JP2004052335A

JP2004052335A - ドレーン打設工法

Info

Publication number: JP2004052335A
Application number: JP2002210324A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hagiwara; 萩原　敏行; Yasuhiko Sato; 佐藤　靖彦; Osamu Yoshino; 吉野　修; Toshiyuki Fujii; 藤井　利侑; Takayuki Hirano; 平野　孝行; Hiroshi Yamada; 山田　浩
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd; Nittoc Constructions Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd; Nittoc Constructions Co Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP4067898B2

Abstract

【課題】地震により発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させ、地盤の液状化を防止できるとともに、同時に、施工時において地盤密度の増加も惹起でき、より安定した地盤の形成が可能であり、また、緩い砂質土層と軟弱な粘性土層が交互に重なって堆積している多様な地盤に対応して液状化対策と軟弱粘性土地盤の圧密促進を行うこともできる。
【解決手段】ケーシング建込み用の施工機械６を用いてケーシング８を地盤に挿入することで削孔を行い、建込んだケーシング８内に、線状合成樹脂を重ねた円筒状の排水材２の周囲にフィルターを装着し、任意の長さで接続したドレーン材１を挿入し、その後ケーシング８を引き抜いてこのドレーン材１を地盤中に残置するドレーン打設工法において、引き抜く際のケーシング８に振動を与える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、埋立地又は盛土造成地などの人工的に形成された土地、並びに海、河川辺の土地で地下水位が高く軟弱な砂質地盤等において、地震によって生ずる液状化を防止する液状化対策工法の中の一つとして地震時に発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させる新しい排水工法であるドレーン打設工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
砂質地盤等における液状化の防止方法としては、砂質地盤に一種の井戸を掘り、地震発生時に上昇した地下水圧をその井戸から地表に逃がすことにより、液状化現象を抑制しようとするものとして、従来、例えば直径が１０ｃｍ程度のプラスチック製のパイプに多数の孔を開けたドレーンパイプの外周面に織布からなる薄いシート状のフィルター材を巻き付けたものを、対象とする砂質地盤中に所定間隔をもって縦方向に複数本埋設するドレーンパイプ工法、及び、対象とする砂質地盤に例えば直径５０ｃｍ、深さ２０ｍ程度の穴を所定間隔をもって複数個掘削し、その穴内に砕石を投入し、充填して砕石杭を形成する砕石ドレーン工法が採用されていた。
【０００３】
ドレーンパイプ工法においては、多数の孔を開けたプラスチック製パイプの外周面にシート状のフィルター材を被覆したものであり、多数開けた孔の間隔が広いと急激な地下水圧の上昇による排水ができないばかりでなく、孔の開いている部分に対応するフィルター材が局部的にしか作用せず、フィルター機能が著しく低下する恐れがある。またドレーンパイプの開孔率は２０〜３０％であるため水平方向の間隙水の流入量には限度があり、ドレーン材の透水性能に限界がある。
【０００４】
逆に、多数開けた孔の間隔を狭くすると、集水性は向上するがパイプ自体の強度、即ち土圧に対する耐圧性が劣化し長期埋設及び複数回の小地震によって、パイプが土圧により押し潰されてしまい、必要となった時（気象庁の震度階級で５程度以上の地震が生じた時）その機能が果たせなくなる。
【０００５】
また、砕石ドレーン工法においては、掘削した井戸穴内に砕石を投入、充填して作業を行うため、施工工事が大掛かりとなり作業性が悪く、大型の施工機械の使用が必要となるため特に近接して構造物がある場合や狭隘な場所での施工には向かない。さらに、降雨や地震等により地下水が上昇した時に、造成された砕石の間隙内に砂が入り込んで徐々に間隙を埋めるようになり、やはり必要となった時にその機能が充分果たせなくなるおそれがある。
【０００６】
これらドレーンパイプ工法及び砕石ドレーン工法の欠点を解消するものとして、特許第２５５６８０１　号公報には、砂の地質・地盤に所定大きさで所定深さの井戸孔を所定間隔をもって削孔し、これら井戸孔に樹脂ストリングを不規則にカールさせた状態で中央部に長さ方向に沿って所定の孔を有する中空円柱状に積層しストリング同士の接触部を熔着させ、且つ外周面にフィルター材を巻き付けて配設した排水材を夫々埋設させたことを特徴とする砂の地質・地盤の液状化防止方法が提案されている。
【０００７】
この特許第２５５６８０１　号公報の液状化防止方法によれば、井戸孔に、空隙率８０％以上の排水材が使用されているので、外周面に巻き付けたフィルター材のあらゆる部分から排水材の内部に地下水が侵入するようになり、フィルター材の目詰まり現象がほとんど見られず、長期にわたり充分な排水能力が維持でき、しかも排水材自体は耐圧性に優れているので、長期に渡る井戸孔の形状維持が可能になるとされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許第２５５６８０１　号公報の液状化防止方法では、排水機能は高まるものの、基本的には液状化層となる地盤の性状は変化しない。
【０００９】
自然地盤では緩い砂質土層と軟弱な粘性土層が交互に重なって堆積している条件のところもあり、砂地盤の液状化対策と粘性土地盤の圧密促進対策の両方が必要な場合があるが、前記ドレーン工法はいずれも単一材料フィルターを用いるため、それぞれの目的に応じた工法が併用されてきた。
【００１０】
このような互層地盤に対し、従来、軟弱地盤の改良工法として用いられるサンドドレーン工法やペーパードレーン工法が代表的なものとして挙げられるバーチカルドレーン工法を採用することも考えられる。サンドドレーン工法は、軟弱地盤中に適当な間隔で鉛直方向に数多くのサンドパイル（人工的に設けた砂柱）を設置し、このサンドパイルを通して地盤中の水を抜き取って地盤の圧密と強度増加を促進し、硬質地盤へと改良する方法である。
【００１１】
一方、ペーパードレーン工法は、軟弱な地盤の圧密を促進するためのものであり、厚さ３ｍｍ、幅１００ｍｍ程度の帯状原紙の中に縦方向に連続した通水孔を設けたカードボードをマンドレルによって適当な間隔に打ち込み設置し、このカードボードを通して地盤中の水を抜き取るようにしたものである。
【００１２】
ところが，互層地盤に対して、これらサンドドレーン工法やペーパードレーン工法などを用いた場合、ドレーン材の透水係数が液状化を引き起こす砂層と大差ないものであることから地震時の発生間隙水圧を速やかに集水し排水することが出来ない。また、十分な透水性を有するようなドレーン材では、適切なフィルターを採用しないと水の抜き取りが進行するにつれて、シルト・粘土などの細粒分がドレーン材中に進入してドレーン材中に水の通路となるべき間隙がなくなり、遂には排水されないという不具合を生じていた。
【００１３】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、地震により発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させ、地盤の液状化を防止できるとともに、同時に、施工時において緩い砂質土層に対しては地盤密度の増加も惹起でき、より安定した地盤の形成が可能であり、また、緩い砂質土層と軟弱な粘性土層が交互に重なって堆積している多様な地盤に対応して液状化対策と軟弱粘性土地盤の圧密促進を行うこともできるドレーン打設工法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、第１に、ケーシング建込み用の施工機械を用いてケーシングを地盤に挿入することで削孔を行い、建込んだケーシング内に、線状合成樹脂を重ねた円筒状の排水材の周囲にフィルターを装着し、任意の長さで接続したドレーン材を挿入し、その後ケーシングを引き抜いてこのドレーン材を地盤中に残置するドレーン打設工法において、引き抜く際のケーシングに振動を与えること、第２に、建込んでいくケーシングにも振動を与えること、第３に、振動は、ケーシングを上下動もしくは水平動もしくはそれらを複合させて動かす振動惹起手段により行うこと、第４に、ケーシング引き抜き時に、地表付近のケーシング周囲の空隙に砕石あるいは砂を投入することを要旨とするものである。
【００１５】
請求項１記載の本発明によれば、線状合成樹脂を重ねた円筒状の排水材は空隙率８０％以上のものであり、あらゆる部分から排水材の内部に地下水が侵入するようになり、地震時等で地下水圧が急激に上昇した時に、ドレーン材の中央部の孔から地下水を速やかに外部に排水または噴出させるので、周辺地盤に液状化現象を生じさせない。また、引き抜く際のケーシングに振動を与えることにより、ドレーン材周りの地盤を構成する粒子間の接触がはずれて、一時的に粒子が浮遊状態になることで間隙が広がり、水と空気は通り易くなる。しかも、振動で地盤中に過剰間隙水圧が発生し、地盤が液状化して圧密化が進む。また、この過剰間隙水圧をドレーン材を通じて強制排水して低下させるので、地盤の間隙比が小さくなってその圧密化がより一層進む。したがって、地盤に与える振動のエネルギーを適当に選択することにより一回の施工で広範囲の地盤を改良することができるようになる。
【００１６】
これに加えて、ドレーン材を挿入固定後、ケ　　シングを引き抜く際に、ケ　　シング径とドレーン材径の差によって発生する空隙部が孔壁の崩壊によって充填されることで、ドレーン材周りの地盤の緩みが防止できる。
【００１７】
請求項２記載の本発明によれば、前記作用に加えて、建込んでいくケーシングにも振動を与えることで、より長時間の振動をもって効果的に圧密による地盤の締め硬めを行うことができる。
【００１８】
請求項３記載の本発明によれば、振動は、ケーシングを上下動もしくは水平動もしくはそれらを複合させて動かす振動惹起手段により行うことで、ケーシング全周をもって振動を地盤に伝えることができ、広い範囲に圧密による地盤の締め硬めを行うことができる。
【００１９】
請求項４記載の本発明によれば、ケーシング引き抜き時に、地表付近のケーシング周囲の空隙に砕石あるいは砂を投入することでより締め固めを確実なものとすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のドレーン打設工法の１実施形態を示す各工程の正面図で、先に打設するドレーン材１について説明すると、図５に示すように円筒状の排水材２とその周囲に巻き付けるフィルター３からなる。
【００２１】
排水材２は、例えば、樹脂ストリング、即ちポリプロピレンまたはポリスチレンまたはポリエチレンまたはポリエステル等の熱可塑性素材の合成樹脂を加熱溶融してノズルから直径約１〜６ｍｍ（標準径２ｍｍ）の一定径の紐状に押し出し、不規則にカールさせた状態で樹脂ストリングを順次積層させ、中央部に所定の空洞を長さ方向に沿って有する積層ストリング状ポリプロピレンまたはポリスチレンまたはポリエチレンまたはポリエステルの相互接触部分が溶着し中空円筒状に成型されたものであり、外径５０ｍｍ〜１５０ｍｍ　で、一般に市販されているもの（商品名：ヘチマロン−新光ナイロン株式会社）と同類のものを用いる。
【００２２】
前記排水材２は、その中央部に長さ方向に沿って所定の孔４が形成され、実質的にフレキシブルであると共に耐圧性が大きく、その表面開口率が９０〜９５％（密度により変化）、空隙率８５±５％（密度等調節可能）である。
【００２３】
排水材２の基本長さは３〜４ｍ程度であるが、後述のように適宜長で切断することで任意の長さに変えられ、専用のジョイント５を用いて継足して所定深度の地盤内まで設置できる。
【００２４】
ドレーン材１の打設は、図１に示すように、まず、小型ボーリングマシン等の施工機械６を用いて先端閉塞ビット７のケーシング８により削孔を行う。この施工機械６は、小型クローラ等の重機１２に比較的短尺なリーダ１３を起伏自在に設け、リーダ１３に沿ってケーシング８の回転駆動装置１４を昇降させるものである。
【００２５】
前記施工機械６には、ケーシング８に対してこれを上下動もしくは水平動もしくはそれらを複合させて動かす振動惹起手段１５を、例えば、回転駆動装置１４とケーシング８との結合をなすケーシング固定部９に並べて、または、ケーシングガイド１０を可動としてこの振動惹起手段１５を兼用させるようにして、設けた。
【００２６】
振動惹起手段１５は、図示は省略するが、ピストン運動のごとき直線往復運動によるものや回転体の回転運動によるものなどが適用でき、後者はバイブロハンマ等の起振機の構成と同じく、ハウジング内で２体の偏心回転体が、逆同一位相で同期して互いに逆方向に回転する。
【００２７】
このようにして、図１に示すような施工機械６でケーシング８を回転させながら、かつ、振動惹起手段１５で上下動もしくは水平動もしくはそれらを複合させて動かすように振動させながら、地盤に建込む。なお、先端閉塞ビット７が所定深度へ達するまでケーシング８は単位ピース体を継ぎ足して、所定の長さとする。
【００２８】
前記ケーシング８を建込む際に振動を与えることで、振動をもって効果的に圧密による地盤の締め硬めを行うことができる。
【００２９】
そして、建込んだケーシング８内に前記ドレーン材１を挿入するが、ドレーン材１は排水材２を３〜４ｍ程度のものを順次ジョイント５で継ぎ足しながら挿入していく。このとき、排水材２の外周にはフィルター３が装着されている。
【００３０】
ドレーン材１の挿入後、ドレーン材１とともに先端閉塞ビット７を重りとして残してケーシング８を引き抜く。引き抜く際のケーシング８にも振動惹起手段１５で上下動もしくは水平動もしくはそれらを複合させて動かすように振動を与える。
【００３１】
また、ケーシング８の引き抜き時に、振動により生じる地表付近のケーシング８の外周の地盤の空隙、およびケーシング８内のドレーン材１との間の空隙に砕石１１または砂を投入する。砕石１１と砂の両方でもよい。このように砂層の透水係数と大差のない砕石１１等を補給しながら、ケーシング８の引き抜き時の振動で砕石１１等を地盤中に押し込むことで地盤中の密度増加を図る。
【００３２】
なお、以上のようにドレーン材１の周囲の締め固めを併用するだけで耐震性能は飛躍的に向上するが、ドレーン材１による排水機能はドレーンの半径方向によって差があり、ドレーン材１の直近くは速やかな排水により十分な液状化対策が得られるが、ドレーンから離れるに従って排水の遅れが生じるため、ドレーン直回りとドレーンとドレーンとの中間部分では液状化対策効果に差が生じる。
【００３３】
そこで、図示は省略するが、１ｍ四方か千鳥方式で打設されているドレーンとドレーンの中央部分をドレーン材の打設とは関係なく専用削孔機械を用いたパーカッションドリルやケーシング揺動の振動効果で締め固めることで、地盤密度の増加となることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のドレーン打設工法は、地震により発生する過剰間隙水圧を速やかに消散させ、地盤の液状化を防止できるとともに、同時に、施工時において地盤密度の増加も惹起でき、より安定した地盤の形成が可能であり、また、緩い砂質土層と軟弱な粘性土層が交互に重なって堆積している多様な地盤に対応して液状化対策と軟弱粘性土地盤の圧密促進を行うこともできるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドレーン打設工法の１実施形態を示す第１工程の正面図である。
【図２】本発明のドレーン打設工法の１実施形態を示す第２工程の正面図である。
【図３】本発明のドレーン打設工法の１実施形態を示す第３工程の正面図である。
【図４】本発明のドレーン打設工法の１実施形態を示す打設したドレーンの状態の正面図である。
【図５】本発明のドレーン打設工法で使用するドレーン材の斜視図である。
【符号の説明】
１…ドレーン材　　　　　　　　　　　２…排水材
３…フィルター　　　　　　　　　　　４…孔
５…ジョイント　　　　　　　　　　　６…施工機械
７…先端閉塞ビット　　　　　　　　　８…ケーシング
９…ケーシング固定部　　　　　　　　１０…ケーシングガイド
１１…砕石
１２…重機　　　　　　　　　　　　　１３…リーダ
１４…回転駆動装置　　　　　　　　　１５…振動惹起手段

Claims

ケーシング建込み用の施工機械を用いてケーシングを地盤に挿入することで削孔を行い、建込んだケーシング内に、線状合成樹脂を重ねた円筒状の排水材の周囲にフィルターを装着し、任意の長さで接続したドレーン材を挿入し、その後ケーシングを引き抜いてこのドレーン材を地盤中に残置するドレーン打設工法において、引き抜く際のケーシングに振動を与えることを特徴としたドレーン打設工法。
建込んでいくケーシングにも振動を与える請求項１記載のドレーン打設工法。
振動は、ケーシングを上下動もしくは水平動もしくはそれらを複合させて動かす振動惹起手段により行う請求項１または請求項２記載のドレーン打設工法。
ケーシング引き抜き時に、地表付近のケーシング周囲の空隙に砕石あるいは砂を投入する請求項１ないし請求項３記載のいずれかに記載のドレーン打設工法。