JP2015218562A

JP2015218562A - 地盤改良工法

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Publication number: JP2015218562A
Application number: JP2014105533A
Authority: JP
Inventors: 尋士市川; Hiroshi Ichikawa
Original assignee: P V C Co Ltd
Current assignee: P V C Co Ltd
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: JP6632792B2

Abstract

【課題】改良対象となる地盤の周辺への影響を抑制できる地盤改良工法を提供する。
【解決手段】改良対象となる改良地盤１に、鉛直ドレイン２を所定の間隔で打設し、それらの鉛直ドレイン２の上端と接続された水平ドレイン４を改良地盤１の上に配置する。次いで、鉛直ドレイン２及び水平ドレイン４が配置された改良地盤１の上を気密シートで覆う。その後、改良地盤１の周囲に複数の矢板を壁状に打ち込んで変形防止壁６を設置する。さらに、変形防止壁６の内側に変形防止壁６の内側への変形を防ぐ支持部材７を設ける。その後、水平ドレインに真空ポンプを接続して前記水平ドレイン及び鉛直ドレインを介して改良地盤の排水を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、軟弱地盤の改良に好適な地盤改良工法に関する。

軟弱地盤の改良工法の一つとして真空圧密工法がある。真空圧密工法では、軟弱地盤中に鉛直ドレインを打設し、それらの鉛直ドレインの頭部に水平ドレインを接続する。そして、これらの鉛直ドレイン、水平ドレインの上を気密シートで覆って空気が漏れないようにし、水平ドレインに接続された真空ポンプで吸引する。このようにして、気密シートの下の軟弱地盤の中の水（間隙水ともいう）を吸い出して軟弱地盤の強度増加を図る。

特開平９−１３７４４４号公報特開平１０−３３８９３９号公報特開２０１２−１１２１０３号公報

従来の真空圧密工法では、軟弱地盤の中の水の排出が進むにつれて、地盤の沈下（圧密沈下）及び水平方向の収縮（引き込み収縮）が発生する。これに伴って、改良対象とする地盤の周辺にも影響が及び、周辺地盤が改良地盤の収縮に引き込まれるように変位して、その表面に傾斜やクラックなどが発生することがある。このような周辺地盤の変位や傾斜が生じると、建物や土手や道路など構築物に悪影響が及ぶおそれがある。

そこで、本発明では、改良対象となる地盤の周辺への影響を抑制できる地盤改良工法を提供することを目的とする。

下記開示の一観点によれば、改良対象となる領域に画定された改良地盤に、鉛直ドレインを所定の間隔で打設する工程と、前記鉛直ドレインの上端と接続された水平ドレインを前記改良地盤の上に配置する工程と、前記鉛直ドレイン及び水平ドレインが配置された改良地盤の上を気密シートで覆う工程と、前記改良地盤の周囲に複数の矢板を壁状に打ち込んで変形防止壁を設置する工程と、前記変形防止壁を内側から支持して前記変形防止壁の変位を防ぐ支持部材を設ける工程と、前記水平ドレインに真空ポンプを接続して前記水平ドレイン及び鉛直ドレインを介して改良地盤の排水を行う工程と、を有する地盤改良工法が提供される。

上記観点の地盤改良工法によれば、改良地盤と周辺地盤の間に変形防止壁を形成するとともに、変形防止壁自体の変形を防ぐ支持部材を設置している。

これにより、改良地盤の変形を変形防止壁までの範囲に抑えることができ、周辺地盤の変形を防止できる。

図１（ａ）は、予備的事項に係る地盤改良工法を示す平面図であり、図１（ｂ）は予備的事項に係る地盤改良工法の問題点を示す断面図である。図２は、第１実施形態に係る地盤改良工法を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４は、図２の地盤改良工法における改良地盤の収縮を示す断面図である。図５は、第１実施形態の変形例に係る地盤改良工法を示す断面図である。図６は、第２実施形態に係る地盤改良工法を示す平面図である。図７は、図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図８は、第３実施形態に係る地盤改良工法を示す平面図である。図９は、図８のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図１０は、第４実施形態に係る地盤改良工法を示す平面図である。図１１は、図１０のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。

実施形態の説明に先立って、基礎となる予備的事項について説明する。

図１（ａ）は、予備的事項に係る地盤改良工法を示す平面図である。

図１（ａ）に示す地盤改良工法では、改良地盤９１の中に真空圧を加えることで、改良地盤９１の軟弱地盤の圧密と脱水を行う。

まず、改良地盤９１には、間隔を開けて複数の鉛直ドレイン９２を打設する。

次に、改良地盤９１の上に水平ドレイン９３を敷設し、この水平ドレイン９３と鉛直ドレイン９２とを接続する。さらに、水平ドレイン９３の一端を改良地盤９１の外側に引き出して、真空ポンプ９４に接続する。

その後、鉛直ドレイン９２及び水平ドレイン９３を覆うように、改良地盤９１の上に気密シート９５を設置する。

次に、真空ポンプ９４を作動させる。真空圧は、鉛直ドレイン９２及び水平ドレイン９３を通じて改良地盤９１に伝搬する。また、気密シート９５を通じて大気圧による力が改良地盤９１の上方から加わる。

改良地盤９１に真空圧及び大気圧による力が作用すると、改良地盤９１の内部の間隙水の排水と圧密が進み、鉛直方向の沈下（圧密沈下）及び水平方向の変形（引き込み変形）を伴いながら改良地盤９１の強度が増加する。

このとき、改良地盤９１の収縮（圧密沈下及び引き込み変形）がその周辺にもおよぶ場合がある。そのため、真空圧を作用させる地盤改良工法を道路や建物などの近くで行う場合には、周辺への影響を見積もった上で、周辺への影響を軽減する措置が必要となる。
図示のように、予備的事項に係る地盤改良工法では、周辺地盤への影響を防ぐために、改良地盤９１の周辺に鋼製の矢板を壁状に打ち込んで変形防止壁９６を形成する。この変形防止壁９６が、改良地盤９１の圧密沈下や引き込み収縮に対して抵抗することで、周辺地盤の変形を防ぐことができる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す地盤改良工法を、軟弱層が厚く堆積した改良地盤９１に適用した場合の問題点を示す断面図である。

図１（ｂ）に示すように、軟弱層が厚く堆積した改良地盤９１に対しては、より深い層まで鉛直ドレイン９２を打ち込み、地中深くまで地盤改良を行う必要がある。これにともなって、より深い地盤まで圧密沈下や引き込み収縮を起こすため、変形防止壁９６をより深い層まで打設する必要がある。この場合には、より長い鋼矢板を用いて変形防止壁９６を形成する。

ところが、長い鋼矢板による変形防止壁９６は比較的変形しやすいため、周辺地盤からの土圧Ｆによって変形防止壁９６が変形してしまう。その結果、変形防止壁９６の周辺の地盤に傾斜や沈下の影響が及んでしまうという問題が生じるおそれがある。

以下、実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図２は本実施形態に係る地盤改良工法を示す平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図２及び図３に示すように、本実施形態の地盤改良工法では、まず改良対象となる領域に画定された改良地盤１に、鉛直ドレイン２を鉛直方向に打設する。鉛直ドレイン２は、真空圧で潰れることなく水や空気などの流路を確保できる長尺な資材であればどのようなものを用いてもよい。例えば、樹脂製のパイプ内に、長尺な樹脂板で組まれた樹脂メッシュを配置し、その樹脂メッシュの間に不織布シートを詰めたものを鉛直ドレイン２として用いることができる。このような鉛直ドレイン２では、樹脂メッシュの部分が真空圧に抗して鉛直ドレイン２内に間隙を残し、その隙間の不織布シートを通じて水や空気等の流体が流れる。

この鉛直ドレイン２は、マンドレルの内部に挿入した状態で、地盤中に打ち込む。鉛直ドレイン２を打ち込む深さは、改良地盤１の中の軟弱層８１（図３参照）の厚さと同程度とすればよい。その後、鉛直ドレイン２を改良地盤１内に残したままマンドレルを引き上げる。これにより地盤中に鉛直ドレイン２が残る。

次に、鉛直ドレイン２の上端部を地盤の表面から所定の長さだけ出した状態で切断する。これにより、１つの鉛直ドレイン２の設置が完了する。

さらに、上記の鉛直ドレイン２の打設を繰り返すことで、鉛直ドレイン２を改良地盤１に縦方向及び横方向に一定の間隔を開けて複数設置する。隣接する鉛直ドレイン２の間隔は、真空圧が伝播可能な範囲で適宜設定すればよく、例えば０．７ｍ〜１ｍ間隔とすることができる。

次に、図２に示すように、改良地盤１の鉛直ドレイン２の上に水平ドレイン３を配置する。水平ドレイン３は、鉛直ドレイン２と同じ構造を有しており、この水平ドレイン３の不織布シートと鉛直ドレイン２の不織布シートの部分とを接触させる。これにより、鉛直方向の排水路と水平方向の排水路とが接続されたことになる。

次に、水平ドレイン３と直交する方向に有孔集水管４を配置し、この有孔集水管４を水平ドレイン３と接続する。この有孔集水管４は、例えば塩化ビニール樹脂よりなる可撓性のパイプであり、その側部に１０ｃｍ〜２０ｃｍ毎に直径８ｍｍ程度の孔が複数形成されている。有孔集水管４は、水平ドレイン３に集められた水や空気の流路となるとともに、側部の孔を通じて改良地盤１の上面の空気を吸い出すことで、改良地盤１に大気圧を作用させる機能を備えている。

次に、有孔集水管４の一端を、改良地盤１の外に引き出して、真空ポンプ１１に接続する。これにより、改良地盤１から真空ポンプ１１に至る鉛直方向及び水平方向の排水路が完成する。

次に、鉛直ドレイン２、水平ドレイン３及び有孔集水管４が配置された改良地盤１の上を気密シート５で覆う。気密シート５は、その周縁部を改良地盤の周りに埋め込むことで気密性を確保できる。

次に、改良地盤１の周辺の地盤への影響を防ぐために、改良地盤１の周囲を囲むように変形防止壁６を設置する。この変形防止壁６は、例えば複数の鋼矢板を隙間なく並べて鉛直方向に打ち込んで壁状に形成する。

本実施形態では、変形防止壁６の下端部の変位を防ぐべく、変形防止壁６を鉛直ドレイン２の深さよりも所定の根入れ長さＬだけ深く埋め込む。ここで、変形防止壁６の根入れ深さＬは、以下の式によって求めることができる。

上記の式においてβは特性長とも呼ばれ、長さの逆数（１／ｍ）の単位を持つパラメータであり、以下の式によって求められる。

なお、Ｅは矢板（変形防止壁６）のヤング率、Ｉは矢板（変形防止壁６）の断面２次モーメント、ｋは水平方向の地盤反力係数である。

上記のように、変形防止壁６の根入れ深さＬは、矢板の形状や軟弱層８１の条件等によって変わるが、経験的には、鉛直ドレイン２の下端よりも３ｍ〜５ｍ程度深く埋め込むことにより変形防止壁６の下端部の変位を防ぐ効果が得られる。

次に、変形防止壁６の上端部の変位を防ぐべく、変形防止壁６の改良地盤１側（以下、内側とよぶ）に支持部材７を設置する。本実施形態では、支持部材７として土嚢等の重量物を変形防止壁６に隣接して設置する。本実施形態の支持部材７は、地盤に十分な荷重を加えることができるものであればどのようなものであってもよく、例えば、盛土、コンクリート塊などを用いてもよい。

この支持部材７の荷重によって、図中の白抜き矢印に示すように、軟弱層を周囲に押し出す土圧が発生する。その結果、変形防止壁６は支持部材７の荷重に由来する土圧によって内側から支持された状態となる。

その後、真空ポンプ１１を稼働させる。

図４は、本実施形態に係る地盤改良工法を説明する断面図である。

図４に示すように、真空ポンプ１１を稼働させることで、真空ポンプ１１からの真空圧は、有孔集水管４及び水平ドレイン３へと伝搬する。改良地盤１の表面は、気密シート５によって空気の出入りが遮断された状態である。そのため、有孔集水管４及び水平ドレイン３に伝搬した真空圧は鉛直ドレイン２内に伝わり、その内部を所定の真空圧とする。
鉛直ドレイン２内部の真空圧はその周囲の地盤へと伝搬し、鉛直ドレイン２の周囲の地盤に含まれる水が鉛直ドレイン２に向かって吸い出される。そして、鉛直ドレイン２を中心にして地盤の圧密が進行して改良地盤１が収縮しつつ強度が増加する。その結果、変形防止壁６には周辺地盤から内側に向かう土圧による力Ｍが作用する。

これに対し、本実施形態では変形防止壁６が所定の根入れ深さＬだけ鉛直ドレイン２より深く埋め込まれるとともに、変形防止壁６の上端付近には支持部材７の荷重に由来する土圧が作用するため、変形防止壁６の変位を抑制できる。

以上のように、本実施形態の地盤改良工法によれば、変形防止壁６の変位を防止でき、周辺地盤への影響を抑制できる。

なお、図２では、変形防止壁６を改良地盤１の周囲を囲むように配置した例を示したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、地盤の変形の影響を抑えたい部分にのみ変形防止壁６及び支持部材７を設けてもよい。

また、変形防止壁６及び支持部材７の設置を、鉛直ドレイン２の打設に先立って行ってもよい。

さらに、図５に示すように、改良地盤１の軟弱層の直下に、比較的強度の高い層（Ｎ値が４以上）又は砂層などの収縮しにくい支持層８２がある場合には、その支持層８２にまで変形防止壁６を打ち込んでもよい。これにより、根入れ深さＬよりも浅く変形防止壁６を打ち込むだけでも下端部の変位を防止できる。

（第２実施形態）
本実施形態では、支持部材の別の例について説明する。なお、支持部材以外の構成は図２及び図３に示した地盤改良工法と同様である。以下の説明において、図２及び図３を参照しつつ説明した構成と同様の構成については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図６は、本実施形態に係る地盤改良工法を示す平面図であり、図７は図６のＢ−Ｂ線に対応する部分の断面図である。

本実施形態の地盤改良工法では、変形防止壁６の形成までは、図２及び図３に示す地盤改良工法と同じ工程を行う。本実施形態では、支持部材７の設置に代えて、図６に示すように、改良地盤１と変形防止壁６の間の地盤にセメントミルク等の凝固剤を注入して軟弱層を固めることで、変形防止壁６の内側の地盤の表面付近を支持部材８とする。

図７に示すように、支持部材８は、凝固剤によって固められており容易に変形しないため、変形防止壁６を内側から支持することで変形防止壁６の変位を防ぐことができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、支持部材の更に別の例について説明する。なお、支持部材以外の構成は、図２及び図３に示した地盤改良工法と同じである。以下の説明において、図２及び図３を参照しつつ説明した構成と同様の構成については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図８は、本実施形態に係る地盤改良工法を示す平面図である。

本実施形態では、図８に示すように、改良地盤１及び変形防止壁６までの範囲の地盤の表面付近にセメントミルクなどの凝固剤を注入して軟弱層を硬化させた支持部材９を形成する。この支持部材９の厚さは、例えば１ｍ程度とすればよい。

次に、支持部材９を貫くようにして改良地盤１に鉛直ドレイン２を打設する。

その後、表面硬化層２１が形成された改良地盤１の上に水平ドレイン３を設置して鉛直ドレイン２と接続する。さらに、水平ドレイン３と有孔集水管４とを接続するとともに、有孔集水管４を真空ポンプ１１に接続する。

次に、水平ドレイン３及び有孔集水管４が配置された改良地盤１の上を気密シート５で覆う。

次いで、改良地盤１の周辺に矢板を打設して変形防止壁６を形成する。

その後、真空ポンプ１１を稼働させて改良地盤１に真空圧を作用させる。必要に応じて改良地盤１の上に盛土を行って、改良地盤１に更なる荷重を加えてもよい。

図９は、本実施形態に係る地盤改良工法の支持部材９の作用を示す断面図である。

図９に示すように、真空圧が作用すると軟弱層８１の圧密が進み、改良地盤１が収縮する。改良地盤１の表面は硬い支持部材９に覆われているため、改良地盤１は引き込み収縮を起こすことなく圧密沈下する。また、支持部材９及び支持層８２によって変形防止壁６が支持されるため、変形防止壁６の変位を防止しできる。

このように、本実施形態の地盤改良工法によっても周辺地盤への影響を抑制できる。

（第４実施形態）
本実施形態では、支持部材の更に別の例について説明する。なお、支持部材以外の構成は、図２及び図３に示した地盤改良工法と同じである。以下の説明において、図２及び図３を参照しつつ説明した構成と同様の構成については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１０は、本実施形態に係る地盤改良工法を示す平面図であり、図１１は図１０のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。

本実施形態では、図１０に示すように、支持部材として、変形防止壁６を支持する梁１８を変形防止壁６の内側に形成する点で他の実施形態と異なる。

梁１８は、対向する変形防止壁６の間に架け渡されている。図示のように、矩形状の領域の周辺に変形防止壁６が形成されている場合には、その内側に格子状に架け渡すことが好ましい。これにより、変形防止壁６が梁１８によって内側から支持され、変形防止壁６の上端部の変位を防ぐことができる。本実施形態の梁１８には、例えばＨ形鋼材、鋼管などを用いることができる。

図１１に示すように、変形防止壁６の上端は、梁１８と接続する部分を確保するべく、地表から突出させておくことが好ましい。

梁１８は、気密シート５及び変形防止壁６を設置した後に設置する。図１０の例では、矩形状の改良地盤１の４辺に配置された変形防止壁６の内側に、梁１８を複数本、格子状に設置する。なお、梁１８の数は改良地盤１の面積に応じて適宜増減させることができる。

本実施形態では、梁１８によって変形防止壁６が内側から支持されるため、変形防止壁６の変位を防いで、周辺地盤への影響を抑制できる。

１…改良地盤、２…鉛直ドレイン、３…水平ドレイン、４…多孔集水管、５…気密シート、６…変形防止壁、７、８、９…支持部材、１１…真空ポンプ、１８…梁、８１…軟弱層、８２…支持層。

Claims

改良対象となる領域に画定された改良地盤に、鉛直ドレインを所定の間隔で打設する工程と、
前記鉛直ドレインの上端と接続された水平ドレインを前記改良地盤の上に配置する工程と、
前記鉛直ドレイン及び水平ドレインが配置された改良地盤の上を気密シートで覆う工程と、
前記改良地盤の周囲に複数の矢板を壁状に打ち込んで変形防止壁を設置する工程と、
前記変形防止壁を内側から支持して前記変形防止壁の変位を防ぐ支持部材を設ける工程と、
前記水平ドレインに真空ポンプを接続して前記水平ドレイン及び鉛直ドレインを介して改良地盤の排水を行う工程と、
を有することを特徴とする地盤改良工法。
前記支持部材は、前記変形防止壁の内側の地盤に荷重を与えることにより前記変形防止壁の内側の地盤に外向きの応力を発生させることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
前記支持部材は、前記変形防止壁の内側に隣接して設置された重量物であることを特徴とする請求項２に記載の地盤改良工法。
前記支持部材は、前記変形防止壁の前記改良地盤側に隣接する地盤を硬化したものであることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
前記支持部材は、前記改良地盤から前記変形防止壁までの地盤の表面を硬化させたものであることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
前記支持部材は、対向する前記変形防止壁間に架け渡された梁よりなることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
前記変形防止壁は、前記鉛直ドレインよりも深く埋め込むことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の地盤改良工法。