(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化層が存在する地盤の液状化対策構造であって、
前記液状化層の上方にて対象領域の全域にわたって形成される改良地盤層と、
前記改良地盤層の上方にて前記対象領域の全域にわたって形成される横ドレーン層と、
前記対象領域の表面に全域にわたって施された舗装と、
前記横ドレーン層に接続すると共に前記舗装に至り、且つ前記液状化層に達するように略鉛直に形成され、前記対象領域に分散配置される複数の縦ドレーンと、
前記対象領域の表面に設けられ、前記横ドレーン層を流通する水を排水する排水溝と、
前記舗装に形成された孔に装着された蓋部材とを有し、
前記液状化層の液状化により発生する過剰間隙水を、前記縦ドレーンおよび前記横ドレーン層を介して前記排水溝に流入させると共に、過剰間隙水圧の上昇に応じて蓋部材を開蓋させるようにしたことを特徴とする地盤の液状化対策構造。
【請求項２】
前記横ドレーン層が砕石層と該砕石層に埋設された排水管とを含み、
前記排水管は、一端が前記縦ドレーンに接続し、他端が前記排水溝に接続するように、前記縦ドレーンに対応して設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の地盤の液状化対策構造。
【請求項３】
前記縦ドレーンが砕石柱状体または透水管を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の地盤の液状化対策構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外構部の地盤や軽微な建物の支持地盤に好適な地盤の液状化対策構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
液状化層が存在する地盤にマンションやオフィスビルといった比較的大きな建物を建築する場合、本体建物に対しては、支持層に達する支持杭を構築したり、支持杭の構築とともに建物直下に締固め砂杭を構築したりするなどの十分な液状化対策が施されることが多い。一方、このような液状化対策には費用がかかるため、駐車場などの外構部の地盤や軽微な建築物（マンションやオフィスビルといった比較的大きな建物以外の建築物であって、例えば、建築基準法第６条第１項第４号に規定される建築物（いわゆる４号建物）。）の支持地盤に対しては十分な液状化対策が行われないことが多い。
【０００３】
外構部などに適用可能な液状化対策の１つとして、グラベルドレーン工法がある。グラベルドレーン工法は、透水性の良好な砕石によって地盤中に柱状体を形成し、或いは柱状体の上端に連通するように平板状のグラベルマットを敷設して、地震時の液状化による過剰間隙水圧を消散させる工法である。
【０００４】
グラベルドレーン工法と同様なメカニズムによる液状化対策として、砕石柱状体を構築する代わりに、削孔機械により地盤にケーシングを打ち込んで形成した鉛直孔にドレーン管を埋設し、ドレーン管の上に透水性の良好な砕石を敷くことで、地震時の間隙水圧を消散させる工法や、地表に桝を埋設してこの桝の底板にケーシングを打ち込み、有孔管の外周面に透水材を配置したドレーン部材を鉛直孔に埋設して、ドレーン部材の上端を桝内に位置させるとともに、隙間が形成されるようにドレーン部材にキャップを取り付けて、隙間から溢れ出た水を桝に連結した排水用構に流すようにした工法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０４８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の液状化対策工法では、入力地震動が想定以上になったときには、液状化を防止できないこともあり、その結果、地盤表面の不同沈下を防止することができない。したがって、外構部であったとしても、例えば駐車場が不同沈下して車両が走行できない状態となったり、外構部に構築された構築物が破損または傾倒したりするなど、地盤としての機能を果たせなくなる虞がある。また、従来のグラベルドレーン工法では、過剰間隙水の排水経路が考慮されていなかった。特許文献１の技術を適用して、過剰間隙水を排水用溝に排水することが考えられるが、排水処理能力を超える量の過剰間隙水が発生した場合には、過剰間隙水が地表に噴出するため、やはり舗装の破損や構築物の破損または傾倒を防止することはできない。
【０００７】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、比較的安価かつ容易に施工することができ、地震時に不同沈下を防止できる地盤の液状化対策構造を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、過剰間隙水圧が高くなった場合にも地盤としての機能が失われることのない地盤の液状化対策構造を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、液状化層（１３）が存在する地盤（１０）の液状化対策構造（２０）であって、前記液状化層の上方にて対象領域（６・７）の全域にわたって形成される改良地盤層（２１）と、前記改良地盤層の上方にて前記対象領域の全域にわたって形成される横ドレーン層（２２）と、前記横ドレーン層に接続し且つ前記液状化層に達するように略鉛直に形成され、前記対象領域に分散配置される複数の縦ドレーン（２４）と、前記対象領域の表面に設けられ、前記横ドレーン層を流通する水を排水する排水溝（２５）とを有し、前記液状化層の液状化により発生する過剰間隙水を、前記縦ドレーンおよび前記横ドレーン層を介して前記排水溝に流入させるようにする。
【０００９】
このような構成とすることにより、縦ドレーンに流入した過剰間隙水を排水溝で処理することができ、地盤沈下を許容しつつも、液状化層の上方に存在する改良地盤層により地盤の不同沈下を防止することができる。また、従来のグラベルドレーン工法に改良地盤層および排水溝を追加することで構築できるので、比較的安価かつ容易に施工することができる。したがって、外構部の地盤や軽微な建物の支持地盤に好適であり、外構部などとして利用される地盤に適用した場合に、地震発生時にその機能が失われることを防止できる。
【００１０】
また、本発明の一側面によれば、前記対象領域の表面には全域にわたって舗装（２３）が施され、前記縦ドレーンが前記舗装に至るように形成され、前記舗装には孔（１３ａ）が形成され、当該孔には過剰間隙水圧の上昇に応じて開蓋する蓋部材（２６）が装着された構成とすることができる。
【００１１】
地盤に舗装が施されている場合には、横ドレーン層および排水溝の排水処理能力を超える量の過剰間隙水が発生すると、横ドレーン層内の過剰間隙水圧が高くなり、過剰間隙水が地表に噴出するため、舗装が破壊されて地盤がその機能を損失するが、このような構成とすることにより、排水処理能力を超える量の過剰間隙水が発生しても、蓋部材が開蓋することで過剰間隙水が地表に噴出可能となり、舗装の破損による地盤の機能損失を防止できる。
【００１２】
また、本発明の一側面によれば、前記横ドレーン層（２２）が砕石層（２２Ａ）と該砕石層に埋設された排水管（２２Ｂ）とを含み、前記排水管は、一端が前記縦ドレーン（２４）に接続し、他端が前記排水溝（２５Ａ）に接続するように、前記縦ドレーンに対応して設けられた構成とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、横ドレーン層の排水処理能力を向上でき、過剰間隙水が地表に噴出することを抑制できるため、多大な過剰間隙水が発生した場合でも、地盤の機能が失われることを防止できる。
【００１４】
また、本発明の一側面によれば、前記縦ドレーンが砕石柱状体（２４Ａ）または透水管（２４Ｂ）を含む構成とすることができる。
【００１５】
この構成によれば、地盤の状態に応じて縦ドレーンとして砕石柱状体または透水管を適宜選択し、低コストで最適な性能の液状化対策構造を構築することができる。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、比較的安価かつ容易に施工することができ、地震時に不同沈下を防止でき、かつ過剰間隙水圧が高くなった場合にも機能が失われることのない地盤の液状化対策構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る液状化対策構造の平面図
【図２】図１中のII−II断面図
【図３】図２中の要部拡大図
【図４】図３に示す蓋部材の例を示す斜視図
【図５】第１実施形態に係る液状化対策構造の構築手順の説明図
【図６】第２実施形態に係る液状化対策構造の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る液状化対策構造２０のいくつかの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
≪第１実施形態≫
図１に示すように、敷地１には、マンション２のほか、駐輪場３や電気室４、ごみ置場５といった軽微な建物が建設されている。敷地１では、マンション２のエントランスおよび駐輪場３へ接続するアプローチ部６にタイル舗装が施され、駐車場７にはアスファルト舗装が施されている。図２に示すように、敷地１は液状化層１３が存在する液状化地盤１０であり、支持層１１の上方に非液状化層１２、液状化層１３および非液状化層１４がこの順に堆積している。
【００２０】
ここでは敷地１のうちアプローチ部６および駐車場７として利用される地盤を対象領域として液状化対策構造２０を構築する。各対象領域（アプローチ部６および駐車場７）に対する液状化対策構造２０は、液状化層１３の上方にて非液状化層１４の上部を対象領域の全域にわって改良して形成された改良地盤層２１と、改良地盤層２１の上方にて対象領域の全域にわたって形成された横ドレーン層２２と、横ドレーン層２２の上方であって液状化地盤１０の表面に形成された舗装２３とが積層されて構成されている。
【００２１】
また、液状化地盤１０の対象領域には、平面視で所定の間隔をもって分散配置された縦ドレーン２４が形成され、対象領域の表面には、所定の間隔をもって排水溝２５が形成されている。
【００２２】
液状化層１３は、含水状態の砂質土からなり、地震時には振動によって砂粒の間に飽和していた水が流動し、砂粒の粒間結合が破られて液体のようにふるまうことで支持力を失う層である。液状化層１３が液状化すると、流動化した間隙水の水圧が急上昇し、過剰間隙水が発生する。
【００２３】
非液状化層１４は、地震時に液状化しない層である。一方、改良地盤層２１は、地表面近くの比較的浅い地盤（例えば、地表から２ｍの非液状化層１４）を改良した浅層改良地盤層であり、例えば粉体系またはスラリー系の固化材を非液状化層１４に攪拌、混合し、転圧により締め固めて固化させることにより形成される。非液状化層１４および改良地盤層２１は、アプローチ部６および駐車場７の路床となる。
【００２４】
縦ドレーン２４は、地震時に発生する液状化層１３の過剰間隙水を上方向に排水するためのものであり、ここでは砕石柱状体（グラベルドレーン）２４Ａからなり、横ドレーン層２２に接続し且つ液状化層１３に達するように略鉛直に形成される。なお、砕石には、空隙が多く排水能力の高い単粒度砕石を用いるとよい。縦ドレーン２４は、下端が液状化層１３に達していればよいが、ここでは液状化層１３に突入して液状化層１３の下面に至る長さとされている。
【００２５】
横ドレーン層２２は、縦ドレーン２４により上方へ排出された液状化層１３の過剰間隙水を水平方向に排水するための層であり、ここでは砕石層（グラベルマット）２２Ａにより構成される。なお、砕石には、縦ドレーン２４と同様に空隙が多く排水能力の高い単粒度砕石を用いるとよい。横ドレーン層２２はアプローチ部６および駐車場７の路盤となる。
【００２６】
アプローチ部６の舗装２３は、横ドレーン層２２の上にサンドクッションを敷設し、その上にブロックやタイルを敷き詰めて目地を砂で充填した透水性のものである。一方、駐車場７の舗装２３は、非透水性のアスファルト舗装であり、横ドレーン層２２を水密に覆っている。
【００２７】
図３に示すように、排水溝２５には、溝の底面２５ａが横ドレーン層２２の上面よりも低い位置となる深さを有する透水性のＵ字溝２５Ａと、溝の底面２５ａが横ドレーン層２２の上面よりも高い位置となる透水性のＬ型側溝２５Ｂとがある。Ｕ字溝２５Ａは、底壁および両側壁が透水性（ポーラスコンクリート）とされており、過剰間隙水の水位が溝の底面２５ａよりも高くなると、横ドレーン層２２内を流通する水がＵ字溝２５Ａ内に流入して排水されるようになっている。一方、Ｌ型側溝２５Ｂは、底壁が透水性とされており、横ドレーン層２２内を流通する過剰間隙水の水圧がＬ型側溝２５Ｂの底壁の厚さ分だけ高くなると、過剰間隙水がＬ型側溝２５Ｂ内に流入して排水されるようになっている。
【００２８】
舗装２３には適所に孔２３ａが形成されており、この孔２３ａには過剰間隙水圧の上昇に応じて開蓋する蓋部材２６が装着されている。孔２３ａおよび蓋部材２６は、直上に排水溝２５がない縦ドレーン２４に対応する位置に配置されている。縦ドレーン２４および横ドレーン層２２が同じ砕石からなり、両者が接続して境界がないことから、縦ドレーン２４の上端に孔２３ａおよび蓋部材２６が設けられていると言うことができる。
【００２９】
舗装２３に設ける孔２３ａおよび蓋部材２６は、例えば図４（Ａ）に示すように、孔２３ａを画成する円筒枠２７と円筒枠２７に装着される蓋部材２６とからなるマンホール状の蓋組立体２８を横ドレーン層２２上に設置し、その周囲をアスファルト舗装することで設置することができる。或いは、図４（Ｂ）に示すように、型抜きまたはコア抜きによって舗装２３に孔２３ａを直接形成し、この孔２３ａに適合する蓋部材２６を嵌装させることで設置することもできる。いずれの場合においても、横ドレーン層２２内の過剰間隙水圧によって舗装２３が破損する水圧よりも小さな水圧で蓋部材２６が孔２３ａから外れ、過剰間隙水が孔２３ａから噴出できるようにする。
【００３０】
次に、図５を参照して液状化対策構造２０の構築手順について説明する。（Ａ）に示すように、支持層１１（図２）、非液状化層１２、液状化層１３および非液状化層１４がこの順に堆積した液状化地盤１０に対し、施工機械３１を用いて固化材を攪拌、混合し、転圧により締め固めて固化させる浅層混合処理を行うことにより、非液状化層１４の上部を改良して改良地盤層２１を形成する。この際、Ｕ字溝２５Ａの下方に横ドレーン層２２を形成するために必要がある場合には、改良地盤層２１が固化する前にこの部分を掘削しておく。
【００３１】
次に、（Ｂ）に示すように、改良地盤層２１上にケーシングパイプ３２を備える専用機械３３を設置して、非液状化層１２に達するように、すなわち液状化層１３を貫通するようにケーシングパイプ３２を液状化地盤１０中に挿入し、ケーシングパイプ３２の先端から砕石を供給しながらケーシングパイプ３２を引き抜くことにより、ケーシングパイプ３２によって形成された鉛直孔を砕石で充填して、砕石柱状体２４Ａからなる縦ドレーン２４を構築する。
【００３２】
全ての縦ドレーン２４を構築した後、（Ｃ）に示すように、Ｕ字溝２５ＡおよびＬ型側溝２５Ｂ（図３）を設置しながら、改良地盤層２１上に砕石を敷き詰めて砕石層２２Ａからなる横ドレーン層２２を構築する。最後に、（Ｄ）に示すように、横ドレーン層２２の上にアスファルト舗装を施して液状化地盤１０の表面に舗装２３を構築するとともに、舗装２３の縦ドレーン２４に対応する位置に孔２３ａを設けて蓋部材２６を設置することにより、液状化対策構造２０を構築する。
【００３３】
液状化対策構造２０がこのように構成されることにより、地震時に液状化層１３が液状化することで発生した過剰間隙水は、図３に矢印で示すように、縦ドレーン２４に流入して上昇した後、横ドレーン層２２を通って水平方向に移動して排水溝２５に流入し、排水溝２５により排水処理される。これにより、液状化地盤１０は、液状化時に液状化層１３が凝縮して沈下するものの、改良地盤層２１が液状化層１３の上方に存在することによって不同沈下が生じることはない。また、液状化対策構造２０は、従来のグラベルドレーン工法に対して改良地盤層２１および排水溝２５を加えることで構築できるので、比較的安価かつ容易に施工できる。そのため、液状化地盤１０の敷地１のうちアプローチ部６や駐車場７などの外構部として利用される領域にも好適であり、地震発生時に駐車場７などがその機能を失うことを防止できる。
【００３４】
また、駐車場７の舗装２３として安価な非透水性のアスファルトを用いることができる。そして、このように舗装２３によって横ドレーン層２２が水密に覆われていても、舗装２３に蓋部材２６が設けられているため、液状化の程度が大きく横ドレーン層２２および排水溝２５の排水処理能力を超える量の過剰間隙水が発生した場合にも、蓋部材２６が外れて過剰間隙水が孔２３ａから噴出する。そのため、舗装２３が破損して対象領域のアプローチ部６または駐車場７としての機能が失われることはない。
【００３５】
≪第２実施形態≫
次に、図６を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成や手順、作用効果についての説明は省略する。本実施形態では、縦ドレーン２４として、砕石柱状体２４Ａではなく有孔管２４Ｂが用いられ、横ドレーン層２２として、砕石層２２Ａに加え、砕石層２２Ａ中に略水平に埋設された排水管２２Ｂが用いられている。排水管２２Ｂは、直上に排水溝２５がない縦ドレーン２４に対して設けられ、砕石層２２Ａの下部に配置されて継手２９を介して有孔管２４Ｂに接続されるとともに、Ｕ字溝２５Ａの側壁に形成された貫通孔２５ｂに挿入されてＵ字溝２５Ａに接続されている。排水管２２Ｂは、例えば塩化ビニル管からなり、管壁に孔のないものであっても有孔管であってもよい。有孔管を用いる場合には、設置時における上半のみに孔が形成されたものを用いることができ、このような形態とすることにより、大量の過剰間隙水が流通する場合のみに過剰間隙水が横ドレーン層２２へ漏洩するようになり、過剰間隙水圧が低い場合には即座にＵ字溝２５Ａに排水することができる。縦ドレーン２４の有孔管２４Ｂは、継手２９からさらに上方へ延びて舗装２３に至っており、その上端に蓋部材２６が装着されている。
【００３６】
液状化対策構造２０がこのように構成されていても、液状化層１３で発生した過剰間隙水は、有孔管２４Ｂに流入して縦ドレーン２４を上昇した後、排水管２２Ｂに流入して横ドレーン層２２に沿って水平移動し、排水溝２５により処理される。また、縦ドレーン２４および横ドレーン層２２に砕石を用いた場合には、液状化層１３の液状化時に発生する泥水の流入によって目詰まりが生じやすいが、縦ドレーン２４に有孔管２４Ｂを、横ドレーン層２２に排水管２２Ｂをそれぞれ用いたことによって目詰まりが生じにくくなるため、液状化対策構造２０の耐用性を向上（耐用液状化回数を増大）することができる。
【００３７】
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、液状化層１３の上に非液状化層１４が堆積した液状化地盤１０に対して液状化対策構造２０を構築しているが、液状化地盤１０の表層に液状化層１３が存在する地盤に対して適用することもできる。この場合には、液状化層１３の上部を浅層混合処理して改良地盤層２１を形成すればよい。また、上記実施形態では、アプローチ部６および駐車場７に対して液状化対策構造２０を適用しているが、駐輪場３や電気室４などの軽微な建物の地盤に適用してもよい。また、上記実施形態では、排水溝２５を縦ドレーン２４の上方に設けているが、平面視で縦ドレーン２４から離れた位置に排水溝２５を設けてもよい。
【００３８】
一方、上記第２実施形態では、横ドレーン層２２に排水管２２Ｂを用いているが、排水管２２Ｂを用いずに、縦ドレーン２４の有孔管２４Ｂを砕石層２２Ａからなる横ドレーン層２２に接続する（有孔管２４Ｂの上端を砕石層２２Ａに突入させる）形態とすることもできる。さらに、上記第２実施形態では、縦ドレーン２４に有孔管２４Ｂを用いているが、透水性を有する透水管であれば、例えばポーラスコンクリートからなる管を用いてもよい。また、上記第２実施形態において、縦ドレーン２４として第１実施形態の砕石柱状体２４Ａを用いる形態とすることも可能である。
【００３９】
他方、既設の駐車場７などで、改良地盤層２１が形成されており、かつ改良地盤層２１の上に砕石層２２Ａが設けられている地盤に対して液状化対策構造２０を構築することもできる。この場合は、既設の砕石層２２Ａを横ドレーン層２２として利用し、縦ドレーン２４を構築して蓋部材２６を設置すればよい。この他、各部材の具体的形状や、配置、素材、並びに施工手順の順序などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した本発明に係る液状化対策構造２０の各構成要素および施工手順は、必ずしも全てが必須ではなく、適宜取捨選択可能である。
【符号の説明】
【００４０】
６      アプローチ部（対象領域）
７      駐車場（対象領域）
１０    液状化地盤
１３    液状化層
２０    液状化対策構造
２１    改良地盤層
２２    横ドレーン層
２２Ａ  砕石層
２２Ｂ  有孔管（透水管）
２３    舗装
２３ａ  孔
２４    縦ドレーン
２４Ａ  砕石柱状体
２４Ｂ  有孔管
２５    排水溝
２５Ａ  Ｕ字溝（排水溝）
２５Ｂ  Ｌ型側溝（排水溝）
２６    蓋部材
【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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