JP6340714B2 - 地盤の液状化防止工法 - Google Patents

Description

本発明は、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工法に関する。

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、その遮水壁内に鉛直方向に向けて吸水管を埋め込み、その吸水管を通して地下水を揚水し、液状化層の地下水位を下げることにより液状化層の飽和度を下げ、地盤の液状化抵抗を増大させて地盤の液状化を防止するようにした地下水位低下工法が知られている（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工法には、下端にウェルポイントを備えた吸水管を液状化層に埋め込み、この吸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揚水す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、液状化防止工法としては、液状化層に通水性を有する複数のドレーン材を埋め込み、このドレーン材を通して地震動等の衝撃により生じた過剰間隙水圧を消散させる間隙水圧消散工法（例えば、特許文献２を参照）や、地盤中に空気又はマイクロバブルを含む水を注入することにより液状化層を不飽和状態とし、液状化層の液状化抵抗を増大させる空気注入工法（例えば、特許文献３を参照）等が知られている。

更に、その他の地盤の液状化防止工法には、地下水を揚水し、地盤中の液状化層の地下水位を下降させた後、地下水位を回復させて土粒子間に空気を封じ込め、液状化層を不飽和状態とすることにより、地盤の液状化抵抗を増大させる工法も開発されている（例えば、特許文献４を参照）。

特開平０４−３７１６０８号公報 特開昭６３−１９３２０号公報 特願２００８−００２１７０号公報 特開平０８−００３９７５号公報

しかしながら、従来の地下水位低下工法では、地下水位を低下させた状態を維持する必要があり、その為、ポンプにより恒久的に地下水を揚水し続けなければならず、運転費及び維持管理費が嵩むという問題があった。

また、ディープウェル工法によるものでは、揚水ポンプを集水井の底に設置するため、設備の修繕整備等が困難であるという問題もあった。

また、従来の間隙水圧消散工法においては、大規模地震の際の液状化防止を考慮すると、ドレーン材の設置間隔を狭め多くのドレーン材を設置する必要があることから費用が嵩むものであった。

従来の空気注入工法では、液状化層の飽和度によって液状化抵抗が変化し、空気注入後の状態から時間経過に伴い液状化層中の空気が地表に排出され、その分液状化層の飽和度が高まると液状化抵抗も低下するおそれがあった。

また、特許文献４に示す工法においても、時間経過に伴い液状化層中の空気が地表に排出され、その分飽和度が高まり、液状化抵抗も低下するおそれがあり、また、大規模地震等を見越して液状化防止効果の強化が求められる。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、複合的な液状化防止対策により高い液状化防止効果が得られ、その維持管理が容易且つ安価な地盤の液状化防止工法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、地下水を揚水し、地盤中の液状化層の地下水位を下降させた後、該地下水位を回復させて前記液状化層を不飽和状態とする地盤の液状化防止工法において、前記液状化層に透水性を有する筒状ドレーン材を埋め込むとともに、該筒状ドレーン材内に吸水管を挿入し、該吸水管を通して地下水を揚水して前記液状化層の地下水位を下降させた後、前記地下水位を前記液状化層と周囲の地盤との地下水圧差が無くなる自然地下水位まで回復させることで前記液状化層を不飽和状態にするとともに、前記筒状ドレーン材より前記吸水管を引き抜き、前記液状化層に前記筒状ドレーン材を残存させる地盤の液状化防止工法にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記揚水を停止して地下水位を前記自然地下水位まで回復させる際に、地表より前記液状化層に注水することにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記揚水を停止して地下水位を前記自然地下水位まで回復させる際に、前記筒状ドレーン材にその地表側より注水することにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１〜３の何れか１項の構成に加え、前記液状化層を囲む遮水壁を設け、該遮水壁内に前記筒状ドレーン材を埋め込むことにある。

請求項５に記載の発明の特徴は、請求項１〜４の何れか１項の構成に加え、前記筒状ドレーン材の上端を地表面に開口した状態で地表部に配置された排水層部に連通接続させ、前記上端開口より前記吸水管を挿抜することにある。

請求項６に記載の発明の特徴は、請求項１〜５の何れか１項の構成に加え、定期的に前記液状化層の飽和度を測定し、所望の飽和度を満たしていない場合には、前記筒状ドレーン材に前記吸水管を再挿入し、該吸水管を通して地下水を揚水して前記液状化層の地下水位を下降させた後、前記地下水位を前記自然地下水位まで回復させることにある。

本発明に係る地盤の液状化防止工法は、上述したように、地下水を揚水し、地盤中の液状化層の地下水位を下降させた後、該地下水位を回復させて前記液状化層を不飽和状態とする地盤の液状化防止工法において、前記液状化層に透水性を有する筒状ドレーン材を埋め込むとともに、該筒状ドレーン材内に吸水管を挿入し、該吸水管を通して地下水を揚水して前記液状化層の地下水位を下降させた後、前記地下水位を前記液状化層と周囲の地盤との地下水圧差が無くなる自然地下水位まで回復させることで前記液状化層を不飽和状態にするとともに、前記筒状ドレーン材より前記吸水管を引き抜き、前記液状化層に前記筒状ドレーン材を残存させることにより、液状化層の不飽和化による液状化抵抗増大効果と筒状ドレーン材による過剰間隙水圧消散効果との相乗効果により高い液状化対策効果を容易且つ安価に得ることができる。

更に、本発明において、前記揚水を停止して地下水位を前記自然地下水位まで回復させる際に、地表より前記液状化層に注水することにより、地下水位回復に伴う地表面からの空気の排出を抑え、効率よく土粒子間に空気を残存させることができる。

更にまた、本発明において、前記揚水を停止して地下水位を前記自然地下水位まで回復させる際に、前記筒状ドレーン材にその地表側より注水することにより、効率よく土粒子間に空気を残存させることができる。

また、本発明において、前記液状化層を囲む遮水壁を設け、該遮水壁内に前記筒状ドレーン材を埋め込むことにより、揚水による地下水位の低下を効率よく行うことができる。

また、本発明において、前記筒状ドレーン材の上端を地表面に開口した状態で地表部に配置された排水層部に連通接続させ、前記上端開口より前記吸水管を挿抜することにより、吸水管の挿抜を容易に行うことができる。

また、本発明においては、定期的に前記液状化層の飽和度を測定し、所望の飽和度を満たしていない場合には、前記筒状ドレーン材に前記吸水管を再挿入し、該吸水管を通して地下水を揚水して前記液状化層の地下水位を下降させた後、前記地下水位を自然地下水位まで回復させることにより、筒状ドレーン材を液状化層に残存させたことで吸水管の再挿入を容易に行え、液状化強度が低下した場合であっても容易に回復させることができる。

本発明に係る地盤の液状化防止工法の筒状ドレーン材埋め込み工程の概略を示す断面図である。 同上の水平排水部の設置行程の概略を示す断面図である。 同上の地下水揚水工程の概略を示す断面図である。 同上の地下水位回復工程の概略を示す断面図である。 同上の完成状態を示す断面図である。

次に、本発明に係る地盤の液状化防止工法の実施態様を図１〜図５に示した実施例に基づいて説明する。

尚、図中符号１は液状化層、符号ＮＬは自然地下水位である。また、本実施例において液状化層１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。

本発明においては、まず、図１に示すように、地盤の液状化層１に複数の透水性を有する筒状ドレーン材２，２...を所望の間隔毎に埋め込む。

筒状ドレーン材２，２...は、例えば、透水性を有する樹脂製のフィルター材をもって円筒状又は矩形筒状に形成され、当該フィルター材を通して筒内外で水が透過できる構造になっている。

この筒状ドレーン材２，２...の埋め込みには、特に図示しないが、マンドレルを使用し、下端にアンカーを取り付けた筒状ドレーン材２，２...をマンドレル内に挿入した状態で、マンドレルを打設機で液状化層１に圧入した後、マンドレルのみを引抜くことにより、筒状ドレーン材２，２...を、その上端を地表に突出させた状態で液状化層１内に埋設するようになっている。

尚、筒状ドレーン材２，２...の設置間隔は、後述する吸水管４の設置間隔に整合させ、地盤の透水係数や後述する地下水位を低下させる深度等の諸条件より決定する。

次に、図２に示すように、地表部に砕石等を敷設して排水マットからなる水平排水部３を構築し、この水平排水部３に各筒状ドレーン材２，２...の上端を連通接続させる。

その際には、上端開口面を塞がないように筒状ドレーン材２，２...の地表部に突出した部分の周囲に排水マットを構成する砕石等を敷き詰めることにより、上端開口が地表面に開口した状態で筒状ドレーン材２，２...が水平排水部３に連通接続されるようになっている。

次に、図３に示すように、筒状ドレーン材２，２...毎に吸水管４を下端が地表より所望の深さ（４〜７ｍ）に位置するように挿入し、各吸水管４を地表部に配置された水平集水管５に接続する。

尚、各吸水管４は、筒状ドレーン材２，２...の内部が中空になっているので、筒状ドレーン材２，２...にガイドさせつつ挿入することにより抵抗なく容易に液状化層１に設置でき、設置した状態では、筒状ドレーン材２，２...を通して周囲の水が集まり、それを下端開口部より吸引するようになっている。

そして、水平集水管５を介して各吸水管４を地上に設置された真空ポンプ等のポンプ６に接続し、ポンプ６により負圧を作用させ、下端開口より吸引された地下水を地上に揚水し、液状化層１の地下水位ＷＬを所望の深度まで低下させる。

これにより、低下した地下水位ＷＬより上の液状化層１では、地下水位の低下に伴い土粒子間の間隙水が一端排除され、飽和度が大幅に低下し、土粒子間に多くの空気が存在する不飽和状態となる。

次に、図４に示すように、ポンプ６による揚水を停止した後、吸水管４を筒状ドレーン材２，２...より引き抜き、液状化層１に筒状ドレーン材２，２...を残存させた状態とし、その状態で低下させた地下水位ＷＬを自然地下水位ＮＬまで回復させ、液状化層１を不飽和状態にする。

即ち、筒状ドレーン材２，２...が液状化層１に埋め込まれていることにより、ポンプ６による揚水を停止すると、地下水が筒状ドレーン材２，２...内に急激に流れ込み、その地下水が筒状ドレーン材２，２...を通してその周囲の液状化層１に浸透することで、揚水により強制的に不飽和状態にあった液状化層１の土粒子間に気泡が残存する。

そして、地下水位を自然地下水位ＮＬまで回復させると、液状化層１と周囲の地盤との地下水圧差が無くなり、液状化層１内の土粒子間に気泡が混在した間隙水が充填された状態で安定する。

尚、地下水位を回復させる際、本実施例では、吸水管４を筒状ドレーン材２，２...より引抜いた状態で行った例について説明したが、吸水管４を筒状ドレーン材２に挿入したまま行ってもよい。

次に、地下水位が自然地下水位ＮＬまで回復したら、不飽和状態の確認、即ち、液状化層１の飽和度を測定し、所望の飽和度（例えば、９０％以下）となっているかを確認する。

尚、飽和度は、地盤を乱さないように不攪乱試料を液状化層１より採取し、土粒子密度、湿潤密度、含水比を計測し、これらの計測値に基づき算出する。

そして、所望の飽和度となっていない場合には、図３〜図４に示す揚水による地下水低下工程と地下水位回復工程を繰り返し、不飽和状態となっていることが確認されたら、図５に示すように、筒状ドレーン材２，２...の上端開口を土砂流入防止用の着脱可能なキャップ７で封鎖し作業を完了する。

尚、その後においては、定期的に不飽和状態の確認、即ち、液状化層１の飽和度を測定し、所望の飽和度（例えば、９０％以下）となっているかを確認し、条件を満たしていない場合には、土砂流入防止用のキャップ７を取り外して再度吸水管４を筒状ドレーン材２，２...に挿入し、図３〜図４に示す揚水による地下水低下工程と地下水位回復工程を繰り返して液状化層１の飽和度を下げる。

その際、液状化層１に筒状ドレーン材２，２...を残存させたことで、吸水管４の再挿入を容易に行うことができ、低下した液状化強度を容易に回復させることができる。

本発明により改良された液状化層１は、初期の飽和状態から不飽和状態に変換されたことにより、液状化抵抗が増大し、また、液状化層１と周囲の地盤との地下水圧差が無く、液状化層１の土粒子間に気泡が混在した間隙水が充填された状態で安定しているので、その不飽和状態が長期に亘り維持される。

また、透水性を有する複数の筒状ドレーン材２，２...を液状化層１に残すことで、大規模地震等による衝撃で間隙水圧が急激に上昇しようとしても、過剰間隙水が筒状ドレーン材２，２...を通して消散され、水平排水部３を通して地表に排水されるため、間隙水圧の上昇が抑制されて液状化が防止される。

即ち、この改良された液状化層１では、不飽和による液状化防止効果と過剰間隙水圧消散による液状化防止効果との相乗効果により高い液状化防止が実現されている。

従って、各筒状ドレーン材２，２...の間隔を従来の間隙水圧消散工法におけるドレーン材の間隔に比べて広くすることが可能となり、その分コストの低減を図ることもできる。

また、本発明工法では、液状化層１を不飽和状態とした後、吸水管４を筒状ドレーン材２，２...より引抜き撤去するので、各筒状ドレーン材２，２...に高い通水性が確保されるとともに、地震等による衝撃により過剰間隙水が筒状ドレーン材２，２...に急激に流入してもその流れにより吸水管４が移動して筒状ドレーン材２，２...や土砂流入用キャップ等に衝突し、それらを破壊するような事態を回避することができる。

尚、筒状ドレーン材２，２...の態様は、上述の実施例に限定されず、例えば、多数の透水孔が形成された塩化ビニル管や鋼管等の多孔管を備え、その外周部に透水性の高い不織布や合成樹脂線材を絡ませて空隙率８０％以上となるように成形した透水部を備えた構造のものであってもよく、砕石等により中空の筒状に形成したものであってもよい。

更に、本発明においては、揚水を停止して地下水位を自然地下水位ＮＬまで回復させる際に、水平排水部３に散水するなどして地表より液状化層１に注水するようにしてもよく、筒状ドレーン材２，２...の上端に注水ホースを接続し、その注水ホースを通して水を供給する等して筒状ドレーン材２，２...にその地表側より注水し、筒状ドレーン材２，２...を通して周囲の地盤に水を浸透させるようにしてもよく、この地表からの注水と、筒状ドレーン材２，２への注水とを併用してもよい。

このように、地表から又は筒状ドレーン材２を通して強制的に液状層１に注水することにより、地表からの空気の排出に対する抵抗が増し、空気が土粒子間に残存し易くなる。

また、本発明においては、液状化層１を囲む遮水壁を設け、遮水壁内に筒状ドレーン材２，２...を埋め込むようにしてもよい。

遮水壁の態様は、特に限定されないが、例えば、液状化層１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。

この場合、液状化層１を遮水壁で囲むことにより、遮水壁により液状化層１を周囲の地盤から遮断し、筒状ドレーン材２，２...内に挿入した吸水管４を通して効率よく揚水が行える。

尚、液状化層１を遮水壁で囲む場合には、上述した地表からの注水又は筒状ドレーン材２，２...へ地表側からの注水を併用することが好ましく、その場合、遮水壁により外部からの浸水が抑えられた状態であっても地下水位の回復が進み、土粒子間に空気が残存し易くなる。

また、上述の実施例では、地下水の揚水をウェルポイント工法により行った例について説明したが、液状化層１が一定の深度（約７ｍ）より深い深度に亘って形成されている場合、揚水に必要な本数分の筒状ドレーン材２，２...を集水井として使用し、筒状ドレーン材２，２...の底部に揚水ポンプ６を設置することによりディープウェル工法によって揚水するようにしてもよい。

ＮＬ 自然地下水位
ＷＬ 地下水位
１ 液状化層
２ 筒状ドレーン材
３ 水平排水部
４ 吸水管
５ 水平集水管
６ ポンプ
７ キャップ

Claims (6)

1. 地下水を揚水し、地盤中の液状化層の地下水位を下降させた後、該地下水位を回復させて前記液状化層を不飽和状態とする地盤の液状化防止工法において、
   前記液状化層に透水性を有する筒状ドレーン材を埋め込むとともに、該筒状ドレーン材内に吸水管を挿入し、
   該吸水管を通して地下水を揚水して前記液状化層の地下水位を下降させた後、
   前記地下水位を前記液状化層と周囲の地盤との地下水圧差が無くなる自然地下水位まで回復させることで前記液状化層を不飽和状態にするとともに、
   前記筒状ドレーン材より前記吸水管を引き抜き、前記液状化層に前記筒状ドレーン材を残存させることを特徴とする地盤の液状化防止工法。
2. 前記揚水を停止して地下水位を前記自然地下水位まで回復させる際に、地表より前記液状化層に注水する請求項１に記載の地盤の液状化防止工法。
3. 前記揚水を停止して地下水位を前記自然地下水位まで回復させる際に、前記筒状ドレーン材にその地表側より注水する請求項１又は２に記載の地盤の液状化防止工法。
4. 前記液状化層を囲む遮水壁を設け、該遮水壁内に前記筒状ドレーン材を埋め込む請求項１〜３の何れか１項に記載の地盤の液状化防止工法。
5. 前記筒状ドレーン材の上端を地表面に開口した状態で地表部に配置された排水層部に連通接続させ、前記上端開口より前記吸水管を挿抜する請求項１〜４の何れか１項に記載の地盤の液状化防止工法。
6. 定期的に前記液状化層の飽和度を測定し、所望の飽和度を満たしていない場合には、前記筒状ドレーン材に前記吸水管を再挿入し、該吸水管を通して地下水を揚水して前記液状化層の地下水位を下降させた後、前記地下水位を前記自然地下水位まで回復させる請求項１〜５の何れか１項に記載の地盤の液状化防止工法。

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