JP3613442B2

JP3613442B2 - 構造物の免震構造

Info

Publication number: JP3613442B2
Application number: JP34692698A
Authority: JP
Inventors: 忠男小出; 清佐藤
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2018-12-07
Also published as: JP2000170193A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下埋設部分を有する構造物の免震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物は、その規模や支持地盤の強度に応じて、直接基礎、杭基礎等からその基礎形式が適宜選択され、杭基礎であれば杭が地下に埋設されることとなるが、直接基礎であっても、一定規模以上の構造物であれば表層部分より下方にある良質な支持地盤に構築されるため、やはり地下外壁を有することが多い。
【０００３】
このような地下外壁や杭といった構造物の地下埋設部分には、地震時に周辺地盤との動的相互作用に基づく動土圧が作用するため、これを設計するにあたっては、動土圧に対する十分な耐震余裕を見込む必要があるが、予想に反する巨大地震に見舞われた場合、地震時における動土圧が設計外力よりも過度に大きくなり、構造物の地下埋設部分が不測の損傷を受けるおそれがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況下において、構造物と周辺地盤との間に緩衝領域を設けて地震時の動土圧を吸収させようとする考え方がある。
【０００５】
しかしながら、緩衝領域を中空空間で形成する場合、土留め壁が別途必要となるか、さもなくば構造物周囲に十分な敷地を確保して法面形成する必要があるという問題を生じていた。
【０００６】
また、緩衝領域を緩衝材で形成する場合には、常時の静土圧によってあるいは中小地震の動土圧によって周辺地盤が緩衝領域側に緩んで地盤沈下を招いたり、緩衝材が常時の静土圧等で圧縮硬化して変形吸収能力が経年的に劣化し、いざ巨大地震がきたときにその緩衝作用が発揮されないという問題を生じていた。
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、周辺地盤の緩みないしは崩落による地盤沈下あるいは緩衝材の経年劣化といった弊害を未然に防止しつつ、緩衝領域による地震時エネルギーの吸収作用を長期間維持することが可能な構造物の免震構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る構造物の免震構造は請求項１に記載したように、構造物の地下埋設部分と周辺地盤との間に粒体と液体との混合物からなる動土圧緩衝領域を設けてなり、該動土圧緩衝領域を、静的水平力作用時には前記粒体同士の摩擦抵抗によるせん断剛性が発生するように構成するとともに、動的水平力作用時には前記液体の間隙液圧上昇によって前記せん断剛性が低下する液状化現象が生じるように構成したものである。
【０００９】
また、本発明に係る構造物の免震構造は、前記粒体を砂、前記液体を水とするとともにこれらを不透水性の袋体内に緩い飽和砂として封入して緩衝体とし、該緩衝体で前記動土圧緩衝領域を形成したものである。
また、本発明に係る構造物の免震構造は、前記動土圧緩衝領域を、前記構造物の地下埋設部分の周囲にドライエリア状の中空空間を掘削し、該中空空間の内面に防水工事を行った後、砂及び水からなる混合物を飽和砂として直接投入することで形成したものである。
【００１０】
本発明に係る構造物の免震構造においては、構造物の地下埋設部分と周辺地盤との間に粒体と液体との混合物からなる動土圧緩衝領域を設けてあり、かかる動土圧緩衝領域は、静的水平力作用時には前記粒体同士の摩擦抵抗によってせん断剛性が発生するように構成してあるとともに、動的水平力作用時には前記液体の間隙液圧上昇によって前記せん断剛性が低下するように構成してある。
【００１１】
そのため、常時や中小地震の際には、動土圧緩衝領域自体がせん断剛性を発揮して静土圧や比較的小さな動土圧を支持し、周辺地盤とほとんど変わりなく作用する。この場合、周辺地盤からの静土圧や小さな動土圧の一部は、動土圧緩衝領域を介して構造物の地下埋設部分に作用するが、かかる外力は、設計荷重として考慮されているので何の問題もない。
【００１２】
一方、巨大地震時には、動土圧緩衝領域内でいわゆる液状化現象が生じ、動土圧緩衝領域はせん断剛性を失うか若しくは著しく低下する。すなわち、動的水平力（繰り返し水平力）が作用すると、粒体の配列がせん断方向にずれることによってそれらの間隙に存在する液体の圧力、言い換えれば間隙液圧（水ならば間隙水圧）が一瞬にして増加し、粒体同士の摩擦抵抗が急激に減少するとともに、その結果として動土圧緩衝領域全体のせん断剛性が急激に低下する。
【００１３】
したがって、常時や中小地震の際には、動土圧緩衝領域自体がせん断剛性を発揮して周辺地盤の崩落ないしは緩みに起因する地盤沈下を未然に防止する一方、巨大地震の際には、動土圧緩衝領域がそのせん断剛性を失うので、周辺地盤の水平変形が該動土圧緩衝領域にて吸収されるとともに周辺地盤からの水平力が遮断されて構造物の地下埋設部分には及ばず、構造物への地震入力が低減する。
【００１４】
動土圧緩衝領域は、粒体と液体との混合物からなることを構成要件とするが、かかる混合物を袋状のものにいったん封入し、これを構造物の地下埋設部分と周辺地盤との間に配置するか、かかる混合物を直接配置するかは任意である。
【００１５】
また、動土圧緩衝領域は、構造物の地下埋設部分、すなわち地下外壁や杭の周囲に点在する形であるいは連続的に取り囲む形で設けることが考えられるが、その配置の仕方は任意である。また、地下埋設部分に接するように設けてもよいし、該地下埋設部分から離隔させた状態で設けるようにしてもよい。なお、地下埋設部分は、高層建築物のように一部が埋設される場合のみならず、ＬＮＧ地下タンクや貯水ピットのようにほとんどあるいは完全に埋設される場合をも含む。
【００１６】
動土圧緩衝領域は、静的水平力作用時には前記粒体同士の摩擦抵抗によるせん断剛性が発生するように構成するとともに、動的水平力作用時には前記液体の間隙液圧上昇によって前記せん断剛性が低下する液状化現象が生じるように構成する限り、粒体の種類や粒径、あるいは液体の種類は任意であり、コンクリートから再生された細骨材をはじめ、汚泥や石炭灰から製造された粒体でもよいが、前記粒体を砂、前記液体を水とするとともにこれらを不透水性の袋体内に緩い飽和砂として封入して緩衝体とし、該緩衝体で前記動土圧緩衝領域を形成したならば、比較的入手しやすい材料で動土圧緩衝領域を形成することが可能となり、構築コストの低減を図ることができるとともに、大地震時における飽和砂の液状化発生、ひいては動土圧の遮断作用を確実に期待することが可能となる。また、袋体に封入しておくことによって運搬時や施工時の作業性も向上する。
【００１７】
上述した緩衝体は単体で使用するほか、集合体として使用することが考えられるが、集合体の使用方法としては、鉛直方向に積層する、水平方向に並べる、構造物の地下埋設部分と周辺地盤との間に形成された中空空間内に無秩序に投入していくなどの方法が考えられる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る構造物の免震構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る構造物の免震構造を示した全体図である。同図でわかるように、本実施形態に係る構造物の免震構造は、構造物１の地下埋設部分２と周辺地盤３との間に動土圧緩衝領域４を設けてあり、該動土圧緩衝領域は、多数の緩衝体５を構造物１の周囲を取り囲むように配置して形成してある。
【００２０】
緩衝体５は、図２の詳細断面図でよくわかるように粒体である砂と液体である水とからなる混合物８を不透水性でほぼ円筒状をなす袋体９内に緩い飽和砂として封入してなり、かかる緩衝体５を多数並べて形成された動土圧緩衝領域４は、静的水平力作用時には砂同士の摩擦抵抗によってせん断剛性が発生するとともに、動的水平力作用時には間隙水圧の上昇によってせん断剛性が低下するようになっている。
【００２１】
不透水性の袋体９は、ゴムや樹脂系の材料で形成することができる。なお、土壌のバクテリア等の作用によって分解されないよう、耐腐食性の高いものを用いるのがよい。
【００２２】
本実施形態に係る構造物の免震構造を構築するにあたっては、既設の構造物１の周囲を掘り下げて地下埋設部分２を露出させ、該地下埋設部分と周辺地盤３との間に生じた中空空間の間に袋体９を吊り込んでいくようにすればよい。かかる場合においては、構造物１の供用を継続することができる。一方、新設の構造物１の場合には、該構造物の地下埋設部分２が完成した後、周辺地盤３との間に袋体９を吊り込んでいくようにすればよい。
【００２３】
本実施形態に係る構造物の免震構造においては、構造物１の地下埋設部分２と周辺地盤３との間に動土圧緩衝領域４を設けてあり、かかる動土圧緩衝領域４は、静的水平力作用時には緩衝体５内の砂同士の摩擦抵抗によってせん断剛性が発生するとともに、動的水平力作用時には間隙水圧上昇によってせん断剛性が低下する。
【００２４】
そのため、常時や中小地震の際には、動土圧緩衝領域４自体がせん断剛性を発揮して周辺地盤３からの静土圧や比較的小さな動土圧を支持し、あたかも周辺地盤３がそのまま構造物１側に連続しているがごとく、周辺地盤３とほとんど変わりなく作用する。この場合、周辺地盤３からの静土圧や小さな動土圧の一部は、動土圧緩衝領域４を介して構造物１の地下埋設部分２に作用するが、かかる外力は、設計荷重として考慮されているので何の問題もない。
【００２５】
一方、巨大地震時において周辺地盤３が水平方向の変形を生じるとともにそれに伴う動的水平力（繰り返し水平力）が動土圧緩衝領域４に作用した場合、該動土圧緩衝領域４を形成する緩衝体５内では、砂の粒子配列がせん断方向にずれることによってそれらの間隙に存在する水の圧力、すなわち間隙水圧が一瞬にして上昇し、砂同士の摩擦抵抗が急激に減少するとともに、その結果として動土圧緩衝領域４全体がせん断剛性を失うか若しくは急激に低下する。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態に係る構造物の免震構造によれば、常時や中小地震の際には、動土圧緩衝領域４自体がせん断剛性を発揮して周辺地盤３の崩落ないしは緩みに起因する地盤沈下を未然に防止する一方、巨大地震の際には、動土圧緩衝領域４を形成する緩衝体５がそのせん断剛性を失い、袋体９に封入された砂と水との混合物である飽和砂８を液状化させることができる。
【００２７】
したがって、周辺地盤３の水平変形を動土圧緩衝領域４にて吸収するとともに、周辺地盤３からの水平力を動土圧緩衝領域４で遮断することが可能となり、周辺地盤３からの水平地震動は、構造物１の地下埋設部分２には及ばず、構造物１への地震入力が低減する。しかも、動土圧緩衝領域４は、静土圧等によって経年劣化するという類のものではないため、上述した地震エネルギー吸収作用を長期間維持することが可能となる。
【００２８】
また、本実施形態に係る構造物の免震構造によれば、砂及び水からなる混合物８を不透水性の袋体９内に緩い飽和砂として封入して緩衝体５とし、該緩衝体で動土圧緩衝領域４を形成したので、比較的入手しやすい材料で動土圧緩衝領域４を形成することが可能となり、構築コストの低減を図ることができるとともに、大地震時における飽和砂の液状化、ひいては動土圧の遮断作用を確実に期待することが可能となる。また、袋体９に封入しておくことによって運搬時や施工時の作業性も向上するという作用効果も奏する。
【００２９】
本実施形態では、多数の緩衝体５を構造物１の地下埋設部分２の周囲に配置して動土圧緩衝領域４を形成したが、これに代えて図３に示すように構造物１の地下埋設部分２の周囲にドライエリア状の中空空間を掘削し、該中空空間の内面に必要に応じて防水工事を行った後、砂及び水からなる混合物８を飽和砂として直接投入し、これを動土圧緩衝領域１２としてもよい。なお、地下水位が高い場合には、該地下水を混合物８を構成する水として積極的に利用し、上述の防水工事についてはかかる地下水位との兼ね合いで適宜設計すればよい。また、緩衝体５を上述の実施形態のように必ずしも地下埋設部分２に接触させた状態でかつ隙間なく並べる必要はなく、図４に示すように、地下埋設部分２の地下外壁から離隔させて点在させ、これらを動土圧緩衝領域１３としてもよい。
【００３０】
また、本実施形態では、構造物１の地下埋設部分２と周辺地盤３との間に動土圧緩衝領域４を隙間なく形成したが、これに代えて図５に示すように、砂と水とからなる混合物８を不透水性の袋体２１内に緩い飽和砂として封入して緩衝体２２とするとともに、これを積み上げて動土圧緩衝領域２３を形成するようにしてもよい。かかる構成においては、動土圧緩衝領域２３は、周辺地盤３の土留め壁としても機能する。また、構造物１の地下埋設部分２がドライエリアで囲まれることとなるので、採光や換気の面で有利となる。なお、動土圧緩衝領域２３は、これを仮設の土留め壁として使用することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に係る本発明の構造物の免震構造によれば、常時や中小地震の際には、動土圧緩衝領域自体がせん断剛性を発揮して周辺地盤の崩落ないしは緩みに起因する地盤沈下を未然に防止する一方、巨大地震の際には、動土圧緩衝領域がせん断剛性を失って液状化するので、周辺地盤の水平変形を動土圧緩衝領域にて吸収するとともに、周辺地盤からの水平力を動土圧緩衝領域で遮断することが可能となり、周辺地盤からの水平地震動は、構造物の地下埋設部分には及ばず、構造物への地震入力を低減することができる。
【００３２】
また、請求項２に係る本発明の構造物の免震構造によれば、比較的入手しやすい材料で動土圧緩衝領域を形成することが可能となり、構築コストの低減を図ることができるとともに、大地震時における飽和砂の液状化、ひいては動土圧の遮断作用を確実に期待することが可能となる。また、袋体に封入しておくことによって運搬時や施工時の作業性も向上するという作用効果も奏する。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る構造物の免震構造の全体図であり、（ａ）は鉛直断面図、（ｂ）はＡ―Ａ線に沿う水平断面図。
【図２】本実施形態に係る構造物の免震構造の詳細鉛直断面図。
【図３】変形例に係る構造物の免震構造の全体図であり、（ａ）は鉛直断面図、（ｂ）はＢ―Ｂ線に沿う水平断面図。
【図４】変形例に係る構造物の免震構造の水平断面図。
【図５】別の変形例に係る構造物の免震構造の鉛直断面図。
【符号の説明】
１構造物
２地下埋設部分
３周辺地盤
４、１２、１３、２３動土圧緩衝領域
５、２２緩衝体
８混合物
９、２１袋体

Claims

構造物の地下埋設部分と周辺地盤との間に粒体と液体との混合物からなる動土圧緩衝領域を設けてなり、該動土圧緩衝領域を、静的水平力作用時には前記粒体同士の摩擦抵抗によるせん断剛性が発生するように構成するとともに、動的水平力作用時には前記液体の間隙液圧上昇によって前記せん断剛性が低下する液状化現象が生じるように構成したことを特徴とする構造物の免震構造。
前記粒体を砂、前記液体を水とするとともにこれらを不透水性の袋体内に緩い飽和砂として封入して緩衝体とし、該緩衝体で前記動土圧緩衝領域を形成した請求項１記載の構造物の免震構造。
前記動土圧緩衝領域を、前記構造物の地下埋設部分の周囲にドライエリア状の中空空間を掘削し、該中空空間の内面に防水工事を行った後、砂及び水からなる混合物を飽和砂として直接投入することで形成した請求項１記載の構造物の免震構造。