JP5350555B1 - 液状化防止構造及び液状化防止工法 - Google Patents

Abstract

【課題】液状化地盤を囲い壁で拘束して液状化を防止する構造において、囲い壁を補強して液状化防止作用及び効果を高める構造および工法を提供する。
【解決手段】地盤中に存在する液状化層Ｘの一定の深さまで、又は液状化層Ｘを貫通させてその下の非液状化層Ｙへ届く深さまで、地盤改良壁体２０を、平面視が閉じた閉鎖形状に造成した囲い壁２として構築する。地盤改良壁体２０の内面側に、突っ張り作用を働かせるに相当な間隔をあけて内接する火打ち形状の地盤改良体３を、囲い壁２との間で応力の伝達が可能に接合して造成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、液状化が懸念される地盤中に閉鎖形状の囲い壁を構築して液状化を防止する構造および液状化防止工法の技術分野に属し、更に言えば、液状化地盤を囲い壁で拘束して液状化を防止する構造において、囲い壁を補強して液状化防止作用及び効果（拘束効果）を高める構造および工法の技術分野に関する。

従来、地盤の液状化防止構造及び液状化防止工法として、例えば下記特許文献１に開示された深層混合処理工法が広く知られ、既に実用に供されている。前記工法は、セメント系の地盤改良工法の一種である深層混合処理工法で液状化地盤を格子状に囲む囲い壁を造成し、地震時に液状化地盤を拘束してせん断破壊を防止する構成である。液状化防止工法として、兵庫県南部地震時に液状化を防止できた実績のある信頼性の高い工法である。

近年、震災復興事業として、上記囲い壁による液状化防止工法により道路及び宅地を一体とした液状化対策事業が提案されている。そこで、囲い壁による液状化防止効果の検討を行ったところ、設計で考慮するべき地震動の大きさによっては、液状化防止効果が不十分な場合が確認された。例えば、既設住宅を対象として、道路と宅地とを一体とした液状化対策を実施する場合は、格子間隔が最も狭い１つの住宅と道路を１つの格子で囲うと、格子間隔は１６ｍ×１３ｍ程度に広幅となることに依る。
そこで、囲い壁による液状化防止効果を高める手段として、格子の間隔を狭めた構造、或いは地盤改良壁体の壁厚の一部又は全部を大きくしたり、地盤改良壁体の内部へ鋼矢板やＨ型鋼等の芯材を埋め込むことにより壁体自体の剛性・強度を高める構造が考えられている。
しかし、格子間隔を狭幅にすると、液状化防止効果は高まるが、改良土量が増えるので工期が長引き、施工費用が嵩んで不経済である。また、既設住宅に関し、既に最小の格子間隔が決定している場合には、それ以下の格子間隔に施工できない。そのため例えば掘削径の大きなドリルを使用して壁厚を大にするか、或いは他の補強工法と併用する必要があるのでコスト高となる。
また、地盤改良壁体の剛性を高める方法、例えば芯材を使用する工法では、施工費用が多く掛かるし、その効果は剛性を高めた箇所のみで限定的となり、十分な液状化防止効果が期待できない場合がある。

ところで、格子状地盤改良体の液状化防止効果を高める先行技術文献として、下記特許文献２には、液状化層の上端から下端にまで到達する深さに施工した地盤改良壁体の上部の壁厚を、同地盤改良壁体の下部の壁厚よりも増厚した構造、および格子状地盤改良体の四隅をハンチ状に増厚した構造が開示されている。
下記特許文献３には、液状化層の所定深度域に地盤改良壁体から内方へ向かって突き出す水平方向の硬化材注入層を複数層並列させて造成する液状化防止工法が開示されている。

下記の特許文献４には、建物直下の外側位置に地盤改良壁体による内壁が造成され、該内壁の外周に地盤改良壁体による外壁が造成されており、前記内壁と外壁とを、内壁及び外壁の壁面と直交する方向に造成された複数の直交壁で連結して液状化防止効果を高めた構成が開示されている。
下記特許文献５は、囲い壁の内周面に、立面方向に見て三角形状の連続型傾斜壁を、前記囲い壁と同方向に連続させて一体的に設けて液状化防止効果を高めた構成を開示している。
下記特許文献６には、囲い壁の内周面に、長方形の板形状で成る控え壁を、所定の間隔をあけて囲い壁の内面と直交方向にリブ状に複数体設けて、液状化による被害を抑制する基礎構造が開示されている。
下記特許文献７は、囲い壁の内部に、Ｌ字形平面形、Ｔ字形平面形、十字形平面形をなす地盤改良体を、互いに離しかつ分散して複数体造成して、囲い壁を補強した液状化防止構造を開示している。
下記の特許文献８は、地盤改良壁体で平面視が八角形に造成した囲い壁を格子状に構築した構成を示している。

特公平４−５４００４号公報 特開２０１０−２７５６８７号公報 特開平１１−９３１５３号公報 特開２００９−６２７０９号公報 特開２００９−１０８６５８号公報 特開２００４−９２０４８号公報 特開２００２−４７６４１号公報 特開２０００−３１４１４６号公報

上記特許文献２に開示された液状化防止構造は、格子の間隔を狭幅とすることなく液状化防止効果を高めることができる。しかし、地盤改良壁体の上部の壁厚を増厚したり、或いは格子状地盤改良体の四隅をハンチ状に増厚すると、改良土量が多く工期が長引き、施工費用も嵩み不経済である。
また、上記特許文献３に開示された液状化防止構造は、並列配置に複数造成した硬化材注入層で液状化防止効果を高めることはできる。しかし、複数の硬化材注入層を施工すると、やはり改良土量が増えるので工期が長引き、施工費用も嵩み不経済である。

上記特許文献４に開示された液状化防止構造は、構造物直下の地盤を改良することなく、効果的に液状化を抑制又は防止することができる。
また、上記特許文献５は既設建物が存在していても、その直下の基礎地盤に、事後的な対策工として容易に実施可能であり、囲い壁の変形を連続型傾斜壁で効果的に防止して、既存建物直下地盤の液状化を防止することができる。
しかし、特許文献４及び５に開示された構造も、改良土量が増えて工期が長引き、施工費用も嵩み不経済であることが懸念される。

上記特許文献６に開示された基礎構造は、液状化しても構造物を支える基礎構造であり、液状化を防止する構造ではない。
上記特許文献７に開示された液状化防止構造は、既存構造物が存在する場合には、適用できない欠点がある。
上記特許文献８に開示された液状化防止構造は、囲い壁を補強して液状化防止作用・効果（拘束効果）を高める構造ではない。
しかも、上記特許文献６〜８に開示された構造は、改良土量が増えて工期が長引き、施工費用も嵩み不経済である。

本発明の目的は、格子の間隔寸法、或いは地盤改良壁体の強度、剛性に大きく左右されることなく、囲い壁を補強して液状化防止作用と効果を一層合理的に高めることができ、且つ経済的に安価に施工できる液状化防止構造および液状化防止工法を提供することである。

上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る液状化防止構造は、
地盤中に存在する液状化層Ｘの一定深さまで、又は同液状化層Ｘを貫通させてその下の非液状化層Ｙへ届く深さまで、地盤改良壁体２０を、平面視が閉じた閉鎖形状に造成した囲い壁２として構築して成る液状化防止構造において、
前記囲い壁２として構築された地盤改良壁体２０の内面側に、突っ張り作用を働かせるに相当な間隔をあけて内接する火打ち形状の地盤改良体３が、囲い壁２との間で応力の伝達が可能に接合して造成されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した液状化防止構造において、
閉鎖形状の囲い壁２は平面視が矩形状に形成されており、前記囲い壁２の内隅部に火打ち形状の地盤改良体３が、囲い壁２との間で応力の伝達が可能に接合して造成されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した液状化防止構造において、
火打ち形状の地盤改良体３は、地面からの深さ１ｍ〜４ｍの範囲内に造成されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明に係る液状化防止工法は、
地盤中に存在する液状化層Ｘの一定深さまで、又は同液状化層Ｘを貫通させてその下の非液状化層Ｙへ届く深さまで、地盤改良壁体２０を、平面視が閉じた閉鎖形状に造成した囲い壁２として構築する液状化防止工法において、
前記囲い壁２として構築された地盤改良壁体２０の内面側に、突っ張り作用を働かせるに相当な間隔をあけて内接する火打ち形状の地盤改良体３を、囲い壁２との間で応力の伝達が可能に接合して造成することを特徴とする。

本発明に係る液状化防止構造及び液状化防止工法によれば、囲い壁２として構築された地盤改良壁体２０の内面側に、突っ張り作用を働かせるに相当な間隔をあけて内接する火打ち形状の地盤改良体３を、囲い壁２との間で応力の伝達が可能に接合して造成するので、該火打ち形状の地盤改良体３が、地震等によって受ける、地盤改良壁体２０の壁面に直交する方向の面外方向の変形に抵抗し効果的に抑制して、液状化地盤の拘束効果を維持し、又は高めて液状化防止の作用効果に優れる。また、前記地盤改良壁体２０の壁面と平行方向に発生する面内方向の引張り応力にも火打ち形状の地盤改良体３が抵抗するので、その健全性を維持できる。
しかも、前記火打ち形状の地盤改良体３は、地面からの深さ１ｍ〜４ｍの程度に造成するので、改良土量が少なくて済み、短工期で経済的に安価に施工できる。
また、前記火打ち形状の地盤改良体３は、例えば平面視が矩形の囲い壁２の内隅部に造成するので、既存建物４を取り囲むように造成された囲い壁２であっても、特殊な装置を用いることなく容易に造成できるので、施工性に優れている。

本発明に係る液状化防止構造をモデル化して示した斜視図である。 本発明に係る液状化防止構造を概略的に示した平面図である。 図２で指示したＡ−Ａ線矢視断面図である。 図３で示した地盤改良壁体の異なる実施形態として同地盤改良壁体を液状化層の一定深さまで構築した構成を示した液状化防止構造の断面図である。 本発明に係る液状化防止構造の有効性を確かめるために行った解析実験のモデル地盤を示した図である。 解析実験において入力に用いた地震動を波形で示したグラフである。 本発明に係る液状化防止構造の液状化防止効果に関する解析実験の結果を示したグラフである。 未改良地盤の液状化防止効果に関する解析実験の結果を示したグラフである。 囲い壁のみを構築した液状化防止構造の液状化防止効果に関する解析実験の結果を示したグラフである。 本発明に係る液状化防止構造の異なる実施形態をモデル化して示した斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本発明に係る液状化防止構造の応用例を概略的に示した平面図である。 本発明に係る液状化防止構造の異なる応用例を概略的に示した平面図である。

本発明に係る液状化防止構造及び工法は、囲い壁２として構築された地盤改良壁体２０の内面側に、突っ張り作用を働かせるに相当な間隔をあけて内接する火打ち形状の地盤改良体３を、囲い壁２との間で応力の伝達が可能に接合して実施される。
本発明による液状化防止工法は、囲い壁２を平面視が矩形の閉鎖形に形成して、前記囲い壁２の内隅部に、火打ち形状の地盤改良体３を地面からの深さ１ｍ〜４ｍの範囲内に、しかも囲い壁２との間で応力の伝達が可能に接合して造成して実施される。

以下に、本発明に係る液状化防止構造および液状化防止工法を図示した実施例に基づいて説明する。
図１〜３に示した本発明に係る液状化防止構造１の基本的な構造は、従来公知の液状化防止構造と同様、液状化対象地盤に対し、平面的に見て矩形の閉鎖形状に囲い壁２を構築した構成である。
即ち、構造物４の直下に位置する液状化層Ｘを貫通して、その下の非液状化層Ｙ（地面からの深さ１２ｍ程度）へ届く深さまでほぼ垂直な壁状に連続する地盤改良壁体２０…を平面視が閉じた矩形状で閉鎖形状の囲い壁２（図示例の場合は四角形状）として構築されている。
前記囲い壁２の施工要領を説明すると、先ず、液状化層Ｘに向かって、ほぼ垂直な壁状に連続する地盤改良壁体２０を、従来公知の地盤改良工法により造成する。前記地盤改良体２０を造成する従来公知の地盤改良工法は、例えば地盤改良機を用いた深層混合処理工法やソイルミキシングウォール工法等により行う。即ち、原位置地盤を地盤改良機により掘削し、その掘削土へセメントミルク等の安定剤を注入し混合・撹拌して、改良柱の一部分がラップして連続する柱列状の地盤改良柱体壁を地盤改良壁体２０として構築し、平面視が矩形の閉鎖形状をなす囲い壁２を形成する。
図２に例示した囲い壁２の平面視の縦横寸法は、一例として１３ｍ×１６ｍ程度であり、地盤改良壁体２０の厚さは一例として１．０ｍ程度である。
なお、詳細に図示することは省略したが、前記囲い壁２の平面形状は、図１及び２に示した四角形状に限らない。例えば多角形状や円形状や楕円形状、或いは前者を組み合わせた形状等、種々の形状に構築し実施することができる。

なお、国土交通省による格子状地中壁工法の検討・調査によれば、地盤改良壁体２０は、（１）液状化判定指標（ＦＬ値）が１以上の層厚を地表面から深さ５ｍ以上確保し、且つ（２）地表変位量（Ｄｃｙ値）が１０ｃｍ以下に確保する必要があると報告されている。
つまり、本発明の液状化防止構造１は、上記（１）及び（２）の要件を満たせば、上記地盤改良壁体２０を非液状化層Ｙに到達するまで造成する必要はない。図４に示したように、液状化層Ｘの一定深さまで造成した構成で実施することもできる。

本発明に係る液状化防止構造１の特徴は、図１及び２に示したように、上記囲い壁２として構築された地盤改良壁体２０の内面側に、突っ張り作用を働かせるに相当な間隔をあけて内接する火打ち形状の地盤改良体３を、囲い壁２との間で応力の伝達が可能に接合して造成したことにある。
図１〜３に例示した囲い壁２は平面的に見て四角形状に形成した構成なので、前記火打ち形状の地盤改良体３は、前記囲い壁２の四隅のいわゆる内隅部へ、同囲い壁２との間で応力の伝達が可能に接合して造成する。前記火打ち形状の地盤改良体３…は、図示例の場合、地面からの深さ１ｍから４ｍの範囲程度で壁状に造成されている。図２のように平面的に見た火打ち形状の地盤改良体３の厚さは１.０ｍ程度、長さ５．５ｍ程度であり、地盤改良壁体２０に対して約４５度程度の角度に造成されている。但し、前記火打ち形状をなす地盤改良体３の厚さ、寸法及び角度は、前記実施例の限りではなく、地盤改良壁体２０が備えるべき強度に応じて適宜設計変更することができる。
前記火打ち形状の地盤改良体３を地面からの深さ１ｍ〜４ｍの範囲内で造成する理由は、地面に近い地下水位以下の地盤（地面からの深さ１ｍ〜４ｍ程度の範囲）は、囲い壁２による拘束力が小さいため、同囲い壁２を構成する地盤改良壁体２０が地震により揺れ易く、地面からの深さ４ｍ以深に比べて液状化し易いからである。よって、前記火打ち形状の地盤改良体３を前記範囲内で造成して液状化地盤を拘束すれば、十分に液状化防止効果を高めることができるし、加えて改良土量は少なくて済み、短工期で経済的に安価に施工できる。ただし、前記寸法以上に深く火打ち形状の地盤改良体３を造成することは、設計、施工者の自由である。
なお、前記火打ち形状の地盤改良体３の施工は、上記囲い壁２を構成する地盤改良壁体２０の施工と同様、公知の地盤改良機を使用して、深層混合処理工法やソイルミキシングウォール工法等により、壁状の地盤改良体３を造成することにより実施される。
また、囲い壁２の平面形状が、例えば多角形状や円形状、或いは両者を組み合わせた形状等の場合には、前記火打ち形状の地盤改良体３は、前記囲い壁２の平面形状に応じて、突っ張り作用を働かせるのに相当な間隔をあけて内接するように造成される。

ここで、本出願の発明者らが上記液状化防止構造１の有効性を確認するために行った解析実験及びその結果を、図５〜９に基づいて説明する。
本解析実験は、図５で示したモデル地盤へ、図６に示した入力地震動を加振して解析を行ったものであり、その解析結果を図７に示した。
図５に示したモデル地盤の構成は、浦安市の「液状化対策実現可能性技術検討委員会」で用いられたものである。このモデル地盤は、地下水位がＧＬ−１ｍであり、液状化層ＸはＧＬ−１ｍ〜−１２ｍである。ＧＬ−１２ｍ以深であるＡｃ１層（ＧＬ−１２ｍ〜−３２ｍ）、Ａｃ２層（ＧＬ−３２ｍ〜−４５ｍ）は、非液状化層Ｙを示している。このモデル地盤には、地盤改良壁体２０…が地面から液状化層Ｘを貫通しＡｃ１層（非液状化層Ｙ）に１ｍ程度根入れして造成され、平面的に見て閉鎖形状の囲い壁２が構築されている。そして、前記囲い壁２の各内隅部に上記構成で成る火打ち形状の地盤改良体３を造成している。なお、囲い壁２の縦横の幅寸は１３ｍ×１６ｍ程度である。
図６に示した入力地震動は、東日本大震災時に観測された観測波の最大振幅を調整したものである。本解析実験では、図５に示すモデル地盤へ、図６に示す入力地震動を１５０秒まで加振して解析を行った。

因みに、参考として、図８は、図５に示すモデル地盤であって囲い壁を構築していない未改良地盤に図６に示した入力地震動を１５０秒まで加振させた解析結果を示している。また、図９は、図５に示すモデル地盤であって囲い壁のみを構築し、火打ち形状の地盤改良体３を構築していない液状化防止構造に、図６に示した入力地震動を１５０秒まで加振させた解析結果を示している。
図７〜９に示した解析結果において、縦軸は液状化層Ｘにおける地面からの深さを示しており、液状化層Ｘの所定の深さにおける過剰間隙水圧比をＢ線〜Ｊ線の横軸線として示した。過剰間隙水圧比は、Ｂ線、Ｃ線、…Ｊ線の順に０．１、０．２、…０．９を表している。上載荷重（土の重さ）と水圧が等しくなったとき過剰間隙水圧比が１．０となり、地盤が液状化する。

先ず、図８に示した未改良地盤の解析結果によると、地面からの深さ１ｍ辺りの過剰間隙水圧比は０．１〜０．３（Ｂ線〜Ｄ線）であった。しかし、それよりも深くなると徐々に過剰間隙水圧比が上昇し、深さ２ｍになると過剰間隙水圧比が０．９（Ｊ線）になり、それ以深であるＪ線とＪ線の間で過剰間隙水圧比が１．０となり、液状化する解析結果が得られた。
次に、図９に示した液状化地盤に囲い壁２を構築した場合の解析結果によると、地面からの深さ１ｍ辺りの過剰間隙水圧比は０．１〜０．２程度（Ｂ線、Ｃ線）であり、それ以深で徐々に過剰間隙水圧比が上昇し、深さが４ｍ辺りにおける囲い壁の中心部での過剰間隙水圧比は０．８（Ｉ線）となった。また、深さが３ｍ〜８ｍ辺りにおける囲い壁近辺の過剰間隙水圧比は、０．９（Ｊ線）となり、非常に高い数値が得られた。

最後に、図７に示した火打ち形状の地盤改良体３を設けた地盤改良の解析結果によると、地面からの深さ１ｍ辺りの過剰間隙水圧比は０．１〜０．２程度（Ｂ線、Ｃ線）であり、深さが３ｍ辺りで０．６程度（Ｇ線）になることが確認できた。そして、それ以深の過剰間隙水圧比は、全体的に０．７程度となる解析結果が得られた。即ち、過剰間隙水圧比が最も高い箇所でも０．７程度に抑制することができ、本発明による液状化防止構造の有効性が確認できた。

したがって、本発明による液状化防止構造及び液状化防止工法は、図７に示した解析結果の通り、火打ち形状の地盤改良体３で地震等による地盤改良壁体２０の壁面に直交する方向の面外方向の変形を効果的に抑制するので、液状化地盤の拘束効果を維持し、又は高めて液状化を防止する作用効果に優れている。
また、地盤改良壁体２０の壁面と平行方向に発生する面内方向の引張り応力も火打ち形状の地盤改良体３によって低減できるので、その健全性を維持できる。地盤改良壁体２０の壁厚が１．０ｍよりも薄く施工され、引張り応力が大きくなる場合でも、本発明の火打ち形状の地盤改良体３による補強が有効である。
また、前記火打ち形状の地盤改良体３は、例えば平面視が矩形の囲い壁２の内隅部に造成するので、既存建物４を取り囲むように造成された囲い壁２であっても、特殊な装置を用いることなく容易に造成できるので、施工性に優れている。

なお、本発明による液状化防止構造１は、図１に示した実施形態に限定されない。例えば図１０に示したように、平面視が四角形状で成る囲い壁２の場合、同囲い壁２の内隅部のうち、対角線方向の２つの内隅部にのみ、火打ち形状の地盤改良体３を造成した構成で実施することもできる。図１０に示した構成の液状化防止構造１も、図１〜３に示した液状化防止構造１と同じく、地震等の加振に対する地盤改良壁体２０の変形を効果的に抑制することができ、地盤改良壁体２０に発生する引張り応力も低減できる。

また、本発明による液状化防止構造の拡張した考えによれば、図１１（Ａ）に示したように、二つの囲い壁２、２を組み合わせた（連設した）構成の液状化防止構造１０の場合には、同液状化防止構造１の外周壁で構成された内隅部に、上記火打ち形状の地盤改良体３を造成した構成で実施することもできる。或いは、図１１（Ｂ）に示したように、同液状化防止構造１０の外周壁で構成された内隅部のうち、対角線方向の２つの内隅部に火打ち形状の地盤改良体３を造成した構成で実施することもできる。
更に、本発明による液状化防止構造の拡張した考えによれば、図１２に示したように、縦横方向に複数の囲い壁２…を構築して格子状に構成した液状化防止構造１１の場合、前記液状化防止構造１１の外周に位置する囲い壁２の内隅部に、それぞれ上記火打ち形状の地盤改良体３を造成した構成で実施することもできる。

以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の要旨、及び技術思想を逸脱しない範囲で、当業者が必要に応じて行う設計変更や応用、変形として種々な態様で実施できることを、ここに念のため申し添える。

１ 液状化防止構造
１０ 液状化防止構造
１１ 液状化防止構造
２ 囲い壁
２０ 地盤改良壁体
３ 火打ち形状の地盤改良体
４ 構造物
Ｘ 液状化層
Ｙ 非液状化層

Claims (4)

1. 地盤中に存在する液状化層の一定深さまで、又は同液状化層を貫通させてその下の非液状化層へ届く深さまで、地盤改良壁体を、平面視が閉じた閉鎖形状に造成した囲い壁として構築して成る液状化防止構造において、
   前記囲い壁として構築された地盤改良壁体の内面側に、突っ張り作用を働かせるに相当な間隔をあけて内接する火打ち形状の地盤改良体が、囲い壁との間で応力の伝達が可能に接合して造成されていることを特徴とする、液状化防止構造。
2. 閉鎖形状の囲い壁は平面視が矩形状に形成されており、前記囲い壁の内隅部に火打ち形状の地盤改良体が、囲い壁との間で応力の伝達が可能に接合して造成されていることを特徴とする、請求項１に記載した液状化防止構造。
3. 火打ち形状の地盤改良体は、地面からの深さ１ｍ〜４ｍの範囲内に造成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した液状化防止構造。
4. 地盤中に存在する液状化層の一定深さまで、又は同液状化層を貫通させてその下の非液状化層へ届く深さまで、地盤改良壁体を、平面視が閉じた閉鎖形状に造成した囲い壁として構築する液状化防止工法において、
   前記囲い壁として構築された地盤改良壁体の内面側に、突っ張り作用を働かせるに相当な間隔をあけて内接する火打ち形状の地盤改良体を、囲い壁との間で応力の伝達が可能に接合して造成することを特徴とする、液状化防止工法。

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