JP6432978B2 - 地盤の不飽和化による液状化対策工法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤の不飽和化による液状化対策工法に関するものであり、詳しくは、改良対象地盤の地下水位を低下させることにより不飽和化させ、当該不飽和化の状態を維持して液状化防止を行うための技術に関するものである。

埋め立て地をはじめとして、地下水位が高い砂質地盤では、地震の震動により液状化現象が発生し、マンホールや下水管が押し上げられて地表面から突出したり、建造物が傾いたりする被害が発生している。このような液状化現象を未然に防止するためには、液状化が懸念される地盤に対して改良工事を行わなければならない。

従来から行われている液状化対策工法には種々の方法があるが、例えば、飽和状態の地盤中の地下水位を低下させることにより、地盤を不飽和化させて液状化を防止する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された技術は、液状化を防止すべき地盤から地下水の揚水を行って地下水位を一時的に低下させることにより、地盤中の間隙水に気泡などの気相を混在せしめてその飽和度を低下せしめた後、地下水位の自然上昇に伴う飽和度の自然上昇の状況を監視しつつ、飽和度を設定値以下に維持するための再揚水を断続的に行う技術である。この地盤の液状化対策工法では、対象領域の地盤を取り囲むように止水壁を設けて周囲地盤からの地下水の流入を抑制する。また、対象領域の地盤の表層部に被覆層を設けて間隙水に混在せしめた気泡などの気相部分が地表から散逸して水と置換することを抑制する。

特開２００２−２５６５４０号公報

しかしながら、従来の地下水位低下工法は、一旦、地下水位を低下させて地盤を不飽和化した後に、不飽和状態を維持する点については触れられているが、具体的に、どのような基準に基づいて不飽和状態を維持するかについては言及されていなかった。このため、地下水位を低下させたにもかかわらず、短期間で飽和状態に戻ってしまい、揚水処理が意味をなさず、さらに頻繁に揚水処理を繰り返す必要が生じる場合があった。

このような状況に対して、発明者らは鋭意研究を重ねた結果、所定の条件を満たす揚水処理を行うことにより、地盤の不飽和状態を長期間維持して、液状化を効果的に防止することができることに想到した。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、地盤の不飽和化による液状化対策を行う際に、長期間にわたって液状化強度を維持することが可能な液状化対策工法を提供することを目的とする。

本発明の地盤の不飽和化による液状化対策工法は、地盤中の地下水位を低下させて不飽和化することにより液状化を防止するための工法であって、改良対象地盤の飽和度を測定するためのサンプルを採取し、サンプルの保水性試験を行って、改良対象地盤の不飽和状態を維持可能な管理値である飽和度を決定する。また、改良対象地盤中の地下水位を低下させるために、重力排水又は負圧揚水により揚水を行う揚水手段を設置する。そして、揚水手段を用いて、改良対象地盤の不飽和状態を維持可能な管理値である飽和度となるまで、改良対象地盤中から地下水を揚水することにより地下水位を低下させて、改良対象地盤を不飽和化する。その後、揚水手段による地下水の揚水を停止して、改良対象地盤の不飽和状態を維持して液状化を防止することを特徴とするものである。

また、上述した地盤の不飽和化による液状化対策工法において、改良対象地盤の飽和度を測定する飽和度測定手段を設置することが好ましい。そして、測定した飽和度が改良対象地盤の不飽和状態を維持可能な管理値以上となった場合に、再度、揚水手段を用いて地盤中から地下水を揚水することにより地下水位を低下させる。

本発明の地盤の不飽和化による液状化対策工法によれば、改良対象となる地盤中に、重力排水又は負圧揚水等の揚水手段を設置して、地盤中から地下水を揚水する。これに先立ち、保水性試験を行って管理値を維持可能な飽和度を決定して揚水を行う。このため、揚水手段による地下水の揚水を停止した後に、地盤の液状化を防止する管理値を長期間維持することができるので、適切な液状化対策を行うことが可能となる。また、管理値を長期間維持することができるので、短期間のうちに再び工事を行う必要がなく、工事費用を削減することができる。

また、地盤の飽和度を観測して、飽和度が管理値以上となった場合に、再度、揚水手段を用いて地盤中から地下水を揚水することにより、長期間にわたって安定して地盤の不飽和化を行って、液状化を確実に防止することができる。

本発明の実施形態に係る地盤の不飽和化による液状化対策工法の説明図。 飽和度の経時的変化を示す説明図。 保水性試験の結果の一例を示す説明図。 本発明の実施形態に係る地盤の不飽和化による液状化対策工法において地盤中に水分計を設置した状態を示す模式図。

以下、図面を参照して、本発明の地盤の不飽和化による液状化対策工法（以下、液状化対策工法と略記する）の実施形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施形態に係る液状化対策工法を説明するもので、図１は液状化対策工法の説明図、図２は飽和度の経時的変化を示す説明図、図３は保水性試験の結果の一例を示す説明図、図４は地盤中に水分計を設置した状態を示す模式図である。

＜液状化対策工法の概要＞
我が国では、プレート境界型巨大地震の発生により地盤の液状化現象が発生し、これによる大規模な被害が予想されている。実際、東日本大震災では、埋立地、堤防や盛り土、護岸等で液状化現象が発生して、様々な被害をもたらした。このため、近い将来発生すると予測されている大規模地震に備えて、早急に液状化対策を行うことが望まれている。本発明の実施形態に係る液状化対策工法は、管理値を維持可能な飽和度を決定し、当該飽和度となるように、改良対象飽和地盤中の地下水位を低下させることにより、改良対象地盤を不飽和化させる工法である。すなわち、本発明の実施形態に係る液状化対策工法では、大規模な工事を行うことなく、適切かつ確実に液状化強度を向上させることが可能となる。

＜液状化対策工法の手順＞
本発明の実施形態に係る液状化対策工法では、まず初めに、改良対象地盤のサンプルを採取する。そして、当該サンプルの保水性試験を行って管理値を維持可能な飽和度を決定する。図３に示すように、飽和度が高い状態（例えば１００％）から排水を行って飽和度を低下させると、排水を停止した後にも、最初の飽和度よりも低い飽和度を維持できるとの知見を得た。

したがって、図２に示すように、サンプルの保水性試験を行って管理値を維持可能な飽和度とすれば、復水後の長期間にわたって、不飽和状態を管理値以下に維持することができる。一方、改良対象地盤中から揚水を行う際に、管理値を満足可能な飽和度としなかった場合には、不飽和状態を維持することができず、液状化対策が不十分となるおそれがある。

この点、本発明の実施形態に係る液状化対策工法では、上述したように、改良対象地盤からサンプルを採取し、保水性試験を行って管理値を維持可能な飽和度を決定しているので、飽和度を管理値以下に維持することが可能となる。また、飽和度が管理値を上回った場合には、再度揚水を行うが、飽和度を管理値以下に維持することが可能な期間が長いため、長期間にわたって適切な液状化対策を行うことができるだけでなく、工事に要する費用も低減することができる。

管理値を維持可能な飽和度を決定したら、図１（ａ）に示すように、改良対象地盤中に井戸１０を設けて、井戸１０から揚水を行う。この際使用する揚水装置２０（図４参照）は、井戸１０の底部に設置された重力排水型の揚水ポンプであってもよいし、井戸１０中に負圧を発生させて揚水を行う負圧ポンプであってもよい。なお、負圧ポンプを用いた場合の方が、より一層短期間で改良対象地盤を不飽和化することができる。

このように、本実施形態では、井戸１０及び揚水装置２０が揚水手段として機能する。また、図４においては、井戸１０の上部に揚水装置２０を図示しているが、これは、揚水手段を模式的に示したもので、揚水装置２０は井戸１０の内部に設置されていることもある。なお、揚水手段は、井戸１０及び揚水装置２０に限られず、改良対象地盤中の地下水位を低下させることができれば、どのような手段を用いてもよい。

本発明の液状化対策工法では、改良対象地盤の周囲に止水壁を設けてもよいし、止水壁を設けなくてもよい。止水壁を設けるか否かは、改良対象地盤の範囲（面積、改良深さ）、細流分含有率、地下水の流入状態等に応じて、適宜設定することができる。

続いて、図１（ｂ）に示すように、揚水手段（井戸１０及び揚水装置２０）により改良対象地盤の地下水位を所定位置まで低下させると、改良対象地盤が不飽和化する。これは、改良対象地盤中の地下水位を低下させたことにより、改良対象地盤中の間隙水に気泡等の気相が混在して、改良対象地盤の飽和度を低下させるためである。

その後、一定期間が経過すると、図１（ｃ）に示すように、地下水位は再び上昇する。しかし、地下水位が上昇したとしても、改良対象地盤中の間隙水に混在する気相は消滅しないため、不飽和状態が維持される。

＜飽和度の推移＞
発明者が行った保水性試験では、図２に示すように、改良対象地盤の飽和度は、ほぼ１００％近くであった。そして、揚水を行うと飽和度は徐々に低下し、管理値を維持可能な飽和度となる。

この状態で揚水を停止すると、飽和度は若干上昇するが、その後、管理値を満足する状態を保つことが分かった。すなわち、管理値を維持可能な飽和度を決定し、当該飽和度となるように揚水を行うことにより、改良対象地盤の不飽和状態を長期間にわたって維持して液状化を防止することができる。なお、不飽和化が不十分な場合には、管理値まで達しないか、あるいは管理値を長期間維持することができない。

＜飽和度測定手段＞
また、本発明の実施形態に係る液状化対策工法では、改良対象地盤の飽和度を測定する飽和度測定手段を設置することが好ましい。飽和度測定手段は、例えば、図４に示すように、改良対象地盤中に設置した水分計３０と、この水分計３０に接続されたパーソナルコンピュータやデータロガー等からなる測定装置４０からなる。なお、水分計３０は、上下方向（深さ方向）に複数設置することが好ましい。

このように飽和度測定手段を設置した場合には、飽和度測定手段により改良対象地盤の飽和度を定期的に測定する。そして、飽和度の測定結果を監視し、飽和度が管理値以上となった場合には、再度揚水手段（井戸１０及び揚水装置２０）を用いて改良対象地盤中から地下水を揚水することにより地下水位を低下させて、不飽和化の状態を維持する。

また、揚水工程が終了した後も、揚水手段（井戸１０及び揚水装置２０）をそのまま残置しておいてもよい。このような対応を行うことにより、揚水工程を実施する度に揚水手段（井戸１０及び揚水装置２０）を設置する必要がなくなり、工程の短縮及び工費の低減を実現することができる。

なお、飽和度測定手段は、水分計３０及び測定装置４０に限られるものではなく、改良対象地盤の飽和度を測定できればどのような手段であってもよい。例えば、改良対象地盤の比抵抗を測定する比抵抗測定装置や、弾性波を発射して、弾性波速度とエネルギー減衰等に基づいて飽和度を測定する弾性波測定装置等を用いることができる。

１０ 井戸
２０ 揚水装置
３０ 水分計
４０ 測定装置

Claims (2)

1. 地盤中の地下水位を低下させて不飽和化することにより液状化を防止するための工法であって、
   改良対象地盤の飽和度を測定するためのサンプルを採取する工程と、
   前記サンプルの保水性試験を行って、改良対象地盤の不飽和状態を維持可能な管理値である飽和度を決定する工程と、
   前記改良対象地盤中の地下水位を低下させるために、重力排水又は負圧揚水により揚水を行う揚水手段を設置する工程と、
   前記揚水手段を用いて、改良対象地盤の不飽和状態を維持可能な管理値である飽和度となるまで、前記改良対象地盤中から地下水を揚水することにより地下水位を低下させて、前記改良対象地盤を不飽和化する工程と、
   前記揚水手段による地下水の揚水を停止して、前記改良対象地盤の不飽和状態を維持して液状化を防止する工程と、
   を含むことを特徴とする地盤の不飽和化による液状化対策工法。
2. 前記改良対象地盤の飽和度を測定する飽和度測定手段を設置する工程と、
   測定した飽和度が前記改良対象地盤の不飽和状態を維持可能な管理値以上となった場合に、再度、前記揚水手段を用いて前記改良対象地盤中から地下水を揚水することにより地下水位を低下させる工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の地盤の不飽和化による液状化対策工法。

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