JP5353348B2

JP5353348B2 - 部分着底型の流動防止構造および部分着底型の流動防止構造の施工方法

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Publication number: JP5353348B2
Application number: JP2009067302A
Authority: JP
Inventors: 勝哉池野; 正明三藤; 功企善
Original assignee: Kyushu University NUC; Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Kyushu University NUC; Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: JP2010216197A

Description

本発明は、空港滑走路や道路等の舗装施設における液状化対策のための部分着底型の流動防止構造および部分着底型の流動防止構造の施工方法に関するものである。

地震時に発生する液状化に伴い地盤が水平方向に大きく変位する現象を側方流動とよぶが、この側方流動のメカニズムについて図８を参照して説明する。側方流動が発生する条件は、地盤が液状化することは当然であるが、これだけでは流動化は起こらない。図８（ａ）（ｂ）に従来まで側方流動がみられた地盤条件を示す。図８（ａ）は地表面や液状化層の上面が緩やかに傾斜しており、傾斜に沿って流動が生じるケース（傾斜型）である。図８（ｂ）は側方が護岸などで解放しており、護岸の移動に伴って背後地盤で流動が生じるケース（解放型）である。

図８（ａ）（ｂ）の上記２つのケースのうち、後者の解放型についてはメカニズムが明らかであり、地震によって護岸が海や川側に移動した結果、背後地盤が護岸側に移動する。前者の傾斜型については、以下の３つのメカニズムが考えられる。
(A)地震による慣性力
(B)液状化により地盤の剛性が低下することで生じる自重変形および液体化
(C)すべり面の形成

上記メカニズムのうち、(B)の流動メカニズムは駆動力が重力に限られており、現在、傾斜型のメカニズムとして最も主流な考え方とされている。

空港滑走路や道路等の舗装施設における液状化対策は、液状化する可能性がある領域を全改良あるいは部分改良する方法が採られている。通常、舗装施設は平坦であるため、図８（ａ）（ｂ）の流動の発生し易い条件に当てはまるものではない。しかし、図９に示すように、液状化地盤の下端が傾斜している場合には、流動量は少ないものの、傾斜方向に向かって流動する可能性は否定できない。従来の設計法では、液状化地盤を全改良する方法が主流であったため、改良層が液状化せず、かつ非液状化層に着底しており、側方流動は発生しないという前提で考えられていた。

しかし、部分改良を適用する場合、図１０に示すように、液状化地盤の下端が傾斜している場合には、側方流動に対して不安定になりやすいという問題があった。

また、特許文献１には、液状化層を有する地盤上に比較的簡易な建物を構築する際に、液状化層の上層に位置する地盤を地盤改良することで平板状の地盤改良体を形成して、その地盤改良体を液状化層により支持するとともに、その地盤改良体により建物を支持する基礎の構造が開示されている。しかし、この基礎構造では側方流動に対して有効な対策とはならない。

特開２００３−１５５７５３号公報

近年の新しい設計法では、対象施設の性能（滑走路なら平坦性）を満足しうることを条件に液状化地盤を部分改良する方法が可能となった。そのため、図９のように液状化地盤の下端が傾斜している場合には、図１０に示すように液状化地盤を部分改良した対象施設において側方流動が生じる可能性がある。

通常、液状化に起因する流動か否かに関わらず地盤の流動を抑制するためには、図１１のように、地中連続壁Ｗや高い剛性を有する鋼管矢板などを用いる施工法が一般的であった。

しかし、上述のように、地表面が水平である舗装施設においては、地盤の流動力がさほど大きくないと考えられ、その場合には図１１のような地中連続壁や鋼管矢板などによる対策は、過大な対策ということができ、コスト的にも負担が大きくなる。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、空港滑走路や道路等の舗装施設の直下地盤が液状化地盤であるが、地盤の流動力がさほど大きくない場合に、側方流動を抑制することができ、しかも一般的な地中連続壁や鋼管矢板などによる対策と比べてコスト的に有利な流動防止構造および流動防止構造の施工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本実施形態による部分着底型の流動防止構造は、舗装部下側の液状化地盤に改良層を有し、前記改良層の下端部が非液状化地盤に任意の着底幅で着底し、前記改良層は前記液状化地盤における流動力の略直角方向に前記流動力を受け流すことのできる開口部を有することを特徴とする。

この部分着底型の流動防止構造によれば、地表面が水平である舗装施設では地盤の流動力がさほど大きくないと考えられ、改良層の下端部を非液状化地盤に任意の着底幅で部分的に着底させることで、改良層の自重と非液状化地盤との摩擦力で地盤流動に抵抗することができるため側方流動を抑制できるとともに、一般的な地中連続壁や鋼管矢板などによる対策と比べてコスト的に有利となる。

上記部分着底型の流動防止構造において前記改良層が前記開口部において任意の開口率で前記非液状化地盤に部分着底していることが好ましい。改良層の流動直角方向について開口部で任意の開口率を設定することで、ある程度の流動力を開口部に受け流すことができるので、改良層に加わる流動力を緩和することができる。

また、前記改良層の側方への流動力の大きさに応じて前記着底幅または前記開口率が任意に変化可能である。

本実施形態による部分着底型の流動防止構造の施工方法は、舗装部下側の液状化地盤に改良層を設けることで流動防止構造を施工する方法であって、前記改良層の下端部を非液状化地盤に任意の着底幅で着底させ、前記改良層に前記液状化地盤における流動力の略直角方向に前記流動力を受け流すことのできる開口部を設けることを特徴とする。

この部分着底型の流動防止構造の施工方法によれば、地表面が水平である舗装施設では地盤の流動力がさほど大きくないと考えられ、改良層の下端部を非液状化地盤に任意の着底幅で部分的に着底させることで、改良層の自重と非液状化地盤との摩擦力で地盤流動に抵抗することができるため側方流動を抑制できるとともに、一般的な地中連続壁や鋼管矢板などによる対策と比べてコスト的に有利となる。

上記部分着底型の流動防止構造の施工方法において前記改良層を前記開口部において任意の開口率で前記非液状化地盤に部分着底させることが好ましい。改良層の流動直角方向について開口部で任意の開口率を設定することで、ある程度の流動力を開口部に受け流すことができるので、改良層に加わる流動力を緩和することができる。

また、前記改良層の側方への流動力の大きさに応じて前記着底幅または前記開口率を変えることができる。

また、前記改良層は地盤の透水性を低下させる固化工法によって施工することができる。かかる固化工法として、地盤注入工法や化学的安定処理工法などを用いることができる。着底幅や開口部の開口率は、固化工法により改良体を液状化地盤に造成するとき、非液状化地盤に着底する改良体全体の幅や長さを変えることで調整可能である。

本発明によれば、空港滑走路や道路等の舗装施設の直下地盤が液状化地盤であるが、地盤の流動力がさほど大きくない場合に、側方流動を抑制できるとともに、一般的な地中連続壁や鋼管矢板などによる対策と比べてコスト的に有利な部分着底型の流動防止構造および部分着底型の流動防止構造の施工方法を提供することができる。

本実施形態による空港滑走路の舗装部下側の液状化地盤に設けた流動防止構造を有する改良層を概略的に示す図である。図１の流動防止構造を有する改良層を流動力の略直角方向に延びる面で切断してみた図である。図２の改良層の下端部を水平方向に切断してみた図である。図１〜図３の部分着底型の流動防止構造に関する検討断面を示す図である。図４の検討条件において得られた改良層の流動に対する安全率の推移を示す図である。図１〜図３の部分着底型の流動防止構造を垂直削孔法によって施工する場合の工程（ａ）〜（ｄ）を説明するための図である。図１〜図３の部分着底型の流動防止構造を曲がり削孔法によって施工する場合の工程（ａ）〜（ｄ）を説明するための図である。従来までに側方流動がみられた地盤条件を説明するための図であり、傾斜に沿って流動が生じるケース（傾斜型）（ａ）および背後地盤で流動が生じるケース（解放型）（ｂ）を示す図である。空港滑走路の舗装部で液状化地盤の下端が傾斜している場合を概略的に示す図である。図９のように液状化地盤の下端が傾斜している場合に液状化地盤を部分改良した状態を概略的に示す図である。地盤流動の抑制のために地中連続壁や高い剛性を有する鋼管矢板を用いる従来の一般的な施工法を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による空港滑走路の舗装部下側の液状化地盤に設けた流動防止構造を有する改良層を概略的に示す図である。図２は図１の流動防止構造を有する改良層を流動力の略直角方向に延びる面で切断してみた図である。図３は図２の改良層の下端部を水平方向に切断してみた図である。

図１，図２のように、本実施形態による流動防止構造は、空港滑走路の舗装部ＰＡの下側の液状化地盤ＬＢにおいて液状化対策のために地盤改良を施して改良層１０を設け、この改良層１０を下端部１１，１２で非液状化地盤ＮＬに部分的に着底させ、下端部１１と１２の間の非着底部１４で非液状化地盤ＮＬに着底させない、部分着底型の流動防止構造となっている。改良層１０は下端部１１，１２において着底幅Ｂ１，Ｂ２および着底長Ｌｃを有する。

図１〜図３のように、本実施の形態の部分着底型の流動防止構造には、液状化地盤ＬＢにおける液状化による流動力Ｆが改良層１０に対し略直交する方向に加わる面において流動力Ｆを受け流すことのできる開口部１３が設けられている。

開口部１３および非着底部１４は、液状化地盤ＬＢを地盤改良し改良層１０を設ける際に、地盤改良を施さない領域として構築される。図２，図３のように、開口部１３は、液状化地盤ＬＢにおける液状化による地盤流動方向ＦＦに貫通しており、地盤流動方向ＦＦへの地盤流動を流すことができる。

図２のように、流動力Ｆが加わる面において、図のハッチングで示す対象領域Ａ（面積Ｓ）における開口部１３による開口率は、開口部１３の開口面積をＣとすると、Ｃ／Ｓであり、部分改良の深度が決まっている場合は、着底長Ｌｃ等によって調整可能である。

図１〜図３の部分着底型の流動防止構造によれば、舗装部ＰＡの下側の液状化地盤ＬＢに対して部分改良を施しかつ側方への流動が懸念されている場合に、改良層１０を任意の着底幅で非液状化地盤ＮＬに着底させることで、改良層１０の下端部１１，１２において改良層１０の自重と非液状化地盤ＮＬとの間の摩擦力によって地震時に液状化地盤ＬＢにおける地盤流動方向ＦＦへの地盤流動に抵抗することができる。これにより、空港滑走路の舗装部ＰＡにおける側方流動を抑制し防止することができる。

さらに、改良層を連続的に着底させると流動力を全面的に受けてしまうが、改良層１０の流動力の直角方向に開口部１３を設け、所定の開口率で部分着底させることで、ある程度の流動力を開口部１３に受け流すことができるので、舗装部ＰＡにおける側方流動の抑制に寄与できる。この場合、側方への流動力の大きさに応じて、改良層１０における着底幅（Ｂ１，Ｂ２）および／または開口率（Ｃ／Ｓ）を任意に変化させることができる。

次に、例として図１〜図３のような部分着底型の流動防止構造において図４を参照して、地震時における動水圧および慣性力を外力とした改良層の滑り安定を震度法で検討する。図４は図１〜図３の部分着底型の流動防止構造に関する検討断面を示す図である。

図４において次のように条件を設定した。
滑走路幅：Ｂ＝５０ｍ
水深１：Ｈ１＝１０ｍ
水深２：Ｈ２＝１０ｍ
不飽和層厚：Ｈ３＝４ｍ
改良厚：Ｈｉ＝８ｍ
着底幅：Ｂ１＝Ｂ２＝８ｍ
摩擦係数：μ＝０．６
設計震度：ｋｈ＝０．１５（レベル１地震動相当），０．２５（レベル２地震動相当）
開口率：０．０〜１６．０％
ただし、レベル１地震動：対象施設の供用期間内に1〜2度発生する確率を持つ地震動強さ
レベル２地震動：発生確率は低いが極めて激しい地震動強さ

図５に、上記条件の下で得られた図４の改良層の流動に対する安全率の推移を示す。レベル１およびレベル２ともに、開口率が大きくなるほど、安全率が上昇することが分かる。この場合、開口率０％でも安全率１．３であるが、できるだけ開口率を大きくした方が施工コストの低下を図ることができる。しかし、非液状化層との摩擦抵抗力が発揮できない程、着底長Ｌｃを小さくして開口率を大きくするべきではなく、最小の着底幅Ｂ１，Ｂ２および着底長Ｌｃは、通常の改良体（図６，図７参照）の直径（例えば、Ｄ＝２ｍ）の３倍以上が望ましい。

次に、図１〜図３のような部分着底型の流動防止構造の施工方法について図６，図７を参照して説明する。図６は、図１〜図３の部分着底型の流動防止構造を垂直削孔法によって施工する場合の工程（ａ）〜（ｄ）を説明するための図である。図７は、図１〜図３の部分着底型の流動防止構造を曲がり削孔法によって施工する場合の工程（ａ）〜（ｄ）を説明するための図である。

図１〜図３のような部分着底型の流動防止構造は、原地盤の透水性を低下させることができる固化工法によって構築可能である。以下、固化工法として溶液型の薬液による地盤注入（浸透固化処理工法）を用いる例について説明する。

ここで、浸透固化処理工法とは、改良対象の地盤内に薬液を注入し、広く浸透させ固結させることで地盤の強度を増加させるものであり、砂の間隙水をゲル状の物質に置き換えることで改良地盤の強度を５０〜２００ｋＮ／ｍ²程度まで増加させ、液状化しない地盤に改良することができる。薬液としては例えばシリカ系水溶液型の薬液を用いることができ、例えば、Ｎａ₂Ｏ／ｎＳｉＯ₂もしくはＫ₂Ｏ／ｎＳｉＯ₂とその硬化剤である無機塩類、有機塩類、金属酸化物、金属水酸化物、無機酸、有機酸、酸性塩、塩基性塩等とを組み合わせて調製したもの、または、シリカ微粒子とその硬化剤とを組み合わせて調製したものを用いることができる（特許第３１９３９５０号公報参照）。

図６（ａ）のようにボーリングマシン２１により地面Ｇから所定深度の垂直孔Ｐを掘削してから、図６（ｂ）のように垂直孔内に注入管２２を建て込む。次に、図６（ｃ）のように注入管２２に注入ホース２３を接続し、注入管２２の注入口から薬液を液状化地盤ＬＢ内に注入することで、液状化地盤ＬＢ内に垂直孔に沿って所定の深度間隔で複数の略球形状の改良体３０，３０ａ（直径Ｄ）を造成する。最深部の改良体３０ａは非液状化地盤ＮＬに接するように形成される。

図６（ａ）の垂直孔Ｐの掘削位置を変えて上述の工程を繰り返し行うことで、図６（ｄ）のように、液状化地盤ＬＢ内に多数の略球形状の改良体３０，３０ａ，３０ｂを造成する。このとき、改良体３０ａは非液状化地盤ＮＬに接し、改良体３０ｂは図６（ａ）の垂直孔Ｐの深度を改良体３０ａの場合よりも浅くすることで非液状化地盤ＮＬに接しないように造成して改良体３０ｂの下部に非改良部２９を形成する。非改良部２９が図１〜図３の開口部１３または下端部１１，１２間の非着底部１４に対応する。これにより、図１〜図３のような開口部１３を有しかつ着底幅Ｂ１，Ｂ２および着底長Ｌｃで非液状化地盤ＮＬに着底する部分着底型の流動防止構造を構築できる。

また、図６（ａ）のような垂直孔Ｐを掘削できない場合等には、図７（ａ）のようにボーリングマシン２１により曲がり削孔を行い、地面Ｇから所定深度で水平孔Ｈを掘削してから、図７（ｂ）のように内管を引き抜き注入外管を建て込む。次に、図７（ｃ）のように注入ホースを接続した注入外管の注入口から薬液を液状化地盤ＬＢ内に注入することで、液状化地盤ＬＢ内に水平孔に沿って所定の水平間隔で複数の略球形状の改良体３０（直径Ｄ）を造成する。

図７（ａ）の水平孔Ｈの深度を変えて上述の工程を繰り返し行うことで、図７（ｄ）のように多数の略球形状の改良体３０，３０ａ，３０ｂを液状化地盤ＬＢ内に造成する。このとき、改良体３０ａは非液状化地盤ＮＬに接し、改良体３０ｂはその深度を改良体３０ａよりも浅くすることで非液状化地盤ＮＬに接しないように造成して改良体３０ｂの下部に非改良部２９を形成する。非改良部２９が図１〜図３の開口部１３または下端部１１，１２間の非着底部１４に対応する。これにより、図１〜図３のような開口部１３を有しかつ着底幅Ｂ１，Ｂ２および着底長Ｌｃで非液状化地盤ＮＬに着底する部分着底型の流動防止構造を構築できる。

上述のようにして、図１〜図３のような部分着底型の流動防止構造を施工することができる。このとき、改良層１０の着底幅Ｂ１，Ｂ２および着底長Ｌｃは、図６（ｄ）や図７（ｄ）のように、非液状化地盤ＮＬに接する改良体３０ａの数を調整することで変えることができ、これにより、開口部１３の開口率を変えることができる。

以上のように、本実施形態の部分着底型の流動防止構造によれば、地表面が水平である空港滑走路や道路等の舗装施設においては地震時の地盤の流動力はさほど大きくないと考えられ、改良部の下端部を非液状化地盤に着底させることで、改良層の自重と非液状化地盤との摩擦力で地盤流動に抵抗できるので、側方流動を抑制できる。

また、本実施形態の部分着底型の流動防止構造は、一般的な地中連続壁や鋼管矢板などによる対策と比べてコスト的にも大きな負担とならない。また、改良層の流動直角方向については、開口部で任意の開口率を設定することである程度の流動力を開口部に受け流すことができ、このため、側方流動の抑制に寄与できる。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図１〜図３では、改良層１０の下端部１１，１２間に非着底部１４を設けたが、開口部１３を設ける場合には、下端部の着底幅を改良層の幅と同じにし、非着底部１４を省略してもよい。

また、地盤改良のための固化工法は、薬液による地盤注入に限定されず、他の工法であってもよく、例えば、セメント系を用いた地盤注入工法、または、深層混合処理工法等の化学的安定処理工法を用いてもよい。

また、図４のような検討は、動水圧や慣性力を流動の外力とした震度法による簡易な検討であるため、レベル２地震動のような非線形性の強い現象を検討する場合には、上記簡易な検討で着底幅および開口率の目安を決めてから、液状化及び流動を考慮できる有限要素法などの数値解析法を用いて外部および内部安定に関する照査を実施することが望ましい。

本発明の部分着底型の流動防止構造および部分着底型の流動防止構造の施工方法によれば、空港滑走路や道路等の舗装施設の直下地盤が液状化地盤であるが、地盤の流動力がさほど大きくない場合に側方流動を抑制でき、空港滑走路や道路等の舗装部における地震対策を図ることができる。また、一般的な地中連続壁や鋼管矢板などによる対策と比べてコスト的に有利な流動防止構造およびその施工方法を実現できる。

１０改良層
１１，１２改良層の下端部
１３開口部
２９非改良部
３０，３０ａ，３０ｂ改良体
Ｂ１，Ｂ２改良層の着底幅
Ｌｃ改良層の着底長
Ｆ流動力
ＦＦ地盤流動方向
ＬＢ液状化地盤
ＮＬ非液状化地盤
ＰＡ舗装部

Claims

舗装部下側の液状化地盤に改良層を有し、
前記改良層の下端部が非液状化地盤に任意の着底幅で着底し、
前記改良層は前記液状化地盤における流動力の略直角方向に前記流動力を受け流すことのできる開口部を有することを特徴とする部分着底型の流動防止構造。
前記改良層が前記開口部において任意の開口率で前記非液状化地盤に部分着底している請求項１に記載の部分着底型の流動防止構造。
前記改良層の側方への流動力の大きさに応じて前記着底幅または前記開口率が任意に変化可能である請求項１または２に記載の部分着底型の流動防止構造。
舗装部下側の液状化地盤に改良層を設けることで流動防止構造を施工する方法であって、
前記改良層の下端部を非液状化地盤に任意の着底幅で着底させ、
前記改良層に前記液状化地盤における流動力の略直角方向に前記流動力を受け流すことのできる開口部を設けることを特徴とする部分着底型の流動防止構造の施工方法。
前記改良層を前記開口部において任意の開口率で前記非液状化地盤に部分着底させる請求項４に記載の部分着底型の流動防止構造の施工方法。
前記改良層の側方への流動力の大きさに応じて前記着底幅または前記開口率を変える請求項４または５に記載の部分着底型の流動防止構造の施工方法。
前記改良層を地盤の透水性を低下させる固化工法によって施工する請求項４乃至６のいずれか１項に記載の部分着底型の流動防止構造の施工方法。