JP4744731B2

JP4744731B2 - 軟弱地盤を利用した地盤免震構造

Info

Publication number: JP4744731B2
Application number: JP2001203980A
Authority: JP
Inventors: 毅芳福武; 晃関
Original assignee: Shimizu Corp; Kyowa Engineering Consultants Co Ltd
Current assignee: Shimizu Corp; Kyowa Engineering Consultants Co Ltd
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-07-04
Also published as: JP2003020659A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤の強非線形化や液状化による直接基礎構造物の被害を抑制しつつ、構造物に入力する加速度を低減する軟弱地盤を利用した地盤免震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、地盤が液状化したり、超軟弱地盤が大きな地震力を受けると、地盤からの大きな強制変形により、構造物の基礎などに被害をもたらす。そこで、このような軟弱地盤の地盤に直接基礎の構造物を構築する場合、地盤改良を行い地盤の強非線形化や液状化を防止していた。これらの対策は、沈下や傾斜などの被害を軽減するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし一方で、地盤剛性が強くなることにより、構造物に入力する地震加速度は大きくなり、地盤改良したためにかえって構造物が慣性力で被害を生じる場合がある。
【０００４】
上記事情に鑑み、本発明は軟弱地盤を全深度にわたり改良するのではなく、未改良部分を残す地盤免震構造において、コスト縮減、工期短縮が可能であるとともに、安定性の高い地盤免震構造を実現することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造は、硬質地盤による下層と、液状化地盤である軟弱地盤による上層とにより構成される地盤上の構造物の基礎に対して、前記軟弱地盤に未改良層を厚さ方向に残しつつ、地盤改良体を用いて改良する地盤免震構造において、前記地盤改良体は、その下端部に、複数の棒材が設けられており、該棒材の両端がそれぞれ前記地盤改良体および前記硬質地盤にピン接合されて、該棒材により前記地盤改良体は前記硬質地盤による下層と締結されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造は、前記地盤改良体の側面には、側面入力低減材が取り付けられることを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造は、前記地盤改良体が、ＲＣ床版と他の地盤改良体を併用することを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造は、前記ＲＣ床版の上面に、重心が中心になるとともに、分散的に配置された構造物群を設けることを特徴としている。
【００１３】
請求項５記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造は、前記構造物群を立設する際に生じる前記地盤改良体の排土重量と、前記構造物群の重量とを等しくすることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に係る軟弱地盤を利用した地盤免震構造の基本構成を示す。図１より明らかなように、硬質地盤１よりなる下層と、液状化地盤である軟弱地盤２よりなる上層とより構成される地盤上に設けられた構造物３は、その基礎部が地盤改良体４により改良されているが、前記軟弱地盤２の下方には一部の深度に対して未改良部分ｈlを残している。
【００１５】
地盤における軟弱地盤２が液状化すると、地震加速度の振幅が小さくなるため、剛性低下及び履歴減衰を引き起こすこととなり、該軟弱地盤２の上面に位置する構造物３にとっては、免震効果を発揮するものである。本発明の基本構成となる地盤免震構造は、この原理を活用し、軟弱地盤２の全深度Ｈ_lのうち、下方に未改良部分ｈ_lを残すことにより、未改良部分ｈ_l が、強非線形化または液状化することにより、構造物３への地震入力加速度を低減するものである。
【００１６】
なお、本発明の基本構成となる地盤免震構造における必要条件としては、地盤改良体４が軟弱地盤２に比べて十分な剛性を有していること、硬質地盤１よりなる下層も十分な剛性を有していることが挙げられる。
また、前記未改良部分ｈ_lの厚さは、要求される耐震性能に応じて自由に設定することが可能である。
【００１７】
基本構成となる地盤免震構造は、直接基礎の構造物でアスペクト比があまり大きくなく、慣性力に対して泥弱な建築物に適した構造である。
【００１８】
ここで用いられる地盤改良体４は、締固めた砂（サンドコンパクションパイル工法等による）、ソイルセメント系（深層混合処理）改良体、発泡スチロール、土嚢（ソイルパックバッグ）、ＲＣ床版５等が考えられるが、これにこだわるものではなく、液状化や強比線形化を防止することの出来る地盤改良材であれば、いずれでもよい。
【００１９】
ただし、このような地盤改良体４は、コストが高く設計条件に合わない場合が多い。このため、特にソイルセメント系（深層混合処理）改良体やＲＣ床版５等、剛性を有する地盤改良材であれば、図２に示すように該地盤改良体４の構造を工夫し、体積を減少させて適用させればよい。
【００２０】
（第１の参考例）
図２（ａ）に示す地盤改良体４は、上面に構造物３が配置された平板部６と、該平板部６の下面に取り付けられて、平板部の各辺に垂直に設けられた脚板からなる底面のない枠組み７とを有している。
【００２１】
これら、枠組み７とその上面に設けられた平板部６による箱体は、底面がなく、内部７ａは空洞であり、軟弱地盤２が充填されている。これら該枠組み７に囲まれた軟弱地盤２は、非線形化しづらいため、従来より用いられている長方体の地盤改良体４と同じ効果を有することとなる。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示すように、前記内部７ａにさらに枠組み７と同様の厚さおよび長さを有する格子板８を用いて格子を設けることにより、前記地盤改良体４の平板部６は、前記構造物３の荷重によるたわみ等の変形に対する強度を増し、基礎構造としての強度、及び安定性が高まることとなる。
【００２３】
上述する構成により、地盤改良体４としての剛性や安定性を十分に維持したままで、地盤改良体４自身の体積を減少できるため、物量の縮減に伴うコスト縮減や工期短縮等、施工性のよい構造とすることが可能となる。
【００２４】
なお、前記平板部６と前記枠組み７に、同一の地盤改良材を用いてもよいが、平板部６に前記ＲＣ床版５、枠組み７に他の地盤改良材を用いる、といったように複数の地盤改良材を併用してもよい。
【００２５】
（第２の参考例）
その他の地盤改良体４の構造においても、前記地盤改良体４に複数の地盤改良材を組み合わせて併用することが可能である。一例として図３に、前記ＲＣ床版５の上面に構造物３を配置し、前記ＲＣ床版５の周囲には他の地盤改良材を併用するような地盤改良体４の構造を示す。なお、図３は図１と同様に本発明の地盤免震構造の基本構成を示すもので、地盤改良体４における枠組み７、あるいは後述する棒材９の図示は省略してある（このことは図４についても同様である）。
【００２６】
ＲＣ床版５を用いる地盤改良体４の構造による効果は、ＲＣ床版５に構造物３を立設することにより、基礎の沈下が一様でなく、場所により異なった沈下を起こすといった現象である不同沈下を抑制する効果を有するとともに、全体が沈下した際にはＲＣ床版５の下面にジャッキアップや薬液注入を行う等の修復作業を施すことが可能である。
【００２７】
（第３の参考例）
前記ＲＣ床版５を適用した地盤免震構造の一例として、ＲＣ床版５の上面に配置する構造物３には、図４に示すように、工場施設群のような広い構造物群１１や橋脚群を適用することが可能である。ただし、これらの構造物群１１や橋脚群は、全体としてアスペクト比が小さいことが必要条件であり、前記地盤改良体４に対して荷重が偏心してかからないよう、前記構造物群１１や橋脚群の荷重の重心を地盤改良体４の中心に位置させる必要がある。
【００２８】
これら地盤免震構造の効果は、構造物３どうしが配管や橋桁等により連結されるような広い構造物群１１全体を前記ＲＣ床版５上に配置することによって、地盤の地盤の強非線形化や液状化が起こった場合にも局所的な不同沈下を抑制することが可能となり、配管や橋桁等の相対変位がなく、構造物や配管施設等への被害を最小限に押さえることを可能にするものである。
【００２９】
なお、前記構造物群１１や橋脚群を地盤改良体４に配置する際に、構造物群１１や橋脚群の荷重と等しい重量だけ地盤改良体４を掘削し、構造物群１１と地盤改良体４を併せた重量が、構造物群１１や橋脚群を配置しない場合の地盤改良体４の重量に等しくなるように施工すると、地盤改良体４の安定性は一層増すこととなる。
【００３０】
（第４の参考例）
ところで、本実施の形態のように構造物３の基礎に地盤改良体４を用いた場合には、先にも述べた不同沈下が起こりやすい。特に、前記地盤改良体４の上面に立設された構造物３について、地盤改良体４の中心部に荷重の重心がかからないような偏心荷重の構造物３に地盤改良体４による基礎を設ける場合には、不同沈下や傾斜が起こりやすい。このような場合には、図５（ａ）に示すように、重心の偏っている側の前記地盤改良体４を他の側より厚くし、重心の偏っている側の未改良部分ｈl2をその他の側の未改良部分ｈl1より薄くすればよい。
【００３１】
（第５の参考例）
図５（ｂ）に示すように、前記構造物３は偏心荷重ではないが、地盤の硬質地盤１よりなる下層が不整形地盤の場合にも、前記地盤改良体４の下面において未改良部分ｈl の厚さが部分的に異なることにより、地震時の加速度振幅に差が生じ、不同沈下を生じる原因となりやすい。このため、未改良部分ｈl の厚さが均一となるよう、前記地盤改良体４の下面を硬質地盤１よりなる下層と平行になるように設ければよい。
【００３２】
これにより、地盤改良体４の下面全域に対して未改良部分ｈ_lが同じ厚さを保つため、入力される地震加速度の低減量が一定となり、これら地盤改良体４の安定性が一層増すこととなる。
【００３３】
（第１の実施の形態）
また、地盤改良体４に係る補助工法としては、不同沈下を防止することを目的とした工法として、図６に示すように、前記地盤改良体４と硬質地盤１よりなる下層とを複数の棒材９を介して連結すればよい。前記地盤改良体４と硬質地盤１よりなる下層とそれぞれに対して垂直に前記棒材９を設け、該棒材９の両端を図中に○印で示したようにそれぞれ前記地盤改良体４および硬質地盤１に対してピン接合することにより、該棒材９により地盤改良体４は硬質地盤１による下層と締結され、前記地盤改良体４が不同沈下を起こそうとして生じる圧縮力に対して、前記棒材９が逆らうことにより、不同沈下を防ぐものである。
【００３４】
（第２の実施の形態）さらに、前記地盤改良体４の側面からの地震加速度の入力を低減することを目的とした場合には、同じく図６に示すように、地盤改良体４の側面に粘性材やクッション材などの側面入力低減材１０を設ける。該側面入力低減材１０としては、アスファルトやエラストマー（ゴム）等の部材が考えられるが、粘性を有する材料であればこれにこだわるものではない。
【００３５】
上述するような補助工法を実施することにより、前記地盤改良体４を安定させて、不同沈下や傾斜などの被害を抑制しつつ、構造物３に入力される地震加速度を低減することが可能となる。
【００３６】
なお、これまでに示したすべての実施の形態について、前記地盤改良体４は、単一の地盤改良材を用いてもよいし、複数の地盤改良材を併用して用いてもかまわない。
【００３７】
このように、本実施の形態はあくまでも一部の事例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本実施の形態に減退されずにいかなる形態をも採用しうることは、言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造は、硬質地盤による下層と、液状化地盤である軟弱地盤による上層とにより構成される地盤上の構造物の基礎に対して、前記軟弱地盤に未改良層を厚さ方向に残しつつ、地盤改良体を用いて改良する地盤免震構造において、前記地盤改良体は、その下端部に、複数の棒材が設けられており、該棒材の両端がそれぞれ前記地盤改良体および前記硬質地盤にピン接合されて、該棒材により前記地盤改良体は前記硬質地盤による下層と締結されていることから、前記地盤改良体４を安定させて、不同沈下や傾斜などの被害を抑制しつつ、構造物３に入力される地震加速度を低減することが可能となる。
【００４３】
請求項２記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造は、前記地盤改良体の側面には、粘性材が取り付けられることから、側面より地盤改良体に入力される地震加速度を低減することが可能となり、これら地盤改良体の安定性が一層増すこととなる。
【００４４】
請求項３記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造は、前記地盤改良体が、ＲＣ床版と他の地盤改良体を併用することから、基礎の沈下が一様でなく、場所により異なった沈下を起こすといった不同沈下を抑制する効果を有するとともに、全体が沈下した際にはＲＣ床版の下面にジャッキアップや薬液注入を行う等の修復作業を施すことが可能である。
【００４５】
請求項４記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造は、前記ＲＣ床版の上面に、重心が中心になるとともに、分散的に配置された構造物群や橋脚群を設けることから、地盤の強非線形化や液状化が起こった場合にも局所的な不同沈下を抑制することが可能となり、配管や橋桁等の相対変位がなく、構造物や配管施設等への被害を最小限に押さえることを可能にするものである。
【００４６】
請求項５記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造は、前記構造物群を立設する際に生じる前記地盤改良体の排土重量と、前記構造物群の重量とを等しくすることから、構造物群と地盤改良体を併せた重量が、構造物群を配置しない場合の地盤改良体の重量に等しくなるため、地盤改良体の安定性は一層増すこととなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成である地盤免震構造を示す図である。
【図２】本発明に係る剛性の高い地盤改良材を用いた地盤改良体の構造の変形例を示した図である（第１の参考例）。
【図３】本発明に係るＲＣ床版と他の地盤改良材を用いた地盤改良体の構造を示す図である（第２の参考例）。
【図４】本発明に係るＲＣ床版を用いた地盤免震構造を示した図である（第３の参考例）。
【図５】地盤改良体の形状の変形例を示した図である（第４、第５の参考例）。
【図６】本発明に係る地盤改良体の補助工法を示した図である（第１、第２の実施の形態）。
【符号の説明】
１硬質地盤
２軟弱地盤（液状化地盤）
３構造物
４地盤改良体
５ＲＣ床版
６平板部
７枠組み
７ａ内部
８格子板
９棒材
１０側面入力低減材
１１構造物群

Claims

硬質地盤による下層と、液状化地盤である軟弱地盤による上層とにより構成される地盤上の構造物の基礎に対して、前記軟弱地盤に未改良層を厚さ方向に残しつつ、地盤改良体を用いて改良する地盤免震構造において、前記地盤改良体は、その下端部に、複数の棒材が設けられており、該棒材の両端がそれぞれ前記地盤改良体および前記硬質地盤にピン接合されて、該棒材により前記地盤改良体は前記硬質地盤による下層と締結されていることを特徴とする軟弱地盤を利用した地盤免震構造。
請求項１記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造であって、前記地盤改良体の側面には、側面入力低減材が取り付けられることを特徴とする軟弱地盤を利用した地盤免震構造。
請求項１または２記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造において、前記地盤改良体は、ＲＣ床版と他の地盤改良体を併用することを特徴とする軟弱地盤を利用した地盤免震構造。
請求項３記載の軟弱地盤を利用した地盤免震構造であって、前記ＲＣ床版の上面には、重心が中心になるとともに、分散的に配置された構造物群を設けることを特徴とする軟弱地盤を利用した地盤免震構造。
請求項４記載の地盤免震構造であって、前記構造物群を立設する際に生じる前記地盤改良体の排土重量と、前記構造物群の重量とを等しくすることを特徴とする軟弱地盤を利用した地盤免震構造。