(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物を支持する地盤が地震時に液状化の発生が予測される液状化地盤であるときの地盤免震工法であって、前記構造物の下方の前記液状化地盤を地盤改良手段によって地盤改良する構成とし、前記構造物の下面からその下方の定められた深さまでの範囲については、常時は剛性を保持し、地震時には剛性が低下するように、希薄な薬液を注入して地盤改良し、前記定められた深さよりも下方の範囲については、せん断剛性が高められるように、地盤改良することを特徴とする地盤免震工法。
【請求項２】
請求項１記載の地盤免震工法において、前記希薄な薬液には、薬液１００リットル中のシリカ濃度にして８〜１０キログラムの通常薬液を、３〜５倍に薄めたものを用いることを特徴とする地盤免震工法。
【請求項３】
請求項１または２記載の地盤免震工法において、前記構造物の基礎として、前記液状化地盤中に基礎杭が構築されていることを特徴とする地盤免震工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビル等の各種構造物を軟弱な地盤上に構築する場合に用いて好適な地盤免震工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ビル等の各種構造物が地震時に被害を受けるのは、地盤から入力される地震波によって構造物に大きな応力が発生し、構造物が破壊に至るためである。
【０００３】
従来、このような地震時の被害を避けるため、せん断変形に対する剛性が低い積層ゴム等の免震装置を構造物の基礎部等に設置し、この免震装置によって地盤からの地震波を吸収してこれが構造物に伝わるのを抑制する免震工法が用いられている。
【０００４】
ところで、平成７年（１９９５年）の兵庫県南部地震では、埋立地等の地盤が液状化した地域では、液状化が発生しなかった地域に比較して、ビル等の構造的な被害が少なかったと言われている。これは、地震により地盤が液状化すると地盤の剛性が顕著に低下し、この液状化した地盤が前記免震装置と同様に機能して、地盤から構造物に入力される地震波が低減されるためである。
【０００５】
しかし、地震により地盤が液状化すると、地盤による構造物の支持力が失われるため、構造物全体の傾斜や転倒に至ることもあり、また液状化に伴って地盤の側方流動が生じれば基礎杭等も被災する可能性がある。したがって、現状では、図６に示すように、地震時に液状化の発生が予測される地盤Ｇにおいては、液状化を防ぐために、構造物１の下方の範囲Ｓに、地盤改良等の対策工法を施している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の技術では、地盤改良した範囲Ｓの地盤Ｇはせん断剛性が高くなるために構造物１に地震波が伝わりやすく、構造物１に入力される地震力が強くなってしまう。このため、構造物１の被災を避けるには、地盤Ｇを地盤改良するだけでなく、前記したような免震装置等を設置しなければならないのが現状である。ところが、積層ゴム等の免震装置は極めて高価であり、有効な免震効果を得るには、結局膨大なコストと施工の手間がかかってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、低コストでかつ容易に有効な免震効果を得ることのできる地盤免震工法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、構造物を支持する地盤が地震時に液状化の発生が予測される液状化地盤であるときの地盤免震工法であって、前記構造物の下方の前記液状化地盤を地盤改良手段によって地盤改良する構成とし、前記構造物の下面からその下方の定められた深さまでの範囲については、常時は剛性を保持し、地震時には剛性が低下するように、希薄な薬液を注入して地盤改良し、前記定められた深さよりも下方の範囲については、せん断剛性が高められるように、地盤改良することを特徴としている。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の地盤免震工法において、前記希薄な薬液には、薬液１００リットル中のシリカ濃度にして８〜１０キログラムの通常薬液を、３〜５倍に薄めたものを用いることを特徴としている。
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の地盤免震工法において、構造物の基礎として、前記液状化地盤中に基礎杭が構築されていることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る地盤免震工法の実施の形態の一例を、図１ないし図４を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、構造物１０は、地震時に液状化の発生が予測される地盤（液状化地盤）Ｇ上に構築されており、その基礎１１が基礎杭１２，１２，…を備えている。そして、構造物１０の下方の範囲Ｓの地盤Ｇは、以下のようにして地盤改良が施されている。
【００１２】
すなわち、構造物１０の下方の範囲Ｓの地盤Ｇのうち、構造物１０の下面１０ａから所定の深さよりも下方の範囲Ｓ１には、通常と同様の地盤改良工法、例えばサンドコンパクション工法，グラベルドレーン工法，セメント固化工法，薬液注入工法等を用いて充分な地盤改良を施す。
【００１３】
そして、構造物１０の下面１０ａから所定の深さまでの範囲Ｓ２には、希薄な薬液Ｌを注入して地盤改良を施す。
この希薄な薬液Ｌとしては、例えば従来より薬液注入工法等で用いられていたのと同様の薬液を用いるが、その濃度を、従来の通常の濃度（例えば薬液１００リットル中のシリカ（Ｓｉ−Ｏ2）濃度にして８〜１０ｋｇ）に対して、例えば３〜５倍程度薄めた希薄なものを用いる。
【００１４】
ここで、希薄な薬液Ｌを注入した砂（地盤Ｇの範囲Ｓ２に相当）の室内液状化試験の結果を示す。ここでは、希薄な薬液Ｌとして、通常の薬液濃度に対して１／４程度の濃度のものを用いた。
【００１５】
図２は、地震波に対応する繰り返し載荷を加えた場合のひずみの発生の変化を示すものであり、図２（ａ）は薬液を含まない砂（地盤改良を施さない状態）の場合、図２（ｂ）は希薄な薬液Ｌを混入させた砂の場合である。この図からも明らかなように、図２（ａ）に示した薬液を含まない砂においては、地震による繰り返し載荷によりひずみが急激に増大し、これによって地盤Ｇの液状化が生じることとなる。これに対し、図２（ｂ）に示した希薄な薬液Ｌを混入させた砂（範囲Ｓ２）では、地震による繰り返し載荷が作用してもひずみが膨大なものとはならず、液状化が防止され、側方流動や膨大な沈下が生じないことがわかる。
【００１６】
また、これまでの研究で液状化による地盤の沈下（体積ひずみ）は地震時に生じたせん断ひずみの大きさで決まることが明らかになっており、図３は、この、液状化時のせん断ひずみと液状化後の体積ひずみの関係を示している。そして、図２（ｂ）に示した実験結果では、希薄な薬液Ｌを混入させた砂（範囲Ｓ２）では、せん断ひずみが２％程度であるので、図３に示した関係から、構造物１０の下方の地盤Ｇ（図１参照）の実際の沈下量は、希薄な薬液Ｌで改良した範囲Ｓ２の厚さの０．８％程度に留められることがわかる。
【００１７】
さらに、図４は、前記室内液状化試験時の応力−ひずみ曲線を示すものであり、この図４（ａ）に示すように、薬液を含まない砂（地盤改良を施さない状態）では繰り返し載荷を受けると剛性が低下し、これに伴ってひずみもどんどん大きくなっている。これに対して、図４（ｂ）に示すように、希薄な薬液Ｌを混入させた砂（範囲Ｓ２）では、繰り返し載荷を受けると剛性が低下し始めるが、ある程度まで行けばそれ以上ひずみが大きくならない。これは、希薄な薬液Ｌを混入させることにより、この範囲Ｓ２の地盤Ｇが、常時は剛性を保持しているが、地震力を受けると剛性が低下して地震波を伝えにくくなり、かつ膨大な変位も生じないという性質を有することである。また、応力−ひずみのヒステリシスループも液状化した砂（図４（ａ）参照）に比較して厚みを持っており、希薄な薬液Ｌを混入した砂（範囲Ｓ２）の減衰が大きく、地震のエネルギーの吸収効果が高いことを示している。
【００１８】
このようにして、図１に示した、地盤改良が施された地盤Ｇは、通常の地盤改良工法が施された範囲Ｓ１については、せん断剛性が高められ、液状化が防止されて地盤Ｇの側方流動も防止されるようになっている。そして希薄な薬液Ｌが注入された範囲Ｓ２においては、常時は剛性を保持し、地震力を受けたときには、剛性が低下して地震波が構造物１０に伝わるのを防ぐダンパー機能を発揮し、しかも膨大な変位も発生させずに液状化を防止するようになっている。
【００１９】
上述した地盤免震工法では、構造物１０を支持する地盤Ｇが、構造物１０の下面１０ａから所定の深さまでの範囲Ｓ２が希薄な薬液Ｌによって地盤改良され、その下方の範囲Ｓ１が通常の地盤改良工法によって地盤改良された構成となっている。これにより、通常の地盤改良が施された範囲Ｓ１，希薄な薬液Ｌによる地盤改良が施されたＳ２のいずれにおいても、地盤Ｇの液状化、およびそれによる側方流動を防止することができ、構造物１０の傾斜や転倒，基礎杭１２の破損等の被害を避けることができる。しかも、構造物１０の直下の、希薄な薬液Ｌによる地盤改良を施した範囲Ｓ２においては、地震力を受けると剛性が低下し、地震波が構造物１０に伝わるのを防ぐダンパー機能を発揮することができ、これによりこの地盤Ｇを免震効果を有したものとして、構造物１０に破損等の構造的な被害が及ぶのを防止することができる。
【００２０】
そして、希薄な薬液Ｌは、従来用いていた薬液に比較して粘性が低くなるため、一つの注入穴から広範囲に注入することができ、注入作業を容易かつ効率よく行うことが可能である。
【００２１】
しかも、通常の地盤改良を施す範囲Ｓ１にも薬液注入工法を適用すれば、この範囲Ｓ１と、希薄な薬液Ｌによる地盤改良を施す範囲Ｓ２とで、薬液濃度を変えるのみで施工を行うことができ、この点からも一層の施工の容易化を図ることができる。
【００２２】
このようにして、上記地盤免震工法によれば、地盤改良を施すのみで、高価な免震装置等を用いる必要もなく、有効な免震効果を備えた地盤Ｇを、低コストでかつ容易に形成することができる。
【００２３】
なお、上記実施の形態において、構造物１０の基礎１１に基礎杭１２，１２，…を構築する構成としたが、基礎形式をこれに限定するものではない。前記図２および図３に示したように、希薄な薬液Ｌによる地盤改良を施した砂（範囲Ｓ２）ではせん断ひずみがたかだか２％程度であり、沈下量も希薄な薬液Ｌで改良した範囲Ｓ２の厚さの０．８％程度に留められるので、例えば図５に示すように、構造物１０’が中低層である場合には、基礎杭１２（図１参照）を構築しないベタ基礎１３等としても良い。もちろん、これ以外にも他の基礎形式にも適用することが可能である。
【００２４】
また、希薄な薬液Ｌを注入する範囲Ｓ２の平面積や厚さ、希薄な薬液Ｌの濃度等については、地盤Ｇの地質、構造物１０による荷重、基礎１１の形式等に応じて適宜設定すればよいのであって、上記実施の形態に挙げた数値等に何ら限定するものではない。
【００２５】
これ以外にも、本発明に係る地盤免震工法の主旨に逸脱しない範囲内であればいかなる構成を採用しても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る地盤免震工法によれば、構造物の下方の液状化地盤を地盤改良手段によって地盤改良する構成とし、構造物の下面からその下方の定められた深さまでの範囲については、常時は剛性を保持し、地震時には剛性が低下するように、希薄な薬液を注入して地盤改良し、定められた深さよりも下方の範囲については、せん断剛性が高められるように、地盤改良する構成となっている。そして、請求項２に係る地盤免震工法によれば、薬液１００リットル中のシリカ濃度にして８〜１０キログラムの通常薬液を、３〜５倍に薄めた希薄な薬液を用いる構成となっている。そして、請求項３に係る地盤免震工法によれば、構造物の基礎として基礎杭が構築された構成となっている。このようにして構造物の下方の地盤を地盤改良することにより、地盤の液状化、およびそれによる側方流動を防止することができ、構造物の傾斜や転倒，基礎杭の破損等の被害を避けることができる。しかも、希薄な薬液による地盤改良を施した範囲においては、地震力を受けると剛性が低下し、地震波が構造物に伝わるのを防ぐダンパー機能を発揮することができ、これによりこの地盤を免震効果を有したものとし、構造物の破損等の被害が及ぶのを防止することができる。また、希薄な薬液は、従来用いていた薬液に比較して粘性が低くなるため、注入作業を容易かつ効率よく行うことが可能である。さらに、定められた深さよりも下方の範囲（希薄な薬液を注入する範囲よりも下方の部分）の地盤改良にも薬液注入工法を適用すれば、希薄な薬液による地盤改良を施す範囲と、その下方の範囲とで薬液濃度を変えるのみで施工を行うことができ、この点からも一層の施工の容易化を図ることができる。このようにして、上記地盤免震工法によれば、地盤改良を施すのみで、高価な免震装置等を用いる必要もなく、有効な免震効果を備えた地盤を低コストでかつ容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る地盤免震工法を適用して構築した構造物の一例を示す立断面図である。
【図２】  前記地盤免震工法において、希薄な薬液による地盤改良効果を確認するために行った試験結果であって、繰り返し載荷をしたときの液状化特性の変化を示し、（ａ）薬液を注入していない地盤における結果、（ｂ）希薄な薬液を注入した地盤における結果を示す図である。
【図３】  同、液状化時のせん断ひずみと液状化の体積ひずみとの関係を示す図である。
【図４】  同、繰り返し載荷をしたときの応力−ひずみの関係を変化を示し、（ａ）薬液を注入していない地盤における結果、（ｂ）希薄な薬液を注入した地盤における結果を示す図である。
【図５】  本発明に係る地盤免震工法を適用した構造物の他の一例を示す立断面図である。
【図６】  従来の地盤改良を適用した構造物の一例を示す立断面図である。
【符号の説明】
１０，１０’  構造物
１０ａ  下面
１１  基礎
１２  基礎杭
Ｇ  地盤
Ｌ  希薄な薬液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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