(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
井戸から揚水して地下水位を低下させる地下水位低下工程と、止水壁外部からの地下水の回り込みもしくは揚水した地下水の注水により地下水位を回復させて不飽和状態の地盤を作り出す地下水位回復工程とを備える地盤の液状化防止方法において、
前記地下水位回復工程は、対象となる深度の原位置土の試料をサンプリングするサンプリング工程と、
前記サンプリング工程で得た試料から得た供試体の初期飽和度Ｓｒ０を測定する初期飽和度測定工程と、
下記の式（１）の通水量と飽和度の関係から、水位回復後の飽和度の深度分布を推定する飽和度深度分布推定工程とを備え、
前記飽和度深度分布推定工程の結果に基づいて水位回復後の飽和度を設計することを特徴とする地盤の液状化防止方法。
【数１】
0006432785.tif 000010
ここに、Ｓｒはある深度における地盤の飽和度、Ｓｒ０は地下水回復直後の地盤の初期飽和度、ＤＯ（Disolved Oxigin）は地下水の溶存酸素量（ｍｇ／ｌ）、ＤＯｓａｔは地下水の飽和溶存酸素量（ｍｇ／ｌ）、Ｖｗは地盤の単位面積当たりの地下水通水量（ｍｌ／ｃｍ２）、αはパラメータである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の液状化を防止するための地盤の液状化防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の液状化の防止対策の一つとして、構造物の直下など、対象とする地盤を囲繞するように不透水土層に達する止水壁を構築し、その内側に設けた揚水井戸（ディープウェル）から揚水し、飽和した砂地盤の地下水位を低下させ、その後、地下水位を回復させることによって不飽和状態の地盤を作り出し、液状化の発生を防止する手法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−００３９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、上記の液状化対策工法においては不飽和地盤の液状化強度が飽和度に依存するため、地下水位回復後の飽和度の設計が重要になる。しかしながら，従来こうした設計法は提案されていなかった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、地下水位回復後の地盤の飽和度を正確に設計し、信頼性の高い液状化対策を可能にする地盤の液状化防止方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００７】
本発明の地盤の液状化防止方法は、井戸から揚水して地下水位を低下させる地下水位低下工程と、止水壁外部からの地下水の回り込みもしくは揚水した地下水の注水により地下水位を回復させて不飽和状態の地盤を作り出す地下水位回復工程とを備える地盤の液状化防止方法において、前記地下水位回復工程は、対象となる深度の原位置土の試料をサンプリングするサンプリング工程と、前記サンプリング工程で得た試料から得た供試体の初期飽和度Ｓｒ０を測定する初期飽和度測定工程と、下記の式（１）の通水量と飽和度の関係から、水位回復後の飽和度の深度分布を推定する飽和度深度分布推定工程とを備え、
前記飽和度深度分布推定工程の結果に基づいて水位回復後の飽和度を設計することを特徴とする
【０００８】
【数１】
0006432785.tif 000002
ここに、Ｓｒはある深度における地盤の飽和度、Ｓｒ０は地下水回復直後の地盤の初期飽和度、ＤＯ（Disolved Oxigin）は地下水の溶存酸素量（ｍｇ／ｌ）、ＤＯｓａｔは地下水の飽和溶存酸素量（ｍｇ／ｌ）、Ｖｗは地盤の単位面積当たりの地下水通水量（ｍｌ／ｃｍ２）、αはパラメータである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、地下水位の低下回復による地盤の飽和度分布を求め、精度よく好適に飽和度の管理を行うことができる。これにより、効果的で信頼性の高い液状化対策を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る地下水低下・回復による液状化防止方法を示す図である。
【図２】地盤の飽和度と液状化強度の関係を示す図である。
【図３】供試体の水位低下、回復時の水分特性曲線を示す図である。
【図４】地下水回復後に飽和度が上昇する要因の説明に用いた図である。
【図５】地下水通水量と飽和度の関係を示す図である。
【図６】実験による地下水通水量と飽和度の関係と、設計式による地下水通水量と飽和度の関係を比較した図である。
【図７】飽和度の経時変化を示す図である。
【図８】地盤の平均粒径と有効空隙率の関係を示す図である。
【図９】地下水位回復工程において飽和度を求める方法の説明で用いた図である。
【図１０】自然地下水位がＧＬ−１ｍの地盤に対しＧＬ−１１ｍまで水位を低下させたと仮定した場合の地盤内の飽和度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１から図１０を参照し、本発明の一実施形態に係る地盤の液状化防止方法について説明する。
【００１２】
はじめに、本実施形態では、例えば、図１に示すように、構造物の直下など、対象とする地盤Ｇを囲繞するように不透水土層Ｇ１に達する止水壁１を構築し、その内側に設けた井戸（ディープウェル）２から揚水し、飽和した砂地盤の地下水位Ｗを低下させ（地下水位低下工程）、さらに井戸２から注水して地下水位を回復させることにより不飽和状態の地盤Ｇを作り出し（地下水位回復工程）、このように地盤Ｇの飽和度を変えることで液状化の発生を防止する。
【００１３】
ここで、既往の実験事実等により、液状化強度は、地盤の飽和度Ｓｒが９０％になると飽和地盤（Ｓｒ＝１００％）の２倍、飽和度Ｓｒが７０％になると飽和地盤の３倍になることが知られている（例えば図２：Yoshimi.Y,Tanaka.K and Tokimatsu.K:Liquefaction resistance of a partially saturated sand,Soils and Foundations,Vol.29,No.3,pp.157-162,Sep.1989.参照）。
【００１４】
一方、飽和した砂地盤の液状化強度τ１／σｖ’は非排水の繰返し三軸試験や、一般社団法人日本建築学会の基礎構造設計指針に記されている補正Ｎ値＝Ｎａから図３を用いて算出される。また、Ｎａは、次の式（２）、式（３）のように深度によって異なる。このため、飽和した砂地盤の液状化強度τ１／σｖ’は 深度別に算出されることになる。
なお、Ｎ１は検討深度における鉛直有効応力σｖ’で補正したＮ値、ΔＮｆは細粒分含有率ＦＣに応じた補正Ｎ値の増分である。
【００１５】
【数２】
0006432785.tif 000003
【数３】
0006432785.tif 000004
【００１６】
一方、深度別に作用する外力（等価な繰返しせん断応力比τｄ／σｖ’）は次の式（４）によって求められる。
【００１７】
【数４】
0006432785.tif 000005
ここに、γｎは等価の繰返し回数に関する補正係数でγｎ＝０．１（Ｍ−１）、Ｍはマグニチュード、αｍａｘは地表面における設計用水平加速度（ｃｍ／ｓｅｃ２）、ｇは重力加速度、σｖは検討深度における鉛直全応力、γｄは地盤が剛体でないことによる低減係数でγｄ＝１−０．１５ｚ、ｚは検討深度（ｍ）である。
【００１８】
次に、求めたτ１、τｄから、液状化安全率ＦＬを式（５）で算出できる。また、通常の液状化抑止の設計では各深度でＦＬが１を下回らないように設計する。
【００１９】
【数５】
0006432785.tif 000006
【００２０】
また、不飽和地盤の液状化強度τ１ｕ／σｖ’は、次の式（６）の通り、飽和地盤の液状化強度に飽和度Ｓｒに応じた係数β をかけることで求められる。
【００２１】
【数６】
0006432785.tif 000007
【００２２】
βは図２に示すような既往の実験結果に基づいて例えばＳｒ＝９０％でβ＝２、Ｓｒ＝７０％でβ＝３などとして設定すればよい。
【００２３】
したがって、地下水低下回復による飽和度の深度分布がわかれば、式（３）、式（５）によって深度別の不飽和地盤の液状化安全率を算出することができる。
【００２４】
次に、地下水の低下回復時の深度別の飽和度分布の算出方法について説明する。
【００２５】
既往の実験事実より、飽和状態の土（砂）の供試体を排水させた場合と、その状態から再冠水させた場合とでは土の水分特性曲線（＝飽和度Ｓｒ−マトリックスポテンシャ ル（サクション）Ｐｃの関係）が異なることが知られている。図３はその概念図を示したものである。
【００２６】
飽和度Ｓｒ＝１００％（Ａ点）の状態から間隙水を排水した場合、供試体内の水分は図３中の排水曲線をたどって排出される。そして、十分に飽和度が低下したＤ点で再び冠水（水位回復）した場合、点線に示した走査曲線を通ってＥ点の湿潤曲線に達し、湿潤曲線をたどってＦ点に達する。このＦ点が水位低下・回復させた場合の供試体の初期飽和度Ｓｒ０となる 。
【００２７】
この地盤内の初期飽和度Ｓｒ０は以下の式（７）に示す設計式によって計算できる。
【００２８】
【数７】
0006432785.tif 000008
ここに、Ｓｒはある深度における地盤の飽和度、Ｓｒ０は地下水回復直後の地盤の初期飽和度、ＤＯ（Disolved Oxigin）は地下水の溶存酸素量（ｍｇ／ｌ）、ＤＯｓａｔは地下水の飽和溶存酸素量（ｍｇ／ｌ）、Ｖｗは地盤の単位面積当たりの地下水通水量（ｍｌ／ｃｍ２）、αはパラメータである。
【００２９】
そして、式（７）は、土Ｇ２の飽和度は地下水Ｗが回復した直後の初期飽和度Ｓｒ０から単位面積あたりの地下水通水量と地下水Ｗ中の溶存空気量で決まることを示している。すなわち 、飽和度は気泡に接する地下水量が多いほど、あるいは地下水Ｗ中の溶存空気量が少ない ほど、水中に空気が溶けやすいために上昇しやすいことを設計式として表現している。また、気泡は浮力などにより上方（地表）へ移動しないことも示している（図４参照）。
【００３０】
より具体的に、まず、地下水位回復工程では、サンプリング工程でボーリング孔から所定深度の原位置土をサンプリングする。そして、初期飽和度測定工程で、地盤工学会基準「土の保水性試験方法（ＪＳＧ  ０１５１−２０００）」に規定された水分特性曲線を求める方法、あるいは飽和した供試体を排水、再冠水させた後に飽和度を求める方法により初期飽和度Ｓｒ０を測定する。
【００３１】
また、水位回復に用いる水のＤＯは、止水壁１の外部からの地下水Ｗの回り込みにより自然地下水位で回復させる場合、地下水Ｗの溶存酸素量ＤＯをあらかじめ測定する。もしくは、安全側として脱気水のＤＯ（＝１．５ｍｇ／Ｌ）を用いる。さらに、水位回復後の飽和度をＳｒをより低くしたい場合には、曝気してＤＯを高めた水を地盤Ｇ中に注水すればよい。
【００３２】
また、単位通水量Ｖｗは、図１０に示すように、間隙に残留する保有水を除いた地下水Ｗが間隙から上昇すると仮定し、次の式（８）に示すように、自然水位までの回復量Δｈ（ｃｍ）と砂地盤の有効間隙率ｎｅの積で求める。また、有効間隙率ｎｅは飽和した供試体を重量排水させ、土中に残留した水の重量から求めることができる。簡易には既往の文献による図８よりｎｅ＝０．２〜０．３５と設定できる。
【００３３】
【数８】
0006432785.tif 000009
【００３４】
また、αはサンプリングした試料の通水試験から求めるか、簡易には既往の実験結果による値α＝０．０５程度の値を用いる。
【００３５】
そして、上記のＳｒ０、ＤＯ、α、Ｖｗを式（７）に代入して地下水回復後の飽和度分布を設計する。
【００３６】
ここで、式（７）の妥当性を検証した実験について説明する。
【００３７】
この実験では、まず、空中落下法で直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの砂供試体を作成し、間隙をＣＯ２で置換して脱気水を通水した。そして、有効拘束圧σｃ＝１００ｋＰａ、バックプレッシャー１００ｋＰａを与えてＢ値（供試体の飽和度）９５％以上に飽和させ、その後、自然排水状態（水頭差で約６０ｃｍの負圧を作用）で排水して供試体を不飽和にした。次に、所定の拘束圧とバックプレッシャーを与えた状態で脱気水もしくは水道水を供試体に下部から注入して通水量と（Ｂ値）の関係を調べた。
【００３８】
図５は脱気水（ＤＯ＝１．５％）、水道水（ＤＯ＝５．５〜７．０％）を通水した場合の砂供試体の単位通水量（供試体の単位面積あたりの通水量ｍｇ／ｃｍ２）と飽和度の関係を示したものである。
この図から、飽和度はＤＯに応じた勾配で単位通水量に対して線形的に増加することが確認された。
【００３９】
図６は、式（７）による結果と実験データを重ね合わせたものである。ここに、αは０．０５、ＤＯｓａｔは９．０、ＤＯは１．５（脱気水）、ＤＯは６．３（水道水）とした。なお、１気圧、１５℃における水の飽和溶存酸素量は９．７ｍｇ−酸素／ｌである。
この図から、設計式の式（７）によって、通水する水のＤＯの違いに応じた飽和度の変化を精度よく表せることが確認された。
【００４０】
図７は初期飽和度の異なる不飽和供試体のＢ値の経日変化を示したものである。
この図から、供試体内を水が流れなければ少なくとも８０日間は飽和度が一定に保たれ、Ｂ値が変化しないことが確認された。
【００４１】
地下水低下回復による飽和度計算の具体的な一例を示すと次のようになる。
【００４２】
ここでは、水位回復直後の地盤要素の初期飽和度：Ｓｒ０＝６８％、砂質地盤の間隙率：ｎ＝０．４、砂質地盤の有効間隙率：ｎｅ＝０．２（図８参照）とした。そして、５ｍの水位回復時の単位通水量は５ｍ／ｃｍ２＝５００ｃｍ／ｃｍ２＝５００ｍｌ／ｃｍ２、５００ｍｌ／ｃｍ２×０．２＝１００ｍｌ／ｃｍ２となる。
【００４３】
回復する地下水のＤＯが水道水に近いとすると（ＤＯ＝５．５〜７．０）、５ｍ水位を回復するまでの単位通水量は１００ｍｌ／ｃｍ２である。そして、図９から自然水位より５ｍ下の飽和度が約８２％になることを求めることができる。そして、本実施形態の方法を用いて自然地下水位がＧＬ−１ｍの地盤に対しＧＬ−１１ｍまで水位を低下させたと仮定した場合の地盤内の飽和度分布は図１０となる。
【００４４】
したがって、本実施形態の地盤の液状化防止方法においては、本設計法により地下水位の低下回復による地盤の飽和度分布を設計すれば、精度よく好適に飽和度の管理を行うことができ、効果的で信頼性の高い液状化対策を実現することが可能になる。
【００４５】
以上、本発明に係る地盤の液状化防止方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１      止水壁
２      井戸
Ｇ      地盤
Ｇ１    不飽和地盤
Ｇ２    土（土粒子）
Ｗ      地下水
【図１】
0006432785.tif 000011
【図２】
0006432785.tif 000012
【図３】
0006432785.tif 000013
【図４】
0006432785.tif 000014
【図５】
0006432785.tif 000015
【図６】
0006432785.tif 000016
【図７】
0006432785.tif 000017
【図８】
0006432785.tif 000018
【図９】
0006432785.tif 000019
【図１０】
0006432785.tif 000020