JP2014012981A - 液状化対策構造 - Google Patents

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高士 西山
Shunichi Higuchi
俊一 樋口
Akira Yamamoto
山本  彰
Mamoru Sawara
守 佐原
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【課題】簡便な施工によって、盤状の地盤改良体の下に発生する過剰間隙水圧を消散し易くすることで地盤の液状化による被害を抑制する。
【解決手段】液状化対策構造10は、液状化対策の対象の地盤2に構築され、構造物1を支持する盤状の地盤改良体20にその底面から上面まで延びるように形成された複数の排水路22と、地盤改良体20の上面に形成され排水路22を通って上がった水を排出する排水層24とを備え、複数の排水路22にはドレーン材が充填され、砂を止めるフィルター材が設けられている。
【選択図】図1

Description

本発明は、液状化対策構造に関する。
地下水で飽和された砂地盤等の液状化層の上位層やその上の表層にマットスラブ等の盤状の基礎や盤状の地盤改良体を構築する場合に、基礎や地盤改良体に鉛直に貫通する複数の孔を形成し、表層から基礎や地盤改良体の孔を通して液状化層内に複数のドレーンパイプを鉛直に挿入し、基礎や地盤改良体の上面にドレーンパイプの上部が連通する排水層を設けたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載の技術では、地震時に液状化層内の間隙水をドレーンパイプで集水して排水層まで汲み上げることにより液状化を抑制している。
特許第3855196号公報
上記盤状の地盤改良体又は基礎を液状化層の上位層やその上の表層に構築した場合、その地盤改良体又は基礎の下の過剰間隙水圧が消散しづらく液状化が発生し易い状態になったり、または液状化状態が長く続くことになったりするという課題が生じるが、特許文献1に記載の技術によれば、間隙水を地盤改良体又は基礎の下に溜めることなく地盤改良体又は基礎の上面の排水層まで汲み上げることができるため、当該課題を解決することができる。
ここで、特許文献1に記載の技術では、ドレーン工法により液状化を抑制することを目的として、ドレーンパイプを、地盤改良体又は基礎を貫通させて液状化層の深部まで挿入し、液状化層内の間隙水を集水して排水層まで汲み上げるようにしているが、過剰間隙水圧が地盤改良体の下に発生し難いようにできれば十分に目的が果たされるような場合には、過剰な施工となり、過剰な施工コストを要することになる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便な施工によって、盤状の地盤改良体の下に発生する過剰間隙水圧を消散し易くすることで地盤の液状化による被害を抑制することを課題にするものである。
上記課題を解決するために、本発明に係る液状化対策構造は、液状化対策の対象の地盤に構築された盤状の地盤改良体にその底面から上面まで貫通するように形成された複数の排水路と、前記地盤改良体の上面に形成され前記排水路を通って上昇した水を排出する排水層とを備え、前記複数の排水路と前記排水層との少なくとも一方は、砂を止める砂止機能を備える。
また、本発明に係る液状化対策構造は、液状化対策の対象の地盤に構築され、構造物を支持する盤状の地盤改良体にその底面から上面まで貫通するように形成された複数の排水路と、前記地盤改良体の上面に形成され前記排水路を通って上昇した水を排出する排水層とを備え、前記複数の排水路と前記排水層との少なくとも一方は、砂を止める砂止機能を備える。
前記液状化対策構造において、前記複数の排水路と前記排水層との少なくとも一方には、水は透過するが砂は止めるフィルター材が設けられるか、もしくは、水は透過するが砂は止めるドレーン材が充填されてもよい。
前記液状化対策構造は、前記地盤改良体の下の地盤を囲む地中壁を備えてもよい。また、前記液状化対策構造において、前記地中壁には通水孔が形成されてもよい。
本発明によれば、簡便な施工によって、盤状の地盤改良体の下に発生する過剰間隙水圧を消散し易くすることで地盤の液状化による被害を抑制することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る液状化対策構造の概略を示す立断面図である。 図1の2−2断面図である。 図1の3−3断面図である。 排水路の概略構成を示す図である。 液状化発生時における液状化対策構造の作用を示す立断面図である。 降雨時における液状化対策構造の作用を示す立断面図である。 他の実施形態に係る液状化対策構造の概略を示す立断面図である。 他の実施形態に係る液状化対策構造の概略を示す立断面図である。 他の実施形態に係る液状化対策構造の概略を示す立断面図である。 他の実施形態に係る液状化対策構造の概略を示す立断面図である。 他の実施形態に係る液状化対策構造の概略を示す立断面図である。 他の実施形態に係る液状化対策構造の概略を示す立断面図である。 他の実施形態に係る液状化対策構造の概略を示す立断面図である。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る液状化対策構造10の概略を示す立断面図であり、図2は、図1の2−2断面図(平断面図)であり、図3は、図1の3−3断面図(平断面図)である。図1に示すように、本実施形態に係る液状化対策構造10は、住宅等の構造物1を支える液状化対策の対象の地盤に構築されている。当該地盤では、表層2より深い層に液状化対象層3が存在する。
液状化対策構造10は、構造物1を支持する盤状の地盤改良体20と、地盤改良体20の上面の周囲に設けられ雨水処理等の排水設備に接続された排水パイプ30とを備えている。この液状化対策構造10では、地表面から数mの基礎底部や液状化対象層3の深さに基づいて設定される深さから深方に現地土を固化系材料で地盤改良することにより地盤改良体20を構築することで、液状化対象層3の液状化に伴う構造物1の沈下もしくは不同沈下を抑制している。
地盤改良体20には、鉛直方向に延びる複数の排水路22と、地盤改良体20の上面に設けられた排水層24とが設けられている。複数の排水路22は、地盤改良体20の底面から上面まで延びている。また、図2に示すように、複数の排水路22は、平面視にて縦横に所定間隔おきに配されている。
また、排水層24は、例えば、図3に示すように、縦横の溝の交点に排水路22の上端が接続されてなる平面視にて格子状の溝となっている。また、排水層24の各溝の端部は排水パイプ30に接続されている。なお、排水層24の上に構造物1を構築する際には、排水層24の溝に砕石等のドレーン材を充填し、その上にコンクリートを打設する等すればよい。また、排水層24は、格子状の溝で構成することは必須ではなく、全面に砕石や砂利を敷設する等して構成してもよい。
図4は、排水路22の概略構成の一例を示す図である。この図に示すように、排水路22は、外管材22Aと、外管材22Aの中に充填されたドレーン材22Bと、外管材22Aの両端に配されたフィルター材22Cとを備えている。外管材22Aは、塩化ビニル管、ボイド管(段ボール管)、単管パイプ等の地盤改良体20に貫通孔を形成するための管材である。また、ドレーン材22Bは、砕石、タイヤや木片等の廃材、ポーラスチップ等の透過性の良い充填材である。また、フィルター材22Cは、化学繊維網や金属網や自然繊維網等の水は透過させるが砂は止める材料である。なお、排水路22の構成は、水を通しやすく砂は通しにくい排水路としての性能が確保された構造であれば必ずしも上記の構成どおりでなくともよい。
ここで、排水路22の施工手順としては、例えば、現地を掘削した後に排水路22を構成する外管材22A、ドレーン材22B及びフィルター材22Cを設置し、その後、流動化処理土等を打設するという手順、表層混合攪拌処理を実施した後に、排水路22を構成する外管材22A、ドレーン材22B及びフィルター材22Cを設置するという手順等が挙げられる。
図5は、液状化発生時における液状化対策構造10の作用を示す立断面図である。この図に示すように、地震が発生して地盤2における地盤改良体20より下側の液状化対象層3に液状化が発生すると、この液状化した液状化対象層3内に生じた過剰間隙水圧により、間隙水が、地盤改良体20の底面から排水路22を通って地盤改良体20の上面の排水層24まで上昇し、排水層24から排水パイプ30を通って雨水処理等の排水設備へ流出する。即ち、液状化した液状化対象層3内に生じた過剰間隙水圧は、過剰に水圧が上がった間隙水が、地盤改良体20の下に溜まらずに排水路22、排水層24及び排水パイプ30を通って下水道等の排水設備に排水されることにより、容易に消散される。従って、液状化対象層3の強度が液状化により低下している時間を短縮することができ、構造物1や地盤改良体20の荷重によりその下の液状化対象層3が側方に押し出されて地盤改良を施した地盤が沈下もしくは不同沈下することを抑制することができる。
ここで、排水路22は、透水性の良いドレーン材22Bが外管材22Aに充填され、水は透過するが砂は止める砂止機能を備えるフィルター材22Cが上下両端に設けられた構成になっているため、過剰間隙水圧により液状化対象層3から上昇しようとする砂が、フィルター材22Cにより止められる。これにより、液状化対象層3の過剰間隙水圧の上昇を抑制することができると共に、砂の流出を抑制することができるため、構造物の沈下や基礎直下からの砂の移動に伴う空洞の発生等、液状化に伴う構造物の不具合の発生を抑制することができる。
図6は、降雨時における液状化対策構造10の作用を示す立断面図である。この図に示すように、降雨時には、表層2に浸み込んだ雨水が、地盤改良体20の上面の排水層24から排水路22を通って地盤改良体20の底面まで下がり、その下層に浸透する。即ち、表層2に浸み込んだ雨水は、地盤改良体20の上に溜まらずに排水層24及び排水路22を通って地盤改良体20の下層に排水される。従って、地盤改良体を構築することによって生じる表層2の水はけの悪化を緩和することができる。
以上説明したように本実施形態に係る液状化対策構造10では、ドレーンパイプを地盤改良体20を貫通させて液状化層の深部まで挿入するというドレーン工法のような大掛かりな施工ではなく、地盤改良体20にその底面から上面まで延びる複数の排水路22を形成するという、上記ドレーン工法に比して簡便な施工により、地盤改良体20の下の液状化対象層3の過剰間隙水圧が消散し易いようにしている。また、排水路22に水は通すが砂は止める砂止機能を与えることにより、砂が過剰間隙水圧により上昇することを抑制している。従って、施工コストを抑えたうえで、地盤改良体20の下の液状化対象層3を、液状化の発生し難い状態にし、または液状化した状態が長く続かないようにし、液状化層3の液状化による被害を抑制することが可能になる。
図7は、他の実施形態に係る液状化対策構造100の概略を示す立断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る液状化対策構造100では、地盤改良体20の上面のみならず底面にも排水層24が設けられている。また、排水パイプ30に替えて、構造物1の地下部分を囲むように表層2に設けられた砕石層140が設けられている。このため、地盤改良体20の下側の液状化対象層3に生じた過剰間隙水圧により、間隙水が、地盤改良体20の底面で水平方向に広がり、地盤改良体20の底面から排水路22を通って地盤改良体20の上面の排水層24まで上昇し、排水層24から砕石層140を通って雨水処理等の排水設備へ流出する。
図8は、他の実施形態に係る液状化対策構造200の概略を示す立断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る液状化対策構造200は、地盤改良体20の下の地盤を囲うように構築された地中壁230を備えている。この地中壁230の上端は、地盤改良体20の底面より上側に配されており、地盤改良体20を囲っている。なお、地中壁230は、構造物1の下の地盤の移動を拘束し得る剛性を備えていればよく、その材料は適宜選択すればよい。
これにより、液状化発生時に、地盤改良体20の下の地盤が側方へ流動することを抑制できるため、地盤の沈下を抑制する効果を高めることができる。
図9は、他の実施形態に係る液状化対策構造300の概略を示す立断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る液状化対策構造300は、地盤改良体20の下の地盤を囲うように構築された地中壁330を備えている。この地中壁330の上端は、地盤改良体20の底面より上側に配されており、地盤改良体20を囲っている。なお、地中壁330は、構造物1の下の地盤の移動を拘束し得る剛性を備えていればよく、その材料は適宜選択すればよい。
ここで、地中壁330には、複数の通水孔331が水平方向と高さ方向とに間隔を空けて形成されている。これにより、上記実施形態に係る液状化対策構造200に比して、地中壁330の内外の通水が容易となり、地中壁330で囲んだ液状化対象層3の過剰間隙水圧をより一層速やかに消散させることができる。また、常時においても、地中壁330の内外の地下水位差を緩和させる効果を期待できる。
図10は、参考例に係る液状化対策構造400の概略を示す立断面図である。この図に示すように、本参考例に係る液状化対策構造400は、構造物1を支持する盤状の地盤改良体420と、構造物1の地下部分を囲むように設けられた砕石層440と、地盤改良体420の下の地盤を囲うように構築された地中壁330とを備えている。地中壁330には、複数の通水孔331が水平方向と高さ方向とに間隔を空けて形成されている。
ここで、地中壁330の上端が地盤改良体420の外周部から離して配されることにより、地中壁330と地盤改良体420との間に排水経路410が確保されている。これにより、液状化発生時の過剰間隙水を地盤改良体420の下の地盤から地中壁330と地盤改良体420との間の排水経路410を通して砕石層440まで排水することができる。さらに、降雨時には、砕石層440及び排水経路410を通して地盤改良体420の下の地盤まで排水させることができる。なお、本参考例に係る液状化対策構造400において、上述の排水経路22と排水経路410とを併用してもよい。
図11は、他の実施形態に係る液状化対策構造500の概略を示す立断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る液状化対策構造500は、構造物1(図1等参照)が存在しない道路、通路、広場、外構、盛土などの下に構築されており、地盤改良体20は構造物1ではなく、道路、通路、広場、外構、盛土等を支持している。
図12は、他の実施形態に係る液状化対策構造600の概略を示す立断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る液状化対策構造600は、上述の実施形態に係る液状化対策構造10(図1参照)に対して、複数の杭610を追加した構成である。この複数の杭610は、地盤改良体20やその上の構造物1等の荷重が各杭610に均等にかかるように配されており、液状化発生時に地盤改良体20やその上の構造物1等の不同沈下を抑制する。
図13は、他の実施形態に係る液状化対策構造700の概略を示す立断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る液状化対策構造700は、上述の実施形態に係る液状化対策構造200(図8参照)に対して、地中壁730を追加した構成である。この地中壁730は、地盤改良体20を囲むように構築された地中壁230の内側に構築されている。この地中壁230は複数列構築されてもよく、また、平面視にて十字状に形成されてもよい。
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、上述の実施形態では、盤状の地盤改良体を、現地土と固化系材料とを攪拌混合することにより造成する地盤改良体としたが、現地土を掘削し、流動化処理土やラップルコンクリート等のコンクリート類に置換することにより造成する地盤改良体としてもよい。また、盤状の地盤改良体を、軽量セメント固化土等で構築された平板としてもよい。このように、盤状の地盤改良体を軽量化することによって、液状化対象地盤への鉛直応力を低減することで地盤改良体の沈下を抑制する効果が期待できる。ここで、軽量セメント固化土等としては、例えば、原料土(砂質土)とセメントと水と気泡とを混合した気泡混合軽量土等を用いて生成されたもの(FCB工法:気泡混合軽量盛土工法)等が挙げられる。
また、上述の実施形態では、排水路22に水は透過するが砂は止めるフィルター材22Cを設置することにより、間隙水と共に砂が上昇することを抑えたが、粒径の小さな砕石等のフィルター材22Cと同様に砂止機能を有するドレーン材を排水路22や排水層24に充填することにより、間隙水と共に砂が上昇することを抑えるようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、排水路22を地盤改良体20の全体に等間隔で配置し、排水路22の径も一定としたが、構造物1の接地圧の分布等の特性に応じて、排水路22を設ける範囲と設けない範囲とを設定したり、排水路22の間隔や径を異ならせる等してもよい。
また、上述の地中壁330への通水孔331の形成方法としては、矢板(シートパイル)により地中壁を構築する場合に、矢板の間隔を空けることによりスリットを形成して該スリットを通水孔とする方法や、ソイルセメント柱列壁を地中壁として構築する場合に、ソイルセメント柱の間隔を空けることによりスリットを形成して該スリットを通水孔とする方法等を採用することができる。
1 構造物、2 表層、3 液状化対象層、10 液状化対策構造、20 地盤改良体、22 排水路、22A 外管材、22B ドレーン材、22C フィルター材、24 排水層、30 排水パイプ、100 液状化対策構造、140 砕石層、200 液状化対策構造、230 地中壁、300 液状化対策構造、330 地中壁、331 通水孔、400 液状化対策構造、410 排水経路、420 地盤改良体、440 砕石層、500 液状化対策構造、600 液状化対策構造、610 杭、700 液状化対策構造、730 地中壁

Claims (5)

  1. 液状化対策の対象の地盤に構築された盤状の地盤改良体にその底面から上面まで貫通するように形成された複数の排水路と、
    前記地盤改良体の上面に形成され前記排水路を通って上昇した水を排出する排水層とを備え、
    前記複数の排水路と前記排水層との少なくとも一方は、砂を止める砂止機能を備える液状化対策構造。
  2. 液状化対策の対象の地盤に構築され、構造物を支持する盤状の地盤改良体にその底面から上面まで貫通するように形成された複数の排水路と、
    前記地盤改良体の上面に形成され前記排水路を通って上昇した水を排出する排水層とを備え、
    前記複数の排水路と前記排水層との少なくとも一方は、砂を止める砂止機能を備える液状化対策構造。
  3. 前記複数の排水路と前記排水層との少なくとも一方には、水は透過するが砂は止めるフィルター材が設けられるか、もしくは、水は透過するが砂は止めるドレーン材が充填されている請求項1又は請求項2に記載の液状化対策構造。
  4. 前記地盤改良体の下の地盤を囲む地中壁を備える請求項1から請求項3までの何れか1項に記載の液状化対策構造。
  5. 前記地中壁には通水孔が形成されている請求項4に記載の液状化対策構造。
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