ライフライン地中埋設管の経済的・効果的な液状化対策技術の開発

代表者：

東畑 郁生（東京大学大学院工学系研究科）

研究担当者：

東畑 郁生，内村 太郎，後藤 茂（同上）

古関 潤一，桑野 玲子（東京大学生産技術研究所）

研究開発課題名：

埋戻し液状化 埋設管変形と浮上？

原地盤

地震時液状化によるライフライン地中埋設管の被害

1）埋戻し土の締固め2）砕石等による埋戻し3）埋戻し土の固化

埋戻し部の対策（新設・復旧時）

しかし

埋戻し材としての自然材料の新規利用は環境破壊

→リサイクル材を活用

再掘削性に留意する必要あり

既設管対策は非開削が望ましい

研究の概要と背景

千葉県浦安市の下水道被害

管の浮上、継ぎ手の抜け、液状化砂流入。

マンホール浮上

研究フロー本研究の範囲

目標耐震性能：レベル1地震で機能保全、レベル2地震で迅速復旧

民地

砂層

シルト層

車道／歩道／生活道路

下水管

アスファルト層

砕石層(車道75 cm歩道30cm位)

ポンプ

薬液を管の周囲に限定的に流して固化

薬液を注入 地下水を吸引

注入管

吸引管

深さ２ｍ

課題 1：既設管埋戻し部の経済的効果的対策（マンホール浮上に比べて対策技術が少ない）

深さ 1ｍ

幅 1ｍ

地下水面

（潮来市での施工スケールを参考に、1/10模型）

水

薬液

注入管 吸引管

地下水位（一定）

給水水頭

排水水頭

埋設管

３８ｃｍ

２８ｃｍ

奥行き２５ｃｍ

背面で水位を一定に保つ

吸排水は壁面（対称性を仮定）

実験装置

実験１ 管左側から注水、右側から吸水

• 横に広いレモン型の広がりになった。

• 注入点周りに無駄に広がってしまったが、吸水をスリットにして注水水頭を小さくすれば、偏り無く埋設管周りに拡げる事が可能になった。

×・ ・ー

注水：点 吸水：点（注水水頭：＋20cm 吸水水頭：-95cm）

注水：点 吸水：スリット（注水水頭：＋5cm 吸水水頭：-80cm）

後ろ側にも拡がる吸水点より奥には流れない

・

実験２ 注水管を一本使用

注水水頭：15cm

• 縦に広く均等に広がる。また、薬液を使えば比重によってより効果的に埋設管周りに広がる

（とくに、埋め戻し部分を、効率的に強化できる）

• 注入管一本のみを挿入すればいいので、施工やコストの面でもメリットがある。

注水水頭：5cm（薬液を使用）

・

・

均等に広がる

重さで垂れ下がる

実験３ 注水管を二本使用

• 横に広く、埋設管をしっかり覆うように拡がる点では効果的。

• 両注入管からの広がりの境界部分は、薬液で埋まらずに残る。→ 別々に固化しても、弱面となる可能性がある。

注水水頭：15cm

・・・

拡大均等に広がる

境界部分に浸透しにくい

実験結果のまとめ

注水管：点注入吸水管：スリット

埋設管上部より１点注入

この二つを効果的な注入方法とし、振動台加振実験を行う。

セメント改良土 タイヤ

チップ

再生骨材

廃ガラス

リサイクル材料で埋戻し

舗装

浮上防止冶具 2. 薬液固化

間隙水

1. 排水管工法

3. シース管の挿入（老朽化対策も兼ねる）

薬液

開削工法 部分開削 非開削工法

既存の液状化対策工法と新工法を埋設管浮上対策へ適用する

10新設ライフラインへ適用 既設ライフラインへ適用

課題 2 被災管の復旧時の経済的効果的対策（掘削するので工法の自由度が高い）

実験方法 (1G場 振動台実験)

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0-4 0 0-3 0 0-2 0 0-1 0 0

01 0 02 0 03 0 04 0 0 F re q u en cy : 1 0 H z

S h ak in g tim e : 2 5 s

T im e (s )

最大加速度≒350 Gal

振動台と土槽（1/5モデル）

加振

加速度

(Gal

)

Unit : cm

4030

1020

50

40

27025

35

017,5 7,5 0 7,5 17,5 40 Width: 40

Cushion Cushion2.5

埋戻し部

加速度計 間隙水圧計

再生骨材 廃ガラスタイヤチップ

セメント改良土

埋戻し

埋設管

φ6cm 変位計

原地盤が非液状化，液状化の場合について検討

埋戻し部

原地盤 原地盤

11

埋設管の浮上量を測定

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

実地

盤スケール

での

埋設

管の

変位

(cm

)

原地盤：非液状化

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

実地

盤スケール

での

埋設

管の

変位

(cm

)

原地盤：液状化

７号

硅砂

(Dr1

0%)

タイヤチップ

再生

骨材

廃ガラス

セメント

固化

改良

７号

硅砂

(Dr1

0%)

タイヤチップ

再生

骨材

廃ガラス

セメント

固化

改良

浮上

沈下

原地盤が非液状化の場合は，埋設管の浮上を軽減可能

12

原地盤が液状化する場合は，埋戻し部の沈下を考慮する必要あり

原地盤も液状化

125

150

175

Unit: cm

埋戻し

原地盤は非液状化

125

150

175

Unit: cm

埋戻し

浮上

沈下

埋戻し部の沈下量は，埋戻し部と，液状化した砂の密度の差に関係がある

廃ガラス17.6 kN/m3

再生骨材17.6 kN/m3

セメント固化18.4 kN/m3

タイヤチップ17.4 kN/m3

液状化した砂 γsat = 17.4 kN/m3

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

実地

盤スケール

での

埋設

管の

変位

(cm

)

原地盤：液状化

７号

硅砂

(Dr1

0%)

タイヤチップ

再生

骨材

廃ガラス

セメント

固化

改良

13

浮上

沈下

原地盤が液状化する場合は，埋戻し部の沈下を考慮する必要あり

原地盤も液状化

125

150

175

Unit: cm

埋戻し

幹線管路

支線管路

振動台実験：今後の予定

経済性，施工性，地域性，地盤条件等を考慮した，合理的で包括的な埋設ライフライン耐震性向上策を提案

1. 非開削，部分開削工法を用いた埋設管浮上対策の実証実験

2. 間隔を置いて対策または支持された埋設管の浮上り実験

14

屋内排水管の接続による抵抗（集中荷重）

液状化による浮力（分布荷重）

課題３ 埋戻し材の交通荷重による沈下

課題４ 埋戻し材の中の埋設管への応力

原位置試験の結果 一次元載荷試験

繰返し載荷

廃ガラスリサイクル粗粒材料

残留ひずみ0～0.14%

ベディングエラーの除去0.19%

残留ひずみ0.09～0.68% 埋設管模型実験土槽

ロードセル

繰返し載荷

埋設管周りの部分改良の影響→ 応力集中（？）