JP2013040455A - 液状化対策壁の構築方法および液状化対策壁 - Google Patents

Abstract

【課題】施工効率の低下や施工コストの上昇を抑制できるとともに、効果的な液状化対策を行うことが可能な液状化対策壁の構築方法および液状化対策壁を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の鋼矢板１２…を圧入機２０によって、構造物５を取り囲んで支持地盤１に圧入することで地中壁１１を構築し、ケーシングを、圧入機２０によって液状化層２に、鋼矢板１２に沿って、かつ鋼矢板１２を反力として、圧入または回転圧入し、液状化層２に圧入されたケーシング内にドレーン材１６…を投入した後、ケーシングを、圧入機２０によって上下動または回転させることでドレーン材１６…を締め固めながら引き抜いてドレーン杭１５を造成し、このようなドレーン杭１５を、地中壁１１の周方向に沿って、かつ構造物５を取り囲むようにして複数配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液状化対策壁の構築方法および液状化対策壁に関する。

従来、地下水等によって飽和した軟弱な地盤上に構造物を建設するために様々な対策が取られている。
特許文献１，２に記載の技術は、地盤内に中空のケーシングを所定深度まで貫入した後、ケーシング内に投入された砕石を突棒により突き固めながらケーシングを引き上げ、ケーシングの引き上げと突棒による砕石の突き固めとを継続しながら地盤中に砕石ドレーン杭を造成するものである。
また、特許文献３に記載の技術は、複数の鋼矢板を液状化地盤内に、構造物の周方向に沿って連続して打ち込み地中壁を構築するものである。さらに、鋼矢板とともに排水ドレーンを埋設して、鋼矢板が打ち込まれる地盤の水を地上に排水している。

特開平７−２５２８２１号公報 特開平３−１９７７１１号公報 特開２００２−１６７７７８号公報

ところで、鋼矢板による地中壁の構築と、砕石ドレーン杭の造成とを組み合わせて、より効果的な液状化対策をしたいという要望があった。
ところが、砕石ドレーン杭の施工機械は大型であり、狭隘な場所での施工は困難であるため、液状化対策を必要とする軟弱な地盤や不整地等では大掛かりな地盤養生が必要となる。さらに、鋼矢板の施工と砕石ドレーン杭の施工とは、それぞれ別の施工機械で行われる。また、排水ドレーン付き鋼矢板は打設時の貫入抵抗が大きくなることから、排水ドレーンの形状や大きさが制限される場合がある。
以上のことから、単に、鋼矢板による地中壁の構築と、砕石ドレーン杭の造成とを組み合わせて、より効果的な液状化対策を行おうとしても、施工効率の低下や施工コストの上昇という問題が生じる場合がある。
さらに、鋼矢板とともに排水ドレーンを埋設しても、この排水ドレーン近傍の一定の範囲でしか排水機能を発揮できない場合があるため、排水機能の向上も望まれている。

本発明の課題は、施工効率の低下や施工コストの上昇を抑制できるとともに、効果的な液状化対策を行うことが可能な液状化対策壁の構築方法および液状化対策壁を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、複数の鋼矢板を圧入機によって、構造物を取り囲むようにして支持地盤に圧入することによって地中壁を構築する工程と、
ケーシングを、前記圧入機によって前記支持地盤上の液状化層に、前記鋼矢板に沿って、かつ前記鋼矢板を反力として、圧入または回転圧入する工程と、
前記液状化層に圧入されたケーシング内にドレーン材を投入した後、前記ケーシングを、前記圧入機によって上下動または回転させることでドレーン材を締め固めながら引き抜いてドレーン杭を造成する工程と、を含むことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液状化対策壁の構築方法において、前記鋼矢板の圧入時に得られる圧入データに基づいて地盤情報を取得し、この地盤情報に基づいて前記ドレーン杭を造成する深度を判定する工程を含むことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の液状化対策壁の構築方法によって構築される液状化対策壁であって、
前記複数の鋼矢板を、構造物を取り囲むようにして支持地盤に圧入することによって形成された前記地中壁と、
この地中壁の周方向に沿って、かつ前記構造物を取り囲むようにして複数配置されるとともに、前記支持地盤上の液状化層に造成される前記ドレーン杭と、を備えており、
前記複数のドレーン杭は、前記地中壁の外側面と内側面のうち少なくとも一方の面に近接して配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、複数の鋼矢板を圧入機によって支持地盤に圧入することによって地中壁を構築し、ケーシングを、同じく圧入機によって液状化層に圧入するとともにドレーン杭を造成するので、従来とは異なり、同じ圧入機によって地中壁の構築とドレーン杭の造成とを行うことができる。このため、ドレーン杭を造成するために大型施工機械を使う必要が無くなり、例えば狭隘な場所でも施工を行うことができる。
また、ケーシングを圧入する際は、鋼矢板に沿って、かつ鋼矢板を反力として圧入が行われるため、例えば軟弱な地盤や不整地等でも、大掛かりな地盤養生を行う必要が無くなる。しかも、ケーシングの圧入を高い精度で行うことができる。
また、特殊な形状の鋼矢板を圧入して地中壁を構築するのではなく、通常の形状の鋼矢板を圧入して地中壁を構築するため、圧入時の抵抗が大きくなるようなことはなく、従来に比して容易に地中壁を構築することができる。また、特殊な形状の鋼矢板や特殊な方法を用いずに地中壁を構築できるので、この地中壁の周囲にドレーン杭を造成しやすく、特にドレーン杭の形状や大きさ、造成場所が制限されることがなくなる。したがって、ドレーン杭による効率の良い排水が行われることになる。
また、圧入機によってケーシングを上下動または回転させることで、ケーシング内に投入された多数のドレーン材の均一な締め固めを行うことができるので、複数のドレーン杭の造成を行っても、排水機能を果たすのに十分な品質を容易に確保できる。
さらに、ケーシングの圧入時およびドレーン杭の造成時には、このドレーン杭の周辺の地盤を圧密することができるので、周辺の地盤を締め固めることができる。
これによって、施工効率の低下や施工コストの上昇を抑制できるとともに、効果的な液状化対策を行うことが可能となる。

本発明に係る液状化対策壁の概略構成を示す断面図である。 同、平断面図である。 同、部分拡大図である。 圧入機による液状化対策壁の構築の態様を示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１において符号１は支持地盤を示し、符号２は液状化層を示し、符号３は埋め戻し層を示し、符号４は地面を示す。
支持地盤１は、後述する複数の鋼矢板１２…が根入れされる固い地盤であり、これら複数の鋼矢板１２…を確実に支持することが可能となっている。
液状化層２は、砂を比較的多く含み、地下水等によって飽和した軟弱な地盤であり、例えば地震動によって液状化する可能性のある地盤を指す。
埋め戻し層３は、液状化層２を掘り起こして設置された地下構造物５の周りに、再び土を被せて埋め戻した地盤を指す。
本実施の形態の構造物５は地下に埋設された災害用貯水タンクとされているが、これに限られるものではない。また、構造物は、地下に埋設されるものに限られるものではなく、地面４の上に構築されるものでも良い。なお、本実施の形態の地下構造物５の下方には、この地下構造物５の設置時の基礎とした床版６が残置された状態となっている。

以上のような地盤では、例えば地震が起きた際に液状化層２が液状化する場合があるため、前記地下構造物５の周囲に液状化対策壁１０が構築される。
この液状化対策壁１０は、地中壁１１と、複数のドレーン杭１５…と、を備える。

地中壁１１は、図１および図２に示すように、複数の鋼矢板１２…を、前記地下構造物５を取り囲むようにして支持地盤１に圧入することによって形成されている。これら複数の鋼矢板１２…は、前記地下構造物５から、複数のドレーン杭１５…を造成可能な間隔をあけて配置されている。
なお、地中壁１１のうち、地下構造物５を向く面が内側面１１ｂとされ、地下構造物５を向かない面が外側面１１ａとされている。
本実施の形態では前記鋼矢板１２として、ハット型鋼矢板１２が採用されている。
この鋼矢板１２は、図２および図３に示すように、両側に一体形成された継手１３，１３を有する。そして、隣接する鋼矢板１２，１２同士は、この継手１３，１３同士を係合させることによって連結されている。
なお、本実施の形態の鋼矢板１２のうち、両側の継手１３，１３を除く本体部分は、平面視において両側の継手１３，１３に対して外側に突出した状態となっている。この突出した本体部分のうち、地下構造物５を向く凹んだ面が内側凹面１２ｂとされ、地下構造物５を向かない突出側の面が外側凸面１２ａとされている。

前記複数のドレーン杭１５…は、図１および図２に示すように、前記地中壁１１の周方向に沿って、かつ前記地下構造物５を取り囲むようにして配置されるとともに、前記支持地盤１上の液状化層２に造成されている。
前記ドレーン杭１５は、多数のドレーン材１６…を締め固めることによって形成されている。ここで、このドレーン材１６としては、例えば砕石やコンクリートガラ、スラグ等の再生材を活用することができ、省資源効果も見込むことができる。
このようなドレーン杭１５によれば、液状化現象が発生した際の水分を、このドレーン杭１５を通して地上に円滑に排水できる。

また、前記複数のドレーン杭１５…は、前記地中壁１１の外側面１１ａと内側面１１ｂのうち少なくとも一方の面に近接して配置されている。
すなわち、本実施の形態のドレーン杭１５は、図２に示すように、前記複数の鋼矢板１２…の内側凹面１２ｂに近接して配置されているが、これに限られるものではなく、図３に示すように、ドレーン杭１５を、外側凸面１２ａに近接して配置しても良いし、隣接する鋼矢板１２，１２の連結された継手１３，１３に近接して配置しても良い。

また、前記複数のドレーン杭１５…は、図２に示すように、略等しい間隔で配置されている。
本実施の形態においては、鋼矢板１２一つ分間隔をあけて配置されている。すなわち、図３に示すピッチＰ２の間隔となっているが、これに限られるものではなく、図３に示すピッチＰ１の間隔で鋼矢板１２を配置しても良い。
なお、例えば、ピッチＰ１は、９００ｍｍ（ミリメートル）とされており、ピッチＰ２は、１８００ｍｍとされている。

次に、以上のような構成の液状化対策壁１０の構築方法について説明する。
なお、構造物５は、上述のように埋め戻し層３に埋設された状態となっている。
また、本実施の形態で使用される圧入機２０は、前記鋼矢板１２およびケーシング（後述する）を地中に圧入する圧入機であり、図４に示すように、既に支持地盤１に圧入され根入れされた鋼矢板１２の上端側を掴んで支持する複数（例えば、３つ）のクランプ装置２１…を備えたサドル２２と、サドル２２に対して前後動可能なスライドベース２３と、スライドベース２３上で左右に旋回可能なリーダマスト２４と、リーダマスト２４の前面に昇降可能に取り付けられるチャック装置２５と、リーダマスト２４に対してチャック装置２５を昇降駆動するメイン油圧シリンダ２６と、オペレータにより圧入機２０の操作がなされる操作部２７等を備えている。
すなわち、このような圧入機２０によれば、前記クランプ装置２１…やサドル２２、リーダマスト２４によって圧入機２０を自走移動させることができる。また、前記チャック装置２５により鋼矢板１２およびケーシングを把持し、このチャック装置２５をメイン油圧シリンダ２６によって昇降駆動させたり、回転駆動させたりすることによって、前記鋼矢板１２…およびケーシングの圧入を行うことができる。
そして、その操作は前記操作部１７で行われる。なお、この操作部１７による圧入機２０の操作は遠隔操作で行われる。

まず、前記複数の鋼矢板１２…を、隣接する鋼矢板１２，１２の継手１３，１３同士を係合させながら、前記圧入機２０によって圧入する。
なお、前記クランプ装置２１…によって掴まれる最初の数枚の鋼矢板１２…は、図示はしないが、反力ウェイトが積載された反力架台を地面４に設置するとともに、この反力架台に前記圧入機２０を設置し、反力ウェイトおよび反力架台によって反力を確保しながら、支持地盤１に圧入していく。
前記圧入機２０を自走させるために必要な複数の鋼矢板１２…が圧入されたら、前記圧入機２０を、これら複数の既設の鋼矢板１２…を自走移動させながら、残りの複数の鋼矢板１２…を圧入していく。
そして、このように圧入機２０によって、複数の鋼矢板１２…を、前記地下構造物５を取り囲むようにして支持地盤１に圧入することによって前記地中壁１１を構築する。

なお、前記鋼矢板１２の圧入時には、例えば圧入抵抗等の圧入データが、前記圧入機２０に搭載された圧入データ取得装置（図示せず）から外部の情報端末３０へと送られるようになっている。
この情報端末３０では、この圧入データを解析して、例えば支持地盤１までの深さや地盤の固さ等の地盤情報を取得することができる。
さらに、この地盤情報に基づいて、後工程でドレーン杭１５を造成する際の深度を判定することができる。すなわち、ケーシングを圧入すべき深度を判明させることができる。
これによって、地盤情報が得られた段階でドレーン杭１５の深度を変更させることができるので、現場の地盤条件に合った精度の良いドレーン杭１５の造成が可能となる。
なお、前記情報端末３０による解析で得られた各データは、この情報端末３０から前記圧入機２０を操作する操作部２７へと送られ、この操作部２７に備えられた表示部（図示せず）で確認できるようになっている。

続いて、ケーシングを、前記圧入機２０によって前記支持地盤１上の液状化層２に圧入する。なお、ケーシングの圧入深度は、前記情報端末３０による地盤解析によって判明しているものとする。
ケーシングを圧入する際は、前記圧入機２０が自走移動する複数の鋼矢板１２…のうち、前記地中壁１１の外側面１１ａまたは内側面１１ｂに近接するようにして圧入される。また、前記圧入機２０によってケーシングを圧入する際は、前記複数の鋼矢板１２…を反力として圧入する。
また、その圧入方法は、前記チャック装置２５を昇降駆動させることによってケーシングを圧入するか、前記チャック装置２５に搭載された回転駆動機構（図示せず）によって回転圧入する。なお、液状化層２の固さ等、ケーシングが圧入される地盤の条件に応じて、どちらか一方の方法で圧入することが好ましい。また、両方の方法を併用しても良いものとする。
さらには、支持地盤１との間に硬質な地盤や障害物がある場合には、ケーシング先端に掘削装置をセットして先行掘削できるようにしておくと良い。
なお、本実施の形態においては、前記ケーシングの圧入方向の先に、前記地下構造物５の下方に残置された床版６があり、この床版６は掘削装置によって先行掘削されるものとする。

続いて、前記液状化層２に圧入されたケーシング内に多数のドレーン材１６…を投入する。その後、前記ケーシングを、前記圧入機２０によって引き抜いていく。
なお、前記ケーシングの先端を開閉自在に構成し、ケーシングの圧入時には先端を閉の状態で施工を行い、またケーシングの内部にドレーン材１６…を投入して引き抜く際には先端を開の状態で施工を行う方法を採用して良いものとする。
このようなケーシングを引き抜く際は、前記圧入機２０のチャック装置２５を昇降駆動させることによってケーシングを上下動するか、前記チャック装置２５に搭載された回転駆動機構（図示せず）によって回転させる。なお、液状化層２の固さ等、ケーシングが圧入される地盤の条件に応じて、どちらか一方の方法で引き抜くことが好ましい。また、両方の方法を併用しても良いものとする。
そして、このようにケーシングを上下動または回転させながら引き抜くことで、ケーシング先端部の開口部から抜き出される多数のドレーン材１６…を締め固めることができ、これによってドレーン杭１５を造成することができる。
このようなドレーン杭１５を、前記地中壁１１の周方向に沿って、かつ前記地下構造物５を取り囲むようにして複数配置する。以上のようにして液状化対策壁１０を構築することができる。

本実施の形態によれば、前記複数の鋼矢板１２…を前記圧入機２０によって支持地盤１に圧入することによって地中壁１１を構築し、ケーシングを、同じく前記圧入機２０によって液状化層２に圧入するとともにドレーン杭１５…を造成するので、従来とは異なり、同じ圧入機２０によって地中壁１１の構築とドレーン杭１５の造成とを行うことができる。このため、前記ドレーン杭１５を造成するために大型施工機械を使う必要が無くなり、例えば狭隘な場所でも施工を行うことができる。
また、前記ケーシングを圧入する際は、前記鋼矢板１２に沿って、かつ鋼矢板１２を反力として圧入が行われるため、例えば軟弱な地盤や不整地等でも、大掛かりな地盤養生を行う必要が無くなる。しかも、ケーシングの圧入を高い精度で行うことができる。
また、特殊な形状の鋼矢板を圧入して地中壁１１を構築するのではなく、通常の形状の鋼矢板１２を圧入して地中壁１１を構築するため、圧入時の抵抗が大きくなるようなことはなく、従来に比して容易に地中壁１１を構築することができる。また、特殊な形状の鋼矢板１２や特殊な方法を用いずに地中壁１１を構築できるので、この地中壁１１の周囲にドレーン杭１５を造成しやすく、特にドレーン杭１５の形状や大きさ、造成場所が制限されることがなくなる。したがって、前記ドレーン杭１５による効率の良い排水が行われることになる。
また、前記圧入機２０によってケーシングを上下動または回転させることで、ケーシング内に投入された多数のドレーン材１６…の均一な締め固めを行うことができるので、複数のドレーン杭１５…の造成を行っても、排水機能を果たすのに十分な品質を容易に確保できる。
さらに、前記ケーシングの圧入時およびドレーン杭１５の造成時には、このドレーン杭１５の周辺の地盤（液状化層２）を圧密することができるので、周辺の地盤を締め固めることができる。
これによって、施工効率の低下や施工コストの上昇を抑制できるとともに、効果的な液状化対策を行うことが可能となる。

１ 支持地盤
２ 液状化層
３ 埋め戻し層
５ 構造物
１０ 液状化対策壁
１１ 地中壁
１１ａ 外側面
１１ｂ 内側面
１２ 鋼矢板
１２ａ 外側凸面
１２ｂ 内側凹面
１５ ドレーン杭
１６ ドレーン材
２０ 圧入機
３０ 情報端末

Claims (3)

1. 複数の鋼矢板を圧入機によって、構造物を取り囲むようにして支持地盤に圧入することによって地中壁を構築する工程と、
   ケーシングを、前記圧入機によって前記支持地盤上の液状化層に、前記鋼矢板に沿って、かつ前記鋼矢板を反力として、圧入または回転圧入する工程と、
   前記液状化層に圧入されたケーシング内にドレーン材を投入した後、前記ケーシングを、前記圧入機によって上下動または回転させることでドレーン材を締め固めながら引き抜いてドレーン杭を造成する工程と、を含むことを特徴とする液状化対策壁の構築方法。
2. 前記鋼矢板の圧入時に得られる圧入データに基づいて地盤情報を取得し、この地盤情報に基づいて前記ドレーン杭を造成する深度を判定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の液状化対策壁の構築方法。
3. 請求項１または２に記載の液状化対策壁の構築方法によって構築される液状化対策壁であって、
   前記複数の鋼矢板を、構造物を取り囲むようにして支持地盤に圧入することによって形成された前記地中壁と、
   この地中壁の周方向に沿って、かつ前記構造物を取り囲むようにして複数配置されるとともに、前記支持地盤上の液状化層に造成される前記ドレーン杭と、を備えており、
   前記複数のドレーン杭は、前記地中壁の外側面と内側面のうち少なくとも一方の面に近接して配置されていることを特徴とする液状化対策壁。

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