説明

液状化対策構造及び液状化対策工法

【課題】停電時等の電力が供給されない時にも地下水位低下工法による液状化対策を実施できる液状化対策構造及び液状化対策工法を提供する。
【解決手段】地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策構造10であって、液状化対策の対象の地下地盤にシールド工法により構築され、地下水が流入する流入口を有するシールドトンネル12と、シールドトンネル12の末端に設けられた所定高さの堰16とを備え、シールドトンネル12に流入した地下水が堰16を越流してシールドトンネル12から流出するように構成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策構造及び液状化対策工法に関する。
【背景技術】
【0002】
地下水位を低下させることにより行う液状化対策工法として、液状化対策の対象の地下地盤内あるいはその近傍にトンネルを構築し、そのトンネルから延びる有孔管等の人工ドレーン材を、対象の地下地盤内に敷設することで、対象の地下地盤内の地下水がトンネルに集まるようにし、トンネルに集まった地下水を、立坑を通して揚水ポンプで吸い上げる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平11―229405号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の液状化対策工法では、揚水ポンプを使用するため、停電時等の電力が供給されない時にはトンネルから排水することができず、地下水位を低下させることができない。従って、地震時に停電が原因で地下水位を低下させることができずに、液状化を防止できなくなる可能性がある。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、停電時等の電力が供給されない時にも地下水位を低下させることによる液状化対策を実施できる液状化対策構造及び液状化対策工法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明に係る液状化対策構造は、地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策構造であって、液状化対策の対象の地下地盤に非開削工法により構築され、地下水が流入する流入口を有するトンネルと、前記トンネルの末端に設けられた所定の高さの堰と、を備え、前記トンネル内に流入した地下水が前記堰を越流して前記トンネルから流出するように構成されている。
【0007】
前記液状化対策構造は、前記流入口から側方へ延びる、地下水が流入可能な複数のドレーン材を備えてもよい。
【0008】
また、前記液状化対策構造は、前記トンネルから地表面へ延びる立坑を備えてもよい。
【0009】
また、前記液状化対策構造は、海又は川に隣設され、前記堰を越流した地下水が貯留される貯留部と、前記貯留部の水位が前記海又は川の水位よりも高い場合に開いて前記貯留部から前記海又は川に排水する排水ゲートとを備えてもよい。
【0010】
また、本発明に係る液状化対策工法は、地下水位を低下させることにより液状化対策を行う液状化対策工法であって、液状化対策の対象の地下地盤に、地下水が流入する流入口を有するトンネルを非開削工法により構築し、前記トンネルの末端に、所定の高さの堰を設け、前記トンネル内に流入した地下水を、前記堰を越流させて前記トンネルから流出させる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、停電時等の電力が供給されない時にも地下水位を低下させることによる液状化対策を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】一実施形態に係る液状化対策構造を示す平面図である。
【図2】図1の2−2断面図である。
【図3】図2の3−3断面図である。
【図4】(A)は、表層の非液状化層の厚さH(m)とその下の液状化層の厚さH(m)との関係によって、地表面に被害が及ぶ程度を示すグラフであり、(B)は、(A)の結果を得るために確認した土質と地下水位のモデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る液状化対策構造10を示す平面図であり、図2は、図1の2−2断面図であり、図3は、図2の3−3断面図である。これらの図に示すように、本実施形態に係る液状化対策構造10は、幹線道路1の両側に住宅用の敷地2が位置する宅地の地下地盤に構築されている。この液状化対策構造10が構築されることにより、当該地下地盤の地下水位が、遊水池5の水位を基準として、TP+2.0〜+2.5m(GL−0.5〜−1.0m)からTP+0.5m(GL−2.5m)に低下されている。これによって、当該地下地盤のTP+0.5m(GL−2.5m)以浅の層が非液状化層3となり、TP+0.5m(GL−2.5m)以深の層が液状化層4となっている。
【0014】
液状化対策構造10は、幹線道路1の幅方向中央部の直下において幹線道路1に沿って遊水池5まで延びるシールドトンネル12と、シールドトンネル12からその両側へ水平に延びる複数のドレーン材14と、シールドトンネル12の末端に設けられた堰16と、海又は川と遊水池5との間の堤防6に設けられたフラップゲート18と、シールドトンネル12から地上まで鉛直に延びる複数の立坑20とを備えている。
【0015】
シールドトンネル12は、シールド工法により構築された直径が2mのトンネルである。このシールドトンネル12の軸心の深さはTP−0.5mであり、上端及び下端の深さは夫々、TP+0.5m、TP−1.5mである。即ち、シールドトンネル12は、地下水位低下工法により低下させた後の地下水位(TP+0.5m)以深に構築されている。また、シールドトンネル12の土被りは2.5mであり、シールドトンネル12の直径以上である。
【0016】
複数のドレーン材14は、塩化ビニル等の樹脂製の直径0.1〜0.2mの有孔管であり、シールドトンネル12の両側に、所定間隔(例えば、1.5m)おきに設置されている。このドレーン材14は、ボーリングマシンを使用してシールドトンネル12から水平方向に穿孔しつつ、その孔内に圧入する。ここで、水平方向への穿孔は、ボーリングマシンのロッドを継ぎ足しながら必要長さまで行い、ドレーン材14の圧入も、短い管を継ぎ足しながら孔の先端まで行う。
【0017】
複数のドレーン材14は、シールドトンネル12の軸心の深さ(TP−0.5m)、即ち、地下水位低下工法により低下させた後の地下水位以深に設置されており、この複数のドレーン材14を通じて地下水がシールドトンネル12内に集まるようになっている。なお、ドレーン材14は、網状の管材であってもよい。
【0018】
堰16は、シールドトンネル12の末端と遊水池5とを隔てるように構築されている。ここで、堰16の高さが、遊水池5の水面より高いTP+0.5mに設定され、シールドトンネル12の末端の上部は大気に開放されていることから、帯水層からシールドトンネル12の末端への地下水の流れが生じる。そして、シールドトンネル12の末端で地下水が堰16により塞き止められることにより、シールドトンネル12内が地下水で満たされる。そして、シールドトンネル12内が地下水で満たされると、シールドトンネル12の末端において地下水が堰16を越流して遊水池5に流れ出る。これにより、地下水位が、堰16の高さ(TP+0.5m)まで低下する。なお、堰16は、シールドトンネル12の末端を囲うように枡状に構成されており、シールドトンネル12の末端から流出した地下水が溜まる。
【0019】
フラップゲート18は、堤防6の海又は川の側の面に揺動可能に設けられ、堤防6に形成された開口7を開閉する。ここで、フラップゲート18の支軸19は、遊水池5の水位に配されており、海又は川の水位が遊水池5の水位よりも低い場合は、フラップゲート18が海又は川の側に揺動して開口7を開放し、遊水池5から海又は川へ排水させる。一方、海又は川の水位が上がった場合は、フラップゲート18が閉じて海又は川から遊水池5への逆流を防止する。これにより、遊水池5の水位が維持される。
【0020】
複数の立坑20は、シールドトンネル12に沿って所定間隔おきに構築されている。この複数の立坑20は、地震時に液状化対策構造10の周辺の地盤の間隙水圧が過剰になった場合に、図中矢印Aで示すように、シールドトンネル12内の被圧地下水を地上へ排出する排出口として機能する。
【0021】
また、シールドトンネル12の末端には中水道22が接続されており、この中水道22が、シールドトンネル12内の地下水を工業用水や便器洗浄水等に利用するべく浄化処理して工業用地等に供給する。
【0022】
ところで、液状化対策構造10を構築した後、シールドトンネル12とドレーン材14との接続部を止水する等してシールドトンネル12内への地下水の流入を防止することにより、シールドトンネル12内での作業が可能となる。ここで、当該作業としては、ドレーン材14に2重管ストレーナーを通しての薬液注入工法の実施が挙げられ、当該作業を実施することにより、敷地2の地下地盤を、より一層液状化の発生し難い優良な地盤にすることができる。
【0023】
図4(A)は、表層の非液状化層の厚さH(m)とその下の液状化層の厚さH(m)との関係によって、地表面に被害が及ぶ程度(地表面水平加速度値200cm/s相当の場合)を示すグラフであり、図4(B)は、図4(A)の結果を得るために確認した土質と地下水位のモデルを示す図である(小規模建築物基礎設計指針 日本建築学会編集 90頁から抜粋)。
【0024】
図4(B)の(イ)、(ロ)、(ハ)に示すように、非液状化層は、地下水位以浅の砂層または粘土層(細粒分含有率F>35%の粒度の土層)であり、液状化層は、非液状化層の下面から地表面下5m(GL−5m)までの砂層である。
【0025】
図4(A)のグラフに示すように、非液状化層の厚さH(m)と液状化層の厚さH(m)とが一致する場合は、液状化の影響が地表面に及ぶ程度は小さくなる。また、非液状化層の厚さH(m)が2m以上である場合は、液状化層の厚さH(m)が非液状化層の厚さH(m)よりも厚くなっても、液状化の影響が地表面に及ぶ程度が小さくなることもあり、さらには、液状化の影響が地表面に及ぶ程度が大きくなることはない。これに対して、本実施形態では、非液状化層3の厚さが2.5mであることから、液状化の影響が地表面に及ぶ程度が大きくなることはない。
【0026】
また、本実施形態では、地下水位の低下量が1.5mであることから、地下水位の低下による地盤沈下に起因する地表面変位も殆ど生じることがなく、地表面の建物等に変状が生じる可能性も殆ど無い。なお、地下水位の低下量は、地下水位の低下による地盤沈下を考慮して、1〜3mが望ましい。また、低下後の地下水位は、地下水位の低下量やシールドトンネル12の土被りの厚さ等を考慮して、GL−2.0〜4.0mが望ましい。
【0027】
本実施形態に係る液状化対策構造10では、シールドトンネル12を遊水池5まで構築し、その末端に堰16を設けて、シールドトンネル12内に集まった地下水が堰16を越流して遊水池5に排出されるように構成した。これにより、シールドトンネル12内に集まった地下水を排出するためのポンプが不要になり、停電時等の電力が供給されない時でも、液状化対策の対象地盤の地下水位を低下させることができ、液状化対策を実施できる。特に、地震時の電力が供給されない時に液状化対策を有効に実行できるため、効果的である。また、ポンプの維持管理を不要にできる。
【0028】
また、シールドトンネル12内の地下水が末端において堰16で塞き止められることにより、シールドトンネル12内を地下水で満たすことができるため、シールドトンネル12の土被りが浅い場合でも、シールドトンネル12の浮力による浮き上がりを抑制でき、地表面の変状を防止することができる。なお、シールドトンネル12内の80〜100%の容積を地下水で満たした状態にしておくことが望ましい。
【0029】
また、シールドトンネル12の末端を大気に開放して当該末端に堰16を設けたことにより、堰16の高さによって地下水位を設定することができる。従って、シールドトンネル12を構築する深さによらず、地下水位を設定することができ、例えば、シールドトンネル12の上端の高さよりも堰16の高さが高くなるように、シールドトンネル12を構築する深さを深くしてもよい。この場合でも、地下水位低下工法により低下させた後の地下水位は、堰16の高さに一致する。
【0030】
また、本実施形態に係る液状化対策構造10では、シールドトンネル12から地表面に延びる複数の立坑20が、地震時に液状化対策構造10の周辺の地盤の間隙水圧が過剰になった場合に、シールドトンネル12内の被圧地下水を地上へ排出する排出口として機能する。これにより、地震時にシールドトンネル12内での被圧地下水の流動、及び、シールドトンネル12内への被圧地下水の流入を促進でき、液状化対策構造10の周辺の地盤の間隙水圧を速やかに消散させることができる。
【0031】
また、本実施形態に係る液状化対策構造10では、堤防6に設けられたフラップゲート18が、海又は川の水位が遊水池5の水位よりも低い場合に開いて、遊水池5から海又は川へ排水させる。これにより、遊水池5の水位が堰16の高さより高くなることを防止でき、シールドトンネル12から遊水池5への排水が阻害されることを防止できる。また、フラップゲート18が、海又は川の水位が上がった場合には閉じて海又は川から遊水池5への逆流を防止する。これにより、遊水池5の水位を維持することができる。
【0032】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、上記実施形態では、トンネルをシールド工法によって構築したシールドトンネル12としたが、推進工法等の他の非開削工法によって構築したトンネルとしてもよい。また、ドレーン材14を設けることは必須ではなく、シールドトンネル12の流入口から直接地下水がシールドトンネル12に流入するようにしてもよい。
【0033】
また、堰16を上下に可動である可動堰として地下水位を制御できるようにしてもよい。これにより、例えば、表面に盛土された場合に可動堰を上昇させて地下水位を上げたり、表面が掘削された場合に可動堰を下降させて地下水位を下げたりすることができる。
【符号の説明】
【0034】
1 幹線道路、2 敷地、3 非液状化層、4 液状化層、5 遊水池、6 堤防、7 開口、10 液状化対策構造、12 シールドトンネル、14 ドレーン材、16 堰、18 フラップゲート、19 支軸、20 立坑、22 中水道

【特許請求の範囲】
【請求項1】
地下水位を低下させることにより液状化対策を行うための液状化対策構造であって、
液状化対策の対象の地下地盤に非開削工法により構築され、地下水が流入する流入口を有するトンネルと、
前記トンネルの末端に設けられた所定の高さの堰と、
を備え、
前記トンネル内に流入した地下水が前記堰を越流して前記トンネルから流出するように構成された液状化対策構造。
【請求項2】
前記流入口から側方へ延びる、地下水が流入可能な複数のドレーン材を備える請求項1に記載の液状化対策構造。
【請求項3】
前記トンネルから地表面へ延びる立坑を備える請求項1又は請求項2に記載の液状化対策構造。
【請求項4】
海又は川に隣設され、前記堰を越流した地下水が貯留される貯留部と、
前記貯留部の水位が前記海又は川の水位よりも高い場合に開いて前記貯留部から前記海又は川に排水する排水ゲートと、
を備える液状化対策構造。
【請求項5】
地下水位を低下させることにより液状化対策を行う液状化対策工法であって、
液状化対策の対象の地下地盤に、地下水が流入する流入口を有するトンネルを非開削工法により構築し、前記トンネルの末端に、所定の高さの堰を設け、前記トンネル内に流入した地下水を、前記堰を越流させて前記トンネルから流出させる液状化対策工法。

【図1】
image rotate

【図4】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate