(57)【要約】【課題】  液状化が生じた場合に、地表面沈下自体を抑制することによってメンテナンスの必要性を小さくすることができる地表面沈下対策地盤および地表面沈下対策地盤の造成方法を提供する。【解決手段】  地表面沈下対策地盤Ｓ１における液状化層Ｓ１２には、複数の杭式改良体１が打設されている。複数の杭式改良体１は、千鳥に配置され、または正方形の頂点に配置されている。杭式改良体１は、そのＢＬ比が０．２〜０．４に調整されている。こうして、複数の杭式改良体１の配置は、液状化後の地表面沈下対策地盤Ｓ１の地表面沈下を防止する地表面沈下抑制配置とされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化層を備える地盤に地表面沈下対策が施された地表面沈下対策地盤であって、
前記液状化層に複数の杭式改良体が打設されており、
前記複数の杭式改良体は、地表面沈下抑制配置とされていることを特徴とする地表面沈下対策地盤。
【請求項２】
前記地表面沈下抑制配置は、前記液状化層を平面視して、複数の前記杭式改良体が千鳥とされた配置である請求項１に記載の地表面沈下対策地盤。
【請求項３】
前記杭式改良体同士の距離関係が、杭間スパンと打設ピッチとの比が０．２〜０．４とされている請求項２に記載の地表面沈下対策地盤。
【請求項４】
前記地表面沈下抑制配置は、前記液状化層を平面視して、前記複数の杭式改良体が正方形の頂点にそれぞれ位置する配置である請求項１に記載の地表面沈下対策地盤。
【請求項５】
前記正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の杭間スパンと打設ピッチとの比が０．２〜０．４とされている請求項３に記載の地表面沈下対策地盤。
【請求項６】
前記杭式改良体が、高圧噴射撹拌によって構築されている請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載に地表面沈下対策地盤。
【請求項７】
液状化層を備える地盤に地表面沈下対策を施すにあたり、
前記複数の杭式改良体を地表面沈下抑制配置とし、
前記液状化防止位置に複数の前記液状化層に複数の杭式改良体を打設することを特徴とする地表面沈下対策地盤の造成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状化層を備える地盤における地表面の沈下を抑制する地表面沈下対策地盤およびその造成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液状化層を備える地盤に地盤改良を施す際の造成形式としては、改良範囲内における液状化のおそれのある地盤をすべて改良体に置換する全面改良と、改良範囲の中に未改良部分を残す部分改良とがある。このうち、全面改良では、大量の改良材などを必要としたり、工期の長期化を招いたりするなどの恐れがある。また、高圧噴射撹拌や機械式撹拌を行う場合には、大量のスライム排出処理が必要となることもある。
【０００３】
一方、部分改良の場合には、合理的に改良を施すことにより、改良材の量を少なく済ませることができるなどの利点がある。部分改良の方法としては、セメント系固化材を機械式撹拌や高圧噴射撹拌で地盤と混合撹拌して造成した地盤改良体で連続壁を構築し、改良範囲内に複数の格子状の連続壁を構築する方法がある（たとえば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
また、部分改良の方法を行う際に、杭状の地盤改良体を造成する杭式改良では、液状化抑制工法として鉛直柱列固化杭群と、これと一体化された水平固化盤を備える基礎地盤がある（たとえば、特許文献４参照）。また、応力材で補強された連続地中壁で外周から遮断された内側領域に、直線が交錯等する形状の平面形状を有する地中地盤改良体が互いに離されかつ分散されて造成された液状化防止構造がある（たとえば、特許文献５参照）。さらには、地盤土を地表から地中適宜深度に亙ってリング状に固化処理して形成される円筒状地盤改良体が軟弱地盤に列状に並設された連接構造がある（たとえば、特許文献６参照）。
【０００５】
他方、液状化発生後の沈下対策としては、地中構造物周囲の地盤が液状化によって沈下した場合に、床版下と地盤との間にできる空洞に充填材を注入する床版構造がある（たとえば、特許文献７参照）。また、既設地中構造物の周辺地盤に対して、構造物から離れるにしたがって地盤改良の深度を小さくする改良形式とし、液状化に起因する沈下で生じた段差を低減する構造がある（たとえば、特許文献８参照）。さらに、地中構造物底部に充填材注入管を設け、沈下によって地中構造物と地盤との間に空洞部が生じた際に、充填材を注入して構造物の沈下を抑制する工法もある（たとえば、特許文献９参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３０６９３０号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５２２９号公報
【特許文献３】特開２００７−３２７２０９公報
【特許文献４】特開２００１−２０２７５公報
【特許文献５】特開２００２−４７６４１号公報
【特許文献６】特開２０００−３１９８６４号公報
【特許文献７】特開２００９−２５０００６号公報
【特許文献８】特開２００９−２５０００７号公報
【特許文献９】特開２０００−１４４７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１〜９に記載された部分固化による地盤改良においては、改良体の剛性を地盤に付加させることにより、地震力による地盤のせん断変形を低減させ、液状化の原因とされる過剰間隙水圧の上昇を抑制している。ここで、上記特許文献１〜３に開示された格子状の改良は、もっとも施工実績のある工法である。この格子状改良の設計では、想定地震動に合わせた格子間隔、厚さを設定することとなっており、高圧噴射撹拌や機械式撹拌よって造成される改良体は、重複させて壁状に構築される。このように改良体を重複させるため、噴射材（改良材）のロスが生じ、噴射量に比べて平面的な改良率が低くなってしまい、合理的とはいえないものであった。
【０００８】
他方、上記特許文献４〜９に示すように、液状化により地盤の沈下が発生した場合に、地盤と構造物との間に形成された空洞部に対して充填材を注入し、構造物自体の沈下を抑制する沈下対策が多数提案されている。しかし、これらの技術はいずれも地盤の沈下が生じた後での対応を前提としている。このため、以下に示す（１）〜（４）の不具合が発生するおそれがある。
【０００９】
（１）空洞部の範囲、充填材の必要量を把握することが困難である。
（２）注入孔の維持管理を要する。
（３）補修後に再液状化した場合、再注入が困難となる場合が考えられる。
（４）沈下追従式の床版などは比較的複雑な構造となる。
【００１０】
特に、空港滑走路や港湾構造物等の大規模な構造物の場合。補修コストが増大するため、補修を必要とする上記特許文献４〜９に開示される技術よりも、地表面沈下自体を抑制してメンテナンスを不要とし、またはメンテナンスを最小限とすることができる技術が望まれている。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、地盤に液状化が生じた場合に、地表面沈下自体を抑制することによってメンテナンスの必要性を小さくすることができる地表面沈下対策地盤および地表面沈下対策地盤の造成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決した本発明に係る地表面沈下対策地盤は、液状化層を備える地盤に地表面沈下対策が施された地表面沈下対策地盤であって、液状化層に複数の杭式改良体が打設されており、複数の杭式改良体は、地表面沈下抑制配置とされていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る地表面沈下対策地盤においては、液状化層に複数の杭式改良体が打設されており、複数の杭式改良体は、地表面沈下抑制配置とされている。地表面沈下抑制配置は、地表面沈下の抑制に効果的な配置であるため、仮に地盤に液状化が生じたとしても、地表面沈下を抑制することができるので、地表面沈下による補修の必要がなくなる。したがって、液状化が生じた場合に、地表面沈下自体を抑制することによってメンテナンスの必要性を小さくすることができる。
【００１４】
ここで地表面沈下抑制配置は、液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が千鳥とされた配置である態様とすることができる。
【００１５】
このように、液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が千鳥とされた配置に杭式改良体を打設することより、地表面沈下抑制に効果的となる配置である地表面沈下抑制配置を好適に生成することができる。
【００１６】
また、杭式改良体同士の距離関係が、杭間スパンＢ／打設ピッチＬ＝０．２〜０．４とされている態様とすることができる。
【００１７】
このように、杭式改良体同士の距離関係が、杭間スパンＢ／打設ピッチＬ＝０．２〜０．４とされていることにより、地盤の平面的な改良率を抑制しながら、好適に地表面沈下抑制配置を生成することができる。
【００１８】
さらに、地表面沈下抑制配置は、液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が正方形の頂点にそれぞれ位置する配置である態様とすることができる。
【００１９】
このように、液状化層を平面視して、複数の杭式改良体が正方形の頂点にそれぞれ位置する配置に杭式改良体１を打設することによっても、地表面沈下抑制配置を好適に生成することができる。
【００２０】
また、正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の杭間スパンＢＳ／打設ピッチＬ＝０．２〜０．４とされている態様とすることができる。
【００２１】
このように、正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の杭間スパンＢＳ／打設ピッチＬ＝０．２〜０．４とされていることにより、地盤の平面的な改良率を抑制しながら、好適に地表面沈下抑制配置を生成することができる。
【００２２】
さらに、杭式改良体が、高圧噴射撹拌によって構築されている態様とすることができる。
【００２３】
このように、杭式改良体が高圧噴射撹拌によって構築されていることにより、杭式改良体の側面に凹凸を形成することができる。杭式改良体に凹凸が形成されていることにより、地表面沈下抑制効果を高めることができる。
【００２４】
他方、上記課題を解決した本発明に係る地表面沈下対策地盤の造成方法は、液状化層を備える地盤に地表面沈下対策を施すにあたり、複数の杭式改良体を地表面沈下抑制配置とし、液状化防止位置に複数の液状化層に複数の杭式改良体を打設することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る地表面沈下対策地盤および地表面沈下対策地盤の造成方法によれば、地盤に液状化が生じた場合に、地表面沈下自体を抑制することによってメンテナンスの必要性を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る地表面沈下対策地盤の側断面図である。
【図２】地表面沈下対策地盤の平面図である。
【図３】杭式改良体の拡大側断面図である。
【図４】地表面沈下対策地盤の造成工程を示す工程図である。
【図５】杭式改良体の位置関係を示す平面図である。
【図６】振動実験の結果における沈下率とＢ／Ｌ比との関係を示すグラフである。
【図７】地盤の改良率とＢ／Ｌ比との関係を示すグラフである。
【図８】好適なＢ／Ｌ比の最大値を説明するためのグラフである。
【図９】好適なＢ／Ｌ比の最小値を説明するためのグラフである。
【図１０】好適なＢ／Ｌ比と改良率との範囲を説明するためのグラフである。
【図１１】杭式改良体の位置関係の他の例を示す平面図である。
【図１２】杭式改良体の表面凹凸の関係を示す拡大側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る地表面沈下対策地盤の部分側断面図、図２は、その平面図である。図１および図２に示すように、本実施形態に係る地表面沈下対策地盤Ｓ１は、基盤層Ｓ１１を備えており、基盤層Ｓ１１の上方には液状化層Ｓ１２が位置している。基盤層Ｓ１１は、構造物の支持層ともなり、地震が発生した際にも液状化が起こり難い堅固な地盤である。また、液状化層Ｓ１２は、砂質土などからなり、地震が発生した際に液状化が発生しやすい地盤である。
【００２９】
液状化層Ｓ１２には、複数の杭式改良体１が打設されている。杭式改良体１は、液状化層Ｓ１２を超えて、その下層における基盤層Ｓ１１まで到達している。杭式改良体１は、基盤層Ｓ１１に根入れされているのが好ましいが、その根入れ深さは、わずかでも問題ない。また、地表面沈下対策地盤Ｓ１には、図２に示すように、複数の杭式改良体１が打設されており、そのうちの４本は、平面視して正方形の角部となる位置に配置されている。
【００３０】
杭式改良体１を平面視した際の径は、たとえば高圧噴射撹拌工法による場合、φ１〜５ｍ程度である。また、複数の杭式改良体１の配置は、液状化後の地表面沈下対策地盤Ｓ１の地表面沈下を防止する地表面沈下抑制に効果的な配置である地表面沈下抑制配置とされている。地表面沈下抑制配置は、杭式改良体１の杭径（改良径）、杭間スパン、打設ピッチなどによって決定されている。これらの詳細については後に説明する。
【００３１】
杭式改良体１は、高圧噴射撹拌や機械式撹拌によって形成することができるが、高圧撹拌噴射によって形成する場合には、図３に示すように、杭式改良体１の側面に微細な凹凸形状が付与される。図３における一点鎖線は、杭式改良体１における改良径を計測する部分を示している。杭式改良体１の側面における凹凸は、高圧噴射撹拌による改良を行う際の高圧噴射によって付されるものであり、凹凸の平均高さは、杭式改良体１の改良径の０．０１倍以上０．２倍以下に調整されている。
【００３２】
次に、本実施形態に係る地表面沈下対策地盤の造成手順について説明する。図４は地表面沈下対策地盤の造成工程を示す工程図である。図４（ａ）に示すように、地表面沈下対策地盤を造成する際には、まず、液状化層Ｓ１２を貫通して基盤層Ｓ１１に到達する杭式改良体１を順次造成していく。図４（ａ）には、一部の杭式改良体１の造成が完了し、その側方における杭式改良体１を造成する状態を示している。
【００３３】
杭式改良体１は、たとえば深層混合処理工法によって造成することができ、ここではいわゆる高圧噴射撹拌工法によって造成する。高圧噴射撹拌工法では、図４（ａ）に示すように、杭式改良体１を造成する位置に噴射ロッド１０を挿入する。噴射ロッド１０の先端部には、固化材ミルクの噴射口が形成されている。噴射ロッド１０を挿入したら、図４（ｂ）に示すように、噴射ロッド１０の側方から固化材ミルクを高圧で噴射するとともに、噴射ロッド１０を回転させながら徐々に引き上げていく。なお、噴射ロッド１０からは固化材ミルクと圧縮空気とを噴射すると効果的である。こうして、噴射ロッド１０を地表面沈下対策地盤Ｓ１の最上部まで引き上げていき、杭式改良体１の打設が完了する。以後、地表面沈下抑制配置となる各位置に杭式改良体１を打設することにより、地表面沈下対策地盤Ｓ１が造成される。
【００３４】
このように、上記の手順で造成された地表面沈下対策地盤Ｓ１においては、液状化層Ｓ１２に複数の杭式改良体１が打設されており、複数の杭式改良体１は、地表面沈下抑制配置とされている。このため、杭式改良体１を形成するのみで表面沈下を抑制することができるので、メンテナンスの必要性を小さくしながら地表面沈下自体を抑制することができる。さらには、杭式改良体１は重複させて壁状に構築されることもないので、改良材の使用量に対する平均的な改良率を高めることができる。また、複数の杭式改良体１が地表面沈下抑制配置されていることによって、改良によるスライム排出処理を低減することができる。
【００３５】
以下、地表面沈下抑制配置について説明する。本実施形態に係る地表面沈下対策地盤では、液状化が生じた後地表面が沈下した場合に、その沈下部分を補修するのではなく、液状化が生じたとしても、地表面の沈下自体を抑制するものである。本実施形態では、液状化後の地表面の沈下を抑制するために、杭式改良体１を所定の杭間スパンで構築している。ここでは、杭式改良体１における杭間スパンに着目している。
【００３６】
本発明者らは、杭間スパンと地表面の沈下率との関係を調べるための模型実験を行った。実験では、図５に示すように、杭式改良体１を千鳥に配置した地表面沈下対策地盤のモデルである対策地盤モデルを作製した。この対策地盤モデルでは、実施例として、杭式改良体１の改良径Ｄをすべて統一した条件下で杭間スパンＢを調整し、杭間スパンＢと打設ピッチＬとの比（以下「Ｂ／Ｌ比」という）を調整して、地表面沈下率を測定した。
【００３７】
また、比較例として、従来の一般的な格子状改良における平面視した際の改良率（以下単に「改良率」という）が５０％である地表面沈下率も、同条件の元で計測した。ただし、一般的な格子状改良では、６０％程度まで改良率が高められる場合もある。その結果を図６に示す。図６において、実施例の結果を丸印で示し、比較例の結果を四角印で示している。また、実施例の結果に基づいて定めたＢ／Ｌ比に対する地表面沈下率の割合を示す第１ラインＬ１を求めた。
【００３８】
図６に示すように、実施例における杭式改良体１では、Ｂ／Ｌ比が小さくなるほど地表面沈下率が小さくなる傾向が見られた。このことから、地表面沈下率を低くするためには、Ｂ／Ｌ比を小さくすることが求められることがわかる。ここで、比較例としての格子状改良では、Ｂ／Ｌ比はおよそ０．７であり、この場合の地表面沈下率は、およそ０．４程度であった。
【００３９】
次に、改良率とＢ／Ｌ比との関係について図７を参照して説明する。図７は、改良率とＢ／Ｌ比との関係を示すグラフであり、従来の格子状改良の例を第２ラインＬ２で示し、実施例の杭式改良の例を第３ラインＬ３で示している。図７に示すように、従来の格子状改良に対して、実施例の杭式改良では、同じ改良率の場合にＢ／Ｌ比が小さくなることがわかる。具体的に、従来の格子状改良における改良率が５０％の際のＢ／Ｌ比が０．７程度であるのに対して、実施例の杭式改良では、改良率が５０％の際のＢ／Ｌ比は０．２程度となる。
【００４０】
実施例に係る杭式改良では、地表面沈下率として、従来の格子状改良よりも低いかあるいはそれと同等の値を得ることができる一方で、改良率の低減を図ることが求められる。従来の格子状改良における地表面沈下率は０．４程度であることから、実施例に係る杭式改良においても地表面沈下率を０．４以下とすることが求められる。地表面沈下率が０．４となるＢ／Ｌ比が、杭式改良体１におけるＢ／Ｌ比の最大値となる。杭式改良体１におけるＢ／Ｌ比の最大値は、図８に示すように、０．４となる。
【００４１】
一方、従来の格子状改良における改良率は６０％程度であり、杭式改良体１におけるＢ／Ｌ比の最小値は、この改良率６０％に相当する数値である。このため、杭式改良体１におけるＢ／Ｌ比の最小値は、図９に示すように、０．２以上となる。したがって、実施例に係る杭式改良体１におけるＢ／Ｌ比は、０．２〜０．４の範囲とすることが好適となり、Ｂ／Ｌ比＝０．２〜０．４の範囲に杭式改良体１を配置することにより、格子状改良よりも低い改良率で有りながら、高い沈下抑制効果を得ることができることとなる。また、図１０に示すように、杭式改良体１におけるＢ／Ｌ比が０．２〜０．４の場合、改良率は３０％〜６０％程度となる。この範囲Ｘが、杭式改良体１を造成するための好適な条件を示す範囲となる。
【００４２】
また、杭式改良体１の側面には、凹凸が付与されている。この凹凸によって、地中における地盤と杭式改良体１との接触面積を大きくすることができる。液状化後の地表面沈下抑制には、杭式改良体１と地盤の間に作用する摩擦が効くと考えられ、摩擦の効果が大きいことは模型実験によって確認されている。このため、杭式改良体１の側面に凹凸が付与されていることにより、地表面沈下抑制効果を高めることができる。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態においては、複数の杭式改良体１を正方形の頂点に配置しているが、千鳥に配置することもできる。
【００４４】
杭式改良体１を正方形の頂点に配置する場合には、図１１に示すように、杭間スパンＢＳについては、正方形の対角に位置する杭式改良体同士の間の距離とする。杭間スパンＢＳをこの距離とすることにより、杭間スパンＢＳ／打設ピッチＬ＝０．２〜０．４の範囲に杭式改良体１を配置するで、格子状改良よりも低い改良率で有りながら、高い沈下抑制効果を得ることができる。
【００４５】
また、杭式改良体１を高圧撹拌噴射によって形成し、杭式改良体１の表面に凹凸を形成する際には、図１２に示すように、凹凸１Ａの平均高さＵが、杭式改良体１の改良径Ｄの０．０１倍以上０．２倍以下とされている大きさとするのが好適である。このように、杭式改良体１の側面の凹凸の大きさを調整することより、さらに地表面沈下抑制効果を高めることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…杭式改良体
１Ａ…凹凸
１０…噴射ロッド
Ｄ…改良径
Ｌ…打設ピッチ
Ｓ１…地表面沈下対策地盤
Ｓ１１…基盤層
Ｓ１２…液状化層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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