(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤の液状化強度の指標となる飽和度を測定する方法であって、測定対象の地盤中の各深度に水圧計を設けておいて、該地盤から単位時間当たり一定量ずつ地下水を連続的に揚水する試験を実施し、揚水に伴う各深度における水圧の変化から各深度における揚水時の水位低下量を求め、その際の揚水時間と各深度における水位低下量との関係から地盤の各深度における比貯留係数を求め、予め各深度ごとに求めておいた比貯留係数と飽和度との関係から各深度における飽和度を求めることを特徴とする地盤の飽和度測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法により飽和度を測定し、その結果に応じて地盤から揚水を行って地下水位を低下させることで、地盤の飽和度を低下させて液状化に対する強度を高めることを特徴とする地盤の液状化防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤の飽和度を測定する方法、およびそれを用いた地盤の液状化防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、地盤の液状化とは、含水率の高い地盤が地震により衝撃や振動を受けて変形することに伴い、土粒子間に飽和状態で存在している間隙水の水圧が急激に上昇し、その結果、土粒子間の摩擦抵抗が消失して地盤があたかも液体のように挙動して耐力を失ってしまう現象をいう。
【０００３】
そのような液状化を防止するためには、地盤強度を高める、あるいは地盤に細粒分を注入するといった手法が知られているが、最近においては地下水の揚水による液状化防止方法も有効であると考えられている。これは、図４に示すように対象地盤に井戸１を設けてそこから地下水を連続的に汲み上げて地下水位を低く維持することにより、液状化の根本原因である土粒子中の間隙水を地盤から排除してしまうというものである。
【０００４】
しかし、上記のような地下水揚水による液状防止方法では、地下水位を常に低く維持するために地下水を常時連続的にしかも恒久的に揚水し続けなければならないから、それに要する運転費と維持管理費は膨大になるし、地下水位低下による圧密沈下が生じてしまう懸念もある。
【０００５】
そのため、地下水を常時揚水して地下水位を常に低く維持するのではなく、地下水位を一時的に低下させて地盤の飽和度を低下させることで液状化を防止するという方法も提案されている。
【０００６】
ここで、地盤の飽和度とは、土粒子間の間隙中に存在する間隙水の体積の割合（地盤中の地下水の体積／地盤の間隙体積）を示す指標であり、間隙全体に間隙水が完全に満たされている状態が飽和度１００％であり、その状態では容易に液状化を生じてしまうものであり、通常の液状化地盤はこのような飽和状態にあると考えられる。しかし、土粒子の間隙中に多少なりとも気泡などの気相を混在させると飽和度が１００％未満に低下し、その状態では液状化は格段に生じ難いものとなり、たとえば飽和度が９５％の場合には飽和度１００％の飽和状態の場合に比べて液状化に対する強度が１．５倍程度にまで高まり、飽和度９０％では２倍程度に高まると考えられる。しかも、土粒子の間隙中に積極的に気泡などの気相を混在させて飽和度を低下させると、その気泡などの気相部分は土粒子の間隙中に封じ込まれて容易に抜けてしまうことなくそこにそのまま長期にわたって留まり、そのため一度低下させた飽和度が自ずと長期にわたって維持される性質を有する。
【０００７】
そこで、液状化を防止するべき地盤から地下水の揚水を行って地下水位を一時的に低下させれば、地盤中の間隙水に気泡などの気相が混在して飽和度が低下し、もって液状化に対する強度を高めて液状化を防止することができるのであり、しかも、そのようにして飽和度を一度低下させればその状態は自ずと長く維持されるから、その後は揚水を停止しても支障がなく、図４に破線で示すように地下水位が自然に回復してもそのまま液状化防止効果を長期にわたって維持できるというのであり、極めて有効な方法であると考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような地盤の飽和度を低下させることで液状化を防止する方法においては、地盤の飽和度を長期にわたって低く維持するためには地下水位の上昇を抑制することが好ましいことは当然であり、そのために対象地盤の周囲を止水壁２により取り囲んで地下水位の自然上昇を抑制することが好ましいが、そのようにしたところでいずれは地下水位が回復して再び飽和状態に戻ることも想定されるため、このような液状化防止方法を真に有効なものとするためには、飽和度を定期的に監視し、飽和度が上昇して液状化が発生する懸念が生じた際には再揚水を行って地下水位を再び低下させることで飽和度を再び低下させる必要がある。
【０００９】
その場合、飽和度を測定する必要が生じるが、現時点では飽和度を測定するための有効適切な手法はなく、そのため地盤から定期的にサンプリングを行って室内試験により飽和度を測定するか、あるいは図５に示すようにプルーブ３および測定装置４により地盤の比誘電率を測定してそれから飽和度を推定することが考えられているが、いずれも面倒な手間と時間を要するばかりでなく、必ずしも高精度の測定ができないものであり、飽和度を測定するための有効適切な手法の開発が望まれていた。
【００１０】
上記事情に鑑み、本発明は地盤の飽和度を簡便に測定する方法、およびその測定方法を利用した有効な液状化防止方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、地盤の液状化強度の指標となる飽和度を測定する方法であって、測定対象の地盤中の各深度に水圧計を設けておいて、該地盤から単位時間当たり一定量ずつ地下水を連続的に揚水する試験を実施し、揚水に伴う各深度における水圧の変化から各深度における揚水時の水位低下量を求め、その際の揚水時間と各深度における水位低下量との関係から地盤の各深度における比貯留係数を求め、予め各深度ごとに求めておいた比貯留係数と飽和度との関係から各深度における飽和度を求めることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明の液状化防止方法は、請求項１の発明の測定方法により地盤の飽和度を測定し、その結果に応じて地盤から揚水を行って地下水位を低下させることで、地盤の飽和度を低下させて液状化に対する強度を高めることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の飽和度測定方法およびそれを利用した液状化防止方法の実施形態を図１〜図３を参照して説明する。本実施形態の液状化防止方法は、図４に示したものと同様に、対象地盤を止水壁２により取り囲み、その内部に井戸１を設け、井戸１からの揚水により地下水位を一時的に低下させて飽和度を低下させ、それによって地盤の液状化に対する強度を高めて液状化防止効果を得た後は、揚水を停止して地下水位の上昇を許容するようにし、その後、飽和度を定期的に測定して飽和度が所定値を越えて上昇した時点で再揚水を行うようにしたものであるが、本実施形態では飽和度の測定を比貯留係数を測定することで行うことを主眼としている。
【００１５】
ここで、比貯留係数とは、地盤中において地下水位の変動が生じた際に単位体積当たりの土塊から排出（水位低下の場合）あるいはそこに吸入（水位上昇の場合）される水量を表す値であり、比貯留係数が大きい地盤ほど水位変動に伴う地下水の排出量あるいは吸入量が大きいことを意味する。したがって、人為的に一定水量の水を地盤から揚水した際には、比貯留係数の大きい地盤ほど水位低下量が小さくなり、水位低下速度は遅くなることになる。
【００１６】
そして、図２に示すように、比貯留係数は深度が大きいほど小さく、かつ、地盤の飽和度が大きいほど比貯留係数は小さいという関係にある。そのことについて図３を参照して説明する。図３（ａ）は時間当たり一定水量の揚水試験を実施した際の時間経過ｔと水位低下量ｓとの関係を示すものであり、飽和の場合に比べて不飽和の場合には水位低下に時間遅れが生じることからグラフが右にシフトすることになる。同図（ｂ）は横軸を対数軸としたもので、上記の関係がより明確になり、グラフと横軸との交点の値が比貯留係数に比例し、地盤の飽和度が高いほど比貯留係数が小さく、飽和度が低いほど比貯留係数は大きくなるという関係になる。
【００１７】
したがって、予め地盤の各深度ごとに飽和度と比貯留係数との関係を調査して図２に示すようなグラフを作成しておけば、以降は、各深度における比貯留係数を測定することで、図２から各深度における飽和度を求めることができることになる。
【００１８】
そして、各深度の比貯留係数は上記のような揚水試験を行うことのみで容易にかつ高精度で測定することができる。具体的には、図１に示すように、各深度に水圧計５を予め設けておき、井戸１から時間当たり一定量の揚水を行いつつそれら水圧計により各深度の水圧を測定し、その水圧変化からデータ解析装置６により各深度における水位低下速度（単位時間当たりの水位低下量）を求めて図３（ｂ）に示すグラフを作成し、そのグラフから各深度の比貯留係数を求める。そのようにして求めた比貯留係数の値から、予め作成しておいた図２のグラフに基づいて各深度における飽和度を求めることができる。
【００１９】
なお、比貯留係数の測定するための揚水試験の際には、上記のように各深度に設けた水圧計により水位低下量を測定することが好適かつ現実的であるが、それに代えて水位を観測するための観測井を設けておき、それにより水位低下量を測定することも考えられる。
【００２０】
本実施形態の飽和度測定方法によれば、揚水試験により比貯留係数を測定することで飽和度を求めることができるので、従来のサンプリングによる室内試験による場合や比誘電率の測定による場合に比べて飽和度を簡便かつ高精度に求めることができる。そして、本実施形態の液状化防止方法によれば、そのようにして測定した飽和度に基づいて、飽和度が予め設定した許容値以上となった場合には再揚水を行うことのみで、地下水位を再び低下させて飽和度を再び低下させ、それによって液状化防止効果を回復させることができるから、必要最少限の手間、費用で液状化防止効果を長期にわたって確保することができる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、測定対象の地盤から単位時間当たり一定量ずつ地下水を連続的に揚水する試験を実施し、その際の揚水時間と水位低下量との関係から地盤の各深度における比貯留係数を求め、予め各深度ごとに求めておいた比貯留係数と飽和度との関係から各深度における飽和度を求めるので、従来のサンプリングによる室内試験による場合や、比誘電率の測定による場合に比べて各深度における飽和度を簡便かつ高精度に測定することができる。
【００２２】
特に、地盤中の各深度に水圧計を設けておき、比貯留係数を求める揚水試験の際には揚水に伴う水圧の変化から各深度の水位低下量を求めるので、各深度の比貯留係数を容易にかつ高精度で測定することができる。
【００２３】
請求項２の発明は、比貯留係数から飽和度を測定し、その結果に応じて地盤から揚水を行って地下水位を低下させることで地盤の飽和度を低下させるので、飽和度が予め設定した許容値を越えた場合には速やかに再揚水を行うことのみで、地下水位を再び低下させて飽和度を再び低下させ、それによって液状化防止効果を回復させることができるから、必要最少限の手間、費用で液状化防止効果を長期にわたって確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態である飽和度測定方法および液状化防止方法を示す概要図である。
【図２】  同、飽和度と比貯留係数との関係を示すグラフである。
【図３】  同、比貯留係数を求めるためのグラフである。
【図４】  地下水位を低下させることによる液状化防止方法の概念図である。
【図５】  同、他の例を示す概念図である。
【符号の説明】
１  井戸
２  止水壁
５  水圧計
６  データ解析装置
【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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