(57)【要約】【課題】多大な費用をかけることなく、非液状化層の上に液状化層が堆積した地盤の液状化を抑制するまたは液状化による地盤変形を抑制する液状化対策構造を提供すること。【解決手段】非液状化層１の上に液状化層２が堆積した地盤を適用対象とし、液状化層において非液状化層１から離隔した位置に地盤改良体３を構築した液状化対策構造において、非液状化層１に着底または根入れされ、かつ地盤改良体３が側面に当接する着底構造体４を構築したので、地震により非液状化層１が水平方向に変位した場合でも地盤改良体３との水平方向の変位差が小さくなる。したがって、非液状化層１と地盤改良体３との間の残置液状化層２Ａのせん断ひずみが抑制され、液状化を抑制または液状化による地盤変形を抑制できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非液状化層の上に液状化層が堆積した地盤を適用対象とし、液状化層において非液状化層から離隔した位置に地盤改良体を構築した液状化対策構造において、
非液状化層に着底または根入れされ、かつ前記地盤改良体の側面の一部に当接する着底構造体が構築されたことを特徴とする液状化対策構造。
【請求項２】
前記地盤改良体の厚みを前記液状化層の厚みの３／４以下に設定したことを特徴とする請求項１に記載の液状化対策構造。
【請求項３】
前記着底構造体の幅を前記液状化層における着底構造体の高さの０．４倍以上に設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の液状化対策構造。
【請求項４】
前記地盤改良体と前記着底構造体とは、上下方向に相対変位可能に設けられ、
前記地盤改良体の外側面に沿って、地盤改良体下方の残置液状化層の地震時の挙動が前記地盤改良体外側の液状化層に伝わる大きさの開放部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の液状化対策構造。
【請求項５】
前記地盤改良体と前記着底構造体とは、上下方向に相対変位可能に設けられ、想定地震時における前記地盤改良体の沈下量が設定沈下量以下になるように、前記着底構造体の幅が設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の液状化対策構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非液状化層の上に液状化層が堆積した地盤の液状化の抑制または液状化による地盤変形を抑制する液状化対策構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
液状化層に繰り返しせん断応力が作用すると、液状化層が液状となり、地盤としての支持機能を失うことになる。このような事態を回避すべく、図１に示すように、全体着底型の地盤改良体１０３を液状化層１０２に構築した液状化対策構造が知られている。この全体着底型の地盤改良体１０３は、非液状化層１０１に着底または根入れするとともに、液状化層１０２の垂直方向全体にわたり構築される（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、液状化層１０２が厚い場合には多大な費用がかかることになる。
【０００３】
一方、費用を節減すべく、図２に示すように、液状化層２０２に浮くように地盤改良体２０３を構築した液状化対策構造が提案されている。この液状化対策構造は、地盤改良体２０３下部の未改良部が液状化することを前提に構造物の沈下量が許容値以下となるように、地盤改良体２０３の厚みを設定するので、地盤改良体２０３を非液状化層２０１に着底または根入れする必要もなければ、液状化層２０２の垂直方向全体にわたり構築する必要もない。このため、液状化層２０２が厚くても費用を節減できることになる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平４−５４００４号公報
【特許文献２】特開２００５−８３１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載された液状化対策構造において、地震が発生すると、液状化対策領域外の液状化層２０２の影響を受け、構築した地盤改良体２０３が水平方向に変位する。すると、非液状化層２０１の水平方向の変位と地盤改良体２０３の水平方向の変位との変位差が大きくなる。そして、非液状化層２０１と地盤改良体２０３との間の液状化層２０２にせん断応力が作用し、加速度レベルによっては液状化することになる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多大な費用をかけることなく、非液状化層の上に液状化層が堆積した地盤の液状化の抑制または液状化による地盤変形を抑制できる液状化対策構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、非液状化層の上に液状化層が堆積した地盤を適用対象とし、液状化層において非液状化層から離隔した位置に地盤改良体を構築した液状化対策構造において、非液状化層に着底または根入れされ、かつ前記地盤改良体の側面の一部に当接する着底構造体が構築されたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上記液状化対策構造において、前記地盤改良体の厚みを前記液状化層の厚みの３／４以下に設定したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記液状化対策構造において、前記着底構造体の幅を前記液状化層における着底構造体の高さの０．４倍以上に設定したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記液状化対策構造において、前記地盤改良体と前記着底構造体とは、上下方向に相対変位可能に設けられ、前記地盤改良体の外側面に沿って、地盤改良体下方の残置液状化層の地震時の挙動が前記地盤改良体外側の液状化層に伝わる大きさの開放部を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記液状化対策構造において、前記地盤改良体と前記着底構造体とは、上下方向に相対変位可能に設けられ、想定地震時における前記地盤改良体の沈下量が設定沈下量以下になるように、前記着底構造体の幅が設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる液状化対策構造は、非液状化層に着底または根入れされ、かつ、地盤改良体の側面の一部に当接する着底構造体が構築されたので、地震が発生した場合でも地盤改良体の水平方向の変位が抑制され、非液状化層と地盤改良体の水平方向の変位差が小さくてすむ。したがって、非液状化層と地盤改良体との間の液状化層のせん断ひずみが抑制され、多大な費用をかけることなく、地盤の液状化の抑制または液状化しても地盤変形を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、特許文献１の液状化対策構造の概念を示す図である。
【図２】図２は、特許文献２の液状化対策構造の概念を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる液状化対策構造を示す概念図である。
【図４】図４は、格子壁体においてどのような格子が有効かつ経済的であるかを示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１の変形例にかかる液状化対策構造を示す概念図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２にかかる液状化対策構造を示す概念図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３にかかる液状化対策構造を示す概念図である。
【図８】図８は、シナリオ波の時間と加速度との関係を示す図である。
【図９】図９は、遠心模型実験の概要を示す図である。
【図１０】図１０は、遠心模型実験の結果を示す図である。
【図１１】図１１は、段階加振による下方地盤の過剰間隙水圧比と最大加速度との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、段階加振による表層地盤の沈下量と最大加速度との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態１にかかる液状化対策構造の地盤に地震波を作用させた場合に得られるＦＥＭ解析結果を示す図である。
【図１４】図１４は、比較対照となる全体浮き型構造の地盤に地震波を作用させた場合に得られるＦＥＭ解析結果を示す図である。
【図１５】図１５は、段階加振による最終加振後の地盤改良体天端部中央における沈下量と液状化層の厚みに対する地盤改良体の厚みの比との関係を示す図である。
【図１６】図１６は、地盤改良体と着底構造体との当接部を係合構造とする等、他の実施例を示す平面図である。
【図１７】図１７は、ＦＥＭ解析を実施する解析モデルを示す概念図である。
【図１８】図１８は、図１７に示した解析モデルに地震波を作用させてから２０秒後の解析結果を示す図である。
【図１９】図１９は、図１８のＦＥＭ解析の結果から得られた着底構造体の寸法比と地盤改良体の挙動との関係を示す図である。
【図２０】図２０は、図１８のＦＥＭ解析の結果から得られた過剰間隙水圧比を示すコンター図である。
【図２１】図２１は、図１２における各最大加速度での液状化層の沈下量を示す図である。
【図２２】図２２は、図１２における各最大加速度での液状化層の体積ひずみを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる液状化防止構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
（実施の形態１）
図３に基づいて、本発明の実施の形態１である液状化対策構造について説明する。図３は、本発明の実施の形態１にかかる液状化対策構造を示す概念図である。実施の形態１にかかる液状化対策構造は、非液状化層１の上に液状化層２が堆積した地盤を適用対象とする。非液状化層１は、液状化することのない、例えば、堅い層であり、液状化層２はゆるい砂質地盤のように、液状化により、支持機能を失う可能性がある層である。
【００１６】
液状化とは、地盤としての支持機能を失うことをいい、液状化層２（例えば、地下水で飽和された砂地盤）が地震などの繰り返しせん断応力を受けると液状化することになる。なお、液状化の指標として過剰間隙水圧比ｒｕが用いられる。過剰間隙水圧比ｒｕは、過剰間隙水圧Δｕと有効土被り圧σv'との比であり、過剰間隙水圧比ｒｕが理論上１．０の場合に液状化状態にあるとされる。
【００１７】
図３に示すように、実施の形態１である液状化対策構造は、片端着底浮き型と称すべき構造であって、地盤改良体３の側面の一部としての一側面に当接するように変位抑制構造体としての着底構造体４が構築されている。
【００１８】
地盤改良体３は、液状化層２において非液状化層１から上方に離隔した位置に構築されている。図３に示す例では、液状化層２に浮くように地盤改良体３が構築されている。地盤改良体３は、外形が平面視矩形であって、地震方向（加振方向）（図３において左右方向）と地盤改良体３の長手方向とが一致し、地震方向と交差する方向と地盤改良体３の短手方向とが一致するように構築されている。また、地盤改良体３は、平面視格子状の格子壁体であって、上方が開口するとともに下方も開口している。なお、図３では地盤改良体３を平面視格子状の格子壁体にして経済的な地盤改良体としているが、全面改良型の地盤改良体であってもよい。
【００１９】
変位抑制構造体としての着底構造体４は、非液状化層１に着底または根入れされ、かつ、地盤改良体３が一側面４ａに当接することにより、地盤改良体３の水平方向の変位を抑制するようになっている。図３に示す例では、地盤改良体３に隣接するとともに液状化層２の垂直方向全体にわたって構築され、下端が非液状化層１に着底している。着底構造体４は、外形が平面視矩形であって、長手方向の一つの外側面が地盤改良体３の短手方向の一つの外側面に沿って当接するようになっている。また、着底構造体４は、平面視格子状の格子壁体であって、上方が開口するとともに、下方が非液状化層１に着底することにより塞がれている。なお、図３に示す例では、着底構造体４の長手方向の長さが地盤改良体３の短手方向の長さと一致するように、着底構造体４を構築しているが、着底構造体４の長手方向の長さは地盤改良体３の短手方向の長さと一致する必要はない。すなわち、着底構造体４の長手方向の長さが地盤改良体３の短手方向の長さよりも短くてもよいし、地盤改良体３の短手方向の長さよりも長くてもよい。また、地盤改良体３と同様に着底構造体４も平面視格子状の格子壁体に限定されるものではない。
【００２０】
上述した地盤改良体３と着底構造体４とを構成する平面視格子状の格子壁体において、どのような格子が有効かつ経済的であるか既存の文献（特許第２５６８１１５号公報）により明らかにされている。この文献によれば、図４に示すように、格子の内枠幅Ｌと液状化層の厚みＨとの比（Ｌ／Ｈ）が０．８以下であることが必要であり、Ｌ／Ｈ＝０．５〜０．８の範囲が設計的に適切であるとされている。
【００２１】
上述した地盤改良体３と着底構造体４とは、上下方向変位可能に接しており、地盤改良体３が沈下しても着底構造体４が沈下することはない。また、地盤改良体３と着底構造体４とは、上下方向に変位可能に接しているために、地盤改良体と着底構造体とが剛結である場合のように曲げにより地盤改良体３が実質的に損壊することはない。なお、上下方向に変位可能に当接することであるが、地盤改良体３と着底構造体４との間に緩衝層（後述）を介在させて当接させる場合もあるが、緩衝層を特に設けなくてもよい。例えば、地盤改良体３と着底構造体４との間が施工上の継目となっていて、地盤改良体３の着底構造体４側の当接面側に沿う部分が強度的に弱部になっている場合は、その弱部が実質的に緩衝層の役目を果たし、それが変形して上下方向に変位可能になることが考えられる。要は、実質的に上下方向に変位可能になっていればよい。
【００２２】
上述した液状化対策構造において、着底構造体４がない場合を考えると、非液状化層１と地盤改良体３との間となる液状化層２Ａ（以下、残置液状化層という）が液状化すると、地盤改良体３は沈下することになる。例えば、残置液状化層２Ａが一様に液状化すれば、残置液状化層２Ａの厚みＨ１に比例して地盤改良体が沈下することになる。すなわち、地盤改良体３の沈下量は、液状化層２の厚みＨから地盤改良体３の厚みｔを除いた残置液状化層２Ａの厚みＨ１（＝Ｈ−ｔ）に比例することになる。
【００２３】
しかしながら、上述した液状化対策構造は、地盤改良体３の変位を抑制する着底構造体４が構築される。このため、地震が発生した場合でも地盤改良体３が着底構造体４に当接することにより、地盤改良体３の水平方向の変位が抑制され、非液状化層１と地盤改良体３の水平方向の変位差が小さくてすむ。したがって、残置液状化層２Ａのせん断ひずみが抑制される。換言すると、多大な費用をかけることなく、地盤の液状化を抑制できる。
【００２４】
上述した液状化対策構造を構築した地盤において、地盤改良体３の上には舗装構造、道路盛土、建物などの構造物を構築できる。
【００２５】
上述した液状化対策構造を構築した地盤において、構造物を地盤改良体３の上に構築すれば、地盤改良体３の剛体盤効果により、不同沈下が生じることはない。なお、地盤改良体３が沈下することにより、地盤改良体３と着底構造体４との境界部分にギャップ（段差）が生じる可能性があるので、境界部分を跨いで構造物を構築する場合には考慮する必要がある。
【００２６】
なお、上述した液状化対策構造において、地盤改良体３は、その上に平板状のコンクリート板、舗装構造、路床などの盤構造を含んだものとしてもよい。
【００２７】
また、上述した液状化対策構造において、着底構造体４は、コンクリートを打設することにより構築してもよい。また、ケーソン護岸ブロックを所定の間隔で設置することにより、着底構造体４としてもよい。また、ケーソン護岸ブロックを連続して設置することにより、着底構造体４としてもよい。
【００２８】
さらに、既設のケーソン護岸でケーソン護岸自体の液状化対策が必要な場合には、既設のケーソン護岸ブロックを着底構造体とみなして、既設のケーソン護岸ブロックの側面（水域とは反対側の側面つまり背面）に当接するように地盤改良体３を構築してもよい。このようにすることで結果として着底構造体（ケーソン護岸）自体の変位が抑制できる。
【００２９】
上述した液状化対策構造において、地盤改良体３と着底構造体４との間に緩衝層５を設けてもよい。緩衝層５は、地盤改良体３が水平方向に変位した場合に地盤改良体３と着底構造体４との間の上下方向の相対変位を許容するもので、原地盤（液状化層２）を残すことにより緩衝層５としてもよいし、砂、ベントナイトなどで構築してもよい。また、緩衝層５の厚みは液状化しない程度の厚み、例えば、３０ｃｍ程度が考えられる。
【００３０】
図５に示すように、上述した液状化対策構造において、地盤改良体３と着底構造体４との間に地盤改良体３と着底構造体４との双方に対して上下方向の相対変位が可能なようにアプローチ構造体６（沈下緩衝帯）を設けてもよい。アプローチ構造体６は、地盤改良体３の沈下によって地盤改良体３と着底構造体４とに生じるギャップ（段差）を緩和するためのものである。アプローチ構造体６は、液状化層２に浮いた構造体の厚みと構造体の沈下量とに相関があることを利用したものであり、その下端部が地盤改良体３よりも深くかつ非液状化層１から上方に離隔している。このアプローチ構造体６は、地盤改良体３よりも沈下が少ないので、着底構造体４と地盤改良体３との間にアプローチ構造体６がない場合に比べ、一度に生じるギャップ(段差)が緩和される。なお、このアプローチ構造体６は、地盤改良体３や着底構造体４のいずれの構造であってもかまわない。
【００３１】
（実施の形態２）
図６に基づいて、本発明の実施の形態２である液状化対策構造について説明する。図６は、本発明の実施の形態２にかかる液状化対策構造を示す概念図である。
【００３２】
図６に示すように、実施の形態２にかかる液状化対策構造は、両端着底浮き型と称すべき構造であって、地盤改良体３の側面の一部としての両外側面がそれぞれ当接するように一対の着底構造体４が構築されている。具体的には、地盤改良体３の外形が平面視矩形である場合に、一側面３ａが当接する着底構造体４と、一側面に平行な他側面３ｂが当接する着底構造体４とが構築される。なお、地盤改良体３、着底構造体４は、上述した実施の形態１で説明したものと異なるところはないので、説明を省略する。
【００３３】
実施の形態２である液状化対策構造は、地盤改良体３の両外側面が当接するように一対の着底構造体４が構築されているので、地盤改良体３の地震方向（加振方向）の変位がさらに抑制され、非液状化層１と地盤改良体３の水平方向の変位差がさらに小さくてすむ。したがって、地盤改良体３の沈下量も少なくてすむ。
【００３４】
（実施の形態３）
図７に基づいて、本発明の実施の形態３である液状化対策構造について説明する。図７は、本発明の実施の形態にかかる液状化対策構造を示す概念図である。
【００３５】
図７に示すように、実施の形態３である液状化対策構造は、中央着底浮き型と称すべき構造であって、着底構造体４の両外側面が一対の地盤改良体のそれぞれの側面の一部としての一外側面に当接するように構築されている。具体的には、着底構造体４の外形が平面視矩形である場合に、一側面４ａが当接する地盤改良体３と、一側面に平行な他側面４ｂが当接する地盤改良体３とが構築される。なお、地盤改良体、着底構造体は、上述した実施の形態１で説明したものと異なるところはないので、説明を省略する。
【００３６】
実施の形態３である液状化対策構造は、着底構造体４の両外側面が当接するように一対の地盤改良体が構築されているので、一対の地盤改良体に対して一つの着底構造体を構築すればよい。したがって、多大な費用をかけなくても広い面積の液状化対策ができる。
【００３７】
上述した液状化対策構造の効果を把握するため、相似則から実大規模の対応が取れる遠心模型実験を行った。実験対象となるのは、実施の形態１にかかる液状化対策構造の地盤（以下、片端着底浮き型の地盤という）、実施の形態２にかかる液状化対策構造の地盤（以下、両端着底浮き型の地盤という）のほか、無対策の地盤、特許文献１に示された液状化対策構造の地盤（以下、全体着底型の地盤という）である。
【００３８】
地震波は図８に示すシナリオ波（横浜想定波）を使用し、振幅を０．１倍(最大加速度約５０ｇａｌ)、０．３倍(最大加速度約１５０ｇａｌ)、０．５倍(最大加速度約２６０ｇａｌ)、０．７倍(最大加速度約３６０ｇａｌ)、０．７倍(最大加速度約３６０ｇａｌ)、０．７倍(最大加速度約３６０ｇａｌ)と変化させた加振６回、加速度４レベルの段階加振で実施した。
【００３９】
図９は、遠心模型実験を示す図である。この実験は、遠心加速度５０Ｇで行っており、模型寸法の５０倍の実物大寸法での地盤の挙動を再現できるものとなっている。そして、図示はしていないが着底型格子改良体と浮き型格子改良体との当接部間には、これらの間での上下方向の相対変位が可能なように緩衝材として珪砂を厚さ５ミリ程度介在させている。図１０は、遠心模型実験結果を示す図である。また、図１１は、段階加振による下方地盤、具体的には地表面から１２ｃｍ(実物大で６ｍに相当)の深さでの中央部における過剰間隙水圧比と最大加速度との関係を示す図であり、図１２は、段階加振による表層地盤、具体的には地表面から２ｃｍ(実物大では１ｍ)の深さでの中央部における沈下量と最大加速度との関係を示す図である。なお、図１１において全体着底型と両端着底浮き型ｔ／Ｈ＝０．７５の過剰間隙水圧比ｒｕは、格子内のものを示している。
【００４０】
図１１と図１２とにおいて、無対策のものと着底構造体を備えた液状化対策済みのものとを比べると、無対策のものは、１５０ｇａｌで過剰間隙水圧比１．０に近づいた後、段階加振の進行により過剰間隙水圧比がある程度小さくなる傾向は見られるものの、過剰間隙水圧比は依然として１．０付近であり、また地盤改良体天端部の沈下量δも増加する一方である。しかし、液状化対策済みのものは、１５０ｇａｌで過剰間隙水圧比が１．０付近になるが、その後に段階加振が進行しても、過剰間隙水圧比ｒｕは大きくならずに逆に急激に減少する傾向となる。そして、この過剰間隙水圧比ｒｕの減少にともなって、地盤改良体天端の沈下量の増加量も極めて小さくなる傾向となり、また沈下量自体も無対策のものにくらべて非常に小さいものとなっている。
【００４１】
この結果から、着底構造体により、下部の非液状化層地盤と上方の地盤改良体との相対水平変位を抑制すれば、地盤改良体下方の液状化層の過剰間隙水圧比が一時的に大きくなっても、そのことは沈下量の大きさにあまり影響しない、つまり実質的に液状化による沈下量を抑制する効果を奏するようになることが分かる。また、液状化対策済みのものの液状化層の過剰間隙水圧比が、段階加振の進行により急激に減少する傾向が見られるのは、地盤が緩い状態であっても、着底構造体があることによって地盤の相対水平変位の抑制に大きく貢献し、そのことで過剰間隙水圧比が減少すると考えられる。
【００４２】
なお、図１２を数値で表したものが図２１の各最大加速度での液状化層の沈下量（沈下量計測箇所は表層地盤であるが、地盤改良体がある場合は、地盤改良体自体の沈下はないものとし、その下の残置液状化層の沈下量とした。）を示す図であり、その沈下量をひずみに換算したものが図２２の各最大加速度での液状化層の体積ひずみを示す図である。図２２において、最大加速度１５０Ｇａｌは、水平震度ｋＨ＝０．１５に相当し、一般の地震時検討に使用されるものである。この１５０Ｇａｌに着目すると、ここでは無対策だと液状化層の体積ひずみは３％以上であるが、着底構造体を設けたものは、地盤改良体下方の残置液状化層の体積ひずみが１％台となっている。これからも着底構造体は液状化抑制に効果があることがわかる。
【００４３】
図１３は、実施の形態１にかかる液状化対策構造の地盤に地震波（ｓｉｎ波：周波数０．５Ｈｚ，最大加速度１３１ｇａｌ）を作用させた場合に得られるＦＥＭ解析結果を示す図である。図１３に示すように、地震発生から２５秒が経過しても残置液状化層２Ａの過剰間隙水圧比ｒｕが１．０に増大することはない。したがって、残置液状化層２Ａが液状化することもない。このことは上述した実験結果とも整合するものであり、実施の形態１である液状化対策構造の効果がＦＥＭ解析（有限要素法解析）の結果から検証できたことになる。
【００４４】
一方、図１４は、図１３における着底構造体４をなくし、地盤改良体３を着底構造体位置まで広げて全体浮き型とした場合において、図１３と同様の地震波を作用させたＦＥＭ解析結果である。時間の経過により、地盤改良体３下方の液状化層２の過剰間隙水圧比が増大し、６秒後には過剰間隙水圧が１．０付近になっていることが分かる。この過剰間隙水圧比は、その後の時間の経過によってもそう小さくならなかったことが分かっている。また、地盤改良体天端の沈下量では、全体浮き型の方は過剰間隙水圧の増大が直接沈下量に影響するため、全体浮き型のほうが図１１の片端着底浮き型より大きいことが予想される。
【００４５】
図１７は、ＦＥＭ解析を実施する解析モデルを示す概念図である。図１８は、図１７に示した解析モデルに地震波を作用させてから２０秒後の解析結果を示す図である。図１９は、ＦＥＭ解析の結果から得られた着底構造体の寸法比と地盤改良体の挙動との関係を示す図である。図２０は、ＦＥＭ解析の結果から得られた過剰間隙水圧比を示すコンター図である。
【００４６】
図１７に示すように、ＦＥＭ解析を実施する解析モデルは、実施の形態１である液状化対策構造と同様に、片端着底浮き型と称すべき構造であって、地盤改良体３の側面の一部としての一側面に当接するように着底構造体４が構築されている。この解析モデルは、非液状化層１の上に１２．５ｍの液状化層２が堆積した地盤を適用対象としており（液状化層厚Ｈ＝１２．５ｍ）、地盤改良体３は、液状化層２において非液状化層１から上方に離隔した位置、より詳細には、液状化層２に浮くように構築されている。地盤改良体３の厚みは液状化層の厚みの３／４以下、具体的には７ｍである。着底構造体４は、根入れされ、かつ、液状化層２の垂直方向全体にわたり構築されている。着底構造体の全高は１４ｍであり、１．５ｍが根入れされ、着底構造体４の液状化層２における高さｈは、液状化層の厚みＨと同じ１２．５ｍである。
【００４７】
また、図１７において左右方向で示される着底構造体４の加振方向の幅ｂは、１５ｍ、１０ｍ、８ｍ、６ｍ、４ｍ、０ｍ（全体浮き型）の６通りについて解析を実施する。また、地盤改良体３と着底構造体４との間には、厚み５ｃｍの緩衝層５を設ける。また、この液状化対策構造の地盤に作用させる地震波は、図１３に示したＦＥＭ解析と同様の地震波（ｓｉｎ波：周波数０．５Ｈｚ，最大加速度１３１ｇａｌ）である。
【００４８】
図１８に示すように、ここでは、着底構造体４の液状化層２における高さｈに対する着底構造体４の幅ｂの比率（以下、「幅・高さ比（ｂ／ｈ）」という）、残置液状化層２Ａの高さ方向中央における過剰間隙水圧比、地盤改良体の水平変位比、鉛直変位比に着目した。地盤改良体の水平変位比とは、着底構造体４の加振方向の幅ｂが４ｍの場合における地盤改良体３の水平方向の変位量に対する着底構造体４の加振方向の幅ｂを変更した場合における地盤改良体３の水平方向の変位量の比率である。地盤改良体の鉛直変位比とは、着底構造体４の加振方向の幅ｂが４ｍの場合における地盤改良体の鉛直方向の変位量（沈下量）に対する着底構造体４の加振方向の幅ｂを変更した場合における鉛直方向の変位量（沈下量）の比率である。
【００４９】
図１９に示すように、着底構造体４の加振方向の幅ｂが大きくなれば、地盤改良体３の水平方向の変位量は小さくなる。また、液状化層２の液状化は、過剰間隙水圧比ｒｕ＝０．８が目安になることから、過剰間隙水圧比ｒｕが０．８以下となる着底構造体の幅・高さ比（ｂ／ｈ）であれば液状化層２の液状化が抑制される。図１９を参照すると、過剰間隙水圧比が０．８以下となる着底構造体の幅・高さ比（ｂ／ｈ）は、０．４以上であればよいことになる。
【００５０】
さらに、詳細に考察すると、水平方向の変位量や鉛直方向の変位量においても、幅・高さ比（ｂ／ｈ）＝０．５〜０．８の範囲において、大きく変動する。このことから、幅・高さ比（ｂ／ｈ）は、より好ましくは０．５以上であり、経済性を考慮すると、０．８以下で大きくても１．０以下であることが好ましい。
【００５１】
なお、上述した着底構造体４の加振方向の幅ｂは、非液状化層１と液状化層２との境界部分における幅であり、着底構造体４の上部において加振方向の幅がｂよりも狭くてもよい。また、現実の地震動の方向は予測できないので、平面視で地盤改良体の側面に着底構造体が当接する当接方向にほぼ直交する方向での着底構造体の厚みを幅ｂとする。
【００５２】
また、上述した解析モデルにおける着底構造体４は地盤改良体３の一側面に当接するように構築してあるが、例えば、地盤改良体３の両側面がそれぞれ当接するように一対の着底構造体を構築した場合に、一方の着底構造体の幅をｂ１、他方の着底構造体の幅をｂ２とし、これらを加算して上述した解析モデルにおける着底構造体４の幅ｂとすればよい。
【００５３】
さらに、上述した解析モデルでは、図１７の紙面奥方に着底構造体が連続しているが、紙面奥方に間隔をあけて着底構造体を複数配置してもよい。これは、複数の着底構造体を間隔をあけて配置しても、地盤改良体の水平方向の変位が抑制されることによるものである。
【００５４】
図１５は、段階加振による最終加振後の地盤改良体天端部中央における沈下量と液状化層の厚みに対する地盤改良体の厚みの比との関係を示す図である。図１５に示すように、全体浮き型の場合、従来の一様に液状化するという考え方によれば、液状化層２に浮くように構築された地盤改良体３の沈下量は、残置液状化層２Ａの厚みＨ１（＝Ｈ−ｔ）に比例することになる。このため、図１２において、無対策の地盤（ｔ／Ｈ＝０）の沈下量と、全体着底型の地盤（ｔ／Ｈ＝１）の沈下量とを結ぶ線は、液状化層２に浮くように構築された地盤改良体３の沈下量を示す想定線となる。
【００５５】
一方、上述した実施の形態１に示した液状化対策構造（片端着底浮き型）の地盤の沈下量と、実施の形態２に示した液状化対策構造（両端着底浮き型）の地盤の沈下量とは、地盤改良体３のみを構築した液状化対策構造よりもはるかに沈下量δを抑制する。また、地盤改良体３の厚みを液状化層２の厚みの４分の１程度としても従来の液状化対策構造（全体着底構型）の地盤と同程度の沈下量とすることができる。このため、多大な費用をかけることなく、非液状化層１の上に液状化層２が堆積した地盤の液状化を抑制できる。
【００５６】
また、図１５に示すように、液状化層２の厚みに対する地盤改良体３の厚みの比率（ｔ／Ｈ）は、４分の１（０．２５）で沈下量δを抑制する。沈下量δは、液状化層２の厚みに対する地盤改良体の厚みの比率（ｔ／Ｈ）が４分の１（０．２５）〜２分の１（０．５）〜４分の３（０．７５）において抑制され、より好ましくは、４分の１（０．２５）〜２分の１（０．５）において明確に抑制される。なお、沈下量δは、液状化層２の厚みに対する地盤改良体の厚みの比率（ｔ／Ｈ）が４分の１（０．２５）以下でも抑制される。ただし、その小さくできる程度は、最低でも地盤改良体３が上方からの荷重を受けても盤状体としてその機能を維持できる厚みを有することを条件とする。
【００５７】
上述した実施の形態１〜３に示した液状化対策構造は、着底構造体４が非液状化層１に着底または根入れされ、かつ、地盤改良体３が側面に当接することにより、地盤改良体３の水平方向の変位を抑制するので、地震が発生した場合でも地盤改良体３の水平方向の変位が抑制され、非液状化層１と地盤改良体３の水平方向の変位差が少なくてすむ。したがって、非液状化層１と地盤改良体３との間の残置液状化層２Ａのせん断ひずみが抑制され、多大な費用をかけることなく、地盤の液状化を抑制できる。
【００５８】
上述した実施の形態１〜３に示した液状化対策構造は、図１０に示すように、内枠幅Ｌと地盤改良体の厚みｔとの比（Ｌ／ｔ）が２であっても液状化対策の効果を奏する。すなわち、上述した既存の文献（特許第２５６８１１５号工法）により明らかにされた制限事項Ｌ／ｔ＝０．５〜０．８を満たさなくても効果を奏することになる。したがって、経済的で合理的な液状化対策構造の地盤を提供できる。
【００５９】
上述した実施の形態１〜３に示した液状化対策構造を例えば空港に適用する場合には、滑走路を地盤改良体３で構築し、その側部の着陸帯を着底構造体４で構築すればよい。また、この液状化対策構造を高速道路などの盛土構造に適用する場合には、盛土下を地盤改良体３で構築し、その両側ののり尻部を千鳥状に着底構造体４で構築すればよい。このように液状化対策構造を適用すれば、多大な費用をかけることなく地盤の液状化を抑制できる。
【００６０】
また、橋台や高層ビルなどのように、沈下制限が厳格な構造物に対しては、地盤改良体３を構成する格子壁体の格子枠内に基礎杭を打設すればよい。基礎杭を打設すれば、基礎杭の周辺地盤は液状化しないものとして設計できる。また、地盤改良体３は、着底構造体４により水平方向の変位が抑制されるので、基礎杭の曲げ耐力を小さなものにできる。
【００６１】
さらに、上述した実施の形態１〜３において、地盤改良体３と着底構造体４との上下方向に相対変位可能な当接部を、図１６に示すように、地盤改良体３の側面の一部に着底構造体４を当接させるようにしてもよい。図１６の左側図は地盤改良体３の外側面に係合部３ｃを設けて係合構造にしたものである。図１６の中央図は地盤改良体３内部の内側面に嵌合する係合部３ｃを設けて係合構造にしたものである（図では地盤改良体３内部の着底構造体４が１箇所であるが、複数箇所に設けるようにしてもよい）。このようにすれば２方向の水平変位に対応できる。なお、この平面視凹凸による係合は、どちらが凹であっても、どちらが凸であってもかまわないし、間隔をおいて複数設けるようにしてもよい。また右側図のように着底構造体４の平面視短手方向側面を上下方向に相対変位可能に当接させるいわゆるバットレス形式にしてもよいし、着底構造体が地盤改良体の側面に沿って連続している図２のようにせずに、上側図や右側図のように地盤改良体の側面に沿って間隔をおいて着底構造体４を複数設けてもよい。ちなみに上述の全ての実施例において、緩衝層の有無を含めてそれぞれを適宜組合せて用いることは可能であり、また地盤改良体３や着底構造体４の平面視形状も矩形以外の多角形、円形等、種々の形状が適用できる。いずれにしても実際の地震の振動方向は予測できないので、地盤改良体３が平面視で一方向に長いものであれば、その長手方向にほぼ直角に交差する方向の振動に対応できるように着底構造体４を少なくとも配置し、地盤改良体３が平面視で長短がなく方向性があまり認められない形状であれば、平面視ほぼ直角に交差する２方向の振動に対応できるように着底構造体４を配置するのが望ましい。さらに、図１２から分かるように、着底構造体を地盤改良体の両側に対向させて配置したほうがより片側配置よりも効果が認められる。
【００６２】
なお、上述した実施の形態１〜３において、側面とは、外側面、内側面を含み、側面の片側は、地盤改良体３の平面視形状が矩形・円形にかかわらず、地盤改良体３の平面視における周部分の長さを適宜の位置で半分に分けたときに、そのうちのどちらか一方に属する周部分の一部または全部を指す。また、片側に対向する部分を含めて両側とする。
【００６３】
ところで、地盤改良体３の外周を着底構造体４で完全に囲繞することにより、着底構造体４の内側に位置する液状化層（残置液状化層２Ａ）と、着底構造体の外側に位置する液状化層２とを遮断するとともに、着底構造体４の内側に位置する液状化層（残置液状化層２Ａ）を拘束する液状化対策構造が知られている。この液状化対策構造は、着底構造体４が地盤改良体３の外周を完全に囲繞しなくても、地盤改良体３とともに着底構造体４の内側に位置する液状化層（残置液状化層２Ａ）が拘束状態であれば、液状化を抑制するとされている。すなわち、複数の着底構造体４を間隔を空けて配置しても、地盤改良体３とともに着底構造体４の内側に位置する液状化層（残置液状化層２Ａ）が拘束状態であれば、液状化を抑制するとされている。したがって、この液状化対策構造では、複数の着底構造体４において、着底構造体４と着底構造体４との間の隙間は、着底構造体４の内側に位置する液状化層（残置液状化層２Ａ）を拘束する大きさに制限されるのである。
【００６４】
これに対して、本発明の実施の形態である液状化対策構造は、図３、図５、図６、図７、図１３、図１６に示すように、残置液状化層２Ａを拘束しなくても、着底構造体４が地盤改良体３の水平方向の変位を抑制する（地盤改良体３と非液状化層１との相対的な水平変位を抑制する）ので、残置液状化層２Ａの液状化を抑制できることに特徴がある。
【００６５】
ここで「残置液状化層２Ａを拘束しなくても」とは、上記各図のように平面視における地盤改良体３の下方に位置する残置液状化層２Ａの想定地震（例えば一般の地震時検討に用いられる水平震度ｋＨ＝０．１５程度の地震）時における液状化時の挙動が地盤改良体３外側の液状化層２に実質的に伝わる大きさ（平面視における長さである）の開放部（図１６（ａ）の矢視位置における図１６（ｂ）側面図で示されるように、上方の地盤改良体と下方の非液状化層との間で着底構造体４が配置されていない部分）が地盤改良体３の外周部の外側面に沿って少なくともその一部に設けられていることである。
【００６６】
上記開放部としては、例えば、図３、図５、図６、図７、図１３、図１６（ａ）に示すようなものであり、具体的には、着底構造体間の一つの開放部の大きさは、1ｍ程度、２ｍや３ｍもあれば地震時における残置液状化層の挙動は外側の液状化層に伝わる。この各開放部の大きさを累計すると、平面視における地盤改良体の外周部の総長さに対して１／２以上の大きさとなっている。また、図１６（ａ）における着底構造体４が地盤改良体３の内側面に嵌合する形態であれば、地盤改良体３の外周部総長さに対して開放部は１００％となる。このような開放部を有していれば、その開放部においては、残置液状化層２Ａの想定地震時における挙動を着底構造体が実質的に拘束しない（残置液状化層２Ａの液状化時の挙動が地盤改良体３外側の液状化層２に伝わる）といえる。もちろん、外部制約等の関係で図１６（ｃ）の平面図のように図面下側の開放部の大きさが地盤改良体の外周部総長さに対して１／２より小さくなる場合もあるが、地盤改良体の側面の一部（１辺）の開放部は残置液状化層の想定地震時の挙動を着底構造体が拘束しない程度の大きさになっているので、開放部の大きさが地盤改良体外周部の総長さに対して１／２以上に限定されるわけではない。ただし、例えば、平面視正方形の地盤改良体を想定すると、そのうちの一辺を開放部とした場合でも効果があるので、平面視での開放部の累計の大きさを地盤改良体外周部の総延長に対して１／４以上とすることでもよい。
【００６７】
そして本発明では、地盤改良体と着底構造体とは上下方向に相対変位可能に当接していることで、これら相互間の上下方向の応力伝達を遮断している。
【００６８】
本発明の上記知見を基にさらに発展させた知見を以下に述べる。
図１７〜図２０に示したＦＥＭ解析から、着底構造体の高さと幅との関係において好ましい比率が存在するのが分かる。このことは、例えば、ある比較的薄い浮き型の地盤改良体３を設定するとともに着底構造体の幅を種々異ならせたケースを想定し、その複数ケースでの想定地震における上記解析や上記模型実験を行い、地盤改良体３の沈下や水平変位、過剰間隙水圧比を算出・計測すれば、その結果から、好適な着底構造体の幅が見出せる。つまり、着底構造体と上下方向に相対変位可能に当接している地盤改良体については、その上部の載荷物等の種別毎に想定地震に対しての許容沈下量が設定されるが、想定地震に対して、この地盤改良体が設定沈下量以下に収まるように着底構造体の幅を設定することが可能となる。このようにして着底構造体の幅が設定された液状化対策構造とすることは、上記知見があって初めて可能となり、この構造は、上記の全ての実施の形態に適用できる。なお、上記全ての実施の形態においての地盤改良体３であるが、地盤改良体であることが経済的であるが、例えばコンクリート版であってもよい。要は、その上に構造物等の載荷物があってもその荷重を受けて下方の残置液状化層に伝えられるよう全体として盤状体になっていればよいのである。上記実施の形態の格子状地盤改良体も全体としてみれば盤状体であり、例えばサンドコンパクションパイルのように離散的に打設されるものでも、その周囲地盤を改質するので、全体としては盤状の地盤改良体であるといえる。
【符号の説明】
【００６９】
１    非液状化層
２    液状化層
２Ａ    残置液状化層（液状化層）
３    地盤改良体
４    着底構造体
５    緩衝層
６    アプローチ構造体
ｒｕ    過剰間隙水圧比
Δｕ    過剰間隙水圧
σv’    有効土被り圧
δ    沈下量
【図１】
2011127417.tif 000003
【図２】
2011127417.tif 000004
【図３】
2011127417.tif 000005
【図４】
2011127417.tif 000006
【図５】
2011127417.tif 000007
【図６】
2011127417.tif 000008
【図７】
2011127417.tif 000009
【図８】
2011127417.tif 000010
【図９】
2011127417.tif 000011
【図１０】
2011127417.tif 000012
【図１１】
2011127417.tif 000013
【図１２】
2011127417.tif 000014
【図１３】
2011127417.tif 000015
【図１４】
2011127417.tif 000016
【図１５】
2011127417.tif 000017
【図１６】
2011127417.tif 000018
【図１７】
2011127417.tif 000019
【図１８】
2011127417.tif 000020
【図１９】
2011127417.tif 000021
【図２０】
2011127417.tif 000022
【図２１】
2011127417.tif 000023
【図２２】
2011127417.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月14日(2011.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非液状化層の上に液状化層が堆積した地盤を適用対象とし、液状化層において非液状化層から離隔した位置に地盤改良体を構築した液状化対策構造において、
非液状化層に着底または根入れされ、かつ前記地盤改良体が上下方向に相対変位可能となるように、前記地盤改良体の地震方向に対する側面に平面視で開放部を確保して当接し、非液状化層の振動を地盤改良体に伝達させて非液状化層と地盤改良体の水平方向の変位差を小さくさせる幅を有する構造体を構築したことを特徴とする液状化対策構造。
【請求項２】
前記構造体の幅を前記液状化層における構造体の高さの０．４倍以上に設定したことを特徴とする請求項１に記載の液状化対策構造。
【請求項３】
前記開放部は、
地盤改良体の下方域に残置した残置液状化層の外周に設けられ、前記残置液状化層の想定地震時における挙動が前記地盤改良体の側方域に伝わる大きさを有することを特徴とする請求項１または２に記載の液状化対策構造。
【請求項４】
前記開放部の大きさは、前記地盤改良体の外周の平面視総延長に対して１／４以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の液状化対策構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、非液状化層の上に液状化層が堆積した地盤を適用対象とし、液状化層において非液状化層から離隔した位置に地盤改良体を構築した液状化対策構造において、非液状化層に着底または根入れされ、かつ前記地盤改良体が上下方向に相対変位可能となるように、前記地盤改良体の地震方向に対する側面に平面視で開放部を確保して当接し、非液状化層の振動を地盤改良体に伝達させて非液状化層と地盤改良体の水平方向の変位差を小さくさせる幅を有する構造体を構築したことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明は、上記液状化対策構造において、前記構造体の幅を前記液状化層における構造体の高さの０．４倍以上に設定したことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明は、上記液状化対策構造において、前記開放部は、地盤改良体の下方域に残置した残置液状化層の外周に設けられ、前記残置液状化層の想定地震時における挙動が前記地盤改良体の側方域に伝わる大きさを有することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明は、上記液状化対策構造において、前記開放部の大きさは、前記地盤改良体の外周の平面視総延長に対して１／４以上であることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明にかかる液状化対策構造は、非液状化層に着底または根入れされ、かつ、前記地盤改良体が上下方向に相対変位可能となるように、地盤改良体の地震方向に対する側面に平面視で開放部を確保して当接し、非液状化層の振動を地盤改良体に伝達させて非液状化層と地盤改良体の水平方向の変位差を小さくさせる幅を有する構造体を構築したので、地震が発生した場合でも地盤改良体の水平方向の変位が抑制され、非液状化層と地盤改良体の水平方向の変位差が小さくてすむ。したがって、非液状化層と地盤改良体との間の液状化層のせん断ひずみが抑制され、多大な費用をかけることなく、地盤の液状化の抑制または液状化しても地盤変形を抑制できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
上述した実施の形態１〜３に示した液状化対策構造は、図１０に示すように、内枠幅Ｌと地盤改良体の厚みｔとの比（Ｌ／ｔ）が２であっても液状化対策の効果を奏する。すなわち、上述した既存の文献（特許第２５６８１１５号公報）により明らかにされた制限事項Ｌ／ｔ＝０．５〜０．８を満たさなくても効果を奏することになる。したがって、経済的で合理的な液状化対策構造の地盤を提供できる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
さらに、上述した実施の形態１〜３において、地盤改良体３と着底構造体４との上下方向に相対変位可能な当接部を、図１６に示すように、地盤改良体３の側面の一部に着底構造体４を当接させるようにしてもよい。図１６の左側図は地盤改良体３の外側面に係合部３ｃを設けて係合構造にしたものである。図１６の中央図は地盤改良体３内部の内側面に嵌合する係合部３ｃを設けて係合構造にしたものである（図では地盤改良体３内部の着底構造体４が１箇所であるが、複数箇所に設けるようにしてもよい）。このようにすれば２方向の水平変位に対応できる。なお、この平面視凹凸による係合は、どちらが凹であっても、どちらが凸であってもかまわないし、間隔をおいて複数設けるようにしてもよい。また右側図のように着底構造体４の平面視短手方向側面を上下方向に相対変位可能に当接させるいわゆるバットレス形式にしてもよいし、着底構造体が地盤改良体の側面に沿って連続している図３のようにせずに、上側図や右側図のように地盤改良体の側面に沿って間隔をおいて着底構造体４を複数設けてもよい。ちなみに上述の全ての実施例において、緩衝層の有無を含めてそれぞれを適宜組合せて用いることは可能であり、また地盤改良体３や着底構造体４の平面視形状も矩形以外の多角形、円形等、種々の形状が適用できる。いずれにしても実際の地震の振動方向は予測できないので、地盤改良体３が平面視で一方向に長いものであれば、その長手方向にほぼ直角に交差する方向の振動に対応できるように着底構造体４を少なくとも配置し、地盤改良体３が平面視で長短がなく方向性があまり認められない形状であれば、平面視ほぼ直角に交差する２方向の振動に対応できるように着底構造体４を配置するのが望ましい。さらに、図１２から分かるように、着底構造体を地盤改良体の両側に対向させて配置したほうがより片側配置よりも効果が認められる。