JP2017002681A - 真空圧密工法およびドレーン材 - Google Patents

Abstract

【課題】改良対象の地盤の表層が地下水位面の存在する砂層で構成されている場合、打設されたドレーン材を用いて真空圧密を行う際に砂層における負圧損失の発生を防止し真空圧密効果の低下を防止可能な真空圧密工法およびそのためのドレーン材を提供する。
【解決手段】この真空圧密工法は、改良対象の地盤にドレーン材１１を打設し、地盤Ｇの地表面Ｓを覆うように気密シート１２を敷設し、ドレーン材に負圧を作用させて真空圧密を行うもので、地盤の表層に砂層Ｇ２が存在し、その砂層内に地下水位面Ｈがある場合、地下水位面よりも深い砂層に位置するドレーン材にドレーン材内部における水の流れを遮断するための遮断部１３を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤改良のための真空圧密工法およびドレーン材に関する。

軟弱粘土地盤にドレーン材を打設した後、真空ポンプを駆動してドレーン材に負圧を与えて真空圧密をすることで地盤改良を行う方法が真空圧密工法として知られている。たとえば、気密シートで軟弱地盤の地表面を気密に覆ってから、地盤中に打設したドレーン材を通して真空ポンプで負圧を作用させて軟弱地盤中の水を地上に吸引・排出して硬質地盤へ改良する地盤改良工法がある（特許文献１）。

特開2002-242171号公報

改良対象の地盤の表層が透水性の高い砂で構成されかつ地下水位面が地表面から砂層内の深い位置にある場合、その砂層の下の粘土地盤中の間隙水を吸引して排水するにあたり高低差分を揚水しなければならないため負圧の損失が発生する問題があった。すなわち、ドレーン材の通水性能が非常に高いため（たとえば、ドレーン材の透水係数が1〜10cm/sに対し、砂の透水係数が0.1〜0.001cm/sである）、ドレーン材内が水で満たされやすい状態となって、ドレーン材内の地下水位面よりも上側に水柱が形成されてしまい、その水柱の高さ分（高低差分）を揚水しなければならないため、その分負圧の損失が発生してしまい、真空圧密効果が低下してしまう。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、改良対象の地盤の表層が地下水位面の存在する砂層で構成されている場合、打設されたドレーン材を用いて真空圧密を行う際に砂層における負圧損失の発生を防止し真空圧密効果の低下を防止可能な真空圧密工法およびそのためのドレーン材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための真空圧密工法は、改良対象の地盤にドレーン材を打設し、前記地盤の地表面を覆うように気密シートを敷設し、前記ドレーン材に負圧を作用させて真空圧密を行う真空圧密工法であって、前記地盤の表層に砂層が存在し、その砂層内に地下水位面がある場合、前記地下水位面よりも深い砂層に位置する前記ドレーン材に前記ドレーン材内部における水の流れを遮断するための遮断部を設けたことを特徴とする。

この真空圧密工法によれば、地下水位面よりも深い砂層においてドレーン材に設けられた遮断部でドレーン材の内部における水の流れが遮断されるので、ドレーン材の下部からの水が遮断部の周囲の砂層内へ流れる。このため、地下水位面よりも上側でドレーン材の内部に水柱が形成され難くなるので、その水柱の高さ分（高低差分）の揚水が不要となり、負圧損失の発生を防止でき、真空圧密効果の低下を防止できる。なお、気密シートで地表面を覆うので、ドレーン材が表層にある砂層を介して大気中の空気を吸引してしまうことはない。

前記真空圧密工法において、前記遮断部は前記ドレーン材の通水部を閉塞して構成されることが好ましい。

また、前記ドレーン材は、前記遮断部が前記地下水位面よりも深い砂層に位置するように打設される。

上記目的を達成するためのドレーン材は、地盤に打設され、負圧を作用させて真空圧密を行うためのドレーン材であって、前記ドレーン材の途中にその内部における水の流れを遮断するための遮断部を有することを特徴とする。

このドレーン材によれば、地下水位面よりも深い砂層に遮断部が位置するようにドレーン材が改良対象の地盤に打設されると、真空圧密の際に遮断部でドレーン材の内部における水の流れが遮断されるので、ドレーン材の下部からの水が遮断部の周囲の砂層内へ流れる。このため、地下水位面よりも上側でドレーン材の内部に水柱が形成され難くなり、その水柱の高さ分（高低差分）の揚水が必要なくなるので、負圧損失の発生を防止でき、真空圧密効果の低下を防止できる。

本発明の真空圧密工法およびそのためのドレーン材によれば、改良対象の地盤の表層が地下水位の存在する砂層で構成されている場合、打設されたドレーン材を用いて真空圧密を行う際に砂層における負圧損失の発生を防止でき、真空圧密効果の低下を防止することができる。

本実施形態による真空圧密工法を実施するための真空圧密システムを示す概略図（ａ）およびその一部拡大図（ｂ）である。 図１（ａ）（ｂ）のドレーン材の要部を示す平面図である。 従来の真空圧密工法を実施するための真空圧密システムを示す概略図（ａ）およびその一部拡大図（ｂ）である。 本実験に用いた実験装置を示す概略図である。 本実験に用いたドレーン材の内部断面構成を示す斜視図である。 本実験例において図４の高さ位置St.3における作用負圧の、図４の各高さ位置St.1, St.2, St.4, St.5における作用負圧に対する差の時間変化を示すグラフで、従来例の実験結果（ａ）および本実験例の実験結果（ｂ）を示す。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態による真空圧密工法を実施するための真空圧密システムを示す概略図（ａ）およびその一部拡大図（ｂ）である。

図１（ａ）（ｂ）のように、本実施形態による真空圧密工法を実行するための真空圧密システムは、改良対象の地盤Ｇに打設されるドレーン材１１と、地盤Ｇの地表面Ｓに敷設される気密シート１２と、ドレーン材１１の上端に連結ホース等を介して接続される真空ポンプＰと、を備える。

気密シート１２は、改良対象領域全体を覆うように地表面Ｓに敷設され、その端部がたとえば1〜2m程度地盤Ｇ内に埋め込まれるようにして端部処理が行われて気密性が保たれる。

地盤Ｇは、軟弱粘性土層Ｇ１と、その表層に存在する砂層Ｇ２との構成を有し、軟弱粘性土層Ｇ１が改良対象であり、その中に含まれる水を真空圧密により外部へ排出する。砂層Ｇ２の厚さは、たとえば、約１〜２０ｍ程度で、砂層Ｇ２内に地下水位面Ｈが存在する。

図２は図１（ａ）（ｂ）のドレーン材の要部を示す平面図である。図２のように、ドレーン材１１は、上下のドレーン部２１，２２と、ドレーン部２１と２２を連結するように配置された遮断部１３と、から構成されている。ドレーン材１１を構成する遮断部１３は、通水部が存在しないので、ドレーン部２１，２２の通水部における水の流れを遮断する機能を果たす。

ドレーン部２１，２２は、一般のドレーン材からなり、たとえば、プラスチック材料から平板状に構成され、その内部に通水路が形成され、地盤に打設されて、地盤中の間隙水が外面の不織布等からなるフィルタを透過して通水路に浸入し、通水路内をドレーン材の長手方向に移動する機能を有している。ドレーン部２１，２２として、たとえば、後述の図５のドレーン材を用いることができるが、これに限定されるものではなく、他の構成のドレーン材を用いることができる。

ドレーン材１１は、ドレーン部２１，２２を構成するためのドレーン材を準備し、たとえば、それらの通水部の端部において各通水路に接着剤等を充填して各通水路を閉塞し、長さ50cm程度の帯状の繊維材料や樹脂材料等の連結材料によって２つのドレーン部２１，２２を連結することで、作製することができる。２つのドレーン部２１，２２の連結部が遮断部１３を構成し、遮断部１３の長さが、たとえば、50cm程度となるが、連結材料の長さを変更することで、遮断部１３の長さを調整できる。

図１（ａ）（ｂ）のように、ドレーン材１１が地表面Ｓから地盤Ｇ内に打設されたとき、遮断部１３が砂層Ｇ２内であって地下水位面Ｈよりも深い位置になるようにドレーン材１１における遮断部１３の位置が予め決められている。

図１（ａ）（ｂ）のドレーン材１１を、ケーシング等を用いて、必要な本数だけ改良対象の地盤Ｇ内に打設してから、地表面Ｓに気密シート１２を敷設して地表面Ｓを気密に保った状態とし、真空ポンプＰを作動させてドレーン材１１を通して負圧を載荷し軟弱粘性土層Ｇ１から水を外部へ排出する。このような真空圧密工程を所定期間実施する。

ドレーン材は、砂層と比べて通水性能が非常に高いため、ドレーン材の内部が水で満たされやすい状態となる。このため、従来の真空圧密の工程では、図３（ａ）（ｂ）のように、軟弱粘性土層Ｇ１から水が、遮断部のない従来の一般的なドレーン材からなるドレーン材４１内に勢いよく流れ込み、ドレーン材４１内を上昇することで、地下水位面Ｈよりも上の砂層Ｇ２でドレーン材４１内に、地下水位面Ｈから地表面Ｓまでの高さｈの水柱Ｃが形成されてしまう。このため、その高さｈの水柱Ｃの分の揚水が必要となるので、その分負圧損失が発生し、真空圧密効果が低下してしまう。

これに対し、本実施形態の真空圧密の工程では、軟弱粘性土層Ｇ１から水がドレーン材１１内に流れ込み、ドレーン材１１内を上昇するが、遮断部１３でその流れが遮断されるので、水が図１（ｂ）の破線で示す矢印方向ａに砂層Ｇ２内に流出する。これにより、ドレーン材１１の上方へ向かう水の勢いが低減されるため、地下水位面Ｈよりも上でドレーン材１１内に水柱が形成され難くなる。このため、その水柱の高さ分（高低差分）の揚水が必要なくなるので、負圧損失の発生を防止でき、真空圧密効果の低下を防止できる。

なお、砂層Ｇ２内を図１（ｂ）の矢印方向ａに水が流出すると、ドレーン材１１内で地下水位面Ｈよりも上に水が上昇することはなく、砂層Ｇ２内に水が貯留され、このため、時間の経過とともに地下水位面Ｈが上昇していく。地下水位面Ｈの上昇の程度は、地盤の広さなどにもよるが、粘性土層Ｇ１からの排水量の大小によって異なる。粘性土層Ｇ１からの排水量が比較的大きい場合、真空圧密の工程が進むと、地下水位面Ｈが気密シート１２の直下まで上昇し、砂層Ｇ２内およびドレーン材１１内が水で満たされる状態となり、基準となる初期の地下水位から見ると、気密シート１２の直下位置までドレーン材１１内に水柱が立っている状態であり、その高さの分、負圧の損失となるが、この状態に到るまでの期間において負圧損失が小さい状態で地盤改良を行うことができる。一方、粘性土層Ｇ１からの排水量が比較的小さい場合、真空圧密の工程が進んでも地下水位面Ｈが気密シート１２の直下まで到達することはない。基準となる初期の地下水位から見てドレーン材１１内の水柱の高さは低く、水柱の高さの分、負圧損失が生じるものの、低い水柱のため負圧の損失が小さい状態で地盤改良を行うことができる。

また、本実施形態における改良対象の地盤Ｇは、軟弱粘性土層Ｇ１の表層に砂層Ｇ２を有するが、本実施形態の真空圧密工法によれば、地盤Ｇの改良対象領域の地表面Ｓを気密シート１２で覆うことで気密に保つので、真空圧密時に真空ポンプＰが作動してもドレーン材１１と砂層Ｇ２を介して地表面Ｓから大気中の空気が吸引されてしまうことはない。

〈実験例〉
本発明の効果確認のための実験を図４の実験装置を用いて行った。すなわち、本実験例では、実験容器内に注水用の管を挿入し、ドレーン材に対し粘土の圧密排水等を模擬して連続的な水の供給を行い、圧密排水を模擬し、はじめに多くの水を注水管から供給し、その後、減少させていく実験を行った。実験の概要は次のとおりである。

図４のように、径0.8m×長さ3.5mの鋼製円筒容器を使用し、真空ポンプＰの元圧を-85kPa程度に維持する。砂層厚を2.5mに設置する。粘土層は、含水比を液性限界の1.2倍程度に調整して層厚1.0mに設置する。ドレーン材は、芯体がプラスチック製で、フィルタが合成繊維からなる厚さ3.6mm、幅94mmの板状のドレーン材を使用し、遮断部は、長さ50cmとし、粘土層の上面から50〜100cm上になるように設置する。気密シートは、ゴム製材料とし地盤沈下に追随して気密性を維持できるものとする。初期地下水位面の位置は、地表面より1.5m低い位置に設定する。計測項目としては、図４の各高さ位置St.1〜St.5に間隙水圧計を設置し、間隙水圧を連続的に計測する。比較のために従来例として遮断部を設けない同様のドレーン材を用いた同様の実験を行う。

本実験で用いたドレーン材の内部断面構成を図５に示す。図５のドレーン材は、プラスチック製の芯体１１ａと、芯体１１ａの周囲を包囲するように設けられた合成繊維からなるフィルタ１１ｂと、を備え、芯体１１ａ内には、小さく区分けされた通水路１１ｃが複数形成されている。複数の通水路１１ｃを総称して、ドレーン材の通水部と呼ぶ。

図６（ａ）（ｂ）は、本実験例におけるもっとも上側の高さ位置St.3における作用負圧の、各高さ位置St.1, St.2, St.4, St.5における作用負圧に対する差の時間変化を示すグラフであり、図６（ａ）は従来例の実験結果、図６（ｂ）は本実験例の実験結果を示す。図６（ｂ）の本実験例では、注水管からの給水量Ｑを、1.0→0.5→0.2→0.0リットル/分（l/min.）、図６（ａ）の従来例では、注水管からの給水量Ｑを、1.0→0.5→0.2→0.05→0.0リットル/分（l/min.）、のように段階的に減少させた。ここで、負圧差が負の値を示すことは、基準となる高さ位置St.3の負圧に対し、地盤内で作用負圧の損失が現れていることを示すものである。

図６（ａ）の従来例では、図４の高さ位置St.3の作用負圧は、真空圧密の開始から終了まで継続して、図４の各高さ位置St.1, St.2, St.4, St.5の作用負圧との差が負の値となり、地盤内で負圧損失が発生していることがわかる。これに対し、図６（ｂ）のドレーン材に遮断部を設けた本実験例では、高さ位置St.3の作用負圧は、真空圧密の開始から終了まで各高さ位置St.1, St.2, St.4, St.5の作用負圧との差がほぼ０で、負圧損失が発生していないことがわかる。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、ドレーン材１１に遮断部１３を設ける手段としては、上述の構成に限定されないことはもちろんである。たとえば、ドレーン部２１，２２の通水部を閉塞する材料としては、接着剤に限らず、たとえば通水路１１ｃ内にゴム材料等からなる詰め物を充填するようにしてもよい。

また、遮断部１３を設けたドレーン材１１は、同種類のドレーン材からなるドレーン部２１，２２から構成できるが、本発明は、これに限定されず、ドレーン部２１，２２は、その材料、寸法および構成の少なくとも１つが異なる別のドレーン材であってもよい。

また、事前に地盤調査を実施し、改良対象の地盤の砂層の厚さや地下水位面の深さ位置などの調査結果に基づいてドレーン材の遮断部の位置や長さを設定し、かかる設定結果から遮断部を有するドレーン材を作製することが好ましい。

また、ドレーン材の遮断部は、本実施形態では、ドレーン材を地盤に打設する前に予め設けたが、本発明はこれに限定されず、ドレーン材を打設した後に設けてもよい。たとえば、ドレーン部２１，２２は、当初１つの連続したドレーン材で構成されていてもよく、このドレーン材を、ケーシングを用いて地盤中に打設した後、所定の深さ位置において、ケーシング内のドレーン材に上記のような詰め物を充填したり、あるいは、熱圧着を施したりして通水部を閉塞させることで、遮断部を形成するようにしてもよい。なお、このように１つの連続したドレーン材をまず地盤中に打設し、その後、遮断部を形成する方法を採用する場合、遮断部を形成する方法・手段は、上記方法・手段に限定されず、他の方法・手段によってもよい。

本発明によれば、改良対象の地盤の表層が地下水位の存在する砂層で構成されている場合、打設されたドレーン材を用いて真空圧密を行う際に砂層における負圧損失の発生を防止でき、真空圧密効果の低下を防止できるので、真空圧密による地盤改良を、改良品質を保ちつつ確実に実施することができる。

１１ ドレーン材
１１ｃ 通水路（通水部）
１２ 気密シート
１３ 遮断部
２１，２２ ドレーン部
Ｇ 改良対象の地盤
Ｇ１ 軟弱粘性土層
Ｇ２ 砂層
Ｈ 地下水位面
Ｐ 真空ポンプ
Ｓ 地表面

Claims (4)

1. 改良対象の地盤にドレーン材を打設し、前記地盤の地表面を覆うように気密シートを敷設し、前記ドレーン材に負圧を作用させて真空圧密を行う真空圧密工法であって、
   前記地盤の表層に砂層が存在し、その砂層内に地下水位面がある場合、
   前記地下水位面よりも深い砂層に位置する前記ドレーン材に前記ドレーン材内部における水の流れを遮断するための遮断部を設けたことを特徴とする真空圧密工法。
2. 前記遮断部は前記ドレーン材の通水部を閉塞して構成される請求項１に記載の真空圧密工法。
3. 前記ドレーン材は、前記遮断部が前記地下水位面よりも深い砂層に位置するように打設される請求項１または２に記載の真空圧密工法。
4. 地盤に打設され、負圧を作用させて真空圧密を行うためのドレーン材であって、
   前記ドレーン材の途中にその内部における水の流れを遮断するための遮断部を有することを特徴とするドレーン材。