JP2001003350A - 凍結融解を利用したボードドレーンによる地盤改良工法 - Google Patents
凍結融解を利用したボードドレーンによる地盤改良工法Info
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- JP2001003350A JP2001003350A JP11171832A JP17183299A JP2001003350A JP 2001003350 A JP2001003350 A JP 2001003350A JP 11171832 A JP11171832 A JP 11171832A JP 17183299 A JP17183299 A JP 17183299A JP 2001003350 A JP2001003350 A JP 2001003350A
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉛直ドレーン工法における地盤の脱水圧縮作
用の促進と工期の短縮。 【解決する手段】 軟弱地盤を凍結させ凍土部分１の外
側の未凍土部分２から凍土部分１へ水分を集中させて凍
土部分周辺の未凍土部分を脱水圧密した後、凍土部分を
融解しこれによって生じる過剰水をボードドレーン３に
よって上昇させ排水する。
用の促進と工期の短縮。 【解決する手段】 軟弱地盤を凍結させ凍土部分１の外
側の未凍土部分２から凍土部分１へ水分を集中させて凍
土部分周辺の未凍土部分を脱水圧密した後、凍土部分を
融解しこれによって生じる過剰水をボードドレーン３に
よって上昇させ排水する。
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、港湾、道路、鉄道等の
土木工事及び建築工事において、地盤の凍結による脱水
圧密効果とボードドレーンの排水を利用した軟弱地盤の
改良工法に関するものである。
土木工事及び建築工事において、地盤の凍結による脱水
圧密効果とボードドレーンの排水を利用した軟弱地盤の
改良工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】軟弱地
盤の改良工法には、セメント、石灰等の薬剤混合による
地盤の固化と、ドレーン材の鉛直打設による地盤の水分
の除去による圧密促進(以下、鉛直ドレーン工法と呼ぶ)
の２つの方法に大別される。前者は、高強度の地盤が比
較的短期に造成できる利点を有するが、薬剤の環境へ及
ぼす影響や、工費が嵩む問題がある。後者は、薬剤によ
る環境悪化の問題は生じず、工費を抑えることができる
が、工期が長くなること、施工後も若干の地盤沈下が長
期的に継続する等の問題がある。
盤の改良工法には、セメント、石灰等の薬剤混合による
地盤の固化と、ドレーン材の鉛直打設による地盤の水分
の除去による圧密促進(以下、鉛直ドレーン工法と呼ぶ)
の２つの方法に大別される。前者は、高強度の地盤が比
較的短期に造成できる利点を有するが、薬剤の環境へ及
ぼす影響や、工費が嵩む問題がある。後者は、薬剤によ
る環境悪化の問題は生じず、工費を抑えることができる
が、工期が長くなること、施工後も若干の地盤沈下が長
期的に継続する等の問題がある。
【０００３】本発明は、地盤を凍結させると未凍土部分
から凍土部分に水分を強制的に移動させることができる
効果と、その後の凍土部分の未凍土部分の融解による余
剰水分をドレーン材で速やかに脱水させることができる
効果によって上記問題を解決出来る軟弱地盤の改良工法
を明らかにするものである。
から凍土部分に水分を強制的に移動させることができる
効果と、その後の凍土部分の未凍土部分の融解による余
剰水分をドレーン材で速やかに脱水させることができる
効果によって上記問題を解決出来る軟弱地盤の改良工法
を明らかにするものである。
【０００４】
【課題を解決する手段】本発明の軟弱地盤の改良工法
は、軟弱地盤を凍結させ凍土部分(１)の外側の未凍土部
分(２)から凍土部分(１)へ水分を集中させることにより
該未凍土部分を脱水圧密した後、凍土部分を融解しこれ
によって生じる過剰水をボードドレーン(３)によって上
昇させ排水することを特徴とする。
は、軟弱地盤を凍結させ凍土部分(１)の外側の未凍土部
分(２)から凍土部分(１)へ水分を集中させることにより
該未凍土部分を脱水圧密した後、凍土部分を融解しこれ
によって生じる過剰水をボードドレーン(３)によって上
昇させ排水することを特徴とする。
【０００５】冷凍パイプ(４)等の凍結用機材は、ボード
ドレーン(３)を打設した直後にボードドレーン(３)に沿
わせて配置するが、ボードドレーン(３)を打設するケー
シング内に収容して、ボードドレーン(３)の打設と同時
に地中に配置することもできる。
ドレーン(３)を打設した直後にボードドレーン(３)に沿
わせて配置するが、ボードドレーン(３)を打設するケー
シング内に収容して、ボードドレーン(３)の打設と同時
に地中に配置することもできる。
【０００６】
【作用及び効果】高い含水比の粘性土を凍結させる時、
未凍土との境界部分にアイスレンズが発生する。アイス
レンズでは強大な負圧が生じるため、未凍土上側から水
分が連続的に移動してアイスレンズは成長を続け所謂凍
上現象が起こる。反対に、未凍土部分では脱水による収
縮が続く。全体として凍土部分では膨張、未凍土部分で
は収縮作用が生じる。融解時には凍土部分のアイスレン
ズからの水分は中心のボードドレーンを通じて排水され
る。凍土部分は凍結によって土の構造骨格が破壊されて
いるため、通水性と圧縮性が増大している。
未凍土との境界部分にアイスレンズが発生する。アイス
レンズでは強大な負圧が生じるため、未凍土上側から水
分が連続的に移動してアイスレンズは成長を続け所謂凍
上現象が起こる。反対に、未凍土部分では脱水による収
縮が続く。全体として凍土部分では膨張、未凍土部分で
は収縮作用が生じる。融解時には凍土部分のアイスレン
ズからの水分は中心のボードドレーンを通じて排水され
る。凍土部分は凍結によって土の構造骨格が破壊されて
いるため、通水性と圧縮性が増大している。
【０００７】上記の如く、脱水圧密を受けた部分及び凍
結融解による圧密作用を受けた部分が共に圧縮性の増加
を伴うことになり、地盤を凍結させない従来の鉛直ドレ
ーン工法に較べて、工期を短縮でき、又、地盤の高密度
化により強度増加の効果を上げることができ、施工後の
地盤沈下を小さくできる。
結融解による圧密作用を受けた部分が共に圧縮性の増加
を伴うことになり、地盤を凍結させない従来の鉛直ドレ
ーン工法に較べて、工期を短縮でき、又、地盤の高密度
化により強度増加の効果を上げることができ、施工後の
地盤沈下を小さくできる。
【０００８】地盤を凍結させるための冷凍パイプ(４)等
の凍結用機材は、ボードドレーン(３)を打設した直後、
引き抜いたケーシング(５)とボードドレーン(３)との間
に生じる空間を利用して地盤の所定深さに配置すれば特
別のボーリング工事を省略でき、施工コストを抑えるこ
とができる。又、冷凍機材をボードドレーン(３)を打設
するためのケーシング(５)内に収容してボードドレーン
(３)と一緒に地盤内に配置することができる。
の凍結用機材は、ボードドレーン(３)を打設した直後、
引き抜いたケーシング(５)とボードドレーン(３)との間
に生じる空間を利用して地盤の所定深さに配置すれば特
別のボーリング工事を省略でき、施工コストを抑えるこ
とができる。又、冷凍機材をボードドレーン(３)を打設
するためのケーシング(５)内に収容してボードドレーン
(３)と一緒に地盤内に配置することができる。
【０００９】
【実施例】図１に示す如く、地盤にボードドレーン(３)
と凍結用機材を打設する。実施例のボードドレーン(３)
は、長手方向の全長に亘って平行溝条を有する合成樹脂
製帯状基体に通水性シートを貼って形成したプラスチッ
クボードドレーンであり、ヒータ(図示せず)がボードド
レーンに平行に付設されている。
と凍結用機材を打設する。実施例のボードドレーン(３)
は、長手方向の全長に亘って平行溝条を有する合成樹脂
製帯状基体に通水性シートを貼って形成したプラスチッ
クボードドレーンであり、ヒータ(図示せず)がボードド
レーンに平行に付設されている。
【００１０】ヒータは地盤の凍結終了後に、発熱させて
凍結地盤を融解させ、凍結機材に損傷を与えることなく
引き抜くことができる。ボードドレーンは、通水性表面
から内部に浸透した水を速やかに排水できるものであれ
ば、材質、構造は問わない。実施例の凍結用機材は、冷
凍機に接続して不凍冷媒を循環させる二重管式の冷凍パ
イプ(４)である。
凍結地盤を融解させ、凍結機材に損傷を与えることなく
引き抜くことができる。ボードドレーンは、通水性表面
から内部に浸透した水を速やかに排水できるものであれ
ば、材質、構造は問わない。実施例の凍結用機材は、冷
凍機に接続して不凍冷媒を循環させる二重管式の冷凍パ
イプ(４)である。
【００１１】ケーシング(５)にボードドレーン(３)を挿
通し、打設機(図示せず)によってケーシング(５)を地盤
に打設する。打設機の走行移動を確保するために軟弱地
盤の地表には所定厚みのサンドマット層(６)を形成して
おく。ケーシング(５)を予定深さまで打ち込み、ボード
ドレーン(３)を残してケーシング(５)だけを引き上げ
る。ケーシング(５)を引き上げた際に生じる孔空間を利
用してボードドレーン(３)に沿わせて冷凍パイプ(４)を
挿入する。
通し、打設機(図示せず)によってケーシング(５)を地盤
に打設する。打設機の走行移動を確保するために軟弱地
盤の地表には所定厚みのサンドマット層(６)を形成して
おく。ケーシング(５)を予定深さまで打ち込み、ボード
ドレーン(３)を残してケーシング(５)だけを引き上げ
る。ケーシング(５)を引き上げた際に生じる孔空間を利
用してボードドレーン(３)に沿わせて冷凍パイプ(４)を
挿入する。
【００１２】次に冷凍パイプ(４)の上端に冷凍機を接続
して該パイプに冷媒を流通させ、冷凍パイプ(４)を中心
に地盤を凍結させる。
して該パイプに冷媒を流通させ、冷凍パイプ(４)を中心
に地盤を凍結させる。
【００１３】軟弱地盤を凍結させることにより、未凍土
との境界部分にアイスレンズ(11)が発生する。アイスレ
ンズ(11)では強大な負圧が生じるため、未凍土上側から
水分が連続的に移動してアイスレンズは成長を続け所謂
凍上現象が起こる。反対に、未凍土部分では脱水による
収縮が続く。全体として凍土部分では膨張、未凍土部分
では収縮作用が生じる。
との境界部分にアイスレンズ(11)が発生する。アイスレ
ンズ(11)では強大な負圧が生じるため、未凍土上側から
水分が連続的に移動してアイスレンズは成長を続け所謂
凍上現象が起こる。反対に、未凍土部分では脱水による
収縮が続く。全体として凍土部分では膨張、未凍土部分
では収縮作用が生じる。
【００１４】予定の凍結範囲に達すれば、冷凍機と冷凍
パイプ(４)の接続を外し、該パイプ(４)に温水を流通さ
せ、或いはボードドレーン(３)に組み込んだヒータによ
ってパイプ周辺の凍土を融解させてから、パイプ(４)を
引き上げる。
パイプ(４)の接続を外し、該パイプ(４)に温水を流通さ
せ、或いはボードドレーン(３)に組み込んだヒータによ
ってパイプ周辺の凍土を融解させてから、パイプ(４)を
引き上げる。
【００１５】未凍土部分(２)が有する保有熱による自然
融解、又はヒータの発熱による強制融解により凍土部分
(１)を融解させる。凍土部分(１)が融解すると、図３、
図４に示す如く、凍結融解部分(1a)は圧密作用を受け
て、凍結融解部分(1a)の地盤が沈下する。
融解、又はヒータの発熱による強制融解により凍土部分
(１)を融解させる。凍土部分(１)が融解すると、図３、
図４に示す如く、凍結融解部分(1a)は圧密作用を受け
て、凍結融解部分(1a)の地盤が沈下する。
【００１６】凍土部分(１)は凍結によって土の構造骨格
が破壊されているため、凍結融解部分(1a)の透水性は大
きい。この様に凍結融解部分(1a)の透水係数が増加する
ため、凍結融解部分(1a)ではボードドレーン(３)への水
分移動が良好であり、ボードドレーン(３)に集中した水
分は、速やかに上昇排水される。又、凍結融解部分(1a)
の圧密係数は、凍結融解させない部分に較べて大きくな
る。
が破壊されているため、凍結融解部分(1a)の透水性は大
きい。この様に凍結融解部分(1a)の透水係数が増加する
ため、凍結融解部分(1a)ではボードドレーン(３)への水
分移動が良好であり、ボードドレーン(３)に集中した水
分は、速やかに上昇排水される。又、凍結融解部分(1a)
の圧密係数は、凍結融解させない部分に較べて大きくな
る。
【００１７】上記の如く、脱水圧密を受けた部分及び凍
結融解部分(1a)は共に、圧縮性の増加を伴うことにな
り、地盤を凍結させない従来の鉛直ドレーン工法に較べ
て、地盤の高密度化による強度増加と施工後の残留沈下
の低減ができる。
結融解部分(1a)は共に、圧縮性の増加を伴うことにな
り、地盤を凍結させない従来の鉛直ドレーン工法に較べ
て、地盤の高密度化による強度増加と施工後の残留沈下
の低減ができる。
【００１８】最後にサンドマット層(６)の上に盛土(７)
等で載荷することで融解した凍土部分からの排水を促進
する。
等で載荷することで融解した凍土部分からの排水を促進
する。
【００１９】図５は、全体を凍結融解した試供体と、凍
結融解をしない通常の試供体を用いて２段階の荷重で圧
密試験を実施した結果である。この実験に用いた凍結融
解土では凍結しない場合と較べて圧密係数が５０〜１０
０倍増加している。このことは凍結融解部分の圧密は通
常の１／５０〜１／１００の時間で完了することを意味
する。更に凍結融解部分を直径で１／３とすると、この
ことだけで圧密に要する時間は１／９となる。
結融解をしない通常の試供体を用いて２段階の荷重で圧
密試験を実施した結果である。この実験に用いた凍結融
解土では凍結しない場合と較べて圧密係数が５０〜１０
０倍増加している。このことは凍結融解部分の圧密は通
常の１／５０〜１／１００の時間で完了することを意味
する。更に凍結融解部分を直径で１／３とすると、この
ことだけで圧密に要する時間は１／９となる。
【００２０】図６は、０.５kgf／cm2で予圧密させた
後、ａ)中心から半径の１／３まで凍結融解させた後２
段階圧密を行った場合と、ｂ)そのまま圧密を行った実
験での間隙比の比較である。例えば１kgf／cm2で圧密し
た場合、前者は後者より間隙比で０.１５小さい値を示
す。前者の間隙比は後者を２倍(２kgf／cm2)で圧密した
場合と比較しても０.１小さい値を示す。つまり本工法
を用いることで遙かに小さい載荷重で圧密効果が得られ
る。
後、ａ)中心から半径の１／３まで凍結融解させた後２
段階圧密を行った場合と、ｂ)そのまま圧密を行った実
験での間隙比の比較である。例えば１kgf／cm2で圧密し
た場合、前者は後者より間隙比で０.１５小さい値を示
す。前者の間隙比は後者を２倍(２kgf／cm2)で圧密した
場合と比較しても０.１小さい値を示す。つまり本工法
を用いることで遙かに小さい載荷重で圧密効果が得られ
る。
【００２１】尚、地盤に配置する凍結機材として、密閉
パイプ内で冷媒が液化と気化を繰り返して周囲の熱を奪
う公知のヒートパイプを実施することもできる。この場
合、ヒートパイプの先端は地表から突出させ、この部分
を冷媒が循環する様にする。
パイプ内で冷媒が液化と気化を繰り返して周囲の熱を奪
う公知のヒートパイプを実施することもできる。この場
合、ヒートパイプの先端は地表から突出させ、この部分
を冷媒が循環する様にする。
【００２２】実施例では、ボードドレーンの外側に平行
にヒータを付設したが、ボードドレーン内にヒータを組
み込んでもよい。
にヒータを付設したが、ボードドレーン内にヒータを組
み込んでもよい。
【００２３】又、凍土部分(１)を強制融解する方法とし
て、地盤を凍結した後の冷凍パイプ(４)に高温熱媒を流
通させることも可能である。
て、地盤を凍結した後の冷凍パイプ(４)に高温熱媒を流
通させることも可能である。
【００２４】本発明は、上記実施例の構成に限定される
ことはなく、特許請求の範囲に記載の範囲で種々の変形
が可能である。
ことはなく、特許請求の範囲に記載の範囲で種々の変形
が可能である。
【図１】未凍土部分から凍土部分への水分の移動状態を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図２】図１Ａ−Ａ線に示す断面図である。
【図３】凍結融解部分での水分移動の状態を示す説明図
である。
である。
【図４】図３Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】載荷圧力に対する圧密係数の変化を示すグラフ
である。
である。
【図６】圧密圧力と間隙比の関係を示すグラフである。
(１) 凍結部分 (1a) 凍結融解部分 (２) 未凍結部分 (３) ボードドレーン (４) 冷凍パイプ (５) ケーシング
Claims (4)
- 【請求項１】 軟弱地盤を凍結させ凍土部分(１)の外側
の未凍土部分(２)から凍土部分(１)へ水分を集中させる
ことにより、該未凍土部分を脱水圧密した後、凍土部分
を融解しこれによって生じる過剰水をボードドレーン
(３)によって上昇させ排水することを特徴とする地盤改
良工法。 - 【請求項２】 ボードドレーン(３)を打設した後、冷凍
パイプ(４)等の凍結用機材をボードドレーン(３)に沿わ
せて配置する請求項１に記載の地盤改良工法。 - 【請求項３】 ボードドレーン(３)と凍結用機材を同時
に地盤に配備する請求項１に記載の地盤改良法。 - 【請求項４】 ボードドレーン(３)を打設するケーシン
グ(５)内に凍結用機材を収容して該凍結機材を地盤に配
備する請求項１乃至３の何れかに記載の地盤改良工法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17183299A JP3228728B2 (ja) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | 凍結融解を利用したボードドレーンによる地盤改良工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17183299A JP3228728B2 (ja) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | 凍結融解を利用したボードドレーンによる地盤改良工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001003350A true JP2001003350A (ja) | 2001-01-09 |
| JP3228728B2 JP3228728B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=15930586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17183299A Expired - Fee Related JP3228728B2 (ja) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | 凍結融解を利用したボードドレーンによる地盤改良工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3228728B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100468898B1 (ko) * | 2002-03-14 | 2005-02-02 | 추중팔 | 물 주입 지반개량공법 |
| CN101881024A (zh) * | 2010-06-28 | 2010-11-10 | 连云港港口工程设计研究院有限公司 | 一种淤泥软基的冻融固结方法 |
| CN102912788A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-02-06 | 陈绍文 | 在软土地基上快速搭建应急通行通道的方法 |
| CN103276720A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 中国矿业大学 | 一种软土路基冻结加固方法 |
| CN103899838A (zh) * | 2012-12-28 | 2014-07-02 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种利用浮船装置防治多年冻土区管体融沉的方法和装置 |
| JP2016198127A (ja) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | 富士電機株式会社 | 光源装置 |
| JP2019065463A (ja) * | 2017-09-28 | 2019-04-25 | 清水建設株式会社 | 解凍後の地盤物性推定方法 |
| CN112376544A (zh) * | 2019-05-22 | 2021-02-19 | 中国矿业大学(北京) | 一种分段冻结地层的冻结装置及方法 |
| CN113605362A (zh) * | 2021-08-21 | 2021-11-05 | 中铁一局集团(广州)建设工程有限公司 | 一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法 |
| CN114438994A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-06 | 洛阳理工学院 | 用于冻土地基的温控装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP4709952B2 (ja) | 2009-07-29 | 2011-06-29 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 内視鏡装置 |
| CN105040744B (zh) * | 2015-07-03 | 2018-04-03 | 湖南科技大学 | 一种高原冻土条件下地基的保温装置及其施工方法 |
-
1999
- 1999-06-18 JP JP17183299A patent/JP3228728B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN101881024A (zh) * | 2010-06-28 | 2010-11-10 | 连云港港口工程设计研究院有限公司 | 一种淤泥软基的冻融固结方法 |
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| CN103899838B (zh) * | 2012-12-28 | 2016-01-20 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种利用浮船装置防治多年冻土区管体融沉的方法和装置 |
| CN103899838A (zh) * | 2012-12-28 | 2014-07-02 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种利用浮船装置防治多年冻土区管体融沉的方法和装置 |
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| JP2019065463A (ja) * | 2017-09-28 | 2019-04-25 | 清水建設株式会社 | 解凍後の地盤物性推定方法 |
| JP7012494B2 (ja) | 2017-09-28 | 2022-01-28 | 清水建設株式会社 | 解凍後の地盤物性推定方法 |
| CN112376544A (zh) * | 2019-05-22 | 2021-02-19 | 中国矿业大学(北京) | 一种分段冻结地层的冻结装置及方法 |
| CN113605362A (zh) * | 2021-08-21 | 2021-11-05 | 中铁一局集团(广州)建设工程有限公司 | 一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法 |
| CN113605362B (zh) * | 2021-08-21 | 2022-07-08 | 中铁一局集团(广州)建设工程有限公司 | 一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法 |
| CN114438994A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-06 | 洛阳理工学院 | 用于冻土地基的温控装置 |
| CN114438994B (zh) * | 2022-01-28 | 2024-01-30 | 洛阳理工学院 | 用于冻土地基的温控装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3228728B2 (ja) | 2001-11-12 |
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