JP2001279657A - 地盤改良構造及び工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 雨水などの地表面の水を集水すること無く、
改良対象地盤中の水分を効率的に集水することができ
て、水面下の地盤改良にも適用することができる地盤改
良構造および工法を提供すること。 【解決手段】 下端が改良対象地盤１３下方の透水層１
４に達し上端が改良対象地盤内に留まり所定間隔で設け
られた複数のドレーン材１５と、改良対象地盤のうえに
設けられた不透水層１２と、不透水層および改良対象地
盤を貫通して透水層に達し、且つ地下水が透水層から内
部に通過可能に形成された管体１６ａと、管体内の地下
水を排出するための排水ポンプ１６ｃとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟弱地盤に含まれ
る水を排出することで硬質地盤へ改良する地盤改良工法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】埋立て層、ヘドロ層、泥炭層などの軟弱
な粘性土地盤を改良する工法として、鉛直ドレーンを利
用したディープウエル工法や載荷盛土工法が知られてお
り、数多く実施されている。例えば、ディープウエル工
法では、図６に示したようにボード系ドレーンやサンド
ドレーンなどの鉛直ドレーン材７３を透水層７２に達す
るまで軟弱地盤７１に打設して上端を地上で切断すると
共に、地上から軟弱地盤７１を通って透水層７２に達す
る集水井戸７５を設け、この集水井戸７５にポンプ７６
と排水パイプ７７を設置する。これにより、軟弱地盤７
１内の水は鉛直ドレーン材７３内を下方に流れ、透水層
７２に達して集水井戸７５からポンプ７６と排水パイプ
７７により地上に排出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のディープウ
エル工法には、次のような問題点がある。 地表面から透水層まで鉛直ドレーン材により連通して
いるため、地表面の雨水が鉛直ドレーン材と透水層を通
って集水井戸に集まり、ここから排出する水量が多くな
るという欠点があり、このため水面下の地盤を改良する
場合には適用できなかった。 軟弱地盤の圧密に多くの時間を要し、圧密速度を上げ
るためには載荷盛土を設ける必要があった。

【０００４】本発明は上記従来技術の問題点に着目し、
これを解決せんとしたものであり、その課題は、雨水な
どの地表面の水を集水すること無く、改良対象地盤中の
水分を効率的に集水することができて、水面下の地盤改
良にも適用することができる地盤改良構造および工法を
提供することにある。

【０００５】また本発明の別の課題は、載荷盛土を設け
ること無く、圧密沈下を促進することができて工期の短
縮と工事費用の低減が図れる地盤改良構造および工法を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、改良対象地盤のうえに設けた不透水層
と、下端が改良対象地盤下方の透水層に達し上端が前記
不透水層内または不透水層よりも下方に留まり所定間隔
で設けられた複数のドレーン材と、前記不透水層および
前記改良対象地盤を貫通して前記透水層に達し、且つ地
下水が前記透水層から内部に通過可能に形成された管体
と、該管体内の地下水を排出するための排水手段とを備
えることを特徴とする地盤改良構造が提供される。

【０００７】本発明では、前記管体内に真空圧を加える
手段を設けることが好ましい。また前記改良対象地盤と
非改良対象地盤との境界域には、前記透水層を貫通する
遮水壁を設け、非改良対象地盤からの地下水の流れを遮
って、非改良対象地盤の沈下を最小限に留めることが好
ましい。

【０００８】本発明において、前記ドレーン材は、改良
対象地盤内に含まれる水分を下方の透水層まで導くこと
ができるものであれば良く、例えば、カードボード系ド
レーン材、サンドドレーン、円筒形に形成された伸縮自
在なフレキシブルパイプ系ドレーン材などを使用するこ
とができるが、前記カードボード系ドレーンとフレキシ
ブルパイプ系ドレーン材は取り扱いや打設が比較的容易
で、かつ経済性に優れており、特に、フレキシブルパイ
プ系ドレーン材は集水効果に優れているので最適であ
る。なお、前記フレキシブルパイプ系ドレーン材として
は、例えば、らせん状に形成された合成樹脂製の骨部材
と、この骨部材に取り付けられた繊維性フィルターとに
より、伸縮自在で曲折可能な円筒形状に構成したものが
使用可能であり、これは地盤の液状化防止用のドレーン
として多く利用されている。

【０００９】また本発明では、複数のドレーン材を下端
がそれぞれ改良対象地盤下方の透水層に達するまで所定
間隔で打設し、各ドレーン材の上端を改良対象地盤内に
埋設するか、あるいは不透水材により埋設し、前記透水
層を介して地下水を排出するための集水井戸を改良対象
地盤に設け、該集水井戸により地下水を排出して改良対
象地盤を圧密することを特徴とする地盤改良工法が提供
される。

【００１０】さらに本発明では、海及び湖などの水域の
埋め立てに伴なう埋立地盤改良工法であって、水面下の
地盤上に敷砂による透水層を形成し、土により該透水層
のうえを埋めてこれを改良対象地盤となし、複数のドレ
ーン材を下端がそれぞれ前記改良対象地盤下方の前記透
水層に達するまで所定間隔で打設し、各ドレーン材の上
端を前記改良対象地盤内に埋設するか、あるいは不透水
材により埋設し、前記透水層を介して改良対象地盤中の
水を排出するための集水井戸を改良対象地盤に設け、該
集水井戸により地下水を排出して改良対象地盤を圧密す
ることを特徴とする地盤改良工法が提供される。

【００１１】本発明の地盤改良工法では、前記集水井戸
により地下水を排出する工程において、前記透水層に真
空圧を及ぼして減圧することができる。

【００１２】本発明の地盤改良工法において、ドレーン
材としてカードボード系ドレーン材を使用する場合、軸
材の先端に刃物を取り付けた冶具を、ドレーン材打設後
の孔内に挿入して切断すれば、ドレーン材の上端は地表
面から数ｍ低く設置することができる。ここで、他の切
断冶具としては、高圧ジェット、油圧シリンダー、水中
ガス切断、放電、熱線、ディスクソーを利用した装置が
使用可能である。またフレキシブルパイプ系ドレーン材
の場合には、打設後、ドレーン材の上端を引張りながら
切断すれば、伸長したドレーン材は収縮して上端を地表
面下に設置することができる。このフレキシブルパイプ
系ドレーン材の上端には、土砂の円筒内への流入を防止
するための蓋を取り付けることが好ましい。さらに別の
方法としては、ドレーン材を地表付近で切断した後、軸
材の先端に掛止具が設けられた装置にドレーン材の上端
を掛止させて、ドレーン打設孔内の所定深さまで押し下
げても良く、このとき高圧ジェットを併用することも可
能である。一方、ドレーン材として、サンドドレーンを
使用する場合、孔内に投入する砂の量を調整すれば、ド
レーン材の上端を地表面より数メートル下方になるよう
に形成できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて実施例
を説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。図１は本発明に係る地盤改良構造１０を示した断面
図であり、図２は集水井戸１６の上端を拡大して示した
断面図であり、図３は集水井戸１６の下端を拡大して示
した断面図である。図１〜図３において、地盤改良構造
１０は、改良対象地盤１３のうえに設けた不透水層１２
と、下端が改良対象地盤１３下方の透水層１４に達し上
端が改良対象地盤１３内に留まり概ね１〜２ｍ程度の間
隔で設けられた複数の鉛直ドレーン材１５と、不透水層
１２および改良対象地盤１３を貫通して透水層１４まで
達した集水井戸１６とを含み、改良対象地盤１３と非改
良対象地盤との境界域には透水層１４を貫通する遮水壁
３０が設けられている。なお、本実施例においては、透
水層が一層の場合についてのみ説明するが、本発明は透
水層が複数ある地盤にも適用可能である。

【００１４】前記不透水層１２は、鉛直ドレーン材１５
が大気や地表面水１１と連通するのを防止できれば良
く、例えば、１〜２ｍ程度の粘性土により形成すること
ができる。なお、改良対象地盤１３自体が粘性土などの
不透水材からなる場合には、鉛直ドレーン材１５の上端
を地表面から１〜２ｍ程度の深さに留めれば、この改良
対象地盤１３の表面層を不透水層１２とすることができ
る。

【００１５】また前記鉛直ドレーン材１５としては、例
えば、カードボード系ドレーン材、サンドドレーン、円
筒形に形成されたフレキシブルパイプ系ドレーン材など
を使用することができるが、取扱いの容易さ、経済性お
よび集水効果から考慮すると、特に、円筒形の伸縮自在
・曲折可能なフレキシブルパイプ系ドレーン材が最適で
ある。

【００１６】さらに、前記集水井戸１６は、不透水層１
２に位置する部分に複数の通水孔（図示せず）を設けた
鋼管からなる管体１６ａと、この管体１６ａ内の複数の
通水孔部分に設けたフィルター材１６ｅと、管体１６ａ
の下端を塞いで土砂の浸入を防止するための閉塞部材と
してのコンクリート１６ｆと、管体１６ａ内において吸
込口が透水層１４の上端よりも下方に位置するように設
けた排水ポンプ１６ｃと、この排水ポンプ１６ｃに接続
して地上まで延びる排水パイプ１６ｂ及びコード１６ｄ
とからなる。

【００１７】ここで、集水井戸１６では、図１の左側お
よび図２に示したように、管体１６ａの上端開口を蓋２
１で密閉して吸気管１９ａを通し、この吸気管１９ａに
吸気ポンプ１９を接続しても良い。この吸気ポンプ１９
により管体１６ａ内から空気を吸引排出すれば、管体１
６ａの内部空間から透水層１４と鉛直ドレーン材１５を
介して改良対象地盤１３の全域に真空圧を作用させるこ
とができる。これにより、大気圧との差で５０〜８０ｋ
Ｎの圧力が等方圧密荷重として改良対象地盤１３に作用
し、圧密が促進されるとともに地盤強度が増して残留沈
下が抑制され、従来のような載荷盛土が不要になる。な
お、真空圧を透水層１４に確実に伝達するため、集水井
戸１６における水位は透水層１４上端から常に数１０ｃ
ｍ程度低く維持する。

【００１８】また管体１６ａの外周には、必要に応じ
て、アスファルトなどの摩擦力低減剤を厚さ４〜１０ｍ
ｍ程度で塗布することが好ましく、これにより、改良対
象地盤の圧密沈下に伴い管体１６ａに作用する負の摩擦
力を低減することができる。さらに、管体１６ａの下端
部の水位を計測する装置と、その水位に応じて排水ポン
プ１９の起動・停止を制御する装置とを設けることがで
きる。なお、管体１６ａ下端から内部に土砂の浸入が起
こり難い場合には、前記コンクリート１６ｆは省略可能
である。

【００１９】前記遮水壁３０は、ソイルモルタル、鋼矢
板あるいは流動化泥土により形成することができる。例
えば、地盤改良の対象範囲に比べて透水層が大きな広が
りを有する地盤において、遮水壁を設けずに地盤改良を
行なった場合、非改良対象地盤からも地下水を集水して
しまうため、改良対象地盤では圧密効果が低下し、一
方、非改良対象地盤では地盤沈下を生じることがある。
したがって、改良対象地盤１３と非改良対象地盤との境
界域に透水層１４を貫通する遮水壁３０を構築すれば、
非改良対象地盤からの地下水の集水が防止されるので、
上述の問題は解決される。

【００２０】図４は本発明に係る地盤改良工法を簡略に
示した図であり、以下、図４を参照して地盤改良工法に
ついて説明する。最初に、作業性を高めるため改良対象
地盤１３のうえに砂などを撒いてサンドマット２５を形
成する。次に、サンドマット２５上にドレーン打設機３
０を走行させて鉛直ドレーン材１５を所定間隔で打設す
る。このとき、鉛直ドレーン材１５は、下端が透水層１
４に達し上端が地表から１〜２ｍ程度下方の地中に留ま
るように打設する。

【００２１】さらに詳細には、鉛直ドレーン材１５の上
端１５ａを地表面まで延ばして打設し、この上端１５ａ
を作業員２６が押込み冶具２７で地下１〜２ｍ程度まで
押し込み、泥土ポンプ３１により孔内に泥土２４を打設
する。これにより、鉛直ドレーン材１５上端を大気や表
面水から密封することができる。なお、孔内には泥土２
４にかえて、例えば、発泡スチロールからなる砲弾型の
蓋を挿設しても良い。

【００２２】なお、上記以外の鉛直ドレーン材上端の処
理方法としては、改良対象地盤１３の全領域にわたり、
鉛直ドレーン材１５の上端１５ａが地下１〜２ｍ程度の
深さに留まるように打設し、その後、鉛直ドレーン材上
の粘性土層の攪拌や敷均しにより、１〜２ｍ程度の厚さ
の不透水層１２を形成し、これにより、鉛直ドレーン材
１５上端を大気や表面水から密封しても良い。

【００２３】またサンドマットの形成工程や鉛直ドレー
ン材の打設工程の前後または同時に、集水井戸を所定間
隔で打設する。この集水井戸は、透水層１４を貫通する
孔２２を最初に形成し、クレーン３２などにより管体１
６ａを孔２２の中に吊り降ろし、管体１６ａに形成した
複数の孔部分が透水層１４に対向するように配置する。
また管体１６ａと孔２２の隙間は、透水層１４の付近を
砂や小礫などで埋め戻し、それよりも上方を流動化ソイ
ルなどの不透水性材料により埋め戻す。なお、集水井戸
に真空圧を加える場合、この埋め戻し工程は必ず行なう
必要がある。さらに、管体１６ａ内に、上述した排水ポ
ンプ１６ｃなどの設備を設けて集水井戸を形成する。

【００２４】以上のようにして形成した地盤改良構造１
０において、改良対象地盤１３に含まれる水は、鉛直ド
レーン１５に吸収されて下方に流れ、透水層１４に達し
て集水井戸１６に集まり、さらに、水は排水ポンプ１６
ｃで排水パイプ１６ｂを通して地上まで送られ、不透水
層１２の上に排出される。これにより、改良対象地盤１
３は圧密が進んで地盤強度が増加する。なお、不透水層
１２の上に排出された水は、不透水層１２によって改良
対象地盤１３に浸透することが防止され、作業台船など
の走行を可能にする。さらに、水が圧密荷重となって圧
密を促進する。

【００２５】また集水井戸には、必要に応じて、蓋２
１、吸気ポンプ１９、吸気管１９ａなどを設けて、管体
１６ａの内部に真空圧を作用可能にしても良い。このよ
うにして真空圧を加えれば、上述の如く、管体１６ａの
内部空間から透水層１４と鉛直ドレーン材１５を介して
改良対象地盤１３の全域に真空圧が作用し、改良対象地
盤１３に含まれる水の集水井戸１６への集水をさらに促
進することができる。

【００２６】次に、図５（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る
地盤改良工法を海岸などの水域に適用した例を示すもの
である。海岸などの水域を埋め立てる場合、最初に護岸
壁４３を構築し、砂撒き船４２から砂を投下して水面下
の地盤４６上に概ね１ｍ程度のサンドマット４５を形成
してこれを透水層となし、次いで、埋立土を圧送するた
めのパイプ４１を海上４０に浮かべて、このパイプ４１
からサンドマット４５の上に浚渫粘性土または軟弱土な
どの埋立て土を投下し、埋立て地盤４４を構築する。な
お、気密性を高めるためにサンドマット４５は地盤改良
の範囲外に形成せず、また埋立て地盤４４のうえには表
面水が残るように埋立てを行なう。

【００２７】次に、台船に搭載したドレーン打設機４９
を表面水５４に浮かべて、これにより埋立て地盤４４に
鉛直ドレーン材４８を打設する。このとき、鉛直ドレー
ン材４８は下端を少なくともサンドマット４５に到達さ
せ、上端を埋立て地盤４４上で切断する。鉛直ドレーン
材４８を打設した後、この上に粘性土などの不透水性材
料を１〜２ｍ程度の厚さに撒き出して不透水層４７を形
成する。

【００２８】また台船に搭載した杭打ち機５０を表面水
５４に浮かべ、ここから埋立て地盤４４に複数の管体１
６を所定間隔で打設し、それぞれサンドマット４５を貫
通させて埋立て地盤４４に集水井戸５２を形成する。な
お、集水井戸５２は、サンドマット４５の敷設前から不
透水層４７の形成終了までの間に行なうことができる
が、不透水層４７の形成後は足場が悪いので、鉛直ドレ
ーン材の打設と並行して台船を用いて行うことが好まし
い。

【００２９】さらに、集水井戸５２には必要に応じて、
図１〜図３に示したような蓋２１、吸気ポンプ１９およ
び吸気管１９ａなどを設けて、埋立て地盤４４に真空圧
を作用可能にしても良い。以上のようにして地盤改良構
造を構築した後、集水井戸５２から地下水を排出すれ
ば、埋立て地盤４４を圧密沈下することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明では、改良対象地盤のうえに不透
水層を設け、ドレーン材の上端部が不透水層内または不
透水層よりも下方に留まるようにしたので、地表面の水
が、鉛直ドレーン材を通って改良対象地盤下方の透水層
まで流れることが防止され、したがって、鉛直ドレーン
材と透水層を介した改良対象地盤からの集水効率は高ま
り、改良対象地盤内の地下水位を十分低下させることが
できて、改良対象地盤より上の不透水層などの土砂の重
量は圧密荷重として有効に作用し、載荷盛土などを別途
設ける必要が無くなる。

【００３１】また本発明では、不透水層および改良対象
地盤を貫通して透水層に達し、且つ地下水が透水層から
内部に通過可能に形成された管体を集水井戸として設
け、この集水井戸に真空圧を加える手段を設けたので、
透水層と鉛直ドレーン材を介して改良対象地盤の全域に
真空圧を作用させれば、圧密荷重が増加して残留沈下を
軽減することができる。

【００３２】さらに本発明では、改良対象地盤中の水分
を鉛直ドレーン材から透水層に導き、この透水層を介し
て集水井戸に集めるので、良好な集水効果が得られ、工
期の短縮と工費の削減が図れる。

【００３３】更にまた本発明では、圧密に伴う地中応力
が、施工前から施工後まで一貫して鉛直方向に卓越して
作用し、これにより、せん断応力の増加は最小限に抑制
されるので、地盤の滑りが全く発生せず、水平変位も極
めて小さなものにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地盤改良構造を示した断面図であ
る。

【図２】図１における集水井戸の上端部を拡大して示し
た断面図である。

【図３】図１における集水井戸の下端部を拡大して示し
た断面図である。

【図４】本発明に係る地盤改良工法を簡略に示した図で
ある。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る地盤改良工法を
海岸などの水域に適用した例を簡略に示した図である。

【図６】従来のディープウエル工法を示した断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 地盤改良構造 １２，４７ 不透水層 １３，４４ 改良対象地盤 １４，４５ 透水層 １５，４８ 鉛直ドレーン材（ドレーン材） １６，５２ 集水井戸（排水手段） １９ 吸気ポンプ（真空圧を加える手段） ４６ 水面下の地盤

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 改良対象地盤のうえに設けた不透水層
   と、下端が改良対象地盤下方の透水層に達し上端が前記
   不透水層内または不透水層よりも下方に留まり所定間隔
   で設けた複数のドレーン材と、前記不透水層および前記
   改良対象地盤を貫通して前記透水層に達し、且つ地下水
   が前記透水層から内部に通過可能に形成された管体と、
   該管体内の地下水を排出するための排水手段とを備える
   ことを特徴とする地盤改良構造。
2. 【請求項２】 前記管体内に真空圧を加える手段を設け
   ることを特徴とする請求項１記載の地盤改良構造。
3. 【請求項３】 前記ドレーン材は、円筒形に形成された
   伸縮自在なドレーン材であることを特徴とする請求項１
   又は請求項２記載の地盤改良構造。
4. 【請求項４】 前記改良対象地盤と非改良対象地盤との
   境界域に、前記透水層を貫通する遮水壁を設けたことを
   特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の地盤改
   良構造。
5. 【請求項５】 複数のドレーン材を下端がそれぞれ改良
   対象地盤下方の透水層に達するまで所定間隔で打設し、
   各ドレーン材の上端を改良対象地盤内に埋設するか、あ
   るいは不透水材により埋設し、前記透水層を介して改良
   対象地盤内の水を排出するための集水井戸を改良対象地
   盤に設け、該集水井戸により排水して改良対象地盤を圧
   密することを特徴とする地盤改良工法。
6. 【請求項６】 海及び湖などの水域の埋め立てに伴なう
   埋立地盤改良工法であって、水面下の地盤上に敷砂によ
   る透水層を形成し、土により該透水層のうえを埋めてこ
   れを改良対象地盤となし、複数のドレーン材を下端がそ
   れぞれ前記改良対象地盤下方の前記透水層に達するまで
   所定間隔で打設し、各ドレーン材の上端を前記改良対象
   地盤内に埋設するか、あるいは不透水材により埋設し、
   前記透水層を介して改良対象地盤内の水を排出するため
   の集水井戸を改良対象地盤に設け、該集水井戸により排
   水して改良対象地盤を圧密することを特徴とする地盤改
   良工法。
7. 【請求項７】 前記集水井戸により改良対象地盤内の水
   を排出する工程において、前記透水層に真空圧を及ぼし
   て減圧することを特徴とする請求項５又は請求項６に記
   載の地盤改良工法。