(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中線状構造物が建設されている液状化の可能性のある砂質地盤の液状化対策構造であって、
前記地中線状構造物に沿って、液状化を許容する液状化許容区間と、液状化しないように改良した非液状化区間とを交互に配置し、該非液状化区間は支持地盤に接すると共に前記地中線状構造物の周囲を囲むように浸透注入工法により形成された改良地盤からなることを特徴とする液状化対策構造。
【請求項２】
改良地盤は、非アルカリ珪酸ソーダ溶液を前記砂質地盤に注入して形成することを特徴とする請求項１記載の液状化対策構造。
【請求項３】
地中線状構造物が建設されている液状化の可能性のある砂質地盤の液状化対策構造の構築方法であって、
前記地中線状構造物の周縁部に薬液注入ノズルを配置して、該ノズルから薬液を前記砂質地盤に注入することにより支持地盤に接すると共に前記地中線状構造物の周囲を囲む改良地盤を、前記地中線状構造物に沿って所定の間隔を離して形成することを特徴とする液状化対策構造の構築方法。
【請求項４】
改良地盤は、非アルカリ珪酸ソーダ溶液を前記砂質地盤に注入して形成することを特徴とする請求項３記載の液状化対策構造の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、埋設管路やシールドトンネルなど地中線状構造物が建設されている液状化の可能性のある砂質地盤の液状化対策構造及びその構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周辺の砂質地盤が液状化した場合に、地中線状構造物に及ぼす大きな影響としては、次の２つがあると考えられている。
▲１▼完全液状化状態においては、砂質地盤が、見かけの単位重量が１．８〜２．０Ｍｇ／ｍ3の流体と同様にふるまう。このため、地中線状構造物の見かけの単位重量との差に起因する浮力が生じ、地中線状構造物が浮き上がってしまう。
▲２▼完全液状化に至らず、周辺地盤が側方流動した場合には、剛性を有する地中線状構造物との相対変位に起因する側方流動圧力が生し、地中線状構造物が側方にずれてしまう。
【０００３】
上記▲１▼の影響に対する対策としては、たとえば、特開昭６１−２７４１９１号公報に開示された海底パイプラインの液状化対策工法がある。同工法は、部分的に液状化しない埋設区間を設け、その他の周辺地盤の液状化は許容しつつも海底パイプラインの浮上を防止するというものである。
また、その他の例としては、アースアンカーで海底パイプラインを液状化しない海底地盤に固定する、あるいは海底パイプラインのコンクリートコーティング厚を厚くし浮力調整するなどの対策法も報告されている（例えば、「関口宏二・大石博：海底パイプラインの液状化対策工法に関する一考察、土木学会論文集、第３８０号、Ｉ−７，ｐｐ．４６７−４７３，１９８７．４」）。
【０００４】
また、上記▲２▼の影響に対する対策としては、例えば、特開平１−１０２１２９号公報に開示された地盤の液状化による埋設物の永久変位防止装置がある。この装置では、埋設物の形状を流線形に形成することにより、側方流動圧力を低減する工法が提案されている。具体的には、左右対称な流線型の翼状防護工をパイプに取り付け、それら全体を杭支持するというものである。
その他の例としは、パイプラインの山側に鋼矢板やコンクリート壁を連続的に打設し、それによって側方流動そのものを抑止する工法も考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
河川流域の平野部や埋め立て地盤において見られる水平地盤においては、上述した浮力による影響が支配的となる。
したがって、この場合には、上記▲１▼の影響に対する対策として紹介した、部分的に液状化しない区間を設ける工法、アースアンカーを用いる工法、コンクリートコーティング等重量化による工法の適用が考えられる。
しかしながら、上記工法はいずれも地中線状構造物を新設する場合を想定して考えられたものであり、既設構造物に適用する場合にはそれぞれ下記の問題点を有する。
【０００６】
▲１▼部分的に液状化しない区間を設ける工法の問題点
液状化しない区間を設けるために液状化しない材料で埋め戻すことを前提としており、既設線状構造物に適用する場合には、地中線状構造物周辺の砂質地盤を取り除き、液状化しない材料で埋め戻すことが必要となる。そのため、多額の費用と長い工期が必要となるばかりか、掘削工事が既設構造物に損傷を与える危険性がある。
▲２▼アースアンカーを用いる工法の問題点
アースアンカーにより地中線状構造物の浮上を防止することになるが、アンカーと地中線状構造物上に設置したサドルを連結するために、地中線状構造物上半分程度までの掘削が必要となる。そのため、上記▲１▼の場合と同様に、多額の費用と長い工期が必要となり、また、掘削工事が既設構造物に損傷を与える危険性がある。
▲３▼コンクリートコーティング等重量化による工法の問題点
地中線状構造物内部に重量化のための資材（古レールやコンクリートなど）を設置する工法が考えられるが、内部を供用しつつ施工することは困難であり、また有効断面も減少することとなり、本来の機能が損なわれる懸念がある。
【０００７】
本発明は以上のような問題点を解決するためになされたものであり、既設の地中線状構造物の機能を損なうことなく、低コストで短工期、かつ既設地中線状構造物に損傷を与える危険のない液状化対策構造及びその構築方法を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液状化対策構造は、地中線状構造物が建設されている液状化の可能性のある砂質地盤の液状化対策構造であって、前記地中線状構造物に沿って、液状化を許容する液状化許容区間と、液状化しないように改良した非液状化区間とを交互に配置し、該非液状化区間は支持地盤に接すると共に前記地中線状構造物の周囲を囲むように浸透注入工法により形成された改良地盤からなるものである。
【０００９】
また、改良地盤は、非アルカリ珪酸ソーダ溶液を前記砂質地盤に注入して形成することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係る液状化対策構造の構築方法は、地中線状構造物が建設されている液状化の可能性のある砂質地盤の液状化対策構造の構築方法であって、前記地中線状構造物の周縁部に薬液注入ノズルを配置して、該ノズルから薬液を前記砂質地盤に注入することにより支持地盤に接すると共に前記地中線状構造物の周囲を囲む改良地盤を、前記地中線状構造物に沿って所定の間隔を離して形成するものである。
【００１１】
また、改良地盤は、非アルカリ珪酸ソーダ溶液を前記砂質地盤に注入して形成することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態を示す軸方向断面図、図２は図１の矢視Ａ−Ａ断面図、図３は図１の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
本実施の形態は、円形断面の地中線状構造物１が建設されている液状化の可能性のある砂質地盤２の液状化対策構造であって、地中線状構造物１に沿って、液状化を許容する液状化許容区間Ｌ１と、液状化しないように改良した非液状化区間Ｌ２とを交互に配置している。そして、非液状化区間Ｌ２は、液状化しない支持地盤３の上面に接すると共に地中線状構造物１の周囲を囲むように形成された改良地盤４からなる。
【００１３】
改良地盤４の下端を支持地盤の上面に接触させたのは、液状化した周辺地盤が改良地盤４の下部に廻り込まないようにするためである。
なお、改良地盤４の上端位置は、改良地盤４に期待する極限引き上げ抵抗力より定めることになるが、地下水レベル５より上の地盤は液状化しないので、改良地盤は一般的には地下水位レベル５までとする。
【００１４】
ところで、改良地盤４は、非アルカリ珪酸ソーダ溶液を砂質地盤２に注入して地盤改良したものである。そして、改良地盤４はその液状化強度（たとえば、中空ねじり試験において、繰り返し回数Ｎ＝２０回で、両振幅ひずみが３％にいたるせん断応力と初期有効拘束圧の比）が、周辺の砂質地盤２の液状化強度よりも大きくなるように設定されている。
具体的には、砂質地盤２の液状化強度は、一般的には０．２〜０．４程度であるので、改良地盤４の液状化強度は、周辺地盤である砂質地盤２の液状化強度よりも高いことを前提として０．３〜２．０となるように設定されている。
【００１５】
ここで、非アルカリ珪酸ソーダ溶液を砂質地盤２に注入するための注入工法について説明する。
液状化を起こすような軟弱土層の１０-4cm/sec付近の透水係数の土層に対しては、浸透し易い低粘性の恒久薬液を注入する場合でも、従来工法では薬液が脈状になり平均的に浸透させることができない場合がある。
このような場合の対策としては、注入箇所を多数にすると共に、一箇所の注入孔からの時間当たりの注入量を従来工法の１０分の１以下にすることが考えられる。
そして、これを実現できる工法として、例えば最近注目されている超多点注入工法がある。超多点注入工法とは、図４に示すように、非液状化区間とすべき砂質地盤２にボーリング孔７を複数本（この例では７本）設け、このボーリング孔７に複数のノズル８（この例では３１個）を有する注入パイプを挿入して複数のノズル８から薬液を同時に注入するというものである。
【００１６】
図５は薬液注入によって形成された改良地盤４の説明図である。図５に示すように、各ノズル８から注入された薬液により、そのノズルの周辺部が液状化しにくい地盤に改良され、それらが一体となって改良地盤４を形成している。
このように、超多点注入工法によれば、地中線状構造物１と支持地盤３との間を含めて地中線状構造物１の周囲を容易に改良することができる。
【００１７】
次に、液状化許容区間Ｌ１と非液状化区間Ｌ２の配置関係について説明する。その前提として、地震による液状化の際の作用について説明する。地震の発生により、液状化許容区間Ｌ１が液状化すると、従来例の項で説明したように、地中線状構造物１に浮力が作用する。このとき、非液状化区間Ｌ２の改良地盤４においては、地中線状構造物１の下方の地盤が液状化しないことにより、この部分で浮力が作用することはない。また、地中線状構造物１の上方の地盤が液状化しないことにより、この地盤が重しとなると共に改良地盤４のせん断抵抗により、液状化許容区間Ｌ１の浮上に抵抗するように作用する。
したがって、地中線状構造物１は、図６に示すように、液状化許容区間Ｌ１では上方への変位が生じ、非液状化区間Ｌ２ではこれを抑えようと作用し、全体としては地中線状構造物１の浮上を抑えることができる。
【００１８】
このように、非液状化区間Ｌ２が液状許容区間Ｌ１の浮上を抑止するように作用するのであるが、この作用が効果を奏するためには浮力よりもこれに対する抑止力の方が大きくなければならない。
したがって、非液状化区間Ｌ２の区間長は、（液状許容区間Ｌ１に働く浮力に抵抗できるように）地中線状構造物の引き上げ抵抗力より決定することになり、一方、液状許容区間Ｌ１の区間長は、地中線状構造物の許容浮上量に応じて決定することになる。
そこで、以下においてはこの要件を満たすための具体例について、解析モデルを使用して説明する。
【００１９】
外径２０００ｍ、板厚２０ｍｍ、埋設深さ３０００ｍｍの鋼製水道管路への本発明の適用例を示す。解析モデルとしては、図７（ａ）（ｂ）に示す弾性支承上の梁モデルを考えた。液状化区域には、液状化した砂の単位体積重量γｓ＝２０．０ ｋＮ／ｍ3と水道管路の見かけの単位体積重量γｕ＝１０．０ ｋＮ／ｍ3の差に起因する浮力を等分布荷重として上方に載荷した。
また、改良区域のバネ特性は弾塑性型を考え、地盤反力係数Ｋｈ＝１００００ｋＮ／ｍ3とし、単位引抜抵抗力ｑ＝３０ｋＮ／ｍ2と想定した。
管路の許容浮上り変位量を１０ｃｍ、管体の許容軸方向曲げ応力度を１４００００ｋＮ／ｍ2と制限した場合、液状化区域長は５０．０ｍ以下、改良区域は２７．０ｍ以上必要と算定される。
この結果を図８、及び図８の矢視Ａ−Ａ断面図である図９、図８の矢視Ｂ−Ｂ断面図である図１０に示す。
【００２０】
以上のように、本実施の形態によれば、地震時に周辺地盤が液状化した場合に、地中線状構造物の浮上を低減でき、被災時の多大な復旧費用や震災後緊急道路交通への悪影響を回避することができる。
また、地中線状構造物を供用しつつ、施工ができるので、利用者への負担が無い。
さらに、離散的に非液状化区間を配置するので、低コスト・短工期で対策を行うことができる。
またさらに、将来、地中線状構造物自体を更新する場合でも内部に新たな管路を敷設する工法（パイプインパイプ工法など）を採用すれば、本工法による液状化対策は有効な投資として継承され、新たな液状化対策手段を講ずる必要が無い。すなわち、将来の更新を考えたライフサイクルコストの観点からも有効なものである。
【００２１】
なお、上記の実施の形態においては改良地盤を形成する浸透注入工法として超多点注入工法を例に挙げて説明したが、耐久性のある薬液を用いて所定の改良地盤が形成できる工法であれば、注入手法についてはなんら限定するものではない。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、地中線状構造物に沿って、液状化を許容する区間と、液状化しないように改良した非液状化区間とを交互に配置し、該非液状化区間は支持地盤に接すると共に前記地中線状構造物の周囲を囲むように浸透注入工法により形成された改良地盤からなる構造としたので、地震時に周辺地盤が液状化した場合に、地中線状構造物の浮上を低減でき、しかも、離散的に非液状化区間を配置するので、低コスト・短工期で施工できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示す軸方向断面図である。
【図２】  図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図３】  図１の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【図４】  本発明の一実施の形態における注入ノズルの配置図である。
【図５】  本発明の一実施の形態における改良地盤の形成状況概念図である。
【図６】  本発明の一実施の形態の作用の説明図である。
【図７】  本発明の一実施の形態における応力〜変位解析のモデル図である。
【図８】  本発明の一実施の形態の具体例の軸方向断面図である。
【図９】  図８の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図１０】  図８の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１  地中線状構造物
２  砂質地盤
３  支持地盤
４  改良地盤
５  地下水位レベル
【図１】
0003649140.tif 000002
【図２】
0003649140.tif 000003
【図３】
0003649140.tif 000004
【図４】
0003649140.tif 000005
【図５】
0003649140.tif 000006
【図６】
0003649140.tif 000007
【図７】
0003649140.tif 000008
【図８】
0003649140.tif 000009
【図９】
0003649140.tif 000010
【図１０】
0003649140.tif 000011