JP2014005597A

JP2014005597A - 地下構造物の浮上防止杭及び地下構造物の浮上防止工法

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Publication number: JP2014005597A
Application number: JP2012139739A
Authority: JP
Inventors: Eiichiro Saeki; 英一郎佐伯
Original assignee: Hinode Ltd; Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd
Current assignee: Hinode Ltd; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: JP5882143B2

Abstract

【課題】浮上防止杭設置時の作業負荷を軽減し、液状化現象が発生した場合には地下構造物に対する浮力を減少させるとともに浮上防止杭の引き抜き抵抗力を残存させ、地下構造物の浮上を防止することができる地下構造物の浮上防止杭及び地下構造物の浮上防止工法を提供する。
【解決手段】本発明に係る地下構造物１の浮上防止杭２は、地下構造物１の底部に固定される中空パイプ材２と、前記中空パイプ材２の少なくとも先端側に形成された貫入部２２とを備えた地下構造物１の浮上防止杭１２において、前記中空パイプ材２には、前記中空パイプ材２を前記地下構造物１の底部に固定した状態において、少なくとも前記構造物１の底部より下側の位置に前記中空パイプ材の内外を貫通する透水孔１７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、地下構造物の浮上防止杭及び地下構造物の浮上防止工法に関する。
なお、本願明細書でいう「地下構造物」とは、下水道におけるマンホール，汚水桝、電力・通信における地下施設機器や地下ケーブル等を保護する共同溝，上水道やガス配管における路面下の埋設導管及びその付属機器を保護するボックス等を総称する。

下水道におけるマンホール等の地下構造物は内部が空洞になっているために比重が小さい。このため、周辺の地盤が砂層で、地下水位が高い場合等には、地震時に周囲の地盤が液状化して自重を上回る浮力が生じ、地下構造物が地上に浮き上がってくるという問題が生じる。

このような現象を防止するため、種々の対策が検討されている（例えば特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、既設マンホールのインバート部の周辺棚部を利用し、棚部を貫通して下端を地山に到達させ、上端を地下水位以上とする中空パイプを設け、液状化エネルギー中の水分を中空パイプによりろ過上昇させて放散するようにした既設マンホールの耐震補強方法が記載されている。

特許文献２には、既設マンホールの底版を貫通し、非液状化層まで削孔する工程と、拡開可能な複数の抵抗部材を下端に有するステーアンカーを削孔した孔に挿入する工程と、抵抗部材に対して衝撃を加えることにより抵抗部材を拡開させて、抵抗部材を孔の底壁や側壁に進入させる工程と、削孔した孔にセメントを充填する工程と、ステーアンカーの上端をマンホールの底版に固定する工程を含む既設マンホールの浮上沈下防止工法が記載されている。

特許文献３には、マンホールの底部に打設されているインバートコンクリートをはつる工程と、マンホールの底部から非液状化層まで削孔する工程と、削孔した孔にアンカー引張材を挿入し、グラウトを注入して、アンカー引張材の先端を非液状化層に定着させる工程と、中央に設けられた開口部からアンカー引張材の上端が突出するように、マンホール底部に受圧板を配置する工程と、アンカー引張材の上端を受圧板に固定する工程と、アンカー引張材の上端をキャップで被覆する工程と、マンホールの底部にインバートコンクリートを打設する工程とを含むことを特徴とする工法が記載されている。

特開２００７−２３６０３号公報特開２０１１−９９２１７号公報特許第４３２５９９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内容は、中空パイプにより地下水を消散させるものであるが、消散による浮力の減少のみによってマンホールの浮上防止を図るものであり、地盤に対する引き抜き抵抗力は全く備えていないため、マンホールに及ぶ浮力の程度によっては、マンホールの浮上防止効果が十分に機能しないおそれがある。

特許文献２や３に記載の内容は、非液状化層まで深く削孔する必要があり、さらに孔の最深部までグラウト材を注入させる等の作業が必要で、作業性に問題がある。また、マンホールの本体がアンカーで非液状化層まで一体固定されているため、液状化により地盤沈下が発生した場合にマンホールの底版とアンカーとの接合部に力が作用し、接合部が破壊するおそれがある。

本発明は、上記の従来技術の問題点を考慮してなされたものであり、浮上防止杭設置時の作業負荷を軽減し、液状化現象が発生した場合には地下構造物に対する浮力を減少させるとともに浮上防止杭の引き抜き抵抗力を残存させ、地下構造物の浮上を防止することができる地下構造物の浮上防止杭及び地下構造物の浮上防止工法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では、地下構造物の底部に固定される中空パイプ材と、前記中空パイプ材の少なくとも先端側に形成された貫入部とを備えた地下構造物の浮上防止杭において、前記中空パイプ材には、前記中空パイプ材を前記地下構造物の底部に固定した状態において、少なくとも前記地下構造物の底部より下側の位置に前記中空パイプ材の内外を貫通する複数の透水孔を設けたことを特徴とする地下構造物の浮上防止杭を提供する。

好ましくは、前記貫入部には、前記中空パイプ材の外周に形成された螺旋状の羽根を備えている。

また、本発明では、地下構造物の底部に、前記浮上防止杭を貫通させる貫通工程と、前記浮上防止杭により地中に貫入させる貫入工程と、前記地下構造物の底部と前記浮上防止杭とを固定する固定工程とを備え、前記浮上防止杭の少なくとも先端側に形成された貫入部は、地盤を形成する液状化層と非液状化層のうち、液状化層に配されていることを特徴とする地下構造物の浮上防止工法も提供する。

本発明によれば、地盤が液状化した際に、中空パイプ材に設けられた透水孔から間隙水（地下水）が中空パイプ材の内部に流入し、中空パイプを介して地下構造物内及び地上に排出するので過剰間隙水の水圧が減少し、消散効果を得ることができる。すなわち、地盤の液状化による地下構造物に対する浮力を減少させることができる。また、浮上防止杭の周辺地盤の液状化の度合いも低減させることができるので、地盤に対する浮上防止杭の引き抜き抵抗力も過剰間隙水圧の減少に応じて保持することができ、地下構造物の浮上をより確実に防止できる。つまり、浮上防止杭に形成した貫入部が地盤の液状化層内にとどまった状態において、地盤に対する浮上防止杭の引抜き抵抗力を保持するため、浮上防止杭の貫入深さが浅くて済み、浮上防止杭を設置する時の作業負荷を低減できる。

本発明に係る地下構造物の浮上防止杭を側面から視た概略断面図である。本発明に係る地下構造物の浮上防止杭を正面から視た概略断面図である。本発明に係る地下構造物の浮上防止杭の透水孔を形成した近傍の部分概略図である。

本実施例に係る地下構造物１は、下水道のマンホールとして構成されたものであり、その全体形状は略筒形状であり、その内側は少なくとも作業者が通れる程度のスペースが確保されている。実際には、地下構造物１の内壁に配された複数のステップ１１を利用して作業者は地下構造物１内を昇降する。

地下構造物１は、円筒形状の直壁体５と一部の周壁が傾斜した斜壁体６とを軸方向に複数連結して形成されており、地下構造物１の下端は、底版４にて閉塞されている。また、地下構造物１を地中に埋設する際は、予め底版４の下側に砕石基礎材１０が敷設されている。地下構造物１の上部には、嵩調整部７を介して受枠８が地表面に合わせて設置されている。ここで、嵩調整部７は、地下構造物１の上面に立設したボルトに螺合させる嵩調整駒（図示しない）や、地下構造物１の上面に載置される複数の調整リング（図示しない）等からなり、嵩調整駒や調整リングにより、受枠８の設置高さが調整される。受枠８には地表面に露出する開口部３が形成されており、この開口部３は開閉可能な蓋体９にて覆われている。

地下構造物１の下方の側面には、流入側及び流出側の配管１４が配設されている。地下構造物１の下端に設けた底４上には、底版４と一体又は別体として、流入側及び流出側の配管１４に通じる溝１６を形成したインバート１５が設けられている。

浮上防止杭１２は、地下構造物１の底部（インバート１５及び底版４）に固定した状態において、地下構造物１内から底部を貫通して地中まで延びている。すなわち、浮上防止杭１２の一方の端部が地下構造物１内に、他方の端部が地中に配された状態となっている。また、浮上防止杭１２は地下構造物１の底部に固定されているが、この固定方法には、浮上防止杭１２の外周にフィンを装着させ、フィンを介して固定する方法などがある。浮上防止杭１２の本数は、地下構造物１の大きさ、設置環境による浮上防止杭の貫通方向、要求する引き抜き抵抗力等により適宜設定可能である。

この浮上防止杭１２は、中空パイプ材２で形成され、中空パイプ材２の先端側は、貫入部２２が形成されている。本実施例においては、貫入部２２は中空パイプ材２と、その外周に形成された螺旋状の羽根１３からなっている。なお、貫入部２２は、浮上防止杭１２により地中に貫入させる際の貫入効率が良く、地盤に対する浮上防止杭の引き抜き抵抗力を保持することが可能な形状であれば、螺旋状の羽根に限らず、適用可能である。例えば、中空パイプ材２の先端側を中実棒状に形成し、この外周に螺旋状の羽根を設けることも考えられる。この場合、螺旋状の羽根の径を中空パイプ材２の径よりも大きくすることや、螺旋状の羽根の径を先端側から長手方向の上方に向けて徐々に大きくすることや、中実棒状の部分だけでなく、その上側に位置する中空パイプ材２の部分まで延伸させて螺旋状の羽根を設けること等、適宜設定できる。また、螺旋状の羽根ではなく、ドーナツ状の平板を半割りした平板を中空パイプ材２の外周に、間隔を置いて斜めに複数個設け、擬似的な螺旋状の羽根として形成することもできる。このようにすることにより、溶接等により中空パイプに平板を取付ける場合、製造し易いというメリットがある。本実施例では、中空パイプ材２の地下構造物１内の端部は開放され、地中側の端部は閉塞されている。貫入部２２に螺旋状の羽根１３を備えたことにより、浮上防止杭１２を回転させて地中を掘り進める際に、貫入効率が向上し、浮上防止杭１２の設置が容易となり、また、地中に浮上防止杭１２を設置後、浮上防止杭１２の引き抜き抵抗力も保持できる。この螺旋状の羽根１３は、中空パイプ材２の先端側の一部に設けてもよいし、長手方向の一部から全域にわたって設けてもよい。浮上防止杭１２は、この螺旋状の羽根１３も含めて鋳鉄製としてもよいし、鋼材としてもよいが、鋳物製（鋳鉄製、鋳鋼製など）とすることにより、中空パイプ材２と螺旋状の羽根１３を一体的に製造できるというメリットがある。

浮上防止杭１２を地下構造物１の底部に固定した状態において、地下構造物１の底部より下側の部位には、透水孔１７が複数形成されている。この透水孔１７は、浮上防止杭１２を形成する中空パイプ材２の内外を貫通している。この透水孔１７を設けることで、地盤が液状化した際に、透水孔１７から間隙水（地下水）が浮上防止杭１２（中空パイプ材２）の内部に流入するので過剰間隙水の水圧が減少し、消散効果を得ることができる。すなわち、地下構造物１に対する浮力を減少させることができる。また、間隙水を地下構造物１内に逃がすことで、地盤の液状化の度合いも低減させることができるので、浮上防止杭１２の引き抜き抵抗力も過剰間隙水圧の減少に応じて保持することができ、地下構造物１の浮上をより確実に防止できる。地下構造物１の浮上を防止することで、地下構造物１の底部（インバート１５及び底版４）の破損も併せて防止できる。すなわち、浮上防止杭１２の先端側の貫入部２２が非液状化層１９まで達していないことから、液状化が発生した際に、地下構造物１の底部と浮上防止杭１２との固定箇所に力が加わり難く、地下構造物１の底部の破損を防止できる。透水孔１７の大きさ、形状、個数及び配置は、浮上防止杭１２の強度及び透水効果に応じて適宜設定可能である。なお、本実施例においては、図１に示すとおり、貫入部２２より上側の中空パイプ材２の部位に透水孔１７を設けているが、貫入部２２の部分にも透水孔１７を設けることもできる。この場合、間隙水の消散効果をよりよく発揮することができる。

図３に示すように、浮上防止杭１２の透水孔１７を形成した位置の内面に透水シート２０を貼り付けてもよい。ここでの透水シート２０は、水分のみを通し、砂利や砂等を通過させないものである。また、さらに透水シート２０の内側に透水性の良好な充填剤２１を充填してもよい。このような透水シート２０や充填剤２１を配することで、浮上防止杭１２内の土砂等による目詰まりを防止できる。

浮上防止杭１２を地下構造物１の底部に固定した状態において、浮上防止杭１２の上端は、地下水の水位より上側に位置するように配されている。この浮上防止杭１２の長さは、適宜、中空パイプ材２を連結させ接続することにより現場で調整することもできる。地盤の液状化が起こり、透水孔１７から流入した間隙水は浮上防止杭１２の上端から地下構造物１内に流出する。これにより地下水位が高い場合の平常時の地下水流入を防止することができる。

一方で、浮上防止杭１２の先端側に形成された貫入部２２は、地中を形成する液状化層１８と非液状化層１９のうち、液状化層１８に配されている。
地盤の液状化が発生するのは、地中に地下水（間隙水）が存在する軟弱な砂層からなる液状化層１８で、この液状化層１８より下には非液状化層１９が存在している。ここで液状化層とは、設計時に液状化に対する対策工を施していない状態において、液状化の可能性があると判断される地盤のことをいい、比較的緩い砂質土であることが多い。一方、非液状化層とは、設計時に液状化が発生しないと判断される地盤のことをいい、比較的締まった砂質土や粘性土であることが多い。本発明では、浮上防止杭１２の先端側が液状化層１８内にとどめた状態において地下構造物１の浮上防止効果を発揮するものであるため、浮上防止杭１２の貫入深さが浅くて済み、設置時の作業負荷が低減する。この効果は、上述した透水孔１７による間隙水の流入と相俟って奏されるものである。すなわち、透水孔１７により消散効果を得ることができ、浮上防止杭１２の周辺地盤の液状化を防止できるので、浮上防止杭１２は非液状化層１９まで達していなくてもアンカー効果を得ることができる。したがって、グラウト材の注入等も不要である。地盤の状態にもよるが、通常、非液状化層１９まで達するには地表面から２０ｍ以上掘削する必要があるが、本実施例においては、浮上防止杭１２はの地下構造物１の下端から３ｍ〜５ｍ程度でアンカー効果を得ることができる場合も有りうる。

本実施例における地下構造物１の浮上防止工法は、以下のとおりである。まず、地中に埋設されている既設の地下構造物１のインバート１５及び底版４に、別途準備した工具を用いて、浮上防止杭１２を挿通可能な貫通孔を貫通させ、この貫通孔に浮上防止杭１２を貫通させる（貫通工程）。次に、インパクトレンチ等を用いて浮上防止杭１２を回転させ、地中に螺旋状の羽根１３を捩じ込むことにより、地中の液状化層１８の途中まで掘削する（掘削工程）。次に、地下構造物１の底版４と浮上防止杭１２とを固定する（固定工程）。これにより、既設の地下構造物１に対し簡単な手順で浮上防止杭１２を設置することができる。

１地下構造物
２中空パイプ材
３開口部
４底版
５直壁体
６斜壁体
７嵩調整部
８受枠
９蓋体
１０砕石基礎材
１１ステップ
１２浮上防止杭
１３螺旋状の羽根
１４配管
１５インバート
１６溝
１７透水孔
１８液状化層
１９非液状化層
２０透水シート
２１充填剤
２２貫入部

Claims

地下構造物の底部に固定される中空パイプ材と、
前記中空パイプ材の少なくとも先端側に形成された貫入部とを備えた地下構造物の浮上防止杭において、
前記中空パイプ材には、前記中空パイプ材を前記地下構造物の底部に固定した状態において、少なくとも前記地下構造物の底部より下側の位置に前記中空パイプ材の内外を貫通する複数の透水孔を設けたことを特徴とする地下構造物の浮上防止杭。
前記貫入部には、前記中空パイプ材の外周に形成された螺旋状の羽根を備えていることを特徴とする請求項１に記載の地下構造物の浮上防止杭。
地下構造物の底部に、前記浮上防止杭を貫通させる貫通工程と、
前記浮上防止杭により地中に貫入させる貫入工程と、
前記地下構造物の底部と前記浮上防止杭とを固定する固定工程と
を備え、前記浮上防止杭の少なくとも先端側に形成された貫入部は、地盤を形成する液状化層と非液状化層のうち、液状化層に配されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地下構造物の浮上防止杭を用いた地下構造物の浮上防止工法。