JP4762709B2 - 既存建物の基礎地盤の液状化を低減し不同沈下を防止する工法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば砂質地盤など液状化の虞がある地盤上に建築された、平面規模の大きい既存建物の基礎を支持する地盤（以下、基礎地盤という。）の液状化を低減し不同沈下を防止する工法に関する。

地下水で飽和された砂地盤等の液状化層を有する地盤上に構築された建物は、地震発生時には基礎地盤に液状化現象が生じ、液状化層の体積変化により構造物が沈下し又は不同沈下して建物の傾きや倒壊など多大なる被害をもたらすことが知られている。
前記のような液状化現象を低減して沈下や不同沈下が生じることを防止するため、構造物の直下位置の基礎地盤内に、閉鎖形状で、内部に格子壁を設けた地盤改良壁を構築して液状化を防止することが広く実用に供されている。

特許文献１には、構造物の基礎下に地盤改良壁を構築し、重心の偏っている側の地盤改良壁を他の側より厚く構成して沈下又は不同沈下を低減する技術が開示されている。

また、特許文献２には、液状化層の液状化による構造物の沈下量が許容沈下量以下となるような層厚を有する地盤改良壁を、前記構造物の直下若しくは下方の前記液状化層内に平面視で前記構造物が内包される領域に部分的に形成して地盤が液状化しても構造物を安定的に支持する技術が開示されている。
特開２００３−２０６５９号公報 特開２００５−８３１７４号公報

従来の閉鎖形状の地盤改良壁による液状化防止工法は、想定する地震の大きさや地盤条件に応じて格子壁の間隔が決定されることになる。したがって、新設建物であれば容易に実施できるが、既存建物の場合、建物直下に実施することは至難であり多大なコストがかかる。
したがって、実際には、既存建物の外周を囲むだけの地盤改良壁を構築し、その壁厚を相当に厚くすることで地盤改良壁の剛性を確保し、その面外変形を拘束して液状化現象を防止している。しかし、壁厚を相当厚くするためには多大なコストが嵩むし、建物平面規模が大きくなると現実的な強度や壁厚の範囲を超えることになる。

特許文献１の技術も、やはり構造物の直下に位置する基礎地盤に実施する工法であり、既存建物に実施することは至難である。加えて重心の偏っている部分を厚くしなければならず作業性が非常に悪くコストも嵩む。また、既存建物はもとより新築建物に実施して不同沈下を低減させたとしても、強大な地震による既存建物のロッキング振動によって生じる変動荷重を低減させる構成については記載もないし示唆もされていない。

特許文献２の技術もやはり、構造物の直下に位置する基礎地盤に実施する工法であり、既存建物に実施することが難しいものである。また、地盤改良壁のみで液状化対策を行い構造物を安定的に支持すると記載されているが、不同沈下を防止する又は不同沈下による建物の傾斜を修正する点については考慮されていない。しかるに地震時のおけるロッキング振動等を低減する点については尚のこと期待できないものである。

要するに、建物の基礎地盤の液状化を低減し、且つ建物を十分に支持して不同沈下を防止する好適な工法は未だ無い。

本発明の目的は、液状化現象の虞がある地盤上に建築された既存建物の基礎地盤の液状化を低減し不同沈下を防止する手段として好適な工法を提供することである。更に云えば、地震時に生じる既存建物のロッキング振動を低減しながら同既存建物を支持させる工法で、既存建物の在立に影響されずに実施でき、経済的で工期の短縮を図れる、既存建物の基礎地盤の液状化を防止し不同沈下を防止する工法を提供することにある。

本発明の次の目的は、既存建物が傾斜した際にはジャッキアップにより適切な位置へ修正して不同沈下の影響を低減させる、既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法を提供することにある。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法は、
既存建物１又は１’の基礎地盤２ａの液状化を低減し不同沈下を防止する工法であって、
前記既存建物１の基礎地盤２ａの外周を取り囲む閉鎖形状の地盤改良壁３を構築する工程と、
前記地盤改良壁３の上端面へ鉄筋コンクリート造の支持部材４を構築する工程と、
前記支持部材４上に既存建物１のロッキング振動による浮き上がりを許容するダンパー５を設置し、既存建物１の外周部へ定着した控え壁６を前記ダンパー５上に構築して、同既存建物１の荷重を地盤改良壁３へ伝達可能に構成する工程と、から成ることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法において、
既存建物１又は１’の外周部を構成する外周柱１０に控え壁６を定着し、同控え壁６をダンパー５上に構築することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法において、
既存建物１又は１’の基礎地盤２ａの外周を取り囲む閉鎖形状の地盤改良壁３は、繊維補強材を混入したセメントで高強度に構築することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は３のいずれか一に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法において、
既存建物１又は１’の基礎地盤２ａの外周を取り囲む閉鎖形状の地盤改良壁は、控え壁６が設置される部分の壁厚を厚く又は高強度に構築することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１又は３〜４のいずれか一に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法において、
地盤改良壁３は、既存建物１又は１’が建築された基礎地盤の液状化層が厚い場合、液状化層Ｓ内の沈下許容範囲内の深さに、又は液状化層Ｓを貫通して非液状化層Ｈに到達する深さに構築することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１又は３〜５のいずれか一に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法において、
地盤改良壁３の上端面へ構築した支持部材４と控え壁６との間に前記ダンパーに代えてジャッキを設置し、同ジャッキを操作して既存建物１又は１’の不同沈下を修正する工程を含むことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法において、
既存建物１又は１’の基礎は直接基礎構造又は杭基礎構造であることを特徴とする。

本発明に係る既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法は、以下に説明する効果を奏する。
（１）大規模な既存建物１の基礎地盤２ａの外周を取り囲む閉鎖形状の地盤改良壁３を構築して同基礎地盤２ａの液状化を低減させ、前記地盤改良壁３の上に設置したダンパー材５の上に、既存建物１の外周部（外周柱１０）へ定着した控え壁６を地盤改良壁３の上へ構築して建物荷重を伝達させるので、アスペクト比が大きな建物でも地震時にロッキング振動する振動エネルギーをダンパー材５が吸収しつつ、変動荷重の全部又は一部を地盤改良壁３が鉛直変位を許容しながら支持し、不同沈下を確実に防止して既存建物１の健全性を保持できる。
地盤改良壁３は、公知の施工実績が豊富な深層混合処理工法等により、事前に仮設工事等の必要もなく、汎用技術、慣用技術として高い信頼性のもとに構築でき、既存建物１の存立に一切悪影響を及ぼさないので、工期の短縮化とコストの低減を実現できる。
（２）控え壁６は既存建物１の外周柱１０に定着させると、既存建物１の長期鉛直力やロッキング振動により生じる変動荷重を効果的に地盤改良壁３へ伝達させることができるほか、外周柱１０への定着はアンカー７により強固にできる。
（３）地盤改良壁３の上端面に構築した支持部材４と控え壁６との間にジャッキを設置すると、巨大な地震により万が一既存建物１が傾斜してもジャッキを操作し地盤改良壁３を反力に取って既存建物１を適切な元位置に修正することで、不同沈下を確実に修正して既存建物１の健全性を保持することができる。
（４）本発明を複数の支持杭又は摩擦杭等の基礎杭に支持された既存建物１’に実施すると、地盤改良壁３が地震時に基礎地盤２ａの液状化を低減しつつ、杭の変動荷重を一部負担するので、基礎杭の耐震性能を向上させることができる。

本発明は、既存建物１の直下の基礎地盤２ａを閉鎖形状の地盤改良壁３で囲い込み液状化を低減し不同沈下を防止する工法である。
前記既存建物１の基礎地盤２ａの外周を取り囲む閉鎖形状の地盤改良壁３を構築する。
前記地盤改良壁３の上端面へ鉄筋コンクリート造の支持部材４を設置する。
前記支持部材４上にダンパー材５を設置し、既存建物１の外周部に定着した控え壁６を前記ダンパー材５上に構築して既存建物１の荷重を地盤改良壁３へ伝達可能にする。

以下、本発明に係る既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法の実施例を、図面に基づいて説明する。

図１Ａ、図１Ｂは、液状化層Ｓがある地盤２上に直接基礎形式で建築された平面規模の大きい既存建物１の直下の基礎地盤２ａの外周を取り囲む閉鎖形状の地盤改良壁３を非液状化層Ｈに到達する深さまで構築した状態を示した。

地盤改良壁３の構築は、例えばセメントミルク等の安定剤を地盤中へ注入し、掘削土と攪拌・混合して固化させて、剛性が大で難透水性の壁として形成する、公知の深層混合処理工法或いはソイルセメント壁工法により構築する。深層混合処理工法によれば、図１Ａ、図１Ｂに示すように、既存建物１の直下の基礎地盤２ａの外周を取り囲む筒状の地盤改良壁３を、地表から所定の深さまで連続状態に構築できる。壁厚は、掘削攪拌翼の外径寸法の選択により、５０ｃｍ程度から２ｍ近くまで、既存建物１の平面規模を勘案して決定する。また、所謂適度なラップ処理により、長手方向に連続して止水性を有する地盤改良壁３の構築ができる。

前記地盤改良壁３は、高引っ張り力を期待可能な繊維補強材を混入したセメントで高強度に構築して、地盤改良壁３を薄型にし、作業性の向上を図ることが好ましい（請求項３記載の発明）。

次に、上記閉鎖形状に構築した地盤改良壁３の上面に支持部材４を設置する。具体的には、地盤改良壁３の上面に型枠を設置し、配筋をした上でコンクリートを打設して鉄筋コンクリート造の支持部材４を構築する。前記地盤改良壁３は、鉄筋を有さずセメントミルク等を固化材として構築されている。その故に、大きな荷重が集中的又は局部的にかかると破損するか不同沈下の原因となる。特に既存建物１の外周部に外周柱１０が配置されていて、同外周柱１０へ後述の控え壁６を構築すると、同控え壁直下の地盤改良壁３には建物荷重が集中してしまう。したがって、支持部材４を構築する目的は、控え壁６を通じて伝達される既存建物１の荷重を確実に且つ平均的に広く地盤改良壁３へ伝達させること、及び後述するダンパー設置のための高さレベルを確保することにある。上記の点から前記支持部材４は既存建物１の荷重に耐える厚さに構築される。

次に、上記支持部材４上の所定箇所へダンパー５を設置する。前記ダンパー５としては、例えば建物のロッキング振動による浮き上がり等を許容する伸縮機能を有するリング形状のゴム等が好適に使用される。前記ダンパー５は、その上面及び／又は下面にアンカー材等の鋼材を取り付けて支持部材４及び後述する控え壁６の何れか一方又は両方と連結される。前記所定箇所とは後述する控え壁６が設けられる箇所のことである。

前記ダンパー５の上に、既存建物１の外周壁と接するように型枠を設置し、配筋を行い、コンクリートを打設して鉄筋コンクリート造の控え壁６が構築される。前記控え壁６は、予め既存建物１の外周壁１ａに打ち込まれたアンカー等の緊結部材７により既存建物１の外周壁へ定着して、同建物１の荷重を地盤改良壁３へ伝達可能に構成されている。
図１Ｂに示した通り、既存建物１の外周に外周柱１０が配置されている場合には、前記外周柱１０に控え壁６を定着することが好ましい（請求項２記載の発明）。

また、既存建物１のアスペクト比が大きい場合は、相対的に軸力変動が大きくなるので、図２Ａ、図２Ｂに示すように、地盤改良壁３は控え壁６が設置される部分３’を厚くしたり、高強度化して鉛直支持力を強化することが好ましい（請求項４記載の発明）。前記地盤改良壁３の厚さに応じて、支持部材４、ダンパー５及び控え壁６の大きさも適切に設計される。

仮に、液状化層Ｓが厚い場合には、図３に示すように、地盤改良壁３を非液状化層Ｈまで到達させずに、液状化による沈下を許容沈下量の範囲内の深さまでに調整して構築し施工コストを低減することも可能である。

上記のような構成としたので、地震時には既存建物１のロッキング振動による振動エネルギーをダンパー５が吸収しつつ、地盤改良壁３が変動荷重の全部又は一部を許容しながら支持して、同既存建物１の健全性を保持できるのである。

図示することは省略したが、上記地盤改良壁１の上に配置された支持部材４と控え壁６との間に、前記ダンパー５の代わりにジャッキを設置すると、不同沈下等により既存建物１が傾斜した場合には、前記ジャッキを操作し地盤改良壁３を反力にとって適切な高さ位置に戻す修正をして既存建物１の健全性を保持できる。前記ジャッキは、その上下の接触面へ衝撃吸収材を取り付けて地震時に発生する曲げモーメントを低減させる構成の実施が好ましい。

上述した図３に示すように、地盤改良壁３を非液状化層Ｈまで到達させない構成の場合には、液状化が終了して地盤中の過剰間隙水圧が消散すれば支持力が回復するので、万が一不同沈下が生じても、ダンパー５を取り外して、上述した実施例２と同様にジャッキを設置し、地盤改良壁３を反力にして既存建物１の沈下を原状へ修正することができる。

図１〜図３までは、直接基礎とした既存建物１に関する実施例について説明した。しかし、本発明は、既存建物１の直下の状況如何に一切左右されずに実施できる。例えば図４Ａに示すような摩擦杭１１による杭基礎に支持された既存建物１’についても、或いは図４Ｂに示すように支持杭１２による杭基礎に支持された既存建物１”についても同様に実施できる。
上記のように既存建物の基礎を杭基礎構造にすると、地盤改良壁３が地震時に直下地盤２ａの液状化を低減しつつ、外周部寄りに位置する杭１１、１２の変動荷重を一部負担する（格子線部１３の働き）ので、杭の耐震性能を向上させることができる。

以上に本発明の各実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではない。その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために付言する。例えば、新設建物についても同様の方法で実施することが可能である。

Ａは、本発明に係る既存建物の基礎地盤の液状化を低減し不同沈下を防止する工法の全体構成を示す立面図である。ＢはＡの平面図である。 Ａは控え壁が設置される部分の地盤改良壁を厚くした実施例を示した立面図である。ＢはＡの平面図である。 液状化層が厚い場合の実施例を示した立面図である。 Ａは本発明を摩擦杭による基礎杭で支持された既存建物に実施した一例を示す立面図である。Ｂは本発明を支持杭による基礎杭で支持された既存建物に実施した一例を示す立面図である。

１、１’ 既存建物
２ 地盤
２ａ 基礎地盤
３ 地盤改良壁
４ 支持部材
５ ダンパー（又はジャッキ）
６ 控え壁
７ 緊結部材
１０ 外周柱
１１ 摩擦杭
１２ 指示杭
Ｓ 液状化層
Ｈ 非液状化層

Claims (7)

1. 既存建物の基礎地盤の液状化を低減し不同沈下を防止する工法であって、
   前記既存建物の基礎地盤の外周を取り囲む閉鎖形状の地盤改良壁を構築する工程と、
   前記地盤改良壁の上端面へ鉄筋コンクリート造の支持部材を構築する工程と、
   前記支持部材上に既存建物のロッキング振動による浮き上がりを許容するダンパーを設置し、既存建物の外周部へ定着した控え壁を前記ダンパー上に構築して、同既存建物の荷重を地盤改良壁へ伝達可能に構成する工程と、
   から成ることを特徴とする、既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法。
2. 既存建物の外周部を構成する外周柱に控え壁を定着し、同控え壁をダンパー上に構築することを特徴とする、請求項１に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法。
3. 既存建物の基礎地盤の外周を取り囲む閉鎖形状の地盤改良壁は、繊維補強材を混入したセメントで高強度に構築することを特徴とする、請求項１に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法。
4. 既存建物の基礎地盤の外周を取り囲む閉鎖形状の地盤改良壁は、控え壁が設置される部分の壁厚を厚く又は高強度に構築することを特徴とする、請求項１又は３に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法。
5. 地盤改良壁は、既存建物が建築された地盤の液状化層が厚い場合、液状化層内の沈下許容範囲内の深さに、又は液状化層を貫通して非液状化層に到達する深さに構築することを特徴とする、請求項１又は３〜４のいずれか一に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法。
6. 地盤改良壁の上端面へ構築した支持部材と控え壁との間に前記ダンパーに代えてジャッキを設置し、同ジャッキを操作して既存建物の不同沈下を修正する工程を含むことを特徴とする、請求項１又は３〜５のいずれか一に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法。
7. 既存建物の基礎は直接基礎又は杭基礎構造であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載した既存建物基礎の液状化を低減し不同沈下を防止する工法。
   

Images