JP2006070503A - 発破締固め工法 - Google Patents

Abstract

【課題】改良範囲に隣接する周辺地盤への影響（地盤変形）を確実に制御可能とすることにより、例えば宅地地盤や道路地盤、河川堤防などに対しても、発破締固め工法の適用を可能とする。
【解決手段】地盤に所定間隔で多数の発破孔３，３…を形成し、この発破孔３，３…の所定深さ位置に爆薬を挿入設置し、前記爆薬を爆発させることにより地盤の締固めを行う発破締固め工法において、事前に、地盤改良範囲Ｈと、この地盤改良範囲Ｈ外の地盤変形を生じさせたくない民地領域Ｓとの境界部分に、爆発による間隙水圧の上昇を前記民地領域Ｓに及ぼさないための、或いは低減するための壁体（鋼矢板）１を構築する。
【選択図】図１

Description

本発明は、改良領域に隣接する周辺地盤への影響（地盤変形）を無くすか最小化し得る発破締固め工法に関する。

従来より、地下水で飽和された緩い砂質土地盤を、爆薬（発破）のエネルギーを利用して人工的に液状化を発生させ、地盤を締固める工法が知られている。この発破締固め工法は、基本的には、発破孔の間隔を設定した後、ボーリングマシンにより地盤中に削孔を行い、装薬のためのケーシングパイプ（樹脂製）を建て込んだ後、発破孔内に、１または複数段に亘って装薬ユニットを挿入設置し爆発させるものである。

前記発破締固め工法に係る先行技術文献としては、例えば下記特許文献１において、埋立地盤内に複数段の爆薬を充填したパイプを埋設し、前記各爆薬を爆圧が水平乃至下部側に向くべく制御した状態で順次下から爆発させて、前記埋立土砂に対する締固め圧力を加えるようにした埋立地盤の発破締固め工法が提案されている。

また下記特許文献２において、少なくとも発破時以降における地盤内の間隙水圧を測定し、この測定結果に基づいて地盤の締り程度を評価し、この評価結果と目標締り程度との対比に基づいて、少なくとも追加発破実施の可否を決定するようにした発破による軟弱地盤の締固め方法が提案されている。

さらに下記特許文献３において、地盤中に所定間隔で多数の発破孔を形成し、この発破孔の所定深さ位置に爆薬を挿入設置し、前記爆薬を爆発させることにより地盤の締固めを行う第１ステップと、少なくとも前記発破孔周辺の緩み領域を柱状型地盤改良工法によって改良を行うとともに、地盤表層領域を表層型地盤改良工法によって改良を行う第２ステップと、からなる発破工法を併用した地盤改良工法が提案されている。
特開昭６３−１９７７１３号公報 特開平１１−１８１７５４号公報 特開２００２−４７６３８号公報

前述した発破締固め工法は、地盤構成粒子の再堆積および間隙水圧の正常化への復帰に伴う締固めによって、より密な地盤組織へと変化させ、その後の液状化を確実に防止するものであり、他の締固め工法と比べて、工期が短くて済む、経済的であるなどの利点を有する。

しかし、図７の改良後における沈下分布図例図に示されるように、地盤組織の密度増加に伴って、改良範囲の略中心部では地盤沈下量が１０００mm以上にも達するとともに、爆発による衝撃が同心円状に拡がるため、地盤改良領域に隣接する周辺地盤にもその影響がおよび地盤沈下が生じていた。そのため、これまでは発破締固め工法の対象地域は、広域な埋立地や、改良領域と近隣構造物との距離が相当程度、例えば５０m以上離れている地域に限定せざるを得なかった。

近隣構造物に影響を及ばさないようにするために従来は、火薬量を調整し衝撃を抑えたり、地盤振動に緩衝を生ずるように複数回の発破を行うなどの方法等を採っていたが、これらの方法では上昇水圧が小さくなるため改良効果が小さくなるとともに、周辺地盤の沈下抑制効果も十分ではなく、周辺地盤にも沈下が発生する可能性があった。

そこで本発明の主たる課題は、改良範囲に隣接する周辺地盤への影響（地盤変形）を無くすか最小化することにより、例えば宅地地盤や道路地盤、河川堤防などに対しても、当該発破締固め工法を適用可能とすることにある。

前記課題を解決するために請求項１に係る発明として、地盤に所定間隔で多数の発破孔を形成し、この発破孔の所定深さ位置に爆薬を挿入設置し、前記爆薬を爆発させることにより地盤の締固めを行う発破締固め工法において、
事前に、地盤改良範囲と、この地盤改良範囲外の地盤変形を生じさせたくない周辺地盤との境界部分に、爆発による間隙水圧の上昇を前記周辺地盤に及ぼさないための、或いは低減するための壁体を構築することを特徴とする発破締固め工法が提供される。

請求項２に係る本発明として、前記壁体は鋼矢板によって構築してある請求項１記載の発破による地盤締固め工法が提供される。

上記請求項１、２記載の発明においては、発破締固め工法の施工に当たり事前に、地盤改良範囲と、この地盤改良範囲外の地盤変形（主に沈下）を生じさせたくない周辺地盤との境界部分に壁体（鋼矢板）を構築しておき、発破時に前記周辺地盤における過剰間隙水圧の上昇を防ぐことにより、当該周辺地盤の沈下を無くし或いは抑制するものである。その結果、従来は適用対象が広域な埋立地等に限定されていた発破締固め工法を宅地地盤や道路地盤、河川堤防などに対しても適用できるようになり、発破締固め工法の適用範囲を拡大することが可能となる。

図３に示されるように、液状化層厚Ｈ_ＦＬと液状化による沈下量δとの関係は、地震により液状化が発生すると、地盤に平均で約５％の体積ひずみが発生することが判明している。また、図４に示されるように、液状化程度（繰り返し回数Ｎを液状化までの繰り返し回数Ｎｌで割った値）と過剰間隙水圧比の関係は、繰り返し回数が大きいほど過剰間隙水圧比も大きくなり液状化程度も大きいことが分かっているとともに、図５に示されるように、繰り返し回数と体積ひずみε_ｖとの関係は、繰り返し回数が大きいほど体積ひずみε_ｖも大きくなることが分かっている。これらより、図６に示されるように、地盤の体積ひずみε_ｖの発生、すなわち地盤変形は、過剰間隙水圧比の発生が大きいほど（液状化の程度が大きいほど）大きくなる、との知見に基づき、周辺地盤における過剰間隙水圧の発生を防止することができれば、効果的に周辺地盤の地盤変形を抑制することができるとの考えの下、事前に改良範囲と周辺地盤との境界に前記壁体を構築することにしたものである。

以上詳説のとおり本発明によれば、改良範囲に隣接する周辺地盤への影響（沈下）を無くすか最小化できるようになるため、例えば宅地地盤や道路地盤、河川堤防などに対しても、発破締固め工法を適用することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

本発明は、図１に示されるように、砂質層の軟弱地盤内に、民地領域Ｓに隣接して、発破による地盤締固め工法による改良範囲Ｈが設定された場合、当該民地領域Ｓにおける地盤変形を伴うことなく、前記改良範囲Ｈの締固めを行うため、図示の如く、地盤改良範囲Ｈと、地盤変形を生じさせたくない民地領域Ｓとの境界部分に、鋼矢板による壁体１を事前に構築するものである。

前記壁体１は、図２に示されるように、不透水層２まで根入れするのが最も望ましいが、民地領域Ｓにおける過剰間隙水圧比を所定値以下、例えば図６より過剰間隙水圧比を約０．５乃至０．６以下に抑えることができれば十分であり、発破による衝撃圧は円状に拡散していくため、図１に示されるように、不透水層２に達しない根入れ長としてもよい。また、前記壁体１は、民地領域Ｓを仕切るように連続して設けるのが望ましいが、同様の理由により、一部に不連続部分が存在していてもよい。

衝撃による間隙水圧の上昇は、前記壁体１を回り込んで民地領域Ｓにも達することにもなるが、改良範囲Ｈ内における間隙水圧の上昇とは時間差があるとともに、上昇する間隙水圧も少ないため、十分に沈下を抑制することが可能である。

前記壁体１としては、設置及び撤去の容易さの点から鋼矢板とするのが望ましいが、要は前記民地領域Ｓにおける間隙水圧の上昇を抑えることができればよいため、プレキャストパネル、地中連続壁、杭壁等、任意の壁体とすることができる。

以上のように、地盤改良範囲Ｈと、地盤変形を生じさせたくない民地領域Ｓとの境界部分に壁体１を構築したならば、通常の手順に従って前記改良範囲Ｈの発破締固めを行う。具体的には、ピッチ約５〜１０ｍのグリッド交点部に径約１０〜２０cm程度の発破孔３，３…をボーリングマシンを用いて形成する。この削孔には孔壁保護のために、塩ビ管などの樹脂管をケーシングパイプ４として建て込むようにするのが望ましい。

削孔およびケーシングパイプ４の建込みを完了したならば、地上から所定の深さ位置に装薬ユニットを挿入設置する。この装薬ユニットの設置は、深さ方向の複数箇所、通常は２〜３箇所に分けて設置するのが望ましい。また、発破孔内には前記装薬ユニットと共に、砂、砕石などの粒状物を充填するようにする。また、発破による地盤改良は、複数回、例えば２回に分け、１回目の発破の後、間隙水圧の消散を待って２回目の発破を行うようにすれば、より大きな締固め効果が得られるようになる。

前記発破により、地下水位以下において、爆発の衝撃力によって間隙水圧が過剰になるとともに、粒子堆積構造が破壊され、当該地盤に液状化が発生する。そして、地盤構成粒子の再堆積および間隙水圧の正常化への復帰に伴い、改良範囲Ｈ内の地盤が締固められる。

１．試験概要
試験は、愛知県の某Ａ埠頭と某Ｂ埠頭の埋立地で行った。各試験箇所の地盤条件を図８に示し、試験ケースを下表１に示す。Ａ埠頭は砂質主体の埋立地であり、表層および１４m以深ではゆるいシルト質地盤であるが、GL-6〜13mは比較的細粒分が少ない砂質土である。一方、Ｂ埠頭は細粒分を多く含んだシルト質の埋立地であり、GL-9〜12m 付近のみＦｃ＜２５の砂質土となる。

試験ケースは表１に示すように各サイトとも１孔発破とし、火薬装薬はこれまでの実績より主に砂質土層を中心に配置し、１ケースのみ（No.4）砂質土層下部のシルト層部の締固めを目的とした発破を行った。また、１孔内の発破は秒時差０．２秒の段発とした。

試験は各試験場所共通で、図９に示すように、発破孔を９ｍ間隔で配置し、地表面沈下量、過剰間隙水圧および地表面加速度などを測定した。なお、Ａ埠頭（J-No.5）のみ、発破の衝撃による影響低減を目的として、既設の矢板付近で試験を行い矢板前後の発生水圧の沈下量を調べた。

２．試験結果

(A)沈下量
地表面の沈下は図１０に示すように発破直後に大きく生じ、総沈下量はＡ埠頭の場合No.5-No.4-No.3-No.1-No.2 の順に発破後３〜４週間経過時で12cm〜22cm となった。一方、細粒分が多いＢ埠頭では発破後３週間経過時でNo.3-No.4-No.1-No.2 の順に8.5cm〜12.7cmとＡ埠頭より小さい値となった。なお、同図の累積沈下量は各発破孔の周辺４点の平均を、経過時間はJ-No.5を除いて最初の発破からの時間を示している。

(B)過剰間隙水圧
試験結果例として過剰間隙水圧の経時変化を図１１に示す。過剰間隙水圧は段発の秒時差０．２秒毎に増加し、発破孔からの距離が近い程大きい値となっている。なお、発破毎の衝撃水圧は、衝撃の過負荷で間隙水圧計が破損しないようにセンサー受圧板前面に発泡ビーズを封じ込めクッション効果をもたせて計測しているため、実際の衝撃水圧よりも小さい値となっていると考えられる。

発破による発生水圧を過剰間隙比とスケールディスタンスRw（=R／W^1/3)〔Ｒ：発破装薬位置から水圧計測位置までの斜距離、Ｗ：装薬量〕の関係に整理し、既往の結果と併せて図１２に示す。スケールディスタンスRwは発破孔からの距離の増加および装薬量の減少により小さくなり、これに応じて過剰間隙水圧比も小さくなるため液状化が発生し難くなる。発破孔間隔を4.5ｍ（９m、２ステージ発破千鳥配置）として多孔発破を行う場合、同図の相関式より過剰間隙水圧比が１.0 となるのに必要な薬量を推定するとW=47.6kg となり、発破孔４孔間の中央部で総薬量W/４とすると１４kg／孔程度で領域内は液状化すると考えられる。

(C)矢板による影響低減
図１３及び図１４に矢板による発破の影響低減の検討結果を示す。図１３に示すように、沈下分布より矢板埋設位置を境に沈下量は小さくなり、図１４に示すように、過剰間隙水圧も矢板なし側の水圧が２〜３秒間でピークに達しているのに対して、矢板背面は水圧の上昇速度が遅くまた発生水圧も小さくなった。なお、矢板背面の水圧上昇は矢板下端部からの間隙水圧の回り込みと考えると、矢板長(下端部GL-10.5ｍ)を大きくすると、水圧上昇が抑制され、沈下もより低減できると考えられる。

本発明に係る発破締固め工法の施工要領図（その１）である。 本発明に係る発破締固め工法の施工要領図（その２）である。 液状化層厚Ｈ_ＦＬと液状化による沈下量δとの関係図である。 液状化程度（繰り返し回数Ｎを液状化までの繰り返し回数Ｎｌで割った値）と過剰間隙水圧比の関係図である。 繰り返し回数と体積ひずみε_ｖとの関係図である。 過剰間隙水圧比と体積ひずみε_ｖとの関係図である。 改良後における沈下分布例図である。 実施例における各サイトの地盤調査結果図である。 発破孔及び矢板等の設置平面図である。 各サイトの沈下量の経時変化図である。 過剰間隙水圧の経時変化図である。 スケールディスタンスによる整理図である。 矢板有無の場合の各過剰間隙水圧経過図である。 矢板有無の場合の各沈下量図である。

符号の説明

１…壁体、２…不透水層、３…発破孔、４…ケーシングパイプ、Ｈ…改良範囲、Ｓ…民地領域

Claims (2)

1. 地盤に所定間隔で多数の発破孔を形成し、この発破孔の所定深さ位置に爆薬を挿入設置し、前記爆薬を爆発させることにより地盤の締固めを行う発破締固め工法において、
   事前に、地盤改良範囲と、この地盤改良範囲外の地盤変形を生じさせたくない周辺地盤との境界部分に、爆発による間隙水圧の上昇を前記周辺地盤に及ぼさないための、或いは低減するための壁体を構築することを特徴とする発破締固め工法。
2. 前記壁体は鋼矢板によって構築してある請求項１記載の発破による地盤締固め工法。
   

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