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せいごろうはしかわ
5 years ago
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1 液状化対策の最新技術平成 24 年 5 月 2 日 1. 再液状化の発生に関して 2. 液状化による戸建て住宅の沈下, 傾斜のメカニズム 3. 液状化対策の基本的な考え方 4. 地区の一体化対策 5. 個々の戸建て住宅の対策東京電機大学理工学部安田進 1. 再液状化の発生に関して 1983 年日本海中部地震で再液状化が発生することが確認された 1983 年日本海中部地震での再液状化発生事例本震時の液状化状況 1 か月後に発生した余震時の液状化状況 ( 本震に比べて揺れは小 ) 津軽半島の武田小学校

年新潟県中越地震で液状化し家が約 3cm 沈下した地震後家を持ち上げて直した長さ 2m の鋼管も圧入してあった 27

2 27 年新潟県中越沖地震での再液状化事例刈羽村稲葉地区刈羽村稲葉地区では 24 年新潟県中越地震で液状化し, 被災し復旧した戸建て住宅が, 27 年新潟県中越沖地震で再液状化により再度被害を受けた柏崎市山本団地 24 年新潟県中越地震で液状化し家が約 3cm 沈下した地震後家を持ち上げて直した長さ 2m の鋼管も圧入してあった 27 年新潟県中越沖地震で再度液状化し約 3cm ほど家がめり込み沈下した 27 年新潟県中越沖地震での被害 2mの深さの杭では液状化層下端まで達していなかった

3 24 年新潟県中越地震で液状化し家が被災したのと建て替えた直径約 11mm, 長さ 5~6m の鋼管杭 56 本で支持 27 年新潟県中越沖地震で再度液状化し, 周囲の地盤が 2~25cm 沈下した抜け上がりが生じたクライストチャーチでの再液状化, 再々液状化による同じ家の沈下量の比較 21 年 9 月の本震時 2cm 程度の沈下 211 年 2 月の余震時 211 年 6 月 13 日の余震による再再液状化時 5cm 程度の沈下細野さん撮影

加振前共振試験後 1 回目液状化試験後 2 回目液状化試験後 3 回目液状化試験後再液状化が発生する理由の一つの考え佐々木らにより, 深さ 3m の土槽を用い行われた大型振動台実験液状化前後にコーン貫入試験で地盤の締まり具合を測定深い所は液状化に伴い締め固まったが,

4 加振前共振試験後 1 回目液状化試験後 2 回目液状化試験後 3 回目液状化試験後再液状化が発生する理由の一つの考え佐々木らにより, 深さ 3m の土槽を用い行われた大型振動台実験液状化前後にコーン貫入試験で地盤の締まり具合を測定深い所は液状化に伴い締め固まったが, 浅い所ではかえって緩くなった ( 佐々木らによる ) 液状化が発生するメカニズムの模式図液状化が発生し易い地盤と地震動の条件地盤の条件 :1 砂質土が 2 緩く堆積し 3 地下水が浅い地盤 ( 地下水位以下しか液状化しない ) 地震動の条件 : 地震動が大 ( 気象庁震度階で 5 弱程度以上 )

5 地震前後での物性値の比較 ( 浚渫土 ) 基準化 N 値 N1 細粒分含有率 Fc(%) 粘土分含有率 Pc(%) 5 N Fc (%) Cc (%) 地震前地震後 1 浚渫土は細かい土粒子を多く含む震災から半年後の調査では地震前と同程度の N 値 ( 浦安市による ) 深度 (m) 地震前地震後深度平均深度地震前地震後 (m) (m) N1 Fc (%) Cc (%) N1 Fc (%) Cc (%) ~ ~ ~ ~ ~ 深度 (m) 地震前地震後深度 (m) 液状化による戸建て住宅の沈下, 傾斜のメカニズム建物の沈下発生と噴砂の発生のどちらが先か? 1964 年新潟地震の際に新潟空港ターミナルビルで撮影された動画 : 弓納持さんによると, 地震発生 1 分半後 : ビルが沈下するとの声であわてて撮影開始地震発生 2 分後 : ビル脇から噴水噴砂発生開始私の研究室での振動台実験建物模型が沈下した後に噴砂発生噴砂が発生して空洞になったところに建物が落ち込んだのではない液状化により地盤が軟弱化したので建物の重さで地盤にめり込んだため沈下

液状化前後のせん断剛性 ( バネ定数のようなもの ) の比較せん断応力 (kpa) 過剰間隙水圧 (kpa) せん断応力 (kpa) 2 豊浦砂,D r =5% 15 Static ' =98 kpa F 1 L =1. FL =.95 F L =.89 5 F L =1.13 1 2 3 F L =.72 4 5 6 1 F L =1.13 F L =.72 F L =1.

6 液状化前後のせん断剛性 ( バネ定数のようなもの ) の比較せん断応力 (kpa) 過剰間隙水圧 (kpa) せん断応力 (kpa) 2 豊浦砂,D r =5% 15 Static ' =98 kpa F 1 L =1. FL =.95 F L =.89 5 F L = F L = F L =1.13 F L =.72 F L =1. F -1 Static FL =.95 L = せん断ひずみ (%) 1. Static.5 Static: 液状化前の供試体 F L =1.: 丁度液状化した供試体 F L <1.: 激しく液状化した供試体 F L =1.13 F L =.95 F L =1. 1 F L =.89 2 せん断ひずみ (%) F L = Static 抵抗変曲点 1 G 2 1 豊浦砂東京地区の砂イスタンブール砂イスタンブール砂 + シルト 1% まさ土 1 G,i.1% 微小抵抗領域液状化によりせん断剛性 ( 土のバネ定数のようなもの ) が数十分の 1~ 数百分の 1 に低下する! L 1 G 1 せん断剛性低下率 G1/G,i F L =.9~ 細粒分含有率 F c (%)

7 地震 ( 液状化 ) 前液状化発生実際めりこみ沈下砂層液状化土をバネでモデル化めりこみ沈下バネ力減少無対策 ( 地下水位 GL-.m) の条件でバネを低減させて, 残留変形解析法の ALID で解析した例バネが低減が少ないように地盤を締め固めたり, 固結すると, 家屋のめり込み沈下も軽減される

8 実際のメカニズムでバネのモデルと異なる点 ( その 1) 建物がめりこみ沈下するためには, その下の土が外に押し出される必要がある側方への押し出しを止めればめり込み沈下も軽減される液状化実際のメカニズムでバネのモデルと異なる点 ( その 2) 液状化した後の噴水にともない全体に地盤が沈下するただしこれはめり込み沈下ではない実際のメカニズムでバネのモデルと異なる点 ( その 3) 自ら傾き, さらに隣接する建物の影響で傾く Angle of inclination, θ( ) Mean ビルでの調査事例 Niigata Dagupan Adapazari Average settlement of buildings, S av (cm) ビルの傾斜角 θ=.5 S av ( 平均めり込み沈下量 ) 戸建て住宅でも同様の関係を整理中 (a)1 棟独立 (b)2 棟が近接 (c)4 棟が近接傾く方向

) 2 棟の相対傾斜角 Θr( ) 3 2 1 安倍彦名団地 Abehikona 内向きに傾斜外向きに傾斜地下水位が極端に浅いデータ相対傾斜角相対傾斜角 θ= θ -θ

9 米子市 ( 鳥取県西部地震 ) 内側へ傾斜アダパザル ( トルココジャエリ地震 ) 外側へ傾斜応力が集中するので内側へ傾く液状化した土が建物の間にはみ出して外側へ傾く時計回りを時計まわり - を正 + θ 1 θ 2 Relative angle of inclination, θ r (deg.) 2 棟の相対傾斜角 Θr( ) 安倍彦名団地 Abehikona 内向きに傾斜外向きに傾斜地下水位が極端に浅いデータ相対傾斜角相対傾斜角 θ= θ -θ Θ r=θ 1 Θ Distance adject buildings (m) 2 棟間の距離 (m) 2 年鳥取県西部地震の際の米子市安倍彦名団地における隣接家屋間距離と相対傾斜角の関係

2 棟間距離と 2 棟間傾斜角の関係に関する ALID での解析例 (a)2 棟間距離 2m (b)2 棟間距離 8m 15 2 棟の相対傾斜角 θ r ( ) 1-1 内向きに傾斜外向きに傾斜地下水の深さ = 1.5m 液状化層の深さ = 1m F L =.8 R L =.225 相対傾斜角 θr ( ) 1 5 隣接する 2 棟間の距離 = 1m 地下水の深さ = 1.

10 2 棟間距離と 2 棟間傾斜角の関係に関する ALID での解析例 (a)2 棟間距離 2m (b)2 棟間距離 8m 15 2 棟の相対傾斜角 θ r ( ) 1-1 内向きに傾斜外向きに傾斜地下水の深さ = 1.5m 液状化層の深さ = 1m F L =.8 R L =.225 相対傾斜角 θr ( ) 1 5 隣接する 2 棟間の距離 = 1m 地下水の深さ = 1.5m 液状化層の深さ = 1m R L = 隣接する2 棟間の距離 (m) F L 1 3. 液状化対策の基本的な考え方液状化対策方法改良原理 1 液状化の発生を防止する方法 2 液状化が発生するが被害を受けにくくする方法サンドコンパクションパイル工法振動棒工法バイブロフローテーション工法改良工法の模式図重錘落下締固め工法バイブロタンパー工法転圧工法ハンマー密度増大砂杭コンパクショングラウチング工法郡杭工法上部構造物 ( 地盤工学会 : 液状化対策工法をもとに作成 ) 杭

11 深層混合処理工法生石灰パイル工法注入固化工法グラウト固結事前混合処理工法セメント or 生石灰改良体高圧噴射撹拌工法セメント混合土護岸セメント or 生石灰改良体ディープウェル工法排水溝工法排水飽和度の低下有効応力の増大排水暗渠 : 液状化層 : 非液状化層地中連続壁せん断変形抑制間隙水圧の遮断上部構造物連続壁

12 改良原理改良工法の模式図ドレーン工法周辺巻立てドレーン地中構造物ドレーン材間隙水圧の消散抑制排水機能付き鋼矢板ドレーン杭排水部材鋼矢板 2 杭基礎基礎および杭の強化上部構造物増し杭杭既設杭構造的対策護岸の強化新設護岸既設矢板護岸 : 液状化層 : 非液状化層

13 浮上り防止鋼矢板周辺拘束による浮上り防止埋設管重し鋼矢板地中構造物可撓継手による地盤変位吸収直接基礎におけるこま形基礎の設置構造的対策上部構造物可撓継手上部構造物こま形ブロックジオグリッドによる補強シートパイル締切上部構造物タイロッドジオグリッド鋼矢板 : 液状化層 : 非液状化層戸建ての目標

14 地震動の設定浦安市における想定地震による液状化シミュレーション計算液状化危険度マップの作成液状化マップ見直し手順想定地震と震源モデル内陸直下型 ( レベル 2 地震動 ) プレート境界型 ( レベル 2 地震動 ) 千葉県東方沖 ( レベル 1 地震動 ) ( 浦安市による ) ( 浦安市による )

15 1995 年阪神淡路大震災をうけて土木学会から出された第 2 次提言におけるレベル 1,2 地震動の考え方 (1) レベル 1 地震動に対して液状化発生の可能性がある地盤に関しては, 地盤改良により液状化を発生させないことを一応の原則とするが, それが困難な場合には基礎構造の工夫や強化により上部構造の機能を保持できるようにする (2) レベル 2 地震動に対して地盤改良による液状化防止が困難な場合には, 地盤の側方流動や沈下により基礎に過大な変位が発生し, 上部構造に重大な被害が生じないよう, 基礎構造の強化や構造系全体の見直しを行うものとする 4. 地区の一体化対策国土交通省での考え方 ( 国交省の資料による )

16 ( 広報うらやす 212 年 ( 平成 24 年 )5 月 1 日復旧復興特集号より ) ( 浦安市による )

17 2 年鳥取県西部地震における安倍彦名団地の被害と地下水位の関係被災程度ごとの地下水位の度数分布 ( 浦安市による )

支持力低下で家が沈下 uefied 本震および余震時本震時本震後余震時 1. 地下水位の上昇 2. 噴水噴砂の発生 3. 表層の飽和化ただし支持力は低下せず 4. 表層が液状化 5. 支持力の低下で家が沈下 1. 地下水位の上昇 2. 地表までは噴水は達しない 3.

18 地下水位の深さが液状化による噴水噴砂および被害の発生に与えた影響の一つの考え方 uefied uefied 本震時 1. 支持力低下で家が沈下 2. 噴水噴砂発生 (1) GL-1m より浅い場合 Saturate uefied uefied uefied uefied 本震時 (2) 約 WL=GL-1.5m 1. 地下水位の上昇 2. 噴水噴砂の発生 3. 支持力低下で家が沈下 uefied 本震および余震時本震時本震後余震時 1. 地下水位の上昇 2. 噴水噴砂の発生 3. 表層の飽和化ただし支持力は低下せず 4. 表層が液状化 5. 支持力の低下で家が沈下 1. 地下水位の上昇 2. 地表までは噴水は達しない 3. 支持力低下なし 4. 家は沈下せず (3) 約 WL=GL-2m (4) GL-3m より深い場合地震後に暗渠管による地下水低下対策実施した例 ( 柏崎市山本団地 ) 大規模盛土造成地滑動崩落防止事業の適用総額 :1 億 6 万円住民負担総額 :4 万円住民個々の負担 : 1 全部 : 約 13 万円 2 枝状排水施設なし : 約 8 万円 3 協力 :3 万円

19 ( 地盤工学会による ) 長岡工業高等専門学校尾上篤生教授らの地下水位観測結果 : 地下水位がおよそ 2m 程度下がっている 5. 個々の戸建て住宅の対策 A. 新設の場合に考えられるいくつかの液状化対策方法 (1) 地盤の層状締固めや固結液状化対策のメカニズム改良部分の剛性により家のめり込み沈下を軽減する非液状化層または支持層 (2) 格子状セル状改良液状化非液状化層または支持層対策のメカニズム格子セル内のせん断変形を抑制し液状化の発生を防ぐ格子状セメント改良の場合は支持層まで施工すると家の支持力もある

20 締固めによる改良深さによるめり込み沈下量の違いを試算した例無対策 ( 地下水位 GL-.m) 締固め工法 ( 改良深度 3.m, 地下水位 GL.m) (3) 柱状改良, 既製杭支持液状化対策のメカニズム支持層の支持力で支持する支持層 (4) 水圧消散排水層液状化非液状化または持層対策のメカニズム液状化層からの過剰間隙水圧をドレーンで消散して液状化発生を防ぐ

21 (5) 壁状締切液状化非液状化層または支持層対策のメカニズム矢板などの壁を周囲の基礎に結合して締め切ることによって, 壁内部が液状化してもその部分が外に流動しないようにして, めり込み沈下を軽減する (6) その他 B. 既設の場合に考えられるいくつかの液状化対策方法 (1) 建物直下の層状締固め, 浸透固化対策のメカニズム改良部分の剛性により家のめり込み沈下を軽減する液状化非液状化または支持層 (2) 既製杭支持, 柱状改良 ( 注 ): 薬液を注入する場合でも沈下修正のための割裂注入と, ここでいう浸透固化とは異なるまた, 浸透固化を家の下に均質に注意深く層状に注入しないと液状化対策とはならない液状化対策のメカニズム支持層の支持力で支持する支持層

22 (3) 家の周囲の格子状改良液状化対策のメカニズム固い壁を格子状に造り, 格子内のせん断変形を抑制して液状化の発生を防ぐ非液状化, 支持層 (4) 地下水位低下液状化井戸矢板対策のメカニズム地下水位を低下させて表層の不飽和層 ( 非液状化層 ) を厚くして家屋のめり込み沈下を軽減する非液状化, 支持層 (5) 壁状締切り液状化対策のメカニズム矢板などの壁を周囲の基礎に結合して締め切ることによって, 壁内部が液状化してもその部分が外に流動しないようにしてめり込み沈下を軽減する非液状化, 支持層 (6) その他

23 まとめ浦安の埋立土の締まり具合は地震前とほとんど変わっていないので, 大きな地震動に襲われると, 残念ながら再液状化することも考えられる戸建て住宅のめり込み沈下は液状化に伴う地盤の軟弱化によって発生する家屋の傾斜角はめり込み沈下量が大きくなるにつれて増大するが, その他隣接する家屋との距離などにも影響される戸建て住宅の液状化対策を検討する場合, まず, 想定する地震動レベルと性能 ( 許されるめり込み沈下量や傾斜角 ) を設定する必要がある液状化対策には, 液状化の発生を防止するものと, 液状化しても被害を小さくする方法があるこれまで大型構造物を対象に開発されてきたが, 今回の地震を契機に戸建て住宅でも適用できるように鋭意努力中である道路下水などの公共施設と宅地を一体化して液状化対策する液状化対策推進事業が現在検討されている

既存構造物がある場合の基礎地盤の液状化対策案国土交通省の都市防災推進事業 ( 市街化液状化対策事業 ) と連動して住宅地域を囲む周辺道路下水 ( ライフライン ) の液状化対策と協同して住宅地の液状化対策を実施する対策工法 WG ( 加倉井中井秋葉田村畑中 ) 都市防災推進事業 (

既存構造物がある場合の基礎地盤の液状化対策案国土交通省の都市防災推進事業 ( 市街化液状化対策事業 ) と連動して住宅地域を囲む周辺道路下水 ( ライフライン ) の液状化対策と協同して住宅地の液状化対策を実施する対策工法 WG ( 加倉井中井秋葉田村畑中 ) 都市防災推進事業 ( 既存構造物がある場合の基礎地盤の液状化対策案国土交通省の都市防災推進事業 ( 市街化液状化対策事業 ) と連動して住宅地域を囲む周辺道路下水 ( ライフライン ) の液状化対策と協同して住宅地の液状化対策を実施する対策工法 WG ( 加倉井中井秋葉田村畑中 ) 都市防災推進事業 ( 国土交通省 ; 市街化液状化対策事業 ) 補助対象 ( 費用に対する支援 ) : 1 液状化対策事業計画の案の作成及びコーデネートに要する費用