(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化層を有する地盤の表層もしくは地表上に敷設される線状構造物の沈下抑止構造であって、
前記線状構造物を支持するセメント系固化材による上部地盤改良体と、該上部地盤改良体を支持するセメント系固化材による複数の地盤改良杭と、を備え、
前記上部地盤改良体は、前記線状構造物の長さ方向に延在し、幅と比較して高さが同一もしくは大きい矩形状の断面を有する長尺体からなり、
前記上部地盤改良体の断面の高さは、前記地盤改良杭の配置間隔と前記上部地盤改良体に作用する鉛直荷重とを設定したうえで、鉛直荷重に対して前記上部地盤改良体に生じる最大垂直応力度を算定し、最大垂直応力度と前記上部地盤改良体の材料の引張強度との関係から決定されており、
前記地盤改良杭は、少なくとも杭先端部が前記液状化層より下方に位置する非液状化層に支持されることを特徴とする線状構造物の沈下抑止構造。
【請求項２】
液状化層を有する地盤の表層もしくは地表上に敷設される線状構造物の沈下抑止構造であって、
前記線状構造物を支持するセメント系固化材による上部地盤改良体と、該上部地盤改良体を支持するセメント系固化材による複数の地盤改良杭と、を備え、
前記上部地盤改良体は、前記線状構造物の長さ方向に延在し、幅と比較して高さが同一もしくは大きい矩形状の断面を有する長尺体からなり、
前記地盤改良杭は、前記線状構造物の両側部近傍に等間隔配置または千鳥配置となるように設けられ、少なくとも杭先端部が前記液状化層より下方に位置する非液状化層に支持されることを特徴とする線状構造物の沈下抑止構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の線状構造物の沈下抑止構造において、
前記上部地盤改良体と前記地盤改良杭に跨るように、ズレ止めが配置されることを特徴とする線状構造物の沈下抑止構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状化層を有する地盤の表層もしくは地表上に敷設された線状構造物の沈下抑止構造および線状構造物の沈下抑止構造の構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液状化層を有する地盤上に構造物を構築する場合において、地震発生時に地盤の液状化現象が生じて構造物に有害な沈下が生じることを防止するべく、構造物直下の地盤改良が実施されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、拡径頭部を備えた固結体を上方地盤から液状化層を貫通して非液状化層まで到達させ、拡径頭部の上面にて建造物と上方地盤を支持することにより、噴砂現象を防止するとともに沈下を抑止する構成が開示されている。しかし、特許文献１では、例えば構造物が線状構造物である場合に、固結体をどのような構成のものとするのかについて、具体的な検討がなされていない。
【０００４】
一般に、線状構造物を液状化層を有する地盤の表層もしくは地表上に構築する際には、線状構造物に大きな残留沈下や不等沈下が生じることのないよう、液状化層の層厚が薄い場合には、線状構造物下の全延長に対して浅層混合処理工法や中層混合処理工法等にてセメント系固化材を用いた地盤改良を施し、液状化対策を行っている。
【０００５】
一方で、液状化層の層厚が厚く深度約２０ｍ程度に至るような場合、同じく線状構造物下の全延長に対してセメント系固化材にて地盤改良を施すには高価な深層混合処理工法を採用せざるを得ず、多大な施工費を要することとなる。このため、例えば特許文献２で示すようなサンドコンパクションパイル工法を採用し、線状構造物下の全延長に対して地盤改良を施している。サンドコンパクションパイル工法は、地盤に対して強制的に砂杭を打設して柱状改良体を構築することにより、周辺地盤を締め固める工法であり、液状化防止に有効な工法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３１１８６０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０９０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、地盤改良工法にサンドコンパクションパイル工法を採用すると、その効果を得るためには線状構造物直下の地盤だけでなく、その両側部の一定範囲の地盤にも地盤改良を施す必要が生じる。このため、敷地確保が煩雑であるとともに、経済性にも劣る。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、液状化層を有する地盤の表層もしくは地表上に構築する線状構造物の沈下を防止することが可能な、線状構造物の沈下抑止構造および線状構造物の沈下抑止構造の構築方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の線状構造物の沈下抑止構造は、液状化層を有する地盤の表層もしくは地表上に敷設される線状構造物の沈下抑止構造であって、前記線状構造物を支持するセメント系固化材による上部地盤改良体と、該上部地盤改良体を支持するセメント系固化材による複数の地盤改良杭と、を備え、前記上部地盤改良体は、前記線状構造物の長さ方向に延在し、幅と比較して高さが同一もしくは大きい矩形状の断面を有する長尺体からなり、前記上部地盤改良体の断面の高さは、前記地盤改良杭の配置間隔と前記上部地盤改良体に作用する鉛直荷重とを設定したうえで、鉛直荷重に対して前記上部地盤改良体に生じる最大垂直応力度を算定し、最大垂直応力度と前記上部地盤改良体の材料の引張強度との関係から決定されており、前記地盤改良杭は、少なくとも杭先端部が前記液状化層より下方に位置する非液状化層に支持されることを特徴とする。また、本発明の線状構造物の沈下抑止構造は、液状化層を有する地盤の表層もしくは地表上に敷設される線状構造物の沈下抑止構造であって、前記線状構造物を支持するセメント系固化材による上部地盤改良体と、該上部地盤改良体を支持するセメント系固化材による複数の地盤改良杭と、を備え、前記上部地盤改良体は、前記線状構造物の長さ方向に延在し、幅と比較して高さが同一もしくは大きい矩形状の断面を有する長尺体からなり、前記地盤改良杭は、前記線状構造物の両側部近傍に等間隔配置または千鳥配置となるように設けられ、少なくとも杭先端部が前記液状化層より下方に位置する非液状化層に支持されることを特徴とする。さらに、本発明の線状構造物の沈下抑止構造は、前記上部地盤改良体と前記地盤改良杭に跨るように、ズレ止めが配置されることを特徴とする。
【００１０】
上述する本発明の線状構造物の沈下抑止構造によれば、上部地盤改良体が非液状化層に支持された複数の地盤改良杭にて支持されることから、地震時に地盤の液状化現象が発生しても、上部地盤改良体に有害な沈下を生じることがない。このため、上部地盤改良体に支持される線状構造物は、地震時にも残留沈下や不等沈下を生じることなく常時の健全な状態を維持することが可能となる。
【００１１】
また、上部地盤改良体は地盤改良杭にて支持される簡略な構造であるため、上部地盤改良体に作用する鉛直荷重が決まると、地盤改良杭の配置間隔によって上部地盤改良体の断面高さを設定できる。したがって、上部地盤改良体が破壊しない程度の断面高さを確保しつつ、地盤改良杭の配置間隔を大きく取ることにより、地盤改良杭の数量を減らすことができるため、地盤改良杭に深層混合処理工法を採用した際にも、コストを大幅に削減することが可能となる。
【００１２】
さらに、上部地盤改良体と地盤改良杭は、セメント系固化材による地盤改良体を採用している。これにより、砂杭を採用する場合のように線状構造物の両側部に余改良部を設ける必要がないため、沈下抑止構造を無駄のないスリムな構造とすることが可能となる。
【００１４】
また、大規模地震が発生した際にも、地盤改良杭に対する上部地盤改良体の水平方向のズレを抑止し、より安全な構造とすることが可能となる。
【００１６】
そして、上部地盤改良体と地盤改良杭は、それぞれ地盤深度に適した異なる地盤改良工法より構築されるため、施工性を大幅に向上できるとともにコストを低減でき、沈下抑止構造を経済的に構築することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、地震発生時に液状化現象が生じる可能性を有する地盤に線状構造物を構築しても、経済的かつ無駄のない構造ながら、確実に線状構造物の有害な沈下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明における線状構造物の沈下抑止構造の概略を示す図である。
【図２】本発明における地震発生時の上部地盤改良体の転倒に対する安定検討を示す図である。
【図３】本発明における地震発生時の地盤改良杭における断面検討を示す図である。
【図４】本発明における線状構造物の沈下抑止構造を施工する手順を示す図である。
【図５】本発明における線状構造物の沈下抑止構造の他の事例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の線状構造物の沈下抑止構造は、液状化層を有する地盤において地震発生時に液状化現象が生じた場合にも、地盤の表層もしくは地表に敷設された線状構造物に残留沈下や不等沈下を生じさせることなく健全な状態を維持するものである。
【００２０】
本実施の形態では、線状構造物として表層中に埋設された地中埋設管を事例とし以下に図１〜図５を参照して説明するが、必ずしもこれに限定されるものではなく、線状構造物は地表上に敷設されるものであってもよい。また、線状構造物は、上下水道管等の地中埋設管に限定されるものではなく、共同溝、暗渠、盛土構造物等、線状をなす構造物であればいずれであってもよい。
【００２１】
図１（ａ）、（ｂ）で示すように、表層１１、液状化を生じる可能性がある液状化層１２、及び液状化を生じる可能性が低い非液状化層１３を有する地盤１０には、表層１１に線状構造物１が埋設されており、線状構造物１は上部地盤改良体２１と複数の地盤改良杭２２よりなる沈下抑止構造２に支持されている。
【００２２】
上部地盤改良体２１は、図１（ａ）で示すように、線状構造物１およびこれを埋設する埋戻し土３を支持可能な構造を有し、その形状は線状構造物１の長さ方向に延在する断面視矩形状の長尺体よりなり、断面は幅ｗと比較して断面高さｈが同一もしくは大きくなるよう形成されている。そして、表層１１から液状化層１２に至る深さまで地盤１０を掘削し、セメント系固化材と撹拌・混合して固化することにより構築されるもので、バックホウをベースマシンとして作業可能な浅層混合処理工法もしくは中層混合処理工法にて構築される。つまり、上部地盤改良体２１における下面の最深度は、中層混合処理工法にて作業可能な深さとなる。
【００２３】
一方、下部地盤改良杭２２は、図１（ｂ）で示すように、載置される態様で上方に配置される上部地盤改良体２１を支持可能な構造を有し、上部地盤改良体２１の軸線方向に間隔を有して複数が配置されている。そして、上部地盤改良体２１の下面が位置する深さから非液状化層１３に至る深さまで地盤１０を掘削し、セメント系固化材と撹拌・混合して固化することにより構築されるもので、深層混合処理工法にて構築される。本実施の形態では、図１（ｂ）で示すように、１軸型の混合処理機を採用しソイルセメント柱を構築している。
【００２４】
このような構成の上部地盤改良体２１および下部地盤改良杭２２は、液状化層１２を有する地盤１０中に構築されるため、地震の発生により地盤１０に液状化現象が生じた際には主働土圧と動水圧が側圧として作用する。そこで、上部地盤改良体２１および下部地盤改良杭２２を設計する際には、以下の検討を行っている
【００２５】
上部地盤改良体２１を設計する際には、地震が発生し地盤１０に液状化現象が生じた場合を想定した転倒に対する安定検討を行う。具体的には、図２で示すように、地震の発生により地盤１０に液状化現象が生じた状態において上部地盤改良体２１に作用する主働土圧Ｅａ、上部地盤改良体の慣性力Ｈおよび液状化層１２の動水圧Ｐｄの３つの荷重より地盤改良杭２２の天端における地震時発生モーメントΣＭｏを算定し、上部地盤改良体２１の受動土圧による限界モーメントΣＭｒに対して、所定の安全率以上であることを確認する。
【００２６】
なお、上部地盤改良体２１は複数の地盤改良杭２２にのみ支持される簡略な構造であるため、断面については連続梁式により、上部地盤改良体２１に作用する鉛直荷重に対して上部地盤改良体２１の発生応力度を算出し、上部地盤改良体２１の材料の許容応力度以下であることを確認する。なお、上部地盤改良体２１に作用する鉛直荷重は、少なくとも線状構造物１および埋戻し土３の重量を含む上載荷重と上部地盤改良体２１の自重を足し合わせたものである。
【００２７】
一方、地盤改良杭２２を設計する際には、梁ばねモデルにて地震が発生し地盤１０に液状化現象が生じた場合を想定した断面検討を行う。沈下抑止構造２の変形は地盤１０の変形に追従するが、両者は剛性が異なるためその変位に齟齬が生じ、これにより地盤改良杭２２は、地盤１０から反力を受けることとなる。そこで、図３で示すように、上部地盤改良体２１および地盤改良杭２２と地盤１０との間に地盤ばねを設け、断面を梁要素でモデル化する。
【００２８】
また、地震の発生により地盤１０に液状化現象が生じた状態において水平方向に作用する側圧として、埋戻し土３、線状構造物１、上部地盤改良体２１および地盤改良杭２２の慣性力Ｈ１〜Ｈ４と、液状化層１２の動水圧Ｈ５と、主働土圧Ｈ６とを考慮する。そして、地震時における地盤改良杭２２の発生応力度を算出し、地盤改良杭２２の材料の許容応力度以下であることを確認する。
【００２９】
上述した構成の線状構造物１の沈下防止構造は、線状構造物１を支持する上部地盤改良体２１の下面が液状化層１２に接しているものの、上部地盤改良体２１に作用する鉛直荷重のすべてを地盤改良杭２２に伝達する構造としている。また、非液状化層１３に支持される地盤改良杭２２は、許容鉛直支持力を算定するにあたり、地震の発生時において液状化層１２における摩擦抵抗力が大幅に低下することを考慮し、液状化層１２の許容杭周面摩擦力を考慮しない。したがって、許容鉛直支持力は、非液状化層１３における許容杭周面摩擦力と許容杭先端支持力から算定することとした。なお、非液状化層１３は、図示しないが支持層を含むものである。
【００３０】
これにより、地震の発生により地盤１０に液状化現象が生じた場合にも、上部地盤改良体２１と下部地盤改良杭２２よりなる沈下抑止構造２はその影響を受けることがない。このため、上部地盤改良体２１に支持される線状構造物１も残留沈下や不等沈下等の有害な沈下を生じることなく、健全な状態を維持することが可能となる。
【００３１】
こうして設計した上部地盤改良体２１および下部地盤改良杭２２よりなる沈下抑止構造２の施工手順は、以下のとおりである。
【００３２】
まず、図４（ａ）で示すように、地盤中に間隔を設けて複数の地盤改良杭２２を深層混合処理工法にて構築する。次に、図４（ｂ）で示すように、地盤改良杭２２の上面と少なくとも接するようにして上部地盤改良体２１を、浅層混合処理工法もしくは中層混合処理工法にて構築し、複数の地盤改良杭２２および上部地盤改良体２１を固化させる。この後、図４（ｃ）で示すように、線状構造物１を敷設し、表層１１の上面まで埋戻し土３により埋戻しを行う。
【００３３】
また、既設の線状構造物１に対して沈下抑止構造２を設けようとする場合には、図５（ａ）で示すように、線状構造物１の両側部近傍に等間隔配置または千鳥配置となるように複数の地盤改良杭２２を打設した後、例えば、線状構造物１の両側部より線状構造物１の直下に、斜め・曲がり・水平方向の制御が可能な自在ボーリングを用いた地盤改良工法にて上部地盤改良体２１を構築するとよい。
【００３４】
なお、上部地盤改良体２１の断面高さｈは、地盤改良杭２２の配置間隔と上部地盤改良体２１に作用する鉛直荷重とを設定したうえで、鉛直荷重に対して上部地盤改良体２１に生じる最大垂直応力度を算定し、最大垂直応力度と上部地盤改良体２１の材料の引張強度との関係から決定できる。したがって、本実施の形態では、地表面から上部地盤改良体２１の上面までの深さと上部地盤改良体２１の断面高さｈとを足し合わせた地盤１０中の深度、つまり上部地盤改良体２１の下面の深度位置が、浅層混合処理工法もしくは中層混合処理工法等にて構築できる深さに収まるよう、地盤改良杭２１の配置間隔を調整している。
【００３５】
このような施工方法にて構築される上部地盤改良体２１と地盤改良杭２２は、それぞれ地盤深度に適した異なる地盤改良工法より構築された、セメント系固化材による地盤改良体が採用されることとなる。これにより、施工性を大幅に向上できるとともにコストを低減できるだけでなく、サンドコンパクションパイル工法を採用する場合に必要となる余改良部を線状構造物１の両側部に設ける必要がないため、沈下抑止構造２を経済的で無駄のないスリムな構造とすることが可能となる。
【００３６】
また、上部地盤改良体２１が破壊しない程度の断面高さｈを確保しつつ、地盤改良杭２１の配置間隔を大きく取ることにより、地盤改良杭２１の数量を減らすことができるため、地盤改良杭２１に深層混合処理工法を採用した際にも、コストを大幅に削減することが可能となる。
【００３７】
さらに、上部地盤改良体２１と下部地盤改良杭２２はともにセメント系固化材を用いた地盤改良体であることから、上部地盤改良体２１の下面と下部地盤改良杭２２の杭頭部とによりなる接触部には摩擦力もしくは接着力が生じる。したがって、地震の発生に伴う水平力の作用により、両者が水平方向に相対移動する挙動を示した場合にも、その挙動に抵抗して上部地盤改良体２１と下部地盤改良杭２２の位置ズレを防止できる。
【００３８】
なお、本発明の線状構造物１の沈下抑止構造２は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００３９】
例えば、本実施の形態では、地盤改良杭２２に１軸型の混合処理機を採用したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、２軸型や３軸型の混合処理機を採用して複数本のソイルセメント柱にて１つの地盤改良杭２２を構築してもよいし、また、ソイルセメント柱の連続方向を上部地盤改良体２１の幅方向もしくは軸線方向のいずれに向けてもよい。
【００４０】
また、本実施の形態では、上部地盤改良体２１の上面に線状構造物１を載置するように敷設しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、上部地盤改良体２１と線状構造物１との間に埋戻し土３や設置架台が介装されてもよいことは言うまでもない。
【００４１】
さらに、例えば図５（ｂ）で示すように、上部地盤改良体２１の下面と下部地盤改良杭２２の杭頭部とによりなる接触部にＨ形鋼等の鋼材よりなるズレ止め４を埋設すると、大規模地震が発生した際にも両者の位置ズレを確実に抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００４２】
１        線状構造物
２        沈下抑止構造
２１      上部地盤改良体
２２      地盤改良杭
３        埋戻し土
４        ズレ止め
１０      地盤
１１      表層
１２      液状化層
１３      非液状化層
【図１】
0006711006.tif 000002
【図２】
0006711006.tif 000003
【図３】
0006711006.tif 000004
【図４】
0006711006.tif 000005
【図５】
0006711006.tif 000006