JP2014169561A - 木杭を使用した地盤強化工法 - Google Patents

Abstract

【課題】
地盤が、建物や土木建築物の基礎地盤として十分な支持力を有し、安定化させるとともに、地盤のせん断抵抗力を増加させることができる、木杭を使用した地盤強化工法を提供する。
【解決手段】
本発明の木杭を使用した地盤強化工法は、地表面から地盤中の地下水位変動領域の最下部までの土壌中に地盤改良材が混合されるように、土壌と地盤改良材とを混合し、次いで該地盤改良材が硬化する前に、木杭を該地盤に圧入して、該木杭の一端が、該地盤改良材が混合された地下水位変動領域の最上部よりも上に位置するようにし、該木杭の他端が、該地盤改良材が混合された地盤よりも下に位置するように打設する。
【選択図】図２

Description

本発明は、木杭を使用した地盤強化工法に関し、より詳細には、木杭を地盤に圧入して、地盤のせん断抵抗力を高めて基礎地盤を安定させる、建築基礎や土木基礎等に用いる、木杭を使用した地盤強化工法に関する。

従来より、木杭は戸建住宅等の小さい建物等の基礎地地盤等の強化に使用されている。
この場合、地中には地下水等の水分が存在しているため、地下水位より上の部分は木杭が腐朽してしまうことがしばしば発生し、長期間にわたる使用が困難となり、支持力の低下は避けられない。

さらに、木材のみを杭として使用する場合、地盤の表層近傍の地中には酸素が存在することから、白蟻等の虫害も発生し、杭としての効果を失い、支持力が激減する。
木杭が腐朽すると、構造部材としての強度低下を招くため、対策が必要である。

一方、地下水位以下に埋設された木杭は、長期間にわたり腐朽せずに健全性が保持されるため、建築基準法施工令においては、建築物の基礎に木杭を使用する場合、その木杭は平屋建ての木造建築に使用する場合を除き、常に水面下にあるようにしなければならないと規定している。

特許第４４５９１７３号公報（特許文献１）には、砂やシルトのような軟弱な地盤を改良するための地盤改良用木杭であって、老齢化した伐採木材からなりカーボンストック用丸太の側面に軸方向のキズをつけて気中に放置し乾燥収縮させることにより広がった前記キズを排水溝とし、この排水溝にドレーン材を充填したことを特徴とする地盤改良用木杭が開示され、該木杭を砂やシルトのような軟弱な地盤に打設する、カーボンストック方法が開示されている。

しかし、上記従来の木杭には、木杭自体に特に腐食対策が施されていないため、やはり地下水位より浅い部分は腐食するため、地盤改良用の木杭として長期の耐久性が期待できない。

特開２０１２−９７４６２号公報（特許文献２）には、木杭を鉛直に打設して、前記木杭の頭部上面が地盤表面または掘り下げられた地盤表面を越えるまで下げる段階と、砂礫が充填された土質パックを前記木杭の上部に投入し、前記土質パックの上から突き固めまたは振動圧入または静的圧入による押し下げを行い、前記土質パックの投入と押し下げを繰り返し、前記木杭の頭部上面が軟弱地盤の地下水位より下側の位置となるまで押し下げる段階と、前記木杭の上部に積み上げられた前記土質パックの最上面が、地盤表面または掘り下げられた地盤表面と段差のない状態とする段階とが備えられる、木杭の打設工法が開示されている。

しかし、上記従来の木杭の打設工法においては、排水性を有した木杭を地下水位より深く圧入し、その上部分の液状化防止対策として砂礫あるいはそれをパック化したものを打設することとしているが、砂礫を打設するために要する時間は長く、また高度な施工精度とともに熟練の技術が要求され、現場で容易に施工することが難しい。

また、木杭の表面に腐食防止のために、銅あるいは亜鉛の化合物等よりなる防腐剤を塗布・含浸させることがあるが、これらの銅あるいは亜鉛の化合物等には毒性がないとはいえない。

地震時に発生する地盤の液状化は、表層に近い部分ほど生じやすく、木杭の圧入では、地盤の表層に近い部分の締固め効果が上方向に逃げてしまうため、地盤の表層近傍は十分に締め固めることが困難である、
従って、木杭の圧入では、地盤の表層部分の液状化を防止することができず、一旦、液状化が発生すると、周辺の地盤まで液状化が波及してしまうという問題がある。

特許第４４５９１７３号公報 特開２０１２−９７４６２号公報

本発明は、上記問題を解決し、地盤が、建物や土木建築物の基礎地盤として十分な支持力を有し、安定化させるとともに、地盤のせん断抵抗力を増加させることができる、木杭を使用した地盤強化工法を提供することにある。

本発明者らは、地盤の表層部分に地盤改良材を混合し、次いで該改良材が硬化する前に、木杭を該地盤に圧入することにより、上記課題を解決することができることを見出し、本発明に至った。
具体的には、本発明の木杭を使用した地盤改良工法は、地表から、少なくとも地盤中の地下水位変動領域の最下部までの地盤中に地盤改良材が混合されるように、地盤と地盤改良材とを混合し、次いで該地盤改良材が硬化する前に、木杭を該地盤に圧入して、該木杭の一端が、該地盤改良材が混合された地下水位変動領域の最上部よりも上に位置するようにし、該木杭の他端が、該地盤改良材が混合された地盤よりも下に位置するように打設することを特徴とする、木杭を使用した地盤強化工法である。

好適には、上記本発明の木杭を使用した地盤強化工法において、地盤と地盤改良材との混合は、表層改良工法、深層混合処理方法又は薬液注入方法により実施することを特徴とする。
更に好適には、上記本発明の木杭を使用した地盤強化工法において、該木杭の打設間隔は、該木杭の直径の１０倍以内とすることを特徴とする。
また更に好適には、上記本発明の木杭を使用した地盤強化工法において、木杭を地盤に打設して該地盤改良材が固化した後、更に地表面を転圧・整正することを特徴とする。

本発明の木杭を使用した地盤強化工法を適用した地盤は、建物や土木建築物の基礎地盤として十分な支持力を有することができ、地盤の安定化が図れ、地盤のせん断抵抗力を増加させることができる。
その結果、地盤全体のせん断抵抗が増加して、地震時に発生する液状化等の被害を、表層部分も含めて抑制することが可能となる、
さらに、本発明の木杭を使用した地盤強化工法においては、地盤強化に木杭として間伐材等を用いることができ、したがって木材資源の有効利用を図ることが可能となる。

本発明の木杭を使用した地盤強化工法の施工手順を示す説明図である。 本発明の木杭を使用した地盤強化工法の施工の一例を示す概略断面図である。 本発明の木杭を使用した地盤強化工法の施工の他の一例を示す概略断面図である。

本発明を、図面を参照しながら以下の好適例により説明するが、これらに限定されるものではない。
本発明の木杭を用いた地盤強化工法は、地盤の表層部分に地盤改良材を混合し、次いで該改良材が硬化する前に、木杭を該地盤に圧入する、地盤強化工法である。
具体的には、本発明の木杭を使用した地盤改良工法は、地表から、少なくとも地盤中の地下水位変動領域の最下部までの地盤中に地盤改良材が混合されるように、地盤と地盤改良材とを混合し、次いで該地盤改良材が硬化する前に、木杭を該地盤に圧入して、該木杭の一端が、該地盤改良材が混合された地下水位変動領域の最上部よりも上に位置するようにし、該木杭の他端が、該地盤改良材が混合された地盤よりも下に位置するように打設する。

従来は、木杭を地中に打ち込んだ場合、地下水位以上の木杭部分は腐食しやすく、長期間の耐久性が期待できなかったが、本発明の上記工法を適用することで、地下水位以上の部分は化学的安定処理工法により改良された地盤で保護されるため、木杭は腐食しない。

また、木杭は木材であるので、従来は白蟻等により虫害が起こり、支持力を保持することができなくなっていたが、本発明の上記工法を適用することで、杭頭部の周囲は化学的安定化処理工法により改良された地盤であるため硬く、虫類が侵入することができなくなり、虫害を受けることがない。

更に、木杭による地盤の液状化の防止に関しては、従来は表層地盤の液状化を有効に防止することができなかったが、本発明の上記工法を適用することで、表層部分の液状化も防止することが可能となる。

図１は、本発明により木杭を使用した地盤強化工法の施工手順を説明した図である。
まず、図１（a）に示すように、地盤強化の対象となる地盤の土壌と、地盤改良材とを撹拌混合する。
このようにして地盤改良材と地盤とを混合して造成した化学的安定処理地盤内に、地下水位変動領域が含まれるように、かかる化学的安定処理地盤を造成する（図１（ｂ））。

地盤改良材と地盤との混合は、公知の任意の混合方法によって実施することができ、例えば、表層改良工法、深層混合処理方法又は薬液注入方法を適用して実施することが可能である。
表層改良工法は、対象となる地盤全体の土壌と地盤改良材とを混合するものであり、現場で混合されることも、また予め土壌を地盤改良材と混合し、該混合土壌を埋め戻したり、敷均したりしてもよい（図２）。
深層混合処理方法は、対象となる地盤にドリル等で掘削をしながら、ドリルで掘削した箇所に、セメント等の薬剤を注入する方法である（図３）。
また薬液注入方法は、例えばセメントミルクを地表面から注いで、該土壌中にセメントミルク等を浸透させる方法である。

地盤強化の対象となる地盤は、建築構造物・土木構造物の基礎地盤となるものや、地震等による地盤の液状化の抑制を所望する地盤も対象となる。

地盤改良材としては、特に限定されず、セメント、セメント系固化材、石灰等の軟弱地盤等に用いられている任意の地盤改良材料を用いることができる。
また該地盤改良材の使用形態は、特に限定されず、粉末状のものでも、スラリー状のものでも用いることができる。

また、地表面から、少なくとも地盤中の地下水位変動領域の最下部までの土壌中に、好ましくは地下水位変動領域の最下部より下に位置する土壌中に地盤改良材が混合されるように、土壌と地盤改良材とを混合する（図２及び図３）。
このように土壌と地盤改良材とを混合した化学的安定処理地盤を造成することにより、土壌中に打設する木杭の腐敗を防止することができるとともに、白蟻等の虫害を抑制することが可能となる。
また木杭に薬剤等を塗布する必要がないので、健康被害を誘発することもない。
さらに、木杭の圧入だけでは防止することが困難な地盤表層部分の液状化が、本発明における化学的安定処理による地盤強化により有効に防止することができる。

このようにして地盤改良材を用いた化学的安定化処理（表層改良工法、深層混合処理方法又は薬液注入方法）を施された土壌が硬化する前に、該土壌中に木杭を打設する（図１（ｃ），（ｄ））。
土壌が硬化する前に木杭を打設することにより、容易に地盤中に木杭を圧入することができる。
木杭として間伐材等を用いることができ、したがって木材資源の有効利用を図ることも可能となる。

木杭の地盤への圧入は、振動圧入、静的圧入若しくは回転慣入等の方法を適用して打設することができる。
該木杭の圧入は、打設する木杭の一端が、該地盤改良材が混合された地下水位変動領域地盤の最上部よりも上に位置するようにし、該木杭の他端が、該地盤改良材が混合された地盤よりも下に位置となるように打設する。

地盤中の地下水位以上の木杭部分は、従来は腐食や虫害等に劣化することがあったが、本発明ではその部分を地盤改良材で保護することで、木杭の腐食や虫害等による劣化を防止することができる。
また、木杭を圧入する際には、予め木杭の直径より小さい孔を杭打設位置に穿孔していてもよい。

また木杭の打設間隔は地盤の密度を増加させるため、木杭直径の１０倍以内の間隔であって一定間隔とすることが望ましい。
木杭を緩い砂地盤等に圧入打設することにより、杭の周辺は杭の体積分だけ地盤が横方向に締め固められる。従って、上記のような位置に木杭を打設することで、杭間の地盤が更に締め固められ、その結果地盤全体のせん断抵抗が増加し、地震時に発生する液状化等の被害を抑制することができる。

必要に応じて、木杭を地盤に打設して該地盤改良材が固化した後、更に地表面を転圧・整正してもよい（図１（ｅ））。
本発明の木杭を使用した地盤強化工法により、従来腐食や虫害を受けていた杭の地下水位より上の部分は、地盤が硬くなるため虫の侵入を防ぐことができ、木杭が仮に腐食しても周辺地盤が固化しているため、建築物等の建造物の上載圧力を周辺地盤が支えることができることとなるので、地盤の支持力の低下を防止することができる。

（実施例１）
図２に、化学的安定処理として例えばセメント系固化剤を用いた表層改良工法を例示する。
まず、地盤中の地下水位変動領域以下までセメント系固化剤と土壌とを混合し、セメント安定処理地盤を造成した。
なお、造成したセメント安定処理地盤内に地下水位変動領域が含まれるように、セメント安定処理地盤を造成した。
次に、該セメント安定化処理地盤が硬化する前に、該地盤中に所定間隔に木杭を圧入した。
木杭の間隔は、木杭直径の１０倍以内となるように一定間隔で打設した。

この際、木杭頭部がセメント安定処理地盤内に位置し、地盤中の地下水位変動領域の最上部より上に位置するように木杭を圧入し、また木杭の末端部が、セメント安定処理地盤よりも下に位置するように木杭を圧入した。
これにより、砂地盤の場合には、セメント安定処理地盤より下部では木杭の打設の効果により、地盤の密度が増加した。
従って、木杭のみでは液状化防止が不可能な地盤表層部分において、セメント安定化処理地盤により液状化が有効に抑制することができることとなった。

（実施例２）
図３に、化学的安定処理として例えばセメント系固化剤を用いた深層混合処理工法を例示する。
まず、地盤中の地下水位変動領域以下までセメント系固化剤と土壌とを専用機械、例えばドリル等を用いて混合し、セメント安定処理地盤を造成した。この場合、通常、セメント安定処理地盤は、図３に示すように、例えば円柱状等の柱状形状となることが多い。
なお、造成したセメント安定処理地盤内に地下水位変動領域が含まれるように、セメント安定処理地盤を造成した。

木杭は、該セメント安定化処理地盤が硬化する前に、かかる柱状等のセメント安定処理地盤に対して、数本の木杭を、所定間隔に圧入した。
木杭の間隔は、木杭直径の１０倍以内となるように一定間隔で打設した。
この際、木杭頭部がセメント安定処理地盤内に位置し、地盤中の地下水位変動領域の最上部より上に位置するように木杭を圧入し、また木杭の末端部が、セメント安定処理地盤よりも下に位置するように木杭を圧入した。
これにより、砂地盤の場合には、セメント安定処理地盤より下部では木杭の打設の効果により、地盤の密度が増加した。
従って、木杭のみでは液状化防止が不可能な地下水面近傍部分において、セメント安定化処理地盤により液状化が有効に抑制することができることとなった。

本発明の木杭を使用した地盤強化工法は、軟弱地盤や液状化が考えられる地盤等に適用して、建築・土木建造物の基礎地盤とすることができる。

Claims (4)

1. 地表から、少なくとも地盤中の地下水位変動領域の最下部までの地盤中に地盤改良材が混合されるように、地盤と地盤改良材とを混合し、次いで該地盤改良材が硬化する前に、木杭を該地盤に圧入して、該木杭の一端が、該地盤改良材が混合された地下水位変動領域の最上部よりも上に位置するようにし、該木杭の他端が、該地盤改良材が混合された地盤よりも下に位置するように打設することを特徴とする、木杭を使用した地盤強化工法。
2. 請求項１記載の木杭を使用した地盤強化工法において、地盤と地盤改良材との混合は、表層改良工法、深層混合処理方法又は薬液注入方法により実施することを特徴とする、木杭を使用した地盤強化工法。
3. 請求項１又は２記載の木杭を使用した地盤改良工法において、該木杭の打設間隔は、該木杭の直径の１０倍以内とすることを特徴とする、木杭を使用した地盤強化工法。
4. 請求項１〜３いずれかの項記載の木杭を使用した地盤強化工法において、木杭を地盤に打設して該地盤改良材が固化した後、更に地表面を転圧・整正することを特徴とする、木杭を使用した地盤強化工法。

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