(57)【要約】【課題】杭基礎を備えない既設構造物における、地盤液状化時の沈下を効率良く低コストで抑制する沈下防止技術を提供する。【解決手段】杭基礎を備えない既設構造物１の周囲に、地盤２中の液状化層３下方の非液状化層４に根入れする縦長の抵抗体１０を、間隔をおいて並べるよう設置し、既設構造物１の沈下防止構造１００を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭基礎を備えない既設構造物の周囲に、地盤中の液状化層下方の非液状化層に根入れする縦長の抵抗体を、間隔をおいて並べるよう設置してなることを特徴とする既設構造物の沈下防止構造。
【請求項２】
前記抵抗体の上端部を、前記既設構造物と２ｍ以下の範囲で離間させてなることを特徴とする請求項１に記載の既設構造物の沈下防止構造。
【請求項３】
前記抵抗体を、各抵抗体断面の中心間が、抵抗体の並び方向における抵抗体外形寸法の４倍以内となる間隔で設置してなることを特徴とする請求項１または２に記載の既設構造物の沈下防止構造。
【請求項４】
前記抵抗体の上端部を互いに連結してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の既設構造物の沈下防止構造。
【請求項５】
前記抵抗体が、集水孔を有する管状の排水構造を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の既設構造物の沈下防止構造。
【請求項６】
前記抵抗体を、前記既設構造物の周囲のうち当該既設構造物を挟む位置において間隔をおいて並べるよう設置してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の既設構造物の沈下防止構造。
【請求項７】
杭基礎を備えない既設構造物の周囲に、地盤中の液状化層下方の非液状化層に根入れする縦長の抵抗体を、間隔をおいて並べるよう設置することを特徴とする液状化による既設構造物の沈下防止工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設構造物の沈下防止構造、および既設構造物の沈下防止工法に関するものであり、具体的には、杭基礎を備えない既設構造物における、地盤液状化時の沈下を効率良く低コストで抑制する沈下防止技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水位の高い砂質地盤が、大地震での震動によって液状化する液状化現象は、該当地盤上に存在する構造物の沈下や傾斜など様々な問題を発生させる。こうした問題の発生を防止する技術としては、構造物の基礎を杭基礎とする技術、適宜な固化材等を地盤注入し地盤改良する技術、構造物周辺に鋼矢板等を打設して液状化地盤の側方移動を抑制する技術、などが存在する。そのうち、液状化地盤の側方移動を抑制する技術として、非液状化層である表層と支持層との間に液状化層が存在する地盤における前記表層の地盤変状を抑止する構造であって、上部が前記表層内に位置し、下端が前記支持層に達するように間隔をあけて埋設された複数の流動抑止部材を備えた地盤変状抑止構造（特許文献１参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１６１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、直接基礎等による構造物においては、基礎直下で構造物荷重を受けている地盤が、地震により液状化して基礎外側に押し出されることで、沈下や傾斜等が発生する。一方、上述した従来技術における構造物は、支持層に根入れされた杭基礎により堅固に支持されており、摩擦杭や直接基礎による構造物にて生じるような、地盤液状化に伴う沈下の発生は当初から想定されていない。また、対象となる構造物が既設のものであれば、沈下防止のために杭基礎や地盤改良を採用しようとしても、その施工領域が構造物直下となるため、仮受け工などの補助工法が必要となり、工事費用が増大する。
【０００５】
また、鋼矢板壁等で構造物周囲の地盤を完全に囲む工法を採用する場合、施工機械の取り回しのため、近接構造物や用地の制約を受けたり、鋼矢板打設の障害となる既設配管等の切りまわしが必要となり、施工時間や手間が大きなものとなる。
【０００６】
そこで本発明は、杭基礎を備えない既設構造物における、地盤液状化時の沈下を効率良く低コストで抑制する沈下防止技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の既設構造物の沈下防止構造は、杭基礎を備えない既設構造物の周囲に、地盤中の液状化層下方の非液状化層に根入れする縦長の抵抗体を、間隔をおいて並べるよう設置してなることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、既設構造物直下の液状化した地盤が前記抵抗体の間を通り抜けようとした場合、流れの乱れ等による抵抗の増加で該当地盤が前記抵抗体に堰きとめられることとなる。つまり、既設構造物直下の地盤はその移動を抑制され、ひいては地盤液状化による構造物の沈下の発生が防止される。
【０００９】
また、上述の抵抗体は間隔をおいて並べるよう設置され、既設構造物の周囲を閉塞しない形態となるため、既設構造物に付帯した既設配管等を回避して前記抵抗体の設置を行うことが可能である。
【００１０】
また、当該既設構造物の沈下防止構造にかかる施工は、主に上述の抵抗体の建込み工程だけとなるため、施工に際して大規模な用地や特殊な装置類が必要であるといった施工条件の制約も少ない。更に、上述の抵抗体の設置に要する装置類は汎用機械であり、加えて、間隔をおいて抵抗体の設置を行うことで抵抗体数量の低減が図られるため、施工コストの低減も見込まれる。
【００１１】
つまり本発明によれば、杭基礎を備えない既設構造物における、地盤液状化時の沈下を効率良く低コストで抑制することが可能となる。
【００１２】
なお、本発明の既設構造物の沈下防止構造において、前記抵抗体の上端部を、前記既設構造物と２ｍ以下の範囲で離間させてなるとしてもよい。この場合、上述の抵抗体は、既設構造物側面から離間した位置にて設置されることとなり、抵抗体設置のために既設構造物を仮受けする等の補助工も必要なく、既設構造物への適用性が高い。また、前記抵抗体が、既設構造物と接触することはあっても構造的に一体とならない一方、既設構造物側面と２ｍ以下の範囲の近接した離間位置に設置されることで、既設構造物直下の地盤であって、前記抵抗体が囲む地盤の範囲を限定的なものとし、液状化時における地盤の流動を効果的に抑制する。
【００１３】
また、本発明の既設構造物の沈下防止構造において、前記抵抗体を、各抵抗体断面の中心間が、抵抗体の並び方向における抵抗体外形寸法の４倍以内となる間隔で設置してなるとしてもよい。これによれば、抵抗体間の間隔を適宜なものとして抵抗体使用量を抑制し、施工コスト低減を図れる。一方、施工性向上やコスト削減を図るべく抵抗体間の間隔を拡大する場合であっても、抵抗体間の間隔を、抵抗体の並び方向における抵抗体外形寸法の４倍以内とすることで、既設構造物直下の液状化した地盤が前記抵抗体に堰きとめられる適宜な効果を維持することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の既設構造物の沈下防止構造において、前記抵抗体の上端部を互いに連結してなるとしてもよい。このように、抵抗体（例：Ｈ型鋼、矢板等）の上端部を連結すれば、地盤液状化時における抵抗体の設置姿勢や位置の変位が抑制され、ひいては、液状化した地盤が前記抵抗体に堰きとめられる効果等が維持されることになる。
【００１５】
また、本発明の既設構造物の沈下防止構造において、前記抵抗体が、集水孔を有する管状の排水構造を備えるとしてもよい。これによれば、抵抗体周辺の地盤において、液状化に伴い過剰間隙水圧が上昇しても、排水構造による排水がなされることで過剰間隙水圧は消散され、抵抗体周辺での液状化による土砂の流動に対する抵抗が増加する。このことにより、地盤液状化時の沈下を効率良く抑制出来る。
【００１６】
また、本発明の既設構造物の沈下防止構造において、前記抵抗体を、前記既設構造物の周囲のうち当該既設構造物を挟む位置において間隔をおいて並べるよう設置してなる、としてもよい。これによれば、道路や鉄道線路などの線状構造物についても、その直下の地盤を上述の抵抗体で挟み込んで範囲を限定し、液状化時における地盤の流動を効果的に抑制することが可能である。
【００１７】
また、本発明の既設構造物の沈下防止工法は、杭基礎を備えない既設構造物の周囲に、地盤中の液状化層下方の非液状化層に根入れする縦長の抵抗体を、間隔をおいて並べるよう設置することを特徴とする。これによれば、杭基礎を備えない既設構造物における、地盤液状化時の沈下を効率良く低コストで抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、杭基礎を備えない既設構造物における、地盤液状化時の沈下を効率良く低コストで抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の既設構造物の沈下防止構造例１を示す側断面図である。
【図２】本実施形態の既設構造物の沈下防止構造例１を示す平面図である。
【図３】本実施形態の既設構造物の沈下防止構造例１を示す拡大図である。
【図４】本実施形態の既設構造物の沈下防止構造例２を示す平面図である。
【図５】本実施形態の既設構造物の沈下防止構造例３を示す側断面図である。
【図６】本実施形態の既設構造物の沈下防止構造例４を示す平面図である。
【図７】本実施形態の既設構造物の沈下防止工法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態における既設構造物の沈下防止構造例１を示す側断面図であり、図２は本実施形態の既設構造物の沈下防止構造例１を示す平面図である。本実施形態における既設構造物の沈下防止構造１００は、杭基礎を備えない既設構造物１における、地盤液状化時の沈下を効率良く低コストで抑制するものである。
【００２１】
なお、本実施形態における既設構造物１は、直接基礎８（ないし、パイルドラフト基礎：摩擦杭）を備える構造物であり、いずれにしても、地盤２における堅固な支持層に達する基礎（例：先端支持杭等による杭基礎）を備えていないものとする。従って、本実施形態の沈下防止構造１００を備えていない状況下で、地盤２の液状化が生じた場合、当該既設構造物１の直接基礎８直下の領域５で構造物荷重を受けている地盤２（地震により液状化している）が、領域５の外側に押し出され、既設構造物１における沈下や傾斜等が発生する。
【００２２】
一方、こうした沈下や傾斜等の発生を防止する、本実施形態の沈下防止構造１００は、上述の既設構造物１の外周に、地盤２中の液状化層３下方の非液状化層４に根入れする縦長の抵抗体１０を、図２の平面図でも示す通り、間隔をおいて並べるよう設置したものとなる。抵抗体１０は、その下端部１１が上述の非液状化層４に対して所定長だけ根入れし、好ましくは、上端部１２が液状化層３上方の非液状化層５に位置するよう地盤２中に設置される。こうした形態で設置された抵抗体１０は、液状化した液状化層３の地盤２（以下、液状化地盤６とする）が流動時に示す押圧力に抵抗できる剛性を備えたもので、例えば、Ｈ型鋼、鋼矢板、鋼管、コンクリート杭、場所打ちコンクリート杭、などを採用できる。
【００２３】
抵抗体１０が鋼矢板やＨ型鋼等であれば、バイブロハンマー等の汎用的な装置を用いて、地盤２への建込み工を行えるため、施工に際して大規模な用地や特殊な装置類は不要で、施工条件の制約も少ない。この建込みに要するバイブロハンマー等は、汎用機械のため導入コストは低廉である。また、抵抗体１０の各間は間隔をあけてあるため、抵抗体同士を互いに密着させて既設構造物１の外周を閉塞する場合と比較して、抵抗体数量の低減が図られ、施工コストの低減が見込まれる。また、抵抗体１０は間隔をおいて設置されるため、既設構造物１の周囲を閉塞しない形態となる。従って、既設構造物１に付帯した既設配管等を回避して前記抵抗体１０の設置を行うことが可能であり、施工性も良好である。
【００２４】
また、間隔をおいて並べるよう設置される抵抗体１０の各間の間隙１３は、液状化地盤６が、抵抗体１０で囲まれた基礎直下の領域５からの流出を図る際に、通り抜けようとする通路になる。図３にて示すように、液状化地盤６は、流動して、その一部が間隙１３に入り込もうとし、他の一部が抵抗体１０に衝突して反転し、分流６Ａを生じる。隣り合う抵抗体１０にも液状化地盤６が衝突して同様に生じた分流６Ｂは、上述の分流６Ａと衝突しあって、液状化地盤６の全体の流動として流れに乱れを生じることになる。この流れの乱れにより、液状化地盤６の流動に対する抵抗が増加し、液状化地盤６は抵抗体１０にて堰きとめられる。つまり、既設構造物１直下の地盤２は液状化時においてその移動を抑制され、ひいては地盤液状化による既設構造物１の沈下の発生が防止される。
【００２５】
なお、基礎直下の領域５は、抵抗体１０で二重に囲まれるとしてもよい。領域５が抵抗体１０で二重に囲まれる場合、上述した、液状化地盤６の全体の流動における流れの乱れが、更に生じやすくなり、液状化地盤６の流動に対する抵抗が更に増加し、液状化地盤６が抵抗体１０にて効率良く堰きとめられることになる。
【００２６】
上述した間隙１３は、各抵抗体断面の中心間１３Ａが、抵抗体の並び方向における抵抗体外形寸法１３Ｂの４倍以内となる間隔で抵抗体１０を設置して生じる、抵抗体１０間の間隙である。このように、抵抗体１０間の間隔を適宜なものとして抵抗体使用量を抑制し、施工コスト低減を図ることもできる。抵抗体１０間の間隔を、抵抗体断面の中心間１３Ａが、抵抗体の並び方向における抵抗体外形寸法１３Ｂの４倍以内とすることで、上述した、間隙１３にて生じる流れの乱れに起因する、液状化地盤６の流動に対する抵抗が、抵抗体１０に液状化地盤６が堰きとめられる程度に維持される。他方、抵抗体１０間の間隔を、抵抗体断面の中心間１３Ａが、抵抗体の並び方向における抵抗体外形寸法１３Ｂの４倍より大きなものとすると、流動する液状化地盤６のうち間隙１３にそのまま流れ込む割合が非常に大きくなり、一方、相対的に分流６Ａ、６Ｂは小さくなり、液状化地盤６の全体の流動として流れに小さな乱れしか生じないことになる。そのため、液状化地盤６の流動に対する抵抗は大きく減少し、液状化地盤６は抵抗体１０にて堰きとめられなくなる。
【００２７】
なお、抵抗体１０は、その上端部１２と既設構造物１の側面７との離間距離７Ａを、２ｍ以下の範囲としている。この場合、上述の抵抗体１０は、既設構造物１の側面７から離間した位置にて設置されることとなり、抵抗体設置のために既設構造物１を仮受けする等の補助工も必要なく、既設構造物１への適用性が高い。また、抵抗体１０が、既設構造物１の側面７と近接して設置されることで、既設構造物１直下の地盤２であって、抵抗体１０で囲まれた基礎直下の領域５の範囲を限定的なものとし、液状化時における地盤２の流動を効果的に抑制する。但し、抵抗体１０と既設構造物１とが構造的に一体とならないのであれば、上端部１２が既設構造物１と接触していてもよい。
【００２８】
また、各抵抗体１０は、その上端部１２を互いに連結していると好適である。図４は本実施形態の既設構造物１の沈下防止構造例２を示す側断面図である。図４の例では、抵抗体１０たる各Ｈ型鋼の上端部１２を、プレート１５を介したボルト１５Ａによる締結を行って一体化することで連結している。抵抗体１０の上端部１２を互いに連結する手法としては、その他にも、一般的な杭頭処理の技術を採用すればよい。
【００２９】
このように抵抗体１０の上端部１２を互いに連結すれば、地盤液状化時における液状化地盤６の流動に抗して、抵抗体１０の設置姿勢や位置の変位が抑制される。ひいては、抵抗体１０の間の間隙１３が維持され、液状化地盤６が抵抗体１０に堰きとめられる効果も良好に確保されることになる。
【００３０】
なお、抵抗体１０は、図５にて示すように、集水孔１６を有する管状の排水構造１７を備えるとすれば好適である。この排水構造１７は、抵抗体１０に付帯させた鋼製ないし樹脂製の有孔管体を採用できる。或いは、抵抗体１０近傍の地盤２にて、サンドコンパクションパイル等による砂質柱状体や砕石柱状体を形成し排水構造１７として採用することもできる。また、排水構造１７には排水ポンプを接続し、集水孔１６を介して集水した地盤２中の水を地盤２より排出するものとできる。
【００３１】
大規模地震の発生時において、地震動によって地盤２中では過剰間隙水圧が上昇する。過剰間隙水圧が上昇した結果、地盤２を構成する粒子間の剪断応力が減少し、最終的には液状化現象が起きる。しかしながら、上述の排水構造１７が地盤２中に存在することで、当該排水構造１７における集水孔１６を介した排水がなされて、過剰間隙水圧は消散され、抵抗体１０周辺での液状化による土砂の流動に対する抵抗が増加する。このことにより、地盤液状化時の沈下を効率良く抑制出来る。
【００３２】
上述した沈下防止構造１００は、道路や鉄道線路などの線状構造物に適用することも可能である。図６は本実施形態の既設構造物１の沈下防止構造例４を示す平面図である。この場合、例えば、既設構造物１たる鉄道線路２０を挟む位置、すなわち鉄道線路２０の盛土２１の両側において、間隔をおいて抵抗体１０を設置する。液状化地盤６の流動のうち、鉄道線路２０の延長方向に沿って鉄道線路２０直下の領域５に流入するものは、鉄道線路２０の側方からの流動と比較して、相対的に小さいと推定される。一方、鉄道線路２０直下の領域５から流出しようとする液状化地盤６の流動は、抵抗体１０間の間隙１３において生じる、上述の流動に対する抵抗によって堰きとめられる。こうした構成によれば、鉄道線路２０等の線状構造物についても、その直下の地盤２であって、抵抗体１０で囲まれた領域５の範囲を抵抗体１０で挟み込んで限定し、液状化時における地盤２の流動を効果的に抑制することが可能である。
【００３３】
続いて、本実施形態における既設構造物１の沈下防止工法について説明する。図７は本実施形態の既設構造物１の沈下防止工法を示すフロー図である。この場合、既設構造物１の周囲にバイブロハンマー等の施工装置を配置し、既設構造物１の側面７と２ｍ以下の範囲で離間した位置にて、Ｈ型鋼などの抵抗体１０を建て込む（ｓ１００）。なお、抵抗体１０と既設構造物１とが構造的に一体とならないのであれば、抵抗体１０の上端部１２が既設構造物１と接触していてもよい。
【００３４】
また、抵抗体１０は、例えば、地盤２の地表面８から、液状化層３下方の非液状化層４に所定長だけ根入れするための長さを備えたものとなる。よって、抵抗体１０の建込みにあたっては、その下端部１１を非液状化層４に対して所定長だけ根入れさせ、上端部１２が液状化層３上方の非液状化層５に位置するよう施工装置を制御する。また、抵抗体１０は、上述した排水構造１７を予め備えているものとする。
【００３５】
続いて、建て込みが完了した抵抗体１０と、間隔をあけて次なる抵抗体１０の建込み動作を実行する（ｓ１０１）。この建込み動作にあたっては、上述したように各抵抗体断面の中心間が、抵抗体の並び方向における抵抗体外形寸法の４倍以内となるよう施工装置を制御する。以降、既設構造物１の外周において、抵抗体１０を間隔をおいて繰り返し建て込んで、既設構造物１の周囲を抵抗体１０で環状に囲む（ｓ１０２）。この抵抗体１０の建込み動作は、既設構造物１の周囲を、多重の環状で囲む分だけ繰り返し行う（ｓ１０３）。なお、抵抗体１０の建込みに際し、既設構造物１に付帯した既設配管等を、抵抗体１０の間の間隙１３に収めるよう、抵抗体１０間の間隔を施工装置にて制御する。
【００３６】
次に、各抵抗体１０の上端部１２を互いに連結し（ｓ１０４）、工程を終了する。この連結動作は、例えば、抵抗体１０の上端部１２を、プレート１５を介してボルト締結して一体化することで実行する。
【００３７】
以上、本実施形態によれば、杭基礎を備えない既設構造物における、地盤液状化時の沈下を効率良く低コストで抑制することが可能となる。
【００３８】
本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  既設構造物
２  地盤
３  液状化層
４  非液状化層
５  基礎直下の領域
６  液状化地盤
７  既設構造物の側面
１０  抵抗体
１１  抵抗体の下端部
１２  抵抗体の上端部
１３  抵抗体間の間隙
１５  プレート
１６  集水孔
１７  排水構造
２０  鉄道線路
２１  盛土
１００  既設構造物の沈下防止構造
【図１】
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【図２】
2014031653.tif 000004
【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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