(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化が生じると予測される地層の深さ方向にわたる範囲の杭体周面に外嵌され、毛細管作用を有する繊維構造からなり、前記杭体周面位置に地震動によって生じた前記杭体周辺での地盤過剰間隙水圧の消散経路を形成する筒状ドレンフィルターと、該筒状ドレンフィルターの外周を覆うようにして前記杭体周面に一体的に嵌着された金属ストレーナー管とからなる間隙水圧消散部材とを備えた液状化対策杭であって、打設された複数本の前記杭体の前記消散経路の上端間に排水管路が形成され、該排水管路に真空ポンプが連結され、液状化が生じた際に、前記真空ポンプの動作により前記排水管路を負圧状態とすることを特徴とする液状化対策杭。
【請求項２】
液状化が生じると予測される地層の深さ方向にわたる範囲の杭体周面に、毛細管作用を有する繊維構造からなる筒状ドレンフィルターを外嵌し、該筒状ドレンフィルターの外周を金属ストレーナー管で覆って、前記杭体周面位置に、地震動によって生じた前記杭体周辺での地盤過剰間隙水圧の消散経路を形成し、打設された複数本の前記杭体の前記消散経路の上端間に排水管路が形成され、液状化が生じた際に、前記排水管路を負圧状態とし、前記過剰間隙水圧の消散経路を通じて上昇してきた地下水を、前記排水管路を通じて前記構造物外に排水し、地震動作用時の地盤過剰間隙水圧を低減するようにしたことを特徴とする地盤の液状化対策方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液状化対策杭及び同杭を用いた地盤の液状化対策方法に係り、特に地震時に液状化が生じるような飽和砂層を貫通する杭の周面を介して当該砂層の液状化時の過剰間隙水圧の消散経路を形成した液状化対策杭及びこの杭を用いて、該杭の周辺地盤の液状化の発生を防止して、同地盤の水平抵抗支持力の低下を防止するようにした地盤の液状化対策方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
臨海埋め立て地等のように緩い砂質土地盤が広がる地域では、地震時における液状化現象による被害を考慮した設計の必要性が認識され、過去の地震によって発生した液状化現象の調査に加え、液状化現象の予測、設計、対策工の研究、開発が進められてきている。
この結果、現在では、ある程度の規模を有する構造物を液状化の可能性のある飽和砂層上に設計する場合には、基礎形式を支持杭基礎構造とし、前記飽和砂層を貫通してさらに下層の支持層まで杭を施工し、常時の構造設計ではこの支持層に構造物からの鉛直荷重を負担させるようになっている。
【０００３】
しかしながら、このような杭基礎でも地震時には、中間層としての飽和砂層部分が液状化し、この部分を貫通する杭周辺の地盤の水平抵抗性が急激に減少してしまうことが明らかにされている。
このため、各設計規準（例えば道路橋示方書、建築基礎構造設計基準）の耐震設計規定では、地震時の水平支持力の計算において、液状化のおそれのある中間層の支持力や水平地盤反力係数の土質定数をゼロと取り扱い、この中間層より下側の範囲を耐震設計上の地盤面として設計を行うように規定している（図４参照）。
【０００４】
ところで、液状化のおそれのある基礎地盤上に建築物等を建設する場合には、液状化の被害を最小限にするために種々の液状化対策工が施されている。
たとえば、グラベルドレーン工法（間隙水圧消散工法）は、液状化のおそれのある飽和砂層内に粗骨材からなる透水性の高いれき柱（グラベルパイル）を所定間隔で設置する対策工である。このグラベルドレーン工法では、地盤内に多数の水平方向排水経路が形成されるので、砂層中の間隙水の排水経路を短くでき、地震時に液状化によって発生する過剰間隙水圧の上昇を安全限度内に抑えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述のようなグラベルドレーン工法等の間隙水圧消散工法は、一種の地盤改良工であるため、広範囲にわたり施工を行わなければならない。また、地盤改良が行われ安定化した地盤に、構造物の基礎としての杭等を改めて施工するという２段構えの設計が必要である。
そのため、液状化の発生が予想される地盤では、対象となる基礎地盤の改良工事に多大な工事費を要する上、構造物の施工前にこの改良工事を行わなければならないので、全体工期が長くなるという問題がある。このため、工期の延長による工事コストアップも考慮しなければならない。
【０００６】
また、前述のように道路橋示方書の耐震設計編では、杭基礎設計において、液状化地盤の液状化判定のために求められた抵抗率ＦＬに応じて対象地盤の土質定数（地盤変形係数ＥＳ、水平方向地盤係数ｋｈ）を低減する必要がある。
たとえば液状化のおそれのあるような地盤では、前記土質定数をゼロとして所定の耐震設計を行う安全側設計を行うため、対象となる飽和砂層等が介在する地盤では、杭径のサイズアップ、杭強度の増加などで対処するしかなく、対象箇所の過剰間隙水圧を消散させるというような液状化の影響を低減しようと言う積極的な対策面での工夫がなされてなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消するとともに、液状化が生じた際の過剰間隙水圧を消散させて杭の水平抵抗力を期待できるようにした液状化対策杭及び同杭を用いた地盤の液状化対策方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は液状化が生じると予測される地層の深さ方向にわたる範囲の杭体周面に外嵌され、毛細管作用を有する繊維構造からなり、前記杭体周面位置に地震動によって生じた前記杭体周辺での地盤過剰間隙水圧の消散経路を形成する筒状ドレンフィルターと、該筒状ドレンフィルターの外周を覆うようにして前記杭体周面に一体的に嵌着された金属ストレーナー管とからなる間隙水圧消散部材とを備えた液状化対策杭であって、打設された複数本の前記杭体の前記消散経路の上端間に排水管路が形成され、該排水管路に真空ポンプが連結され、液状化が生じた際に、前記真空ポンプの動作により前記排水管路を負圧状態とすることを特徴とするものである。
【０００９】
また、上述の液状化対策杭を用いて、液状化が生じると予測される地層の深さ方向にわたる範囲の杭体周面に、毛細管作用を有する繊維構造からなる筒状ドレンフィルターを外嵌し、該筒状ドレンフィルターの外周を金属ストレーナー管で覆って、前記杭体周面位置に、地震動によって生じた前記杭体周辺での地盤過剰間隙水圧の消散経路を形成し、打設された複数本の前記杭体の前記消散経路の上端間に排水管路が形成され、液状化が生じた際に、前記排水管路を負圧状態とし、前記過剰間隙水圧の消散経路を通じて上昇してきた地下水を、前記排水管路を通じて前記構造物外に排水し、地震動作用時の地盤過剰間隙水圧を低減するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、液状化が生じると予測される地層の深さ方向にわたる範囲の杭体周面に、毛細管作用を有する繊維構造からなり、前記杭体周面位置に地震動によって生じた前記杭体周辺での地盤過剰間隙水圧の消散経路を形成する筒状ドレンフィルターを外嵌して、該筒状ドレンフィルターの外周を覆うようにして前記杭体周面に一体的に金属ストレーナー管を嵌着した間隙水圧消散部材を設け、打設された複数本の前記杭体の前記消散経路の上端間に排水管路が形成され、該排水管路に真空ポンプが連結され、液状化が生じた際に、前記真空ポンプの動作により前記排水管路を負圧状態とすることにより、該地盤位置において地震動により液状化が生じた場合にも、負圧状態となった前記排水管路を通じ、前記過剰間隙水圧の消散経路を通じて上昇してきた地下水を、前記構造物外に排水でき、地震動作用時の地盤過剰間隙水圧を低減することができ、液状化による地盤支持力の低下を最小限にすることができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明による液状化対策杭及び同杭を用いた地盤の液状化対策方法の一実施例について、添付図面を参照して説明する。
図１は構造物１のフーチング部分を支持する杭基礎に本発明による液状化対策杭を適用した一例を示した部分断面図である。
図１に示した構造物１は図示しない下層の支持層に支持された杭基礎支持構造物で、この構造物１の地表面近くにはＮ値が１０以下の沖積砂層からなる中間層Ｓが存在している。また、地下水位Ｗも地表面近くに位置する。本実施例では杭種として既製のプレストレストコンクリート杭２（以下、ＰＣ杭２と記す。）が使用されており、所定の杭伏をもとに、打ち込み杭として施工されたものである。このＰＣ杭２が中間層Ｓを貫通する位置のＰＣ杭２の周面には間隙水圧消散部材１０が嵌着されている。
この間隙水圧消散部材１０は図１、図２に内部断面を説明するために示した部分断面図にあるように筒状をなすドレンフィルター１１と、このドレンフィルター１１の外周を覆うようにしてドレンフィルター１１を保護固定する金属ストレーナー管１２とから構成されている。そして、金属ストレーナー管１２は、本実施例ではＰＣ杭２本体に締着バンド１３を介して固着されている。
【００１２】
このうち、ドレンフィルター１１は所定長さの中空長繊維からなる合成繊維を杭長手方向に密に束ねて編み込んだ薄手編布からなる筒状フィルターである。このドレンフィルター１１は全面にわたり、所定長さの中空繊維の繊維端面が分布配置しているので、図１に図示した右側のＰＣ杭２で、その全体を示したように地下水中に浸漬された状態では、中空長繊維を構成する微細な細長い管状体が地下水が満たされるようになっている。また、ドレンフィルター１１の中空長繊維の管状体の空間内に満たされた地下水は、地下水位Ｗより上方において、毛細管現象によりドレンフィルター１１上端位置まで地下水が上昇している。
【００１３】
さらにドレンフィルター１１の上端位置にはリング状の集水管１４がＰＣ杭２本体の外周位置に嵌着されている。この集水管１４は断面形が略中空半円形をなし、図３に詳細を示したように、その内部にはドレンフィルター１１の上端１１ａが入り込むようにして収容されている。これにより、ドレンフィルター１１を介して上昇してきた地下水はこの集水管１４内に集められ、さらに集水管１４の一部に接続されている連結管１５を介して杭上端位置近傍に配設されている排水管２０に排水されるようになっている。この排水管２０には図示しない真空ポンプが接続されている。この真空ポンプの動作回路内には地震動を検知する地震動検知センサーが接続されており、この地震動検知センサーにより所定入力値以上の地震を検知された場合に、動作回路から真空ポンプに動作指令が送られるようになっている。このようにして作動した真空ポンプにより排水管２０内を負圧状態に置くことができる。これにより、ドレンフィルター１１の中空長繊維からなる管状体の毛細管現象を利用した連続的な地下水の排水経路を確保することができる。
【００１４】
金属ストレーナー管１２は、材質がステンレススチール製の有孔管で、ＰＣ杭２の周囲に嵌着されたドレンフィルター１１を保護するとともに、１次ストレーナーとしてドレンフィルター１１への細砂の侵入を防止する役目を果たす。図示したように金属ストレーナー管１２は全周面に縦長スリット１２ａが所定間隔をあけて形成されており、この縦長スリット１２ａを介して内外の地下水が自由に連通できるようになっている。本実施例では金属ストレーナー管１２は、上下端位置に取り付けられた締着バンド１３で上下端を杭体に締め付けるようにしてＰＣ杭２に固定されるようになっている。また、金属ストレーナー管１２の下端は図２に示したように所定間隔に形成された切欠１２ｂと刃部１２ｃとからなり、ＰＣ杭２を打ち込んだ場合の金属ストレーナー管１２の打ち込み時の抵抗を軽減するようになっている。
なお、金属ストレーナー管１２としては、ディープウェル工法等で使用するストレーナー用の専用管でなく、パンチングメタル等の板材を筒状に加工したものでも良い。
【００１５】
次に、ドレンフィルター１１上端に集水された地下水の排水経路について図２及び図３を参照して説明する。
図２、図３に示したように集水管１４の一部には中間位置に可撓部１７が設けられた連結管１５が接続されている。この連結管１５の可撓部１７は弾性限度内の軸方向伸縮量、ねじれ量、鉛直、水平変位量を吸収可能な弾性部材からなり、地震時に生じる杭頭位置の集水管１４側の変位量と、地盤内に埋設された排水管２０側の変位量のズレに追従することができる。
また、排水管２０及び連結管１５位置は図３に示したように地盤面が所定量だけ掘り込まれ、砕石敷き均しを行った上に、埋砂等を用いて所定配管経路に沿って埋設されている。
【００１６】
以上のように構成された液状化対策杭によれば、液状化が発生すると予想される飽和砂層位置に平面状に所定間隔で杭配置されるので、地震が起きた際に地盤を構成する土粒子が飽和状態にある場合でも、杭に向けての排水経路が多数形成されているので、隣接する杭で囲まれた範囲では、十分な排水状態が確保され、杭周辺の地盤での液状化の発生を防止することができる。
【００１７】
以上の説明のうち、ドレンフィルター１１に使用する材料としては中空長繊維構造からなる編布フィルターを挙げたが、この他毛細管作用の大きな繊維構造のパルプ材等をもとに製造したカードボード製の筒状フィルター等も使用することができる。
また、杭本体材料としては、例示のＰＣ杭の他、鉄筋コンクリート杭（ＲＣ杭）、高強度プレストレストコンクリート杭（ＰＨＣ杭）、鋼管コンクリート杭、鋼管杭、形鋼杭等種々のタイプのものが使用できる。
これらの杭を施工するのに適用可能な杭施工法としては、プレボーリングセメントミルク工法のように完成時の構造が過剰間隙水の流通を遮断する杭構造となる施工法は不適であるが、杭周面のドレンフィルター１１部分が杭周辺地盤の過剰間隙水圧の消散経路を確保できる工法であれば、種々の施工法が採用できる。
【００１８】
金属ストレーナー管１２とドレンフィルター１１からなる間隙水圧消散部材１０は、打設する杭径に対応した内径を有する金属ストレーナー管１２と筒状ドレンフィルター１１とをあらかじめ工場等で一体化した所定長さの管体材料の定尺製品として加工しておくことが好ましい。そしてこの定尺製品を現場に搬入し、液状化発生が予想される砂層の深さに対応した管長に現場で切断し、杭体の所定位置に嵌着し、締着バンド等で堅固に杭に固定し、その間隙水圧消散部材を備えた杭を打設する方法のが施工上、効率が良い。
また、液状化のおそれがある砂層が互層地盤中にある場合には、互層をなしている粘土層等の不透水層部分も貫通するようにして過剰間隙水圧の消散経路が杭頭部まで達するように金属ストレーナー管１２の長さ及び位置を決定することが好ましい。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、地震時に液状化の発生の予想される地盤内に設けられた杭基礎設計において、該液状化の発生の予想される地盤において、当該杭の周辺地盤の水平抵抗力が期待できるので、設計土質定数をある程度考慮することができるため、従来の耐震設計で決定されていた杭のサイズ、強度を小さいものにしたり、場合によっては杭施工本数を減らすことができ、工事コストの低減を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液状化対策杭のいくつかの実施例を示した部分断面図。
【図２】図１に示した液状化対策杭の詳細構造を示した部分拡大斜視図。
【図３】図１に示した液状化対策杭の集水管及び排水管との接続部分の詳細構造を示した部分拡大断面図。
【図４】従来の杭基礎の設計において適用する設計地盤面の考え方の一例を示した模式説明図。
【符号の説明】
１  構造物
２  ＰＣ杭
１０  間隙水圧消散部材
１１  ドレンフィルター
１２  金属ストレーナー管
１３  締着バンド
１４  集水管
１５  連結管
２０  排水管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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