JP2000282501A - 制振及び液状化防止のための固結地盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ５Ｈｚ未満の低振動数帯域の振動に対しても
制振効果を得る。 【解決手段】 基礎構造物の下方や周囲の地中、その内
部に、周辺地盤より高強度の固結地盤１を造成する地盤
固結工法で、固結地盤を構成する柱状の固結体２は隣り
合う固結体とＸ状に交差させて連結する。そして波動伝
播方向の改良範囲：Ｗ≧（１／２）λ、又はＷ≧地表面
から支持層までの距離、固結体の波動伝播方向間隔：ｄ
１≦（１／２）λかつｄ２≦（１／４）λ、改良の深さ
方向範囲：Ｈ≧（１／２〜１／３）λ、又は固結体が支
持層に達するまで、とする。但しλはレイリー波長であ
る。低振動数帯域の抑制効果が高く、地中深部からの振
動伝播に対する効果も高いことから、地表面加震源だけ
でなく、地震等による液状化対策、杭基礎構造物を加震
源とする振動源への適用など適用範囲が広い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばプレス機
等を設置した基礎構造物や鉄道構造物などの周辺の地表
面への振動伝播、及び振動の伝播による、基礎構造物に
設置された建物等の構造物の振動を抑制し、地盤の液状
化を防止するための固結地盤に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、機械振動や交通振動によって構造
物周辺への振動障害が多発しており、振動障害を防ぐ対
策が強く望まれている。とくに軟弱地盤上の杭基礎の場
合、振動が軟弱層内へ伝播されてその周辺の地表面への
影響が大きく、又表層地盤の卓越振動が誘発されること
もある。さらに軟弱地盤が地震や他の振動によって液状
化して、構造物に大きな被害を及ぼすことがあり、液状
化防止の対策も要望されている。

【０００３】振動障害を防止する一方法として、振動を
発する基礎構造物の周囲にトレンチを設ける場合があ
る。しかしこの方法では、完全なトレンチを保持するこ
とは実際には不可能なため、土留や支保部材を設置する
必要があるが、土留などによって制振効果が減少するう
え、トレンチ部分の土地利用ができなくなる欠点があ
る。

【０００４】又、剛性の高い地中鉛直壁を、振動を発す
る基礎構造物の周囲に設置する方法もある。しかしこの
方法も水道管などの地中埋設物への対策の必要や、コス
トが嵩むなどの欠点がある。

【０００５】本出願人は、上記従来方法の欠点を解消す
るため、発明の名称を「埋設平板ブロックによる制振方
法」として先に特許出願をし（特願平５−１７２３６
３）、特許された（特許第２８５０１８７号）。その特
徴は、「振動を発する又は振動を受ける基礎構造物の下
方の地中、或いは基礎構造物の周囲の地中に、周辺地盤
より剛性の高い平板ブロックを水平方向に設ける制振方
法に於いて、平板ブロックは、基礎構造物の基礎幅と同
程度以上の幅と、平板ブロックの幅の１／５程度以上の
厚みと、剪断波速度で周辺地盤の３〜５倍以上の剛性と
を有し、α・Ｖｓ／４ｆ（但しα＝０．５〜０．８、Ｖ
ｓは地盤の剪断波速度、ｆは振動数）の深さに設置され
る」ことにある。前記方法は、解析結果や試験結果か
ら、平板ブロックが鉛直壁に比べて制振効果が高いこと
が判明した。

【０００６】しかしながら前記方法では、高圧噴射攪拌
工法を使用する場合は、土被りが少ないため注入圧によ
り上部が乱れ、機械攪拌工法を使用する場合は、地表面
より攪拌を行うためやはり上部が乱れて、いずれの場合
も土被り部の乱れを生じる。その結果、地表沈下の発生
や、トラフィカビリティの確保が困難で作業性が悪い問
題が生じた。

【０００７】又、平板ブロックを一段のみ設置すると、
とくに軟弱層が深い場合、下層部に対する振動抑制効果
が少ない、即ち下層部の振動が大となって液状化が発生
するおそれがあった。

【０００８】前記欠点を解消するため本出願人は、発明
の名称を「制振及び液状化防止の地盤固結工法」として
特許出願をし（特願平６−２３０８０２）、既に特許さ
れている（特許第２７６４６９６号）。この発明は、
「振動を発する又は振動を受ける基礎構造物の下方或い
は周囲の地中若しくは内部に、地盤固結工法により周辺
地盤より高強度の固結地盤を造成し、固結地盤の上層の
土被り部を、固結地盤より低強度で改良する」ことに特
徴がある。

【０００９】この固結工法によると、土被り部を低強度
改良により制振効果を損なうことなく、地表面沈下の防
止とともにトラフィカビリティを確保でき、コスト減、
工期短縮を図ることができた。

【００１０】しかし前記固結工法は、改良容積比率をで
きるだけ小さくし、固結地盤を構成する各固結体、例え
ば柱状固結体は、互いに接することなく間隔をおいて造
成されていたので、地盤に振動が与えられると、各柱状
固結体がそれぞれ単独に振動する。そのため、コスト高
にはなるが改良率１００％の完全に連続した平板ブロッ
クに比べて、制振効果が劣るうえ、地盤支持力が弱く不
等沈下発生などの危険性があった。

【００１１】そこで、改良容積比率を小さくしたまま、
地盤に振動が与えられたとき，各柱状固結体が単独で振
動することを防止するとともに、地盤支持力を増大させ
て構造物や地盤の不等沈下を防止するため、次のような
発明をし「制振及び液状化防止のための地盤固結工法」
の名称で特許出願をした（特願平１０−１０００２
６）。

【００１２】その特徴は、「振動を発する又は振動を受
ける基礎構造物の下方の地中、或いは基礎構造物の周囲
の地中、若しくは基礎構造物の内部に、周辺地盤より高
強度の固結地盤を造成する地盤固結工法に於いて、固結
地盤を構成する個々の柱状の固結体は、隣合う固結体と
連結されて互いに連続している」ことにある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
「埋設平板ブロックによる制振方法」、「制振及び液状
化防止の地盤固結工法」では、５Ｈｚ未満の低振動数帯
域の振動に対する制振効果が低いという問題があった。
従って、地震、或いは交通振動などの人工振動源に対し
ても、低振動数帯で卓越する地盤などに於いては、制振
効果に問題が残っていた。

【００１４】この発明が解決しようとする課題は、「制
振及び液状化防止のための地盤固結工法」の利点を利用
しながら、５Ｈｚ未満の低振動数帯域の振動に対しも制
振効果を得ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の特徴を、図１
及び図２により説明する。振動を発する又は振動を受け
る基礎構造物の下方の地中、或いは基礎構造物の周囲の
地中、若しくは基礎構造物の内部に、周辺地盤より高強
度の固結地盤１を造成する地盤固結工法に於いて、固結
地盤１を構成する柱状の固結体２は隣り合う固結体とＸ
状に交差して連結されて連続させ、λをレイリー波長、
ｄ１を同軸方向に配置された隣同志の固結体の下端の間
隔、ｄ２を交差する固結体の上端の間隔とすると、 波動伝播方向の改良範囲：Ｗ≧（１／２）λ、又はＷ≧
地表面から支持層までの距離 固結体の波動伝播方向間隔：ｄ１≦（１／２）λかつｄ
２≦（１／４）λ 改良の深さ方向範囲：Ｈ≧（１／２〜１／３）λ、又は
固結体が支持層に達するまで とする。

【００１６】固結地盤１は、機械攪拌工法による地盤改
良によって形成でき、又は高圧噴射攪拌工法、薬液注入
工法によっても形成できる。高強度とは、固結強度が１
０Ｋｇｆ／ｃｍ^２以上をいい、剪断波速度で周辺地盤の
３〜５倍以上である。又低強度とは、固結強度が１０Ｋ
ｇｆ／ｃｍ^２以下で、周辺地盤強度と同程度をいう。

【００１７】地震時の地盤振動の評価方法として、基盤
入力動を想定する。又、杭基礎構造物の振動源に対して
は基盤からの波動伝播が想定されるが、地盤振動には表
層地盤の増幅特性が強く反映される。本発明は、固結体
をＸ状に配列することにより、水平方向の地盤振動を固
結体の軸方向抵抗で抑制するものである。

【００１８】なお、このように固結体をＸ状に配置した
場合、地盤振動が発生すると水平方向の地盤変位を生じ
るため、軸方向が一方向、例えば右下がりの固結体には
圧縮力が、別方向、例えば左下がりの固結体には引張力
が作用する。そして、その変位は往復運動を繰り返すた
め、それぞれの固結体には圧縮力、引張力が交互に作用
する。

【００１９】従って、圧縮力、引張力の何方に対しても
耐え得る剛性を確保することが好ましく、図３で示すよ
うに、固結体２には鋼棒等の剛性の高い心材２′を設置
して、圧縮力には固結体自体の剛性で、引張力を心材で
負担させる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図４は、支持層５に達するコンク
リート杭４に支持された高架橋基礎３に、この発明を実
施した場合を示す。水平載荷幅Ａは１２．００ｍ、高架
橋基礎３の下面の地表（ＧＬ）からの深さＢは２．５０
ｍ、コンクリート杭４の長さは１４．５ｍである。な
お、コンクリート杭４の太さは１０００ｍｍで、図示例
の場合１６本が用いられている。

【００２１】固結地盤１は、地上で機械攪拌工法により
造成され、隣り合う柱状の固結体２はＸ状に交差して連
結されて連続する。この固結体２の直径７００ｍｍで、
固結体の硬化前に、直径３２ｍｍの鋼棒が心材として中
心に挿入されて固結体に固着されている。なお、機械攪
拌工法に替えて木杭や既製コンクリート杭を利用するこ
とも可能である。

【００２２】波動伝播方向の改良範囲Ｗは３５．００
ｍ、固結体の波動伝播方向間隔は、ｄ１（同方向に配置
された隣同志の固結体の下端の間隔）が７．００ｍ、ｄ
２（交差する固結体の上端の間隔）が４．００ｍであ
る。又、改良の深さ方向範囲Ｈは９．００ｍである。そ
して固結体２の設置角度、即ち固結体２の波動伝播方向
設置角θ１は４５°である。なお、このθ１は図示例の
ように部分的地中深部加振源（杭基礎等）を対象とする
場合は、コンクリート杭４の下端部から、波動伝播方向
改良範囲である固結地盤１の中央（Ｗ／２＝１７．５０
ｍ）を結ぶ線と、水平線とがなす角を波動伝播方向設置
角度θ２と同じ角度４５°とする。又、図示しない地表
面加振源、或いは地震を対象とするものは４５°とす
る。

【００２３】図４は２．５Ｈｚの低振動数帯域を対象と
して、λ＝６０ｍとした場合の固結地盤を形成したもの
であるが、同一地盤内に高振動数帯域を対象とした固結
地盤をこれに組み合わせて広範囲の振動数帯域に対応す
ることも可能である。

【００２４】次に、図示例の場合に於ける制振効果を図
５ないし図７に示す。なお、図４中想像線で示す、埋設
平板ブロック６（前述の特許第第２８５０１８７号工法
参照）を比較のため設置した。この平板ブロック６は、
地表からの深さ１．５ｍ、長さ２２．０ｍ、厚み２．０
ｍのものである。

【００２５】図５、図６は水平載荷による水平変位応答
をあらわすもので、実線は地盤改良のない場合、鎖線は
平板ブロックを設置した場合、一点鎖線は固結体をＸ状
に設置した場合を、いずれも示す。図５で示す振動数ｆ
＝２．５Ｈｚでは、平板ブロックを設置した場合は、固
結地盤による地盤改良がない場合と殆ど同様で、制振効
果は得られない。しかし、固結体をＸ状に連結した場合
には、制振効果が顕著である。

【００２６】図６は振動数ｆ＝５．０Ｈｚの場合を示
す。この場合、平板ブロックでも振源からの距離が１５
ｍ程度までは制振効果が得られるが、固結体をＸ状に連
結した場合には、２０ｍ以上まで制振効果が得られる。

【００２７】図７は、固結体に心材を挿入した場合に於
ける地表面振幅の低減率を示す。図中太い実線ａと細い
実線ｂとは心材がある場合、太い鎖線ｃと細い鎖線ｄと
は心材のない場合をあらわす。又、太い実線ａと太い鎖
線ｃとは前記ｄ１が５．００ｍの場合を、細い実線ｂと
細い鎖線ｄとは前記ｄ１が７．００ｍの場合をそれぞれ
示す。概ね心材がある方が低減率が大きく、心材の効果
は明らかである。

【００２８】

【発明の効果】低振動数帯域の抑制効果が高く、地中深
部からの振動伝播に対する効果も高いことから、地表面
加振源だけでなく、地震などによる液状化対策や、杭基
礎構造物を加振源とする振動源への適用など適用範囲の
拡大が図られる。

【００２９】比較的粗に固結体を造成するため、工期は
短く、公費は安くてすむ。

【００３０】改良範囲の上部に構造物を構築する場合
は、地盤支持力の増大や不等沈下を防止できる。

【００３１】同一地盤内に於いて、低振動数帯域から高
振動数帯域を対象とした固結地盤を組み合わせることに
より、広振動数帯域の制振効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】固結体をＸ状に連結した側面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】心材を挿入した固結体の一部欠截側面図であ
る。

【図４】高架橋基礎に本発明を実施した場合の側面図で
ある。

【図５】図４で示す実施の形態で、振動数ｆ＝２．５Ｈ
ｚに於ける水平変位応答図である。

【図６】図４で示す実施の形態で、振動数ｆ＝５．０Ｈ
ｚに於ける水平変位応答図である。

【図７】図４で示す実施の形態で、固結体による地表面
振幅の低減率図である。

【符号の説明】

１ 固結地盤 ２ 固結体 ３ 高架橋基礎 ６ 平板ブロック

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年５月２８日（１９９９．５．２
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】波動伝播方向の改良範囲Ｗは３５．００
ｍ、固結体の波動伝播方向間隔は、ｄ１（同方向に配置
された隣同志の固結体の下端の間隔）が７．００ｍ、ｄ
２（交差する固結体の上端の間隔）が４．００ｍであ
る。又、改良の深さ方向範囲Ｈは９．００ｍである。そ
して固結体２の設置角度、即ち固結体２の波動伝播方向
設置角θ１は４５゜である。なお、このθ１は図示例の
ように部分的地中深部加振源（杭基礎等）を対象とする
場合は、コンクリート杭４の下端部から、波動伝播方向
改良範囲である固結地盤１の中央（Ｗ／２＝１７．５０
ｍ）を結ぶ線と、水平線とがなす角θ２と同じ角度４５
°とする。又、図示しない地表面加振源、或いは地震を
対象とするものは４５゜とする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成瀬 龍一郎 岡山県岡山市惣爪136番地の１ (72)発明者 橋本 光則 岡山県岡山市津島新野２丁目２番20号 Ｆターム(参考） 2D046 DA17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動を発する又は振動を受ける基礎構造
   物の下方の地中、或いは基礎構造物の周囲の地中、若し
   くは基礎構造物の内部に、周辺地盤より高強度の固結地
   盤を造成する地盤固結工法に於いて、固結地盤１を構成
   する柱状の固結体２は隣り合う固結体とＸ状に交差して
   連結されて連続させ、λをレイリー波長、ｄ１を同方向
   に配置された隣同志の固結体の下端の間隔、ｄ２を交差
   する固結体の上端の間隔とすると、 波動伝播方向の改良範囲：Ｗ≧（１／２）λ、又はＷ≧
   地表面から支持層までの距離 固結体の波動伝播方向間隔：ｄ１≦（１／２）λかつｄ
   ２≦（１／４）λ 改良の深さ方向範囲：Ｈ≧（１／２〜１／３）λ、又は
   固結体が支持層３に達するまでである制振及び液状化防
   止のための固結地盤。
2. 【請求項２】 固結体は、剛性の高い心材が設置されて
   いる請求項１の制振及び液状化防止のための固結地盤。