JP6357323B2

JP6357323B2 - 液状化対策構造およびその構築方法

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Publication number: JP6357323B2
Application number: JP2014036087A
Authority: JP
Inventors: 俊昌長尾; 景太柴田
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: JP2015161093A

Description

本発明は、例えば、地盤の液状化を防止するための液状化対策構造およびその構築方法に関する。

従来より、地盤の液状化対策が提案されている。
例えば、対象となる地盤を囲んで地中に格子状に地中壁を設ける構造が提案されている（特許文献１参照）。この構造によれば、地中壁で囲まれた対象地盤の変形を抑止するとともに、周辺地盤からこの対象地盤に流入する地下水を遮断して、対象地盤の液状化を防止できる。

また、構造物の直下の地盤に格子状の地中壁を設けて、この格子状の地中壁の頂部と構造物の下面との間に低剛性の緩衝材を挟む構造が提案されている（特許文献２参照）。この構造によれば、格子状の地中壁により地盤のせん断変形を抑止するとともに、地盤に対して上から構造物の重量を加えて、格子状の地中壁で囲まれた地盤の有効上載圧を高くすることによって、液状化を防止できる。

特公平４−５４００４号公報特開２０１１−１９０６４５号公報

ところで、構造物の直下の地盤に軟弱粘性土層が含まれる場合がある。この場合、特許文献１、２の構造では、軟弱粘性土層にて圧密が進行し、構造物直下の地盤が沈下するおそれがあった。

本発明は、構造物直下の地盤に軟弱粘性土層が含まれていても、この地盤の沈下を防止するとともに、構造物直下の地盤に対して液状化対策を施す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。

請求項１に記載の液状化対策構造（例えば、後述の液状化対策構造１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、所定領域（例えば、後述の所定領域Ｓ）の直下の地盤（例えば、後述の対象地盤２）内に格子状に構築された地中壁（例えば、後述の地中壁１０）と、当該所定領域の直下の地盤の上に盛土された造成部（例えば、後述の造成部２０、２０Ａ）と、当該造成部の上に構築される構造物（例えば、後述の建物３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）と、を備え、前記地中壁は、前記構造物から離間して構築されており、前記地盤に、前記造成部の重量を上載荷重として作用させることを特徴とする。

この発明によれば、地中壁により地盤の側面を囲んで、地盤のせん断変形を抑止するとともに、地盤に対して上から構造物および造成部の重量を上載荷重として加えて、地盤の有効応力を増加させる。これにより、地中壁による地盤のせん断変形抑止効果と地盤の有効応力の増加効果により、地中壁の間隔を大きくしても液状化を防止できる。

ここで、有効応力とは、地盤が上積荷重や地震荷重を受けた時に、土粒子同士の接触面を通して伝わる応力度のことであり、具体的には、土に働く全応力より地下水による水圧成分を除いた応力度を意味する。

また、構造物の直下の地盤に軟弱粘性土層が含まれていても、構造物の構築に先だって造成部を形成することで、この造成部による上載圧を軟弱粘性土層に作用させて、軟弱粘性土層の圧密を予め促進させる。これにより、構造物を構築した後の地盤の沈下を防止できる。

また、表層地盤の支持力が小さい場合であっても、構造物に杭基礎を設けることで、構造物の重量を確実に支持できる。
したがって、構造物の直下の地盤内に格子状の地中壁を設けることで、地震時に生じる地盤変形を拘束することが可能となるとともに、造成部を格子状の地中壁内の地盤に対して上積荷重として作用させることで、地中壁の間隔を広くしても液状化の発生を抑制できる。
言い換えると、本発明では、造成部の重量は、格子状の地中壁内の地盤に対する上載荷重として作用する。

ここで、前記造成部は、前記地盤の地表面よりも高いことが好ましい。

臨海部の埋立地や河川沿いには、地震時に液状化が発生するおそれがあるうえに、津波や洪水による浸水被害を受ける可能性が高い地盤が多く分布している。
そこで、この発明によれば、造成部の高さを地盤の地表面よりも高くしたので、構造物の位置が高くなり、津波や洪水等による構造物の浸水を防止できる。

請求項２に記載の液状化対策構造は、前記地中壁の少なくとも一部は、前記構造物の直下の地盤内に設けられており、前記構造物は、前記地中壁で囲まれた地盤に配置された複数本の杭で支持されていることを特徴とする。
本発明の液状化対策構造は、前記構造物は、杭基礎またはパイルド・ラフト基礎で支持されていることが好ましい。

本発明の液状化対策構造は、前記造成部は、地盤の地表面よりも上部に形成され、コンクリート体、建設残土、またはコンクリート解体材を敷設して形成されることが好ましい。

この発明によれば、コンクリート体、建設残土、またはコンクリート解体材を敷設することで、造成部を形成した。よって、建設工事で余剰に発生した建設残土や、解体工事等で廃棄物として発生したコンクリート解体材などの不要材を有効利用できるので、環境負荷を軽減するとともに、施工コストを低減できる。

請求項３に記載の液状化対策構造の構築方法は、所定領域の直下の地盤内に構築された地中壁と、当該所定領域の直下の地盤の上に盛土された造成部と、当該造成部の上に構築される構造物と、を備える液状化対策構造の構築方法であって、所定領域の直下の地盤内に地中壁を格子状に構築するとともに、前記地中壁で囲まれた地盤に杭を構築する工程（例えば、後述のステップＳ１）と、当該地盤の上に前記構造物の下面よりも高い位置まで造成部（例えば、後述の造成部２０Ｄ）を形成する工程（例えば、後述のステップＳ２）と、当該造成部を前記構造物の下面の高さ位置まで除去して、前記杭の上に前記構造物を構築する工程（例えば、後述のステップＳ３）と、を備え、前記地中壁は、前記構造物から離間して構築されていることを特徴とする。

この発明によれば、構造物の下面よりも高い位置まで粒状体を敷き詰めて造成部とし、この造成部により軟弱粘性土層を十分に圧密させる。その後、構造物下面の高さ位置まで造成部を除去して、構造物を構築する。これにより、構造物を構築する前に、構造物直下の地盤に存在する軟弱粘性土層の圧密を十分に促進できるので、構造物の沈下を抑制できるうえに、粘弱粘性土層の強度を向上できる。

本発明によれば、地中壁により地盤の側面を囲んで、地盤のせん断変形を抑止するとともに、地盤に対して上から構造物および造成部の重量を加えて、地盤の有効応力を増加させる。これにより、液状化を防止する。また、構造物の直下の地盤に軟弱粘性土層が含まれていても、構造物の構築に先だって造成部を形成することで、この造成部による上載圧を軟弱粘性土層に作用させて、軟弱粘性土層の圧密を予め促進させる。これにより、構造物を構築した後の地盤の沈下を防止できる。

本発明の第１実施形態に係る液状化対策構造の縦断面である。図１のＡ−Ａ断面図である。前記実施形態に係る液状化対策構造を構築する手順のフローチャートである。前記実施形態に係る液状化対策構造を構築する手順を説明するための図（その１）である。前記実施形態に係る液状化対策構造を構築する手順を説明するための図（その２）である。本発明の第２実施形態に係る液状化対策構造の縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る液状化対策構造の縦断面図である。本発明の第４実施形態に係る液状化対策構造の縦断面図である。本発明の第５実施形態に係る液状化対策構造を構築する手順を説明するための図（その１）である。前記実施形態に係る液状化対策構造を構築する手順を説明するための図（その２）である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る液状化対策構造１の平面図である。図２は、図1のＡ−Ａ断面図である。

液状化対策構造１は、対象地盤２の液状化を防止するためのものである。
この液状化対策構造１は、所定領域Ｓの直下の対象地盤２を囲んで地中に構築された地中壁１０と、この対象地盤２の上部に形成された造成部２０と、この造成部２０の上に構築される構造物としての建物３０と、を備える。

この地中壁１０は、例えば、鉛直方向に延びる円柱状のセメント系の地盤改良体を水平方向に連続して形成したものである。この地盤改良体は、高圧噴射撹拌工法あるいは機械撹拌式の深層（または中層）混合処理工法により造成される。
なお、この地中壁１０は、セメント系の地盤改良体に限らず、ＳＭＷ（土とセメントスラリーを原位置で混合攪拌して造成された壁体）、鉄筋コンクリート等としてもよい。

地中壁１０の下端は、対象地盤２の下端まで達しており、地中壁１０の上端は、対象地盤２の表面付近に位置している。

地中壁１０は、平面視で格子状に形成されている。すなわち、地中壁１０は、平面視で矩形枠状に形成された外周地中壁１１と、この外周地中壁１１の内側に形成されて図２中縦方向に延びる２列の縦地中壁１２と、外周地中壁１１の内側に形成されて図２中横方向に延びる１列の横地中壁１３と、を備える。

造成部２０は、対象地盤２の地表面上に形成されており、これにより、造成部２０は、対象地盤２の地表面よりも高くなっている。
この造成部２０は、建設残土またはコンクリート解体材の粒状体を敷設して形成されている。

建物３０は、略直方体形状の建物であり、複数本の杭３１による杭基礎を有する場合がある。これら杭３１は、格子状の地中壁１０で囲まれた空間に配置されて、対象地盤２の下端まで到達している。
また、この建物３０の側面は、外壁面３２となっている。

以上の液状化対策構造１を構築する手順について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１では、図４に示すように、所定領域Ｓの直下の液状化対策の対象である対象地盤２を囲んで格子状の地中壁１０を構築するとともに、必要に応じて杭３１を構築する。
ステップＳ２では、図５に示すように、盛土して造成部２０を形成し、対象地盤２に造成部２０の重量を上載荷重として作用させる。なお、造成部２０を形成した後に、必要に応じて杭３１を構築してもよい。
ステップＳ３では、図１に示すように、造成部２０の上に建物３０を構築する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）地中壁１０により対象地盤２の側面を囲んで、対象地盤２のせん断変形を抑止するとともに、少なくとも対象地盤２に対して上から造成部２０の重量を加えて、地盤の有効応力を増加させる。これにより、建物３０および地中壁１０で囲まれた対象地盤２の液状化を防止する。

また、建物３０の直下の地盤に軟弱粘性土層が含まれていても、建物３０の構築に先だって造成部２０を形成することで、この造成部２０による上載圧を軟弱粘性土層に作用させて、軟弱粘性土層の圧密を予め促進させる。これにより、建物３０を構築した後の対象地盤２の沈下を防止できる。よって、直接基礎を有する建物であっても、液状化対策が有効である。

言い換えると、杭３１と建物３０とが一体化される前に、造成部２０の重量を上載荷重として地中壁１０内の地盤２に対して先行圧密（プレロード）させることで、建物３０が杭支持された場合であっても、液状化抑制効果を実現できる。

（２）造成部２０の高さを対象地盤２の地表面よりも高くしたので、建物３０の位置が高くなり、津波や洪水等による建物３０の浸水を防止できる。
また、造成部２０を地表面上に形成するので、対象地盤２内の地中壁１０の上部に緩衝材を配置する場合に比べて、造成部２０を簡単かつ低コストで構築することが可能である。

（３）建設残土またはコンクリート解体材を敷設することで、造成部２０を形成した。よって、建設工事で余剰に発生した建設残土や、解体工事等で廃棄物として発生したコンクリート解体材などの不要材を有効利用するので、環境負荷を軽減するとともに、施工コストを低減できる。

また、地盤上に直接、基礎を設ける直接基礎を有する建物の場合、コンクリート板や基礎部分の剛性が高いために、剛性の高い地中壁部分に建物重量が集中する傾向があり、地中壁内の地盤に建物荷重が加わる割合が少なくなる。そこで、地中壁内の地盤に、建物荷重等の上積荷重が作用させるために、地表面上にコンクリート解体材などの粒状体を盛土して造成部２０を設けた。

（４）造成部２０は、直接基礎の基礎部分に比べると剛性が小さいため、地中壁１０の上部に緩衝材を設けなくても、造成部２０の重量を地中壁１０内の対象地盤２に有効に作用させることができる。

（５）建物３０に、杭３１による杭基礎を設けた場合には、表層地盤の支持力が小さい場合であっても、建物３０を支持できる。
したがって、杭基礎で支持された建物３０であっても、直下の対象地盤２内に格子状の地中壁１０を設けることで、地震時に生じる地盤変形を拘束することが可能となるとともに、造成部２０を格子状の地中壁１０内の対象地盤２に対して上積荷重として作用させることで、従来よりも地中壁の間隔を広くしても液状化の発生を抑制できる。

〔第２実施形態〕
図６は、杭支持された建物３０Ａの場合の本発明の第２実施形態に係る液状化対策構造１Ａの縦断面図である。
本実施形態では、建物３０Ａの構造、および、造成部２０Ａの形状が、第１実施形態と異なる。
すなわち、建物３０Ａは、平面視で格子状の形成された基礎梁３３を備えており、杭３１は、この基礎梁３３の下面から下方に延びている。
また、造成部２０Ａは、基礎梁３３で囲まれた空間に粒状体を敷設して形成されている。

本実施形態によれば、上述の（１）〜（５）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（６）造成部２０Ａを粒状体で構成しても、この造成部２０Ａの端部の崩壊を防ぐための法面や擁壁を設ける必要がなく、造成部２０Ａの形状を容易に維持できる。

〔第３実施形態〕
図７は、本発明の第３実施形態に係る液状化対策構造１Ｂの縦断面図である。
本実施形態では、建物３０Ｂの構造が、第１実施形態と異なる。
すなわち、建物３０Ｂは、直接基礎であり、杭が設けられない構造である。

本実施形態によれば、上述の（１）〜（４）と同様の効果がある。

〔第４実施形態〕
図８は、本発明の第４実施形態に係る液状化対策構造１Ｃの縦断面図である。
本実施形態では、建物３０Ｃの構造が、第１実施形態と異なる。
すなわち、建物３０Ｃは、複数本の杭３１Ｃによる杭基礎と、べた基礎と、を併用したパイルド・ラフト基礎を有している。これら杭３１Ｃは、格子状の地中壁１０で囲まれた空間に配置されて、対象地盤２の下端まで到達していない。

本実施形態によれば、上述の（１）〜（５）と同様の効果がある。

〔第５実施形態〕
本実施形態では、液状化対策構造１を構築する一部の手順が、第１実施形態と異なる。
すなわち、まず、ステップＳ１では、第１実施形態と同様に、液状化対策の対象である対象地盤２に格子状の地中壁１０を構築する。
ステップＳ２では、図９に示すように、造成部２０よりも高くまで、つまり建物３０の下面よりも高い位置まで粒状体を敷設して、造成部２０よりも高い造成部２０Ｄを形成するとともに、杭３１を構築する。
ステップＳ３では、図１０に示すように、造成部２０Ｄの上部を建物３０の下面の高さ位置まで除去して、造成部２０とする。その後、この造成部２０の上に建物３０を構築する。

本実施形態によれば、上述の（１）〜（５）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（７）建物３０の下面よりも高い位置まで粒状体を敷き詰めて造成部２０Ｄとし、この造成部２０Ｄにより、対象地盤２の圧密を十分に促進させる。その後、建物３０の下面の高さ位置まで造成部２０Ｄを除去して、建物３０を構築する。これにより、建物３０を構築する前に、建物３０の直下の対象地盤２の圧密を十分に促進できるので、建物３０の沈下を抑制できるうえに、対象地盤２の強度を向上できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の各実施形態では、造成部２０、２０Ａ、２０Ｄを、建設残土またはコンクリート解体材を敷設して形成したが、これに限らず、造成部を、土、高炉スラグ、貝殻などの粒状体を敷設して形成してもよいし、コンクリート体で形成してもよい。

また、上述の各実施形態では、外周地中壁１１、縦地中壁１２、および横地中壁１３で地中壁１０を構成して、地中壁１０を平面視で格子状としたが、これに限らない。例えば、地中壁を、対象地盤２を囲む外周地中壁１１のみで構成してもよい。

また、上述の各実施形態では、造成部２０、２０Ａ、２０Ｄを対象地盤２の地表面上に設けたが、これに限らず、造成部を地中に設けてもよい。

Ｓ…所定領域
Ｗ…地下水の水位
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…液状化対策構造
２…対象地盤
１０…地中壁
１１…外周地中壁
１２…縦地中壁
１３…横地中壁
２０、２０Ａ、２０Ｄ…造成部
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ…建物
３１、３１Ｃ…杭
３２…外壁面
３３…基礎梁

Claims

所定領域の直下の地盤内に格子状に構築された地中壁と、
当該所定領域の直下の地盤の上に盛土された造成部と、
当該造成部の上に構築される構造物と、を備え、
前記地中壁は、前記構造物から離間して構築されており、
前記地盤に、前記造成部の重量を上載荷重として作用させることを特徴とする液状化対策構造。
前記地中壁の少なくとも一部は、前記構造物の直下の地盤内に設けられており、
前記構造物は、前記地中壁で囲まれた地盤に配置された複数本の杭で支持されていることを特徴とする請求項１に記載の液状化対策構造。
所定領域の直下の地盤内に構築された地中壁と、当該所定領域の直下の地盤の上に盛土された造成部と、当該造成部の上に構築される構造物と、を備える液状化対策構造の構築方法であって、
所定領域の直下の地盤内に地中壁を格子状に構築するとともに、前記地中壁で囲まれた地盤に杭を構築する工程と、
当該地盤の上に前記構造物の下面よりも高い位置まで造成部を形成する工程と、
当該造成部を前記構造物の下面の高さ位置まで除去して、前記杭の上に前記構造物を構築する工程と、を備え、
前記地中壁は、前記構造物から離間して構築されていることを特徴とする液状化対策構造の構築方法。