地震時の屈曲部のパイプ抜け出しを軽減する地盤の固結工法
要約
現地盤が粘性土の場合に、スラスト力作用方向の埋戻し材に固結工法を用いることで、地震時の屈曲部のパイプ抜け出しの被害を軽減する工法である。新たに敷設する管には固化処理土、既に埋設された管にはグラウト材を注入することで効果が得られる。
- キーワード:パイプ、スラスト力、耐震対策、グラウト、固化処理土
- 担当:農工研・施設工学研究領域・施設保全グループ
- 代表連絡先:
- 分類:普及成果情報
背景・ねらい
大規模な地震が発生した際には、農業用パイプにも大きな被害が発生する。特に多い被害例は、屈曲部等のスラスト力が作用する箇所での継手部の抜け出しである。スラスト力とは管の内水圧により生じる力で、屈曲部では管を外側に動かそうとする。通常時にはスラスト力に対しては土圧が抵抗することで管は動かないが、地震時には埋戻し材の土圧が低下すること等により、管が動いて(以下、「管の変位」)周辺の継手部で抜け出しが生じる(図1)。そのため、地震時に管の変位を軽減する工法の開発が求められている。
そこで、本研究では、屈曲部周辺に固結工法の適用を提案し、遠心場及び重力場(1G場)での振動模型実験によって有効性を明らかにする。
成果の内容・特徴
- 本工法では、屈曲管やT字管周辺のスラスト力作用方向の埋戻し材に固結工法を適用する。固結工法の適用により地震時にも剛性や強度の顕著な低下が生じず、スラスト力に抵抗することができる。そのため、地震時の管の変位を軽減することができる。新たに埋設する管には埋戻し材に固化処理土を用いる。既に埋設された管には地表面から薬液等のグラウト材を注入する。
- 図2は埋戻し材の砂にグラウト材を注入した重力場での振動実験模型の概念図である。供試管はT字管に直管を接合したものである。内水圧を加えてT字管にスラスト力を与えた状態で、実験模型に地震動を与えた後、地盤を掘削した時の管の状況が図3a及び図3bである。砂だけのケース(図3a)では、埋戻し材の液状化に伴ってT字管が大きく抜け出し、現地盤(粘性土)に接触するまで変位したのに対し、グラウトを注入したケース(図3b)では、T字管は抜け出さず、地震時の管の変位を大幅に抑制できることが分かる。
- スラスト力対策として屈曲部にコンクリートブロックを用いる際にも、コンクリートと現地盤の隙間(図4の斜線部)に砂等の液状化する埋戻し材を用いた場合は、地震時に隙間部の埋戻し材の土圧が低下し、管が変位する。そのため、この隙間に本工法を適用することにより、管の抜け出しの被害を軽減できる。
- 本工法は現地盤が粘性土で、地震時に液状化や強度低下を生じにくい箇所での適用を想定している。現地盤の液状化が想定される地区では、地下水位の低下や離脱防止継手を有する管材の利用等、他の地震対策方法を検討する必要がある。
普及のための参考情報
- 普及対象:農林水産省、都道府県、土地改良区
- 普及予定地域・普及予定面積・普及台数等:全国を対象としている。
- その他:
- 設計基準パイプライン(2021年度改訂版)には、「スラストブロックと現地盤との間を埋め戻す場合には、砕石など液状化抵抗力の高い材料を使用する。」という事例が追加される。
- 設計基準に準じて、固結工法の埋戻し材としての一軸圧縮強度は200～500kN/m2を目標とする。
具体的データ
その他
- 予算区分:交付金、その他外部資金(科研費)
- 研究期間:2019～2021年度
- 研究担当者:有吉充、泉明良、河端俊典(神戸大学)、澤田豊(神戸大学)、毛利栄征(茨城大学)
- 発表論文等:
- 有吉ら、特願(2020年5月19日)
- 有吉ら(2021)農業農村工学会論文集、89:I_235-I_241