JP6691751B2 - Liquefaction seismic isolation structure - Google Patents
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Description
本発明は、液状化免震構造に関する。 The present invention relates to a liquefaction seismic isolation structure.
従来、構造物を軟弱地盤上に構築する際の構造物の基礎構造として、地盤の支持力不足よる過大な沈下を防止するために、例えば下記特許文献1に示されるように、コンクリートや鋼管などの基礎杭を、構造物の荷重を軟弱地盤下方の硬質地盤からなる支持地盤で支持する構造とするものが知られている。 Conventionally, as a basic structure of a structure when constructing the structure on soft ground, in order to prevent excessive subsidence due to insufficient bearing capacity of the ground, for example, as shown in Patent Document 1 below, concrete, steel pipe, etc. It is known that the foundation pile of (1) has a structure in which the load of the structure is supported by a supporting ground composed of hard ground below the soft ground.
しかしながら、建物を軟弱地盤上に構築する際には、前述のように基礎杭を堅固な支持地盤まで打設して建物を支持する基礎構造にすることにより支持力を高める施工が行われている。支持地盤に到達するまで基礎杭を打設する場合には、支持地盤が深いと、基礎杭の杭長が長くなり、打設が大掛かりとなるうえ、部材コストも大きくなるという問題があった。
さらに、構造物の荷重を小さくして、地盤に対する接地圧を低減する方法も行われているが、荷重を小さくするには構造部材の制約から前記接地圧の低減にも限界があり、構造的な安定性を確保することができず、その点で改良の余地があった。
However, when building a building on soft ground, as mentioned above, construction is performed to increase the bearing capacity by driving foundation piles up to a solid support ground to form a foundation structure that supports the building. .. When the foundation pile is driven until reaching the support ground, if the support ground is deep, there is a problem that the pile length of the foundation pile becomes long, the placing becomes large, and the member cost also increases.
Furthermore, a method of reducing the load of the structure to reduce the ground contact pressure against the ground is also used, but in order to reduce the load, there is a limit to the reduction of the ground contact pressure due to the restriction of the structural members, It was not possible to secure sufficient stability, and there was room for improvement in that respect.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、低コストで簡単な施工により、液状化による免震効果と沈下や不同沈下を抑制する効果とをバランスよく発揮することができ、さらに構造的な安定性を確保することができる液状化免震構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and by low-cost and simple construction, it is possible to exert a well-balanced effect of seismic isolation due to liquefaction and the effect of suppressing subsidence and differential subsidence. The purpose is to provide a liquefaction seismic isolation structure that can ensure structural stability.
上記目的を達成するため、本発明に係る液状化免震構造は、構造物の免震基礎構造として用いられる液状化免震構造であって、液状化層の上方に前記構造物が設けられ、前記構造物の下方領域における前記液状化層には、上下方向の全体にわたって地盤改良体が形成され、前記地盤改良体は、砂に特殊シリカ系薬剤を浸透させたものが使用され、前記液状化層の上層面から下層面までの層厚全体の高さ寸法で設けられ、地震時に、前記液状化層の繰返し特性と、前記地盤改良体の繰返し軟化特性とを併せた挙動を示すことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the liquefaction seismic isolation structure according to the present invention is a liquefaction seismic isolation structure used as a seismic isolation base structure for a structure, and the structure is provided above the liquefaction layer, In the liquefied layer in the lower region of the structure, a ground improvement body is formed over the entire vertical direction, and the ground improvement body is made by infiltrating a special silica-based agent into sand, and the liquefaction is used. It is provided with the height of the entire layer thickness from the upper surface to the lower surface of the layer, and exhibits a behavior that combines the repeated characteristics of the liquefaction layer and the repeated softening characteristics of the ground improvement body during an earthquake. I am trying.
本発明では、液状化層が液状化する際に、剛性が低下してひずみが大きくなって液体状の挙動となることから、構造物の免震の機能を発揮することができる。一方で、液状化層に設けられる地盤改良体は、設定レベル以上の地震が発生することによる繰返しせん断時において、せん断剛性が小さくなって軟化することから、構造物の免震の機能をもたせることができる。つまり、本発明の液状化免震構造では、液状化層の液状化と地盤改良体の軟化とにより免震効果を発揮することができる。
しかも、液状化後には液状化層は沈下するが、液状化層中に形成されている地盤改良体は繰返しせん断後にほとんど体積変化が生じなく、地盤改良体の鉛直方向の変形が抑えられることから、この地盤改良体によって液状化層の液状化でも構造物が下方から支持されることになるため、構造物の沈下や不同沈下を抑制することができる。
このように、本発明では、液状化層が液状化する場合において、低コストで簡単な施工により、沈下や不同沈下を抑制しつつ、優れた免震効果を発揮することができる。
In the present invention, when the liquefied layer is liquefied, the rigidity is reduced and the strain is increased to be a liquid-like behavior, so that the seismic isolation function of the structure can be exhibited. On the other hand, the soil improvement body provided in the liquefaction layer should have the function of seismic isolation because the shear rigidity decreases and softens during repeated shearing due to the occurrence of earthquakes above the set level. You can That is, in the liquefaction seismic isolation structure of the present invention, the seismic isolation effect can be exhibited by the liquefaction of the liquefaction layer and the softening of the ground improvement body.
Moreover, after the liquefaction, the liquefaction layer sinks, but the soil improvement body formed in the liquefaction layer undergoes almost no volume change after repeated shearing, and vertical deformation of the soil improvement body is suppressed. Since the ground improvement body supports the structure from below even when the liquefaction layer is liquefied, it is possible to suppress the subsidence and the non-uniform settling of the structure.
Thus, in the present invention, when the liquefied layer is liquefied, it is possible to exert an excellent seismic isolation effect while suppressing subsidence and differential subsidence by low-cost and simple construction.
また、本発明に係る液状化免震構造は、支持地盤上に、前記液状化層を介して前記構造物が設けられ、前記構造物の周囲に間隔をあけて全周にわたって側壁が設けられ、前記支持地盤および前記側壁によって囲まれた領域に、飽和状態に設定された飽和砂が打設された前記液状化層が形成されていることが好ましい。 Further, the liquefaction seismic isolation structure according to the present invention, on the support ground, the structure is provided via the liquefaction layer, the side wall is provided around the entire periphery of the structure at intervals. It is preferable that the liquefaction layer in which saturated sand set in a saturated state is cast is formed in a region surrounded by the support ground and the side wall.
この場合には、支持地盤および前記側壁によって囲まれた領域に液状化層が設けられており、構造物に浮力が作用するので、構造物の接地圧が小さくなり液状化が生じ易くなる。そして、液状化後には、飽和砂が沈下するが、構造物の下方に形成されている地盤改良体によって構造物が支持されるので、構造物の沈下や不同沈下を抑制することができる。
また、液状化層の液状化後であっても、液状化層の飽和砂が側壁と支持地盤によって囲まれる領域外に流出、移動することがなくなる。そのため、構造物の下方に隙間が生じることがなくなり、構造的な安定性を継続することができる。
In this case, the liquefaction layer is provided in the region surrounded by the support ground and the side wall, and buoyancy acts on the structure, so that the ground pressure of the structure becomes small and liquefaction easily occurs. Then, after the liquefaction, the saturated sand sinks, but since the structure is supported by the ground improvement body formed below the structure, it is possible to suppress the settlement or the differential settlement of the structure.
Further, even after the liquefaction layer is liquefied, the saturated sand in the liquefaction layer does not flow out of the region surrounded by the sidewall and the support ground and move. Therefore, no gap is formed below the structure, and structural stability can be continued.
また、本発明に係る液状化免震構造は、前記地盤改良体は、前記構造物の下方領域における一部に設けられていることが好ましい。 Further, in the liquefaction seismic isolation structure according to the present invention, it is preferable that the ground improvement body is provided in a part of a lower region of the structure.
本発明では、構造物の下方領域において部分的に地盤改良体を設けることで、液状化層による繰返し特性と、地盤改良体による繰返し軟化特性とを併せた挙動が顕著に表れ、優れた免震効果を発揮することができる。 In the present invention, by providing the ground improvement body partially in the lower region of the structure, the behavior that combines the repeated characteristics due to the liquefaction layer and the repeated softening characteristics due to the ground improvement body is remarkably exhibited, and excellent seismic isolation is provided. It can be effective.
本発明の液状化免震構造によれば、低コストで簡単な施工により、液状化による免震効果と沈下や不同沈下を抑制する効果とをバランスよく発揮することができ、さらに構造的な安定性を確保することができる。 According to the liquefaction seismic isolation structure of the present invention, it is possible to exert a well-balanced seismic isolation effect due to liquefaction and the effect of suppressing subsidence or differential subsidence by low cost and simple construction, and further structural stability It is possible to secure the sex.
以下、本発明の実施の形態による液状化免震構造について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a liquefaction seismic isolation structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1及び図2に示すように、第1の実施の形態による液状化免震構造1は、構造物10の免震基礎構造として用いられ、構造物10の基礎部分を地盤中に直接、構築する場合に適用される。構造物10は、オフィスや住居等であり、基礎上の構造物の大きさ、形状、用途等に限定されるものではない。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the liquefaction seismic isolation structure 1 according to the first embodiment is used as a seismic isolation foundation structure for a
本実施の形態の地盤Gは、上層から下層に向けて第1非液状化層G1、飽和砂層G2(液状化層)、第2非液状化層G3、及び支持層G4の4層からなる地盤を対象としている。構造物10の基礎部分は、第1非液状化層G1中に配置されて支持されている。
ここで、飽和砂層G2としては、例えば珪砂等で飽和度が95%以上となる飽和状態のものが想定されている。
The ground G of the present embodiment is composed of four layers of a first non-liquefied layer G1, a saturated sand layer G2 (liquefied layer), a second non-liquefied layer G3, and a support layer G4 from the upper layer toward the lower layer. Is intended for. The base portion of the
Here, as the saturated sand layer G2, for example, silica sand or the like is assumed to be in a saturated state in which the degree of saturation is 95% or more.
飽和砂層G2には、構造物10の下方の領域(図2に示す二点鎖線)において、飽和砂層G2の層厚範囲の全体にわたって薬液注入によって地盤改良された地盤改良体2が形成されている。地盤改良体2は、符号2Aで示すような角柱状または円柱状に形成され、この柱状改良部2Aが図2に示す平面視で縦横に間隔をあけて複数設けられている。これら柱状改良部2Aの水平断面の寸法や間隔などの構成については適宜設定可能である。また、柱状改良部2Aの深度方向の寸法(高さ寸法)は、上述したように飽和砂層G2の上層面G2aから下層面G2bまでの層厚全体であることが好ましい。
In the area below the structure 10 (two-dot chain line shown in FIG. 2) in the saturated sand layer G2, the
なお、本実施の形態では、構造物10の下面10a下面10aが第1非液状化層G1中に位置し、地盤改良体2(2A)に対して上下方向に離間しているが、これに限定されることはない。つまり、構造物10の下面10aが飽和砂層G2に到達していて地盤改良体2(2A)の上面に接触した状態で設けられていても良い。また第2非液状化層G3は無くてもよい。
In the present embodiment, the
次に、上述した構成の液状化免震構造の作用について、図1及び図2を用いて説明する。
本実施の形態では、飽和砂層G2が液状化する際に、図3に示すように、剛性が低下し、逆S字を描きながらひずみが大きくなる挙動を示す。そして、この挙動の途中でせん断力が殆どゼロの状態でひずみが大きくなる液体状の挙動となることから、構造物10の免震の機能を発揮することができる。図3は、相対密度が63%の飽和砂の応力とひずみの関係で拘束圧が100kPaのデータを示しており、横軸をせん断ひずみγ(%)とし、縦軸をせん断応力(kPa)としている。
Next, the operation of the liquefaction seismic isolation structure having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
In the present embodiment, when the saturated sand layer G2 is liquefied, as shown in FIG. 3, the rigidity decreases and the behavior becomes large while drawing an inverted S shape. Then, in the middle of this behavior, the behavior becomes like a liquid in which the strain increases in a state where the shearing force is almost zero, so that the seismic isolation function of the
一方で、飽和砂層G2に設けられる地盤改良体2は、液状化はしないが、図4に示すように、設定レベル以上の地震が生じることによる繰返しせん断時において、せん断剛性が小さくなって軟化する非線形ループを描くことから、構造物10の免震の機能をもたせることができる。図4は、薬液注入による地盤改良体の応力とひずみの関係を示しており、横軸を軸ひずみγ(%)とし、縦軸をせん断応力(kPa)としている。この場合の地盤改良体は、相対密度Drが65%の豊浦砂において、特殊シリカ系薬剤を4%浸透させた地盤改良体を使用し、拘束圧が100kPaのデータを示している。
上述したように、本実施の形態の液状化免震構造1では、所定レベル以上の地震動が入力される中・大規模な地震の場合には、飽和砂層G2の液状化と地盤改良体2の軟化とにより免震効果を発揮することができる。
On the other hand, the
As described above, in the liquefaction seismic isolation structure 1 of the present embodiment, in the case of a medium- or large-scale earthquake in which a seismic motion of a predetermined level or more is input, the saturated sand layer G2 is liquefied and the
しかも、液状化後には飽和砂層G2は沈下するが、飽和砂層G2中に形成されている地盤改良体2は繰返しせん断後にほとんど体積変化が生じなく、地盤改良体2の鉛直方向の変形が抑えられることから、この地盤改良体2によって飽和砂層G2の液状化でも構造物10が下方から支持されることになるため、構造物10の沈下や不同沈下を抑制することができる。
Moreover, after the liquefaction, the saturated sand layer G2 sinks, but the
また、本実施の形態では、構造物10の下方領域において部分的に柱状改良部2Aを設けることで、飽和砂層G2による繰返し特性と、地盤改良体2による繰返し軟化特性とを併せた挙動(つまり、図3と図4に示す履歴特性)が顕著に表れ、優れた免震効果を発揮することができる。
Further, in the present embodiment, the
このように本実施の形態の液状化免震構造によれば、低コストで簡単な施工により、液状化による免震効果と沈下や不同沈下を抑制する効果とをバランスよく発揮することができ、さらに構造的な安定性を確保することができる。 Thus, according to the liquefaction seismic isolation structure of the present embodiment, by low cost and simple construction, seismic isolation effect due to liquefaction and the effect of suppressing subsidence or differential subsidence can be exerted in a balanced manner, Furthermore, structural stability can be secured.
(第2の実施の形態)
図5および図6に示すように、第2の実施の形態による液状化免震構造1Aは、支持層6(支持地盤)と、支持層6上に支持される構造物10の周囲に間隔をあけて全周にわたって設けられた側壁3と、支持層6および側壁3によって囲まれた領域(以下、ピット部5という)に飽和砂が打設された飽和砂層4(液状化層)と、を備えている。
ここで、支持層6の上層には、軟弱地盤Gが設けられている。
(Second embodiment)
As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the liquefaction
Here, on the upper layer of the
支持層6を形成する固い地盤は、固い粘土、岩盤、密な砂、化学的改良地盤等の支持地盤が対象となる。
構造物10は、支持層6の上面6aとの間に飽和砂層4の一部が介在された状態で配置されている。
The solid ground forming the
The
側壁3は、軟弱地盤Gに対して支持層6に到達するまで打設されたシートパイル、ソイルセメント壁、鉄筋コンクリート(RC)壁等による山留め、或いは擁壁などの止水機能を有するものが採用される。側壁3の種類、構成、強度は、構造物10の荷重、形状、軟弱地盤Gの地盤条件などに応じて、適宜設定される。つまり、地盤Gと飽和砂層4からなる地盤との土圧の差を支持できる構造であることが好ましい。また、側壁3の高さ(ピット部5の深さ)は、ピット部5に設定量の飽和砂層4を打設可能であれば良く、任意に設定することができる。
側壁3は、軟弱地盤Gの土圧を受けもつと共に、地下水がピット部5内に流入することを防止する機能を備えている。具体的にピット部5には、必要に応じて防水シート(図示省略)を埋設する等の止水機能を設けることができる。
The
The
ピット部5に打設されて形成される飽和砂層4は、例えば珪砂等で粒径を揃えた砂を適用することができ、飽和度が95%以上となる飽和状態に設定され、相対密度が20〜50%の飽和砂(正のダイレイタンシーが起きない砂)が使用されている。
側壁3は、常時は、飽和砂層4が固体の状態を保っているので安定している。常時は、構造物10のフローティング効果による支持力の増加が期待できる構成となっている。また、地震時には、容易に液体化して、比重が約2.0の液体となる。その結果、水に比べて浮力が大きく、構造物直下の飽和砂層4で液状化し易くなり、免震効果を高めることができる。
For the saturated
The
飽和砂層4には、構造物10の下方の領域(図6に示す二点鎖線)において、飽和砂層4の層厚範囲の全体にわたって薬液注入によって地盤改良された地盤改良体2が形成されている。地盤改良体2は、符号2Aで示すような角柱状または円柱状に形成され、この柱状改良部2Aが上述した第1の実施の形態と同様に平面視で縦横に間隔をあけて複数設けられている。これら柱状改良部2Aの水平断面の寸法や間隔などの構成については適宜設定可能である。また、柱状改良部2Aの深度方向の寸法(高さ寸法)は、構造物10の下面10aから支持層6の上面6aまでの層厚全体となっている。
In the area below the structure 10 (two-dot chain line shown in FIG. 6) in the saturated
飽和砂層4は、構造物10の構築後において適宜な管理手段によって高さ管理されることが好ましく、例えばセンサを用いて制御する等、周知の技術を採用することができる。
なお、飽和砂層4の飽和状態の管理方法としては、砂層表面の乾燥をモニタリングする等の方法を採用することができる。
The height of the saturated
As a method of managing the saturated state of the saturated
飽和砂層4の高さ(上面位置)は、地下水位と同等か、あるいは飽和砂層4の上面4aよりも上に位置するように設定されている。
なお、飽和砂層4の上面4aが地下水位以下となる場合には、支持層6および側壁3に止水性(非透水性)は不要である。また、地下水位が飽和砂層4の上面4aより低く、かつ飽和砂層4の下面(支持層6の上面6a)より高い場合には、支持層6は止水性が不要であり、側壁3には止水性がなくても良いが、止水性を有する方が好ましい。さらに、飽和砂層4の下面(支持層6の上面6a)が地下水位より高い場合には、支持層6及び側壁3ともに止水性を有する方が好ましい。
The height (upper surface position) of the saturated
When the
ピット部5内において構造物10と側壁3との水平方向の離間寸法は、地震により構造物10と側壁3とが水平方向に相対移動が生じた場合に互いに接触しない十分な寸法に決められている。
The distance between the
このように第2の実施の形態では、支持層6および側壁3によって囲まれたピット部5に飽和砂層4が設けられており、構造物10に浮力が作用するので、構造物10の接地圧が小さくなり液状化が生じ易くなる。そして、液状化後には、飽和砂層4が沈下するが、構造物10の下方に形成されている地盤改良体2によって構造物10が支持されるので、構造物10の沈下や不同沈下を抑制することができる。
また、飽和砂層4の液状化後であっても、飽和砂層4の飽和砂がピット部5外に流出、移動することがなくなり、構造物10の下面10aと支持層6との間の隙間に液状化した砂が回り込んでくる。そのため、構造物10の下方に隙間が生じることがなく、地震終了後も構造物10が安定して支持され、構造的な安定性を継続することができる。
As described above, in the second embodiment, the saturated
Further, even after the liquefaction of the saturated
以上、本発明による液状化免震構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Although the embodiments of the liquefaction-based seismic isolation structure according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and can be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
例えば、本実施の形態では、液状化層に設けられる地盤改良体2として、複数の柱状改良部2Aを平面視で縦横に配置した構成としているが、これに限定されることはなく、他の配置パターンを採用することも可能である。例えば、図7に示す第1変形例のように、構造物10の下方領域(図7の二点鎖線)において、平面視で外周部のみを地盤改良した外周改良部2Bであってもよい。また、図8に示す第2変形例のように、上記第1変形例の外周改良部2Bに加え、その内側に格子状に地盤改良した格子状改良部2Cを形成してもよい。さらに、図9に示す第3変形例のように、構造物10の下方領域(図9の二点鎖線)において、平面視で角部のみをL字状に地盤改良した角部改良部2Dとすることも可能である。さらにまた、地盤改良体は、構造物10の下方領域において平面視で部分的に配置することに限らず、図示しないが前記下方領域の全面にわたって設けられていても勿論かまわない。
For example, in the present embodiment, as the
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。 In addition, it is possible to appropriately replace the components in the above-described embodiments with known components without departing from the spirit of the present invention.
1、1A 液状化免震構造
2 地盤改良体
3 側壁
4 飽和砂層(液状化層)
5 ピット部
6 支持層(支持地盤)
10 構造物
G 軟弱地盤
G1 第1非液状化層
G2 飽和砂層(液状化層)
G3 第2非液状化層
G4 支持層
1, 1A Liquefaction
5
10 Structure G Soft ground G1 First non-liquefied layer G2 Saturated sand layer (liquefied layer)
G3 Second non-liquefied layer G4 Support layer
Claims (3)
液状化層の上方に前記構造物が設けられ、
前記構造物の下方領域における前記液状化層には、上下方向の全体にわたって地盤改良体が形成され、
前記地盤改良体は、砂に特殊シリカ系薬剤を浸透させたものが使用され、前記液状化層の上層面から下層面までの層厚全体の高さ寸法で設けられ、
地震時に、前記液状化層の繰返し特性と、前記地盤改良体の繰返し軟化特性とを併せた挙動を示すことを特徴とする液状化免震構造。 A liquefaction base isolation structure used as a base isolation structure for structures,
The structure is provided above the liquefied layer,
The liquefaction layer in the lower region of the structure, a ground improvement body is formed over the entire vertical direction,
The ground improvement body, which is obtained by infiltrating a special silica-based agent into sand is used, and is provided with a height dimension of the entire layer thickness from the upper layer surface to the lower layer surface of the liquefied layer,
A liquefaction seismic isolation structure characterized by exhibiting a behavior that combines the repeated characteristics of the liquefied layer and the repeated softening characteristics of the ground improvement body during an earthquake.
前記構造物の周囲に間隔をあけて全周にわたって側壁が設けられ、
前記支持地盤および前記側壁によって囲まれた領域に、飽和状態に設定された飽和砂が打設された前記液状化層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液状化免震構造。 On the support ground, the structure is provided via the liquefaction layer,
Side walls are provided around the entire structure at intervals around the structure,
The liquefaction isolation system according to claim 1, wherein the liquefaction layer in which saturated sand set to a saturated state is cast is formed in a region surrounded by the support ground and the side wall. Construction.
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