(57)【要約】【課題】地盤の液状化を効果的に抑制する。【解決手段】液状化する可能性のある地盤１０を壁状地盤改良体１２０で囲むことで、地盤１０が拘束され地盤１０のせん断変形が抑制される。また、壁状地盤改良体１２０の各格子１２６の内側に構築された締固め杭１１０によって壁状地盤改良体１２０で囲まれた地盤１０が締固められ液状化強度が上がる。このように、「壁状地盤改良体１２０による地盤１０のせん断変形の抑制効果」と「締固め杭１１０によって地盤１０の密度が大きくなり地盤１０のせん断強度が上がる効果」との二つの効果によって、効果的に地盤１０の液状化が抑制される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を囲むように構築された壁状地盤改良体と、
前記壁状地盤改良体で囲まれた前記地盤に構築された締固め杭と、
を備える地盤改良構造。
【請求項２】
前記壁状地盤改良体は、平面視において格子状に区切る格子壁を有し、
前記締固め杭は前記格子壁で区切られた格子毎に構築されている、
請求項１に記載の地盤改良構造。
【請求項３】
現地発生土及び廃材の再生物の少なくとも一方が、前記締固め杭の材料に含まれる、
請求項１又は請求項２に記載の地盤改良構造。
【請求項４】
前記締固め杭の材料に、硬化材が含まれる、
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の地盤改良構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、液状化する可能性のある軟弱な地盤に、平面格子状の壁状地盤改良体を形成する耐液状化地盤の造成方法が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、格子の形状を方形にし、格子の巾を高さの０．５〜０．８倍にした砂質地盤液状化防止用格子壁が開示されている。
【０００４】
ここで、壁状地盤改良体で、地盤の液状化の抑制効果を向上させるためには、壁状地盤改良体で囲む地盤の面積を狭くする必要があり、このため、コスト高になることがあった。したがって、地盤の液状化を効果的に抑制させることができる地盤改良構造が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平４−５４００４号公報
【特許文献２】特許第２５６８１１５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、地盤の液状化を効果的に抑制させることができる地盤改良構造を提供することが目的である
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、地盤を囲むように構築された壁状地盤改良体と、前記壁状地盤改良体で囲まれた前記地盤に構築された締固め杭と、を備える。
【０００８】
請求項１の発明では、地盤を壁状地盤改良体で囲むことで、地盤が拘束され地盤のせん断変形が抑制される。また、締固め杭によって壁状地盤改良体で囲まれた地盤が締固められ地盤のせん断強度が上がる。
【０００９】
このように、「壁状地盤改良体による地盤のせん断変形の抑制効果」と「締固め杭によって地盤の密度が大きくなり地盤のせん断強度が上がる効果」との二つの効果によって、効果的に地盤の液状化が抑制される。
【００１０】
請求項２の発明は、前記壁状地盤改良体は、平面視において格子状に区切る格子壁を有し、前記締固め杭は前記格子壁で区切られた格子毎に構築されている。
【００１１】
請求項２の発明では、壁状地盤改良体を格子壁で格子状に区切ることで、地盤のせん断変形が更に抑制され、この結果、地盤の液状化が更に抑制される。
【００１２】
請求項３の発明は、現地発生土及び廃材の再生物の少なくとも一方が、前記締固め杭の材料に含まれる。
【００１３】
請求項３の発明では、現地発生土及び廃材の再生物の少なくとも一方が、締固め杭の材料として用いるので、現地発生土や廃材を別途処分する場合と比較し、コストが削減される。
【００１４】
請求項４の発明は、前記締固め杭の材料に、硬化材が含まれる。
【００１５】
請求項４の発明では、締固め杭の材料にセメント系固化材やスラグなどの硬化材を用いることで、締固め杭の鉛直支持性能が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、地盤の液状化を効果的に抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る地盤改良構造の上に構造物が構築された状態を一部断面で示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る地盤改良構造を一部断面で示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る地盤改良構造を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る地盤改良構造を示す図３の４−４線に沿った縦断面図である。
【図５】第一比較例の地盤改良構造を示す図４に対応する縦断面図である。
【図６】第二比較例の地盤改良構造を示す図４に対応する縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態の第一変形例の地盤改良構造を示す縦断面図である。
【図８】第三比較例の地盤改良構造を示す図４に対応する縦断面図である。
【図９】本発明の実施形態の第二変形例の地盤改良構造を示す図３に対応する平面図である。
【図１０】本発明の実施形態の第三変形例の地盤改良構造を示す図３に対応する平面図である。
【図１１】本発明の実施形態の第四変形例の地盤改良構造を示す図３に対応する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜実施形態＞
本発明の一実施形態にかかる地盤改良構造について、説明する。
【００１９】
図１及び図４に示すように、本実施形態では、構造物２０の直下の液状化する可能性の有る軟弱な地盤１０は、地盤改良構造１００によって地盤改良され、地盤１０の液状化が抑制されている。
【００２０】
図１〜図４に示すように、地盤改良構造１００は、平面格子状の壁状地盤改良体１２０と複数の締固め杭１１０とを含んで構成されている。壁状地盤改良体１２０は軟弱な地盤１０を囲むように構築された外周壁１２２と、外周壁１２２の内側を平面視において矩形状に区切る格子壁１２４と、を含んで構成されている。
【００２１】
また、締固め杭１１０は、格子壁１２４で区切られた各格子１２６内にそれぞれ構築されている。本実施形態では各格子１２６内にそれぞれ１２本の締固め杭１１０が、平面視において４行×３列で配置されている。
【００２２】
なお、締固め杭１１０の長さは、各格子１２６内の地盤１０の液状化のしやすさ（軟弱度）に応じて増減してもよい。本実施形態では、図４に示すように、液状化しやすい図４における左側の格子１２６内では、締固め杭１１０を長くし、液状化しにくい図４における右側の格子１２６内では、締固め杭１１０を短くしている。更に、図４における左側の格子１２６では、壁から遠い液状化しやすい格子１２６の中心部に構築された締固め杭１１０を長くし、壁に近い場所に構築された締固め杭１１０を短くしている。
【００２３】
また、本実施形態では、壁状地盤改良体１２０を構築したのち、各格子１２６に締固め杭１１０を構築した。しかし、壁状地盤改良体１２０の構築と締固め杭１１０の構築との順番は特に限定されない。つまり、本実施形態の地盤改良構造１００のように壁状地盤改良体１２０を構築したのちに締固め杭１１０を構築してもよいし、締固め杭１１０を構築したのちに壁状地盤改良体１２０を構築してもよい。或いは、壁状地盤改良体１２０と締固め杭１１０とを同時平行して構築してもよい。
【００２４】
本実施形態における壁状地盤改良体１２０は、深層混合処理機を用いスラリー状のセメント系固化材やスラグなどの硬化材を吐出しながら土と撹拌混合させる深層混合処理工法（ＤＣＭ工法（登録商標）：Ｄｅｅｐ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ｍｉｘｉｎｇ）によって構築されている。具体的には、地盤１０を掘削し、掘削された穴に掘削土とセメントミルクとを攪拌し混合したソイルセメントを打設してソイルセメント壁を構築する。そして、このソイルセメント壁を平面視にて格子状に組み合わせることにより、地盤１０中に平面格子状の壁状地盤改良体１２０が構築される。なお、壁状地盤改良体１２０は、深層混合処理工法以外の工法で構築してもよい。
【００２５】
一方、締固め杭１１０は、地盤を締固める目的で地盤に振動や圧力を加えながら構築された柱状またはブロック状のものとされている。より具体的に説明すると、締固め杭１１０は、サンドコンパクション工法や無排土杭工法などによって、地盤１０を締固めて密度を増大させながら構築する柱状またはブロック状の杭とされている。
【００２６】
なお、本実施形態においては、締固め杭１１０の材料には、現地における種々の工事等の際に発生する現地発生土や廃材の再生物が混ぜられている。具体的には、本実施形態では、壁状地盤改良体１２０を構築する際に、地盤１０を掘削して発生する残土が締固め杭１１０の材料に混ぜられている。また、壁状地盤改良体１２０の構築以外で発生する残土も締固め杭１１０の材料に混ぜられている。更に、本実施形態では、現地における既存構造物の解体等で発生した、例えばコンクリートガラ等の廃材の再生物も締固め杭１１０の材料に混ぜられている。
【００２７】
更に、本実施形態では、締固め杭１１０の材料には、セメント系固化材やスラグなどの硬化材が含まれている。
【００２８】
そして、このようにして構築された平面格子状の壁状地盤改良体１２０と複数の締固め杭１１０とを含んで構成されている地盤改良構造１００の上に、図１及び図４に示すように、新たに構造物２０が構築されている。
【００２９】
図４に示すように、構造物２０の基礎階の基礎構造は、基礎梁２２と基礎スラブ２４とを含んで構成されている。なお、本実施形態では基礎スラブ２４は、構造スラブよりもスラブ厚が薄く配筋が少ない土間スラブとされている。
【００３０】
また、基礎梁２２及び構造柱２６の直下に、壁状地盤改良体１２０の外周壁１２２又は格子壁１２４が配置されるように、壁状地盤改良体１２０が構築されている。
【００３１】
［作用及び効果］
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３２】
液状化する可能性の有る軟弱な地盤１０を壁状地盤改良体１２０の外周壁１２２で囲むと共に格子壁１２４で格子状に区切ることで、地盤１０が拘束され地盤１０のせん断変形が抑制される。また、壁状地盤改良体１２０の各格子１２６の内側に構築された締固め杭１１０によって、各格子１２６の地盤１０が締固められることで密度が大きくなり、せん断強度が上がる、すなわち液状化強度（液状化抵抗）が高くなる。
【００３３】
このように、「壁状地盤改良体１２０による地盤１０のせん断変形の抑制効果」と「締固め杭１１０によって地盤１０の密度が大きくなり地盤１０のせん断強度が上がる効果」との二つの効果によって、効果的に地盤１０の液状化が抑制される。
【００３４】
また、締固め杭１１０で各格子１２６の地盤１０を締固めて液状化強度を増加させることで、壁状地盤改良体１２０の格子間隔を大きくすることができる。よって、壁状地盤改良体１２０の格子壁１２４の配置の自由度が向上し、この結果、構造物２０の構造柱２６や基礎梁２２などの配置による制約が緩和され、格子壁１２４の合理的な設計が可能となる。
【００３５】
また、本実施形態では、壁状地盤改良体１２０を構築する際の地盤１０を掘削して発生する残土等の現地発生土を締固め杭１１０の材料として用いている。更に、現地の既存構造物の解体等で発生した廃材の再生物を締固め杭１１０の材料として用いている。よって、残土等の現地発生土や廃材を別途処分する場合と比較し、環境負荷が低減される。また、残土や廃材の輸送や処理に伴って発生するＣＯ２が削減されると共に、輸送費及び処理費が削減される。
【００３６】
また、締固め杭１１０で各格子１２６の地盤１０を締固めることによって、各格子１２６の地盤１０の強度が高められ、この結果、構造物２０の鉛直及び水平荷重を、締固められた各格子１２６の地盤１０が分担することができる。よって、構造物２０の基礎スラブ２４や基礎梁２２が負担する荷重が軽減し、基礎構造の合理化、例えば、本実施形態においては、基礎スラブ２４をスラブ厚が薄く配筋の少ない土間スラブを採用することが可能なると共に、基礎梁２２の梁成を低くすることが可能となる。そして、この結果、コストダウン、短工期化、環境負荷低減等が実現される。
【００３７】
また、締固め杭１１０に用いる材料にセメント系固化材やスラグなどの硬化材を用いることで、締固め杭１１０の鉛直支持性能が向上し、壁状地盤改良体１２０が負担する構造物２０の鉛直荷重が低減する。これにより、地震時における壁状地盤改良体１２０に作用する応力が低減する。
【００３８】
＜比較例との対比＞
つぎに、本発明が適用されてない比較例（第一比較例及び第二比較例）と本実施形態の地盤改良構造１００とを比較する。
【００３９】
［本実施形態］
本実施形態の地盤改良構造１００及び構造物２０は、上述した構造である。そして、構造物２０の接地圧を１００ｋＮ／ｍ２とした場合、基礎梁２２の梁成の高さは６００ｍｍとなると共に、基礎スラブ２４はスラブ厚１８０ｍｍ〜３００ｍｍの土間スラブとなっている。
【００４０】
［第一比較例］
第一比較例について説明する。
【００４１】
図５に示す第一比較例は、平面格子状の壁状地盤改良体８００で地盤１０の液状化防止の地盤改良を行っている。なお、締固め杭１１０は構築されていない。壁状地盤改良体８００は、外周壁１２２と外周壁１２２の内側を格子状に区切る格子壁８２４とで構成されている。
【００４２】
第一比較例の格子壁８２４は、本実施形態の格子壁１２４よりも格子間隔が狭い。言い換えると、本実施形態の格子１２６よりも第一比較例の格子８２６の方が小さい。
【００４３】
構造物６２０の基礎構造は、基礎梁６２２と基礎スラブ６２４とを含んで構成されている。また、基礎梁２２及び構造柱２６の直下に、外周壁１２２及び格子壁８２４が配置されるように壁状地盤改良体１２０が構築されている。
【００４４】
そして、構造物６２０の接地圧を１００ｋＮ／ｍ２とした場合、基礎梁６２２の梁成の高さは８００ｍｍが必要となると共に、基礎スラブ２４は、スラブ厚３００ｍｍ〜４００ｍｍの構造スラブが必要となる。
【００４５】
［第二比較例］
第二比較例について説明する。
【００４６】
図６に示す第二比較例は、複数の締固め杭１１０で地盤１０の液状化防止の地盤改良を行っている。壁状地盤改良体は構築されていない。
【００４７】
なお、締固め杭１１０のみで地盤１０の液状化防止の地盤改良を行う場合、液状化を防止したい範囲（本実施形態では構造物７２０の直下）よりも外側に、液状化層の層厚の半分程度広げた範囲に対して地盤改良を行うこと（締固め杭１１０を構築する）ことが必要とされている。よって、本第二比較例でも構造物７２０の直下よりも外側も締固め杭１１０が構築されている。
【００４８】
また、締固め杭１１０で地盤１０の液状化防止を行う場合、液状化強度（液状化抵抗）が規定値を超えるように、具体的には、Ｎ値が２０を超えるように構築する必要がある。      
【００４９】
更に、締固め杭１１０で液状化防止の地盤改良を行う場合に地盤変位吸収用として必要な緩衝孔１１２が、最外周の締固め杭１１０の外側に形成されている。
【００５０】
そして、構造物７２０の接地圧を１００ｋＮ／ｍ２とした場合、基礎梁７２２の梁成の高さは１２００ｍｍが必要となると共に、基礎スラブ２４は、スラブ厚４００ｍｍ〜６００ｍｍの構造スラブが必要となる。
【００５１】
［第一比較例及び第二比較例と本実施形態との比較］
上述したように、図４に示す本実施形態の地盤改良構造１００では、壁状地盤改良体１２０の各格子１２６の地盤１０を締固め杭１１０で締固めて液状化強度を増加させている。よって、図５に示す第一比較例の壁状地盤改良体８００と比較し、図４の壁状地盤改良体１２０の格子間隔を大きくすることができる。
【００５２】
また、締固め杭１１０によって各格子１２６の地盤１０の強度が高められているので、改良後の地盤１０が分担する構造物２０の鉛直及び水平荷重の割合を大きくすることができる。よって、構造物２０の基礎スラブ２４及び基礎梁２２が負担する荷重が軽減する。
【００５３】
したがって、構造物の設置圧（１００ｋＮ／ｍ２）が同じである場合、図５に示す第一比較例の基礎梁６２２では梁成が８００ｍｍ必要であり、図６に示す第二比較例の基礎梁７２２のでは梁成が１２００ｍｍ必要である。これに対して、図４に示す本実施形態の基礎梁２２の梁成は６００ｍｍとされ、梁成を低くできる。
【００５４】
また、構造物の設置圧（１００ｋＮ／ｍ２）が同じである場合、図５に示す第一比較例の基礎スラブ６２４はスラブ厚３００ｍｍ〜４００ｍｍの構造スラブ６２４が必要であり、図６に示す第二比較例の基礎スラブ７２４はスラブ厚４００ｍｍ〜６００ｍｍの構造スラブが必要である。これに対して、図４に示す本実施形態の基礎スラブ２４はスラブ厚１８０ｍｍ〜３００ｍｍで配筋の少ない土間スラブとすることができる。
【００５５】
また、前述したように、第二比較例の場合は構造物７２０の直下の外側（液状化層の層厚の半分程度広げた範囲）にも締固め杭１１０を構築する必要がある。更に、最外周の締固め杭１１０の外側に緩衝孔１１２を形成する必要がある。したがって、例えば、図６に想像線で示すように、構造物７２０に近接して構造物７２１や構造物７２３が構築されている場合には、第二比較例の地盤改良の適用が困難となる場合がある。
【００５６】
これに対して、本実施形態では、壁状地盤改良体１２０で囲まれた地盤１０を締固め杭１１０で締固める構造であるので、第二比較例のように液状化層の層厚の半分程度広げた範囲に締固め杭１１０を構築する必要がない。また、壁状地盤改良体１２０で囲まれているので、壁状地盤改良体１２０の外側には地盤変位が発生しない。よって、地盤変位吸収用の緩衝孔１１２が不要である。したがって、例えば、構造物２０に近接して構造物が構築されている場合であっても、地盤改良構造１００による地盤改良を行うことができる。
【００５７】
ここで、前述したように、第二比較例の複数の締固め杭１１０で地盤１０の液状化防止を行う場合、液状化強度（液状化抵抗）が規定値を超えるように、具体的には、Ｎ値が２０を超えるように構築する必要がある。これに対して、本実施形態では、壁状地盤改良体１２０と併用しているので、液状化強度（液状化抵抗）が規定値以下であっても高い液状化防止性能を得ることができる。
【００５８】
また、非常に高い液状化防止性能が要求される場合、図５に示す壁状地盤改良体８００のみでの地盤改良、又は図６に示す締固め杭１１０のみでの地盤改良では、液状化防止性能を満足（クリア）できない場合がある。これに対して本実施形態の地盤改良構造１００のように壁状地盤改良体１２０と締固め杭１１０とを併用することで、地盤１０のせん断変形が効果的に抑制され、高い液状化防止性能が得られる。
【００５９】
すなわち、本実施形態の地盤改良構造１００のように、壁状地盤改良体１２０で囲まれ拘束された地盤１０を締固め杭１１０で締固めることで、壁状地盤改良体１２０で拘束されていない場合と比較し、せん断強度が効果的に向上する。そして、地盤のせん断強度が効果的に向上することで、壁状地盤改良体１２０で囲まれた地盤１０のせん断変形が効果的に抑制され、この結果、効果的に地盤１０の液状化が更に効果的に抑制される。なお、締固め杭１１０を構築したのちに壁状地盤改良体１２０を構築しても同様に高い液状化防止性能を得ることができる。
【００６０】
このように、図５に示す壁状地盤改良体８００のみでの地盤改良及び図６に示す締固め杭１１０のみでの地盤改良よりも、本実施形態の地盤改良構造１００のほうが、高い液状化防止性能が得られる。そして、この結果、非常に高い液状化防止性能の要求を満足（クリア）することができる。
【００６１】
＜変形例＞
つぎに、本実施形態の変形例について説明する。
【００６２】
上記実施形態では、地盤改良構造１００を構成する壁状地盤改良体１２０と締固め杭１１０で締固められた各格子１２６の地盤１０とで、構造物２０が支持されていたが、これに限定されない。
【００６３】
図７に示す第一変形例のように、液状化する可能性の有る軟弱な地盤１０の下の支持層１２に達する支持杭２５０を併用してもよい。なお、支持杭２５０は支持層１２に達していなくてもよい。
【００６４】
ここで、前述したように本実施形態の地盤改良構造１００の壁状地盤改良体１２０の各格子１２６の地盤１０は、締固め杭１１０で締固められているので、水平抵抗力が増加している。よって、図８に示す第三比較例のように、締固め杭１１０が構築されていない場合の支持杭９２５と比較し、支持杭２５０を細くすることができる。また、第三変形例では基礎スラブ７２４は構造スラブであるのに対して、本実施形態の基礎スラブ２４でも土間スラブとすることができる。
【００６５】
また、地盤改良構造１００は、壁状地盤改良体１２０の各格子１２６に締固め杭１１０が構築されたいが、これに限定されない。締固め杭１１０が構築されていない格子１２６があってよい。
【００６６】
或いは、図９に示す第二変形例のように、壁状地盤改良体１２０の外周壁１２２の外側の地盤１０にも締固め杭１１０を構築してもよい。
【００６７】
また、本実施形態の壁状地盤改良体１２０は、平面視において格子状に構築されていたが、これに限定されない。壁状地盤改良体で区切られる平面形状は矩形に限定されず、閉じられた平面または曲面で構成されていれば良い。
【００６８】
例えば、図１０に示す第三変形例の地盤改良構造１０１の壁状地盤改良体１２１のように、格子状に区切られていなくでもよい。
【００６９】
或いは、図１１に示す第四変形例の地盤改良構造１０３の壁状地盤改良体１２３のように、長辺方向に間隔をあけて配置された複数の隔壁１２５で区切られた構成であってもよい。
【００７０】
＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。また、上述の実施形態及び複数の変形例は、適宜、組み合わされて実施可能である。更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７１】
１０      地盤
１００      地盤改良構造
１０１      地盤改良構造
１０２      地盤改良構造
１１０      締固め杭
１２０      壁状地盤改良体
１２１      壁状地盤改良体
１２３      壁状地盤改良体
１２４      格子壁
１２６      格子
【図１】
2014051852.tif 000003
【図２】
2014051852.tif 000004
【図３】
2014051852.tif 000005
【図４】
2014051852.tif 000006
【図５】
2014051852.tif 000007
【図６】
2014051852.tif 000008
【図７】
2014051852.tif 000009
【図８】
2014051852.tif 000010
【図９】
2014051852.tif 000011
【図１０】
2014051852.tif 000012
【図１１】
2014051852.tif 000013