JP5302077B2

JP5302077B2 - 地盤改良体

Info

Publication number: JP5302077B2
Application number: JP2009099059A
Authority: JP
Inventors: 明彦内田; 実三郎今宮
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-04-15
Also published as: JP2010248781A

Description

本発明は、液状化層を改良した地盤改良体に関する。

液状化を生じる液状化層に建てられる構造物は、液状化を防止するための対策が不可欠である。このとき、例えば、１階や２階建て程度の低層階の構造物は、構造物の重量が小さいため、液状化層を地盤改良した格子状地盤改良体で支持できる。また、７階建て程度以上の高層階の構造物は、構造物の重量が大きいため、支持層に根入れされた支持杭で構造物を支持する構成とされており問題は生じない。

一方、３階から６階建て程度の中層階の構造物では、構造物の重量から、格子状地盤改良体と杭（支持杭又は摩擦杭）を組み合わせた液状化防止対策が必要となる。即ち、地盤改良工事と杭工事が必要になり、工事期間の長期化、施工費用の増大等の問題が発生する。
そこで、杭工事を必要とせず、地盤改良工事だけで中層階の構造物を支持する地盤改良体が提案されている（特許文献１）。

図７（Ａ）に示すように、特許文献１では、中層階の構造物８４の直下に、液状化層８６を地盤改良した格子状地盤改良体８２が設けられ、格子状地盤改良体８２の上面で構造物８４を支持している。また、格子状地盤改良体８２の底面には地盤改良延伸体８３が設けられ、格子状地盤改良体８２と地盤改良延伸体８３で地盤改良体８０を構成している。

格子状地盤改良体８２は、図７（Ｂ）に示すように、平面視が格子状とされ、格子壁８２Ａと接合部８２Ｂで格子が閉じられている。格子状地盤改良体８２の深さは、液状化層８６の下にある非液状化層８８に達する深さとされている。

地盤改良延伸体８３は、図７（Ｃ）に示すように、格子状地盤改良体８２の接合部８２Ｂの底面から下方に延伸して設けられている。地盤改良延伸体８３の下端部は、非液状化層８８の下層の支持層９０に根入れされ、格子状地盤改良体８２を支持している。

しかし、特許文献１に記載の地盤改良体８０は、格子状地盤改良体８２の上面が構造物８４の荷重を直接受ける構成である。一般に、格子状地盤改良体８２の強度は、コンクリートに比べると一桁小さく、通常は設計基準強度で２０Ｎ／ｍｍ^２以下のため、構造物８４の荷重を格子状地盤改良体８２の全体で受けている。

ここに、格子状地盤改良体８２は、図示されていないが、連続した地盤改良杭の外周壁の一部が重なり合った壁体であるため、構造物８４を支持するのに必要な断面積を確保するためには、多くの数の地盤改良杭を構築しなければならない。
このとき、地盤改良延伸体８３が構造物８４の荷重を支持する構成のため、地盤改良延伸体８３に大きな集中荷重が生じる。このため、地盤改良延伸体８３は、多くの地盤改良杭を必要とする。
また、非液状化層８８に十分な支持力がない場合には、格子状地盤改良体８２の中央部は、構造物８４の荷重により沈下してたわみが生じる。この結果、格子状地盤改良体８２が壊れやすくなる。

また、液状化層８６の液状化防止は、液状化層８６の地下水の移動を抑制すればよく、格子状地盤改良体８２の上面は地下水の水位より高い位置にあればよい。しかし、格子状地盤改良体８２は、上面で構造物８４を支持する構成のため、格子状地盤改良体８２の上面を低くできない。このため、長い寸法の地盤改良杭を構築しなければならない。

特開２００７−２８５０４７号公報

本発明は、上記事実に鑑み、簡易な地盤改良工事で中層階の構造物を支持する地盤改良体を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る地盤改良体は、液状化層に建てられた構造物の柱の直下に設けられ、前記液状化層を地盤改良した複数の地盤改良杭からなる基礎杭と、前記基礎杭の間に設けられ、前記液状化層を取り囲む地盤改良壁と、を有し、前記地盤改良壁は、前記地盤改良杭を連続させた壁体であり、平面視が前記基礎杭を交点とする格子状に配置され、前記壁体の上面は、前記基礎杭の杭頭部の頂面より低くされていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、地盤改良体は、基礎杭と地盤改良壁を有しており、基礎杭は複数の地盤改良杭からなり、構造物の柱の直下に設けられ構造物を支持している。一方、地盤改良壁は、基礎杭の間に設けられ、地盤改良壁が取り囲んだ液状化層の液状化を防止する。また、地盤改良壁が地盤改良杭を連続させた壁体で構成され、格子状に配置されている。これにより、格子内部の液状化層の液状化を防止できる。格子内部の液状化層の液状化が防止されることで、格子の交点にある基礎杭の摩擦抵抗が確保され、支持強度が維持される。

このように、基礎杭と地盤改良壁の役割を区別し、それぞれを構成する地盤改良杭に分担させることで、使用する地盤改良杭の総本数を減らすことができる。即ち、基礎杭は、受ける荷重に応じて構造物の柱ごとに地盤改良杭の数を調整できる。また、地盤改良壁は、構造物を支持しないので壁体の断面積を小さくできる。
また、地盤改良壁の壁体の上面が、基礎杭の杭頭部の頂面より低くされている。これにより、構造物の荷重が壁体の上面に直接加わることがない。また、地盤改良壁を構築する地盤改良杭を短くできる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地盤改良体において、前記基礎杭を構成する前記地盤改良杭は、外周壁を接して設けられ、前記地盤改良杭の先端部は、前記液状化層の下層の非液状化層に根入れされていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、複数の地盤改良杭が外周壁を接して設けられ、基礎杭を構成している。これにより、基礎杭の外周壁の面積が広く確保され、外周壁と液状化層の間の摩擦抵抗を確保できる。この結果、少ない数の基礎杭で構造物を支持できる。
また、地盤改良杭の先端部は液状化層の下層の粘土層などの非液状化層に根入れされている。これにより、構造物の荷重を支持層に伝播させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の地盤改良体において、前記地盤改良壁の上面は、前記液状化層の地下水の水位より高くされ、前記地盤改良壁の深さは、前記液状化層の下層の非液状化層に達する深さとされていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、地盤改良壁が、液状化層の地下水の水位より高い位置から液状化層の下層の非液状化層に達する深さの範囲で設けられている。即ち、液状化の可能性がある範囲に地盤改良壁を設け、液状化層の液状化を防止する。

このように、液状化防止に必要な部分のみを地盤改良壁とすることで、地盤改良壁を構築する地盤改良杭を短くできる。

本発明は、上記構成としてあるので、簡易な地盤改良工事で中層階の構造物を支持できる。

本発明の第１の実施の形態に係る地盤改良体の基本構成を示す平面図である。本発明の第１の実施の形態に係る地盤改良体の基本構成を示す立面図である。本発明の第１の実施の形態に係る地盤改良体の基本構成を示す姿図である。本発明の第１の実施の形態に係る地盤改良杭の施工手順を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る地盤改良杭の別の施工手順を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る地盤改良体の基本構成を示す立面図である。従来例の地盤改良体の基本構成を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１、図２に示すように、第１の実施の形態に係る地盤改良体１０は、液状化層１８を地盤改良した、複数の地盤改良杭１２からなる基礎杭１４を有している。
基礎杭１４は、構造物２０の柱２２の直下に設けられ、液状化層１８の上に建てられた構造物２０を支持している。ここに、構造物２０は３階から６階建て程度の中層階の構造物である。

基礎杭１４は、３列３段に配置された９本の地盤改良杭１２を有し、合計された断面積で柱２２からの軸力を受けるのに必要な強度を確保している。また、柱２２の下端部２２Ａは基礎杭１４より断面積を大きく形成され、基礎杭１４の９本の地盤改良杭１２の頭部の上面に設けられ、柱２２からの軸力を９本の地盤改良杭１２に均等に伝達している。

９本の地盤改良杭１２は、隣接する地盤改良杭１２と外周壁１２Ｓを接して設けられている。これにより、地盤改良杭１２の外周壁１２Ｓの表面積が広く確保され、外周壁１２Ｓと液状化層１８の間の摩擦抵抗（周面摩擦力）が確保できる。この結果、少ない数の地盤改良杭１２で、構造物２０を支持できる。

基礎杭１４の先端部は、液状化層１８の下層にある粘土層などの非液状化層２６に根入れされている。これにより、柱２２からの軸力を支持層２６に伝播させることができる。

基礎杭１４と隣の基礎杭１４の間には、地盤改良壁１６が設けられている。地盤改良壁１６は、基礎杭１４と同じく、液状化層１８を地盤改良した地盤改良杭１２で形成され、複数の地盤改良杭１２を連続して構築した壁体とされている。

地盤改良壁１６の両端部に位置する地盤改良杭１２Ｅは、基礎杭１４の中央列の端部に位置する地盤改良杭１２Ｃと、外周壁の一部を重ね合せて形成されている。これにより、基礎杭１４と地盤改良壁１６が連結されている。

地盤改良壁１６の上面１６Ｔは、液状化層１８の地下水の水位Ｐより高い位置とされ、地盤改良壁１６の底面１６Ｂは、液状化層１８の下層の非液状化層２６に達する深さとされている。また、地盤改良壁１６は、平面視において、基礎杭１４を交点とする格子状に配置され、格子で液状化層１８を取り囲んでいる。

このように、地盤改良壁１６を連続してつなげて、液状化層１８の周囲を取り囲むことで、地震時に、周囲を取り囲まれた液状化層１８に生じるせん断変形が抑制され、液状化を防止することができる。格子内部の液状化層１８の液状化が防止されることで、格子の交点にある基礎杭１４の摩擦抵抗が確保され、基礎杭１４の支持強度が維持される。

図３の姿図に示すように、地盤改良体１０は、構造物２０の柱２２に対応させ、それぞれの下部に配置する基礎杭１４を有し、それぞれの基礎杭１４の間には、地盤改良壁１６が設けられている。

このとき、地盤改良壁１６の上面１６Ｔは、基礎杭１４の杭頭部の頂面１４Ｔより、高さＨだけ低くされている。なお、高さＨは、地下水の水位Ｐにより決定される値であり、水位Ｐが低ければ高さＨは大きくなる。これにより、構造物２０の荷重が壁体１６の上面１６Ｔに直接加わることがない。また、地盤改良壁１６を構築する地盤改良杭１２を高さＨの分だけ短くできる。

このように、基礎杭１４と地盤改良壁１６の役割を区別し、それぞれを構成する地盤改良杭１２に分担させることで、簡易な地盤改良杭１２のみで、中層階の構造物２０の沈下抑制と液状化層１８の液状化防止ができる。

ここで、地盤改良杭１２の施工方法について説明する。
図４（Ａ）に示すように、クローラ杭打機５４を用いて、先ず、オーガマシン５６でオーガロッド５８を回転させながら液状化層１８を穿孔する（ａ）。このとき、穿孔はセメントミルクを注入しながら行う。セメントミルクと穿孔時に発生した現地の土砂を混合させながら、所定の深さまで掘り下げる（ｂ）。所定の深さに到達した後は、引き続きセメントミルクを注入しながら、かつ、セメントミルクと土砂を混合させながら、オーガロッド５８を引き抜いてゆく（ｃ）。これにより、地盤改良杭１２ができる。

以上の手順を、必要な本数分だけ繰り返し、それぞれの外周壁１２Ｓが接する位置に地盤改良杭１２を順次施工することで、基礎杭１４が構築できる。
なお、図４（Ｂ）に示すように、地盤改良壁１６の施工においては、地盤改良壁１６は連続した壁体とする必要があり、次の手順で行う。

まず、１本目の地盤改良杭１２Ｒを施工後、地盤改良杭１２Ｒから所定の距離だけ離れた位置に２本目の地盤改良杭１２Ｌを、同じ要領で施工する。続いて、地盤改良杭１２Ｌの施工後であり、かつ地盤改良杭１２Ｒと地盤改良杭１２Ｌのセメントが固まる前に、地盤改良杭１２Ｒと地盤改良杭１２Ｌの間に、３本目の地盤改良杭１２Ｃを施工する（ｄ）。

このとき、地盤改良杭１２Ｒ、地盤改良杭１２Ｌ、及び地盤改良杭１２Ｃを、互いに外周壁１２Ｓの一部をオーバーラップさせる。これにより、連続した壁体１７が形成される。上述の施工手順を繰返し、連続した壁体である地盤改良壁１６を構築する。

なお、図５（Ａ）に示すように、多軸ソイルオーガマシン６２を用いれば、複数のオーガロッド６４を、同時に回転させながら穿孔、引抜きの作業ができる（ａ）（ｂ）（ｃ）。これにより、図５（Ｂ）に示すように、１回の穿孔、引き抜きの工程で、複数個（図では３個）の連続した地盤改良杭からなる壁体１７を形成することができる。

以上、説明したように、柱２２の直下に構築した基礎杭１４が構造物２０の荷重を受け、地盤改良壁１６が液状化層１８の液状化を防止する。これにより、従来、必要であった、柱２２の下に支持杭や摩擦杭を設ける杭工事をなくすことができ、工事の長期化、施工費用の増大を避けることができる。

なお、構造物の柱２２が、格子状配置における一部が欠けている構成の場合には、その部分の基礎杭１４は省略できる。また、基礎杭１４は、地盤改良体１２を９本使用する例について説明したが、柱２２から受ける軸力に対応させて、柱２２の軸力ごとに最適本数を設定すればよい。

また、地盤改良壁１６は、格子状に配置した例で説明したが、格子状の配置に限定されることはなく、液状化層１８における、液状化させたくない範囲を取り囲む構成であればよい。

（第２の実施の形態）
図６に示すように、第２の実施の形態に係る地盤改良体３０は、構造物２０を支持する液状化層１８、非液状化層２６、及び支持層３６の三層構成の地層に設けられている。

地盤改良体３０は、第１の実施の形態と同じく、基礎杭３８と地盤改良壁４０を有している
液状化層１８の上には中層階の構造物２０が建てられ、基礎杭３８は、構造物２０の柱２２の直下に設けられ、構造物２０を支持している。

基礎杭３８は、３列３段に配置された地盤改良杭１２で構成され、非液状化層２６の下層にある支持層３６に根入れされている。これにより、柱２２の軸力を支持層３６に伝播させる。

基礎杭３８と隣の基礎杭３８の間には、地盤改良壁４０が設けられている。地盤改良壁４０は、基礎杭３８と同じく、液状化層１８を地盤改良した地盤改良杭１２で形成され、複数の地盤改良杭１２を連続させた壁体とされている。

地盤改良壁４０の上面４０Ｔは、地下水の水面Ｐより高い位置とされ、地盤改良壁４０の下面４０Ｂは、非液状化層２６の上面に達する深さとされている。

このような構成とすることにより、液状化層１８と支持層３６の間に非液状化層２６がある地層でも、簡易な地盤改良杭１２のみで、柱直下の基礎杭１４が建物荷重を受け中層階の構造物２０の沈下を抑制でき、地盤改良壁１６が液状化層１８の液状化を防止する。
他の構成は、第１の実施の形態に係る地盤改良体１０と同じであり、説明は省略する。

１０地盤改良体
１２地盤改良杭
１４基礎杭
１６地盤改良壁
１７壁体
１８液状化層
２０構造物
２２柱
２４基礎スラブ
２６非液状化層
３６支持層

Claims

液状化層に建てられた構造物の柱の直下に設けられ、前記液状化層を地盤改良した複数の地盤改良杭からなる基礎杭と、
前記基礎杭の間に設けられ、前記液状化層を取り囲む地盤改良壁と、
を有し、
前記地盤改良壁は、前記地盤改良杭を連続させた壁体であり、平面視が前記基礎杭を交点とする格子状に配置され、前記壁体の上面は、前記基礎杭の杭頭部の頂面より低くされている地盤改良体。
前記基礎杭を構成する前記地盤改良杭は、外周壁を接して設けられ、
前記地盤改良杭の先端部は、前記液状化層の下層の非液状化層に根入れされている請求項１に記載の地盤改良体。
前記地盤改良壁の上面は、前記液状化層の地下水の水位より高くされ、
前記地盤改良壁の深さは、前記液状化層の下層の非液状化層に達する深さとされている請求項１又は請求項２に記載の地盤改良体。