JP2009250007A - 地盤沈下対策工法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ安価に施工を行うことが可能であって、工作物の周囲の地盤に地盤沈下が生じた場合であっても道路上での段差が形成されることを防ぐことを可能とする地盤沈下対策工法を提案する。
【解決手段】
既設工作物１の周囲の地盤Ａに対してこの既設工作物１から離れるに従ってその深度が小さくなるように地盤改良２を行う地盤沈下対策工法であって、地盤改良２を、飽和土層の液状化による沈下量と、不飽和土層の揺すり込みによる沈下量と、の合計からなる推定沈下量を走行可能勾配で除算することにより算出した距離Ｌの範囲内において行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、既設工作物が構築された地盤沈下対策工法に関する。

地盤沈下が懸念される地盤に構築された既設工作物に対して、地盤沈下対策工を行う場合がある。
このような地盤沈下対策工は、地盤沈下が発生することにより工作物１０１への影響が生じることがないように、一般的に、図５（ａ）に示すように既設工作物１０１の直下の軟弱地盤に対して行われている場合がある。

また、特許文献１には、既設工作物が構築されてある軟弱地盤の地盤沈下対策工法として、既設工作物の側方から工作物の下方中央に向けて斜めに注入管を挿入して、薬液の注入を行い、既設工作物の直下に断面視Ｖ字状の改良体を形成することで、既設工作物の沈下を防止する地盤沈下対策工法が開示されている。

特開２００５−１６２３２号公報

しかしながら、従来の地盤沈下対策工は、図５（ａ）に示すように、既設工作物１０１に対する補強を行っているものの、既設工作物１０１周辺の地盤沈下に対しては対策が行われていない。そのため、地震等が原因により地盤沈下が発生すると、地盤沈下対策が行われている部分と行われていない部分との境界において段差Ｄが生じる場合があった。また図５（ｂ）に示すように構造物自体が堅固な地盤上に構築されている場合、その直上と周囲の境界において段差Ｄが生じる場合があった。

ここで、地盤沈下は、飽和土の液状化の過剰間隙水圧の消散に伴う沈下のほか、地下水位以浅に堆積する不飽和土の揺すり込みにより生じる場合がある。
この不飽和土の揺すり込みによる沈下は、液状化による沈下に比べて小さいものの、不飽和土層が厚く堆積している場合等には、沈下量が増加するため、この不飽和土層の揺すり込みが原因による不等沈下が生じる場合がある。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、簡易かつ安価に施工を行うことが可能であって、工作物の周囲の地盤に地盤沈下が生じた場合であっても道路上での段差が形成されることを防ぐことを可能とする地盤沈下対策工法を提案することを課題とする。

前記の課題を解決するために、本発明の地盤沈下対策工法は、既設工作物の周囲の地盤に対して当該既設工作物から離れるに従って地盤改良の深度が小さくなるように地盤改良を行うことを特徴としている。

かかる地盤沈下対策工法によれば、地下に埋設された既設工作物や地表に面した既設工作物等の周囲の地盤に地盤沈下が生じた場合であっても、徐々に沈下量が調整されるので既設工作物の周囲の地表面に段差が形成されることが防止される。また、かかる地盤沈下対策工法は、掘削や部材の搬入等を要することなく行うことができるため、作業性に優れている。

また、前記地盤沈下対策工法において、前記地盤改良を、既設工作物から想定される推定沈下量を走行可能勾配で除算することにより算出した距離の範囲内において行えば、地盤に地盤沈下が生じた際に、既設工作物の前後に形成されるスロープとして、車輌が通行できる程度の道路勾配を確保することが可能となる。

また、前記地盤沈下対策工法における前記推定沈下量が、飽和土層の液状化による沈下量と、不飽和土層の揺すり込みによる沈下量と、の合計であれば、液状化のみならず、揺すり込みが原因による地盤沈下に対しても対応するため、好適である。

本発明の地盤沈下対策工法によれば、既設工作物の周囲の地盤に地盤沈下が生じた場合であっても地表面に段差が形成されることを防ぐことが可能となる。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。

＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態に係る地盤沈下対策工法は、図１（ａ）に示すように、非液状化層である岩盤Ｒ（沈下が生じない堅固な地盤も含む）上に形成された既設工作物１の周囲（本実施形態では上方および側方）の地盤Ａに対してこの既設工作物１の側端からの水平距離が大きくなる（既設工作物１から離れる）に従って深度が小さくなるように地盤改良２を行い、断面逆台形状の範囲に地盤改良体が形成されている。なお、地盤改良体の形状は、図１（ｂ）に示すように、断面台形状であってもよい。

本実施形態では、図１（ａ）に示すように、既設工作物１の横断方向（図面の左右方向）を縦断方向とする道路（舗装３）が地表面に構築された地盤Ａに、ボックスカルバート等の既設工作物１が埋設されている場合について説明するが、既設工作物１はボックスカルバートに限定されるものではなく、あらゆる公知の埋設物に適用可能である。また、本実施形態では、既設工作物１として断面矩形のものの場合について説明するが、既設工作物１の形状は限定されるものではない。

地盤改良２の道路縦断方向の範囲は、地盤Ａの土質条件から想定される推定沈下量ΔＳを走行可能勾配ｉ（１０％以下）で除算することにより算出した距離（以下、「アプローチ長」という場合がある）Ｌの範囲内において行うものとする。すなわち、アプローチ長Ｌは、下記の式１を満たすように設定される。
Ｌ≧ΔＳ／ｉ×１００ （式１）

ここで、推定沈下量ΔＳは、飽和土層Ａ１（図３参照）の液状化による沈下量と、不飽和土層Ａ２（図３参照）の揺すり込みによる沈下量との合計により算出されている。
また、走行可能勾配ｉとは、車輌がスムーズに通行できる道路勾配であって、道路の縦断方向に対しては車輌が乗り越えられる程度の勾配、横断方向に対しては車輌が通行できる程度の勾配を確保するものとする。本実施形態では、走行可能勾配ｉとして５％程度を標準とする。

地盤改良２は、既設工作物１の側端（側面）近傍においては、岩盤Ｒ（既設工作物１の底部）に到達する深さまで行われており、既設工作物１の側端からアプローチ長Ｌの位置で改良深度が０となるように行われている。

地盤改良２の施工方法は、限定されるものではなく、適宜公知の施工方法の中から選定して行えばよい。
例えば、片側車線規制が可能な道路における施工の場合は、道路直上から機械撹拌によるセメント固化改良により行うことが可能である。また、道路の車線規制をかけない場合は、道路脇から自在ボーリングを使用した浸透固化処理工法により行うことが可能である。

ここで、地盤改良２において使用する固化材は限定されるものではなく、地盤Ａの状況に応じて適宜公知の恒久固化材の中から選定して使用すればよい。

舗装３は、アスファルトによる表層３ａと砕石による路盤３ｂとにより構成されているが、舗装構造は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

推定沈下量ΔＳの算定方法は限定されるものではないが、例えば、下記に示す方法により行ってもよい。

推定沈下量ΔＳの算定方法を、図２のフローチャートを参照して説明する。
まず、現地において土質調査Ｓ１０を行い、Ｎ値の測定やサンプリングを行う。

次に、現地にて採取した試料に対して三軸試験を行う。このとき、不飽和土層Ａ２（図３参照）に対しては不飽和振動三軸試験Ｓ１１、飽和土層Ａ１（図３参照）に対しては振動三軸試験Ｓ１２をそれぞれ行う。

不飽和振動三軸試験Ｓ１１は、排気・排水条件下で繰返し中空ねじり試験または繰返し三軸試験とする。加振波形は正弦波を基本とするが、限定されるものではない。
不飽和振動三軸試験Ｓ１１の結果は、繰返しせん断応力比をパラメータとして、繰り返し回数と体積ひずみの関係を整理する。

次に、別途、地盤応答解析Ｓ１５を行い、地震時せん断応力比の時刻歴を求める。その結果を用いて体積ひずみε２を累積損傷理論によって算出する（Ｓ２１）。

一方、飽和土層Ａ１に対する振動三軸試験Ｓ１２は、液状化試験により実施する。

次に、液状化試験（振動三軸試験Ｓ１２）後の試料について、液状化後の再圧密試験Ｓ１３をおこない、最大せん断ひずみγ_maxと体積ひずみε_ｖの関係を整理する。

また、振動三軸試験Ｓ１２の試験結果に基づいて、要素シミュレーションＳ１４と二次元有効応力解析Ｓ１５を行い、地震時の最大せん断ひずみを求める。そして、求められた地震時最大せん断ひずみと最大せん断ひずみγ_max〜体積ひずみε_ｖ関係図から、残留体積ひずみε１を求める（Ｓ２２）。

なお、累積ひずみの算定Ｓ２１は累積損傷度理論に基づいて行い、体積ひずみの算定Ｓ２２は、石原・吉嶺の方法により行うこととするが、各ひずみの算定方式は限定されるものではなく、適宜行えばよい。

続いて、飽和土層Ａ１のひずみε１および不飽和土層Ａ２のひずみε２を利用して、地盤全体の沈下解析Ｓ３０を行う。
水平成層地盤の場合は、残留体積ひずみε１およびε２を、地盤深さ方向に積分することにより沈下量を求める（式１）。
不成層地盤あるいは構造物を考慮する場合は、飽和土層Ａ１のひずみε１および不飽和土層Ａ２のひずみε２をひずみポテンシャルとして入力し、二次元ＦＥＭ解析を実施することにより沈下量とその分布を求める。

なお、地盤Ａの推定沈下量ΔＳは、水平成層地盤の場合は、式１により算出される。
ΔＳ＝ε１・Ｈ１＋ε２・Ｈ２ （式１）
ここで、Ｈ１およびＨ２は、図３に示すように、それぞれ飽和土層Ａ１および不飽和土層Ａ２の層厚である。

以上、本実施形態に係る地盤沈下対策工法によれば、地震等により既設工作物１の周囲の地盤Ａに地盤沈下が生じた場合であっても、液状化や揺すり込みを防止する地盤改良２が、既設工作物１から離れるに従って深度が小さくなるように行われているため、既設工作物１から離れるに従って、沈下量ΔＳが徐々に大きくなるように構成されている。そのため、既設工作物１の道路縦断方向の前後には、段差が形成されることがなく、所定の走行可能勾配ｉによるスロープが形成されるため、道路の連続性が確保されて、道路としての機能が維持される。

また、かかる地盤沈下対策工法は、新たな工作物を構築することなく、簡易に行うことが可能なため、施工性に優れているとともに、安価に行うことができる。

また、地表面にはアスファルト舗装が施されていることで、地盤が沈下して走行可能勾配ｉによるスロープが形成された場合であっても、アスファルトが塑性変形することで追従し、舗装面が走行不能になるような事態を免れる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態に係る地盤沈下対策工法は、図４（ａ）に示すように、道路等の交通路（舗装３）に面して形成された既設工作物１’の周囲（本実施形態では下方および側方）の地盤Ａに対してこの既設工作物１’からの水平距離が大きくなるに従って深度が小さくなるように地盤改良２を行い、断面逆台形状の範囲に地盤改良体が形成されている。なお、地盤改良体の形状は、図４（ｂ）に示すように、断面台形状であってもよい。既設工作物１’の直下では、岩盤Ｒ達する深さまで地盤改良が行われている場合もあり、その場合は、既改良部分を除く範囲に地盤改良を行えばよい。

本実施形態では、図４（ａ）に示すように、道路（舗装３）に対して、水路等の既設工作物１’が横断するように形成されている場合について説明するが、既設工作物１’は限定されるものではなく、あらゆる公知の工作物に適用可能である。

地盤改良２の範囲は、既設工作物１の道路縦断方向前後に対して、地盤Ａの土質条件から想定される推定沈下量ΔＳを走行可能勾配ｉ（１０％以下）で除算することにより算出した距離（以下、「アプローチ長」という場合がある）Ｌの範囲内において行うものとする。
Ｌ≧ΔＳ／ｉ×１００

ここで、推定沈下量ΔＳは、飽和土層Ａ１の液状化による沈下量と、不飽和土層Ａ２の揺すり込みによる沈下量との合計により算出されている。

この他、第２の実施の形態に係る地盤改良２の方法、推定沈下量ΔＳの算定方法等は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
また、第２の実施の形態に係る地盤沈下対策工法による、作用効果は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、道路の縦断方向に対して道路面に段差ができないように地盤改良を施すものとしたが、道路の横断方向に対して地盤改良を施してもよく、地盤改良を行う範囲や方向等は限定されるものではない。なお、道路の横断方向に対して本発明の地盤沈下対策工法を適用する場合は、道路幅員に対して地盤改良を行うものとする。

また、前記実施形態では、道路の地盤沈下に対して対策する場合について説明したが、地盤沈下対策工法の適用は道路に限定されるものではない。

また、本発明の地盤沈下対策工法が適用可能な地盤の土質条件は限定されるものではないことはいうまでもない。
また、地盤改良の改良深度も、必ずしも岩盤まで行う必要はなく、地山状況に応じて適宜設定することが可能である。

（ａ）は本発明の好適な実施の形態に係る地盤沈下対策工法の概要を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す断面図である。 図１に示す地盤沈下対策工法における推定沈下量の算定手順を示すフローチャート図である。 図１に示す地盤沈下対策工法の推定沈下量の算定方式の概要を示す断面図である。 （ａ）は本発明の他の好適な実施の形態に係る地盤沈下対策工法の概要を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は既設工作物直上とその周囲において段差が生じることを示した概念図である。

符号の説明

１，１’ 既設工作物
２ 地盤改良
３ 舗装
Ａ 地盤
Ａ１ 飽和土層
Ａ２ 不飽和土層
Ｌ アプローチ長
Ｒ 岩盤（沈下が生じない堅固な地盤）
ΔＳ 推定沈下量
ε１、ε２ ひずみ

Claims (3)

1. 既設工作物の周囲の地盤に対して当該既設工作物から離れるに従って地盤改良の深度が小さくなるように地盤改良を行うことを特徴とする地盤沈下対策工法。
2. 前記地盤改良を、想定される推定沈下量を走行可能勾配で除算することにより算出した距離の範囲内において行うことを特徴とする、請求項１に記載の地盤沈下対策工法。
3. 前記推定沈下量が、飽和土層の液状化による沈下量と、不飽和土層の揺すり込みによる沈下量と、の合計であることを特徴とする、請求項２に記載の地盤沈下対策工法。

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