JP5494880B1 - 液状化対策基礎構造体及び液状化対策工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】地震時における建築物の液状化対策を行うための基礎構造体Aを、表面GLよりも下方に上面1Aが位置する下部地盤改良体1、下部地盤改良体1を上下に貫通する複数の杭支持穴h,h,…に上部が嵌合され、下端が地下水位WLよりも下方に位置する複数の不腐朽性杭であるコンクリート杭4,4,…及びコンクリート杭4,4,…の下端部に連結固定された木製杭5,5,…により構成される、下部地盤改良体1の下面1Bから垂下する複数の摩擦杭P,P,…、下部地盤改良体1上に形成された上部地盤改良体2、並びに、上部地盤改良体2上に打設された前記建築物の基礎3により構成する。
【選択図】図1
Description
このような事態に鑑み、今後、より厳しい液状化判定とその判定結果による対策工法の実施が求められることとなる。
一方、地震時液状化対策工法には様々なものが既に存在し、実施されているが、非常に大がかりで特殊な大型重機等による大規模なものがほとんどであり(例えば、特許文献1及び2参照。)、低層・小規模な個別建築物へは相対的に高価となるため適用性が悪い。
このような観点から、建設現場にある通常の重機類による施工が可能であり、簡便で施工コストの小さい液状化対策工法の開発が望まれており、建物下部の液状化対策対象地盤に複数の木杭を打設し、前記木杭の頭部を鉄筋等の連結材で連結し、前記複数の杭の上に軽量セメント固化土で基礎盤を構築するものがある(特許文献3参照。)。
このような液状化対策工法では、木杭(14,14,…)の頭部を連結材(16)で連結する構成であるので、連結強度を高めるために前後左右の木杭の頭部同士を連結した場合には、地盤全体を掘り下げる必要があるため、特許文献4のような、地盤改良体の重量を軽減しながら、不同沈下の抑制及び下部の未改良土の側方流動の抑制を図るために非常に有効な形状の浅層地盤改良体、すなわち、水平板状の上部改良体、この上部改良体の下面から垂下して外枠を形成する外周部改良体、及び、前記上部改良体の下面から垂下して、前記外枠間を連結して前記外周部改良体の内側の領域を複数の領域に仕切る少なくとも1個の内部改良体からなる形状の浅層地盤改良体等と組み合わせて使用することができない。
したがって、現地土を掘り下げずにそのまま利用して固化材と水を注入しながら混合攪拌して地盤改良を行うことができないので、工数が掛かるため施工コストが上昇する。
その上さらに、木杭(14,14,…)の頭部は、鉄筋等の連結材(16)により連結されるので、連結材(16)により、木杭(14,14,…)の各杭頭の移動(変位)の一体性は増すものと考えられるが、地下水位よりも低位に構築される基礎盤(12)の高さを高くすると施工コストが増大すること等とも相俟って、地震の際に、木杭(14,14,…)間の土要素のせん断変形を抑制するように木杭(14,14,…)の傾斜を十分に拘束することができないため、十分な液状化抑制効果を得ることができない。
その上、木杭(14,14,…)を腐朽させないようにするために、基礎盤(12)を地下水位(W.L)よりも低位に構築しているので、地下水位(W.L)が地表面に近い場合(例えば、地下水位(W.L)が地表面から0.5m以内である場合)には問題は生じないが、地下水位(W.L)が深くなった場合には、地盤(2)の堀下げ深さ(基礎盤(12)を構築する高さ位置)が深くなってしまうため、施工コストが増大する。
その上、摩擦杭が木製杭又は竹製杭により構成されるので、低コストであるとともに、軽量かつ表面の摩擦抵抗が大きいため沈下抑制効果が大きい。
その上さらに、木製杭を使用した場合には、木材(間伐材)を大量に有効利用して地下に固定するので、林業振興のみならず、炭素貯蔵効果によりCO2削減に貢献でき、竹製杭を使用した場合には、成長が早い竹を大量伐採して有効利用するので、さらにコストを低減できるとともに、森の豊かな生態系を破壊する竹の大量伐採により豊かな森を守ることができる。
その上、下部地盤改良体の杭支持穴と摩擦杭の上部との間に圧入された円弧状板材により摩擦杭の上部が下部地盤改良体に強固に固定されるので、地震の際に、直下の地盤における摩擦杭間の土要素のせん断変形を抑制するように摩擦杭の傾斜を十分に拘束することができるため、十分な液状化抑制効果が得られる。
その上、一次改良工程を経て未固結の状態の下部地盤改良体を上下に貫いて下部地盤改良体の下面から垂下するように摩擦杭が打設されるので、施工の連続性が良くなるため、施工コストをさらに低減できる。
その上さらに、このような工法によって構築された液状化対策基礎構造体は、請求項1及び2に係る発明と同様の作用効果を奏する。
(ア)下部地盤改良体を上下に貫通する杭支持穴に上部が嵌合した摩擦杭により、緩い液状化層を締め固め、かつ地震時のせん断変形を抑制するので、液状化と側方流動や沈下を抑制できること、
(イ)木製杭又は竹製杭を含む摩擦杭を使用した場合には、低コストであるとともに、軽量かつ表面の摩擦抵抗が大きいため沈下抑制効果が大きいこと、
(ウ)木製杭を含む摩擦杭を使用した場合には、木材(間伐材)を大量に有効利用して地下に固定するので、林業振興のみならず、炭素貯蔵効果によりCO2削減に貢献できること、
(エ)上部を不腐朽性杭とした摩擦杭を使用した場合には、下部の木製杭又は竹製杭が空気に触れないように構成されるため、長期間にわたって強度が低下しないこと、
(オ)下部地盤改良体の杭支持穴と摩擦杭の上部との間に圧入された円弧状板材を備えているので、地震の際に、直下の地盤のせん断変形を抑制するように摩擦杭の傾斜を十分に拘束することができるため、十分な液状化抑制効果が得られること、
等の顕著な効果を奏する。
(カ)下部地盤改良体を形成する一次改良工程及び上部地盤改良体を形成する二次改良工程が、固化材と水を注入しながら混合攪拌した後に締め固める方法であるので、施工コストを低減できること、
(キ)一次改良工程を経て未固結の状態の下部地盤改良体を上下に貫いて下部地盤改良体の下面から垂下するように摩擦杭が打設されるので、施工の連続性が良くなるため、施工コストをさらに低減できること、
等の顕著な効果を奏する。
また、図1の縦断面図及び図2の平面図に示すように、下部地盤改良体1には、内側領域を複数に仕切るように上下に貫通する複数の穴部H,H,…が形成される。
ここで、コンクリート製杭4に代えて鋼製杭等の他の不腐朽性杭を使用してもよく、木製杭5に代えて、適切な加工を施した孟宗竹等の竹製杭を使用してもよい。
なお、摩擦杭Pは、地下水位WLが浅い場合(地表面GLから地下水面までの距離が短い場合)には、コンクリート製杭4等の不腐朽性杭をなくして、木製杭5,5,…のみにより構成してもよい。
(掘下げ工程)
先ず、図1の縦断面図に示す地表面GLよりも下方に上面1Aが位置する下部地盤改良体1を形成するために、液状化発生が予測される地盤Gの地表面GLから下側の表層部を、例えばバックホウによる鋤取り等により、下部地盤改良体1の平面形状に合わせて下部地盤改良体1の上側を掘り下げる掘下げ工程を行う。
次に、地盤Gの表層部を下部地盤改良体1の形状に、アタッチメントとしてミキシングフォークを装着したバックホウ等により掘削し、セメント系固化材等の固化材と水を注入しながら混合攪拌し、重機及びローラー等により締め固めて下部地盤改良体1を形成する一次改良工程を行う。
次に、前記一次改良工程を経て未固結の状態の下部地盤改良体1を上下に貫いて下部地盤改良体1の下面2Bから垂下するように、複数の摩擦杭P,P,…を、専用の杭打ち機又は杭打ち用のアタッチメントを装着したバックホウ等により打設する摩擦杭打設工程を行う(摩擦杭打設工程を経て摩擦杭P,P,…が打設された状態を示す図2(a)の平面図参照。)。
次に、前記掘下げ工程により掘り下げた土を、バックホウ等により下部地盤改良体1の上側に埋め戻し、アタッチメントとしてミキシングフォークを装着したバックホウ等により、地盤Gの表層部を地表面GLから上部地盤改良体2の形状に掘削し、固化材と水を注入しながら混合攪拌し、重機及びローラー等により締め固めて上部地盤改良体2を形成する二次改良工程を行う(二次改良工程を経て下部地盤改良体1上に上部地盤改良体2が形成された状態を示す図2(b)の平面図、及び図3の縦断面図参照。)。
ここで、図3に示す縦断面図において、下部地盤改良体1の厚さD1は、1〜2m程度、上部地盤改良体2の厚さD2は、0.6〜1.2m程度、摩擦杭Pの長さLは、20m以下、摩擦杭Pの断面形状は円形であり直径dは、0.15〜0.2m程度、複数の摩擦杭P,P,…の設置ピッチ(隣接する摩擦杭P,P間の中心距離)は、0.5〜1.5m程度である。
次に、図2(b)の平面図、及び図3の縦断面図に示す状態で、バックホウ等により基礎掘削を行い、上部地盤改良体2上に建築物の基礎3の配筋及びコンクリートを打設する基礎打設工程を行い、図1の縦断面図に示すような液状化対策基礎構造体Aを構築する。
図1及び図3の縦断面図に示す摩擦杭Pの構成例では、3本の杭、すなわちコンクリート製杭4及び木製杭5,5を、2個の連結部材C,Cを用いて連結固定して一体化している。なお、連結部材Cを用いて連結固定する杭の数(摩擦杭Pを構成する杭の数)は、2本又は4本以上であってもよい。
上側の木製杭5の下面5Bと下側の木製杭5の上面5Aとを当接させた状態で、連結位置の径方向外方に位置する鋼管6内に円環状の楔7,8,9を位置させ、楔8を楔9へ向かう軸方向へ(図4においては下方へ)、楔9を楔8へ向かう軸方向へ(図4においては上方へ)打ち込むことにより、上下の木製杭5,5は強固に連結固定される。
なお、同様の構成の連結部材Cにより、上側の木製杭5とその上側のコンクリート製杭4との連結固定も行うことができる。
このような連結部材Cを用いることにより、不腐朽性杭と木製杭5とを連結固定した摩擦杭Pを容易に形成できるとともに、長尺材の入手が困難な間伐材において、入手が容易で廉価である、所要太さの短尺の間伐材を連結して所要長さの摩擦杭Pを形成できる。
前記摩擦杭打設工程で前記一次改良工程を経て未固結の状態の下部地盤改良体1を貫くように摩擦杭P,P,…を打設した状態において、下部地盤改良体1の硬化の程度により、杭支持穴h、すなわち下部地盤改良体1を貫通する貫通穴hと摩擦杭Pの上部との間に緩み(隙間)が生じる場合がある。
なお、以下において説明する図5においては、説明の都合上(見やすさを考慮して)、前記緩み(隙間)を拡大して(誇張して)示している。
あるいは、木製杭5,5,…のみにより摩擦杭Pを構成した場合では、最上部の木杭5の上面に、周方向等分で3個又は4個の幅1cm程度の径方向の切込みを入れておき、前記切込み内に、固定部材Fであるテーパ状の木材(例えば、先端5mm厚、元端15mm厚のもの)を木槌等で圧入することにより、木製杭5の上部を拡大するようにしてもよい。
また、摩擦杭Pの全体又は一部が木製杭5又は竹製杭により構成されるので、低コストであるとともに、軽量かつ表面の摩擦抵抗が大きいため沈下抑制効果が大きい。
さらに、木製杭5,5,…を使用した場合には、木材(間伐材)を大量に有効利用して地下に固定するので、林業振興のみならず、炭素貯蔵効果によりCO2削減に貢献でき、竹製杭を使用した場合には、成長が早い竹を大量伐採して有効利用するので、さらにコストを低減できるとともに、森の豊かな生態系を破壊する竹の大量伐採により豊かな森を守ることができる。
また、下部地盤改良体1に、内側領域を複数に仕切るように上下に貫通する複数の穴部H,H,…を形成することにより、下部地盤改良体1の重量軽減によってさらに沈下が抑制されるとともに、上部地盤改良体2の下側に窪みが形成されるため、不同沈下の抑制効果及び下部の未改良土の側方流動の抑制効果が高くなる。
さらに、下部地盤改良体1の杭支持穴h,h,…と摩擦杭P,P,…の上部との間に圧入した固定部材F,F,…を備えることにより、固定部材F,F,…により摩擦杭P,P,…の上部が下部地盤改良体1に強固に固定されるので、地震の際に、直下の地盤における摩擦杭P,P,…間の土要素のせん断変形を抑制するように摩擦杭P,P,…の傾斜を十分に拘束することができるため、十分な液状化抑制効果が得られる。
また、前記摩擦杭打設工程において、前記一次改良工程を経て未固結の状態の下部地盤改良体1を上下に貫いて下部地盤改良体1の下面1Bから垂下するように摩擦杭P,P,…が打設されるので、施工の連続性が良くなるため、施工コストをさらに低減できる。
さらに、下部地盤改良体1に、内側領域を複数に仕切るように上下に貫通する複数の穴部H,H,…を形成することにより、下部地盤改良体1の平面形状に合わせて下部地盤改良体1の上側を掘り下げる前記掘下げ工程により掘り下げる土の量、及び前記摩擦杭打設工程又は前記固定部材圧入工程後に下部地盤改良体1の上側に埋め戻す土の量が少なくなるので、施工コストを低減できる。
C 連結部材
D1 下部地盤改良体の厚さ
D2 上部地盤改良体の厚さ
d 摩擦杭の直径
F 固定部材
G 地盤
GL 地表面
H 穴部
h 杭支持穴(貫通穴)
L 摩擦杭の長さ
P 摩擦杭
WL 地下水位(地下水面)
1 下部地盤改良体
1A 上面
1B 下面
2 上部地盤改良体
2A 上面
2B 下面
3 建築物の基礎
4 コンクリート杭(不腐朽性杭)
5 木製杭
5A 上面
5B 下面
6 鋼管
7,8,9 楔
11 円弧状板材
Claims (3)
- 地震時における建築物の液状化対策を行うための基礎構造体であって、
地表面よりも下方に上面が位置する下部地盤改良体と、
前記下部地盤改良体を上下に貫通する複数の杭支持穴に上部が嵌合した複数の木製杭又は竹製杭により構成される、前記下部地盤改良体の下面から垂下する複数の摩擦杭と、
前記下部地盤改良体上に形成された上部地盤改良体と、
前記上部地盤改良体上に打設された前記建築物の基礎と、
前記下部地盤改良体の杭支持穴と前記摩擦杭の上部との間に圧入された円弧状板材と、
からなることを特徴とする液状化対策基礎構造体。 - 地震時における建築物の液状化対策を行うための基礎構造体であって、
地表面よりも下方に上面が位置する下部地盤改良体と、
前記下部地盤改良体を上下に貫通する複数の杭支持穴に上部が嵌合され、下端が地下水位よりも下方に位置する複数の不腐朽性杭及び前記不腐朽性杭の下端部に連結固定された木製杭又は竹製杭により構成される、前記下部地盤改良体の下面から垂下する複数の摩擦杭と、
前記下部地盤改良体上に形成された上部地盤改良体と、
前記上部地盤改良体上に打設された前記建築物の基礎と、
前記下部地盤改良体の杭支持穴と前記摩擦杭の上部との間に圧入された円弧状板材と、
からなることを特徴とする液状化対策基礎構造体。 - 地表面よりも下方に上面が位置する下部地盤改良体、前記下部地盤改良体により上部が支持された複数の摩擦杭、前記下部地盤改良体上の上部地盤改良体、及び前記上部地盤改良体上の建築物の基礎からなる液状化対策基礎構造体を構築する、地震時における建築物の液状化対策を行うための工法であって、
液状化発生が予測される地盤の表層部を、前記下部地盤改良体の平面形状に合わせて前記下部地盤改良体の上側を掘り下げる掘下げ工程と、
前記下部地盤改良体の形状に前記地盤の表層部を掘削し、固化材と水を注入しながら混合攪拌した後に締め固めて前記下部地盤改良体を形成する一次改良工程と、
木製杭若しくは竹製杭、又は不腐朽性杭及び前記不腐朽性杭の下端部に連結固定された木製杭若しくは竹製杭により構成される摩擦杭の複数を、前記一次改良工程を経て未固結の状態の前記下部地盤改良体を上下に貫いて前記下部地盤改良体の下面から垂下するように打設する摩擦杭打設工程と、
前記摩擦杭打設工程後に、前記摩擦杭が貫通した前記下部地盤改良体の貫通穴と前記摩擦杭の上部との間に円弧状板材を圧入する固定部材圧入工程と、
前記掘下げ工程により掘り下げた土を前記下部地盤改良体の上側に埋め戻し、前記上部地盤改良体の形状に前記地盤の表層部を掘削し、固化材と水を注入しながら混合攪拌した後に締め固めて前記上部地盤改良体を形成する二次改良工程と、
前記上部地盤改良体上に前記建築物の基礎を打設する基礎打設工程と、
を含むことを特徴とする液状化対策工法。
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