JPH04203015A - 砂地盤の液状化防止工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野： この発明は、地震時において取り扱いが容易、かつ、低
コストで砂地盤の液状化を防止することができる工法に
関するものである。

［従来の技術二 従来、飽和状態に近い砂地盤上に構造物を構築する場合
には、この砂地盤を各種の地盤改良工法で改良し１；後
に構造物を構築するのか一般的である。これらの地盤改
良工法としては、締固め、薬液注入、セメント混入等様
々なものか知られているか、これらの工法は地盤全体を
全面的に改良することになるので、工期か長期間に渡り
費用も極めて高額なものになる等問題が多く、通常、市
街地において施工可能な低振動、低騒音の砂地盤の液状
化防止工法としては、下記の（イ）、（ロ）の工法かよ
く知られている。

（イ）地下水位低下工法 この工法は、第１０図（ａ）に示す様に、構造物ｌの周
囲の砂地盤２中に不透水層３に達する止水壁４か形成さ
れ、止水壁４の内側にディープウェルやウェルポイノト
等からなる揚水井戸５，５゜が設けられ、常時、揚水井
戸５，５．　　を作動させることにより、属地下水位６
を止水壁４て囲まれた内部の水位７まて低下させ、砂地
盤２の液状化を防止する工法である。

ここで、第１θ図（ｂ）により揚水井戸５のなかでもよ
く知られているディープウェル８について説明する。

ディープウェル８は、所定の深さの円筒状の井戸９の中
にストレーナ付きパイプｌＯか挿入され、このストレー
ナ付きパイプ１０と井戸壁１１との間には、粒径の粗い
砂利からなるフィルタ材１２が充填され、前記ストレー
ナ付きパイプＩＯの底部には水中ポンプ１３が固定され
、水中ポンプ１３の上端部１３ａには長尺の排水管１４
が接続され、この排水管１４の先端部は水平方向に折れ
曲がり排水溝１５に配設されている。

この工法によれば、水位７を有する間隙水はフィルタ材
１２を通過して井戸９内に流入し、ストレーナ付きパイ
プ１０の内部に貯留される。この貯水面は水位７より低
く、通常は低下水位１６といわれる。貯留された水は、
水中ポンプ１３により揚水されて排水溝１５へ排水され
る。したかつて、止水壁４で囲まれｆ口内部の水位７を
常時低下させておくことにより、砂地盤２の液状化を防
ぐことができる。

（ロ）　グラベルドレーン工法 この工法は、第１１図に示す様に、構造物１７の周囲の
砂地盤１８内の所定の位置に、グラベル（礫）杭１９が
多数設置され、このグラベル杭１９が液状化層２０の水
平方向の排水経路を短縮することにより揚水・排水効果
を高め、砂地盤１８中の地震時の間隙水圧上昇を軽減す
る工法である。

この工法によれば、砂地盤１８中の間隙水圧を早期に消
散させることかてき、したかつて速やかに砂地盤１８の
液状化を防止することかできる。

［発明が解決しようとする課題３ ところで、上記（イ）の地下水位低下工法ては、常時地
下水を揚水し続けるたぬに水中ポンプ１３を作動し続け
なければならず、また揚水処理のにめの設備か必要不可
欠である。ま几、常時揚水するｆ二めに地下水位が低下
し易くなり、地盤沈下が起こる等の問題が発生ずる。

まｒこ、上記（ロ）のグラベルドレーン工法では、　　
゛多数のグラベル抗１９か必要になるので建設費用か非
常に高く、建設費のコストアップの主要因になるという
問題かある。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされｆこもので、揚
水処理のｆ二めの大掛かりな設備を必要とせず、しかも
確実な排水効果が得られ、取り扱いか容易かつ低コスト
で砂地盤の液状化を防止することかできる工法を提供す
ることにある。

口課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明は次の様な砂地盤
の液状化防止工法を採用した。すなわち、構造物に設け
られに集水装置により、砂地盤中の間隙水を揚水するこ
とで液状化を防止する工法であって、前記集水装置は、
前記砂地盤の液状化層の底部に貫入した集水管と、該集
水管に接続したポンプと、該ポンプに接続されこのポン
プの作動を制御する制御装置とを具備し、地震発生時に
おいて、前記制御装置によりポンプを作動させて砂地盤
中の間隙水を揚水し排水することを特徴としている。

二作用二 この発明の砂地盤の液状化防止工法においては、砂地盤
上に構造物を構築オる場合、あるいは既に構造物か構築
されている砂地盤か完全飽和に近い場合、その砂地盤の
液状化層の底部に集水管を貫入し、該集水管にポンプを
接続し、該ポンプに制御装置を接続する。

地震が発生した場合には、制御装置によりポンプを作動
させ、砂地盤中の間隙水を揚水・排水し、この砂地盤の
間隙水圧を低下させる。この際、液状化層内に下向きの
浸透流か発生し、砂地盤内の有効応力か増加するｆコめ
に、液状化の防止が効果的になされる。

また、地震中も揚水・排水するので、砂地盤内の有効応
力が増加した状態を保持しながら地震時に発生しｆ二過
剰水圧を速やかに消散させ、地震時における間隙水圧の
上昇も効果的に抑制される。

以下、この発明の各態様を図面に基づいて説明する。

［第１実施例コ 第１図は、この発明の砂地盤の液状化防止工法の一実施
例である第１実施例を示す図である。

この工法は、砂地盤３１に構築された構造物３２Ｊこ集
水装置３３を設ける二とにより砂地盤３１の液状化を防
止する工法である。

構造物３２の周囲には、外壁面を一巡するように地表３
４から不透水層３５に達する垂直な止水壁３６が構築さ
れている。この止水壁３６は、不透水性の連続した壁で
あり、砂地盤３１内を流れる浸透水や漏水等の浸入を防
止するものである。

この構造物３２の底部３２ａには集水装置３３か設けら
れている。

集水装置３３は、集水管４１、ポンプ４２、貯水槽４３
、制御装置４４とから該略構成されている。

集水管４１は液状化層４５に貫入された長尺の管で、砂
地盤３Ｉ中の間隙水を揚水するためのものである。この
集水管４１は構造物３２の底部３２ａの一端から垂直下
方に延び、先端部４１ａがＬ字型に折曲され液状化層４
５の底部４６に水平に配置されている。この先端部４１
ａには、集水効果を最も高める様な細孔か多数形成され
ている。

この集水管４１の他端部４１ｂは揚水用のポツプ４２に
接続され、こ○ポツプ４２は排水管４７を介して貯水槽
４３に接続されている。

ポンプ４２は、集水管４１により砂地盤３１の液状化層
４５内の間隙水を揚水し排水管４７により貯水槽４３に
排出するもので、構造物３２の底部３２ａに設けられた
貯水槽４３上に設置きれている。このポツプ４２は制御
装置４４に接続されている。

制御装置４４は、第２図に示すように地震感知器４８を
具備し、この地震感知器４８の発する信号に基いて適切
な出力をポンプ４２に送りこのポンプ４２の作動を制御
するものである。

ポンプ４２は、揚水すべき水量の程度により第３図に示
すような様々なポンプを適宜選択する。

例えば、水圧低下が小さくてもよい場合には、第３図（
ａ）に示す真空ポツプ５１もしくは第３図（ｂ）に示す
ヒユーガルポンプ５２等か好適に用いられる。上記の真
空ポンプ５１を用いる場合には、集水管４１により揚水
しに間隙水をバルブ５３を経由させて大型の真空タンク
５４内に貯留する。

真空ポンプ５１の作動・停止及びバルブ５３：）開閉は
、制御装置４４により最適条件で制御ざｇる。

また、ヒユーカルポンプ５２を用いる場合には、集水管
４１より揚水した間隙水を外方の排水溝等に排出する。

ヒユーガルポンプ５２の作動・停止も制御装置４４によ
り最適条件で制御される。

また、通常の地震発生時の様に水圧低下が大きい場合に
は、第３図（ｃ）に示すように真空ポンプ５１とヒユー
ガルポンプ５２を併用する方法が採用される。この方法
では、真空ポンプ５１とヒユーガルポンプ５２各々は大
型の真空タンク５４に直結されており、集水管４１より
揚水した間隙水を大型の真空タンク５４に貯留するとと
もに外方の排水溝等に排出する。真空ポンプ５１とヒユ
ーガルポンプ５２の作動・停止は制御装置４４により最
適条件で制御される。

次に、上記の方法の作用等について説明する。

平穏時では地震感知器４８か作動しないので、制御装置
４４からの出力はなく、したかってポンプ４２は運転を
停止しており、間隙水の揚水は全く行メつれない。

ここで、砂地盤３】に地震か発生すると、この地震を地
震感知器４８か速やかに感知し、信号を制御装置４４に
速やかに送る。制御装置４４は、地震感知器４８から送
られた信号に基つきポツプ４２に作動するための適切な
出力を送る。ポンプ４２はこの出力に従って運転を開始
し、集水管４１により液状化層４５の過剰の間隙水を揚
水し貯水槽４３に排水する。集水管４１の先端部４１ａ
が液状化層４５の底部４６に水平に配置されているので
、揚水時に液状化層４５の上部５５から底部４６に向か
う下向きの浸透流５６か発生する。

この浸透流５６により液状化層４５内の有効応力か増加
し砂地盤３１の液状化がし難くなる。

このように、ポンプ４２を用いて液状化層４５中の間隙
水を揚水することで液状化層４５の上部５５から底部４
６に向かう下向きの浸透流５６を発生させ、二の浸透流
５６により液状化層４５内の有効応力を増加させ、砂地
盤３１中の間隙水圧を急激に低下させることにより、砂
地盤３Ｉの液状化を効果的に防止することができる。

地震が収まってくると、地震感知器４８が地震の揺れの
減少を速やかに感知し、その信号を制御装置４４に速や
かに送る。制御装置４４は、送られた信号に基づきポツ
プ４２に作動を停止する１こめの適切な出力を送る。ポ
ンプ４２はこの出力に従って運転を停止して集水管４１
からの間隙水の揚水を停止する。

まｆコ、地震中も集水するので、砂地盤３１内の有効応
力が増加し１ニ状態を保持しながら地震時に発生しｆ二
過剰水圧を速やかに消散させ、地震時における間隙水圧
の上昇ら効果的に抑制される。

地震が発生するｆこび毎に以上の作動を繰り返して液状
化層４５の上部５５から底部４６に向かう下向きの浸透
流５６を発生させ液状化層４５中の間隙水を揚水するの
で、砂地盤３１の液状化を効果的に防止することかでき
る。

二こで、砂地盤３１中に下向きの浸透流を発生させるこ
とにより砂地盤３１の有効応力が増加することを第４図
ないし第７図を参照して説明する。

地震がない通常の場合では、砂地盤３１中に下向きの浸
透流か無いので全応力σ１及び間隙水圧Ｕ１は第４図及
び第５図に示すように次式で表される。

σ１−γｔＩＺ Ｌｌｌ　　−ｒｗ・（Ｚ／　Ｌ）・Ｌ し１こがって、砂地盤３１内の有効応力Ｆｅｆ１は全応
力σ１と間隙水圧ｕ１との差として次式で表される。

Ｆ　ｅｆ＋＝　（７（１１ ＝（γｔ−γψ）Ｚ−γ′　Ｚ １こだし、γ′　砂地盤の水中単位体積重量Ｚ　−地中
の深さ γｔ　砂地盤の湿潤重量 γ★　水の単位体積重量 である。

ここで、砂地盤３１に地震か発生するとポンプ４２が作
動して液状化層４５乙）過剰の間隙水を揚水オろ○で、
液状イヒ層４５２・上部５５から底部４６に向かう下向
きの浸透流５６か発生する。この時の全応力σ２及び間
隙水圧Ｕ、は第６図及び第７図に示すように次式で表さ
れる。

σ、＝７１−２−γＷ・Δｈ ｕ２−γ★・　Ｃ（Ｚ／Ｌ）・Ｌ −ΔｈＨ−（ｚ／Ｌ）ｉ： しｆ二かって、砂地盤３１内の有効応力Ｆｅｆｔは第６
図及び第７図に示すように全応力σ２と間隙水圧Ｕ、と
の差として次式で表される。

Ｆｅｂ＝σ、−Ｕ。

＝（γを一γＷ）Ｚ−γヤ・１・Ｚ ＝γ′　Ｚ−７隻・１・Ｚ Ｔこだし、１・動水勾配 である。

しにかって、砂地盤３１に下向きの浸透流５６かある場
合の砂地盤３１内のを効応力Ｆｅｆ２は、下記の式で表
されるように通常の場合のを効応力Ｆｅｌ’＋と比へて
ΔＦｅｆたけ増加することとなる。

Δ　Ｆ　ｅｆ＝　Ｆ　ｅｆｔ−Ｆ　ｅｆ。

＝　γ　　Ｚ−γ蓼・　１・　Ｚ−γ　　Ｚ＝　γ寥・
　１　・　Ｚ この有効応力の増加分ΔＦｅｆか砂地盤３１中の間隙水
圧を９激に低下させることにより、砂地盤３１の液状化
を効果的に防止することかできる。

以上詳細に説明しｆ二様に、上記の砂地盤の液状化防止
工法によれば、ボ／ブ４２に接続されｒこ集水管４１に
より砂地盤３１中の間隙水を揚水・排水するので、水圧
の低下を大きく取ることかでき、したかって、液状化層
４５中の間隙水圧を低下させることかでき、砂地盤３１
中の鉛直葡効応力を増加させることかでき、砂地盤３１
の液状化を防止することかできる。

また、集水管４１の先端部４１ａか液状化層４５の底部
４６に水平に配置されているので、揚水時に液状化層４
５の上部５５から底部４６に向かう下向きの浸透流５６
を発生させることにより液状化層４５内の有効応力を増
加させることができ、したかって砂地盤３Ｉの液状化を
効果的に防止することができる。

また、ポツプ４２は地震発生時にのみ作動するので、揚
水処理のための大型設備を必要とせず、しかも確実な排
水効果が得られ、地下水位の低下による地盤沈下等の問
題が発生する危険性かない。

また、取り扱いが容易であり、設備やランニングのコス
トも低く押さえることができ、確実に砂地盤の液状化を
防止することができる。

［第２実施例］ 第８図は、この発明の砂地盤の液状化防止工法の第２実
施例を示す図である。

この工法は、上記の第１実施例の砂地盤の液状化防止工
法と同様に、砂地盤３１に構築された構造物３２に集水
装置６１を設けｆ二ものである。

なお、この実施例では、上記第１実施例に記載されたも
のと同一の要素には同一符号を付してあり、この同一の
要素については説明を省略する。

集水装置６１が上記の集水装置３３と異なる点は、この
集水装置６１が集水管４１、ポンプ４２、制御装置４４
とから該略構成されている点と、ポンプ４２及び制御装
置４４か構造物３２の外方に設置され、ポンプ４２か排
水管４７を介して排水溝６２に接続されている点である
。

この第２実施例の砂地盤の液状化防止工法においても、
上記第１実施例の砂地盤の液状化防止工法と全く同一の
作用・効果を有する。

［第３実施例］ 第９図は、この発明の砂地盤の液状化防止工法の第３実
施例を示す図である。

この工法は、上記の第２実施例の砂地盤の液状化防止工
法と同様に、砂地盤３１に構築された構造物３２に集水
装置７１を設けたものである。

なお、この第３実施例においても上記第２実施例と同様
に、上記第２実施例に記載され１こものと同一の要素に
は同一符号を付し説明を省略する。

集水装置７１か上記の集水装置６Ｉと異なる点は、集水
管７２か構造物３２の底部３２ａ下方力・つ液状化層４
５の上方の位置に水平に配設され１ニ主管部７３と、こ
の主管部７３から垂直下方に延びる複数の分岐管部７４
．７４　、　　　とから構成され、これらの分岐管部７
４の先端部７４ａに集水効果を最も高める様なスリット
７５か複数形成されている点である。

この第３実施例の砂地盤の液状化防止工法においても、
上記第１及び第２実施例の砂地盤の液状化防止工法と全
く同一の作用・効果を有する。

［発明の効果） 以上詳細に説明したように、この発明によれば、構造物
に設けられた集水装置により、砂地盤中の間隙水を揚水
することで液状化を防止する工法であって、前記集水装
置は、前記砂地盤の液状化層の底部に貫入した集水管と
、該集水管に接続しｆこポンプと、該ポンプに接続され
このポンプの作動を制御する制御装置とを具備し、地震
発生時において、前記制御装置によりポンプを作動させ
て砂地盤中の間隙水を揚水し排水することとじＴ二ので
、制御装置によりポンプを作動させて砂地盤中の間隙水
を揚水・排水することにより従来の工法と比へて水圧の
低下を大きく取ることができ、したがって砂地盤の間隙
水圧を大きく低下させることができる。また、液状化層
内に下向きの浸透流を発生させることかできるので、砂
地盤内の宵効応力を増加させることができ、砂地盤の液
状化を効果的に防止することかてきる。まｌ二、地震中
ら揚水・排水するので、砂地盤内の有効応力か増加しｆ
二状態を保持しながら地震時に発生した過剰水圧を速や
かに消散させることができ、地震時における間隙水圧の
上昇も効果ｒ」に抑制することかできる。

また、ポンプを稼動させている間中揚水・排水か可能で
あるので、従来の様に排水量か制限されることかない。

また、ポンプは地震発生時にのみ作動するので、揚水処
理のための大型設備を必要とせず、しかも確実な排水効
果が得られ、地下水位の低下による地盤沈下等の問題が
発生する危険性がない。

まに、取り扱いが容易であり、設備やランニングのコス
トも低く押さえることかでき、確実に砂地盤の液状化を
防止することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の第１実施例の砂地盤の
液状化防止工法を示す図であって、第１図は砂地盤の液
状化防止工法を示す断面図、第２図は集水装置の概略構
成図、第３図（ａ）〜（Ｃ）はこの発明の集水装置にお
いて用いられるポツプの概略図、第４図ないし第７図は
砂地盤の育効応力の増加を説明するための説明図、第８
図はこの発明の第２実施例の砂地盤の液状化防止工法を
示す断面図、第９図はこの発明の第３実施例の砂地盤の
液状化防止工法を示す断面図、第１０図及び第１１図は
従来の砂地盤の液状化防止工法を示す図であって、第１
θ図（ａ）は地下水位低下工法の断面図、同図（ｂ）は
地下水位低下工法の揚水井戸の一例のディープウェルの
断面図、第１１図はグラベルトレーン工法の断面図であ
る。 ３１　・　　砂地盤、 ３２　　・　構造物、 ３３　・・・　・・集水装置、　３４　・　　地表、３
５　　・・不透水層、　３６　・　　止水壁、４１　　
・・　集水管、　　４２　・　・　ポンプ、４３　　−
貯水槽、　　４４　・・　・　制御装置、４５　・　・
　液状化層、　４６　・・　−底部、４７　・　　排水
管、　　４８　・・・・・地震感知器、５１−　　真空
ポツプ、 ５２　・・・　ヒユーガルポンプ、 ５３　・・　・・バルブ、　　　５４　・・　・真空タ
ンク、５５−　　上部、　　　　５６　・・　浸透流、
６Ｉ　・　・・　集水装置、　６２　・・　・排水溝、
７１　　　　集水装置、　７２　・・　　集水管、７３
　・　・・主管部、　　　７４　・・・・　分岐管部、
７５　　・・　スリット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 構造物に設けられた集水装置により、砂地盤中の間隙水
   を揚水することで液状化を防止する工法であって、 前記集水装置は、前記砂地盤の液状化層の底部に貫入し
   た集水管と、該集水管に接続したポンプと、該ポンプに
   接続されこのポンプの作動を制御する制御装置とを具備
   し、 地震発生時において、前記制御装置によりポンプを作動
   させて砂地盤中の間隙水を揚水し排水することを特徴と
   する砂地盤の液状化防止工法。