JP2000154551A - 構造物直下地盤の液状化対策装置及びその工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既設構造物の直下地盤に適用して液状化を有
効に防止することができかつ施工コストが安価な液状化
対策装置及びその工法を提供すること。 【解決手段】 構造物１のフーチング２に、その上面か
ら下面に抜ける貫通孔２２を設け、この貫通孔２２を介
して、フーチング２の上面からフーチング２の直下地盤
１１の液状化予測層４中へ、透水性の排水管１２を打設
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤の液状化対
策、特に、既設の構造物の直下地盤の液状化を防止する
構造物直下地盤の液状化対策装置及びその工法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に地盤の液状化現象とは、地震時に
地盤の間隙水圧が上昇すると共に、地盤が剪断変形して
地盤が流動化する現象を意味している。地下水で緩く飽
和していた砂層等の地盤が地震動によって激しくゆらさ
れた場合、砂の粒子のかみ合わせがはずれて砂の粒子が
浮遊した液体状態となり、間隙水圧が上昇する（過剰間
隙水圧）ことによって砂や水が地表に噴出し地表面が沈
下して、構造物に種々の被害が発生する。

【０００３】この液状化対策として、従来から様々な方
法が提案されている。これらを原理的に分類すると、地
盤が液状化しても構造物が安全なように設計する対策
（杭基礎工法等）と、地盤の液状化の発生を防止する対
策（地盤中に砂柱を形成して、過剰間隙水圧を消散させ
るグラベルドレ−ン工法等）とに大別される。液状化が
発生するのは、第１に砂質土であること、第２にゆるく
堆積していること、そして第３に水で飽和しているこ
と、の３つの条件がそろった場合であることから、上記
の３条件のうち１つ以上を取り除けば、地盤の液状化の
発生を防止できる、とするのが、後者のグラベルドレ−
ン工法等の考え方である。

【０００４】ところで、従来の液状化対策工法は、新た
に構造物を新設する際に施工するのであれば問題はない
が、このような液状化対策工法を既設構造物に適用しよ
うとすると、構造物直下の地盤を締め固めたり、あるい
は、地盤を置換することが非常に難しく、殆ど適用する
ことができない。

【０００５】そこで、図６及び図７に示すように、既設
構造物である高速道路の橋脚部分に関し、その構造物１
のフーチング（基礎）２の近傍に、鋼矢板８で囲まれ砕
石９等のドレ−ン材が充填された排水溝６を設け、この
排水溝６の中から、構造物１の基礎直下の地盤に、透水
性を有する排水管７を横方向に配設した液状化対策装置
が提案されている（特開平１０−６８１２１号公報）。
これによれば、地震時の間隙水圧のエネルギ−が透水性
を有する排水管７から排水溝６に吸収され、間隙水が排
水溝６の砕石９の空隙を伝って地表へ排水されるので、
過剰間隙水圧が消散され、フーチング２直下の地盤の液
状化を抑制することができる。なお、４は液状化し易い
地盤（液状化予測層）、５は不透水層（非液状化層）を
示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の液状化対策装置では、構造物の基礎近傍に、鋼
矢板で囲まれ砕石等のドレ−ン材が充填された排水溝を
設ける必要があり、また、この排水溝から、構造物の基
礎直下の地盤に、透水性を有する排水管を配設しなけら
ばならないため、装置が大がかりとならざるを得ない。
工費や工期の面からも、より簡易な液状化対策装置及び
工法の出現が望まれている。

【０００７】また、構造物の周囲に排水機能付きの鋼矢
板を打設して包囲し、地震時における地盤の側方変形を
鋼矢板群の拘束力で抑制すると共に、止水壁内の地下水
位を低下させて土粒子間の間隙水を一旦排除したうえ
で、あらためて地表から注水させることによって、気泡
を混在させた間隙水を土粒子間に満たすようにした液状
化対策装置も提案されている（特開平８−３９７５号公
報）。しかし、やはり装置が大がかりとなると共に、こ
のような構造の下では地盤沈下を生じるおそれがある。

【０００８】本発明の課題は、既設構造物の直下地盤に
適用して液状化を有効に防止することができ、且つ施工
コストが安価な液状化対策装置及びその工法を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は第１に、構造物のフーチングに、その上面から下面
に抜けるように設けた貫通孔と、この貫通孔からフーチ
ングの直下地盤に挿入され、フーチングの直下地盤の液
状化予測層からフーチングの上面に達するドレーンを形
成する透水性の排水管とを備えたことを特徴とする構造
物直下地盤の液状化対策装置である。

【００１０】上記の透水性を有する排水管を構造物のフ
ーチング直下の地盤に配した構成によれば、構造物直下
の地盤においても、地震時の間隙水圧のエネルギ−が透
水性を有する排水管に吸収され、間隙水が排水管を伝っ
て地表へ排水されるので、過剰間隙水圧が消散され、フ
ーチングの直下地盤の液状化を抑制することができる。

【００１１】本発明は第２に、第１の装置において、前
記透水性の排水管を構造物のフーチングの直下に設けら
れた栗石層に連通させ、該栗石層を構造物周囲の排水槽
に連通させたことを特徴とするものである。この特徴に
よれば、地震に伴う排水管からの過剰間隙水圧を、フー
チングの直下地盤全域にわたって連続的に設けられた栗
石層から全方位的に速やかに周囲の排水槽へと伝播し、
排水可能となるので、確実にフーチング直下の地盤の過
剰間隙水圧を消散する作用が得られ、地盤の液状化を抑
制することができる。更に、多少の砂や水が噴出しても
それが排水溝に導かれるため、フーチングの周囲が汚れ
ることがない。

【００１２】本発明は第３に、構造物のフーチングに、
その上面から下面に抜ける貫通孔を設け、この貫通孔を
介して、フーチングの上面からフーチングの直下地盤の
液状化予測層中へ透水性の排水管を配設することを特徴
とする構造物直下地盤の液状化対策工法である。

【００１３】上記の工法によれば、従来のように、構造
物の基礎近傍に鋼矢板で囲まれた領域を掘削して排水溝
を設け、そこから構造物直下の地盤に透水性の排水管を
横に配設し、鋼矢板で囲まれた排水溝内に砕石等のドレ
−ン材を充填する工法に較べ、より簡易に施工すること
ができる。また、透水性を有する排水管を構造物のフー
チング直下の地盤に配設するので、構造物直下の地盤に
おいても、地震時の間隙水圧のエネルギ−が透水性を有
する排水管に吸収され、排水管を伝って間隙水が地表へ
排水されるので、過剰間隙水圧が消散され、フーチング
の直下地盤の液状化を抑制することができる。

【００１４】本発明は第４に、第３の工法において、前
記貫通孔を前記フーチング中の鉄筋位置を避けて設ける
ことを特徴とするものである。この特徴によれば、フー
チング中の鉄筋位置を避けて貫通孔が設けられので、鉄
筋を切ってしまう形態に較べ、既設構造物に対する変更
が最小限に抑えられる。

【００１５】本発明は第５に、第３又は第４の工法にお
いて、前記透水性の排水管を、打撃により地盤に打設す
ることを特徴とするものである。この特徴によれば、打
撃により排水管を地盤に打設するので、予めフーチング
の直下地盤を掘削しておいて、この掘削穴に透水性の排
水管を挿入する形態に較べ、極めて簡単に施工すること
ができる。更に、排土することなく配水管を打撃挿入す
るため、周辺地山を緩めることがなく、場合によっては
締め固め効果も期待できる。

【００１６】本発明は第６に、第５の工法において、前
記透水性の排水管を打撃により地盤に打設する際、前記
フーチングの表面に置いた砂利等の粒体を引き込み、引
き込まれた粒体により透水層を形成することを特徴とす
るものである。この特徴によれば、砂利等の粒体により
容易に排水管を打設することができるようになるだけで
なく、排水管の打設後において、砂利層が排水管の周囲
に形成され、これを介して直下地盤の液状化予測層が連
通することになるので、排水管の透水性が向上する利点
が得られる。

【００１７】本発明は第７に、第３から第６のいずれか
の工法において、前記排水管の配設が完了した後、該排
水管と前記貫通孔の内周面との間に、補強用鋼管を設け
ることを特徴とするものである。この特徴によれば、基
礎に貫通孔を設けたことで生じた基礎断面欠損部が補強
用鋼管で補われるので、既設構造物の本来の強度等が損
なわれないという利点がある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液状化対策装
置及び工法の実施形態を、図面に基いて説明する。ここ
では、既設構造物の一例として、高速道路の橋脚部分に
本発明の液状化対策装置を適用した場合を示す。

【００１９】＜実施形態１＞本発明の液状化対策装置の
第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の液
状化対策装置を適用した橋脚部分の地中断面図、図２
は、該構造物を上方から眺めた平面図である。図１、図
２において、構造物１は砂礫がゆるく堆積し地震の際に
液状化し易い地盤（液状化予測層）４に立脚している。
構造物１のフ−チング（基礎）２は、地表面付近の地中
に設けられ、複数の既設の基礎杭３によって支持されて
いる。基礎杭３は、粘土等のように固くしまった液状化
しない地質を有する不透水地盤（非液状化層）５の深さ
まで達するように打設され、液状化予測層４に設けられ
た構造物１のフ−チング部に掛かる荷重の一部を非液状
化層５で支える構造となっている。

【００２０】構造物１のフーチング２には、構造物本体
つまり橋脚幹部の周囲においてかつ基礎杭３を避けた位
置において、そのフーチング２のコンクリート上面から
下面に至る貫通孔が設けられ、この貫通孔に挿入され
て、フーチング２の上面からフーチング２の直下地盤１
１の液状化予測層４中へ透水性の排水管１２が打設され
ている。この排水管１２の打設時には、フーチング２の
貫通孔がガイドとして機能する。なお、排水管１２は、
できるだけ直下地盤１１中の液状化予測層４の厚さに亘
って延在するように打設される。

【００２１】上記の排水管１２は、液状化対策のための
ドレ−ンを構成するもので、水を管外から管体を透過し
て管内へ導入可能な前記透水性を有する。本実施形態に
おいては、排水管７として、当社の開発した暗渠排水管
「ドレ−ンネイル」を使用している。この「ドレ−ンネ
イル」は、管体に螺旋状の溝穴が切られた構造となって
いることを特徴としており、一般的な有孔管に比べて開
口率が２０％程度と高くすることができ、管内が空洞の
ため排水性は極めて高い。したがって、構造物の基礎直
下の地盤１１の良好な排水性能を実現することができ
る。この「ドレ−ンネイル」からなる排水管１２は、液
状化予測層４の厚さに亘って上下に延在すると共に、フ
ーチング２のコンクリートを貫通しており、排水管１２
の上側の終端部はフーチング２の上面で開放されてい
る。

【００２２】本装置を適用した構造物１は、地震時の間
隙水圧のエネルギ−が透水性を有する排水管１２に吸収
され、間隙水が排水管１２を伝って地表へ排水されるの
で、過剰間隙水圧が消散され、フーチング２の直下地盤
１１の液状化を抑制することができる。従って、地震に
伴って瞬間的に増大する間隙水圧を排水管１２へ即座に
伝播することが可能となり、基礎直下の地盤の過剰間隙
水圧を均一かつ確実に消散することができる。

【００２３】本発明は、構造物の直下地盤に透水性の排
水管１２を建て込むものであるから、基本的に、透水性
の排水管１２の直径及び数並びに配設場所については制
約がない。透水性の排水管１２は、フーチング２の領域
内である限り、任意の位置に所望の大きさの直径のもの
を所望の数だけ設けることができるものである。また、
排水管１２の建て込みも、打撃により直接打設する形態
の他、予め地盤に削孔しておいた縦穴に排水管１２を挿
入することも可能である。

【００２４】しかし、構造物の損傷回避、施工の容易
性、経済性、工期の短縮化等を考慮した場合、次のよう
な形態にするのが好ましい。即ち、透水性の排水管１２
としては、小径の排水管、つまり鉄筋を切らない場合で
直径が５ｃｍぐらい、最大でも直径が１０ｃｍ以下のも
のを、所要数だけ打設することによって、所定の液状化
防止効果を得るようにすることが好ましい。小径の排水
管１２であれば、構造物１に損傷を与える度合いが小さ
く、また、その数を多くすることで容易に所定の液状化
防止効果を発揮させることができるものである。しか
も、その施工は、フーチング２の上方に空間として２ｍ
程度あれば、インパクトモールなどの軽量打撃機での打
ち込み作業ができる。従って、容易かつ経済的に、しか
も短期間で、構造物の直下地盤の液状化対策を施工する
ことができる。かかる観点から、図１の実施形態では、
透水性の排水管１２に直径５ｃｍのものを用い、これを
構造物１のフーチング２において、構造物本体の周囲に
１ｍの間隔毎に１本の割合で均等に計１６本打設してい
る。

【００２５】＜実施形態２＞上記と同じ図１及び図２を
用いて、本発明の液状化対策装置の第２の実施形態を説
明する。なお、図３に図１の一部を拡大して示す。図１
に示すように、構造物１の下面直下には栗石層１３が設
けられ、この栗石層１３は、上記排水管１２と連通して
いると共に、構造物１のフーチング２の周囲に図２の如
く新設した排水槽１４とも連通している。換言すれば、
構造物１の下面全体に、栗石層１３によるドレ−ンが構
成されており、このドレーンが構造物周囲の排水槽１４
と図３の如く連通し、該排水槽１４を介して周囲の既設
排水溝１５とも連通するようになっている。なお、この
排水槽１４の底面からも、液状化予測層４に、透水性の
排水管１６が打設され、排水槽１４に連通されている。

【００２６】排水管１２はフーチング２のコンクリート
のみならず、基礎直下の栗石層１３を貫通しており、ま
た排水管１２の上側の終端部は開放状態であり、下側は
液状化予測層４を上下に貫く形で延在している。これに
より、既設構造物直下の地盤１１中においても排水管１
２を介して十分な透水性が得られるようになる。すなわ
ち、地震時の間隙水圧のエネルギ−が、透水性を有する
排水管１２より栗石層１３から成るドレ−ン部分に吸収
され、間隙水が栗石層１３の栗石の空隙を伝って排水槽
１４へ排水されるので、過剰間隙水圧が消散され、基礎
直下の地盤の液状化を抑制することができる。

【００２７】次に本発明の液状化対策工法の実施形態に
ついて説明する。本工法の施工手順を図４に示す。な
お、本工法の設計方法は、グラベルドレーンと同一であ
る。 （イ）まず、図４（ａ）に示すように、ダイヤモンドカ
ッタ２１で削孔して、フーチング２のコンクリートと基
礎直下の栗石層１３とを上下に貫く貫通孔２２を設け
る。このとき、既設構造物にできるだけ損傷を与えない
ようにするため、削孔が鉄筋位置と重ならないようにす
る。

【００２８】具体的には、次の（１）〜（６）のように
する。（１）既設構造物のフーチング２の配筋図を調査
し、鉄筋位置を把握する。（２）電磁誘導法でフーチン
グ２の上部配筋位置を確認する。（３）上部配筋位置か
ら下部配筋位置を推定し、削孔位置を決定する。（４）
ダイヤモンドカッターで、下部配筋想定位置直上まで削
孔する。（５）電磁誘導法で削孔部直下に下部配筋があ
るか否かを確認し、配筋が無い場合には、そのまま継続
してフーチングのコンクリートとフーチング２直下の栗
石層１３を削孔する。（６）配筋がある場合には、現在
削孔位置を基に、新規削孔位置を設定し直すと共に、現
削孔位置を所要のモルタルで充填する。

【００２９】（ロ）次に、図４（ｂ）に示すように、こ
の削孔部の貫通孔２２をガイドとして、接続可能な短尺
排水管（ドレーンネイル）２３を建て込み、インパクト
モール等の軽量打撃機で直下地盤１１中に打設する。打
設した短尺排水管２３に新しい短尺排水管２３をねじ込
み式に接続し、所定位置まで排水管１２を打設する。

【００３０】なお、ここで排水管１２及び栗石層１３の
通水・排水性を確認する。具体的には、次の（１）〜
（３）のようにする。（１）排水管内部にホースを挿入
し、内部の地下水をポンプアップし、排水管１２の内部
を掃除するとともに、排水管１２の通水・排水性を確認
する。（２）排水管１２の通水・排水性に支障がある場
合には、洗浄・逆洗浄等により、所定の機能を確保す
る。（３）栗石層１３に対し、隣接した削孔部を利用
し、色水を注水・真空排水試験を実施し、通水性を確認
する。

【００３１】（ハ）液状化予測層４の厚さをできるだけ
カバーするような長さで排水管１２を打設し終わったな
らば、図４（ｃ）に示す如く、排水管１２の外周囲と上
記貫通孔２２の内周面との間に位置するように、貫通孔
２２内にやや肉厚の補強用鋼管２４を嵌入する。更に、
必要に応じ、補強用鋼管２４の外周と貫通孔２２の内周
面との間の隙間にモルタル等の補強材を充填する。

【００３２】これは、フーチング２のコンクリートに貫
通孔２２を設けると、この部分が基礎断面欠損部とな
り、当初の設計に係る基礎断面が少なくなってしまうの
で、貫通孔２２の内側に、この欠損した断面積に見合う
厚さの鋼管２４を入れてやることにより、基礎のコンク
リートを補強するものである。補強用鋼管２４の外周と
貫通孔２２の内周面との間の隙間にモルタル等の補強材
を充填するのも、同じ理由による。従って、鋼管２４以
外の補強材により貫通孔２２の部分を補強することも可
能である。

【００３３】（ニ）補強した鋼管２４の頭部にメッシュ
状保護キャップ２５を設置し、防護する。必要に応じ
て、基礎近傍の周辺地山にも排水管１６を打設する。

【００３４】（ホ）最後に、構造物１の基礎周辺部を栗
石層１３が露出するまで掘削し、排水槽１４を新設し、
これと既設排水溝１５を接続する。なお、１７は排水槽
１４の上部を蓋するグレーチングである。

【００３５】このように本構造物直下地盤の液状化対策
工法は、構造物１のフーチング２に、その上面から下面
に抜ける貫通孔を設け、この貫通孔を介して、フーチン
グ２の上面からフーチング２の直下地盤１１の液状化予
測層４中へ透水性の排水管１２を配設するものであるの
で、従来（図６、図７）のように、構造物の基礎近傍に
鋼矢板で囲まれた領域を掘削して排水溝を設け、そこか
ら構造物直下の地盤に透水性の排水管を横に配設し、鋼
矢板で囲まれた排水溝内に砕石等のドレ−ン材を充填す
る工法に較べ、より簡易に施工することができる。

【００３６】図５は、上記透水性の排水管１２をより容
易に打設する方法を示したものである。図５に示したよ
うに、排水管１２の先端には、パイプ茎部１８よりも若
干大径のコーン部１９が設けられている。従って、この
排水管１２を打設した場合、そのパイプ茎部１８と貫通
孔２２との間には、僅かながら隙間２６が生じるように
なっている。そして、排水管１２を打撃により地盤に打
設する際には、構造物１のフーチング２の表面に小さな
砂利２７を置き、この砂利２７を打撃と共に引き込むよ
うにする。即ち、排水管１２を打ち込んで行くと、パイ
プ茎部１８と地盤１１との間に僅かながら隙間２６がで
き、排水管１２を打ち込みながら砂利を引き込んで行く
ことができる。

【００３７】排水管１２を打ち込んで行き、先端が所定
位置例えば液状化予測層４が終わる位置まで来ると、パ
イプ茎部１８の周囲に小さな砂利２７による小砂利層
（透水層）２８ができる。即ち、排水管１２の周囲に小
砂利層２８が在り、その周囲に直下地盤１１の液状化予
測層４が存在することになる。すなわち、ドレーンが周
囲に形成されることになるため、排水管１２は非常に透
水性の良いものとなる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る構造
物の液状化対策装置は、構造物のフーチングを貫通させ
て、構造物の基礎の直下地盤に任意の配置で排水管を存
在させた構成なので、簡単な構成ながら、構造物の基礎
の直下地盤に対して極めて有効な液状化防止が可能であ
る。

【００３９】また、本発明に係る液状化対策工法は、構
造物のフーチングを貫いて、構造物の基礎直下の地盤に
排水管を配設するので、従来のように構造物の近傍に立
坑の形で大がかりな排水溝を設ける工法に較べ、容易か
つ短い工期で施工することができる。よって、従来の対
策工と較べ、施工性に優れ、施工コストの低減を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液状化対策装置を適用した橋脚部分の
地中断面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１の部分拡大図である。

【図４】本発明に係る液状化対策工法を示す橋脚部分の
地中断面図である。

【図５】本発明の液状化対策工法の打設工程の一例を示
す橋脚部分の地中断面図である。

【図６】従来の液状化対策装置を示した地中断面図であ
る。

【図７】従来の液状化対策装置を示した図６の平面図で
ある。

【符号の説明】

１ 構造物 ２ 構造物のフ−チング（基礎） ３ 基礎杭 ４ 液状化予測層（液状化し易い地盤） ５ 非液状化層（不透水地盤） ６ 排水溝 ７ 排水管 ８ 鋼矢板 ９ 砕石 １１ 直下地盤 １２ 排水管 １３ 栗石層ぐりいし １４ 排水槽 １５ 既設排水溝 １６ 排水管 １７ グレーチング １８ パイプ茎部 １９ コーン部 ２１ ダイヤモンドカッタ ２２ 貫通孔 ２３ 短尺排水管 ２４ 補強用鋼管 ２５ 保護キャップ ２６ 隙間 ２７ 小さな砂利 ２８ 小砂利層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 佳一 東京都千代田区一番町31番地株式会社錢高 組内 (72)発明者 深田 和志 東京都千代田区一番町31番地株式会社錢高 組内 Ｆターム(参考） 2D043 DA04 EB02 2D046 DA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物のフーチングに、その上面から下
   面に抜けるように設けた貫通孔と、この貫通孔からフー
   チングの直下地盤に挿入され、フーチングの直下地盤の
   液状化予測層からフーチングの上面に達するドレーンを
   形成する透水性の排水管とを備えたことを特徴とする構
   造物直下地盤の液状化対策装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記透水性の排水管
   を構造物のフーチングの直下に設けられた栗石層に連通
   させ、該栗石層を構造物周囲の排水槽に連通させたこと
   を特徴とする構造物直下地盤の液状化対策装置。
3. 【請求項３】 構造物のフーチングに、その上面から下
   面に抜ける貫通孔を設け、この貫通孔を介して、フーチ
   ングの上面からフーチングの直下地盤の液状化予測層中
   へ透水性の排水管を配設することを特徴とする構造物直
   下地盤の液状化対策工法。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記貫通孔を前記フ
   ーチング中の鉄筋位置を避けて設けることを特徴とする
   構造物直下地盤の液状化対策工法。
5. 【請求項５】 請求項３又は４において、前記透水性の
   排水管を打撃により地盤に打設することを特徴とする構
   造物直下地盤の液状化対策工法。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記透水性の排水管
   を打撃により地盤に打設する際、前記フーチングの表面
   に置いた砂利等の粒体を引き込み、引き込まれた粒体に
   より透水層を形成することを特徴とする請求項５記載の
   構造物直下地盤の液状化対策工法。
7. 【請求項７】 請求項３〜６のいずれかにおいて、前記
   排水管の配設が完了した後、該排水管と前記貫通孔の内
   周面との間に、補強用鋼管を設けることを特徴とする構
   造物直下地盤の液状化対策工法。