JP6273645B2 - 地盤の液状化防止構造 - Google Patents
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Description
本発明は、既設構造物下の砂質地盤等の地盤の液状化を防止するための地盤の液状化防止構造に関する。
飽和状態にある砂質地盤等の地盤（以下、液状化層という）では、地震動等による衝撃で地盤中の土砂粒子間の水（間隙水）の圧力が急激に上昇することにより土砂粒子間の均衡が崩れ、土砂が液体の如き挙動を示す現象、即ち、地盤の液状化現象が問題視されている。
従来、液状化が懸念される地盤には、防災上の観点から、予め地盤の液状化を防止する対策を講じる必要があり、その液状化対策としては、液状化層を遮水壁で囲み、その遮水壁内の地下水をポンプで汲み上げて液状化層の地下水位を下げ、液状化層の飽和度を下げることにより地盤の液状化を防止するようにした地下水位低下による液状化防止構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
この地下水位低下による液状化防止構造には、下端にウェルポイントを備えた集水管を液状化層に埋め込み、この集水管を通して地上に設置されたポンプによって地下水を汲み上げるウェルポイント工法によるものと、液状化層に集水井を形成し、その集水井の底に揚水ポンプを設置し、この揚水ポンプにより地下水を地上に排出するディープウェル工法によるものとが知られている。
また、他の液状化対策としては、液状化層１に通水性を有する複数のドレーン材２，２...を埋め込み、このドレーン材２，２...に地震動等の衝撃により生じた過剰間隙水を流入させることにより、間隙水圧の上昇を抑制するようにした間隙水圧抑制による液状化防止構造が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
この間隙水圧抑制による液状化防止構造では、液状化層１上に家屋やビル等の既設構造物３が存在する場合、既設構造物３下の液状化層１に鉛直方向に向けて直接ドレーン材２，２...を埋め込むことができないので、図２に示すように、複数のドレーン材２，２...を既設構造物３の周囲の地表より液状化層１中に斜めに向けて埋め込むようにしている。
しかしながら、上述の如き従来の地下水位低下による液状化防止構造では、ディープウェル工法によるものの場合、集水井の設置等に費用が嵩むとともに、集水井の底部に揚水ポンプを設置するため、揚水ポンプのメンテナンスが困難であるという問題があった。
また、ウェルポイント工法によるものの場合には、地上に設置されたポンプにより負圧を作用させることができる深度に限界がある為、地下水位を地表より一定の深さ（約４〜７ｍ）までしか下げることができず、その一定深さ（約４〜７ｍ）よりも深い位置に亘って液状化層が存在する場合には適用できないという問題があった。
一方、間隙水圧抑制による液状化防止構造では、液状化層上に既設構造物が存在する場合、既設構造物を避けてその周囲の地表から斜めに向けてドレーン材を既設構造物下に埋め込むため、既設構造物３直下の液状化層上層部には、図２中の一点鎖線で囲まれた部分４のように、ドレーン材２までの距離が大きくドレーン材２を通して過剰間隙水を消散できずに間隙水圧の上昇を抑制できない部分が生じるという問題があった。
そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、ビルや家屋等の既設構造物下の地盤全体に好適に液状化対策を施すことができ、且つ、構成設備の管理も容易な地盤の液状化防止構造の提供を目的としてなされたものである。
上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、既設構造物下の地盤の液状化を防止するための地盤の液状化防止構造において、前記既設構造物下の液状化層を囲む遮水壁と、該遮水壁内の液状化層上層部に埋め込まれた集水管と、地上に設置され、前記集水管を通して前記液状化層上層部の地下水を汲み上げるポンプと、前記既設構造物周囲の地表から前記既設構造物下の液状化層底部に向けて埋め込まれた複数のドレーン材とを備え、地下水の汲み上げによって地下水位を前記液状化層上層部下まで下げるとともに、前記液状化層下層部の過剰間隙水が前記ドレーン材に流入し、前記液状化層下層部の間隙水圧の上昇が抑制されるようにした地盤の液状化防止構造にある。
請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記ドレーン材は、前記液状化層上層部に埋め込まれる管状の排水管部と、前記液状化層下層部に埋め込まれる通水性を有する間隙水誘導部とを連続して備えたことにある。
本発明に係る地盤の液状化防止構造は、上述したように、既設構造物下の地盤の液状化を防止するための地盤の液状化防止構造において、前記既設構造物下の液状化層を囲む遮水壁と、該遮水壁内の液状化層上層部に埋め込まれた集水管と、地上に設置され、前記集水管を通して前記液状化層上層部の地下水を汲み上げるポンプと、前記既設構造物周囲の地表から前記既設構造物下の液状化層底部に向けて埋め込まれた複数のドレーン材とを備え、地下水の汲み上げによって地下水位を前記液状化層上層部下まで下げるとともに、前記液状化層下層部の過剰間隙水が前記ドレーン材に流入し、前記液状化層下層部の間隙水圧の上昇が抑制されるようにしたことより、間隙水圧抑制による液状化防止効果が期待できない既設構造物直下部分を地下水位低下による液状化防止効果で補い、ポンプによる負圧の作用限界深度により地下水位低下による液状化防止効果が期待できない限界深度より深い部分をドレーン材による間隙水圧抑制による液状化防止効果で補うことで、深さ７ｍ以上に亘る液状化層の液状化対策に対応でき、且つ、ポンプを地上に設置するのでメンテナンスが容易で管理コストの低減を図ることができる。
また、本発明においては、地下水位の低下を液状化層上層部下の所定の深さまでに限定することで、地下水位低下に伴う地盤沈下の影響を抑えることができる。
更に、本発明において、前記ドレーン材は、前記液状化層上層部に埋め込まれる管状の排水管部と、前記液状化層下層部に埋め込まれる通水性を有する間隙水誘導部とを連続して備えたことにより、ドレーン材に液状化層下層部から流入した過剰間隙水が液状化層上層部へ逆流せず、地下水位低下による液状化層上層部の液状化防止効果を好適に維持することができる。
次に、本発明に係る地盤の液状化防止構造の実施態様を図１に示した実施例に基づいて説明する。尚、図中符号１０はビル等の既設構造物、符号１１は地盤の液状化層、符号１２は自然地下水位である。また、本実施例において液状化層１１とは、含水した砂質地盤等のように飽和状態にあって液状化現象の発生が懸念される層をいう。
この地盤の液状化防止構造は、既設構造物１０下の液状化層１１を囲む遮水壁１３と、遮水壁１３内の液状化層上層部１１ａに鉛直方向に向けて埋め込まれた複数の集水管１４，１４と、集水管１４，１４を通して地下水を汲み上げるポンプ１５と、既設構造物１０下の液状化層１１に斜めに向けて埋め込まれた複数のドレーン材１６，１６...とを備え、地下水の汲み上げによって遮水壁１３内の地下水位１７を液状化層上層部１１ａ下まで下げるとともに、ドレーン材１６，１６...を通して液状化層下層部１１ｂの過剰間隙水を消散させるようにしている。
この既設構造物１０下の地盤は、７ｍ以上の深さに亘って砂質地盤等からなる液状化層１１が存在し、本発明に係る地盤の液状化防止構造では、その液状化層１１を地表から所望の深さ（４〜７ｍ）までの液状化層上層部１１ａと、その所望の深さより下層の液状化層下層部１１ｂとに分割し、液状化層上層部１１ａはウェルポイントを用いた地下水位低下工法で、液状化層下層部１１ｂはドレーン材を用いた間隙水圧抑制工法でそれぞれ液状化を防止するようになっている。
液状化層上層部１１ａは、地上に設置されたポンプ１５により負圧を作用させることができる限界深度に基づいて設定され、ポンプ１５により集水管１４，１４を通して地下水を汲み上げることにより、液状化層上層部１１ａ下、即ち、液状化層上層層部１１ａと液状化層下層部１１ｂとの境界線１１ｃの下まで地下水位１７を下げられるようになっている。
遮水壁１３は、液状化層１１の底より深い位置まで埋め込まれた壁体が液状化層１１を囲むように連続した形状に形成され、壁内外の地盤間で水の流通が遮断されている。
壁体の態様は、特に限定されないが、例えば、液状化層１１の底より深く打ち込まれた鋼矢板や鋼管矢板等の矢板を互いに連結し、各矢板間の継手部を止水材で止水することにより構築してもよく、プレキャストコンクリート又は現場打ちによるコンクリート構造であってもよい。
各集水管１４，１４は、下端に集水機能を有するウェルポイント１８を備え、地表部に配置された水平排水管１９に接続されている。
各集水管１４は、ウェルポイント１８が地表より所望の深さ（４〜７ｍ）に位置するように液状化層上層部１１ａに埋め込まれ、水平排水管１９を介して地上に設置された真空ポンプ等のポンプ１５に接続され、ウェルポイント１８より集水された地下水をポンプ１５により地上に汲み上げ、液状化層１１の地下水位１７を液状化層上層部１１ａ下まで下げるようになっている。
各ドレーン材１６，１６...は、液状化層１１に埋め込まれた際に下端が液状化層下層部１１ｂの底まで至る長さの筒状に形成され、液状化層上層部１１ａに埋め込まれる管状の排水管部２０と、液状化層下層部１１ｂに埋め込まれる通水性を有する間隙水誘導部２１とを備え、排水管部２０と間隙水誘導部２１とが長手方向に連続した一の筒状を成している。
間隙水誘導部２１は、例えば、ドレーン材１６，１６...を構成する管体の下半部に管内外で貫通する多数の通水孔２２，２２...を備えることにより形成され、通水孔２２，２２...を通して液状化層下層部１１ｂより過剰間隙水がドレーン材１６，１６...内に流入できるようになっている。
各ドレーン材１６，１６...は、互いに所望の間隔を置いて既設構造物１０の周囲の地表から斜めに向けて液状化層１１に埋め込まれ、その上端が地表部に敷設された砕石等からなる排水層２３に連結され、液状化層下層部１１ｂにおいては、過剰間隙水が間隙水誘導部２１よりドレーン材１６に流入し、各ドレーン材１６，１６...に流入した過剰間隙水が排水層２３を通して排水されるようになっている。
尚、既設構造物１０下に埋め込まれた各ドレーン材１６，１６...は、既設構造物１０下の液状化層底部に向けて埋め込まれ、深い位置ほどドレーン材１６，１６間距離が狭まるように配置されている。
このように構成された地盤の液状化防止構造では、ポンプ１５により連続的又は間欠的に既設構造物１０下の液状化層１１の地下水が汲み上げられることで、液状化層上層部１１ａ下まで地下水位１７が下げられ、液状化層上層部１１ａを飽和度の低い、初期有効応力が増大した液状化し難い状態にしている。
一方、液状化層１１の地下水位１７より下の層、即ち、液状化層下層部１１ｂでは、地震動等による衝撃で間隙水の圧力が急激に上昇しようとすると、過剰間隙水が間隙水誘導部２１よりドレーン材１６，１６...内に流入して好適に消散するので間隙水圧が抑制されて地盤の液状化が防止されるようになっている。
よって、この液状化防止構造では、既設構造物１０下の液状化層１１を液状化層上層部１１ａと液状化層下層部１１ｂとに分割し、液状化層上層部１１ａに地下水位低下による液状化防止策が適用され、液状化層下層部１１ｂに間隙水圧抑制による液状化防止策が適用されることによって、ドレーン材１６，１６までの距離が大きく、間隙水圧抑制による液状化防止効果が期待できない既設構造物１０直下部分を地下水位１７低下による液状化防止効果で補い、ポンプ１５による負圧の作用限界深度により地下水位低下による液状化防止効果が期待できない限界深度より深い部分をドレーン材１６，１６...による間隙水圧抑制による液状化防止効果で補うことにより、液状化層上層部１１ａと下層部１１ｂとで液状化防止効果が互いに補完される。
また、この地盤の液状化防止構造では、地下水位低下による液状化防止を液状化層上層部１１ａに限定したことで、有効上載圧の増加を抑え、地盤の圧密沈下への影響が少なくなっている。更には、地下水を汲み上げるポンプを地上に設置するので、構成設備のメンテナンスが容易である。
更には、ドレーン材１６，１６...を、液状化層上層部１１ａに埋め込まれる部分を管状の排水管部２０とし、液状化層下層部１１ｂに埋め込まれる部分を通水性を有する間隙水誘導部２１とすることによって、地震動等の衝撃によってドレーン材１６，１６...に流入した過剰間隙水が液状化層上層部１１ａに流入せずに地表部に排水されるので、地下水位１７低下による液状化防止効果を妨げることなく、既設構造物１０下の地盤全体で高い液状化防止効果を発揮することができる。
尚、ドレーン材の態様は、上述の実施例に限定されず、例えば、間隙水誘導部を芯材の外周に透水性のフィルタを有するプラスチックドレーン材により構成してもよく、ドレーン材の全長に亘って通水性を有する構造としてもよい。
１０ 既設構造物
１１ 液状化層
１２ 自然地下水位
１３ 遮水壁
１４ 集水管
１５ ポンプ
１６ ドレーン材
１７ 地下水位
１８ ウェルポイント
１９ 水平排水管
２０ 排水管部
２１ 間隙水誘導部
２２ 通水孔
２３ 排水層
１１ 液状化層
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２３ 排水層
Claims (2)
- 既設構造物下の地盤の液状化を防止するための地盤の液状化防止構造において、
前記既設構造物下の液状化層を囲む遮水壁と、該遮水壁内の液状化層上層部に埋め込まれた集水管と、地上に設置され、前記集水管を通して前記液状化層上層部の地下水を汲み上げるポンプと、前記既設構造物周囲の地表から前記既設構造物下の液状化層底部に向けて埋め込まれた複数のドレーン材とを備え、
前記地下水の汲み上げによって地下水位を前記液状化層上層部下まで下げるとともに、前記液状化層下層部の過剰間隙水が前記ドレーン材に流入し、前記液状化層下層部の間隙水圧の上昇が抑制されるようにしたことを特徴としてなる地盤の液状化防止構造。 - 前記ドレーン材は、前記液状化層上層部に埋め込まれる管状の排水管部と、前記液状化層下層部に埋め込まれる通水性を有する間隙水誘導部とを連続して備えた請求項１に記載の地盤の液状化防止構造。
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