JP5150519B2

JP5150519B2 - 等沈下地盤構造

Info

Publication number: JP5150519B2
Application number: JP2009002350A
Authority: JP
Inventors: 勝哉池野; 正明三藤
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: JP2010168725A

Description

本願発明は地震により液状化した地盤を等沈下させるための等沈下地盤構造に関するものである。

従来の液状化対策における地盤改良は、設計地震動に対して液状化する可能性がある部分に薬液注入やセメント混合を行って全層改良する方法や部分改良する方法がとられており、地震後における地表面の平坦性や液状化によって支持力を失った地盤の早期回復などを積極的に考慮したものではない（例えば、特開２００４−３４６６３６号公報の発明）。また、近年の設計地震動は振動特性、伝搬経路特性、サイト特性を考慮して設定されるため、従来の設計地震動よりも大きくなる可能性がある。そのため従来設計による全面改良の液状化対策は、広義では部分改良の効果しか期待できない場合があり、改良部の下側における未改良部が液状化して、地表面の平坦性に悪影響を与えるおそれがあった。また上記の薬液注入やセメント混合により液状化対策をした地盤は改良部の透水性が著しく低く、液状化対策をしていない地盤と比べて液状化により発生した過剰間隙水圧の消散（排水）時間が長くなる。例えば、空港滑走路断面において部分的に液状化対策をした地盤と、液状化対策をしていない地盤との圧密時間の比較を下記のテルツアギ一次元圧密方程式

を用いて行うと（ここでｔ：圧密時間、Ｈ：排水距離、Ｃｖ：圧密係数、Ｔｖ：時間係数）、図７の（１）に示すような液状化対策をしていない地盤の場合は、液状化による過剰間隙水圧が水面（大気圧境界）に向かって消散するため片面排水であれば着目点の排水距離が７．５ｍとなり、上記の式からｔ＝５６．２５×Ｔｖ／Ｃｖになる。一方、図７の（２）に示すような液状化対策をした地盤（５ｍ厚の部分改良）の場合は、改良部の透水性が著しく低く（砂質地盤の１万分の１程度）、着目点の過剰間隙水圧の消散が最短距離をたどるため、排水距離Ｌは、

となって、ｔ＝９０７．５×Ｔｖ／Ｃｖになる。したがって、圧密にかかわる地盤定数が同じであれば、液状化対策をした地盤は、液状化対策をしていない地盤の１６倍もの圧密時間を要することになり、仮に液状化対策をしていない地盤の過剰間隙水圧の消散時間が１日かかる場合は、液状化対策をした地盤では１６日が必要になり、供用開始時期を遅延させる原因となり得る。
特開２００４−３４６６３６号公報

上記の空港滑走路や道路などの舗装施設は、地震後において緊急物資の輸送や復旧支援活動などに供用されるため、車両が走行できる舗装面の平坦性が要求される。とりわけ空港滑走路では高度な舗装面の平坦性が要求され、部分的にでも液状化した地盤の不均質性がもたらす平坦性への影響は無視できない。このことから図８に示すように、空港滑走路２４の下側の地盤２５を液状化対策のために部分改良し、この改良部２６下側の未改良部２７が液状化した場合は、有効土被り圧相当の過剰間隙水圧が蓄積され、この水圧が消散する過程において地盤２５および未改良部２７が体積圧縮して舗装面が沈下する。その際、不透水性の粘土層２８や透水性の高い水みち２９がある場合は、局所的に透水性の高い部分が水みちとなって過剰間隙水圧の消散（排水）経路が集中する。その結果、早く過剰間隙水圧が消散される部分から沈下が生じ、舗装面の平坦性に悪影響を及ぼすことになる。また液状化した地盤は、有効土被り圧相当の過剰間隙水圧が発生して土の骨格構造が壊れて期待されていた支持力が失われるため、過剰間隙水圧の消散（排水）が遅れると舗装面を走行する車両の上載荷重を支えることが難しくなるという問題があった。

本願発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液状化した地盤からできるだけ早期に過剰間隙水圧を消散させることで支持力を回復させるとともに、透水性の高い領域で人工的な水みちを設けることにより、強制的に過剰間隙水圧の消散距離を均一化して舗装面を等しく沈下させる等沈下地盤構造を提供することである。

以上の課題を解決するための等沈下地盤構造は、舗装部下側の液状化対象地盤に未改良部を所望の厚さ分残し、これ以外の液状化対象地盤に改良材が注入されて改良部が形成され、該改良部の両側面側には未改良部から地表部に伸びた高透水性領域が舗装部の長さ方向に沿って形成されたことを特徴とする。また高透水性領域は未改良部から地表部にかけて鉛直に形成された鉛直形の高透水性領域、改良部の下側における未改良部から地表部にかけて傾斜して形成された傾斜形の高透水性領域、改良部の下側における未改良部から地表部にかけて湾曲して形成された湾曲形の高透水性領域のいずれかであることを含む。また高透水性領域は高透水性層と、該高透水性層の上部に形成された排水マットとから構成されたことを含む。また高透水性層の横幅は液状化対象地盤の厚さの１０〜４０％であることを含む。また高透水性層はグラベルドレーンまたは人工材料によるドレーンで構成されたことを含む。また人工材料によるドレーンは液状化対策用ドレーンであることを含むものである。

改良部の両側面側に未改良部から地表部にかけて、透水性の高い人工的な水みちである高透水性領域を形成したことにより、該高透水性領域と液状化発生箇所の過剰間隙水圧の消散（排水）距離が強制的に均一化されるので舗装面を等しく沈下させることができる。また改良部の両側面側に未改良部から地表部に伸びた高透水性領域が形成されたことにより、部分的に液状化した地盤の過剰間隙水圧の消散距離を強制的に短くして、過剰間隙水圧の消散（排水）を速やかに行うことにより地盤の支持力を早期に回復させることができる。

以下、本願発明の等沈下地盤構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。また各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成にのみ異なった符号を付して説明する。

図１は第１の実施の形態の等沈下地盤構造１を示し、鉛直形の高透水性領域２を備えたものである。この等沈下地盤構造１は舗装部、例えば、空港滑走路（既存または新設）３の下側における液状化対象地盤（砂質地盤）である液状化層４と、その下側の非液状化層５とからなる地盤６において、この非液状化層５から所定の厚さの未改良部７を残し、これ以外の空港滑走路の下側にあたる液状化層４に薬液またはセメントなどの改良材を注入して改良した改良部８の両側面側に鉛直形の高透水性領域２が形成されて構成されている。この未改良部７は、図１においては、非液状化層５に沿って横方向に形成されているが、図２に示すように、空港滑走路３の長さ方向に沿っても広がっている。

このように本願発明においては空港滑走路３下側の液状化層４を液状化対策として部分的に改良し、該改良部８の下側に未改良部７の液状下層４が残っている部分改良地盤９が対象になっている。この非液状化層５から未改良部７を残した部分改良地盤９は、所望厚さ分の未改良部７が残るため、この未改良部７に地震時における液状化が発生する可能性が高い。そのため未改良部７に発生した液状化による過剰間隙水圧を強制的に排水するための水みちとしての高透水性領域２を改良部８の両側に設けたものである。すなわち、液状化発生箇所から高透水性領域２までの距離を、図７に示す高透水性領域が形成されていない地盤と比べて、短くかつ均一にすることにより、液状化した地盤の過剰間隙水圧の消散（排水）を速やかに行うようにしたものである。

この高透水性領域２は高透水性層１０と、この高透水性層１０の上部に形成された排水マット１１とから構成される。この高透水性層１０は非液状化層５の上面、すなわち未改良部下面１６から地表部１２にかけて横方向に０．５〜２ｍ間隔（ドレーンピッチ）ｄでかつ空港滑走路３の長さ方向に沿って０．５〜２ｍ間隔（ドレーンピッチ）ｄで鉛直に打設されたグラベルドレーン１３により形成されている。このグラベルドレーン１３を空港滑走路３の長さ方向に沿って二列に形成したことにより、所定の横幅をもった高透水性層１０を形成したものである。すなわち、図３に示すように、一本のグラベルドレーン１３が負担する過剰間隙水圧の排水領域は有効半径のｂの円領域であり、平面正方形配置で０．５〜２ｍ間隔（ドレーンピッチ）ｄで打設された二本のグラベルドレーン１３では横幅Ｂｄが２ｄとなるため、この幅の高透水性層１０、すなわち砂質地盤より高い透水係数をもった高透水性層１０が空港滑走路３の長さ方向に沿って形成される。この横幅は液状化対象地盤、すなわち液状化層４の厚さＨの１０〜４０％とする。このように高透水性層１０はドレーンの等価半径ａと有効な排水半径ｂ、および必要なドレーンピッチｄにより形成されるため、これらを液状化対象地盤に応じてそれぞれ決定するものとする。したがって、上記のグラベルドレーン１３は二列に形成されているが、これに限らず、これ以上またはこれ以下にすることもでき、配置方法も図３に示すように平面正方形配置または平面三角形配置から選択することができる。またグラベルドレーン１３を平面三角形配置にした場合、高透水性層１０の横幅Ｂｄは、

となる。なお、排水マット１１はドレーンからの排水を円滑に排水できる程度でよい。

このように改良部８の両側面に沿って高透水性領域２が形成されると、改良部下側の未改良部７が液状化した場合、図４に示すように、過剰間隙水圧が高透水性領域２から排水される。また液状化発生箇所１４から高透水性領域２までの過剰間隙水圧の排水距離１５が短いため、液状化した地盤から早期に過剰間隙水圧を消散させて支持力を回復させることができる。さらに液状化発生箇所１４から高透水性領域２までの過剰間隙水圧の排水距離１５が均一化されるため、過剰間隙水圧を効率的に消散させて空港滑走路３を等しく沈下させる等沈下を促進することができる。

図５は第２の実施の形態の等沈下地盤構造１７を示し、傾斜形の高透水性領域１８を備えたものである。この等沈下地盤構造１７は高透水性領域１７が逆ハ字形に傾斜して形成されたものであり、これ以外は第１の実施の形態の等沈下地盤構造１と同じ構成である。この傾斜形の高透水性領域１８は改良部下側の未改良部７から改良部８を回避または貫通して形成された高透水性層１０と、その上部に形成された排水マット１１とから構成されている。この高透水性層１０は傾斜状のグラベルドレーン１３で形成され、改良部下側の未改良部下面１６から地表部１２にかけて傾斜した逆ハ字形になっている。この傾斜状のグラベルドレーン１３も横方向に０．５〜２ｍ間隔ｄで、かつ空港滑走路３の長さ方向に沿って０．５〜２ｍ間隔ｄで連続的に打設されている。

この傾斜形の高透水性領域１８も液状化発生箇所１４からの過剰間隙水圧の排水距離１５を短くかつ均一化するため、液状化した地盤から早期に過剰間隙水圧を消散させて支持力を回復させることができるとともに、過剰間隙水圧を効率的に消散させて空港滑走路３を等しく沈下させる等沈下を促進することができる。

図６は第３の実施の形態の等沈下地盤構造２１を示し、湾曲形の高透水性領域２２を備えたものである。この等沈下地盤構造２１は高透水性領域２２が略Ｌ字状および略逆Ｌ字状に湾曲して形成されたものであり、これ以外は第１の実施の形態の等沈下地盤構造１と同じ構成である。この湾曲形の高透水性領域２２は改良部下側の未改良部７から地表部１２に向かって略Ｌ字状および略逆Ｌ字状に湾曲した高透水性層１０と、その上部に形成された排水マット１１とから構成されている。この高透水性層１０は湾曲状のグラベルドレーン１３で形成され、地表部１２から改良部下側の未改良部７にかけて改良部８を避けるように湾曲している。この湾曲状のグラベルドレーン１３も横方向に０．５〜２ｍ間隔ｄで、かつ空港滑走路３の長さ方向に沿って０．５〜２ｍ間隔ｄで連続的に打設されている。

この湾曲形の高透水性領域２２も液状化発生箇所１４からの過剰間隙水圧の排水距離１５を短くかつ均一化するため、液状化した地盤から早期に過剰間隙水圧を消散させて支持力を回復させることができるとともに、過剰間隙水圧を効率的に消散させて空港滑走路３を等しく沈下させる等沈下を促進することができる。

なお、上記の実施の形態においては舗装部として空港滑走路３を対象に説明したが、これに限らず、既存道路または新設道路にも適用することができる。また高透水性層１０はグラベルドレーン１３に限らず、人工材料によるドレーンのいずれかを使用することもでき、いずれのドレーンであっても上記と同じ効果を奏することができる。この人工材料によるドレーンは液状化対策用ドレーンにする。

第１の実施の形態の等沈下地盤構造であり、（１）は断面図、（２）は（１）のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。（１）は平面正方形配置の高透水性領域の断面図、（２）は同概略図、（３）は平面三角形配置の高透水性領域の断面図、（４）は同概略図である。（１）は第１の実施の形態の等沈下地盤構造の断面図、（２）は等沈下を示した等沈下地盤構造の断面図である。（１）は第２の実施の形態の等沈下地盤構造の断面図、（２）は等沈下を示した等沈下地盤構造の断面図である。（１）は第３の実施の形態の等沈下地盤構造の断面図、（２）は等沈下を示した等沈下地盤構造の断面図である。（１）は液状化対策をしていない地盤の圧密状態を示した断面図、（２）は液状化対策をした地盤の圧密状態を示した断面図である。（１）は不透水性の粘性土層がある地盤の液状化による不等沈下の断面図、（２）は透水性の高い水みちがある地盤の液状化による不等沈下の断面図である。

１、１７、２１等沈下地盤構造
２、１８、２２高透水性領域
３、２４空港滑走路
４液状化層
５非液状化層
６、２５地盤
７、２７未改良部
８、２６改良部
９部分改良地盤
１０高透水性層
１１排水マット
１２地表部
１３グラベルドレーン
１４液状化発生箇所
１５排水距離
１６未改良部下面
２８粘土層
２９水みち

Claims

舗装部下側の液状化対象地盤に未改良部を所望の厚さ分残し、これ以外の液状化対象地盤に改良材が注入されて改良部が形成され、該改良部の両側面側には未改良部から地表部に伸びた高透水性領域が舗装部の長さ方向に沿って形成されたことを特徴とする等沈下地盤構造。
高透水性領域は未改良部から地表部にかけて鉛直に形成された鉛直形の高透水性領域、改良部の下側における未改良部から地表部にかけて傾斜して形成された傾斜形の高透水性領域、改良部の下側における未改良部から地表部にかけて湾曲して形成された湾曲形の高透水性領域のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の等沈下地盤構造。
高透水性領域は高透水性層と、該高透水性層の上部に形成された排水マットとから構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の等沈下地盤構造。
高透水性層の横幅は液状化対象地盤の厚さの１０〜４０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の等沈下地盤構造。
高透水性層はグラベルドレーンまたは人工材料によるドレーンで構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の等沈下地盤構造。
人工材料によるドレーンは液状化対策用ドレーンであることを特徴とする請求項５に記載の等沈下地盤構造。