JP5683040B2 - 埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材およびその施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、地震により発生する地盤の液状化現象によるライフラインや農業用水路等の埋設管路をはじめとする埋設構造物の浮上または沈下被害を防止するための材およびその施工方法に関する。

新潟県中越地震、十勝沖地震等の大地震の際、ライフラインや農業用水路等の埋設管路をはじめとする埋設構造物の破壊が数多く報告されている。地震による埋設管路の被害は、周辺地盤もしくは施工時に用いられた埋め戻し材料の液状化による、埋設管路の浮上または沈下に起因することが多い。埋設管路の被災は、住民の生命・生活に甚大な影響を及ぼすため、埋設管路の耐震性能の向上は、早急に解決すべき重要な課題のひとつとされている。

地震による地下埋設構造物の被害のほとんどは、埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響である。地下埋設構造物の地下水以下の周辺地盤または埋戻し土砂が、地震動によって液状化して泥水化すると、泥水の比重より見掛け比重が小さい埋設構造物は浮上する。周辺土砂の地表への噴砂の影響が大きい場合には埋設構造物は沈下する。

埋設構造物の被害のうち、マンホールについては躯体の排土重量と自重の差が大きく液状化による被害数が極めて多いため、既に多くの対策案が提起され対策工が実施されつつある。
例えば特許文献１では、マンホールの外壁に多数の排水管を設置し、マンホールと連通させ、地震時に間隙水圧が上昇した際に、過剰間隙水が排水管によりマンホールに排出される構造を開示している。

一方、埋設構造物のうち埋設管路は施工条件やコスト等の観点より対策工の選択肢が少なく、マンホールと比較して対策が遅れている。特許文献２によれば、共同溝や開削トンネル等の大型の地中線状埋設構造物の両側に所定間隔を置いて排水機能を有する鋼矢板を設置する方法を開示している。

特開平８−９２９８４号公報 特開平５−２５５９４１号公報

特許文献１の方法はマンホールのみでしか適用できない。また特許文献２の方法は工事が大規模になり工費や工期が大きくなるために、重要な埋設構造物などにのみ適用可能であるなど制約が多い。また当該方法では、鋼矢板自身に透水性がなく、常時や降雨時の地下水流動を遮断するため、別途それに対する配慮が必要となる。

さらに特許文献１および特許文献２の方法は、新設の埋設構造物を設置する際には適用可能であるが、既設の埋設構造物に対しては適用が難しい。

そこで、本発明の目的は、埋設管路に適用可能で、大規模な工事が必要なく、また既設の埋設構造物に対しても適用可能な埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材およびその施工方法を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、本発明は、上下に平行する２本のドレーン管（上部ドレーン管と下部ドレーン管）を鉛直透水壁で連通させ、地震時に発生する過剰間隙水が下部ドレーン管及び鉛直透水壁より鉛直透水壁を介して上部ドレーン管に到達可能な埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材である。また、埋設構造物の周辺に、該埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材を上部ドレーン管が地下水面より上に、下部ドレーン管が地下水面より下なるように設置する施工方法である。
前記２点が本発明の要旨である。

請求項１記載の発明は、
網状管からなる上部ドレーン管と下部ドレーン管を含み、平行する当該上部ドレーン管と当該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなる埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材である。

地震による地盤の液状化により発生する過剰間隙水を、地下水面以下に位置する下部ドレーン管および鉛直透水壁にて集水し、該鉛直透水壁を介して該過剰間隙水を地下水面よりも上に位置する上部ドレーン管へ移動させ、さらに上部ドレーン管より過剰間隙水を地盤へ浸透させる。それにより過剰間隙水圧を逃がすことで埋設設構造物周辺地盤の液状化を防止し、埋設構造物の浮き上がりや沈降を抑止する。また地下水面以下に位置する下部ドレーン管および鉛直透水壁は透水性を有するため、常時や降雨時において、地下水の流動を妨げない。

該上部ドレーン管および該下部ドレーン管は、地震時に発生する過剰間隙水を速やかに管中に導き、地下水面よりも上に排出するために網状管を用いる。また、網状管は、常時において土中の水の動きを妨げない。

請求項２記載の発明は、
平行する上部ドレーン管と下部ドレーン管、および当該上部ドレーン管と当該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなる埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材であって、
当該鉛直透水壁が、複数の網状管を鉛直に配列した鉛直網状管列からなり、当該鉛直網状管列が当該上部ドレーン管および当該下部ドレーン管と連通している埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材である。

鉛直透水壁は、複数の網状管を鉛直に配列して列状にした鉛直網状管列から構成することができる。鉛直網状管列は、上部ドレーン管および下部ドレーン管と連通しており、地震による地盤の液状化により発生する過剰間隙水は網状管を介して容易に地下水面より上の地盤に排出される。また、鉛直網状管列は、常時において土中の水の動きを妨げない。

上部ドレーン管、下部ドレーン管および鉛直網状管列の外周部分は、透水布で覆われている。透水布で覆うことで、上部ドレーン管、下部ドレーン管および鉛直網状管列内に土粒子が入り込むことを防止している。また、透水布は、常時において土中の水の動きを妨げない。

請求項３記載の発明は、
平行する上部ドレーン管と下部ドレーン管、および当該上部ドレーン管と当該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなる埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材であって、
当該鉛直透水壁が、鉛直に配した網状波板を、網状平板で両面から挟み込み、当該網状波板の凸部と当該網状平板を接続させた鉛直波板列からなり、当該鉛直波板列が当該上部ドレーン管および当該下部ドレーン管と連通している埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材である。

鉛直波板列は、鉛直に配した網状波板を網状平板で挟み込み、該網状波板の凸部と該網状平板を接続することで構成され、該網状波板と網状平板の間には水が通るための空間（以下、波板壁通水空間という。）を配している。鉛直波板列は、上部ドレーン管および下部ドレーン管と連通しており、地震による地盤の液状化により発生する過剰間隙水は下部ドレーン管より、鉛直波板列の波板壁通水空間を経て、上部ドレーン管を介して容易に地下水面より上の地盤に排出される。また、鉛直波板列は、網状の波板と網状の平板で構成されているため、常時において土中の水の動きを妨げない。

請求項４記載の発明は、
前記網状波板が、曲線状の網状波板または矩形波状の網状波板または台形波状の網状波板のいずれかである請求項３に記載の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材である。

鉛直波板列を構成する網状波板は、曲線状となっている網状波板より構成することができる。網状波板の形状が曲線であれば、波板と水との抵抗が低減され、過剰間隙水が上部ドレーン管へ速やかに排出されやすい。

鉛直波板列を構成する網状波板は、矩形波状となっている網状波板より構成することができる。矩形波状の網状波板は、該網状波板を両面から挟み込む網状平板との接続を容易にする効果がある。

鉛直波板列を構成する網状波板は、台形波状となっている網状波板より構成することができる。台形波状の網状波板は、該網状波板を両面から挟み込む網状平板との接続を容易にする効果があり、また矩形よりも波板と水との抵抗が低減され過剰間隙水が上部ドレーン管へ速やかに排出されやすい。

請求項５記載の発明は、
前記上部ドレーン管、下部ドレーン管および鉛直透水壁の外周部分が透水布により覆われている請求項１から４のいずれかに記載の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材である。

上部ドレーン管、下部ドレーン管および鉛直波板列の外周部分は、透水布で覆われている。透水布で覆うことで、上部ドレーン管、下部ドレーン管および鉛直波板列内に土粒子が入り込むことを防止している。また、透水布は、常時において土中の水の動きを妨げない。

請求項６記載の発明は、
前記透水布が不織布である請求項５に記載の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材である。

請求項７記載の発明は、
網状管からなる上部ドレーン管と下部ドレーン管を含み、平行する当該上部ドレーン管と当該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなり、当該上部ドレーン管、下部ドレーン管および鉛直透水壁の外周部分が透水布により覆われている埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材を、
埋設構造物の周囲に当該上部ドレーン管が地下水面より上に、当該下部ドレーン管が地下水面より下になるように設置する埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材の施工方法である。

請求項８記載の発明は、
網状管からなる上部ドレーン管と下部ドレーン管を含み、平行する当該上部ドレーン管と当該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなり、当該上部ドレーン管、下部ドレーン管および鉛直透水壁の外周部分が透水布により覆われている埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材を、
既設埋設構造物の周囲にトレンチを掘削し、当該トレンチ内に当該上部ドレーン管が地下水面より上に、当該下部ドレーン管が地下水面より下になるように設置する埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材の施工方法である。

トレンチを掘り、該液状化対策材を設置することができるため、既設の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策工が可能である。

本発明による埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材およびその施工方法を用いることにより、比較的簡単な工事で、また既設の構造物であっても液状化対策工事を実施することができる。

本発明の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材（鉛直透水壁に網状管を用いた例）の斜視図である。 本発明の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材（鉛直透水壁に網状管を用いた例）の上部ドレーン管の部分を拡大した斜視図である。 本発明の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材（鉛直透水壁に網状管を用いた例）の下部ドレーン管の部分を拡大した斜視図である。 本発明の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材（鉛直透水壁に網状波板を用いた例）の斜視図である。 図４のＡ−Ａ断面を上から見た、曲線状の網状波板を用いた鉛直波板壁の断面図である。 図４のＡ−Ａ断面を上から見た、矩形波状の網状波板を用いた鉛直波板壁の断面図である。 図４のＡ−Ａ断面を上から見た、台形波状の網状波板を用いた鉛直波板壁の断面図である。 本発明の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材を設置した際の断面図である。 地震時の過剰間隙水の動きを模式化した際の断面図である。 本発明の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材を大型の地下構造物の周囲に設置した際の平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本実施形態は、本発明を実施するための一形態に過ぎず、本発明は本実施形態によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更実施の形態が可能である。

本発明は、平行する上部ドレーン管と下部ドレーン管、および該上部ドレーン管と該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなる埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材である。

以下、本発明に用いる埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材（以下、「液状化対策材」という。）を、図を用いて説明する。図１〜図３では、鉛直透水壁に、複数の網状管を鉛直に配列して列状にした鉛直網状管列を用いた例を示した。

図１は、液状化対策材（鉛直透水壁に網状管を用いた例）の斜視図である。液状化対策材は、ほぼ平行する上部ドレーン管１及び下部ドレーン管２と、上部ドレーン管１及び下部ドレーン管２をほぼ直角に接続する鉛直透水壁３から構成されている。上部ドレーン管１、下部ドレーン管２及び鉛直透水壁３は、常時において土中の水の動きを妨げず、地震時においては過剰間隙水を速やかに地下水面よりも上の土中に排出できる、透水性を有する部材で構成されている。

図２は、本液状化対策材（鉛直透水壁に網状管を用いた例）の上部ドレーン管の部分を拡大した斜視図である。
上部ドレーン管１は、網状管４、および網状管の外周部を覆う透水布５から構成される。

図３は、液状化対策材（鉛直透水壁に網状管を用いた例）の下部ドレーン管の部分を拡大した斜視図である。
下部ドレーン管２の形状は、前記上部ドレーン管１の形状と同様の形状である。すなわち、下部ドレーン管２は、網状管６、および網状管の外周部を覆う透水布７から構成される。

鉛直透水壁（鉛直網状管壁）３は、鉛直透水壁３の延長方向に網状管８を配列した鉛直網状管列、さらに該鉛直網状管列の外側を覆う透水布９から構成される。

上部ドレーン管１を構成する網状管４および下部ドレーン管２を構成する網状管６は、鉛直透水壁（鉛直網状管壁）３を構成する網状管８によって連通されており、地震の際には、過剰間隙水は下部ドレーン管２および鉛直透水壁３で捕集され、鉛直透水壁３を伝って、上部ドレーン管１に到達する。

網状管４、６、８は、該網状管とその外側を覆う透水布との水の行き来を速やかに行える程度の目の粗い網状管が好ましい。また該網状管の材質は耐腐食性の観点からプラスチック製のものが好ましく、中でもポリオレフィン製がよい。ポリオレフィン製の網状管としては、例えば、三菱樹脂製のユカドレンが挙げられる。該網状管の肉厚は、網状管の径や施工時に想定される土圧等を考慮して、適宜選定する。

網状管４、６、８の径は、対象とする埋設構造物の大きさによって、適宜調整を行う。例えば対象とする埋設構造物が長径２．５ｍ程度以下の小型の埋設管の場合には、上部ドレーン管１および下部ドレーン管２の網状管４、６は直径５ｃｍ程度、鉛直透水壁（鉛直網状管壁）３の網状管８は直径２ｃｍ程度が好適である。しかし、前述の網状管の径はあくまでも目安であり、地盤および埋設構造物周辺の埋め戻し材料の土質、地下水の状況および埋設構造物の規模を考慮して、最適な網状管の径を決定する。

透水布５、７、９は、常時の地下水流動に影響を及ぼさない透水性を有する布状のものがよく、織布でも不織布でもよい。特に好ましいのは不織布であるが、該不織布はポリエステル製でもポリオレフィン製でも良い。ポリエステル製の不織布としては、東京インキ株式会社が販売するスパンポンド不織布「トレップ」が好適である。

図４〜図６では、鉛直透水壁に、鉛直に配した網状波板を、網状平板で両面から挟み込み、該網状波板の凸部と該網状平板を接続させた鉛直波板列を用いた例を示した。網状波板及び網状平板は、常時において土中の水の動きを妨げず、地震時においては過剰間隙水を速やかに地下水面よりも上の土中に排出できる部材である。

図４は、鉛直波板壁を用いた液状化対策材（鉛直透水壁に波板を用いた例）の斜視図である。垂直透水壁に波板を用いた場合であっても、基本的には垂直透水壁に網状管を用いた前述の液状化対策材と同様に、ほぼ平行する上部ドレーン管１及び下部ドレーン管２と、上部ドレーン管１及び下部ドレーン管２をほぼ直角に接続する鉛直透水壁（鉛直波板壁）１０から構成されている。上部ドレーン管および下部ドレーン管は、前述の通り、網状管および網状管の外周部を覆う透水布から構成される。

図５は、図４のＡ−Ａ断面を上から見た、鉛直透水壁に曲線状の網状波板を用いた鉛直波板壁の断面図である。鉛直波板壁は、鉛直に配した網状波板１１を、網状平板１２で両面から挟み込み、該網状波板１１の凸部と該網状平板１２を接続させた形状している。該網状波板１１と網状平板１２の間には過剰間隙水が通るための波板壁通水空間を配している。さらに該網状平板１２の外側を透水布９で覆い、鉛直波板壁の内側に土砂等が入り込まないようにする。

また、鉛直波板列は、上部ドレーン管１および下部ドレーン管２と連通しており、地震による地盤の液状化により発生する過剰間隙水はドレーン管および鉛直波板列内の波板壁通水空間を介して容易に地下水面より上の地盤に排出される。

鉛直波板壁を構成する網状波板１１と網状平板１２は、網状平板１２の外側を覆う透水布９との水の行き来を速やかに行える程度の目の粗い網目状の板が望ましい。網状波板１１、網状平板１２の肉厚は、想定される土圧に応じて適宜厚みを調整する。該網状平板１２の外側を覆う透水布９は、前述と同様の透水布を用いる。

網状波板１１の形状は、様々なものが適用可能であるが、それぞれの形状により特徴がある。

図５は、図４のＡ−Ａ断面を上から見た、曲線状の網状波板を用いた鉛直波板壁の断面図である。図５のように網状波板１１の形状が曲線であれば、網状波板と過剰間隙水との抵抗が低減され、過剰間隙水が上部ドレーン管へ速やかに排出されやすい。

図６は、図４のＡ−Ａ断面を上から見た、矩形波状の網状波板を用いた鉛直波板壁の断面図である。図６のように矩形波状の網状波板は、該網状波板１１を両面から挟み込む際に網状平板１２と接する面積が広く、該網状波板１１と網状平板１２との接続を容易にする効果がある。矩形の形状も、図のように断面で正方形形状のみならず、波板壁通水空間を確保できれば、断面が長方形でもよい。

図７は、図４のＡ−Ａ断面を上から見た、台形波状の網状波板を用いた鉛直波板壁の断面図である。図７のように台形波状の網状波板は、該網状波板１１を両面から挟み込む際に網状平板１２と接する面積が広く、該網状波板１１と網状平板１２との接続を容易にする効果がある。また矩形よりも波板と水との抵抗が低減され過剰間隙水が上部ドレーン管へ速やかに排出されやすい。

また、網状波板は三角波状にすることもできる。

図８は、液状化対策材を設置した際の断面図である。
液状化対策用材は、埋設管路１３の近傍に、上部ドレーン管１を地下水面１４よりも上になるように、鉛直透水壁が地盤に対して鉛直になるように設置する。

図９は、地震時の過剰間隙水の動きを模式化した際の断面図である。
地震時に、地下水面以下の地盤の過剰間隙水圧が上昇すると過剰間隙水の流動が始まる。以下、地震時の過剰間隙水の動きを、図９を用いて説明する。

過剰間隙水は、液状化対策用材のうち地下水面１４の下にある下部ドレーン管２および鉛直透水壁３へと移動する。下部ドレーン管２および鉛直透水壁３へと移動した過剰間隙水は、過剰間隙水圧の影響により鉛直透水壁３を伝って上昇し、上部ドレーン管１に到達する。さらに上部ドレーン管１に達した過剰間隙水は、上部ドレーン管１より周囲の地下水面１４より上の不飽和域の土中に導水・注水されて、過剰間隙水圧が低減し、液状化現象が抑制される。

既設構造物の周囲への液状化対策材は、以下のように施工する。
まず、埋設構造物の周辺に地表からトレンチャーなどを用いてトレンチを掘削する。トレンチは、液状化対策用材の上部ドレーン管が地下水面より上になるような深さに調整する。トレンチ中に下部ドレーン管を下にしながら液状化対策材を垂直に立てるように設置する。設置の際には、上部ドレーン管が地下水面よりも上に設置されるように細心の注意を行う。液状化対策材をトレンチ中に設置後、埋め戻し材で埋戻し、転圧を行う。埋め戻しの際に用いる埋め戻し材は、粒度調整した砂礫を用いる。

新設構造物の周囲に液状化対策材を設置する際には、構造物の施工と同時に液状化対策材を設置することも可能である。

図１０は、液状化対策材を大型の地下構造物の周囲に設置した際の平面図である。液状化対策材１７を大型の地下構造物１８の周囲に設置することも可能であるが、その場合は図１０のように当該地下構造物１８の周囲を取り囲むように液状化対策材１７を設置することが望ましい。

本発明の液状化対策用材を用いることで、比較的簡単な工事で、また既設の埋設構造物に対しても、地震時の液状化に伴う埋設構造物の浮沈対策を行うことが出来る。

１ 上部ドレーン管
２ 下部ドレーン管
３ 鉛直透水壁（鉛直網状管壁）
４ 網状管（上部ドレーン管）
５ 透水布（上部ドレーン管）
６ 網状管（下部ドレーン管）
７ 透水布（下部ドレーン管）
８ 網状管（鉛直網状管壁）
９ 透水布（鉛直透水壁）
１０ 鉛直透水壁（鉛直波板壁）
１１ 網状波板
１２ 網状平板
１３ 埋設管路
１４ 地下水面
１５ 地盤線
１６ 過剰間隙水の動き
１７ 液状化対策材
１８ 地下構造物

Claims (8)

1. 網状管からなる上部ドレーン管と下部ドレーン管を含み、平行する当該上部ドレーン管と当該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなる埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材。
2. 平行する上部ドレーン管と下部ドレーン管、および当該上部ドレーン管と当該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなる埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材であって、
   当該鉛直透水壁が、複数の網状管を鉛直に配列した鉛直網状管列からなり、当該鉛直網状管列が当該上部ドレーン管および当該下部ドレーン管と連通している埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材。
3. 平行する上部ドレーン管と下部ドレーン管、および当該上部ドレーン管と当該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなる埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材であって、
   当該鉛直透水壁が、鉛直に配した網状波板を、網状平板で両面から挟み込み、当該網状波板の凸部と当該網状平板を接続させた鉛直波板列からなり、当該鉛直波板列が当該上部ドレーン管および当該下部ドレーン管と連通している埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材。
4. 前記網状波板が、曲線状の網状波板または矩形波状の網状波板または台形波状の網状波板のいずれかである請求項３に記載の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材。
5. 前記上部ドレーン管、下部ドレーン管および鉛直透水壁の外周部分が透水布により覆われている請求項１から４のいずれかに記載の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材。
6. 前記透水布が不織布である請求項５に記載の埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材。
7. 網状管からなる上部ドレーン管と下部ドレーン管を含み、平行する当該上部ドレーン管と当該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなり、当該上部ドレーン管、下部ドレーン管および鉛直透水壁の外周部分が透水布により覆われている埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材を、
   埋設構造物の周囲に当該上部ドレーン管が地下水面より上に、当該下部ドレーン管が地下水面より下になるように設置する埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材の施工方法。
8. 網状管からなる上部ドレーン管と下部ドレーン管を含み、平行する当該上部ドレーン管と当該下部ドレーン管を接続する鉛直透水壁からなり、当該上部ドレーン管、下部ドレーン管および鉛直透水壁の外周部分が透水布により覆われている埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材を、
   既設埋設構造物の周囲にトレンチを掘削し、当該トレンチ内に当該上部ドレーン管が地下水面より上に、当該下部ドレーン管が地下水面より下になるように設置する埋設構造物の周辺地盤の液状化に伴う影響対策材の施工方法。