JP6132144B2 - 構造物の液状化被害低減構造、および液状化被害低減方法 - Google Patents

Description

本発明は、液状化地盤に構築される構造物を対象とする液状化被害低減構造、および液状化被害低減方法に関する。

従来、緩い砂層が堆積する地盤では、地震時に液状化を生じ易く、そこに構築される構造物に大きな沈下や傾斜を生じさせることがある。このような液状化を防止するためには、砂杭を造成して地盤を締め固めて密度を大きくしたり、地盤をセメント系の改良により格子状に改良することで、地震による変形を小さくする施工が行われている（例えば、特許文献１参照）。また、別の工法として、液状化しない支持層まで打ち込んだ支持杭で構造物を支持することで、液状化による沈下や傾斜を防止する方法も知られている。

ところで、既存構造物の場合には、基礎直下の改良が困難であり、薬液注入工法など斜めボーリングで対応できる工法を採用したり、基礎に孔を空けてからロッドを地中に挿入し、高圧噴射攪拌工法で地盤を固めるなどの施工が行われている。
一方で、小規模の既存構造物の場合には、基礎の周囲に改良壁を設け、表層部を礫で置換する工法があり、基礎周囲のみを施工対象とすることで、施工費を低減することが行われている。

特開２０１１−１２７４１７号公報

しかしながら、上述した従来の液状化の被害を低減するための構造では、以下のような問題があった。
すなわち、既存の構造物基礎の直下を改良する場合には、施工費が高額となるうえ、高圧噴射攪拌工法において既存の構造物基礎に多数の孔を空ける必要があった。
また、基礎周囲に改良壁を設ける工法の場合には、基礎外周に施工機械を用いて施工できるだけの十分な作業スペースが確保できる場合に限定されるという問題があった。
さらに、地中に既設配管がある場合も多く、その箇所では高圧噴射攪拌工法などの配管に影響を与えない工法を行う必要があり、施工費が増大することから、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、簡単な施工法とすることで施工費の低減を図ることができるうえ、狭い施工スペースでの施工が可能となる構造物の液状化被害低減構造、および液状化被害低減方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る構造物の液状化被害低減構造では、液状化地盤に構築される構造物を対象とし、液状化地盤が液状化した際に構造物の被害を低減させるための構造であって、平面視で構造物の構造物基礎の外周側のみに礫を敷設することにより形成され液状化地盤よりも透水係数が大きい排水機能を有する礫層部を設け、礫層部に構造物基礎の外周部分が接続されていることを特徴としている。

また、本発明に係る構造物の液状化被害低減方法では、液状化地盤に構築される構造物を対象とし、液状化地盤が液状化した際に構造物の被害を低減させるための液状化被害低減方法であって、平面視で構造物の構造物基礎の外周側のみを掘削して礫を敷設することにより、液状化地盤よりも透水係数が大きい排水機能を有する礫層部を設ける工程と、礫層部に構造物基礎の外周部分を接続させる工程と、を有することを特徴としている。

本発明では、構造物基礎の外周側のみに礫層部を設け、その礫層部に構造物基礎の外周部分を接続させるという表層部分での作業のみとする簡単な施工により、少なくとも構造物基礎の周囲においては礫層部直下の原地盤である液状化地盤に液状化が生じた場合に砂の流動や噴砂が生じることを有効に防止することができる。
つまり、礫層部が排水層の機能を有し、地震により液状化地盤内に生じた過剰間隙水を礫層部により集水するとともに、さらにその水が礫層部内を通じて地上に排水される。そして、液状化地盤内において、液状化に伴って生じる過剰間隙水圧を抑制することができ、砂の流動や噴砂を抑えることができる。これにより、構造物に傾斜や沈下が生じることや周辺地盤との間に大きな不陸が生じることを抑制し得て液状化被害を有効に低減させることが可能である。このように、地震時の液状化層において過剰間隙水圧比が１に達した後にせん断変形により剛性が回復する状態（これを「ポスト液状化状態」という）を保持して安定した変形挙動をするように制御することが可能となる。そのため、構造物基礎の周りの液状化を早期に収束させて地盤を安定させることで、構造物直下の地盤に液状化が生じても、その上の構造物に生じる傾斜を軽減することが可能である。

また、本発明では、構造物の直下の地盤に対する作業を少なくすることができ、また礫層部が表層付近のみの施工となり、礫層部を液状化地盤の深部に至るように形成する必要もなく、単に礫層部を設ける領域の掘削と、その掘削箇所に礫材を充填して敷設する作業となる。そのため、小型の機械や人力によって施工が可能であり、従来の地盤改良工法のように大型の施工機械を設置する必要がなく、狭隘地であっても対応することができる。したがって、戸建て住宅等の小規模構造物に適用するものとして好適であるし、特に直下に対する作業が困難である既存構造物に対する液状化対策として最適である。

さらに、本発明が礫材を敷設することによる施工方法となることから、地盤中に既設の配管がある場合であっても、従来のような高圧噴射攪拌工法等のコストのかかる工法を採用せずに、既設配管に影響を与えることなく施工が可能となる利点を有している。
さらにまた、本発明は、液状化を防止する工法ではなく、構造物が周辺地盤とともに沈下するため、周辺地盤との間に生じる段差が小さくなる。そのため、地盤中に既設の配管があっても、液状化を完全に防止した場合に比べて地中の既設配管への影響を小さく抑えることができる。

また、本発明に係る構造物の液状化被害低減構造では、構造物基礎の外周部分は、構造物基礎の外周部に対して一体的に設けられる拡幅部であってもよい。

また、本発明に係る構造物の液状化被害低減方法では、構造物基礎の外周部に拡幅部を一体的に設け、拡幅部を礫層部に接続するようにしてもよい。

この場合には、既存の構造物基礎に対して拡幅部を後施工により設けることができ、その拡幅部を礫層部に接続する構造となる。そのため、既存の構造物基礎の直下に礫層部を設けるといった困難な施工が不要となることから、施工費の増大を抑えることができる。

また、本発明に係る構造物の液状化被害低減構造では、拡幅部には、水平方向で構造物基礎から離れる方向の拡幅距離を部分的に大きくした突状部が形成される構成としてもよい。

この場合には、突状部と礫層部とを嵌合状態で形成することができるので、平面視で突状部が拡大する方向（構造物基礎から離れる方向）に対して直交する方向側への構造物の傾斜を抑制する効果を高めることができる。そのため、例えば既存構造物に近接して他の構造物が設けられ、その他の構造物側に礫層部を設けることが困難な場合には、その他の構造物側でない側の拡幅部に突状部を形成することで、他の構造物側への構造物の傾斜を抑えることができる。

また、本発明に係る構造物の液状化被害低減構造では、拡幅部は、平面視で構造物基礎に沿って部分的に配置される構成とすることも可能である。

この場合には、拡幅部の施工面積を小さくすることが可能となるので、施工費を低減することができる。

また、本発明に係る構造物の液状化被害低減構造では、構造物基礎の外周部分は、構造物基礎の外周部から外方に向けて突出し、且つ構造物基礎に一体的に固定された張出し部とすることもできる。

また、本発明に係る構造物の液状化被害低減方法では、構造物基礎の外周部から外方に向けて突出する張出し部を設け、張出し部を礫層部に接続するようにしてもよい。

この場合には、既存の構造物基礎に対して張出し部を後施工により設けることができ、その張出し部を礫層部の接続する構造となる。そのため、既存の構造物基礎の直下に礫層部を設けるといった困難な施工が不要となることから、施工費の増大を抑えることができる。しかも、構造物基礎を拡大する場合に比べて、地表面に沿う部分にのみ張出し部を設ければよい構成となり、施工にかかる手間や時間を低減することができる。

また、本発明に係る構造物の液状化被害低減構造では、張出し部は、平面視で構造物基礎に沿って部分的に配置されている構成としてもよい。

この場合には、張出し部の施工面積を小さくすることが可能となるので、施工費を低減することができる。

また、本発明に係る構造物の液状化被害低減構造では、礫層部に連通するとともに、礫層部から鉛直方向で下方に延びる透水性を有する鉛直ドレーンが設けられている構成とすることができる。

この場合には、地震により液状化地盤内に生じた過剰間隙水を鉛直ドレーンにより集水し、さらにその水が鉛直ドレーンから礫層部にくみ上げられ、礫層部内を通じて地上に排水される。そのため、例えば構造物基礎の底面位置の深さよりもさらに深い位置の掘削が難しい場合にも、所定の深さまで礫層部と同様の排水機能を鉛直ドレーンにもたせることができる。
また、鉛直ドレーンを打設する場合にも、既設の配管を避けて施工することが可能であり、その既設配管に影響を与えるのを防止することができる。

本発明の構造物の液状化被害低減構造、および液状化被害低減方法によれば、構造物基礎を表層部分に設けた礫層部に接続するといった簡単な施工法とすることで、施工費の低減を図ることができるうえ、狭い施工スペースでの施工が可能となる効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態による液状化被害低減構造を示す縦断面図である。 図１に示す液状化被害低減構造の平面図である。 本実施の形態の原理を説明するための図である。 第２の実施の形態による液状化被害低減構造を示す平面図である。 第２の実施の形態の変形例による液状化被害低減構造を示す平面図である。 第３の実施の形態による液状化被害低減構造を示す平面図である。 第４の実施の形態による液状化被害低減構造を示す平面図である。 第５の実施の形態による液状化被害低減構造を示す縦断面図である。 図８に示す液状化被害低減構造の平面図である。 第６の実施の形態による液状化被害低減構造を示す縦断面図である。 第７の実施の形態による液状化被害低減構造を示す縦断面図である。 第１実施例による実験模型を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。 第１実施例の実験結果であって、地震後経過時間と基礎傾斜造分の関係を示す図である。 第２実施例の実験結果であって、地震後経過時間と基礎傾斜造分の関係を示す図である。 第３実施例の実験結果であって、地震後経過時間と基礎傾斜造分の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態による構造物の液状化被害低減構造、および液状化被害低減方法について、図面に基づいて説明する。

（第１の実施の形態）
図１および図２に示すように、本第１の実施の形態による構造物の液状化被害低減構造１は、原地盤が液状化地盤Ｇである敷地に構築される既存の構造物２（例えば、戸建の住宅等）を対象として、その直下の原地盤に対する作業を必要とせずに液状化被害を低減する場合に適用される一例である。構造物２には平面形状で構造物２よりも一回り大きな構造物基礎２１が液状化地盤Ｇ中に設けられ、構造物２および構造物基礎２１はそれぞれ平面視で矩形状をなしている。

具体的に液状化被害低減構造１は、構造物基礎２１の外周側に全周にわたって礫を敷設することにより形成され液状化地盤Ｇよりも透水係数が大きい排水機能を有する礫層部３を設け、この礫層部３に構造物基礎２１の外周部分（後述する拡幅部２２）が載置するようにして接続されて構成されている。構造物基礎２１の外周部２１ａには、構造物基礎２から外方に向けて延設された拡幅部２２が一体的に設けられている。

礫層部３は、構造物２の周囲を所定深さで掘削した箇所に、例えば天然の礫材（砂利）を敷き詰めて埋め戻すことにより造成される。このとき、地表面まで敷き詰めず、拡幅部２２を設ける領域をあけた状態で形成しておく。礫層部３の深度は、例えば基礎下から３０ｃｍ〜１ｍ程度とされる。なお、礫材として、同等の透水性能が得られるものであれば砕石や各種の人工透水性材料も採用可能である。また、礫層部３は、礫が詰った土嚢を敷き詰めるようにしてもよい。

この礫層部３は、表層部分に設けられ、構造物２の下方の液状化地盤Ｇにおいて液状化が生じた際に過剰間隙水を地表に効率的に排水して地表への噴砂が生じることを防止するためのものである。そのため、この礫層部３の透水係数は原地盤である液状化地盤Ｇよりも大きくする必要があり、例えば液状化地盤Ｇよりも２桁（１００倍）程度以上大きくすることが好ましい。

なお、礫層部３は地震時に破断することなく変形し得るような柔軟性を有するように非固結状態で形成することが好ましい。つまり、礫層部３を固結状態で硬直な状態で形成した場合には地震時に礫層部３が破断してしまってそこに隙間が生じたり、あるいは礫層部３全体が構造物２に対して相対変位を生じてそれらの間に隙間が生じる余地があり、その場合には隙間から噴砂が生じてしまう。これに対し、礫層部３を非固結状態で形成して地震時における変形を吸収可能な程度の柔軟性を有するものとすることにより、礫層部３が破断したり隙間が生じることを防止でき、その隙間から噴砂が生じることを有効に防止することが可能である。

また、礫層部３は、目詰まりを防止するために、例えば下から５ｃｍ程度上までの範囲には礫径の小さな礫を敷き詰めるようにしてもよい。なお、礫径は、ディープウェルのフィルター材の設計などに基づいて適宜な寸法に設定することができる。
さらに、礫層部３と原地盤（液状化地盤Ｇ）との間にフィルターとなるジオテキスタイルを介在させることで、礫層部３の目詰まりを防ぐとともに、透水性を維持するようにしてもよい。

図１に示すように、構造物基礎２１を拡大させた拡幅部２２は、鉄筋コンクリート造で形成され、既存の構造物基礎２１の側面（外周部２１ａ）に対してアンカーボルト等の連結材２３を介して一体的に設けられている。この拡幅部２２は、敷設される礫層部３の幅方向Ｘの内側に位置するように配置されている。そして、拡幅部２２が礫層部３の地表面側の部分にかかるように配置され、拡幅部２２の側面２２ａ及び底面２２ｂが礫層部３に対して隙間なく接触した状態となっている。すなわち、拡幅部２２の側面２２ａ側に位置する上部礫層部３Ａは、その下方の下部礫層部３Ｂに対して上下方向に連通している。
なお、拡幅部２２は、礫層部３の施工後に構造物基礎２１の外周部２１ａに施工してもよいし、先に構造物基礎２１に一体的に設けた後に礫層部３を施工する工程としてもよい。

次に、上述した構成の液状化被害低減構造１の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１および２に示すように、液状化被害低減構造１は、構造物基礎２１の外周側に礫層部３を設け、その礫層部３に構造物基礎２１の拡幅部２２を接続させるという表層部分のみとする簡単な施工により、少なくとも構造物基礎２１の周囲においては礫層部３の直下の原地盤である液状化地盤Ｇに液状化が生じた場合に、砂の流動や噴砂が生じることを有効に防止することができる。
つまり、礫層部３が排水層の機能を有し、地震により液状化地盤Ｇ内に生じた過剰間隙水を礫層部３により集水するとともに、さらにその水が礫層部３内を通じて地上に排水される。そして、液状化地盤Ｇ内において、液状化に伴って生じる過剰間隙水圧を抑制することができ、砂の流動や噴砂を抑えることができる。これにより、構造物２に傾斜や沈下が生じることや周辺地盤との間に大きな不陸が生じることを抑制し得て液状化被害を有効に低減させることが可能である。

このように、地震時の液状化地盤Ｇにおいて過剰間隙水圧比が１に達した後にせん断変形により剛性が回復する状態（これを「ポスト液状化状態」という）を保持して安定した変形挙動をするように制御することが可能となる。そのため、構造物基礎２１の周りの液状化を早期に収束させて地盤を安定させることで、構造物２の直下の地盤に液状化が生じても、その上の構造物２に生じる傾斜を軽減することが可能である。

ここで、通常の液状化に対する設計手法では、地盤の過剰間隙水圧比が１に達した状態を完全に液状化した状態（液体になった状態）として、これ以降の状態を考えることはないが、ポスト液状化状態を呈することに着目し、そのポスト液状化状態を安定に継続させることで構造物２に対する支持力を維持し確保するという設計思想に基づいている。
すなわち、図３に示すように、ポスト液状化状態に達した地盤に対して排水することなくさらにせん断力を作用し続けると、非可逆の塑性体積ひずみ（圧縮側）にダイレクタンシーによる可逆的な塑性体積ひずみ（膨張側）が追いつけず、地盤が完全な液体状態なる。この状態が噴砂や構造物の不同沈下が生じる地盤の破壊に達した状態である。
一方、適切に排水しながら上記のせん断力を作用させると、非可逆の塑性体積ひずみ圧縮側）と可逆的な塑性体積ひずみ（膨張側）が常に釣り合い、ポスト液状化状態が安定に継続するから、本実施の形態はそのような安定なポスト液状化状態を保持することで構造物の支持力を確保するという技術思想に基づき、構造物の沈下や傾斜といった液状化被害を低減するものである。
なお、本実施の形態の有効性については、本出願人が先に特願２０１２−１８４９５により記載した解析実験に基づいて確認することができる。

また、図１および図２に示すように、本実施の形態の液状化被害低減構造１では、構造物２の直下の地盤に対する作業を少なくすることができ、また礫層部３が表層付近のみの施工となり、礫層部３を液状化地盤Ｇの深部に至るように形成する必要もなく、単に礫層部３を設ける領域の掘削と、その掘削箇所に礫材を充填して敷設する作業となる。そのため、小型の機械や人力によって施工が可能であり、従来の地盤改良工法のように大型の施工機械を設置する必要がなく、狭隘地であっても対応することができる。したがって、戸建て住宅等の小規模構造物に適用するものとして好適であるし、特に直下に対する作業が困難である既存構造物に対する液状化対策として最適である。

さらに、礫材を敷設することによる施工方法となることから、地盤中に既設の配管がある場合であっても、従来のような高圧噴射攪拌工法等のコストのかかる工法を採用せずに、既設配管に影響を与えることなく施工が可能となる利点を有している。
さらにまた、本実施の形態の液状化被害低減構造１は、液状化を防止する工法ではなく、構造物２が周辺地盤とともに沈下するため、周辺地盤との間に生じる段差が小さくなる。そのため、地盤中に既設の配管があっても、液状化を完全に防止した場合に比べて地中の既設配管への影響を小さく抑えることができる。

また、既存の構造物基礎２１に対して拡幅部２２を後施工により設けることができ、その拡幅部２２を礫層部３に接続する構造となる。そのため、既存の構造物基礎２１の直下に礫層部３を設けるといった困難な施工が不要となることから、施工費の増大を抑えることができる。

上述のように本第１の実施の形態による構造物の液状化被害低減構造、および液状化被害低減方法では、構造物基礎２１を表層部分に設けた礫層部３に接続するといった簡単な施工法とすることで、施工費の低減を図ることができるうえ、狭い施工スペースでの施工が可能となる効果を奏する。

次に、本発明の構造物の液状化被害低減構造、および液状化被害低減方法による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。

（第２の実施の形態）
図４に示すように、第２の実施の形態による液状化被害低減構造１Ａは、構造物基礎２１の外周全てにわたって拡幅部２２を設ける必要はなく、平面視で矩形状の既存の構造物２に対して対向する２方向のみに拡幅部２２と礫層部３が設けられた構成となっている。すなわち、構造物基礎２１における礫層部３を設けない他の対向する２方向には、近接構造物４が建築されている。
また、図５に示す液状化被害低減構造１Ｂは、平面視で矩形状の既存の構造物２に対して３方向に拡幅部２２と礫層部３が設けられた構成となっている。この場合も、構造物基礎２１における礫層部３を設けない他の１方向には、近接構造物４が建築されている。

このように、液状化被害低減構造は、構造物２の外周全体にわたって礫層部３を設ける必要はない。そのため、液状化被害を低減する構造物２の周囲の一部に近接構造物４が設けられている場合であっても、本実施の形態の液状化被害低減構造を適用することが可能である。

（第３の実施の形態）
次に、図６に示すように、第３の実施の形態による液状化被害低減構造１Ｃでは、上述した第２の実施の形態による２方向に礫層部３を設ける液状化被害低減構造１Ａ（図４参照）の拡幅部２２において、水平方向で構造物基礎２１から離れる方向（矢印Ｅ方向）の拡幅距離を部分的に大きくした突状部２４を形成させた構成となっている。
この場合には、突状部２４と礫層部３とが嵌合した状態で設けられるので、平面視で突状部２４が拡大する方向Ｅに直交する方向Ｆ側への構造物２の傾斜を抑制する効果を高めることができる。そのため、本実施の形態のように、既存の構造物２に近接して他の構造物（近接構造物４）が設けられ、その近接構造物４側に礫層部３を設けることが困難な場合には、その近接構造物４側でない側の拡幅部２２に突状部２４を形成することで、近接構造物４側への構造物２の傾斜を抑えることができる。

（第４の実施の形態）
次に、図７に示すように、第４の実施の形態による液状化被害低減構造１Ｄでは、ブロック状の複数の拡幅部２２Ａが平面視で構造物基礎２１の外周部２１ａに沿って間隔をあけて部分的に配置され、拡幅部２２Ａを囲う部分のみに礫層部３を設けた構成となっている。
この場合には、拡幅部２２Ａの施工面積を小さくすることが可能となるので、施工費を低減することができる。

（第５の実施の形態）
また、図８および図９に示すように、第５の実施の形態による液状化被害低減構造１Ｅでは、礫層部３に連通するとともに、液状化地盤Ｇ内で礫層部３から鉛直方向で下方に延びる透水性を有する複数の鉛直ドレーン５が構造物基礎２１の外周部２１ａに沿う方向に所定間隔をあけて設けられた構成となっている。ここで、本実施の形態の礫層部３の深度は、構造物基礎２１よりも浅い位置となっている。鉛直ドレーン５は、礫層部３と同様の砂利や砂礫などの透水性を有する材料が用いられるが、鉛直ドレーン５よりもさらに透水性の高い材料によって構成されていてもよい。

本第５の実施の形態では、地震により液状化地盤Ｇ内に生じた過剰間隙水を複数の鉛直ドレーン５により集水し、さらにその水が鉛直ドレーン５から礫層部３にくみ上げられ、礫層部３内を通じて地上に排水することが可能になる。そのため、本実施の形態のように、構造物基礎２１の底面位置の深さよりもさらに深い位置の掘削が難しい場合にも、所定の深さまで礫層部３と同様の排水機能を鉛直ドレーン５にもたせることができる。
また、鉛直ドレーン５を打設する場合にも、既設の配管を避けて施工することが可能であり、その既設配管に影響を与えるのを防止することができる。

（第６の実施の形態）
次に、図１０に示すように、第６の実施の形態による液状化被害低減構造１Ｆは、上述した拡幅部２２に代えて、構造物基礎２１の外周部２１ａから外方に向けて突出し、且つ構造物基礎２１に対して一体的に固定された板状の張出し部２５を設けた構成としたものである。張出し部２５は、構造物２の外周全周にわたって配置され、構造物２側の部分２５ａが構造物基礎２１の上縁部に対して例えばアンカーボルトなどの固定治具２６によって固定され、面方向をほぼ地表面に沿うように、且つ礫層部３の上端の内側部分を覆うようにして配置され、礫層部３に接続されている。ここで、張出し部２５は、必ずしも構造物基礎２１と同じ厚さ寸法、剛性とすることに限定されることはない。また、張出し部２５は、本実施の形態では板状としているが、板状であることに制限されることはなく、例えばＬ形鋼やチャンネル材などの鋼材を構造物基礎２１の外周部２１ａから外方に向けて突出させるものとすることも可能である。

この場合には、既存の構造物基礎２１に対して張出し部２５を後施工により設けることができ、その張出し部２５を礫層部３に接続する構造となる。そのため、既存の構造物基礎２１の直下に礫層部３を設けるといった困難な施工が不要となることから、施工費の増大を抑えることができる。しかも、構造物基礎２１を拡大する場合に比べて、地表面に沿う部分にのみ張出し部２５を設ければよい構成となり、施工にかかる手間や時間を低減することができる。
なお、前記張出し部２５は、平面視で構造物基礎２１に沿って部分的に配置されていてもよい。この場合には、張出し部２５の施工面積を小さくすることが可能となるので、施工費を低減することができる。

（第７の実施の形態）
また、図１１に示すように、第７の実施の形態による液状化被害低減構造１Ｇは、構造物基礎２１に上述したような拡幅部２２や張出し部２５を設けずに、構造物基礎２１の外周部分の下を掘削し、礫層部３を敷設するようにした構成となっている。この場合、構造物基礎２１がある程度大きく、剛性も十分な場合に適用することができる。

次に、上述した実施の形態による構造物の液状化被害低減構造、および液状化被害低減方法の効果を裏付けるための実施例について、以下説明する。

（第１実施例）
第１実施例は、上述した第１の実施の形態と同様の液状化被害低減構造の模型と無対策の模型を使用して実験を行い、その効果を確認したものである。
図１２（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す液状化被害低減構造１Ａと同様の構成をなす実験モデル図（実験模型１００）である。すなわち、実験模型１００は、構造物基礎に相当する構造物１０１の外周側に全周にわたって礫を敷設することにより形成され液状化層１０２よりも透水係数が大きい排水機能を有する礫層部１０３を設け、この礫層部１０３に構造物１０１の外周部分（拡幅部１０４）が載置するようにして接続されて構成されている。構造物１０１の外周部には、構造物１０１から外方に向けて延設された拡幅部１０４が一体的に設けられている。

図１２（ｂ）に示す実験模型１００は、土槽内寸法で８００ｍｍ×４７０ｍｍ×３７０ｍｍのせん断土層を用いている。地盤は、土槽底部に非液状化層１０５である相対密度９０％以上の３号珪砂層を厚さ５０ｍｍ設け、その上に液状化層１０２として７号珪砂にカオリン粘土を乾燥重量比９５：５で混合したものを空中落下法により相対密度３５％、厚さ２４０ｍｍで作成した。間隙流体は、３０ｃｓのシリコンオイルを用い、地下水位は地表面とした。
構造物１０１は、平面が８０ｍｍ角で荷重が偏心しているベース厚さが１２ｍｍのアルミ製の構造物とし、平均接地圧を３４ｋＮ／ｍ^２としている。拡幅部１０４は、長さ８０ｍｍ、幅１７ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアルミ材をボルトにより構造物１０１のベースに固定している。
排水層となる礫層部１０３は、３号珪砂を使用し、幅３３ｍｍで、相対密度が９０％以上となるように作成した。

実験は、遠心加速度３０ｇ下で行うものとし、構造物１０１の偏心荷重が大きいため、遠心載荷時に構造物１０１が傾斜しないようにカウンターウエイトにより偏心がない状態で遠心載荷を行う、一旦、遠心加速度を除荷してカウンターウエイトを外し、再度遠心載荷を行って加振実験を実施した。そして、加振開始時には、構造物１０１の直下の地盤は、過圧密状態にある。入力波は、実換算で最大加速度３００ｃｍ／ｓ^２の２Ｈｚ正弦波を用い、漸増１００波、定常６０波、漸減５波で加振時間は８２．５秒とした。

図１３は、横軸に地震後経過時間（分）、縦軸に基礎傾斜増分（ｒａｄ）とした本第１実施例の実験結果を示しており、液状化被害低減構造による基礎全方向の実験模型１００（第１対策Ｔ１）と無対策Ｔ０との場合において、地震後の傾斜増分（ｒａｄ）を比較したものである。これによると、無対策の場合には、地震後に徐々に傾斜が増加し、最終的には３０°もの残留傾斜が生じている。一方、第１対策Ｔ１の場合（すなわち、液状化被害低減対策を施した場合）には、傾斜の増加がほとんど無い結果となっている。

（第２実施例）
第２実施例は、上述した第２の実施の形態と同様の液状化被害低減構造の模型を使用して実験を行い、その効果を確認したものである。すなわち、図１２に示す上記第１実施例の実験模型１００は構造物１０１の外周側に全周にわたって拡幅部１０４と礫層部１０３を設けているが、本第２実施例では構造物１０１に対して対向する２方向のみに拡幅部１０４と礫層部１０３を設けた実験模型（２方向対策）を使用し、第１実施例と同様の条件で実験を行い、その効果を確認した。ここで、２方向対策に設けられる液状化被害低減構造として、荷重偏心方向２方向のみに対策したもの（第２対策Ｔ２）と、荷重偏心方向に直交する方向の２方向のみに対策したもの（第３対策Ｔ３）とを実験した。

図１４は、本第２実施例の実験結果を示しており、液状化被害低減構造による実験模型（第２対策Ｔ２、第３対策Ｔ３）、上記第１実施例の全方向対策による第１対策Ｔ１、無対策Ｔ０の場合において、地震後の傾斜増分（ｒａｄ）を比較したものである。これによると、全方向対策（第１対策Ｔ１）の場合が最も傾斜の変動が小さいことを確認することができ、また第２対策Ｔ２及び第３対策Ｔ３の２方向のみの場合でも１／１５００程度と小さな傾斜増分となることを確認することができる。このことから、液状化被害低減構造は、必ずしも全方向に設けられていることに限定されず、２方向対策でも全方向対策と同様の効果を得ることができる。

（第３実施例）
第３実施例は、上述した第５の実施の形態に相当する液状化被害低減構造の模型（図示省略）を使用して実験を行い、その効果を確認したものである。具体的に第３実施例の実験で使用する実験模型は、図１２（ｂ）に示す礫層部１０３に連通するとともに、液状化層１０２内で礫層部１０３から鉛直方向で下方に延びる透水性を有する複数の鉛直ドレーン（図示省略）が構造物１０１の外周部に沿う方向に所定間隔をあけて設けられており、全周ではなく上記第２実施例と同様に２方向対策としたもの（第４対策Ｔ４）である。鉛直ドレーンは、基礎（構造物１０１）の前後面（偏心荷重により荷重が大きい側を前面とする）の２方向対策のそれぞれに外径３３０ｍｍ（実換算）を３本ずつ配置し、ドレーン先端は、構造物１０１の底面から１．２ｍ（実換算）とした。また、鉛直ドレーンは、３号珪砂を使用している。
このような実験模型を使用し、第１実施例と同様の条件で実験を行い、その効果を確認した。

図１５は、本第３実施例の実験結果を示しており、液状化被害低減構造による実験模型（第４対策Ｔ４）、鉛直ドレーンを設けない構造（すなわち、上記第２実施例の２方向対策による第２対策Ｔ２）、及び無対策Ｔ０の場合において、地震後の傾斜増分（ｒａｄ）を比較したものである。これによると、鉛直ドレーンを設ける第４対策Ｔ４でも傾斜増分の変動が小さいことを確認することができることから、液状化被害低減効果が得られることを確認することができる。

以上、本発明による構造物の液状化被害低減構造、および液状化被害低減方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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、本実施の形態の礫層部３の層厚、深さ、鉛直ドレーン５の深さ方向の長さ、構造物基礎２１の拡幅量（拡幅部２２の面積）などは、構造物２の大きさ、重さ、地盤条件などを考慮して適宜設定される。例えば、礫層部３の敷設面積や鉛直ドレーンの設計については、本出願人が先に特願２０１１−１６６５３１により記載した方法などを用いることができる。

また、本発明の液状化被害低減構造では、上述した実施の形態の液状化被害低減構造の各構成要素（拡幅部２２、２２Ａ、突状部２４、張出し部２５、鉛直ドレーン５など）を適宜組み合わせることも可能である。例えば、上述した図４に示す第２の実施の形態による構造物基礎２１の対向する２方向にそれぞれ拡幅部２２が設けられ、拡幅部２２が設けられない構造物基礎２１の他の２方向には図７に示す第４の実施の形態に記載したブロック状の拡幅部２２Ａを設けるような構成とすることも可能である。また、第１の実施の形態の礫層部３の一部（例えば構造物基礎２１の一辺部分に設けられる礫層部３のみに、図８に示す鉛直ドレーン５を設ける構成としてもよい。

なお、本発明は上述したように小規模構造物や既存構造物に適用することが好適ではあるが、それに限るものではなく、規模を問わず各種の構造物に広く適用できるものであるし、既存構造物に限らず新築構造物に対しても適用可能であることはいうまでもない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１、１Ａ〜１Ｇ 液状化被害低減構造
２ 構造物
３ 礫層部
５ 鉛直ドレーン
２１ 構造物基礎
２２ 拡幅部
２４ 突状部
２５ 張出し部
Ｇ 液状化地盤

Claims (10)

1. 液状化地盤に構築される構造物を対象とし、前記液状化地盤が液状化した際に前記構造物の被害を低減させるための構造であって、
   平面視で前記構造物の構造物基礎の外周側のみに礫を敷設することにより形成され前記液状化地盤よりも透水係数が大きい排水機能を有する礫層部を設け、
   該礫層部に前記構造物基礎の外周部分が接続されていることを特徴とする液状化被害低減構造。
2. 前記構造物基礎の外周部分は、前記構造物基礎の外周部に対して一体的に設けられる拡幅部であることを特徴とする請求項１に記載の液状化被害低減構造。
3. 前記拡幅部には、水平方向で前記構造物基礎から離れる方向の拡幅距離を部分的に大きくした突状部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液状化被害低減構造。
4. 前記拡幅部は、平面視で前記構造物基礎に沿って部分的に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液状化被害低減構造。
5. 前記構造物基礎の外周部分は、前記構造物基礎の外周部から外方に向けて突出し、且つ前記構造物基礎に一体的に固定された張出し部であることを特徴とする請求項２に記載の液状化被害低減構造。
6. 前記張出し部は、平面視で前記構造物基礎に沿って部分的に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の液状化被害低減構造。
7. 前記礫層部に連通するとともに、前記礫層部から鉛直方向で下方に延びる透水性を有する鉛直ドレーンが設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液状化被害低減構造。
8. 液状化地盤に構築される構造物を対象とし、前記液状化地盤が液状化した際に前記構造物の被害を低減させるための液状化被害低減方法であって、
   平面視で前記構造物の構造物基礎の外周側のみを掘削して礫を敷設することにより、前記液状化地盤よりも透水係数が大きい排水機能を有する礫層部を設ける工程と、
   該礫層部に前記構造物基礎の外周部分を接続させる工程と、
   を有することを特徴とする液状化被害低減方法。
9. 前記構造物基礎の外周部に拡幅部を一体的に設け、該拡幅部を前記礫層部に接続するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の液状化被害低減方法。
10. 前記構造物基礎の外周部から外方に向けて突出する張出し部を設け、該張出し部を前記礫層部に接続するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の液状化被害低減方法。

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