JP2020180459A - 地盤の不陸抑制構造 - Google Patents

Abstract

【課題】液状化時の地盤の表層の不陸を抑制することができる地盤の不陸抑制構造を提供する。【解決手段】地盤１０中に間隔をあけて複数設けられ、過剰間隙水を排水することで、地盤１０の液状化が抑制される液状化抑制領域３０を周囲に形成する柱状ドレーン１８と、地盤１０の表層１２上に設けられて複数の柱状ドレーン１８を覆い、植物２８の根２８Ａによって地盤１０を押さえ込むことで、液状化抑制領域３０の周囲に地盤１０の表層１２の不陸が低減される不陸低減領域３２を形成する面状の植物層２４と、を有し、複数の柱状ドレーン１８は、不陸低減領域３２が平面視で重なり合う間隔で配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、地盤の不陸抑制構造に関する。

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、地盤の地表面を噴砂阻止区域と噴砂誘導区域とに区分けし、噴砂誘導区域に設けた噴砂誘導手段（柱状ドレーン）から過剰間隙水及び噴砂を地盤上へ排出する噴砂対策構造が開示されている。

特許第６３５９１４８号公報

しかしながら、特許文献１に示す液状化対策構造では、噴砂阻止区域の液状化及び噴砂の発生を抑制することができる一方、噴砂誘導区域では地盤が液状化し、表層に不陸が生じてしまう。

本発明は上記事実に鑑み、液状化時の地盤の表層の不陸を抑制することができる地盤の不陸抑制構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の地盤の不陸抑制構造は、地盤中に間隔をあけて複数設けられ、過剰間隙水を排水することで、前記地盤の液状化が抑制される液状化抑制領域を周囲に形成する柱状ドレーンと、前記地盤の表層上に設けられて複数の前記柱状ドレーンを覆い、植物の根によって前記地盤を押さえ込むことで、前記液状化抑制領域の周囲に前記地盤の前記表層の不陸が低減される不陸低減領域を形成する面状の植物層と、を有し、複数の前記柱状ドレーンは、前記不陸低減領域が平面視で重なり合う間隔で配置されている。

上記構成によれば、地盤中に複数の柱状ドレーンが設けられているため、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る。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が形成される。

また、地盤の表層には、複数の柱状ドレーンを覆う面状の植物層が設けられている。このため、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が形成される。

ここで、柱状ドレーンは、不陸低減領域が平面視で重なり合う間隔で配置されている。これにより、植物層が設けられた地盤において、植物の根による押さえ込みが及ばない領域、すなわち不陸が低減されない領域を減らす又は無くすことができる。

請求項２に記載の地盤の不陸抑制構造は、請求項１に記載の地盤の不陸抑制構造であって、複数の前記柱状ドレーンは、平面視で千鳥状に配置されている。

上記構成によれば、柱状ドレーンを千鳥状に配置することで、格子状に配置する構成と比較して、少ない本数で地盤の不陸を低減することができ、柱状ドレーンの設置間隔を広くすることができる。

請求項３に記載の地盤の不陸抑制構造は、請求項１に記載の地盤の不陸抑制構造であって、複数の前記柱状ドレーンは、平面視で環状に配置されている。

上記構成によれば、柱状ドレーンを環状に配置することで、柱状ドレーンが配置されている区域だけでなく、柱状ドレーンで囲まれた区域の不陸も低減することができる。

本発明に係る地盤の不陸抑制構造によれば、液状化時の地盤の表層の不陸を抑制することができる。

第１実施形態に係る地盤の不陸抑制構造を示す全体斜視図である。 第１実施形態に係る地盤の不陸抑制構造を示す立断面図である。 第１実施形態に係る地盤の不陸抑制構造を示す平面図である。 第２実施形態に係る地盤の不陸抑制構造を示す平面図である。 第３実施形態に係る地盤の不陸抑制構造を示す平面図である。 変形例に係る地盤の不陸抑制構造を示す平面図である。

以下、本発明の第１〜第３実施形態、及び変形例に係る地盤の不陸抑制構造について、図１〜図６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。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る地盤の不陸抑制構造について、図１〜図３を用いて説明する。

（構造）
図１、図２に示すように、本実施形態の地盤の不陸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不陸抑制構造は、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。

ここで、本実施形態では、図３に示すように、複数の柱状ドレーン１８は、後述する液状化抑制領域３０が平面視で互いに離間し、かつ後述する不陸低減領域３２が平面視で互いに重なり合う間隔で配置されている。具体的には、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、図１に示すように、本実施形態の地盤の不陸抑制構造は、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、隣合う柱状ドレーン１８間に植物層２４が掛け渡されている。また、図３に示すように、植物層２４の外縁は、格子状に配置された複数の柱状ドレーン１８に沿って延びている。すなわち、面状の植物層２４の最外周部に沿って複数の柱状ドレーン１８が配置されている。

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上に植栽された例えば地被植物からなる植物２８と、を有している。なお、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。また、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。

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。

（降雨時の作用）
本実施形態の地盤の不陸抑制構造では、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の周囲における所定の範囲には、地盤１０の液状化層１４の液状化及び不陸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。このため、地盤１０の液状化層１４が液状化した場合であっても、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、植物層２４が設けられた地盤１０において、液状化抑制領域３０の周囲における所定の範囲に、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中の間隙水圧を下げることができる。これにより、柱状ドレーン１８の周囲に、地盤１０の液状化層１４の液状化及び不陸が抑制される液状化抑制領域３０を形成することができる。

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、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、液状化抑制領域３０の周囲に不陸低減領域３２を形成することで、図３に示すように、隣合う液状化抑制領域３０が互いに離間している場合であっても、液状化抑制領域３０の間の地盤１０の不陸を低減することができる。すなわち、液状化抑制領域３０同士が重なる又は接するように柱状ドレーン１８を配置する必要がなく、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、図３に示すように、複数の柱状ドレーン１８は、液状化抑制領域３０の周囲に形成される不陸低減領域３２が平面視で互いに重なり合う間隔で配置されている。これにより、植物層２４が設けられた地盤１０において、不陸低減領域３２が平面視で重なり合わない構成と比較して、植物層２４の植物２８の根２８Ａによる押さえ込みが及ばない領域、すなわち不陸が低減されない領域を減らす又は無くすことができる。

また、本実施形態によれば、柱状ドレーン１８が植物層２４の最外周部に沿って配置されており、これにより、植物層２４の最外周部の大部分が液状化抑制領域３０に支持されている。このため、柱状ドレーン１８が植物層２４の最外周部に沿って配置されていない構成と比較して、植物層２４の外縁の浮き上がり、及び植物層２４の外縁からの噴砂を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る地盤の不陸抑制構造について、図４を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

第１実施形態では、植物層２４が設けられた地盤１０において、複数の柱状ドレーン１８が平面視で格子状に配置されていたのに対し、本実施形態では、図４に示すように、複数の柱状ドレーン３８が平面視で千鳥状に配置されている。

本実施形態において「千鳥状」とは、列状に並ぶ複数の柱状ドレーン３８において、隣合う列の柱状ドレーン３８同士が半ピッチずつずれていることを指す。なお、図４には、一例として３列の柱状ドレーン３８が図示されているが、柱状ドレーン３８は２列以上に並んでいればよい。

特に、本実施形態では、複数の柱状ドレーン３８は、隣合う柱状ドレーン３８の間隔が全て等しくなるように配置されている。また、複数の柱状ドレーン３８は、第１実施形態と同様に、液状化抑制領域３０が平面視で互いに離間し、かつ不陸低減領域３２が平面視で互いに重なり合う間隔で配置されている。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、不陸低減領域３２が平面視で互いに重なり合う間隔で、複数の柱状ドレーン３８が配置されている。このため、植物層２４が設けられた地盤１０において、植物層２４の植物２８の根２８Ａ（図２参照）による押さえ込みが及ばない領域、すなわち不陸が低減されない領域を減らす又は無くすことができる。

また、特に本実施形態によれば、複数の柱状ドレーン３８が、平面視で千鳥状に配置されている。このため、第１実施形態のように複数の柱状ドレーン１８が平面視で格子状に配置されている構成と比較して、少ない本数で地盤１０の不陸を低減することができ、柱状ドレーン３８の設置間隔（ピッチ）を広くすることができる。

このように、本実施形態に係る地盤の不陸抑制構造は、少ない本数の柱状ドレーン３８によって地盤１０の不陸を低減することができるため、柱状ドレーン３８を設置するスペースが少ない狭小地等の不陸を抑制する場合に特に好適である。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る地盤の不陸抑制構造について、図５を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

第１実施形態では、植物層２４が設けられた地盤１０において、複数の柱状ドレーン１８が格子状に配置されていたのに対し、本実施形態では、図５に示すように、柱状ドレーン４８が環状に配置されている。

具体的には、本実施形態では、例えば道路５０に面する公園等において、地盤１０上に植物層２４が設けられており、複数の柱状ドレーン４８が植物層２４の外縁に沿って環状に配置されている。

この環状に配置された複数の柱状ドレーン４８は、第１実施形態と同様に、液状化抑制領域３０が平面視で互いに離間し、かつ不陸低減領域３２が平面視で互いに重なり合う間隔で配置されている。なお、本実施形態では、複数の柱状ドレーン４８は、例えば平面視でロの字状に配置されているが、平面視で環状とされていればよく、円状等の他の形状であっても構わない。

また、地盤１０における環状に配置された複数の柱状ドレーン４８で囲まれた区域５２にも、複数の柱状ドレーン５４が設けられている。この柱状ドレーン５４は、植物層２４を構成する植物２８（図２参照）が破断しない程度の間隔で配置されていればよく、区域５２が狭い場合には設ける必要はない。なお、本実施形態では、６つの柱状ドレーン５４が、液状化抑制領域３０及び不陸低減領域３２の双方が平面視で互いに離間する間隔で配置されている。

本実施形態によれば、植物層２４の最外周部において、不陸低減領域３２が平面視で互いに重なり合う間隔で複数の柱状ドレーン４８が配置されている。このため、柱状ドレーン４８が配置されている区域において、地盤１０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、柱状ドレーン４８が環状に配置されているため、柱状ドレーン４８で囲まれた区域５２全体に柱状ドレーン５４を密に配置することなく、柱状ドレーン４８で囲まれた区域５２の不陸も低減することができる。

このように、本実施形態に係る地盤の不陸抑制構造は、柱状ドレーン４８が配置されている区域（すなわち植物層２４の最外周部）だけでなく、柱状ドレーン４８で囲まれた区域５２の不陸も低減することができる。このため、例えば地震時の一時避難場所として利用される公園等の広大な区域の不陸を抑制する場合に特に好適である。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明の第１〜第３実施形態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。また、各実施形態の構成は適宜組み合わせることが可能である。

例えば第１実施形態では、複数の柱状ドレーン１８は、液状化抑制領域３０が平面視で互いに離間し、かつ不陸低減領域３２が平面視で互いに重なり合う間隔で配置されている。しかし、図６に変形例として示すように、液状化抑制領域３０が平面視で互いに接する間隔で柱状ドレーン５８を配置してもよい。

図６に示す構成によれば、柱状ドレーン５８の周囲に形成された液状化抑制領域３０が互いに接する。このため、第１実施形態等の構成と比較して、植物層２４が設けられた地盤１０において液状化抑制領域３０の面積（割合）を増やすことができ、地盤１０の液状化及び不陸をより抑制することができる。このように、本変形例に係る地盤の不陸抑制構造は、例えば重要な施設６０と道路６２との間等、重要度の高い区域の不陸を抑制する場合に特に好適である。

１０ 地盤
１２ 表層
１８、３８、４８、５８ 柱状ドレーン
２４ 植物層
２８ 植物
２８Ａ 根
３０ 液状化抑制領域
３２ 不陸低減領域

Claims (3)

1. 地盤中に間隔をあけて複数設けられ、過剰間隙水を排水することで、前記地盤の液状化が抑制される液状化抑制領域を周囲に形成する柱状ドレーンと、
   前記地盤の表層上に設けられて複数の前記柱状ドレーンを覆い、植物の根によって前記地盤を押さえ込むことで、前記液状化抑制領域の周囲に前記地盤の前記表層の不陸が低減される不陸低減領域を形成する面状の植物層と、
   を有し、
   複数の前記柱状ドレーンは、前記不陸低減領域が平面視で重なり合う間隔で配置されている、
   地盤の不陸抑制構造。
2. 複数の前記柱状ドレーンは、平面視で千鳥状に配置されている、請求項１に記載の地盤の不陸抑制構造。
3. 複数の前記柱状ドレーンは、平面視で環状に配置されている、請求項１に記載の地盤の不陸抑制構造。