(57)【要約】【課題】  固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる揺すり込み沈下対策地盤およびその造成方法を提供する。【解決手段】  地表面沈下対策地盤Ｓ１における非液状化層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、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】
基盤層と、前記基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策地盤であって、
前記非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、揺すり込み沈下抑制配置とされていることを特徴とする揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項２】
前記揺すり込み沈下抑制配置は、前記非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に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【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に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項４】
前記揺すり込み沈下抑制配置は、前記非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に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【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に記載の揺すり込み沈下対策地盤。
【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項に記載に揺すり込み沈下対策地盤。
【請求項７】
基盤層と、前記基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策を施すにあたり、
前記複数の杭式改良体を揺すり込み沈下抑制配置として、前記非液状化層に前記複数の杭式改良体を打設することを特徴とする揺すり込み沈下対策地盤の造成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
地下水位以浅の地中構造物の周辺等における非液状化層構造物周辺領域を備える地盤に揺すり込み沈下対策を施して造成する揺すり込み沈下対策地盤およびその造成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水位が高く飽和状態にある液状化層では、地震時に地盤が繰り返し変形を受けることによって水圧が上昇し、地盤におけるせん断抵抗力が失われることによって液状化現象が発生する。その一方、地下水位が低く、地下水位以浅にある緩い砂地盤では、地盤の間隙中に水分が存在するものの、不飽和状態となっているため、地震時に繰り返し変形が与えられたとしても、水圧が上昇しにくくなっている。水圧が上昇しなければ、土圧が有効応力として作用することから、地盤のせん断抵抗力が保たれるので、液状化現象は発生しない。したがって、地下水位よりも浅い位置における砂地盤は、非液状化層となっている。
【０００３】
このような非液状化層では、液状化現象は発生しないものの、地中構造物や建屋の周辺の領域（以下「非液状化層構造物周辺領域」という）では、揺すり込み沈下の発生が問題となっている。非液状化層構造物周辺領域における沈下の原因は主に２つに大別される。その１つは、地震によって地盤に繰り返しせん断力が生じることによる地盤の体積収縮であり、もう１つは、地盤と地中構造物との相対水平変位によるすべり沈下である。揺すり込み沈下は、構造物の周囲においてその現象が確認されており、上記２つの原因が複合して生じる沈下現象である。
【０００４】
揺すり込み沈下の発生メカニズムは、液状化による地盤沈下とは明らかに異なる。このため、揺すり込み沈下対策としては、地震時に累積ひずみによる体積収縮を生じさせないように地盤のせん断剛性を高めるとともに、地盤と近接する構造物との応答差をなくし、相対水平変位を抑制するように非液状化層構造物周辺領域を改良することが必要と考えられる（非特許文献１参照）。
【０００５】
地下水位以浅の非液状化層構造物周辺領域（以下「改良対象領域」ともいう）の改良形式として特化した技術は特に開示されていないが、揺すり込み沈下の発生メカニズムを考慮すると、たとえば改良対象領域の全体をセメントなどの固化材によって固化させて改良体を造成する方法がある。揺すり込み沈下が発生する主な理由は、地震発生前の初期剛性が、地震後における載荷と除荷を繰り返し受ける繰り返し荷重により低下し、地盤が軟化することで地盤の変形量が大きくなり、土粒子の再配列が生じやすくなることと考えられる。また、地盤の変形量が大きくなることにより、構造物と地盤との間の相対水平変位が大きくなって構造物と地盤との間に生じた隙間に土が滑り込むことによりさらに沈下量が増大する。そこで、地盤を全面改良して初期剛性を高めることにより、繰り返し荷重を受けた後の地盤の剛性の低下量を小さくすることができ、沈下の抑制を図ることができる。
【０００６】
ところが、改良領域の全体を固化させる工法では、固化材を大量に必要としたり、工期の長期化を招いたりするなどの問題がある。また、改良領域の全体を改良する全面改良に対して、改良領域の一部を効率的に改良する部分固化を行うことも考えられる。この部分固化では、改良領域の一部に地盤改良体を造成する工法がある。この工法では、地盤の一部を固化させるのみであるので、固化材の使用量を少なくするとともに、工期の短縮を図ることができる。
【０００７】
地盤改良体を造成する際には、深層混合処理工法や薬液注入工法が用いられる。このうち、薬液注入工法は、一般的には土中水を薬液に置換する工法であるため、地下水位以浅にある改良対象領域に適用することは適切でない。したがって、地盤改良体を造成する際には、深層混合処理工法を用いることが考えられる。
【０００８】
深層混合処理工法には、撹拌用の重機を用いて撹拌を行う機械式撹拌工法や固化材ミルクを地盤内で高圧噴射して撹拌を行う高圧噴射撹拌工法などがある。また、地盤の一部を深層混合処理工法によって固化させる工法として、従来、次のものが知られている。たとえば、固化材ミルクを地盤と混合撹拌して地盤改良体を平面格子状に配置して造成する。この平面格子状の地盤改良体は、側面視して壁状に形成される。この地盤改良体によって地震時における地盤のせん断変形を抑制し、地下水および土の移動を抑制する（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。さらには、格子状地盤改良体を単独で造成するだけでなく、杭基礎構造と併用して用いる工法も知られている（たとえば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２６５４５５号公報
【特許文献２】特開２００８−５０７８７号公報
【特許文献３】特開２００１−３４２６３７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】石丸真，河井正：重力場模型振動台実験による底面が固定された剛な構造物近傍地盤の地震時沈下メカニズムの把握，地盤工学ジャーナル，Vol.4,No.4,369-380.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
揺すり込み沈下対策地盤を造成するにあたり、改良対象領域の全体を固化させる工法は、揺すり込み沈下を防止する対策として最も確実な工法ではある。ところが、改良対象領域の全体の固化材ミルクを注入して改良対象領域の全体を固化させていることから、大量の固化材ミルクを要するという問題があった。また、施工の際には、地盤内に注入する固化材ミルクの量と同量以下のスライムが地上に排出されるため、排出されたスライムの処理や運搬の手間が掛かるという問題もあった。
【００１２】
一方、上記特許文献１〜３に開示された地盤の一部に格子状地盤改良体を造成する工法では、固化材ミルクや薬剤の使用量を抑制できる。さらには、固化材ミルクの使用量が少なくなるため、排出されるスライムの量も少なくなり、スライムの処理や運搬に掛かる手間を軽減することができる。
【００１３】
しかし、上記特許文献１〜３に開示された格子状地盤改良体を造成する工法においては、地盤改良体をラップさせて連続的に造成することで壁体を構築している。このため、固化材ミルクのロスが生じるという問題は依然として残されているので、さらに固化材ミルクの消費量の抑制を図る余地がある。
【００１４】
他方、改良対象領域の全体を固化させて全体改良体を造成する場合、構造物と全体改良体との剛性の差は小さくなるものの、未改良地盤と全体改良体との剛性の差は非常に大きくなっている。このため、全体改良体に対して地震動が壁の垂直方向に入力された場合、全体改良体と未改良地盤との揺れ方が大きく異なり、相対水平変位が大きく異なってしまう。したがって、全体改良体と未改良地盤との間に隙間が生じるなどして、沈下の進行を進めてしまう可能性があるという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明の課題は、固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる揺すり込み沈下対策地盤およびそ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】
【００１６】
上記課題を解決した本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤は、基盤層と、基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策地盤であって、非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、揺すり込み沈下抑制配置とされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤においては、非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、揺すり込み沈下抑制配置とされている。揺すり込み沈下抑制配置は、揺すり込み沈下の抑制に効果的な配置であるため、地震による繰り返し変形が生じても、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、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる。また、杭式改良体が揺すり込み沈下抑制配置とされて揺すり込み沈下を抑制しているので、非液状化層構造物周辺領域の全体を固化させる場合よりも、杭式改良体形成するための固化材ミルクの消費量を抑制することができる。したがって、固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる。
【００１８】
ここで、揺すり込み沈下抑制配置は、非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。
【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揺すり込み沈下抑制配置を好適に生成することができる。
【００２０】
また、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とされている態様とすることができる。
【００２１】
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、好適に揺すり込み沈下抑制配置を生成することができる。
【００２２】
さらに、揺すり込み沈下抑制配置は、非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。
【００２３】
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を打設することによっても、揺すり込み沈下抑制配置を好適に生成することができる。
【００２４】
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と打設ピッチとの比が０．２〜０．４とされている態様とすることができる。
【００２５】
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、好適に揺すり込み沈下抑制配置を生成することができる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
他方、上記課題を解決した本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤の造成方法は、基盤層と、基盤層の上層における地下水位以浅の非液状化層に含まれ、地中構造物の周辺における非液状化層構造物周辺領域とを備える地盤に揺すり込み沈下対策が施された揺すり込み沈下対策を施すにあたり、複数の杭式改良体を揺すり込み沈下抑制配置として、非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】
【００２９】
本発明に係る揺すり込み沈下対策地盤およびその造成方法によれば、固化材ミルクの消費量を抑制するとともに、非液状化層構造物周辺領域やその周囲の地盤における揺すり込み沈下を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施形態に係る揺すり込み沈下対策地盤の側断面図である。
【図２】揺すり込み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】揺すり込み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。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
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、本実施形態に係る揺すり込み沈下対策地盤であ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の上層には、地下水位以浅の非液状化層Ｓ１２が存在している。基盤層Ｓ１１は、地中構造物の支持層ともなり、地震が発生した際にも変形が起こり難い堅固な地盤である。また、非液状化層Ｓ１２は、緩い砂質土などからなり、地震が発生した際に揺すり込み沈下が発生しやすい地盤である。
【００３３】
また、非液状化層Ｓ１２に形成された共同溝等の重要な地中構造物Ｍの周辺における非液状化層構造物周辺領域Ｒ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、非液状化層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。
【００３４】
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、地表面沈下対策地盤Ｓ１の揺すり込み沈下による地表面沈下を防止する揺すり込み沈下抑制に効果的な配置である揺すり込み沈下抑制配置とされている。揺すり込み沈下抑制配置は、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、地中構造物Ｍの周辺に非液状化層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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、非液状化層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。
【００３９】
以下、揺すり込み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、揺すり込み沈下が生じるほどの地震動が生じた場合、複数の杭式改良体１の配置によって、複数の杭式改良体１間における地表面の沈下を抑制するものである。本実施形態では、揺すり込み沈下による地表面の沈下を抑制するために、杭式改良体１の距離関係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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【符号の説明】
【００４８】
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…非液状化層
【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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