JP2014141812A - 地盤改良方法、地盤改良構造 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで地盤を改良できる地盤改良方法および地盤改良構造を提供する。
【解決手段】既存建物１０の各基礎杭１１の周囲の、液状化の恐れがある軟弱な対象層１１０の地盤に、固化材２１を用いて地盤を固化した固化体による地盤改良体１を複数形成し、地盤改良構造２００とする。地盤改良体１は、柱部１ａと複数の板状の層１ｂからなり、各層１ｂが所定のピッチで螺旋状に連続する。地盤改良体１は、剛性の高い層１ｂの間で対象層１１０の地盤を挟むサンドイッチ構造により該地盤のせん断変形を抑制する。結果、複数の地盤改良体１で囲まれた領域のせん断変形が抑制され、これにより地盤の液状化が防がれて耐震性能の高い構造となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤改良を行う地盤改良方法および地盤改良構造に関する。

既存建物の耐震性を向上させるには、基礎杭を増設したり、補強の為の構造部材を新設する方法がある。しかし、基礎杭を増設するには建物の基礎マットを撤去して施工する必要があるので建物内の空間にて大型の重機等を稼働させるなど大掛かりな工事となり、また、構造部材を新設する方法も既存建物の周囲に施工空間が確保できることが前提になるので、都市部などでは施工が難しい。

既存建物の耐震性を向上させるためには地盤改良を行うことも有効であり、杭周地盤に地盤を固化する薬剤やセメント系の固化材を注入する注入工法を用いたり、混合撹拌工法により改良地盤を杭周に造成したりすることができる（特許文献１〜５参照）。

しかし、注入工法の場合は、地盤中の改良領域の制御や、長期に渡る改良効果の持続性の確認が難しいなどの問題がある。他方、混合撹拌工法で改良地盤を杭周に造成する工法としては、機械的深層混合撹拌工法や高圧噴射式撹拌工法などがある。ただし、機械的深層混合撹拌工法は、杭を増設する場合と同様、大掛かりな重機等が必要になる。

高圧噴射式撹拌工法は、高圧で噴射された固化材等の液体の噴射エネルギーを利用して所定領域の地盤を切削するとともに、生じた空間で固化材と土砂等を混合撹拌することで円柱状の固化体を造成する方法である。高圧噴射式撹拌工法は、既存建物の基礎マットに施工機械のロッドが貫入できるボーリング孔があればコンパクトな機械で施工できるので、施工空間に制限があっても施工が容易である。

特開２０１２−１４４９５４号公報 特許第３４２９５０５号 特開２００１−３４２６３７号公報 特開２００３−１５５７５２号公報 特開２００５−２３６７０号公報

しかしながら、高圧噴射式撹拌工法は、機械的深層混合撹拌工法に比べコストが高いので、既存建物の耐震性を向上できる経済性の高い工法の開発が求められている。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、低コストで地盤を改良できる地盤改良方法および地盤改良構造を提供することである。

前述した目的を達成するための第１の発明は、地盤を固化した固化体による板状の層を鉛直方向に間隔を空けて複数配置した地盤改良体を、平面上構造体の周囲にある地盤に形成し、前記層間に挟まれた地盤のせん断変形を抑制することを特徴とする地盤改良方法である。

こうして固化体による板状の層を鉛直方向に間隔を空けて複数配置した地盤改良体を、構造体の周囲に形成すると、剛性の高い層の間に地盤を挟み込み一体化するサンドイッチ構造により、この地盤のせん断変形が抑制される。これにより地盤の液状化が防がれて耐震性能の高い構造となる。また、地盤の全面改良を行う場合に比べて使用する固化材の量も少なく、地盤の耐震化を低コストで実現することができる。

前記地盤改良体を複数形成することにより、複数の前記地盤改良体で囲まれた領域の地盤のせん断変形を抑制することが望ましい。
各地盤改良体の位置にて上記のようにせん断変形が抑制される結果、地盤改良体で囲まれた領域のせん断変形も抑制でき、広範囲の地盤の耐震性を効率よく向上できる。

前記地盤改良体は、前記構造体に接触しない位置に形成してもよいし、前記構造体に接触するように形成してもよい。
地盤改良体は、層間に地盤を挟むサンドイッチ構造によりそれ自体でせん断変形の抑制効果を発揮するので、前者のように構造体から離して配置しても上記の耐震効果が得られ、地盤改良を行う領域に応じて地盤改良体の配置を自由に定めることができる。また、後者の場合では、構造体の剛性も地盤のせん断変形の抑制に寄与し、より大きな耐震効果が得られる。

地盤に挿入したノズル部から側方の地盤へ固化材を回転噴射すると同時に前記ノズル部を引き上げ、これにより前記層が螺旋状に連続するように形成されることが望ましい。
このようにすると、従来の高圧噴射式撹拌工法で地盤改良体を形成する場合に比べ固化材の量も少なく済み、低コストで地盤改良体を形成できる。

地盤に横方向に挿入したノズル部から固化材を地盤へ噴射することで、前記層が形成されることが望ましい。
自在ボーリング等により地盤に横方向に挿入したノズル部から固化材を噴射することでも地盤改良体は形成できる。この場合、地盤改良体の形状や配置の自由度が高まり、構造体の配置および形状や地盤特性等に応じた地盤改良体の設計が容易である。

第２の発明は、地盤を固化した固化体による板状の層を鉛直方向に間隔を空けて複数配置した地盤改良体が、平面上構造体の周囲にある地盤に形成されてなり、前記層間に挟まれた地盤のせん断変形を抑制することを特徴とする地盤改良構造である。

第２の発明の地盤改良構造では、前記地盤改良体が複数形成され、複数の前記地盤改良体で囲まれた領域の地盤のせん断変形を抑制することが望ましい。
また、前記地盤改良体が、前記構造体に接触しない位置に形成されてもよいし、前記構造体に接触するように形成されてもよい。
さらに、前記層が、螺旋状に形成されてもよい。

本発明によれば、低コストで地盤を改良できる地盤改良方法および地盤改良構造を提供することができる。

地盤改良構造２００を示す図 地盤改良体１を示す図 地盤改良体１によるせん断変形の抑制について説明する図 地盤改良方法を示す図 地盤改良方法を示す図 地盤改良方法を示す図 地盤改良体１の配置例を示す図 地盤改良体１の配置例を示す図 地盤改良構造２００ａを示す図 地盤改良体１７０を示す図 地盤改良方法を示す図 地盤改良体１７０の配置例を示す図 地盤改良体１７０の例を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
（１．地盤改良構造２００）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る地盤改良構造２００を示す図である。図１（ａ）は地盤改良構造２００を鉛直方向に沿って示す図であり、図１（ｂ）は、地盤改良構造２００の平面を示す図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態では、既存建物１０が、支持層１２０に達する複数の基礎杭１１によって地盤１００に支持される。基礎杭１１の途中には、液状化の可能性がある軟弱な対象層１１０が存在する。本実施形態の地盤改良構造２００は、この対象層１１０を地盤改良し耐震性を向上するために形成される。

図１（ｂ）に示すように、地盤改良構造２００は、各基礎杭１１（構造体）を囲むように、地盤改良体１を平面上基礎杭１１の周囲に複数配置して形成される。本実施形態では、６本ずつ３列に並んだ基礎杭１１のそれぞれを囲むように３つの地盤改良体１を設けている。地盤改良体１は、基礎杭１１から若干離して接触しないように設けられる。

図２は地盤改良体１の鉛直方向の一部を示す図である。地盤改良体１は、固化材を用いて対象層１１０の地盤を固化した固化体により形成され、柱部１ａおよび複数の板状の層１ｂを有する。なお、使用する固化材は地盤を固化し改良できるものであれば特に限定されることはなく、セメントミルクやその他の薬剤等を使用することができる。

各層１ｂは柱部１ａを軸として螺旋状に連続するように形成されており、鉛直方向に沿って見ると、各層１ｂが所定の間隔を空けて複数配置されている。なお、層１ｂの平面の直径は、例えば数ｍ程度である。

図３（ａ）は、図２の範囲Ａについて、地震時等で対象層１１０にせん断変形が生じた状態を模式的に示す図である。なお、図３（ｂ）は地盤改良体１が無いケースを比較のために示す図である。

本実施形態では、剛性の高い固化体による層１ｂが対象層１１０の地盤に付着しつつ、層１ｂの間に該地盤を挟んだ構成となる。このようなサンドイッチ構造によって、対象層１１０のせん断変形による変位Ｌ１は、図３（ｂ）に示す地盤改良体１が無いケースの変位Ｌ２に比べ低下する。

液状化を発生させる地盤内の水圧の増加は、地盤の繰り返しせん断変形によって発生することから、上記のようにせん断変形を小さくすることによって対象層１１０の液状化の発生を防いで耐震性が向上する。

さらに、地盤改良体１の形成位置で地盤のせん断変形が生じないことから、複数の地盤改良体１で挟まれた対象層１１０の地盤でもせん断変形が抑制され、結果として複数の地盤改良体１で囲まれた領域全体のせん断変形が抑制され、液状化しない耐震化地盤となる。

（２．地盤改良構造２００の形成方法）
次に、図４〜６を参照して地盤改良構造２００の形成方法について説明する。本実施形態では、高圧噴射式撹拌工法で地盤改良体１を形成する。

高圧噴射式撹拌工法で地盤改良体１を形成するには、まず図４に示すように、既存建物１０内で工事を行い、基礎マットから削孔を行い、対象層１１０の下端部に達するボーリング孔１０１を地盤１００に形成する。

次いで、図５（ａ）に示すようにボーリング孔１０１にロッド２０を挿入し、図５（ｂ）に示すように、ロッド２０の先端にあるノズル部２０ａを回転させながら、固化材２１等を高圧でジェット噴射する。こうしてジェット噴流により対象層１１０の側方の地盤を切削しつつ固化材２１と混合して撹拌する。これと同時に、矢印Ｂに示すようにノズル部２０ａを引き上げる。すると、ジェット噴射の軌跡２２は螺旋状に上昇してゆく。

通常の高圧噴射式撹拌工法ではノズル部２０ａを徐々に引き上げ、円柱状の固化体を形成するが、本実施形態では、ノズル部２０ａの上昇速度が大きな値となるように制御する。すると、図６に示すように、前記の図２等で説明した地盤改良体１が、固化体によって形成される。なお、地盤改良体１の柱部１ａ（図２参照）はボーリング孔１０１にあたる位置に形成される。

各基礎杭１１の周囲でこのようにして複数の地盤改良体１を形成すると、図１に示す地盤改良構造２００が形成され、対象層１１０の地盤改良がおこなわれる。

以上説明したように、本実施形態では、固化体による板状の層１ｂを鉛直方向に間隔を空けて複数配置した地盤改良体１を、基礎杭１１の周囲の対象層１１０に形成する。すると、剛性の高い層１ｂ間で地盤を挟み込み一体化するサンドイッチ構造により、該地盤のせん断変形が抑制される。これにより地盤の液状化が防がれて耐震性能の高い構造となる。また、地盤の全面改良を行う場合に比べて使用する固化材の量も少なく、地盤の耐震化を低コストで実現することができる。

さらに、本実施形態では地盤改良体１を複数形成するので、各地盤改良体１の位置にて上記のようにせん断変形が抑制される結果、地盤改良体１で囲まれた領域のせん断変形も抑制でき、広範囲の地盤の耐震性を効率よく向上できる。

さらに、本実施形態では高圧噴射式撹拌工法を用いて地盤改良体１を形成するが、板状の層１ｂが螺旋状に連続するように地盤改良体１を形成するので、円柱状の改良体を形成する従来の方法と比べて固化材の量が少なく低コストであり、施工時間も短くなる。

なお、必要な耐震性能を満たすために、地盤改良構造２００に加えて基礎杭１１を増設したり、耐震用の構造部材を新設することも可能である。この場合であっても、必要な基礎杭あるいは構造部材の数量は地盤改良構造２００を設けない場合に比べ低減され、施工規模も小さくなるので、大幅なコスト減が図れる。

また、本実施形態では、地盤改良体１を各基礎杭１１の周囲に設けているが、地盤改良体１の配置はこれに限ることはない。例えば、図７（ａ）に示すように、複数の基礎杭１１による杭群の周囲に配置してもよい。さらに、地盤改良体１は基礎杭１１の周囲に設けるものに限らず、図７（ｂ）に示すように既存建物１０の直接基礎１２（構造体）の周囲に設けてもよい。地盤改良体１は、層１ｂの間に地盤を挟むサンドイッチ構造によりそれ自体でせん断変形の抑制効果を発揮するので、構造体から離して配置しても耐震効果が得られ、地盤改良を行う領域に応じて地盤改良体１の配置を自由に定めることができる。

ただし、地盤改良体１は構造体に接するように設けることも可能である。図８（ａ）は地盤改良体１を基礎杭１１に接するように設けた例である。この場合は地盤改良体１と基礎杭１１が密着し基礎杭１１の剛性もせん断変形の抑制に寄与するので、耐震性能が高まる。

あるいは、地盤改良体１は新設の基礎杭１１に対し適用することも可能で、この場合では、図８（ｂ）に示すように、基礎杭１１が地盤改良体１の中心部に設けられていてもよい。このケースでは、先に地盤改良体１を地盤に形成した後、その中心部に基礎杭１１を構築する。

その他、本実施形態では地盤改良体１を高圧噴射式撹拌工法により形成したが、地盤改良体はその他の工法によって形成することも可能であり、この場合、地盤改良体の形状は様々に定めることができる。以下、地盤改良体の形状が異なる例を、第２の実施形態として説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と異なる点について主に説明し、同様の点については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。

［第２の実施形態］
第２の実施形態の地盤改良構造２００ａを図９に示す。図９（ａ）は地盤改良構造２００ａを鉛直方向に沿って示す図であり、図９（ｂ）は、地盤改良構造２００ａの平面を示す図である。また、図１０は地盤改良構造２００ａに用いられる地盤改良体１７０を示す図であり、左図が長辺方向、右図が短辺方向を見た図である。

図９、図１０に示すように、この地盤改良構造２００ａは、複数の基礎杭１１による杭群の周囲を囲むように、地盤改良体１７０を複数配置して構成されたものである。地盤改良体１７０は、長尺の矩形平面を有する板状の層１ｃを、鉛直方向に間隔を空けて複数配置して形成される。

この地盤改良体１７０を形成するには、例えば図１１（ａ）に示すように、特開２００４−０６０２４３号公報に示されるような自在ボーリングマシン（不図示）を用いてボーリング孔３１を対象層１１０内に横方向に形成する。そして、図１１（ｂ）に示すように、ボーリング孔３１に挿入した可とう性の薬液注入管３２の先端のノズル部３２ａから側方の対象層１１０へ固化材２１等を噴出することによって層１ｃを形成する。

これを、図１１（ａ）に示すようにボーリング孔３１を形成する深さを変化させつつ繰り返し、鉛直方向に所定の間隔で複数の層１ｃを形成すれば、地盤改良体１７０が形成できる。

この第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、第２の実施形態では対象層１１０の地盤に横方向に挿入したノズル部３２ａを用いて地盤改良を行うので、地盤改良体１７０の形状や配置の自由度が高まり、構造体の配置および形状や地盤特性に応じた地盤改良体１７０の設計が容易である。

例えば、本実施形態では複数の基礎杭１１による杭群の周囲に地盤改良体１７０を形成したが、これに限らず、図１２（ａ）に示すように、杭群の周囲に加え基礎杭１１の列間に地盤改良体１７０を設けたり、図１２（ｂ）に示すように既存建物１０の直接基礎１２の周囲に設けてもよい。

あるいは、図１２（ｃ）に示すように、既存建物１０（構造体）の平面位置を囲むように、既存建物１０の下にある地盤にて地盤改良体１７０を設けることも可能である。また、図１２（ｄ）に示すように、既存建物１０の周囲に加え、直下の地盤に地盤改良体１７０を形成することも可能である。

さらに、地盤改良体１７０の形状も様々に定めることができ、例えば、図１３（ａ）に示すように、層１ｃを、水平方向に対して傾斜させて形成することも可能であるし、図１３（ｂ）に示すように、層１ｃを、長辺方向では屈曲した形状としつつ、短辺方向では傾斜方向を交互に異ならせ端部にて連続させることも可能である。

このような地盤改良体１７０は、ノズル部３２ａからの固化材２１の噴出方向等を設定することで層１ｃの形状や配置を定め、形成することができる。例えば図１３（ｂ）に示す地盤改良体１７０は、ノズル部３２ａとして斜め方向の上下に固化材２１を同時に噴出するものを用いれば、より簡単に形成することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１７０：地盤改良体
１ａ：柱部
１ｂ、１ｃ：層
１０：既存建物
１１：基礎杭
２０：ロッド
２０ａ、３２ａ：ノズル部
２１：固化材
３１、１０１：ボーリング孔
３２：薬液注入管
１００：地盤
１１０：対象層
１２０：支持層
２００、２００ａ：地盤改良構造

Claims (11)

1. 地盤を固化した固化体による板状の層を鉛直方向に間隔を空けて複数配置した地盤改良体を、平面上構造体の周囲にある地盤に形成し、前記層間に挟まれた地盤のせん断変形を抑制することを特徴とする地盤改良方法。
2. 前記地盤改良体を複数形成することにより、複数の前記地盤改良体で囲まれた領域の地盤のせん断変形を抑制することを特徴とする請求項１記載の地盤改良方法。
3. 前記地盤改良体を、前記構造体に接触しない位置に形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地盤改良方法。
4. 前記地盤改良体を、前記構造体に接触するように形成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の地盤改良方法。
5. 地盤に挿入したノズル部から側方の地盤へ固化材を回転噴射すると同時に前記ノズル部を引き上げ、これにより前記層が螺旋状に連続するように形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の地盤改良方法。
6. 地盤に横方向に挿入したノズル部から固化材を地盤へ噴射することで、前記層が形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の地盤改良方法。
7. 地盤を固化した固化体による板状の層を鉛直方向に間隔を空けて複数配置した地盤改良体が、平面上構造体の周囲にある地盤に形成されてなり、
   前記層間に挟まれた地盤のせん断変形を抑制することを特徴とする地盤改良構造。
8. 前記地盤改良体が複数形成され、複数の前記地盤改良体で囲まれた領域の地盤のせん断変形を抑制することを特徴とする請求項７記載の地盤改良構造。
9. 前記地盤改良体が、前記構造体に接触しない位置に形成されたことを特徴とする請求項７または請求項８記載の地盤改良構造。
10. 前記地盤改良体が、前記構造体に接触するように形成されたことを特徴とする請求項７または請求項８記載の地盤改良構造。
11. 前記層が螺旋状に連続するように形成されたことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の地盤改良構造。

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