(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周面に翼を有する合成杭造成用鋼管杭を、液状化する地盤よりも下位の地盤に先端が到達するように打設しながら内部にモルタルを流し込んで前記合成杭造成用鋼管杭の周面をモルタルと周面の地盤を混合させた固化体で覆った状態とした合成杭を形成させ、前記合成杭の頭部である杭頭部に、透水性を有し土砂の浸透を遮蔽するシート状のシート部で外側を覆いかつ内部が空洞で上面と下面と側面とに前記空洞とつながる開口部を有する箱形のボックス部を一体化させて設け、前記ボックス部が地表面又は工作物・建築物の基礎と地下水位上端との間に位置するように設置することを特徴とする噴砂抑制工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震時の砂質地盤の液状化により発生する噴砂を抑制するための工法である、噴砂抑制工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震時の震動による工作物・建築物及び地表面の被害は、主に以下の２通りに分けられる。１つ目は、工作物・建築物に、直接地盤または地表面を介して地震による震動が伝わり、工作物・建築物が上下・水平に震動することで、変形・移動・破壊が起こる被害である。２つ目は、地震による震動により、地表面付近の地下水によって飽和した締まり度の緩い砂質地盤において液状化現象が発生することで、工作物・建築物及び地表面の不同沈下が起こる被害である。
【０００３】
従来、前記１つめの被害については様々な対策が取られてきたが、前記２つめの被害、すなわち噴砂による液状化被害については、噴砂という考え自体があまり知られていないため対策は多くない。
【０００４】
噴砂防止策としては、浮き基礎工法による建物を建築する場合において、建物の端部と敷地境界線との間に一端を建物に緊結した鉄筋コンクリート製の床スラブを設けたこと、また、鉄筋コンクリート製の床スラブは敷地境界線側端部に垂れ壁を設けること、これに加えて、鉄筋コンクリート製の床スラブは敷地境界線側端部は排水側溝を支持すること、さらに、建物の端部と敷地境界線との間に地盤改良を施すことを要旨とする噴砂防止構造がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、地下水位面より上方に、透水性の良好な層であって導水材を埋設してなる透水層を水平に敷設した後、該透水層の上部に土砂を埋め立てるとともに、該透水層に下端を連通させ、かつ垂直方向に延びて前記埋立土砂の地表部に到達する複数の圧力抜き管を設けた噴砂防止マット工法もある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−００３９２３号公報
【特許文献２】特開平０８−３０２６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、特許文献１及び特許文献２の噴砂防止方法では、地震の際の振動による床スラブやマット自体の移動を防止することができないため、地震時の噴砂防止効果が低くなるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、地震時に砂質地盤が液状化することにより発生する噴砂の抑制と噴砂に伴う地表面の変位及び工作物・建築物の不同沈下の抑制の効果が高い噴砂抑制工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、周面に翼を有する合成杭造成用鋼管杭を、液状化する地盤よりも下位の地盤に先端が到達するように打設しながら内部にモルタルを流し込んで前記合成杭造成用鋼管杭の周面をモルタルと周面の地盤を混合させた固化体で覆った状態とした合成杭を形成させ、前記合成杭の頭部である杭頭部に、透水性を有し土砂の浸透を遮蔽するシート状のシート部で外側を覆いかつ内部が空洞で上面と下面と側面とに前記空洞とつながる開口部を有する箱形のボックス部を一体化させて設け、前記ボックス部が地表面又は工作物・建築物の基礎と地下水位上端との間に位置するように設置することを特徴とする噴砂抑制工法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の噴砂抑制工法によれば、地震時に砂質地盤が液状化することにより発生する噴砂の抑制と噴砂に伴う地表面の変位及び工作物・建築物の不同沈下の抑制の効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１の噴砂抑制工法の説明図である。
【図２】本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合と施さない場合の違いを説明する説明図１である。
【図３】本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合と施さない場合の違いを説明する説明図２である。
【図４】本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合と施さない場合の違いを説明する説明図３である。
【図５】本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合と施さない場合の違いを説明する説明図４である。
【図６】本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合と施さない場合の違いを説明する説明図５である。
【図７】本発明の実施例１の噴砂抑制工法の使用例を示す平面概略図である。
【図８】本発明の実施例１の噴砂抑制工法の使用例を示す平面拡大図である。
【図９】本発明の実施例１の噴砂抑制工法の使用例を示す断面概略図１である。
【図１０】本発明の実施例１の噴砂抑制工法の使用例を示す断面概略図２である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（液状化現象）
地震時の液状化現象は、地下水によって飽和した締まり度の緩い砂質地盤や、人工的に土を堆積させた「埋土」が存在するような地盤で発生する可能性が高い。ここで、砂質地盤とは、地盤を構成する土粒子の中で砂粒子の割合が多い地盤であるが、砂粒子の粒径、鉱物質としての種類、堆積した時期や堆積の過程などによって性質が異なり、地下水位以下に存在する砂質地盤のすべてが地震時に液状化現象が起きるというものではない。地震時に液状化しやすい砂質地盤は、地下水によって飽和し（地下水位以下に存在し）地質的に最新時代である完新世の堆積物からなる「沖積地盤」に多くみられる。
【００１３】
地震時の液状化現象の発生の過程は次の通りである。地震が発生すると、地表面付近の地下水位以下に存在する飽和した締まり度の緩い砂質地盤において、地震の震動により砂粒子が震動することで応力が生じ、砂粒子のまわりに存在する地下水に局部的な体積圧縮が起こり、過剰間隙水圧が発生する。砂粒子のまわりの地下水に過剰間隙水圧が発生すると、砂粒子間の見かけの粘着力が失われ、この地盤（砂粒子＋地下水）は通常の固体としての性質が失われ、液体に近い性質となる。この現象を液状化現象という。
【００１４】
（液状化時の噴砂および噴砂による被害）
液状化現象が発生すると、液状化して液体に近い性質となった圧力を有する「砂粒子＋地下水」には、地下水の過剰間隙水圧を解放するために圧力の小さい「地表」に出ようとする動きが起こる。「砂粒子＋地下水」はより圧力が小さい部分を伝って、地震により生じた地表面付近に至る亀裂や割れ目、また場合によっては地表面から地中に埋設された杭や構造物の側面の地盤が乱れ空隙が大きいため圧力が小さい部分を経路として、液状化が発生した地点から移動し、地表面に圧力を放出する。この圧力を有して液状化した「砂粒子＋地下水」が地中を移動し地表面に放出された現象を噴砂という。
【００１５】
噴砂が起こり、液状化した「砂粒子＋地下水」が地表に放出されると、「砂粒子＋（旧）地下水」は地表面に堆積する。その後、地表面に放出された地下水が分散または蒸発するとその地下水の分だけ体積が減少し、地表面の沈下、陥没が発生する場合がある。また、地下水の分の体積減少に比べるとわずかではあるが、振動により締まることによる砂粒子間の間隙比の変化による体積収縮も現れる。
【００１６】
地表面の沈下、陥没等は不均等かつ局所的であるため、既存の工作物・建築物の不同沈下が発生し、甚大な被害が起こる。
【００１７】
本発明の噴砂抑制工法の一形態は、まず、翼を有する合成杭造成用鋼管杭を、液状化する地盤よりも下位の地盤に先端が到達するように打設しながら内部にモルタルを流し込んで合成杭造成用鋼管杭の周面をモルタルと周面の地盤を混合させた固化体で覆った状態とした合成杭を形成させる。そして、合成杭の頭部である杭頭部に、透水性を有し土砂の浸透を遮蔽するシート状のシート部で外側を覆いかつ内部が空洞で上面と下面と側面とに前記空洞とつながる開口部を有する箱形のボックス部を、一体化させて設け、前記ボックス部が地表面又は工作物・建築物の基礎と地下水位上端との間に位置するように設置する。
【００１８】
以下、本発明の噴砂抑制工法の一実施形態について、実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
{工法}
図１は、本発明の実施例１の噴砂抑制工法の説明図である。本発明の実施例１の噴砂抑制工法は、周面に翼４２を有する合成杭造成用鋼管杭４を、液状化する地盤よりも下位の地盤に先端が到達するように打設しながら内部にモルタルを流し込んで合成杭造成用鋼管杭４の周面をモルタルと周面の地盤を混合させた固化体１２で覆った状態とした合成杭１を形成させ、合成杭１の頭部である杭頭部１１に、透水性を有し土砂の浸透を遮蔽するシート状のシート部２で外側を覆いかつ内部が空洞で上面と下面と側面とに前記空洞とつながる開口部３２を有する箱形のボックス部３を一体化させて設け、ボックス部３が地表面又は工作物・建築物の基礎と地下水位上端との間に位置するように設置する。例えば建物を建てるときに設置するときは、建物の基礎の隅部に合成杭１と一体化されシート部２で覆われたボックス部３を設置し、そのボックス部３に、側面に、合成杭１が接続されていない他のボックス部３（それぞれシート部２に覆われている）を１又は複数個連結して設置して、全体を一体化することが望ましい。
【００２０】
本実施例では、合成杭造成用鋼管杭４は、先端に底蓋を設けた鋼管部を有し、鋼管部の先端部側面に拡底翼と、拡底翼に立設し堀進方向に平行に設けられた複数の攪拌翼とを有し、鋼管部の先端部側面の複数箇所にモルタルを吐出するための吐出孔を有し、拡底翼が、鋼管部外側に螺旋状に張り出しており、攪拌翼が表裏面を貫通する攪拌穴を有し、吐出孔が、鋼管部を回転圧入させたときに攪拌翼に後行する位置かつ拡底翼の下方に設けられており、攪拌穴が、土の小塊を通過させるものであって、モルタルを前記吐出孔から吐出させて拡底翼及び攪拌翼によって土と混合・攪拌する鋼管杭である。かかる構成を有するため、回転圧入時、攪拌翼の攪拌穴を通過させた土の小塊に、地盤補修液吐出孔から吐出させた地盤補修液と混合させて、その土の小塊に付着したモルタルが接着剤として、それぞれの小塊をつなぎ、元の地盤強度に修復される効果までも奏する。本実施例の合成杭造成用鋼管杭４は、比較的施工が容易な鋼管製の杭であり、かつ杭周面がモルタルと周面の地盤を混合させて築造された補修地盤で覆われている。なお、かかる構成でなくても、翼を有する合成杭造成用鋼管杭であれば限定されない。
【００２１】
なお、翼４２は、本実施例において合成杭造成用鋼管杭４は、鋼管部の先端部側面の拡底翼と、拡底翼に立設し堀進方向に平行に設けられた複数の攪拌翼の２種類があるが、本願ではともに「翼」として総称する。翼は、拡底翼と攪拌翼の両方でもよいし、拡底翼のみでもよい。
【００２２】
本実施例において、合成杭造成用鋼管杭４は、上端すなわち杭頭部１１をボックス部３と接続し、下端は液状化の可能性がある地盤よりも下位の地盤まで打設する。
【００２３】
本実施例において、合成杭造成用鋼管杭４は、例えば、径１６５．２ｍｍ、拡底翼は３４０ｍｍ、厚みを５．０ｍｍとし、中空筒部であるＳＴＫ４００の長さを６．２８ｍとしたＡＱパイル（ＡＱパイル協会製）でもよいが、これに限定されない。
【００２４】
本実施例では、合成杭１は、合成杭造成用鋼管杭４の攪拌翼が吐出孔に先行して鋼管部の周囲の土を鋼管部の回転方向と同じ方向に押圧しながら、セメントと砂と水の混合物であるモルタルを吐出孔から吐出させて合成杭造成用鋼管杭４を所定深度まで回転圧入させて、攪拌穴を有する攪拌翼と拡底翼によって攪拌・混合し、吐出させたモルタルが周囲地盤と混合した状態で固化体として地盤を構築すると同時に杭の地盤への埋設を同時に行い、合成杭造成用鋼管杭と周囲の固化体の地盤とを組み合わせて形成する。
【００２５】
合成杭１は、杭周面にセメントと周面の地盤を混合させた固化体１２を有する杭とする。かかる構成により、杭と周面地盤の密着性がよくなり、したがって、杭の側面と周面地盤の間が地震時に液状化した「砂粒子＋地下水」の通り道となり噴砂をより誘発させることを防ぐことができる。
【００２６】
本実施例では、ボックス部３は、内部が空洞で上面と下面と側面とに前記空洞とつながる開口部３２を有するものであるが、さらに詳しくは、中が空間に富む箱形で、外面のうち側面および底面の開口率が概ね２０％以上で、材料は基礎の一部として必要な強度を有し・経年変化に耐久性のあるコンクリート製、金属製、樹脂製、また大きな強度を要しない場合は防腐処理を施した木製とする。ボックス部３は、施工性・運搬性を考慮して一ユニットを一辺が０．５〜１．０ｍ程度の立方体に近い形状とする。ボックス部３は、基礎の形状など必要に応じて、基礎下の長手方向に並べて使用してもよいし、何段かに組み重ねて使用してもよい。ボックス部３は、地下浸透施設に用いるプラスティック製地下貯留浸透槽や、穴あきコンクリート製枡等でもよい。例えば、ボックス部３は、再生したポリプロピレン・ポリエチレン製で、縦横の長さが０．５４ｍの正方形で高さが０．５２ｍの直方体のＡＥ−１、ＡＥ１−Ｋ（秋田エコブラッシュ(株)製）でもよいが、これに限定されない。
【００２７】
本実施例では、シート部２は、透水性を有し土砂（礫混じり細砂）の浸透を遮蔽するシート状のものであるが、さらに詳しくは、耐久性が高く、１×１０＾-１ｃｍ／ｓ以上の良好な透水性で、かつ防砂効果が高い布状の合成繊維および合成樹脂製の不織布または長繊維によるシートである。シート部２は、透水性の土木シートでも適する。例えば、シート部２は、厚みが１．５ｍｍのＴＴ−１５０（東京インキ(株)製）でもよいが、これに限定されない。
【００２８】
｛噴砂抑制のしくみ｝
本工法における、地震時の液状化による噴砂の被害を抑制するしくみを以下に述べる。
【００２９】
図２は、本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合と施さない場合の違いを説明する説明図１である。（１）地表面または工作物・建築物の基礎と地下水位上端との間に、ボックス部３をシート部２で覆い、合成杭１を設置した上に接続して設置する。ここで通常時の状態では、ボックス部３は地下水位面よりも上方に位置し、シート部２により周辺の土砂を遮断するため、ボックス部３内部は空洞である。合成杭１は、アースアンカーとして、液状化する地盤よりも下位の地盤まで打設し、杭頭部１１を１つのボックス部３と一体化させる。合成杭１が液状化する地盤よりも下位の地盤まで打設されるので、地震により地盤が揺れた時のボックス部３とシート部２の移動を防ぐことができる。
【００３０】
図３は、本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合と施さない場合の違いを説明する説明図２である。（２）液状化が発生すると、過剰間隙水圧を有する流動体である「砂粒子＋地下水」が圧力を低減させるために地中を地表面に向かって移動する。
【００３１】
図４は、本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合と施さない場合の違いを説明する説明図３である。図５は、本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合と施さない場合の違いを説明する説明図４である。（３）本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合には、ボックス部３内は圧力が小さいため、「砂粒子＋地下水」はボックス部３内に向かうことになる。その際シート部２を通過するため、「砂粒子＋地下水」中の「砂粒子」はシート部２に遮られボックス部３内には入り込まず、過剰な間隙水（地下水）のみがボックス部３内に浸透して「砂粒子＋地下水」中の間隙水圧を下げ液状化を収束させる。つまり、一度液状化した「砂粒子＋地下水」をボックス部３到達時に液状化を収束させ、地表面まで到達させること（噴砂）を防ぎ、地表面の変位を抑制する。一方、本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施こさない場合では、噴砂が発生し、噴砂で移動した分の砂と水の体積の合計分が減少し、建物の基礎が不同沈下する。なお、図４〜図６において、合成杭１は「アンカー」と示している。
【００３２】
図６は、本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施した場合と施さない場合の違いを説明する説明図５である。（４）地震の揺れが収束し、液状化層の間隙水圧が通常の圧力まで収束すると、ボックス部３内に溜まった地下水も重力の作用で従来の地下水位の深度まで低下する。一方、本発明の実施例１の噴砂抑制工法を施こさない場合では、地表に堆積した噴砂から水が分散又は蒸発し、地表面の沈下分を補填する際、蒸発等した水分の体積だけ旧地表面は沈下し、建物の基礎が不同沈下する。
【００３３】
｛使用例｝
本工法は、地震時に液状化の可能性のある地盤上に建造する工作物・建築物の基礎について施すことで、地盤の液状化時の噴砂による被害の抑制を行う。本工法は、工作物・建築物の基礎下および噴砂により地表面の不陸を発生させたくない部分全体を網羅するように敷設する。
【００３４】
図７は、本発明の実施例１の噴砂抑制工法の使用例を示す平面概略図である。つまり、図７は実施例１の工法の伏図である。シート部２で覆ったボックス部３を、工作物・建築物の基礎下全体または噴砂により地表面の不陸を発生させたくない部分を埋めるのに必要な数量を設置し、シート部２で覆ったボックス部３のうち数か所分は、アースアンカーとして下部に合成杭１を一体化させて設置する。
【００３５】
図８は、本発明の実施例１の噴砂抑制工法の使用例を示す平面拡大図である。角の部分には、ボックス部３の下に合成杭１を接続し一体化して設置され、その側面には、他のボックス部３を設置する。合成杭１の内部にはモルタルが充填されたモルタル充填部４３を有し、ボックス部３内には、合成杭１の錆止めのためにアンカー錆止め３１を設けてある。ボックス部３を連結した全体は、側板６で囲む。
【００３６】
図９は、本発明の実施例１の噴砂抑制工法の使用例を示す断面概略図１である。図９はボックス部３の下に合成杭１を接続し一体化して設置されている箇所の断面概略図である。杭頭部１１はボックス部３に納めて合成杭１とボックス部３とは一体化して設置する。また、図１０は、本発明の実施例１の噴砂抑制工法の使用例を示す断面概略図２である。図１０はボックス部３の下に合成杭１を接続せずに設置されている箇所の断面概略図である。
ボックス部３およびシート部２は、工作物・建築物の基礎下または噴砂により地表面の不陸を発生させたくない部分の下で、かつ地表面と地下水位上端との間にボックス部３の表面をシート部２で覆った状態で設置することで、基礎下の地盤の地震時の液状化による噴砂を抑制する。
合成杭１は、液状化の可能性のある地盤よりも下方の地盤までアースアンカーとして打設し、杭頭部１１をボックス部３の１つと一体化させる。合成杭１は、地震時の振動によるボックス部３およびシート部２の移動を防ぐ働きをする。
ここで、杭周面にセメントと周面の地盤を混合させた固化体を有さない杭では、周面地盤が施工によって乱されていることが多く、杭の側面と周面地盤の間が地震時に液状化した「砂粒子＋地下水」の通り道となりやすく、液状化発生時に噴砂をより誘発させてしまう可能性がある。一方、合成杭１は合成杭造成用鋼管杭４の周面にセメントと周面の地盤を混合させた固化体等により、施工後杭周面と杭との間を施工前地盤より乱さない工法を有する杭となっている。
【００３７】
{効果}
本実施例によれば、地震時に砂質地盤が液状化することにより発生する噴砂の抑制と噴砂に伴う地表面の変位及び工作物・建築物の不同沈下の抑制の効果が高い。地盤と鋼管杭との組み合わせにより支持力を発現させることができ、地震時の振動による移動を防止するので噴砂による不同沈下を効果的に抑制できる。
【符号の説明】
【００３８】
１    合成杭
１１  杭頭部
１２  固化体
２    シート部
３    ボックス部
３１  アンカー錆止め
３２  開口部
４    合成杭造成用鋼管杭
４２  翼
４３  モルタル充填部
６    側板
【要約】
【課題】地震時に砂質地盤が液状化することにより発生する噴砂の抑制と噴砂に伴う地表面の変位及び工作物・建築物の不同沈下の抑制の効果が高い噴砂抑制工法を提供する。
【解決手段】周面に翼４２を有する合成杭造成用鋼管杭４を、液状化する地盤よりも下位の地盤に先端が到達するように打設しながら内部にセメントミルクを流し込んで合成杭造成用鋼管杭４の周面をセメントと周面の地盤を混合させた固化体１２で覆った状態とした合成杭１を形成させ、合成杭１の頭部である杭頭部１１に、透水性を有し土砂の浸透を遮蔽するシート状のシート部２で外側を覆いかつ内部が空洞で上面と下面と側面とに前記空洞とつながる開口部３２を有する箱形のボックス部３を一体化させて設け、ボックス部３が地表面又は工作物・建築物の基礎と地下水位上端との間に位置するように設置する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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