JP3677700B2 - Ground seismic isolation method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビル等の各種構造物を軟弱な地盤上に構築する場合に用いて好適な地盤免震工法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、ビル等の各種構造物が地震時に被害を受けるのは、地盤から入力される地震波によって構造物に大きな応力が発生し、構造物が破壊に至るためである。
【0003】
従来、このような地震時の被害を避けるため、せん断変形に対する剛性が低い積層ゴム等の免震装置を構造物の基礎部等に設置し、この免震装置によって地盤からの地震波を吸収してこれが構造物に伝わるのを抑制する免震工法が用いられている。
【0004】
ところで、平成7年(1995年)の兵庫県南部地震では、埋立地等の地盤が液状化した地域では、液状化が発生しなかった地域に比較して、ビル等の構造的な被害が少なかったと言われている。これは、地震により地盤が液状化すると地盤の剛性が顕著に低下し、この液状化した地盤が前記免震装置と同様に機能して、地盤から構造物に入力される地震波が低減されるためである。
【0005】
しかし、地震により地盤が液状化すると、地盤による構造物の支持力が失われるため、構造物全体の傾斜や転倒に至ることもあり、また液状化に伴って地盤の側方流動が生じれば基礎杭等も被災する可能性がある。したがって、現状では、図6に示すように、地震時に液状化の発生が予測される地盤Gにおいては、液状化を防ぐために、構造物1の下方の範囲Sに、地盤改良等の対策工法を施している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の技術では、地盤改良した範囲Sの地盤Gはせん断剛性が高くなるために構造物1に地震波が伝わりやすく、構造物1に入力される地震力が強くなってしまう。このため、構造物1の被災を避けるには、地盤Gを地盤改良するだけでなく、前記したような免震装置等を設置しなければならないのが現状である。ところが、積層ゴム等の免震装置は極めて高価であり、有効な免震効果を得るには、結局膨大なコストと施工の手間がかかってしまうという問題がある。
【0007】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、低コストでかつ容易に有効な免震効果を得ることのできる地盤免震工法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、構造物を支持する地盤が地震時に液状化の発生が予測される液状化地盤であるときの地盤免震工法であって、前記構造物の下方の前記液状化地盤を地盤改良手段によって地盤改良する構成とし、前記構造物の下面からその下方の定められた深さまでの範囲については、常時は剛性を保持し、地震時には剛性が低下するように、希薄な薬液を注入して地盤改良し、前記定められた深さよりも下方の範囲については、せん断剛性が高められるように、地盤改良することを特徴としている。
【0009】
請求項2に係る発明は、請求項1記載の地盤免震工法において、前記希薄な薬液には、薬液100リットル中のシリカ濃度にして8〜10キログラムの通常薬液を、3〜5倍に薄めたものを用いることを特徴としている。
請求項3に係る発明は、請求項1または2記載の地盤免震工法において、構造物の基礎として、前記液状化地盤中に基礎杭が構築されていることを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る地盤免震工法の実施の形態の一例を、図1ないし図4を参照して説明する。
【0011】
図1に示すように、構造物10は、地震時に液状化の発生が予測される地盤(液状化地盤)G上に構築されており、その基礎11が基礎杭12,12,…を備えている。そして、構造物10の下方の範囲Sの地盤Gは、以下のようにして地盤改良が施されている。
【0012】
すなわち、構造物10の下方の範囲Sの地盤Gのうち、構造物10の下面10aから所定の深さよりも下方の範囲S1には、通常と同様の地盤改良工法、例えばサンドコンパクション工法,グラベルドレーン工法,セメント固化工法,薬液注入工法等を用いて充分な地盤改良を施す。
【0013】
そして、構造物10の下面10aから所定の深さまでの範囲S2には、希薄な薬液Lを注入して地盤改良を施す。
この希薄な薬液Lとしては、例えば従来より薬液注入工法等で用いられていたのと同様の薬液を用いるが、その濃度を、従来の通常の濃度(例えば薬液100リットル中のシリカ(Si−O2)濃度にして8〜10kg)に対して、例えば3〜5倍程度薄めた希薄なものを用いる。
【0014】
ここで、希薄な薬液Lを注入した砂(地盤Gの範囲S2に相当)の室内液状化試験の結果を示す。ここでは、希薄な薬液Lとして、通常の薬液濃度に対して1/4程度の濃度のものを用いた。
【0015】
図2は、地震波に対応する繰り返し載荷を加えた場合のひずみの発生の変化を示すものであり、図2(a)は薬液を含まない砂(地盤改良を施さない状態)の場合、図2(b)は希薄な薬液Lを混入させた砂の場合である。この図からも明らかなように、図2(a)に示した薬液を含まない砂においては、地震による繰り返し載荷によりひずみが急激に増大し、これによって地盤Gの液状化が生じることとなる。これに対し、図2(b)に示した希薄な薬液Lを混入させた砂(範囲S2)では、地震による繰り返し載荷が作用してもひずみが膨大なものとはならず、液状化が防止され、側方流動や膨大な沈下が生じないことがわかる。
【0016】
また、これまでの研究で液状化による地盤の沈下(体積ひずみ)は地震時に生じたせん断ひずみの大きさで決まることが明らかになっており、図3は、この、液状化時のせん断ひずみと液状化後の体積ひずみの関係を示している。そして、図2(b)に示した実験結果では、希薄な薬液Lを混入させた砂(範囲S2)では、せん断ひずみが2%程度であるので、図3に示した関係から、構造物10の下方の地盤G(図1参照)の実際の沈下量は、希薄な薬液Lで改良した範囲S2の厚さの0.8%程度に留められることがわかる。
【0017】
さらに、図4は、前記室内液状化試験時の応力−ひずみ曲線を示すものであり、この図4(a)に示すように、薬液を含まない砂(地盤改良を施さない状態)では繰り返し載荷を受けると剛性が低下し、これに伴ってひずみもどんどん大きくなっている。これに対して、図4(b)に示すように、希薄な薬液Lを混入させた砂(範囲S2)では、繰り返し載荷を受けると剛性が低下し始めるが、ある程度まで行けばそれ以上ひずみが大きくならない。これは、希薄な薬液Lを混入させることにより、この範囲S2の地盤Gが、常時は剛性を保持しているが、地震力を受けると剛性が低下して地震波を伝えにくくなり、かつ膨大な変位も生じないという性質を有することである。また、応力−ひずみのヒステリシスループも液状化した砂(図4(a)参照)に比較して厚みを持っており、希薄な薬液Lを混入した砂(範囲S2)の減衰が大きく、地震のエネルギーの吸収効果が高いことを示している。
【0018】
このようにして、図1に示した、地盤改良が施された地盤Gは、通常の地盤改良工法が施された範囲S1については、せん断剛性が高められ、液状化が防止されて地盤Gの側方流動も防止されるようになっている。そして希薄な薬液Lが注入された範囲S2においては、常時は剛性を保持し、地震力を受けたときには、剛性が低下して地震波が構造物10に伝わるのを防ぐダンパー機能を発揮し、しかも膨大な変位も発生させずに液状化を防止するようになっている。
【0019】
上述した地盤免震工法では、構造物10を支持する地盤Gが、構造物10の下面10aから所定の深さまでの範囲S2が希薄な薬液Lによって地盤改良され、その下方の範囲S1が通常の地盤改良工法によって地盤改良された構成となっている。これにより、通常の地盤改良が施された範囲S1,希薄な薬液Lによる地盤改良が施されたS2のいずれにおいても、地盤Gの液状化、およびそれによる側方流動を防止することができ、構造物10の傾斜や転倒,基礎杭12の破損等の被害を避けることができる。しかも、構造物10の直下の、希薄な薬液Lによる地盤改良を施した範囲S2においては、地震力を受けると剛性が低下し、地震波が構造物10に伝わるのを防ぐダンパー機能を発揮することができ、これによりこの地盤Gを免震効果を有したものとして、構造物10に破損等の構造的な被害が及ぶのを防止することができる。
【0020】
そして、希薄な薬液Lは、従来用いていた薬液に比較して粘性が低くなるため、一つの注入穴から広範囲に注入することができ、注入作業を容易かつ効率よく行うことが可能である。
【0021】
しかも、通常の地盤改良を施す範囲S1にも薬液注入工法を適用すれば、この範囲S1と、希薄な薬液Lによる地盤改良を施す範囲S2とで、薬液濃度を変えるのみで施工を行うことができ、この点からも一層の施工の容易化を図ることができる。
【0022】
このようにして、上記地盤免震工法によれば、地盤改良を施すのみで、高価な免震装置等を用いる必要もなく、有効な免震効果を備えた地盤Gを、低コストでかつ容易に形成することができる。
【0023】
なお、上記実施の形態において、構造物10の基礎11に基礎杭12,12,…を構築する構成としたが、基礎形式をこれに限定するものではない。前記図2および図3に示したように、希薄な薬液Lによる地盤改良を施した砂(範囲S2)ではせん断ひずみがたかだか2%程度であり、沈下量も希薄な薬液Lで改良した範囲S2の厚さの0.8%程度に留められるので、例えば図5に示すように、構造物10’が中低層である場合には、基礎杭12(図1参照)を構築しないベタ基礎13等としても良い。もちろん、これ以外にも他の基礎形式にも適用することが可能である。
【0024】
また、希薄な薬液Lを注入する範囲S2の平面積や厚さ、希薄な薬液Lの濃度等については、地盤Gの地質、構造物10による荷重、基礎11の形式等に応じて適宜設定すればよいのであって、上記実施の形態に挙げた数値等に何ら限定するものではない。
【0025】
これ以外にも、本発明に係る地盤免震工法の主旨に逸脱しない範囲内であればいかなる構成を採用しても良い。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る地盤免震工法によれば、構造物の下方の液状化地盤を地盤改良手段によって地盤改良する構成とし、構造物の下面からその下方の定められた深さまでの範囲については、常時は剛性を保持し、地震時には剛性が低下するように、希薄な薬液を注入して地盤改良し、定められた深さよりも下方の範囲については、せん断剛性が高められるように、地盤改良する構成となっている。そして、請求項2に係る地盤免震工法によれば、薬液100リットル中のシリカ濃度にして8〜10キログラムの通常薬液を、3〜5倍に薄めた希薄な薬液を用いる構成となっている。そして、請求項3に係る地盤免震工法によれば、構造物の基礎として基礎杭が構築された構成となっている。このようにして構造物の下方の地盤を地盤改良することにより、地盤の液状化、およびそれによる側方流動を防止することができ、構造物の傾斜や転倒,基礎杭の破損等の被害を避けることができる。しかも、希薄な薬液による地盤改良を施した範囲においては、地震力を受けると剛性が低下し、地震波が構造物に伝わるのを防ぐダンパー機能を発揮することができ、これによりこの地盤を免震効果を有したものとし、構造物の破損等の被害が及ぶのを防止することができる。また、希薄な薬液は、従来用いていた薬液に比較して粘性が低くなるため、注入作業を容易かつ効率よく行うことが可能である。さらに、定められた深さよりも下方の範囲(希薄な薬液を注入する範囲よりも下方の部分)の地盤改良にも薬液注入工法を適用すれば、希薄な薬液による地盤改良を施す範囲と、その下方の範囲とで薬液濃度を変えるのみで施工を行うことができ、この点からも一層の施工の容易化を図ることができる。このようにして、上記地盤免震工法によれば、地盤改良を施すのみで、高価な免震装置等を用いる必要もなく、有効な免震効果を備えた地盤を低コストでかつ容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る地盤免震工法を適用して構築した構造物の一例を示す立断面図である。
【図2】 前記地盤免震工法において、希薄な薬液による地盤改良効果を確認するために行った試験結果であって、繰り返し載荷をしたときの液状化特性の変化を示し、(a)薬液を注入していない地盤における結果、(b)希薄な薬液を注入した地盤における結果を示す図である。
【図3】 同、液状化時のせん断ひずみと液状化の体積ひずみとの関係を示す図である。
【図4】 同、繰り返し載荷をしたときの応力−ひずみの関係を変化を示し、(a)薬液を注入していない地盤における結果、(b)希薄な薬液を注入した地盤における結果を示す図である。
【図5】 本発明に係る地盤免震工法を適用した構造物の他の一例を示す立断面図である。
【図6】 従来の地盤改良を適用した構造物の一例を示す立断面図である。
【符号の説明】
10,10’ 構造物
10a 下面
11 基礎
12 基礎杭
G 地盤
L 希薄な薬液[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ground seismic isolation method suitable for use in building various structures such as buildings on soft ground.
[0002]
[Prior art]
As is well known, various structures such as buildings are damaged during an earthquake because a large stress is generated in the structure due to seismic waves input from the ground and the structure is destroyed.
[0003]
Conventionally, in order to avoid such damage during earthquakes, seismic isolation devices such as laminated rubber with low rigidity against shear deformation have been installed on the foundations of structures, etc., and this seismic isolation device absorbs seismic waves from the ground. Seismic isolation methods are used to prevent this from reaching the structure.
[0004]
By the way, in the 1995 Hyogoken-Nanbu Earthquake, in areas where land such as landfills was liquefied, there was less structural damage to buildings compared to areas where liquefaction did not occur. It is said that This is because when the ground liquefies due to an earthquake, the rigidity of the ground significantly decreases, and this liquefied ground functions in the same way as the seismic isolation device, reducing the seismic waves input from the ground to the structure. It is.
[0005]
However, if the ground becomes liquefied due to an earthquake, the support capacity of the structure by the ground is lost, so the entire structure may be tilted or toppled, and if lateral flow of the ground occurs due to liquefaction, Foundation piles may also be damaged. Therefore, at present, as shown in FIG. 6, in the ground G where the occurrence of liquefaction is predicted at the time of an earthquake, in order to prevent liquefaction, a countermeasure method such as ground improvement is provided in the area S below the structure 1. Has been given.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technology as described above, since the ground G in the improved range S has high shear rigidity, seismic waves are easily transmitted to the structure 1 and the seismic force input to the structure 1 is increased. . For this reason, in order to avoid damage to the structure 1, not only the ground G is improved, but also the seismic isolation device as described above must be installed. However, seismic isolation devices such as laminated rubber are extremely expensive, and in order to obtain an effective seismic isolation effect, there is a problem that enormous costs and construction work are required.
[0007]
The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to provide a ground seismic isolation method capable of easily obtaining an effective seismic isolation effect at low cost.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a ground seismic isolation method when the ground supporting the structure is a liquefied ground where liquefaction is expected to occur during an earthquake, and the liquefied ground below the structure In the range from the lower surface of the structure to a defined depth below the structure , a dilute chemical solution is used so that the rigidity is always maintained and the rigidity is reduced during an earthquake. The ground is improved by pouring, and the ground is improved so that the shear rigidity is increased in a range below the predetermined depth .
[0009]
The invention according to
The invention according to
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the ground seismic isolation method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
[0011]
As shown in FIG. 1, the
[0012]
That is, among the ground G in the range S below the
[0013]
And in the range S2 from the lower surface 10a of the
As this dilute chemical solution L, for example, a chemical solution similar to that conventionally used in the chemical solution injection method or the like is used, but its concentration is changed to a conventional normal concentration (for example, silica (Si-O in 100 liters of chemical solution). 2 ) For example, a dilute one diluted 3 to 5 times with respect to 8 to 10 kg) is used.
[0014]
Here, the result of the indoor liquefaction test of the sand (corresponding to the range S2 of the ground G) into which the diluted chemical liquid L is injected is shown. Here, as the diluted chemical solution L, one having a concentration of about 1/4 with respect to the normal chemical solution concentration was used.
[0015]
FIG. 2 shows changes in the generation of strain when repeated loading corresponding to seismic waves is applied. FIG. 2 (a) shows the case of sand not containing a chemical solution (state without ground improvement), FIG. (B) is a case of sand mixed with a dilute chemical L. As is clear from this figure, in the sand not containing the chemical solution shown in FIG. 2 (a), the strain rapidly increases due to repeated loading due to the earthquake, thereby causing the ground G to liquefy. On the other hand, the sand (range S2) mixed with the dilute chemical liquid L shown in FIG. 2 (b) does not have a huge strain even when repeated loading due to an earthquake is applied, and liquefaction is prevented. It can be seen that there is no lateral flow or enormous settlement.
[0016]
In addition, it has been clarified in the previous studies that the ground subsidence (volume strain) due to liquefaction is determined by the magnitude of the shear strain generated during the earthquake. The relationship of the volume strain after liquefaction is shown. In the experimental result shown in FIG. 2 (b), since the shear strain is about 2% in the sand (range S2) mixed with the diluted chemical liquid L, the
[0017]
Further, FIG. 4 shows a stress-strain curve at the time of the indoor liquefaction test. As shown in FIG. 4 (a), it is repeatedly loaded in sand not containing chemicals (in a state where the ground is not improved). When it receives, the rigidity decreases, and the strain increases with this. On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the sand (range S2) mixed with the diluted chemical liquid L, the rigidity starts to decrease when it is repeatedly loaded. Does not grow. This is because the soil G in this range S2 always maintains rigidity by mixing the dilute chemical L, but if it receives seismic force, the rigidity decreases and it becomes difficult to transmit the seismic wave, and it is enormous. It has the property that no displacement occurs. In addition, the stress-strain hysteresis loop is thicker than liquefied sand (see FIG. 4 (a)), and the attenuation of sand (range S2) mixed with dilute chemical liquid L is large. It shows that the energy absorption effect is high.
[0018]
In this way, the ground G to which the ground improvement shown in FIG. 1 is applied is improved in the shear rigidity and the liquefaction is prevented in the range S1 where the normal ground improvement construction method is applied. Lateral flow is also prevented. In the range S2 into which the dilute chemical solution L is injected, the rigidity is always maintained, and when subjected to seismic force, the rigidity is lowered and the damper function is prevented to prevent the seismic wave from being transmitted to the
[0019]
In the ground seismic isolation method described above, the ground G that supports the
[0020]
And since the chemical | medical solution L with a low viscosity becomes low compared with the chemical | medical solution used conventionally, it can inject | pour in a wide range from one injection hole, and can perform injection | pouring operation | work easily and efficiently.
[0021]
Moreover, if the chemical solution injection method is applied also to the range S1 where the normal ground improvement is performed, the construction can be performed by changing the concentration of the chemical solution in this range S1 and the range S2 where the ground improvement by the diluted chemical solution L is performed. This also makes it possible to further facilitate the construction.
[0022]
In this way, according to the above-mentioned ground seismic isolation method, the ground G having an effective seismic isolation effect can be easily obtained at low cost by simply performing ground improvement and without using an expensive seismic isolation device. Can be formed.
[0023]
In addition, in the said embodiment, although it was set as the structure which constructs the foundation piles 12, 12, ... in the foundation 11 of the
[0024]
In addition, the flat area and thickness of the range S2 into which the dilute chemical solution L is injected, the concentration of the dilute chemical solution L, and the like are appropriately set according to the geology of the ground G, the load by the
[0025]
In addition to this, any configuration may be adopted as long as it does not depart from the gist of the ground seismic isolation method according to the present invention.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the ground seismic isolation method according to claim 1, the liquefied ground below the structure is improved by the ground improvement means, and the depth defined below from the lower surface of the structure is determined. About the range up to this point, the rigidity is always maintained and the ground is improved by injecting a thin chemical solution so that the rigidity decreases in the event of an earthquake , and the shear rigidity is increased in the range below the specified depth. In this way, the ground is improved . And according to the ground seismic isolation method according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an example of a structure constructed by applying a ground seismic isolation method according to the present invention.
FIG. 2 shows test results for confirming the ground improvement effect by a dilute chemical solution in the ground seismic isolation method, showing changes in liquefaction characteristics when repeatedly loaded; (a) It is a figure which shows the result in the ground which inject | poured the result in the ground which has not inject | poured, (b) the thin chemical | medical solution.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the shear strain during liquefaction and the volume strain during liquefaction.
FIG. 4 shows changes in the stress-strain relationship when repeatedly loaded, (a) results in the ground not injected with chemicals, and (b) results in the ground injected with dilute chemicals. It is.
FIG. 5 is an elevational sectional view showing another example of a structure to which the ground seismic isolation method according to the present invention is applied.
FIG. 6 is an elevational sectional view showing an example of a structure to which a conventional ground improvement is applied.
[Explanation of symbols]
10, 10 'structure 10a lower surface 11
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