JP2751652B2 - ライフライン構造物の液状化対策構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は道路、鉄道、地中埋設物
（共同溝、堀割道路他）等の地盤上または地盤中を線状
に横切る連続的な構造物であるライフライン構造物の液
状化対策構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液状化のおそれのある砂質地盤を通過し
て設けられるライフライン構造物に対する液状化対策、
あるいは耐震対策としては、以下のようなものが考えら
れる。

【０００３】(1) 地盤締固め対策 本対策は対象地盤とともに腐植土、粘土等を含む軟弱地
盤等を締固めるため、地盤は強固になるが、その施工領
域が大きく、かつその範囲が明らかでない。また、地盤
の透水性を小さくするため、地下水環境を損ねるおそれ
がある。

【０００４】(2) セメントミルク、薬液の注入または混
入による地盤固化対策 本対策も地盤締固め対策と同様、地盤は強固になるが、
施工範囲が大きい。また、施工中に地下水環境を汚染す
るおそれがあり、施工後には地盤の透水性が消滅し、地
下水環境が大幅に変化する。

【０００５】(3) 矢板壁、コンクリート連壁等の壁構造
対策 本対策は連続壁により対象構造物近傍を締切るため、地
震時の地盤の変状を防止し得るが、地盤を遮断するの
で、地下水環境が変化するおそれがある。

【０００６】(4) 砕石ドレーン等による排水対策 砕石ドレーン（特開昭５６−１００９１９号公報、特開
昭５６−１１６４３４号公報等参照）ないし樹脂製ドレ
ーン材を地盤中に柱状に建て込み、地震時の過剰間隙水
圧の上昇を排水効果によって低減するため、地盤強度を
保持し、地下水環境を大きく変化させないが、大きな施
工領域が必要で、かつその範囲が明らかでない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の対策
を、液状化のおそれのある砂質地盤を通過して設けられ
るライフライン構造物に適用する場合、次のような問題
点がある。

【０００８】 一般にライフライン構造物は延長が長
いため、液状化し得る砂質地盤に設けられる場合、その
対策工が地盤の透水性能を低減し、地下水流を分断し、
下流側では井戸の水涸れ、地盤沈下、工業用水不足等が
生じる。

【０００９】また、ライフラインの上下流で地下水位の
差が生じ、ライフライン構造物に悪影響を及ぼす可能性
もある。

【００１０】 従来の耐震対策では地下水環境を変化
させるもの、液状化地盤には向かないもの、施工領域が
大きくかつその範囲が不明なもの等、技術的に一長一短
があり、対策として十分なものがない。

【００１１】本発明は上述の問題点を一挙に解決するこ
とを目的としたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は液状化のおそれ
のある砂質地盤（以下、液状化地盤という）内に排水部
材を設けることにより、排水部材近傍の地盤の液状化を
抑止し得る点と、強度、剛性の大きい杭を離散配置する
ことにより、地下水環境を変化させることなく腐植土、
粘土等を含む軟弱地盤（以下、単に軟弱地盤という）の
側方流動を抑止し得る点を組み合わせて、液状化対策構
造を形成したものである。

【００１３】すなわち、強度、剛性の大きな杭本体の長
手方向に地震時に地盤内に生ずる過剰間隙水圧を逸散さ
せるための排水路を形成してなる排水機能付杭（例え
ば、特開昭６２−２１１４１６号公報、特開平２−９６
０１８号公報、特開平２−１３２２１９号公報等に示さ
れる形式のものや、杭の外周面に多数の孔とフィルター
を設けた排水用部材を複数条取り付けた特開平２−３０
０４１２号公報等に示される形式もの等がある）を設
け、これを適切な間隔で離散的に配置し、杭および杭間
の地盤からなる一種の複合壁をライフライン構造物を囲
むように地盤中に形成する。これにより地盤の変状を防
止し、ライフライン構造物を保護するとともに、地下水
流が杭間の地盤を通過するため、地下水環境の保全が可
能となる。

【００１４】

【作用】一般に、ライフライン構造物は常時においても
偏載荷重条件にある。例えば盛土では周辺地盤に対し、
盛土部の自重が偏載荷重であり、地下埋設構造ではその
みかけ密度が地盤より軽いため、構造物直下地盤に対
し、周辺地盤の重量が偏載荷重状態となる。

【００１５】このような条件下で地震により地盤が液状
化すると、盛土等ではその周辺部へ、埋設構造ではその
直下へ土砂が側方流動的にまわり込み、構造物が変状
（沈下、浮上り他、種々の変化の状態を一括して呼ぶ）
をきたす。

【００１６】また、ほとんど水平な地盤上に道路等を構
築した場合でも、液状化地盤下面の地盤が傾斜している
場合には、地震により地盤が液状化した際、わずかの重
量バランスの差で地盤が変状し、道路等が分断される場
合がある。

【００１７】本発明はこれらの現象を防止するために、
杭と地盤からなる複合壁構造を地盤中に形成するもので
ある。

【００１８】次に、図２および図３に基づきその作用を
説明する。

【００１９】図２は杭本体２に排水用部材３を４本取り
付けた排水機能付杭１を、１列に配置した場合の液状化
地盤中の模式的水平断面図である。

【００２０】一重ハッチング部分は排水用部材３の排水
効果が及ぶ範囲である。液状化時には個々の排水用部材
３により地中水が鉛直上向きに排水され、この範囲まで
過剰間隙水圧を低減する。地盤の強度は過剰間隙水圧が
低いほど、常時の強度に近づく。また、設計時には一般
に常時の地盤強度で安全率が確保されている。

【００２１】図２において、二重ハッチング部分は排水
用部材３の４本の効果が重合するため、液状化時におい
ても常時の地盤強度により近い状態となっている。これ
により、排水機能付杭１と排水機能付杭１間の地盤が一
種の複合壁を形成し、偏載荷重の地震時の作用外力との
バランスに依存するが、偏載荷重側からの地盤砂の杭間
を通る流動現象（杭１間からの砂抜け）が防止できる。
これが本発明の基本的な作用である。

【００２２】図３は図２が１列配置だったのに対し、２
列千鳥配置の場合を示したもので、いずれの場合も杭ピ
ッチは設計条件から決定でき、また地下水環境に対する
影響は極めて小さい。

【００２３】特に、地盤が液状化する際のライフライン
構造物の変状は地盤の変状に大きく左右される。本発明
の特許請求の範囲の請求項１はこれを防止するもので、
前述の複合壁でライフライン構造物の一部または全部を
囲むことにより、液状化状態の地盤とライフライン構造
物とを遮断し、かつ液状化地盤の変状を杭の曲げ剛性に
より抑える作用をもたらす。

【００２４】請求項２は杭列を増すとともに、液状化抑
止範囲を広げ複合壁として地盤の変状に対する遮断効果
を向上させるものである。

【００２５】請求項３は杭の頭部を結合することによ
り、杭の剛性を高めることを狙いとする。すなわち、液
状化が地盤の局部で生じる際は、杭列が１列の場合は杭
頭部を連結する部材の水平曲げ剛性で対処し、地盤の全
体で生じる場合は、請求項２のように杭列数を増加し、
その頭部を結合することで多数の杭と結合部材で構成さ
れるラーメン構造を形成し、鉛直曲げ剛性を大幅に増加
させることができる。

【００２６】請求項４は杭基礎を有するライフライン構
造物において、杭基礎に排水機能付杭を用いて、液状化
対策にも適用することを意味している。

【００２７】

【実施例】次に、図示した実施例について説明する。

【００２８】図１は本発明の液状化対策構造を河川堤防
１０における道路１２の橋台１１付近に適用した場合の
実施例を示したものである。

【００２９】本実施例では道路１２の平坦部１２ａから
橋台１１へかけての傾斜部１２ｂを形成する盛土１３の
両側面と河川堤防１０側に排水機能付杭１を所定間隔で
施工し、排水機能付杭１で盛土１３部分をコの字形に取
り囲んで、排水機能付杭１と排水機能付杭１間の地盤か
らなる複合壁１４を形成している。

【００３０】液状化対策がない場合、地震により地盤１
５が液状化すると、盛土部および盛土表面と河底地盤面
との高低差により生じる重量差のため、液状化地盤１５
の土砂が盛土１３中央部から両側、および陸側から河川
中央側へ向けて流れ出し、盛土１３が大幅に沈下し、た
とえ橋台１１が健全であっても道路１２として供用でき
なくなる。

【００３１】本実施例ではそのような状態を抑制するた
め、上述したように橋台１１の陸側に１列、盛土１３の
両側に２列千鳥配置で排水機能付杭１を設け、それらの
頭部を鉄筋コンクリート１６（以下、ＲＣ梁と呼ぶ）で
結合し、コの字形の液状化対策用複合壁１４を形成した
ものである。これにより液状化時に液状化地盤１５を構
成する土砂が流れ出すおそれがなくなる。また、地下水
環境を変化させることもない。

【００３２】排水機能付杭１からの排水はＲＣ梁１６の
下面に設けた砕石層（図示せず）等に排水される。ま
た、排水機能付杭１の頭部をＲＣ梁１６で結合するの
は、壁としての剛性を高め、地震時の杭変位を小さくす
るためである。排水機能付杭１のピッチは盛土１３の高
さや、盛土１３の表面と河底地盤面との高低差および地
盤の液状化の程度等から決定される。

【００３３】本実施例における液状化対策は盛土１３を
構築する前に施工し得るが、橋台１１を新設する場合に
は、図１に示す橋台１１の基礎杭１７に排水機能を持た
せ、橋台１１の陸側に設けた１列の液状化対策を省略す
ることができる。また、既設の道路の場合には橋台１１
の河川側に本発明の液状化対策を施すこともできる。盛
土１３両側面の液状化対策は新設、既設にかかわらず施
工可能である。

【００３４】なお、道路１２の傾斜部１２ｂから平坦部
１２ａに向けて、液状化時に流動化のおそれがあるが、
図１の例では盛土勾配が小さいため、液状化対策を施し
ていない。条件によっては、盛土１３の両側の複合壁１
４をさらに平坦部１２ａ側に延長したり、橋台１１の陸
側に設けたものと同様の１列または２列千鳥配置の排水
機能付杭による液状化対策が必要となる。

【００３５】次に、埋設されたライフライン構造物であ
る共同溝に適用した実施例について説明する。

【００３６】図４(a) は共同溝が設置される地盤の設置
前の断面を示したもので、図４(b)は該地盤に共同溝が
設置された場合の水平断面、図５は共同溝の連続方向と
直角な方向の断面を示したものである。

【００３７】地盤状況は図４(a) に示す通り、液状化地
盤３１、非液状化地盤３２、被圧帯水層３３が互層を形
成しており、液状化地盤３１が局部的に存在している
（図では中間部分を大幅に省略して示している）。ただ
し、図４(a) の紙面と直交する方向、すなわち山側（図
４(b) の上部）から海側（図４(b) の下部）に向けて液
状化地盤３１が連続しており、対策がない場合には共同
溝３４が浮き上がるとともに、山側から海側に向けて局
部的に移動するおそれがある。

【００３８】液状化対策は図４(b) および図５に示すと
おり、共同溝３４の両側に排水機能付杭１を１列配置
し、その頭部をＲＣ梁３５で連結している。これによ
り、共同溝３４の液状化地盤３１内に位置する部分を排
水機能付杭１と排水機能杭１間の地盤とで形成される複
合壁３６および非液状化地盤３２とで囲むことができ
る。

【００３９】本実施例では排水機能付杭１の排水効果に
より共同溝３４への浮き上がり力をなくし、かつ複合壁
３６の効果により共同溝３４下面への土砂のまわり込み
を防止し、液状化地盤３１の山側から海側への大変形を
抑えることができる。また、複合壁３６は被圧帯水層３
３内の地下水流を妨げることがない。

【００４０】図６〜図８は本発明で用いる排水機能付杭
１の例を示したものである。

【００４１】図６の排水機能付杭１は鋼管杭本体２の外
周面に杭本体の長手方向に沿って、溝形鋼等からなる４
本の排水用部材３を取り付けたもので、排水用部材３に
は多数の孔４が穿設され、各孔４には土砂の侵入を防止
するためのフィルター５を装着してある。

【００４２】図７および図８の排水機能付杭１は、杭本
体２に排水用部材６としてスリット７を有する円形断面
または角形断面のパイプを溶接し、排水用部材６の内部
に砕石８等を充填したものである（特開平２−９６０１
８号公報参照）。

【００４３】

【発明の効果】 液状化地盤中に排水機能付杭を所定
間隔で離散的に配置することにより、液状化地盤中に排
水機能付杭と排水機能付杭間の地盤とからなる複合壁が
形成され、地震時にもその強度を失わない。

【００４４】 従って、対象ライフライン構造物の地
震による被災を防止できる。

【００４５】 排水機能付杭の液状化抑止機能と複合
壁の効果により、液状化地盤の流動化を防ぐことができ
る。

【００４６】 排水機能付杭間において地下水の移動
が可能であり、地下水環境を保全できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を河川堤防における道路の橋台部付近に
適用した場合の実施例を示したもので、(a) は平面図、
(b) は道路中央部の鉛直断面図である。

【図２】排水機能付杭を１列に配置した場合の液状化地
盤の模式的水平断面図である。

【図３】排水機能付杭を２列千鳥配置した場合の液状化
地盤の模式的水平断面図である。

【図４】本発明を共同溝に適用した場合の実施例を示し
たもので、(a) は共同溝が設置される地盤の鉛直断面
図、(b) は該地盤に設置した共同溝に対する液状化対策
構造を示す水平断面図である。

【図５】図４の実施例における共同溝連続方向と直角な
方向の鉛直断面図である。

【図６】本発明で使用する排水機能付杭の一例を示す杭
上部の斜視図である。

【図７】本発明で使用する排水機能付杭の他の例を示す
水平断面図である。

【図８】本発明で使用する排水機能付杭のさらに他の例
を示す水平断面図である。

【符号の説明】

１…排水機能付杭、２…杭本体、３…排水用部材、４…
孔、５…フィルター、６…排水用部材、７…スリット、
８…砕石、１０…河川堤防、１１…橋台、１２…道路、
１３…盛土、１４…複合壁、１５…地盤、１６…ＲＣ
梁、１７…基礎杭、３１…液状化地盤、３２…非液状化
地盤、３３…被圧帯水層、３４…共同溝、３５…ＲＣ
梁、３６…複合壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 才村 幸生 東京都千代田区大手町一丁目１番３号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−146910（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−106220（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−271515（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−126221（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−55640（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 杭の長手方向に地震時に地盤内に生ずる
   過剰間隙水圧を逸散させるための排水路を形成してなる
   排水機能付杭を、ライフライン構造物の一部または全部
   を囲むように所定間隔をおいて壁状に配置し、前記排水
   機能付杭と該排水機能付杭間の地盤とからなる複合壁を
   形成したことを特徴とするライフライン構造物の液状化
   対策構造。
2. 【請求項２】 前記排水機能付杭を千鳥状に配置したこ
   とを特徴とする請求項１記載のライフライン構造物の液
   状化対策構造。
3. 【請求項３】 前記排水機能付杭の頭部どうしを連結し
   たことを特徴とする請求項１または２記載のライフライ
   ン構造物の液状化対策構造。
4. 【請求項４】 前記ライフライン構造物の基礎をなす基
   礎杭に前記排水機能付杭を用い、前記ライフライン構造
   物を囲む複合壁の一部としたことを特徴とする請求項１
   記載のライフライン構造物の液状化対策構造。