JP2020180457A - 地盤の液状化抑制構造 - Google Patents

Abstract

【課題】過剰間隙水の排水と噴砂の抑制を両立することができるとともに、地震後の復旧を容易とすることができる地盤の液状化抑制構造を提供する。【解決手段】地盤１０中にそれぞれ間隔をあけて水平２方向に設けられた複数の柱状ドレーン１８と、地盤１０の表層１２上に設けられ、複数の柱状ドレーン１８を覆う面状の植物層２４と、を有する。植物層２４は、表層１２上に形成された砂層２６と、砂層２６上に植栽されて砂層２６を覆う植物２８と、を有してもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、地盤の液状化抑制構造に関する。

従来、地盤の液状化を抑制する方法の一例として、地盤中に柱状ドレーンを形成し、地震時にこの柱状ドレーンを通して地盤中の過剰間隙水を地盤上へ排水する方法が知られている。例えば特許文献１には、地盤中に設けられたドレーンと、地表部に設けられ、ドレーンを覆う不透水性あるいは難透水性の被覆層と、を有する液状化対策構造が開示されている。

特開２０１６−０００９４０号公報

特許文献１に示す液状化対策構造では、地表部に被覆層が設けられていることにより、地盤の液状化に伴う噴砂を抑制することができる。しかしながら、被覆層は不透水性あるいは難透水性とされているため、地盤中の過剰間隙水を地表部から排水することが難しく、液状化時の過剰間隙水を早期に消散させることが困難である。

このため、ドレーンに導水した過剰間隙水を地表部に排水するための排水升（排水処理手段）を、被覆層に形成する必要があり、被覆層の施工が容易ではなかった。さらに、地盤の液状化によって被覆層が損傷した場合には、改めて地表部を舗装し直す必要があり、地震後の復旧が容易ではなかった。

本発明は上記事実に鑑み、過剰間隙水の排水と噴砂の抑制を両立することができるとともに、地震後の復旧を容易とすることができる地盤の液状化抑制構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の地盤の液状化抑制構造は、地盤中にそれぞれ間隔をあけて水平２方向に設けられた複数の柱状ドレーンと、前記地盤の表層上に設けられ、複数の前記柱状ドレーンを覆う面状の植物層と、を有する。

上記構成によれば、地盤中に間隔をあけて水平２方向に複数の柱状ドレーンが配置されており、地盤の表層上において、柱状ドレーン上に植物層が設けられている。このため、地震時に柱状ドレーンを通じて過剰間隙水を地盤上へと排水することで地盤の液状化を抑制することができる。また、水を透過しつつ砂の透過を抑制するフィルター効果を有する植物層の植物の根により、過剰間隙水圧を早期に消散しつつ、柱状ドレーンの天端部からの噴砂を抑制することができる。

ここで、植物層は、面状とされている。このため、植物層を構成する植物の根によって地盤を押さえ込むことで、柱状ドレーン間における液状化時の地盤の不陸を抑制することができ、柱状ドレーンの設置間隔を広くすることができる。さらに、植物層を構成する植物は自己再生能力を有しているため、植物層の維持が容易となり、植物層の部分的な補修や液状化発生後の段階的な復旧も容易となる。

請求項２に記載の地盤の液状化抑制構造は、請求項１に記載の地盤の液状化抑制構造であって、複数の前記柱状ドレーンの周囲に形成され、前記柱状ドレーンからの排水によって間隙水圧が下げられる液状化抑制領域と、前記液状化抑制領域の周囲に形成され、前記植物層を構成する植物の根によって前記地盤の表層を押さえ込む不陸低減領域と、を有する。

上記構成によれば、柱状ドレーンを通じて地盤中の過剰間隙水を地盤上に排水することで、地盤中の間隙水圧を下げることができ、これにより、柱状ドレーンの周囲に地盤の液状化が抑制される液状化抑制領域を形成することができる。

また、液状化抑制領域に支持された植物層を構成する植物の根によって地盤の表層を押さえ込むことで、液状化抑制領域の周囲に液状化時の地盤の不陸が低減される不陸低減領域を形成することができる。これらにより、柱状ドレーンの設置間隔を広くした場合であっても、植物層に覆われた地盤全体の不陸を低減することができる。

請求項３に記載の地盤の液状化抑制構造は、請求項１又は２に記載の地盤の液状化抑制構造であって、前記植物層は、前記表層上に形成された砂層と、前記砂層上に植栽されて前記砂層を覆う植物と、を有する。

上記構成によれば、植物層が砂層を有しているため、砂層を植物の目土とすることができる。また、植物が砂層を覆うように植栽されているため、砂層の全面にわたって植物の根が張り巡らされる。これにより、植物の根における水を透過しつつ砂の透過を抑制するフィルター効果をより高めることができる。

本発明に係る地盤の液状化抑制構造によれば、過剰間隙水の排水と噴砂の抑制を両立することができるとともに、地震後の復旧を容易とすることができる。

実施形態の一例に係る地盤の液状化抑制構造を示す全体斜視図である。 実施形態の一例に係る地盤の液状化抑制構造を示す立断面図である。 実施形態の一例に係る地盤の液状化抑制構造の柱状ドレーンの天端部を拡大して示す立断面図である。

以下、本発明の実施形態の一例に係る地盤の液状化抑制構造について、図１〜図３を用いて説明する。なお、図中において矢印Ｘ、Ｙは水平２方向、矢印Ｚは鉛直方向を指す。

（構造）
図１、図２に示すように、本実施形態の地盤の液状化抑制構造が適用される地盤１０は、例えば表層１２と、表層１２の下層に存在する液状化層１４と、液状化層１４の下層に存在する非液状化層１６と、を有している。

ここで、液状化層１４とは、例えば含水状態の砂質土からなり、地震時の振動によって土粒子間に飽和していた間隙水が流動し、土粒子の粒子間結合が破られて液体状となる可能性が高い層である。一方、非液状化層１６とは、例えば粘性土や岩盤等からなり、地震時の振動によって液体状となる可能性が低い層である。

本実施形態の地盤の液状化抑制構造は、地盤１０中に設けられた複数の柱状ドレーン１８を有している。図２に示すように、柱状ドレーン１８は、例えば地盤１０に構築された円筒状のドレーン孔２０と、ドレーン孔２０内に充填されたドレーン材２２と、によって構成されている。ドレーン孔２０に充填されるドレーン材２２としては、砕石や礫、砂、圧搾紙等、公知の材料を用いることが可能である。

なお、柱状ドレーン１８は、外周面に複数の穴が形成された樹脂製又は金属製の図示しないパイプ等にドレーン材２２を充填することによって構成されていてもよい。また、柱状ドレーン１８の天端部１８Ａに、柱状ドレーン１８の目詰まりを抑制するための図示しないフィルター層（礫層）が設けられていてもよい。

柱状ドレーン１８（ドレーン孔２０）は、地盤１０中に鉛直方向に延びており、天端部１８Ａが地盤１０の表層１２上に開口しているとともに、底端部が液状化層１４を貫通して非液状化層１６に達している。

また、図１に示すように、柱状ドレーン１８は、地盤１０中にそれぞれ所定の間隔をあけて水平２方向（図１における矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向）に平面視で格子状に配置されている。柱状ドレーン１８の直径は、例えば４０ｍｍ〜６００ｍｍ程度とされており、柱状ドレーン１８の間隔は、例えば１．０ｍ〜４０．０ｍ程度とされている。

また、本実施形態の地盤の液状化抑制構造は、地盤１０の表層１２上に設けられた植物層２４を有している。植物層２４は、面状に、すなわち水平２方向（図１における矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向）に広がっており、複数の柱状ドレーン１８を覆っている。これにより、図２に示すように、隣接する柱状ドレーン１８間に植物層２４が掛け渡されている。

図３に示すように、植物層２４は、地盤１０の表層１２上に形成された砂層２６と、砂層２６上に植栽された植物２８と、を有している。なお、植物層２４は、砂層２６及び植物２８の他、砂層２６と植物２８との間に設けられた根絡み材としての不織布等からなる層を有していてもよい。

本実施形態において、植物層２４を構成する植物２８は、地被植物からなる。地被植物とは、地盤１０の表層１２を覆い隠す植物の総称であり、草丈が低く、かつ性質強健な木本及び草本類を指す。

植物層２４において、植物２８は砂層２６全体を覆うように密植されており、植物２８の根２８Ａが砂層２６を目土として網目状に延びている。この網目状に延びる植物２８の根２８Ａは、水を透過しつつ砂の透過を抑制するフィルター効果を有している。

なお、植物層２４を構成する植物２８は、年間を通じて十分な耐圧能力（強度）を維持できる根２８Ａを有していることが好ましい。年間を通じて十分な耐圧能力を維持できる根２８Ａを有する地被植物としては、例えば芝草類や低木類、ツル物類、ササ類、草本類、シダ類等が挙げられる。

具体的には、芝草類とは、日本芝や西洋芝、クローバー、ダイコンドラ等、低木類とは、コクチナシやサツキツツジ等、ツル物類とは、キヅタやスイカズラ等、ササ類とは、クマザサやチゴザサ等を指す。また、草本類とは、タマリュウやリュウノヒゲ等、シダ類とは、イワヒバやクサソテツ、トクサ等を指す。

本実施形態では、上述した１種類もしくは数種類の地被植物を用いて植物層２４が構成されている。なお、数種類の地被植物を併用する場合には、例えば地盤１０における植物層２４が設けられる箇所の日照条件等に応じて適した地被植物が選択される。

（降雨時の作用）
本実施形態の地盤の液状化抑制構造では、地盤１０の表層１２上に設けられた植物層２４を構成する植物２８の根２８Ａが、水を透過しつつ砂の透過を抑制するフィルター効果を有している。

このため、降雨時には、地盤１０の表層１２上に降った雨水が植物層２４及び柱状ドレーン１８に一時的に貯留され、植物層２４及び柱状ドレーン１８を介して時間をかけて地盤１０中に浸透される。これにより、下水道に流れ込む雨水をピークカットすることができる。

（地震時の作用）
一方、地震時には、地盤１０の液状化層１４において、間隙水圧が上昇して過剰間隙水が発生する。ここで、地盤１０中には柱状ドレーン１８が設けられているため、図２に矢印Ｐで示すように、柱状ドレーン１８の周囲の過剰間隙水は柱状ドレーン１８に流入し、柱状ドレーン１８内を上昇する。

ここで、柱状ドレーン１８上に設けられた植物層２４を構成する植物２８の根２８Ａは、水を透過する性質を有しているため、柱状ドレーン１８内を上昇した過剰間隙水は植物層２４を透過して地盤１０の表層１２上に排水される。これにより、地盤１０中の間隙水圧の上昇が抑制される。

また、過剰間隙水が柱状ドレーン１８内を上昇する際、過剰間隙水とともに地盤１０中の土粒子が噴砂となって柱状ドレーン１８内を上昇する。しかし、柱状ドレーン１８上に設けられた植物層２４を構成する植物２８の根２８Ａは、砂の透過を抑制する性質を有しているため、柱状ドレーン１８内を上昇した土粒子は植物層２４によって阻まれ、柱状ドレーン１８の天端部１８Ａからの噴砂が抑制される。

上述したように、柱状ドレーン１８の周囲では、地盤１０中の間隙水圧の上昇が抑制される。これにより、図２、図３に示すように、柱状ドレーン１８の周囲には、地盤１０の液状化層１４の液状化が抑制される液状化抑制領域３０が形成される。なお、地盤１０における液状化抑制領域３０が形成される範囲は、柱状ドレーン１８の直径や地盤１０の地質等によって定められる。

一方、液状化抑制領域３０の周囲では、柱状ドレーン１８から離れているため、液状化層１４に発生した過剰間隙水が柱状ドレーン１８に流入し難く、地盤１０中の間隙水圧が上昇して液状化が生じ易い。このため、図２に矢印Ｑで示すように、過剰間隙水及び噴砂によって地盤１０の表層１２に鉛直方向上向き、すなわち表層１２が隆起する方向に力が加わる。

ここで、本実施形態では、柱状ドレーン１８間に植物層２４が掛け渡されているため、液状化抑制領域３０に両端が支持された植物層２４の植物２８の根２８Ａによって地盤１０の表層１２を押さえ込むことで、地盤１０の隆起等の不陸が低減される。すなわち、液状化抑制領域３０の周囲に、地盤１０の不陸が低減される不陸低減領域３２が形成される。なお、地盤１０における不陸低減領域３２が形成される範囲は、植物層２４を構成する植物２８の根２８Ａの耐圧能力（強度）等によって定められる。

（効果）
上述したように、本実施形態によれば、地盤１０中にそれぞれ間隔をあけて水平２方向に複数の柱状ドレーン１８が配置されており、地盤１０の表層１２上において、柱状ドレーン１８上に植物層２４が設けられている。このため、地震時に柱状ドレーン１８を通じて過剰間隙水を地盤１０の表層１２上へと排水することで、地盤１０の液状化層１４の液状化を抑制することができる。

また、水を透過しつつ砂の透過を抑制するフィルター効果を有する植物層２４の植物２８の根２８Ａにより、過剰間隙水圧を早期に消散しつつ、柱状ドレーン１８の天端部１８Ａからの噴砂を抑制することができる。

このように、地盤１０の表層１２上に植物層２４を設ける構成とすることで、表層１２を舗装することによって被覆層を設ける従来の構成と比較して、降雨時の雨水貯留機能（ピークカット機能）と地震時の噴砂抑制機能とを併せ持たせることができる。

また、本実施形態によれば、植物層２４が面状とされているため、柱状ドレーン１８上に植物層２４が点状又は線状に設けられている構成と比較して、植物層２４を構成する植物２８の根２８Ａの耐圧能力（強度）を高めることができる。このため、植物層２４を構成する植物２８の根２８Ａによって地盤１０を押さえ込むことで、柱状ドレーン１８間における液状化時の地盤１０の不陸を抑制することができ、柱状ドレーン１８の設置間隔を広くする（設置本数を減らす）ことができる。

特に本実施形態によれば、柱状ドレーン１８の周囲に地盤１０の液状化が抑制される液状化抑制領域３０を形成するとともに、液状化抑制領域３０の周囲に液状化時の地盤１０の不陸が低減される不陸低減領域３２を形成することができる。このように、地盤１０に液状化抑制領域３０及び不陸低減領域３２をそれぞれ形成することで、柱状ドレーン１８の設置間隔を広くした場合であっても、植物層２４に覆われた地盤１０全体の不陸を低減することができる。

また、本実施形態によれば、植物層２４が砂層２６を有しているため、砂層２６を植物２８の目土とすることができる。また、植物層２４を構成する植物２８が地被植物からなり、植物２８が砂層２６を覆うように植栽されているため、砂層２６の全面にわたって植物２８の根２８Ａが張り巡らされる。これにより、植物２８の根２８Ａにおける水を透過しつつ砂の透過を抑制するフィルター効果をより高めることができる。

また、植物層２４を構成する植物２８（地被植物）は自己再生能力を有しているため、一部に損傷が生じても自然に修復される。このため、表層１２を舗装することによって被覆層を設ける従来の構成と比較して、植物層２４の維持が容易となり、植物層２４の部分的な補修や地震による液状化発生後の段階的な復旧も容易となる。

また、本実施形態によれば、植物層２４を構成する植物２８（地被植物）として、特に年間を通じて十分な耐圧能力を維持することができる根２８Ａを有する芝草類、低木類、ツル物類、ササ類、草本類、及びシダ類のいずれかの種類の植物を用いることで、植物２８の根２８Ａによるフィルター効果をより高めることができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。

例えば上記実施形態では、複数の柱状ドレーン１８が水平２方向に平面視で格子状に配置されていたが、柱状ドレーンを水平２方向に平面視で千鳥状に配置する構成としてもよい。また、柱状ドレーン１８の天端部１８Ａに、植物層２４を保持する図示しない保持手段を設ける構成としてもよい。

１０ 地盤
１２ 表層
１８ 柱状ドレーン
２４ 植物層
２６ 砂層
２８ 植物
２８Ａ 根
３０ 液状化抑制領域
３２ 不陸低減領域

Claims (3)

1. 地盤中にそれぞれ間隔をあけて水平２方向に設けられた複数の柱状ドレーンと、
   前記地盤の表層上に設けられ、複数の前記柱状ドレーンを覆う面状の植物層と、
   を有する、地盤の液状化抑制構造。
2. 複数の前記柱状ドレーンの周囲に形成され、前記柱状ドレーンからの排水によって間隙水圧が下げられる液状化抑制領域と、
   前記液状化抑制領域の周囲に形成され、前記植物層を構成する植物の根によって前記地盤の表層を押さえ込む不陸低減領域と、
   を有する、請求項１に記載の地盤の液状化抑制構造。
3. 前記植物層は、前記表層上に形成された砂層と、前記砂層上に植栽されて前記砂層を覆う植物と、を有する、請求項１又は２に記載の地盤の液状化抑制構造。