JP2729240B2

JP2729240B2 - 砂地盤の液状化防止工法

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Publication number: JP2729240B2
Application number: JP33407790A
Authority: JP
Inventors: 克之玉置; 裕石川; 信章高坂; 正義佐藤; 信夫森
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JPH04203014A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、地震時において取り扱いが容易、かつ、
低コストで砂地盤の液状化を防止することができる工法
に関するものである。

［従来の技術］一般に、飽和状態に近い砂地盤は地震時に液状化する
恐れがあるため、このような砂地盤上に構造物を構築す
る場合には、各種の地盤改良工法で地盤を改良する必要
がある。代表的な地盤改良工法としては、締固め、薬液
注入、セメント混入等が知られているが、ところが、こ
のような地盤改良を行うと極めて高コストとなるため、
低コストで砂地盤の液状化を防止する工法の開発が望ま
れている。従来から行なわれている市街地でも施工でき
る低振動、低騒音の砂地盤の液状化防止工法としては、
下記の（イ），（ロ）が知られている。

（イ）地下水位低下工法この工法は、第５図に示す様に、構造物１の周囲の地
盤２内に不透水層３に達する止水壁４が形成され、止水
壁４の内側にディープウェルやウェルポイント等からな
る揚水井戸5,5,…が設けられ、常時、揚水井戸5,5,…を
作動させることにより、原地下水位６を止水壁４で囲ま
れた内部の水位７まで低下させ、砂地盤の液状化を防止
している。

ここで、揚水井戸５の一例としてディープウェル８を
取りあげ説明する。

ディープウェル８は、所定の深さの円筒状の井戸９の
中にストレーナ付きパイプ10が挿入され、ストレーナ付
きパイプ10と井戸壁11との間には、粒径の粗い砂利から
なるフィルタ材12が充填されている。ストレーナ付きパ
イプ10の底部付近には水中ポンプ13が固定され、水中ポ
ンプ13の上方先端部13aには長尺の排水管14が接続され
ている。排水管14は、長尺の円筒状のもので上下方向に
延在しており、上方の先端部は水平方向に折れ曲がり排
水溝15に配設されている。

水位７を有する間隙水は、フィルタ材12を通して井戸
９内に流入し、ストレーナ付きパイプ10の内部に貯水さ
れる。貯水面は水位７より低く、低下水位16といわれ
る。貯水された水は、水中ポンプ13により排水溝15へ排
水される。したがって、止水壁４で囲まれた内部の水位
７を常時低下させておくことにより、砂地盤の液状化を
防ぐことができる。

（ロ）グラベルドレーン工法この工法は、第６図に示す様に、構造物17の周囲の地
盤18内の所定の位置に、グラベル（礫）杭19が多数設置
され、このグラベル杭19が液状化層20の水平方向の排水
経路を短縮することにより排水効果を高め、砂地盤内の
地震時の間隙水圧上昇を軽減している。したがって、間
隙水圧を早期に消散させ、砂地盤の液状化を防ぐことが
できる。

［発明が解決しようとする課題］ところで、上記（イ）の地下水位低下工法では、地下
水を汲み上げ続けるために常時水中ポンプを作動し続け
る必要があり、揚水処理のための設備が不可欠であり、
また、地下水位の低下により地盤沈下が起こる等の問題
が発生する。

また、上記（ロ）のグラベルドレーン工法では、グラ
ベル杭19を細かいピッチで施工する必要があることなど
から建設費用が高くコストアップの要因になる等の問題
もある。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、揚
水処理のための大掛かりな設備を必要とせず、しかも確
実な排水効果が得られ、取り扱いが容易かつ低コストで
砂地盤の液状化を防止することができる工法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］上記課題を解決するために、この発明は次の様な砂地
盤の液状化防止工法を採用した。すなわち、構造物に設
けられた集水装置により、砂地盤中の間隙水を揚水する
ことで液状化を防止する工法であって、前記集水装置
は、前記砂地盤中に貫入した集水管と、該集水管に接続
したポンプと、前記砂地盤の液状化層の上部近傍に配設
され前記液状化層中に圧縮空気を送り込む圧縮空気供給
部材と、該圧縮空気供給部材に接続された加圧装置と、
前記ポンプと前記加圧装置それぞれに接続されこれらの
作動を制御する制御装置とを具備し、地震発生時におい
て、前記制御装置によりポンプを作動させて砂地盤中の
間隙水を揚水し排水するとともに、前記制御装置により
加圧装置を作動させて液状化層中に圧縮空気を送り込む
ことを特徴としている。

［作用］この発明の砂地盤の液状化防止工法においては、砂地
盤上に構造物を構築する場合、あるいは既に構造物が構
築されている砂地盤が完全飽和に近い場合、その砂地盤
中に集水管を貫入し、該集水管にポンプを接続し、ま
た、前記砂地盤の液状化層の上部近傍に圧縮空気供給部
材を配設し、該圧縮空気供給部材に加圧装置を接続し、
前記ポンプと前記加圧装置のそれぞれに制御装置を接続
する。

地震が発生した場合には、制御装置によりポンプを作
動させ、砂地盤中の間隙水を揚水、排水し、間隙水圧を
低下させる。この間隙水圧の低下により地盤中の鉛直有
効応力が増加するので、砂地盤は液状化し難くなる。ま
た、前記制御装置により加圧装置を作動させて圧縮空気
供給部材より液状化層中に圧縮空気を送り込み液状化層
を加圧する。この加圧により液状化層中の圧力が上昇
し、液状化層とポンプとの間の圧力差が増大する。した
がって、ポンプの揚水・排水効率が向上する。また、液
状化層の上部近傍から下向きに圧縮空気を送り込むこと
により、液状化層内に下向きの浸透流が発生し、砂地盤
内の有効応力が増加するために、液状化の防止が効果的
になされる。

また、地震中も集水・加圧するので、砂地盤内の有効
応力が増加した状態を保持しながら地震時に発生した過
剰水圧を速やかに消散させ、地震時における間隙水圧の
上昇も効果的に抑制される。

以下、この発明の各態様を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］第１図は、この発明の砂地盤の液状化防止工法の一実
施例である第１実施例を示す図である。

この実施例は、砂地盤31に構築された構造物32に集水
装置33を設けることにより砂地盤の液状化を防止する工
法である。

構造物32の周囲には、外壁面を一巡するように地表34
から不透水層35に達する垂直な止水壁36が構築されてい
る。この止水壁36は、不透水性の連続した壁であり、地
盤内を流れる浸透水や漏水等を防止するものである。こ
の構造物32の底部32aには集水装置33が設けられてい
る。

集水装置33は、集水管41、ポンプ42、貯水槽43、ゴム
バッグ（圧縮空気供給部材）44、コンプレッサ（加圧装
置）45、制御装置46とから該略構成されている。

集水管41は液状化層47に貫入された長尺の管で、構造
物32の底部32aの一端から垂直下方に延び、先端部41aが
Ｌ字型に折曲され液状化層47の底部に水平に配置されて
いる。この先端部41aには、集水効果を最も高める様な
細孔が多数形成されている。この集水管41の他端部41b
は揚水用のポンプ42に接続され、このポンプ42は構造物
32の底部32aに設置された貯水槽43に排水管48を介して
接続されている。

ポンプ42は、集水管41により砂地盤31の液状化層47内
の間隙水を汲み上げ、排水管48により貯水槽43に排出す
るものである。

ゴムバッグ44は、弾性を有する肉厚の袋状のもので、
液状化層47の上部近傍に水平に配設され、この液状化層
47内に圧縮空気を供給するものである。このゴムバッグ
44の底部44aには、圧縮空気を供給するのに最も適した
形状の細孔が多数形成されている。このゴムバッグ44に
は、空気を圧縮するコンプレッサ46が接続されている。
そして、ポンプ42とコンプレッサ45はそれぞれ制御装置
46に接続されている。

制御装置46は、地震感知器49を具備し、この地震感知
器49の発する信号に基いて適切な出力をポンプ42とコン
プレッサ45に送り、これらの作動を制御するものであ
る。

ポンプ42は、揚水しなければならない水量の程度によ
り、第４図に示すような様々な方法を採ることができ
る。すなわち、水圧低下が小さくてもよい場合には、第
４図（ａ）に示すような真空ポンプ51や、第４図（ｂ）
に示すようなヒューガルポンプ52が採用される。真空ポ
ンプ51は、集水管41より揚水した間隙水をバルブ53を経
由して大型の真空タンク54に貯水するものである。真空
ポンプ51の作動及び停止、バルブ53の開閉は、地震感知
器49に連動して行なわれる。また、ヒューガルポンプ52
は、集水管41より揚水した間隙水を外方に排出するもの
である。ヒューガルポンプ52の作動及び停止は、地震感
知器49に連動して行なわれる。

また、通常の様に水圧低下が大きい場合には、第４図
（ｃ）に示すように真空ポンプ51とヒューガルポンプ52
を併用する方法が採用される。真空ポンプ51とヒューガ
ルポンプ52は、大型の真空タンク54に直結されており、
集水管41より揚水した間隙水を大型の真空タンク54に貯
水し外方に排出するものである。真空ポンプ51とヒュー
ガルポンプ52の作動及び停止は、地震感知器49に連動し
て行なわれる。

次に、上記の方法の作用等について説明する。

通常、平穏時には地震感知器49が作動しないために制
御装置46からの出力はなく、したがってポンプ42及びコ
ンプレッサ45は運転を停止しており、間隙水の汲み上げ
は全く行われない。

ここで、砂地盤31に地震が発生すると、地震感知器49
が地震を速やかに感知し、その信号を制御装置46に速や
かに送る。制御装置46は、その信号に基づき作動させる
ための適切な出力をポンプ42及びコンプレッサ45それぞ
れに送る。ポンプ42はこの出力により運転を開始し、集
水管41により液状化層47の過剰の間隙水を汲み上げ、貯
水槽43に排水する。したがって、液状化層47中の間隙水
圧が低下し砂地盤31中の有効応力が増加するので、砂地
盤31は液状化し難くなる。また同時にコンプレッサ45も
この出力をもとに運転を開始し、ゴムバッグ44の底部44
aの細孔から液状化層47内に圧縮空気を供給し、液状化
層47を加圧する。この加圧により液状化層47中の圧力が
上昇し、液状化層47の上部と下部との間の圧力差が増大
する。したがって、ポンプ42の揚水・排水効率が向上す
る。また、液状化層47の上部近傍から下向きに圧縮空気
を送り込むことにより、液状化層47内に下向きの浸透流
が発生する。これより砂地盤31内の有効応力が増加し、
液状化の防止を効果的に行う。

このようにして、ポンプ42により砂地盤31中の間隙水
を揚水・排水し、ゴムバッグ44とコンプレッサ46により
液状化層47を加圧することで砂地盤31中の間隙水を急激
に低下させるため、砂地盤31の液状化を防止することが
できる。

地震が収まってくると、地震感知器49が地震の揺れの
減少を速やかに感知し、その信号を制御装置46に速やか
に送る。制御装置46は、その信号に基づきその信号に基
づきポンプ42及びコンプレッサ46の作動を停止させるた
めの適切な出力をこれらに送る。ポンプ42は、この出力
により運転を停止して集水管41からの間隙水の汲み上げ
を停止し、また、コンプレッサ46も運転を停止して液状
化層47への加圧を停止する。

また、地震中も集水・加圧するので、砂地盤31内の有
効応力が増加した状態を保持しながら地震時に発生した
過剰水圧を速やかに消散させ、地震時における間隙水圧
の上昇も効果的に抑制される。地震が発生するたび毎に
以上の作動を繰り返し、間隙水を揚水・排水し、液状化
層47を加圧するので、砂地盤31の液状化を効果的に防止
することができる。

以上詳細に説明した様に、上記第１実施例の砂地盤の
液状化防止工法によれば、ポンプ42に接続された集水管
41により砂地盤31中の間隙水を揚水・排水するので、液
状化層47中の間隙水圧を低下させることができ、砂地盤
31中の有効応力を増加させることができ、砂地盤31の液
状化を防止することができる。

また、コンプレッサ46に接続されたゴムバッグ44によ
り液状化層47を加圧するので、液状化層47とポンプ42と
の間の圧力差が増大し、ポンプ42の揚水・排水効率を向
上させることができる。また、液状化層47の上部近傍か
ら下向きに圧縮空気を送り込むので、液状化層47内に下
向きの浸透流が発生し砂地盤31内の有効応力が増加し、
液状化の防止を効果的に行うことができる。

また、ポンプ42及びコンプレッサ46は、地震発生時に
のみ作動するので、揚水処理のための大型設備を必要と
せず、しかも確実な排水効果が得られ、地下水位の低下
による地盤沈下等の問題が発生する危険性がない。

また、取り扱いが容易であり、設備やランニングのコ
ストも低く押さえることができ、確実に砂地盤の液状化
を防止することができる。

［第２実施例］第２図は、この発明の砂地盤の液状化防止工法の他の
実施例である第２実施例を示す図である。

なお、以下の第２実施例では、上記第１実施例に記載
されたものと同一の要素には同一符号を付してあり、こ
の同一の要素については説明を省略する。

まず、この実施例の構成を第２図により説明する。

砂地盤31に構築された構造物32の底部32a下方には集
水装置61が設けられている。

集水装置61は、集水管62、ポンプ42、圧縮空気用管
（圧縮空気供給部材）63、コンプレッサ（加圧装置）4
5、制御装置46とから該略構成されている。

集水管62は、構造物32の底部32a下方の液状化層47内
に貫入された管で、底部32a下方かつ液状化層47の上方
の位置に水平に配設された主管部64と、この主管部64か
ら垂直下方に延びる複数の分岐管部65,65,…とから構成
されている。これらの分岐管部65,…の中央から先端部6
5aにかけて集水効果を最も高める様な細孔が多数形成さ
れている。そして、この主管部64の一端部64aは垂直上
方に折曲されてポンプ42に接続され、このポンプ42は排
水管48を介して排水溝66内に配設されている。

圧縮空気用管63は、主管部64に並行になる様に液状化
層47の上部近傍に水平に配設され、この液状化層47内に
圧縮空気を供給するものである。この圧縮空気用管63の
先端部63aには、圧縮空気を供給するのに最も適した形
状の細孔が多数形成されており、他端部63bは垂直上方
に折曲されコンプレッサ45に接続されている。

上記第２実施例の作用、効果等については、上記第１
実施例とほぼ同一であり、異なる点のみ下記に挙げる。

ポンプ42は揚水した間隙水を排水溝66に排水すること
としたので、貯水槽43の満水時の排水処理に要する手間
及び時間を節約することができ、しかも確実な排水効果
が得られる。また、構造物32の底部32a下方に複数の集
水管65,65,…を配設することとしたので、液状化層47の
過剰の間隙水の揚水・排水を更に速やかに行うことがで
き、砂地盤31の液状化を防止することができる。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、この発明によれば、構造
物に設けられた集水装置により、砂地盤中の間隙水を揚
水することで液状化を防止する工法であって、前記集水
装置は、前記砂地盤中に貫入した集水管と、該集水管に
接続したポンプと、前記砂地盤の液状化層の上部近傍に
配設され前記液状化層中に圧縮空気を送り込む圧縮空気
供給部材と、該圧縮空気供給部材に接続された加圧装置
と、前記ポンプと前記加圧装置それぞれに接続されこれ
らの作動を制御する制御装置とを具備し、地震発生時に
おいて、前記制御装置によりポンプを作動させて砂地盤
中の間隙水を揚水し排水することとしたので、砂地盤の
液状化層中の間隙水圧を低下させることができ、この砂
地盤中の有効応力を増加させることができ、砂地盤の液
状化を防止することができる。

また、前記制御装置により加圧装置を作動させて液状
化層中に圧縮空気を送り込むこととしたので、この液状
化層とポンプとの間の圧力差が増大し、ポンプの揚水・
排水効率を向上させることができる。また、液状化層の
上部近傍から液状化層内に圧縮空気を送り込むので、液
状化層内に浸透流が発生し砂地盤内の有効応力が増加
し、液状化の防止を効果的に行うことができる。

また、ポンプ及び加圧装置は、地震発生時にのみ作動
するので、揚水処理のための大型設備を必要とせず、し
かも確実な排水効果が得られ、地下水位の低下による地
盤沈下等の問題が発生する危険性がない。

このように、揚水処理のための大掛かりな設備を必要
とせず、しかも確実な排水効果が得られ、取り扱いが容
易かつ低コストで砂地盤の液状化を防止することができ
る工法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明の砂地盤の液状化防止工
法を示す図であって、第１図はこの発明の第１実施例で
ある砂地盤の液状化防止工法を示す断面図、第２図はこ
の発明の第２実施例である砂地盤の液状化防止工法を示
す断面図、第３図は集水装置の概略構成図、第４図
（ａ）〜（ｃ）はこの発明の集水装置において用いられ
るポンプの概略図、第５図及び第６図は従来の砂地盤の
液状化防止工法を示す図であって、第５図（ａ）は地下
水位低下工法の断面図、同図（ｂ）は地下水位低下工法
の揚水井戸の一例であるディープウェルの断面図、第６
図はグラベルドレーン工法の断面図である。 31……砂地盤、32……構造物、33……集水装置、41……
集水管、42……ポンプ、43……貯水槽、44……ゴムバッ
グ（圧縮空気供給部材）、45……コンプレッサ（加圧装
置）、46……制御装置、47……液状化層、48……排水
管、49……地震感知器、51……真空ポンプ、52……ヒュ
ーガルポンプ、53……バルブ、54……真空タンク、61…
…集水装置、63……圧縮空気用管（圧縮空気供給部
材）、64……主管部、65……分岐管部、66……排水溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤正義東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (72)発明者森信夫東京都中央区京橋２丁目16番１号清水建設株式会社内 (56)参考文献特開昭61−24719（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−83711（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−146910（ＪＰ，Ａ) 特開平３−43514（ＪＰ，Ａ) 特開平３−137314（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物に設けられた集水装置により、砂地
盤中の間隙水を揚水することで液状化を防止する工法で
あって、前記集水装置は、前記砂地盤中に貫入した集水管と、該
集水管に接続したポンプと、前記砂地盤の液状化層の上
部近傍に配設され前記液状化層中に圧縮空気を送り込む
圧縮空気供給部材と、該圧縮空気供給部材に接続された
加圧装置と、前記ポンプと前記加圧装置それぞれに接続
されこれらの作動を制御する制御装置とを具備し、地震発生時において、前記制御装置によりポンプを作動
させて砂地盤中の間隙水を揚水し排水するとともに、前
記制御装置により加圧装置を作動させて液状化層中に圧
縮空気を送り込むことを特徴とする砂地盤の液状化防止
工法。