(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化する可能性ある地盤の下端部から上端部に達するように形成される壁状地盤改良体であって、
地盤上に設けられた構造物の直下の外側を囲むように形成された内壁と、
前記内壁の外側に間隔を持って形成され、前記内壁を囲む外壁と、
前記内壁と前記外壁とに直交する直交壁と、
備えることを特徴とする壁状地盤改良体。
【請求項２】
前記内壁と前記外壁との間には、前記直交壁と直交する中間壁が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の壁状地盤改良体。
【請求項３】
平面視において短辺部分と長辺部分とを有する形状とされ、前記短辺部分には前記中間壁が形成されておらず、前記長辺部に前記中間壁が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の壁状地盤改良体。
【請求項４】
前記液状化する可能性ある地盤の下層の液状化する可能性のない固い地盤に到達するように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の壁状地盤改良体。
【請求項５】
液状化する可能性ある地盤上に設けられた既設の構造物の直下の外側を、前記内壁が囲むように請求項１〜請求項４のいずれか１項の壁状改良体を形成することを特徴とする壁状改良体の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
液状化する可能性のある地盤に形成される壁状地盤改良体及び壁状改良体の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液状化防止対策として、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地盤改良工法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
更に、地震時の水平力に対抗するため、液状化しない固い下層の地盤に下端部が貫入する基礎杭を、壁状地盤改良体の格子目部分に構築する高水平耐力基礎工法が提案されている。そして、この基礎杭の天端に基礎スラブを設け、この基礎スラブ上に建物を築造する。また、壁状地盤改良体には、基礎スラブの外側の、例えば階段部分等に対応する領域に、基礎杭が構築されていない格子目部分を有する構成とされている（特許文献２の図４を参照）。
【０００４】
しかし、既存の建物の直下の地盤に平面格子状の壁状地盤改良体を設け、液状化対策を行なうことは、多大なコストがかかる。
【０００５】
このため、従来、既存建物の直下の地盤の液状化防止対策としては、図５に示すように、建物３００の直下の外側を囲むように上層地盤３５０に筒状の壁体５００を形成する方法がとられている。これにより、壁体５００に囲まれた上層地盤３５０Ｂのせん断変形を抑制することで、上層地盤３５０Ｂの液状化を防止又は抑制している。
【０００６】
しかし、既存建物３００の平面形状が大きい場合には、壁体５００の外側の液状化した上層地盤３５０Ａの流動圧によって、壁体５００が面外方向に曲げ変形してしまうので、壁体５００内の地盤３５０Ｂのせん断変形が十分に抑制されない。よって、面外方向の曲げ変形を抑制するため、図６に示す壁体６００のように、壁厚を厚くして面外剛性を高くする方法が考えられるが、コスト高となる。
【０００７】
そこで、建物の基礎構造の周囲に構築した連続する包囲壁（壁体）の外面に、所定の間隔をおいて外面と直交する（外面から外側に突起した）控え壁を設けることで包囲壁の曲げ変形を抑制し、包囲壁内の地盤のせん断変形を抑制する構成が提案されている（例えば、特許文献３の図２を参照）。
【特許文献１】特開昭６１−５１１４号公報
【特許文献２】特許第２６４５８９９号
【特許文献３】特開平１０−１８３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、特許文献３の図２の控え壁は、包囲壁の外側の液状化した地盤と接するので摩擦力が小さい。よって、液状化した地盤の流動圧による包囲壁の曲げ変形を抑制する効果は小さい。このため、包囲壁内の、すなわち構造物直下の地盤のせん断変形を抑制する効果は小さい。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、構造物の直下の地盤を改良することなく、効果的に液状化を抑制又は防止させることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の壁状地盤改良体は、液状化する可能性のある地盤の下端部から上端部に達するように形成される壁状地盤改良体であって、地盤上に設けられた構造物の直下の外側を囲むように形成された内壁と、前記内壁の外側に間隔を持って形成され、前記内壁を囲む外壁と、前記内壁と前記外壁とに直交する直交壁と、備えることを特徴としている。
【００１１】
請求項１に記載の壁状地盤改良体は、内壁の周りを外壁が囲むと共に、内壁と外壁とに直交壁が直交する構成とされているので、面外剛性が高い。よって、壁状地盤改良体の外側の液状化した地盤の流動圧による面外方向の変形が抑制される。
【００１２】
なお、直交壁の周囲（外壁と内壁との間）の地盤は、液状化が防止又は抑制されるので、直交壁と地盤との摩擦力が大きい。よって、面外剛性を高め、壁状地盤改良体（の内壁）の面外方向の曲げ変形を抑制する効果が大きい。
【００１３】
したがって、地震などによって壁状地盤改良体の外側の地盤が液状化しても、壁状地盤改良体（の内壁）に囲まれた地盤のせん断変形が抑制されるので（せん断変形抑止効果が維持されるので）、壁状地盤改良体（の内壁）に囲まれた地盤の、すなわち構造物直下の地盤の液状化が抑制又は防止される。
【００１４】
つまり、構造物の直下の地盤を改良することなく、効果的に液状化が抑制又は防止される。この結果、液状化による被害が抑制又は防止される。
【００１５】
請求項２に記載の壁状地盤改良体は、請求項１に記載の構成において、前記内壁と前記外壁との間には、前記直交壁と直交する中間壁が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項２に記載の壁状地盤改良体は、内壁と外壁との間に、直交壁と直交する中間壁が形成されているので、面外剛性がより高くなる。よって、地震などによって、壁状地盤改良体の外側の地盤が液状化しても、壁状地盤改良体（の内壁）に囲まれた地盤のせん断変形が抑制される（せん断変形抑止効果がより確実に維持される）。したがって、構造物の直下の地盤を改良することなく、より効果的に液状化が抑制又は防止される。
請求項３に記載の壁上改良体は、平面視において短辺部分と長辺部分とを有する形状とされ、前記短辺部分には前記中間壁が形成されておらず、前記長辺部に前記中間壁が形成されていることを特徴としている。
請求項４に記載の壁状地盤改良体は、前記液状化する可能性ある地盤の下層の液状化する可能性のない固い地盤に到達するように形成されていることを特徴としている。
請求項５に記載の壁状改良体の施工方法は、液状化する可能性ある地盤上に設けられた既設の構造物の直下の外側を、前記内壁が囲むように請求項１〜請求項４のいずれか１項の記載の壁状地盤改良体を形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように請求項１に記載の壁状地盤改良体によれば、構造物の直下の地盤を改良することなく、効果的に液状化を抑制又は防止することができる、という優れた効果を有する。
【００１８】
請求項２に記載の壁状地盤改良体によれば、より効果的に液状化を抑制又は防止することができる、という優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図１〜図３を用いて、本発明における壁状地盤改良体の実施形態の一例を説明する。図１は、壁状構造体１００を用いた地盤改良を示す部分断面斜視図である（建物１０の一部は想像線で示している）。図２（Ａ）は平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡＡ断面の図である。なお、図２（Ｂ）は壁状改良体１００のみ断面を示す斜線をひいている。図３は地盤改良に用いる壁状地盤改良体１００を示す斜視図である。
【００２０】
図１と図２に示す用に、液状化する可能性のある軟弱な上層地盤１２の上に、建物１０が建てられている。図２（Ｂ）に示すように、建物１０は、基礎２４と杭２２とによって支持されている。なお、杭２２の下端２２Ａは、上層地盤１２の下層の、液状化する可能性のない固い下層地盤１４に貫入されている。また、建物１０の外周の各辺は３０ｍ〜５０ｍとされている。
【００２１】
図１と図２とに示すように、上層地盤１２における建物１０の直下の外側に、壁状地盤改良体１００が形成され、地盤改良されている。壁状地盤改良体１００は、上層地盤１２の下端部１２Ｌから上端部１２Ｈに達する筒状とされている（図３も参照）。
【００２２】
図１〜図３に示すように、壁状地盤改良体１００は、建物１０の直下の外側を囲むように形成された内壁１０２と、この内壁１０２の外側に間隔を持って形成され内壁１０２を囲む外壁１０４と、を有している。そして、内壁１０２と外壁１０４とに直交する直交壁１０６が内壁１０２と外壁１０４とを連結している。
【００２３】
換言すると、壁状地盤改良体１００は、内壁１０２、外壁１０４及び直交壁１０６とで囲まれた水平断面矩形状の筒状の筒部１１０が、建物１０の直下の外側を取り囲むように、上層地盤１２の下端部１２Ｌから上端部１２Ｈに達する構成とされる。
【００２４】
なお、壁状地盤改良体１００は、深層混合処理機を用いて、安定材等又は安定材と水などを適切な割合で混合して作ったスラリーを、上層地盤１２に撹拌混合させて形成する（深層混合処理工法（ＤＣＭ工法：Deep Cement Mixing））。
【００２５】
つぎに、本実施形態の作用について説明する。
【００２６】
上層地盤１２に形成された壁状地盤改良体１００は、建物１０の直下の外側に形成された内壁１０２の周りを外壁１０４が囲むと共に、内壁１０２と外壁１０４とを直交壁１０６が連結する構成とされているので、面外剛性が高い。
【００２７】
なお、直交壁１０６の周囲（内壁１０２と外壁１０４との間）の上層地盤１２Ｃ（図２（Ｂ）参照）は液状化が防止又は抑制されるので、直交壁１０６と上層地盤１２Ｃとの摩擦力が大きい。よって、直交壁１０６と上層地盤１２Ｃとの摩擦による壁状地盤改良体１００の面外剛性がより高められる（面外方向の抑制効果が大きい）。
【００２８】
よって、図２（Ｂ）に示すように、壁状地盤改良体１００の外側（外壁１０４の外側）の上層地盤１２Ａ（自由地盤）が液状化し、流動圧（矢印Ｒ）が壁状地盤改良体１００の外壁１０４に面外方向に作用しても、壁状地盤改良体１００の面外方向の変形が抑制される。
【００２９】
これにより、壁状地盤改良体１００（の内壁１０２）に囲まれた上層地盤１２Ｂのせん断変形が抑制され（せん断変形抑止効果が維持され）、液状化が抑制又は防止される。つまり、建物１０の直下の軟弱な上層地盤１２Ｂを改良することなく、低コストで効果的に上層地盤１２Ｂの液状化（せん断破壊）が抑制又は防止される。この結果、液状化による建物１０の被害が抑制又は防止される。また、液状化による杭２２の破損も防止される。
【００３０】
なお、上述したように建物１０の直下の軟弱な上層地盤１２Ｂを改良することなく、上層地盤１２Ｂの液状化を抑制又は防止することができるので、建物１０が既存であっても、建物１０の立て替え等を行なう必要がない。つまり多大なコストをかけることなく、建物１０の直下の上層地盤１２Ｂの液状化対策をはかることができる。
【００３１】
つぎに、本発明の液状化防止効果を確認した２次元のＦＥＭモデルによる等価線解析の結果について説明する。
【００３２】
図４に示すように、本発明の液状化防止効果を確認するための地盤改良の解析モデルは、建物３００の一辺を３０ｍ×３０ｍとし、液状化する可能性のある軟弱な上層地盤３５０の深さは２０ｍとする。壁状地盤改良体７００は、上記実施形態の壁状改良体１００と同様に、内壁７０２、外壁７０４、直交壁７０６とで構成されると共に、上層地盤３５０の下端部から上端部に達する筒状とされている。また、壁状地盤改良体７００の内壁７０２、外壁７０４、及び直交壁７０６の壁厚ｔ３は、いずれも１ｍとし、内壁７０２と外壁７０４との間隔、及び直交壁７０６間は６ｍとした（筒孔部７１０の一辺が６ｍ）。
【００３３】
また、本発明が適用されていない（外壁と直交壁とを有しない）筒状の壁体５００（内壁に相当）を用いた地盤改良の比較モデル１（図５）と、筒状の壁体６００（内壁に相当）を用いた地盤改良の比較モデル２も同様の解析を行なった。なお、図５の比較モデル１の壁体５００は壁厚ｔ１を１ｍとし、比較モデル２の壁体６００は壁厚ｔ２を３ｍとした。
【００３４】
なお、通常の液状化防止効果の確認は、解析で求めた建物の直下の地盤に発生する地震時せん断応力と別途求める液状化強度との比から求められるＦＬ値（液状化に対する抵抗率）によって算定する。しかし、本解析においては、液状化強度は全てのモデルで同一（一定）であるので、モデル毎の効果の差は地震時の最大せん断応力を比較することで把握できる。よって、本ＦＥＭ解析では各モデルにおける建物３００の中央直下（壁状地盤改良体７００（の内壁７０２）、壁体５００、６００の、それぞれ内側）の上層地盤３５０Ｂの地震時の最大せん断応力と、壁状地盤改良体７００（の外壁７０４）、壁体５００、６００の外側の上層地盤３５０Ａ（自由地盤）の地震時の最大せん断応力と、を求め比較した。
【００３５】
そして、この解析結果を、図７の（ａ）〜（ｃ）の各グラフ（地震時最大せん断応力の深度分布）に示す。なお、図５に示す比較モデル１の解析結果が（ａ）のグラフであり、なお、図６に示す比較モデル２の解析結果が、（ｂ）のグラフであり、図４に示す解析モデルの解析結果が（ｃ）のグラフである。また、壁状地盤改良体７００（の外壁７０４）、壁体５００、６００の外側の上層地盤３５０Ａ及びその下層の地盤の解析結果を「自由地盤：●」で示し、建物３００の中央直下（壁状地盤改良体７００（の内壁７０２）、壁体５００、６００の内側）の上層地盤３５０Ｂ及びその下層の地盤の解析結果を「建物中央直下：▲」で示している。
【００３６】
［比較モデル１の解析結果を示す（ａ）のグラフ］
建物中央直下（壁体５００の内側）の上層地盤３５０Ｂ（深度２０ｍ以上）の最大せん断応力は、自由地盤（壁体５００の外側）の上層地盤３５０Ａ（深度２０ｍ以上）の最大せん断応力よりも低下しているが、その差は小さい。つまり、比較モデル１は、液状化防止効果が小さいことを示している。
【００３７】
［比較モデル２の解析結果を示す（ｂ）のグラフ］
建物中央直下（壁体６００の内側）の上層地盤３５０Ｂ（深度２０ｍ以上）の最大せん断応力は、自由地盤（壁体６００の外側）の上層地盤３５０Ａ（深度２０ｍ以上）の最大せん断応力よりも大きく低下している。つまり、比較モデル２は、壁体６００の壁厚が厚く面外剛性が高いので、液状化防止効果が大きいことを示している。
【００３８】
［本発明が適用された解析モデルの解析結果を示す（ｃ）のグラフ］
建物中央直下（壁状地盤改良体７００（の内壁７０２）の内側）の上層地盤３５０Ｂにおける深度１０ｍから深度２０ｍの最大せん断応力が、自由地盤（壁状地盤改良体７００（の外壁７０４）の外側）の上層地盤３５０Ａの最大せん断応力よりも大きく低下し、比較モデル２の解析結果に近くなっていることが判る。つまり、壁状地盤改良体７００（図４）の壁厚は比較モデル１と同じ壁厚１ｍであるが、壁厚３ｍの壁体６００（図６）とほぼ同等の液状化防止効果が得られることを示している。
【００３９】
このように、本発明が適用された壁状地盤改良体は、壁厚を厚くした壁体とほぼ同等の液状化防止効果が得られる。つまり、低コストで液状化対策が可能となる。
【００４０】
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００４１】
例えば、上記実施形態及び解析モデルの壁状地盤改良体１００、７００は、内壁１０２、７０２と外壁１０４、７０４とを備える構成（図１〜図４を参照）であったが、これに限定されない。
【００４２】
例えば、建物が大きい場合（例えば５０ｍを越えるような場合）、建物の直下の外側を取り囲む壁状地盤改良体も大きくなる。よって、面外剛性をより大きくするため、図８に示す第一変形例の壁状地盤改良体８００のように、内壁８０２と外壁８０４との間に、直交壁８０６と直交すると共に、内壁８０２を囲む中間壁８１０を備える構成としてもよい。更に、図示は省略するが、中間壁を二壁以上備える構成であってもよい。
【００４３】
また例えば、建物の平面形状のアスペクト比が大きい場合など、図９に示す第二変形例の壁状地盤改良体９００のように、面外剛性が高い短辺部分には中間壁を設けずに、面外剛性が低い長辺部分の外壁９０２Ａと内壁９０４Ａとの間、及び外壁９０２Ｂと内壁９０４Ｂとの間に、それぞれ中間壁９１０Ａ，９１０Ｂを形成してもよい。
【００４４】
また、例えば、上記実施形態及び解析モデルでは、壁状地盤改良体の外形形状は、長方形又は正方形であったがこれに限定されない。建物の形状等に合わせ任意に決定することができる。例えば、図１０（Ａ）に模式的に示すように、Ｌ字状であってもよいし、図１０（Ｂ）に模式的に示すように、Ｔ字状であってもよい。
【００４５】
また、例えば、上記実施形態では、図２（Ｂ）、図３に示すように、壁状地盤改良体１００は、液状化する可能性のある軟弱な上層地盤１２の下端部１２Ｌから上端部１２Ｈに達していたが、これに限定されない。例えば、壁状地盤改良体１００の下端が上層地盤１２の下端部１２Ｌよりも下方であってもよい。或いは、壁状地盤改良体１００の上端が上層地盤１２の上端部１２Ｈよりも下方であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態の壁状構造体を用いた地盤改良を示す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の壁状構造体を用いた地盤改良を示す、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ断面の図である。
【図３】本発明の実施形態の壁状地盤改良体を示す斜視図である。
【図４】本発明の液状化防止効果を確認するための解析モデルを示す、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ断面の図である。
【図５】本発明を適用しない比較モデル１を示す、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ断面の図である。
【図６】本発明を適用しない比較モデル２を示す、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ断面の図である。
【図７】地震時の最大せん断応力の深度分布を示す（ａ）は比較モデル１の解析結果を示すグラフであり、（ｂ）は比較モデル２の解析結果を示すグラフであり、（ｃ）は解析モデルの解析結果を示すグラフである。
【図８】第一変形例の壁状地盤改良体を示す平面図である。
【図９】第二変形例の壁状地盤改良体を示す平面図である。
【図１０】壁状地盤改良体の他の形状を模式的に示す、（Ａ）は第一の例を示す平面図であり、（Ｂ）は第二の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０      建物（構造物）
１２      上層地盤（液状化する可能性ある地盤）
１２Ｌ    下端部
１２Ｈ    上端部
１００      壁状地盤改良体
１０２      内壁
１０４      外壁
１０６      直交壁
８００      壁状地盤改良体
８０２      内壁
８０４      外壁
８０６      直交壁
８１０      中間壁
９００      壁状地盤改良体
９０２      内壁
９０４      外壁
９０６      直交壁
９１０Ａ    中間壁
９１０Ｂ    中間壁
【図１】
0005334391.tif 000002
【図２】
0005334391.tif 000003
【図３】
0005334391.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005334391.tif 000008
【図８】
0005334391.tif 000009
【図９】
0005334391.tif 000010
【図１０】
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