【新技術説明会：福岡大学】
令和02年5月14日 12:30～12:55

竹製ドレーン材および液状化対策工法
福岡大学 工学部 社会デザイン工学科
教授 佐藤研一

研究背景～液状化の現状～

液状化被害事例

地盤支持力消失によるアパートの転倒

岸壁の裏込め土の流出による地盤沈下

基礎の水平移動に伴う柱の倒れ

浮力による地下オイルタンクの浮上がり
出典：https://www.kajima.co.jp

研究背景～液状化の現状～□過去の震災における液状化被害◆東北地方太平洋沖地震

約2万7,000件の液状化による宅地被害が発生

広範囲で液状化が発生◆熊本地震

内陸部の旧河道南北約5ｋｍに集中研究背景～液状化の現状～□過去の震災における液状化被害◆東北地方太平洋沖地震

約2万7,000件の液状化による宅地被害が発生

広範囲で液状化が発生◆熊本地震

今後も同様の被害が懸念されるためさらに液状化対策の研究を進める必要がある
内陸部の旧河道南北約5ｋｍに集中研究背景～液状化の現状～
液状化現象とは・・・
①通常時

②地震時

③地震後

○地震により土粒子がバラバラになる○土粒子が沈み、水が浮上する

地
盤の状
態○土粒子の間隙に水が存在している

研究背景～液状化の現状～
液状化現象とは・・・
①通常時

地
盤の状態
○土粒子の間隙に水が存在している

②地震時

③地震後

液状化現象
○地震により土粒子がバラバラになる○土粒子が沈み、水が浮上する

研究背景～液状化対策工法～□液状化対策工法⇒従来は締固め工法、固化工法、間隙水圧消散工法などが用いられてきた

締固め工法

固化工法

間隙水圧消散工法（ＳＣＰ）(深層混合処理工法)（バーチカルドレーン）

土の密度を大きくすることにより、地盤の支持力やせん断強度を上げ、強固な地盤に改良することができます

軟弱土にセメント系・石灰系等の固化材・改良材をスラリー状や粉体で混合し、化学的に土の性状、強度を改善する工法

地震時に発生した過剰間隙水を素早く排水し、過剰間隙水圧を消散させることで 地盤の液状化を防ぐ工法

研究背景～新しい液状化対策工法の開発～
近年、喫緊の課題である地球温暖化問題⇒二酸化炭素排出量削減が求められている

循環型社会の実現に向けて土木分野における二酸化炭素排出構成比

セメントや鉄鋼の代替材として自然素材を用いた対策工法の開発が求められている
出典：一般的社団法人日本建設機械施工協会HP

研究背景～自然素材を用いた液状化対策工法(既存工法）～
地球温暖化緩和
林業再生

密度増大原理丸太打設による液状化対策の開発

丸太の体積分砂が押しのけられ地盤が丸太打設液状化対策工法

密になる原理

出典:兼松サステック株式会社HP・密度増大が対策原理

出典：飛島建設株式会社HP・間伐材の利用が可能

既に多くの実施工実績

・CO2排出量の削減をあげている・木材利用の活性化

密度増大イメージ

研究背景～竹の現状～

非常に繁殖力が強いため定期的な伐採が必要

研究背景～竹の現状～□竹林面積は年々増加傾向にある⇒放置された竹林は約9万ha (全体の約6割)

竹林
太陽光

森林・二酸化炭素吸収の低下
被圧・枯死・生物多様性の低下
・水源涵養機能の低下
・森林減少を招く

地下茎・土砂災害・斜面崩壊につながる

毎年伸びる地下茎で森林内に侵入し、侵入した竹は光を遮り、樹高の低い樹木を被圧・枯死させ、周囲を竹林化させる⇒定期的な伐採と伐採後の有効利用

研究背景～竹の現状～□竹林面積は年々増加傾向にある⇒放置された竹林は約9万ha (全体の約6割)

竹林
太陽光

大量消費の見込める土木分野での森林・二酸化炭素吸収の低下

有効利用が期待されている
被圧・枯死・生物多様性の低下

・水源涵養機能の低下
・森林減少を招く
地下茎・土砂災害・斜面崩壊につながる

毎年伸びる地下茎で森林内に侵入し、侵入した竹は光を遮り、樹高の低い樹木を被圧・枯死させ、周囲を竹林化させる⇒定期的な伐採と伐採後の有効利用

開発目的～竹を用いた液状化対策工法の提案～□竹の優位性(丸太と比較して) 成長が早い！
⇒本数管理ができている限り毎年継続的に同量生産、供給が可能⇒弾力性・曲げ剛性・割裂性が大きいため加工しやすい
竹の構造に着目するとしなりの利用

ドレーン材としての可能性
竹

竹の中空構造の利用

竹を半分に割って束ねて空洞を作る

木
杭

剛性小大

密度増大に加え排水機能をもたせた液状化対策杭として利用

福岡大学工学部社会デザイン工学科

道路土質研究室での取り組み
小型土槽を用いた液状化模型実験①無対策地盤による検討○豊浦砂による検討：中密度(Dr=60%）にて無対策砂地盤の液状化現象の確認②モデル杭を用いた液状化対策地盤による検討○モデル杭による検討：4種類のモデル杭による対策砂地盤の液状化現象の確認③今後の展開実験概要～土質試料～✔豊浦珪砂の物理特性
土粒子密度 最大間隙比 最大間隙比 塑性指数
emax
emin
Ip
ρs(g/cm3)
2.652
0.902
0.655
N.P
豊浦珪砂
土質試料0.075
シルト

細砂

0.250 0.850 24.75

中砂 粗砂 細礫

液状化実験でよく用いられる

75

19
中礫

単一粒径であるため粗礫

通過質量百分率 (%)

1008060402000.010.11
粒径 (mm)10✔豊浦珪砂の粒径加積曲線

100

写真-豊浦珪砂実験概要～小型振動台～●模型土槽の概要

小型振動台

実験概要
～小型振動台～●模型土槽の概要①試料の計量 ②土槽に試料投入及び ③土槽内を撹拌間隙水圧計の設置(水中落下法)④砂を自然沈殿※目標相対密度より小さい場合
微小加振を与え密度を調整
地表面(200mm)+⑤上澄み液を排水 ⑥ホースから排水に設定⑦地下水位を設定

実験概要～小型振動台～●液状化対策に用いたモデル杭表 モデル杭の形態及び寸法
杭の種類

杭の形態及び寸法

木杭

各モデル杭の材質の曲げ弾性率
杭の材質

曲げ弾性率

木材(スギ)
フッ素チューブ

7.50GPa
6.50GPa
1.99GPa

シリコンチューブ

1.63GPa竹杭(モウソウチク)

竹杭
チューブ①

ドレーン材としてのチューブ②役割に期待
実験条件

竹の中空構造低い曲げ弾性率

◎実験概要●液状化対策に用いたモデル杭表 モデル杭の形態及び寸法
杭の種類

杭の形態及び寸法

木杭

竹杭

チューブ①

相対密度と加速度との関係
相対密度60%の地盤においては、

チューブ②

加速度100galでは、10波以下で
実験条件

液状化する
出典：山下ら：地盤の密度が液状化による浮上りに与える
影響 土木学会第56回年次学術講演会
ＩＩＩ－A194 pp.388-389

改良範囲
杭の設置位置

上面図
改良範囲の拡大図

模擬構造物

①無対策地盤
Dr=60%

1.5
過剰間隙水圧比 (⊿u/σ´)

無対策

無対策

100gal10.50

実験時の様子Dr=60%

05

10時間(s)

水圧計
設置位置
D.L=10cm1520

過剰間隙水圧比の時刻歴

相対密度60%の無対策地盤では、過剰間隙水圧の急な上昇から過剰間隙水圧比が1.0に達している

①無対策地盤
Dr=60%

50
無対策

模擬構造物の沈下量(mm)

無対策

40 Dr=60%
100gal3020
1000

実験時の様子510時間(s)15

模擬構造物の沈下量

模擬構造物が土中に沈み込むまでの大きな沈下を示した

20

①無対策地盤
無対策

Dr=60%
100gal10.500510時間(s)

8050

水圧計
設置位置
D.L=10cm1520

過剰間隙水圧比の時刻歴

模擬構造物の沈下量(mm)
模擬構造物の沈下量(mm)

過剰間隙水圧比 (⊿u/σ´)

1.5

無対策
無対策

70
木杭
竹杭
40 Dr=60%
チューブ①60
100gal チューブ②
5030402030

Dr=60%
100gal20101000510時間(s)152020模擬構造物の沈下量

Dr=60%の無対策地盤では、加速度100galの加振波を与えたとき液状化が確認できた。

②モデル杭による対策地盤
木杭

竹杭

チューブ①

チューブ②

②モデル杭による対策地盤
無対策
木杭
竹杭
チューブ①
チューブ②

80

Dr=60%
100gal1
水圧計
設置位置
D.L=10cm
0.50

模擬構造物の沈下量(mm)

過剰間隙水圧比 (⊿u/σ´)

1.57060

無対策
木杭
竹杭
チューブ①
チューブ②

Dr=60%

515100gal

50
4030201000510時間(s)1520010時間(s)20過剰間隙水圧比の時刻歴
模擬構造物の沈下量
・無対策と比べ、木杭と竹杭とチューブ①は、過剰間隙水圧と模擬構造物の沈下が大きく抑制されている→液状化対策効果が発揮された・チューブ②は、無対策と同様に過剰間隙水圧比が1.0に達し、模擬構造物も土中に沈み込むまでの大きな沈下を示した

1.2

50

1
水圧計
設置位置
D.L=10cm0.80.6木杭
竹杭
チューブ①チューブ②Dr=60%0.4100gal

0.200

1 2 3 4 5 6 7 8モデル杭の曲げ弾性率(GPa)

過剰間隙水圧比

模擬構造物の沈下量(mm)

過剰間隙水圧比の最大値(⊿u/σ´)②モデル杭による対策地盤-考察
木杭
竹杭
チューブ①チューブ②40Dr=60%

30100gal
2010001 2 3 4 5 6 7 8モデル杭の曲げ弾性率(GPa)

模擬構造物の沈下量

各液状化指標と杭の曲げ弾性率の関係
・杭の剛性の違いに着目すると曲げ弾性率の高い木杭と竹杭は、同程度の高い液状化対策効果を示した→打設による密度増加に加え、複合地盤としての杭の高い曲げ剛性によるせん断抵抗の増加が示唆される

1.2501
水圧計
設置位置
D.L=10cm

0.80.6

木杭竹杭チューブ①チューブ②Dr=60%

0.4100gal

0.2001 2 3 4 5 6 7 8モデル杭の曲げ弾性率(GPa)

過剰間隙水圧比

模擬構造物の沈下量(mm)

過剰間隙水圧比の最大値(⊿u/σ´)②対策地盤-考察
木杭
竹杭
チューブ①
チューブ②40Dr=60%

30100gal
2010001 2 3 4 5 6 7 8モデル杭の曲げ弾性率(GPa)

模擬構造物の沈下量

各液状化指標と杭の曲げ弾性率の関係
・チューブ①は、木杭と竹杭に比べ、曲げ弾性率が大幅に低いにも関わらず木杭と竹杭と同程度の高い液状化対策効果を示した→ドレーン材としての機能が働いたと考える

1.2501
水圧計
設置位置
D.L=10cm

0.80.6

木杭
竹杭
チューブ①
チューブ②Dr=60%

0.4

100gal0.200

1 2 3 4 5 6 7 8モデル杭の曲げ弾性率(GPa)

模擬構造物の沈下量(mm)

過剰間隙水圧比の最大値(⊿u/σ´)②モデル杭による対策地盤-考察
木杭
竹杭
チューブ①
チューブ②40Dr=60%

30100gal
2010001 2 3 4 5 6 7 8モデル杭の曲げ弾性率(GPa)

模擬構造物の沈下量
過剰間隙水圧比
各液状化指標と杭の曲げ弾性率の関係
・チューブ②は、いずれのモデル杭より曲げ弾性率が低く、低い液状化対策効果を示した→曲げ弾性率が過剰に低いと液状化対策効果は発揮されないことが示唆された

③今後の展開①竹のしなりや排水性の検討②竹杭設置位置の工夫

新しい竹のモデル杭を作製

チューブで竹の中空構造を再現しゴム栓のようなもので竹の節と竹のしなりを再現や竹束による排水効果の確認

緩詰
め
地盤

チューブ(中空構造)

非液状化層

ゴム(節)

緩詰め地盤の下部に非液状化層

竹の排水性
竹のしなり
各種竹のモデル杭の検討を設置し、非液状化層に杭を打設⇒杭打設による地盤拘束効果を表現ご静聴ありがとうございました。

発明者：教授 佐藤 研一(工学部)
TEL ：092-871-6631(内線6464)
FAX : 092-865-6031
e-mail：sato@fukuoka-u.ac.jp
携 帯：090-5384-7784
本件の問い合わせ先：福岡大学
TEL ：092-871-6631(内線2832, 2833)
e-mail：sanchi@adm.fukuoka-u.ac.jp