農業用パイプの屈曲部のグラウトによる耐震対策技術

• 担当機関: （国）農業・食品産業技術総合研究機構 農村工学研究部門
• 研究期間: 2019～2020
• 研究担当者: 有吉充; 泉明良; 堀俊和; 寺家谷勇希; 河端俊典; 澤田豊; 毛利栄征
• 発行年度: 2020
• 要約: 地震による農業用パイプの継手部離脱の被害を防止する技術である。スラスト力が作用する屈曲部背面の埋戻し材料にグラウトを注入することで、地震時にもスラスト抵抗力が減少せずに、屈曲部の移動を大幅に抑制できる。
• キーワード: 圧力管路、屈曲部、スラスト力、耐震対策、グラウト
• 背景・ねらい: 農業用パイプの地震被害は、内圧によるスラスト力(図1)が作用する屈曲部等の継手部の離脱が多い(図2(左))。スラスト力により、パイプは屈曲部の背面側に移動しようとするが、通常は土圧がパイプに作用しており、パイプは移動しない。しかしながら、地震時にパイプの埋戻し材料が液状化をすると、原地盤が液状化をしなくても、パイプに作用する土圧は減少する。そのため、地盤にスラスト力に抵抗する力が無くなり、屈曲部が大きく移動して近接したパイプの継手部の離脱に至る。離脱による漏水は,農業用水の供給に支障を来すだけでなく、地盤流亡や交通障害(図2右)等の二次被害を引き起こす場合もある。; そこで、すでに埋設されているパイプの屈曲部の耐震性を向上させるため、屈曲部の背面部にグラウトを注入する工法を提案する。本工法は、FRPM管やダクタイル鉄管等の継手構造管路で、現地盤が粘性土、埋戻し材料が砂の現場に、特に有効であると考えられる。小型の模型で実大規模のパイプの動きを再現できる遠心振動実験を実施して、提案する工法の有効性を検証する。
• 成果の内容・特徴: 1.図3aは、直径60mmのパイプを埋設深さ90mmに設置し、原地盤を液状化しない粘性土、埋戻し材料を砂で作成した模型である。遠心力載荷装置により30Gの重力加速度を模型に与えて、直径1.8mのパイプが埋設深さ2.7mに設置された現場の条件を再現する。図3bは、スラスト力を模擬した荷重を、ワイヤを介して錘によりパイプに負荷した状態で、地震(100～900cm/s2の正弦波)を模型に与えたときの結果である。 ; 2.現行の設計では、原地盤と埋戻し材料が一体となってパイプに土圧が作用すると想定しているが、埋戻し材料に液状化や強度低下が発生する場合には、原地盤が破壊しなくても、埋戻し材料の範囲内でパイプは大きく移動する(図3bの砂のみのケース)。図4aは、埋戻し材料に砂だけを用いてパイプを埋設し、地震を作用させた実験の結果であるが、液状化しない原地盤(粘性土)はほとんど変形せずに、液状化した埋戻し材料(砂)の範囲内でパイプが大きく移動する。 ; 3.スラスト力作用方向の埋戻し材料にグラウトを注入することによって、埋戻し材料は粘着力が付加されて、地震時に液状化を起こさない。埋戻し材料の他の部分が液状化した場合でも、スラスト力作用方向の地盤が液状化を生じなければパイプに作用する土圧は減少しないため、パイプの移動を大幅に抑制することができる(図3b及び図4b)。 ; 4.屈曲部に限らず、片落管やチーズ管等のスラスト力が作用する箇所においても、スラスト力作用方向の埋戻し材料にグラウトを配置することで、地震時のパイプの移動を抑制することができる。
• 成果の活用面・留意点: 1.原地盤の液状化が想定される地区では、本工法だけでは被害を防止することが難しい。地下水位の低下等の原地盤の地震応答対策と合わせて対策方法を検討する必要がある。 ; 2.今後、実大規模の模型実験を行って、グラウトの合理的な配置位置等をより詳細に検討する予定である。
• 研究内容: https://www.naro.go.jp/project/results/4th_laboratory/nire/2020/nire20_s14.html