免震構造及び免震装置
【課題】所定の地震力を超える入力があったときに、地盤を確実に液状化させ、免震効果を発揮する免震構造及び免震装置を提供する。
【解決手段】軟弱地盤１２上の構造物１４の周囲を取り囲んで、軟弱地盤１２を囲む遮水層２６が、硬質地盤１８に到達している。そして、遮水層２６によって囲まれた軟弱地盤１２内の水圧を上昇させる加圧手段２０、２２、２３を有している。よって、所定の地震力を超える入力があったときに、軟弱地盤１２を確実に液状化させることで免震効果を発揮し、構造物１４への地震入力を低減することができる。
【解決手段】軟弱地盤１２上の構造物１４の周囲を取り囲んで、軟弱地盤１２を囲む遮水層２６が、硬質地盤１８に到達している。そして、遮水層２６によって囲まれた軟弱地盤１２内の水圧を上昇させる加圧手段２０、２２、２３を有している。よって、所定の地震力を超える入力があったときに、軟弱地盤１２を確実に液状化させることで免震効果を発揮し、構造物１４への地震入力を低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を強制的に液状化させることで免震効果を発揮する免震構造及び免震装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋立地や沖積の河川堆積地盤では比較的緩い砂が堆積していることが多いため、地震時に地盤が液状化して地盤の沈下や噴砂・噴水現象などが起こることがある。このような液状化の可能性のある地盤に直接基礎建物を建築すると、地震時には液状化によって地盤の支持力が喪失するので、建物の沈下や建物が傾斜するなどの被害が生じてしまう。
【０００３】
このため、従来は、建物直下の地盤に対して、液状化の可能性のある地層の全てについて地盤改良などを行い、地盤の強度を増加させて建物の被害を防止する工法が採用されてきた。
【０００４】
一方、液状化の可能性のある地盤や軟弱な粘性土地盤では、地震時に地盤の非線形性が顕著に現れるので、地盤のせん断ひずみが大きくなると共に減衰も大きくなる。この減衰は、地震による繰返しせん断に伴う地盤の履歴減衰であり、液状化するような地盤では発生するひずみも大きいので履歴減衰も大きくなる。
【０００５】
よって、地盤の深部から入力される地震動が地表に伝わりにくくなる。つまり、地盤の液状化によって、地中部よりも地表の方が揺れにくくなるわけである。
【０００６】
そして、この地盤の液状化の減衰効果により、地中部の振動加速度よりも地表の振動加速度の方が小さくなることは、阪神大震災の観測記録からも確認されている。
【０００７】
そこで、地盤の液状化を利用した免震構造が提案されてきている。
【０００８】
特許文献１の地盤免震構造２００では、図４に示すように、硬質地盤２０２上の軟弱地盤２０４上に構造物２０６が設けられており、この構造物２０６の下方の軟弱地盤２０４が、未改良部分２０８を残すように地盤改良体２１０によって改良されている。
【０００９】
よって、地震によって軟弱地盤２０４が液状化すると、履歴減衰を引き起こし、構造物２０６に対して免震効果を発揮することができる。
【００１０】
しかし、特許文献１は、強制的に液状化を発生させるものではなく、自然に液状化するものなので、地震によって確実に液状化する確証はない。よって、液状化を想定して構造物の強度設計を行うことは難しい。
【００１１】
特許文献２の免震構造２１２では、図５に示すように、支持地盤２１８上に建物２１６を支持する基礎杭２１４が設けられており、支持地盤２１８と建物２１６の間の地盤２２０中に、飽和した砂質土層２２２が形成されている。そして、開閉弁２２８を介して圧縮空気貯蔵タンク２３２に接続されている噴射管２３０が基礎杭２１４に沿って配管され、この噴射管２３０の噴射口２３４が砂質土層２２２と接する位置に設けられている。
【００１２】
地震時には、地震計２２４からの信号により制御装置２２６が開閉弁２２８を開放して圧縮空気を噴射管２３０の噴射口２３４から噴射させ、この圧力で飽和した砂質土層２２２を強制的に液状化させて液状化層２３６を形成する。
【００１３】
よって、この液状化層２３６が土の持っているせん断剛性を大幅に低減し、地盤２２０内を伝搬する鉛直上方への地震動を抑制することができる。
【００１４】
しかし、特許文献２の砂質土層２２２は、透水性の小さなもので囲まれてはいないので、砂質土層２２２内に圧力をかけても、発生する過剰間隙水圧がすぐに消散してしまうことが危惧される。
【００１５】
また、建物２１６は基礎杭２１４によって支持されているので、支持地盤２１８から基礎杭２１４に伝わったり、砂質土層２２２以外の地盤２２０から基礎杭２１４に伝わる地震動が建物２１６に伝搬してしまうことも考えられる。
【特許文献１】特開２００３−２０６５９号公報
【特許文献２】特開平６−１０８４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は係る事実を考慮し、所定の地震力を超える入力があったときに、地盤を確実に液状化させ、免震効果を発揮する免震構造及び免震装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１に記載の発明は、軟弱地盤上の構造物の周囲を取り囲んで、前記軟弱地盤を囲み、硬質地盤又は不透水層に到達する遮水層と、前記遮水層によって囲まれた前記軟弱地盤内の水圧を上昇させる加圧手段と、を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項１に記載の発明では、軟弱地盤上の構造物の周囲を取り囲んで、軟弱地盤を囲む遮水層が、硬質地盤又は不透水層に到達している。そして、遮水層によって囲まれた軟弱地盤内の水圧を加圧手段により上昇させる。
【００１９】
これにより、所定の地震力を超える入力があったときに、構造物を支持する軟弱地盤を確実に液状化させることができ、免震効果を発揮して構造物への地震入力を低減することができる。
【００２０】
また、地震力の大小を問わず、必要なときに強制的に軟弱地盤を液状化して構造物への地震入力を低減できるので、構造物の強度を落とした設計を可能とし、建設コストを削減できる。
【００２１】
また、軟弱地盤は、構造物、遮水層、及び硬質地盤若しくは不透水層によって囲まれているので、液状化の際に発生する過剰間隙水圧がすぐに消散してしまうことを防ぐことができる。よって、より確実に液状化することができ、さらには液状化を早めることができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、前記構造物と、前記硬質地盤又は前記不透水層との間に前記軟弱地盤の層を残すように、前記構造物の地下部、又は前記構造物の基礎部が設けられている、ことを特徴としている。
【００２３】
請求項２に記載の発明では、構造物に、地下部又は基礎部が設けられている。但し、この構造物の地下部又は基礎部は、構造物と硬質地盤又は不透水層との間に軟弱地盤の層を残すように設けられている。
【００２４】
これにより、地下部又は基礎部を設けない場合に比べて、構造物を支持する軟弱地盤の層の厚さが小さくなる。よって、地震が止んだ後、上昇した軟弱地盤の水圧を元に戻して軟弱地盤内の過剰間隙水圧が消散したときに、必要以上に構造物が沈下することを防ぐことができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、前記構造物と、前記硬質地盤又は前記不透水層との間に前記軟弱地盤の層を残すように、前記軟弱地盤の地盤改良層が設けられている、ことを特徴としている。
【００２６】
請求項３に記載の発明では、軟弱地盤の地盤改良層が設けられている。但し、この地盤改良層は、構造物と硬質地盤又は不透水層との間に軟弱地盤の層を残すように設けられている。
【００２７】
これにより、地盤改良層を設けない場合に比べて、構造物を支持する軟弱地盤の層の厚さが小さくなる。よって、地震が止んだ後、上昇した軟弱地盤の水圧を元に戻して軟弱地盤内の過剰間隙水圧が消散したときに、必要以上に構造物が沈下することを防ぐことができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、前記構造物が載せられ、構造物の外へ張り出す張出部を備えた支持部と、前記張出部と前記地盤改良層との間に設けられた、鉛直振動を吸収するダンパーと、を有し、前記ダンパーが、鉛直方向に伸縮するジャッキと交換可能である、ことを特徴としている。
【００２９】
請求項４に記載の発明では、支持部の上に構造物が載せられている。そして、この支持部に備えられた張出部が、構造物の外へ張り出している。また、軟弱地盤の地盤改良層と張出部の間に、鉛直振動を吸収するダンパーが設けられている。さらに、このダンパーは、鉛直方向に伸縮可能なジャッキと交換可能である。
【００３０】
これにより、地震動により発生する、液状化した軟弱地盤上の構造物のロッキングが、ダンパーによって低減される。また、構造物が傾斜した場合には、ジャッキと交換し、構造物をジャッキアップすることによって構造物の傾斜を修正することができる。
【００３１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れかの免震構造に地震計が設けられ、前記地震計が地震時のＰ波を検知したときに、前記遮水層によって囲まれた前記軟弱地盤内の水圧を前記加圧手段により上昇させる、ことを特徴としている。
【００３２】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４の何れかの免震構造に地震計が設けられている。そして、地震計が、地震時のＰ波を検知したときに、加圧手段を作動させ、遮水層によって囲まれた軟弱地盤内の水圧を上昇させる。
【００３３】
これにより、主要動のＳ波が到達したときに、地盤を確実に液状化させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は上記構成としたので、所定の地震力を超える入力があったときに、地盤を確実に液状化させ、免震効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る免震構造及び免震装置を説明する。なお、本実施形態では、ＲＣ造の集合住宅の例を説明するが、あらゆる建物への適用が可能である。
【００３６】
まず、本発明の第１の実施形態の免震構造１０及び免震装置１１について説明する。図１には、本実施形態の免震構造１０及び免震装置１１が示されている。
【００３７】
硬質地盤１８の上層にある軟弱地盤１２上に、構造物としてのＲＣ造の集合住宅１４が、直接基礎によって支持されている。また、集合住宅１４の直下には、液状化を防止する地盤改良層１６が形成されている。地盤改良層１６と硬質地盤１８の間には、軟弱地盤１２Ａが未改良層として残されている。
【００３８】
集合住宅１４の周囲を取り囲むように、遮水層としてのＲＣ連続壁２６が構築されており、このＲＣ連続壁２６の下端部は硬質地盤１８に到達している。そして、このＲＣ連続壁２６によって軟弱地盤１２が囲まれている。また、地下水位付近に位置する、ＲＣ連続壁２６と地盤改良層１６の間の軟弱地盤１２は、薬液注入工法によって遮水性を有する不透水層２８に改良されている。よって、軟弱地盤１２は、ＲＣ連続壁２６、硬質地盤１８、不透水層２８、地盤改良層１６によって囲まれ、概ね密閉された状態で、ＲＣ連続壁２６の外側の軟弱地盤３２と分断されている。
【００３９】
また、スタンドパイプ２０が、地上から未改良の軟弱地盤１２Ａの層に向って略垂直に配管されている。スタンドパイプ２０の下端部には噴出口２０Ａが、未改良の軟弱地盤１２Ａの層と接する位置に設けられている。また、スタンドパイプ２０の上端部は、ポンプ２２に接続されており、このポンプ２２を作動させることによって、集合住宅１４の屋上に設けられた貯水タンク２３の水をスタンドパイプ２０に加圧注入し、スタンドパイプ２０内の水圧を上昇させ、スタンドパイプ２０の先端部に設けられた噴出口２０Ａから加圧された水を噴出させる。また、ポンプ２２とスタンドパイプ２０の上端部との間には、三叉の開閉弁２５が設けられており、この開閉弁２５の切り替えによって、ポンプ２２とスタンドパイプ２０との間の接続、遮断、開放の操作を行うことができる。開閉弁２５の遮断操作時には、スタンドパイプ２０と地上の外気との接続も断たれるようになっており、これによってＲＣ連続壁２６によって囲まれた軟弱地盤１２内の圧力を一定に保つことができる。また、開閉弁２５の開放操作時には、軟弱地盤１２に注入された水を開閉弁２５に接続された排出管２７を介して、外部に設けられた排水タンク２９に排出することができる。スタンドパイプ２０の上端部にはフィルター（不図示）が取り付けられており、これによって水と一緒に土砂が排出されることを防いでいる。
【００４０】
また、軟弱地盤３２の地表面には、地震時のＰ波を検知する地震計３０が置かれている。地震計３０は制御装置２４につながれており、制御装置２４は、地震計３０から送られてくるＰ波のデータからポンプ２２を作動させるか否かの判断を行い、ポンプ２２のオン・オフをコントロールする。
【００４１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る免震構造１０及び免震装置１１の作用及び効果について説明する。
【００４２】
図１に示すように、地震が発生し、地震計３０がＰ波を検知すると、そのＰ波の大きさによって、制御装置２４が、ポンプ２２を作動させるか否かの判断を行う。
【００４３】
ある値以上の大きさのＰ波を検知した場合には、ポンプ２２を作動し、貯水タンク２３の水をスタンドパイプ２０に加圧注入する。そして、スタンドパイプ２０内の水圧を上昇させ、スタンドパイプ２０の下端部に設けられた噴出口２０Ａから加圧された水を噴出させる。これによって、ＲＣ連続壁２６によって囲まれた軟弱地盤１２内の水圧、すなわち間隙水圧が上昇し、強制的に軟弱地盤１２が液状化される。液状化が完了した後、軟弱地盤１２内の水圧が低下しないように、ポンプ２２とスタンドパイプ２０の間に設けられた開閉弁２５を遮断操作した後にポンプ２２を止める。
【００４４】
これにより、所定の地震力を超える入力があったときに、集合住宅１４を支持する軟弱地盤１２を確実に液状化させることで免震効果を発揮し、集合住宅１４への地震入力を低減することができる。
【００４５】
また、地震力の大小を問わず、必要なときに強制的に軟弱地盤１２を液状化して集合住宅１４への地震入力を低減できるので、集合住宅１４の強度を落とした設計を可能とし、建設コストを削減できる。
【００４６】
また、軟弱地盤１２は、ＲＣ連続壁２６、硬質地盤１８、不透水層２８、地盤改良層１６によって囲まれ、概ね密閉された状態になっている。よって、液状化の際に発生する過剰間隙水圧がすぐに消散してしまうことを防げるので、より確実に液状化することができ、さらには液状化を早めることができる。
【００４７】
また、Ｐ波（初動）を検知した時点でポンプ２２を作動させ、Ｓ波（主要動）が到達する前に液状化を開始させることができるので、軟弱地盤１２の液状化が遅れて発生することを防ぐことができる。
【００４８】
地震が止んだ後は、ポンプ２２とスタンドパイプ２０の間に設けられた開閉弁２５を開放操作すると、軟弱地盤１２内の上昇した圧力により、ポンプ２２によって注入した分の水が自然に排水タンク２９に排出され、過剰間隙水圧が消散して軟弱地盤１２は元の状態に戻る。
【００４９】
このように、ポンプ２２によって注入した分の水が排出されるので、過剰間隙水圧が消散した後に地盤は沈下しないが、もしもポンプ２２によって注入した分の水の量よりも多くの量の水を排出してしまった場合であっても、地盤改良層１６を設けることによって軟弱地盤１２Ａの層の厚さを小さくしているので、必要以上に集合住宅１４が沈下することを防ぐことができる。
【００５０】
なお、地盤改良層１６は、ソイルセメント系改良体、サンドコンパクションパイル工法等により締固めた砂等が考えられるが、これに限るものではなく、液状化を防止できる地盤改良材であればよい。
【００５１】
また、軟弱地盤１２を囲む遮水層としてＲＣ連続壁２６を示したが、遮水性を有するものであればよく、ソイルセメント壁、鋼矢板壁、鋼管矢板壁等を用いてもよい。
【００５２】
また、地下水位付近に形成された不透水層２８は、ＲＣ連続壁２６によって囲まれた軟弱地盤１２内の水圧上昇時に圧力が逃げないようし、軟弱地盤１２の密閉性をより高め、効果的に水圧を上昇させるものであるが、不透水層２８がなくても液状化を確実に発生させることができる。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態の免震構造３４及び免震装置３５について説明する。
【００５４】
第２の実施形態は、第１の実施形態において、ＲＣ連続壁２６の下端部の位置に不透水層が形成されているものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００５５】
図２には、本実施形態の免震構造３４及び免震装置３５が示されている。集合住宅１４の周囲を取り囲むように、遮水層としてのＲＣ連続壁２６が構築されており、このＲＣ連続壁２６の下端部は不透水層３６に達している。そして、このＲＣ連続壁２６によって軟弱地盤１２が囲まれている。不透水層３６は、地上から不透水層３６に到達するように略垂直に配管された注入孔３８によって地上から薬液を注入し、軟弱地盤１２を改良することにより形成されている。また、地下水位付近に位置するＲＣ連続壁２６と地盤改良層１６の間の軟弱地盤１２も、薬液注入工法によって遮水性を有する不透水層２８に改良されている。よって、軟弱地盤１２は、ＲＣ連続壁２６、不透水層３６、不透水層２８、地盤改良層１６によって囲まれ、概ね密閉された状態で、ＲＣ連続壁２６の外側の軟弱地盤３２と分断されている。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る免震構造３４及び免震装置３５の作用及び効果について説明する。
【００５７】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができ、また図２に示すように、深い位置に硬質地盤１８が形成され、集合住宅１４の下方の軟弱地盤層が厚い場合においても、不透水層３６を形成することにより、地盤改良層１６の厚さを大きくしなくても液状化させる軟弱地盤１２Ａの層厚を小さくできる。
【００５８】
これにより、地震が止んだ後に、もしもポンプ２２によって注入した分の水の量よりも多くの量の水を排出してしまった場合であっても、不透水層３６及び地盤改良層１６を設けることによって軟弱地盤１２Ａの層の厚さを小さくしているので、必要以上に集合住宅１４が沈下することを防ぐことができる。
【００５９】
次に、本発明の第３の実施形態の免震構造４０及び免震装置４１について説明する。
【００６０】
第３の実施形態は、第１の実施形態において、集合住宅１４が載る支持部が設けられたものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００６１】
図３には、本実施形態の免震構造４０及び免震装置４１が示されている。集合住宅１４が、支持部としての高剛性を有する１階の梁４４上に載せられている。梁４４の両端は集合住宅１４の外側に張り出す張出部４２を備えている。そして、張出部４２と地盤改良層１６上面との間に鉛直振動を吸収する油圧ダンパー４６が設けられている。また、この油圧ダンパー４６は、鉛直方向に伸縮する油圧ジャッキ（不図示）と交換可能になっている。
【００６２】
次に、本発明の第３の実施形態に係る免震構造４０及び免震装置４１の作用及び効果について説明する。
【００６３】
第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また図３に示すように、地震動により、液状化した軟弱地盤１２上の集合住宅１４がロッキングを起こすような場合においては、油圧ダンパー４６が鉛直振動を減衰するので、集合住宅１４のロッキングを低減することができる。
【００６４】
軟弱地盤１２の液状化によって、集合住宅１４が傾斜した場合には、軟弱地盤１２の支持力が回復した後に油圧ダンパー４６を外して、油圧ジャッキと交換する。そして、地盤改良層１６を反力にして油圧ジャッキをジャッキアップさせ、集合住宅１４の傾斜を修正することができる。
【００６５】
なお、ダンパーとして、油圧ダンパー４６を示したが、鉛直振動を減衰できるものであればよく、金属系ダンパー、粘弾性系ダンパー、防振ゴム等を用いてもよい。
【００６６】
また、ジャッキとして、油圧ジャッキを示したが、集合住宅１４を持ち上げて高さ調整ができるものであればよい。
【００６７】
なお、第１〜第３の実施形態では、集合住宅１４の直下に地盤改良層１６を形成することによって軟弱地盤１２Ａの層の厚さを小さくし、必要以上に集合住宅１４が沈下することを防ぐ例を示したが、集合住宅１４に設けられた地下部や基礎部の根入れ量によって、軟弱地盤１２Ａの層の厚さを調整してもよいし、もともと軟弱地盤１２の厚さが小さい場合には、地盤改良層１６を形成しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る免震構造及び免震装置を示す説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る免震構造及び免震装置を示す説明図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る免震構造及び免震装置を示す説明図である。
【図４】従来の地盤免震構造を示す概略図である。
【図５】従来の免震構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 免震構造
１１ 免震装置
１２ 軟弱地盤
１４ 集合住宅（構造物）
１６ 地盤改良層
１８ 硬質地盤
２０ スタンドパイプ（加圧手段）
２２ ポンプ（加圧手段）
２３ 貯水タンク（加圧手段）
２６ ＲＣ連続壁（遮水層）
３０ 地震計
３４ 免震構造
３５ 免震装置
３６ 不透水層
４０ 免震構造
４１ 免震装置
４２ 張出部
４４ 梁（支持部）
４６ 油圧ダンパー（ダンパー）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を強制的に液状化させることで免震効果を発揮する免震構造及び免震装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋立地や沖積の河川堆積地盤では比較的緩い砂が堆積していることが多いため、地震時に地盤が液状化して地盤の沈下や噴砂・噴水現象などが起こることがある。このような液状化の可能性のある地盤に直接基礎建物を建築すると、地震時には液状化によって地盤の支持力が喪失するので、建物の沈下や建物が傾斜するなどの被害が生じてしまう。
【０００３】
このため、従来は、建物直下の地盤に対して、液状化の可能性のある地層の全てについて地盤改良などを行い、地盤の強度を増加させて建物の被害を防止する工法が採用されてきた。
【０００４】
一方、液状化の可能性のある地盤や軟弱な粘性土地盤では、地震時に地盤の非線形性が顕著に現れるので、地盤のせん断ひずみが大きくなると共に減衰も大きくなる。この減衰は、地震による繰返しせん断に伴う地盤の履歴減衰であり、液状化するような地盤では発生するひずみも大きいので履歴減衰も大きくなる。
【０００５】
よって、地盤の深部から入力される地震動が地表に伝わりにくくなる。つまり、地盤の液状化によって、地中部よりも地表の方が揺れにくくなるわけである。
【０００６】
そして、この地盤の液状化の減衰効果により、地中部の振動加速度よりも地表の振動加速度の方が小さくなることは、阪神大震災の観測記録からも確認されている。
【０００７】
そこで、地盤の液状化を利用した免震構造が提案されてきている。
【０００８】
特許文献１の地盤免震構造２００では、図４に示すように、硬質地盤２０２上の軟弱地盤２０４上に構造物２０６が設けられており、この構造物２０６の下方の軟弱地盤２０４が、未改良部分２０８を残すように地盤改良体２１０によって改良されている。
【０００９】
よって、地震によって軟弱地盤２０４が液状化すると、履歴減衰を引き起こし、構造物２０６に対して免震効果を発揮することができる。
【００１０】
しかし、特許文献１は、強制的に液状化を発生させるものではなく、自然に液状化するものなので、地震によって確実に液状化する確証はない。よって、液状化を想定して構造物の強度設計を行うことは難しい。
【００１１】
特許文献２の免震構造２１２では、図５に示すように、支持地盤２１８上に建物２１６を支持する基礎杭２１４が設けられており、支持地盤２１８と建物２１６の間の地盤２２０中に、飽和した砂質土層２２２が形成されている。そして、開閉弁２２８を介して圧縮空気貯蔵タンク２３２に接続されている噴射管２３０が基礎杭２１４に沿って配管され、この噴射管２３０の噴射口２３４が砂質土層２２２と接する位置に設けられている。
【００１２】
地震時には、地震計２２４からの信号により制御装置２２６が開閉弁２２８を開放して圧縮空気を噴射管２３０の噴射口２３４から噴射させ、この圧力で飽和した砂質土層２２２を強制的に液状化させて液状化層２３６を形成する。
【００１３】
よって、この液状化層２３６が土の持っているせん断剛性を大幅に低減し、地盤２２０内を伝搬する鉛直上方への地震動を抑制することができる。
【００１４】
しかし、特許文献２の砂質土層２２２は、透水性の小さなもので囲まれてはいないので、砂質土層２２２内に圧力をかけても、発生する過剰間隙水圧がすぐに消散してしまうことが危惧される。
【００１５】
また、建物２１６は基礎杭２１４によって支持されているので、支持地盤２１８から基礎杭２１４に伝わったり、砂質土層２２２以外の地盤２２０から基礎杭２１４に伝わる地震動が建物２１６に伝搬してしまうことも考えられる。
【特許文献１】特開２００３−２０６５９号公報
【特許文献２】特開平６−１０８４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は係る事実を考慮し、所定の地震力を超える入力があったときに、地盤を確実に液状化させ、免震効果を発揮する免震構造及び免震装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１に記載の発明は、軟弱地盤上の構造物の周囲を取り囲んで、前記軟弱地盤を囲み、硬質地盤又は不透水層に到達する遮水層と、前記遮水層によって囲まれた前記軟弱地盤内の水圧を上昇させる加圧手段と、を有することを特徴としている。
【００１８】
請求項１に記載の発明では、軟弱地盤上の構造物の周囲を取り囲んで、軟弱地盤を囲む遮水層が、硬質地盤又は不透水層に到達している。そして、遮水層によって囲まれた軟弱地盤内の水圧を加圧手段により上昇させる。
【００１９】
これにより、所定の地震力を超える入力があったときに、構造物を支持する軟弱地盤を確実に液状化させることができ、免震効果を発揮して構造物への地震入力を低減することができる。
【００２０】
また、地震力の大小を問わず、必要なときに強制的に軟弱地盤を液状化して構造物への地震入力を低減できるので、構造物の強度を落とした設計を可能とし、建設コストを削減できる。
【００２１】
また、軟弱地盤は、構造物、遮水層、及び硬質地盤若しくは不透水層によって囲まれているので、液状化の際に発生する過剰間隙水圧がすぐに消散してしまうことを防ぐことができる。よって、より確実に液状化することができ、さらには液状化を早めることができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、前記構造物と、前記硬質地盤又は前記不透水層との間に前記軟弱地盤の層を残すように、前記構造物の地下部、又は前記構造物の基礎部が設けられている、ことを特徴としている。
【００２３】
請求項２に記載の発明では、構造物に、地下部又は基礎部が設けられている。但し、この構造物の地下部又は基礎部は、構造物と硬質地盤又は不透水層との間に軟弱地盤の層を残すように設けられている。
【００２４】
これにより、地下部又は基礎部を設けない場合に比べて、構造物を支持する軟弱地盤の層の厚さが小さくなる。よって、地震が止んだ後、上昇した軟弱地盤の水圧を元に戻して軟弱地盤内の過剰間隙水圧が消散したときに、必要以上に構造物が沈下することを防ぐことができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、前記構造物と、前記硬質地盤又は前記不透水層との間に前記軟弱地盤の層を残すように、前記軟弱地盤の地盤改良層が設けられている、ことを特徴としている。
【００２６】
請求項３に記載の発明では、軟弱地盤の地盤改良層が設けられている。但し、この地盤改良層は、構造物と硬質地盤又は不透水層との間に軟弱地盤の層を残すように設けられている。
【００２７】
これにより、地盤改良層を設けない場合に比べて、構造物を支持する軟弱地盤の層の厚さが小さくなる。よって、地震が止んだ後、上昇した軟弱地盤の水圧を元に戻して軟弱地盤内の過剰間隙水圧が消散したときに、必要以上に構造物が沈下することを防ぐことができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、前記構造物が載せられ、構造物の外へ張り出す張出部を備えた支持部と、前記張出部と前記地盤改良層との間に設けられた、鉛直振動を吸収するダンパーと、を有し、前記ダンパーが、鉛直方向に伸縮するジャッキと交換可能である、ことを特徴としている。
【００２９】
請求項４に記載の発明では、支持部の上に構造物が載せられている。そして、この支持部に備えられた張出部が、構造物の外へ張り出している。また、軟弱地盤の地盤改良層と張出部の間に、鉛直振動を吸収するダンパーが設けられている。さらに、このダンパーは、鉛直方向に伸縮可能なジャッキと交換可能である。
【００３０】
これにより、地震動により発生する、液状化した軟弱地盤上の構造物のロッキングが、ダンパーによって低減される。また、構造物が傾斜した場合には、ジャッキと交換し、構造物をジャッキアップすることによって構造物の傾斜を修正することができる。
【００３１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れかの免震構造に地震計が設けられ、前記地震計が地震時のＰ波を検知したときに、前記遮水層によって囲まれた前記軟弱地盤内の水圧を前記加圧手段により上昇させる、ことを特徴としている。
【００３２】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４の何れかの免震構造に地震計が設けられている。そして、地震計が、地震時のＰ波を検知したときに、加圧手段を作動させ、遮水層によって囲まれた軟弱地盤内の水圧を上昇させる。
【００３３】
これにより、主要動のＳ波が到達したときに、地盤を確実に液状化させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は上記構成としたので、所定の地震力を超える入力があったときに、地盤を確実に液状化させ、免震効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る免震構造及び免震装置を説明する。なお、本実施形態では、ＲＣ造の集合住宅の例を説明するが、あらゆる建物への適用が可能である。
【００３６】
まず、本発明の第１の実施形態の免震構造１０及び免震装置１１について説明する。図１には、本実施形態の免震構造１０及び免震装置１１が示されている。
【００３７】
硬質地盤１８の上層にある軟弱地盤１２上に、構造物としてのＲＣ造の集合住宅１４が、直接基礎によって支持されている。また、集合住宅１４の直下には、液状化を防止する地盤改良層１６が形成されている。地盤改良層１６と硬質地盤１８の間には、軟弱地盤１２Ａが未改良層として残されている。
【００３８】
集合住宅１４の周囲を取り囲むように、遮水層としてのＲＣ連続壁２６が構築されており、このＲＣ連続壁２６の下端部は硬質地盤１８に到達している。そして、このＲＣ連続壁２６によって軟弱地盤１２が囲まれている。また、地下水位付近に位置する、ＲＣ連続壁２６と地盤改良層１６の間の軟弱地盤１２は、薬液注入工法によって遮水性を有する不透水層２８に改良されている。よって、軟弱地盤１２は、ＲＣ連続壁２６、硬質地盤１８、不透水層２８、地盤改良層１６によって囲まれ、概ね密閉された状態で、ＲＣ連続壁２６の外側の軟弱地盤３２と分断されている。
【００３９】
また、スタンドパイプ２０が、地上から未改良の軟弱地盤１２Ａの層に向って略垂直に配管されている。スタンドパイプ２０の下端部には噴出口２０Ａが、未改良の軟弱地盤１２Ａの層と接する位置に設けられている。また、スタンドパイプ２０の上端部は、ポンプ２２に接続されており、このポンプ２２を作動させることによって、集合住宅１４の屋上に設けられた貯水タンク２３の水をスタンドパイプ２０に加圧注入し、スタンドパイプ２０内の水圧を上昇させ、スタンドパイプ２０の先端部に設けられた噴出口２０Ａから加圧された水を噴出させる。また、ポンプ２２とスタンドパイプ２０の上端部との間には、三叉の開閉弁２５が設けられており、この開閉弁２５の切り替えによって、ポンプ２２とスタンドパイプ２０との間の接続、遮断、開放の操作を行うことができる。開閉弁２５の遮断操作時には、スタンドパイプ２０と地上の外気との接続も断たれるようになっており、これによってＲＣ連続壁２６によって囲まれた軟弱地盤１２内の圧力を一定に保つことができる。また、開閉弁２５の開放操作時には、軟弱地盤１２に注入された水を開閉弁２５に接続された排出管２７を介して、外部に設けられた排水タンク２９に排出することができる。スタンドパイプ２０の上端部にはフィルター（不図示）が取り付けられており、これによって水と一緒に土砂が排出されることを防いでいる。
【００４０】
また、軟弱地盤３２の地表面には、地震時のＰ波を検知する地震計３０が置かれている。地震計３０は制御装置２４につながれており、制御装置２４は、地震計３０から送られてくるＰ波のデータからポンプ２２を作動させるか否かの判断を行い、ポンプ２２のオン・オフをコントロールする。
【００４１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る免震構造１０及び免震装置１１の作用及び効果について説明する。
【００４２】
図１に示すように、地震が発生し、地震計３０がＰ波を検知すると、そのＰ波の大きさによって、制御装置２４が、ポンプ２２を作動させるか否かの判断を行う。
【００４３】
ある値以上の大きさのＰ波を検知した場合には、ポンプ２２を作動し、貯水タンク２３の水をスタンドパイプ２０に加圧注入する。そして、スタンドパイプ２０内の水圧を上昇させ、スタンドパイプ２０の下端部に設けられた噴出口２０Ａから加圧された水を噴出させる。これによって、ＲＣ連続壁２６によって囲まれた軟弱地盤１２内の水圧、すなわち間隙水圧が上昇し、強制的に軟弱地盤１２が液状化される。液状化が完了した後、軟弱地盤１２内の水圧が低下しないように、ポンプ２２とスタンドパイプ２０の間に設けられた開閉弁２５を遮断操作した後にポンプ２２を止める。
【００４４】
これにより、所定の地震力を超える入力があったときに、集合住宅１４を支持する軟弱地盤１２を確実に液状化させることで免震効果を発揮し、集合住宅１４への地震入力を低減することができる。
【００４５】
また、地震力の大小を問わず、必要なときに強制的に軟弱地盤１２を液状化して集合住宅１４への地震入力を低減できるので、集合住宅１４の強度を落とした設計を可能とし、建設コストを削減できる。
【００４６】
また、軟弱地盤１２は、ＲＣ連続壁２６、硬質地盤１８、不透水層２８、地盤改良層１６によって囲まれ、概ね密閉された状態になっている。よって、液状化の際に発生する過剰間隙水圧がすぐに消散してしまうことを防げるので、より確実に液状化することができ、さらには液状化を早めることができる。
【００４７】
また、Ｐ波（初動）を検知した時点でポンプ２２を作動させ、Ｓ波（主要動）が到達する前に液状化を開始させることができるので、軟弱地盤１２の液状化が遅れて発生することを防ぐことができる。
【００４８】
地震が止んだ後は、ポンプ２２とスタンドパイプ２０の間に設けられた開閉弁２５を開放操作すると、軟弱地盤１２内の上昇した圧力により、ポンプ２２によって注入した分の水が自然に排水タンク２９に排出され、過剰間隙水圧が消散して軟弱地盤１２は元の状態に戻る。
【００４９】
このように、ポンプ２２によって注入した分の水が排出されるので、過剰間隙水圧が消散した後に地盤は沈下しないが、もしもポンプ２２によって注入した分の水の量よりも多くの量の水を排出してしまった場合であっても、地盤改良層１６を設けることによって軟弱地盤１２Ａの層の厚さを小さくしているので、必要以上に集合住宅１４が沈下することを防ぐことができる。
【００５０】
なお、地盤改良層１６は、ソイルセメント系改良体、サンドコンパクションパイル工法等により締固めた砂等が考えられるが、これに限るものではなく、液状化を防止できる地盤改良材であればよい。
【００５１】
また、軟弱地盤１２を囲む遮水層としてＲＣ連続壁２６を示したが、遮水性を有するものであればよく、ソイルセメント壁、鋼矢板壁、鋼管矢板壁等を用いてもよい。
【００５２】
また、地下水位付近に形成された不透水層２８は、ＲＣ連続壁２６によって囲まれた軟弱地盤１２内の水圧上昇時に圧力が逃げないようし、軟弱地盤１２の密閉性をより高め、効果的に水圧を上昇させるものであるが、不透水層２８がなくても液状化を確実に発生させることができる。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態の免震構造３４及び免震装置３５について説明する。
【００５４】
第２の実施形態は、第１の実施形態において、ＲＣ連続壁２６の下端部の位置に不透水層が形成されているものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００５５】
図２には、本実施形態の免震構造３４及び免震装置３５が示されている。集合住宅１４の周囲を取り囲むように、遮水層としてのＲＣ連続壁２６が構築されており、このＲＣ連続壁２６の下端部は不透水層３６に達している。そして、このＲＣ連続壁２６によって軟弱地盤１２が囲まれている。不透水層３６は、地上から不透水層３６に到達するように略垂直に配管された注入孔３８によって地上から薬液を注入し、軟弱地盤１２を改良することにより形成されている。また、地下水位付近に位置するＲＣ連続壁２６と地盤改良層１６の間の軟弱地盤１２も、薬液注入工法によって遮水性を有する不透水層２８に改良されている。よって、軟弱地盤１２は、ＲＣ連続壁２６、不透水層３６、不透水層２８、地盤改良層１６によって囲まれ、概ね密閉された状態で、ＲＣ連続壁２６の外側の軟弱地盤３２と分断されている。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る免震構造３４及び免震装置３５の作用及び効果について説明する。
【００５７】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができ、また図２に示すように、深い位置に硬質地盤１８が形成され、集合住宅１４の下方の軟弱地盤層が厚い場合においても、不透水層３６を形成することにより、地盤改良層１６の厚さを大きくしなくても液状化させる軟弱地盤１２Ａの層厚を小さくできる。
【００５８】
これにより、地震が止んだ後に、もしもポンプ２２によって注入した分の水の量よりも多くの量の水を排出してしまった場合であっても、不透水層３６及び地盤改良層１６を設けることによって軟弱地盤１２Ａの層の厚さを小さくしているので、必要以上に集合住宅１４が沈下することを防ぐことができる。
【００５９】
次に、本発明の第３の実施形態の免震構造４０及び免震装置４１について説明する。
【００６０】
第３の実施形態は、第１の実施形態において、集合住宅１４が載る支持部が設けられたものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００６１】
図３には、本実施形態の免震構造４０及び免震装置４１が示されている。集合住宅１４が、支持部としての高剛性を有する１階の梁４４上に載せられている。梁４４の両端は集合住宅１４の外側に張り出す張出部４２を備えている。そして、張出部４２と地盤改良層１６上面との間に鉛直振動を吸収する油圧ダンパー４６が設けられている。また、この油圧ダンパー４６は、鉛直方向に伸縮する油圧ジャッキ（不図示）と交換可能になっている。
【００６２】
次に、本発明の第３の実施形態に係る免震構造４０及び免震装置４１の作用及び効果について説明する。
【００６３】
第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また図３に示すように、地震動により、液状化した軟弱地盤１２上の集合住宅１４がロッキングを起こすような場合においては、油圧ダンパー４６が鉛直振動を減衰するので、集合住宅１４のロッキングを低減することができる。
【００６４】
軟弱地盤１２の液状化によって、集合住宅１４が傾斜した場合には、軟弱地盤１２の支持力が回復した後に油圧ダンパー４６を外して、油圧ジャッキと交換する。そして、地盤改良層１６を反力にして油圧ジャッキをジャッキアップさせ、集合住宅１４の傾斜を修正することができる。
【００６５】
なお、ダンパーとして、油圧ダンパー４６を示したが、鉛直振動を減衰できるものであればよく、金属系ダンパー、粘弾性系ダンパー、防振ゴム等を用いてもよい。
【００６６】
また、ジャッキとして、油圧ジャッキを示したが、集合住宅１４を持ち上げて高さ調整ができるものであればよい。
【００６７】
なお、第１〜第３の実施形態では、集合住宅１４の直下に地盤改良層１６を形成することによって軟弱地盤１２Ａの層の厚さを小さくし、必要以上に集合住宅１４が沈下することを防ぐ例を示したが、集合住宅１４に設けられた地下部や基礎部の根入れ量によって、軟弱地盤１２Ａの層の厚さを調整してもよいし、もともと軟弱地盤１２の厚さが小さい場合には、地盤改良層１６を形成しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る免震構造及び免震装置を示す説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る免震構造及び免震装置を示す説明図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る免震構造及び免震装置を示す説明図である。
【図４】従来の地盤免震構造を示す概略図である。
【図５】従来の免震構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 免震構造
１１ 免震装置
１２ 軟弱地盤
１４ 集合住宅（構造物）
１６ 地盤改良層
１８ 硬質地盤
２０ スタンドパイプ（加圧手段）
２２ ポンプ（加圧手段）
２３ 貯水タンク（加圧手段）
２６ ＲＣ連続壁（遮水層）
３０ 地震計
３４ 免震構造
３５ 免震装置
３６ 不透水層
４０ 免震構造
４１ 免震装置
４２ 張出部
４４ 梁（支持部）
４６ 油圧ダンパー（ダンパー）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱地盤上の構造物の周囲を取り囲んで、前記軟弱地盤を囲み、硬質地盤又は不透水層に到達する遮水層と、
前記遮水層によって囲まれた前記軟弱地盤内の水圧を上昇させる加圧手段と、
を有することを特徴とする免震構造。
【請求項２】
前記構造物と、前記硬質地盤又は前記不透水層との間に前記軟弱地盤の層を残すように、前記構造物の地下部、又は前記構造物の基礎部が設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の免震構造。
【請求項３】
前記構造物と、前記硬質地盤又は前記不透水層との間に前記軟弱地盤の層を残すように、前記軟弱地盤の地盤改良層が設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の免震構造。
【請求項４】
前記構造物が載せられ、構造物の外へ張り出す張出部を備えた支持部と、
前記張出部と前記地盤改良層との間に設けられた、鉛直振動を吸収するダンパーと、
を有し、
前記ダンパーが、鉛直方向に伸縮するジャッキと交換可能である、
ことを特徴とする請求項３に記載の免震構造。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかの免震構造に地震計が設けられ、
前記地震計が地震時のＰ波を検知したときに、
前記遮水層によって囲まれた前記軟弱地盤内の水圧を前記加圧手段により上昇させる、
ことを特徴とする免震装置。
【請求項１】
軟弱地盤上の構造物の周囲を取り囲んで、前記軟弱地盤を囲み、硬質地盤又は不透水層に到達する遮水層と、
前記遮水層によって囲まれた前記軟弱地盤内の水圧を上昇させる加圧手段と、
を有することを特徴とする免震構造。
【請求項２】
前記構造物と、前記硬質地盤又は前記不透水層との間に前記軟弱地盤の層を残すように、前記構造物の地下部、又は前記構造物の基礎部が設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の免震構造。
【請求項３】
前記構造物と、前記硬質地盤又は前記不透水層との間に前記軟弱地盤の層を残すように、前記軟弱地盤の地盤改良層が設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の免震構造。
【請求項４】
前記構造物が載せられ、構造物の外へ張り出す張出部を備えた支持部と、
前記張出部と前記地盤改良層との間に設けられた、鉛直振動を吸収するダンパーと、
を有し、
前記ダンパーが、鉛直方向に伸縮するジャッキと交換可能である、
ことを特徴とする請求項３に記載の免震構造。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかの免震構造に地震計が設けられ、
前記地震計が地震時のＰ波を検知したときに、
前記遮水層によって囲まれた前記軟弱地盤内の水圧を前記加圧手段により上昇させる、
ことを特徴とする免震装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２４７１６５（Ｐ２００７−２４７１６５Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６８６４０（Ｐ２００６−６８６４０）
【出願日】平成１８年３月１４日（２００６．３．１４）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１４日（２００６．３．１４）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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