JP2003090032A - 揚水式透水性杭を用いた液状化対策工法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、従来技術の液状化防止対策（飽和砂
質上の不飽和化）による効果を更に高めるために地下水
を積極的に低下させて地盤の不飽和化を図り、かつ、施
工コストおよび維持コストの削減を図るものである。 【解決手段】本発明は、上記課題を解決する手段とし
て、構造物の支持杭に、中空部を有する支持杭の壁面に
スリットを穿設してフィルター材を取り付けた透水性杭
を用い、該中空部からの揚水手段と地下水位レベル感知
センサーを設け、透水性杭内の水位が第１の所定レベル
を超えたことを該センサーが感知したとき、該揚水手段
を駆動させて支持杭内の地下水を揚水し、該地下水を揚
水することによりその周囲の地下水位を第２の所定レベ
ルまで低下させて地盤の液状化を防止するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】地下水で飽和した砂質地盤は、地
震による繰り返しせん断により過剰間隙水圧が上昇し土
粒子の骨格構造が破壊する。このことにより地盤が液状
化し構造物に多大な被害をもたらしている。

【０００２】本発明は、地震時等に液状化現象が発生し
易い砂質地盤等に建設される建築物、高架道路、高架鉄
道などの構造物が、地震による液状化により被害を受け
ることがないように砂質地盤等に施される、揚水式透水
性杭を用いた液状化対策工法およびその装置に関するも
のである。

【０００３】

【従来の技術】液状化現象の発生メカニズムについては
既に広く知られており、その対策についてもこれまで多
くのものが提案されている。

【０００４】例えば、砂質地盤の液状化対策として、杭
の長手方向及び周方向に多数の孔を穿設し、その孔部に
砂の侵入を阻止する通水性のあるフィルターを設けた中
空の孔あき杭が、構造物を支える支持杭として使用さ
れ、該孔あき杭を砂質地盤に所定の間隔および所定の深
さで多数配置し、地震時に砂質地盤に発生する過剰間隙
水圧の上昇による間隙水を、該孔あき杭内に逃がすこと
により、砂質地盤の液状化を防ぐものである。

【０００５】また、図３に示すように、液状化のおそれ
のある砂層地盤ａの下層に粘土層地盤ｂが分布する地盤
上に建設され、基礎底面ｃが砂層地盤中の深い位置まで
掘り込まれた構造物ｄの液状化対策として、構造物ｄの
周囲を囲み、その先端が粘土層地盤ｂに到達するよう構
築された止水壁ｅと、基礎底面ｃから粘土層地盤ｂに向
けて揚水井ｆを設け、止水壁ｅに囲まれた砂層地盤ａの
地下水を連続的に低下させることにより、該砂層地盤ａ
の液状化を防ぐものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
液状化防止対策（飽和砂質上の不飽和化）による効果を
更に高めるために地下水を積極的に低下させて地盤の不
飽和化を図り、かつ、施工コストおよび維持コストの削
減を図るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決する手段として、下記の具体的液状化対策を採用する
ものである。その具体的解決手段の１は、建築物や高架
道路・高架鉄道等の構造物が地震時等に地盤の液状化に
より被害を受けることを防止するための液状化対策工法
であって、構造物の支持杭に、中空部を有する支持杭の
壁面にスリットを穿設してフィルター材を取り付けた透
水性杭を用い、該中空部からの揚水手段と地下水位レベ
ル感知センサーを設け、透水性杭内の水位が第１の所定
レベルを超えたことを該センサーが感知したとき、該揚
水手段を駆動させて支持杭内の地下水を揚水し、該地下
水を揚水することによりその周囲の地下水位を第２の所
定レベルまで低下させて地盤の液状化を防止することを
特徴とする揚水式透水性杭を用いた液状化対策工法、そ
の具体的解決手段の２は、構造物を支持する少なくとも
一部の支持杭を、中空部と中空部を形成する壁面にスリ
ットを穿設してフィルター材を設けた透水性杭とし、該
透水性杭の中空部に、揚水手段と地下水位レベル感知セ
ンサーを配置したことを特徴とする揚水式透水性杭を用
いた液状化防止装置、その具体的解決手段の３は、透水
性杭のスリットは、その長さ方向全長にわたって穿設さ
れていることを特徴とする揚水式透水性杭を用いた液状
化防止装置、その具体的解決手段の４は、透水性杭のス
リットは、第２の所定レベル近傍位置に穿設されている
ことを特徴とする揚水式透水性杭を用いた液状化防止装
置、によるものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基いて
説明する。図１は、本発明の揚水式透水性杭を使用し
て、地下水を所定のレベルに下げる地下水低下概念図を
示すものである。

【０００９】構造物を支持する地盤は、洪積粘土層、沖
積粘土層、或いは岩盤等の支持層と、主に砂質地盤の液
状化層から成り、地下水位は液状化層の上方に位置し、
砂質地盤に建設された構造物は、支持層に達する支持杭
１によって支持されている。

【００１０】少なくとも一部の支持杭１は、中空部と中
空部を形成する壁面にスリットを穿設してフィルター材
を設けた揚水式透水性杭１ａから成り、該透水性杭１ａ
に集水される間隙水を揚水するため、揚水管２の一端部
に取り付けた揚水手段の１つである揚水ポンプ３が揚水
式透水性杭１ａの中空部に挿入され、他端部は地上に延
びて固定されている。同じく、地上に設置した揚水ポン
プ切替スイッチ４の作動を指示する地下水位レベル感知
センサー５が支持杭１の中空部に挿入され、揚水管２の
先端部に取り付けた揚水ポンプ３の側面に位置するとこ
ろで地下水位レベル感知センサー５が固定されている。

【００１１】上記のとおり、支持杭１は、図２に示す様
に中空杭であって、該杭は、周壁面を形成する環状の壁
部６に多数のスリット７が穿設され、該スリット７に、
中空内８に砂の流入を防ぐフィルター材（例えば、ヘチ
マロン等）９を取り付けた揚水式透水性杭１ａから成
り、その揚水式透水性杭１ａは、コンクリート杭、或い
は鋼管杭が使用される。

【００１２】プレキャストコンクリート杭から成る揚水
式透水性杭１ａの製造方法について説明する。まず、透
水性杭の補強筋となる鉄筋篭の組み立てが行われ、その
鉄筋篭に、プレキャストコンクリート杭壁面に設けるス
リット部となる箇所に箱抜型枠が据え付けられる。

【００１３】箱抜型枠を据え付けた鉄筋篭は所定の形状
から成る型枠の中に設置され、該型枠の中へコンクリー
トを投入した後遠心力による締固めを行い、養生して脱
型することによりプレキャストコンクリート杭が製造さ
れる。

【００１４】次いでプレキャストコンクリート杭から箱
抜型枠を取り外すことにより、プレキャストコンクリー
ト杭にスリット部が穿設され、該スリット部にフィルタ
ー材を取り付けることにより揚水式透水性杭１ａが成形
される。

【００１５】次に揚水式透水性杭１ａを液状化層に設置
する施工法について説明する。該揚水式透水性杭１ａ
は、周壁面にスリット７が設けられているので、既製杭
施工法の内、打撃工法及び振動工法以外の埋め込み圧入
工法が使用されて施工が行われる。

【００１６】例えば、揚水式透水性杭１ａの中空部内あ
るいは環状壁部内にジェットパイプを設け、先端ノズル
から高圧水を噴射し地盤を緩めながら杭の自重により地
盤中に貫入させるジェット工法であり、砂質地盤に適し
ている。また、先端開放型の透水性杭をケーシング代わ
りに用い、内部をオーガーやバケットで掘削して杭を沈
設させる中堀り工法、或いは、スクリューオーガーで所
定の深さまで掘削した後、透水性杭を、掘削した孔に建
て込むプレボーリング工法、が使用されて透水性杭１ａ
が液状化層に設置される。

【００１７】上記壁面にスリットが穿設される揚水式透
水性杭１ａは、杭の長さ方向全長に使用する必要はな
く、地下水位を低下させ地盤の不飽和化を図るレベルの
水域に設けてあれば良く、そのレベル以外では通常の杭
構造から成るものであっても良い。

【００１８】上記した工法を使用して砂質地盤の所定の
位置に揚水式透水性杭１ａを設置した後、最下部に揚水
ポンプ３を備えた揚水管２を杭上端部より中空部８へ挿
入し、揚水ポンプ３が所定のレベル水域に位置したとこ
ろで揚水管２を固定する。

【００１９】そして揚水式透水性杭１ａのスリット７か
ら杭内に入る地下水の水位を感知するため、ケーブルの
一端部に取り付けた地下水位レベル感知センサ５を、揚
水式透水性杭１ａの上端部より中空部８へ挿入して揚水
ポンプ３の側面に位置したところで固定し、他端部にセ
ンサー感知式揚水ポンプ切替スイッチ４を取り付けたケ
ーブルが地上に固定される。

【００２０】本発明は上記した装置から構成されてお
り、揚水式透水性杭１ａの中空部８における所定のレベ
ル水域に位置したところで固定した地下水位レベル感知
センサー５によって地下水位レベルを常に監視し、地下
水の水位が、予め設定した第１の所定レベル（液状化層
レベル）Ａを超えた時、揚水式透水性杭１ａに内蔵した
センサー５が感知し、センサー感知式揚水ポンプ切替ス
イッチ（ｏｎ／ｏｆｆ）４を作動させて揚水ポンプ３を
駆動し揚水が行われる。

【００２１】これにより揚水式透水性杭内に地下水の集
水を行うと共に、集水によって透水性杭内に浸水してく
る地下水を同時に揚水し、透水性杭内の地下水位が第２
の所定レベルＢより下がった時、透水性杭１ａに内蔵し
たセンサー５が感知し、揚水ポンプ切替スイッチ（ｏｎ
／ｏｆｆ）４により揚水ポンプ３は停止する。

【００２２】上記第１の所定レベルとは、そのレベル以
上に地下水位が上昇したとき、地震時に液状化現象の可
能性が増大するレベルである。また、上記第２の所定レ
ベルとは、第１の所定レベルより下方に位置し、地盤を
不飽和状態に保持するレベルであって、揚水ポンプの稼
働時間や１回の稼働により揚水される水量などを考慮し
て決定されるレベルである。このようにして、地下水位
を常に一定の範囲に位置するように地下水位レベル感知
センサー５で制御することにより、地盤は常に不飽和状
態を保持し、地盤の液状化を防ぐものである。

【００２３】また、補助工法として、構造物の基礎地盤
を周辺地盤と区画するように、鋼矢板等を打ち込んで止
水壁１０を構築することにより、さらに排水効率が増
し、構築物周囲の地下水位が高くても、構築物下部の地
下水位を前記揚水ポンプ３による揚水により低く押さえ
ることが可能となる。

【００２４】鋼矢板等を打ち込むことのできない砂地
盤、或いは支持層が深い地盤においては適当な深さまで
止水壁を設け、透水性杭１ａを打ち込むことにより、液
状化現象を防ぐことができる。

【００２５】しかし、本発明の液状化対策は、地下水位
レベルが低い場合などは必ずしも止水壁１０は必要とし
ない。止水壁１０を構築するか否かは、止水壁１０の構
築に要するイニシャルコストと、地下水位レベルの常時
監視や揚水頻度・揚水量等に起因するランニングコスト
等を総合的に勘案して決定される。

【００２６】また、透水性のない一般的な支持杭を併用
する場合には、地下水位レベルの監視精度や揚水効率の
観点から、透水性杭１ａと一般の杭とを、平面的に見て
バランスよく配置するか、または、少なくとも外周部の
支持杭を透水性杭１ａとすることにより、液状化を防ぐ
ことができる。

【００２７】透水性杭１ａのスリット７は、上記したよ
うに、杭の長さ方向全長にわたって設けてもよいが、砂
質地盤に液状化を生じさせない第１の所定レベルＡと第
２の所定レベルＢとの間で、部分的に設けるだけでもよ
い。

【００２８】スリット７を第１の所定レベルＡと第２の
所定レベルＢとの間に部分的に形成したものは、全長に
わたって形成したものに比べ杭の製造コストを押さえる
ことができ、揚水ポンプ３に地震時の急激な杭内水位の
増加に対処できる排水能力を持たせることにより、液状
化対策に支障を来すものではない。一方、スリット７を
全長にわたって設けることにより、地層の異なる多くの
施工現場において採用し得る汎用性の高いものとなる。

【００２９】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の揚水性透水性杭
を用いた液状化対策工法および装置は、地下水の揚水機
能を支持杭に持たせ、かつ、地下水位を地下水位レベル
感知センサーで常時監視し、地下水位が所定レベルを超
えた時、透水性杭内へ浸入する地下水が強制的に排水さ
れるので、従来の液状化対策工法等に比して、施工が簡
素化され、かつ、確実に液状化防止を達成できるとい
う、優れた効果を発揮し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液状化対策工法の概念図

【図２】本発明の液状化対策工法に使用する透水性杭の
概念図

【図３】従来の液状化対策工法の概念図

【符号の説明】

１ 支持杭 ２ 揚水管 ３ 揚水ポンプ ４ 揚水ポンプ切替スイッチ ５ 地下水位レベル感知センサー ６ 環状の壁部多数のスリット７ ７ 多数のスリット ８ 中空部 ９ フィルター材 １０ 止水壁 a 砂層地盤 b 粘土層地盤 ｃ 基礎底面 ｄ 構造物 ｅ 止水壁 ｆ 揚水井

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高原 秀夫 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 川中 徹人 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 Ｆターム(参考） 2D043 DA04 DA10 DD15

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物の支持杭に、中空部を有する支持杭
   の壁面にスリットを穿設してフィルター材を取り付けた
   透水性杭を用い、該中空部からの揚水手段と地下水位レ
   ベル感知センサーを設け、透水性杭内の水位が第１の所
   定レベルを超えたことを該センサーが感知したとき、該
   揚水手段を駆動させて支持杭内の地下水を揚水し、該地
   下水を揚水することによりその周囲の地下水位を第２の
   所定レベルまで低下させて地盤の液状化を防止すること
   を特徴とする、揚水式透水性杭を用いた液状化対策工
   法。
2. 【請求項２】構造物を支持する少なくとも一部の支持杭
   を、中空部と中空部を形成する壁面にスリットを穿設し
   てフィルター材を設けた透水性杭とし、該透水性杭の中
   空部に、揚水手段と地下水位レベル感知センサーを配置
   したことを特徴とする揚水式透水性杭を用いた液状化防
   止装置。
3. 【請求項３】透水性杭のスリットは、その長さ方向全長
   にわたって穿設されていることを特徴とする、請求項２
   記載の揚水式透水性杭を用いた液状化防止装置。
4. 【請求項４】透水性杭のスリットは、第２の所定レベル
   近傍位置に穿設されていることを特徴とする、請求項２
   記載の揚水式透水性杭を用いた液状化防止装置。