不飽和化複合工法

【課題】地震時の液状化を防止する。
【解決手段】地震時に液状化が予想される地盤１にボーリング孔３を形成し、該ボーリング孔３を介して地盤１中に空気を注入することにより不飽和領域１０を形成し、その後、ボーリング孔３を透水性のドレーン材５で埋め戻してドレーン孔６とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を不飽和にすることで液状化を抑制する工法とドレーン工法及び薬液注入等による地盤改良工法とを組み合わせた不飽和化複合工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液状化は、地震による振動によって、飽和した砂地盤の水圧が静水圧より上昇し（静水圧より高くなる部分の水圧を過剰間隙水圧という）、過剰間隙水圧がその深度における有効上載圧に等しくなると、砂粒子同士の結合が外れて水中に浮かんだような状態となるために起こる。
【０００３】
地震により地盤に液状化が起こると、地中埋設物や地上構造物が浮き上がったり沈下したりするおそれがあるため、従来では、砂地盤中に砂杭やドレーン材を柱状に造成したり、薬注等により地盤を固化させたり、また、地盤中に空気を注入して不飽和状態にしたりする対策が検討されてきた。
【０００４】
例えば、空気を注入して不飽和にする工法の例としては、地盤中に、多数の微小な透気孔を有する注入管を貫入し、この注入管から地盤中に空気を注入することにより、地盤を不飽和にする方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法は、もし、地盤が飽和していなければ、過剰間隙水圧が発生しようとしても、空隙が圧縮することによって水圧の上昇を抑えるので、液状化が生じにくくなる、という理論に基づいたものである。
【特許文献１】特許第２６０１７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、薬注等により地盤を固化させる方法は、既設構造物の存在する地盤に適用しようとすると、工費が高くなるため、あまり簡単に採用することはできない。そこで、ドレーン工法や空気注入による不飽和化工法を採用することとなるが、これらの工法も、単独で実施した場合、大きな地震に対しては、液状化防止効果を十分に発揮できないおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮し、既存工法の利点を生かしながら、できるだけ液状化防止効果を高められるようにした不飽和化複合工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、地震時に液状化が予想される地盤にボーリング孔を形成し、該ボーリング孔を介して地盤中に空気を注入することにより不飽和領域を形成し、その後、前記ボーリング孔を透水性のドレーン材で埋め戻してドレーン孔とすることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の不飽和化複合工法であって、前記地盤中に地上から鉛直方向にボーリング孔を形成し、そのボーリング孔に注入管を挿入して、該注入管を介して空気を地盤中に注入することにより不飽和領域を形成し、その後、注入管を抜いたボーリング孔を透水性のドレーン材で埋め戻してドレーン孔とすることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１に記載の不飽和化複合工法であって、前記地盤に立坑を設け、その立坑の側壁から地盤中に水平方向に延ばしてボーリング孔を形成し、そのボーリング孔に注入管を挿入して、該注入管を介して空気を地盤中に注入することにより不飽和領域を形成し、その後、注入管を抜いたボーリング孔及び立坑を透水性のドレーン材で埋め戻してドレーン孔とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、地震時に液状化が予想される地盤の上層部に薬液注入等による地盤改良層を形成すると共に、該地盤改良層を形成する層よりも下層部に到達するボーリング孔を形成し、該ボーリング孔を介して前記地盤改良層を形成する層よりも下層の地盤中に空気を注入して不飽和領域を形成することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、地震時に液状化が予想される地盤中に、水平方向に間隔をおいて薬液注入等による鉛直状の地盤改良壁を形成すると共に、前記地盤にボーリング孔を形成し、該ボーリング孔を介して前記地盤中に空気を注入することにより、前記地盤改良壁の間の地盤に不飽和領域を形成することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、地震時に液状化が予想される地盤の上層部に薬液注入等による地盤改良層を形成すると共に、地盤中に水平方向に間隔をおいて薬液注入等による鉛直状の地盤改良壁を形成し、一方、前記地盤改良層を形成する層よりも下層部に到達するボーリング孔を形成し、該ボーリング孔を介して前記地盤改良層を形成する層よりも下層の地盤中に空気を注入することにより、前記地盤改良壁の間の地盤に不飽和領域を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、地盤を不飽和化することで液状化しづらくすることができると共に、大地震時に過剰間隙水圧が上昇しても、ドレーン孔から排水することで液状化を防ぐことができる。つまり、不飽和化工法とドレーン工法を組み合わせることで、両工法の効果を重ね合わせることができて、一層の液状化防止効果を得ることができる。また、ボーリング孔を形成して空気を注入し、空気の注入後は、ボーリング孔をドレーン材で埋め戻すだけの簡単な工法であるから、小型機械により低工費で施工でき、既設構造物の存在する地盤に対しても適用できる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、地表面から鉛直方向にボーリング孔を形成するので、施工がたやすく、工費を抑制することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、立坑を形成した後に、立坑の側壁から水平方向に延ばしてボーリング孔を形成するので、既設構造物の下側の地盤を不飽和にする場合に容易に適用することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、地盤の上層部に地盤改良層を形成し、その下層の地盤を不飽和化するので、上層から下層にわたる広い範囲の地震時の液状化を有効に防止することができる。また、不飽和化工法と地盤改良工法との組み合わせであるから、地盤改良範囲を少なくすることができ、コスト低減を図ることができる。特に地盤改良層を地盤の上層部に限定的に形成するだけであるから、小型機械により、たやすく低工費で施工でき、既設構造物の存在する地盤に対しても比較的容易に適用できる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、地盤中に鉛直状の地盤改良壁を形成すると共に、地盤改良壁の間の地盤を不飽和化するので、不飽和領域の存在により地震時の液状化を防止できると共に、鉛直状の地盤改良壁により地震時の地盤の水平方向への流動を有効に防止することができる。また、不飽和化工法と地盤改良工法との組み合わせであるから、地盤改良範囲を少なくすることができ、コスト低減を図ることができる。特に地盤改良壁を地盤中に限定的に形成するだけであるから、小型機械により、たやすく低工費で施工でき、既設構造物の存在する地盤に対しても比較的容易に適用できる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、地盤の上層部に地盤改良層を形成すると共に、地盤中に水平方向に間隔をおいて鉛直状の地盤改良壁を形成し、一方、地盤改良層を形成する層よりも下層部の、地盤改良壁の間の地盤に不飽和領域を形成するので、上層から下層にわたる広い範囲の地震時の液状化を有効に防止することができると共に、鉛直状の地盤改良壁により地震時の地盤の水平方向への流動を有効に防止することができる。また、不飽和化工法と地盤改良工法との組み合わせであるから、地盤改良範囲を少なくすることができ、コスト低減を図ることができる。
【００１９】
尚、請求項１の発明において、前記地盤中に地上から斜め下方に向けてボーリング孔を形成し、そのボーリング孔に注入管を挿入して、該注入管の先端から空気を地盤中に注入することにより不飽和領域を形成し、その後、注入管を抜いたボーリング孔を透水性のドレーン材で埋め戻してドレーン孔としても良い。この場合には、地表面から斜め下方に向けてボーリング孔を形成するので、施工がたやすく、工費を抑制することができると共に、既設構造物の下側の地盤を不飽和にする場合に容易に適用することができる。
【００２０】
また、請求項４〜６の発明において、前記不飽和領域を形成した後、前記ボーリング孔を透水性のドレーン材で埋め戻してドレーン孔としても良い。この場合には、前記ボーリング孔を介して地盤中に空気を注入することにより不飽和領域を形成した後に、ボーリング孔を透水性のドレーン材で埋め戻してドレーン孔とするので、大地震時に過剰間隙水圧が上昇しても、ドレーン孔から排水することで有効に液状化を防ぐことができる。つまり、地盤改良工法と不飽和化工法とドレーン工法とを組み合わせることで、３工法の効果を重ね合わせることができて、一層の液状化防止効果を得ることができる。
【００２１】
また、請求項４〜６の発明において、前記ボーリング孔を地上から鉛直方向に形成し、そのボーリング孔に注入管を挿入して、該注入管を介して空気を地盤中に注入することにより前記不飽和領域を形成しても良い。この場合には、地表面から鉛直方向にボーリング孔を形成するので、施工がたやすく、工費を抑制することができる。
【００２２】
さらに、請求項４〜６の発明において、前記地盤に立坑を穿設し、その立坑の側壁から地盤中に水平方向に延ばしてボーリング孔を形成し、そのボーリング孔に注入管を挿入して、該注入管を介して空気を地盤中に注入することにより前記不飽和領域を形成しても良い。この場合には、立坑を形成した後に、立坑の側壁から水平方向に延ばしてボーリング孔を形成するので、既設構造物の下側の地盤を不飽和にする場合に容易に適用することができる。
【００２３】
さらに、請求項４〜６の発明において、前記ボーリング孔を地盤中に地上から斜め下方に向けて形成し、そのボーリング孔に注入管を挿入して、該注入管の先端から空気を地盤中に注入することにより前記不飽和領域を形成しても良い。この場合には、地表面から斜め下方に向けてボーリング孔を形成するので、施工がたやすく、工費を抑制することができると共に、既設構造物の下側の地盤を不飽和にする場合に特に容易に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態の不飽和化複合工法の説明図、図２は注入管の挿入図である。
【００２６】
この実施形態の工法では、まず、図１に示すように、地震時に液状化が予想される地盤１に地上から鉛直方向にボーリング孔３を形成し、そのボーリング孔３に図２（ａ）に示すように注入管４を挿入して、注入管４を介して空気を地盤１中に注入することにより不飽和領域１０を形成する。そしてその後、注入管４を抜いたボーリング孔３を、透水性のドレーン材５で埋め戻してドレーン孔６とする。
【００２７】
ここで、ボーリング孔３は、地盤１中に確実に注入空気を浸透させることができる間隔で配置する。また、空気の注入は、ボーリング孔３の下端まで注入管４を挿入してから行ってもよいが、図２（ｂ）に示すように、下端まで下降する途中において、また、引き上げの途中において行ってもよい。ここで使用する注入管４は、例えば、先端に空気注入用の微細透孔を多数設けたものである。
【００２８】
このように地盤１中に不飽和領域１０を形成することにより、地震時に地盤を液状化しづらくすることができると共に、大地震時に過剰間隙水圧が上昇しても、ドレーン孔６から排水することで、液状化を有効に防ぐことができる。つまり、不飽和化工法とドレーン工法を組み合わせることで、両工法の効果を重ね合わせることができて、一層の液状化防止効果を得ることができる。
【００２９】
また、ボーリング孔３を形成し、その中に注入管４を挿入して注入管４から空気を注入し、空気の注入後は、ボーリング孔３をドレーン材５で埋め戻すだけの簡単な工法であるから、小型機械により低工費で施工でき、既設構造物の存在する地盤に対しても適用できる。特に、本実施形態の工法では、地表面から鉛直方向にボーリング孔３を形成するので、施工がたやすく、工費を抑制することができる。なお、既設構造物のある地盤にボーリング孔３を形成する場合は、構造物を避けて施工すれば問題ない。
【００３０】
＜第２実施形態＞
図３は本発明の第２実施形態の不飽和化複合工法の説明図である。
【００３１】
この実施形態の工法では、地震時に液状化が予想される地盤１中に地上から立坑７を穿設し、立坑７の側壁から地盤１中に水平方向にボーリング孔１３を穿設し、そのボーリング孔１３の中に注入管４（図２参照）を挿入して、注入管４の先端または周壁から空気を吹き出すことにより、地盤１中にゆっくりと空気を浸透させて不飽和領域１０を形成する。そしてその後、注入管４を抜いたボーリング孔１３を透水性のドレーン材５で埋め戻してドレーン孔６とする。同様に、立坑７についても、ドレーン材５で埋め戻してドレーン孔１６とする。
【００３２】
このように地盤１中に不飽和領域１０を形成することにより、地震時に地盤を液状化しづらくすることができると共に、大地震時に過剰間隙水圧が上昇しても、ドレーン孔６、１６から排水することで、液状化を有効に防ぐことができる。つまり、不飽和化工法とドレーン工法を組み合わせることで、両工法の効果を重ね合わせることができて、一層の液状化防止効果を得ることができる。
【００３３】
また、立坑７とボーリング孔３を施工し、ボーリング孔１３の中に注入管４を挿入して注入管４から空気を注入し、空気の注入後は、ボーリング孔１３や立坑７をドレーン材５で埋め戻すだけの簡単な工法であるから、小型機械により低工費で施工でき、既設構造物の存在する地盤に対しても適用できる。特に、本実施形態の工法では、立坑７と水平方向のボーリング孔１３を組み合わせるので、既設構造物の下側の地盤を不飽和にする場合に容易に適用することができる。
【００３４】
＜第３実施形態＞
図４は本発明の第３実施形態の不飽和化複合工法の説明図である。
【００３５】
この実施形態の工法では、地震時に液状化が予想される地盤１中に、地上から斜め下方に向けてボーリング孔３を形成し、そのボーリング孔３に注入管４（図２参照）を挿入して、注入管４の先端から空気を地盤１中に注入することにより不飽和領域１０を形成する。そしてその後、注入管４を抜いたボーリング孔３を透水性のドレーン材５で埋め戻してドレーン孔６とする。
【００３６】
この場合も、第１実施形態と全く同様の効果を奏することができる。また、特に本実施形態の場合は、地表面から斜め下方に向けてボーリング孔３を形成するので、施工がたやすく、工費を抑制することができると共に、既設構造物Ｍの下側の地盤１を不飽和にする場合に容易に適用することができる。
【００３７】
なお、斜めにボーリング孔３を形成するのに代えて、湾曲状にボーリング孔を形成して、既設構造物Ｍの下側の地盤１を不飽和にすることもできる。
【００３８】
＜第４実施形態＞
図５は本発明の第４実施形態の不飽和化複合工法の説明図である。
【００３９】
この実施形態の工法では、地震時に液状化が予想される地盤１の上層部に薬液注入等による地盤改良層２０を形成すると共に、該地盤改良層２０を形成する層よりも下層部に到達するよう、地上からボーリング孔３を形成し、そのボーリング孔３に注入管４（図２参照）を挿入して、注入管４の先端から、地盤改良層２０を形成する層よりも下層の地盤１中に空気を注入して不飽和領域１０を形成する。
【００４０】
このように地盤１の上層部に地盤改良層２０を形成し、その下層の地盤１中に不飽和領域１０を形成することにより、上層から下層にわたる広い範囲の地震時の液状化を有効に防止することができる。また、不飽和化工法と地盤改良工法との組み合わせであるから、地盤改良範囲を少なくすることができ、コスト低減を図ることができる。特に地盤改良層２０を地盤１の上層部に限定的に形成するだけであるから、小型機械により、たやすく低工費で施工でき、既設構造物の存在する地盤に対しても比較的容易に適用できる。
【００４１】
＜第５実施形態＞
図６は本発明の第５実施形態の不飽和化複合工法の説明図である。
【００４２】
この実施形態の工法では、地震時に液状化が予想される地盤１の上層部に薬液注入等による地盤改良層２０を形成すると共に、その下層の地盤１中に、水平方向に間隔をおいて薬液注入等による鉛直状の地盤改良壁２０ａを形成する。また、地盤改良層２０を形成する層よりも下層部に到達するよう、地上からボーリング孔３を形成し、そのボーリング孔３に注入管４（図２参照）を挿入して、注入管４の先端から、地盤改良層２０を形成する層よりも下層の地盤１中に空気を注入することにより、地盤改良壁２０ａの間の地盤１に不飽和領域１０を形成する。
【００４３】
このように地盤の上層部に地盤改良層２０を形成すると共に、その下層の地盤１中に水平方向に間隔をおいて鉛直状の地盤改良壁２０ａを形成し、一方、地盤改良層２０を形成する層よりも下層部の、地盤改良壁２０ａの間の地盤１中に不飽和領域１０を形成するので、上層から下層にわたる広い範囲の地震時の液状化を有効に防止することができると共に、鉛直状の地盤改良壁２０ａによって、地震時の地盤の水平方向への流動を有効に防止することができる。また、不飽和化工法と地盤改良工法との組み合わせであるから、地盤改良範囲を少なくすることができ、コスト低減を図ることができる。
【００４４】
＜他の実施形態＞
なお、前記第５実施形態の工法において、上層部の地盤改良層２０を省略して、鉛直状の地盤改良壁２０ａを設けるだけでも、水平方向の地盤の流動性を阻害することができるので、不飽和領域１０の作用と相まって液状化防止効果を高めることができる。
【００４５】
また、前記第４、５実施形態に前記第１〜第３実施形態のドレーン工法の技術を組み合わせることもできる。即ち、ボーリング孔３を利用して空気を注入することにより不飽和領域１０を形成した後、使用済みのボーリング孔３を透水性のドレーン材で埋め戻してドレーン孔とするのである。
【００４６】
このようにすることにより、ドレーン孔から過剰間隙水圧を逃がす、というドレーン工法の利点も加えることができるので、一層の液状化防止に役立つ。
【００４７】
また、前記第４、５実施形態では、不飽和化のためのボーリング孔３を地上から鉛直方向に形成する場合を説明したが、図３に示すように、立坑を形成して、その立坑の側壁から水平方向に延ばしてボーリング孔を形成してもよいし、ボーリング孔を地盤中に地上から斜め下方に向けて形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態の不飽和化複合工法の説明図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は空気の注入方法の説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態の不飽和化複合工法の説明である。
【図４】本発明の第３実施形態の不飽和化複合工法の説明図である。
【図５】本発明の第４実施形態の不飽和化複合工法の説明である。
【図６】本発明の第５実施形態の不飽和化複合工法の説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１地盤
３，１３ボーリング孔
５ドレーン材
６，１６ドレーン孔
７立坑
１０不飽和領域
２０地盤改良層
２０ａ地盤改良壁

【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震時に液状化が予想される地盤にボーリング孔を形成し、該ボーリング孔を介して地盤中に空気を注入することにより不飽和領域を形成し、その後、前記ボーリング孔を透水性のドレーン材で埋め戻してドレーン孔とすることを特徴とする不飽和化複合工法。
【請求項２】
請求項１に記載の不飽和化複合工法であって、
前記地盤中に地上から鉛直方向にボーリング孔を形成し、そのボーリング孔に注入管を挿入して、該注入管を介して空気を地盤中に注入することにより不飽和領域を形成し、その後、注入管を抜いたボーリング孔を透水性のドレーン材で埋め戻してドレーン孔とすることを特徴とする不飽和化複合工法。
【請求項３】
請求項１に記載の不飽和化複合工法であって、
前記地盤に立坑を設け、その立坑の側壁から地盤中に水平方向に延ばしてボーリング孔を形成し、そのボーリング孔に注入管を挿入して、該注入管を介して空気を地盤中に注入することにより不飽和領域を形成し、その後、注入管を抜いたボーリング孔及び立坑を透水性のドレーン材で埋め戻してドレーン孔とすることを特徴とする不飽和化複合工法。
【請求項４】
地震時に液状化が予想される地盤の上層部に薬液注入等による地盤改良層を形成すると共に、該地盤改良層を形成する層よりも下層部に到達するボーリング孔を形成し、該ボーリング孔を介して前記地盤改良層を形成する層よりも下層の地盤中に空気を注入して不飽和領域を形成することを特徴とする不飽和化複合工法。
【請求項５】
地震時に液状化が予想される地盤中に、水平方向に間隔をおいて薬液注入等による鉛直状の地盤改良壁を形成すると共に、前記地盤にボーリング孔を形成し、該ボーリング孔を介して前記地盤中に空気を注入することにより、前記地盤改良壁の間の地盤に不飽和領域を形成することを特徴とする不飽和化複合工法。
【請求項６】
地震時に液状化が予想される地盤の上層部に薬液注入等による地盤改良層を形成すると共に、地盤中に水平方向に間隔をおいて薬液注入等による鉛直状の地盤改良壁を形成し、一方、前記地盤改良層を形成する層よりも下層部に到達するボーリング孔を形成し、該ボーリング孔を介して前記地盤改良層を形成する層よりも下層の地盤中に空気を注入することにより、前記地盤改良壁の間の地盤に不飽和領域を形成することを特徴とする不飽和化複合工法。

【図１】