揺すり込み沈下対策地盤および揺すり込み沈下対策地盤の造成方法
【課題】 固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる揺すり込み沈下対策地盤およびその造成方法を提供する。
【解決手段】 地表面沈下対策地盤S1における非液状化層S12には、複数の杭式改良体1が打設されている。複数の杭式改良体1は、千鳥に配置され、または正方形の頂点に配置されている。杭式改良体1は、そのBL比が0.2〜0.4に調整されている。こうして、複数の杭式改良体1の配置は、地表面沈下対策地盤S1の地表面沈下を防止する地表面沈下抑制配置とされている。
【解決手段】 地表面沈下対策地盤S1における非液状化層S12には、複数の杭式改良体1が打設されている。複数の杭式改良体1は、千鳥に配置され、または正方形の頂点に配置されている。杭式改良体1は、そのBL比が0.2〜0.4に調整されている。こうして、複数の杭式改良体1の配置は、地表面沈下対策地盤S1の地表面沈下を防止する地表面沈下抑制配置とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
地下水位以浅の地中構造物の周辺等における非液状化層構造物周辺領域を備える地盤に揺すり込み沈下対策を施して造成する揺すり込み沈下対策地盤およびその造成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
地下水位が高く飽和状態にある液状化層では、地震時に地盤が繰り返し変形を受けることによって水圧が上昇し、地盤におけるせん断抵抗力が失われることによって液状化現象が発生する。その一方、地下水位が低く、地下水位以浅にある緩い砂地盤では、地盤の間隙中に水分が存在するものの、不飽和状態となっているため、地震時に繰り返し変形が与えられたとしても、水圧が上昇しにくくなっている。水圧が上昇しなければ、土圧が有効応力として作用することから、地盤のせん断抵抗力が保たれるので、液状化現象は発生しない。したがって、地下水位よりも浅い位置における砂地盤は、非液状化層となっている。
【0003】
このような非液状化層では、液状化現象は発生しないものの、地中構造物や建屋の周辺の領域(以下「非液状化層構造物周辺領域」という)では、揺すり込み沈下の発生が問題となっている。非液状化層構造物周辺領域における沈下の原因は主に2つに大別される。その1つは、地震によって地盤に繰り返しせん断力が生じることによる地盤の体積収縮であり、もう1つは、地盤と地中構造物との相対水平変位によるすべり沈下である。揺すり込み沈下は、構造物の周囲においてその現象が確認されており、上記2つの原因が複合して生じる沈下現象である。
【0004】
揺すり込み沈下の発生メカニズムは、液状化による地盤沈下とは明らかに異なる。このため、揺すり込み沈下対策としては、地震時に累積ひずみによる体積収縮を生じさせないように地盤のせん断剛性を高めるとともに、地盤と近接する構造物との応答差をなくし、相対水平変位を抑制するように非液状化層構造物周辺領域を改良することが必要と考えられる(非特許文献1参照)。
【0005】
地下水位以浅の非液状化層構造物周辺領域(以下「改良対象領域」ともいう)の改良形式として特化した技術は特に開示されていないが、揺すり込み沈下の発生メカニズムを考慮すると、たとえば改良対象領域の全体をセメントなどの固化材によって固化させて改良体を造成する方法がある。揺すり込み沈下が発生する主な理由は、地震発生前の初期剛性が、地震後における載荷と除荷を繰り返し受ける繰り返し荷重により低下し、地盤が軟化することで地盤の変形量が大きくなり、土粒子の再配列が生じやすくなることと考えられる。また、地盤の変形量が大きくなることにより、構造物と地盤との間の相対水平変位が大きくなって構造物と地盤との間に生じた隙間に土が滑り込むことによりさらに沈下量が増大する。そこで、地盤を全面改良して初期剛性を高めることにより、繰り返し荷重を受けた後の地盤の剛性の低下量を小さくすることができ、沈下の抑制を図ることができる。
【0006】
ところが、改良領域の全体を固化させる工法では、固化材を大量に必要としたり、工期の長期化を招いたりするなどの問題がある。また、改良領域の全体を改良する全面改良に対して、改良領域の一部を効率的に改良する部分固化を行うことも考えられる。この部分固化では、改良領域の一部に地盤改良体を造成する工法がある。この工法では、地盤の一部を固化させるのみであるので、固化材の使用量を少なくするとともに、工期の短縮を図ることができる。
【0007】
地盤改良体を造成する際には、深層混合処理工法や薬液注入工法が用いられる。このうち、薬液注入工法は、一般的には土中水を薬液に置換する工法であるため、地下水位以浅にある改良対象領域に適用することは適切でない。したがって、地盤改良体を造成する際には、深層混合処理工法を用いることが考えられる。
【0008】
深層混合処理工法には、撹拌用の重機を用いて撹拌を行う機械式撹拌工法や固化材ミルクを地盤内で高圧噴射して撹拌を行う高圧噴射撹拌工法などがある。また、地盤の一部を深層混合処理工法によって固化させる工法として、従来、次のものが知られている。たとえば、固化材ミルクを地盤と混合撹拌して地盤改良体を平面格子状に配置して造成する。この平面格子状の地盤改良体は、側面視して壁状に形成される。この地盤改良体によって地震時における地盤のせん断変形を抑制し、地下水および土の移動を抑制する(たとえば、特許文献1、特許文献2参照)。さらには、格子状地盤改良体を単独で造成するだけでなく、杭基礎構造と併用して用いる工法も知られている(たとえば、特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2000−265455号公報
【特許文献2】特開2008−50787号公報
【特許文献3】特開2001−342637号公報
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】石丸真,河井正:重力場模型振動台実験による底面が固定された剛な構造物近傍地盤の地震時沈下メカニズムの把握,地盤工学ジャーナル,Vol.4,No.4,369-380.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
揺すり込み沈下対策地盤を造成するにあたり、改良対象領域の全体を固化させる工法は、揺すり込み沈下を防止する対策として最も確実な工法ではある。ところが、改良対象領域の全体の固化材ミルクを注入して改良対象領域の全体を固化させていることから、大量の固化材ミルクを要するという問題があった。また、施工の際には、地盤内に注入する固化材ミルクの量と同量以下のスライムが地上に排出されるため、排出されたスライムの処理や運搬の手間が掛かるという問題もあった。
【0012】
一方、上記特許文献1〜3に開示された地盤の一部に格子状地盤改良体を造成する工法では、固化材ミルクや薬剤の使用量を抑制できる。さらには、固化材ミルクの使用量が少なくなるため、排出されるスライムの量も少なくなり、スライムの処理や運搬に掛かる手間を軽減することができる。
【0013】
しかし、上記特許文献1〜3に開示された格子状地盤改良体を造成する工法においては、地盤改良体をラップさせて連続的に造成することで壁体を構築している。このため、固化材ミルクのロスが生じるという問題は依然として残されているので、さらに固化材ミルクの消費量の抑制を図る余地がある。
【0014】
他方、改良対象領域の全体を固化させて全体改良体を造成する場合、構造物と全体改良体との剛性の差は小さくなるものの、未改良地盤と全体改良体との剛性の差は非常に大きくなっている。このため、全体改良体に対して地震動が壁の垂直方向に入力された場合、全体改良体と未改良地盤との揺れ方が大きく異なり、相対水平変位が大きく異なってしまう。したがって、全体改良体と未改良地盤との間に隙間が生じるなどして、沈下の進行を進めてしまう可能性があるという問題があった。
【0015】
そこで、本発明の課題は、固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる揺すり込み沈下対策地盤およびその造成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記課題を解決した本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤は、基盤層と、基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策地盤であって、非液状化層に複数の杭式改良体が打設されており、複数の杭式改良体は、揺すり込み沈下抑制配置とされていることを特徴とする。
【0017】
本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤においては、非液状化層に複数の杭式改良体が打設されており、複数の杭式改良体は、揺すり込み沈下抑制配置とされている。揺すり込み沈下抑制配置は、揺すり込み沈下の抑制に効果的な配置であるため、地震による繰り返し変形が生じても、地表面沈下を抑制することができるので、地表面沈下による補修の必要がなくなる。したがって、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる。また、杭式改良体が揺すり込み沈下抑制配置とされて揺すり込み沈下を抑制しているので、非液状化層構造物周辺領域の全体を固化させる場合よりも、杭式改良体形成するための固化材ミルクの消費量を抑制することができる。したがって、固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる。
【0018】
ここで、揺すり込み沈下抑制配置は、非液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が千鳥とされた配置である態様とすることができる。
【0019】
このように、液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が千鳥とされた配置に杭式改良体を打設することより、地表面沈下抑制に効果的となる配置である揺すり込み沈下抑制配置を好適に生成することができる。
【0020】
また、杭式改良体同士の距離関係が、杭間スパンと打設ピッチとの比が0.2〜0.4とされている態様とすることができる。
【0021】
このように、杭式改良体同士の距離関係が、杭間スパンB/打設ピッチL=0.2〜0.4とされていることにより、地盤の平面的な改良率を抑制しながら、好適に揺すり込み沈下抑制配置を生成することができる。
【0022】
さらに、揺すり込み沈下抑制配置は、非液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が正方形の頂点にそれぞれ位置する配置である態様とすることができる。
【0023】
このように、液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が正方形の頂点にそれぞれ位置する配置に杭式改良体を打設することによっても、揺すり込み沈下抑制配置を好適に生成することができる。
【0024】
また、正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の杭間スパンと打設ピッチとの比が0.2〜0.4とされている態様とすることができる。
【0025】
このように、正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の杭間スパンBS/打設ピッチL=0.2〜0.4とされていることにより、地盤の平面的な改良率を抑制しながら、好適に揺すり込み沈下抑制配置を生成することができる。
【0026】
さらに、杭式改良体が、高圧噴射撹拌によって構築されている態様とすることができる。
【0027】
このように、杭式改良体が高圧噴射撹拌によって構築されていることにより、杭式改良体の側面に凹凸を形成することができる。
【0028】
他方、上記課題を解決した本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤の造成方法は、基盤層と、基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策を施すにあたり、複数の杭式改良体を揺すり込み沈下抑制配置として、非液状化層に複数の杭式改良体を打設することを特徴とする。
【発明の効果】
【0029】
本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤およびその造成方法によれば、固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】第1の実施形態に係る揺すり込み沈下対策地盤の側断面図である。
【図2】揺すり込み沈下対策地盤の平面図である。
【図3】杭式改良体の拡大側断面図である。
【図4】揺すり込み沈下対策地盤の造成工程を示す工程図である。
【図5】杭式改良体の位置関係を示す平面図である。
【図6】振動実験の結果における沈下率とB/L比との関係を示すグラフである。
【図7】地盤の改良率とB/L比との関係を示すグラフである。
【図8】好適なB/L比の最大値を説明するためのグラフである。
【図9】好適なB/L比の最小値を説明するためのグラフである。
【図10】好適なB/L比と改良率との範囲を説明するためのグラフである。
【図11】杭式改良体の位置関係の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【0032】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る地表面沈下対策地盤の側断面図、図2は、その平面図である。図1および図2に示すように、本実施形態に係る揺すり込み沈下対策地盤である地表面沈下対策地盤S1は、基盤層S11を備えており、基盤層S11の上層には、地下水位以浅の非液状化層S12が存在している。基盤層S11は、地中構造物の支持層ともなり、地震が発生した際にも変形が起こり難い堅固な地盤である。また、非液状化層S12は、緩い砂質土などからなり、地震が発生した際に揺すり込み沈下が発生しやすい地盤である。
【0033】
また、非液状化層S12に形成された共同溝等の重要な地中構造物Mの周辺における非液状化層構造物周辺領域Rには、複数の杭式改良体1が打設されている。杭式改良体1は、非液状化層S12を超えて、その下層における基盤層S11まで到達している。杭式改良体1は、基盤層S11に根入れされているのが好ましいが、その根入れ深さは、わずかでも問題ない。また、地表面沈下対策地盤S1には、図2に示すように、複数の杭式改良体1が打設されており、そのうちの4本は、平面視して正方形の角部となる位置に配置されている。
【0034】
杭式改良体1を平面視した際の径は、たとえば高圧噴射撹拌工法による場合、φ1〜5m程度である。また、複数の杭式改良体1の配置は、地表面沈下対策地盤S1の揺すり込み沈下による地表面沈下を防止する揺すり込み沈下抑制に効果的な配置である揺すり込み沈下抑制配置とされている。揺すり込み沈下抑制配置は、杭式改良体1の杭径(改良径)、杭間スパン、打設ピッチなどによって決定されている。これらの詳細については後に説明する。
【0035】
杭式改良体1は、高圧噴射撹拌や機械式撹拌によって形成することができるが、高圧撹拌噴射によって形成する場合には、図3に示すように、杭式改良体1の側面に微細な凹凸形状が付与される。図3における一点鎖線は、杭式改良体1における改良径を計測する部分を示している。
【0036】
次に、本実施形態に係る地表面沈下対策地盤の造成手順について説明する。図4は地表面沈下対策地盤の造成工程を示す工程図である。図4(a)に示すように、地表面沈下対策地盤を造成する際には、まず、地中構造物Mの周辺に非液状化層S12を貫通して基盤層S11に到達する杭式改良体1を順次造成していく。図4(a)には、一部の杭式改良体1の造成が完了し、その側方における杭式改良体1を造成する状態を示している。
【0037】
杭式改良体1は、たとえば深層混合処理工法によって造成することができ、ここではいわゆる高圧噴射撹拌工法によって造成する。高圧噴射撹拌工法では、図4(a)に示すように、杭式改良体1を造成する位置に噴射ロッド10を挿入する。噴射ロッド10の先端部には、固化材ミルクの噴射口が形成されている。噴射ロッド10を挿入したら、図4(b)に示すように、噴射ロッド10の側方から固化材ミルクを高圧で噴射するとともに、噴射ロッド10を回転させながら徐々に引き上げていく。なお、噴射ロッド10からは固化材ミルクと圧縮空気とを噴射すると効果的である。こうして、噴射ロッド10を地表面沈下対策地盤S1の最上部まで引き上げていき、杭式改良体1の打設が完了する。以後、地表面沈下抑制配置となる各位置に杭式改良体1を打設することにより、地表面沈下対策地盤S1が造成される。
【0038】
このように、上記の手順で造成された地表面沈下対策地盤S1においては、非液状化層S12に複数の杭式改良体1が打設されており、複数の杭式改良体1は、地表面沈下抑制配置とされている。このため、杭式改良体1を形成するのみで表面沈下を抑制することができるので、メンテナンスの必要性を小さくしながら地表面沈下自体を抑制することができる。さらには、杭式改良体1は重複させて壁状に構築されることもないので、改良材の使用量に対する平均的な改良率を高めることができる。また、複数の杭式改良体1が地表面沈下抑制配置されていることによって、改良によるスライム排出処理を低減することができる。
【0039】
以下、揺すり込み沈下抑制配置について説明する。本実施形態に係る地表面沈下対策地盤では、揺すり込み沈下が生じるほどの地震動が生じた場合、複数の杭式改良体1の配置によって、複数の杭式改良体1間における地表面の沈下を抑制するものである。本実施形態では、揺すり込み沈下による地表面の沈下を抑制するために、杭式改良体1の距離関係を所定の杭間スパンで構築している。ここでは、杭式改良体1における杭間スパンに着目している。
【0040】
本発明者らは、杭間スパンと地表面の沈下率との関係を調べるための模型実験を行った。実験では、図5に示すように、杭式改良体1を千鳥に配置した地表面沈下対策地盤のモデルである対策地盤モデルを作製した。この対策地盤モデルでは、実施例として、杭式改良体1の改良径Dをすべて統一した条件下で杭間スパンBを調整し、杭間スパンBと打設ピッチLとの比(以下「B/L比」という)を調整して、地表面沈下率を測定した。
【0041】
また、比較例として、従来の一般的な格子状改良における平面視した際の改良率(以下単に「改良率」という)が50%である地表面沈下率も、同条件の元で計測した。ただし、一般的な格子状改良では、60%程度まで改良率が高められる場合もある。その結果を図6に示す。図6において、実施例の結果を丸印で示し、比較例の結果を四角印で示している。また、実施例の結果に基づいて定めたB/L比に対する地表面沈下率の割合を示す第1ラインL1を求めた。
【0042】
図6に示すように、実施例における杭式改良体1では、B/L比が小さくなるほど地表面沈下率が小さくなる傾向が見られた。このことから、地表面沈下率を低くするためには、B/L比を小さくすることが求められることがわかる。ここで、比較例としての格子状改良では、B/L比はおよそ0.7であり、この場合の地表面沈下率は、およそ0.4程度であった。
【0043】
次に、改良率とB/L比との関係について図7を参照して説明する。図7は、改良率とB/L比との関係を示すグラフであり、従来の格子状改良の例を第2ラインL2で示し、実施例の杭式改良の例を第3ラインL3で示している。図7に示すように、従来の格子状改良に対して、実施例の杭式改良では、同じ改良率の場合にB/L比が小さくなることがわかる。具体的に、従来の格子状改良における改良率が50%の際のB/L比が0.7程度であるのに対して、実施例の杭式改良では、改良率が50%の際のB/L比は0.2程度となる。
【0044】
実施例に係る杭式改良では、地表面沈下率として、従来の格子状改良よりも低いかあるいはそれと同等の値を得ることができる一方で、改良率の低減を図ることが求められる。従来の格子状改良における地表面沈下率は0.4程度であることから、実施例に係る杭式改良においても地表面沈下率を0.4以下とすることが求められる。地表面沈下率が0.4となるB/L比が、杭式改良体1におけるB/L比の最大値となる。杭式改良体1におけるB/L比の最大値は、図8に示すように、0.4となる。
【0045】
一方、従来の格子状改良における改良率は60%程度であり、杭式改良体1におけるB/L比の最小値は、この改良率60%に相当する数値である。このため、杭式改良体1におけるB/L比の最小値は、図9に示すように、0.2以上となる。したがって、実施例に係る杭式改良体1におけるB/L比は、0.2〜0.4の範囲とすることが好適となり、B/L比=0.2〜0.4の範囲に杭式改良体1を配置することにより、格子状改良よりも低い改良率で有りながら、高い沈下抑制効果を得ることができることとなる。また、図10に示すように、杭式改良体1におけるB/L比が0.2〜0.4の場合、改良率は30%〜60%程度となる。この範囲Xが、杭式改良体1を造成するための好適な条件を示す範囲となる。
【0046】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態においては、複数の杭式改良体1を正方形の頂点に配置しているが、千鳥に配置することもできる。
【0047】
杭式改良体1を正方形の頂点に配置する場合には、図11に示すように、杭間スパンBSについては、正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の距離とする。杭間スパンBSをこの距離とすることにより、杭間スパンBS/打設ピッチL=0.2〜0.4の範囲に杭式改良体1を配置するで、格子状改良よりも低い改良率で有りながら、高い沈下抑制効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0048】
1…杭式改良体
1A…凹凸
10…噴射ロッド
D…改良径
L…打設ピッチ
S1…地表面沈下対策地盤
S11…基盤層
S12…非液状化層
【技術分野】
【0001】
地下水位以浅の地中構造物の周辺等における非液状化層構造物周辺領域を備える地盤に揺すり込み沈下対策を施して造成する揺すり込み沈下対策地盤およびその造成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
地下水位が高く飽和状態にある液状化層では、地震時に地盤が繰り返し変形を受けることによって水圧が上昇し、地盤におけるせん断抵抗力が失われることによって液状化現象が発生する。その一方、地下水位が低く、地下水位以浅にある緩い砂地盤では、地盤の間隙中に水分が存在するものの、不飽和状態となっているため、地震時に繰り返し変形が与えられたとしても、水圧が上昇しにくくなっている。水圧が上昇しなければ、土圧が有効応力として作用することから、地盤のせん断抵抗力が保たれるので、液状化現象は発生しない。したがって、地下水位よりも浅い位置における砂地盤は、非液状化層となっている。
【0003】
このような非液状化層では、液状化現象は発生しないものの、地中構造物や建屋の周辺の領域(以下「非液状化層構造物周辺領域」という)では、揺すり込み沈下の発生が問題となっている。非液状化層構造物周辺領域における沈下の原因は主に2つに大別される。その1つは、地震によって地盤に繰り返しせん断力が生じることによる地盤の体積収縮であり、もう1つは、地盤と地中構造物との相対水平変位によるすべり沈下である。揺すり込み沈下は、構造物の周囲においてその現象が確認されており、上記2つの原因が複合して生じる沈下現象である。
【0004】
揺すり込み沈下の発生メカニズムは、液状化による地盤沈下とは明らかに異なる。このため、揺すり込み沈下対策としては、地震時に累積ひずみによる体積収縮を生じさせないように地盤のせん断剛性を高めるとともに、地盤と近接する構造物との応答差をなくし、相対水平変位を抑制するように非液状化層構造物周辺領域を改良することが必要と考えられる(非特許文献1参照)。
【0005】
地下水位以浅の非液状化層構造物周辺領域(以下「改良対象領域」ともいう)の改良形式として特化した技術は特に開示されていないが、揺すり込み沈下の発生メカニズムを考慮すると、たとえば改良対象領域の全体をセメントなどの固化材によって固化させて改良体を造成する方法がある。揺すり込み沈下が発生する主な理由は、地震発生前の初期剛性が、地震後における載荷と除荷を繰り返し受ける繰り返し荷重により低下し、地盤が軟化することで地盤の変形量が大きくなり、土粒子の再配列が生じやすくなることと考えられる。また、地盤の変形量が大きくなることにより、構造物と地盤との間の相対水平変位が大きくなって構造物と地盤との間に生じた隙間に土が滑り込むことによりさらに沈下量が増大する。そこで、地盤を全面改良して初期剛性を高めることにより、繰り返し荷重を受けた後の地盤の剛性の低下量を小さくすることができ、沈下の抑制を図ることができる。
【0006】
ところが、改良領域の全体を固化させる工法では、固化材を大量に必要としたり、工期の長期化を招いたりするなどの問題がある。また、改良領域の全体を改良する全面改良に対して、改良領域の一部を効率的に改良する部分固化を行うことも考えられる。この部分固化では、改良領域の一部に地盤改良体を造成する工法がある。この工法では、地盤の一部を固化させるのみであるので、固化材の使用量を少なくするとともに、工期の短縮を図ることができる。
【0007】
地盤改良体を造成する際には、深層混合処理工法や薬液注入工法が用いられる。このうち、薬液注入工法は、一般的には土中水を薬液に置換する工法であるため、地下水位以浅にある改良対象領域に適用することは適切でない。したがって、地盤改良体を造成する際には、深層混合処理工法を用いることが考えられる。
【0008】
深層混合処理工法には、撹拌用の重機を用いて撹拌を行う機械式撹拌工法や固化材ミルクを地盤内で高圧噴射して撹拌を行う高圧噴射撹拌工法などがある。また、地盤の一部を深層混合処理工法によって固化させる工法として、従来、次のものが知られている。たとえば、固化材ミルクを地盤と混合撹拌して地盤改良体を平面格子状に配置して造成する。この平面格子状の地盤改良体は、側面視して壁状に形成される。この地盤改良体によって地震時における地盤のせん断変形を抑制し、地下水および土の移動を抑制する(たとえば、特許文献1、特許文献2参照)。さらには、格子状地盤改良体を単独で造成するだけでなく、杭基礎構造と併用して用いる工法も知られている(たとえば、特許文献3参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2000−265455号公報
【特許文献2】特開2008−50787号公報
【特許文献3】特開2001−342637号公報
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】石丸真,河井正:重力場模型振動台実験による底面が固定された剛な構造物近傍地盤の地震時沈下メカニズムの把握,地盤工学ジャーナル,Vol.4,No.4,369-380.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
揺すり込み沈下対策地盤を造成するにあたり、改良対象領域の全体を固化させる工法は、揺すり込み沈下を防止する対策として最も確実な工法ではある。ところが、改良対象領域の全体の固化材ミルクを注入して改良対象領域の全体を固化させていることから、大量の固化材ミルクを要するという問題があった。また、施工の際には、地盤内に注入する固化材ミルクの量と同量以下のスライムが地上に排出されるため、排出されたスライムの処理や運搬の手間が掛かるという問題もあった。
【0012】
一方、上記特許文献1〜3に開示された地盤の一部に格子状地盤改良体を造成する工法では、固化材ミルクや薬剤の使用量を抑制できる。さらには、固化材ミルクの使用量が少なくなるため、排出されるスライムの量も少なくなり、スライムの処理や運搬に掛かる手間を軽減することができる。
【0013】
しかし、上記特許文献1〜3に開示された格子状地盤改良体を造成する工法においては、地盤改良体をラップさせて連続的に造成することで壁体を構築している。このため、固化材ミルクのロスが生じるという問題は依然として残されているので、さらに固化材ミルクの消費量の抑制を図る余地がある。
【0014】
他方、改良対象領域の全体を固化させて全体改良体を造成する場合、構造物と全体改良体との剛性の差は小さくなるものの、未改良地盤と全体改良体との剛性の差は非常に大きくなっている。このため、全体改良体に対して地震動が壁の垂直方向に入力された場合、全体改良体と未改良地盤との揺れ方が大きく異なり、相対水平変位が大きく異なってしまう。したがって、全体改良体と未改良地盤との間に隙間が生じるなどして、沈下の進行を進めてしまう可能性があるという問題があった。
【0015】
そこで、本発明の課題は、固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる揺すり込み沈下対策地盤およびその造成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記課題を解決した本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤は、基盤層と、基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策地盤であって、非液状化層に複数の杭式改良体が打設されており、複数の杭式改良体は、揺すり込み沈下抑制配置とされていることを特徴とする。
【0017】
本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤においては、非液状化層に複数の杭式改良体が打設されており、複数の杭式改良体は、揺すり込み沈下抑制配置とされている。揺すり込み沈下抑制配置は、揺すり込み沈下の抑制に効果的な配置であるため、地震による繰り返し変形が生じても、地表面沈下を抑制することができるので、地表面沈下による補修の必要がなくなる。したがって、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる。また、杭式改良体が揺すり込み沈下抑制配置とされて揺すり込み沈下を抑制しているので、非液状化層構造物周辺領域の全体を固化させる場合よりも、杭式改良体形成するための固化材ミルクの消費量を抑制することができる。したがって、固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる。
【0018】
ここで、揺すり込み沈下抑制配置は、非液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が千鳥とされた配置である態様とすることができる。
【0019】
このように、液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が千鳥とされた配置に杭式改良体を打設することより、地表面沈下抑制に効果的となる配置である揺すり込み沈下抑制配置を好適に生成することができる。
【0020】
また、杭式改良体同士の距離関係が、杭間スパンと打設ピッチとの比が0.2〜0.4とされている態様とすることができる。
【0021】
このように、杭式改良体同士の距離関係が、杭間スパンB/打設ピッチL=0.2〜0.4とされていることにより、地盤の平面的な改良率を抑制しながら、好適に揺すり込み沈下抑制配置を生成することができる。
【0022】
さらに、揺すり込み沈下抑制配置は、非液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が正方形の頂点にそれぞれ位置する配置である態様とすることができる。
【0023】
このように、液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が正方形の頂点にそれぞれ位置する配置に杭式改良体を打設することによっても、揺すり込み沈下抑制配置を好適に生成することができる。
【0024】
また、正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の杭間スパンと打設ピッチとの比が0.2〜0.4とされている態様とすることができる。
【0025】
このように、正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の杭間スパンBS/打設ピッチL=0.2〜0.4とされていることにより、地盤の平面的な改良率を抑制しながら、好適に揺すり込み沈下抑制配置を生成することができる。
【0026】
さらに、杭式改良体が、高圧噴射撹拌によって構築されている態様とすることができる。
【0027】
このように、杭式改良体が高圧噴射撹拌によって構築されていることにより、杭式改良体の側面に凹凸を形成することができる。
【0028】
他方、上記課題を解決した本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤の造成方法は、基盤層と、基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策を施すにあたり、複数の杭式改良体を揺すり込み沈下抑制配置として、非液状化層に複数の杭式改良体を打設することを特徴とする。
【発明の効果】
【0029】
本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤およびその造成方法によれば、固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】第1の実施形態に係る揺すり込み沈下対策地盤の側断面図である。
【図2】揺すり込み沈下対策地盤の平面図である。
【図3】杭式改良体の拡大側断面図である。
【図4】揺すり込み沈下対策地盤の造成工程を示す工程図である。
【図5】杭式改良体の位置関係を示す平面図である。
【図6】振動実験の結果における沈下率とB/L比との関係を示すグラフである。
【図7】地盤の改良率とB/L比との関係を示すグラフである。
【図8】好適なB/L比の最大値を説明するためのグラフである。
【図9】好適なB/L比の最小値を説明するためのグラフである。
【図10】好適なB/L比と改良率との範囲を説明するためのグラフである。
【図11】杭式改良体の位置関係の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【0032】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る地表面沈下対策地盤の側断面図、図2は、その平面図である。図1および図2に示すように、本実施形態に係る揺すり込み沈下対策地盤である地表面沈下対策地盤S1は、基盤層S11を備えており、基盤層S11の上層には、地下水位以浅の非液状化層S12が存在している。基盤層S11は、地中構造物の支持層ともなり、地震が発生した際にも変形が起こり難い堅固な地盤である。また、非液状化層S12は、緩い砂質土などからなり、地震が発生した際に揺すり込み沈下が発生しやすい地盤である。
【0033】
また、非液状化層S12に形成された共同溝等の重要な地中構造物Mの周辺における非液状化層構造物周辺領域Rには、複数の杭式改良体1が打設されている。杭式改良体1は、非液状化層S12を超えて、その下層における基盤層S11まで到達している。杭式改良体1は、基盤層S11に根入れされているのが好ましいが、その根入れ深さは、わずかでも問題ない。また、地表面沈下対策地盤S1には、図2に示すように、複数の杭式改良体1が打設されており、そのうちの4本は、平面視して正方形の角部となる位置に配置されている。
【0034】
杭式改良体1を平面視した際の径は、たとえば高圧噴射撹拌工法による場合、φ1〜5m程度である。また、複数の杭式改良体1の配置は、地表面沈下対策地盤S1の揺すり込み沈下による地表面沈下を防止する揺すり込み沈下抑制に効果的な配置である揺すり込み沈下抑制配置とされている。揺すり込み沈下抑制配置は、杭式改良体1の杭径(改良径)、杭間スパン、打設ピッチなどによって決定されている。これらの詳細については後に説明する。
【0035】
杭式改良体1は、高圧噴射撹拌や機械式撹拌によって形成することができるが、高圧撹拌噴射によって形成する場合には、図3に示すように、杭式改良体1の側面に微細な凹凸形状が付与される。図3における一点鎖線は、杭式改良体1における改良径を計測する部分を示している。
【0036】
次に、本実施形態に係る地表面沈下対策地盤の造成手順について説明する。図4は地表面沈下対策地盤の造成工程を示す工程図である。図4(a)に示すように、地表面沈下対策地盤を造成する際には、まず、地中構造物Mの周辺に非液状化層S12を貫通して基盤層S11に到達する杭式改良体1を順次造成していく。図4(a)には、一部の杭式改良体1の造成が完了し、その側方における杭式改良体1を造成する状態を示している。
【0037】
杭式改良体1は、たとえば深層混合処理工法によって造成することができ、ここではいわゆる高圧噴射撹拌工法によって造成する。高圧噴射撹拌工法では、図4(a)に示すように、杭式改良体1を造成する位置に噴射ロッド10を挿入する。噴射ロッド10の先端部には、固化材ミルクの噴射口が形成されている。噴射ロッド10を挿入したら、図4(b)に示すように、噴射ロッド10の側方から固化材ミルクを高圧で噴射するとともに、噴射ロッド10を回転させながら徐々に引き上げていく。なお、噴射ロッド10からは固化材ミルクと圧縮空気とを噴射すると効果的である。こうして、噴射ロッド10を地表面沈下対策地盤S1の最上部まで引き上げていき、杭式改良体1の打設が完了する。以後、地表面沈下抑制配置となる各位置に杭式改良体1を打設することにより、地表面沈下対策地盤S1が造成される。
【0038】
このように、上記の手順で造成された地表面沈下対策地盤S1においては、非液状化層S12に複数の杭式改良体1が打設されており、複数の杭式改良体1は、地表面沈下抑制配置とされている。このため、杭式改良体1を形成するのみで表面沈下を抑制することができるので、メンテナンスの必要性を小さくしながら地表面沈下自体を抑制することができる。さらには、杭式改良体1は重複させて壁状に構築されることもないので、改良材の使用量に対する平均的な改良率を高めることができる。また、複数の杭式改良体1が地表面沈下抑制配置されていることによって、改良によるスライム排出処理を低減することができる。
【0039】
以下、揺すり込み沈下抑制配置について説明する。本実施形態に係る地表面沈下対策地盤では、揺すり込み沈下が生じるほどの地震動が生じた場合、複数の杭式改良体1の配置によって、複数の杭式改良体1間における地表面の沈下を抑制するものである。本実施形態では、揺すり込み沈下による地表面の沈下を抑制するために、杭式改良体1の距離関係を所定の杭間スパンで構築している。ここでは、杭式改良体1における杭間スパンに着目している。
【0040】
本発明者らは、杭間スパンと地表面の沈下率との関係を調べるための模型実験を行った。実験では、図5に示すように、杭式改良体1を千鳥に配置した地表面沈下対策地盤のモデルである対策地盤モデルを作製した。この対策地盤モデルでは、実施例として、杭式改良体1の改良径Dをすべて統一した条件下で杭間スパンBを調整し、杭間スパンBと打設ピッチLとの比(以下「B/L比」という)を調整して、地表面沈下率を測定した。
【0041】
また、比較例として、従来の一般的な格子状改良における平面視した際の改良率(以下単に「改良率」という)が50%である地表面沈下率も、同条件の元で計測した。ただし、一般的な格子状改良では、60%程度まで改良率が高められる場合もある。その結果を図6に示す。図6において、実施例の結果を丸印で示し、比較例の結果を四角印で示している。また、実施例の結果に基づいて定めたB/L比に対する地表面沈下率の割合を示す第1ラインL1を求めた。
【0042】
図6に示すように、実施例における杭式改良体1では、B/L比が小さくなるほど地表面沈下率が小さくなる傾向が見られた。このことから、地表面沈下率を低くするためには、B/L比を小さくすることが求められることがわかる。ここで、比較例としての格子状改良では、B/L比はおよそ0.7であり、この場合の地表面沈下率は、およそ0.4程度であった。
【0043】
次に、改良率とB/L比との関係について図7を参照して説明する。図7は、改良率とB/L比との関係を示すグラフであり、従来の格子状改良の例を第2ラインL2で示し、実施例の杭式改良の例を第3ラインL3で示している。図7に示すように、従来の格子状改良に対して、実施例の杭式改良では、同じ改良率の場合にB/L比が小さくなることがわかる。具体的に、従来の格子状改良における改良率が50%の際のB/L比が0.7程度であるのに対して、実施例の杭式改良では、改良率が50%の際のB/L比は0.2程度となる。
【0044】
実施例に係る杭式改良では、地表面沈下率として、従来の格子状改良よりも低いかあるいはそれと同等の値を得ることができる一方で、改良率の低減を図ることが求められる。従来の格子状改良における地表面沈下率は0.4程度であることから、実施例に係る杭式改良においても地表面沈下率を0.4以下とすることが求められる。地表面沈下率が0.4となるB/L比が、杭式改良体1におけるB/L比の最大値となる。杭式改良体1におけるB/L比の最大値は、図8に示すように、0.4となる。
【0045】
一方、従来の格子状改良における改良率は60%程度であり、杭式改良体1におけるB/L比の最小値は、この改良率60%に相当する数値である。このため、杭式改良体1におけるB/L比の最小値は、図9に示すように、0.2以上となる。したがって、実施例に係る杭式改良体1におけるB/L比は、0.2〜0.4の範囲とすることが好適となり、B/L比=0.2〜0.4の範囲に杭式改良体1を配置することにより、格子状改良よりも低い改良率で有りながら、高い沈下抑制効果を得ることができることとなる。また、図10に示すように、杭式改良体1におけるB/L比が0.2〜0.4の場合、改良率は30%〜60%程度となる。この範囲Xが、杭式改良体1を造成するための好適な条件を示す範囲となる。
【0046】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態においては、複数の杭式改良体1を正方形の頂点に配置しているが、千鳥に配置することもできる。
【0047】
杭式改良体1を正方形の頂点に配置する場合には、図11に示すように、杭間スパンBSについては、正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の距離とする。杭間スパンBSをこの距離とすることにより、杭間スパンBS/打設ピッチL=0.2〜0.4の範囲に杭式改良体1を配置するで、格子状改良よりも低い改良率で有りながら、高い沈下抑制効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0048】
1…杭式改良体
1A…凹凸
10…噴射ロッド
D…改良径
L…打設ピッチ
S1…地表面沈下対策地盤
S11…基盤層
S12…非液状化層
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基盤層と、前記基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策地盤であって、
前記非液状化層に複数の杭式改良体が打設されており、
前記複数の杭式改良体は、揺すり込み沈下抑制配置とされていることを特徴とする揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項2】
前記揺すり込み沈下抑制配置は、前記非液状化層を平面視して、複数の前記杭式改良体が千鳥とされた配置である請求項1に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項3】
前記杭式改良体同士の距離関係が、杭間スパンと打設ピッチとの比が0.2〜0.4とされている請求項2に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項4】
前記揺すり込み沈下抑制配置は、前記非液状化層を平面視して、前記複数の杭式改良体が正方形の頂点にそれぞれ位置する配置である請求項1に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項5】
前記正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の杭間スパンと打設ピッチとの比が0.2〜0.4とされている請求項3に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項6】
前記杭式改良体が、高圧噴射撹拌によって構築されている請求項1〜請求項5のうちのいずれか1項に記載に揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項7】
基盤層と、前記基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策を施すにあたり、
前記複数の杭式改良体を揺すり込み沈下抑制配置として、前記非液状化層に前記複数の杭式改良体を打設することを特徴とする揺すり込み沈下対策地盤の造成方法。
【請求項1】
基盤層と、前記基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策地盤であって、
前記非液状化層に複数の杭式改良体が打設されており、
前記複数の杭式改良体は、揺すり込み沈下抑制配置とされていることを特徴とする揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項2】
前記揺すり込み沈下抑制配置は、前記非液状化層を平面視して、複数の前記杭式改良体が千鳥とされた配置である請求項1に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項3】
前記杭式改良体同士の距離関係が、杭間スパンと打設ピッチとの比が0.2〜0.4とされている請求項2に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項4】
前記揺すり込み沈下抑制配置は、前記非液状化層を平面視して、前記複数の杭式改良体が正方形の頂点にそれぞれ位置する配置である請求項1に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項5】
前記正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の杭間スパンと打設ピッチとの比が0.2〜0.4とされている請求項3に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項6】
前記杭式改良体が、高圧噴射撹拌によって構築されている請求項1〜請求項5のうちのいずれか1項に記載に揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項7】
基盤層と、前記基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策を施すにあたり、
前記複数の杭式改良体を揺すり込み沈下抑制配置として、前記非液状化層に前記複数の杭式改良体を打設することを特徴とする揺すり込み沈下対策地盤の造成方法。
【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2012−241499(P2012−241499A)
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−115744(P2011−115744)
【出願日】平成23年5月24日(2011.5.24)
【出願人】(000001373)鹿島建設株式会社 (1,387)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年5月24日(2011.5.24)
【出願人】(000001373)鹿島建設株式会社 (1,387)
【Fターム(参考)】
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