JP2008127768A - 軽量化地盤改良工法 - Google Patents

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Abstract

【課題】軽量充填材を封入したパイプ支柱を原地盤土を地盤固化材により改良した改良地盤内に挿入し固定し、強度を有する軽量構造の基礎体を構成して地盤を簡単に改良することができる軽量化地盤改良工法を提供する。
【解決手段】原地盤土を地盤固化材により改良した未硬化状態の改良地盤9内に、軽量充填材3を充填封入したパイプ支柱1を挿入し、該パイプ支柱1に改良地盤9を固結させて構造物を支持する軽量化地盤改良工法とした。また軽量充填材3は水の比重と同程度又はそれ以下の比重からなり、例えばソリッド状又はビーズ状に形成した合成樹脂発泡体で構成することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、構造物の基礎地盤及び道路や盛土下部軟弱地盤を改良する軽量化地盤改良工法に関する。
従来、軟弱地盤を鋼管杭と地盤改良を併用する工法は特許文献1で示されるように既に公知である。この鋼管ソイルセメント杭工法は、地盤下層の支持力を有する良好地盤(支持層)まで固化材を用いて地中に改良固結しソイルセメント柱体を築造し、その柱体中に羽根付き鋼管杭を挿入することにより、地盤の支持力を増強し構造物の荷重を支持するように施工される。
また軟弱地盤の上に構築される構造物をフローティング基礎(直接基礎工法)によって支持する地盤改良基礎工法は特許文献2で示されるように既に公知である。
この地盤改良基礎工法は、構造物の直下地盤を構造物の鉛直荷重及び水平荷重を負担支持するように改良した地盤改良基礎を造成し、且つ地盤改良基礎から構造物の荷重を地盤に伝達させる荷重補完用の杭体を延長し地中(軟弱粘性土)に挿入して施工される。
特開2001−317050号公報 特許第3765000号公報
上記特許文献1で示される鋼管ソイルセメント杭工法は、深層混合処理工法により軟弱地盤に形成したソイルセメント柱体に、複数の螺旋羽根を外周に有する鋼管からなる鋼管杭を挿入したソイルセメント合成杭によって構造物を支持するので、ソイルセメント柱体と鋼管杭と螺旋羽根とが一体化したソイルセメント合成杭を形成し、地盤との間で大きな摩擦力を発揮することができる利点がある。然し、必要な支持力を有する良好地盤が基礎下部より深い所にある場合は、その深度に達するソイルセメント合成杭を構成し地盤改良を行う必用があり、上部構造物が軽量であるにもかかわらず不経済になる欠点がある。
また特許文献2に示される地盤改良基礎工法は、基礎スラブに重量の一部を下方の地盤に伝達する杭群を併用するので、支持層が深い軟弱地盤に対し構造物の重量が大きい場合のフローティング基礎工法として優れる利点がある。然し、この基礎工法は杭頭を基礎スラブに設置した小径な杭群によって地盤改良基礎を通じて軟弱地盤に伝達するので、構造物が比較的軽量な住宅等の建物及び道路或は盛土部の場合には、小径な杭を多数必要とすること、及び杭頭を基礎スラブに設けて下方に延長させるため杭長さが長くなる。従って、杭群の重量によって基礎構造が大重量になることから、比較的軽量な構造物の場合でも基礎コストが増大し、且つ基礎自体の沈下を伴い易くさせる等の問題がある。
以上のように従来技術による工法においては、固結改良地盤の強度と改良地盤下部地盤の支持力度により構造物基礎下の地耐力度が評価されるが、軟弱地盤が連続して10数メートルに及ぶ場合は、通常支持杭による基礎構造が選択されることが多い。特に木造の一般住宅及び鉄骨平屋のテナントビルや工場或いは倉庫等の比較的荷重が軽い建物においては、総建築費に対する基礎構造にかかる費用の占める割合が大きくなり、このため建設予定地を変更せざるを得ないという問題もある。
また人工の軽量盛土地盤を造成する在来工法では、盛土中に合成樹脂発泡体のブロックやビーズを混入して軽量改良地盤が造成されるが、この施工の場合にはブロックは地盤中の地下水による浮き上がりが生じたり、またビーズ単体は比重が非常に軽く風で飛散するため取り扱いが困難であり、施工性という点において作業が煩雑になる等の課題がある。
この発明は従来工法の支持力評価の手法に加えて、改良地盤自体を軽量化することにより軽量化された地盤の重量分を支持力として評価することを可能とし、地中深部の良好な支持層まで改良することなく、比較的軽量な構造物をボイド鋼管等の使用を可能となし安価で且つ容易に支持することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の軽量化地盤改良工法は、第1に、原地盤土を地盤固化材により改良した未硬化状態の改良地盤9内に、軽量充填材3を充填封入したパイプ支柱1を挿入し、該パイプ支柱1に改良地盤9を固結させて構造物を支持することを特徴としている。
第2に、軽量充填材3を、ソリッド状又はビーズ状に形成した合成樹脂発泡体で構成することを特徴としている。
第3に、軽量充填材3を、水の比重と同程度又はそれ以下の比重からなる廃棄物で構成することを特徴としている。
第4に、パイプ支柱1の下端部側の外周に螺旋状の挿入突片5を突設することを特徴としている。
第5に、パイプ支柱1のパイプ1aを、外周面に螺旋状の凹凸面を形成したボイド鋼管で構成することを特徴としている。
第6に、パイプ支柱1を、地盤を平面視格子状に改良した格子状改良地盤22の格子交点下に配設することを特徴としている。
第7に、原地盤土と地盤固化材の混合施工を、表層地盤を地盤面に沿ってプレート状に改良する浅層混合処理工法により行うと共に、下部地盤にパイプ支柱1を埋設して表層地盤と連結して改良する深層混合処理工法によって行うことを特徴としている。
本発明による軽量化地盤改良工法は次のような効果を奏する。内部に軽量充填材を充填封入したパイプ支柱を、原地盤土を地盤固化材により改良した改良地盤内に挿入し固定することにより、改良地盤内で外周から加わる押圧力に対しパイプ支柱を補強し、またパイプ支柱を内装した強度を有する軽量構造の基礎体を構成して地盤を簡単に改良することができる。
そして、この軽量化地盤改良工法では、軽量化された地盤の重量分を支持力として評価することができるので、比較的軽量な構造物を地中深部の支持層まで改良することなく簡単に支持することができる。
パイプ支柱内に充填する軽量充填材を、ソリッド状又はビーズ状に形成した合成樹脂発泡体とすることにより、比重の異なる合成樹脂発泡体と固化材及び原地盤土を混合する煩雑な作業を要することなく、軽量化地盤改良工法用のフローティング基礎材として合成樹脂発泡体の利用を促進することができる。
また合成樹脂発泡体はビーズ状又はソリッド状でパイプ支柱内に簡単に充填することができるので、予め工場等において合成樹脂発泡体を充填したパイプ支柱を能率よく量産することができ、またパイプ支柱の運搬及び現場での設置作業を行い易くすることができる。
パイプ支柱は水の比重と同程度又はそれ以下の比重からなる廃棄物を軽量充填材として充填することができ、再利用が困難な状態にある軽量廃棄物や多量に排出される排出物等をパイプ支柱を利用し埋め立て処理を行い易くすることができる。またパイプ支柱は改良地盤の固結によって封入された軽量充填材の漏出防止を確実にすることができる。
外周に螺旋状の挿入突片を突設したパイプ支柱は、未硬化状態の改良地盤内への回転挿入を速やかにすると共に、改良地盤が硬化した際にパイプ支柱と地中との接合力を高め、パイプ支柱を内包した基礎体を強固にすることができる。
パイプを外周面に螺旋状の凹凸模様を有するボイド鋼管にすることにより、パイプ支柱は凹凸模様が固結した改良地盤と一体化し、軽量構造の強固な基礎体からなる補強化地盤を原地盤土内に簡単且つ廉価に造成することができる。
地盤を格子状に改良した格子状改良地盤の格子交点下にパイプ支柱を配設することにより、該格子状改良地盤を格子交点下を深層混合処理工法によって柱状に改良した基礎体によって簡単且つ廉価に補強支持することができる。
原地盤土と地盤固化材の混合施工を表層地盤を面的に改良する浅層混合処理工法により行い、下部地盤を柱状に改良する深層混合処理工法によって行うことにより、特に軟弱地盤が連続する埋立地のような地盤や地下水位の高い軟弱地盤等で比較的軽量な構造物を支持する場合に、地下支持地盤まで基礎杭を施工することなく、浅層混合処理工法と深層混合処理工法を併用してパイプ支柱を内装した軽量構造の固結改良地盤全体により、構造物を支持することができる。
さらに、この軽量化地盤改良工法により広域地盤沈下地域における道路下部地盤の沈下を抑制することができるので、橋台と取付道路の接合部での段差の発生を防止することができる。
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図面において符号1は本発明に関わるパイプ支柱1であり、図示例のパイプ支柱1のパイプ1aは表面に螺旋状の凹凸模様を形成した汎用タイプの鋼製ボイド管(以下単にボイド鋼管と言う)を採用している。
このパイプ支柱1はパイプ1aの一端(下端部)を底板2によって閉鎖し、内部に水の比重と同程度又はそれ以下の比重とした後述する合成樹脂発泡体や廃棄物等からなる軽量充填材3を充填した状態で、他端(上端部)を上板4で閉鎖することにより強度を有する基礎鋼管杭を構成している。
上記パイプ支柱1のパイプ1aは、一般的な住宅用の基礎に使用するものとして、肉厚が1〜3ミリ程度で且つ直径が300〜800ミリ程度で、表面に螺旋状の凹凸模様が形成される汎用タイプのボイド鋼管を用いることが望ましく、長さは500〜1500ミリ程度にする。これによりパイプ支柱1は全体として、軽量充填材3の充填作業や軽量化地盤改良工法を施工する現場に適した重量及び大きさに設定される。
またパイプ支柱1は、パイプ1aの少なくとも下端部の外周面に下向き挿入角を有する挿入突片5を設け、且つ上端部の外周面には後述する冶具10と着脱自在に系合する複数の突片からなる系合部6を設けている。尚、系合部6はパイプ1aがボイド鋼管である場合に、外周にリング状に巻き付け固定されるバンド6aに一体的に形成することが望ましい。
また挿入突片5は凹凸模様の螺旋角に沿う螺旋状の挿入角度を有して突設することが望ましい。また図示例の上板4はネジ構造によってパイプ1aの上端に開閉可能に締着しているが、溶接等の接合手段によって気密構造となして軽量充填材3を封入することもできる。
底板2は円板の中心部に挿入時に中心位置を定める先鋭な突起部7を形成している。また底板2は図2に点線で示すように円錐形状として、パイプ1aの先端に接合したものにすることができる。
上記上板軽量充填材3は水の比重より軽い合成樹脂発泡体であることが望ましく、実施形態ではポリスチレン発泡体を管体内にソリッド状態で充填するか、又はビーズ状に形成したものを充填封入している。
以上のように構成されるパイプ支柱1は図3で示すように、原地盤に小型杭打機等を利用し同時にセメントミルを注入し築造する設定深さの挿入穴8状内に改良地盤9を構成し、未硬化状態の改良地盤9の挿入中心に位置決めし、押圧力又は回転押圧力等によって所定の深さに挿入することができる。これにより改良地盤9内でパイプ支柱1は下方に下部改良地盤代11を有し、且つ上方に所定厚さの上部改良地盤代12を設けて挿入される。
このとき公知の支柱挿入工法によって、挿入作業装置の冶具10を頭部に装着することにより、系合部6を介し下方移動を可能にしながら回転力を付与すると、挿入突片5及び凹凸模様が改良地盤9内にパイプ支柱1の挿入を速やかに行うように誘導する。
これによりパイプ支柱1は、未硬化状態の改良地盤9内に上方から徐々に挿入されるとき、管体の体積分の改良地盤を外側に加圧するので、改良地盤の強度を増加させるのみならず、改良部分と未改良部分の地盤同士の密着をより強固にする。また挿入突片5は改良地盤9が硬化した際に、パイプ支柱1に改良地盤9が固結し両者及び挿入穴8の地中との接合力を高め、パイプ支柱1を内包した柱状の改良地盤9からなる基礎体(合成地盤)13を強固に構成することができる。
尚、改良地盤9を形成する地盤改良工法は、深層混合処理工法によって行うことが望ましい。この場合の深層混合処理工法は、セメント系或いはセメントを主成分とする地盤固化材と水を混合したスラリー(セメントミルク)を地盤中に注入しながら、掘削翼と攪拌翼を備えた混合攪拌装置により原地盤土とスラリーを挿入穴8を形成し機械的に混合攪拌することによって、固結柱体を造成するものである。
上記ソイルセメント柱体は、パイプ支柱1の外周に100〜200ミリ程度の厚さの改良地盤9を形成することができる直径であることが望ましい。
また上記軽量化地盤改良工法に用いるパイプ支柱1は、内部に軽量充填材3を充填し封入し改良地盤9内に挿入し固定するので、肉薄のパイプ1aは外周から加わる押圧力に対し軽量充填材3を封入して補強され、施工時の押圧変形を防止し、且つ強度を有する軽量構造の基礎体13を構成する。
また軽量充填材3は予め施工現場以外の工場等において、ビーズ状に形成した合成樹脂発泡体をパイプ1a内に供給充填し、或はパイプ1a内に合成樹脂発泡体をソリッド状で充填することができるので、パイプ支柱1に対する軽量充填材3の充填作業を簡単に行うことができる。また上記合成樹脂発泡体は水よりも軽いため、パイプ支柱1の運搬及び現場での設置作業を行い易くすることができる等の特徴がある。
この際、軽量充填材3が充填されるパイプ支柱1のパイプ1aは必要な強度を有し肉薄で径大であるものが望ましいが、外周面に螺旋状の凹凸模様を有して汎用されているボイド鋼管を採用した場合には、管外部の挿入突片5及び系合部6並びに凹凸模様が固結した改良地盤と一体化し、軽量構造の強固な基礎体13からなる補強化地盤を原地盤土内に簡単且つ廉価に造成することができる。
そして、専ら横向き姿勢で使用される汎用タイプのボイド鋼管を、縦向きで使用する支柱(杭体)として利用するので、ボイド鋼管の新たな用途を広げると共に、径大な支柱を廉価に提供できる等の利点がある。
またパイプ支柱1の下端部には、挿入突片5の他に図示しない掘削爪等を装着する事が可能であり、この掘削爪を装着する事によって改良地盤9内への挿入をより速やかに行い、また鉛直方向の支持力を向上させることができる。また所定単位長さに形成した複数のパイプ支柱1は、深く形成した改良地盤9内に上下に連ねて接合させた形状にすることができる。この場合には対になるパイプ支柱1の上端部と下端部とに、互いに系合する系合部を設けることが望ましい。
次に図4〜図11を参照し本発明のパイプ支柱1を使用して構造物の基礎下地盤を形成する工法の各実施形態について説明する。尚、上記実施形態の工法と同様な構成及び作用については説明を省略する。
図4,図5は構造物を設置する布基礎21の縦横基礎交点の下部地盤にパイプ支柱1を配設し、布基礎21全体を補強支持する布基礎工法を示す。この布基礎工法は布基礎21の縦横基礎部が交差する交点の下部地盤に、前記深層混合処理工法によって柱状に改良された下部地盤内にパイプ支柱1を挿入し、改良地盤9が硬化し基礎体13が形成されたのち、布基礎21を複数の基礎体13の上に施工して補強支持する。
この布基礎工法によれば、布基礎交点下のみに基礎体13を配設して布基礎21を支持するので、布基礎21を簡潔な構成によって強固に効率よく支持することができる。尚、上記パイプ支柱1,1の間にもパイプ支柱1を設置することができる。
図6,図7は上記のような布基礎21の下部地盤に格子状改良地盤22を形成し、該格子状改良地盤22をパイプ支柱1を内包する基礎体13によって支持する布基礎支持工法を示す。
この工法は地盤に対し、前記実施形態のものと同様に布基礎21の前記交点下位に、深層混合処理工法によって形成した改良地盤9にパイプ支柱1が挿入設置される。また布基礎21の格子形状に沿って浅層混合処理工法により地盤改良した格子状改良地盤22が、該格子状改良地盤22の厚さに相当する深さに形成される。
上記浅層混合処理工法は、前記深層混合処理工法と同様な地盤改良工法であり、セメント系あるいは石灰系の地盤固化材を粉体状又はこれを水と混合したスラリー状にしたものを、バックホー等により浅く掘削した原地盤土と混合攪拌することにより、固結地盤を造成するものである。
そして、パイプ支柱1が挿入された改良地盤9及び格子状改良地盤22が硬化した状態で、布基礎21が格子状改良地盤22に一致させて施工設置される。
図8,図9は構造物のベタ基礎23を、浅層混合処理工法により面的に形成した改良地盤25と、深層混合処理工法により柱状に改良した改良地盤9を併用して簡単且つ廉価に支持する工法を示す。この工法によれば、最下部地盤を深層混合処理工法により、ベタ基礎23の支持間隔を有し点的に改良した前記柱状の改良地盤9内にパイプ支柱1を挿入し基礎体13を構成する。また基礎体13の上層に浅層混合処理工法により適当な層厚で面的に改良した改良地盤25を構成する。こののち硬化状態の改良地盤25にベタ基礎23を施工する。
このように基礎体13頭部を浅層混合処理工法と一体化することができる上記工法によれば、基礎下に直接基礎を単独で配置するものに対し、改良された地盤全体が沈下や地震力等の悪影響に対して一体的に挙動すると考えられるため、より理想的な基礎構造体を簡単に構成することができる。また浅層混合処理工法を基礎下全体に施工すると、地震時の液状化に対しても地盤の抑え効果が期待できる等の利点がある。さらに、基礎がない盛土や道路下部の改良といった工事では、軽量充填材3を封入したパイプ支柱1を改良地盤9に挿入する簡単な工法が適切となる。
図10,図11は、構造物のベタ基礎23の下部地盤を面的に改良した改良地盤9内に、複数のパイプ支柱1を所定の支持間隔を有して挿入するベタ基礎工法を示す。この工法は、地盤を浅層混合処理工法により適当な層厚で面的に改良した改良地盤9内に、パイプ支柱1を所定の支持間隔と深さに挿入し、改良地盤9が硬化又は略硬化した状態で、上層の上部改良地盤12を施工する方法としている。これにより複数のパイプ支柱1を内在した改良地盤9は、構造物を十分な強度を有し軽量化されたフローティング基礎として支持することができる。
以上のように本発明の軽量化地盤改良工法によれば、従来工法の支持力評価の手法に加えて、改良地盤自体を軽量化することにより、軽量化された地盤の重量分を支持力として評価することを可能にするので、比較的軽量な構造物を地中深部の良好な支持層まで改良することなく支持することができる。さらに、比重の違う合成樹脂発泡体と固化材及び原地盤土を均一に混合することが元来困難とされる従来方式のフローティング基礎工法に対し、改良地盤9とパイプ支柱1を一体化させることにより、それぞれの材料の特性を生かし簡単で廉価な工法によって地盤を固結し且つ軽量化するという目的を達成する。
従って、特に軟弱地盤が連続する埋立地のような地盤や、地下水位の高い軟弱地盤において比較的軽量な構造物を支持する場合に、この軽量化地盤の構造は水上に浮かぶ筏の構造を発明の原点にしているので、固結改良地盤全体がパイプ支柱1の浮力効果により浮かんだ状態になるという構造上の特徴によって、地下支持地盤まで基礎杭を施工することなく構造物を支持することができる。またこの軽量化地盤改良工法は道路敷設工事にも簡単に採用することがでるので、広域地盤沈下地域における道路下部地盤の沈下を抑制し、橋台と取付道路の接合部に生じる段差を解消することに有効である。
尚、実施形態ではパイプ支柱1に封入する軽量充填材3は、水の比重と同程度又はそれ以下の比重からなるものとして、ソリッド状又はビーズ状に形成した合成樹脂発泡体を予めパイプ支柱1に内に充填するようにしたが、例えば再利用が困難な状態にある各種の合成樹脂製の軽量廃棄物や、工場から多量に排出されるフライアッシュやガラス粉砕粉等排出物、またゼオライト、ベントナイト、軽量火山灰土等の軽量鉱物類にすることもできる。
また上記軽量充填材3は異なる複数のものを混合してパイプ支柱1に予め充填する他、改良地盤9に上板4を有しない空のパイプ支柱1を設置した状態で、軽量充填材3を後詰め作業によって充填したのち上板4を閉鎖設置するか、上板4を省略した状態で改良地盤9を詰めて封入施工することができる。
このように改良地盤9内に埋設するパイプ支柱1を利用し、その内部に各種の軽量充填材3を封入する工法とすることにより、廃棄物や排出物等の埋め立て処理を環境にスペースやエネルギ上の負担を掛けることなく、また軽量充填材3の外部漏出の危惧をなくして促進することができる。またパイプ支柱1内に封入された軽量充填材3は、外圧に対する抗力を補強し且つ地震や経年変化等によってパイプ支柱1に亀裂が生じた場合にも、基礎体としての効果を損なうことなく且つ水の侵入量を規制することができる。
本発明に係るパイプ支柱の斜視図である。 図1のパイプ支柱を改良地盤内に挿入した状態を示す断面図である。 パイプ支柱を改良地盤内に挿入する作業態様を示す作業図である。 布基礎の交点下部に深層混合処理によって造成した改良地盤内にパイプ支柱を挿入し造成した軽量化地盤の平面図である。 図4の断面図である。 布基礎下部を布基礎に沿って格子状に浅層混合処理を施した改良地盤内にパイプ支柱を布基礎交点直下に配置し造成した軽量化地盤の平面図である。 図6の断面図である。 ベタ基礎下部を浅層混合処理し、更にその下部を深層混合処理によって造成した改良地盤内にパイプ支柱を挿入し造成した軽量化地盤の平面図である。 図8の断面図である。 ベタ基礎下部に浅層混合処理を施した改良地盤内にパイプ支柱を適当な間隔で配置し造成した軽量化地盤の平面図である。 図10の断面図である。
符号の説明
1 パイプ支柱
1a パイプ
2 底板
3 軽量充填材
4 上板
5 挿入突片
6 系合部
9 改良地盤
13 基礎体
21 布基礎
22 格子状改良地盤
23 ベタ基礎
25 改良地盤

Claims (7)

  1. 原地盤土を地盤固化材により改良した未硬化状態の改良地盤(9)内に、軽量充填材(3)を充填封入したパイプ支柱(1)を挿入し、該パイプ支柱(1)に改良地盤(9)を固結させて構造物を支持する軽量化地盤改良工法。
  2. 軽量充填材(3)を、ソリッド状又はビーズ状に形成した合成樹脂発泡体で構成する請求項1の軽量化地盤改良工法。
  3. 軽量充填材(3)を、水の比重と同程度又はそれ以下の比重からなる廃棄物で構成する請求項1又は2の軽量化地盤改良工法。
  4. パイプ支柱(1)の下端部側の外周に螺旋状の挿入突片(5)を突設する請求項1又は2又は3の軽量化地盤改良工法。
  5. パイプ支柱(1)のパイプ(1a)を、外周面に螺旋状の凹凸面を形成したボイド鋼管で構成する請求項1又は2又は3又は4の軽量化地盤改良工法。
  6. パイプ支柱(1)を、地盤を平面視格子状に改良した格子状改良地盤(22)の格子交点下に配設する請求項1又は2又は3又は4又は5の軽量化地盤改良工法。
  7. 原地盤土と地盤固化材の混合施工を、表層地盤を地盤面に沿ってプレート状に改良する浅層混合処理工法により行うと共に、下部地盤にパイプ支柱(1)を埋設して表層地盤と連結して改良する深層混合処理工法によって行う請求項1又は2又は3又は4又は5の軽量化地盤改良工法。
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