(57)【要約】【課題】地震により発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させ、地盤の液状化を防止することができる。特に、フィルターは砂の数倍の透水性を有するもので、目詰まりもせず、迅速に過剰間隙水を通過させてドレーン材内に導くことができる。【解決手段】線状合成樹脂を重ねた円筒状の表面開孔率の大きな排水材２の周囲に砂の数倍の透水性を有するフィルター３を巻き、基本長さの排水材を専用のジョイントを用いて継足して所定深度の地盤内まで設置できるようにしたドレーン材１を、液状化の可能性の高い地盤に設置し、地震により発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させ、地盤の液状化を防止する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状合成樹脂を重ねた円筒状の表面開孔率の大きな排水材の周囲に砂の数倍の透水性を有するフィルターを巻き、基本長さの排水材を専用のジョイントを用いて継足して所定深度の地盤内まで設置できるようにしたドレーン材を、液状化の可能性の高い地盤に設置し、地震により発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させ、地盤の液状化を防止することを特徴とした液状化対策工法。
【請求項２】
フィルターは、合成繊維を素材とした所定の透水性を有する編布あるいは織布である請求項１記載の液状化対策工法。
【請求項３】
フィルターは、ナイロン系の特殊糸（３０デニール　　モノヒラメント糸）を４０ｇ／ｍ２の目付けで編んだ布である請求項２記載の液状化対策工法。
【請求項４】
排水材の線状合成樹脂は廃プラスチックのリサイクル材を原料とする請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の液状化対策工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、埋立地又は盛土造成地などの人工的に形成された土地、並びに海、河川辺の土地で地下水位が高く軟弱な砂質地盤等において、地震によって生ずる液状化を防止する液状化対策工法の中の一つとして地震時に発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させる新しい排水工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
砂質地盤等における液状化の防止方法としては、砂質地盤に一種の井戸を掘り、地震発生時に上昇した地下水圧をその井戸から地表に逃がすことにより、液状化現象を抑制しようとするものとして、従来、例えば直径が１０ｃｍ程度のプラスチック製のパイプに多数の孔を開けたドレーンパイプの外周面に織布からなる薄いシート状のフィルター材を巻き付けたものを、対象とする砂質地盤中に所定間隔をもって縦方向に複数本埋設するドレーンパイプ工法、及び、対象とする砂質地盤に例えば直径５０ｃｍ、深さ２０ｍ程度の穴を所定間隔をもって複数個掘削し、その穴内に砕石を投入し、充填して砕石杭を形成する砕石ドレーン工法が採用されていた。
【０００３】
ドレーンパイプ工法においては、多数の孔を開けたプラスチック製パイプの外周面にシート状のフィルター材を被覆したものであり、多数開けた孔の間隔が広いと急激な地下水圧の上昇による排水ができないばかりでなく、孔の開いている部分に対応するフィルター材が局部的にしか作用せず、フィルター機能が著しく低下する恐れがある。またドレーンパイプの開孔率は２０〜３０％であるため水平方向の間隙水の流入量には限度があり、ドレーン材の透水性能に限界がある。
【０００４】
逆に、多数開けた孔の間隔を狭くすると、集水性は向上するがパイプ自体の強度、即ち土圧に対する耐圧性が劣化し長期埋設及び複数回の小地震によって、パイプが土圧により押し潰されてしまい、必要となった時（気象庁の震度階級で５程度以上の地震が生じた時）その機能が果たせなくなる。
【０００５】
また、砕石ドレーン工法においては、掘削した井戸穴内に砕石を投入、充填して作業を行うため、施工工事が大掛かりとなり作業性が悪く、大型の施工機械の使用が必要となるため特に近接して構造物がある場合や狭隘な場所での施工には向かない。さらに、降雨や地震等により地下水が上昇した時に、造成された砕石の間隙内に砂が入り込んで徐々に間隙を埋めるようになり、やはり必要となった時にその機能が充分果たせなくなるおそれがある。
【０００６】
これらドレーンパイプ工法及び砕石ドレーン工法の欠点を解消するものとして、特許第２５５６８０１　号公報には、砂の地質・地盤に所定大きさで所定深さの井戸孔を所定間隔をもって削孔し、これら井戸孔に樹脂ストリングを不規則にカールさせた状態で中央部に長さ方向に沿って所定の孔を有する中空円柱状に積層しストリング同士の接触部を熔着させ、且つ外周面にフィルター材を巻き付けて配設した排水材を夫々埋設させたことを特徴とする砂の地質・地盤の液状化防止方法が提案されている。
【０００７】
この特許第２５５６８０１　号公報の液状化防止方法によれば、井戸孔に、空隙率８０％以上の排水材が使用されているので、外周面に巻き付けたフィルター材のあらゆる部分から排水材の内部に地下水が侵入するようになり、フィルター材の目詰まり現象がほとんど見られず、長期にわたり充分な排水能力が維持でき、しかも排水材自体は耐圧性に優れているので、長期に渡る井戸孔の形状維持が可能になるとされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許第２５５６８０１　号公報の液状化防止方法では、フィルター材には例えばポリプロピレン製の長繊維の不織布が最も好ましい例として使用されるものであり、このような長繊維の不織布では、ドレーン内への間隙水の流入が比較的ゆっくりであるので、地震により発生する過剰間隙水圧の迅速な消散効果が得られない。また、長繊維の不織布は目が細かいため、細かい土粒子が徐々に目詰まりを起していき、透水性能が低下してしまうおそれがある。
【０００９】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、地震により発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させ、地盤の液状化を防止することができる液状化対策工法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、第１に、線状合成樹脂を重ねた円筒状の表面開孔率の大きな排水材の周囲に砂の数倍の透水性を有するフィルターを巻き、基本長さの排水材を専用のジョイントを用いて継足して所定深度の地盤内まで設置できるようにしたドレーン材を、液状化の可能性の高い地盤に設置し、地震により発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させ、地盤の液状化を防止することを要旨とするものである。
【００１１】
第２に、フィルターは、合成繊維を素材とした所定の透水性を有する編布あるいは織布であること、第３に、フィルターは、ナイロン系の特殊糸（３０デニールモノヒラメント糸）を４０ｇ／ｍ２の目付けで編んだ布であること、第４に、排水材の線状合成樹脂は廃プラスチックのリサイクル材を原料とすることを要旨とするものである。
【００１２】
請求項１記載の本発明によれば、地震等により地下水圧が急激に上昇した時に、ドレーン材の中央部の孔から地下水を速やかに外部に排水または噴出させるので、周辺地盤に液状化現象を生じさせない。特に、フィルターは砂の数倍の透水性を有するもので、目詰まりもせず、迅速に過剰間隙水を通過させてドレーン材内に導くことができる。
【００１３】
さらに、使用するドレーン材は長期にわたって優れた排水効果が持続し安定した材料であり、また、小型の施工機械を使用して、狭隘な場所での施工が可能であり、地震時の揺れに対しても柔軟に対応でき、分断による排水不良を起こさないし、圧縮強度が大きく、土圧に対して安全性が高く、透水係数が高いため、ウェルレジスタンスが小さい。
【００１４】
請求項２および請求項３記載の本発明によれば、前記作用に加えて、砂の数倍の透水性を有するものとして好適なものであり、非常に丈夫なフィルターである。
【００１５】
請求項４記載の本発明によれば、ドレーン材にはリサイクル原料を使用したので、廃棄物の処分量を減らし資源の有効活用に寄与するものであり、環境に優しい工法となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の液状化対策工法の１実施形態を示す説明図で、図中１は本発明工法で用いるドレーン材、１０は液状化層、１１は非液状化層である。
【００１７】
先にドレーン材１についで説明すると、円筒状の排水材２とその周囲に巻き付けるフィルター３からなる。
【００１８】
排水部材２は、ペットボトル、発泡スチロール、家電製品の廃材および飲料ビンケース等の再生材である熱可塑性素材のポリプロピレンまたはポリスチレンまたはポリエチレンまたはポリエステルまたはこれら何れかのリサイクル材を加熱溶融してノズルから直径約１〜６ｍｍ　（標準径２ｍｍ　）の一定径の紐状に押し出し、不規則にカールさせた状態で樹脂ストリングを順次積層させ、中央部に所定の空洞を長さ方向に沿って有する積層ストリング状ポリプロピレンまたはポリスチレンまたはポリエチレンまたはポリエステルまたはこれら何れかの再生品の相互接触部分が溶着し中空円筒状に成型されたものであり、外径５０ｍｍ〜１５０ｍｍ　で、一般に市販されているもの（商品名：ヘチマロン−新光ナイロン株式会社）と同類のものである。なお、排水部材の原料は必ずしもリサイクル材でなく、石油を原料とする合成樹脂のバージン材による製品でもよい。
【００１９】
前記排水材２は、その中央部に長さ方向に沿って所定の孔４が形成され、実質的にフレキシブルであると共に耐圧性が大きく、その表面開口率が９０〜９５％（密度により変化）、空隙率８５±５％（密度等調節可能）である。
【００２０】
排水材２の基本長さは３〜４ｍ程度であるが、任意の長さに変えられ、専用のジョイント５を用いて継足して所定深度の地盤内まで設置できる。
【００２１】
フィルター３は、合成繊維を素材とした所定の透水性（砂の数倍の透水性）を有する編布あるいは織布を用いる。主として合成繊維を素材とし、例えばナイロン系の特殊糸（３０デニール　　モノヒラメント糸）を４０ｇ／ｍ２の目付けで編んだ布がよく、一般に市販されている（商品名：ＴＮ３０−新光ナイロン株式会社）。このフィルターの網目は図３のように、縦は鎖状、横は３角２段網目構造である。フィルター３は、網目の開きが０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度の布が該当する。
【００２２】
ドレーン材１の打設は、まず、専用小型ボーリングマシン６を用いて先端閉塞ビット７のケーシング８により削孔を行う。
【００２３】
建込んだケーシング８内に前記ドレーン材１を挿入する。ドレーン材１は排水材２を３〜４ｍ程度のものを順次ジョイント５で継ぎ足しながら挿入していく。
【００２４】
先端閉塞ビット７を重りとして残してケーシング８を引き抜き、表層部の排水処理施設（グラベルマット９・透水マット等）を施す。
【００２５】
次に、本発明の効果を確認するための、室内透水試験および室内振動模型実験の実験結果について説明する。実験に用いた振動台は、西松建設（株）所有の５．５ｍ×５．５　ｍの寸法を有する国内最大級の大型振動台である。
【００２６】
図４に透水試験装置の概要を示す。ドレーン材外周から中空部への流入に関する透水性能を測定する実験装置である。透水タンク内にドレーン材を装着し、試験条件は定水位として、給水タンクの高さを調節して、給水タンクと透水タンクの水位差で越流するように給水し、透水流量を測定する。排水材の種類およびフィルター材の種類を変えて試験を行った。
【００２７】
ドレーン材の透水性能の比較考察結果を述べると、図５はフィルター材の違いによる透水性、図６は排水材の違いによる透水性を比較した結果を示している。
【００２８】
排水材外周のフィルターにナイロン系編地メッシュを付けた場合には、長繊維不織布を付けた場合よりも透水流量が大きく、ドレーン内に流入する透水性能が高いことが確認された。一方、長繊維不織布をフィルターに使用すると、排水材の透水性が高くともフィルターの透水性能がドレーン材の透水性に影響し、ドレーン材の透水性能が低下する。
【００２９】
また、本ドレーン材はドレーンパイプと比較しても、透水流量が大きく透水性能が高いことが確認された。これは、ドレーンパイプの表面開孔率が２０〜３０％に対して、本ドレーン材の表面開孔率は９０〜９５％と非常に大きいことによる結果と言える。
【００３０】
したがって、透水性の高い排水材と適切なフィルター材を組合わせることにより、より透水性能の大きなドレーン材を実現することができた。
【００３１】
図７、図８に室内振動模型実験システムの概要を示す。直径１，２００ｍｍ　、高さ１，０００ｍｍ　の円形せん断土槽内にドレーン材１を設置し、深さ９０ｃｍの飽和模型砂地盤を作成する。模型実験用のドレーン材１は、土槽寸法との関係上、実物よりも小さな外径５５ｍｍ（内径２０ｍｍ）、長さ９３ｃｍの寸法のポリプロピレン製とし、外周にフィルター３（ナイロン系編地メッシュ状）を巻いたものを使用した。
【００３２】
模型地盤の試料には、豊浦標準砂（Ｇｓ　＝２．６５，Ｄ５０＝０．１８ｍｍ，ｅｍａｘ＝０．９７９，ｅｍｉｎ＝０．６０６）を使用し、水中落下法により地盤の相対密度が６０％となるように調整した。地下水位は、地表面に一致させた。加振条件は、周波数２Ｈｚの正弦波で入力加速度を（１００ｇａｌ、１５０ｇａｌ）とし１０秒間（土槽の特性のため前後１　秒間にテーパーをつける）の加振を行った（図９）。
【００３３】
実験中は、図７、図８に示すように地盤内の加速度、間隙水圧、地表面変位、せん断土槽の水平変位、ドレーン内の水圧およびドレーンの集水量等を計測した。
【００３４】
実験は、下記表１に示すようにドレーン材１を土槽中央に１本設置した地盤、４本を正方形配列（４０ｃｍ間隔）に設置した地盤および無対策地盤について、加速度レベルを２通りに変えた６ケースについて行い、ドレーンによる排水促進効果について比較考察を行った。
【表１】
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【００３５】
１００ｇａｌの条件で行った無対策地盤のケース（ＰＢ−４）とドレーン４本の対策地盤のケース（ＰＢ−５）についての、地盤内間隙水圧挙動の比較考察結果を述べると、図１０、図１１は地盤中央部の過剰間隙水圧の経時変化を比較した結果を示している。
【００３６】
ＰＢ−４（無対策）は、いずれの深さでも過剰間隙水圧の値は初期有効応力に達しており、地盤は完全に液状化している。さらに、加振後においても暫くは完全液状化の状態が継続している。
【００３７】
これに対してＰＢ−５（ドレーン材１有り）では、加振後２〜３秒の間で完全液状化の６〜８割程度の水圧を示すが、その直後には振動が継続しているにも拘わらず、早くも下降（消散）の性状が認められる。その後の加振後半から加振後の間隙水圧の時刻歴からも明らかなように、ドレーンが有る場合の消散時間は無対策地盤に比べて約半分と非常に短く、間隙水圧の消散が非常に早い。１５０ｇａｌの条件でも同様の傾向が認められた。このことから、本ドレーン材の排水促進効果は、極めて高いことが確認された。
【００３８】
地盤深さ４５ｃｍの位置におけるドレーン材内およびドレーン材近傍地盤の最大過剰間隙水圧比分布を図１２に示す。最大過剰間隙水圧比は、ドレーン材端から１０ｍｍ位置では０．３　程度、また４０ｍｍ位置では０．６　程度に抑制され、さらにドレーン材端から１６０ｍｍ　の範囲まで水圧低下が認められており、ドレーン材周囲の広範囲にわたって過剰間隙水圧の消散効果が確認された。
【００３９】
図１３はドレーン材内へのドレーン材１本当りに換算した集水量を計測した結果である。集水（排水）は加振中の早くから始まり加振終了後にも継続し、地盤内の過剰間隙水圧の挙動と連動している。このことから、ドレーン材による集水・排水作用により過剰間隙水圧の速やかな消散効果が発揮されていることが確認された。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の液状化対策工法は、地震により発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させ、地盤の液状化を防止することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液状化対策工法の１実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明の液状化対策工法で使用するドレーン材の斜視図である。
【図３】本発明の液状化対策工法で使用するドレーン材のフィルター材の編目構造説明図である。
【図４】透水試験装置の概要を示す説明図である。
【図５】ドレーン材の透水性能の比較考察で、フィルター材の違いによる透水性を示すグラフである。
【図６】ドレーン材の透水性能の比較考察で、排水材の違いによる透水性を示すグラフである。
【図７】振動模型実験システムの概要を示す縦断側面図である。
【図８】振動模型実験システムの概要を示す平面図である。
【図９】入力加速波形図である。
【図１０】過剰間隙水圧の経時変化（深さ４５ｃｍ）示すグラフである。
【図１１】過剰間隙水圧の経時変化（深さ７０ｃｍ）示すグラフである。
【図１２】ドレーン材からの水平距離と最大過剰間隙水圧比の関係を示すグラフである。
【図１３】ドレーン材集水量の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ドレーン材　　　　　　　　　　　２…排水材
３…フィルター　　　　　　　　　　　４…孔
５…ジョイント　　　　　　　　　　　６…ボーリングマシン
７…先端閉塞ビット　　　　　　　　　８…ケーシング
９…グラベルマット　　　　　　　　　１０…液状化層
１１…非液状化層
【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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