(57)【要約】【課題】  地盤が液状化しても、構造物を安定的に支持できるとともに、液状化対策のための工費および工期を大幅に削減することができる構造物の基礎地盤の液状化対策構造を提供する。【解決手段】  液状化層２と液状化層２下の非液状化層３とからなる地盤１上に、構造物４が構築されている。そして、構造物４の外周には、所定の幅厚を有する地盤改良体５が、構造物４基礎下端面から非液状化層３まで形成されている。地盤改良体５に囲まれた領域は地盤未改良部６である。地盤改良体５は、平面視で、連続体である必要はなく、構造物４の外周の地盤改良体５と地盤改良体５に囲まれた地盤未改良部６とからなる複合地盤が所定の等価せん断弾性係数を有していればよく、構造物４の外周に一定の離間間隔をおいて地盤改良体５が形成されていてもよい。【選択図】      図１
2005105602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化する可能性のある液状化層上に構築される構造物の基礎地盤の液状化対策構造であって、
平面視で前記構造物を所定の幅厚をもって囲繞する地盤改良体が、鉛直方向に少なくとも前記構造物の基礎下端面から非液状化層まで形成されていることを特徴とする構造物の基礎地盤の液状化対策構造。
【請求項２】
前記地盤改良体が、平面視で不連続であることを特徴とする請求項１に記載の構造物の基礎地盤の液状化対策構造。
【請求項３】
前記地盤改良体によって囲まれた領域に、前記地盤改良体よりも低いせん断弾性係数を有する地盤改良体が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物の基礎地盤の液状化対策構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状化する可能性のある液状化層上に構築される構造物の基礎地盤の液状化対策構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
支持杭を有しない中低層の建築物やタンク等の構造物が、地震時に液状化する可能性のある砂質土層（以下、液状化層と呼ぶ。）上に構築されている場合、液状化による液状化層の体積変化により、当該構造物が沈下し、不具合が発生するおそれがある。
そこで、従来より、構造物下方の液状化層を地盤改良し、液状化そのものの発生を防止する対策が採られているが、液状化を完全に抑えるのは困難な場合もある。特に、既設構造物の場合には、既設構造物の外周から薬液注入を行うなど地盤改良の方法も限られ、構造物の規模や液状化層厚が大きくなるに伴い、地盤改良に掛かる工費や工期は膨大なものとなる。
これに対して、特許文献１では、既設構造物外周部の直下の液状化層のみを、非液状化層に至るまで地盤改良することにより固化柱状体を形成し、当該固化柱状体によって前記既設構造物を支持する発明が提案されている。
【特許文献１】特開平８−１２８０５４号公報  （第２−３頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、固化柱状体によって既設構造物を支持するため、当該既設構造物下の液状化層も部分的に地盤改良する必要がある。そのため、作業に困難を伴う場合があり、液状化層が厚くなると、地盤改良に掛かる工費や工期は大きなものとなる。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、地盤が液状化しても、構造物を安定的に支持できるとともに、液状化対策のための工費および工期を大幅に削減することができる構造物の基礎地盤の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】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明に係る構造物の基礎地盤の液状化対策構造では、液状化する可能性のある液状化層上に構築される構造物の基礎地盤の液状化対策構造であって、平面視で前記構造物を所定の幅厚をもって囲繞する地盤改良体が、鉛直方向に少なくとも前記構造物の基礎下端面から非液状化層まで形成されていることを特徴とする。
本発明は、固化柱状体によって構造物を支持するのではなく、構造物の外周に地盤改良体からなる高剛性の壁を構築し、当該壁によって、当該壁に囲まれた地盤未改良部を拘束することにより、地盤が液状化しても、構造物を安定的に支持するものである。
前記地盤改良体に囲まれた地盤未改良部は、せん断弾性係数の高い周囲の前記地盤改良体に拘束されて一体となって挙動するため、地震時に発生するせん断ひずみは小さく、液状化に至ることはない。多少間隙水圧が上昇した場合でも、地震後に生ずる体積ひずみは地震時に生じた最大せん断ひずみの大きさに依存するため、前記地盤未改良部に生じる沈下は微小なものとなる。
ここで、前記地盤改良体の幅厚は、前記地盤改良体と前記地盤未改良部とからなる複合地盤が所定の等価せん断弾性係数を有するように設定しなければならない。即ち、地盤条件に応じて、構造物の基礎面積に対する前記地盤改良体の面積（前記地盤改良体の幅厚が関係する。）の割合を示す地盤改良率および前記地盤改良体のせん断弾性係数を設定し、前記複合地盤が所定の等価せん断弾性係数を有するようにしなければならない。
【０００５】
本発明では、構造物の外周に所定の幅厚を有する地盤改良体を、鉛直方向に少なくとも構造物の基礎下端面から非液状化層まで形成することにより、地盤が液状化しても、構造物を安定的に支持できるとともに、液状化対策のための工費および工期を大幅に削減することができる。
【０００６】
また、本発明に係る構造物の基礎地盤の液状化対策構造では、前記地盤改良体が、平面視で不連続であってもよい。
構造物の外周に形成される前記地盤改良体は、平面視で必ずしも連続体である必要はなく、前記地盤改良体と地盤未改良部とからなる複合地盤が所定の等価せん断弾性係数を有していれば、構造物の外周に沿って一定の離間間隔をおいて前記地盤改良体が形成されていてもよい。
【０００７】
また、本発明に係る構造物の基礎地盤の液状化対策構造では、前記地盤改良体によって囲まれた領域に、前記地盤改良体よりも低いせん断弾性係数を有する地盤改良体が形成されていてもよい。
本発明では、構造物の外周に形成された前記地盤改良体によって囲まれた領域に、前記地盤改良体よりも低いせん断弾性係数を有する地盤改良体が形成されることにより、前記領域における液状化の発生を完全に防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、構造物の外周に所定の幅厚を有する地盤改良体を、鉛直方向に少なくとも構造物の基礎下端面から非液状化層まで形成することにより、地盤が液状化しても、構造物を安定的に支持できるとともに、液状化対策のための工費および工期を大幅に削減することができる構造物の基礎地盤の液状化対策構造を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る構造物の基礎地盤の液状化対策構造の実施形態について、図面に基いて説明する。
図１は、本発明に係る構造物の基礎地盤の液状化対策構造の第一の実施形態を示す立断面図である。また、図２は、本発明の第一の実施形態を示す平断面図である。
図１に示すように、本実施形態による構造物の基礎地盤の液状化対策構造では、液状化層２と液状化層２下の非液状化層３とからなる地盤１上に、構造物４が構築されている。そして、構造物４の外周には、所定の幅厚を有する地盤改良体５が、構造物４基礎下端面から非液状化層３まで形成されている。一方、地盤改良体５に囲まれた領域は地盤未改良部６である。
地盤改良体５は、平面視で、必ずしも図２に示すような連続体である必要はない。構造物４の外周の地盤改良体５と地盤改良体５に囲まれた地盤未改良部６とからなる複合地盤が所定の等価せん断弾性係数を有していればよく、図３に示すように、構造物４の外周に沿って一定の離間間隔７をおいて地盤改良体５が形成されていてもよい。
ここで、地盤改良体５は、地盤改良を行う際に一般的に用いられるセメント系の固化材料又は液状化対策として用いられる水ガラス系薬液注入材料等により構成されている。地盤改良体５は平面視で構造物４の外側にあるため、使用中の構造物４であっても施工が可能である。
【００１０】
地盤改良体５に囲まれた地盤未改良部６は、せん断弾性係数の高い周囲の地盤改良体５に拘束されて一体となって挙動するため、地震時に発生するせん断ひずみは小さく、液状化に至ることはない。多少間隙水圧が上昇した場合でも、地震後に生ずる体積ひずみは地震時に生じた最大せん断ひずみの大きさに依存するため、地盤未改良部６に生じる沈下は微小なものとなる。
地盤改良体５の幅厚は、地盤改良体５と地盤未改良部６とからなる複合地盤が所定の等価せん断弾性係数を有するように設定しなければならない。即ち、地盤条件に応じて、地盤改良率および地盤改良体５のせん断弾性係数を設定し、前記複合地盤が所定の等価せん断弾性係数を有するようにしなければならない。
【００１１】
第一の実施形態による構造物の基礎地盤の液状化対策構造では、構造物４の外周に所定の幅厚を有する地盤改良体５を、鉛直方向に少なくとも構造物４の基礎下端面から非液状化層３まで形成することにより、地盤１が液状化しても、構造物４を安定的に支持できるとともに、液状化対策のための工費および工期を大幅に削減することができる。
【００１２】
図４乃至６は、本発明に係る構造物の基礎地盤の液状化対策構造の第二乃至第四の実施形態を示す立断面図である。
本発明では、図４に示すように、構造物４と構造物４外周の地盤改良体１５とを離間して設けてもよいし、図５や図６のように、地盤改良体２５が地表面から非液状化層３まで形成されていてもよいし、地盤改良体３５が構造物４の基礎下端面から非液状化層３内まで形成されていてもよい。要するに、構造物４下の地盤未改良部６、１６、２６、３６が、地盤改良体５、１５、２５、３５によって拘束され、地震時に、地盤改良体５、１５、２５、３５と一体となって挙動すればよいのである。
【００１３】
図７は、本発明に係る構造物の基礎地盤の液状化対策構造の第五の実施形態を示す立断面図である。
図７に示すように、本実施形態による構造物の基礎地盤の液状化対策構造では、構造物４の外周に形成された第一地盤改良体４５によって囲まれた領域に、第一地盤改良体４５よりも低いせん断弾性係数を有する第二地盤改良体４６が形成されている。
ここで、第一地盤改良体４５はセメント系の固化材料によって構成され、第二地盤改良体４６は水ガラス系薬液注入材料により構成されている。
【００１４】
第二の実施形態による構造物の基礎地盤の液状化対策構造では、構造物４の外周部の直下に形成された第一地盤改良体４５によって囲まれた領域に、第一地盤改良体４５よりも低いせん断弾性係数を有する第二地盤改良体４６が形成されることにより、前記領域における液状化の発生を完全に防止することができる。
【００１５】
次に、液状化後の構造物４の沈下量の計算方法について説明する。なお、液状化後の構造物４の沈下量を精度良く行える方法であれば、本方法に限るものではない。
液状化後の構造物４の沈下量ＤＳは（１）式により求めることができる。
【００１６】
【数１】
2005105602.tif 000003
【００１７】
ここで、残留体積ひずみ（εｖｒ）ｍａｘは、液状化前後の砂要素の体積変化量を液状化前の砂要素の体積で除したものであり、（２）式で表すことができる。
【００１８】
【数２】
2005105602.tif 000004
【００１９】
（２）式における真の最小間隙比ｅｍｉｎ＊は（３）式で表される。
【００２０】
【数３】
2005105602.tif 000005
【００２１】
砂の最大間隙比ｅｍａｘと砂の最小間隙比ｅｍｉｎは、最小・最大密度試験により求めることが望ましいが、経験的には細粒分含有率Ｆｃより以下の式を用いて求めることができる。
【００２２】
【数４】
2005105602.tif 000006
【数５】
2005105602.tif 000007
【００２３】
また、液状化前の砂の間隙比ｅ０は、砂の最大間隙比ｅｍａｘと砂の最小間隙比ｅｍｉｎを用いて（６）式で表される。
【００２４】
【数６】
2005105602.tif 000008
【００２５】
砂の相対密度Ｄｒは、現位置の砂の密度より求められるが、経験的には地盤の補正Ｎ値Ｎａを用いて（７）式から計算できる。
【００２６】
【数７】
2005105602.tif 000009
【数８】
2005105602.tif 000010
【００２７】
ここに、細粒分含有率に応じた補正Ｎ値増分ΔＮｆは、図８の補正Ｎ値増分と細粒分含有率との関係を示すグラフより求めることができる。
【００２８】
さて、本発明では、構造物４の支持地盤が、地盤改良体５、１５、２５、３５と地盤未改良部６、１６、２６、３６とからなる複合地盤、あるいは第一地盤改良体４５と第二地盤改良体４６とからなる複合地盤であるため、（１）式により液状化後の沈下量を求めるに際し、複合地盤の地震時最大せん断ひずみγｍａｘ’を用いる必要がある。
複合地盤の地震時最大せん断ひずみγｍａｘ’は（９）式で示される。
【００２９】
【数９】
2005105602.tif 000011
【００３０】
（９）式中の地震時の最大せん断応力τｍａｘは（１０）式より、また、等価せん断弾性係数Ｇ’は（１１）式より、それぞれ求めることができる。
【００３１】
【数１０】
2005105602.tif 000012
【数１１】
2005105602.tif 000013
【００３２】
以上、本発明に係る構造物の基礎地盤の液状化対策構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では既設構造物を対象にしているが、新たに構造物を建設する場合には、構造物の建設に先立って基礎地盤の地盤改良を行うことにより、構造物の自重による即時沈下量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す立断面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態を示す平断面図である。
【図３】本発明の第一の実施形態を示す平断面図である。
【図４】本発明の第二の実施形態を示す立断面図である。
【図５】本発明の第三の実施形態を示す立断面図である。
【図６】本発明の第四の実施形態を示す立断面図である。
【図７】本発明の第五の実施形態を示す立断面図である。
【図８】補正Ｎ値増分と細粒分含有率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１  地盤
２  液状化層
３  非液状化層
４  構造物
５、１５、２５、３５  地盤改良体
６、１６、２６、３６  地盤未改良部
７  離間間隔
４５  第一地盤改良体
４６  第二地盤改良体
【図１】
2005105602.tif 000014
【図２】
2005105602.tif 000015
【図３】
2005105602.tif 000016
【図４】
2005105602.tif 000017
【図５】
2005105602.tif 000018
【図６】
2005105602.tif 000019
【図７】
2005105602.tif 000020
【図８】
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