JP5480682B2 - 液状化対策構造 - Google Patents

Description

本発明は、液状化対策構造に関する。

地震時における地盤の液状化を抑制する液状化対策構造が特許文献１，２などに記載されている。

特許文献１の液状化対策構造は、地中壁で平面視格子状の地中構造体を構築し、この地中構造体の直上に構造物を構築するというものである。この液状化対策構造によれば、地震時における地盤のせん断変形を抑制することができるので、構造物直下での地盤の液状化を抑制することが可能になる。

特許文献２の液状化対策構造は、構造物を囲む地中壁で筒状の地中構造体を構築し、構造物直下の地盤を周辺地盤から遮断する、というものである。この液状化対策構造によれば、構造物重量による地盤の拘束効果（地盤の初期有効応力を増加させて地盤の液状化強度を増大させる効果）を期待できるようになるので、地中構造体によるせん断変形の抑制効果と相俟って、構造物直下での地盤の液状化を抑制することが可能になる。

特開平４−５４００４号公報 特開２００９−７８９４号公報

特許文献１の液状化対策構造では、構造物重量が地中構造体（地中壁）に直接作用するので、構造物重量による地盤の拘束効果を期待できないという問題がある。

特許文献２の液状化対策構造では、建築面積が大きくなるにつれて地中構造体を大きくする必要があるが、地中構造体を大きくすると、これを構成する地中壁の間隔が広がってしまい、せん断変形の抑制効果が損なわれるという問題がある。

このような観点から、本発明は、地中壁によるせん断変形の抑制効果と構造物重量による拘束効果とを併せ持つ液状化対策構造であって、建築面積が大きいような場合であっても、せん断変形の抑制効果が損なわれ難い液状化対策構造を提供することを課題とする。

本発明に係る液状化対策構造は、地中壁で構築した平面視格子状の地中構造体と、前記地中構造体の上方に構築した構造物と、前記地中構造体と前記構造物との間に介設された緩衝体と、を備える液状化対策構造であって、前記緩衝体の剛性又は強度を、前記構造物の直下の地盤の剛性又は強度よりも小さくしたことを特徴とする。

本発明において、平面視格子状の地中構造体とは、地中壁で囲まれた領域を複数具備する地中構造体を意味する。「地中壁で囲まれた領域」の平面形状に制限はなく、平面視多角形としてもよいし、円形や楕円形としても差し支えない。

緩衝体の材質等に制限はないが、例えば、発泡スチロール、発泡ウレタン、木箱などにて構成することができる。なお、初期剛性が構造物の直下の地盤より高い緩衝体でも、当該地盤より低強度であれば、本発明の緩衝体として使用できる。また、強度が構造物の直下の地盤より高い緩衝体でも、当該地盤より低剛性であれば、本発明の緩衝体として使用できる。

本発明によれば、地盤よりも変形し易い緩衝体を配置したことにより、地中構造体で直接構造物を支持する場合に比べて、地中構造体に作用する鉛直荷重（構造物重量に起因する荷重）が減り、構造物直下の地盤（地中壁で囲まれた領域に位置する地盤）に作用する鉛直荷重が増えるようになるので、せん断変形を抑制する地中構造体を構造物の下方に配置していながらも、構造物重量による地盤の拘束効果を期待することができる。

また、本発明によれば、平面視格子状の地中構造体によって構造物直下の地盤が仕切られるようになるので、地震時における地盤のせん断変形が抑制されるようになり、さらには、構造物重量を受けた地盤の孕み出しが抑制されるようになる。

さらに、本発明によれば、構造物直下の地盤を適宜な間隔で仕切ることができるので、建築面積が大きいような場合であっても、せん断変形の抑制効果が損なわれ難くなる。

なお、本発明の液状化対策構造では、地中壁によるせん断変形の抑制効果と構造物重量による地盤の拘束効果の両方を期待することができるので、平面視格子状の地中構造体で直接構造物を支持する場合（構造物重量による地盤の拘束効果が期待できない場合）よりも、地中壁の間隔を広げることができる。

本発明によれば、地中壁によるせん断変形の抑制効果および構造物重量による拘束効果の相乗効果によって液状化の発生を効果的に抑制することが可能になり、建築面積が大きいような場合であっても、せん断変形の抑制効果が損なわれ難くなる。

本発明の実施形態に係る液状化対策構造を示す断面図である。 図１のＸ−Ｘ線断面図である。 本発明の実施形態に係る液状化対策構造の変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る液状化対策構造の他の変形例を示す断面図である。

本発明の実施形態に係る液状化対策構造は、図１に示すように、地中構造体１と、地中構造体１の上方に構築した構造物２と、地中構造体１と構造物２との間に介設された緩衝体３と、を備えて構成されている。

地中構造体１は、地盤のせん断変形を抑制するものであり、地震時に液状化が懸念される地盤（液状化層）Ｇに構築されている。なお、以下の説明においては、地盤Ｇのうち、構造物２の直下に位置する地盤を支持地盤１ｂと称する。

地中構造体１は、地中壁１ａを利用して形成されている。地中壁１ａは、難透水性の連続壁であり、地中壁１ａの下端部は、支持地盤１ｂよりも下側の非液状化層Ｋに根入れされている。地中壁１ａは、コンクリート、モルタル、ソイルセメント、シートパイル、鋼管、Ｈ鋼などを構成要素とする各種連続壁工法（例えば、柱列式連続壁工法、等厚式連続壁工法、鋼製連続壁工法など）にて構築すればよい。

図２に示すように、地中構造体１は、平面視格子状を呈している。すなわち、地中構造体１は、複数列の地中壁１ａ，１ａ，…を縦横に構築して形成したものであり、地中壁１ａで囲まれた平面視多角形（図２では矩形）の領域を複数具備している。

図１に示す構造物２は、直接基礎タイプの構造物であり、本実施形態のものは、基礎スラブ２ａを備えている。基礎スラブ２ａの底面は、地中壁１ａの上方に位置する部分においては緩衝体３の上面に接しており、それ以外の部分においては支持地盤１ｂに接している。

緩衝体３は、地中構造体１に作用する鉛直荷重（構造物重量に起因する荷重）を緩和する目的で配置されるものであり、地中壁１ａの上端面に載置されている。図１の緩衝体３は、支持地盤１ｂの表層部に埋設されており、緩衝体３の上面は、支持地盤１ｂの上面（床付面）と面一になっている。緩衝体３は、平面視格子状となるように地中構造体１の上端面の全体に配置してもよいし、ブロック状に成形して地中構造体１の適所に点在させてもよい。

緩衝体３の剛性又は強度は、支持地盤１ｂの剛性又は強度よりも小さくなっている。緩衝体３の材質等に制限はないが、例えば、支持地盤１ｂよりも弾性係数の小さい発泡スチロールや発泡ウレタンなどを緩衝体３として使用することができる。なお、支持地盤１ｂよりも弾性係数の大きい材料（木材や鋼材）などを使用する場合には、内部に空洞を備えた箱状に成形するなど、支持地盤１ｂよりも変形し易くなるような構造や形状を採用すればよい。

本実施形態に係る液状化対策構造を構築するには、複数列の地中壁１ａ，１ａ，…を縦横に繋いで平面視格子状の地中構造体１を形成した後、地中壁１ａの上端面に緩衝体３を配置し、地中構造体１内の支持地盤１ｂ，１ｂ，…における床付面と緩衝体３の上面とを面一にしたうえで、緩衝体３および支持地盤１ｂの上に基礎スラブ２ａを構築し、次いで、基礎スラブ２ａ上に構造物２の躯体等を構築すればよい。

以上説明した本実施形態に係る液状化対策構造によれば、支持地盤１ｂよりも変形し易い緩衝体３を配置したことにより、地中構造体１で直接構造物２を支持する場合に比べて、地中構造体１に作用する鉛直荷重（構造物２の重量に起因する荷重）が減り、構造物２の直下の支持地盤１ｂに作用する鉛直荷重が増えるようになるので、せん断変形を抑制する地中構造体１を構造物２の下方に配置していながらも、構造物２の重量による支持地盤１ｂの拘束効果を期待することができる。すなわち、本実施形態に係る液状化対策構造によれば、構造物２の重量により支持地盤１ｂの初期有効応力が増大した状態となり、さらには、地中構造体１により支持地盤１ｂのせん断変形が抑制されるようになるので、液状化し難い支持地盤１ｂを得ることが可能となる。

本実施形態に係る液状化対策構造および比較例に係る液状化対策構造（地中構造体１で直接構造物２を支持するもの）を模擬した模型を利用して、遠心場において振動実験を行ったところ、比較例に係る液状化対策構造では、支持地盤の過剰間隙水圧比が１に達して液状化したのに対し、本実施形態に係る液状化対策構造では、支持地盤１ｂの過剰間隙水圧比が０．５〜０．７に抑制され、液状化を防ぐことができた。

また、本実施形態に係る液状化対策構造によれば、平面視格子状の地中構造体１によって支持地盤１ｂが複数の区画に仕切られるようになるので、支持地盤１ｂの地震時のせん断変形が抑制されるようになり、さらには、構造物２の重量を受けた支持地盤１ｂの孕み出しが抑制されるようになる。

本実施形態に係る液状化対策構造によれば、構造物２の中央部の直下においても地中壁１ａを配置することができるので、建築面積が大きいような場合であっても、せん断変形の抑制効果が損なわれ難くなる。

本実施形態に係る液状化対策構造によれば、地中壁１ａによるせん断変形の抑制効果と構造物２の重量による地盤の拘束効果（初期有効応力の増大化）の両方を期待することができるので、平面視格子状の地中構造体１で直接構造物２を支持する場合（構造物２の重量による地盤の拘束効果が期待できない場合）よりも、地中壁１ａ，１ａの間隔ｄ（図２参照）を広げることができ、ひいては、コストの削減を図ることが可能となる。

本実施形態では、「平面視格子状の地中構造体」として、地中壁１ａで囲まれた領域が平面視矩形を呈するものを例示したが、当該領域の平面形状を限定する趣旨ではない。例えば、図３に示すように、地中壁１ａで囲まれた領域を平面視六角形としたハニカム状の地中構造体１０も、本発明の「平面視格子状の地中構造体」に含まれる。

なお、地中壁１ａで囲まれた領域を平面視六角形にすると、平面視矩形にした場合に比べて、地中壁１ａの総体積を削減することができるので、コスト削減を図ることが可能になる。また、平面視矩形とした場合よりも円形に近い形状になるため、支持地盤１ｂの側方土圧に起因して地中壁１ａに発生する曲げ応力を低減することができる。

本実施形態では、構造物２の根入れが無い場合を例示したが、図４に示すように、支持地盤１ｂを掘り下げて構造物２の基礎等を根入れしてもよい。なお、地盤掘削のために構築した山留め壁４が十分な剛性・耐力を有している場合には、山留め壁４による液状化の抑止効果が期待できるので、構造物２の外縁部の直下に地中壁１ａを構築せずとも、支持地盤１ｂの液状化を抑制することが可能となる。

１ 地中構造体
１ａ 地中壁
１ｂ 支持地盤（構造物直下の地盤）
２ 構造物
３ 緩衝体

Claims (1)

1. 地中壁で構築した平面視格子状の地中構造体と、
   前記地中構造体の上方に構築した構造物と、
   前記地中構造体と前記構造物との間に介設された緩衝体と、を備える液状化対策構造であって、
   前記緩衝体の剛性又は強度を、前記構造物の直下の地盤の剛性又は強度よりも小さくしたことを特徴とする液状化対策構造。

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