JP7265451B2

JP7265451B2 - 地中埋設物の浮上防止工法

Info

Publication number: JP7265451B2
Application number: JP2019151795A
Authority: JP
Inventors: 康彦小西; 恭悟野村; 健一福永
Original assignee: Nihon Suido Consultants Co Ltd
Current assignee: Nihon Suido Consultants Co Ltd
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2023-04-26
Anticipated expiration: 2039-08-22
Also published as: JP2021031915A

Description

本発明は、地中埋設物の浮上防止工法に関する。

地震発生時に、液状化地盤では、マンホール、下水管に代表される地中の管体が浮き上がる被害（以下、「浮上被害」という。）が生じることが知られている。これらの浮上被害への対策が急務となっている。この種の技術として、マンホールの浮上防止対策を講ずるものとして本願出願人らによる特許文献１の技術がある。

また、地中の管体の浮上防止対策として、新設や復旧時に、埋戻し土の締固め、砕石等による埋戻し、埋戻し土の固化等が行われている。既設管への浮上防止対策としては、特許文献２の技術がある。特許文献２では、埋設構造物の上方に、角状治具などの浮上防止部材１０を配置し、浮上防止部材による重力、及び、周辺地盤のせん断抵抗力によって、埋設構造物の浮上を抑制するための荷重を付加する治具を提案している。

その他、特許文献３に、砂質地盤の液状化防止工法として、グラベルドレーン工法を改良した方法が開示されている。また、特許文献４に、グラベルドレーン工法等に用いることのできる砕石杭形成用のアタッチメントが開示されている。

特許第５２２３０７９号公報特許第６２９８２５５号公報特開昭６０－１３１１４号公報特開２０１０－２４８８８５号公報

しかしながら、上記した特許文献２の浮上防止対策は、浮上防止部材１０を配置する施工法が困難であり、場合によっては、広範な開削が必要となること、また特許文献３は施工機械が大型で市街地では適用が困難である上に費用が掛かることから普及していないのが実情である。また、埋戻し土の固化や地盤改良を行った場合、再掘削が難しくなってしまうという問題点もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、経済性及び施工性に優れた地中埋設物の浮上防止工法及び地中埋設物の浮上防止構造を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するための一実施形態に係る地中埋設物の浮上防止工法は、地中埋設物の上方地表面から所定深さまで、ケーシング内部に装着したオーガー又は大口径ボーリングにより地盤を掘削しながらケーシングパイプを貫入するステップと、ケーシングパイプ内に、砕石などのドレーン材を投入するステップと、前記ケーシングを振動させて前記ケーシングパイプ内の前記ドレーン材を締固めながら、前記ケーシングパイプを引き抜いて、ドレーン柱を形成するステップと、を含む。また、ドレーン柱と地中構造物の隙間には液状化時に地中構造物を浮上させようとする力をドレーン柱に伝達することができる固結体により支持層を形成するステップも含まれる。

（２）前記支持層は、前記ケーシングパイプの先端部から固結体を注入する方法や、前記ケーシングパイプ貫入前に、地中埋設物の上方の土壌に固結体を注入する方法によって形成することができる。

（３）別の実施形態に係る地中埋設物の浮上防止工法は、前記固結体として、セメントミルク又は地盤固結剤（例えば、恒久グラウト（登録商標））を用いる。

（４）別の実施形態に係る地中埋設物の浮上防止工法は、前記支持層が、前記地中埋設物とドレーン柱の隙間を充填するように、前記ケーシングパイプの貫入深さと、前記固結体の注入量をそれぞれ設定する。

（５）別の実施形態に係る地中埋設物の浮上防止工法は、前記ドレーン材として、前記地中埋設物が埋設されている地盤よりも透水性の高い砕石を用いる。

（６）別の実施形態に係る地中埋設物の浮上防止工法は、前記地中埋設物が、下水道の管体（本管、支管を含む）であり、前記管体に沿って、所定の間隔で前記ドレーン柱を形成する。

（７）一実施形態に係る地中埋設物の浮上防止構造は、地中埋設物の上に配置する、固結体によって構成された支持層と、締固められたドレーン材によって構成され、前記支持層に支持されるドレーン柱とを備える。

本発明によれば、経済性及び施工性に優れた地中埋設物の浮上防止工法及び地中埋設物の浮上防止構造を提供することが可能となる。

図１は、第１実施形態に係る地中埋設物の浮上防止構造の透視平面図である。図２は、第１実施形態に係る地中埋設物の浮上防止構造の縦断面（Ａ－Ａ’）図である。図３は、第１実施形態に係る地中埋設物の浮上防止構造の横断面（Ｂ－Ｂ’）図である。図４は、本発明の第１の実施形態の地中埋設物の浮上防止工法の施工手順を説明するための図である。図５は、本発明の第２の実施形態の地中埋設物の浮上防止工法の施工手順を説明するための図である。図６は、本発明の第３の実施形態の地中埋設物の浮上防止工法の施工手順を説明するための図である。図７は、本発明の第４の実施形態の地中埋設物の浮上防止工法の施工手順を説明するための図である。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明を下水道の本管に適用した第１実施形態に係る地中埋設物の浮上防止構造の透視平面図である。図１を参照すると、マンホールＭ間を接続する下水道本管２０が示されている。

第１実施形態では、下水道本管（「地中埋設物」に相当）２０の任意の２ヶ所を選択し、その上に、後記するドレーン柱１２の支持層１０が形成されている。なお、図１の符号Ｗ１は、支持層１０間の距離、符号Ｗ２は、マンホールＭ間の距離を示す。なお、図１～図３の例では、下水道本管（「地中埋設物」に相当）２０の任意の２ヶ所に施工を行っているが、施工箇所の数、間隔は適宜変更することができる。

図２は、図１の縦断面（Ａ－Ａ’）図である。図２を参照すると、下水道本管２０の上に配置された支持層１０と、締固められたドレーン材によって構成され、前記支持層１０に支持されるドレーン柱１２とを備えた構成が示されている。なお、図２中の符号ＧＬは、地下水位を示す。ドレーン柱１２の上端は、路盤１４に達している。従って、ドレーン柱１２の上端は、地下水位ＧＬよりも地表側に位置することになる。

図３は、図１の横断面（Ｂ－Ｂ’）図である。図３にも表されている通り、支持層１０は、下水道本管２０の上に配置され、その上に、ドレーン柱１２が形成される。なお、図３の符号３０は、本管設置時の開削範囲を示している。この開削範囲３０では、下水道本管の設置時に、埋め戻しが行われているが、本管の設置が古い場合、締固め、砕石の利用などの液状化対策が不十分な場合がある。本実施形態はこのような既設本管の浮上対策に好適に適用できる。

支持層１０は、例えば、セメントミルク工法で根固め液として用いられるセメントミルク（「セメントスラリー」ともいう）を用いて構成することができる。セメントミルクとしては、セメントに水を混和したもののほか、各種の混和剤を添加したものを用いることもできる。また、使用するセメントミルクの量は、下水道本管２０の径や周囲の地盤の状況によって調整することが好ましい。再掘削性を考えると、支持層は適切な厚さであることが好ましく、例えば、支持層の厚さが５０ｃｍ程度になるように、使用するセメントミルクの量を調整することが好ましい。また、例えば、恒久的に強度を保持することができる薬液を用いた地盤改良工法を用いて構成することができる。例えば、対象とする地盤が液状化しやすい砂層である場合、薬液としては溶液型を用いることができる。

本実施形態では、ドレーン材として砕石を用いるものとして説明する。従って、本実施形態のドレーン柱１２は、砕石を用いて構成されている。このようなドレーン柱１２は、液状化時の過剰間隙水を地上付近まで排水することで、過剰間隙水圧減じる役割を果たす。ドレーン材として用いる砕石には、下水道本管（「地中埋設物」に相当）２０が埋設されている地盤よりも透水性の高いものを用いることが好ましい。

続いて、上記地中埋設物の浮上防止構造の施工順序について図面を参照して詳細に説明する。図４は、本実施形態の地中埋設物の浮上防止工法の施工手順を説明するための図である。図中の符号４１はオーガー、符号４０はケーシングパイプ、符号４２は投入ホッパーを示す。図４に表されたように、事前にドレーン柱１２の設計が行われる。具体的には、ドレーン柱１２が、地中埋設物（下水道本管２０）に到達するよう、ケーシングパイプ４０の貫入深さと、支持層形成材の注入量がそれぞれ設定される。

また、本実施形態では、内周に、ケーシングパイプ４０の先端部に達し、この先端部からセメントミルクを放出可能な注入管を備えたケーシングパイプ４０を用いるものとする。これにより、砕石と接触せずに、セメントミルクを注入することが可能となる。

（ステップＳ１）まず、本管の位置決めと、舗装切断、舗装路盤１４の撤去が行われる。これにより、図１における支持層１０の位置が決定される。

（ステップＳ２）ステップＳ１で決定した位置に、外周にスパイラルを備えたケーシングパイプ４０をセットし、垂直性を傾斜計で確認する（図４（ａ）参照）。

（ステップＳ３）投入ホッパー４２を介して、ケーシングパイプ４０内に砕石を投入した後、オーガー４１を作動してケーシングパイプ４０の貫入を開始する（図４（ｂ）参照）。

（ステップＳ４）砕石の投入を継続しながら、所定の深度まで、ケーシングパイプ４０を貫入する（図４（ｃ）参照）。

（ステップＳ５）ケーシングパイプ４０の先端部からセメントミルクを注入して、周囲の地盤を固化させて支持層１０を形成する（図４（ｄ）参照）。なお、このとき、支持層１０が既設の下水道本管２０まで到達することが好ましい。

（ステップＳ６）ケーシングパイプ４０の先端部の振動棒を作動させ、地中に充填した砕石を締め固めながら、ケーシングパイプ４０を所定量逆回転させて引き抜く（図４（ｅ）参照）。

（ステップＳ７）ステップＳ６の引き抜き工程の途中で、適宜、引き抜きを止め、ケーシングパイプ４０の引き抜き量に対応した砕石の投入量を記録計にて確認する。また、ケーシングパイプ４０の排気弁を開き、ケーシングパイプ４０内の残圧を解放後、ケーシングパイプ４０内に砕石の補充を行う。このときの砕石の補充量は、設計値に対する前記記録した砕石の投入量に基づいて調整することができる。

（ステップＳ８）ドレーン柱１２の上端が所定の設計高に達するまで、上記ステップＳ６とステップＳ７を繰り返す（図４（ｆ）参照）。

（ステップＳ９）ドレーン柱１２の上端が所定の設計高に達した場合、ケーシングパイプ４０を地表まで引き抜き、オーガー４１の作動を停止する。

以上により、図１～図３に示した地中埋設物の浮上防止構造を構成することができる。地震発生時には、ドレーン柱１２を通して、過剰間隙水が地上付近まで排水されるため、過剰間隙水圧を低減し、液状化現象を抑えることが可能となる。また、地震発生時には、下水道本管２０の下部に発生する過剰間隙水圧により、下水道本管２０に浮力が働くことが想定されるが、本実施形態では、ドレーン柱１２が支持層１０を介して、その浮上を抑えるため、下水道本管２０の浮上を抑止することができる。

（第１の実施形態の変形実施形態）
上述のように、本発明の第１の実施形態について説明したが、本発明は、上記した第１の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。例えば、上記した実施形態では、オーガー４１を用いてケーシングパイプ４０を静的に貫入させる工法を採用したが、バイブロハンマー等を用いて、ケーシングパイプ４０を貫入させる工法を用いることも可能である。

また、上記した第１の実施形態では、ケーシングパイプ４０への砕石の投入と、ケーシングパイプ４０の貫入を並行して行うものとして説明したが、砕石の投入タイミングは採用する工法に応じて変更できる。例えば、バイブロハンマー等を用いて、ケーシングパイプ４０を貫入させる工法を取る場合、ケーシングパイプ４０の打設完了後、ケーシングパイプ４０内に注入管を挿入し、セメントミルクを注入し、支持層１０を形成する。そして、セメントミルクの注入完了後、砕石を投入し、バイブロハンマーを振動させながらケーシングパイプ４０を引き抜くことで、ドレーン柱１２を形成することができる。

また、上記した第１の実施形態では、支持層形成材として、セメントミルクを用いて、支持層１０を形成するものとして説明したが、このセメントミルクに適宜混和剤が加えられていてもよい。

（第２の実施形態）
上記した第１実施形態では、ケーシングパイプ４０の貫入後、セメントミルクを注入して支持層１０を形成するものとして説明したが、ケーシングパイプ４０の貫入前に、薬液注入処理を行って支持層１０を形成する工法も採用可能である。図５は、本発明の第２実施形態の地中埋設物の浮上防止工法の施工手順を説明するための図である。以下、図５を参照して、第２の実施形態に係る地中埋設物の浮上防止工法を説明する。

（ステップＳ１１）まず、施工箇所に、幅ｗ四方、深さｄのカマ場（集水桝）５１を設置する（カマ場設置工；図５（ａ）参照）。

（ステップＳ１２）次に、薬液注入マシン５２を用いて、下水道本管２０の直上まで削孔し、所定量の薬液を注入し、支持層１０を形成する（薬液注入工；図５（ｂ）参照）。なお、この薬液としては、地盤固結剤（例えば、恒久グラウト（登録商標）を好適に用いることができる。

（ステップＳ１３）次に、クレーン５３を用いて、上部ケーシング５５１に調整管５５２を介して、ケーシングパイプ５５を取り付け、ボーリングマシン５４で、削孔する（ケーシング削孔工；図５（ｃ）参照）。

（ステップＳ１４）所定深度まで削孔完了後、ケーシングパイプ５５内に、ドレーン材として砕石を投入する（砕石投入工；図５（ｄ）参照）。なお、湧水が出ている場合、バキューム車５６により、湧水を回収する。

（ステップＳ１５）所定量の砕石を投入した後、ボーリングマシン５４でケーシングパイプ５５を引き抜く（ケーシング引抜工；図５（ｅ）参照）。なお、ケーシングパイプ５５の引き抜きの過程で、ケーシングパイプ５５を振動させ、地中に充填した砕石を締め固めることが好ましい。

（ステップＳ１６）ケーシングパイプ５５の引き抜き完了後、カマ場５１を埋め戻し、復旧を完了する（復旧工；図５（ｆ）参照）。これにより、支持層１０の上方に、ドレーン柱１２が形成される。

以上のように、本発明の地中埋設物の浮上防止構造は、ケーシングパイプ貫入前に薬液（地盤固結剤）を注入する工法によっても実現できる。

（第３の実施形態）
上記した第２の実施形態では、大径のケーシングパイプ５５を用いて、ドレーン柱１２を形成するものとして説明したが、ケーシングパイプ５５より小さい径のケーシングパイプを用いて、複数の砕石柱を作り、ドレーン柱１２を形成する方法も採用可能である。

図６は、本発明の第３実施形態の地中埋設物の浮上防止工法の施工手順を説明するための図である。図５に示した第２実施形態との相違点は、径の小さいケーシングパイプを複数用いてドレーン柱１２を形成する点である。その他の点は、第２の実施形態と同様であるので、以下その相違点を中心に説明する。

（ステップＳ２１、Ｓ２２）施工箇所に、幅ｗ四方、深さｄのカマ場（集水桝）５１を設置する工程（カマ場設置工；図６（ａ）参照）、薬液注入マシン５２を用いて、下水道本管２０の直上まで削孔し、所定量の薬液を注入し、支持層１０を形成する工程（薬液注入工；図６（ｂ）参照）は、第２の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（ステップＳ２３）次に、ボーリングマシン５４で、小径のケーシングパイプ５７を用いた削孔を行う（ケーシング削孔工；図６（ｃ）参照）。本実施形態では、小径のケーシングパイプ５７を複数本

（ステップＳ２４）所定深度まで削孔完了後、ケーシングパイプ５７内に、砕石を投入する（砕石投入工；図６（ｄ）参照）。なお、湧水が出ている場合、バキューム車５６により、湧水を回収する。

（ステップＳ２５）所定量の砕石を投入した後、ボーリングマシン５４でケーシングパイプ５７を引き抜く（ケーシング引抜工；図６（ｅ）参照）。なお、ケーシングパイプ５７の引き抜きの過程で、ケーシングパイプ５５を振動させ、地中に充填した砕石を締め固めることが好ましい。

（ステップＳ２６）ケーシングパイプ５５の引き抜き完了後、カマ場５１を埋め戻し、復旧を完了する（復旧工；図６（ｆ）参照）。これにより、支持層１０の上方に、ドレーン柱１２が形成される。

以上のように、本発明の地中埋設物の浮上防止構造は、小径のケーシングパイプ５７を用いても実現できる。

（第４の実施形態）
上記した第２の実施形態では、クレーン車５３とボーリングマシン５４を用いて、ドレーン柱１２を形成するものとして説明したが、より簡易に建柱車５８を用いて、ドレーン柱１２を形成する方法も採用可能である。

図７は、本発明の第４実施形態の地中埋設物の浮上防止工法の施工手順を説明するための図である。図５に示した第２実施形態との相違点は、径の小さいケーシングパイプを複数用いてドレーン柱１２を形成する点である。その他の点は、第２の実施形態と同様であるので、以下その相違点を中心に説明する。

（ステップＳ３１、Ｓ３２）施工箇所に、幅ｗ四方、深さｄのカマ場（集水桝）５１を設置する工程（カマ場設置工；図７（ａ）参照）、薬液注入マシン５２を用いて、下水道本管２０の直上まで削孔し、所定量の薬液を注入し、支持層１０を形成する工程（薬液注入工；図７（ｂ）参照）は、第２の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（ステップＳ３３）次に、建柱車５８にケーシングパイプ５５を取り付け、ケーシングパイプ５５内のオーガーによる掘削と、ケーシング貫入とを繰り返し、所定深度まで、ケーシングパイプ５５を貫入する（ケーシング削孔工；図７（ｃ）参照）。

（ステップＳ３４）所定深度まで削孔完了後、オーガーを引き抜く（オーガー引抜工；図７（ｄ）参照）。

（ステップＳ３５）オーガーを引き抜いた後、ケーシングパイプ５７内に、砕石を投入する（砕石投入工；図７（ｅ）参照）。

（ステップＳ３６）所定量の砕石を投入した後、建柱車５８でケーシングパイプ５５を引き抜く（ケーシング引抜工；図７（ｆ）参照）。なお、ケーシングパイプ５５の引き抜きの過程で、ケーシングパイプ５５を振動させ、地中に充填した砕石を締め固めることが好ましい。

（ステップＳ３７）ケーシングパイプ５５の引き抜き完了後、カマ場５１を埋め戻し、復旧を完了する（復旧工；図７（ｇ）参照）。これにより、支持層１０の上方に、ドレーン柱１２が形成される。

以上のように、本発明の地中埋設物の浮上防止構造は、建柱車５８を用いて設置することができる。

上記した各実施形態では、本発明を下水道本管に適用した例を挙げて説明したが、本発明を適用可能な地中埋設物は、これに限られない。例えば、上水道管や地下タンクにも本発明を適用することができる。

また、上記した各実施形態では、下水道本管に対し、間隔Ｗ１を設けて２ヶ所のドレーン柱１２を設けるものとして説明したが、ドレーン柱１２の設置数や設置間隔は、地中埋設物の種別や周知の地盤の特性に応じて変更することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、上記した実施形態で例示した各要素の形状、構成、寸法値等は、本発明の理解を助けるための一例であり、これらの図面に示した構成に限定されるものではない。

本発明は、地中埋設物の浮上防止に利用可能である。

１０・・・支持層、１２・・・ドレーン柱、２０・・・下水道本管（地中埋設物）、４０，５５，５７・・・ケーシングパイプ

Claims

地中埋設物の上方地表面から所定深さまで、ケーシングパイプを貫入するステップと、
前記ケーシングパイプ貫入前に、前記地中埋設物の上方の土壌に固結体を注入し、支持層を形成するステップと、
前記ケーシングパイプ内に、ドレーン材を投入するステップと、
前記ケーシングパイプ内の前記ドレーン材を締固めながら、前記ケーシングパイプを引き抜いて、ドレーン柱を形成するステップと、を含む地中埋設物の浮上防止工法。
前記固結体として、セメントミルク又は地盤固結剤を用いる請求項１に記載の地中埋設物の浮上防止工法。
前記支持層が、前記地中埋設物と前記ドレーン柱との隙間を充填するよう、前記ケーシングパイプの貫入深さと、前記固結体の注入量をそれぞれ設定する請求項１または２に記載の地中埋設物の浮上防止工法。
前記ドレーン材として、前記地中埋設物が埋設されている地盤よりも透水性の高い砕石を用いる請求項１から３いずれか１項に記載の地中埋設物の浮上防止工法。
前記地中埋設物が、下水道の管体であり、前記管体に沿って、所定の間隔で前記ドレーン柱を形成する請求項１から４いずれか１項に記載の地中埋設物の浮上防止工法。