(57)【要約】【課題】設計震度以上の地震が発生した場合でも、間隙水圧の上昇を抑制することによって液状化に対する耐性を改善することができる液状化防止構造およびその工法を提供することである。【解決手段】液状化防止構造１は、砂層地盤２に適宜間隔ごとに打設された深部ドレーン５間に浅部６に位置する浅部ドレーン７が適宜間隔ごとに打設されたことである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂層地盤に適宜間隔ごとに打設された深部ドレーン間に浅部に位置する浅部ドレーンが適宜間隔ごとに打設されたことを特徴とする液状化防止構造。
【請求項２】
浅部ドレーンは深部ドレーンを中心にして適宜間隔ごとに打設されたことを特徴とする請求項１に記載の液状化防止構造。
【請求項３】
浅部ドレーンは長さがそれぞれ異なることを特徴とする請求項１または２に記載の液状化防止構造。
【請求項４】
砂層地盤に深部まで達する深部ドレーンを適宜間隔ごとに打設した後、これらの深部ドレーン間に浅部に位置する浅部ドレーンを適宜間隔ごとに打設することを特徴とする液状化防止工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は液状化防止構造およびその工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
砂層地盤などでは地震時における過剰間隙水圧により地盤の支持力を低下させる液状化現象が発生することが知られている。この地震時に発生する過剰間隙水圧が土被り圧と同じ大きさに達すると液状化するため、特に土被り圧の小さい浅部ほど液状化しやすくなる。この液状化防止工法としては締め固め工法、固化処理工法および間隙水圧消散工法などがあり、このうちの間隙水圧消散工法は、地盤に発生する間隙水圧を抑制することを目的として、図１３に示すような液状化防止構造３１が形成されていた。これは対象層３２の同じ深度まで等間隔に排水性の良いドレーン３３を打設していた。また、その他の液状化防止工法としては、例えば特開２００４−１０７９３１号公報の発明が開示されている。
【特許文献１】特開平２００４−１０７９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の液状化防止工法としての間隙水圧消散工法においては、ドレーンが同じ深度まで等間隔に打設されたため、効率的な打設をすることができなかった。また上記の工法では、図１３の（２）に示すように、設計震度以上の地震が発生した場合には、周辺地盤３４からドレーン３３に集水した過剰間隙水３５が深部から徐々に流入して地表面に抜け出ようとするため、地表面付近における間隙水３６はドレーン３３で排水できる量を超えてしまっている。この結果、地表面付近における間隙水３６の排水が遅れて液状化が発生してしまうという問題があった。
【０００４】
本願発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、設計震度以上の地震が発生した場合でも、間隙水圧の上昇を抑制することによって液状化に対する耐性を改善することができる液状化防止構造およびその工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するための液状化防止構造は、砂層地盤に適宜間隔ごとに打設された深部ドレーン間に浅部に位置する浅部ドレーンが適宜間隔ごとに打設されたことを特徴とする。また浅部ドレーンは深部ドレーンを中心にして適宜間隔ごとに打設されたことを含む。また浅部ドレーンは長さがそれぞれ異なることを含むものである。
また液状化防止工法は、砂層地盤に深部まで達する深部ドレーンを適宜間隔ごとに打設した後、これらの深部ドレーン間に浅部に位置する浅部ドレーンを適宜間隔ごとに打設することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
設計震度以上の地震が発生した場合でも、間隙水圧の上昇を抑制することによって液状化に対する耐性を改善することができる。排水量に応じてドレーンを打設したことにより、従来の設計手法を用いて設計した場合と比較してドレーン材の総打設長さを低減することができる。また、既にドレーンによって改良された地盤についてはより大きな地震動に対する耐性を付加することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本願発明の液状化防止構造および液状化防止工法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。はじめに液状化防止構造の実施の形態について説明し、次に液状化防止工法の実施の形態について説明するが、各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成は異なった符号を付して説明する。
【０００８】
図１は液状化しやすい砂層地盤２、すなわち地下水位が高くて液状化し易い砂層地盤２にドレーン３を打設した液状化防止構造１であり、ドレーン３はペーパードレーンの他、砂利、砕石、礫などのグラベルドレーンまたはサンドドレーンなどが打設される。
【０００９】
このドレーン３は砂層地盤２の深部４まで達した深部ドレーン５が、例えば、縦横１．６ｍの間隔（正方形配置）９で打設され、これらの深部ドレーン５間に浅部６にのみ位置する浅部ドレーン７が打設されている。この浅部ドレーン７は深部ドレーン５で形成した正方形の中央部と、深部ドレーン５間の中間部とにそれぞれ打設されている。また浅部ドレーン７の長さは深部ドレーン５よりも短く、深部４までは打設されていない。
【００１０】
したがって、浅部ドレーン７の打設間隔８を、例えば、縦横０．８ｍ（正方形配置）の間隔８にすると、浅部６では深部ドレーン５も打設されているため打設間隔８が狭くなるが、深部４においては深部ドレーン５のみが打設されているため打設間隔９が広くなっている。このため設計震度以上の地震の発生により、図２の（１）に示すように、深部ドレーン５の許容排水量を超える過剰間隙水１０が発生した場合であっても、図２の（２）に示すように、深部ドレーン５で排水できる間隙水１１は深部ドレーン５で排水し、浅部ドレーン７で排水できる間隙水１２は浅部ドレーン７で排水するため、過剰間隙水１０の効率的な排水ができ、液状化の発生を防ぐことができる。
【００１１】
また図３は他の液状化防止構造１３である。このように地下水位が高い砂層地盤２の上に盛土１４などがある場合、地震による水圧によって水位が上昇（地盤が沈下）し、この上昇水位により上の地盤や盛土１４が液状化する。この液状化防止構造１３は浅部６において狭い間隔に打設した浅部ドレーン７と深部ドレーン５とで、地下水位以下の砂層１５に生じる間隙水圧を消散させることにより、地下水位以上における砂層１６の液状化を防止するものである。
【００１２】
また図４は他の液状化防止構造１７である。これは液状化層の上部に粘土層などの難透水層１８がある場合、地下水位以下の砂層１５で発生した間隙水圧がすぐに消散できず、地震後にだらだらと時間遅れで変形が生じることがある。この液状化防止構造１７においても、上記と同様に、浅部６において狭い間隔で打設した浅部ドレーン７と深部ドレーン５とで、地下水位以下の砂層１５に生じる間隙水圧を速やかに消散させることにより、地盤の変形を抑制するものである。
【００１３】
また図５は他の液状化防止構造１９である。これは深部ドレーン５間に二本の浅部ドレーン、すなわち上記の浅部ドレーン７と同じ長さの浅部ドレーン２０と、これよりも短い浅部ドレーン２１とを打設したものであり、深部ドレーン５を含めて三種類の長さのドレーン３が打設されている。
【００１４】
これらのドレーン３は砂層地盤２の深部４まで達した深部ドレーン５が、例えば、縦横２．０ｍの間隔（正方形配置）２２で打設され、これらの深部ドレーン５間に浅部６にのみ位置する浅部ドレーン２０が１．０ｍ（深部ドレーン５との間隔）間隔２３で打設され、また短い浅部ドレーン２１が０．７ｍ（深部ドレーン５および浅部ドレーン２０との間隔）間隔２４で打設されている。
【００１５】
したがって、深部ドレーン５間の浅部６に二本の浅部ドレーン２０、２１が打設されているため打設間隔２２、２３、２４がさらに狭くなっている。このため設計震度以上の地震の発生により、深部ドレーン５の許容排水量を超える過剰間隙水２５が発生した場合であっても、図６に示すように、各ドレーン５、２０、２１で分担して排水するため、過剰間隙水２５の効率的な排水ができ、液状化の発生を防ぐことができる。
【００１６】
また図７および図８は他の液状化防止構造２６である。これは深部４まで延びた深部ドレーン５を中心にして四角錐を形成する位置の浅部６に浅部ドレーン２０と、これよりも短い浅部ドレーン２１とを打設したものである。すなわち平面配置において、２．０ｍ間隔で打設された深部ドレーン５の中間における浅部（深部ドレーン５と１．０ｍ離れた位置）６に浅部ドレーン２０を打設（浅部ドレーン２０同士は２．０ｍ間隔）するとともに、この浅部ドレーン２０の中間における浅部（深部ドレーン５と１．０ｍ離れた位置）６に、これよりも短い浅部ドレーン２１を打設（浅部ドレーン２１同士は２．０ｍ間隔）することにより、深部ドレーン５を中心に四角錐を形成する位置の浅部６に浅部ドレーン２０、２１が打設されている。よって、平面配置において１本の深部ドレーン５を中心に４本の短い浅部ドレーン２１が２．０ｍ間隔で正方形位置に打設されるとともに、その他の４本の浅部ドレーン２０が１．４ｍ間隔で正方形に配置されている。
【００１７】
このような深部ドレーン５と浅部ドレーン２０、２１との打設配置により、液状化対象の砂層地盤２を四角錐状の連続したブロック２７に区分し、これらのブロック２７における間隙水を四角錐状の位置に打設した各ドレーン５、２０、２１で排水するものとする。すなわち深部４においては深部ドレーン５で、この周囲の浅部６においては浅部ドレーン２０、２１でそれぞれ間隙水を排水することにより効率的な排水が可能になる。このように深部ドレーン５の周囲に長さの異なる浅部ドレーン２０、２１を打設することにより、効率的な排水ができるドレーン配置になる。
【００１８】
この浅部ドレーン２０、２１の本数や長さは、上記のものに限らず、砂層地盤２の状況に応じて決定する（もちろん２本以上であっても良い）。また浅部ドレーン２０，２１は深部ドレーン５を中心にした四角錐を形成する位置に限らず、深部ドレーン５を中心にした円錐を形成する位置に打設することもでき、さらに任意の形状に形成する位置にドレーンを打設することもできる。
【００１９】
また図９および図１０は本願発明の効果を実証するために、遠心実験装置を用いて行った模型実験を示したものである。これは８号珪砂を用いて作成した相対密度６０％の砂層地盤２８中に、ドレーン３を正方形配置で全深度まで打設した液状化防止構造（図１３に示す従来構造）３１と、ドレーン３の打設間隔を深部４と浅部６とで変えて打設した液状化防止構造（本願構造）１との加振時における過剰間隙水圧の挙動を計測したものである。また上記の図中において２９は間隙水圧計、３０は加速度計である。
【００２０】
また図１１は最大過剰間隙水圧比の深度分布を示したものであり、点線で示す従来構造３１による結果は、地盤の浅部６で大きな過剰間隙水圧比が発生しているが、浅部６に浅部ドレーン７を設置した本願構造１による結果は、全層で過剰間隙水圧比が抑制されており、地盤の液状化に対する耐性が改善されていることが明らかになった。なお、図２中において３．２ｍ（下３．２ｍを含む）と４．８ｍ（下４．８ｍを含む）とは深部ドレーン５間隔であり、上１．６ｍと上２．４ｍは浅部ドレーン７間隔、または浅部ドレーン７と深部ドレーン５との間隔である。
【００２１】
また下記の表１は、加振によって生じた鉛直ひずみを、従来構造３１と本願構造１とで比較したものである。本願構造１による実験ケース（ｃ）は、従来構造３１におけるケース（ｂ）の３．２ｍと、４．８ｍとの深部ドレーン５に、１．６ｍと２．４ｍの浅部ドレーン７を追加したものであるが、従来構造３１によって全深度の地盤を改良したケース（ａ）と同等の効果を得られることが確認できた。さらにケース（ｄ）では過剰間隙水圧がケース（ｃ）よりも抑制されており、より効率的な配置となっていることがわかる。
【表１】
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【００２２】
従来工法の設計手法によってドレーンの打設間隔を１．６ｍに決定したケースに対し、本願発明のドレーンの打設間隔、すなわち深部ドレーン５間隔を３．２ｍ、浅部ドレーン７間隔または浅部ドレーン７と深部ドレーン５との間隔を１．６ｍとしたケースにおいては同等の改良効果を得ており、本願構造１は、従来構造３１に比べてドレーンの総打設長さが約６３％低減されることを確認することができた。
【００２３】
また、従来構造３１で４．８ｍ間隔に打設したケースでは大きな鉛直ひずみが生じているが、浅部６のみ２．４ｍ間隔になるようにドレーンを追加した本願構造１によるケース、すなわち深部ドレーン５間隔を４．８ｍ、浅部ドレーン７間隔または浅部ドレーン７と深部ドレーン５との間隔を２．４ｍとしたケースでは鉛直ひずみが小さく、従来構造３１では液状化が生じてしまう地震動に対しても液状化を抑制できることが確認できた。
【００２４】
なお、上記の実施の形態において、深部ドレーン５同士、および浅部ドレーン７同士はそれぞれ同じ長さ、すなわち同じ深度であるが、深部ドレーン５同士の長さ、および浅部ドレーン７同士の長さを地下水の水位状態に応じて変えることもできる。さらに深部ドレーン５同士の長さを同じにし、浅部ドレーン７同士の長さを変えることもでき、これとは反対に深部ドレーン５同士の長さを変え、浅部ドレーン７同士の長さを同じにすることもできる。また、上記の実施の形態において、深部ドレーン５間に打設された浅部ドレーン７は１本または２本であったが、これ以上打設することもできる。
【００２５】
また図１２は、上記とは異なったドレーンの平面配置を示したものである。（１）は深部ドレーン５の周囲に浅部ドレーン７を打設して、一つの深部ドレーン５と二つの浅部ドレーン７とによって正三角形配置になるようにしたものである。また（２）は正方形配置の深部ドレーン５の中央部に浅部ドレーン７を打設して、二つの深部ドレーン５と二つの浅部ドレーン７とによって正方形配置になるようにしたものである。さらに（３）は正方形配置の深部ドレーン５の中央部と、深部ドレーン５間とに浅部ドレーン７を打設して、一つの深部ドレーン５と三つの浅部ドレーン７とによって正方形配置になるようにしたものである。
【００２６】
次に、ドレーン材としてペーパードレーンを用いた液状化防止工法について説明する。まず、図１に示すように、砂層地盤２に深部４まで達する長さの深部ドレーン５を縦横  １．６ｍの間隔（正方形配置）で打設する。次に、これらの深部ドレーン５間における地盤の浅部６のみに浅部ドレーン（深部ドレーン５よりも短い）７を縦横０．８ｍの間隔（正方形配置）で打設する。この結果、浅部ドレーン７は深部ドレーン５よりも短いため、浅部６においては打設間隔８が狭くなるが、深部４においては広くなる。
【００２７】
なお、この液状化防止工法はグラベルドレーンやサンドドレーンを用いた場合も同じ方法で行うものであり、これらのドレーンの場合は浅部ドレーン７の径を深部ドレーン５よりも大きくすることができる。また図１２に示す平面配置にドレーンを打設する場合も上記と同じ方法で行うものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願発明の液状化防止構造であり、（１）は平面図、（２）は同断面図である。
【図２】過剰間隙水の排水量を示したドレーンの断面図である。
【図３】本願発明の他の液状化防止構造の断面図である。
【図４】本願発明の他の液状化防止構造の断面図である。
【図５】本願発明の液状化防止構造であり、（１）は平面図、（２）は同断面図である。
【図６】図５の液状化防止構造の排水量を示したドレーンの断面図である。
【図７】本願発明の他の液状化防止構造の平面図である。
【図８】（１）はドレーンを四角錐状に配置した平面図、（２）および（３）は同斜視図である。
【図９】最大過剰間隙水圧比の深度分布実験に用いた液状化防止構造の平面図である。
【図１０】最大過剰間隙水圧比の深度分布実験に用いた液状化防止構造の断面図である。
【図１１】最大過剰間隙水圧比の深度分布図である。
【図１２】（１）〜（３）はドレーンの他の平面的配置を示す図である。
【図１３】従来の液状化防止構造であり、（１）は平面図、（２）は同断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、１３、１７、１９、２６、３１  液状化防止構造
２、２６  砂層地盤
３、３３  ドレーン
４  深部
５  深部ドレーン
６  浅部
７、２０、２１  浅部ドレーン
８、９、２２、２３、２４  打設間隔
１０、２５、３３  過剰間隙水
１１、１２、３５、３６  間隙水
１４  盛土
１５、１６  砂層
１８  難透水層
２７  四角錐状のブロック  
２９  間隙水圧計
３０  加速度計
３２  対象層
３４  周辺地盤
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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