JP5975726B2 - 地盤構造および地盤改良方法 - Google Patents

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本発明は、地震時の道路地盤および宅地地盤の液状化を一体的に抑制することができる地盤構造およびその地盤構造を構築するために実施される地盤改良方法に関するものである。
臨海部や埋立地等の軟弱地盤では、地震が発生することにより地盤の液状化が発生する可能性が高く、液状化が発生すると、地下水位の高い緩い飽和砂地盤、あるいは飽和した土砂が液体の性状を示し、道路や建物等が揚圧力を受けて破壊し、沈下を引き起こす。液状化による地盤沈下に伴う道路の不同沈下は、降雨時に大規模な道路冠水を引き起こすほか、緊急車両の通行を妨げ、避難経路をなくし、救援活動ができなくなるため、予め液状化対策を講じることが重要である。このことは、その道路に隣接する宅地(戸建住居)に関しても同様で、宅地に対しても積極的な液状化対策を講じることが重要である。
宅地における基礎地盤強化等の液状化対策費用は、その宅地が個人所有であることから、個人負担であり、集合住宅においては住人による費用分担となる。液状化対策規模が大きい場合、個人や住人で負担するのは困難であるため、安価で、かつ効果的な液状化対策工法の開発が求められている。
従来の液状化対策工法として、液状化が発生する可能性のある地層(液状化層)全部を改良土で置換する方法、固結、締め固めによる密度を増大させる方法等がある。しかしながら、前者の方法では、対象域全体を改良するのでコストが極めて膨大なものになる。また、後者の方法では、サンドコンパクション工法等を利用するため、大型機械が必要であり、その通行が制約される幅の狭い道路やその道路に隣接する既設宅地に対しては実施することが困難である。
新築住宅については、杭基礎や地盤改良を行った上で住宅を建築することで、既設の住宅については、薬液注入工法等により地盤改良を行うことで、液状化対策を講じることができる。しかしながら、液状化層の厚さが大きい場合、杭基礎では杭長が長くなり、また、地盤改良を必要とする地盤の深さが深い場合には、これらの液状化対策費用が膨大なものとなる。このため、経済的で、しかもその効果が優れた液状化対策方法の確立が望まれている。
これまでに、液状化対策方法として以下のような方法が提案されている。例えば、建物と、建物の下方にその縁に沿って配置された遮水壁と、排水装置とを備える小規模建築物において、遮水壁が、建物の下方に位置する粘性土層まで達しており、排水装置によって建物と建物の下方に位置する粘性土層との間に位置する土層から所定の位置まで地下水を排水する液状化防止方法が提案されている(特許文献1参照)。この方法は、小型の施工機械を用いて施工が可能であり、液状化の素因を単一的のみならず、複合的に低減してその効果を高め、かつその効果を持続し、随時同様の対策を追加施工することができるという特徴を有する。
また、液状化対策として、杭基礎の地盤中に、杭に隣接させて固化工法により造成する改良体を、深さ方向に間隔を開けて配置し、杭基礎の周辺地盤に、透水性を具備するドレーン材を埋設した杭基礎の耐震補強構造も提案されている(特許文献2参照)。この構造は、巨大地震時の地盤大変形に伴う杭の損傷対策として固化改良で対応しつつ、周辺地盤の水平地反力の確保にも対応できる複合的な耐震補強構造である。
さらに、周囲の地盤より密度の小さい道路部が、道路の下方の幅方向中央部に設けられ、地盤の密度以上となる路肩部が、道路の下方に、道路部の両側に設けられ、道路部内および路肩部内を貫通するようにジオグリッドが埋設されてなる道路の変状防止構造も提案されている(特許文献3参照)。この構造では、地盤自体には改良を施さず、液状化の発生を許容するが、道路直下に軽量土を詰めたり、路床全体にジオグリッドを敷設して一体化と補強を図ることで、道路の極端な沈下や隆起、段差の発生を抑制する。
また、地盤を囲む地中壁と、地盤上に配置され、地盤よりも高い剛性を有し、地中壁の内側を覆う剛性板と、地中壁の内面と剛性板との間の隙間を塞ぐ目地部材とを有する地盤改良構造が提案されている(特許文献4参照)。この構造では、地震時に鉛直荷重が剛性板を介して地盤に伝達されるため、地盤上層の有効応力を維持し、剛性板と地中壁と目地部材によって変形抑止壁を形成し、それによって地盤の上下への動きが拘束され、拘束された地盤のせん断変形を抑える。また、剛性板によって地盤表層の剛性が地盤よりも高くなっているので、地震時には、水平力が剛性板から地中壁へ目地部材を介して伝達され、地盤のせん断変形を抑え、その結果、地盤の液状化を抑制する。
特開2008−95352号公報 特開2008−208631号公報 特開2010−37793号公報 特開2010−216107号公報
特許文献1に記載の方法では、個々の建物の下方に、その縁に沿って遮水壁を形成し、その遮水壁内に排水装置のストレーナおよび配管を埋め込み、排水するためのポンプを設置する。この対策を行うためには、高額な費用が必要となるが、宅地の所有者がその費用を全額負担しなければならない。それに加えて、ポンプの維持管理も必要となる。また、建物周囲の地盤については対策が講じられていないため、建物周囲の地盤は地震発生時に液状化するおそれがある。液状化が発生すると、建物外部へ避難することはできず、その建物内で負傷者が出た場合でも救援活動を行うことができない。
特許文献2に記載の構造は、杭基礎に対する耐震補強構造であるため、杭基礎をもたない道路や戸建住宅等には適用することができない。また、この構造には、杭基礎の周辺地盤に透水性を具備するドレーン材を埋設しているが、巨大地震(レベル2地震動)や地震動継続時間が長い場合には液状化を許容することがあるため、建物周囲地盤が液状化するおそれがあり、避難経路を確保することができず、救援活動を行うことができない場合が生じうる。この場合も、その土地の所有者がその高額な費用を全額負担しなければならない。なお、レベル2地震とは、陸地近傍で発生する大規模なプレート境界型地震や直下型地震のように、大きな強さを有する最大級の地震動である。
特許文献3に記載の構造は、周囲の地盤より密度の小さい道路部を、道路の下方の幅方向中央部に設け、周囲の地盤の密度以上となる路肩部を、道路の下方の幅方向両側を挟むように設け、道路部および路肩部を貫通するようにジオグリッドを埋設することから、その施工方法が複雑である。また、場所によって、道路周辺の住宅や工場等の既設構造物が異なり、歩道や道路幅も異なることに加えて、地震時の液状化に伴う道路周辺の住宅や工場等の既設構造物の沈下量も異なることから、周辺地盤との重量バランスをとることが難しい。宅地にも、ジオグリッドを埋設して液状化対策を講じることができるが、宅地全体に埋設しなければならず、その費用は、所有者が全額負担しなければならない。
特許文献4に記載の構造は、地中壁と剛性板とを目地部材により連結し、目地部材の体積が膨張することにより剛性板の動きを拘束し、また、目地部材が透水性を有しているため、軟弱地盤内の水の一部を、目地部材を透過して排水する。これも、建物の下方にのみ施工されるため、建物周辺の地盤については、液状化するおそれがあり、避難経路を確保することができず、救援活動を行うことができない場合が生じうる。そして、その費用は、所有者が全額負担しなければならない。
いずれの構造や方法も、個々の建物の下方に施工を行うので、所有者が全額負担しなければならない。特に、支持層にまで到達する遮水壁や地中壁を構築する場合にその支持層までの距離が長いと、その費用は膨大なものとなる。したがって、宅地における液状化対策はあまり進んでいないのが実状である。
ところで、国、市区町村は、管轄する道路について液状化対策を目的とした地盤改良を行うが、宅地と一体的に地盤改良した事例はほとんどない。道路と宅地とを一体的に地盤改良することができれば、経済的であり、宅地における液状化対策も進むものと考えられる。しかしながら、これまでに道路と宅地とを一体的に地盤改良を行う経済的で高い効果を有する地盤改良方法は確立されていない。そこで、道路と宅地とを一体的に液状化対策を目的として、経済的で、優れた地盤変状の抑制効果を有する地盤構造や地盤改良方法の提供が望まれていた。
本発明は、上記課題に鑑み、地震の揺れにより液状化する液状化層と、液状化層下側の支持層と、液状化層上の地表面に設けられた道路の真下または道路脇に、支持層にまで到達する複数の土留材を挿設、または土砂に固化材を添加し撹拌混合して支持層にまで延びる複数の改良体を造成することにより構築され、道路に囲まれた区画内の液状化層を包囲する地中壁と、その地中壁で包囲された液状化層内に支持層から地表面へ向けて延び、各々が複数の開口部を備える複数の排水部材を含む、地盤構造が提供される。
地盤構造は、地中壁と連結され、液状化層上を覆うように土砂に固化材を添加し撹拌混合して造成される一定深さの複数の改良体から構成される略直方体の版状体を含むことができる。また、鉄筋もしくはジオグリッドまたは繊維を含むセメントにより造成され、版状体と地中壁とに接合される補強部を含むことができる。さらに、地中壁には、区画内の液状化層へ向けて突出し、版状体を支持するための複数の梁状突起部を備えることができる。
また、地中壁は、道路の長手方向に沿って改良体をオーバーラップさせて造成するとともに、一定間隔で道路の幅方向へもオーバーラップさせて造成することにより格子状に構築された地中壁であってもよい。排水部材は、鉛直方向に延びる排水部材と、傾斜するように延びる排水部材とを含むことができる。
本発明は、上記地盤構造を構築するために実施される地盤改良方法も提供することができる。この地盤改良方法は、地震の揺れにより液状化する液状化層と、液状化層下側の支持層とを有する地盤において、液状化層上の地表面に設けられた道路の真下または道路脇に、支持層にまで到達する複数の土留材を挿設、または土砂に固化材を添加し撹拌混合して支持層にまで延びる複数の改良体を造成することにより、道路に囲まれた区画内の液状化層を包囲する地中壁を構築する工程と、その地中壁で包囲された液状化層内に支持層から地表面へ向けて延び、各々が複数の開口部を備える複数の排水部材を挿設する工程とを含む。
また、上記地盤改良方法は、地中壁と連結され、液状化層上を覆うように土砂に固化材を添加し撹拌混合して一定深さの複数の改良体から構成される版状体を造成する工程を含むことができる。鉄筋もしくはジオグリッドまたは繊維を含むセメントにより補強部を造成し、版状体と地中壁とに接合させる工程を含むこともできる。地中壁は、複数の改良体により構築され、上記方法は、土砂に固化材を添加し撹拌混合して、区画内の液状化層へ向けて突出し、版状体を支持するための複数の梁状突起部を造成する工程をさらに含むことができる。
また、地中壁を構築する工程では、道路の長手方向に沿って改良体をオーバーラップさせて造成するとともに、一定間隔で道路の幅方向へもオーバーラップさせて造成することにより格子状の地中壁を構築することもできる。
本発明の地盤構造および地盤改良方法を提供することにより、道路の真下または道路脇に地中壁を構築するので、地震時の液状化による道路変状(道路交通に支障をきたす沈下や不等沈下)を抑制することができるとともに、地中壁によって区画内の宅地地盤の変形を抑制することができ、液状化の際に地盤内に発生する過剰間隙水圧を消散、低減させることにより、その地盤の不等沈下も抑制することができる。
また、宅地の所有者が個々に地中壁を構築する必要がないので、費用負担を大幅に軽減することができる。道路変状や宅地地盤の変形、地盤の不等沈下等が生じないため、緊急車両の通行が可能で、避難経路も確保することができ、救援活動もスムーズに行うことができる。また、排水部材の挿設は、宅地の空いた部分に施工することができるので、既設の建物があっても施工することが可能である。
地中壁と連結される版状体を備えることで、大地震が発生し、建物下の地盤の剛性が低下したとしても、この版状体の剛性により建物の不同沈を抑制することができる。また、地中壁と版状体とを直接連結すると、地震時における応力がその連結部分に集中するが、地中壁と版状体との間に補強部を造成することで、その連結を強化することができる。
地中壁に梁状突起部を造成することで、版状体を地中壁に支持することができるため、地中で液状化が生じたとしても、建物の基礎がある版状体の沈下を防止することができる。液状化層が、液状化の発生するおそれがある緩い飽和砂地盤のみならず、軟弱粘性土地盤に対しても適用することができるので、汎用性が高い。
また、改良形状を格子状にすることで、格子内地盤の液状化の抑制を図るとともに、版状改良としても経済的な地盤改良を提供することができ、改良範囲もさらに縮減することができるので、さらに経済的になる。
本発明の地盤構造の第1実施形態を示した平面図。 図1に示す地盤構造の断面図。 本発明の地盤構造の第2実施形態を示した断面図。 本発明の地盤構造の第3実施形態を示した断面図。 本発明の地盤構造の第4実施形態を示した断面図。 本発明の地盤構造の第5実施形態を示した断面図。 本発明の地盤構造の第6実施形態を示した平面図。
図1は、本発明の地盤構造の第1実施形態を示した平面図である。図1の平面図には、地盤改良を行う地盤の地表面に、舗装された道路10が設けられ、道路10の両脇には、歩道が設けられ、その道路10により囲まれた区画11内に8戸の建物としての民家12が建築されているのが示されている。また、道路10の脇には、区画11を取り囲むように地中壁13が構築されているのが示されている。なお、道路10の一方の側には区画11があるのが示され、他方の側には何も示されていないが、その他方の側には別の区画があってもよい。
道路10は、路床上に構築される。路床は、道路10を舗装する際に地表面を削って地ならしした地盤である。路床上には、車両の通行によりかかる荷重を分散させて路床に伝達する路盤が設けられる。路盤は、上層路盤と下層路盤とから構成され、下層路盤は、路床上に砕石を用いて形成され、上層路盤は、下層路盤上に粒度が調整された砕石を用いて形成される。一般に、上層路盤に用いられる砕石は、粒径が25mm程度のものが採用される。
下層路盤は、セメント安定処理工法により安定化処理土とする。近年の巨大な地震被害のうち、道路では車道部の舗装面にクラック、隆起、陥没等の路面変状が生じ、これらの被災箇所から大量の水を含む土砂が噴出し、一時的に通行被害が発生しており、このような被害を軽減する必要がある。この被害を軽減するために、下層路盤の下部の路床の一部も、必要に応じて、セメント安定処理工法等により版状、あるいは格子状改良を行うことができる。
路盤上には基層が設けられ、基層上には表層が設けられる。基層は、表層からの荷重を均等に路盤に伝達する役割をもつ。基層は、粗粒度のアスファルト層で、粗粒度アスファルト混合物を用いて形成される。表層は、車両の荷重を直接受ける層であり、開粒度アスファルト混合物や細粒度アスファルト混合物を用いて形成される。表層と基層との間には、防水性を高め、アスファルト混合物とのなじみを良くするためのプライムコートが設けられる。
区画11は、道路10により囲まれた範囲で、図1では8つの宅地に造成され、各宅地に民家12が建築されている。ここでは、8つの宅地としているが、8つ以上、あるいはそれ以下の宅地数でもよく、この限りではない。また、図1では民家12とされているが、マンション、商業施設、学校等の建物であってもよい。地中壁13は、シートパイル等の土留材を地盤に挿設することにより、または土砂に固化材を添加し、撹拌混合して円柱状の改良体を造成し、隣り合う改良体をオーバーラップさせるように造成することを繰り返して、区画11の周囲に構築される。
シートパイルは、鋼製の矢板であり、道路10脇直下に挿設される。なお、シートパイルは、支持層15に固定するために、その先端部が支持層15へ貫入するように挿設される。シートパイルを液状化層14の周囲を包囲するように設置するので、液状化層14のせん断変形が拘束され、砂粒子間に発生する間隙水圧が過剰に増加することを抑制、防止することができ、液状化しにくくなる。
シートパイルは、これまでに知られた方法により地盤内に打設することができる。また、シートパイルは、断面がコの字形で、両縁部に引っ掛け部を備えており、隣り合う互いの引っ掛け部を掛け合うことにより連結する。
改良体は、既知の手法を採用して造成することができる。一例では、ボーリングマシンを用い、ロッドの先端に設けられた先鋭なビットを回転して地盤を掘削し、ロッドの周部に設けられた開口から圧縮空気とともに固化材を噴射し、ロッドの外周に設けられた撹拌翼の回転により、周囲の土砂を撹拌して噴射された固化材と混合し、円柱状の改良体を造成し、これにオーバーラップして次の改良体を造成することを繰り返して、図1に示すような区画11の周囲に地中壁13を構築することができる。これ以外に、バックホウ等により地盤を掘削し、掘削された土砂をミキサーに入れ、固化材を添加し、ミキサーで撹拌混合した後、埋め戻すことにより改良体を造成することも可能である。
固化材としては、石灰、石膏、セメント、水ガラス等を挙げることができる。地中連続壁工法やSMW工法等を利用して地中壁13を構築することも可能である。ここで、地中連続壁工法とは、地中に連続した溝状の穴を掘削し、この穴の中に鉄筋コンクリート等を打設して連続した壁を造成する工法である。SMW工法とは、土(Soil)とセメントスラリーを原位置で混合・撹拌(Mixing)し、地中に壁体(Wall)を造成する工法である。このSMW工法では、多軸混練オーガー機を使用して原地盤を削孔し、そのオーガー機の先端からセメントスラリーを吐出し、削孔混練を行い、壁体を造成する。
上記では土留材として、シートパイルについて説明したが、そのほか、鋼管に継ぎ手を溶接し、つなぎ合わせることにより製造される鋼管矢板を用いることもできる。また、せん断変形を抑制することができる剛性を付与することができる構造であれば、鋼以外の材質であってもよい。
図2に示す断面図を参照して、第1実施形態の地盤構造について詳細に説明する。この地盤構造は、地震の揺れにより液状化する地盤内部の液状化層14と、液状化層14の下側にある支持層15と、上記地中壁13と、複数の排水部材16とを含んで構成されている。図2には、地下水面も示されている。
液状化層14は、地下水面下の飽和した緩い砂質土と地下水で構成される。この液状化層14では、連続した地震動が加えられるまでは、砂粒子間のせん断応力による摩擦によって安定を保っている。しかしながら、地震のように連続した振動が加えられると、土粒子間隙中の水圧の上昇に伴い、土粒子間に作用する有効応力が減少することによって,砂粒子間のかみ合う力が消失し、砂粒子が水に浮いた状態となり、液状化が発生する。なお、この過剰に上昇した土粒子間隙中の水圧は、過剰間隙水圧と呼ばれる。
支持層15は、建物の荷重に充分に耐えうる地層で、頑丈な硬い地盤である。このため、支持層15は、地震等により沈下することはない。この支持層15は、一般的な構造物の支持層の条件を満足すればよい。一般的に構造物の良質な支持地盤とされているのは、砂、砂礫の場合、N値が30以上、粘性土の場合、N値が20以上で、かつ一軸圧縮強度が400kN/m以上であればよく、これらの層厚が5m以上あればよい。これを踏まえ、鋼矢板や鋼管矢板基礎等の先端は、これらの良質な支持層に根入れさせればよい。N値は、標準貫入試験で得られる地盤の強度を示す数値である。
排水部材16は、液状化層14において地震により発生する地盤内の過剰間隙水圧を速やかに消散、低減させるために、スムーズに水が流入し、排水される側面に複数の開口部を備える中空フィルタや、複数の開口部が形成される粒径が大きい砂利等を充填したものとすることができる。フィルタとしては、鉄製のフィルタを用いることもできるが、錆びない点で、ポリエチレンやポリプロピレン等のプラスチック樹脂製のフィルタが好ましい。特に、地圧によってつぶれにくく、鉛直方向に柔軟性を有するポリプロピレン製のフィルタが好ましい。
排水部材16の挿設は、一例として、専用の小型ボーリングマシンを使用して、ケーシングを用いて液状化層14を削孔し、中空フィルタや砂利等を挿入し、フィルタや砂利等を充填した後、ケーシングを引き抜くことにより行われる。なお、その頭部には、グラベルマット17と呼ばれる砕石を充填したマットを設置することにより頭部処理が行われる。これは、地震時の液状化に伴って、発生する地盤内の間隙水(地下水)を中空フィルタや砂利等を介して地上に排出し、排出された間隙水をグラベルマット17に逃がして集水するものである。さらに集水した地下水を即時に下水管等へ排出することで、民家12の下部で発生した地盤内の過剰間隙水圧の消散、蓄積を防ぐものである。
フィルタや砂利等が充填される孔は、液状化層14内に支持層15から地表面へ向けて延びるように形成される。その孔は、小型ボーリングマシンを使用して、図2に示すように、鉛直方向に延びる孔と、その鉛直方向に対して傾斜するように延びる孔とが形成される。鉛直方向に延びる孔は、地震発生時に、真下で発生した過剰間隙水圧を、傾斜するように延びる孔は、地震発生時に、民家12の下部で発生した過剰間隙水圧を消散、低減するために設けられる。
このように、区画11を取り囲むように地中壁13を道路脇に構築し、区画11内に複数の排水部材16を挿設することにより、道路地盤および宅地地盤の地震時のせん断変形を一体的に抑制して、両者の液状化の発生を抑制することができる。また、宅地地盤の過剰間隙水圧を消散、低減することができ、液状化の影響を軽減して、沈下を抑制することができる。
図3は、本発明の地盤構造の第2実施形態を示した断面図である。図2では、地盤構造が、地中壁13と、複数の排水部材16とを備える構造とされているが、図3では、さらに液状化層14上を覆うように土砂に固化材を添加し撹拌混合して造成される一定深さの複数の改良体から構成される版状体18を備えている。
版状体18は、一例として、ボーリングマシンを用いて円柱状の改良体をオーバーラップさせて造成することにより、略直方体の改良体として構築される。版状体18は、地中壁13の上側に接合するように連結される。このため、液状化層14は、側面を地中壁13により包囲し、上部を版状体18により覆うことにより、全体がラーメン構造となり安定性が向上する。ラーメン構造は、柱と梁の一体化した構造である。
この版状体18は、そのほか、バックホウやパワーショベル等により原地盤を掘削し、固化材を添加し、ミキサーで撹拌混合して、埋め戻すことにより造成することも可能である。
版状体18の厚さ、強度については、建物荷重に応じて決定することができる。民家12の基礎地盤での地盤改良では、その厚さを厚く造成することができる。厚さが厚いほど、地盤の沈下とその沈下量が減少するからである。なお、この版状体18は、民家12が建築される前に造成される。
地中壁13と、複数の排水部材16と、版状体18との3つの組み合わせにより、地中壁13と版状体18とを一体化構造とするとともに、複数の排水部材16を併用することにより、地中壁13と版状体18とで包囲された液状化層14で発生する過剰間隙水圧を消散、低減させる。これにより、地中壁13と版状体18に囲まれた地盤は完全液状化に至らすに、地盤剛性がある程度確保され、地中壁13と版状体18の地盤変状を抑制する機能を確実に発揮させることができる。
図4は、本発明の地盤構造の第3実施形態を示した断面図である。図3では、地中壁13と版状体18とが直接接合しているが、直接接合する場合、地震時における応力集中によりその接合部が損傷してしまう可能性があることから、この接合部を補強することが望ましい。このため、この実施形態では、さらに、地中壁13と版状体18との間に補強部19を含んで構成されている。
補強部19は、格子状に接合して形成された鉄筋もしくはジオグリッドまたは繊維を含むセメントにより略直方体に造成することができる。ジオグリッドは、樹脂製の直交する部材を交点で結合または一体化した格子構造をもつシート状のものである。
繊維としては、長さ1〜150mmの短繊維を用いることができる。セメント安定処理土に短繊維を混合すると、土粒子と短繊維、短繊維同士が絡み合い、土砂の強度や靱性(ねばり強さ)等の力学的特性が向上する。そのほか、耐浸食性が向上し、コンクリートとの引き抜き抵抗も向上する。このようにセメント安定処理土に短繊維を混合して造成することにより、接合部が所定の強度特性を発揮するので、その接合部を補強することができる。
短繊維は、太さが1〜4000dtexのものを使用することができる。dtexは、繊維の長さ10000mの質量をグラム数で表した値である。セメントに添加する短繊維の添加量としては、セメントに対する乾燥重量比を0.1〜10%とすることができる。短繊維としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ビニロン、ポリエチレン等の合成樹脂繊維や鋼繊維等を挙げることができる。
短繊維は、鋼繊維より合成樹脂繊維のほうが望ましい。合成樹脂繊維は、酸やアルカリに侵されず、錆びることもなく、作業機械を摩耗させることもなく、少ない添加量で高い補強効果を得ることができるからである。
材質、長さ、太さ、断面形状、添加量は、現場施工、施工条件、所要の設計強度によって変わり、室内試験や現場施工試験(出来形確認試験)等を実施した上で決定することが望ましい。具体的には、短繊維の添加量等の配合を調整し、所要の強度特性を発揮し得る現場配合条件を決定することにより、この添加量等を決定することができる。
短繊維は、セメントとの十分な定着力および土砂中での良好な分散性をもつために、短繊維の断面形状を、X形、Y形、十字形、多角形、星形等とし、突起部や凹部を備えたものを用いることができる。また、短繊維は、分散性を向上させるために、界面活性剤により表面処理されていることが望ましい。短繊維をセメントへ投入する際、短繊維同士のからみ合いが少なくなるからである。
短繊維は、セメントとともにミキサーに投入し、そのミキサーで短繊維をセメントと撹拌混合し、版状体18と地中壁13との間に打設することによって造成することができる。鉄筋やジオグリッドは、版状体18と地中壁13との間に打設されるセメント内に埋設される。セメントは、地中壁13および版状体18との密着性が良好であり、鉄筋、ジオグリッド、短繊維は強度を向上させるので、接合部の強度を高めることができる。
図5は、本発明の地盤構造の第4実施形態を示した断面図である。図3に示す地盤構造に、梁状突起部20を備える構成とされている。梁状突起部20は、地中壁13に複数設けられる。この梁状突起部20は、版状体18を支持するものであり、地中で液状化を生じたとしても沈下が生じないようにする。また、梁状突起部20は、宅地を含む版状体18を支持することができれば、道路延長方向に連続して造成しなくてもよい。
梁状突起部20は、上記のボーリングマシンを使用し、固化材を添加し撹拌混合することにより改良体として造成することができる。梁状突起部20は、上記の補強部19を拡幅造成したものを採用することも可能である。また、梁状突起部20は、バックホウやパワーショベル等により原地盤を掘削し、固化材を添加し、ミキサーで撹拌混合して、埋め戻すことにより造成することもできる。
宅地の所有者は、その宅地の下部の版状体18を造成するための費用だけで済むことから、費用負担を軽減することができる。また、地中壁13と版状体18とは剛結しないため、建物の地震応答への影響は小さい。梁状突起部20は、地中壁13の側壁から突出するように設けられるものに限らず、第5実施形態として、図6(a)に示すように、拡張された天端21により版状体18を支持する構造であってもよいし、図6(b)に示すように、格子状の地中壁13上に支持される構造であってもよい。
排水部材16は、上記ではフィルタや砂利等として説明してきたが、対向する地中壁13間の距離が長い場合や、道路10脇において削孔することができない場合、これらに限らず、複数の穴を有する鋼管を採用してもよく、この鋼管を採用することで、液状化抑制効果を期待することができる。
図7は、本発明の地盤強度の第6実施形態を示した平面図である。図1に示すように、地中壁13は、区画11を包囲するように構築することができるが、図7に示すように、道路10の長手方向に沿って改良体をオーバーラップさせて造成するとともに、一定間隔で道路10の幅方向へもオーバーラップさせて造成することにより、格子状の地中壁13を構築することができる。図7では、道路幅員に2つの格子が形成されるように改良体をオーバーラップさせて造成している。このため、矩形の破線で示されるように、液状化層14の残部が改良体間に多数介在している。
このように液状化層14の残部が道路下の格子状の改良体間に多数介在しても、既往の研究(模型実験や数値解析)や、実際の地震によって改良効果が確認されているため、地震時に液状化の発生を抑制することが期待できる。
道路10の下側全体に改良体をオーバーラップさせて造成することもできるが、全体に改良体を造成すると、時間も、費用もかかる。このため、図7に示すように等間隔に改良体を造成しない部分を作って格子状に地中壁13を構築することで、地中壁13全体の剛性が向上するとともに、格子内部地盤の地震時のせん断変形や液状化を抑制することができ、さらには施工時間を短縮でき、費用も軽減することができる。
以上の実施形態に示した地盤構造を採用することで、液状化に伴う大きな道路変状を抑制し、震災後であっても、道路10に大きな段差や亀裂が発生することがなくなり、緊急車両の通行を可能にし、避難経路を確保でき、救助活動を行うことが可能となる。それと同時に、宅地の変形も抑制することができる。道路と宅地とを一体的に地盤改良することができるので、宅地の所有者は安価に液状化対策を実施することが可能となる。
本発明では、地盤改良方法を提供することができ、その方法は、地震の揺れにより液状化する液状化層14と、液状化層14下側の支持層15とを有する地盤において、地中壁13を構築する工程と、複数の排水部材16を挿設する工程とを含む。
また、この地盤改良方法は、版状体18を造成する工程を含むことができ、鉄筋もしくはジオグリッドまたは繊維を含むセメントにより補強部19を造成し、版状体18と地中壁13とに接合させる工程を含むことができる。さらに、地中壁13は、複数の改良体により構築され、土砂に固化材を添加し撹拌混合して、区画11内の液状化層14へ向けて突出し、版状体18を支持するための複数の梁状突起部20を造成する工程を含むことができる。
そして、地中壁13を構築する工程では、道路10の長手方向に沿って改良体をオーバーラップさせて造成するとともに、一定間隔で道路10の幅方向へもオーバーラップさせて造成することにより構築される格子状の地中壁13を構築することができる。排水部材16を挿設する工程では、排水部材16を挿設するための、鉛直方向に延びる孔と、鉛直方向に対して傾斜するように延びる孔とを削孔する工程を含むことができる。
これまで本発明の地盤構造および地盤改良方法について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
10…道路、11…区画、12…民家、13…地中壁、14…液状化層、15…支持層、16…排水部材、17…グラベルマット、18…版状体、19…補強部、20…梁状突起部、21…天端

Claims (10)

  1. 地震の揺れにより液状化する液状化層と、
    前記液状化層下側の支持層と、
    前記液状化層上の地表面に設けられた道路の真下または道路脇に、前記支持層にまで到達する複数の土留材を挿設、または土砂に固化材を添加し撹拌混合して前記支持層にまで延びる複数の改良体を造成することにより構築され、前記道路に囲まれた区画内の前記液状化層を包囲する地中壁と、
    前記地中壁で包囲された前記液状化層内に前記支持層から前記地表面へ向けて延び、各々が複数の開口部を備える複数の排水部材と
    前記地中壁で包囲された前記液状化層内に設置され、前記複数の排水部材と連結され、集水および外部への排水を可能とする集水部材とを含む、地盤構造。
  2. 前記地中壁と連結され、前記液状化層上を覆うように土砂に固化材を添加し撹拌混合して造成される一定深さの複数の改良体から構成される版状体を含む、請求項1に記載の地盤構造。
  3. 鉄筋もしくはジオグリッドまたは繊維を含むセメントにより造成され、前記版状体と前記地中壁とに接合される補強部を含む、請求項2に記載の地盤構造。
  4. 前記地中壁は、前記区画内の液状化層へ向けて突出し、前記版状体を支持するための複数の梁状突起部を備える、請求項2または3に記載の地盤構造。
  5. 前記地中壁は、前記道路の長手方向に沿って改良体をオーバーラップさせて造成するとともに、一定間隔で道路の幅方向へもオーバーラップさせて造成することにより格子状に構築された地中壁とされる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の地盤構造。
  6. 地震の揺れにより液状化する液状化層と、前記液状化層下側の支持層とを有する地盤において、液状化の発生を抑制するための地盤構造を構築するために実施される地盤改良方法であって、
    前記液状化層上の地表面に設けられた道路の真下または道路脇に、前記支持層にまで到達する複数の土留材を挿設、または土砂に固化材を添加し撹拌混合して前記支持層にまで延びる複数の改良体を造成することにより、前記道路に囲まれた区画内の前記液状化層を包囲する地中壁を構築する工程と、
    前記地中壁で包囲された前記液状化層内に前記支持層から前記地表面へ向けて延び、各々が複数の開口部を備える複数の排水部材を挿設する工程と
    前記地中壁で包囲された前記液状化層内に前記複数の排水部材と連結され、集水および外部への排水を可能とする集水部材を設置する工程とを含む、地盤改良方法。
  7. 前記地中壁と連結され、前記液状化層上を覆うように土砂に固化材を添加し撹拌混合して版状体を造成する工程を含む、請求項6に記載の地盤改良方法。
  8. 鉄筋もしくはジオグリッドまたは繊維を含むセメントにより補強部を造成し、前記版状体と前記地中壁とに接合させる工程を含む、請求項7に記載の地盤改良方法。
  9. 前記地中壁は、複数の改良体により構築され、前記地盤改良方法は、土砂に固化材を添加し撹拌混合して、前記区画内の前記液状化層へ向けて突出し、前記版状体を支持するための複数の梁状突起部を造成する工程をさらに含む、請求項7または8に記載の地盤改良方法。
  10. 前記地中壁を構築する工程では、前記道路の長手方向に沿って改良体をオーバーラップさせて造成するとともに、一定間隔で道路の幅方向へもオーバーラップさせて造成することにより格子状の地中壁を構築する、請求項6〜9のいずれか1項に記載の地盤改良方法。
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