JP6335569B2 - 地盤造成工法および地盤構造 - Google Patents

Description

本発明は、地盤の改良技術に関し、特に、地震動によって起こる地盤の液状化の影響を低減する地盤造成工法および地盤構造に関する。

従来、緩い砂質土で形成された地盤上に道路を建設する場合、地盤の液状化による路面の変形や損傷を防止する種々の工法が提案されている。

このような工法の一例として、特許文献１が開示する道路変状防止方法は、土砂密度が不均等になるように路床部を造成することにより、液状化が生じた場合に、水が路肩側から路床部に流入するのに伴って、密度が均一になるように土砂が移動し、路面中央部が隆起して、地盤沈下による道路の変形や損傷を防止する。

また、特許文献２が開示する地盤改良方法は、液状化層を貫いて支持層まで延在する地中壁を道路長に沿って構築することにより、地盤の液状化による道路の変形や損傷を抑制する。

特開２０１０− ３７７９３ 特開２０１３−２３８０３４

一方、近年、発生が懸念されている東海地震や東南海地震、南海地震等の巨大地震や連動地震では、地震動が数分間継続することが予想されている。このような地震動が液状化層に伝わると、液状化層に含まれる多量の間隙水が浮上して路床部の直下に集まり、地震動の継続時間に比例した時間、路床部の直下に滞留する。このため、過大な水圧が路床部に長時間かかると共に、路床部直下の液状化層が軟化する虞がある。

しかしながら、特許文献１が開示する道路変状防止工法で造成された地盤構造では、液状化によって生じた水が排出されないため、地震動が数分間継続した場合、多量の水が路床部やジオグリッドの直下に長時間に亘って滞留し、道路や路床部が不等沈下して、路面の変形や損傷が起こるという問題があった。

また、特許文献２が開示する地盤改良方法では、巨大な地中壁を道路長に沿って構築しなければならず、地盤改良に係る時間や費用が多大になることが懸念される。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、地盤の液状化によって生じた水を速やかに排出可能な地盤造成工法および地盤構造を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の地盤造成工法は、含水土で形成された原地盤を掘削して開口を形成し、当該開口上に透水性の高い粒状物で構成される排水層を形成し、繊維混合処理土で構成される繊維含有層を排水層上に形成する。

本発明の地盤造成工法および地盤構造を提供することにより、地盤の液状化によって生じた水を速やかに排出することができる。このため、地震によって地盤が液状化した場合でも、道路の不等沈下や地盤の側方流動、これらに伴う道路の変形や損傷を防止することができ、緊急輸送道路や重要幹線道路等の主要道路の通行を確保することができる。

また、本発明の地盤造成工法および地盤構造は、支持層まで延在する地中壁を設置する従来技術のような大規模な掘削作業を行う必要がなく、地盤造成に係る時間や費用を低減することができる。

本発明の地盤構造の第１の実施形態を示す図。 本発明の地盤構造の第２の実施形態を示す図。 本発明の地盤構造の第３の実施形態を示す図。 本発明の地盤構造の第４の実施形態を示す図。 路床部を繊維混合処理土で改良した事例と、路床部をセメントで改良した事例と、路床部を改良していない事例の実験結果を示す図。

図１は、本発明の地盤構造の第１の実施形態を示す図である。以下、図１を参照して、地盤構造１００と、地盤構造１００の造成工法について説明する。

地盤構造１００は、液状化層１０と、排水層１１と、繊維含有層１２と、排水ドレーン１３と、舗装部１４とで構成される。

液状化層１０は、水分を含んだ砂質土から成る飽和砂地盤で形成された層である。液状化層１０は、地震動によって砂質土が振動することにより、砂質土の粒子同士の係合が解かれて沈降し、粒子の間に散在していた水が集合および浮上して液状化現象が発生する。

排水層１１は、透水性の高い砕石等の粒状物で構成される。図１に示す実施形態では、排水層１１は水平部１１０および垂直部１１１で構成され、液状化層１０と繊維含有層１２との間に形成される。排水層１１には、液状化によって生じた水が流入する。

排水層１１は、フレームおよびネットで構成された収容装置に砕石を充填したグラベルマットを用いて形成することができる。グラベルマットのフレームおよびネットは、砕石を保持する強度を有する限り、任意の素材を使用することができる。なお、フレームは、排水層１１の剛性を担保するため、鋼製フレームを使用するのが好適である。

排水層１１の粒状物は、排水層１１の透水性、すなわち液状化層１０から排水層１１への水の流入効率を高めるために、液状化層１０の砂質の径よりも大きい粒状物を使用することが好適である。また、排水層１１の透水性を繊維含有層１２よりも高くするために、繊維含有層１２に含まれる土砂よりも粒径が大きな粒状物を排水層１１に使用してもよい。

繊維含有層１２は、短繊維を含む土砂（以下、「繊維混合処理土」とする。）で形成される。繊維混合処理土は、腐食に強い合成樹脂等の短繊維を土砂に入れて撹拌して生成される。短繊維の長さは、１〜１５０ｍｍとするのが好適である。また、短繊維の太さは、１〜１５０ｄｔｅｘとするのが好適である。なお、短繊維の材質や長さ、太さ、添加量は、土質条件に応じて所望の強度を発揮するものを採用すべきである。

排水ドレーン１３は、排水層１１に流入した水を地表に排出する手段である。排水ドレーン１３は、垂直に延在する中空構造をしており、舗装部１４の長手方向に沿って排水層１１の垂直部１１１に設置される。排水ドレーン１３の上端部は、外部と連続しており、排水層１１に流入した水は、排水ドレーン１３を介して地表に排出される。

舗装部１４は、繊維含有層１２上に形成される路面である。舗装部１４は、アスファルト等の舗装部材を押圧して形成される。

液状化層１０が液状化すると、図１の矢印が示すように、水が排水層１１の周囲の液状化層１０から排水層１１に流入し、排水ドレーン１３を通って地表に排出される。また、水が繊維含有層１２に浸入した場合でも、自重によって排水層１１に流出し、排水ドレーン１３を介して地表に排出される。これにより、液状化によって発生した水を効率よく排出でき、水の滞留によって生じ得る舗装部１４の不等沈下や地盤の側方流動、これらに伴う舗装部１４の変形や損傷を防止することができる。

ここで、図１に示す地盤構造１００の造成工法の一実施形態について説明する。まず、液状化層１０をショベルカー等の重機によって掘削して開口を形成する。次に、液状化層１０の開口にグラベルマットを敷設し、排水層１１の水平部１１０を形成する。次いで、排水ドレーン１３を舗装部１４の長手方向に沿って設置し、その周囲にグラベルマットを敷設して、排水層１１の垂直部１１１を形成する。そして、排水層１１の水平部１１０および垂直部１１１で規定される開口に繊維混合処理土を入れて繊維含有層１２を形成し、繊維含有層１２上に舗装部材を敷設して舗装部１４を形成する。なお、地表面を構成する垂直部１１１の上面は、排水ドレーン１３の開口部を除き、アスファルトコンクリート等の舗装部材で舗装される。

図１に示す実施形態では、道路を挟んで２の垂直部１１１を形成するが、他の実施形態では、道路の片側に１の垂直部１１１を形成してもよい。また、３以上の垂直部１１１を道路の両側や中央部に形成してもよい。さらに、本実施形態では、１の垂直部１１１について１列の排水ドレーン１３を設置するが、他の実施形態では、１の垂直部１１１について複数列の排水ドレーン１３を設置してもよい。

図２は、本発明の地盤構造の第２の実施形態を示す図である。以下、図２を参照して、地盤構造２００と地盤構造２００の造成工法について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

地盤構造２００は、液状化層１０と、排水層２１と、繊維含有層１２と、排水ドレーン２３と、舗装部１４と、排水管２５とで構成される。

排水層２１は、液状化層１０と繊維含有層１２との間に形成される。排水層２１の基底部は、両端部が最下点となるように勾配が施されている。

排水ドレーン２３は、排水層２１に流入した水を排水管２５に排出する手段である。排水ドレーン２３は中空構造をしており、排水層２１の基底部の端部と排水管２５とを連結する。排水ドレーン２３は、舗装部１４の長手方向に沿って複数設置され、排水層２１に流入した水が、排水ドレーン２３を介して排水管２５に排出される。本実施形態では、排水ドレーン２３の流入口に目詰まり防止用のフィルターを設置することが好適である。

排水管２５は、液状化によって生じた水を排出する手段である。排水管２５は、舗装部１４の長手方向に沿って埋設される。排水管２５は、液状化によって生じた水や雨水を排出する専用の排出管でもよく、生活排水用の下水管でもよい。

液状化層１０が液状化すると、図２の矢印が示すように、水が排水層２１の周囲の液状化層１０から排水層２１に直接または間接的に流入し、基底部の傾斜に沿って両側に流れ、排水ドレーン２３を通って排水管２５に排出される。これにより、液状化によって発生した水を効率よく排出でき、水の滞留によって生じ得る舗装部１４の不等沈下や地盤の側方流動、これらに伴う舗装部１４の変形や損傷を防止することができる。

ここで、図２に示す地盤構造１００の造成工法の一実施形態について説明する。なお、排水管２５が既に埋設されている場合の造成工法について説明する。

まず、基底部が傾斜を有するように液状化層１０を掘削して開口を形成する。次に、排水ドレーン２３を舗装部１４の長手方向に沿って設置し、排水管２５と連結する。次いで、液状化層１０の開口にグラベルマットを敷設して排水層２１を形成する。そして、液状化層１０と排水層２１で規定される開口に繊維混合処理土を入れて繊維含有層１２を形成し、繊維含有層１２上に舗装部材を敷設して舗装部１４を形成する。当然ではあるが、排水層２１の基底部の端部の高さは、排水管２５の流入口よりも高くすることに留意すべきである。なお、地表面を構成する繊維含有層１２の上面は、アスファルトコンクリート等の舗装部材で舗装される。

図２に示す実施形態では、液状化によって生じた水が、排水層２１の両側の設置された排水管２５に流れるよう、排水層２１の基底部に勾配が施されているが、他の実施形態では、排水層２１の片側にのみ排水管２５を設置し、当該排水管に水が流れるよう、排水層２１の基底部の勾配を片流れにしてもよい。

図３は、本発明の地盤構造の第３の実施形態を示す図である。以下、図３を参照して、地盤構造３００と地盤構造３００の造成工法について、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

地盤構造３００は、液状化層１０と、排水層３１と、繊維含有層１２と、舗装部１４と、集水管３６とで構成される。排水層３１は、液状化層１０と繊維含有層１２との間に形成される。排水層３１の基底部は、中心部が最下点となるように勾配が施される。

集水管３６は、排水層３１に流入した水を集水して排水する集排水手段である。集水管３６は中空構造をしており、壁面部が網目構造やハニカム構造等の透水構造をしている。集水管３６は、ポリプロピレン等の合成樹脂を用いて製造することができる。集水管３６は、排水層３１の中心部に舗装部１４の長手方向に沿って埋設される。

図３に示す実施形態では、管状の集水管３６を使用するが、他の実施形態では、断面形状が多角形の集水部材を使用することができる。集水管３６の設置数や口径、幅、高さは、液状化層１０が含有する水分量や想定される地震動の継続時間等に応じて決定するのが好適である。

液状化層１０が液状化すると、図３の矢印が示すように、水が排水層３１の周囲の液状化層１０から排水層３１に直接または間接的に流入し、基底部の傾斜に沿って中心部に流れ、集水管３６に排出される。集水管３６は、集水した水を外部に排出する。これにより、液状化によって発生した水を効率よく排出でき、水の滞留によって生じ得る舗装部１４の不等沈下や地盤の側方流動、これらに伴う舗装部１４の変形や損傷を防止することができる。

ここで、図３に示す地盤構造１００の造成工法の一実施形態について説明する。まず、基底部が傾斜を有するように液状化層１０を掘削して開口を形成する。次に、基底部の最下点に位置する中心部に集水管３６を設置する。次いで、液状化層１０の開口にグラベルマットを敷設して排水層３１を形成する。そして、液状化層１０と排水層３１で規定される開口に繊維混合処理土を入れて繊維含有層１２を形成し、繊維含有層１２上に舗装部材を敷設して舗装部１４を形成する。なお、地表面を構成する繊維含有層１２の上面は、アスファルトコンクリート等の舗装部材で舗装される。

図３に示す実施形態では、集水管３６を舗装部１４の長手方向に沿って埋設するが、他の実施形態では、１以上の集水管３６を舗装部１４の短手方向に沿って埋設してもよい。

図４は、本発明の地盤構造の第４の実施形態を示す図である。以下、図４を参照して、地盤構造４００と地盤構造４００の造成工法について、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。

地盤構造４００は、液状化層１０と、排水層４１と、繊維含有層１２と、舗装部１４と、集水管３６とで構成される。排水層４１は、液状化層１０と繊維含有層１２との間に形成され、基底部の端部が最下点となるように勾配が施される。集水管３６は、排水層２１に流入した水を集水して排出する手段である。集水管３６は、排水層４１の両端部に舗装部１４の長手方向に沿って埋設される。

液状化層１０が液状化すると、図４の矢印が示すように、水が排水層４１の周囲の液状化層１０から排水層４１に直接または間接的に流入し、基底部の傾斜に沿って両端部に流れ、集水管３６に排出される。集水管３６は、集水した水を外部に排出する。これにより、液状化によって発生した水を効率よく排出でき、水の滞留によって生じ得る舗装部１４の不等沈下や地盤の側方流動、これらに伴う舗装部１４の変形や損傷を防止することができる。

ここで、図４に示す地盤構造１００の造成工法の一実施形態について説明する。まず、基底部が傾斜を有するように液状化層１０を掘削して開口を形成する。次に、基底部の最下点に位置する両端部に集水管３６を設置する。次いで、液状化層１０の開口にグラベルマットを敷設して排水層４１を形成する。そして、液状化層１０と排水層４１で規定される開口に繊維混合処理土を入れて繊維含有層１２を形成し、繊維含有層１２上に舗装部材を敷設して舗装部１４を形成する。なお、地表面を構成する繊維含有層１２の上面は、アスファルトコンクリート等の舗装部材で舗装される。

図４に示す実施形態では、液状化によって生じた水が、排水層４１の両側に設置された集水管３６に流れるよう、排水層４１の基底部に勾配が施されているが、他の実施形態では、排水層４１の基底部の一方に集水管３６を設置し、当該集水管に水が流れるよう、排水層４１の基底部の勾配を片流れにしてもよい。

図５は、路床部を繊維混合処理土で改良した事例と、路床部を低強度コンクリートで改良した事例と、路床部を改良していない事例の実験結果を示す図である。この実験では、液状化層を１０ｍ、路盤厚さを０．９ｍ、繊維混合処理土改良体の厚さを１．１ｍ、低強度コンクリート改良体の厚さを２．１ｍとした模型実験により、各事例について、一軸圧縮強度（ｑ_ｕ）、変形係数（Ｅ_５０）、曲げ引張強度（σ_ｂ）について測定した。

これらの実験結果が示すように、繊維混合処理土改良体では、短繊維によって土砂同士の係合力が増大することにより、低強度コンクリート改良体よりも優れた曲げ強度や靱性を備えており、低強度コンクリート改良体よりも、路床部の厚さを抑えることができる。このため、地盤を深く掘削することなく排水層の厚さを十分に確保することができ、地盤改良に要する時間や経費を低減できる。

また、繊維混合処理土改良体は、優れた曲げ強度や靱性により、道路や路床部の不等沈下や地盤の側方流動を防止し、低強度コンクリート改良体よりも有利な変形抑制効果を奏する。

さらに、本発明では、繊維混合処理土で形成された繊維含有層が、グラベルマットで構成された排水層で包囲または支持されることにより、排水層で包囲または支持されない繊維含有層と比べて、優れたな変形抑制効果を奏する。

これまで本実施形態につき説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した実施形態の構成要素を変更若しくは削除し、または上述した実施形態の構成要素に他の構成要素を追加するなど、当業者が想到することができる範囲内で変更することができる。特に、本発明の地盤造成工法は、緩い砂質土で形成された地盤のみならず、軟弱粘性土地盤等の含水土で形成された地盤にも応用でき、いずれの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１００…地盤構造、１１…排水層、１２…繊維含有層、１３…排水ドレーン、１４…舗装部、２００…地盤構造、２１…排水層、２３…排水ドレーン、２５…排水管、３００…地盤構造、３１…排水層、３６…集水管、４００…地盤構造、４１…排水層

Claims (4)

1. 含水土で形成された原地盤に対し、造成する地盤造成工法であって、
   地盤を掘削して開口を形成する工程と、
   液状化層の砂質の径よりも大きい粒状物で構成され、垂直部および水平部で形成される排水層を前記開口上に形成する工程と、
   一端が外部と連続するように排水手段を前記垂直部に設置する工程と、
   長さが１〜１５０ｍｍである短繊維を混合した繊維混合処理土で構成される繊維含有層を前記排水層上に形成する工程と、
   前記繊維含有層上に舗装部を形成する工程と
   を含む、地盤造成工法。
2. 含水土で形成された原地盤に対し、造成する地盤造成工法であって、
   地盤を掘削して開口を形成する工程と、
   液状化層の砂質の径よりも大きい粒状物で構成され、基底部は勾配をつけて形成される排水層を前記開口上に形成する工程と、
   前記排水層の基底部に排水手段を設置する工程と、
   長さが１〜１５０ｍｍである短繊維を混合した繊維混合処理土で構成される繊維含有層を前記排水層上に形成する工程と、
   前記繊維含有層上に舗装部を形成する工程と
   を含む、地盤造成工法。
3. 液状化層の砂質の径よりも大きい粒状物で構成され、垂直部および水平部で形成される排水層と、
   前記排水層上に形成され、長さが１〜１５０ｍｍである短繊維を混合した繊維混合処理土で構成される繊維含有層とを含み、
   前記排水層は排水手段を含み、
   前記垂直部は、一端が外部と連続する排水手段が設置されていることを特徴とする、地盤構造。
4. 液状化層の砂質の径よりも大きい粒状物で構成され、基底部は勾配をつけて形成される排水層と、
   前記排水層上に形成され、長さが１〜１５０ｍｍである短繊維を混合した繊維混合処理土で構成される繊維含有層とを含み、
   前記排水層は排水手段を含み、
   前記排水層の基底部に排水手段を備えることを特徴とする、地盤構造。