防波堤下の液状化対策工法
【課題】低コストで短期間に施工することができ、しかも液状化現象の発生をより有効に防止することができる薬液注入による防波堤下の液状化対策工法の提供。
【解決手段】海底の砂質土層１０上に捨石マウンド１１を造成し、その捨石マウンド１１上にコンクリート製の堤体１２を設置して構成された防波堤に対し、堤体１２の直下の砂質土層１０に、その上面から所望深さに至る部分に、所望厚さの盤状をした水平地盤改良層Ａを造成する。
【解決手段】海底の砂質土層１０上に捨石マウンド１１を造成し、その捨石マウンド１１上にコンクリート製の堤体１２を設置して構成された防波堤に対し、堤体１２の直下の砂質土層１０に、その上面から所望深さに至る部分に、所望厚さの盤状をした水平地盤改良層Ａを造成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，海底の砂質地盤上に構築されている防波堤下の地盤が、地震発生時に液状化することによる防波堤の沈下や倒壊をより小さいものとし、防波堤機能が損なわれないようにする防波堤下の液状化対策工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、突堤や沖堤等の防波堤は，波浪等の外力に対して滑動及び転倒を生じさせないだけの支持力を確保できるような地盤上に築造する。
【０００３】
従来、防波堤下にあってこれを支持している砂質地盤としては、粘性土からなる原地盤を砂で置き換えた置換砂質土である場合や、原地盤が波浪等の外力に対して防波堤の滑動や転倒を生じさせないだけの支持力を有している砂質土である場合がある。
【０００４】
しかし、このような波浪等の外力に対して充分な支持力を有している砂質地盤であっても、地震発生時に液状化現象によって支持力を失い、防波堤を沈下させることが想定され、地震によって液状化現象が発生すると砂質土層に体積変化が生じて堤体が沈下したり、傾いたり、場合によっては倒壊するという事態が予想される。
【０００５】
堤体が一定以上沈下したり傾いたりすると波浪遮断機能が損なわれ、港内側への越波量が増大し、港内の静穏度が確保されなくなる。また、地震発生後に津波が押し寄せると津波の越波量が増大し、背後の陸地に対する浸水被害を食い止めるための機能が損なわれるという問題がある。
【０００６】
従来、このような砂質地盤上に防波堤を築造する場合における液状化対策としては、サンドコンパクションパイル工法(例えば特許文献１及び２)がある。これは図２１に示すように、防波堤築造前に、その下の砂質土層１内にサンドコンパクションパイルの造成等の地盤改良工法によって液状化が防止できるように改良地盤２を造成し、その上に捨石マウンド３を造成し、その上にコンクリートケーソンや場所打ちコンクリートによるコンクリート堤体４を設置する方法である。
【０００７】
また既設の防波堤に対する液状化対策として、図２２に示すような嵩上げ工法がある。これは堤体４の真上を静水面から必要な高さまで嵩上げしておくものであり、堤体４上に嵩上げ部５を場所打ちコンクリートによって構築し、堤体の滑動、転倒に対する安定を確保するために必要に応じて拡幅し、重量を確保する。
【０００８】
更に堤体の拡幅と同様に堤体の滑動、転倒に対する安定を確保するために防波堤港内側に１〜７０ｋｇ／個程度の石を必要量投入して裏込め盛石部６を造成する。
【特許文献１】特開平８−２７７５９号公報
【特許文献２】特開平７−２０７６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の、新設防波堤築造に際し、防波堤下となる砂質土層内にサンドコンパクションパイルの造成などによる地盤改良を施す方法では、その地盤改良範囲が広範となるため、工費が増大するとともに、工期も長くなるという問題がある。
【００１０】
また、既設の防波堤に対する嵩上げ工法では、砂質土層の液状化そのものを防止することはできず、液状化現象が生じたときは堤体が相当の沈下を起こし、防波堤法線が直線状ではなくなり、防波堤としての機能を十分に発揮できなくなるおそれがある。
【００１１】
また、予想される津波の高さが大きくなればなるほど、波力に対する滑動や転倒を防止するために堤体幅を相当量大きくする必要が生じる。同様に滑動に対する安定性を確保するために港内側への裏込石の投入量を多くしなければならず、嵩上げ高さを大きくする場合にはそれに応じてコスト高となり、しかも防波堤下の砂質土層にかかる重量が大きくなり、これが沈下の要因となるおそれがあるなどの問題がある。
【００１２】
本発明は上述の如き従来の問題に鑑み、既設、新設の何れの防波堤に対して施工する場合を問わず、低コストで短期間に施工することができ、しかも液状化現象による堤体の沈下を効果的に防止することができる防波堤下の液状化対策工法の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の如き従来の課題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、海底の砂質土層上に捨石マウンドを造成し、該捨石マウンド上にコンクリート製の堤体を設置して構成された防波堤下の液状化対策工法であって、前記堤体直下の前記砂質土層の表面から所望の深さに至る部分に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより、液状化現象の生じない所望厚さの盤状をした水平地盤改良層を造成することにある。
【００１４】
請求項２に記載の発明の特徴は、上記請求項１の構成に加え、前記薬液は、水ガラス系、特殊シリカ系又は高分子系の地盤改良用薬液を使用することにある。
【００１５】
請求項３に記載の発明の特徴は、上記請求項１又は２の構成に加え、前記防波堤が新設の防波堤であり、前記捨石マウンド造成前に防波堤下となる前記砂質地盤に前記盤状をした水平地盤改良層を造成することにある。
【００１６】
請求項４に記載の発明の特徴は、上記請求項１又は２の構成に加え、前記防波堤が、既設の防波堤であり、該既設の防波堤下の砂質土層に前記盤状をした水平地盤改良層を造成することにある。
【００１７】
請求項５に記載の発明の特徴は、上記請求項１〜３又は４の構成に加え、前記堤体直下に前記盤状をした水平地盤改良層を造成するとともに、前記堤体の前後両縁部に沿ってそのやや外側下の前記砂質土層内に、一対の不透水性又は難透水性の地中壁を造成することにある。
【００１８】
請求項６に記載の発明の特徴は、上記請求項５の構成に加え、上記一対の不透水性又は難透水性の地中壁は、前記砂質土層内に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより造成することにある。
【００１９】
請求項７に記載の発明の特徴は、上記請求項５の構成に加え、上記一対の不透水性又は難透水性の地中壁は、前記砂質土層内に矢板を打設することによって造成することにある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、海底の砂質土層上に捨石マウンドを造成し、該捨石マウンド上にコンクリート製の堤体を設置して構成された防波堤の堤体直下の砂質地盤の表面から所望の深さに至る部分に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより、液状化現象の生じない所望厚さの盤状をした水平地盤改良層を造成すると、地震発生時の液状化現象は、その水平地盤改良層下の地盤改良されていない砂質土層において発生することとなるが、堤体直下の盤状をした水平地盤改良層には液状化現象は生じない。
【００２１】
液状化現象が発生する地盤、即ち可液状化地盤の上の構構物の、液状化現象発生時に生じる沈下量は、構造物下の可液状化地盤の厚さに比例する。従って、上記のように堤体直下の可液状化地盤である砂質土層に液状化現象が発生しない盤状をした水平地盤改良層を造成することによって、その分だけ可液状化地盤の厚さが減少することとなり、地震による液状化現象発生時の堤体沈下量は、上記水平地盤改良層の厚さに対応して減少することとなる。
【００２２】
従って、液状化によって発生する沈下が、防波堤の許容沈下量以下となるように砂質土層に対する盤状をした水平地盤改良層の厚さの比率を実験又はシミュレーションによって算出し、必要な厚さの水平地盤改良層を造成することにより、地震発生時にも防波堤の必要な機能を維持させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本発明により液状化対策を施した第１実施例の防波堤及びその下の地盤の断面を示している。同図において符号１０は防波堤下の原地盤が砂質土である場合の砂質土層を示しており、１１はその上に１０〜２００ｋｇ／個程度の重さの基礎用捨石を投入して造成した捨石マウンド、１２は捨石マウンド１１上に載置したコンクリートケーソン又は場所打ちコンクリートからなる堤体である。
【００２５】
捨石マウンド１１の上面は、堤体１２下を除き、その表面を１ｔ／個程度の重さの被覆石１３によって被覆されているとともに、堤体１２の根元部分の前後に根固石１４を積み上げている。
【００２６】
本発明における液状化対策は、堤体１２直下の砂質土層１０の表面から所望の深さに至る部分に、地盤改良用の薬液を注入させることにより、所望厚さの盤状をした水平地盤改良層Ａを造成することによってなされている。
【００２７】
この水平地盤改良層Ａは、恒久性のある水ガラス系、特殊シリカ系又は高分子系の薬液を砂質土層１０内に浸透させるか、セメントスラリーを砂質土層１０内に注入・混合することによって造成され、その水平地盤改良層Ａは地震発生時に液状化現象が発生しない構造となっている。
【００２８】
次に、砂質土層１０上に防波堤を新設する際に、薬液注入によって図１に示す第１実施例の液状化対策を施工する例について説明する。
【００２９】
図２にその施工フローを示している。施工フローにおける敷砂工では、水平地盤改良層Ａを造成しようとする砂質土層１０の上に敷砂３０を敷設する。この敷砂３０は水平地盤改良層Ａを造成するために地盤中に注入する薬液が水中へ流出するのを防止するために敷設するものであり、厚さ１．０ｍ程度とする。
【００３０】
敷砂施工は、図３に示すように底開式土運船３１を使用し、底開により直接投入するか、グラブ付き自航運搬船を使用して船上からグラブバケットにより投入する等、従来使用されている敷砂方法により実施する。
【００３１】
このようにして敷砂工を実施した後、水平地盤改良層Ａを造成するための薬液注入工を行う。この薬液注入工は、陸上において使用されている浸透固化処理工法に使用されている装置と同様の方法によって行うものであり、図４に示すように、作業台船４０上に搭載したドリリングマシン４１によっておこなう。
【００３２】
尚、この作業台船４０は図５に示すように支柱４０ａを昇降させることによって、水底面に支持させ、潮の干満や波浪に影響されることなく、正確な位置及び高さに固定した状態で作業を行うことができるものを使用することが好ましい。
【００３３】
次に薬液注入の作業手順について説明する。
【００３４】
先ず図６に示すように、ドリリングマシン４１によって削孔を行う。この削孔は中空筒状のケーシング４２を継ぎ足しながら、内部の土砂を排出しつつ、造成しようとする水平地盤改良層Ａの深度に達するまで行う。
【００３５】
この削孔作業が完了した後、ケーシング４２を抜き取り、その抜き取り後の孔４３内に、薬液注入用の外管４５を挿入する。この外管４５は、図７（ａ）に示すように、その長手方向に所定の間隔を隔てて薬液吐出孔４６，４６……が形成されているとともに、その各薬液吐出孔４６の上下位置の外周に布スリーブ４７，４７……が固定されている。
【００３６】
次いで４５内から、各布スリーブ４７内にスラリー状のセメントベントナイト４８を注入し、布スリーブ４７を膨らませて削孔内面の地山と一体化させる。このセメントベントナイト４８の注入は、図７（ｂ）に示すように、セメントベントナイト注入用ホース４９を使用する。セメントベントナイト注入用ホース４９には、下端部側面にセメントベントナイト吐出孔５０を備え、その上下の外面にゴム状弾性材からなるパッカー５１，５１が固定されており、この両パッカー５１，５１内に水を注入して膨張させることによって、外管内面に圧接させて、吐出孔５０上下の外管内面隙間を閉鎖することにより、吐出孔５０からのセメントベントナイト４８が外管４５のセメントベントナイト注入孔４７ａを通して布スリーブ４７内に充填されるようになっている。
【００３７】
このようにして布スリーブ４７内へのセメントベントナイト注入作業を下端部から順にステップアップさせて全布スリーブ４７に対して実施する。
【００３８】
セメントベントナイト４８を注入し、その固化養生後、薬液注入作業を行う。この薬液注入作業は、図８に示すように、外管４５内に薬液注入ホース５５を挿入して行う。薬液注入ホース５５には、その先端部外周に薬液吐出孔５６を有し、その上下の外周に注水によって膨張する前述と同様のパッカー５７，５７が固定されており、このパッカー５７を膨張させることによって外管４５の薬液吐出孔４６の上下の外管内隙間を閉鎖し、薬液吐出孔５６から高圧で薬液を吐出させることにより、外管４５の薬液吐出孔４６から砂質地盤中に薬液を浸透させ、球状の薬液浸透部６０を造成する。
【００３９】
このようにして図９に示すように外管４５の下端より球形の薬液浸透部６０を互いにオーバーラップさせつつ順次造成する。この一連の作業を水平地盤改良層造成予定の全域に亘って順次繰り返して行うことにより所望の厚さ及び広さの水平地盤改良層Ａを造成する。
【００４０】
砂質土層１０表面より所望の厚さの水平地盤改良層Ａを造成した後、敷砂撤去工を行う。この敷砂撤去工は、敷砂部分は薬液による改良が不十分で、その物性が不均質なためであり、物性が不均質な材料をそのまま基礎として使用するのが不適切と判断される場合に実施する。尚、敷砂および表層付近の盛り上り土砂の材質が均質であり基礎としての使用に適すると判断される場合には，その撤去は行わない。
【００４１】
次いで図１に示すように、従来と同様の方法によって捨石マウンド１１を造成し、その上に堤体１２を設置する。
【００４２】
次に本発明を既設の防波堤下の砂質土層に薬液注入によって図１に示す第１実施例の液状化対策を施工する例について説明する。この例では、陸上において使用されている浸透固化処理工法に使用されている装置と同様の曲がり削孔装置７０を使用する。
【００４３】
この曲がり削孔装置７０を図１０に示すように前述の実施例と同様の作業台船４０上に搭載し、防波堤を構成している捨石マウンド１１の先端部より必要な距離を隔てた位置から、海底面より斜めに向けて捨石マウンド１１下の砂質土層１０内に削孔し、堤体１２下では水平に向けて薬液注入用の作業孔７１を削孔する。
【００４４】
この削孔作業は、図１１に示すように作業孔７１の崩壊を防止するために鞘管７２を使用し、この鞘間７２内に削孔刃７３を先端に固定した削孔ロッド７４を挿入しておき、削孔刃７３を先行させて削孔しつつ鞘管７２を押し出し、作業孔７１の内面を鞘管７２で被覆しつつ削孔を進める。
【００４５】
削孔ロッド７４の先端には、位置を検出するためのジャイロ(図示せず)及び上下左右方向の曲がりを検出する曲がりセンサー７５が備えられ、その曲がりセンサー７５の先端に削孔刃７３が固定されている。この削孔刃７３は先端の片側に進行方向決定用の傾斜面７３ａが形成されているとともに、先端部にジェット水噴射ノズル７６を有している。
【００４６】
削孔ロッド７４には、図には示してないが掘削水供給路と、掘削土砂を含んだ掘削水を戻す掘削水戻し路とが備えられており、掘削水供給路から掘削用の高圧水を削孔刃７３先端のノズルに供給し、ノズルから掘削水を噴射させることにより前方の地山を掘削し、掘削した土砂を含む掘削水を、削孔ロッドを通じて作業船上に戻すことにより削孔するようになっている。
【００４７】
尚、削孔は削孔ロッド７４を回転させながら削孔刃７３を前進させることによって直進削孔し、削孔ロッド７４の回転を停止させた状態で前進せることにより、削孔刃７３の傾斜面によって曲進削孔されるようになっている。
【００４８】
また、ジャイロ及び曲がりセンサー７５からの情報によって船上のコンピュータによって削孔位置を算出し、所望の曲線の削孔がなされるようになっている。
【００４９】
このようにして、内面を鞘管７２で被覆した作業孔７１を形成した後、先端の削孔刃７３を地中に残して削孔ロッド７４を抜き取る。
【００５０】
次いで、削孔ロッド７４を抜き取った鞘管７２内に薬液注入ホース８０を挿入する。この薬液注入ホース８０は図１２に示すように先端部に、水を注入することによって膨張するパッカー８２，８２が間隔を隔てて備えられ、そのパッカー８２，８２間に薬液吐出ノズル８１が開口されており、薬液注入ホース８０内には、両パッカーに水を加圧注入するための注水路と薬液を供給する注液路とが備えられている。
【００５１】
この薬液注入ホース８０を鞘管７２の先端部まで挿入し、鞘管７２のみを前記両パッカー８２，８２が鞘管先端に突出する位置まで引き抜く。しかる後パッカー８２，８２に注水し、その外周面を作業孔７１の地山面に押し付ける。この状態で薬液吐出ノズル８１から薬液を高圧で吐出させることにより、パッカー８２，８２間の地山面から周囲の地盤に薬液を注入させて周辺地盤の土壌間隙内に薬液を浸透させる。このようにして１つの箇所における注入作業が完了した後、パッカー８２，８２内を減圧させて縮め、次の注入作業箇所まで、鞘管７２とともに引き抜き、同様の薬液注入作業を順次繰り返す。
【００５２】
上記薬液注入作業を順次繰り返して、予定の水平地盤改良層造成域に、上下左右に間隔を隔てて多数の作業孔７１を形成し、その作業孔毎に、その軸方向に間隔を隔てた所要数の箇所にて薬液注入作業を行い、図１０に示すように各薬液注入作業位置毎の球形の薬液浸透部６０を互いにオーバーラップさせて予定域の地盤改良を行うことにより予定の水平地盤改良層Ａを造成する。
【００５３】
尚、上述した薬液注入方法では、鞘管を引き抜きながら、両パッカーを作業孔の地山面に押し付けて薬液を注入するようにしているが、この他、図には示してないが鞘管に薬液注入用の貫通孔を形成しておき、両パッカーを鞘管の内面に押し当て、前記鞘管の注入孔を通じて地山内に薬液を注入する方法等、従来使用されている各種の注入方法が使用できる。
【００５４】
次に本発明の第２実施例を、図１３を参照して説明する。図１３はこの実施例により液状化対策を施した防波堤及びその下の地盤の断面を示している。図において前述の実施例と同一部分には同一の符号を付してその重複説明を省略する。
【００５５】
この例は、前述した堤体直下に盤状の水平地盤改良層Ａを造成するとともに、その両側に砂質土層１０の底部に至る高さの地盤改良による一対の地中壁Ｂ，Ｂを造成し、断面が門型の地盤改良を施したものである。
【００５６】
地中壁Ｂ，Ｂは砂質土層１０内にセメントスラリー等のセメント系の流動性を有する固化材を混入させて地盤改良を施すことによって、周囲の砂質土層に比べて剛性が高い不透水性又は難透水性の壁体としたものである。
【００５７】
尚、この地中壁Ｂは、前述した図４に示す浸透固化処理設備を使用し、恒久性のある水ガラス系、特殊シリカ系又は高分子系の薬液を砂質土層１０内に浸透させることによって造成しても良い。
【００５８】
この地中壁の厚さは、大きい程せん断変形抑止効果が大きくなり地震時の堤体沈下量がより抑制されることとなるが、必要な沈下抑制効果と経済性や施工性を考慮すると１．０〜３．０ｍ程度が好ましい。
【００５９】
先ず、新設の防波堤築造の際において施工する場合について説明すると、前述した第１実施例おける敷砂工完了後、盤状の水平地盤改良層Ａを薬液注入により造成すると同時に又はこれと前後して、地中壁Ｂ，Ｂをセメント系固化材を砂質地盤中に添加混合することにより造成する。
【００６０】
その造成には、従来水底の軟弱地盤に対して固化材を注入混合させて硬化させる地盤改良装置と同様の装置が使用できる。この装置は図１４に示すように、外周にオーガ２１を一体に備えた回転軸２２を平行配置に備え、その各回転軸の下端部外周に複数の攪拌翼２３を突設し、その一部の攪拌翼２３に固化材吐出ノズル(図示せず)を設け、このノズルから回転軸２２内を通して固化材を吐出させることができるようにするとともに、上端部に回転軸２２を回転させる回転駆動機２４を有する地盤改良機２０を備えている。
【００６１】
この地盤改良機２０は図１５（ａ）に示すように、深層混合処理船２５に立設したリーダー２６に沿わせて上下駆動可能に設置し、地盤改良機２０を深層混合処理船２５から水底に向けて上下移動させることができるようになっている。
【００６２】
そして、地盤改良機２０を砂質土層１０の底部まで回転させながら挿入した後、引き上げながら回転させると同時に固化材を攪拌翼２３のノズルから吐出させ、これによって図１５（ａ）に示すように砂質土層１０の砂質土砂に固化材を混入させた柱状体２０ａを造成する。
【００６３】
このようにして砂質土層１０中に固化材を注入して柱状体２０ａをその側部を互いに一体化させた状態で造成する作業を繰り返し、連続した地中壁Ｂを造成する。
【００６４】
このようにして互いに平行な配置に一対の地中壁Ｂ，Ｂを順次水平方向に延長させた後、必要に応じて敷砂３０を撤去し、図１３に示すように、従来と同様の方法によって捨石マウンド１１を造成し、その上に堤体１２を設置する。
【００６５】
次に、第２実施例の液状化対策を既設の防波堤に対して施工する場合について説明する。
【００６６】
堤体１２の直下の水平地盤改良層Ａの造成は、前述した第１実施例における既設防波堤下に対する施工と同様にして行う。これと平行して、又は前後して地中壁Ｂ，Ｂを造成する。
【００６７】
この場合における地中壁Ｂ，Ｂは根固石６の位置を避けたその外側位置の砂質土層１０内に堤体１２の縁部に沿った方向にそれぞれ連続させて造成する。この地中壁Ｂ，Ｂの造成は、前述した新設防波堤に築造の際の施工において述べたものと同じ地盤改良機２０を使用する。
【００６８】
この地中壁Ｂの造成に際しては、先ず図１６(イ)に示すように地盤改良機２０を捨石マウンド１１下の砂質土層１０内に挿入できるようにするための地盤改良機挿入部２７を形成する。この地盤改良機挿入部２７は一時的に基礎捨石の一部を除去して捨石マウンド表裏に窓穴を形成するものであり、潜水夫により作業機を操作して捨石を除去することとしても良く、図には示してないがコアカッターを使用した切削機を使用して円筒形に切り取ることにより形成してもよい。
【００６９】
このようにして地盤改良機挿入部２７を地盤改良機２０の１〜数回分の挿入広さに形成し、その地盤改良機挿入部２７を通して図１６(ロ)に示すように地盤改良機２０を砂質土層１０の底部まで回転させながら挿入した後、引き上げながら回転させると同時に固化材を攪拌翼２３のノズルから吐出させ、これによって砂質土層１０の砂質土に固化材を混入させた柱状体２０ａを造成する。
【００７０】
このようにして柱状体２０ａを造成した後、図１６(ハ)に示すように地盤改良機挿入部２７に基礎捨石を戻して捨石マウンドをもとの状態に復元させる。この工程を繰り返して図１５（ｂ）に示すように柱状態２０ａ，２０ａ……を多数幅方向に接した状態に造成して地盤改良による地中壁を造成する。
【００７１】
尚、形成した地盤良機挿入部２７内に埋め戻し砂を充填しておき、地盤改良機２０による固化材の混入を砂質土層１０への固化材混入に続けて埋め戻し砂にも固化材の混入を行うようにしてもよく、この場合には図１７に示すように地盤改良機挿入部２７が地中壁Ｂによって埋められることなり、埋め戻しの必要がなくなる。
【００７２】
上述の実施例では、一対の地中壁を砂質土層の砂質土内にセメント系固化材を混入させることによって造成しているが、この地中壁は上述の他、矢板を接合させて順次打設することによって不透水性又は難透水性の地中壁を造成してもよい。
【００７３】
この矢板の打設に際しては、前述の実施例と同様に、打設位置の捨石マウンドの捨石を除去して矢板打設部を形成する。捨石除去に際しては、１個ずつ取り除いてもよく切削機を使用して切り取ることによって除去しても良い。また、使用する矢板は鋼矢板、鋼管矢板等の鋼製矢板の他コンクリート製矢板が使用できる。
【００７４】
上述の実施例では、原地盤が砂質地盤であり、その砂質土層１０上に築造した防波堤下の液状化対策について説明したが、図１８、図１９に示すように、原地盤が粘性土からなる支持力（Ｎ値）の小さい軟質原地盤９０である場合において、その原地盤の１部を砂で置き換えた所謂置換砂で構成されている砂質土層１０ａ上に築造されている防波堤下の液状化対策として、前述と同様に施工しても良い。尚、図１８は図1に示す実施例と、図１９は図１３に示す実施例とそれぞれ同様に実施した場合を示しており。前述した実施例と同じ部分には同じ符号を付して重複説明を省略する。
【００７５】
効果の確認
次に、有限要素法による地震応答解析による、本発明の液状化対策工法の効果の確認について述べる。この解析では、解析のための構造物のモデル化を行い、そのモデル化の材料定数を設定し、更に入力地震動(最大振幅、波形)を選定して地震応答計算を行った。解析結果として水平、鉛直方向の最大及び残留変位量等が算出される。
ａ．数値解析概要
数値解析の概要図： 図２０
対象構造物： 防波堤(幅Ｂ＝１５．０ｍ程度)
液状化対象層厚(砂質土層厚さ)：Ｈ＝２０ｍ程度
入力地震動：１９６８年十勝沖地震の際に八戸港で得られた記録より算定した八戸基盤入射波形。最大加速度４００ｇａｌ
液状化対策１：第１実施例の水平地盤改良層のみ設置
液状化対策２：第１実施例の水平地盤改良層と第２実施例の地中壁とを併用
水平地盤改良層厚さ：Ｄ＝６．５ｍ、Ｄ＝３．５ｍの２種類
地中壁厚さ：Ｌ＝１．５ｍの１種類
ｂ．検討ケース
表１に示す通りの４ケースとした。
【００７６】
【００７７】
ｃ．解析結果
堤体の残留時の沈下量の算出結果を表２に示した。
【００７８】
【００７９】
以上のように、本発明方法は、対策工を実施しなかった場合に比べ、水平地盤改良層のみを造成した場合に０．２２及び０．４０程度の沈下量に抑制でき、また、水平地盤改良層と地中壁とを共に造成した場合には０．１７程度の沈下量に抑制できた。
【００８０】
この結果より、本発明による対策は、水平地盤改良層のみの場合及びこれと地中壁との併用した場合の何れも、対策を施さない場合に比べて大きな効果を発揮することが確認できたとともに、水平地盤改良層のみを設ける場合において、砂質土層厚さに対する水平地盤改良層厚さの比が、２０：３．５以上あれば充分な沈下抑制効果が得られることが判明した。
【００８１】
尚、水平地盤改良層と地中壁とを併用したケース３は、大きい厚さの水平地盤改良層のみを用いたケース２よりコストが低くなる可能性があり、水平地盤改良層と地中壁とを併用した断面門型に地盤改良を施す液状化対策の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１実施例の液状化対策を施した防波堤及びその下の地盤の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す第１実施例を新設の防波堤築造前に施工する一例を示すフロー図である。
【図３】同上の敷砂工を示す断面図である。
【図４】同上の薬液注入工の概略構成を示す断面図である
【図５】同上の薬液注入工を昇降式作業船によって行う場合を示す断面図である。
【図６】同上の薬液注入工における削孔工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）は同上の薬液注入工における削孔内への外管挿入状態を示す断面図、（ｂ）は同削孔内への外管固定状態を示す断面図である。
【図８】同上の薬液注入工における薬液注入状態を示す断面図である。
【図９】同上の薬液注入工における薬液浸透状態を示す断面図である。
【図１０】図1に示す第１実施例を既設防波堤下への施工に使用する曲がり削孔及び薬液注入の概要を示す断面図である。
【図１１】同上の曲がり削孔装置による削孔状態を示す断面図である。
【図１２】同上の薬液注入ホースによる薬液注入状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２実施例の液状化対策を施した防波堤及びその下の地盤の一例を示す縦断面図である。
【図１４】第２実施例の液状化対策に使用する地盤改良機の一例を示す正面図である。
【図１５】（ａ）図１４の地盤改良機を作業台船に設置して本発明工法を新設の防波堤築造前に施工している状態を示す縦断面図、（ｂ）は造成される地中壁を示す横断面図である。
【図１６】(イ)〜(ハ)は、第２実施例を既設の防波堤下に施工する場合の施工工程を説明する略図的断面図である。
【図１７】図１６(イ)に示す地盤改良機挿入部の形成方法の他の例を示す断面図である。
【図１８】本発明方法を、軟質原地盤の一部を砂で置き換えた置換砂からなる砂質土層上に築造された防波堤下に、図１に示す実施例と同様に実施した場合を示す断面図である。
【図１９】本発明方法を、軟質原地盤の一部を砂で置き換えた置換砂からなる砂質土層上に築造された防波堤下に、図１３に示す実施例と同様に実施した場合を示す断面図である。
【図２０】本発明の効果の確認に用いた数値解析の概要図である。
【図２１】従来の防波堤下の液状化対策の一例を示す縦断面図である。
【図２２】従来の既設防波堤に対する液状化対策の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
Ａ 水平地盤改良層
Ｂ 地中壁
１０ 砂質土層
１０ａ 砂質土層
１１ 捨石マウンド
１２ 堤体
２０ 地盤改良機
２０ａ 柱状体
２１ オーガ
２２ 回転軸
２３ 攪拌翼
２４ 回転駆動機
２５ 深層混合処理船
２６ リーダー
２７ 地盤改良機挿入部
３０ 敷砂
３１ グラブ付き自航運搬船
４０ 作業台船
４０ａ 支柱
４１ ドリリングマシン
４２ ケーシング
４３ 孔
４５ 外管
４６ 薬液吐出孔
４７ 布スリーブ
４７ａ セメントベントナイト注入孔
４８ セメントベントナイト
４９ セメントベントナイト注入用ホース
５０ セメントベントナイト吐出孔
５１ パッカー
５５ 薬液注入ホース
５６ 薬液吐出孔
５７ パッカー
６０ 薬液浸透部
７０ 曲がり削孔装置
７１ 作業孔
７２ 鞘管
７３ 削孔刃
７３ａ 傾斜面
７５ 曲がりセンサー
７６ ジェット水噴射ノズル
８０ 薬液注入ホース
８１ 薬液吐出ノズル
８２ パッカー
９０ 軟質原地盤
【技術分野】
【０００１】
本発明は，海底の砂質地盤上に構築されている防波堤下の地盤が、地震発生時に液状化することによる防波堤の沈下や倒壊をより小さいものとし、防波堤機能が損なわれないようにする防波堤下の液状化対策工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、突堤や沖堤等の防波堤は，波浪等の外力に対して滑動及び転倒を生じさせないだけの支持力を確保できるような地盤上に築造する。
【０００３】
従来、防波堤下にあってこれを支持している砂質地盤としては、粘性土からなる原地盤を砂で置き換えた置換砂質土である場合や、原地盤が波浪等の外力に対して防波堤の滑動や転倒を生じさせないだけの支持力を有している砂質土である場合がある。
【０００４】
しかし、このような波浪等の外力に対して充分な支持力を有している砂質地盤であっても、地震発生時に液状化現象によって支持力を失い、防波堤を沈下させることが想定され、地震によって液状化現象が発生すると砂質土層に体積変化が生じて堤体が沈下したり、傾いたり、場合によっては倒壊するという事態が予想される。
【０００５】
堤体が一定以上沈下したり傾いたりすると波浪遮断機能が損なわれ、港内側への越波量が増大し、港内の静穏度が確保されなくなる。また、地震発生後に津波が押し寄せると津波の越波量が増大し、背後の陸地に対する浸水被害を食い止めるための機能が損なわれるという問題がある。
【０００６】
従来、このような砂質地盤上に防波堤を築造する場合における液状化対策としては、サンドコンパクションパイル工法(例えば特許文献１及び２)がある。これは図２１に示すように、防波堤築造前に、その下の砂質土層１内にサンドコンパクションパイルの造成等の地盤改良工法によって液状化が防止できるように改良地盤２を造成し、その上に捨石マウンド３を造成し、その上にコンクリートケーソンや場所打ちコンクリートによるコンクリート堤体４を設置する方法である。
【０００７】
また既設の防波堤に対する液状化対策として、図２２に示すような嵩上げ工法がある。これは堤体４の真上を静水面から必要な高さまで嵩上げしておくものであり、堤体４上に嵩上げ部５を場所打ちコンクリートによって構築し、堤体の滑動、転倒に対する安定を確保するために必要に応じて拡幅し、重量を確保する。
【０００８】
更に堤体の拡幅と同様に堤体の滑動、転倒に対する安定を確保するために防波堤港内側に１〜７０ｋｇ／個程度の石を必要量投入して裏込め盛石部６を造成する。
【特許文献１】特開平８−２７７５９号公報
【特許文献２】特開平７−２０７６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の、新設防波堤築造に際し、防波堤下となる砂質土層内にサンドコンパクションパイルの造成などによる地盤改良を施す方法では、その地盤改良範囲が広範となるため、工費が増大するとともに、工期も長くなるという問題がある。
【００１０】
また、既設の防波堤に対する嵩上げ工法では、砂質土層の液状化そのものを防止することはできず、液状化現象が生じたときは堤体が相当の沈下を起こし、防波堤法線が直線状ではなくなり、防波堤としての機能を十分に発揮できなくなるおそれがある。
【００１１】
また、予想される津波の高さが大きくなればなるほど、波力に対する滑動や転倒を防止するために堤体幅を相当量大きくする必要が生じる。同様に滑動に対する安定性を確保するために港内側への裏込石の投入量を多くしなければならず、嵩上げ高さを大きくする場合にはそれに応じてコスト高となり、しかも防波堤下の砂質土層にかかる重量が大きくなり、これが沈下の要因となるおそれがあるなどの問題がある。
【００１２】
本発明は上述の如き従来の問題に鑑み、既設、新設の何れの防波堤に対して施工する場合を問わず、低コストで短期間に施工することができ、しかも液状化現象による堤体の沈下を効果的に防止することができる防波堤下の液状化対策工法の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の如き従来の課題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、海底の砂質土層上に捨石マウンドを造成し、該捨石マウンド上にコンクリート製の堤体を設置して構成された防波堤下の液状化対策工法であって、前記堤体直下の前記砂質土層の表面から所望の深さに至る部分に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより、液状化現象の生じない所望厚さの盤状をした水平地盤改良層を造成することにある。
【００１４】
請求項２に記載の発明の特徴は、上記請求項１の構成に加え、前記薬液は、水ガラス系、特殊シリカ系又は高分子系の地盤改良用薬液を使用することにある。
【００１５】
請求項３に記載の発明の特徴は、上記請求項１又は２の構成に加え、前記防波堤が新設の防波堤であり、前記捨石マウンド造成前に防波堤下となる前記砂質地盤に前記盤状をした水平地盤改良層を造成することにある。
【００１６】
請求項４に記載の発明の特徴は、上記請求項１又は２の構成に加え、前記防波堤が、既設の防波堤であり、該既設の防波堤下の砂質土層に前記盤状をした水平地盤改良層を造成することにある。
【００１７】
請求項５に記載の発明の特徴は、上記請求項１〜３又は４の構成に加え、前記堤体直下に前記盤状をした水平地盤改良層を造成するとともに、前記堤体の前後両縁部に沿ってそのやや外側下の前記砂質土層内に、一対の不透水性又は難透水性の地中壁を造成することにある。
【００１８】
請求項６に記載の発明の特徴は、上記請求項５の構成に加え、上記一対の不透水性又は難透水性の地中壁は、前記砂質土層内に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより造成することにある。
【００１９】
請求項７に記載の発明の特徴は、上記請求項５の構成に加え、上記一対の不透水性又は難透水性の地中壁は、前記砂質土層内に矢板を打設することによって造成することにある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、海底の砂質土層上に捨石マウンドを造成し、該捨石マウンド上にコンクリート製の堤体を設置して構成された防波堤の堤体直下の砂質地盤の表面から所望の深さに至る部分に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより、液状化現象の生じない所望厚さの盤状をした水平地盤改良層を造成すると、地震発生時の液状化現象は、その水平地盤改良層下の地盤改良されていない砂質土層において発生することとなるが、堤体直下の盤状をした水平地盤改良層には液状化現象は生じない。
【００２１】
液状化現象が発生する地盤、即ち可液状化地盤の上の構構物の、液状化現象発生時に生じる沈下量は、構造物下の可液状化地盤の厚さに比例する。従って、上記のように堤体直下の可液状化地盤である砂質土層に液状化現象が発生しない盤状をした水平地盤改良層を造成することによって、その分だけ可液状化地盤の厚さが減少することとなり、地震による液状化現象発生時の堤体沈下量は、上記水平地盤改良層の厚さに対応して減少することとなる。
【００２２】
従って、液状化によって発生する沈下が、防波堤の許容沈下量以下となるように砂質土層に対する盤状をした水平地盤改良層の厚さの比率を実験又はシミュレーションによって算出し、必要な厚さの水平地盤改良層を造成することにより、地震発生時にも防波堤の必要な機能を維持させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本発明により液状化対策を施した第１実施例の防波堤及びその下の地盤の断面を示している。同図において符号１０は防波堤下の原地盤が砂質土である場合の砂質土層を示しており、１１はその上に１０〜２００ｋｇ／個程度の重さの基礎用捨石を投入して造成した捨石マウンド、１２は捨石マウンド１１上に載置したコンクリートケーソン又は場所打ちコンクリートからなる堤体である。
【００２５】
捨石マウンド１１の上面は、堤体１２下を除き、その表面を１ｔ／個程度の重さの被覆石１３によって被覆されているとともに、堤体１２の根元部分の前後に根固石１４を積み上げている。
【００２６】
本発明における液状化対策は、堤体１２直下の砂質土層１０の表面から所望の深さに至る部分に、地盤改良用の薬液を注入させることにより、所望厚さの盤状をした水平地盤改良層Ａを造成することによってなされている。
【００２７】
この水平地盤改良層Ａは、恒久性のある水ガラス系、特殊シリカ系又は高分子系の薬液を砂質土層１０内に浸透させるか、セメントスラリーを砂質土層１０内に注入・混合することによって造成され、その水平地盤改良層Ａは地震発生時に液状化現象が発生しない構造となっている。
【００２８】
次に、砂質土層１０上に防波堤を新設する際に、薬液注入によって図１に示す第１実施例の液状化対策を施工する例について説明する。
【００２９】
図２にその施工フローを示している。施工フローにおける敷砂工では、水平地盤改良層Ａを造成しようとする砂質土層１０の上に敷砂３０を敷設する。この敷砂３０は水平地盤改良層Ａを造成するために地盤中に注入する薬液が水中へ流出するのを防止するために敷設するものであり、厚さ１．０ｍ程度とする。
【００３０】
敷砂施工は、図３に示すように底開式土運船３１を使用し、底開により直接投入するか、グラブ付き自航運搬船を使用して船上からグラブバケットにより投入する等、従来使用されている敷砂方法により実施する。
【００３１】
このようにして敷砂工を実施した後、水平地盤改良層Ａを造成するための薬液注入工を行う。この薬液注入工は、陸上において使用されている浸透固化処理工法に使用されている装置と同様の方法によって行うものであり、図４に示すように、作業台船４０上に搭載したドリリングマシン４１によっておこなう。
【００３２】
尚、この作業台船４０は図５に示すように支柱４０ａを昇降させることによって、水底面に支持させ、潮の干満や波浪に影響されることなく、正確な位置及び高さに固定した状態で作業を行うことができるものを使用することが好ましい。
【００３３】
次に薬液注入の作業手順について説明する。
【００３４】
先ず図６に示すように、ドリリングマシン４１によって削孔を行う。この削孔は中空筒状のケーシング４２を継ぎ足しながら、内部の土砂を排出しつつ、造成しようとする水平地盤改良層Ａの深度に達するまで行う。
【００３５】
この削孔作業が完了した後、ケーシング４２を抜き取り、その抜き取り後の孔４３内に、薬液注入用の外管４５を挿入する。この外管４５は、図７（ａ）に示すように、その長手方向に所定の間隔を隔てて薬液吐出孔４６，４６……が形成されているとともに、その各薬液吐出孔４６の上下位置の外周に布スリーブ４７，４７……が固定されている。
【００３６】
次いで４５内から、各布スリーブ４７内にスラリー状のセメントベントナイト４８を注入し、布スリーブ４７を膨らませて削孔内面の地山と一体化させる。このセメントベントナイト４８の注入は、図７（ｂ）に示すように、セメントベントナイト注入用ホース４９を使用する。セメントベントナイト注入用ホース４９には、下端部側面にセメントベントナイト吐出孔５０を備え、その上下の外面にゴム状弾性材からなるパッカー５１，５１が固定されており、この両パッカー５１，５１内に水を注入して膨張させることによって、外管内面に圧接させて、吐出孔５０上下の外管内面隙間を閉鎖することにより、吐出孔５０からのセメントベントナイト４８が外管４５のセメントベントナイト注入孔４７ａを通して布スリーブ４７内に充填されるようになっている。
【００３７】
このようにして布スリーブ４７内へのセメントベントナイト注入作業を下端部から順にステップアップさせて全布スリーブ４７に対して実施する。
【００３８】
セメントベントナイト４８を注入し、その固化養生後、薬液注入作業を行う。この薬液注入作業は、図８に示すように、外管４５内に薬液注入ホース５５を挿入して行う。薬液注入ホース５５には、その先端部外周に薬液吐出孔５６を有し、その上下の外周に注水によって膨張する前述と同様のパッカー５７，５７が固定されており、このパッカー５７を膨張させることによって外管４５の薬液吐出孔４６の上下の外管内隙間を閉鎖し、薬液吐出孔５６から高圧で薬液を吐出させることにより、外管４５の薬液吐出孔４６から砂質地盤中に薬液を浸透させ、球状の薬液浸透部６０を造成する。
【００３９】
このようにして図９に示すように外管４５の下端より球形の薬液浸透部６０を互いにオーバーラップさせつつ順次造成する。この一連の作業を水平地盤改良層造成予定の全域に亘って順次繰り返して行うことにより所望の厚さ及び広さの水平地盤改良層Ａを造成する。
【００４０】
砂質土層１０表面より所望の厚さの水平地盤改良層Ａを造成した後、敷砂撤去工を行う。この敷砂撤去工は、敷砂部分は薬液による改良が不十分で、その物性が不均質なためであり、物性が不均質な材料をそのまま基礎として使用するのが不適切と判断される場合に実施する。尚、敷砂および表層付近の盛り上り土砂の材質が均質であり基礎としての使用に適すると判断される場合には，その撤去は行わない。
【００４１】
次いで図１に示すように、従来と同様の方法によって捨石マウンド１１を造成し、その上に堤体１２を設置する。
【００４２】
次に本発明を既設の防波堤下の砂質土層に薬液注入によって図１に示す第１実施例の液状化対策を施工する例について説明する。この例では、陸上において使用されている浸透固化処理工法に使用されている装置と同様の曲がり削孔装置７０を使用する。
【００４３】
この曲がり削孔装置７０を図１０に示すように前述の実施例と同様の作業台船４０上に搭載し、防波堤を構成している捨石マウンド１１の先端部より必要な距離を隔てた位置から、海底面より斜めに向けて捨石マウンド１１下の砂質土層１０内に削孔し、堤体１２下では水平に向けて薬液注入用の作業孔７１を削孔する。
【００４４】
この削孔作業は、図１１に示すように作業孔７１の崩壊を防止するために鞘管７２を使用し、この鞘間７２内に削孔刃７３を先端に固定した削孔ロッド７４を挿入しておき、削孔刃７３を先行させて削孔しつつ鞘管７２を押し出し、作業孔７１の内面を鞘管７２で被覆しつつ削孔を進める。
【００４５】
削孔ロッド７４の先端には、位置を検出するためのジャイロ(図示せず)及び上下左右方向の曲がりを検出する曲がりセンサー７５が備えられ、その曲がりセンサー７５の先端に削孔刃７３が固定されている。この削孔刃７３は先端の片側に進行方向決定用の傾斜面７３ａが形成されているとともに、先端部にジェット水噴射ノズル７６を有している。
【００４６】
削孔ロッド７４には、図には示してないが掘削水供給路と、掘削土砂を含んだ掘削水を戻す掘削水戻し路とが備えられており、掘削水供給路から掘削用の高圧水を削孔刃７３先端のノズルに供給し、ノズルから掘削水を噴射させることにより前方の地山を掘削し、掘削した土砂を含む掘削水を、削孔ロッドを通じて作業船上に戻すことにより削孔するようになっている。
【００４７】
尚、削孔は削孔ロッド７４を回転させながら削孔刃７３を前進させることによって直進削孔し、削孔ロッド７４の回転を停止させた状態で前進せることにより、削孔刃７３の傾斜面によって曲進削孔されるようになっている。
【００４８】
また、ジャイロ及び曲がりセンサー７５からの情報によって船上のコンピュータによって削孔位置を算出し、所望の曲線の削孔がなされるようになっている。
【００４９】
このようにして、内面を鞘管７２で被覆した作業孔７１を形成した後、先端の削孔刃７３を地中に残して削孔ロッド７４を抜き取る。
【００５０】
次いで、削孔ロッド７４を抜き取った鞘管７２内に薬液注入ホース８０を挿入する。この薬液注入ホース８０は図１２に示すように先端部に、水を注入することによって膨張するパッカー８２，８２が間隔を隔てて備えられ、そのパッカー８２，８２間に薬液吐出ノズル８１が開口されており、薬液注入ホース８０内には、両パッカーに水を加圧注入するための注水路と薬液を供給する注液路とが備えられている。
【００５１】
この薬液注入ホース８０を鞘管７２の先端部まで挿入し、鞘管７２のみを前記両パッカー８２，８２が鞘管先端に突出する位置まで引き抜く。しかる後パッカー８２，８２に注水し、その外周面を作業孔７１の地山面に押し付ける。この状態で薬液吐出ノズル８１から薬液を高圧で吐出させることにより、パッカー８２，８２間の地山面から周囲の地盤に薬液を注入させて周辺地盤の土壌間隙内に薬液を浸透させる。このようにして１つの箇所における注入作業が完了した後、パッカー８２，８２内を減圧させて縮め、次の注入作業箇所まで、鞘管７２とともに引き抜き、同様の薬液注入作業を順次繰り返す。
【００５２】
上記薬液注入作業を順次繰り返して、予定の水平地盤改良層造成域に、上下左右に間隔を隔てて多数の作業孔７１を形成し、その作業孔毎に、その軸方向に間隔を隔てた所要数の箇所にて薬液注入作業を行い、図１０に示すように各薬液注入作業位置毎の球形の薬液浸透部６０を互いにオーバーラップさせて予定域の地盤改良を行うことにより予定の水平地盤改良層Ａを造成する。
【００５３】
尚、上述した薬液注入方法では、鞘管を引き抜きながら、両パッカーを作業孔の地山面に押し付けて薬液を注入するようにしているが、この他、図には示してないが鞘管に薬液注入用の貫通孔を形成しておき、両パッカーを鞘管の内面に押し当て、前記鞘管の注入孔を通じて地山内に薬液を注入する方法等、従来使用されている各種の注入方法が使用できる。
【００５４】
次に本発明の第２実施例を、図１３を参照して説明する。図１３はこの実施例により液状化対策を施した防波堤及びその下の地盤の断面を示している。図において前述の実施例と同一部分には同一の符号を付してその重複説明を省略する。
【００５５】
この例は、前述した堤体直下に盤状の水平地盤改良層Ａを造成するとともに、その両側に砂質土層１０の底部に至る高さの地盤改良による一対の地中壁Ｂ，Ｂを造成し、断面が門型の地盤改良を施したものである。
【００５６】
地中壁Ｂ，Ｂは砂質土層１０内にセメントスラリー等のセメント系の流動性を有する固化材を混入させて地盤改良を施すことによって、周囲の砂質土層に比べて剛性が高い不透水性又は難透水性の壁体としたものである。
【００５７】
尚、この地中壁Ｂは、前述した図４に示す浸透固化処理設備を使用し、恒久性のある水ガラス系、特殊シリカ系又は高分子系の薬液を砂質土層１０内に浸透させることによって造成しても良い。
【００５８】
この地中壁の厚さは、大きい程せん断変形抑止効果が大きくなり地震時の堤体沈下量がより抑制されることとなるが、必要な沈下抑制効果と経済性や施工性を考慮すると１．０〜３．０ｍ程度が好ましい。
【００５９】
先ず、新設の防波堤築造の際において施工する場合について説明すると、前述した第１実施例おける敷砂工完了後、盤状の水平地盤改良層Ａを薬液注入により造成すると同時に又はこれと前後して、地中壁Ｂ，Ｂをセメント系固化材を砂質地盤中に添加混合することにより造成する。
【００６０】
その造成には、従来水底の軟弱地盤に対して固化材を注入混合させて硬化させる地盤改良装置と同様の装置が使用できる。この装置は図１４に示すように、外周にオーガ２１を一体に備えた回転軸２２を平行配置に備え、その各回転軸の下端部外周に複数の攪拌翼２３を突設し、その一部の攪拌翼２３に固化材吐出ノズル(図示せず)を設け、このノズルから回転軸２２内を通して固化材を吐出させることができるようにするとともに、上端部に回転軸２２を回転させる回転駆動機２４を有する地盤改良機２０を備えている。
【００６１】
この地盤改良機２０は図１５（ａ）に示すように、深層混合処理船２５に立設したリーダー２６に沿わせて上下駆動可能に設置し、地盤改良機２０を深層混合処理船２５から水底に向けて上下移動させることができるようになっている。
【００６２】
そして、地盤改良機２０を砂質土層１０の底部まで回転させながら挿入した後、引き上げながら回転させると同時に固化材を攪拌翼２３のノズルから吐出させ、これによって図１５（ａ）に示すように砂質土層１０の砂質土砂に固化材を混入させた柱状体２０ａを造成する。
【００６３】
このようにして砂質土層１０中に固化材を注入して柱状体２０ａをその側部を互いに一体化させた状態で造成する作業を繰り返し、連続した地中壁Ｂを造成する。
【００６４】
このようにして互いに平行な配置に一対の地中壁Ｂ，Ｂを順次水平方向に延長させた後、必要に応じて敷砂３０を撤去し、図１３に示すように、従来と同様の方法によって捨石マウンド１１を造成し、その上に堤体１２を設置する。
【００６５】
次に、第２実施例の液状化対策を既設の防波堤に対して施工する場合について説明する。
【００６６】
堤体１２の直下の水平地盤改良層Ａの造成は、前述した第１実施例における既設防波堤下に対する施工と同様にして行う。これと平行して、又は前後して地中壁Ｂ，Ｂを造成する。
【００６７】
この場合における地中壁Ｂ，Ｂは根固石６の位置を避けたその外側位置の砂質土層１０内に堤体１２の縁部に沿った方向にそれぞれ連続させて造成する。この地中壁Ｂ，Ｂの造成は、前述した新設防波堤に築造の際の施工において述べたものと同じ地盤改良機２０を使用する。
【００６８】
この地中壁Ｂの造成に際しては、先ず図１６(イ)に示すように地盤改良機２０を捨石マウンド１１下の砂質土層１０内に挿入できるようにするための地盤改良機挿入部２７を形成する。この地盤改良機挿入部２７は一時的に基礎捨石の一部を除去して捨石マウンド表裏に窓穴を形成するものであり、潜水夫により作業機を操作して捨石を除去することとしても良く、図には示してないがコアカッターを使用した切削機を使用して円筒形に切り取ることにより形成してもよい。
【００６９】
このようにして地盤改良機挿入部２７を地盤改良機２０の１〜数回分の挿入広さに形成し、その地盤改良機挿入部２７を通して図１６(ロ)に示すように地盤改良機２０を砂質土層１０の底部まで回転させながら挿入した後、引き上げながら回転させると同時に固化材を攪拌翼２３のノズルから吐出させ、これによって砂質土層１０の砂質土に固化材を混入させた柱状体２０ａを造成する。
【００７０】
このようにして柱状体２０ａを造成した後、図１６(ハ)に示すように地盤改良機挿入部２７に基礎捨石を戻して捨石マウンドをもとの状態に復元させる。この工程を繰り返して図１５（ｂ）に示すように柱状態２０ａ，２０ａ……を多数幅方向に接した状態に造成して地盤改良による地中壁を造成する。
【００７１】
尚、形成した地盤良機挿入部２７内に埋め戻し砂を充填しておき、地盤改良機２０による固化材の混入を砂質土層１０への固化材混入に続けて埋め戻し砂にも固化材の混入を行うようにしてもよく、この場合には図１７に示すように地盤改良機挿入部２７が地中壁Ｂによって埋められることなり、埋め戻しの必要がなくなる。
【００７２】
上述の実施例では、一対の地中壁を砂質土層の砂質土内にセメント系固化材を混入させることによって造成しているが、この地中壁は上述の他、矢板を接合させて順次打設することによって不透水性又は難透水性の地中壁を造成してもよい。
【００７３】
この矢板の打設に際しては、前述の実施例と同様に、打設位置の捨石マウンドの捨石を除去して矢板打設部を形成する。捨石除去に際しては、１個ずつ取り除いてもよく切削機を使用して切り取ることによって除去しても良い。また、使用する矢板は鋼矢板、鋼管矢板等の鋼製矢板の他コンクリート製矢板が使用できる。
【００７４】
上述の実施例では、原地盤が砂質地盤であり、その砂質土層１０上に築造した防波堤下の液状化対策について説明したが、図１８、図１９に示すように、原地盤が粘性土からなる支持力（Ｎ値）の小さい軟質原地盤９０である場合において、その原地盤の１部を砂で置き換えた所謂置換砂で構成されている砂質土層１０ａ上に築造されている防波堤下の液状化対策として、前述と同様に施工しても良い。尚、図１８は図1に示す実施例と、図１９は図１３に示す実施例とそれぞれ同様に実施した場合を示しており。前述した実施例と同じ部分には同じ符号を付して重複説明を省略する。
【００７５】
効果の確認
次に、有限要素法による地震応答解析による、本発明の液状化対策工法の効果の確認について述べる。この解析では、解析のための構造物のモデル化を行い、そのモデル化の材料定数を設定し、更に入力地震動(最大振幅、波形)を選定して地震応答計算を行った。解析結果として水平、鉛直方向の最大及び残留変位量等が算出される。
ａ．数値解析概要
数値解析の概要図： 図２０
対象構造物： 防波堤(幅Ｂ＝１５．０ｍ程度)
液状化対象層厚(砂質土層厚さ)：Ｈ＝２０ｍ程度
入力地震動：１９６８年十勝沖地震の際に八戸港で得られた記録より算定した八戸基盤入射波形。最大加速度４００ｇａｌ
液状化対策１：第１実施例の水平地盤改良層のみ設置
液状化対策２：第１実施例の水平地盤改良層と第２実施例の地中壁とを併用
水平地盤改良層厚さ：Ｄ＝６．５ｍ、Ｄ＝３．５ｍの２種類
地中壁厚さ：Ｌ＝１．５ｍの１種類
ｂ．検討ケース
表１に示す通りの４ケースとした。
【００７６】
【００７７】
ｃ．解析結果
堤体の残留時の沈下量の算出結果を表２に示した。
【００７８】
【００７９】
以上のように、本発明方法は、対策工を実施しなかった場合に比べ、水平地盤改良層のみを造成した場合に０．２２及び０．４０程度の沈下量に抑制でき、また、水平地盤改良層と地中壁とを共に造成した場合には０．１７程度の沈下量に抑制できた。
【００８０】
この結果より、本発明による対策は、水平地盤改良層のみの場合及びこれと地中壁との併用した場合の何れも、対策を施さない場合に比べて大きな効果を発揮することが確認できたとともに、水平地盤改良層のみを設ける場合において、砂質土層厚さに対する水平地盤改良層厚さの比が、２０：３．５以上あれば充分な沈下抑制効果が得られることが判明した。
【００８１】
尚、水平地盤改良層と地中壁とを併用したケース３は、大きい厚さの水平地盤改良層のみを用いたケース２よりコストが低くなる可能性があり、水平地盤改良層と地中壁とを併用した断面門型に地盤改良を施す液状化対策の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１実施例の液状化対策を施した防波堤及びその下の地盤の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す第１実施例を新設の防波堤築造前に施工する一例を示すフロー図である。
【図３】同上の敷砂工を示す断面図である。
【図４】同上の薬液注入工の概略構成を示す断面図である
【図５】同上の薬液注入工を昇降式作業船によって行う場合を示す断面図である。
【図６】同上の薬液注入工における削孔工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）は同上の薬液注入工における削孔内への外管挿入状態を示す断面図、（ｂ）は同削孔内への外管固定状態を示す断面図である。
【図８】同上の薬液注入工における薬液注入状態を示す断面図である。
【図９】同上の薬液注入工における薬液浸透状態を示す断面図である。
【図１０】図1に示す第１実施例を既設防波堤下への施工に使用する曲がり削孔及び薬液注入の概要を示す断面図である。
【図１１】同上の曲がり削孔装置による削孔状態を示す断面図である。
【図１２】同上の薬液注入ホースによる薬液注入状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２実施例の液状化対策を施した防波堤及びその下の地盤の一例を示す縦断面図である。
【図１４】第２実施例の液状化対策に使用する地盤改良機の一例を示す正面図である。
【図１５】（ａ）図１４の地盤改良機を作業台船に設置して本発明工法を新設の防波堤築造前に施工している状態を示す縦断面図、（ｂ）は造成される地中壁を示す横断面図である。
【図１６】(イ)〜(ハ)は、第２実施例を既設の防波堤下に施工する場合の施工工程を説明する略図的断面図である。
【図１７】図１６(イ)に示す地盤改良機挿入部の形成方法の他の例を示す断面図である。
【図１８】本発明方法を、軟質原地盤の一部を砂で置き換えた置換砂からなる砂質土層上に築造された防波堤下に、図１に示す実施例と同様に実施した場合を示す断面図である。
【図１９】本発明方法を、軟質原地盤の一部を砂で置き換えた置換砂からなる砂質土層上に築造された防波堤下に、図１３に示す実施例と同様に実施した場合を示す断面図である。
【図２０】本発明の効果の確認に用いた数値解析の概要図である。
【図２１】従来の防波堤下の液状化対策の一例を示す縦断面図である。
【図２２】従来の既設防波堤に対する液状化対策の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
Ａ 水平地盤改良層
Ｂ 地中壁
１０ 砂質土層
１０ａ 砂質土層
１１ 捨石マウンド
１２ 堤体
２０ 地盤改良機
２０ａ 柱状体
２１ オーガ
２２ 回転軸
２３ 攪拌翼
２４ 回転駆動機
２５ 深層混合処理船
２６ リーダー
２７ 地盤改良機挿入部
３０ 敷砂
３１ グラブ付き自航運搬船
４０ 作業台船
４０ａ 支柱
４１ ドリリングマシン
４２ ケーシング
４３ 孔
４５ 外管
４６ 薬液吐出孔
４７ 布スリーブ
４７ａ セメントベントナイト注入孔
４８ セメントベントナイト
４９ セメントベントナイト注入用ホース
５０ セメントベントナイト吐出孔
５１ パッカー
５５ 薬液注入ホース
５６ 薬液吐出孔
５７ パッカー
６０ 薬液浸透部
７０ 曲がり削孔装置
７１ 作業孔
７２ 鞘管
７３ 削孔刃
７３ａ 傾斜面
７５ 曲がりセンサー
７６ ジェット水噴射ノズル
８０ 薬液注入ホース
８１ 薬液吐出ノズル
８２ パッカー
９０ 軟質原地盤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底の砂質土層上に捨石マウンドを造成し、該捨石マウンド上にコンクリート製の堤体を設置して構成された防波堤下の液状化対策工法であって、
前記堤体直下の前記砂質土層の表面から所望の深さに至る部分に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより、液状化現象の生じない所望厚さの盤状をした水平地盤改良層を造成することを特徴としてなる防波堤下の液状化対策工法。
【請求項２】
前記地盤改良用の薬液は、水ガラス系、特殊シリカ系又は高分子系の地盤改良用薬液を使用する請求項1に記載の薬液注入による防波堤下の液状化対策工法。
【請求項３】
前記防波堤が新設の防波堤であり、前記捨石マウンド造成前に防波堤下となる前記砂質地盤に前記盤状をした水平地盤改良層を造成する請求項１又は２に記載の防波堤下の液状化対策工法。
【請求項４】
前記防波堤が、既設の防波堤であり、該既設の防波堤下の砂質土層に前記盤状をした水平地盤改良層を造成する請求項１又は２に記載の防波堤下の液状化対策工法。
【請求項５】
前記堤体直下に前記盤状をした水平地盤改良層を造成するとともに、前記堤体の前後両縁部に沿ってそのやや外側下の前記砂質土層内に、一対の不透水性又は難透水性の地中壁を造成する請求項１又は２に記載の防波堤下の液状化対策工法。
【請求項６】
上記一対の不透水性又は難透水性の地中壁は、前記砂質土層内に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより造成する請求項５に記載の防波堤下の液状化対策工法。
【請求項７】
上記一対の不透水性又は難透水性の地中壁は、前記砂質土層内に矢板を打設することによって造成する請求項５に記載の防波堤下の液状化対策工法。
【請求項１】
海底の砂質土層上に捨石マウンドを造成し、該捨石マウンド上にコンクリート製の堤体を設置して構成された防波堤下の液状化対策工法であって、
前記堤体直下の前記砂質土層の表面から所望の深さに至る部分に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより、液状化現象の生じない所望厚さの盤状をした水平地盤改良層を造成することを特徴としてなる防波堤下の液状化対策工法。
【請求項２】
前記地盤改良用の薬液は、水ガラス系、特殊シリカ系又は高分子系の地盤改良用薬液を使用する請求項1に記載の薬液注入による防波堤下の液状化対策工法。
【請求項３】
前記防波堤が新設の防波堤であり、前記捨石マウンド造成前に防波堤下となる前記砂質地盤に前記盤状をした水平地盤改良層を造成する請求項１又は２に記載の防波堤下の液状化対策工法。
【請求項４】
前記防波堤が、既設の防波堤であり、該既設の防波堤下の砂質土層に前記盤状をした水平地盤改良層を造成する請求項１又は２に記載の防波堤下の液状化対策工法。
【請求項５】
前記堤体直下に前記盤状をした水平地盤改良層を造成するとともに、前記堤体の前後両縁部に沿ってそのやや外側下の前記砂質土層内に、一対の不透水性又は難透水性の地中壁を造成する請求項１又は２に記載の防波堤下の液状化対策工法。
【請求項６】
上記一対の不透水性又は難透水性の地中壁は、前記砂質土層内に、地盤改良用の薬液又はセメント系固化材を注入させることにより造成する請求項５に記載の防波堤下の液状化対策工法。
【請求項７】
上記一対の不透水性又は難透水性の地中壁は、前記砂質土層内に矢板を打設することによって造成する請求項５に記載の防波堤下の液状化対策工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００８−１９５６２（Ｐ２００８−１９５６２Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９００４９（Ｐ２００６−１９００４９）
【出願日】平成１８年７月１１日（２００６．７．１１）
【出願人】（５０１２４１９１１）独立行政法人港湾空港技術研究所 (84)
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【出願人】（０００１６６６２７）五洋建設株式会社 (364)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１１日（２００６．７．１１）
【出願人】（５０１２４１９１１）独立行政法人港湾空港技術研究所 (84)
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【出願人】（０００１６６６２７）五洋建設株式会社 (364)
【Ｆターム（参考）】
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