地盤改良構造
【課題】地中壁内部の地盤の上下動によるせん断変形を抑えると共に地盤の液状化を抑えることができる地盤改良構造体を得る。
【解決手段】地盤改良構造１０は、地盤１２を囲む地中壁２０と、軟弱地盤１８上に配置され軟弱地盤１８よりも高い剛性を有し地中壁２０の内側を覆う変形抑止板２２と、地中壁２０の内面と変形抑止板２２の隙間を埋める目地部材２４と、を有している。ここで、地震時には、鉛直荷重が変形抑止板２２を介して軟弱地盤１８に伝達されるので、軟弱地盤１８上層の有効応力が増加して軟弱地盤１８の上下への動きが拘束される。さらに、変形抑止板２２によって軟弱地盤１８表層の剛性が軟弱地盤１８よりも高くなっているので、地震時には、水平力が、変形抑止板２２から目地部材２４を介して地中壁２０へ伝達される。これにより、軟弱地盤１８のせん断変形及び液状化を抑えることができる。
【解決手段】地盤改良構造１０は、地盤１２を囲む地中壁２０と、軟弱地盤１８上に配置され軟弱地盤１８よりも高い剛性を有し地中壁２０の内側を覆う変形抑止板２２と、地中壁２０の内面と変形抑止板２２の隙間を埋める目地部材２４と、を有している。ここで、地震時には、鉛直荷重が変形抑止板２２を介して軟弱地盤１８に伝達されるので、軟弱地盤１８上層の有効応力が増加して軟弱地盤１８の上下への動きが拘束される。さらに、変形抑止板２２によって軟弱地盤１８表層の剛性が軟弱地盤１８よりも高くなっているので、地震時には、水平力が、変形抑止板２２から目地部材２４を介して地中壁２０へ伝達される。これにより、軟弱地盤１８のせん断変形及び液状化を抑えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤の液状化対策として、地盤中に立設した地中壁の間に斜め方向の壁体を設けたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１の液状化対策構造は、縦方向に設けられた地中壁の間に筋違状に斜め方向の壁体を設けた構造となっている。これにより、特許文献１の液状化対策構造では、斜め方向の壁体により縦方向の地中壁を支えて変形を抑制している。
【０００４】
しかし、特許文献１の液状化対策構造では、地盤の上下方向の動きを抑制する手段が無いので、地震によって地盤の表層部分が上下動したときに、地盤の拘束が不十分となり、液状化が発生することになる。
【０００５】
一方、特許文献２の液状化対策構造は、縦方向に設けられた地中壁の間にＶ字状の壁体を設け、さらに、Ｖ字状の壁体で囲まれた地盤の表層に水平方向に広がる表層固化版を設けている。これにより、特許文献２の液状化対策構造では、Ｖ字状の壁体により縦方向の地中壁を支えて変形を抑制すると共に、表層固化版によりＶ字状の壁体で囲まれた地盤の上下動を抑えて拘束力を高めている。
【０００６】
しかし、特許文献２の液状化対策構造では、表層固化版が地中壁に剛結されているため、地震時に地盤が僅かでも沈下したり、常時に地盤沈下が生じた場合、表層固化版（及び構造物）による上載荷重が地中壁内側の地盤に作用しなくなり（伝わらなくなり）、地盤に作用する有効応力が低下して、液状化が発生し易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３１１６３８
【特許文献２】特開平９−３２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、地中壁内部の地盤の上下動によるせん断変形を抑えると共に地盤の液状化を抑えることができる地盤改良構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る地盤改良構造は、地盤を囲む地中壁と、地盤上に配置され、地盤よりも高い剛性を有し、前記地中壁の内側を覆う剛性板と、前記地中壁の内面と前記剛性板との間の隙間を塞ぐ目地部材と、を有する。
【００１０】
上記構成によれば、地中壁と剛性板との間の隙間に目地部材を設けることで、地中壁と剛性板との間に生じる引張応力や温度膨張差による破損を防止することができる。また、目地部材と地中壁と剛性板とによって門型の変形抑止壁が形成されており、地震時にも、鉛直荷重が剛性板を介して地盤に伝達されるので、地盤上層の有効応力を維持し、門型の変形抑止壁によって地盤の上下への動きが拘束され、拘束された地盤のせん断変形が抑えられる。
【００１１】
さらに、剛性板によって地盤表層の剛性が地盤よりも高くなっているので、地震時には、水平力が剛性板から地中壁へ目地部材を介して伝達され、地盤のせん断変形が抑えられる。これにより、地盤の液状化を抑えることができる。
【００１２】
本発明の請求項２に係る地盤改良構造は、前記目地部材は、透水性を有する袋体と、前記袋体に詰められた粒状体と、を備える。この構成によれば、目地部材にせん断力が作用したとき、粒状体の充填状態が変化して袋体の体積が膨張する。これにより、剛性板の両端部の動作を拘束して、剛性板の傾きを抑えることができる。さらに、目地部材によって地中壁と剛性板との隙間が塞がれているので、噴砂による地盤の流出を防ぎ、余剰な間隙水圧を消散させることができる。
【００１３】
本発明の請求項３に係る地盤改良構造は、前記剛性板に形成された貫通孔に挿通され地盤中に設けられた杭と、前記剛性板の上方で前記杭に固定された受け部材と、前記剛性板と前記受け部材に固定され前記剛性板の上昇時及び下降時に前記剛性板に反力を作用させる弾性体と、を有する。この構成によれば、地震時に剛性板が浮き上がるとき、または沈下するとき、弾性体の反力によって剛性板が元の位置に戻される。これにより、剛性板の変位を抑えることができる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る地盤改良構造は、前記剛性板が、セメント系の表層改良体である。この構成によれば、剛性板の剛性を高めることができる。
【００１５】
本発明の請求項５に係る地盤改良構造は、前記剛性板が、前記地中壁の間に構築された建物の根入れ部と、前記根入れ部の下部に設けられた前記建物の基礎梁とで構成されている。この構成によれば、建物の根入れ部と基礎梁が剛性板となるので、別途剛性板を設ける必要がなくなる。また、建物の自重により地盤の有効応力を増加させることができる。
【００１６】
本発明の請求項６に係る地盤改良構造は、前記剛性板が、前記地中壁の間に構築された地中構造物の躯体である。この構成によれば、地中構造物の躯体が剛性板となるので、別途剛性板を設ける必要がなくなる。また、地中構造物とその上部の土の自重により地盤の有効応力を保持することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、上記構成としたので、地中壁内部の地盤の上下動によるせん断変形を抑えると共に地盤の液状化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る地盤改良構造の全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る地盤改良構造の目地材周辺の断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）本発明の第１実施形態に係る地中壁のみの地盤に地震による慣性力が作用したときの状態を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る地中壁のみの地盤で地中壁の間隔を変えたときの地盤の液状化状態の変化を示す説明図である。
【図５】（ａ）地中壁と上載板の間に隙間がある構造における地盤の液状化発生状態を示す模式図である。（ｂ）地中壁と上載板が連結された構造における地盤の液状化発生状態を示す模式図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）本発明の第１実施形態に係る地盤改良構造における目地材の作用を示す断面図である。
【図７】（ａ）本発明の第２実施形態に係る地盤改良構造の全体構成図である。（ｂ）本発明の第２実施形態に係る地盤改良構造の部分構成図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）本発明の第２実施形態に係る地盤改良構造の受け部材及び弾性体による剛性板の傾斜抑制状態を示す部分断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る地盤改良構造の他の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る地盤改良構造の全体構成図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る地盤改良構造の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の地盤改良構造の第１実施形態を図面に基づき説明する。図１には、地盤１２に設けられた地盤改良構造１０と、地盤１２上に構築された構造物としての建物１４が示されている。地盤１２は、不透水層としての硬質地盤１６と、硬質地盤１６の上層にあり液状化する可能性のある軟弱地盤１８とで構成されている。
【００２０】
地盤改良構造１０は、建物１４を取り囲んで地盤１２中に立設された地中壁２０と、地中壁２０の内側の軟弱地盤１８上（表層）に配置され、軟弱地盤１８よりも剛性の高い剛性板としての変形抑止板２２と、地中壁２０の内面と変形抑止板２２との隙間を塞ぐ目地部材２４とを有している。
【００２１】
地中壁２０は、地盤改良体またはＲＣ連続壁からなり、地中壁２０の下端部は硬質地盤１６に到達している。これにより、地中壁２０で囲まれた軟弱地盤１８内部の地盤のせん断変形を抑制している。また、変形抑止板２２は、セメント系の表層改良体であり、地中壁２０と隙間をあけて水平配置されている。なお、変形抑止板２２の厚さは、例えば１ｍ〜２ｍの範囲で選択してもよいが、これに限らず、２ｍより厚いものであってもよい。
【００２２】
図２に示すように、目地部材２４は、透水性を有する土嚢袋２６と、土嚢袋２６内に詰められた砂、礫からなる複数の粒径を有する粒状体２８とを備えており、地中壁２０の内面２０Ａと変形抑止板２２の側面２２Ａ（端面）との隙間に複数詰め込まれることにより、この隙間を塞いでいる。
【００２３】
ここで、図１に示すように、地盤改良構造１０は、目地部材２４によって地中壁２０と変形抑止板２２が連結状態とされた門型となっており、建物１４は、変形抑止板２２により軟弱地盤１８上に支持されている。なお、本実施形態における目地部材２４による地中壁２０と変形抑止板２２の連結とは、これらをコンクリート等で一体化するような剛結を意味するものではなく、地中壁２０と変形抑止板２２の隙間を埋めて軟弱地盤１８中の土砂を地上へ流出させにくくすると共に、変形抑止板２２を地中壁２０に対して鉛直方向の相対移動可能に保持することを意味している。
【００２４】
次に、本発明の第１実施形態の地盤改良構造１０との比較例として、地中壁２０のみを設けた場合の地盤１２の状態について説明する。
【００２５】
図３（ａ）、（ｂ）には、地中壁２０のみを設けた地盤１２について、地震による水平方向の慣性力（矢印Ａ、Ｂ）が作用したときの地盤１２の変位状態を矢印Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３で表している。なお、各矢印Ｃ１〜Ｃ３、Ｄ１〜Ｄ３の大きさ及び方向は、個別要素法による地盤解析で得られたものである。また、左側の地中壁２０を２０Ａ、右側の地中壁２０を２０Ｂとして区別している。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、地震により地盤１２に矢印Ａ方向（図３（ａ）の右方向）の慣性力が作用すると、地中壁２０Ａ近傍の軟弱地盤１８では、矢印Ｃ１方向（図３（ａ）の右下方向）の変位が生じる。また、地中壁２０Ａと地中壁２０Ｂの間の中央の軟弱地盤１８では、矢印Ｃ２方向（図３（ａ）の水平右方向）の変位が生じる。さらに、地中壁２０Ｂ近傍の軟弱地盤１８では、矢印Ｃ３方向（図３（ａ）の右上方向）の変位が生じる。
【００２７】
同様にして、図３（ｂ）に示すように、地震によって地盤１２に矢印Ｂ方向（図３（ｂ）の左方向）の慣性力が作用すると、地中壁２０Ａ近傍の軟弱地盤１８では、矢印Ｄ１方向（図３（ｂ）の左上方向）の変位が生じる。また、地中壁２０Ａと地中壁２０Ｂの間の中央の軟弱地盤１８では、矢印Ｄ２方向（図３（ｂ）の水平左方向）の変位が生じる。さらに、地中壁２０Ｂ近傍の軟弱地盤１８では、矢印Ｄ３方向（図３（ｂ）の左下方向）の変位が生じる。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、地中壁２０Ａと地中壁２０Ｂで囲まれた軟弱地盤１８において、地震により生じる変位量は、地中に比べて表層の方が大きくなっている。これにより、地中壁２０Ａ、２０Ｂの近傍で表層の軟弱地盤１８の剛性は地中に比べて低下することになり、特に破線で囲んだ領域Ｓが剛性低下領域となる。このように、地中壁２０Ａと地中壁２０Ｂを設けたのみの構造では、特に表層において軟弱地盤１８の剛性が低下するが、地中壁２０Ａと地中壁２０Ｂの間の軟弱地盤１８を拘束する手段が無いため、軟弱地盤１８の液状化を防ぐことは難しい。
【００２９】
次に、地盤１２に地中壁２０のみを設けた構造において、地中壁２０の間隔を広げたときの液状化の発生状態の差について説明する。
【００３０】
図４には、地中壁２０の間隔をＷ１、Ｗ２、Ｗ３（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３）と変えたときの個別要素法による軟弱地盤１８の液状化解析結果が示されている。なお、図４において、網がけされた領域Ｌが、過剰間隙水圧が高く液状化状態となっていることを表している。
【００３１】
図４に示すように、地中壁２０の間隔がＷ１、Ｗ２、Ｗ３と大きくなるにつれて、軟弱地盤１８の表層において、液状化領域Ｌが拡大することが分かる。これは、地中壁２０の間隔が広がると、地震のときに軟弱地盤１８の表層部での変位が大きくなって、軟弱地盤１８を拘束する効果が弱まり、結果として軟弱地盤１８の表層で液状化状態が発生することを表している。
【００３２】
次に、軟弱地盤１８上に上載板を載せたときの軟弱地盤１８の液状化状態について説明する。
【００３３】
図５（ａ）には、地中壁２０の間の軟弱地盤１８上に地中壁２０と隙間ｄをあけ、１０ｋＮ／ｍ２の上載板３２を載置した状態で、地震が発生したときの軟弱地盤１８の液状化領域Ｌの分布状態の解析結果が示されている。なお、解析は有限要素法によるものであり、過剰間隙水圧比が高い領域を液状化領域Ｌとしている。
【００３４】
図５（ａ）に示すように、地中壁２０と上載板３２が連結されていない状態では、地震による上載板３２の上下動が拘束されず、さらに隙間ｄから土砂が流出する。このため、軟弱地盤１８が拘束できず、表層の広い範囲で液状化が発生することになる。
【００３５】
一方、図５（ｂ）には、地中壁２０の間の軟弱地盤１８上に地中壁２０と隙間をあけずに１０ｋＮ／ｍ２の上載板３４を載置し連結した状態で、地震が発生したときの軟弱地盤１８の液状化領域Ｌの分布状態の解析結果が示されている。
【００３６】
図５（ｂ）に示すように、地中壁２０と上載板３４が連結されている状態では、地震による上載板３４の上下動を拘束でき、さらに、土砂の流出も防ぐことができる。このため、軟弱地盤１８を拘束して、液状化の発生領域を地中壁２０近傍の一部にとどめることができる。
【００３７】
ここで、図３〜図５で説明したように、地中壁２０の間の軟弱地盤１８上に上載板３４に相当するものを設け、さらに地中壁２０と連結させることにより液状化が抑えられる。このため、本実施形態の地盤改良構造１０（図１参照）では、地中壁２０と変形抑止板２２とを目地部材２４を介して連結させた構造としている。
【００３８】
次に、本発明の第１実施形態の作用について説明する。
【００３９】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、地震により地中壁２０内の軟弱地盤１８が上下動して、変形抑止板２２に矢印Ｆ１方向（下方向）、矢印Ｆ２方向（上方向）の力が作用したとき、目地部材２４は、複数の粒状体２８（図２参照）のせん断変形によって粒状体２８の充填状態が変化し、土嚢袋２６の体積が膨張する。これにより、変形抑止板２２の動きを拘束することができる。
【００４０】
また、目地部材２４は透水性を有しているため、軟弱地盤１８内の水（地下水）の一部が目地部材２４を透過して地上へ排水される。これにより、軟弱地盤１８の余剰な過剰間隙水圧が消散され、液状化が抑えられる。
【００４１】
ここで、一般の改良地盤では、地中壁と表層改良との接合部において引張強度が低いため、接合部で損傷が生じて地盤の変形抑止効果が低下してしまうが、本実施形態の地盤改良構造１０では、変形可能な目地部材２４を用いることで、地中壁２０と変形抑止板２２との間に生じる引張応力や温度膨張差があったとしても、損傷を防止できる。
【００４２】
また、変形抑止板２２の端部が地中壁２０に対してロック状態となることで、変形抑止板２２の両端部の上下動及び傾きが抑えられると共に、地中壁２０に曲げモーメントの伝達が可能となる。これにより、地中壁２０と変形抑止板２２が目地部材２４を介して一体化され、門型の変形抑止壁となり、地盤改良構造１０の全体剛性が増大して、地中壁２０内部の軟弱地盤１８の水平方向及び上下方向のせん断変形を抑止することができる。
【００４３】
さらに、地盤改良構造１０では、変形抑止板２２によって軟弱地盤１８の表層の剛性が高められているので、地中壁２０内部の軟弱地盤１８の水平方向及び上下方向のせん断変形をより効果的に抑止することができる。
【００４４】
本実施形態における地盤改良構造１０では、地中壁２０と変形抑止板２２が目地部材２４で連結されているため、地震による変形抑止板２２の上下動を拘束でき、土砂の流出も防ぐことができる。これにより、地盤改良構造１０では、軟弱地盤１８が拘束され液状化の発生領域を地中壁２０近傍の一部にとどめることができる。さらに、地盤改良構造１０では、地中壁２０の配置間隔が広くなっても、変形抑止板２２及び目地部材２４によって、液状化を防止することができる。
【００４５】
以上説明したように、地盤改良構造１０は、軟弱地盤１８の表層に設置した剛性の高い変形抑止板２２と地中壁２０を剛結せず、目地部材２４を介して連結することで、地中壁２０に鉛直荷重を伝達すると共に、地中壁２０内側の軟弱地盤１８の有効応力が減少することを防いでいる。
【００４６】
また、地盤改良構造１０は、地中壁２０近傍の変形抑止板２２端部の上下動を抑止する機能を持たせることで、より効果的な液状化対策が可能となっている。なお、上載荷重による水平力は地中壁２０に負担されるため、地中壁２０内側の軟弱地盤１８内に伝達されない。
【００４７】
次に、本発明の地盤改良構造の第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００４８】
図７（ａ）、（ｂ）には、地盤改良構造４０が示されている。地盤改良構造４０は、第１実施形態の地盤改良構造１０（図１参照）の変形抑止板２２に換えて、変形抑止板４１を設け、さらに、杭材４２、受部材４４、及び反力板４６を設けた構成となっている。なお、地中壁２０の内面と変形抑止板４１の側面（端面）との隙間には、目地部材２４が複数詰め込まれて隙間を塞いでいる。
【００４９】
変形抑止板４１は、軟弱地盤１８よりも剛性の高いセメント系の表層改良体であり、地中壁２０と隙間をあけて水平配置されている。また、変形抑止板４１の両端部には、地上から軟弱地盤１８に向けて貫通孔４１Ａが形成されている。なお、変形抑止板４１の厚さは、例えば１ｍ〜２ｍの範囲で選択してもよいが、これに限らず、２ｍより厚いものであってもよい。
【００５０】
杭材４２は、変形抑止板４１の貫通孔４１Ａの孔径よりも小さい直径の円柱状部材であり、貫通孔４１Ａに挿通され、下端部が硬質地盤１６に到達した状態で地盤１２中に設けられている。また、杭材４２の上端側には、後述する固定ボルト５６を固定するための螺号溝（図示省略）が形成されている。なお、貫通孔４１Ａの内面と杭材４２の外周面との隙間は、摩擦低減部４７とされている。
【００５１】
摩擦低減部４７は、杭材４２の軸方向に変形抑止板４１が移動しようとするときに、変形抑止板４１に作用する摩擦力を低く抑えるための部位であり、ここでは、貫通孔４１Ａに何も充填せずに隙間をあけた構成としている。なお、摩擦低減部４７は、変形抑止板４１と杭材４２の摩擦係数を下げるものであればよく。例えば、２重管のように、杭材４２の外側に管が通っているものであってもよい。
【００５２】
受部材４４は、杭材４２の径よりも大きい径の貫通孔（図示省略）が形成され杭材４２に外挿されたワッシャ５２と、杭材４２に外挿されると共にワッシャ５２の上面に一端が取り付けられたスプリング５４と、杭材４２の上端側の螺号溝（図示省略）に締結固定され、下面にスプリング５４の他端が取り付けられた固定ボルト５６とで構成されている。
【００５３】
反力板４６は、ゴム等の弾性体からなり、変形抑止板４１の上面とワッシャ５２の下面に固定され、変形抑止板４１の上昇時及び下降時に変形抑止板４１に反力を作用させるようになっている。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態の作用について説明する。なお、変形抑止板４１の上下動は両端部で同様であるため、ここでは一方の端部のみについて説明し、他方の端部の説明は省略する。
【００５５】
図８（ａ）に示すように、地震時に変形抑止板４１が下方向に高さｈ１で変位したとき、反力板４６及びワッシャ５２は、変形抑止板４１と一体となって下方向に変位する。このとき、ワッシャ５２の移動に伴ってスプリング５４が伸張するため、ワッシャ５２の下方の移動は邪魔されず、変形抑止板４１と軟弱地盤１８は密着した状態が保持される。これにより、軟弱地盤１８に作用する有効応力の減少を抑えることができる。
【００５６】
また、変形抑止板４１が下方向にさらに変位しスプリング５４が伸張してくると、ワッシャ５２の下方向の変位が規制される。そして、反力板４６には下方向への引張力が作用するが、反力板４６は元の状態に戻ろうとして変形抑止板４１を上方へ引き上げる。これにより、変形抑止板４１の下方向への過大な変位が生じるのを抑えている。
【００５７】
一方、図８（ｂ）に示すように、地震時に変形抑止板４１が上方向に高さｈ２で変位したとき、反力板４６及びワッシャ５２は、変形抑止板４１と一体となって上方向に変位する。このとき、ワッシャ５２の移動に伴ってスプリング５４が収縮するが、スプリング５４が元の状態に戻ろうとしてワッシャ５２及び反力板４６を下方向へ付勢する。これにより、変形抑止板４１が下方へ押し下げられ、変形抑止板４１の上方向への過大な変位が生じるのを抑えている。
【００５８】
このように、杭材４２、受部材４４、及び反力板４６を設けることにより、仮に変形抑止板４１の厚さを十分厚くすることができない場合でも、沈下に追随でき、さらに、上向きの鉛直動に抵抗できる。
【００５９】
ここで、図８（ａ）、（ｂ）いずれの場合においても、目地部材２４の体積膨張によって、変形抑止板４１の端部が地中壁２０に連結した状態となる。これにより、通常時及び地震時に、変形抑止板４１に作用する鉛直荷重が地中壁２０内の軟弱地盤１８に確実に伝達され、軟弱地盤１８に作用する有効応力の減少を抑えることができる。そして、地震時に作用する水平力を変形抑止板４１から地中壁２０に流すことができる。
【００６０】
また、変形抑止板４１の端部が地中壁２０に対してロック状態となることで、変形抑止板４１の両端部の上下動及び傾きが抑えられると共に、地中壁２０に曲げモーメントの伝達が可能となる。これにより、地中壁２０と変形抑止板４１が目地部材２４を介して一体化され、門型の変形抑止壁となり、地盤改良構造４０の全体剛性が増大して、地中壁２０内部の軟弱地盤１８の水平方向及び上下方向のせん断変形を抑止すると共に、液状化を抑えることができる。
【００６１】
なお、受部材４４をワッシャ５２、スプリング５４、及び固定ボルト５６で構成せずに、図９に示すように、固定ボルト５８のみからなる受部材としてもよい。この構成では、変形抑止板４１が下方向へ変位したときには、反力板４６が元の状態に戻ろうとして収縮し、変形抑止板４１を上方へ引き上げる。一方、変形抑止板４１が上方向へ変位したときには、反力板４６が元の状態に戻ろうとして膨張し、変形抑止板４１を下方へ引き下げる。
【００６２】
次に、本発明の地盤改良構造の第３実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００６３】
図１０には、地盤改良構造６０が示されている。地盤改良構造６０は、第１実施形態の建物１４及び変形抑止板２２に換えて、根入れ部６４Ａを有する建物６４と根入れ部６４Ａの下部に設けられた建物６４の基礎梁６５とを設け、さらに、目地部材２４に換えて、目地部材６２を設けた構成となっている。なお、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５は、軟弱地盤１８よりも剛性の高いものとする。
【００６４】
目地部材６２は、目地部材２４と同様に、透水性を有する土嚢袋２６及び粒状体２８（図２参照）を備えており、地中壁２０の内面と、根入れ部６４Ａの側面及び基礎梁６５との隙間に複数詰め込まれることにより、この隙間を塞いでいる。
【００６５】
地盤改良構造６０は、目地部材６２によって、地中壁２０と根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５とが連結状態とされた門型となっている。なお、目地部材６２による地中壁２０と根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５との連結とは、これらをコンクリート等で一体化するような剛結を意味するものではなく、地中壁２０と根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５との隙間を埋めて、軟弱地盤１８中の土砂を地上へ流出させにくくすると共に、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５を地中壁２０に対して相対移動可能に保持することを意味している。
【００６６】
次に、本発明の第３実施形態の作用について説明する。
【００６７】
地震により地中壁２０内の軟弱地盤１８が上下動して、建物６４の根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５に上下方向の力が作用したとき、目地部材６２は体積が膨張する。これにより、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５と地中壁２０の隙間が塞がれ、局所的に液状化した軟弱地盤１８の噴砂による流出を防ぐことができる。
【００６８】
また、目地部材６２は透水性を有しているため、軟弱地盤１８内の水（地下水）の一部が目地部材６２を透過して地上へ排水される。これにより、軟弱地盤１８の余剰な過剰間隙水圧が消散され、液状化が抑えられる。
【００６９】
さらに、目地部材６２は、体積膨張によって、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５の端部を地中壁２０に連結した状態（ロック状態）にさせる。これにより、地震時に作用する水平力を根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５から地中壁２０に流すことができる。そして、通常時及び地震時に、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５に作用する鉛直荷重が地中壁２０内の軟弱地盤１８に確実に伝達され、軟弱地盤１８に作用する有効応力の減少を抑えることができる。
【００７０】
また、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５の端部が地中壁２０に対してロック状態となることで、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５の両端部の上下動及び傾きが抑えられると共に、地中壁２０に曲げモーメントの伝達が可能となる。これにより、地中壁２０と根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５が目地部材２４を介して一体化され、門型の変形抑止壁となり、地盤改良構造６０の全体剛性が増大して、地中壁２０内部の軟弱地盤１８の水平方向及び上下方向のせん断変形を抑止すると共に、液状化を抑えることができる。
【００７１】
さらに、建物６４の根入れ部６４Ａと基礎梁６５が変形抑止板として機能するので、別途、変形抑止板を設ける必要がなくなる。また、建物６４の自重により軟弱地盤１８の有効応力を増加させることができる。
【００７２】
また、既存建物の液状化対策では、建物の直下を対策することが技術的及びコスト的に困難であったが、地盤改良構造６０では、建物６４の外周部に地中壁２０を設置し、目地部材６２を用いて根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５と地中壁２０とを連結することで、建物６４直下の軟弱地盤１８の液状化を防止することができる。
【００７３】
次に、本発明の地盤改良構造の第４実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００７４】
図１１には、地盤改良構造７０が示されている。地盤改良構造７０は、第１実施形態の建物１４及び変形抑止板２２に換えて、地中構造物の躯体７２を設け、さらに、目地部材２４に換えて、目地部材７４を設けた構成となっている。
【００７５】
地中構造物の躯体７２は、共同溝や掘割道路（水路）の地中構造物の躯体であり、軟弱地盤１８よりも剛性の高い構造体とされている。また、躯体７２の高さは５ｍ程度であり、軟弱地盤１８の一部である軟弱地盤１８Ａにより支持されている。また、躯体７２の上部は、埋め戻しの土砂によって軟弱地盤１８Ｂが形成されている。
【００７６】
目地部材７４は、目地部材２４と同様に、透水性を有する土嚢袋２６及び粒状体２８（図２参照）を備えており、地中壁２０の内面と躯体７２との隙間に複数詰め込まれることにより、この隙間を塞いでいる。
【００７７】
また、地盤改良構造７０は、目地部材７４によって、地中壁２０と躯体７２とが連結状態とされた門型となっている。なお、目地部材６２による地中壁２０と躯体７２との連結とは、これらをコンクリート等で一体化するような剛結を意味するものではなく、地中壁２０と躯体７２との隙間を埋めて、軟弱地盤１８Ａ中の土砂を軟弱地盤１８Ｂ及び地上へ流出させにくくすると共に、躯体７２を地中壁２０に対して鉛直方向の相対移動可能に保持することを意味している。
【００７８】
次に、本発明の第４実施形態の作用について説明する。
【００７９】
地震により地中壁２０内の軟弱地盤１８（１８Ａ、１８Ｂ含む）が上下動して、地中構造物の躯体７２に上下方向の力が作用したとき、目地部材７４は体積が膨張する。これにより、躯体７２と地中壁２０の隙間が塞がれ、局所的に液状化した軟弱地盤１８の噴砂による流出を防ぐことができる。
【００８０】
また、目地部材７４は透水性を有しているため、軟弱地盤１８Ａ内の水（地下水）の一部が目地部材７４を透過して軟弱地盤１８Ｂ及び地上へ排水される。これにより、軟弱地盤１８Ａの余剰な過剰間隙水圧が消散され、液状化が抑えられる。
【００８１】
さらに、目地部材７４は、体積膨張によって、躯体７２の端部を地中壁２０に連結した状態（ロック状態）にさせる。これにより、地震時に作用する水平力を躯体７２から地中壁２０に流すことができる。そして、通常時及び地震時に、躯体７２に作用する鉛直荷重が地中壁２０内の軟弱地盤１８Ａに確実に伝達され、軟弱地盤１８Ａに作用する有効応力の減少を抑えることができる。
【００８２】
また、躯体７２の端部が地中壁２０に対してロック状態となることで、躯体７２の両端部の上下動及び傾きが抑えられると共に、地中壁２０に曲げモーメントの伝達が可能となる。これにより、地中壁２０と躯体７２が目地部材７４を介して一体化され、門型の変形抑止壁となり、地盤改良構造７０の全体剛性が増大して、地中壁２０内部の軟弱地盤１８Ａの水平方向及び上下方向のせん断変形を抑止すると共に液状化を抑えることができる。
【００８３】
さらに、地中構造物の躯体７２が変形抑止板として機能するので、別途、変形抑止板を設ける必要がなくなる。また、躯体７２の自重により軟弱地盤１８Ａの有効応力を増加させることができる。
【００８４】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。
【００８５】
目地部材２４、６２、７４は、膨張又は収縮が可能で、透水性を有し、且つ土砂を流出させないものが利用でき、例えば、スポンジ状の弾性を有する多孔質体であってもよい。
【００８６】
地盤１２中に設置する地中壁は、軟弱地盤１８の水平方向のせん断変形を抑止できるものであればよく、格子状地盤改良体の他に、柱状地盤改良体、矢板、鋼管矢板を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 地盤改良構造
１２ 地盤
２０ 地中壁
２２ 変形抑止板（剛性板）
２４ 目地部材（目地部材）
２６ 土嚢袋（袋体）
２８ 粒状体
４０ 地盤改良構造
４１Ａ 貫通孔
４２ 杭材（杭）
４４ 受部材（受け部材）
４６ 反力板（弾性体）
６０ 地盤改良構造
６４ 建物
６４Ａ 根入れ部
６５ 基礎梁
７０ 地盤改良構造
７２ 躯体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤の液状化対策として、地盤中に立設した地中壁の間に斜め方向の壁体を設けたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１の液状化対策構造は、縦方向に設けられた地中壁の間に筋違状に斜め方向の壁体を設けた構造となっている。これにより、特許文献１の液状化対策構造では、斜め方向の壁体により縦方向の地中壁を支えて変形を抑制している。
【０００４】
しかし、特許文献１の液状化対策構造では、地盤の上下方向の動きを抑制する手段が無いので、地震によって地盤の表層部分が上下動したときに、地盤の拘束が不十分となり、液状化が発生することになる。
【０００５】
一方、特許文献２の液状化対策構造は、縦方向に設けられた地中壁の間にＶ字状の壁体を設け、さらに、Ｖ字状の壁体で囲まれた地盤の表層に水平方向に広がる表層固化版を設けている。これにより、特許文献２の液状化対策構造では、Ｖ字状の壁体により縦方向の地中壁を支えて変形を抑制すると共に、表層固化版によりＶ字状の壁体で囲まれた地盤の上下動を抑えて拘束力を高めている。
【０００６】
しかし、特許文献２の液状化対策構造では、表層固化版が地中壁に剛結されているため、地震時に地盤が僅かでも沈下したり、常時に地盤沈下が生じた場合、表層固化版（及び構造物）による上載荷重が地中壁内側の地盤に作用しなくなり（伝わらなくなり）、地盤に作用する有効応力が低下して、液状化が発生し易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３１１６３８
【特許文献２】特開平９−３２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、地中壁内部の地盤の上下動によるせん断変形を抑えると共に地盤の液状化を抑えることができる地盤改良構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る地盤改良構造は、地盤を囲む地中壁と、地盤上に配置され、地盤よりも高い剛性を有し、前記地中壁の内側を覆う剛性板と、前記地中壁の内面と前記剛性板との間の隙間を塞ぐ目地部材と、を有する。
【００１０】
上記構成によれば、地中壁と剛性板との間の隙間に目地部材を設けることで、地中壁と剛性板との間に生じる引張応力や温度膨張差による破損を防止することができる。また、目地部材と地中壁と剛性板とによって門型の変形抑止壁が形成されており、地震時にも、鉛直荷重が剛性板を介して地盤に伝達されるので、地盤上層の有効応力を維持し、門型の変形抑止壁によって地盤の上下への動きが拘束され、拘束された地盤のせん断変形が抑えられる。
【００１１】
さらに、剛性板によって地盤表層の剛性が地盤よりも高くなっているので、地震時には、水平力が剛性板から地中壁へ目地部材を介して伝達され、地盤のせん断変形が抑えられる。これにより、地盤の液状化を抑えることができる。
【００１２】
本発明の請求項２に係る地盤改良構造は、前記目地部材は、透水性を有する袋体と、前記袋体に詰められた粒状体と、を備える。この構成によれば、目地部材にせん断力が作用したとき、粒状体の充填状態が変化して袋体の体積が膨張する。これにより、剛性板の両端部の動作を拘束して、剛性板の傾きを抑えることができる。さらに、目地部材によって地中壁と剛性板との隙間が塞がれているので、噴砂による地盤の流出を防ぎ、余剰な間隙水圧を消散させることができる。
【００１３】
本発明の請求項３に係る地盤改良構造は、前記剛性板に形成された貫通孔に挿通され地盤中に設けられた杭と、前記剛性板の上方で前記杭に固定された受け部材と、前記剛性板と前記受け部材に固定され前記剛性板の上昇時及び下降時に前記剛性板に反力を作用させる弾性体と、を有する。この構成によれば、地震時に剛性板が浮き上がるとき、または沈下するとき、弾性体の反力によって剛性板が元の位置に戻される。これにより、剛性板の変位を抑えることができる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る地盤改良構造は、前記剛性板が、セメント系の表層改良体である。この構成によれば、剛性板の剛性を高めることができる。
【００１５】
本発明の請求項５に係る地盤改良構造は、前記剛性板が、前記地中壁の間に構築された建物の根入れ部と、前記根入れ部の下部に設けられた前記建物の基礎梁とで構成されている。この構成によれば、建物の根入れ部と基礎梁が剛性板となるので、別途剛性板を設ける必要がなくなる。また、建物の自重により地盤の有効応力を増加させることができる。
【００１６】
本発明の請求項６に係る地盤改良構造は、前記剛性板が、前記地中壁の間に構築された地中構造物の躯体である。この構成によれば、地中構造物の躯体が剛性板となるので、別途剛性板を設ける必要がなくなる。また、地中構造物とその上部の土の自重により地盤の有効応力を保持することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、上記構成としたので、地中壁内部の地盤の上下動によるせん断変形を抑えると共に地盤の液状化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る地盤改良構造の全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る地盤改良構造の目地材周辺の断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）本発明の第１実施形態に係る地中壁のみの地盤に地震による慣性力が作用したときの状態を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る地中壁のみの地盤で地中壁の間隔を変えたときの地盤の液状化状態の変化を示す説明図である。
【図５】（ａ）地中壁と上載板の間に隙間がある構造における地盤の液状化発生状態を示す模式図である。（ｂ）地中壁と上載板が連結された構造における地盤の液状化発生状態を示す模式図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）本発明の第１実施形態に係る地盤改良構造における目地材の作用を示す断面図である。
【図７】（ａ）本発明の第２実施形態に係る地盤改良構造の全体構成図である。（ｂ）本発明の第２実施形態に係る地盤改良構造の部分構成図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）本発明の第２実施形態に係る地盤改良構造の受け部材及び弾性体による剛性板の傾斜抑制状態を示す部分断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る地盤改良構造の他の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る地盤改良構造の全体構成図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る地盤改良構造の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の地盤改良構造の第１実施形態を図面に基づき説明する。図１には、地盤１２に設けられた地盤改良構造１０と、地盤１２上に構築された構造物としての建物１４が示されている。地盤１２は、不透水層としての硬質地盤１６と、硬質地盤１６の上層にあり液状化する可能性のある軟弱地盤１８とで構成されている。
【００２０】
地盤改良構造１０は、建物１４を取り囲んで地盤１２中に立設された地中壁２０と、地中壁２０の内側の軟弱地盤１８上（表層）に配置され、軟弱地盤１８よりも剛性の高い剛性板としての変形抑止板２２と、地中壁２０の内面と変形抑止板２２との隙間を塞ぐ目地部材２４とを有している。
【００２１】
地中壁２０は、地盤改良体またはＲＣ連続壁からなり、地中壁２０の下端部は硬質地盤１６に到達している。これにより、地中壁２０で囲まれた軟弱地盤１８内部の地盤のせん断変形を抑制している。また、変形抑止板２２は、セメント系の表層改良体であり、地中壁２０と隙間をあけて水平配置されている。なお、変形抑止板２２の厚さは、例えば１ｍ〜２ｍの範囲で選択してもよいが、これに限らず、２ｍより厚いものであってもよい。
【００２２】
図２に示すように、目地部材２４は、透水性を有する土嚢袋２６と、土嚢袋２６内に詰められた砂、礫からなる複数の粒径を有する粒状体２８とを備えており、地中壁２０の内面２０Ａと変形抑止板２２の側面２２Ａ（端面）との隙間に複数詰め込まれることにより、この隙間を塞いでいる。
【００２３】
ここで、図１に示すように、地盤改良構造１０は、目地部材２４によって地中壁２０と変形抑止板２２が連結状態とされた門型となっており、建物１４は、変形抑止板２２により軟弱地盤１８上に支持されている。なお、本実施形態における目地部材２４による地中壁２０と変形抑止板２２の連結とは、これらをコンクリート等で一体化するような剛結を意味するものではなく、地中壁２０と変形抑止板２２の隙間を埋めて軟弱地盤１８中の土砂を地上へ流出させにくくすると共に、変形抑止板２２を地中壁２０に対して鉛直方向の相対移動可能に保持することを意味している。
【００２４】
次に、本発明の第１実施形態の地盤改良構造１０との比較例として、地中壁２０のみを設けた場合の地盤１２の状態について説明する。
【００２５】
図３（ａ）、（ｂ）には、地中壁２０のみを設けた地盤１２について、地震による水平方向の慣性力（矢印Ａ、Ｂ）が作用したときの地盤１２の変位状態を矢印Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３で表している。なお、各矢印Ｃ１〜Ｃ３、Ｄ１〜Ｄ３の大きさ及び方向は、個別要素法による地盤解析で得られたものである。また、左側の地中壁２０を２０Ａ、右側の地中壁２０を２０Ｂとして区別している。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、地震により地盤１２に矢印Ａ方向（図３（ａ）の右方向）の慣性力が作用すると、地中壁２０Ａ近傍の軟弱地盤１８では、矢印Ｃ１方向（図３（ａ）の右下方向）の変位が生じる。また、地中壁２０Ａと地中壁２０Ｂの間の中央の軟弱地盤１８では、矢印Ｃ２方向（図３（ａ）の水平右方向）の変位が生じる。さらに、地中壁２０Ｂ近傍の軟弱地盤１８では、矢印Ｃ３方向（図３（ａ）の右上方向）の変位が生じる。
【００２７】
同様にして、図３（ｂ）に示すように、地震によって地盤１２に矢印Ｂ方向（図３（ｂ）の左方向）の慣性力が作用すると、地中壁２０Ａ近傍の軟弱地盤１８では、矢印Ｄ１方向（図３（ｂ）の左上方向）の変位が生じる。また、地中壁２０Ａと地中壁２０Ｂの間の中央の軟弱地盤１８では、矢印Ｄ２方向（図３（ｂ）の水平左方向）の変位が生じる。さらに、地中壁２０Ｂ近傍の軟弱地盤１８では、矢印Ｄ３方向（図３（ｂ）の左下方向）の変位が生じる。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、地中壁２０Ａと地中壁２０Ｂで囲まれた軟弱地盤１８において、地震により生じる変位量は、地中に比べて表層の方が大きくなっている。これにより、地中壁２０Ａ、２０Ｂの近傍で表層の軟弱地盤１８の剛性は地中に比べて低下することになり、特に破線で囲んだ領域Ｓが剛性低下領域となる。このように、地中壁２０Ａと地中壁２０Ｂを設けたのみの構造では、特に表層において軟弱地盤１８の剛性が低下するが、地中壁２０Ａと地中壁２０Ｂの間の軟弱地盤１８を拘束する手段が無いため、軟弱地盤１８の液状化を防ぐことは難しい。
【００２９】
次に、地盤１２に地中壁２０のみを設けた構造において、地中壁２０の間隔を広げたときの液状化の発生状態の差について説明する。
【００３０】
図４には、地中壁２０の間隔をＷ１、Ｗ２、Ｗ３（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３）と変えたときの個別要素法による軟弱地盤１８の液状化解析結果が示されている。なお、図４において、網がけされた領域Ｌが、過剰間隙水圧が高く液状化状態となっていることを表している。
【００３１】
図４に示すように、地中壁２０の間隔がＷ１、Ｗ２、Ｗ３と大きくなるにつれて、軟弱地盤１８の表層において、液状化領域Ｌが拡大することが分かる。これは、地中壁２０の間隔が広がると、地震のときに軟弱地盤１８の表層部での変位が大きくなって、軟弱地盤１８を拘束する効果が弱まり、結果として軟弱地盤１８の表層で液状化状態が発生することを表している。
【００３２】
次に、軟弱地盤１８上に上載板を載せたときの軟弱地盤１８の液状化状態について説明する。
【００３３】
図５（ａ）には、地中壁２０の間の軟弱地盤１８上に地中壁２０と隙間ｄをあけ、１０ｋＮ／ｍ２の上載板３２を載置した状態で、地震が発生したときの軟弱地盤１８の液状化領域Ｌの分布状態の解析結果が示されている。なお、解析は有限要素法によるものであり、過剰間隙水圧比が高い領域を液状化領域Ｌとしている。
【００３４】
図５（ａ）に示すように、地中壁２０と上載板３２が連結されていない状態では、地震による上載板３２の上下動が拘束されず、さらに隙間ｄから土砂が流出する。このため、軟弱地盤１８が拘束できず、表層の広い範囲で液状化が発生することになる。
【００３５】
一方、図５（ｂ）には、地中壁２０の間の軟弱地盤１８上に地中壁２０と隙間をあけずに１０ｋＮ／ｍ２の上載板３４を載置し連結した状態で、地震が発生したときの軟弱地盤１８の液状化領域Ｌの分布状態の解析結果が示されている。
【００３６】
図５（ｂ）に示すように、地中壁２０と上載板３４が連結されている状態では、地震による上載板３４の上下動を拘束でき、さらに、土砂の流出も防ぐことができる。このため、軟弱地盤１８を拘束して、液状化の発生領域を地中壁２０近傍の一部にとどめることができる。
【００３７】
ここで、図３〜図５で説明したように、地中壁２０の間の軟弱地盤１８上に上載板３４に相当するものを設け、さらに地中壁２０と連結させることにより液状化が抑えられる。このため、本実施形態の地盤改良構造１０（図１参照）では、地中壁２０と変形抑止板２２とを目地部材２４を介して連結させた構造としている。
【００３８】
次に、本発明の第１実施形態の作用について説明する。
【００３９】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、地震により地中壁２０内の軟弱地盤１８が上下動して、変形抑止板２２に矢印Ｆ１方向（下方向）、矢印Ｆ２方向（上方向）の力が作用したとき、目地部材２４は、複数の粒状体２８（図２参照）のせん断変形によって粒状体２８の充填状態が変化し、土嚢袋２６の体積が膨張する。これにより、変形抑止板２２の動きを拘束することができる。
【００４０】
また、目地部材２４は透水性を有しているため、軟弱地盤１８内の水（地下水）の一部が目地部材２４を透過して地上へ排水される。これにより、軟弱地盤１８の余剰な過剰間隙水圧が消散され、液状化が抑えられる。
【００４１】
ここで、一般の改良地盤では、地中壁と表層改良との接合部において引張強度が低いため、接合部で損傷が生じて地盤の変形抑止効果が低下してしまうが、本実施形態の地盤改良構造１０では、変形可能な目地部材２４を用いることで、地中壁２０と変形抑止板２２との間に生じる引張応力や温度膨張差があったとしても、損傷を防止できる。
【００４２】
また、変形抑止板２２の端部が地中壁２０に対してロック状態となることで、変形抑止板２２の両端部の上下動及び傾きが抑えられると共に、地中壁２０に曲げモーメントの伝達が可能となる。これにより、地中壁２０と変形抑止板２２が目地部材２４を介して一体化され、門型の変形抑止壁となり、地盤改良構造１０の全体剛性が増大して、地中壁２０内部の軟弱地盤１８の水平方向及び上下方向のせん断変形を抑止することができる。
【００４３】
さらに、地盤改良構造１０では、変形抑止板２２によって軟弱地盤１８の表層の剛性が高められているので、地中壁２０内部の軟弱地盤１８の水平方向及び上下方向のせん断変形をより効果的に抑止することができる。
【００４４】
本実施形態における地盤改良構造１０では、地中壁２０と変形抑止板２２が目地部材２４で連結されているため、地震による変形抑止板２２の上下動を拘束でき、土砂の流出も防ぐことができる。これにより、地盤改良構造１０では、軟弱地盤１８が拘束され液状化の発生領域を地中壁２０近傍の一部にとどめることができる。さらに、地盤改良構造１０では、地中壁２０の配置間隔が広くなっても、変形抑止板２２及び目地部材２４によって、液状化を防止することができる。
【００４５】
以上説明したように、地盤改良構造１０は、軟弱地盤１８の表層に設置した剛性の高い変形抑止板２２と地中壁２０を剛結せず、目地部材２４を介して連結することで、地中壁２０に鉛直荷重を伝達すると共に、地中壁２０内側の軟弱地盤１８の有効応力が減少することを防いでいる。
【００４６】
また、地盤改良構造１０は、地中壁２０近傍の変形抑止板２２端部の上下動を抑止する機能を持たせることで、より効果的な液状化対策が可能となっている。なお、上載荷重による水平力は地中壁２０に負担されるため、地中壁２０内側の軟弱地盤１８内に伝達されない。
【００４７】
次に、本発明の地盤改良構造の第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００４８】
図７（ａ）、（ｂ）には、地盤改良構造４０が示されている。地盤改良構造４０は、第１実施形態の地盤改良構造１０（図１参照）の変形抑止板２２に換えて、変形抑止板４１を設け、さらに、杭材４２、受部材４４、及び反力板４６を設けた構成となっている。なお、地中壁２０の内面と変形抑止板４１の側面（端面）との隙間には、目地部材２４が複数詰め込まれて隙間を塞いでいる。
【００４９】
変形抑止板４１は、軟弱地盤１８よりも剛性の高いセメント系の表層改良体であり、地中壁２０と隙間をあけて水平配置されている。また、変形抑止板４１の両端部には、地上から軟弱地盤１８に向けて貫通孔４１Ａが形成されている。なお、変形抑止板４１の厚さは、例えば１ｍ〜２ｍの範囲で選択してもよいが、これに限らず、２ｍより厚いものであってもよい。
【００５０】
杭材４２は、変形抑止板４１の貫通孔４１Ａの孔径よりも小さい直径の円柱状部材であり、貫通孔４１Ａに挿通され、下端部が硬質地盤１６に到達した状態で地盤１２中に設けられている。また、杭材４２の上端側には、後述する固定ボルト５６を固定するための螺号溝（図示省略）が形成されている。なお、貫通孔４１Ａの内面と杭材４２の外周面との隙間は、摩擦低減部４７とされている。
【００５１】
摩擦低減部４７は、杭材４２の軸方向に変形抑止板４１が移動しようとするときに、変形抑止板４１に作用する摩擦力を低く抑えるための部位であり、ここでは、貫通孔４１Ａに何も充填せずに隙間をあけた構成としている。なお、摩擦低減部４７は、変形抑止板４１と杭材４２の摩擦係数を下げるものであればよく。例えば、２重管のように、杭材４２の外側に管が通っているものであってもよい。
【００５２】
受部材４４は、杭材４２の径よりも大きい径の貫通孔（図示省略）が形成され杭材４２に外挿されたワッシャ５２と、杭材４２に外挿されると共にワッシャ５２の上面に一端が取り付けられたスプリング５４と、杭材４２の上端側の螺号溝（図示省略）に締結固定され、下面にスプリング５４の他端が取り付けられた固定ボルト５６とで構成されている。
【００５３】
反力板４６は、ゴム等の弾性体からなり、変形抑止板４１の上面とワッシャ５２の下面に固定され、変形抑止板４１の上昇時及び下降時に変形抑止板４１に反力を作用させるようになっている。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態の作用について説明する。なお、変形抑止板４１の上下動は両端部で同様であるため、ここでは一方の端部のみについて説明し、他方の端部の説明は省略する。
【００５５】
図８（ａ）に示すように、地震時に変形抑止板４１が下方向に高さｈ１で変位したとき、反力板４６及びワッシャ５２は、変形抑止板４１と一体となって下方向に変位する。このとき、ワッシャ５２の移動に伴ってスプリング５４が伸張するため、ワッシャ５２の下方の移動は邪魔されず、変形抑止板４１と軟弱地盤１８は密着した状態が保持される。これにより、軟弱地盤１８に作用する有効応力の減少を抑えることができる。
【００５６】
また、変形抑止板４１が下方向にさらに変位しスプリング５４が伸張してくると、ワッシャ５２の下方向の変位が規制される。そして、反力板４６には下方向への引張力が作用するが、反力板４６は元の状態に戻ろうとして変形抑止板４１を上方へ引き上げる。これにより、変形抑止板４１の下方向への過大な変位が生じるのを抑えている。
【００５７】
一方、図８（ｂ）に示すように、地震時に変形抑止板４１が上方向に高さｈ２で変位したとき、反力板４６及びワッシャ５２は、変形抑止板４１と一体となって上方向に変位する。このとき、ワッシャ５２の移動に伴ってスプリング５４が収縮するが、スプリング５４が元の状態に戻ろうとしてワッシャ５２及び反力板４６を下方向へ付勢する。これにより、変形抑止板４１が下方へ押し下げられ、変形抑止板４１の上方向への過大な変位が生じるのを抑えている。
【００５８】
このように、杭材４２、受部材４４、及び反力板４６を設けることにより、仮に変形抑止板４１の厚さを十分厚くすることができない場合でも、沈下に追随でき、さらに、上向きの鉛直動に抵抗できる。
【００５９】
ここで、図８（ａ）、（ｂ）いずれの場合においても、目地部材２４の体積膨張によって、変形抑止板４１の端部が地中壁２０に連結した状態となる。これにより、通常時及び地震時に、変形抑止板４１に作用する鉛直荷重が地中壁２０内の軟弱地盤１８に確実に伝達され、軟弱地盤１８に作用する有効応力の減少を抑えることができる。そして、地震時に作用する水平力を変形抑止板４１から地中壁２０に流すことができる。
【００６０】
また、変形抑止板４１の端部が地中壁２０に対してロック状態となることで、変形抑止板４１の両端部の上下動及び傾きが抑えられると共に、地中壁２０に曲げモーメントの伝達が可能となる。これにより、地中壁２０と変形抑止板４１が目地部材２４を介して一体化され、門型の変形抑止壁となり、地盤改良構造４０の全体剛性が増大して、地中壁２０内部の軟弱地盤１８の水平方向及び上下方向のせん断変形を抑止すると共に、液状化を抑えることができる。
【００６１】
なお、受部材４４をワッシャ５２、スプリング５４、及び固定ボルト５６で構成せずに、図９に示すように、固定ボルト５８のみからなる受部材としてもよい。この構成では、変形抑止板４１が下方向へ変位したときには、反力板４６が元の状態に戻ろうとして収縮し、変形抑止板４１を上方へ引き上げる。一方、変形抑止板４１が上方向へ変位したときには、反力板４６が元の状態に戻ろうとして膨張し、変形抑止板４１を下方へ引き下げる。
【００６２】
次に、本発明の地盤改良構造の第３実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００６３】
図１０には、地盤改良構造６０が示されている。地盤改良構造６０は、第１実施形態の建物１４及び変形抑止板２２に換えて、根入れ部６４Ａを有する建物６４と根入れ部６４Ａの下部に設けられた建物６４の基礎梁６５とを設け、さらに、目地部材２４に換えて、目地部材６２を設けた構成となっている。なお、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５は、軟弱地盤１８よりも剛性の高いものとする。
【００６４】
目地部材６２は、目地部材２４と同様に、透水性を有する土嚢袋２６及び粒状体２８（図２参照）を備えており、地中壁２０の内面と、根入れ部６４Ａの側面及び基礎梁６５との隙間に複数詰め込まれることにより、この隙間を塞いでいる。
【００６５】
地盤改良構造６０は、目地部材６２によって、地中壁２０と根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５とが連結状態とされた門型となっている。なお、目地部材６２による地中壁２０と根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５との連結とは、これらをコンクリート等で一体化するような剛結を意味するものではなく、地中壁２０と根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５との隙間を埋めて、軟弱地盤１８中の土砂を地上へ流出させにくくすると共に、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５を地中壁２０に対して相対移動可能に保持することを意味している。
【００６６】
次に、本発明の第３実施形態の作用について説明する。
【００６７】
地震により地中壁２０内の軟弱地盤１８が上下動して、建物６４の根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５に上下方向の力が作用したとき、目地部材６２は体積が膨張する。これにより、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５と地中壁２０の隙間が塞がれ、局所的に液状化した軟弱地盤１８の噴砂による流出を防ぐことができる。
【００６８】
また、目地部材６２は透水性を有しているため、軟弱地盤１８内の水（地下水）の一部が目地部材６２を透過して地上へ排水される。これにより、軟弱地盤１８の余剰な過剰間隙水圧が消散され、液状化が抑えられる。
【００６９】
さらに、目地部材６２は、体積膨張によって、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５の端部を地中壁２０に連結した状態（ロック状態）にさせる。これにより、地震時に作用する水平力を根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５から地中壁２０に流すことができる。そして、通常時及び地震時に、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５に作用する鉛直荷重が地中壁２０内の軟弱地盤１８に確実に伝達され、軟弱地盤１８に作用する有効応力の減少を抑えることができる。
【００７０】
また、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５の端部が地中壁２０に対してロック状態となることで、根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５の両端部の上下動及び傾きが抑えられると共に、地中壁２０に曲げモーメントの伝達が可能となる。これにより、地中壁２０と根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５が目地部材２４を介して一体化され、門型の変形抑止壁となり、地盤改良構造６０の全体剛性が増大して、地中壁２０内部の軟弱地盤１８の水平方向及び上下方向のせん断変形を抑止すると共に、液状化を抑えることができる。
【００７１】
さらに、建物６４の根入れ部６４Ａと基礎梁６５が変形抑止板として機能するので、別途、変形抑止板を設ける必要がなくなる。また、建物６４の自重により軟弱地盤１８の有効応力を増加させることができる。
【００７２】
また、既存建物の液状化対策では、建物の直下を対策することが技術的及びコスト的に困難であったが、地盤改良構造６０では、建物６４の外周部に地中壁２０を設置し、目地部材６２を用いて根入れ部６４Ａ及び基礎梁６５と地中壁２０とを連結することで、建物６４直下の軟弱地盤１８の液状化を防止することができる。
【００７３】
次に、本発明の地盤改良構造の第４実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００７４】
図１１には、地盤改良構造７０が示されている。地盤改良構造７０は、第１実施形態の建物１４及び変形抑止板２２に換えて、地中構造物の躯体７２を設け、さらに、目地部材２４に換えて、目地部材７４を設けた構成となっている。
【００７５】
地中構造物の躯体７２は、共同溝や掘割道路（水路）の地中構造物の躯体であり、軟弱地盤１８よりも剛性の高い構造体とされている。また、躯体７２の高さは５ｍ程度であり、軟弱地盤１８の一部である軟弱地盤１８Ａにより支持されている。また、躯体７２の上部は、埋め戻しの土砂によって軟弱地盤１８Ｂが形成されている。
【００７６】
目地部材７４は、目地部材２４と同様に、透水性を有する土嚢袋２６及び粒状体２８（図２参照）を備えており、地中壁２０の内面と躯体７２との隙間に複数詰め込まれることにより、この隙間を塞いでいる。
【００７７】
また、地盤改良構造７０は、目地部材７４によって、地中壁２０と躯体７２とが連結状態とされた門型となっている。なお、目地部材６２による地中壁２０と躯体７２との連結とは、これらをコンクリート等で一体化するような剛結を意味するものではなく、地中壁２０と躯体７２との隙間を埋めて、軟弱地盤１８Ａ中の土砂を軟弱地盤１８Ｂ及び地上へ流出させにくくすると共に、躯体７２を地中壁２０に対して鉛直方向の相対移動可能に保持することを意味している。
【００７８】
次に、本発明の第４実施形態の作用について説明する。
【００７９】
地震により地中壁２０内の軟弱地盤１８（１８Ａ、１８Ｂ含む）が上下動して、地中構造物の躯体７２に上下方向の力が作用したとき、目地部材７４は体積が膨張する。これにより、躯体７２と地中壁２０の隙間が塞がれ、局所的に液状化した軟弱地盤１８の噴砂による流出を防ぐことができる。
【００８０】
また、目地部材７４は透水性を有しているため、軟弱地盤１８Ａ内の水（地下水）の一部が目地部材７４を透過して軟弱地盤１８Ｂ及び地上へ排水される。これにより、軟弱地盤１８Ａの余剰な過剰間隙水圧が消散され、液状化が抑えられる。
【００８１】
さらに、目地部材７４は、体積膨張によって、躯体７２の端部を地中壁２０に連結した状態（ロック状態）にさせる。これにより、地震時に作用する水平力を躯体７２から地中壁２０に流すことができる。そして、通常時及び地震時に、躯体７２に作用する鉛直荷重が地中壁２０内の軟弱地盤１８Ａに確実に伝達され、軟弱地盤１８Ａに作用する有効応力の減少を抑えることができる。
【００８２】
また、躯体７２の端部が地中壁２０に対してロック状態となることで、躯体７２の両端部の上下動及び傾きが抑えられると共に、地中壁２０に曲げモーメントの伝達が可能となる。これにより、地中壁２０と躯体７２が目地部材７４を介して一体化され、門型の変形抑止壁となり、地盤改良構造７０の全体剛性が増大して、地中壁２０内部の軟弱地盤１８Ａの水平方向及び上下方向のせん断変形を抑止すると共に液状化を抑えることができる。
【００８３】
さらに、地中構造物の躯体７２が変形抑止板として機能するので、別途、変形抑止板を設ける必要がなくなる。また、躯体７２の自重により軟弱地盤１８Ａの有効応力を増加させることができる。
【００８４】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されない。
【００８５】
目地部材２４、６２、７４は、膨張又は収縮が可能で、透水性を有し、且つ土砂を流出させないものが利用でき、例えば、スポンジ状の弾性を有する多孔質体であってもよい。
【００８６】
地盤１２中に設置する地中壁は、軟弱地盤１８の水平方向のせん断変形を抑止できるものであればよく、格子状地盤改良体の他に、柱状地盤改良体、矢板、鋼管矢板を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 地盤改良構造
１２ 地盤
２０ 地中壁
２２ 変形抑止板（剛性板）
２４ 目地部材（目地部材）
２６ 土嚢袋（袋体）
２８ 粒状体
４０ 地盤改良構造
４１Ａ 貫通孔
４２ 杭材（杭）
４４ 受部材（受け部材）
４６ 反力板（弾性体）
６０ 地盤改良構造
６４ 建物
６４Ａ 根入れ部
６５ 基礎梁
７０ 地盤改良構造
７２ 躯体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を囲む地中壁と、
地盤上に配置され、地盤よりも高い剛性を有し、前記地中壁の内側を覆う剛性板と、
前記地中壁の内面と前記剛性板との間の隙間を塞ぐ目地部材と、
を有する地盤改良構造。
【請求項２】
前記目地部材は、透水性を有する袋体と、前記袋体に詰められた粒状体と、を備える請求項１に記載の地盤改良構造。
【請求項３】
前記剛性板に形成された貫通孔に挿通され地盤中に設けられた杭と、
前記剛性板の上方で前記杭に固定された受け部材と、
前記剛性板と前記受け部材に固定され前記剛性板の上昇時及び下降時に前記剛性板に反力を作用させる弾性体と、
を有する請求項１又は請求項２に記載の地盤改良構造。
【請求項４】
前記剛性板が、セメント系の表層改良体である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の地盤改良構造。
【請求項５】
前記剛性板が、前記地中壁の間に構築された建物の根入れ部と、前記根入れ部の下部に設けられた前記建物の基礎梁とで構成されている請求項１又は請求項２に記載の地盤改良構造。
【請求項６】
前記剛性板が、前記地中壁の間に構築された地中構造物の躯体である請求項１又は請求項２に記載の地盤改良構造。
【請求項１】
地盤を囲む地中壁と、
地盤上に配置され、地盤よりも高い剛性を有し、前記地中壁の内側を覆う剛性板と、
前記地中壁の内面と前記剛性板との間の隙間を塞ぐ目地部材と、
を有する地盤改良構造。
【請求項２】
前記目地部材は、透水性を有する袋体と、前記袋体に詰められた粒状体と、を備える請求項１に記載の地盤改良構造。
【請求項３】
前記剛性板に形成された貫通孔に挿通され地盤中に設けられた杭と、
前記剛性板の上方で前記杭に固定された受け部材と、
前記剛性板と前記受け部材に固定され前記剛性板の上昇時及び下降時に前記剛性板に反力を作用させる弾性体と、
を有する請求項１又は請求項２に記載の地盤改良構造。
【請求項４】
前記剛性板が、セメント系の表層改良体である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の地盤改良構造。
【請求項５】
前記剛性板が、前記地中壁の間に構築された建物の根入れ部と、前記根入れ部の下部に設けられた前記建物の基礎梁とで構成されている請求項１又は請求項２に記載の地盤改良構造。
【請求項６】
前記剛性板が、前記地中壁の間に構築された地中構造物の躯体である請求項１又は請求項２に記載の地盤改良構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２１６１０７（Ｐ２０１０−２１６１０７Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６１８０１（Ｐ２００９−６１８０１）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【出願人】（０００１５０１１０）株式会社竹中土木 (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【出願人】（０００１５０１１０）株式会社竹中土木 (101)
【Ｆターム（参考）】
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