(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤背面側に地盤流動化の原因となる開放面が位置する既設の構造物基礎の前面位置に、下端が非流動化層まで根入れされ、上端が前記構造物基礎の基礎版の高さに相当する位置にあり、前記構造物基礎の前面のほぼ全幅にわたって一体的に構築された流動化圧分散壁と、前記構造物基礎版の両側面に、下端が支持層に根入れされ、上端が前記基礎版の高さに相当する位置にあり、前記構造物基礎の流動化方向に沿って一体的に構築された流動化抑止壁とを備え、
前記流動化圧分散壁の上端と前記流動化抑止壁の上端とが拡幅基礎版により前記基礎版に連結されることで、前記流動化圧分散壁に作用する流動化圧のうち、前記流動化圧分散壁の上端が負担する流動化圧が、前記拡幅基礎版ないし前記構造物基礎を介して前記流動化抑止壁に伝達され、前記流動化圧が前記流動化抑止壁に支持されるようにしたことを特徴とする構造物基礎。
【請求項２】
前記流動化圧が、前記基礎構造物を支持して、その先端が支持層に根入れされた基礎杭にも伝達され、前記基礎杭と前記流動化圧抑止壁とで分担支持されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の構造物基礎。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は構造物基礎に係り、特に地震の発生に伴う砂質地盤の液状化、またそれに伴う地盤流動化により地盤中に構築された構造物基礎が変位、損壊するのを防止するために流動化圧分散壁と流動化抑止壁とを設けた構造物基礎に関する。
【０００２】
【従来の技術】
臨海地域には地震時に液状化の生じるおそれのある埋立て地等が多くある。これらの埋立て地等に建設される高速道路の多くは、空間を重層的に利用して土地の有効利用等を図るために、連続橋梁形式による立体化がなされている。そして橋梁下部工としての橋脚基礎のほとんどは杭基礎によって支持層に支持されている。このため、連続橋梁の基礎が地震時に液状化のおそれのある砂質地盤の層（以下、この層を液状化層と記す。）中に建設されても、その安全性は十分保持されるようになっている。
【０００３】
一方、河口近くに造成された埋立て地等には水上交通のために多数の運河等の水路が建設されている。たとえば、図６に示したように、連続橋梁の橋桁５１が水路５２上を直交あるいは斜交して跨ぐ場合も多い。このとき水路５２を跨ぐ橋桁５１を支持する橋脚基礎Ｐは比較的水路護岸に近接して建設されている。当然、この橋脚基礎Ｐも（常時を破線で表示）液状化層５４の下方にある支持層５３に基礎杭５７により支持されている。
ところで、大きな地震が起こり橋脚基礎Ｐが建設されている緩い砂質土層が液状化すると、この液状化層５４の水平支持力は極端に低下する。同時に橋桁５１、柱５５および基礎フーチング５６に作用する慣性力により杭頭５７ａには過大な外力が作用し、杭頭５７ａが塑性変形する。また、液状化によって地盤の水平支持力が失われている状態で液状化圧を含む土水圧が開放面となる水路側の護岸６０に向けて作用すると、護岸６０の構造が作用土水圧に抵抗できなくなり水路側にはらみ出す。この結果、地盤が陸側から水路側に向かって側方変位する現象が生じ、橋脚基礎Ｐの基礎杭５７、基礎フーチング５６も地盤の側方変位により側方へ変位する（本明細書では、以後この地盤の変位現象を「地盤流動化」または単に「流動化」と呼ぶ）。
【０００４】
既往の調査、研究によると、地震の被害を受けた橋脚基礎Ｐの永久変形は、地震時、すなわち液状化時に生じる基礎本体の塑性変形による影響より、液状化に伴い生じた地震後の地盤流動化による側方変位の影響の方が支配的なことが認められている。
また、この流動化が生じた地盤中に橋脚基礎Ｐが位置していると、図７に示したように、基礎フーチング５６及び基礎杭５７が地盤の流動化圧を負担し、橋脚基礎Ｐの側方変位が抑止されることが知られている。このとき、基礎杭５７には過大な流動化圧が作用し、塑性変形した杭頭５７ａには大きな水平力と回転モーメントが作用する。このため、地中の基礎杭５７の一部が損壊するとともに、柱５５の上端では基礎の変位量が拡大され、橋桁５１が沓座（図示せず）から脱落したり、最悪な場合、落橋するおそれもある。
【０００５】
したがって、上述のような地盤流動化のおそれのある地盤内に構築された既設の橋脚基礎に対して所定の補強構造を、緊急的に付加することが必要となってきた。その対策工として、橋脚基礎及びその周辺の液状化の生じる範囲を地盤改良する方法と、地中連続壁等の抗土圧構造物で橋脚基礎の外周を取り囲む方法とが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、地盤改良による対策工の場合、既設橋梁の桁下空間での施工が困難であり、また施工範囲が広いため、その工費も高くなるという問題がある。
地中連続壁等の抗土圧構造物で既設橋脚基礎を補強する対策工も、同様に既設橋梁の桁下空間での作業が困難であり、壁体施工費が高いという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する問題点を解消し、安価な構造を付加して地盤の流動化によって橋脚基礎に作用する土圧を、基礎フーチングを介して分散させ、既設の杭にかかる負担を軽減させるために、流動化圧分散壁と流動化抑止壁とを設けた構造物基礎を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は地盤背面側に地盤流動化の原因となる開放面が位置する既設の構造物基礎の前面位置に、下端が非流動化層まで根入れされ、上端が前記構造物基礎の基礎版の高さに相当する位置にあり、前記構造物基礎の前面のほぼ全幅にわたって一体的に構築された流動化圧分散壁と、前記構造物基礎版の両側面に、下端が支持層に根入れされ、上端が前記基礎版の高さに相当する位置にあり、前記構造物基礎の流動化方向に沿って一体的に構築された流動化抑止壁とを備え、前記流動化圧分散壁の上端と前記流動化抑止壁の上端とが拡幅基礎版により前記基礎版に連結されることで、前記流動化圧分散壁に作用する流動化圧のうち、前記流動化圧分散壁の上端が負担する流動化圧が、前記拡幅基礎版ないし前記構造物基礎を介して前記流動化抑止壁に伝達され、前記流動化圧が前記流動化抑止壁に支持されるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
前記流動化圧が、前記基礎構造物を支持して、その先端が支持層に根入れされた基礎杭にも伝達され、前記基礎杭と前記流動化圧抑止壁とで分担支持されるようにすることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構造物基礎の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、水路護岸の近くに建設された既設の橋脚基礎に付加して構築された構造物基礎の全体を示した斜視図である。同図はその一部が切欠かれ、流動化圧の力の伝達経路が模式的に付加して示されている。図１に示したように、橋脚基礎Ｐの基礎杭１上の既設の基礎フーチング２の側面には拡幅フーチング１０が増設されている。また、この拡幅フーチング１０の前面には流動化圧分散壁１１が、基礎版としての基礎フーチング２の両側面には流動化抑止壁１２が構築されている。なお、橋脚基礎Ｐの基礎杭１は、液状化層６、非流動化層７を貫通し、先端が支持層８に根入れしている。また流動化圧の作用する側の背面側には水路が位置し、開放面としての水路護岸９が構築されている。以下に詳述するように地震後の地盤の流動化に伴って作用する流動化圧は流動化圧分散壁１１に作用し、拡幅フーチング１０及び基礎フーチング２を介して流動化抑止壁１２及び基礎杭１に伝達される。このように流動化圧に対する基礎杭１の負担は大幅に軽減され、剛性の大きな流動化抑止壁１２により基礎フーチング２の側方変位が十分に抑止され、構造物基礎の変位量も許容値内に抑えることができる。
【００１１】
以下、流動化圧分散壁と流動化抑止壁とが設けられた構造物基礎の構成について図２〜図４を参照して説明する。既設の橋脚基礎Ｐの基礎フーチング２は、図２の平面図に示したように、１８本の基礎杭１により支持されている。そして基礎フーチング２上には３本の鉄筋コンクリート柱３が橋軸直角方向に並んで立設され、梁４を支持している。さらに基礎フーチング２の周囲の三方の側面を囲むように拡幅フーチング１０が増設されている。拡幅フーチング１０は鉄筋コンクリートからなり、多数の継手筋（図示せず）が既設の基礎フーチング２の側面にケミカルアンカー等により連結されている。これにより前記継手筋を介して拡幅フーチング１０と基礎フーチング２とが構造的に一体化されている。
【００１２】
拡幅フーチング１０の陸側前面には流動化圧分散壁１１としての鋼矢板壁が施工されている。この鋼矢板壁は、図５（ａ）に示したような断面形状の鋼矢板２１を連結して打設された壁体である。この鋼矢板２１の断面形はＨ字形をなし、フランジ２１ａに相当する部分は直線形鋼矢板が、ウェブ２１ｂに相当する部分には厚板鋼板が２枚のフランジ２１ａは厚板鋼板からなるウェブ２１ｂで溶接により連結されている。鋼矢板２１単体の断面係数はフランジ幅と等しい直径の鋼管矢板等に比べても十分大きい。
【００１３】
この鋼矢板２１を施工するには、まず基礎フーチング２の周囲を基礎底面まで根切りした後、前述の拡幅フーチング１０を施工する前に、図４に示したように、基礎フーチング２の全幅の範囲にわたって施工する。その先端は液状化層６の下の非流動化層７まで根入れされている。この先端は非流動化層７まで根入れされていれば、支持層８まで貫通されていなくてもよい。先端は壁体に荷重が作用した際に、壁体の回転が拘束できる程度に非流動化層７に根入れさせることが好ましい。一方、上端は後打ちされる拡幅フーチング１０のコンクリートによって確実に固定される。このため、基礎底面部分から所定ののみ込み長分が突き出した状態で打ち止められる。
なお、流動化圧分散壁１１に使用される鋼矢板２１としては、図５（ａ）に示した以外に、同図（ｂ）、（ｃ）に示したような各種の鋼矢板２１を使用することができる。同図（ｂ）に示した鋼矢板２１ではウェブ２１ｂに相当する厚板鋼板が２枚用いられている。これにより、壁体剛性をより同図（ａ）より大きくとることができる。また、同図（ｃ）に示したように、Ｕ字形鋼矢板を組み合わせた箱形の鋼矢板２１を使用してもよい。なお、鋼矢板２１の打設は、桁下空間で施工可能な長さのものを接続しながら連結することが好ましい。
【００１４】
一方、拡幅フーチング１０の両側面には流動化抑止壁１２としての公知の地中連続壁が施工されている。この地中連続壁の先端は図３、４に示したように既設の基礎杭１と同じ深さの支持層８まで到達している。また、図２に示したように、橋桁５を受ける梁４が拡幅フーチング１０位置まで張り出している。このため、梁下空間に壁体施工のための掘削機が設置できず、梁位置での壁体構築が困難となっている。そこで、本実施の形態では、壁体は２分割施工され、２壁体が１列に梁幅に近い隙間をあけて施工されている。なお、梁下空間で施工可能なコンパクトな掘削機であれば、同掘削機により全体が１枚の地中連続壁を構築するのが好ましい。なお、本実施の形態では、各地中連続壁の上端は拡幅フーチング１０と剛接合されている。
【００１５】
次に、拡幅フーチング１０で支持された流動化圧分散壁１１及び流動化抑止壁１２の役割について図１を参照して説明する。
図１において、流動化圧分散壁１１に作用する流動化圧は白抜き矢印で示されている。この流動化圧は、実際には地盤深さに応じた台形分布荷重として流動化層（液状化層６に一致する。）の全高にわたり流動化圧分散壁１１の前面に作用する。この壁面全体に作用した流動化圧は上下端の支点位置１５、１６で分担支持される。すなわち、各反力は拡幅フーチング１０内の上端支点１５と、液状化層６より下の非流動化層７内の下端支点１６に水平な帯状に分布する。このとき下端支点１６が分担する反力は非流動化層７の地盤反力係数によって異なるが、本実施の形態では、上端支点１５と下端支点１６との荷重分担比はおよそ７：３になっている。上端支点１５で負担された流動化圧は、さらに基礎フーチング２及び拡幅フーチング１０を介して剛比に応じて流動化抑止壁１２及び既設の基礎杭１に伝達される。このときの分担割合はおよそ２：１程度になるように流動化抑止壁１２の断面係数を設定することが好ましい。また、地中連続壁を構築する際に溝内に建て込まれる鉄筋かごは上部工と干渉しないように上下方向に分割して建て込みながら鉄筋かごを接続して一体化するようにしてもよい。
【００１６】
以上の説明は、既設の橋脚基礎に付加するように流動化圧分散壁と流動化抑止壁とを設けたものであるが、新設の橋脚基礎において流動化抑止壁の配置及び施工延長を増やすことで鉛直支持力をより多く負担するようにし、基礎杭の本数を減らすようにしてもよい。
また、この構造物基礎を、水際に建設された中高層建物の基礎等、橋脚基礎以外の構造物に適用することも有効である。
【００１７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、地盤流動化層に構築された既設の構造物基礎の変位を許容値内におさめることができ、地盤の流動化による橋桁等の上部工への影響を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構造物基礎の一実施の態様としての橋脚基礎を示した斜視図。
【図２】図１に示した橋脚基礎を平面視して示した平面図。
【図３】図１に示した橋脚基礎をIII−III断面線に沿って示した側面断面図。
【図４】図１に示した橋脚基礎をIV−IV断面線に沿って示した正面断面図。
【図５】流動化圧分散壁を構成する単体鋼矢板の断面形状及び連結状態を示した部分平面図。
【図６】従来の橋脚基礎の地盤流動化による変位状態を示した状態説明図。
【図７】図６に示した変位状態を平面的に示した状態説明図。
【符号の説明】
１  基礎杭
２  基礎フーチング
６  液状化層
７  非流動化層
８  支持層
１０  拡幅フーチング
１１  流動化圧分散壁
１２  流動化抑止壁
【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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【図７】
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