JP5822201B2 - Basic structure of the structure - Google Patents
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Description
本発明は構造物の基礎に関連し、特に液状化地盤に構築される中低層建物に適用して好適な基礎構造に関する。 The present invention relates to a foundation of a structure, and more particularly to a foundation structure suitable for application to a medium to low-rise building constructed on a liquefied ground.
地上階の階数が数階程度、地下階の階数が1階程度の中低層建物の基礎の構造としては直接基礎が採用されることが多いが、図5に示すようにそのような直接基礎による建物1を液状化地盤2(安定な非液状化層2aの上層に砂層のような軟弱な液状化層2bが堆積しているような地盤)に構築してその基礎底版1aを液状化層2bにより直接支持した場合、地震により建物1直下の液状化層2bが液状化した際には基礎底版1aに対する地盤支持力が消失してしまうとともに、破線矢印で示すように建物直下の液状化層2bが止水壁3の下端を潜って周囲に流動してしまい、その結果、建物1全体が大きく沈下したり顕著な不同沈下を生じてしまう懸念がある。
なお、上記の止水壁3は施工時に仮設的に設けられるとともに施工後もそのまま残置されるものであるが、従来のこの種の止水壁3は液状化地盤2の液状化やその結果としての建物1の沈下を防止したり抑制するための機能を有しているものではない。
Direct foundations are often adopted as the basic structure of medium- and low-rise buildings where the number of ground floors is about several floors and the number of basement floors is about one floor. The
The
また、直接基礎に代えて図6に示すような杭基礎を採用することも一般的である。これは非液状化層2aに達するように設けた支持杭4によって建物1を支持するもので、これによれば液状化が生じても支持杭4により建物1の沈下を防止することが可能である。
しかし、杭基礎は直接基礎に比べてコスト高であるし、液状化による建物1自体の沈下を防止できても周囲地盤が大きく沈下してしまえばそれとの不陸が顕著に生じてしまって地震後の供用に支障を来す場合があり、その点では必ずしも万全とはいえるものではない。
It is also common to adopt a pile foundation as shown in FIG. 6 instead of the direct foundation. This supports the
However, the pile foundation is more costly than the direct foundation, and even if it can prevent the settlement of the
いずれにしても、液状化地盤に各種の構造物を構築するに当たっては事前に十分な液状化防止対策が必要とされ、そのためにたとえば特許文献1〜4に示すような様々な工法や構造が提案されている。
In any case, when constructing various structures on the liquefied ground, it is necessary to take sufficient measures to prevent liquefaction in advance. For this purpose, various construction methods and structures as shown in
しかし、特許文献1〜4に示されるような従来の液状化防止工法はいずれも大掛かりな工事を必要とするし、必然的にかなりのコストを要するものであるので広く普及するには至っていない。
以上のことから、比較的簡易にかつ低コストで施工可能な液状化対策手法、特に中低層建物を対象とする構造物の基礎として最適な構造が求められているのが実状である。
However, all of the conventional liquefaction prevention methods shown in
From the above, the actual situation is that an optimum structure is required as a foundation of a structure for liquefaction countermeasures that can be constructed relatively easily and at a low cost, in particular, a structure for middle- and low-rise buildings.
上記事情に鑑み、請求項1記載の発明は、非液状化層の上層に液状化層が存する液状化地盤に構築される構造物に適用される基礎の構造であって、前記構造物の地下外壁の周囲に前記非液状化層に達する止水壁を設けて、該止水壁および前記構造物の基礎底版とにより該構造物の直下の液状化層を取り囲むことによって周囲より隔絶した排水ゾーンを区画形成し、前記構造物の基礎底版とその直下の液状化層との間に透水層を設けるとともに、前記構造物の地下外壁と前記止水壁との間に前記透水層に通じる鉛直ドレーンを設けて、前記液状化層の液状化により前記排水ゾーンにおいて発生する過剰間隙水を該排水ゾーンから前記透水層および前記鉛直ドレーンを通して地表に排水可能に構成してなり、鉛直ドレーンの透水係数k 2 、鉛直ドレーンの断面積A wV の値は、液状化後の地盤沈下量D s による必要排水量ΔV w 、必要流量q w1 、沈下時間Δt、鉛直ドレーンの下端深度H、鉛直ドレーンによる可能排水量q w2 とすると、下記式を満たすように決定される
請求項2記載の発明は、請求項1記載の構造物の基礎構造であって、前記排水ゾーン内に前記透水層に通じる鉛直ドレーンを設置してなることを特徴とする。
The invention according to
本発明の基礎構造によれば、液状化地盤が沈下すること自体は完全には防止できないものの、そこに構築される構造物の沈下を許容しつつその沈下量を制御可能であり、したがって建物全体が大きく沈下を生じたり顕著な不同沈下を生じて周辺地盤との間で大きな不陸が生じるようなことは有効に防止でき、以て建物が供用できなくなるといった大きな液状化被害を十分に防止ないし大幅に軽減することが可能である。 According to the basic structure of the present invention, although the liquefied ground itself cannot be completely prevented, the amount of settlement can be controlled while allowing the structure constructed there to be settled, and thus the entire building. It is possible to effectively prevent the occurrence of large subsidence or significant uneven subsidence, resulting in large unevenness with the surrounding ground, thus preventing sufficient liquefaction damage such as the inability to use the building. It can be greatly reduced.
しかも、本発明の基礎構造は基本的には直接基礎の範疇に属するものであって杭基礎とする場合に比べればコスト的に有利であるし、止水壁により排水ゾーンを区画形成してその内部に透水層と鉛直ドレーンを設けるだけの簡易な構造であるので、従来一般の各種の液状化防止対策工法のように液状化の発生自体を防止するために大掛かりな工事を必要とせず、したがって簡易に低コストで実施すること可能であるから、特に従来においては十分な液状化防止対策が困難であった既存あるいは新築予定の戸建て住宅や付帯設備等の比較的小規模の中低層程度の建物に対して適用するものとして最適である。 Moreover, the foundation structure of the present invention basically belongs to the category of direct foundation and is advantageous in terms of cost compared to a pile foundation. Because it is a simple structure that only has a water permeable layer and a vertical drain inside, it does not require large-scale construction to prevent the occurrence of liquefaction itself, as in various conventional liquefaction prevention methods. Because it can be easily implemented at low cost, it is a relatively small-scale building with a relatively small scale, such as an existing or newly-built detached house or ancillary equipment that was difficult to prevent sufficient liquefaction in the past. It is the best to apply to.
図1〜図3は本発明の実施形態である基礎構造を示す。
これは、上述したように非液状化層2aの上層に液状化層2bが存するような液状化地盤2に構築される中低層程度の建物1への適用例であって、その建物1の地下外壁の周囲に仮設的に設ける止水壁3を非液状化層2aに達するように設けることにより、その止水壁3および建物1の底面となっている基礎底版1aとによって建物1の直下の液状化層2bを取り囲んで周囲より隔絶した排水ゾーン5を形成し、液状化層2bが液状化を生じても建物1の直下地盤の側方流動を防止して従来のようにそれに起因する建物1の沈下を防止することを基本とするものである。
上記の止水壁3は適宜の構造が採用可能であり、通常は図4〜図5に示したように従来より施工中に仮設として設けられかつそのまま残置される一般的な構造のもので十分であるが、本発明においては上記のようにその止水壁3を非液状化層2aに達するように設けるとともに、少なくとも液状化時における直下地盤の側方流動を防止し得る強度を有するものとして施工する必要はある。
1 to 3 show a basic structure according to an embodiment of the present invention.
This is an application example to a
The above-mentioned
そして、本実施形態の基礎構造においては、止水壁3によって区画形成した排水ゾーン5により建物1の直下の液状化層2bの側方流動を防止することに加えて、液状化が発生した際にはその排水ゾーン5から過剰間隙水を速やかに地表に排水して間隙水圧の過度の上昇を抑制することにより、排水ゾーン5内の液状化層2bの崩落や過度の変形、排水ゾーン5から地表への過剰間隙水の噴出やそれに伴う噴砂、さらには過剰間隙水圧による建物1の浮き上がりを防止し、以て建物1に対する液状化被害を確実に防止することを主眼としている。
And in the foundation structure of this embodiment, when the liquefaction generate | occur | produced in addition to preventing the lateral flow of the liquefied
具体的には、建物1の基礎底版1aとその直下の液状化層2bとの間に透水層6を設けるとともに、建物1の地下外壁と上記の止水壁3との間には透水層6に通じるように鉛直ドレーン7を設けることにより、液状化層2bの液状化により排水ゾーン5内において発生した過剰間隙水を図中矢印で示すように透水層6および鉛直ドレーン7を通して地表に排水可能に構成している。
上記の透水層6は砂利等の透水材を全面的あるいは要所に部分的に敷設することにより形成すれば良い。また、上記の鉛直ドレーン7は図2に示すように建物1の地下外壁と止水壁3との間に全周にわたって連続的に形成するか、あるいは図3に示すように多数の鉛直ドレーン7を周方向の要所に断続的に形成することでも良いが、いずれにしても鉛直ドレーン7は透水層6と同様に砂利等の透水材の充填により形成するか、あるいは適宜のドレーン材を設置することで形成すれば良い。
さらに、必要に応じて、図2および図3に示しているように排水ゾーン5内にも他の鉛直ドレーン8を透水層6に通じるように設けることも好ましい。
More specifically, a water
The water
Furthermore, it is also preferable to provide another
上記のように、建物1の直下に止水壁3によって側方流動を防止するための排水ゾーン5を区画形成するとともに、液状化時にはその排水ゾーン5から過剰間隙水を地表に速やかに排水可能に構成することにより、建物1の直下の液状化層2bが液状化した際にも側方流動を防止してそれによる沈下を防止できることはもとより、排水ゾーン5内における過剰間隙水圧を制御してそれによる建物1の沈下を有効に制御し抑制することが可能である。
As described above, a
すなわち、単に止水壁3を設けるだけでは側方流動は防止できてもそこでの過剰間隙水圧の急激な上昇は防止できないので、建物1周囲から過剰間隙水の噴出や噴砂が生じてそれによる沈下は防止できないし、逆に過剰間隙水圧により建物1が浮き上がる事態も想定されるが、上記のように止水壁3により排水ゾーン5を区画形成したうえでその内部から透水層6および鉛直ドレーン7により排水を促進することにより、建物1の沈下量を液状化層2bがもつ体積ひずみポテンシャルから定まる沈下量となるように制御して周辺地盤の沈下量と自ずと同程度に抑制することが可能であり、したがって少なくともそれらの間に供用に支障を来すような大きな不陸が生じることを有効に防止することが可能となる。
In other words, even if the
本発明の基本原理について図4を参照して詳細に説明する。
通常の液状化に対する設計手法では、地盤の過剰間隙水圧比が1に達した状態を完全に液状化した状態(液体になった状態)として、これ以降の状態を考えることはないが、本発明では過剰間隙水圧比が1に達した後にせん断変形により剛性が回復する状態(以下、これを「ポスト液状化状態」という)を呈することに着目し、そのポスト液状化状態を安定に継続させることで構造物に対する支持力を維持し確保するという設計思想に基づくものである。
すなわち、図4に示すように、ポスト液状化状態に達した地盤に対して排水することなくさらにせん断力を作用し続けると、非可逆の塑性体積ひずみ(圧縮側)にダイレクタンシーによる可逆的な塑性体積ひずみ(膨張側)が追いつけず、地盤が完全な液体状態なる。この状態が噴砂や構造物の不同沈下が生じる地盤の破壊に達した状態である。
一方、適切に排水しながら上記のせん断力を作用させると、非可逆の塑性体積ひずみ圧縮側)と可逆的な塑性体積ひずみ(膨張側)が常に釣り合い、ポスト液状化状態が安定に継続するから、本発明はそのような安定なポスト液状化状態を保持することで構造物の支持力を確保して構造物の沈下や傾斜といった液状化被害を低減するものである。
The basic principle of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
In the design method for normal liquefaction, the state where the excess pore water pressure ratio of the ground has reached 1 is not considered as the state after this as a completely liquefied state (a state in which it has become liquid). Then, pay attention to the fact that the rigidity is restored by shear deformation after the excess pore water pressure ratio reaches 1 (hereinafter referred to as “post-liquefaction state”), and the post-liquefaction state is continued stably. Therefore, it is based on the design philosophy of maintaining and securing the supporting force for the structure.
That is, as shown in FIG. 4, when the shear force continues to act on the ground that has reached the post-liquefaction state without draining, the reversible due to the directivity is applied to the irreversible plastic volume strain (compression side). Plastic volume strain (expansion side) cannot catch up, and the ground becomes completely liquid. This state is the state that reached the destruction of the ground where the undesired subsidence of the sand and structures.
On the other hand, if the above shear force is applied while draining properly, the irreversible plastic volume strain compression side) and the reversible plastic volume strain (expansion side) are always balanced, and the post-liquefaction state continues stably. In the present invention, by maintaining such a stable post-liquefaction state, the supporting force of the structure is secured, and liquefaction damage such as settlement or inclination of the structure is reduced.
ところで、本発明においては、上記のように建物1の沈下を許容しつつその沈下量を適切に制御可能であるためには、液状化発生時およびその後において排水ゾーン5から過剰間隙水を適切に排水可能であることが必要であり、そのためには特に鉛直ドレーン7を適切に設置する必要があるから、以下、そのための具体的な設計手法について説明する。
By the way, in the present invention, in order to allow the amount of subsidence to be appropriately controlled while allowing the subsidence of the
「建物の沈下に伴う排水量の算定」
鉛直ドレーン7は液状化中および液状化後の地盤沈下に伴って生じる間隙水を地表に排水できる能力をもつように設計する。
そのためには、液状化後の地盤沈下量Dsによる必要排水量ΔVwを(1)式により算定し、それに基づき必要流量qw1を(2)式により算定する。
なお、地盤沈下量Dsはたとえば特開2007−9558号公報に示されている周知の計算法により算定すれば良い。また、沈下時間Δtは1日程度とすれば良い。
"Estimation of wastewater due to building settlement"
The
For that purpose, the required amount of drainage ΔV w based on the ground subsidence amount D s after liquefaction is calculated by the equation (1), and the necessary flow rate q w1 is calculated by the equation (2) based on that.
The ground subsidence amount D s may be calculated by a known calculation method disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-9558. Further, the settlement time Δt may be about one day.
「鉛直ドレーンの可能排水量」
一方、鉛直ドレーン7による可能排水量qw2を(3)式により算定する。
ここで、動水勾配ivは、鉛直ドレーン7の下端深度H、鉛直ドレーン7の下端および上端にそれぞれ作用する水頭hw1、hw2により(4)式により算定する。
“Possible drainage of vertical drain”
On the other hand, the possible drainage amount q w2 from the
Here, the hydrodynamic gradient iv is calculated by the equation (4) from the lower end depth H of the
そして、以上で求めた鉛直ドレーン7による可能排水量qw2が、
And the possible drainage amount q w2 by the
を満たすようにk2、Awvを決定すれば良い。 K 2 and A wv may be determined so as to satisfy the above.
以上で説明したように、本発明の基礎構造によれば、液状化地盤2が液状化したりそれにより地盤沈下が生じること自体は完全には防止できないものの、その際に建物1の沈下を許容しつつもその沈下量を制御して抑制可能であり、したがって建物1全体が大きく沈下を生じたり顕著な不同沈下を生じて周辺地盤との間で大きな不陸が生じるようなことは有効に防止でき、以て建物1が供用できなくなるといった大きな液状化被害を十分に防止ないし大幅に軽減することが可能である。
As described above, according to the basic structure of the present invention, it is impossible to completely prevent the liquefied
しかも、本発明の基礎構造は地下外壁の周囲に止水壁3を設ける必要はあるものの基本的には直接基礎の範疇に属するものであるし、その止水壁3も一般的な仮設用として設置するものを非液状化層2aに達するように設置するだけで十分であるので、杭基礎とする場合に比べればコスト的に有利である。
勿論、止水壁3の他にはその内部に透水層6と鉛直ドレーン7を設け、必要に応じてさらに他の鉛直ドレーン8を設けるだけの簡易な構造であるので、従来一般の各種の液状化防止対策工法のように液状化の発生自体を防止するために大掛かりな工事を必要とせず、したがって簡易に低コストで実施すること可能であるから、特に従来においては十分な液状化防止対策が困難であった既存あるいは新築予定の戸建て住宅や付帯設備等の比較的小規模の中低層程度の建物に対して適用するものとして最適である。
Moreover, although the foundation structure of the present invention needs to be provided with the
Of course, since the water-
なお、特許文献1、2に示される液状化対策工法においても直下地盤からの過剰間隙水の排水は可能であるとは思われるが、これらは液状化の発生自体を防止するものである点で本発明とは基本的に異なるばかりでなく、特許文献1では過剰間隙水を構造物の周囲に設けた貯水槽に集水するものであり、特許文献2においては水平ドレーンから直接的に地表に排水するものでしかないから、これらはいずれも本発明における止水壁3や鉛直ドレーン7に相当する要素はなく、本発明の基礎構造とは全く異なる技術である。
また、特許文献3、4には鉛直ドレーンについての開示があるがいずれも止水壁3に関する開示はないし、特許文献3は建物の基礎構造に関わるものですらなく、特許文献4に示される基礎構造も本発明における止水壁3に相当する要素はないし鉛直ドレーン7をマットスラブを貫通するように設けている点で本発明とは全く異なるものであり、これらも本発明の基礎構造とは全く異なる技術であることはいうまでもない。
In addition, in the liquefaction countermeasure construction methods shown in
In addition,
以上で本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の設計的変更や応用が可能である。
たとえば、上記実施形態は中低層程度の建物1の基礎に適用した場合の一例であるが、本発明は中低層建物のみならず液状化地盤に構築される各種の構造物の基礎構造として広く適用可能であることは当然である。
また、止水壁3の構造やその施工手法、透水層6および鉛直ドレーン7の素材やそれらの透水係数等の諸元、形成パターン、施工手法その他についても、対象とする液状化地盤2の地質的状況、そこに構築される構造物の構造や自重や形態等の諸条件も考慮して、構造物の直下地盤に対して所望の側方流動防止性能と過剰間隙水に対する十分かつ効率的な排水性能が得られるように最適設計すれば良い。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and appropriate design changes and applications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, although the said embodiment is an example at the time of applying to the foundation of the
The geology of the liquefied
1 建物(構造物)
1a 基礎底版
2 液状化地盤
2a 非液状化層
2b 液状化層
3 止水壁
4 支持杭
5 排水ゾーン
6 透水層
7 鉛直ドレーン
8 鉛直ドレーン
1 Building (structure)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記構造物の地下外壁の周囲に前記非液状化層に達する止水壁を設けて、該止水壁および前記構造物の基礎底版とにより該構造物の直下の液状化層を取り囲むことによって周囲より隔絶した排水ゾーンを区画形成し、
前記構造物の基礎底版とその直下の液状化層との間に透水層を設けるとともに、前記構造物の地下外壁と前記止水壁との間に前記透水層に通じる鉛直ドレーンを設けて、
前記液状化層の液状化により前記排水ゾーンにおいて発生する過剰間隙水を該排水ゾーンから前記透水層および前記鉛直ドレーンを通して地表に排水可能に構成してなり、
鉛直ドレーンの透水係数k 2 、鉛直ドレーンの断面積A wV の値は、液状化後の地盤沈下量D s による必要排水量ΔV w 、必要流量q w1 、沈下時間Δt、鉛直ドレーンの下端深度H、鉛直ドレーンによる可能排水量q w2 とすると、下記式を満たすように決定される
Providing a water blocking wall that reaches the non-liquefied layer around the underground outer wall of the structure, and surrounding the liquefied layer immediately below the structure with the water blocking wall and the foundation bottom plate of the structure Forming a more isolated drainage zone,
A water permeable layer is provided between the foundation bottom plate of the structure and the liquefied layer immediately below the bottom slab, and a vertical drain leading to the water permeable layer is provided between the underground outer wall of the structure and the water blocking wall,
Ri Na drained configured to be able to excess pore water generated in the drainage zone by liquefaction of the liquid layer from the drainage zone to the surface through the water permeable layer and the vertical drain,
Permeability of vertical drain k 2, the value of the cross-sectional area A wV vertical drains, requires wastewater by ground subsidence amount D s after liquefaction [Delta] V w, the required flow rate q w1, subsidence time Delta] t, the vertical drain bottom depth H, If possible drainage q w2 by vertical drain, it is determined to satisfy the following formula:
前記排水ゾーン内に前記透水層に通じる鉛直ドレーンを設置してなることを特徴とする構造物の基礎構造。 A basic structure of the structure according to claim 1,
A basic structure of a structure, wherein a vertical drain communicating with the water permeable layer is installed in the drainage zone.
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