水状態となり、砂粒子は沈降し、地下水は上昇する。

一方、振動吸収材１０は、液状化層４の内部全体にほぼ均等に分散して散布され土砂に混入されている。振動吸収材１０は、樹脂エラストマ、ゴム材等からなり、球形状、立方体形状、直方体形状、その他任意の形状等の小さな塊状をなす小物体で形成されており、形状、大きさ等は地盤１の地質等を考慮して適宜選定される。振動吸収材１０の大きさは全て同一であってもよいしランダムにばらついていてもよい。振動吸収材１０は、例えば、図２(a)の外面図に示すように、球形状で内部に空洞を有しない中実体で形成してもよいし、図２(b)の縦断面図に示すように、球形状で内部空間１１を有する中空殻体で形成してもよい。振動吸収材１０は、地盤１内にある土砂等の荷重に耐え得る強度を有する一方、地震の振動に伴う外力が加わったときは弾性的に外面が凹むなどして撓み変形することにより振動エネルギを吸収する。

このように構成された地盤１は、地震が発生したとき、振動エネルギの一部は振動吸収材１０によって吸収され、振動は低減されるので、液状化層４の土砂の砂粒子同士の結びつきが弱まるのが抑えられ、液状化するのが抑えられる。
すなわち、この種の液状化し易い地盤１は、土砂の砂粒子同士が接触し、それらの間の剪断応力、摩擦力によって通常は安定した状態にあるところ、地震が発生して連続した振動が地盤１に加わると、砂粒子の間隙の水圧が上昇し、剪断応力、摩擦力が減少して砂粒子同士の結びつきが弱まる。そして、砂粒子が沈降し砂粒子同士の隙間が小さくなって地盤１が沈下する。しかし、本発明の地盤１は、液状化層４に振動吸収材１０が分散して混合されているので、連続した振動が低減されることにより、砂粒子の間隙の水圧が上昇するのが抑えられ、砂粒子間の剪断応力、摩擦力による砂粒子同士の結びつきが弱まるのが抑えられる。その結果、砂粒子が沈降し地盤１が液状化して強さが失われ建造物２が沈下するのが抑えられる。

ところで、上記実施形態では、振動吸収材１０は、球形状等をなす小さな塊状の小物体で形成されているが、これに限定されるものではなく、他に、例えば、ハニカム構造をなす形状のものなどとしてもよい。

また、振動吸収材１０は、塊状をなす物体ではなく、コイルスプリング等のばね材からなる弾性体で形成し、これを液状化層４内に整列してあるいはランダムに配合、混入してもよい。

〈第二実施形態〉
第二実施形態の液状化対策地盤は、第一実施形態の地盤１と同様の砂粒子及び地下水を多く含む液状化層４の内部に、多数の沈降抑制材２０が分散して混合されている。

液状化層４に混合されている沈降抑制材２０は、図３に示すように、ウレタンフォーム等の樹脂発泡体で形成され、水より軽く、泥水中では浮力により浮き上がり、他の物質に作用してこれを浮かび上がらせる浮揚力を備える。沈降抑制材２０は、球形状、直方体形状、板状、皿状、環状等任意の形状とすることができ、大きさ、形状は全て同一であってもよいし異なっていてもよい。

このように構成された地盤１は、地震が発生したとき、沈降抑制材２０によって砂粒子が沈降するのが抑制され、液状化するのが抑えられる。
すなわち、この種の液状化し易い地盤１は、地震の発生による連続した振動が地盤１に加わると砂粒子同士の結びつきが弱まり、砂粒子が沈降し、地下水は上昇する。しかし、本発明の地盤１は、液状化層４内に沈降抑制材２０が分散して混合されており、液状化の際に沈降抑制材２０は液状化層４内の水中で浮力を受け上昇しようとして浮揚力が発生する。これにより、沈降抑制材２０は、その上方にある砂粒子等が上面に載置された状態でこれを下方から支持する。その結果、砂粒子が沈降するのが抑えられ、地盤１が液状化し沈下するのが抑制される。

沈降抑制材２０は、浮力を受けることによってこれに載置された他の物質を浮かび上がらせる浮揚力を備えたものであればよいから、樹脂発泡体の他、図４に示すように、樹脂等で袋状あるいは殻状の中空体に形成したものとしてもよい。この中空体で形成された沈降抑制材２０は浮き袋として作用し、水中で浮力を受ける。

沈降抑制材２０は、また、図５(a)に示すように、樹脂材等で断面一定の円弧面に形成された所定長さの板状をなすものとしてもよい。この沈降抑制材２０は、円弧内面が下向きとなる姿勢で、単体で適宜間隔をおいて地盤１中に分散して配置してもよいし、図５(b)に示すように、複数を同一向きで積み重ねたものを地盤１中の適宜位置に配設してもよい。これらの沈降抑制材２０は下方を向く円弧内面が液状化する際の泥水によって下方から浮力を受けるため、上面に載置された周辺の砂粒子を下方から支持してその沈降を抑える。

更に、沈降抑制材２０は、図６(a)に示すように、２枚の金属板、樹脂板等をＴ字状に交差させた状態で接合しあるいは組み付けたものとしてもよい。この沈降抑制材２０は、例えば、図６(a)に示すように、Ｔ字状の水平部を水平方向に、Ｔ字状の垂直部を上下方向となる姿勢で、単体を適宜間隔をおいて液状化層４中に分散して配置し、あるいは、図６(b)に示すように、コイルばね等の連結部材２１で複数を互いに接合したものを１組としてこの多数を適宜間隔をおくなどして液状化層４中に配置してもよい。また、この沈降抑制材２０はＴ状に形成されているので、液状化層４中でいずれの向きで配置されても浮力を受け易く、したがって、ランダムに液状化層４内に配置してもよい。この沈降抑制材２０を混合した地盤１も同様に、Ｔ字状の平面部が液状化する際の泥水中において下方から浮力を受けることにより、上方周辺の砂粒子を上面部に載置し下方から支持してその沈降を抑える。

〈第三実施形態〉
第三実施形態の液状化対策地盤は、第一実施形態及び第二実施形態の地盤１と同様の砂粒子及び水分を多く含む液状化層４の内部に、第一実施形態の振動吸収材１０と第二実施形態の沈降抑制材２０とが分散して混合されている。

第三実施形態の地盤１は、例えば、図７に示すように、樹脂エラストマ、ゴム材等で中実体に形成された小さな塊状をなす小物体からなる多数の図２(a)に示した振動吸収材１０と、２枚の金属板をＴ字状に交差させた状態で接合して形成された多数の図６(a)に示した沈降抑制材２０と、が液状化層４の土砂内にほぼ均等に分散して混合されている。

第三実施形態の地盤１は、液状化層４に多数の振動吸収材１０と沈降抑制材２０とが混合されているので、地震が発生したときの振動を振動吸収材１０により低減できるとともに、沈降抑制材２０の浮揚力により液状化層４内の砂粒子の沈降を抑制することができる。このため、地盤１が液状化し強さが失われて沈下し建造物が沈下するのをより一層抑えることができる。

なお、第三実施形態の振動吸収材１０及び沈降抑制材２０の中には、振動吸収と沈降抑制との両方の機能を有するものもあり得る。その場合、液状化層４には一種類のみを混合すればよい。

ところで、上記各実施形態においては、前述した各種類の振動吸収材１０のうち一種類のみでなく複数種類を液状化層４に混合してもよく、同様に、沈降抑制材２０も一種類のみでなく複数種類を混合してもよい。

また、上記各実施形態の振動吸収材１０及び沈降抑制材２０は、表面を着色してもよい。表面を着色することにより、液状化層４内での振動吸収材１０及び沈降抑制材２０の混合状態、分布状態を目視により容易に把握することができる。

更に、上記実施形態の地盤１は、液状化層４の外側周囲を上下方向の隔壁で囲い、その内部に形成してもよい。これにより、液状化対策地盤を建造物の下方の一定面積部分に限定して効率的に強化することができる。

なお、本発明の液状化層は、地震の振動によって液状化するものに限らず、工事現場の機械振動等によって液状化するものも含まれる。

１地盤
４液状化層
１０振動吸収材
２０沈降抑制材

請求項１乃至請求項３、請求項７の液状化対策地盤は、地震の振動によって液状化し易い液状化層に、振動を吸収する振動吸収材が散布により均等に分散して混合されている。
ここで、振動吸収材は、樹脂またはゴム製の弾性材からなるものとすることができる。
また、振動吸収材は、スプリング材からなるものとすることができる。

請求項４乃至請求項６、請求項７の液状化対策地盤は、地震の振動によって液状化し易い液状化層に、液状化層内の土砂に作用して浮力により土砂の沈降を抑制する沈降抑制材が散布により均等に分散して混合されている。
ここで、沈降抑制材は、樹脂発泡体からなるものとすることができる。
また、沈降抑制材は、中空殻体からなるものとすることができる。

Claims

地震の振動によって液状化し易い液状化層に、前記振動を吸収する振動吸収材が分散して混合されたことを特徴とする液状化対策地盤。
前記振動吸収材は、樹脂またはゴム製の弾性材からなることを特徴とする請求項１に記載の液状化対策地盤。
前記振動吸収材は、スプリング材からなることを特徴とする請求項１に記載の液状化対策地盤。
地震の振動によって液状化し易い液状化層に、該液状化層内の土砂に作用して浮力により該土砂の沈降を抑制する沈降抑制材が分散して混合されたことを特徴とする液状化対策地盤。
前記沈降抑制材は、樹脂発泡体からなることを特徴とする請求項４に記載の液状化対策地盤。
前記沈降抑制材は、中空殻体からなることを特徴とする請求項４に記載の液状化対策地盤。
地震の振動によって液状化し易い液状化層に、前記振動を吸収する振動吸収材、及び前記液状化層内の土砂に作用して浮力により該土砂の沈降を抑制する沈降抑制材が分散して混合されたことを特徴とする液状化対策地盤。