JP2013217144A - 噴砂防止構造 - Google Patents

Abstract

【課題】液状化地盤である原地盤が液状化した際に、噴砂を確実にかつ簡易に防止し得る有効適切な構造を提供する。
【解決手段】原地盤１の表面を舗装面２によって被覆するとともに、舗装面の要所に、底部が原地盤に達する深さに形成されて液状化発生時に原地盤において生じる過剰間隙水を集水して排水するための排水路３を所定間隔で設ける。排水路を、原地盤に形成された溝内に礫材を充填してなる集水層４と、集水層の上部に設置されたＵ字溝５により構成し、Ｕ字溝の底部に集水層に通じる通水口６を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、液状化地盤を対象とする噴砂防止構造に関する。

周知のように、緩い砂層が堆積するような地盤では地震時に液状化による噴砂が生じて大きな不陸や沈下が生じたり、地表への大量の砂が排出されることで地震後の施設の利用に大きな障害となることがある。

したがって、建物や各種構造物を設置するための原地盤がそのような液状化地盤である場合には、原地盤を締め固めたり地盤改良を施す等の対策により液状化の発生を防止することが行われ、そのための様々な工法や構造が提案されている。

また、特許文献１には液状化の発生自体を防止するのではなく、液状化が発生した際の地盤の不陸や地表面への噴砂を防止するために、地盤全体を覆う蓋材として機能する床版やシート等の版状の地表構造物を地盤の表層部に設置するという構造が提案されている。

特開２０１０−１１２０３９号公報

しかし、液状化の発生自体を確実に防止するためには原地盤全体を広範囲にわたって十分に締め固めたり格子状の地盤改良を施して地震時の地盤変形を小さくする必要があり、そのためには多大なコストを要するものである。そのため、この種の工法は主要構造物の直下のみを対象として限定的に実施されるに留まり、駐車場や道路等の地盤全体を対象として広範囲に適用するようなことは現実的ではない。

また、特許文献１に示される構造は、地表構造物自体の不陸を防止するためにその地表構造物自体を十分に高剛性の構造体として形成しなければならず、したがってそのために多大なコストを要するばかりでなく、液状化発生時には地表構造物自体が沈下したり浮き上がって傾斜を生じてしまうことも想定され、広く普及するに至っていない。

上記事情に鑑み、本発明は液状化発生時における噴砂を確実かつ簡易に防止し得る有効適切な構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、地震時に液状化を生じる懸念のある原地盤を対象として、該原地盤が液状化を生じた際に地表への噴砂を防止するための構造であって、前記原地盤の表面を舗装面によって被覆するとともに、該舗装面の要所に、底部が前記原地盤に達する深さに形成されて液状化発生時に該原地盤において生じる過剰間隙水を集水して排水するための排水路を所定間隔で設け、前記排水路を、前記原地盤に形成された溝内に礫材を充填してなる集水層と、該集水層の上部に設置されたＵ字溝により構成し、該Ｕ字溝の底部に前記集水層に通じる通水口を設けてなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の噴砂防止構造であって、前記Ｕ字溝の底部に設けた前記通水口に、常時閉とされかつ液状化発生時に前記原地盤において生じる前記過剰間隙水の水圧により開かれる栓体を装着してなることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の噴砂防止構造であって、前記Ｕ字溝の上部に、該Ｕ字溝内に流入した前記過剰間隙水を地表に溢水させるための通水性を有する蓋体を装着してなることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１，２または３記載の噴砂防止構造であって、前記集水層の周囲に、通水性を有しかつ砂の通過を阻止する濾材としてのジオテキスタイルを設けてなることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１，２，３または４記載の噴砂防止構造であって、前記集水層の底部からその下方の原地盤に向けて、液状化発生時に該原地盤において生じる前記過剰間隙水を前記集水層に集水するための鉛直ドレーンを設けてなることを特徴とする。

本発明によれば、原地盤を舗装面により被覆した上で、舗装面の要所に液状化発生時に原地盤において生じる過剰間隙水を排水するための排水路を設けておき、液状化発生時にはその排水路を通して原地盤から過剰間隙水を積極的に排水することにより、原地盤での間隙水圧を速やかに低下せしめて噴砂が生じることを有効に防止することが可能である。

したがって本発明によれば、原地盤に液状化が発生しても舗装面に大きな不陸や沈下、浮き上がりが生じて長期にわたって使用不能になるといった最悪の事態を未然に回避し得るものとなり、液状化の発生自体を防止する場合に比べて遙かに簡便かつ低コストで重大な液状化被害を有効に防止することが可能であるし、特に広大な敷地全体を対象とする場合等において現実的かつ合理的な液状化対策として有効である。

本発明の一実施形態である噴砂防止構造を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図である。 同、排水路の構成例を示す拡大図であって、（ａ）は正断面図、（ｂ）はＵ字溝の底部を示す拡大正断面図、（ｃ）はＵ字溝の平面図、（ｄ）は排水路の側断面図である。 同、排水路による過剰間隙水の排水状況の説明図であり、（ａ）は正断面図、（ｂ）は側断面図である。 同、排水路の変形例を示す図であって、（ａ）は正断面図、（ｂ）はＵ字溝の底部を示す拡大正断面図である。 同、排水路の変形例を示す正断面図である。 本発明の他の実施形態である噴砂防止構造を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図である。

図１〜図３に本発明の噴砂防止構造の一実施形態を示す。
これは、建物や各種構造物を設置するための原地盤１が表層１ａの下層に液状化しやすい液状化層１ｂを有していて地震時には液状化を生じる懸念のある液状化地盤である場合において、その原地盤１が仮に液状化した場合においても地表に噴砂が生じることまでは防止することを目的とするものである。
そのため、本実施形態の噴砂防止構造は、原地盤１の表面を舗装面２により全面的に舗装したうえで、その舗装面２の要所に液状化発生時に原地盤１において生じる過剰間隙水を積極的に排水することで噴砂の発生を防止するための排水路３を設けたことを主眼とする。

具体的には、原地盤１の表面を、表層２ａとその下層の路盤層２ｂとによる舗装面２によって全面的に被覆する。舗装面２の仕様としては通常の車道の場合と同等程度で良く、たとえば通常のアスファルト舗装ないしコンクリート舗装程度で十分である。

そして、舗装面２の要所に複数の排水路３を所定間隔で設ける。
排水路３は図１（ａ）,（ｂ）に示すように互い平行な状態で一方向に沿うように設けることでも良いし、破線で示すようにそれに直交する方向にも設けて全体として格子状をなすように縦横に設けることでも良い。
また、排水路３の幅寸法や相互間隔は原地盤１の状況その他の条件を考慮して任意に設定すれば良いが、排水路３の幅寸法ｗをたとえば50cm程度、排水路３間の相互間隔Ｄをたとえば10〜30m程度とすると良い。
なお、本例では図１（ｂ）に示すように排水路３を原地盤１の表層１ａの厚さの範囲に形成しているが、排水路３をさらに深くして液状化層１ｂに達するように形成することでも良い。

上記の排水路３は、図２（ａ）〜（ｄ）にその詳細な構成例を示すように、底部が原地盤１の表層１ａに達する深さに形成された溝内に礫材が充填されて形成された集水層４と、集水層４の上部において所定の排水勾配を有するように設置されたＵ字溝５からなり、Ｕ字溝５の底面には集水層４に通じる通水口６が所定間隔で多数（図示例では１台のＵ字溝５に対し３個所ずつ）形成されているものである。

上記の集水層４を形成するための礫材の粒度やその充填密度は、液状化発生時に原地盤１において発生する過剰間隙水をこの集水層４に効率的に集水し得るような十分な透水性を有し、かつ原地盤１から集水層４への砂の流入は阻止して集水層４を通しての地表への噴砂が生じることを防止し得るように、適切に設定しておく。
集水層４を形成するための礫材は原地盤１に形成した溝内に単に充填することでも良いが、礫材をたとえばジオテキスタイル等の透水材による袋体に収納して土嚢を形成し、それを溝内に敷き詰めることで集水層４を形成することでも良い。

また、上記のＵ字溝５としては土木資材として多用されているコンクリート製の汎用製品を採用可能であるが、このＵ字溝５は液状化発生時に過剰間隙水による浮力を受けて浮き上がってしまうことのないように堅固に固定した状態で設置することが好ましい。
Ｕ字溝５の上部は地表面において単に開放させておくことでもよいが、必要に応じて図２（ａ）に示すように蓋体７を装着しても良く、その場合、蓋体７を重量のあるコンクリート製とすればその重量により液状化発生時におけるＵ字溝５の浮き上がりを防止する効果が得られる。
なお、本実施形態では図２（ａ）に示すようにＵ字溝５を舗装面２の路盤層２ｂの範囲内に設置しているが、Ｕ字溝５の深さをより大きくしてその底部が原地盤１の表層１ａに達するようにしても良い。

上記のＵ字溝５を通常時においては舗装面２への降雨を集水し排水するための雨水排水路として利用することも考えられる。
その場合においてＵ字溝５に蓋体７を装着する場合には、蓋体７として雨水を舗装面２からＵ字溝５内に流入させ得るように通水性を有するもの（たとえば格子状のグレーチングや、有孔あるいはスリットを有する鋼製あるいはコンクリート製の蓋体等）を用いれば良い。

また、Ｕ字溝５を通常時に雨水排水路として利用する場合において、Ｕ字溝５に流入した雨水が通水口６から集水層４に浸透してしまうことを防止する必要がある場合には、たとえば図２（ａ）,（ｂ）,（ｄ）に示すように、通常時には通水口６に適宜の栓体８を装着して通水口６を常時閉としておくことが好ましい。この場合、液状化発生時には通水口６が開放される必要があるので、栓体８としては図３（ａ）,（ｂ）に示すように過剰間隙水圧を受けると自ずと浮き上がって抜けてしまう構成のものが好ましい。
あるいは、逆に、通常時にＵ字溝５に流入した雨水を原地盤１に浸透させてしまうことも考えられ、その場合には通常時においても通水口６を塞いでおく必要はないので、たとえば図４（ａ）,（ｂ）に示すように通水口６の目詰まりを防止するための目皿として機能するメッシュ９を通水口６に装着しておくことで十分である。勿論、そのメッシュ９としては液状化発生時に集水層４からＵ字溝５への過剰間隙水の流入を阻害しないものであることが必要である。

上記のように、原地盤１を舗装面２により被覆したうえで、その要所に所定間隔で排水路３を設けたことによって、原地盤１が液状化した際には排水路３が弱点となってその周辺位置において地表部に過剰間隙水の噴出や噴砂が生じようとする。
しかし、その際には、原地盤１において発生した過剰間隙水は図３（ａ）,（ｂ）に細矢印で示すように原地盤１から集水層４内に集水され、集水層４から通水口６を通ってＵ字溝５に流入し、Ｕ字溝５内を流下して速やかに排水されてしまうから、原地盤１における間隙水圧は効果的に散逸せしめられて過度に上昇することが有効に防止される。
この場合、Ｕ字溝５の上部を単に開放しておくか、あるいは上記のように通水性を有する蓋体７を装着しておけば、Ｕ字溝５に多量の過剰間隙水が流入した場合にはその一部が破線矢印で示すように地表に溢水するので、間隙水圧をより早期に散逸せしめることができる。
また、本実施形態では、図３（ａ）に示したようにＵ字溝５の深さが舗装面２の路盤層２ｂの層厚より小さくされていて、集水層４はその上部が路盤層２ｂの底部に直接連なる状態で形成されているので、その路盤層２ｂを利用して過剰間隙水を排水することも考えられる。すなわち、上記の路盤層２ｂを集水層４と同様に礫材を充填した礫層として形成しておけば、液状化発生時に集水層４に集水された過剰間隙水の一部が図中の破線矢印で示すように集水層４の上部から路盤層２ｂに直接流出して路盤層２ｂ内において水平各方向に流れて広範囲に拡散してしまい、それによる間隙水圧の散逸効果も期待できる。

一方、そのように過剰間隙水が排水路３を通して排水されることに伴い、原地盤１中の砂も図３（ａ）に太矢印で示すように過剰間隙水とともに集水層４に流入しようとするが、集水層４には礫材が充填されているので集水層４への砂の流入は自ずと阻止されてしまい、したがって排水路３を通して地表に噴砂が生じることは有効に防止される。

すなわち、本発明の構造は原地盤１の液状化の発生自体を防止するものではなく、液状化時に生じる過剰間隙水を排水路３によって積極的に集水し排水することにより、液状化が発生した場合においても間隙水圧の過度の上昇を抑制し、以て噴砂の発生には至らずにそれを有効に防止することを可能としたものである。
これにより、本発明によれば、液状化が発生しても舗装面２に大きな不陸や沈下、浮き上がりが生じて長期にわたって使用不能になるといった最悪の事態を未然に回避し得るものとなる。
したがって本発明によれば、液状化の発生自体を防止する場合に比べて遙かに簡便かつ低コストで重大な液状化被害を有効に防止することが可能であり、特に広大な敷地全体を対象とする場合等において現実的かつ合理的な液状化防止対策として有効である。
しかも、本発明における排水路３は通常時には舗装面２に対する雨水排水路としても利用可能（換言すれば、通常の雨水排水路を液状化発生時には本発明における排水路３として機能させることが可能）である。したがって、広大な敷地を対象とするような場合には、そこに設置される雨水排水路を液状化発生時には本発明における排水路３として機能するように上記実施形態のような構成としておくことのみで、排水路３を設置するためのコストをさらに削減することが可能である。

以上で本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、すなわち原地盤１を被覆する舗装面２の要所に礫材を充填した集水層４とＵ字溝５からなる排水路３を設けて、その排水路３により過剰間隙水を集水して排水することによって地表への噴砂を防止する構造とする限りにおいて、さらに様々な設計的変更や応用が可能である。

たとえば、集水層４は過剰間隙水を効率的に集水可能であるとともに砂による目詰まりが生じ難いものであることが必要であるので、図５に示すように、集水層４の周囲に通水性を有しかつ砂の通過を阻止する濾材としてのジオテキスタイル１０を設けることが考えられ、これにより集水層４への砂の流入をジオテキスタイル１０によって防止しつつ過剰間隙水のみを支障なく集水層４に対して流入させることが可能である。

また、図６（ａ）,（ｂ）に示すように、集水層４の底部からその下方の原地盤１に向けて、液状化発生時に原地盤１から過剰間隙水を集水層４に積極的に集水させるための鉛直ドレーン１１を所定間隔で設けることも考えられる。この場合、鉛直ドレーン１１は液状化の発生を防止する目的で設置するのではなく、あくまで液状化発生時の過剰間隙水の集水を目的とするものであり、したがって鉛直ドレーン１１は原地盤１の深部に至るようにその全体にわたって設置する必要はなく、排水路３の底部周辺から過剰間隙水を効率的に集水し得るように設置することで十分である。

１ 原地盤（液状化地盤）
１ａ 表層
１ｂ 液状化層
２ 舗装面
２ａ 表層
２ｂ 路盤層
３ 排水路
４ 集水層
５ Ｕ字溝
６ 通水口
７ 蓋体
８ 栓体
９ メッシュ
１０ ジオテキスタイル
１１ 鉛直ドレーン

Claims (5)

1. 地震時に液状化を生じる懸念のある原地盤を対象として、該原地盤が液状化を生じた際に地表への噴砂を防止するための構造であって、
   前記原地盤の表面を舗装面によって被覆するとともに、該舗装面の要所に、底部が前記原地盤に達する深さに形成されて液状化発生時に該原地盤において生じる過剰間隙水を集水して排水するための排水路を所定間隔で設け、
   前記排水路を、前記原地盤に形成された溝内に礫材を充填してなる集水層と、該集水層の上部に設置されたＵ字溝により構成し、該Ｕ字溝の底部に前記集水層に通じる通水口を設けてなることを特徴とする噴砂防止構造。
2. 請求項１記載の噴砂防止構造であって、
   前記Ｕ字溝の底部に設けた前記通水口に、常時閉とされかつ液状化発生時に前記原地盤において生じる前記過剰間隙水の水圧により開かれる栓体を装着してなることを特徴とする噴砂防止構造。
3. 請求項１または２記載の噴砂防止構造であって、
   前記Ｕ字溝の上部に、該Ｕ字溝内に流入した前記過剰間隙水を地表に溢水させるための通水性を有する蓋体を装着してなることを特徴とする噴砂防止構造。
4. 請求項１，２または３記載の噴砂防止構造であって、
   前記集水層の周囲に、通水性を有しかつ砂の通過を阻止する濾材としてのジオテキスタイルを設けてなることを特徴とする噴砂防止構造。
5. 請求項１，２，３または４記載の噴砂防止構造であって、
   前記集水層の底部からその下方の原地盤に向けて、液状化発生時に該原地盤において生じる前記過剰間隙水を前記集水層に集水するための鉛直ドレーンを設けてなることを特徴とする噴砂防止構造。

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