工場内重要施設の液状化検討調査から対策工事

事例

応用地質(株) ○塚田 秀太郎
応用地質(株)
1. はじめに吉川 治雄

2. 当該地の地質構成と液状化危険度

平成２３年３月１１日に発生した東北地方太平洋沖地

図-2 に濃尾平野の地質断面図を，図-3 には愛知県全域

震後，地震被害への社会的影響が深刻化している。地震被の液状化危険度マップを示した。濃尾平野は上層に沖積層

害は，地震の発生規模の違いによって，津波・土砂災害・の砂が広く分布し，液状化の危険性が非常に高い地域とな地盤沈下・液状化・火災などの影響範囲が大きく変化する。っている。当該地も，液状化の可能性が「大～中」と評価

東海地方では，図-1 に示すとおり東海・東南海・南海域でされる場所に含まれる。のいわゆる３連動地震が想定されており，今後５０年以内に発生する確率は９０％以上と言われている。そのため，地震発生後の社会的機能の回復，特に東海地域の「もの作A

当該地Nり」に係る企業では，３連動地震に対するハード，ソフトによる備えが急務となっている。

A’

図-3 液状化危険度分布図
図-1 ３連動地震想定範囲図

図-2 の断面線位置出典：1)愛知県防災会議地震部会より一部加筆

出典：三重県石油商業組合 HP

3. 対象施設の地質地盤の特徴
そのような中，本業務は地震発生時の工場の被害を軽減

本業務では，対象施設の地盤状況，地下水状況及び各地するために表-1 に示す要望を求められた。対象施設は，工層の物理特性を把握するためにボーリング調査を実施し場の稼働を左右させる材料の貯蔵施設である。本業務は，た。図-4 に対象施設の地質断面図を示す。当該地には，N①対象施設が液状化した際の被害予測，②対象施設へ実施

値 50 以上と締まった洪積砂礫層（Dg）の上位に，緩く軟可能な対策工法の検討，③対策工事および対策の効果確認

らかい沖積層（砂質土層（As），粘性土層（Ac））が堆積を行った。

し，埋土層（B）で覆われている。各層の性状は，以下の本報文では，工場施設の液状化調査から対策工事を実施通りである。
As 層は，シルト混り細砂～中砂で構成され，上部はシした事例を紹介する。

ルト分を多く混入する細砂，下部は中砂が主体となる。含表-1 対象施設の状況および顧客の要望

水量は中位であり，N 値は概ね 2～13 と小さい。

条件

工場の製造開始拠点であり最重要構造物である。

Dg 層は，主に GL-5.0m 以深に分布し，玉石混り砂礫で要望液状化の可能性がある場合には，地盤強化を実施。

構成される。礫はφ50mm を超える角礫を主体とし，最大礫径はφ80mm 程度である。マトリックスは，少量のシル
当該地

A’

図-2 濃尾平野の地質断面図出典：2)(社)地盤工学会より一部加筆

A地質時代

地層名

主な土質

記号 N値

現世埋土層

粘土質
砂礫

B

7

細砂～
シルト混り

As1

2
シルト混り細砂を主体とする。全体にシルトを多く～混入する。含水量は中位で，粒径は均一である。
12砂混じりシルト

Ac1-中砂As2

13中砂を主体とする。全体にごく少量のシルトを混入～する。含水量はやや多く，粒径は均一である。
32砂混じり
シルト

Ac25

更
玉石混じり
洪積層
新（第一礫層）砂礫世

Dg

32 φ50mmを超える玉石（角礫）を主体とする。最大～ 礫径はφ80mm程度である。マトリックスは少量の50 シルトを混入する粗砂～中砂を主体とする。

完
新第世
四紀

沖積層

層相
粘土を多量に混入する砂礫を主体とする。
Φ2～10mm程度の角礫（砕石）を主体とし，最大礫径はφ30mm程度である。

全体に細砂を混入するやや不均質なシルトを主体とする。含水量はやや多い。

全体に細砂や腐植物を混入するやや不均質なシルトを主体とする。含水量は多く，粘性は乏しい。

自然水位 ：GL-1.36m
液状化層 ：B 層，As1 層，As2 層
非液状化層：Ac1 層，Ac2 層，Dg 層

図-4 対象施設周辺の地質断面図
トを混入する中砂～粗砂が主体であり，N 値は 32～50 とこれらの結果を基に，機能的障害程度と関係の深い傾斜高い。地下水位は，対象施設の基礎直下付近で確認された。

角を算定すると，最大で14/1000となり「排水管の逆勾配」程度の変状が発生する傾斜角に相当する結果を得た（表-44. 地震時の液状化判定について参照）。

地震時の液状化判定の方法は「建築基礎構造設計指針 3)」(2001 年)に記されている N 値と粒度試験結果を用いた簡便法により行った。

表-3 PL 値による液状化判定
液状化指数

表-2 に液状化検討結果を示す。液状化検討の結果，損傷PL＝0限界（加速度 200gal）は，沖積砂質土層（B 層，As1 層，As2 層）のほぼ全ての深度で液状化抵抗率 FL 値が 1 を上液状化判定
液状化の可能性が極小 （対策は不要）液状化の可能性が小0＜PL≦5回った。PL 値は 0.84 となり，中央防災会議が公表してい（一般に対策は不要，特に重要な構造物では詳細な検討が必要）

る PL 値の液状化判定（以下，中央防災会議液状化判定）

5＜PL≦15によれば，「液状化の可能性が小さい」と判定された（表PL＜15

液状化の可能性が中 （一般に対策が必要）液状化の可能性が大 （対策は不可避）-3 参照）。一方，終局限界（加速度 350gal）は，沖積砂

出典：4)中央防災会議より一部加筆

質土層（B 層，As1 層，As2 層）のすべてで FL 値が 1 を下回った。PL 値は 6.98 となり，中央防災会議液状化判定の基準である 5.0 を上回り，「液状化の可能性が中」と判定された。
また，沈下量を算定した結果では，H24-No.1 地点では5.4～6.8cm，既 H15-No.1 地点では 3.2～10.1cm の沈下量が見込まれた。
表-2 液状化検討 結果概要一覧
液状化検討地点

H24-No.1

損傷限界

PL 値 0.84

加速度=200gal
終局限界
加速度=350gal

3/1000 以下
4/10005/10006/1000

障害程度
品確法技術的基準レベル－1 相当

水はけが悪くなる
品確法技術的基準レベル－3 相当．不同
沈下を強く意識し申し立てが急増する

PL 値 6.98

8/1000

ほとんどの建物で建具が自然に動く

液状化の可能性中：一般に対策の必要あり

10/1000

排水管の逆勾配17/1000

生理的な限界値

終局限界：6.8 ㎝
既 H15-No.1 地点 損傷限界：3.2 ㎝

14/1000※基礎幅 7m，不同沈下量 10.1 ㎝を想定

12

不同沈下を意識する建具が自然に動くのが顕著に見られる損傷限界：5.4 ㎝

区分

不具合が見られる

7/1000終局限界：10.1 ㎝
傾斜角

傾斜角

液状化の可能性小：一般に対策の必要なし

H24-No.1 地点
沈下量

表-4 傾斜角と機能的障害程度の関係

345
出典：5)小規模建築物基礎設計指針

以上，液状化の可能性及び想定される施設の傾斜から，「地震後の早期の操業再開のために，対象施設の液状化対策を実施する」結論を得たものである。

5. 液状化対対策工法の検討
液状化対策策工法選定の際のの課題・問題点を表-5 に取りま

表-5 工法選定上の課題とと適応可能な対対策工法

とめた。対象施施設では，①既既設構造物の支支持地盤を改良すす

課題
題・問題点るため対策工工事を行うスペーースが非常に限限られること，②②限られたスペースのの中で，既設構造造物の地製造開始拠点点のため配管が多多く地盤改良時時の変状は最小小盤を改良する必要ががある。

限に抑える必必要があること，などの制約条条件があった。こ

対象
象施設は製造開始
始拠点のため，工工場と対れらの制約条条件に対応可能なな工法として，高圧噴射攪拌拌工

象施施設とをつなぐ配配管が多く，地盤盤改良時

法および薬液液注入工法の２工工法を比較検討討した。の変変状は最小限に抑抑える必要がある
る。

対策策可能な工法

・高圧
圧噴射攪拌工法
・薬液液注入工法

表-6 には，それぞれの対策策工法の考え方方と併せて，対策検討結果を示す。
。
工法の比較検表-6 液状状化対策工検討
討結果一覧
概要

高圧噴射攪
攪拌工法

薬液注注入工法

地盤に超高圧ででセメント系の固固化材を攪拌混合合し，強度の高い改良地盤を造造成する。

地盤の間隙に薬薬液を注入し，間隙隙水と置き換えてて液状化を防ぐ。

超高圧硬化材
圧縮空気注入ステップ

改良範囲

計画
画深度

JSG モニター

対策原理

液状化対象地盤盤を格子状に改良良することにより，固化地盤で囲まれた砂地盤盤のせん断変形をを抑止する。

対策仕様

タンク基礎平面面図

砂質地盤の間隙隙に固化剤（薬液））を注入し，安定定した地盤に改良する工法。注注入した薬液は土粒粒子の間隙に浸透透固化し，過剰間隙水圧の発生生を防止することにによって，液状化化を防ぐ。
タンク基礎平面面図

A-A'断面図

A-A'断面図

長所

短所

工期

概算工費
評

価

・強度が高く（1MN/㎡以上 ）地地震時の変位が少少ない。
・斜め施工との併用でタンク基礎礎直下の改良が可可能。
・対策工事は短短期間で終了するる。
・施工時の変形形量が小さい。
・排泥が薬液注注入よりかなり多く，その処理に費費用がかかる。 ・強度が高圧噴
噴射攪拌工法と比べべ低く，地震時のの変位が大きい。
・埋土には粘土土分を多く混入す るため均一な改良良体とならない可能性が大きい。
・施工時に隆起起の可能性があり，，施設に有害な変変形を発生させる恐れがある。
・対策工事に長長期間を要する。
2 週間（別途確確認工が必要）

1 ヶ月（別途室内内配合試験 0.5 ヶヶ月）

≒67,0000 円／㎥≒52,0000 円／㎥○△

液状化対策工法は，以下の３つの利点から高圧噴射攪拌工法を採用した。
①対象施設は，製造開始拠点であるため，多くの配管が繋

2）品質の高い改良体を造成
品質の確保として改良径の確認と非液状化層（Dg 層）までの確実な造成に注意した。

がっている状況にあった。高圧噴射攪拌工法は，改良時改良径の確認では，造成工事の１箇所目において，施工の地盤強度が 1MN/m2 以上と高く，地震時の変位が少な中心位置から 1.5m 離れた観測孔を設置し，排泥噴射状況いことから，配管の対策とも併用できると考えた。

を確認した。また，非液状化層（Dg 層）までの確実な造②対象施設周辺の立ち入りは，タンクが空になる定期メン成は，地盤改良深度まで掘削する際に，砂礫層を 10cm 掘テナンス時に限られていた。薬液注入工法は，実績工期進し，その出現深度を確認した。

が１ヶ月程度であり，製造を止める必要があった。従って，実働工期が２週間程度と短く製造を止める必要のない，高圧噴射攪拌工法が優位であると考えた。

表-7 施工時の課題と対応策
課題①③薬液注入工法は，薬液を圧入するため施工時の変形（地盤の隆起）が大きくなる可能性がある。一方，高圧噴射

造成施工時は，トータルステーションを対象施設基対応策

攪拌工法は，地盤に超高圧でセメント系の固化材を攪拌混合し，排泥を処理するため，施工時の変状が小さいと

課題②
対応策

改良径（φ3.0m）の確認
造成工事１箇所目では，施工中心位置から 1.5m 離れた位置に観測孔を設置し，排泥噴射状況を確認。

課題③

図-5 に液状化対策工事の流れを示す。
高圧噴射攪拌工法は，まずメタルビットにより地盤改良礎周辺および造成施工箇所周辺に設置。変位していないことを常に確認しながら施工。

考えた。
6. 液状化対策工事

対象施設の変位監視対応策

非液状化層（Dg 層）までの確実な施工
地盤改良深度まで掘削する際に，Dg 層を 10cm 掘進し，砂礫層の分布深度を各造成地点で確認した。

予定深度まで削孔を行う。次にロッド先端を高圧噴射ノズ
ルに取り換え，地上から孔底まで水により攪拌する（プレ3）改良体の品質確認ジェット工）。孔底まで攪拌した後，固化材を孔底から地造成後１０日間の養生期間を置いた後，効果確認のため上へ向かって水平に噴射し上昇させて改良体を造成する。にボーリングによる試料採取を行い，室内力学試験で設計対策工事で重要な点は，①対象施設への変位を最小限と強度（1M/m2）を満足しているかを確認した。コア採取位すること，②所定深度まで品質の高い改良体を造成するこ

置は，３箇所で行い液状化対策層厚の上・中・下とした。とであった。工事を行う際の課題および対応策を表-7 に示

試験時には，材齢２８日まで湿潤状態で養生し，一軸圧縮す。

試験を実施した。室内力学試験の結果，全ての試料におい

1）造成施工時の変位監視て設計強度を満足する結果が得られた。

管理施工として，対象施設基礎周辺および造成施工箇所周辺に監視点を設置し，トータルステーションにより，常時変位を確認しながら工事を行った。
① 準備工

7. おわりに
東海地域において，今後想定される３連動地震による液状化の被害は，各企業の事業継続に大きく影響するものである。我々，地質調査業協会員は，民間企業に対し，液状② 足場仮設施工機械設置③ 削孔工化の危険性や対策の重要性を提示し，意識の高揚を図ることが重要と考える。私は，土質技術者として，液状化に対する調査から対策工事までの一連の社会貢献を持続的にプレジェット工行い，有事の際の社会的機能回復の一助となれるよう努め

初期定位置噴射ていきたい。

造成施工≪参考文献≫④ 泥水処理⑤ 次孔へまたは施工完了

1）愛知県防災会議地震部会：愛知県東海地震・東南海地震・南海
地震等被害予測調査,pp3,2013.5
2 ）社団法人地盤工学会：ジオテクノート⑮濃尾平野の地⑥ 効果確認ボーリング⑦ 室内土質試験盤,pp57,2006.63）日本建築学会：建築基礎構造設計指針,pp61~72,2001.10
4）中央防災会議事務局：中部圏・近畿圏の内陸地震に係る被害想⑧ 評価書作成

図-5 工事の流れ図と工事中写真

定手法について,pp10~12,2007.11
5）日本建築学会：小規模建築物基礎設計指針,pp253~256,2008.2