JP2022013421A - 液状化対策構造物、液状化対策方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】既存の構造物に対して、地盤の液状化時に簡易に沈下や傾斜を抑制する技術を提供する。【解決手段】基礎210を有する構造物200の周囲に打設される棒状の複数の杭部110と、2つの端部と2つの前記端部の間の中間部とを有する線状の部材であって、前記中間部を構造物200の基礎210の下において直線状に配置され、前記端部をいずれかの杭部110に固定される連結部120と、を備える液状化対策構造物100とする。【選択図】図2
Description
特許法第30条第2項適用申請有り (公開1) 発行日 令和2年1月21日 刊行物 2019年度東京電機大学理工学部 建築・都市環境学系卒業研究論文梗概集 (公開2) 開催日 令和2年1月27日 集会名 2019年度 東京電機大学建築・都市環境学系卒業研究発表会 開催場所 学校法人東京電機大学(東京都足立区千住旭町5番)
本発明は、液状化対策構造物、液状化対策方法に関する。
埋立地などの住宅地における戸建住宅等の構造物では、液状化しうる層(液状化層)に支持される基礎が築かれることがある。そのため、大地震などの際、埋立地などの住宅地において、液状化に伴う戸建住宅等の構造物の沈下や傾斜といった被害が発生することがある。これらの被害を受け、住宅底盤からの直下改良や住宅周囲を薄鋼矢板で囲い込むといった戸建住宅などの既存構造物に対する液状化対策が行われている。
また、他の既存構造物に対する液状化対策方法として、例えば、支持杭状地盤補強方法(アンダーピーニング方法)、薬液注入方法、地下水低下方法などがある。支持杭状地盤補強方法(アンダーピーニング方法)は、住宅などの構造物の基礎の下にトンネルを掘り、杭などの構造物を圧入し、住宅などを支持する工法である。薬液注入方法は、構造物外周部から構造物の下の地盤に薬液を注入し、地盤を固める方法である。地下水低下方法は、構造物外周に遮水壁を設け井戸から地下水を汲み上げ非液状化層を厚くし液状化の発生を抑制する方法である。
しかし、これらの液状化対策方法では、対策工事の際に大きなスペースを使用する等の大掛かりな工事となるため、作業量が多くなりコストがかかるという問題、狭い住宅地では工事をしにくいという問題などがある。
本発明は、既存の構造物に対して、簡易に液状化時に沈下や傾斜を抑制する技術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、以下の手段を採用する。
即ち、第1の態様は、
基礎を有する構造物の周囲に打設される棒状の複数の杭部と、
2つの端部と2つの前記端部の間の中間部とを有する線状の部材であって、前記中間部を前記構造物の前記基礎の下において直線状に配置され、前記端部をいずれかの前記杭部に固定される連結部と、
を備える液状化対策構造物とする。
基礎を有する構造物の周囲に打設される棒状の複数の杭部と、
2つの端部と2つの前記端部の間の中間部とを有する線状の部材であって、前記中間部を前記構造物の前記基礎の下において直線状に配置され、前記端部をいずれかの前記杭部に固定される連結部と、
を備える液状化対策構造物とする。
第1の態様によると、基礎の下に連結部、構造物の周囲に杭部を配置することで、構造物の下に杭部を配置することなく、構造物を支持することができる。
第2の態様は、さらに、
前記構造物に固定される構造物接続部と、前記構造物接続部に接続され、前記杭部が内側を通るリング状の杭接続部とを有する接続部を備える液状化対策構造物とする。
前記構造物に固定される構造物接続部と、前記構造物接続部に接続され、前記杭部が内側を通るリング状の杭接続部とを有する接続部を備える液状化対策構造物とする。
第2に態様によると、接続部により杭部を構造物に拘束することで、杭部が水平方向に変位することを抑制することができる。
第3の態様は、さらに、
前記構造物及び前記杭部に接続される接続部を備える請求項1に記載の液状化対策構造物とする。
前記構造物及び前記杭部に接続される接続部を備える請求項1に記載の液状化対策構造物とする。
第3に態様によると、接続部により杭部を構造物に拘束することで、杭部が水平方向に変位することを抑制することができる。
第4の態様は、さらに、
前記構造物を上方から平面視した際に、前記杭部が、前記構造物の外形の向かい合う2辺の近傍に2本ずつ配置され、前記連結部が、当該4本の前記杭部を頂点とする四角形の対角線及び当該四角形の辺のうち前記構造物と交差する辺に沿って配置される、液状化対策構造物とする。
前記構造物を上方から平面視した際に、前記杭部が、前記構造物の外形の向かい合う2辺の近傍に2本ずつ配置され、前記連結部が、当該4本の前記杭部を頂点とする四角形の対角線及び当該四角形の辺のうち前記構造物と交差する辺に沿って配置される、液状化対策構造物とする。
第4の態様によると、連結部が多く配置されることで、構造物を安定して支持することができる。
第5の態様は、さらに、
前記構造物を上方から平面視した際に、前記杭部が、前記構造物の外形の角を挟む2辺の近傍に1辺につき1本ずつ配置され、前記連結部が、それぞれの前記角を挟む2辺の近傍に配置された2本の前記杭部を結ぶ直線に沿って配置される液状化対策構造物とする。
前記構造物を上方から平面視した際に、前記杭部が、前記構造物の外形の角を挟む2辺の近傍に1辺につき1本ずつ配置され、前記連結部が、それぞれの前記角を挟む2辺の近傍に配置された2本の前記杭部を結ぶ直線に沿って配置される液状化対策構造物とする。
第5の態様によると、連結部が構造物の角の近傍に配置されることで、構造物を安定して支持することができる。
本発明によれば、既存の構造物に対して、簡易に液状化時に沈下や傾斜を抑制する技術を提供することができる。
以下、図面を参照して実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、発明の構成は、開示の実施形態の具体的構成に限定されない。発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
〔実施形態1〕
(構成例)
図1は、本実施形態の液状化対策の対象となる構造物の断面図の例を示す図である。構造物200は、基礎210、本体220を有する。構造物200は、例えば、鉄筋コンクリートのビル、木造住宅、倉庫などの建物、柱及び土台を有する看板、標識などの構造物である。構造物200の構造、用途は、限定されない。構造物200は、例えば、直基礎の建物である。
図1は、本実施形態の液状化対策の対象となる構造物の断面図の例を示す図である。構造物200は、基礎210、本体220を有する。構造物200は、例えば、鉄筋コンクリートのビル、木造住宅、倉庫などの建物、柱及び土台を有する看板、標識などの構造物である。構造物200の構造、用途は、限定されない。構造物200は、例えば、直基礎の建物である。
基礎210は、構造物200の土台となる部分である。基礎210は、例えば、コンクリートによって形成される。基礎210は、本体220を支持する。本体220は、基礎210の上部に設けられる。本体220は、構造物200の基礎210以外の部分であり、構造物200が建物であれば柱、壁面、屋根等を含む部分である。
ここでは、構造物200の基礎210は、液状化層に設けられ、液状化層に支持されている。液状化層の下には、支持層(非液状化層)が存在するとする。液状化層は、通常時は固い層であるが、地震時などの際に液状化しやすい砂などを含む層である。液状化層は、地震などの際に基礎210に対する支持力を低下し得る。液状化層は、軟弱地盤である。支持層は、液状化層の下方に存在し、岩盤などの液状化しない地盤の層である。液状化層と支持層との間の境界面は、水平面でない場合もある。
図2は、本実施形態の構造物に対する液状化対策構造物100の例を示す図である。液状化対策構造物100は、構造物200の周囲に打設される杭部110、複数の杭部110を連結する連結部120、構造物200と各杭部110とを接続する接続部130を含む。液状化対策構造物100は、液状化時等に、構造物200の沈下や傾斜を抑制する。
杭部110は、構造物200の周囲に打設される棒状の部材である。杭部110は、地面から支持層に達するまで打設される。杭部110の打設方向は、鉛直方向であっても、鉛直方向に対して角度を有する方向であってもよい。杭部110の杭頭部(杭部110の地上側の端部)は、地面の上であっても、液状化層の内部であってもよい。杭部110は、例えば、金属杭(金属パイプ、鋼管(構造用鋼管)など)、木杭(松、杉など)、コンクリート杭(有筋、無筋)によって実現される。杭部110の断面は、例えば、円形である。ただし、杭部110の断面は、楕円形、多角形その他の形状であってもよい。杭部110は、構造物200の下部ではなく、周囲に打設されるため、構造物200が建てられた後でも容易に打設され得る。
連結部120は、ひも、ワイヤー、ケーブル、ベルト、鎖などの線状の部材である。連結部120の材料は、例えば、ステンレス、鉄などの金属、炭素繊維、ポリエステルなどの化学繊維、麻などの植物繊維等である。連結部120は、2つの端部と2つの端部の間の中間部とを有する。連結部120の中間部は、構造物200の基礎210の下部において直線状に配置される。連結部120の端部は、それぞれ異なる杭部110の杭頭部に固定される。連結部120は、2つの杭部110の杭頭部同士を連結する。連結部120は
、液状化発生時に構造物200を支持しうる強度を求められる。連結部120に構造物200の荷重がかかると、杭部110には杭部110を押し下げる方向に力が加えられる。連結部120は、例えば、溶接、ボルトナット、ターンバックル、アイボルト等によって杭部110と固定される。液状化対策構造物100は、少なくとも2本の連結部120を有する。液状化対策構造物100は、2本以上の連結部120を有することで、構造物200を安定して支持することができる。
、液状化発生時に構造物200を支持しうる強度を求められる。連結部120に構造物200の荷重がかかると、杭部110には杭部110を押し下げる方向に力が加えられる。連結部120は、例えば、溶接、ボルトナット、ターンバックル、アイボルト等によって杭部110と固定される。液状化対策構造物100は、少なくとも2本の連結部120を有する。液状化対策構造物100は、2本以上の連結部120を有することで、構造物200を安定して支持することができる。
図3は、接続部130の構成例を示す図である。図3は、構造物200の上方から見た図である。接続部130は、構造物200の基礎210と杭部110とを接続する。接続部130は、杭接続部131及び構造物接続部132を含む。接続部130は、構造物接続部132を構造物200に固定されることで、液状化の際等に、杭部110の杭頭部が水平方向に変位しないように、杭部110の動きを拘束する。接続部130は、杭部110の杭頭部の水平方向の変位を抑制する。杭接続部131は、リング状の部材であり、杭部110の径よりも大きい径を有する。杭接続部131のリング状の部材の内側に杭部110が通される。杭接続部131は、杭部110を周回する形状であればよい。さらに、杭接続部131は、リング状の部材の一部が取り外し可能にされており、設置時に杭部110を杭接続部131のリング状の部材に通した後に取り外されたリング状の部材の一部を取り付けられてもよい。リング状の部材の形状は、円形であっても、楕円形であっても、他の形状であってもよい。リング状の部材の形状は、リングの一部が杭部110が外れない程度に欠けている形状であってもよい。構造物接続部132は、例えば、棒状であり、一端が杭接続部131に固定され、他端が構造物200に固定される。構造物接続部132の構造物200側の端部は、例えば、構造物200側に向けて細くなる円錐状であり、構造物200に埋め込まれる。杭接続部131の内側に杭部110が通されることで、接続部130の動きが杭部110の長手方向に制限される。構造物接続部132は、杭接続部131に固定される部分と、構造物200に固定される部分とを有するならば、棒状以外の他の形状であってもよい。接続部130は、杭接続部131が構造物200に直接接続されることで、杭接続部131が構造物接続部132を兼ねる構成であってもよい。接続部130は、例えば、金属製、樹脂製である。杭部110の長手方向が鉛直方向でない場合、杭接続部131の内側は、構造物200及び接続部130が鉛直方向に変位しても杭部110に接触しない大きさにされる。また、接続部130は、杭接続部131と構造物接続部132との間に自在継手を有してもよい。接続部130は、杭接続部131と構造物接続部132との間で、分離、結合できるようにされてもよい。杭接続部131と構造物接続部132との間で、分離、結合できるようにされることで、杭部110が打設された後でも、接続部130を取り付けることができる。接続部130は、すべての杭部110に対して設けられても、一部の杭部110に対して設けられてもよい。また、接続部130は、杭部110と構造物200とを接続するバネ、ゴムなどの弾性体、ダンパー等であってもよい。接続部130がこれらの部材であることで、杭部110と構造物200との距離が変化した場合に、元の距離に戻るように力が働く。接続部130により杭部110が構造物200に拘束されることで、杭部110の杭頭部の水平方向の変位が抑制される。
(杭部と連結部の配置の例)
図4は、杭部110と連結部120との配置の例1を示す図である。図4は、液状化対策構造物100が施工された構造物200を上方から見下ろした図である。ここでは、接続部130の記載は省略されている。図4では、上から見て長方形の外壁(境界、外形)を有する構造物200の一辺の近傍(構造物200の外側)に杭部110A及び杭部110Bが打設され、当該一辺の反対側の辺の近傍に杭部110C及び杭部110Dが打設されている。また、杭部110A及び杭部110Cは、構造物200の下を通る連結部120Aによって連結され、杭部110B及び杭部110Dは、構造物200の下を通る連結部120Bによって連結されている。液状化発生時には、構造物200は、2つの連結部
120により支持されることで、沈下や傾斜を抑制される。
図4は、杭部110と連結部120との配置の例1を示す図である。図4は、液状化対策構造物100が施工された構造物200を上方から見下ろした図である。ここでは、接続部130の記載は省略されている。図4では、上から見て長方形の外壁(境界、外形)を有する構造物200の一辺の近傍(構造物200の外側)に杭部110A及び杭部110Bが打設され、当該一辺の反対側の辺の近傍に杭部110C及び杭部110Dが打設されている。また、杭部110A及び杭部110Cは、構造物200の下を通る連結部120Aによって連結され、杭部110B及び杭部110Dは、構造物200の下を通る連結部120Bによって連結されている。液状化発生時には、構造物200は、2つの連結部
120により支持されることで、沈下や傾斜を抑制される。
図5は、杭部110と連結部120との配置の例2を示す図である。図5は、液状化対策構造物100が施工された構造物200を上方から見下ろした図である。ここでは、接続部130の記載は省略されている。図5では、上方から見て長方形の外壁(境界、外形)を有する構造物200の一辺の近傍に杭部110E及び杭部110Fが打設され、当該一辺の反対側の辺の近傍に杭部110G及び杭部110Hが打設されている。また、杭部110E及び杭部110Gは、構造物200の下を通る連結部120Cによって連結され、杭部110F及び杭部110Hは、構造物200の下を通る連結部120Dによって連結されている。杭部110E及び杭部110Hは、構造物200の下を通る連結部120Eによって連結され、杭部110F及び杭部110Gは、構造物200の下を通る連結部120Fによって連結されている。すなわち、連結部120E及び連結部120Fは、平面視で杭部110E、110F、110G、110Hの4つの中心軸を頂点として形成される矩形(四角形)の対角線に沿って配置される。また、連結部120C及び連結部120Dは、当該矩形(四角形)の辺のうち構造物200と交差する辺に沿って配置される。このように、ここでは、1本の杭部110に複数の連結部120が連結されている。液状化発生時には、構造物200は、図4の例よりも多くの連結部120により支持されることで、沈下や傾斜をより抑制される。
図6は、杭部110と連結部120との配置の例3を示す図である。図6は、液状化対策構造物100が施工された構造物200を上方から見下ろした図である。ここでは、接続部130の記載は省略されている。図6では、上方から見て長方形の外壁(境界、外形)を有する構造物200の各辺の近傍に杭部110が2本ずつ配置(110I-110P)されている。構造物200の下を通る連結部120(120G-120J)は、長方形の構造物200のある一辺の近傍に打設される杭部110(例えば、杭部110J)と当該一辺に隣接する一辺の近傍に打設される杭部110のうち最も近い杭部110(例えば、杭部110K)とを接続する。すなわち、構造物200の角を挟む2辺の近傍に1辺につき1本の杭部110(例えば、110J、110K)が配置され、当該角を挟む2辺の近傍の杭部110(例えば、110J、110K)はそれぞれ連結部120(例えば、120H)によって接続される。
すなわち、図6の例では、構造物200の下側で、構造物200を上面から平面視した矩形の4隅のそれぞれに、その矩形の角を面取りする位置に4つの連結部120(120G-120J)を配置し、4つの連結部120(120G-120J)の両端を8つの杭部110(110I-110P)を固定している。すなわち、4つの連結部120(120G-120J)が、構造物200を上面から平面視した矩形の4隅付近を構造物200の下側から支持する構造となる。図6のように連結部120を配置することで、構造物200の下を通る連結部120の配置位置が、構造物200(基礎210)を平面視した矩形の4隅付近に限定されるので、連結部120の長さを短くすることができる。液状化発生時には、構造物200は、連結部120により構造物200の角に近い部分を支持されることで、沈下や傾斜を抑制される。構造物200の端に近い部分(例えば、角に近い部分)を支持する連結部120は、構造物200の中央に近い部分のみを支持することに比べて、構造物200を安定して支持することができる。
構造物200の周囲に配置される杭部110の数、連結部120の数は、ここに示したものに限定されず、構造物200の荷重、形状、連結部120の強度等に応じて、増減することができる。また、構造物200の周囲に配置される杭部110の位置、連結部120の位置は、構造物200の荷重、形状、連結部120の強度等に応じて、適宜、選択され得る。
(施工方法)
図7乃至図12は、本実施形態の液状化対策構造物100の施工方法を説明する図である。ここでは、図1のような既存の構造物200に対して、図2のように液状化対策構造物100を施工する施工方法について説明する。あらかじめ、杭部110の位置と連結部120の位置とは決められている。
図7乃至図12は、本実施形態の液状化対策構造物100の施工方法を説明する図である。ここでは、図1のような既存の構造物200に対して、図2のように液状化対策構造物100を施工する施工方法について説明する。あらかじめ、杭部110の位置と連結部120の位置とは決められている。
最初に、図7のように、構造物200の周囲であって、連結部120を通す部分の始点及び終点にあたる位置を、基礎210の下の高さまで掘り下げる。構造物200の下を通る連結部120が複数ある場合には、それぞれの始点及び終点にあたる位置を、基礎210の下まで掘り下げる。
次に、図8のように、構造物200の基礎210の下の連結部120が通る位置に始点側から終点側に向かって横孔を掘る。横孔は、例えば、エアハンマー工法などの周知の横孔を掘る工法によって、掘り進められる。横孔は、水平方向であって、直線状である。エアハンマー工法は、圧縮空気によりエアハンマー内のピストンが作動することにより、地盤を削孔していく工法である。横孔の径は、連結部120の太さよりも大きいものとする。また、連結部120の太さが、横孔の径と同じであってもよい。ここで、基礎210の下部と横孔と距離が、できるだけ短くなるように横孔を掘る。
次に、図9のように、開けられた横孔に、連結部120を通す。次に、図10のように、構造物200の基礎210に、接続部130を取り付ける。接続部130は、杭部110が通る位置と杭接続部131の位置とが合うように、構造物200に取り付けられる。接続部130は、地面より低い位置に取り付けられても、地面より高い位置に取り付けられてもよい。接続部130は、杭部110が打設された後に取り付けられてもよい。
次に、図11のように、杭部110を打設する。杭部110は、接続部130の杭接続部131の内部を通る。杭部110は、固い支持層に達するまで、ハンマー等によって打設される。杭部110は、鉛直方向に打設されても、鉛直方向に対して角度を有して打設されてもよい。次に、図12のように、最初に掘り下げた構造物200の周囲を埋め戻す。連結部120の太さと横孔の太さとがほぼ等しい場合は、連結部120と横孔との間の隙間は、施工後、数時間から数日で、押し広げられた横孔が元の状態に戻る作用で自然に埋まる。また、連結部120と横孔との間の隙間は、自然に埋まる前に発泡モルタル等で埋め戻してもよい。また、連結部120を、杭部110の杭頭部に固定する。杭部110の杭頭部は、地面より下であってもよい。ただし、杭部110の杭頭部は、基礎210の下端よりも高い位置であるとする。これにより、既存の構造物200の周囲に液状化対策構造物100が施工される。構造物200の周囲を掘り下げずに基礎210の下部に横孔を掘ることができる工法を使用する場合には、構造物200の周囲を掘り下げなくてもよい。
(実施形態の作用、効果)
本実施形態の既存の構造物200に対する液状化対策では、構造物200の下にベルトなどの連結部120が通され、当該連結部120が支持層に達した杭部110に固定される。支持層に達した杭部110と杭部110に固定される連結部120とにより、構造物200を支持することで、液状化発生時に、構造物200の沈下や傾斜を抑制する。また、接続部130により、杭部110を構造物200に拘束することで、杭部110の杭頭部の水平方向への変位を抑制することができる。また、構造物200の下に杭を設置しなくてよいため、大規模な工事をすることなく、既存の構造物200に対して、容易に液状化対策を行うことができる。また、構造物200の下に多くの連結部120や、構造物200の角の近傍に連結部120を配置することで、構造物を安定して支持するとができる。
以上の各実施形態は、可能な限りこれらを組み合わせて実施され得る。
本実施形態の既存の構造物200に対する液状化対策では、構造物200の下にベルトなどの連結部120が通され、当該連結部120が支持層に達した杭部110に固定される。支持層に達した杭部110と杭部110に固定される連結部120とにより、構造物200を支持することで、液状化発生時に、構造物200の沈下や傾斜を抑制する。また、接続部130により、杭部110を構造物200に拘束することで、杭部110の杭頭部の水平方向への変位を抑制することができる。また、構造物200の下に杭を設置しなくてよいため、大規模な工事をすることなく、既存の構造物200に対して、容易に液状化対策を行うことができる。また、構造物200の下に多くの連結部120や、構造物200の角の近傍に連結部120を配置することで、構造物を安定して支持するとができる。
以上の各実施形態は、可能な限りこれらを組み合わせて実施され得る。
100 液状化対策構造物
110 杭部
120 連結部
130 接続部
131 杭接続部
132 構造物接続部
200 構造物
210 基礎
220 本体
110 杭部
120 連結部
130 接続部
131 杭接続部
132 構造物接続部
200 構造物
210 基礎
220 本体
Claims (6)
- 基礎を有する構造物の周囲に打設される棒状の複数の杭部と、
2つの端部と2つの前記端部の間の中間部とを有する線状の部材であって、前記中間部を前記構造物の前記基礎の下において直線状に配置され、前記端部をいずれかの前記杭部に固定される連結部と、
を備える液状化対策構造物。 - 前記構造物に固定される構造物接続部と、前記構造物接続部に接続され、いずれかの前記杭部が内側を通るリング状の杭接続部とを有する接続部を備える請求項1に記載の液状化対策構造物。
- 前記構造物及び前記杭部に接続される接続部を備える請求項1に記載の液状化対策構造物。
- 前記構造物を上方から平面視した際に、前記杭部が、前記構造物の外形の向かい合う2辺の近傍に2本ずつ配置され、前記連結部が、当該4本の前記杭部を頂点とする四角形の対角線及び当該四角形の辺のうち前記構造物と交差する辺に沿って配置される、請求項1から3のいずれか1項に記載の液状化対策構造物。
- 前記構造物を上方から平面視した際に、前記杭部が、前記構造物の外形の角を挟む2辺の近傍に1辺につき1本ずつ配置され、前記連結部が、それぞれの前記角を挟む2辺の近傍に配置された2本の前記杭部を結ぶ直線に沿って配置される、請求項1から3のいずれか1項に記載の液状化対策構造物。
- 基礎を有する構造物の周囲を前記基礎の下の高さまで掘り下げ、前記基礎の下に横孔を掘り、前記横孔に線状の連結部を通し、前記構造物の周囲に棒状の複数の杭部を打設し、いずれかの前記杭部に前記連結部の各端部を固定する、
液状化対策方法。
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