JP5929089B2 - 液状化対策構造及び液状化対策工法 - Google Patents

Description

本発明は、地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策構造及び液状化対策工法に関する。

地下水位を低下させることにより行う液状化対策工法として、液状化対策の対象の地下地盤内あるいはその近傍にトンネルを構築し、そのトンネルから延びる有孔管等の人工ドレーン材を、対象の地下地盤内に敷設することで、対象の地下地盤内の地下水がトンネルに集まるようにし、トンネルに集まった地下水を、立坑を通して揚水ポンプで吸い上げる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１―２２９４０５号公報

特許文献１に記載の液状化対策工法では、揚水ポンプを使用するため、停電時等の電力が供給されない時にはトンネルから排水することができず、地下水位を低下させることができない。従って、地震時に停電が原因で地下水位を低下させることができずに、液状化を防止できなくなる可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、停電時等の電力が供給されない時にも地下水位を低下させることによる液状化対策を実施できる液状化対策構造及び液状化対策工法を提供することを課題とするものである。

上記の課題を解決するために本発明に係る液状化対策は、地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策構造であって、液状化対策の対象の地下地盤に非開削工法により構築され、地下水が流入する流入口を有するトンネルと、前記流入口から側方へ延びる、地下水が流入可能な複数のドレーン材と、前記トンネルの末端より外側で、かつトンネルの末端を囲うように設置される、高さを所望の地下水位に設定した堰と、海又は川に隣設され、前記トンネルから流出して前記堰を越流した地下水が貯留される貯留部と、該貯留部の水位が前記海又は川の水位よりも高い場合に開いて前記貯留部から前記海又は川に排水する排水ゲートと、を備える。

前記液状化対策構造は、前記堰が地下水位を制御する可動堰であってもよい。

また、前記液状化対策構造は、前記トンネルの天端から地表面へ延びる立坑を備えてもよい。

また、本発明に係る液状化対策構造を利用して、地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策工法は、前記ドレーン材を介して前記トンネル内に流入した地下水を、前記高さを所望の地下水位に設定した堰もしくは地下水位を制御する可動堰を越流させてトンネルから流出させることにより前記貯留部に貯留し、該貯留部の水位が前記海又は川の水位よりも高い場合に前記排水ゲートを開いて前記貯留部から前記海又は川に排水する。

本発明によれば、停電時等の電力が供給されない時にも地下水位を低下させることによる液状化対策を実施できる。

一実施形態に係る液状化対策構造を示す平面図である。 図１の２−２断面図である。 図２の３−３断面図である。 （Ａ）は、表層の非液状化層の厚さＨ_１（ｍ）とその下の液状化層の厚さＨ_２（ｍ）との関係によって、地表面に被害が及ぶ程度を示すグラフであり、（Ｂ）は、（Ａ）の結果を得るために確認した土質と地下水位のモデルを示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る液状化対策構造１０を示す平面図であり、図２は、図１の２−２断面図であり、図３は、図２の３−３断面図である。これらの図に示すように、本実施形態に係る液状化対策構造１０は、幹線道路１の両側に住宅用の敷地２が位置する宅地の地下地盤に構築されている。この液状化対策構造１０が構築されることにより、当該地下地盤の地下水位が、遊水池５の水位を基準として、ＴＰ＋２．０〜＋２．５ｍ（ＧＬ−０．５〜−１．０ｍ）からＴＰ＋０．５ｍ（ＧＬ−２．５ｍ）に低下されている。これによって、当該地下地盤のＴＰ＋０．５ｍ（ＧＬ−２．５ｍ）以浅の層が非液状化層３となり、ＴＰ＋０．５ｍ（ＧＬ−２．５ｍ）以深の層が液状化層４となっている。

液状化対策構造１０は、幹線道路１の幅方向中央部の直下において幹線道路１に沿って遊水池５まで延びるシールドトンネル１２と、シールドトンネル１２からその両側へ水平に延びる複数のドレーン材１４と、シールドトンネル１２の末端に設けられた堰１６と、海又は川と遊水池５との間の堤防６に設けられたフラップゲート１８と、シールドトンネル１２から地上まで鉛直に延びる複数の立坑２０とを備えている。

シールドトンネル１２は、シールド工法により構築された直径が２ｍのトンネルである。このシールドトンネル１２の軸心の深さはＴＰ−０．５ｍであり、上端及び下端の深さは夫々、ＴＰ＋０．５ｍ、ＴＰ−１．５ｍである。即ち、シールドトンネル１２は、地下水位低下工法により低下させた後の地下水位（ＴＰ＋０．５ｍ）以深に構築されている。また、シールドトンネル１２の土被りは２．５ｍであり、シールドトンネル１２の直径以上である。

複数のドレーン材１４は、塩化ビニル等の樹脂製の直径０．１〜０．２ｍの有孔管であり、シールドトンネル１２の両側に、所定間隔（例えば、１．５ｍ）おきに設置されている。このドレーン材１４は、ボーリングマシンを使用してシールドトンネル１２から水平方向に穿孔しつつ、その孔内に圧入する。ここで、水平方向への穿孔は、ボーリングマシンのロッドを継ぎ足しながら必要長さまで行い、ドレーン材１４の圧入も、短い管を継ぎ足しながら孔の先端まで行う。

複数のドレーン材１４は、シールドトンネル１２の軸心の深さ（ＴＰ−０．５ｍ）、即ち、地下水位低下工法により低下させた後の地下水位以深に設置されており、この複数のドレーン材１４を通じて地下水がシールドトンネル１２内に集まるようになっている。なお、ドレーン材１４は、網状の管材であってもよい。

堰１６は、シールドトンネル１２の末端と遊水池５とを隔てるように構築されている。ここで、堰１６の高さが、遊水池５の水面より高いＴＰ＋０．５ｍに設定され、シールドトンネル１２の末端の上部は大気に開放されていることから、帯水層からシールドトンネル１２の末端への地下水の流れが生じる。そして、シールドトンネル１２の末端で地下水が堰１６により塞き止められることにより、シールドトンネル１２内が地下水で満たされる。そして、シールドトンネル１２内が地下水で満たされると、シールドトンネル１２の末端において地下水が堰１６を越流して遊水池５に流れ出る。これにより、地下水位が、堰１６の高さ（ＴＰ＋０．５ｍ）まで低下する。なお、堰１６は、シールドトンネル１２の末端を囲うように枡状に構成されており、シールドトンネル１２の末端から流出した地下水が溜まる。

フラップゲート１８は、堤防６の海又は川の側の面に揺動可能に設けられ、堤防６に形成された開口７を開閉する。ここで、フラップゲート１８の支軸１９は、遊水池５の水位に配されており、海又は川の水位が遊水池５の水位よりも低い場合は、フラップゲート１８が海又は川の側に揺動して開口７を開放し、遊水池５から海又は川へ排水させる。一方、海又は川の水位が上がった場合は、フラップゲート１８が閉じて海又は川から遊水池５への逆流を防止する。これにより、遊水池５の水位が維持される。

複数の立坑２０は、シールドトンネル１２に沿って所定間隔おきに構築されている。この複数の立坑２０は、地震時に液状化対策構造１０の周辺の地盤の間隙水圧が過剰になった場合に、図中矢印Ａで示すように、シールドトンネル１２内の被圧地下水を地上へ排出する排出口として機能する。

また、シールドトンネル１２の末端には中水道２２が接続されており、この中水道２２が、シールドトンネル１２内の地下水を工業用水や便器洗浄水等に利用するべく浄化処理して工業用地等に供給する。

ところで、液状化対策構造１０を構築した後、シールドトンネル１２とドレーン材１４との接続部を止水する等してシールドトンネル１２内への地下水の流入を防止することにより、シールドトンネル１２内での作業が可能となる。ここで、当該作業としては、ドレーン材１４に２重管ストレーナーを通しての薬液注入工法の実施が挙げられ、当該作業を実施することにより、敷地２の地下地盤を、より一層液状化の発生し難い優良な地盤にすることができる。

図４（Ａ）は、表層の非液状化層の厚さＨ_１（ｍ）とその下の液状化層の厚さＨ_２（ｍ）との関係によって、地表面に被害が及ぶ程度（地表面水平加速度値２００ｃｍ／ｓ^２相当の場合）を示すグラフであり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の結果を得るために確認した土質と地下水位のモデルを示す図である（小規模建築物基礎設計指針 日本建築学会編集 ９０頁から抜粋）。

図４（Ｂ）の（イ）、（ロ）、（ハ）に示すように、非液状化層は、地下水位以浅の砂層または粘土層（細粒分含有率Ｆ_ｃ＞３５％の粒度の土層）であり、液状化層は、非液状化層の下面から地表面下５ｍ（ＧＬ−５ｍ）までの砂層である。

図４（Ａ）のグラフに示すように、非液状化層の厚さＨ_１（ｍ）と液状化層の厚さＨ_２（ｍ）とが一致する場合は、液状化の影響が地表面に及ぶ程度は小さくなる。また、非液状化層の厚さＨ_１（ｍ）が２ｍ以上である場合は、液状化層の厚さＨ_２（ｍ）が非液状化層の厚さＨ_１（ｍ）よりも厚くなっても、液状化の影響が地表面に及ぶ程度が小さくなることもあり、さらには、液状化の影響が地表面に及ぶ程度が大きくなることはない。これに対して、本実施形態では、非液状化層３の厚さが２．５ｍであることから、液状化の影響が地表面に及ぶ程度が大きくなることはない。

また、本実施形態では、地下水位の低下量が１．５ｍであることから、地下水位の低下による地盤沈下に起因する地表面変位も殆ど生じることがなく、地表面の建物等に変状が生じる可能性も殆ど無い。なお、地下水位の低下量は、地下水位の低下による地盤沈下を考慮して、１〜３ｍが望ましい。また、低下後の地下水位は、地下水位の低下量やシールドトンネル１２の土被りの厚さ等を考慮して、ＧＬ−２．０〜４．０ｍが望ましい。

本実施形態に係る液状化対策構造１０では、シールドトンネル１２を遊水池５まで構築し、その末端に堰１６を設けて、シールドトンネル１２内に集まった地下水が堰１６を越流して遊水池５に排出されるように構成した。これにより、シールドトンネル１２内に集まった地下水を排出するためのポンプが不要になり、停電時等の電力が供給されない時でも、液状化対策の対象地盤の地下水位を低下させることができ、液状化対策を実施できる。特に、地震時の電力が供給されない時に液状化対策を有効に実行できるため、効果的である。また、ポンプの維持管理を不要にできる。

また、シールドトンネル１２内の地下水が末端において堰１６で塞き止められることにより、シールドトンネル１２内を地下水で満たすことができるため、シールドトンネル１２の土被りが浅い場合でも、シールドトンネル１２の浮力による浮き上がりを抑制でき、地表面の変状を防止することができる。なお、シールドトンネル１２内の８０〜１００％の容積を地下水で満たした状態にしておくことが望ましい。

また、シールドトンネル１２の末端を大気に開放して当該末端に堰１６を設けたことにより、堰１６の高さによって地下水位を設定することができる。従って、シールドトンネル１２を構築する深さによらず、地下水位を設定することができ、例えば、シールドトンネル１２の上端の高さよりも堰１６の高さが高くなるように、シールドトンネル１２を構築する深さを深くしてもよい。この場合でも、地下水位低下工法により低下させた後の地下水位は、堰１６の高さに一致する。

また、本実施形態に係る液状化対策構造１０では、シールドトンネル１２から地表面に延びる複数の立坑２０が、地震時に液状化対策構造１０の周辺の地盤の間隙水圧が過剰になった場合に、シールドトンネル１２内の被圧地下水を地上へ排出する排出口として機能する。これにより、地震時にシールドトンネル１２内での被圧地下水の流動、及び、シールドトンネル１２内への被圧地下水の流入を促進でき、液状化対策構造１０の周辺の地盤の間隙水圧を速やかに消散させることができる。

また、本実施形態に係る液状化対策構造１０では、堤防６に設けられたフラップゲート１８が、海又は川の水位が遊水池５の水位よりも低い場合に開いて、遊水池５から海又は川へ排水させる。これにより、遊水池５の水位が堰１６の高さより高くなることを防止でき、シールドトンネル１２から遊水池５への排水が阻害されることを防止できる。また、フラップゲート１８が、海又は川の水位が上がった場合には閉じて海又は川から遊水池５への逆流を防止する。これにより、遊水池５の水位を維持することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、上記実施形態では、トンネルをシールド工法によって構築したシールドトンネル１２としたが、推進工法等の他の非開削工法によって構築したトンネルとしてもよい。また、ドレーン材１４を設けることは必須ではなく、シールドトンネル１２の流入口から直接地下水がシールドトンネル１２に流入するようにしてもよい。

また、堰１６を上下に可動である可動堰として地下水位を制御できるようにしてもよい。これにより、例えば、表面に盛土された場合に可動堰を上昇させて地下水位を上げたり、表面が掘削された場合に可動堰を下降させて地下水位を下げたりすることができる。

１ 幹線道路、２ 敷地、３ 非液状化層、４ 液状化層、５ 遊水池、６ 堤防、７ 開口、１０ 液状化対策構造、１２ シールドトンネル、１４ ドレーン材、１６ 堰、１８ フラップゲート、１９ 支軸、２０ 立坑、２２ 中水道

Claims (5)

1. 地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策構造であって、
   液状化対策の対象の地下地盤に非開削工法により構築され、地下水が流入する流入口を有するトンネルと、
   前記流入口から側方へ延びる、地下水が流入可能な複数のドレーン材と、
   前記トンネルの末端より外側で、かつトンネルの末端を囲うように設置される、高さを所望の地下水位に設定した堰と、
   海又は川に隣設され、前記トンネルから流出して前記堰を越流した地下水が貯留される貯留部と、
   該貯留部の水位が前記海又は川の水位よりも高い場合に開いて前記貯留部から前記海又は川に排水する排水ゲートと、を備える液状化対策構造。
2. 地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策構造であって、
   液状化対策の対象の地下地盤に非開削工法により構築され、地下水が流入する流入口を有するトンネルと、
   前記流入口から側方へ延びる、地下水が流入可能な複数のドレーン材と、
   前記トンネルの末端より外側で、かつトンネルの末端を囲うように設置される、地下水位を制御する可動堰と、
   海又は川に隣設され、前記トンネルから流出して前記堰を越流した地下水が貯留される貯留部と、
   該貯留部の水位が前記海又は川の水位よりも高い場合に開いて前記貯留部から前記海又は川に排水する排水ゲートと、を備える液状化対策構造。
3. 前記トンネルの天端から地表面へ延びる立坑を備える請求項１または２に記載の液状化対策構造。
4. 請求項１に記載の液状化対策構造を利用して、地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策工法であって、
   前記ドレーン材を介して前記トンネル内に流入した地下水を、前記高さを所望の地下水位に設定した堰を越流させてトンネルから流出させることにより前記貯留部に貯留し、該貯留部の水位が前記海又は川の水位よりも高い場合に前記排水ゲートを開いて前記貯留部から前記海又は川に排水する液状化対策工法。
5. 請求項２に記載の液状化対策構造を利用して、地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策工法であって、
   前記ドレーン材を介して前記トンネル内に流入した地下水を、前記地下水位を制御する可動堰を越流させてトンネルから流出させることにより前記貯留部に貯留し、該貯留部の水位が前記海又は川の水位よりも高い場合に前記排水ゲートを開いて前記貯留部から前記海又は川に排水する液状化対策工法。