JP3855195B2

JP3855195B2 - 真空圧密工法

Info

Publication number: JP3855195B2
Application number: JP2002201390A
Authority: JP
Inventors: 正孝竹束; 由智宇治; 沙紀子島田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2004044168A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤を硬質地盤へ改良する真空圧密工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱地盤を硬質地盤へ改良する地盤改良方法の１つに真空圧密工法がある。この真空圧密工法は、改良範囲をビニールなどの不透気性膜で覆い、その膜と地盤との間に負圧を発生させ大気圧の載荷により圧密を促進させる工法である。
ところで、この真空圧密工法を行うにあたり、その吸水効果が周辺地域に広がり、負圧が周辺地域にも伝播して周辺地域にも圧密沈下が発生することに加え、圧密による体積収縮に起因する周辺地盤の変位が発生することも防止する必要がある。このため従来では、改良範囲の外周に縁切り矢板を打設して改良範囲と周辺地盤とを分離させて、負圧の周辺地盤への広がりを遮断して周辺地盤の圧密沈下や圧密による体積収縮に起因する周辺地盤の変位が発生することを防止していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の真空圧密工法には以下のような問題が存在する。まず、真空ポンプを長時間運転すると縁切り矢板の前面と背面の圧力差が大きくなる。このため、縁切り矢板が変形して縁切り部材としての機能が果たせなくなり周辺地盤に変位が発生する。つまり、真空ポンプを長時間運転することができず、対策工としての効果に限界が出てくるのである。さらに、縁切り矢板の打設費用は高く、また縁切り矢板打設時の騒音や振動も近隣への環境問題となる。
【０００４】
本発明は上記の問題点を考慮されたものであり、真空ポンプの長時間運転の場合も真空圧密工法による負圧の伝播を遮断して、周辺地盤の圧密沈下を防ぐことを目的としている。これと併せて、圧密による体積収縮に起因する周辺地盤の変位を防止することも目的としている。また、矢板による対策工を不要にして安価な工法によりコストの削減を図り、同時に近隣への振動・騒音の影響を軽減することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、改良しようとする軟弱地盤を気密シートで覆い、該気密シートと前記軟弱地盤との間に真空ポンプにより負圧を生じさせて、大気圧の載荷により前記軟弱地盤を改良する真空圧密工法において、前記軟弱地盤の外周に給水用鉛直材を打設して、該給水用鉛直材を介して前記軟弱地盤の外周部分に給水しながら前記軟弱地盤を改良することを特徴としている。
【０００６】
このような特徴により、真空ポンプによって発生する負圧の周辺地盤への伝播は、給水用鉛直材に給水することで発生する加圧によって遮断される。また、縁切り矢板による工法に比べて振動や騒音も小さい。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の真空圧密工法において、前記給水用鉛直材の内部に給水するときの給水圧を調節しながら、前記軟弱地盤を改良することを特徴としている。
【０００８】
このような特徴により、真空ポンプの運転により生じる負圧と給水用鉛直材の内部に給水することで生じる加圧との圧力中立線の位置は、給水圧が大きくなると改良しようとする軟弱地盤の方へ、給水圧が小さくなると給水用鉛直材の方へ移動する。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の真空圧密工法において、前記給水用鉛直材を、前記軟弱地盤中に互いに間隔をあけて複数配置された吸水用鉛直ドレーンのうち最外部に位置する吸水用鉛直ドレーンよりも外方へ、該吸水用鉛直ドレーンのピッチよりも大きな離間距離を有して配置していることを特徴としている。
【００１０】
このような特徴により、改良しようとする軟弱地盤中に互いに間隔をあけて複数配置された吸水用鉛直ドレーンのうち最外部に位置する吸水用鉛直ドレーンによる吸水作用は効果的に行われる。ちなみに、最外部に位置する吸水用鉛直ドレーンと給水用鉛直材の離間距離を吸水用鉛直ドレーンのピッチよりも小さくすると、給水用鉛直材に注入された水が最外部に位置する吸水用鉛直ドレーンにより直ちに吸水されるショートサーキット現象を起こす。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の真空圧密工法において、前記給水用鉛直材を、複数互いに間隔をあけて、かつそのピッチが、前記吸水用鉛直ドレーンのピッチよりも小になるように配置していることを特徴としている。
【００１２】
このような特徴により、真空ポンプによって発生した負圧が、隣り合う２つの給水用鉛直材の間から周辺地盤に伝播することを防ぐことができる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項３または４記載の真空圧密工法において、前記給水用鉛直材を前記吸水用鉛直ドレーンと同程度またはそれより深く打設することを特徴としている。
【００１４】
このような特徴により、軟弱地盤の深層部においても真空ポンプによる負圧が周辺地盤に伝播することを防ぐことができる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項３または４記載の真空圧密工法において、前記軟弱地盤の下方に透水層がある場合は、前記給水用鉛直材を該透水層に達するように打設することを特徴としている。
【００１６】
このような特徴により、透水層から給水用鉛直材に満たす水を供給することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の真空圧密工法の第１、第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
〈第１の実施の形態〉
本発明に係る真空圧密工法の第１の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１においてＡ_１は本発明に係る真空圧密工法の対象となる軟弱地盤を示す。この軟弱地盤Ａ_１は、河川デルタ地帯などに多く見られる含水量が多く支持力が小さい軟弱地盤であり、例えば粘土層からなるものである。この軟弱地盤Ａ_１の一部であるＡ_０が実際の改良対象となる部分である。
【００２０】
軟弱地盤Ａ_１の改良対象となる部分Ａ_０には複数の吸水用鉛直ドレーン１が所定の深さＬ０まで達するように打設されている。図２で示すように、これらの吸水用鉛直ドレーン１は格子状となるように互いに一定の間隔Ｗ_０をあけて配置されている。ここで使用される吸水用鉛直ドレーン１は、軟弱地盤に対して効果的に真空圧を作用させるため、通水性が高く、真空圧作用時にも所定の通水断面が維持でき、地盤沈下などに伴う変形への追随性が高いフレキシブルな性質を持つ構成、例えば、プラスチック製のメッシュボードを通水性の不織布で包んだ構成になっている。
【００２１】
この吸水用鉛直ドレーン１の頭部には吸水用水平ドレーン２が接続されている。図１で示すように、吸水用水平ドレーン２は吸水用鉛直ドレーン１と直交になるように地表面に敷き並べられていて、１本の吸水用水平ドレーン２には複数の吸水用鉛直ドレーン１が列毎に接続されている。ここで使用される吸水用水平ドレーン２は、吸水用鉛直ドレーン１と同一の性質のものである。
【００２２】
地表面に敷き並べられた複数の吸水用水平ドレーン２は、１本の集水管４に各々接続されている。この集水管４の先端に真空ポンプ５が介装されている。
【００２３】
また、図１で示すように、軟弱地盤の改良対象となる部分Ａ_０の表層と吸水用鉛直ドレーン１と吸水用水平ドレーン２は、全体的に気密シート３で覆われていて、その気密シート３の端部は地中に埋め込まれている。気密シート３は、耐久性に優れ、漏気しにくく、かつ、破損時の補修が容易な材料からなる積層構造のものである。
【００２４】
軟弱地盤の改良対象となる部分Ａ_０の外周には、複数の給水用鉛直材６がそれぞれ吸水用鉛直ドレーン１と同程度またはそれ以上の深さＬ１まで達するように打設されている。図２で示すように、給水用鉛直材６は、吸水用鉛直ドレーン１のうち最外部に位置する吸水用鉛直ドレーン１ａよりも外方へ、吸水用鉛直ドレーン１のピッチＷ０よりも大きな離間距離Ｗ１を有して配置されている。また、給水用鉛直材６は互いに間隔をあけて、かつそのピッチＷ２が、吸水用鉛直ドレーン１のピッチＷ０よりも小さくなるように配置されている。この給水用鉛直材６は、吸水用鉛直ドレーン１と吸水用水平ドレーン２と同じ材料から成っている。
【００２５】
これらの給水用鉛直材６の頭部には図示せぬヘッダ等を介して給水管７が接続されている。この給水管７には給水用ポンプ８が介装されて、この給水用ポンプ８は、図示せぬ給水圧制御手段によって給水圧が調節されるようになっている。
【００２６】
次に上記した吸水用鉛直ドレーン１と真空ポンプ５と給水用鉛直材６等を用いて、改良対象となる部分Ａ_１の地盤改良を行う場合について説明する。
【００２７】
まず、図３で示すように、真空ポンプ５を作動させることで、軟弱地盤の改良対象となる部分Ａ_０の水分と空気を、吸水用鉛直ドレーン１から吸水用水平ドレーン２を介して集水管４に集め、集水管４から真空ポンプ５を経て別の場所へ排出する。また、吸水用水平ドレーン２においても水分と空気を吸引して、これら吸引された水分と空気を吸水用水平ドレーン２を介して集水管４に集め、集水管４から真空ポンプ５を経て別の場所へ排出する。これにより、気密シート３によって覆われた改良対象となる部分Ａ_０は真空になり気圧が低下して、この改良対象となる部分Ａ_０に大気圧が載荷する。そして、このように大気圧が載荷されることと強制脱水が行われることで改良対象となる部分Ａ_０は圧密現象を起こす。圧密現象が生じるのに伴い改良対象となる部分Ａ_０は圧密沈下を起こし、この結果改良対象となる部分Ａ_０は体積収縮して、地盤が改良される。
【００２８】
一方、改良対象となる部分Ａ_０の外周に打設された給水用鉛直材６に給水用ポンプ８を作動させて加圧給水し、これによって改良対象となる部分Ａ_０の外周地盤内に加圧を発生させる。このときの加圧は給水用ポンプ８に付設された図示せぬ給水圧制御手段によって給水圧が調節されることで制御される。
【００２９】
このときの改良対象となる部分Ａ_０の圧力の変化を図３で表している。すなわち、図３中の点線ａは、真空ポンプ５を作動させることで改良対象となる部分Ａ_０に発生する時間的経過による負圧の伝播状況を示す。同じく図３中の点線ｂは、給水することで改良対象となる部分Ａ_０の外周に発生する時間的経過による加圧の伝播状況を示す。さらに、同じく図３の点線ｃは、上記した負圧と加圧がちょうど打ち消し合っている線であり、これが圧力中立線ｃである。
【００３０】
図３で示すとおり、負圧と加圧は相反する関係にあり、加圧は負圧の改良対象となる部分Ａ_０の周辺地盤への広がりを遮断している。このときの負圧と加圧は圧力中立線ｃの位置でちょうど打ち消し合っている。このようにして、真空ポンプ５の作動によって発生する負圧が、改良対象となる部分Ａ_０を越えて給水用鉛直材６の背面側の軟弱地盤へ伝播することを抑制し、改良対象となる部分Ａ_０と給水用鉛直材６の間にテンションクラックを誘発して、周辺地盤の圧密沈下や体積収縮による地盤の変化を防ぐ。このテンションクラックが発生した場合はすぐに埋め戻して漏気を防止する。
【００３１】
また、圧力中立線ｃの位置は、負圧の大きさと加圧の大きさの関係により、吸水用鉛直ドレーン１のうち最外部に位置する吸水用鉛直ドレーン１ａと改良対象となる部分Ａ_０の外周に打設された給水用鉛直材６の間の範囲内で移動する。つまり、真空ポンプ５による負圧が一定の場合、加圧を大きくすると圧力中立線ｃは吸水用鉛直ドレーン１ａの方に寄っていき、逆に加圧を小さくすると圧力中立線ｃは給水用鉛直材６の方に寄っていく。このように、給水用ポンプ８による給水圧を調節することで加圧を調整して、これによって圧力中立線ｃの位置を制御する。また、この圧力中立線ｃの位置まで圧密現象やそれに起因する圧密沈下や体積収縮が発生するので、圧力中立線ｃの位置を制御することにより、改良対象となる部分Ａ_０の範囲を制御することができる。よって、給水圧を調節することで改良対象となる部分Ａ_０の範囲を調整できる。
【００３２】
〈第２の実施の形態〉
本発明に係る真空圧密工法の第２の実施の形態を説明する。なお、この第２の実施の形態において、第１の実施の形態で用いた構成要素と同一の構成要素には、同一要素を付してその説明を省略する。
【００３３】
図４においてＡ_１は本発明に係る真空圧密工法の対象となる軟弱地盤を示す。この軟弱地盤Ａ_１の一部であるＡ_０が実際の改良対象となる部分であり、軟弱地盤Ａ_１の下方には透水層Ｂがある。
【００３４】
改良対象となる部分Ａ_０の外周には、複数の給水用鉛直材６ａが軟弱地盤Ａ_１の下方にある透水層Ｂに達するところまで打設されている。この給水用鉛直材６ａの頭部には大気開放型給水装置９が接続されている。また、真空ポンプ５の吐出側に接続される集水管４は途中分岐され、そのうちの一方は所定の排水場所へ、また他方は大気開放型給水装置９へそれぞれ接続されている。
【００３５】
この第２の実施形態の真空圧密工法によれば、給水用鉛直材６ａへの水は、透水層Ｃから自動的に供給することができ、第１の実施の形態に比べ、給水用鉛直材６に接続される給水用ポンプ８を省略することができる。また、透水層Ｃからの供給量だけでは給水量が不足する場合には、真空ポンプ５によって改良対象となる部分Ａ_０から吸い出された水分を再利用することができる。勿論、大気開放型給水装置９への給水は改良対象となる部分Ａ_０から吸い出された水を再利用するほか、他のところから供給される清水を利用しても良い。
【００３６】
以上において本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれら第１、第２の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。例えば、前の第１、第２の実施の形態では、吸水用鉛直ドレーン１を使用した真空圧密工法の場合を記述したが、本発明は、改良対象の深度が浅い場合などに吸水用鉛直ドレーン１を使用せず吸水用水平ドレーン２だけで行う真空圧密工法の場合も適用可能である。また、吸水用鉛直ドレーン１としてサンドドレーンやペーパードレーンなどの各種ドレーン材を用いる場合でも適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る真空圧密工法によれば、改良対象の軟弱地盤の外周に打設した給水用鉛直材の内部を水で満たして大気開放または加圧注入することで改良対象の周辺地盤を加圧し、これによって真空ポンプの運転により生じる負圧の周辺地盤への伝播を遮断することができるため、周辺地盤まで圧密現象が及ぶことを防止して、周辺地盤の圧密沈下や体積収縮に起因する変位を防止することができ、また改良する対象と給水用鉛直材の間でテンションクラック誘発することができる。これによって、真空ポンプの長時間の運転が可能となり、盛土併用工法の実現が可能となる。
【００３８】
また、真空ポンプの運転により改良域に生じる負圧と給水用鉛直材内部に加圧注水することで生じる加圧の圧力中立線を、給水圧を調整することでその位置を制御することができ、この圧力中心線のところまで圧密現象が起こり圧密沈下を発生させ得ることから、圧力中心線の位置を調整することで圧密沈下範囲を制御できる。
【００３９】
さらに、縁切り矢板による従来工法に比べ、比較的に安価に施工できるのでコストダウンを図ることができ、振動や騒音も小さいので近隣環境への影響も軽減できる。
【００４０】
また、改良対象の下に透水層がある場合は、給水用鉛直材を透水層まで打設することで、透水層から自動的に給水用鉛直材の内部に水を供給することができるので、給水の必要が無く給水ポンプが要らないので、より安価に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の真空圧密工法を説明する断面図である。
【図２】同、第１の実施の形態の真空圧密工法を説明する平面図である。
【図３】同、第１の実施の形態の真空圧密工法の作用を説明する断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の真空圧密工法を説明する断面図である。
【符号の説明】
１吸水用鉛直ドレーン
２吸水用水平ドレーン
３気密シート
４集水管
５真空ポンプ
６給水用鉛直材
７給水管
８給水用ポンプ
９大気開放型給水装置
Ａ_１軟弱地盤
Ａ_０軟弱地盤の改良対象となる対象
Ｂ透水層

Claims

改良しようとする軟弱地盤を気密シートで覆い、該気密シートと前記軟弱地盤との間に真空ポンプにより負圧を生じさせて、大気圧の載荷により前記軟弱地盤を改良する真空圧密工法において、
前記軟弱地盤の外周に給水用鉛直材を打設して、該給水用鉛直材を介して前記軟弱地盤の外周部分に給水しながら前記軟弱地盤を改良することを特徴とする真空圧密工法。
請求項１記載の真空圧密工法において、
前記給水用鉛直材の内部に給水するときの給水圧を調節しながら、前記軟弱地盤を改良することを特徴とする真空圧密工法。
請求項１または２記載の真空圧密工法において、
前記給水用鉛直材を、前記軟弱地盤中に互いに間隔をあけて複数配置された吸水用鉛直ドレーンのうち最外部に位置する吸水用鉛直ドレーンよりも外方へ、該吸水用鉛直ドレーンのピッチよりも大きな離間距離を有して配置していることを特徴とする真空圧密工法。
請求項３記載の真空圧密工法において、
前記給水用鉛直材を、複数互いに間隔をあけて、かつそのピッチが、前記吸水用鉛直ドレーンのピッチよりも小になるように配置していることを特徴とする真空圧密工法。
請求項３または４記載の真空圧密工法において、
前記給水用鉛直材を前記吸水用鉛直ドレーンと同程度またはそれより深く打設することを特徴とする真空圧密工法。
請求項３または４記載の真空圧密工法において、
前記軟弱地盤の下方に透水層がある場合は、前記給水用鉛直材を該透水層に達するように打設することを特徴とする真空圧密工法。