(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の支持地盤に対して地盤改良を行うに当たり、想定規模を越える地震時には構造物への地震入力を低減させるべく改良後の地盤の液状化を許容するような地盤改良を行う地盤改良方法であって、
想定規模の設計用水平加速度と地盤における鉛直有効応力を用いて液状化発生に関する安全率が１になる改良後地盤Ｎ値を求め、
地盤改良率をパラメータとした改良後地盤Ｎ値と改良前地盤Ｎ値との関係から、先に求めた改良後地盤Ｎ値と改良前Ｎ値を用いて地盤改良率を設定し、
この地盤改良率の設定値に基いて地盤改良することで、想定規模以上の地震時には地盤が液状化することを許容することを特徴とする地盤改良方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は構造物の支持地盤に対する地盤改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、構造物の支持地盤に対する液状化防止対策としての地盤改良方法には、サンドコンパクションパイル工法、バイブロフローテンション工法、混合処理工法等、種々の工法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような地盤改良方法による液状化防止対策は中小規模の地盤にはそれなりに有効ではあるが、１９９５年兵庫県南部地震のような巨大地震においても完全に地盤の液状化を防止することはきわめて困難であるし非現実的でもある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、構造物の支持地盤に対して地盤改良を行うに当たり、想定規模を越える地震時には構造物への地震入力を低減させるべく改良後の地盤の液状化を許容するような地盤改良を行う地盤改良方法であって、想定規模の設計用水平加速度と地盤における鉛直有効応力を用いて液状化発生に関する安全率が１になる改良後地盤Ｎ値を求め、地盤改良率をパラメータとした改良後地盤Ｎ値と改良前地盤Ｎ値との関係から、先に求めた改良後地盤Ｎ値と改良前Ｎ値を用いて地盤改良率を設定し、この地盤改良率の設定値に基いて地盤改良することで、想定規模以上の地震時には地盤が液状化することを許容することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態の地盤改良方法は、構造物の支持地盤に対して液状化防止対策としての地盤改良を行うに際して、ある規模の地震を想定し、その想定規模以下の中小地震の際には地盤が液状化することを防止するが、想定規模を越える巨大地震時には地盤が液状化することを許容せしめるものである。すなわち、巨大地震時においても液状化を完全に防止することは極めて困難かつ非現実的であることを考慮して、たとえば設計用水平加速度αmaxが２５０Galを越えるような巨大地震時には地盤が液状化することを許容してしまうのである。そして、そのように巨大地震時に地盤が液状化することを許容すると、構造物への入力加速度が小さくなって地震入力が低減して自ずと免震効果が得られ、したがってそれを前提として構造物の耐震設計を行うことにより耐震性能を軽減できる利点があり、特に地盤の液状化により下層と完全に絶縁される形態の浮き基礎構造物の場合に有効である。
【０００６】
上記のような液状化防止対策としての地盤改良方法としては種々の工法が採用可能であるが、本実施形態ではサンドコンパクションパイル工法を採用することとし、改良後の地盤が想定規模の地震時に液状化するように改良後のＮ値を設定し、かつ、Ｎ値を指標として改良後の地盤が液状化を生じるか否かの判定を行うこととする。すなわち、想定規模以下の地震時においては液状化が生じることなくかつそれを越える規模の地震時には液状化が生じるような地盤に改良するためには、原地盤のＮ値をどの程度増大させる必要があるかを決定するとともに、そのような地盤改良効果を得るために必要な改良率を決定し、それによって得られる改良後のＮ値に基づいて液状化判定を行うのである。
【０００７】
具体的には、まず対象地盤の液状化判定を種々の規模の地震に関して行う。地盤の液状化を判定する手法は種々あるが、ここではその一例として時松・吉見によるせん断ひずみ振幅５％曲線を用いて液状化の判定を行う手法について説明する（「建築基礎構造設計指針」社団法人日本建築学会、１９９８年１月２５日発行、参照）。
【０００８】
（ａ）対象地盤の各深さに発生する等価な繰り返しせん断応力比を次式によって計算する。
【数１】
0004035744.tif 000002
上式において、
τd：水平面に生じる等価な一定繰り返しせん断応力振幅（t/m2）
σ'z：検討深さにおける有効土被り圧（鉛直有効応力）（t/m2）
γn：等価な繰り返し回数に関する補正計数で、γn＝0.1(Ｍ−１)
ただし、Ｍは地震のマグニチュード
αmax：地表面における設計用水平加速度（Gal）
Ｇ：重力加速度（980Gal）
σz：検討深さにおける全土被り圧（鉛直有効応力）（t/m2）
γd：地盤が剛体でないことによる低減係数で、γd＝（１−0.015ｚ）
ただし、ｚはメートル単位で表した地表面からの検討深さ
【０００９】
（ｂ）各深さにおける補正Ｎ値（Ｎａ）を次式および図１（ａ）を用いて求める。
【数２】
0004035744.tif 000003
上式において、
Ｎａ：補正Ｎ値
Ｎ1  ：換算Ｎ値
ΔＮf：細粒土含有率に応じた補正Ｎ値増分で、図１（ａ）による。
ＣN：換算Ｎ値係数（σ'zの単位はt/m2）
Ｎ：とんび法または自由落下法による実測Ｎ値
【００１０】
（ｃ）図１（ｂ）中のせん断ひずみ振幅５％曲線を用いて補正Ｎ値（Ｎａ）に対応する飽和土層の液状化抵抗比τl/σ'zを求める。ここでτlは水平断面における液状化抵抗である。
【００１１】
（ｄ）各深さにおける液状化発生に関する安全率Ｆlを次式により求める。
【数３】
0004035744.tif 000004
【００１２】
上式により求めた安全率Ｆlが１より大きくなる土層については液状化発生の可能性はないものと判定でき、逆に１以下となる場合にはその可能性があり、値が小さくなるほど液状化発生の可能性は高いと判定することができる。
【００１３】
したがって、想定規模の地震のマグニチュードＭと地表面における設計用水平加速度αmaxの値に基づき、そのような規模の地震時に地盤が液状化するか否かを上記手法により判定することができる。
【００１４】
上記手法により、想定規模以下の地震時には液状化が生じることなくそれを越える地震時には液状化が生じるような臨界のＮ値を求めることができ、したがって原地盤のＮ値をどの程度増大させれば良いか、つまりどの程度の地盤改良を行えば良いかが決定できる。そして、そのような地盤改良効果を得るために必要な改良率ａsはたとえば図２あるいは図３により決定することができる。
【００１５】
図２は改良率ａsをパラメータとして、原地盤のＮ値Ｎoと改良後の地盤のＮ値であるＮ1（パイル中間における値）、Ｎp（パイル中心における値）の関係を示すものであり、これから所望の改良率ａsを決定することができる（「軟弱地盤対策工法−調査・設計から施工まで−（現場技術者のための土と基礎シリーズ１６）」社団法人地盤工学会、１９８８年１１月１５日発行、参照）。たとえば原地盤のＮ値が１０であり、改良後のパイル中間でのＮ値Ｎ1を３０とする場合には、図２（ａ）から改良率ａsを０．２０とすれば良いことがわかる。
【００１６】
図３は、改良率ａsと細粒分含有率Ｆ.Ｃ.をパラメータとして、改良前のＮ1値（有効上載圧を１kg/cm2に換算した換算値）と改良によるＮ値の増大分ΔＮ1との関係を示すものである（社本、持田、玉置「細粒分を含む砂地盤の地盤改良効果の評価」（地盤の液状化対策に関するシンポジウム発表論文集、社団法人土質工学会、１９９０年１２月２２日発行）参照）。図中のβ’はパイル間中央部の改良効果に関する補正係数であり、通常はβ’＝０.６とすれば良い。図３から、たとえば原地盤のＮ1値が８であり、Ｆ.Ｃ.＝２０％である場合において、Ｎ値の所要増大分が１０である場合（改良後のＮ値を１８とする場合）には、β´×ａs＝０.０６、β´＝０.６であるから、ａsを０.１とすれば良いことがわかる。
【００１７】
なお、本発明はサンドコンパクションパイル工法に限らずバイブロフローテーション工法や混合処置工法等の他の工法も採用可能である。また、改良後の地盤の液状化判定をＮ値を指標として行い、かつ地盤改良率の設定を地盤改良率をパラメータとした改良前後のＮ値の関係に基づいて行う限りにおいては、液状化判定手法や改良率決定手法も上記実施形態に限定されることはない。
【００１８】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明は、想定規模を越える地震時には液状化を許容するような地盤改良を行うので、巨大地震時においても液状化を防止することを想定して地盤改良を行う場合に比較すると地盤改良の程度や範囲を大きく軽減できて合理的であり、しかも巨大地震時に地盤が液状化することを許容することにより構造物への入力加速度が小さくなって地震入力が低減し自ずと免震効果が得られるから、それを前提とする耐震設計を行うことにより構造物の耐震性能を軽減できる利点があり、特に地盤の液状化により下層と完全に絶縁される形態の浮き基礎構造物の支持地盤に対して適用して好適である。
【００１９】
特に、本発明においては、想定規模を越える地震時には液状化を許容するような地盤改良を行うために、想定規模の設計用水平加速度と地盤における鉛直有効応力を用いて液状化発生に関する安全率が１になる改良後地盤Ｎ値を求め、地盤改良率をパラメータとした改良後地盤Ｎ値と改良前地盤Ｎ値との関係から、先に求めた改良後地盤Ｎ値と改良前Ｎ値を用いて地盤改良率を設定し、この地盤改良率の設定値に基いて地盤改良するものであって、改良後の地盤の液状化判定をＮ値に基づいて行うことから、液状化の判定を定量的にしかも簡便に行うことができる。
【００２０】
また、想定規模の地震時には液状化するように改良後の地盤のＮ値を設定するとともに、その設定を地盤改良率をパラメータとした改良前後のＮ値の関係に基づいて行うことから、必要な地盤改良の程度を定量的に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の地盤改良方法において地盤の液状化の判定のために用いる図の一例を示すものである。
【図２】  本発明の地盤改良方法において改良率を決定するために用いる図の一例を示すものである。
【図３】  本発明の地盤改良方法において改良率を決定するために用いる図の他の例を示すものである。
【図１】
0004035744.tif 000005
【図２】
0004035744.tif 000006
【図３】
0004035744.tif 000007