液状化層の側方流動抑制装置
【課題】側方流動を杭により確実に抑制する。
【解決手段】地中構築物２が構築されて液状化層６の側方流動の発生が予測される地盤において、地中構築物２に対し側方流動の上流側に、流動方向に対して直角方向に側方流動抑制杭７を設置する。そして、その杭頭を連結する。具体的には、側方流動抑制杭７は、地中構築物２の側方流動の流動方向と直角方向の幅よりも幅広に設置する。しかも、その杭間隔を杭径の３倍よりも狭く設置する。また、杭頭を鋼材で連結する。なお、地中構築物は杭基礎２である。
【解決手段】地中構築物２が構築されて液状化層６の側方流動の発生が予測される地盤において、地中構築物２に対し側方流動の上流側に、流動方向に対して直角方向に側方流動抑制杭７を設置する。そして、その杭頭を連結する。具体的には、側方流動抑制杭７は、地中構築物２の側方流動の流動方向と直角方向の幅よりも幅広に設置する。しかも、その杭間隔を杭径の３倍よりも狭く設置する。また、杭頭を鋼材で連結する。なお、地中構築物は杭基礎２である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤に予測される液状化層の側方流動を抑制するための杭による側方流動抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、兵庫県南部地震時の液状化時の側方流動は、緩い傾斜地盤や埋立地の護岸を中心に発生し、かなり広範囲に発生し、橋脚基礎や構造物基礎に甚大な被害を与えた。
地震直後の復旧工事では、杭基礎周辺の固化改良や地中連続壁や増し杭を基礎外周に打設するなど、必ずしも経済的で、合理的な設計・施工とは言えないものであった。これらの方法は、対象構造物の杭自体を防護するものであり、巨大地震時に予測される液状化層の側方流動を抑制できるものではない。
例えば、側方流動の抑制方法としては、固化改良や抑止杭（特許文献１参照）による方法が挙げられる。
【特許文献１】特開２０００−２１２９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
固化改良ではかなり広範囲にわたって地盤改良する必要が有り、コストも高くなる。
たとえば、特許文献１の抑止杭では上流側に杭を鉛直、あるいは斜めに配置し、扇形や三角形形状配置として設置しているが、杭設置間隔について具体的な提示がない。さらに、同文献では浅部のみに鉛直杭や斜杭を設置する方法も挙げられている。側方流動は杭間によって流動量を低減させるものであるため、杭先端が支持層までに到達していない場合はもちろんのこと、杭長が長いほど杭頭が側方流動とともに大きく変形する可能性があり、側方流動を確実に抑制することができないことに課題がある。
【０００４】
本発明の課題は、側方流動を杭により確実に抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、地中構築物が構築されて液状化層の側方流動の発生が予測される地盤において、前記地中構築物に対し前記側方流動の上流側に、流動方向に対して直角方向に杭を設置するとともに、その杭頭を連結した、液状化層の側方流動抑制装置を特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液状化層の側方流動抑制装置であって、前記杭は、前記地中構築物の前記側方流動の流動方向と直角方向の幅よりも幅広に設置したことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の液状化層の側方流動抑制装置であって、前記杭は、杭間隔を杭径の３倍よりも狭く設置したことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の液状化層の側方流動抑制装置であって、前記杭頭を鋼材で連結したことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の液状化層の側方流動抑制装置であって、前記地中構築物は杭基礎であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、流動方向に対して直角方向に設置して杭頭を連結した杭列によって側方流動量を確実に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
初めに、本側方流動抑制装置は、緩い傾斜地盤、あるいは片側が海に面する開放断面であるような護岸地域において、地震時に伴い発生する側方流動に対して、杭頭を連結した杭群によって側方流動量を抑制し、構造物基礎杭への大きな変形、損傷や折損を防止するものである。
【００１２】
１）杭頭の連結
杭頭を連結することで、側方流動を確実に抑制することができる。また、杭間隔が杭径の３倍より狭くなると、杭１本当たりの流動圧が減少することから、杭間隔を杭径の３倍より狭く設置することが望ましい。逆に、杭間隔を杭径の３倍より広くとりすぎると、土質条件によっても抑制効果は変わるが、流体に近い性状になった流動地盤に対する流動抑制効果はほとんど期待することができない。なお、杭の仕様（杭径、杭剛性など）は地盤条件に応じて、適切に設定する。
【００１３】
２）連結方法
杭頭の連結方法は、例えば、ブラケットを設置の上、Ｈ鋼で連結する方法、あるいは、杭頭にキャップの上、平鋼で連結しても良い。杭と杭とをそれぞれ接続する方法もあるが、連結効果が一様に発揮できるような連結方法であればよい。
【００１４】
３）連結杭の設置範囲
・流動抑制効果が発揮できるのは、連結杭の幅相当であるため、防護対象の杭基礎よりやや大きくとればよい。
・傾斜地盤の場合や流動量が大きく予想される場合には、連結杭を２列以上としてもよい。さらに、これらを千鳥状に配置してもよい。
・液状化地盤を検討する場合、地盤構成に関わらず、支持層から地表面付近（埋土などの非液状化層）まで杭を打設の上、杭頭を連結する。なお、地盤条件によってはこの限りではない。
・連結杭の浅部における設置深さは任意としてもよいが、地表面に近いほど効果が発揮されるため、地表層の非液状化層までとする。図１は実施形態の一例であり、地表面まで至る全層が液状化層になることはない。表層は地盤剛性も様々であるが，埋土（たとえば、層厚3〜5ｍ）などの非液状化層となるのが一般的である。液状化に伴う側方流動時には、この非液状化層が抑制杭の受働抵抗を受け持つことになるので、表層に非液状化層がある場合には杭頭変位をより抑制する効果が発揮される。
【００１５】
４）汎用性
小規模から大規模の既設構造物への適用が可能であり、傾斜地盤、岸壁背面および河川際の橋梁基礎のような側方流動を受ける可能性のある既設の杭基礎構造物に対しても適用できる。
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１および図２は本発明を適用した杭基礎の耐震補強の第１実施形態を示すもので、１は既設構造物、２は杭基礎、３は杭、４はフーチング、５は支持地盤、６は予測される液状化層、７は側方流動抑制杭、８は杭頭連結材である。
【００１７】
実施形態では、図示のように、既設構造物１の杭基礎２は多数の杭３の上にフーチング４を備え、杭３は支持地盤５まで達して施工されている。従って、杭基礎２は地中構築物をなす。この杭基礎２に対して、例えば巨大地震時に予測される、支持地盤５上の液状化層６に発生する側方流動の上流側には、図示したように、流動方向（白抜き矢印参照）に対して直角方向に一列に鋼管杭による側方流動抑制杭７が設置されている。そして、その一列の側方流動抑制杭７は、その杭頭が杭頭連結材８により連結されている。
【００１８】
以上において、側方流動抑制杭７は、図１に示した例では、杭基礎２の杭３とほぼ同長である。さらに、側方流動抑制杭７は、図２に示したように、杭基礎２の側方流動の流動方向と直角方向の幅よりも幅広に設置されている。しかも、側方流動抑制杭７は、その杭間隔を杭径の３倍よりも狭く設置されており、図２に示した例では、杭間隔が杭径より狭く設置されている。また、杭頭連結材８は、図示では、板面を縦方向とした鋼板で、一列に並んだ側方流動抑制杭７の杭頭に対し側方流動の流動方向上流側で溶接により連結している。
【００１９】
ここで、杭頭を連結せずに、杭７の杭間隔が杭径の３倍よりも大きくとりすぎると、杭７が側方流動により大きく外側に変形してしまう。この変形の違いは、杭の外周と杭間との間の流速の違いによるもので、杭列の内側から外側（中間から外側へ）にいくほど、外側に変形してしまう。また、杭頭を固定しなくても十分な流動抑制効果は小さい。
これに対し、実施形態のように、側方流動抑制杭７を杭頭連結材８で固定することで、流動抑制効果をより発揮することが期待できる。
【００２０】
以上、実施形態の側方流動抑制装置によれば、流動方向に対して直角方向に設置して杭頭連結材８で連結した側方流動抑制杭７列によって、巨大地震時に予測される液状化層６の側方流動量を確実に抑制できる。
従って、側方流動抑制杭７列を対象基礎構造物（地中構築物）、すなわち、杭基礎２の上流側に設置することによって、側方流動による杭基礎２の大変形、損傷を抑制でき、経済的な耐震補強となる。
なお、側方流動抑制杭７列を構造物の下流側にも設置することはできるが、上流側に設置した方が望ましく、既設構造物に作用する流動圧（力）を抑制することができる。
【００２１】
〔第２実施形態〕
図３は本発明を適用した側方流動抑制杭の第２実施形態を示すもので、図示のように、側方流動抑制杭７の杭頭側面にブラケット９を固定して、このブラケット９上において、Ｈ鋼による杭頭連結材１１で溶接により連結している。このＨ鋼による杭頭連結材１１は、杭頭側面にも溶接する。なお、図示例では、杭間隔が杭径とほぼ同等に設置されている。
このような杭頭連結構造によっても、前述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００２２】
〔第３実施形態〕
図４は本発明を適用した側方流動抑制杭の第３実施形態を示すもので、図示のように、板面を横方向とした鋼板による杭頭連結材１２を、側方流動抑制杭７の杭頭上端面に溶接することで、杭頭を連結している。なお、この図示例も、杭間隔が杭径とほぼ同等に設置されている。
このような杭頭連結構造によっても、前述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００２３】
なお、以上の実施形態においては、既設基礎構造物に適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、新設基礎構造物やカルバートおよびトンネルなどの地中構造物、ガス管、地中埋設管などのライフラインの防護対策として適用しても良い。また、杭の数や連結部材の種類や形状等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用した杭基礎の耐震補強を示すもので、第１実施形態の構成を示した縦断面図である。
【図２】図１の側方流動抑制杭の配置を示した平面図である。
【図３】本発明を適用した側方流動抑制杭を示すもので、第２実施形態の構成を示した要部平面図（ａ）とその杭頭部の側面図（ｂ）である。
【図４】本発明を適用した側方流動抑制杭を示すもので、第３実施形態の構成を示した要部平面図（ａ）とその杭頭部の側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００２５】
１ 既設構造物
２ 杭基礎
３ 杭
４ フーチング
５ 支持地盤
６ 予測される液状化層
７ 側方流動抑制杭
８ 杭頭連結材
９ ブラケット
１１ 杭頭連結材
１２ 杭頭連結材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤に予測される液状化層の側方流動を抑制するための杭による側方流動抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、兵庫県南部地震時の液状化時の側方流動は、緩い傾斜地盤や埋立地の護岸を中心に発生し、かなり広範囲に発生し、橋脚基礎や構造物基礎に甚大な被害を与えた。
地震直後の復旧工事では、杭基礎周辺の固化改良や地中連続壁や増し杭を基礎外周に打設するなど、必ずしも経済的で、合理的な設計・施工とは言えないものであった。これらの方法は、対象構造物の杭自体を防護するものであり、巨大地震時に予測される液状化層の側方流動を抑制できるものではない。
例えば、側方流動の抑制方法としては、固化改良や抑止杭（特許文献１参照）による方法が挙げられる。
【特許文献１】特開２０００−２１２９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
固化改良ではかなり広範囲にわたって地盤改良する必要が有り、コストも高くなる。
たとえば、特許文献１の抑止杭では上流側に杭を鉛直、あるいは斜めに配置し、扇形や三角形形状配置として設置しているが、杭設置間隔について具体的な提示がない。さらに、同文献では浅部のみに鉛直杭や斜杭を設置する方法も挙げられている。側方流動は杭間によって流動量を低減させるものであるため、杭先端が支持層までに到達していない場合はもちろんのこと、杭長が長いほど杭頭が側方流動とともに大きく変形する可能性があり、側方流動を確実に抑制することができないことに課題がある。
【０００４】
本発明の課題は、側方流動を杭により確実に抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、地中構築物が構築されて液状化層の側方流動の発生が予測される地盤において、前記地中構築物に対し前記側方流動の上流側に、流動方向に対して直角方向に杭を設置するとともに、その杭頭を連結した、液状化層の側方流動抑制装置を特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液状化層の側方流動抑制装置であって、前記杭は、前記地中構築物の前記側方流動の流動方向と直角方向の幅よりも幅広に設置したことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の液状化層の側方流動抑制装置であって、前記杭は、杭間隔を杭径の３倍よりも狭く設置したことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の液状化層の側方流動抑制装置であって、前記杭頭を鋼材で連結したことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の液状化層の側方流動抑制装置であって、前記地中構築物は杭基礎であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、流動方向に対して直角方向に設置して杭頭を連結した杭列によって側方流動量を確実に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
初めに、本側方流動抑制装置は、緩い傾斜地盤、あるいは片側が海に面する開放断面であるような護岸地域において、地震時に伴い発生する側方流動に対して、杭頭を連結した杭群によって側方流動量を抑制し、構造物基礎杭への大きな変形、損傷や折損を防止するものである。
【００１２】
１）杭頭の連結
杭頭を連結することで、側方流動を確実に抑制することができる。また、杭間隔が杭径の３倍より狭くなると、杭１本当たりの流動圧が減少することから、杭間隔を杭径の３倍より狭く設置することが望ましい。逆に、杭間隔を杭径の３倍より広くとりすぎると、土質条件によっても抑制効果は変わるが、流体に近い性状になった流動地盤に対する流動抑制効果はほとんど期待することができない。なお、杭の仕様（杭径、杭剛性など）は地盤条件に応じて、適切に設定する。
【００１３】
２）連結方法
杭頭の連結方法は、例えば、ブラケットを設置の上、Ｈ鋼で連結する方法、あるいは、杭頭にキャップの上、平鋼で連結しても良い。杭と杭とをそれぞれ接続する方法もあるが、連結効果が一様に発揮できるような連結方法であればよい。
【００１４】
３）連結杭の設置範囲
・流動抑制効果が発揮できるのは、連結杭の幅相当であるため、防護対象の杭基礎よりやや大きくとればよい。
・傾斜地盤の場合や流動量が大きく予想される場合には、連結杭を２列以上としてもよい。さらに、これらを千鳥状に配置してもよい。
・液状化地盤を検討する場合、地盤構成に関わらず、支持層から地表面付近（埋土などの非液状化層）まで杭を打設の上、杭頭を連結する。なお、地盤条件によってはこの限りではない。
・連結杭の浅部における設置深さは任意としてもよいが、地表面に近いほど効果が発揮されるため、地表層の非液状化層までとする。図１は実施形態の一例であり、地表面まで至る全層が液状化層になることはない。表層は地盤剛性も様々であるが，埋土（たとえば、層厚3〜5ｍ）などの非液状化層となるのが一般的である。液状化に伴う側方流動時には、この非液状化層が抑制杭の受働抵抗を受け持つことになるので、表層に非液状化層がある場合には杭頭変位をより抑制する効果が発揮される。
【００１５】
４）汎用性
小規模から大規模の既設構造物への適用が可能であり、傾斜地盤、岸壁背面および河川際の橋梁基礎のような側方流動を受ける可能性のある既設の杭基礎構造物に対しても適用できる。
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１および図２は本発明を適用した杭基礎の耐震補強の第１実施形態を示すもので、１は既設構造物、２は杭基礎、３は杭、４はフーチング、５は支持地盤、６は予測される液状化層、７は側方流動抑制杭、８は杭頭連結材である。
【００１７】
実施形態では、図示のように、既設構造物１の杭基礎２は多数の杭３の上にフーチング４を備え、杭３は支持地盤５まで達して施工されている。従って、杭基礎２は地中構築物をなす。この杭基礎２に対して、例えば巨大地震時に予測される、支持地盤５上の液状化層６に発生する側方流動の上流側には、図示したように、流動方向（白抜き矢印参照）に対して直角方向に一列に鋼管杭による側方流動抑制杭７が設置されている。そして、その一列の側方流動抑制杭７は、その杭頭が杭頭連結材８により連結されている。
【００１８】
以上において、側方流動抑制杭７は、図１に示した例では、杭基礎２の杭３とほぼ同長である。さらに、側方流動抑制杭７は、図２に示したように、杭基礎２の側方流動の流動方向と直角方向の幅よりも幅広に設置されている。しかも、側方流動抑制杭７は、その杭間隔を杭径の３倍よりも狭く設置されており、図２に示した例では、杭間隔が杭径より狭く設置されている。また、杭頭連結材８は、図示では、板面を縦方向とした鋼板で、一列に並んだ側方流動抑制杭７の杭頭に対し側方流動の流動方向上流側で溶接により連結している。
【００１９】
ここで、杭頭を連結せずに、杭７の杭間隔が杭径の３倍よりも大きくとりすぎると、杭７が側方流動により大きく外側に変形してしまう。この変形の違いは、杭の外周と杭間との間の流速の違いによるもので、杭列の内側から外側（中間から外側へ）にいくほど、外側に変形してしまう。また、杭頭を固定しなくても十分な流動抑制効果は小さい。
これに対し、実施形態のように、側方流動抑制杭７を杭頭連結材８で固定することで、流動抑制効果をより発揮することが期待できる。
【００２０】
以上、実施形態の側方流動抑制装置によれば、流動方向に対して直角方向に設置して杭頭連結材８で連結した側方流動抑制杭７列によって、巨大地震時に予測される液状化層６の側方流動量を確実に抑制できる。
従って、側方流動抑制杭７列を対象基礎構造物（地中構築物）、すなわち、杭基礎２の上流側に設置することによって、側方流動による杭基礎２の大変形、損傷を抑制でき、経済的な耐震補強となる。
なお、側方流動抑制杭７列を構造物の下流側にも設置することはできるが、上流側に設置した方が望ましく、既設構造物に作用する流動圧（力）を抑制することができる。
【００２１】
〔第２実施形態〕
図３は本発明を適用した側方流動抑制杭の第２実施形態を示すもので、図示のように、側方流動抑制杭７の杭頭側面にブラケット９を固定して、このブラケット９上において、Ｈ鋼による杭頭連結材１１で溶接により連結している。このＨ鋼による杭頭連結材１１は、杭頭側面にも溶接する。なお、図示例では、杭間隔が杭径とほぼ同等に設置されている。
このような杭頭連結構造によっても、前述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００２２】
〔第３実施形態〕
図４は本発明を適用した側方流動抑制杭の第３実施形態を示すもので、図示のように、板面を横方向とした鋼板による杭頭連結材１２を、側方流動抑制杭７の杭頭上端面に溶接することで、杭頭を連結している。なお、この図示例も、杭間隔が杭径とほぼ同等に設置されている。
このような杭頭連結構造によっても、前述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００２３】
なお、以上の実施形態においては、既設基礎構造物に適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、新設基礎構造物やカルバートおよびトンネルなどの地中構造物、ガス管、地中埋設管などのライフラインの防護対策として適用しても良い。また、杭の数や連結部材の種類や形状等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用した杭基礎の耐震補強を示すもので、第１実施形態の構成を示した縦断面図である。
【図２】図１の側方流動抑制杭の配置を示した平面図である。
【図３】本発明を適用した側方流動抑制杭を示すもので、第２実施形態の構成を示した要部平面図（ａ）とその杭頭部の側面図（ｂ）である。
【図４】本発明を適用した側方流動抑制杭を示すもので、第３実施形態の構成を示した要部平面図（ａ）とその杭頭部の側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００２５】
１ 既設構造物
２ 杭基礎
３ 杭
４ フーチング
５ 支持地盤
６ 予測される液状化層
７ 側方流動抑制杭
８ 杭頭連結材
９ ブラケット
１１ 杭頭連結材
１２ 杭頭連結材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中構築物が構築されて液状化層の側方流動の発生が予測される地盤において、
前記地中構築物に対し前記側方流動の上流側に、流動方向に対して直角方向に杭を設置するとともに、その杭頭を連結したことを特徴とする液状化層の側方流動抑制装置。
【請求項２】
前記杭は、前記地中構築物の前記側方流動の流動方向と直角方向の幅よりも幅広に設置したことを特徴とする請求項１に記載の液状化層の側方流動抑制装置。
【請求項３】
前記杭は、杭間隔を杭径の３倍よりも狭く設置したことを特徴とする請求項１または２に記載の液状化層の側方流動抑制装置。
【請求項４】
前記杭頭を鋼材で連結したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液状化層の側方流動抑制装置。
【請求項５】
前記地中構築物は杭基礎であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の液状化層の側方流動抑制装置。
【請求項１】
地中構築物が構築されて液状化層の側方流動の発生が予測される地盤において、
前記地中構築物に対し前記側方流動の上流側に、流動方向に対して直角方向に杭を設置するとともに、その杭頭を連結したことを特徴とする液状化層の側方流動抑制装置。
【請求項２】
前記杭は、前記地中構築物の前記側方流動の流動方向と直角方向の幅よりも幅広に設置したことを特徴とする請求項１に記載の液状化層の側方流動抑制装置。
【請求項３】
前記杭は、杭間隔を杭径の３倍よりも狭く設置したことを特徴とする請求項１または２に記載の液状化層の側方流動抑制装置。
【請求項４】
前記杭頭を鋼材で連結したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の液状化層の側方流動抑制装置。
【請求項５】
前記地中構築物は杭基礎であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の液状化層の側方流動抑制装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２２３３０２（Ｐ２００８−２２３３０２Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６１７０７（Ｐ２００７−６１７０７）
【出願日】平成１９年３月１２日（２００７．３．１２）
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１２日（２００７．３．１２）
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【Ｆターム（参考）】
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