JP5282965B2 - 構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法 - Google Patents

Description

本発明は、杭基礎を備えて構築される構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法に関し、特に、工場や配送センターなどの大スパン構造物の液状化対策として好適な構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法に関する。

図６に示すように、液状化層１の上に非液状化層２がある地盤Ｇは、地震時に液状化が生じて地盤Ｇが軟化し、液状化層１より上の地盤Ｇ（上層の非液状化層２）が大きく変位する。そして、このような地盤Ｇに杭基礎（杭）３を備えた構造物（建物）４を構築した場合には、地盤Ｇが軟化することにより、杭３の水平抵抗が確保できなくなったり、液状化層１と上層の非液状化層２、及び液状化層１とこの液状化層１よりも下層の非液状化層５の境界部分で杭３が破損するおそれがある。

一方、従来、地盤Ｇの液状化を抑止するために、セメント系固化材などを用いて地盤改良する対策が多用されている。また、図７及び図８に示すように、地盤Ｇ内に格子状の壁６を造成するように地盤改良を行う手法があり、この対策では、地震時に格子状壁６によって地盤Ｇの変形（せん断変形）を小さくすることで液状化を抑止し、構造物４に与える影響を軽減させるようにしている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許第１９３０１６４号公報 特許第２１３１０７０号公報

しかしながら、従来の地盤改良による対策は、構造物直下の地盤全体が液状化しないようにするものであるため、特に工場や配送センターなど、杭の本数が比較的少ない上、平面が大きく、スパンも大きい構造物（大スパン構造物、図７に示す構造物）の液状化対策に適用した場合には、改良ボリュームが著しく大きくなるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑み、大スパン構造物であっても、改良ボリュームを少なくして合理的に液状化による被害を防止する（軽減させる）ことが可能な構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の構造物の液状化対策構造は、地盤に複数の杭基礎を備えて構築される構造物の液状化対策構造であって、地盤改良によって前記複数の杭基礎をそれぞれ囲繞するように壁状且つ格子状に造成してなり、囲繞した各杭基礎の周辺地盤の液状化を抑止する格子状改良体と、地盤改良によって前記格子状改良体の上端側同士を繋いで前記格子状改良体同士を部分的に一体に繋げるように造成し、且つ隣り合う格子状改良体の間の地盤の液状化が許容されるように造成してなる連結改良体とを備えて構成されていることを特徴とする。

本発明の構造物の液状化対策工法は、地盤に複数の杭基礎を備えて構築される構造物の液状化対策工法であって、前記複数の杭基礎をそれぞれ囲繞し、囲繞した各杭基礎の周辺地盤の液状化を抑止する壁状且つ格子状の格子状改良体を地盤改良によって造成し、前記格子状改良体の上端側同士を繋いで前記格子状改良体同士を部分的に一体に繋げるように、且つ隣り合う格子状改良体の間の地盤の液状化が許容されるように連結改良体を地盤改良によって造成することを特徴とする。

上記の発明においては、複数の杭基礎をそれぞれ囲繞するように造成した格子状改良体が連結改良体によって一体に繋げられている。このため、連結改良体を造成した隣り合う格子状改良体の間の地盤の液状化を許容した場合であっても、格子状改良体で囲繞した杭基礎の周辺地盤に対してだけ液状化を抑止することにより、地震時に、杭基礎の水平抵抗を確保することができ、液状化層と非液状化層の境界部分で杭基礎が破損することを確実に防止できる。

本発明の構造物の液状化対策構造においては、前記連結改良体が壁状に造成されていることが望ましい。

また、本発明の構造物の液状化対策工法においては、前記連結改良体を壁状に造成することが望ましい。

これらの発明においては、連結改良体を格子状改良体と同様に壁状に造成することによって、確実に各格子状改良体に水平力を伝達させることができるとともに、構造物直下の地盤を一体に挙動させることが可能になる。これにより、比較的少ない連結改良体で確実に各格子状改良体の地震時の挙動が大きく異なることがないようにすることが可能になる。

本発明の構造物の液状化対策構造においては、前記連結改良体が横方向に延びる盤状に造成されていてもよい。

また、本発明の構造物の液状化対策工法においては、前記連結改良体を横方向に延びる盤状に造成してもよい。

これらの発明においても、浅層改良のように盤状に造成した連結改良体によって、隣り合う格子状改良体を一体に繋げ、各格子状改良体に水平力を伝達させて各格子状改良体の地震時の挙動が大きく異なることがないようにすることが可能になる。

本発明の構造物の液状化対策構造においては、前記地盤が液状化層の上に非液状化層がある地盤であり、前記連結改良体が前記液状化層に１ｍ以上根入れして造成されていることがより望ましい。

また、本発明の構造物の液状化対策工法においては、前記地盤が液状化層の上に非液状化層がある地盤であり、前記連結改良体を前記液状化層に１ｍ以上根入れして造成することがより望ましい。

これらの発明においては、連結改良体を液状化層に１ｍ以上根入れして造成することにより、液状化時に連結改良体に作用する面外方向の力を小さくすることができる。また、このように液状化層に根入れした連結改良体は、表層に近い部分の液状化層の変位を抑制する。そして、連結改良体によって表層に近い液状化層の変位が抑制されることで、この液状化層の動きに追随する上層の非液状化層の変位を抑制することが可能になる。これにより、構造物（上部構造）に作用する水平力を低減させることが可能になり、構造物の液状化による被害をより確実に軽減させることが可能になる。

本発明の構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法においては、格子状改良体が連結改良体によって一体に繋げられているため、連結改良体を造成した隣り合う格子状改良体の間の地盤の液状化を許容した場合であっても、格子状改良体で囲繞した杭基礎の周辺地盤に対してだけ液状化を抑止することにより、地震時に、杭基礎の水平抵抗を確保することができ、液状化層と非液状化層の境界部分で杭基礎が破損することを確実に防止できる。また、杭基礎の水平抵抗は、地盤が液状化しないものとして設計することが可能になる。

そして、連結改良体は、単に、隣り合う格子状改良体を一体に繋げ、各格子状改良体に水平力を伝達させて各格子状改良体の地震時の挙動が大きく異なることがないようにするためのものであるため、すなわち、連結改良体は、地盤の液状化を抑止するためのものではないため、従来のように構造物の直下の地盤全体を地盤改良する必要がなく、大スパン構造物であっても、改良ボリュームを少なくして合理的に液状化による構造物の被害を防止する（軽減させる）ことが可能になる。

本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造を示す図であり、一方向に延びる壁状の連結改良体を備えた液状化対策構造を示す図である。 図１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造の変形例を示す図であり、二方向に延びる壁状で格子状の連結改良体を備えた液状化対策構造を示す図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造の変形例を示す図であり、盤状の連結改良体を備えた液状化対策構造を示す図である。 図４のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 液状化による構造物の損傷に関する説明に用いた図である。 従来の構造物の液状化対策を示す図である。 図７のＸ１−Ｘ１線矢視図である。

以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係る構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法について説明する。本実施形態は、地震時の地盤の液状化による構造物（杭基礎構造物）の被害を防止あるいは軽減させるための構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法に関するものである。

本実施形態の構造物４は、図１に示すように、液状化層１の上に非液状化層（上層の非液状化層２）がある地盤Ｇに構築され、地盤Ｇ内に打設した複数の杭（杭基礎３）で上部構造４ａを支持して構築されている。また、この構造物４は、例えば工場や配送センターなど、杭３の本数が比較的少ない上、平面が大きく、スパンも大きい構造物（大スパン構造物）４であり、その下端部側（根入れ部４ｂ）を上層の非液状化層２に根入れして構築されている。

そして、本実施形態の構造物の液状化対策構造Ａは、図１及び図２に示すように、セメント系固化材等を用いた地盤改良によって、構造物４（上部構造４ａ）直下の地盤Ｇ内に造成した格子状改良体１０と連結改良体１１とを備えて構成されている。

格子状改良体１０は、地盤改良によって複数の杭３をそれぞれ囲繞するように壁状且つ格子状に造成されている。また、本実施形態において、格子状改良体１０は、上端を上層の非液状化層２に配し、液状化層１の下の非液状化層（下層の非液状化層５）に下端側を根入れして造成されている。そして、格子状改良体１０は、地震時に、杭３とともに囲繞した各杭３の周辺地盤Ｇの液状化を抑止するために設けられている。

本実施形態の連結改良体１１は、地盤改良によって壁状に造成され、隣り合う格子状改良体１０同士を一体に繋げるように造成されている。また、本実施形態において、複数の連結改良体１１は、横方向の一方向Ｔ１に延設して隣り合う格子状改良体１０に繋げられている。また、本実施形態の連結改良体１１は、上端を上層の非液状化層に配し、下端側を液状化層に１ｍ以上根入れして造成されている。すなわち、本実施形態では、格子状改良体１０の下端側が下層の非液状化層５に根入れされ、この格子状改良体１０の下端側が地震時に下層の非液状化層５と同じ動きをしてその変位が小さくなる。このため、本実施形態の連結改良体１１は、格子状改良体１０の地震時の変位が大きくなる上端側（表層に近い部分）を一体に繋ぐように造成されている。

そして、このような連結改良体１１は、単に、隣り合う格子状改良体１０（複数の格子状改良体１０）を一体に繋げ、各格子状改良体１０に水平力を伝達させて各格子状改良体１０の地震時の挙動が大きく異なることがないようにするためのものである。このため、連結改良体１１は、横方向の一方向Ｔ１に直交する他方向Ｔ２に隣り合う連結改良体１１の間の地盤Ｇ（Ｇ’）の液状化が許容されるように造成されている。なお、連結改良体１１は、複数の格子状改良体１０の上端側同士を一体に繋げるように造成され、且つ隣り合う連結改良体１１の間の地盤Ｇ’の液状化が許容されるように造成されていれば、その数、前記他方向Ｔ２の間隔、厚さ（改良幅）、改良深さを限定する必要はない。また、全ての連結改良体１１を同じ仕様にする必要もなく、各連結改良体１１は、構造物４や地盤条件に応じて適宜前記間隔、厚さ（改良幅）、改良深さを設定してもよい。

ついで、上記構成からなる構造物の液状化対策構造Ａを構築する方法（構造物の液状化対策工法）について説明するとともに、本実施形態の構造物の液状化対策構造Ａ及び構造物の液状化対策工法の作用及び効果を説明する。

本実施形態の構造物の液状化対策構造Ａを構築する際には、先行して打設した複数の杭３をそれぞれ囲繞するように壁状且つ格子状の格子状改良体１０を地盤改良によって造成する。また、これとともに、格子状改良体１０同士を一体に繋げるように、且つ隣り合う格子状改良体１０の間の地盤Ｇ’の液状化が許容されるように連結改良体１１を地盤改良によって造成する。これにより、液状化対策構造Ａが構築される。そして、このとき、連結改良体１１が格子状改良体１０同士を一体に繋げるように造成されていればよいため、従来の液状化対策のように構造物４直下の地盤Ｇ全体を改良する必要がなくなり、大幅に少ない改良ボリュームで液状化対策構造Ａが構築されることになる。また、非液状化層２の種類（砂、粘土）や地下水位に関わりなく、液状化対策構造Ａが構築されることになる。

上記のように構築した本実施形態の液状化対策構造Ａ（及び液状化対策工法）においては、複数の杭３をそれぞれ囲繞するように格子状改良体１０が造成されているため、地震時に格子状改良体１０で囲繞した杭３の周辺地盤Ｇの液状化が抑止される。一方、連結改良体１１が配された隣り合う格子状改良体１０の間の地盤Ｇ’は液状化することになる。

ここで、従来の地盤改良による液状化対策において、構造物４直下の地盤Ｇ全体を地盤改良し、杭３のない部分の液状化を防止する理由は、構造物４直下の地盤Ｇを均一な改良地盤として一体に挙動させること、改良地盤の高さ（厚さ）／幅比を小さくして、地震時の地盤変形による改良地盤のロッキング挙動を小さく抑えることにある。

一方、本実施形態の液状化対策構造Ａでは、上記のように隣り合う格子状改良体１０の間の地盤Ｇ’の液状化を許容している。そして、このように連結改良体１１を造成した隣り合う格子状改良体１０の間の地盤Ｇ’の液状化を許容した場合であっても、複数の格子状改良体１０が連結改良体１１で一体に繋げられているため、複数の格子状改良体１０に連結改良体１１を通じて水平力が伝達され、これら格子状改良体１０の挙動が大きく異なるようなことはなく、連結改良体１１によって構造物４直下の地盤Ｇが一体に挙動することになる。このため、本実施形態の液状化対策構造Ａにおいては、各格子状改良体１０で囲繞した各杭３の水平抵抗が確保され、また、格子状改良体１０によって液状化層１と非液状化層２、５の境界部分で杭３が破損することが確実に防止される。

さらに、連結改良体１１が液状化層１に１ｍ以上根入れして造成されているため、液状化時に連結改良体１１に作用する面外方向の力が小さくなる。また、このように液状化層１に根入れした連結改良体１１は、表層に近い部分の液状化層１の変位を抑制する。このため、液状化層１の動きに追随する上層の非液状化層２の変位が抑制される。これにより、構造物４（上部構造４ａ）に作用する水平力が低減し、構造物４の液状化による被害がさらに確実に軽減されることになる。

したがって、本実施形態の構造物の液状化対策構造Ａ及び構造物の液状化対策工法においては、複数の杭３をそれぞれ囲繞するように造成した格子状改良体１０が連結改良体１１によって一体に繋げられているため、連結改良体１１を造成した隣り合う格子状改良体１０の間の地盤Ｇ’の液状化を許容した場合であっても、格子状改良体１０で囲繞した杭３の周辺地盤Ｇに対してだけ液状化を抑止することにより、地震時に、杭３の水平抵抗を確保することができ、液状化層１と非液状化層２、５の境界部分で杭３が破損することを確実に防止できる。また、杭３の水平抵抗は、地盤Ｇが液状化しないものとして設計することが可能になる。

そして、連結改良体１１は、単に、隣り合う格子状改良体１０を一体に繋げ、各格子状改良体１０に水平力を伝達させて各格子状改良体１０の地震時の挙動が大きく異なることがないようにするためのものであるため、すなわち、連結改良体１１は、地盤Ｇの液状化を抑止するためのものではないため、従来のように構造物４の直下の地盤全体を地盤改良する必要がなく、大スパン構造物４であっても、改良ボリュームを少なくして合理的に液状化による構造物４の被害を防止する（軽減させる）ことが可能になる。

また、本実施形態のように連結改良体１１を壁状に造成することにより、確実に各格子状改良体１０に水平力を伝達させることができるとともに、構造物４直下の地盤Ｇを一体に挙動させることが可能になる。これにより、比較的少ない連結改良体１１で確実に各格子状改良体１０の地震時の挙動が大きく異なることがないようにすることが可能になる。

さらに、連結改良体１１を液状化層１に１ｍ以上根入れして造成することにより、液状化時に連結改良体１１に作用する面外方向の力を小さくすることができる。また、このように液状化層１に根入れした連結改良体１１は、表層に近い部分の液状化層１の変位を抑制するため、この液状化層１の動きに追随する上層の非液状化層２の変位を抑制することが可能になる。これにより、構造物４（上部構造４ａ）に作用する水平力を低減させることが可能になり、構造物４の液状化による被害をより確実に軽減させることが可能になる。

また、図１及び図２に示すように、構造物４外周に下層の非液状化層５に達する格子状改良体１０の壁（連結改良体１１を下層の非液状化層５に達するように造成した場合には、構造物４外周に造成した連結改良体１１の壁を含む）を設けた場合には、地震時の地盤変形により壁に作用する荷重が大幅に低減される。このため、さらに少ない連結改良体１１で改良地盤の一体性を確保することが可能になる。

以上、本発明に係る構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、複数の連結改良体１１が横方向の一方向Ｔ１に延設して隣り合う格子状改良体１０に繋げられているものとしたが、例えば図３に示すように、連結改良体１１を横方向の一方向Ｔ１と他方向Ｔ２に造成して剛性を上げるようにしてもよい。

また、連結改良体１１は壁状に造成しなくてもよく、例えば図４及び図５に示すように、連結改良体１１を横方向Ｔ１、Ｔ２に延びる盤状に造成してもよい。そして、浅層改良のように構造物直下の全面にわたってある程度の厚さをもつ盤状の連結改良体１１を造成した場合においても、連結改良体１１によって、隣り合う格子状改良体１０を一体に繋げ、各格子状改良体１０に水平力を伝達させて各格子状改良体１０の地震時の挙動が大きく異なることがないようにすることが可能になり、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

さらに、本実施形態では、地盤Ｇが液状化層１の上に非液状化層２がある地盤であるものとして説明を行ったが、本発明に係る構造物の液状化対策構造及び構造物の液状化対策工法は、特に液状化層１の上に非液状化層２がある地盤Ｇに限定して適用する必要はなく、地震によって液状化する地盤に適用すれば、本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

１ 液状化層
２ 上層の非液状化層
３ 杭（杭基礎）
４ 構造物
４ａ 上部構造
４ｂ 根入れ部
５ 下層の非液状化層
１０ 格子状改良体
１１ 連結改良体
Ａ 構造物の液状化対策構造
Ｇ 地盤
Ｇ’ 隣り合う格子状改良体の間の地盤
Ｔ１ 横方向の一方向
Ｔ２ 横方向の他方向

Claims (8)

1. 地盤に複数の杭基礎を備えて構築される構造物の液状化対策構造であって、
   地盤改良によって前記複数の杭基礎をそれぞれ囲繞するように壁状且つ格子状に造成してなり、囲繞した各杭基礎の周辺地盤の液状化を抑止する格子状改良体と、
   地盤改良によって前記格子状改良体の上端側同士を繋いで前記格子状改良体同士を部分的に一体に繋げるように造成し、且つ隣り合う格子状改良体の間の地盤の液状化が許容されるように造成してなる連結改良体とを備えて構成されていることを特徴とする構造物の液状化対策構造。
2. 請求項１記載の構造物の液状化対策構造において、
   前記連結改良体が壁状に造成されていることを特徴とする構造物の液状化対策構造。
3. 請求項１記載の構造物の液状化対策構造において、
   前記連結改良体が横方向に延びる盤状に造成されていることを特徴とする構造物の液状化対策構造。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の構造物の液状化対策構造において、
   前記地盤が液状化層の上に非液状化層がある地盤であり、前記連結改良体が前記液状化層に１ｍ以上根入れして造成されていることを特徴とする構造物の液状化対策構造。
5. 地盤に複数の杭基礎を備えて構築される構造物の液状化対策工法であって、
   前記複数の杭基礎をそれぞれ囲繞し、囲繞した各杭基礎の周辺地盤の液状化を抑止する壁状且つ格子状の格子状改良体を地盤改良によって造成し、
   前記格子状改良体の上端側同士を繋いで前記格子状改良体同士を部分的に一体に繋げるように、且つ隣り合う格子状改良体の間の地盤の液状化が許容されるように連結改良体を地盤改良によって造成することを特徴とする構造物の液状化対策工法。
6. 請求項５記載の構造物の液状化対策工法において、
   前記連結改良体を壁状に造成することを特徴とする構造物の液状化対策工法。
7. 請求項５記載の構造物の液状化対策工法において、
   前記連結改良体を横方向に延びる盤状に造成することを特徴とする構造物の液状化対策工法。
8. 請求項５から請求項７のいずれかに記載の構造物の液状化対策工法において、
   前記地盤が液状化層の上に非液状化層がある地盤であり、前記連結改良体を前記液状化層に１ｍ以上根入れして造成することを特徴とする構造物の液状化対策工法。

Images