JP5767989B2 - 地盤の液状化対策構造およびその構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、既設建物の存在する地盤に適用可能な地盤の液状化対策構造およびその構築方法に関する。

液状化層が存在する地盤にマンションやオフィスビルといった比較的大きな建物を建築する場合、本体建物に対しては、支持層に達する支持杭を構築したり、支持杭の構築とともに建物直下に締固め砂杭を構築したりするなどの十分な液状化対策が施されることが多い。一方、このような液状化対策には費用がかかるため、駐車場などの外構部の地盤や軽微な建築物（マンションやオフィスビルといった比較的大きな建物以外の建築物であって、例えば、建築基準法第６条第１項第４号に規定される建築物（いわゆる４号建物）。）の支持地盤に対しては十分な液状化対策が行われないことが多い。

そのため、地震が発生すると、マンションやオフィスビルといった本体建物には被害が生じなくとも、これに付設された駐輪場や電気室、ごみ置場といった軽微な建物の支持地盤、あるいは外構部の地盤などの液状化対策が十分でない地盤では、液状化によって不同沈下が生じ、建物が傾倒したり舗装が破損したりしてその機能を失うことがある。

外構部などに適用可能な液状化対策の１つとして、グラベルドレーン工法がある。グラベルドレーン工法は、透水性の良好な砕石によって地盤中に柱状体を形成し、或いは柱状体の上端に連通するように平板状のグラベルマットを敷設して、地震時の液状化による過剰間隙水圧を消散させる工法である。

グラベルドレーン工法と同様なメカニズムによる液状化対策として、砕石柱状体を構築する代わりに、削孔機械により地盤にケーシングを打ち込んで形成した鉛直孔にドレーン管を埋設し、ドレーン管の上に透水性の良好な砕石を敷くことで、地震時の間隙水圧を消散させる工法や、地表に桝を埋設してこの桝の底板にケーシングを打ち込み、有孔管の外周面に透水材を配置したドレーン部材を鉛直孔に埋設して、ドレーン部材の上端を桝内に位置させるとともに、隙間が形成されるようにドレーン部材にキャップを取り付けて、隙間から溢れ出た水を桝に連結した排水用溝に流すようにした工法が知られている（特許文献１）。

特開平１０−２０４８６４号公報

しかしながら、従来の液状化対策工法は、新規に構築する建物の地盤には適用することができるが、既設建物が存在する場合には、建物を一旦取り払う必要があり適用が困難であった。また、マンションやオフィスビルに付設した軽微な建物の場合には、一時的にでも取り払うと、取り払った建物自体の機能だけでなくマンションやオフィスビルといった本体建物の機能（居住性）にも影響を及ぼすことになるため、液状化対策工事は可能な限り短いことが望まれる。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、既設建物の存在する地盤に適用可能であり、比較的安価かつ容易に、そのうえ短い工期で施工することができる液状化対策構造およびその構築方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、底版（２１）を有する既設建物（３）および液状化層（１３）が存在する地盤（１０）の液状化対策構造（２０）であって、前記底版を貫通して前記液状化層に達するように略鉛直に形成される縦ドレーン（２４）と、前記縦ドレーンを覆うように前記底版上に構築される嵩上げ底版（２６・３６）と、前記底版と前記嵩上げ底版との間に形成され、前記縦ドレーンから流出する湧水を水平方向に排水する湧水処理手段（２５・３６ａ）とを備える構成とする。

このような構成とすることにより、液状化層で発生した過剰間隙水を縦ドレーンに流入させ、湧水処理手段を介して排水することができる。これにより、地盤沈下を許容しつつも、地盤の不同沈下を防止することができる。また、底版を貫通するように縦ドレーンを形成するため、既設建物が存在する地盤に対しても構築が可能である。さらに、縦ドレーン、嵩上げ底版および湧水処理手段を設けるだけなので、比較的安価かつ容易、そのうえ短い工期での施工が可能である。

また、本発明の一側面によれば、前記嵩上げ底版（２６・３６）は、その周囲に排水溝が形成されるように、平面視において前記底版（２１）よりも小さく且つ前記底版の中央に配置される構成とすることができる。

このような構成とすることにより、湧水処理手段から排水される過剰間隙水を、嵩上げ底版の周囲の排水溝を通して排水処理できるため、嵩上げ底版の上面が浸水する虞を低減できる。

また、上記課題を解決するために、本発明の一側面によれば、前記縦ドレーンが砕石柱状体（２４Ａ）または透水管（２４Ｂ）を含む構成とする。

この構成によれば、地盤の状態に応じて縦ドレーンとして砕石柱状体または透水管を適宜選択し、低コストで最適な性能の液状化対策構造を構築することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明は、底版（２１）を有する既設建物（３）および液状化層（１３）が存在する地盤（１０）に対する液状化対策構造（２０）の構築方法であって、前記底版を貫通して前記液状化層に達するように略鉛直に縦ドレーン（２４）を形成するステップと、前記縦ドレーンから流出する湧水を前記底版上で水平方向に排水する湧水処理手段（２５・３６ａ）が形成されるように、前記縦ドレーンを覆う嵩上げ底版を前記底版上に構築するステップとを含む構成とする。

このような構成とすることにより、地盤沈下を許容しつつも、地盤の不同沈下を防止することができる液状化対策構造を、既設建物が存在する地盤に対しても構築することができる。また、縦ドレーン、嵩上げ底版および湧水処理手段を設けるだけなので、比較的安価かつ容易、そのうえ短い工期での施工が可能である。

また、本発明の一側面によれば、前記嵩上げ底版を構築するステップでは、プレキャストコンクリートからなる嵩上げ底版（３６）を前記底版上に載置する構成とすることができる。

このような構成とすることにより、底版上での嵩上げ底版の養生期間をとる必要がないため、工期を短縮することができる。

このように本発明によれば、既設建物の存在する地盤に適用可能であり、比較的安価かつ容易に、そのうえ短い工期で施工することができる液状化対策構造およびその構築方法を提供することができる。

第１実施形態に係る液状化対策構造の対象地盤を含む敷地の平面図 図１中のII−II断面図 第１実施形態に係る液状化対策構造の断面図 第１実施形態に係る液状化対策構造の平面図 図３に示す液状化対策構造の構築手順の説明図 第２実施形態に係る液状化対策構造の断面図 図６に示す嵩上げ底版を下側から見た斜視図

以下、本発明に係る液状化対策構造２０のいくつかの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
図１に示すように、敷地１には、マンション２のほか、駐輪場３Ａや電気室３Ｂ、ごみ置場３Ｃといった軽微な既設建物３が構築されている。敷地１では、マンション２のエントランスおよび駐輪場３Ａへ接続するアプローチ部４にタイル舗装が施され、駐車場５にはアスファルト舗装が施されており、蓋付きＵ字溝などからなる外排水溝６が適所に設置されている。

図２に示すように、敷地１は液状化層１３が存在する液状化地盤１０であり、支持層１１の上方に非液状化層１２、液状化層１３および非液状化層１４がこの順に堆積している。なお、マンション２は、基礎コンクリート７が杭８により支持されるとともに、基礎コンクリート７の下方および周囲に締固め砂杭９が構築され、十分な液状化対策が施されている。

液状化層１３は、含水状態の砂質土からなり、地震時には振動によって砂粒の間に飽和していた水が流動し、砂粒の粒間結合が破られて液体のようにふるまうことで支持力を失う層である。液状化層１３が液状化すると、流動化した間隙水の水圧が急上昇し、過剰間隙水が発生する。

ここでは、敷地１のうち、駐輪場３Ａや電気室３Ｂ、ごみ置場３Ｃといった十分な液状化対策が施されていない既設建物３の支持地盤を対象領域として、駐輪場３Ａを代表例として図３に示す液状化対策構造２０を構築する。図３に示すように、これらの既設建物３は、それぞれ鉄筋コンクリートからなる底版２１を有するものであり、底版２１は、非液状化層１４の上に基礎砕石２２を敷設し、その上に打設した捨てコンクリート２３上に構築されている。

各対象領域（各既設建物３の支持地盤）に対する液状化対策構造２０は、平面視で所定の間隔をもって分散配置され、底版２１を貫通して液状化層１３に達するように略鉛直に形成される縦ドレーン２４と、縦ドレーン２４を覆うように底版２１上に設置された湧水マット２５と、湧水マット２５上に構築された嵩上げ底版２６とから構成されている。

縦ドレーン２４は、地震時に発生する液状化層１３の過剰間隙水を上方に排水するためのものであり、底版２１の上面に開口し且つ液状化層１３に達するように略鉛直に形成される。ここでは、縦ドレーン２４は砕石柱状体（グラベルドレーン）２４Ａからなる。なお、砕石には、空隙が多く排水能力の高い単粒度砕石を用いるとよい。縦ドレーン２４は、下端が液状化層１３に達していればよいが、ここでは液状化層１３に突入して液状化層１３の下面に至る長さとされている。

湧水マット２５は、底版２１と嵩上げ底版２６との間に設けられ、底版２１の上面に水路となる間隙を形成して、縦ドレーン２４から流出する湧水を底版２１上で水平方向に排水する湧水処理手段であり、嵩上げ底版２６の底面の型枠もなしている。

既設建物３は底版２１の周縁に沿って立ち上がる側壁２７を備えており、図４に示すように、湧水マット２５および嵩上げ底版２６は、既設建物３の側壁２７との間に排水溝２８を形成するべく、平面視において底版２１よりも小さく且つその全周に排水溝２８が形成されるように底版２１の中央に配置されている。この排水溝２８は、側壁２７に形成された排出孔２７ａなどを介して敷地１内の外排水溝６に接続される。

なお、既設建物３の出入口などに供される側壁２７の開口部２７ｂには、排水溝２８の側面を画成する溝壁２９を別途構築するとともに、既設建物３の外側に想像線で示す斜路３０などを設け、排水溝２８の上部をグレーチングなどの蓋部材３１で覆うとよい。

次に、液状化対策構造２０の構築手順について図５を参照しながら説明する。まず、（Ａ）に示すように、既設建物３の底版２１および捨てコンクリート２３に対し、コアドリルカッター３２を用いて所定の位置に貫通孔２１ａを穿設する。

すべての貫通孔２１ａを穿設した後、（Ｂ）に示すように、底版２１上にケーシングパイプ３３を備えるボーリングマシン３４を設置して、貫通孔２１ａに挿入したケーシングパイプ３３を非液状化層１２に達するように、すなわち液状化層１３を貫通するように液状化地盤１０中に挿入し、（Ｃ）に示すように、ケーシングパイプ３３の先端から砕石を供給しながらケーシングパイプ３３を引き抜くことにより、ケーシングパイプ３３によって形成された鉛直孔を砕石で充填して、砕石柱状体２４Ａからなる縦ドレーン２４を構築する。

縦ドレーン２４を構築した後、（Ｄ）に示すように、すべての縦ドレーン２４を覆うように湧水マット２５を底版２１上の敷設するとともに、湧水マット２５の周縁に型枠３５を設置し、湧水マット２５上にコンクリートを打設して嵩上げ底版２６を構築することにより、液状化対策構造２０を構築する。

液状化対策構造２０がこのように構成されることにより、地震時に液状化層１３が液状化することで発生した過剰間隙水は、図３に矢印で示すように、縦ドレーン２４に流入して上昇した後、湧水マット２５の下方の間隙を通過して排水溝２８に流入し、図４に矢印で示すように外排水溝６へ排水される。これにより、液状化地盤１０は、液状化時に液状化層１３が凝縮して沈下するものの、底版２１が液状化層１３の上方に存在することにより不同沈下が生じることはない。また、底版２１を貫通するように縦ドレーン２４を形成するため、既設建物３が存在する液状化地盤１０に対しても液状化対策構造２０を構築することができる。さらに、縦ドレーン２４を構築して、湧水マット２５上に嵩上げ底版２６を構築するだけなので、比較的安価かつ容易、そのうえ短期間での施工が可能である。

≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成や手順、作用効果についての説明は省略する。図６に示すように、本実施形態では、縦ドレーン２４として砕石柱状体２４Ａではなく有孔管２４Ｂが用いられ、現場打ちの嵩上げ底版２６に代えてプレキャストコンクリートからなる嵩上げ底版３６が用いられる。

有孔管２４Ｂは、既設建物３の天井高さを考慮して長手方向に分割されたものを図示しない継手を介して接続し、非液状化層１２に達するように設置されるとともに、その上端が少なくとも捨てコンクリート２３の下面よりも高くなる（図示の例では、上端が底版２１の上面高さと一致する）長さとされている。

嵩上げ底版３６は、図７に示すように、下面に複数の凸部３６ａが形成されており、底版２１上に載置したときに、凸部３６ａ間の空隙が水路をなすようになっている。すなわち、凸部３６ａが縦ドレーン２４から流出する湧水を底版２１上で水平方向に排水する湧水処理手段を構成している。なお、嵩上げ底版３６は、運搬・搬入が容易な適宜な大きさに分割形成した複数の分割体からなるようにするとよい。この場合、隣接する分割体同士は、設置後にボルトなどの締結手段によって互いに接合してもよく、接合せずに載置したままにしてもよい。

液状化対策構造２０がこのように構成されていても、液状化層１３で発生した過剰間隙水は、有孔管２４Ｂに流入して縦ドレーン２４を上昇した後、嵩上げ底版３６の凸部３６ａ間の空隙を通って底版２１上を水平方向に移動し、排水溝２８に流入する。また、縦ドレーン２４に砕石柱状体２４Ａを用いた場合には、液状化層１３の液状化時に発生する泥水の流入によって目詰まりが生じやすいが、縦ドレーン２４に有孔管２４Ｂを用いたことによって目詰まりが生じにくくなるため、液状化対策構造２０の耐用性を向上（耐用液状化回数を増大）することができる。そして、嵩上げ底版３６が、プレキャストコンクリートからなるため、底版２１上に載置するだけで現場での施工が済み、養生期間をとる必要もないため、より短期間での工事が可能になり、既設建物３を利用できない期間を短くすることができる。

以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、液状化層１３の上に非液状化層１４が堆積した液状化地盤１０に対して液状化対策構造２０を構築しているが、液状化地盤１０の表層に液状化層１３が存在する地盤に対して適用することもできる。他方、上記実施形態では、既設建物３が存在する液状化地盤１０に対して液状化対策構造２０を構築しているが、新規に建物を構築する際に、先に建物を構築してその後に液状化対策構造２０を構築することも当然に可能である。

上記第１実施形態では、砕石柱状体２４Ａからなる縦ドレーン２４と現場打ちコンクリートからなる嵩上げ底版２６とを採用し、上記第２実施形態では、有孔管２４Ｂとプレキャストコンクリートからなる嵩上げ底版３６とを採用しているが、これらを組み合わせた形態とすることもできる。また、上記第２実施形態では、縦ドレーン２４として有孔管２４Ｂを用いているが、透水性を有する透水管であれば、例えばポーラスコンクリートからなる管を用いてもよい。さらに、第２実施形態の嵩上げ底版３６は、底面に凸部３６ａを有しているが、この凸部３６ａの形状は、嵩上げ底版３６の製造時に用いるスチール型枠などにより与えてもよく、湧水マット２５を型枠として用いて湧水マット２５の形状により与えてもよい。

この他、各部材の具体的形状や、配置、素材、並びに施工手順の順序などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した本発明に係る液状化対策構造２０の各構成要素および施工手順は、必ずしも全てが必須ではなく、適宜取捨選択可能である。

３ 既設建物
３Ａ 駐輪場
３Ｂ 電気室
３Ｃ ごみ置場
１０ 液状化地盤（地盤）
１３ 液状化層
２０ 液状化対策構造
２１ 底版
２４ 縦ドレーン
２４Ａ 砕石柱状体
２４Ｂ 有孔管（透水管）
２５ 湧水マット（排水処理手段）
２６ 嵩上げ底版
３６ 嵩上げ底版
３６ａ 凸部（排水処理手段）

Claims (5)

1. 底版を有する既設建物および液状化層が存在する地盤の液状化対策構造であって、
   前記底版を貫通して前記液状化層に達するように略鉛直に形成される縦ドレーンと、
   前記縦ドレーンを覆うように前記底版上に構築される嵩上げ底版と、
   前記底版と前記嵩上げ底版との間に形成され、前記縦ドレーンから流出する湧水を前記底版上で水平方向に排水する湧水処理手段と
   を備えることを特徴とする地盤の液状化対策構造。
2. 前記嵩上げ底版は、その周囲に排水溝が形成されるように、平面視において前記底版よりも小さく且つ前記底版の中央に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の地盤の液状化対策構造。
3. 前記縦ドレーンが砕石柱状体または透水管を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の地盤の液状化対策構造。
4. 底版を有する既設建物および液状化層が存在する地盤に対する液状化対策構造の構築方法であって、
   前記底版を貫通して前記液状化層に達するように略鉛直に縦ドレーンを形成するステップと、
   前記縦ドレーンから流出する湧水を前記底版上で水平方向に排水する湧水処理手段が形成されるように、前記縦ドレーンを覆う嵩上げ底版を前記底版上に構築するステップと
   を含むことを特徴とする地盤の液状化対策構造の構築方法。
5. 前記嵩上げ底版を構築するステップでは、プレキャストコンクリートからなる嵩上げ底版を前記底版上に載置することを特徴とする、請求項４に記載の地盤の液状化対策構造の構築方法。

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