JP4466419B2 - ソイルセメント柱列壁 - Google Patents

Description

本発明は、ソイルセメント柱列壁に関し、特に、軟弱層の液状化を防止するためのソイルセメント柱列壁に関する。

水分を多く含む砂質の軟弱層は、地震などが起こると地震動の作用により液状化現象を起こすことがある。地盤の液状化が起こると、地盤が建物の荷重を負担することができなくなり、建物の沈下や倒壊を招いてしまう。

このため、軟弱層を含む地盤に建物を建てる際には、液状化対策を講じなければならない。このような液状化に対する対策としては、地盤改良を施す方法や地中連続壁で建物の地下部分の外周を囲う方法があげられる。しかし、地盤改良を施す方法では、建物の支持地盤を所定深さまで掘削し支持地盤を構成する土砂を入れ替えなければならず、手間とコストがかかり、また、地中連続壁を構築する方法も地盤の掘削とコンクリート打設のために多額の費用が必要となる。

そこで、安価な液状化対策方法として、例えば特許文献１には、建物の地下部分の外周に山留め壁として設けられるソイルセメント柱列壁の芯材として用いた鋼管を、継手を介して接続し、さらに、ソイルセメント柱列壁上部と建物を一体に設けることによる液状化対策方法が記載されている。
特公平８−９８６７号公報

しかし、この液状化対策方法は、ソイルセメント柱列壁の内外を隔離し、外部の間隙水圧の上昇が内部に伝わることを抑えるために、ソイルセメント柱列壁に埋設された鋼管を継手を用いて接続するのみであり、鋼管同士を一体に緊結したものではない。そのため、特許文献１記載のソイルセメント柱列壁では、ソイルセメント柱列壁内部の土砂を拘束するためには耐力が不十分であり、大きい地震などの場合に軟弱層に大きなせん断歪みが生じた場合は、ソイルセメント柱列壁を通して軟弱層にせん断歪みが伝達してしまい、液状化が生ずるおそれがある。

そこで、本実施形態の目的は、大地震などによる地盤の液状化を防止することが可能な十分な強度を持ち、安価に構築できるソイルセメント柱列壁を提供することとする。

本発明のソイルセメント柱列壁は、液状化を起こす可能性のある軟弱層を含んだ地盤の液状化を防止すべく建物を取り囲むように地中に設けられるソイルセメント柱列壁であって、前記軟弱層に相当する部分のソイルセメントのみ、他の部分に比べて強度の高い高強度ソイルセメントで構成されていることを特徴とする。

第１の発明のソイルセメント柱列壁において、少なくとも前記軟弱層に相当する部分に、横方向に並べた複数本の鉄骨と、これら鉄骨を壁面両側でお互いに連結する横方向に延びる鋼材とを備える芯部材をソイルセメント内に埋設するとよい。

上記のソイルセメント柱列壁によれば、液状化を生じる可能性がある軟弱層の周囲を高強度のソイルセメントで囲い、内部の軟弱層を構成する土砂を拘束することができる。このため、地震動などによる土砂のせん断歪みを抑え、軟弱層の液状化を抑止できる。また、ソイルセメント柱列壁を用いた方法は他の液状化対策方法と比べて安価であるため、施工にかかるコストを削減できる。

ここで、前記鋼材の他方の鋼材と対向する側の面にはスタッドが設けられていることが望ましい。また、前記鉄骨にスタッドが取り付けられてもよい。また、前記壁杭部は、前記ソイルセメント柱列壁に沿って適宜間隔をおいて複数設けられていることが望ましい。

上記のソイルセメント柱列壁によれば、液状化を防止する効果に加えて、建物の水平方向及び鉛直方向荷重を支持基盤に伝達することが可能であり、建物外周近傍の基礎杭として機能させることができる。これにより、建物外周近傍の基礎杭を省略することができ、基礎杭を造成するためにかかる工期及びコストを削減できる。

上記のソイルセメント柱列壁において、少なくとも前記軟弱層に相当する部分に、横方向に並べた複数本の鉄骨と、これら鉄骨を壁面両側でお互いに連結する横方向に延びる鋼材とを備える芯部材がソイルセメント内に埋設され、前記鋼材の他方の鋼材と対向する側の面、及び、前記鉄骨の壁内側の面には、前記軟弱層内に位置する領域を含めてスタッドが設けられていてもよい。

ソイルセメント柱列壁に囲まれた軟弱層を堅固に拘束することにより、軟弱地盤を構成する土砂に生じるせん断歪みを抑え、地盤の液状化を防止する。また、鉛直方向及び水平方向の支持力を向上させた壁杭部を設けることで、建物の外周近傍の基礎杭のとして機能させることができるので、基礎杭の本数を減らすことができ、基礎杭を造成するためにかかるコストや工期を削減することができる。

（第１実施形態）
以下、本実施形態の第１実施形態のソイルセメント柱列壁について図面に基づき説明する。図１は、本実施形態のソイルセメント柱列壁が液状化を起こす可能性を持つ地盤に設けられた様子を示す断面図である。図１に示すように、液状化を起こす可能性のある地盤３３は、表面付近の表土層３１と、表土層３１の下に形成された土砂等からなる軟弱層３０と、軟弱層３０の下に位置する比較的硬い層である支持層３２とを含むものである。

本実施形態のソイルセメント柱列壁は、このような軟弱層３０を含む地盤３３の液状化を防止するために設けられるものであり、以下のような構成を持つ。図２は、本実施形態のソイルセメント柱列壁１０の配置を示す図であり、図３は本実施形態のソイルセメント柱列壁の正面断面図である。図１〜図３に示すように、このソイルセメント柱列壁１０は、液状化を起こす可能性のある軟弱層３０を含め地盤３３に建てられる建物３４の外周を囲むように地中に配置されており、その下端は液状化を起こす可能性のある軟弱層３０より深くまで到達している。

ソイルセメント柱列壁１０は、ソイルセメント１１と、ソイルセメント１１内に埋設されているＨ型鋼１２とで構成される。ソイルセメント１１は普通強度のソイルセメント１７からなる部分と高強度ソイルセメント１５からなる部分とを含んでおり、軟弱層３０に相当する深さの部分が高強度ソイルセメント１５により構成され、それ以外の部分が普通強度のソイルセメント１７により構成されている。なお、高強度ソイルセメント１５は、普通強度のソイルセメント１７に比べて土砂１４に対するセメント量の割合を増加させることで形成され、４［Ｎ／ｍｍ^２］〜２０［Ｎ／ｍｍ^２］程度の強度を有するソイルセメントである。

また、ソイルセメント柱列壁１０は、適宜間隔をあけて杭心部材２３が埋設された壁杭部３６を備えている。図４は、壁杭部３６の詳細平面図である。同図に示すように、芯部材２３は、横方向に並べられた複数のＨ型鋼１２と、複数のＨ型鋼１２を互いに連結する鋼板２１と、鋼板２１の内側の面（他方の鋼板２１に対向する側の面）に取付けられたスタッド２２とを具備している。鋼板２１と複数のＨ型鋼１２とは、溶接又はボルト接合により一体に緊結されている。なお、スタッド２２はＨ型鋼１２の内側の面にも取付けてもよい。

通常のソイルセメント柱列壁は、地盤を掘削することで発生した土砂と掘削機の先端から噴出されたセメントミルクを混合攪拌してソイルセメントを形成し、このソイルセメントが硬化する前に鉄骨を挿入することにより構築される。本実施形態のソイルセメント柱列壁１０を構築する場合は、軟弱層３０に相当する部分の土砂１４を掘削しながら掘削した土砂１４とセメントミルク１６とを混合攪拌する際に、セメント量を増加させることで、軟弱層３０に相当する部分のソイルセメント１１を高強度ソイルセメント１５とする。また、後述する壁杭部先端に高強度ソイルセメント１５を用いる場合も同様に壁杭部下端においてセメント量を増加させればよい。

さらに、壁杭部に埋設される芯部材２３は、予め地上において、複数のＨ型鋼１２を鋼板２１により緊結し、Ｈ型鋼１２にスタッド２２を取付けた後、ソイルセメント１１に埋設すればよい。

このように、ソイルセメント柱列壁１０を用いれば、軟弱層３０にあたる深さに高強度ソイルセメント１５を配置することで、ソイルセメント柱列壁１０で囲まれた部分の土砂を堅固に拘束することができる。さらに、複数のＨ型鋼１２を水平方向に緊結することにより、複数のＨ型鋼１２が一体となって地震動による水平せん断力を負担するため、水平方向せん断力に対する耐力を増大することができる。このため、地震動による地盤３３のせん断歪みを減らし、液状化を防ぐことができる。ソイルセメント柱列壁１０は地中連続壁などに比べて、構築するために必要なコストを安く抑えることができる。さらに、このソイルセメント柱列壁１０は仮設物構造物である山留め壁としても兼用できるため、工期の短縮及びコストの削減が可能である。

なお、上記実施形態では、ソイルセメントとＨ型鋼が一体となるように鋼板にスタッドを設ける構成としたが、これに限らず、ソイルセメントとＨ型鋼が一体化される構成であればよい。

また、上記実施形態では軟弱層３０に相当する部分を高強度ソイルセメントで構成したが、これに代えて、あるいは、これに加えて、軟弱層３０に相当する部分のソイルセメント内の鉄骨を上記した芯部材２３と同様の構成（横方向に並べた複数本の鉄骨と、これら鉄骨を壁面両側でお互いに連結する横方向に延びる鋼材とを備える構成）としてもよい。このような構成によっても、鉄骨が一体に緊結されているため、水平方向せん断力に対する耐力が向上するため、上記実施形態と同様に液状化を防ぐことができる。

（第２実施形態）
上記の液状化を防止する効果に加えて、上記のソイルセメント柱列壁１０に基礎杭３５の機能を持たせることもできる。図５は、本発明の第２実施形態であるソイルセメント柱列壁１０及び基礎杭３５からなる基礎構造３７の断面図である。図５に示すように、本実施形態では、ソイルセメント柱列壁１０は適宜間隔をあけて壁杭部３６を備えている。壁杭部３６はソイルセメント１１とソイルセメント１１に埋設された芯部材２３とで構成されており壁杭部３６の下端は支持層まで到達している。壁杭部３６の下端付近のソイルセメント１１には高強度ソイルセメント１５が用いられている。なお、芯部材２３の構成は第１実施形態における芯部材２３の構成と同様である。

以上の構成により、次の効果が得られる。
第１実施形態と同様に、軟弱層３０を高強度ソイルセメント１５で包囲し、強固に拘束することで、地震動によるせん断歪みの発生を抑えることができ、液状化を防止することができる。

さらに、壁杭部３６は軟弱層３０の深さと支持層３２の深さにおいて高強度ソイルセメント１５を用いているため、軟弱層３０及び支持層３２により水平方向に支持され、これにより、壁杭部３６の座屈長さが短くなる。通常、座屈長さが短いほど座屈荷重は大きくなるため、壁杭部３６の鉛直方向荷重に対する耐力が向上する。また、壁杭部３６の芯材である芯部材２３は、複数のＨ型鋼１２を鋼板２１により緊結しているため、複数のＨ型鋼１２が一体となり荷重を負担し水平方向の剛性が増す。さらに、壁杭部３６の下端部を高強度ソイルセメント１５で構成し、支持層３２内に埋設する構成としたため、建物３４からソイルセメント柱列壁１０に伝達された水平方向及び鉛直方向荷重を支持層３２に確実に伝達することができる。このように、壁杭部３６は通常のソイルセメント柱列壁に比べて、水平方向及び鉛直方向の耐力が向上しているため、基礎の一部として用いることができる。

ソイルセメント柱列壁１０に基礎杭のとしての機能を持たせることができるので、基礎杭を省略することができる。図６（ａ）は、通常の基礎杭３５のみからなる基礎構造における基礎杭３５の配置を示す平面図であり、（ｂ）は本実施形態のソイルセメント柱列壁１０と基礎杭３５とからなる基礎構造３７における基礎杭の配置を示す平面図である。図６（ａ）に示すように、通常は、建物の外周及び通心の交点などに基礎杭３５を造成しなければならない。しかし、本実施形態の基礎構造３７によれば、建物３４の外周部近傍の基礎杭３５の代わりに壁杭部３６が基礎杭３５の負担していた荷重を負担するため、建物３４の外周近傍の基礎杭３５を省略することができる。これにより、基礎杭３５を造成するために必要な費用を削減でき、また、施工期間を短縮することができる。

なお、第１実施形態の場合と同様に、本実施形態においても、ソイルセメントとＨ型鋼が一体とするために、鋼板にスタッドを設ける構成としたが、これに限らず、ソイルセメントとＨ型鋼が一体化される構成であればよい。また、第１実施形態の場合と同様に、軟弱層３０に相当する部分を高強度ソイルセメントで構成することに代えて、あるいは、これに加えて、この部分の鉄骨を芯部材２３と同様の構成としてもよい。

液状化を起こす可能性を持つ地盤に設けられた本実施形態のソイルセメント柱列壁の断面図である。 本実施形態のソイルセメント柱列壁の配置を示す図である。 本実施形態のソイルセメント柱列壁の正面断面図である。 壁杭部に埋設された芯部材の詳細を示す図である。 液状化を防止する機能及び基礎杭としての機能を持たせたソイルセメント柱列壁の断面図である。 （ａ）は、通常の基礎杭のみからなる基礎構造における基礎杭の配置を示す平面図であり、（ｂ）は本実施形態のソイルセメント柱列壁と基礎杭とからなる基礎構造における基礎杭の配置を示す平面図である。

符号の説明

１０ ソイルセメント柱列壁
１１ ソイルセメント
１２ Ｈ型鋼
１３ セメント量が多いセメントミルク
１４ 土砂
１５ 高強度ソイルセメント
１６ セメントミルク
１７ 通常ソイルセメント
２１ 鋼板
２２ スタッド
２３ 芯部材
３０ 軟弱層
３１ 表土層
３２ 支持層
３３ 地盤
３４ 建物
３５ 基礎杭
３６ 壁杭部
３７ 基礎構造

Claims (5)

1. 液状化を起こす可能性のある軟弱層を含んだ地盤の液状化を防止すべく建物を取り囲むように地中に設けられるソイルセメント柱列壁であって、
   前記軟弱層に相当する部分のソイルセメントのみ、他の部分に比べて強度の高い高強度ソイルセメントで構成されていることを特徴とするソイルセメント柱列壁。
2. 請求項１記載のソイルセメント柱列壁において、
   少なくとも前記軟弱層に相当する部分に、横方向に並べた複数本の鉄骨と、これら鉄骨を壁面両側でお互いに連結する横方向に延びる鋼材とを備える芯部材をソイルセメント内に埋設してなることを特徴とするソイルセメント柱列壁。
3. 前記鋼材の他方の鋼材と対向する側の面にはスタッドが設けられていることを特徴とする請求項２記載のソイルセメント柱列壁。
4. 前記鉄骨にスタッドが取付けられていることを特徴とする請求項２又は３記載のソイルセメント柱列壁。
5. 請求項１記載のソイルセメント柱列壁であって、
   少なくとも前記軟弱層に相当する部分に、横方向に並べた複数本の鉄骨と、これら鉄骨を壁面両側でお互いに連結する横方向に延びる鋼材とを備える芯部材がソイルセメント内に埋設され、
   前記鋼材の他方の鋼材と対向する側の面、及び、前記鉄骨の壁内側の面には、前記軟弱層内に位置する領域を含めてスタッドが設けられていることを特徴とするソイルセメント柱列壁。