JP2022013421A - 液状化対策構造物、液状化対策方法 - Google Patents

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。

特開２００５－３２５５１４号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図１は、実施形態の液状化対策の対象となる構造物の例を示す図である。 図２は、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。 図３は、接続部１３０の構成例を示す図である。 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７は、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。 図８は、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。 図９は、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。 図１０は、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。 図１１は、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。 図１２は、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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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