(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震時に液状化することが想定される液状化地盤上に構築される軽量構造物に適用する基礎の構造であって、
前記液状化地盤の表層部を地盤改良して該液状化地盤よりも高剛性かつ前記軽量構造物を支持可能な地盤改良体を形成するとともに、該地盤改良体とその下層の液状化地盤との間に透水層を形成し、
前記地盤改良体には、その下層の液状化地盤において液状化が生じた際に該液状化地盤から噴出する間隙水を前記透水層から地表部に排水するための水抜きパイプを設置してなることを特徴とする軽量構造物の基礎構造。
【請求項２】
請求項１記載の軽量構造物の基礎構造であって、
前記地盤改良体には、該地盤改良体に作用する前記軽量構造物の荷重分布に応じて、該地盤改良体からその下層の液状化地盤に作用する鉛直荷重を等分布荷重として伝達せしめるための荷重調整手段を設置してなることを特徴とする軽量構造物の基礎構造。
【請求項３】
請求項２記載の軽量構造物の基礎構造であって、
前記荷重調整手段をフロート体により構成して、液状化地盤に液状化が発生した際に間隙水により前記地盤改良体に作用する浮力を前記フロート体により調整可能とし、かつ液状化発生時に前記地盤改良体に生じることが想定される想定沈下量が該地盤改良体の周囲地盤の想定沈下量と同等となるように前記フロート体による浮力を調整してなることを特徴とする軽量構造物の基礎構造。
【請求項４】
請求項３記載の軽量構造物の基礎構造であって、
前記フロート体はブロック形状に形成されており、鉛直荷重分布に対応させて前記地盤改良体の要所に配置されていることを特徴とする軽量構造物の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造物の基礎の構造に関わり、特に液状化地盤に構築される比較的軽量な構造物に適用して好適な基礎構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、地震時に液状化が生じることが想定される液状化地盤に対する液状化防止対策として、たとえば特許文献１〜６に示されるような様々な工法や構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３６５４１号公報
【特許文献２】特開２００４−９２０４９号公報
【特許文献３】特開２００５−２３６７１号公報
【特許文献４】特開２００５−８３１７４号公報
【特許文献５】特許第４３７０３５９号公報
【特許文献６】特開２０１０−１１２０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような液状化防止対策は大規模建物や重要構造物を構築する場合には事前に十分に検討したうえで実施することが可能であるが、大規模構造物に付帯する設備棟や戸建て住宅等の比較的簡易で軽量な構造物に対してそのような大掛かりな液状化防止対策を施すことは構造的にもコスト的にも無理があって現実的ではない。
したがって現時点ではそのような軽量構造物に対しては十分な液状化防止対策がなされることは殆どなく、そのため液状化が生じた際には不同沈下により大きく傾いてしまって機能を維持できなくなるといった被害を受ける懸念が多大である。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は特に軽量構造物に対して比較的簡易にかつ低コストで適用可能な液状化防止対策として、液状化が生じた場合にも少なくとも不同沈下を防止することにより液状化被害を軽減し得る有効適切な基礎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】
【０００６】
請求項１記載の発明は、地震時に液状化することが想定される液状化地盤上に構築される軽量構造物に適用する基礎の構造であって、前記液状化地盤の表層部を地盤改良して該液状化地盤よりも高剛性かつ前記軽量構造物を支持可能な地盤改良体を形成するとともに、該地盤改良体とその下層の液状化地盤との間に透水層を形成し、前記地盤改良体には、その下層の液状化地盤において液状化が生じた際に該液状化地盤から噴出する間隙水を前記透水層から地表部に排水するための水抜きパイプを設置してなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の軽量構造物の基礎構造であって、前記地盤改良体には、該地盤改良体に作用する前記軽量構造物の荷重分布に応じて、該地盤改良体からその下層の液状化地盤に作用する鉛直荷重を等分布荷重として伝達せしめるための荷重調整手段を設置してなることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の軽量構造物の基礎構造であって、前記荷重調整手段をフロート体により構成して、液状化地盤に液状化が発生した際に間隙水により前記地盤改良体に作用する浮力を前記フロート体により調整可能とし、かつ液状化発生時に前記地盤改良体に生じることが想定される想定沈下量が該地盤改良体の周囲地盤の想定沈下量と同等となるように前記フロート体による浮力を調整してなることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の軽量構造物の基礎構造であって、前記フロート体はブロック形状に形成されており、鉛直荷重分布に対応させて前記地盤改良体の要所に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の基礎構造によれば、地盤改良体の下層の液状化地盤において液状化が生じた際にはその液状化地盤から噴出する間隙水が透水層から水抜きパイプを通して地表部に速やかに排水され、それにより液状化に伴う砂の流動や噴砂に伴う建物の不同沈下が防止される。
また、液状化後の過剰間隙水圧の消散に伴い、地盤改良体およびそれに支持されている軽量構造物の沈下が想定されるが、その際には地盤改良体が水平状態を維持したままで安定に沈下し、したがって不同沈下が生じることが有効に防止されて軽量構造物が大きく傾いてしまうといった重大な事態に至ることを未然に防止することが可能である。
しかも、本発明の基礎構造は、液状化地盤の表層部に対して透水層を介して地盤改良体を形成するとともに地盤改良体に水抜きパイプを設けるだけの簡易な構造であるから、従来の各種の液状化防止対策工法に比べて遙かに簡便に実施することが可能であるし、その施工コストも十分に軽減できるものであり、したがって小規模の簡易な軽量構造物に対する液状化防止対策として合理的であり有効である。
【００１０】
また、軽量構造物の荷重分布に応じて地盤改良体に荷重調整手段を適切に設置することにより、軽量構造物による偏心荷重を相殺して地盤改良体からその下層の液状化地盤に作用する鉛直荷重を等分布荷重として伝達せしめることが可能であり、これにより地盤改良体に偏心荷重が作用する場合であっても不同沈下を有効に防止可能である。
【００１１】
さらに、荷重調整手段をフロート体により構成してそれによる浮力を適切に調整することにより、液状化発生時に地盤改良体に生じることが想定される想定沈下量がその周囲地盤の想定沈下量と同等となるように制御することが可能であり、それにより地盤改良体の不同沈下を防止し得るのみならず周囲地盤に対する相対的な沈下も防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態を示すもので、第１実施形態の基礎構造の概略構成図である。
【図２】同、第２実施形態の基礎構造の概略構成図である。
【図３】同、設計手順についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に本発明の第１実施形態である基礎構造を示す。
これは、原地盤が地震時に液状化が生じることが想定される液状化地盤である場合において、その液状化地盤に対して各種の軽量構造物１（たとえば大規模構造物に付設される設備棟や戸建て住宅等の比較的簡易かつ軽量な構造物）を構築するに際して、その基礎を地盤改良体２により形成したことを主眼とするものである。
【００１４】
すなわち、本第１実施形態の基礎構造は、原地盤である液状化地盤３の表層部に対して地盤改良を行うことによってその液状化地盤３より高強度かつ軽量構造物１の全体を安定に支持可能な剛性を有する地盤改良体２を形成し、それを基礎として機能せしめてその上に軽量構造物１を構築するようにしたものである。
地盤改良体２は周知の地盤改良工法により容易に施工可能であるが、特に原土とセメント系固化材を現地にて攪拌混合する浅層混合処理工法によることが現実的であり好適である。また、地盤改良体２の層厚（改良厚）Ｈは設計条件により適切に設定すれば良いが、通常は１〜２ｍ程度を目安とすれば良い。
【００１５】
なお、上記の地盤改良体２は軽量構造物１の基礎として機能してその鉛直荷重を地盤改良体２の下層の未改良の液状化地盤３に対して均一に伝達し得るものであることが必要であるから、当然にそれが可能な程度の強度を有するものとして形成するばかりでなく、図示例のように軽量構造物１および地盤改良体２の平面形状をいずれも正方形に近い整形とすることが好ましく、かつ地盤改良体２の平面積を軽量構造物１の平面積より大きくするとともに双方の中心位置を合致させて地盤改良体２の周縁部が軽量構造物１の周囲に張り出す状態で軽量構造物１を地盤改良体２上に同軸状態で配置することが好ましく、それにより地盤改良体２に対して偏心荷重が作用することなく軽量構造物１全体を安定に支持し得るものとなる。
【００１６】
そして、上記の地盤改良体２とその下層の液状化地盤３との間には透水層４を形成するともに、地盤改良体２には透水層４と地表部との間にわたるように水抜きパイプ５を設置する。
上記の透水層４は、地盤改良体２を施工するに先立ってその施工領域を掘削して掘削底面に透水シート４ａを敷設するとともにその上に礫や採石あるいは玉砂利等の透水材４ｂを充填することで形成すれば良く、この透水層４全体の層厚はたとえば０．２〜０．５ｍ程度とすれば良い。
また、水抜きパイプ５は地盤改良体２を形成した後に、図示例のように所要本数（図示例では９本）を地盤改良体２の全体にわたって均等に分散配置することが好ましい。
【００１７】
これにより、地盤改良体２の下層の液状化地盤３において液状化が生じてそこから間隙水が噴出する事態となった際には、その間隙水は透水層４から水抜きパイプ５を通して地表部に速やかに排水され、それにより液状化に伴う砂の流動や噴砂に伴う建物の不同沈下が防止される。
その際、液状化地盤３から間隙水とともに噴出する砂分は透水材４ｂにより捕捉されてしまうから砂分が水抜きパイプ５を通して地表部にまで噴出することは防止されるし、水抜きパイプ５が砂分により目詰まりしてしまうことも防止される。また、砂分中の細粒分は透水シート４ａにより捕捉されてしまうので透水材４ｂが目詰まりしてしまうことも防止される。
【００１８】
また、液状化後の過剰間隙水圧の消散に伴い、地盤改良体２およびそれに支持されている軽量構造物１の沈下が想定されるが、その際には地盤改良体２が水平状態を維持したままで安定に沈下して不同沈下が生じることが有効に防止され、したがって軽量構造物１が大きく傾いてしまって機能を維持できなくなるといった重大な事態に至ることは未然に防止することが可能である。
【００１９】
以上のように、本実施形態の基礎構造によれば、原地盤である液状化地盤３に液状化が発生すること自体は防止できず、また液状化が発生した際の沈下も十分には防止し得るものではないが、少なくとも液状化に伴う不同沈下を防止し得るものであり、したがって液状化に起因して沈下が生じたとしても軽量構造物１の機能を維持することが可能であり、その点で液状化被害を十分に軽減し得るものである。
【００２０】
勿論、本実施形態の基礎構造は、液状化地盤３の表層部に対して透水層４を介して地盤改良体２を形成するとともに地盤改良体２に水抜きパイプ５を設けるだけの簡易な構造であるから、従来の各種の液状化防止対策工法に比べて遙かに簡便に実施することが可能であるし、その施工コストも十分に軽減できるものであり、したがって小規模の簡易な軽量構造物１に対する簡易な液状化防止対策として合理的であり有効である。
【００２１】
以上で本発明の第１実施形態を説明したが、次に図２を参照して第２実施形態を説明する。
上記の第１実施形態は軽量構造物１による鉛直荷重が地盤改良体２の全体に対して偏心することなく等分布荷重として作用する場合の例であるので、地盤改良体２はその各部の層厚や強度を均等に形成することで十分なのであるが、本第２実施形態は軽量構造物１による鉛直荷重が地盤改良体２に対して偏心荷重として作用する場合の適用例であるので、その偏心荷重を相殺するように地盤改良体２に荷重調整手段を設置したものである。
【００２２】
すなわち、たとえば図２に示すように軽量構造物１の高さが均等ではないような場合、あるいは軽量構造物１自体の自重が平面的にある分布を呈しているような場合には、軽量構造物１から地盤改良体２の各部に作用する鉛直荷重は均等にならないから、そのような場合においても地盤改良体２を第１実施形態の場合と同様に単に均等な厚さに形成することでは地盤改良体２からその下層の液状化地盤３に作用する鉛直荷重も均等にならず、したがって液状化が生じた際には鉛直荷重が小さい領域よりも大きい領域において沈下量が大きくなって不同沈下が生じることが想定される。
【００２３】
そこで、本第２実施形態ではそれを防止するべく、たとえばＥＰＳ（発泡スチロール。特に湿潤密度が0.01〜0.03m3/min程度のもの）等の軽量な素材からなる荷重調整手段を軽量構造物１の荷重分布に対応させて地盤改良体２の所望位置に設置することにより、軽量構造物１の鉛直荷重を地盤改良体２からその下層の液状化地盤３に対して等分布荷重として伝達するようにしたものである。
具体的には、ＥＰＳからなる所定形状のブロック形状のフロート体６を鉛直荷重分布に対応させて地盤改良体２の要所に配置することとして、軽量構造物１による鉛直荷重が大きい領域ほどそのフロート体６の積層段数を多くすることにより、地盤改良体２の実質的な層厚および重量を荷重分布に対応させて調整するようにしている。
【００２４】
これにより、軽量構造物１による偏心荷重が相殺されて地盤改良体２からその下層の液状化地盤３に作用する鉛直荷重を等分布荷重とすることができ、したがって液状化地盤３が液状化した際の地盤改良体２の各部の沈下量も自ずと均等になり、第１実施形態の場合と同様に地盤改良体２が水平状態を維持したままで安定に沈下することになるから、軽量構造物１の不同沈下が有効に防止される。
【００２５】
なお、本第２実施形態の場合、液状化が発生した際に間隙水により地盤改良体２全体に作用する浮力をフロート体６により調整可能であるから、それらフロート体６により地盤改良体２の全体に作用する浮力を適切に調整することにより、液状化発生時に地盤改良体２を水平に維持しつつその想定沈下量を周囲地盤の想定沈下量と同等となるように制御することも可能である。
その場合は地盤改良体２の不同沈下を防止し得るのみならず、地盤改良体２がその周囲地盤と一体に沈下することになるので周囲地盤に対する相対的な沈下も防止でき、実質的に地盤改良体２の沈下を防止できることと等価になる。
勿論、荷重調整手段としては上記のようなＥＰＳからなるフロート体６に限らず、鉛直荷重分布および浮力を適切に調整可能なものであれば適宜の素材、形態のものを任意に採用可能である。
【００２６】
以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、すなわち、液状化地盤３の表層部に透水層４を介して地盤改良体２を形成してその下層の未改良の液状化地盤３から間隙水を排水するための水抜きパイプ５を設けるという構造の基礎とする限りにおいて、各部の具体的な構成は任意に変更可能であることはいうまでもない。
【００２７】
ところで、本発明の基礎構造の設計に当たっては地盤沈下量の想定が必要となるので、その設計はたとえば図３に示す手順によることが好ましい。
すなわち、まず、構築しようとする軽量構造物１の荷重条件から、地盤改良体２の改良形状（改良範囲および改良厚）および強度変形特性を設定する（Ｓ１）。
その際、改良範囲および改良厚の設定に当たっては、上述したように軽量構造物１の鉛直荷重を地盤改良体２の下層の液状化地盤３に対して均一に伝達するために、地盤改良体２の平面形状は可及的に荷重範囲の中点を中心とする正方形状とすることが望ましい。
また、地盤改良体２の層厚（改良厚）Ｈは地盤状況にもよるが１〜２ｍの範囲とし、その強度は軽量構造物１の荷重による地盤改良体２の破壊が生じない程度とすることで十分である。
【００２８】
次に、地盤条件から沈下量と排水量を算出し（Ｓ２，Ｓ３）、それに基づき水抜きパイプ５の設計（口径、所要本数、設置間隔）を設定する（Ｓ４）。
そのためには、まず液状化が発生した後における地盤改良体２および軽量構造物１の沈下量Ｄｓをたとえば特開２００７−９５５８号公報に示される計算手法により算定する。
すなわち、地震時に液状化地盤３に生じる最大せん断ひずみγmaxから、液状化後の地盤の最大残留ひずみ(ενr)maxを計算し、さらに液状化後の沈下に寄与する体積ひずみενpを計算し、その体積ひずみενpに液状化層の層厚Ｄを乗じることで液状化時の地盤の沈下量Ｄｓを次式により求める（Ｓ２）。
【数１】
0005818076.tif 000002
なお、上記の体積ひずみενpの値から、地盤の等価なヤング係数を求めることにより、液状化時の軽量構造物１の沈下量も簡易に予測することができる。
【００２９】
また、液状化後の沈下は過剰間隙水圧の離散に伴い１日程度の時間をかけて生じると仮定し、改良面積をＡとすると、必要な排水量ΔＶｗおよび排水流量ｑwlを次式により求める（Ｓ３）。
【数２】
0005818076.tif 000003
【数３】
0005818076.tif 000004
【００３０】
さらに、水抜きパイプ５の１本当たりの排水流量ｑw2を次式により求める。
【数４】
0005818076.tif 000005
ここで、Ｃは水抜きパイプ５の抵抗値などを考慮した補正係数（通常はＣ＝0.6とすれば良い）であり、Ａｗは水抜きパイプ５の断面積である。
また、Δｈは水抜きパイプ５の入口と出口における水頭差であり、液状化時に有効応力が０になると仮定すると、地盤改良体２の下端に生じる間隙水圧ｕは地盤改良体２の下端に作用する荷重σと等しくなり、このときΔｈは次式により求められる。ｈw1は入口での水頭、ｈw2は出口での水頭（ｈw2＝０）、Ｈは地盤改良体の厚さ、γｗは単位体積重量である（図３（ｂ）参照）。
【数５】
0005818076.tif 000006
【００３１】
以上より、水抜きパイプ５の必要本数ｎを次式により求められる（Ｓ４）。
【数６】
0005818076.tif 000007
【符号の説明】
【００３２】
１  軽量構造物
２  地盤改良体
３  液状化地盤（原地盤）
４  透水層
４ａ  透水シート
４ｂ  透水材
５  水抜きパイプ
６  フロート体（荷重調整手段。ＥＰＳ）
【図１】
0005818076.tif 000008
【図２】
0005818076.tif 000009
【図３】
0005818076.tif 000010