JP2010144394A - 地盤補強工法及び改良地盤構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛直方向の荷重に加えて水平方向の荷重にも耐え得る改良地盤構造、及び、該改良地盤構造を得るための地盤補強工法を提供する。
【解決手段】地中に打ち込まれた複数の地盤改良杭３、３、３のそれぞれの上に、地盤改良杭３、３、３の水平方向断面より広い面積を有するとともに剛性を有する荷重伝達板２、２、２を設置する、荷重伝達板設置工程と、ジオテキスタイルで構成された略直方体状の枠体１０ｂ内に中詰材２０が充填されてなるマットレス状の構造物１を、複数の荷重伝達板２、２、２の上に設置する、マットレス設置工程と、を備える地盤補強工法及び該地盤補強工法によって得られる改良地盤構造５０とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、軟弱地盤を補強することができる地盤補強工法及び該地盤補強工法によって得られる改良地盤構造に関する。

軟弱な地盤上に、住宅や擁壁などを建築する場合、事前に地盤を補強するための工事を行う必要がある。このような工事の工法の一つとして、軟弱地盤層下に存在する支持層まで地盤改良杭を打設し、その地盤改良杭によって軟弱地盤上に建設される住宅や擁壁などを支持する工法がある。

上記したような地盤改良杭を用いる工法としては、柱状改良工法や小口径鋼管杭工法などが挙げられる。柱状改良工法とは、軟弱地盤を構成する土にセメントミルクを注入攪拌して、地中に地盤改良杭を造る工法である。また、小口径鋼管杭工法とは、支持層まで鋼管を打ち込み、該鋼管を地盤改良杭として用い、該鋼管の先端で住宅などの荷重を支持させる工法である。

さらに、対象地盤が極めて軟弱な粘度層などの場合にも用いることができる技術がこれまでに開示されている。例えば、特許文献１には、軟弱層の構造物基礎として縦横に所定の間隔をあけて造成された複数本の深層混合改良柱体の上端部を、複数のネット状補強材間に層状土を挟在させた表層補強層で連結するようにしたことを特徴とする複合改良地盤構造が開示されている。かかる複合改良地盤構造によれば、地震時の水平方向の荷重を地中に埋設された複数の深層混合改良柱体で負担することができるとしている。
特開平１１−２６９８６０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている複合改良地盤構造では深層混合改良柱体（本願の地盤改良杭に相当。以下、「地盤改良杭」という。）と表層補強層（本願のマットレス状の構造物に相当。以下、「マットレス状の構造物」という。）とが直接連結されており、地盤改良杭とマットレス状の構造物との接触面積は、地盤改良杭の水平方向断面以下の小さな面積になっている。そのため、鉛直方向下向きに大きな荷重が負荷された場合には、該荷重が局所的に集中しやすく、地盤改良杭がマットレス状の構造物に突き刺さり、マットレス状の構造物を破損させる虞があった。
また、特許文献１に開示されている複合改良地盤構造では水平方向の荷重に対する強度が十分ではなかった。例えば、地震などによって水平方向の荷重が地盤改良杭及びマットレス状の構造物に負荷された場合、地盤改良杭とマットレス状の構造物とが直接連結されていることによって、一方の振動は他方に伝えられる。しかし、地盤改良杭の振動周期とマットレス状の構造物の振動周期は異なるため、地盤改良杭の振動がマットレス状の構造物に伝えられることによって、地盤改良杭に余計な負荷がかかり、地盤改良杭が折れてしまう虞があった。

そこで本発明は、鉛直方向の荷重に加えて水平方向の荷重にも耐え得る改良地盤構造、及び、該改良地盤構造を得るための地盤補強工法を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図面の形態に限定されるものではない。

第一の本発明は、地中に打ち込まれた複数の地盤改良杭（３、３、３）のそれぞれの上に、該地盤改良杭の水平方向断面より広い面積を有するとともに剛性を有する荷重伝達板（２、２、２）を設置する、荷重伝達板設置工程と、ジオテキスタイルで構成された略直方体状の枠体（１０ｂ）内に中詰材（２０）が充填されてなるマットレス状の構造物（１）を、複数の荷重伝達板の上に設置する、マットレス設置工程と、を備える地盤補強工法である。

本発明において「荷重伝達板」とは、使用時に負荷される荷重に耐え得る程度の剛性を有している板状体であれば良く、例えば、鋼板やコンクリート製の板状体などを挙げることができる。また、荷重伝達板の大きさは、地盤改良杭にかかる荷重の大きさ及び地盤改良杭の水平方向断面の大きさ等により、適当に決定することができる。

第二の本発明は、地中に打ち込まれた複数の地盤改良杭（３、３、３）と、該地盤改良杭の上に設置され、該地盤改良杭の水平方向断面より広い面積を有するとともに剛性を有する荷重伝達板（２、２、２）と、複数の該荷重伝達板の上に設置され、ジオテキスタイルで構成された略直方体状の枠体（１０ｂ）内に中詰材（２０）が充填されてなるマットレス状の構造物（１）と、を備える改良地盤構造（５０）である。

第一の本発明の地盤補強工法によれば、鉛直方向の荷重に加えて水平方向の荷重にも耐え得る改良地盤構造を提供することができる。
また、建築構造物を解体した際に残された既存の地盤改良杭を有効利用して、さらに強度を増した改良地盤構造とすることができる。建築構造物を解体した際に残される既存の地盤改良杭では、鉛直方向の荷重についてのみ検討して設計されているものが多い。しかし、建築基準法の改正によって、改良地盤構造の設計時には鉛直方向の荷重のみではく、水平方向の荷重に対する検討が必須となっている。したがって、既存の地盤改良杭を新設の建物の基礎や改良地盤構造として使用する場合は、法で定められた基準を満たせない場合が多い。第一の本発明の地盤補強工法によれば、水平方向の荷重にも耐え得る構造の改良地盤構造を得ることができるため、水平方向の荷重に対する検討がなされていない既存の地盤改良杭であっても有効利用することができる。

第二の本発明によれば、鉛直方向の荷重に加えて水平方向の荷重にも耐え得る改良地盤構造とすることができる。

以下、本発明について、図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明の地盤補強工法はこれら実施形態に限定されるものではない。

本発明の地盤補強工法は、荷重伝達板設置工程とマットレス設置工程とを備えている。図１〜５を参照しつつ、各工程について詳細に説明する。

図１〜図５は、本発明の地盤補強工法における過程の一部を概略的に示す上面図と断面図である。図１〜図５の各図面において、（ａ）が上面図、（ｂ）が（ａ）に示した破線部分を含む鉛直方向の断面図である。図１（ａ）及び図２（ａ）では、荷重伝達板と地盤改良杭の位置関係を分かり易くするため、荷重伝達板の下の地盤改良杭が透けて見えるように示している。なお、図１〜図５では、他の図面に示したものと同様の構成のものには同符号を付している。また、図面が煩雑になるのを防ぐため一部符号を省略している。

＜荷重伝達板設置工程＞
荷重伝達板設置工程は、地中に打ち込まれた複数の地盤改良杭３、３、３のそれぞれの上に、地盤改良杭３、３、３の水平方向断面より広い面積を有するとともに剛性を有する荷重伝達板２、２、２を設置する工程である。より具体的には、図１に示すように、地盤１００に形成された窪地１０１の底部において、地盤改良杭３、３、３のそれぞれの上に荷重伝達板２、２、２を設置する。荷重伝達板２を略水平に設置するためや、地盤改良杭３の天端と荷重伝達板２との隙間を埋めるなどの目的から、荷重伝達板２と地盤改良杭３との間には、砂、モルタル、コンクリートなどを介在させることが好ましい。

本発明に用いることができる地盤改良杭３は特に限定されないが、本発明の地盤補強工法を行う前からある既存の杭を用いれば、資源を有効利用することができるため好ましい。既存の杭としては、例えば、ＰＣ杭、ＲＣ杭、プレテンション方式遠心力プレストレストコンクリートパイル（ＰＨＣ杭）、場所打ち杭、深層混合処理杭等を挙げることができる。また、既存の杭を用いる場合は該杭の杭頭が破損していることが多いため、該杭頭を補修して既存の杭の天端部を略水平にしてから、荷重伝達板２を設置することが好ましい。

既存の杭は、鉛直方向の荷重についてのみ検討して設計されており、水平方向の荷重に対しては検討されていないものが多い。そのため、既存の杭を用いて、現在の法で定められた基準を満たす改良地盤構造を得ることは困難であった。しかし、本発明の地盤補強工法によれば、後に詳述するように、水平方向の荷重にも耐え得る構造の改良地盤構造とすることができるため、既存の杭を有効利用することができる。

本発明に用いることができる荷重伝達板２は、水平方向の断面積が地盤改良杭３の水平方向の断面積より大きく、使用時に負荷される荷重に耐え得る程度の剛性を有している板状体であれば良い。具体的には、鋼板やコンクリート製の板状体などを挙げることができる。荷重伝達板２の厚さや水平方向の断面の大きさは、地盤改良杭３にかかる荷重の大きさ及び地盤改良杭３の水平方向断面の大きさ等により、適当に決定することができる。

＜マットレス設置工程＞
マットレス設置工程は、ジオテキスタイルで構成された略直方体状の枠体内１０ｂに中詰材２０が充填されてなるマットレス状の構造物１を、複数の荷重伝達板２、２、２の上に設置する工程である。

マットレス設置工程では、まず、図２に示すように窪地１０１内に、窪地１０１の側面に沿った木枠１０２を設置する。

木枠１０２を設置後、図３に示すように、木枠１０２の内側に、上面が開放された枠体１０ａ（上面が閉じられた枠体１０ｂ（図５参照）と区別して表記する。）を、上記荷重伝達板設置工程において設置された複数の荷重伝達板２、２、２の上に設置する。枠体１０ａと荷重伝達板２との間である程度の引き抜き抵抗を働かせるという観点からは、枠体１０ａと荷重伝達板２との間には、砂などを介在させることが好ましい。

枠体１０ａはジオテキスタイルで構成されており、底面１１と、側面１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄ（図３（ｂ）では２面（側面１２ａ、１２ｃ）のみ示している。）と、枠体１０ｂの上面１３（図５参照）の一部となる上面片１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄとからなる。

底面１１は略長方形状であり、その４辺に側面１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄ（以下、これらをまとめて「側面１２」ということがある。）が一体化されている。これらを一体化する方法は特に限定されず、１つのジオテキスタイルで構成させても良く、従来の公知の方法を用いて複数のジオテキスタイルを連結させることで構成させても良い。また、隣接する側面同士（１２ａ及び１２ｂ、１２ｂ及び１２ｃ、１２ｃ及び１２ｄ、１２ｄ及び１２ａ）もそれぞれ一体化されていることが好ましく、これらは従来の公知の方法を用いて連結させることができる。さらに、側面１２ａの底面１１とは反対側に上面片１３ａが、側面１２ｂの底面１１とは反対側に上面片１３ｂが、側面１２ｃの底面１１とは反対側に上面片１３ｃが、側面１２ｄの底面１１とは反対側に上面片１３ｄが、それぞれ一体化されている。これらを一体化する方法は特に限定されず、１つのジオテキスタイルで構成させても良く、従来の公知の方法を用いて複数のジオテキスタイルを連結させることで構成させても良い。

枠体１０ａを設置後、図４に示すように、枠体１０ａ内に所定高さまで、中詰材２０を充填する。中詰材２０を構成するものは特に限定されず、砕石など、公知のものを用いることができる。中詰材２０を構成する砕石の大きさは特に限定さないが、２ｃｍ以上の粒径の土を重量比率で５０％以上含む土質材料（財団法人地盤工学会 地盤工学基準「地盤材料の工学的分類方法」（ＪＧＳ００５１−２０００）より）であることが好ましい。なお、上記土質材料の計測方法は、ＪＩＳ Ａ１２０４「土の粒度試験方法」による。中詰材２０を構成する砕石として上記土質材料を用いることで、砕石同士の摩擦が大きくなり、マットレス状の構造物１が上から荷重を加えられた際に発揮する剪断抵抗を大きくすることができる。

中詰材２０の充填量は、マットレス状の構造物１の予定された大きさに合わせて適宜決定することができる。マットレス状構造物１の大きさは特に限定されないが、縦又は横が１０ｍ〜１００ｍ程度であることが好ましく、５ｍ〜２０ｍ程度であることがより好ましい。また、高さは３０ｃｍ〜２００ｃｍ程度であることが好ましく、４０ｃｍ〜１００ｃｍ程度であることがより好ましい。

所定高さまで中詰材２０を充填して締め固めた後、図５に示すように、枠体１０ａの上面を閉じ、側面１２と一体化されたジオテキスタイルで構成された上面１３を備える枠体１０ｂとする。その後、木枠１０２を除去する。上面１３を形成する方法の具体例としては、上面片１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄを連結させて上面１３を形成する方法や、さらに別のジオテキスタイルを用意して、それを上面片１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、及び１３ｄと連結させることで上面１３を形成する方法を挙げられる。これらの場合の連結方法としては、公知の方法を用いることができる。

本発明に用いることができるジオテキスタイルとしては、例えば、三菱樹脂株式会社製のテンサー（登録商標）を挙げることができる。

＜改良地盤構造＞
本発明の地盤補強工法によれば、上記した工程を経て、本発明の改良地盤構造を得ることができる。以下、図６を参照しつつ、本発明の改良地盤構造について説明する。

図６は、本発明の改良地盤構造５０を概略的に示す図である。（ａ）が上面図、（ｂ）が（ａ）に示した破線部分を含む鉛直方向の断面図である。なお、（ａ）では、下方に備えられたものが透けて見えるように示している。図１〜５と同様の構成のものには同符号を付し、適宜、説明を省略する。

本発明の改良地盤構造５０は、複数の地盤改良杭３、３、３と、地盤改良杭３、３、３の上に設置された荷重伝達板２、２、２と、複数の荷重伝達板２、２、２の上面に接するように設置されたマットレス状の構造物１とを備えている。そして、改良地盤構造５０の上には、図６に示すように、建築構造物の基礎４０及び柱３０を設置、建設することができる。

改良地盤構造５０上に建築構造物が建築されることによって、基礎４０及び柱３０を介して改良地盤構造５０に鉛直方向に荷重が負荷される。改良地盤構造５０に備えられるマットレス状の構造物１は、上から荷重を負荷されると剪断抵抗を発揮させて耐えることができるので、地盤の補強に貢献することができる。また、マットレス状の構造物１の下方に地盤改良杭３が備えられていることによって、マットレス状の構造物１の上から負荷された荷重を地盤改良杭３へと伝えることができるため、改良地盤構造５０はより大きな鉛直方向の荷重に耐えることができる。さらに、マットレス状の構造物１と地盤改良杭３との間に荷重伝達板２が備えられていることによって、改良地盤構造５０はより大きな鉛直方向の荷重に耐えることができるとともに、水平方向の荷重に対しても耐えることができる。以下に、荷重伝達板２が備えられていることによって得られる効果について、より詳細に説明する。

地盤改良杭３の上に直接連結させてマットレス状の構造物１を設置した場合、マットレス状の構造物１と地盤改良杭３との接触面の面積は、地盤改良杭３の水平方向の断面積以下の小さな面積になる。そのため、マットレス状の構造物１の上から鉛直方向下向きに大きな荷重が負荷されると、該荷重が局所的に集中し、地盤改良杭３がマットレス状の構造物１を突き刺すことでマットレス状の構造物１を破損させる虞がある。改良地盤構造５０では、マットレス状の構造物１と地盤改良杭３との間に荷重伝達板２を介在させることによって、マットレス状の構造物１と地盤改良杭３との間で働く応力を分散させることができるため、マットレス状の構造物１の破損を防止することができる。したがって、改良地盤構造５０は、荷重伝達板２を備えることによって、より大きな鉛直方向の荷重に耐えることができる。

また、地盤改良杭３の上に直接連結させてマットレス状の構造物１を設置した場合、地震などによって水平方向の荷重が負荷されると、マットレス状の構造物１の振動は地盤改良杭３に伝えられる。しかし、水平方向の荷重が負荷された際のマットレス状の構造物１の振動周期と地盤改良杭３の振動周期とは異なるため、マットレス状の構造物１の振動が地盤改良杭３へと伝えられてしまうと、地盤改良杭３に余計な負荷がかかり、地盤改良杭３が折れてしまう虞がある。改良地盤構造５０では、マットレス状の構造物１と地盤改良杭３との間に荷重伝達板２を介在させることによって、マットレス状の構造物１から地盤改良杭３へと水平方向の荷重（振動）が伝達し難くなるため、水平方向の荷重に対しても高強度を有する。なお、マットレス状の構造物１と地盤改良杭３との間での水平方向の荷重の伝達のし難さは、マットレス状の構造物１と荷重伝達板２との間で働く摩擦力の大きさなどによる。このように、改良地盤構造５０は水平方向の荷重に対しても耐えることができるため、上記したように地盤改良杭３として既存の杭を有効利用することができる。

これまでの本発明の説明では、マットレス状の構造物の下方に荷重伝達板及び地盤改良杭がそれぞれ３つずつ備えられる形態を例示して説明したが、これらの数は特に限定されるのもではない。また、これまでの本発明の説明では、マットレス状の構造物と１本の地盤改良杭との間に１枚の荷重伝達板が設置される形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。マットレス状の構造物と１本の地盤改良杭との間で、荷重伝達板を鉛直方向に複数枚設置することによって、マットレス状の構造物と地盤改良杭との間で水平方向の荷重の伝達をより伝わり難くすることができる。

以上、現時点において最も実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う地盤補強工法及び改良地盤構造もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

本発明の地盤補強工法における過程の一部を概略的に示す上面図及び断面図である。 本発明の地盤補強工法における過程の一部を概略的に示す上面図及び断面図である。 本発明の地盤補強工法における過程の一部を概略的に示す上面図及び断面図である。 本発明の地盤補強工法における過程の一部を概略的に示す上面図及び断面図である。 本発明の地盤補強工法における過程の一部を概略的に示す上面図及び断面図である。 本発明の改良地盤構造を概略的に示す上面図及び断面図である。

符号の説明

１ マットレス状の構造物
２ 荷重伝達板
３ 地盤改良杭
１０ａ 上面が開放された枠体
１０ｂ 枠体
１１ 底面
１２ 側面
１３ 上面
２０ 中詰材
３０ 柱
４０ 基礎
５０ 改良地盤構造
１００ 地盤
１０１ 窪地
１０２ 木枠

Claims (2)

1. 地中に打ち込まれた複数の地盤改良杭のそれぞれの上に、前記地盤改良杭の水平方向断面より広い面積を有するとともに剛性を有する荷重伝達板を設置する、荷重伝達板設置工程と、
   ジオテキスタイルで構成された略直方体状の枠体内に中詰材が充填されてなるマットレス状の構造物を、複数の前記荷重伝達板の上に設置する、マットレス設置工程と、を備える地盤補強工法。
2. 地中に打ち込まれた複数の地盤改良杭と、該地盤改良杭の上に設置され、該地盤改良杭の水平方向断面より広い面積を有するとともに剛性を有する荷重伝達板と、複数の該荷重伝達板の上に設置され、ジオテキスタイルで構成された略直方体状の枠体内に中詰材が充填されてなるマットレス状の構造物と、を備える改良地盤構造。

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