JP4803472B1 - 地盤安定化工法 - Google Patents

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Abstract

【課題】地盤災害を引き起こすとされる主要原因の地下水を排水すると同時に、地盤の強化を行うことにより不安定な地盤を効果的に補強することができる地盤安定化工法を提供する。
【解決手段】透水性の袋体3と透水口2aを備えた管体2を削孔1内に挿入する。当該管体2を通じて前記袋体3内に固結材6を注入して袋体3を膨張させることにより管体2を削孔1内に固定する。前記透水口2aより前記管体2を通じて地下水を地表面に位置する管体2の排水口2bに排水する。前記管体2の引張力によって地盤を強化する。管体2には孔開き鋼管を利用し、透水性の袋体3には麻袋の他にアラミド繊維などの高強度繊維からなる袋体を利用し、さらに固結材6には可塑状ゲルやセメントグラウト等を用いる。
【選択図】図2

Description

本発明は地盤安定化工法に関し、排水機能を有する管体による地下水の排水と地盤の補強、さらに固結材を充填した袋体による地盤の締め固めを行うことにより、谷埋め盛土による造成地のような本来的に不安定な地盤を効果的に補強することができる。
造成地でも特に、傾斜の緩い谷を埋めた谷埋め盛土による造成地のように本来的に不安定な地盤は、豪雨または地震時に地滑り等の大きな地盤災害を引き起こす恐れがあることが知られている。
そして、地滑り等の地盤災害は、主として地下水が地盤中に浸透する現象によって引き起こされることが多く、地下水の浸透による地盤強度(せん断抵抗力)の低下、地下水位の上昇による地下水圧の増大、さらには地震時の間隙水圧の上昇による液状化などによって発生するとされている。
このため、このような地盤の土地造成に際しては、造成工事と併せて充分な地盤の安定化工事が必要とされている。このような地盤の安定化工法としては、(1)ボーリング等によって形成された削孔内にモルタル等の固結材と共に鉄筋を挿入し、その鉄筋を地盤中に固結材によって固定することにより補強する方法、(2)削孔内に注入管を挿入し、注入管を通じて地盤中に固結材を注入して地盤全体を固化することにより補強する方法、さらに、(3)削孔内に袋体を装着した注入管を挿入し、注入管を通じて袋体に可塑状ゲルやセメントグラウト等の固結材を注入することにより地盤中に塊状固結体を形成し、その塊状固結体の拡大による地盤の圧密効果を利用して補強する方法などが知られている。
特開昭62−82113号公報 特開平04−281912号公報 特開2008−291437号公報 特許第2509005号
しかし、(1)の方法では、地下水を排水することについては特に考慮されていないため、地滑りなどの地盤災害に対しては根本的な補強ができないという課題があった。また、(2)の方法では、地盤強度は増大するものの、地盤の透水性が低下するため背面の水圧が増大して、地山の崩壊を引き起こすおそれがあった。そして、(3)の方法は、管体を通じて袋体に可塑状ゲル等の固結材を充填して塊状固結体を形成する際、特に袋体が不透水性の場合、固結材の充填中、固結材の充填量に比例して袋体は拡大するが、固結材の充填が完了した後は、固結材は徐々に固化するが、固結材に含まれる余剰水が分離して袋体の外に抜け、その結果袋体が収縮して期待するほどの圧密効果が得られないことがあった。
また、袋体が透水性の場合、固結材の一部が袋体の外に抜けてしまって必要大きさの塊状固結体を形成できず、期待するほどの圧密効果が得られないことがあった。さらに管体の軸方向に逸送して管体の透水口を詰まらせてしまうおそれもあった。
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、地盤災害を引き起こすとされる主要原因の地下水を排水機能を有する管体によって排水すると同時に、管体の引張抵抗力によって地盤を強化し、さらに固結材を充填した袋体によって地盤を締め固めることによって不安定な地盤の効果的な補強を可能にした地盤安定化工法を提供することを目的とするものである。
請求項1の地盤安定化工法は、透水性の袋体と透水口および前記袋体に通じる排水口を備えた管体を削孔内に挿入し、当該管体内または当該管体の外側に設置した注入管を通じて前記袋体に固結材を注入して袋体を膨張させることにより前記管体を削孔内に固定し、前記排水口から前記管体を通じて前記袋体内の余剰水を地表に排水し、前記透水口から前記管体を通じて地下水を地表に排水し、かつ前記管体の引張抵抗力によって地盤を強化することを特徴するものである。
本発明は、管体を通じて地盤中の地下水を排水することにより地盤災害を引き起こす主要原因を無くし、同時に地滑り等の際の地盤の拡がりに対しては管体の引張抵抗力を付与して不安定な地盤を効果的に強化して地盤の安定化を図るものである。
また、袋体として特に不透水性の袋体を用いる場合でも、袋体に固結材を充填することにより袋体を必要な大きさに確実に膨張させることができ、固結材の充填が完了した後でも袋体が収縮してしまうことはない。
袋体に充填された固結材に含まれる余剰水は、固結材の充填中に排水口から管体を通じて地表に排水され、袋体の中には固結材の粒子部分のみが充填され固結体となるので、固結材の充填した後に余剰水が徐々に袋体から抜けて袋体が収縮してしまうことはない。
管体には孔開き鋼管(透水口やスリット等を有することにより排水機能を有する鋼管矢板等)、グラスファイバー強化樹脂製の孔開き管、さらにはRC構造の孔開き管などの排水機能と引張強度を有する管体を利用することができる。また、透水口にはスリットを含み、管体の長手方向に細長いスリットは管体内に地下水を効率的に浸透させることができる。
固結材には可塑状ゲル、瞬結性グラウト、セメントグラウト等を用いることができる。なお、袋体に固結材を注入するには、注入管(ダブルパッカー)等を利用することができる。また、管体の外側に各袋体に通じる注入管を抱き合せる等して取り付け、この注入管を通じて各袋体に直接注入することもできる。
また、地震時に管体周辺の地下水が透水口から管体を通じて地表に排水されることにより過剰間隙水圧の上昇が抑制されることで地盤の安定化を図ることができる。このため、大きな地震動によって管体周辺を含む地盤が液状化した場合でも、地震終了後には周辺地盤の過剰間隙水圧を速やかに消散させて現状を早期に回復することにより、地上の構造物や地盤の変形を軽減することができる。
この場合の管体には、排水用の透孔やスリットを備えた鋼管杭や、材軸方向に連続する排水用の中空部と中空部に連通する透孔やスリットを備えた鋼矢板などが、地上の構造物を支える構造部材や土砂の側方流動を阻止する土留め壁を兼ねさせることが可能であることから適している。
なお、管体の透孔やスリットには土砂流入防止用のフィルターが取り付けることにより、管体の排水機能の低下を防止することができる。また、地表に砂や砕石を所定厚さに敷き詰めてマットドレーンを形成することにより、管体を通じて地上に排水された地下水を速やかに処理することができる。
請求項2の地盤安定化工法は、請求項1記載の地盤安定化工法において、前記管体に配置した引張補強材の引張抵抗力によって地盤を強化することを特徴とするものである。
本発明は、特にプラスチック製や塩ビ製の孔開き管などのような引張強度の劣る孔開き管を管体として利用する場合に適した方法であるが、孔開き鋼管などのような本来的に引張強度を有する孔開き管などを管体として利用する場合でも実施は可能である。
この場合の引張補強材には鉄筋(鉄筋かご等)や鋼材(軽量形材等)、さらにはPC鋼材(PC鋼線等)などを利用することができる。また、引張補強材は、管体の外側または内側の一方または両方に設置することもできる。
引張補強材を管体の外側に設置する場合、たとえば、鉄筋かごからなる引張補強材を設置し、その外周に金網や樹脂製ネットを取り付け、その内側にスポンジ等の吸水性に富む充填材を充填することにより、透水口が削孔内のスライム等で詰まるのを防止することができる。
また、引張補強材として鋼管を設置して袋体に固結材を注入するための注入管と兼用させることもできる。
一方、引張補強材を管体の内側に設置する場合は、引張補強材として鉄筋やPC鋼棒などが適し、これらの引張補強材は、管体を削孔内に固定した後、管体内に地表側から挿入し、その先端は管体の先端部、または管体を貫通しその先の地盤中に定着し、地表側の端部は地表部に定着することにより管体に引張抵抗力を付与することができる。
請求項3の地盤安定化工法は、請求項1または2記載の地盤安定化工法において、削孔の孔壁を押しやるように袋体を膨張させることにより地盤を締め固めて強化することを特徴するものである。
本発明は、袋体の膨張による地盤の締め固めによる圧蜜効果を利用して地盤の補強を可能にしたものであり、本発明によれば、地下水の排水による補強と管体または引張補強材の引張抵抗力による補強に加え、固結材を充填した袋体による地盤の締め固めによる補強の三通りの補強方法によって、不安定な地盤をより強固に補強することができる。
本発明は、排水機能を有する管体を通じて地下水を排水すると同時に管体の引張抵抗力によって地盤を補強し、さらに固結材を充填した袋体による締め固めによって地盤を補強することで、谷埋め盛土のような不安定な地盤をきわめて効果的に補強することができる。
本発明の一実施形態を示し、(a)は谷埋め盛土の地盤を示す断面図、(b)は堤防の断面図、(c)は埋立地の地盤を示す断面図である。 削孔内に挿入された管体を示し、(a)はその一部側面図、(b),(c),(d)はその横断面図である。 引張補強材を管体内に設置する場合を示す管体の一部側面図である。 透水性の袋体に固結材を注入する方法を示し、(a),(b)は管体の一部側面図、(c)はその横断面図である。 不透水性の袋体に固結材を注入する方法を示し、(a),(b)は管体の一部側面図である。
図1〜図5は、本発明によって補強された谷埋め盛土の地盤を示し、図において、ボーリングによって形成された削孔1内に管体2が一定の水勾配を有して挿入されている。管体2には孔開き鋼管が用いられ、当該管体2の周壁には複数の透水口2aか管全体に一定間隔おきに形成され、さらに、管体2の外周部には複数の透水性袋体3が管体2の長手方向に一定間隔おきに取り付けられている。
なお、管体2には孔開き鋼管の他に、プラスチック製の孔開き管、グラスファイバー強化樹脂製の孔開き管、塩ビ製の孔開き管、さらにはRC構造の孔開き管などが用いられ、特にプラスチック製や塩ビ製の孔開き管などのような引張強度の劣る孔開き管には、図2(c)に図示するように管体2の外周に鉄筋などからなる複数の引張補強材4を抱き合せて取り付けることにより引張強度が付与されている。
この場合の引張補強材4は、管体2の長手方向と円周方向に格子状に取り付けられ、特に円周方向の引張補強材4は管体2の長手方向に螺旋状に取付けられているほうが強度上望ましい。
さらに、図2(d)に図示するように格子状に取り付けられた引張補強材4の内側にスポンジ等の吸水性に富む充填材5を充填することにより、透水口2aが削孔1内のスライム等で詰まることで透水機能が低下しないように配慮されている。
図3は、管体内に引張補強材を設置する場合を示し、管体2を削孔1内に固定した後、地表側から管体2内に引張補強材4を挿入して設置し、その先端4aは管体2の先端部、または管体2を貫通しその先の地盤中に固結材6によって定着する。そして、地表側の端部4bは地表部に定着すればよい。これにより管体2に引張抵抗力を付与することができる。
なお、この場合の引張補強材4には鉄筋やPC鋼棒などを利用することができ、また、引張補強材4を緊張して管体2にプレストレスを導入することもできる。さらに、引張補強材4の先端4aを管体2の先端に定着する場合、固結材6は管体2の先端に直接充填し、引張補強材4の先端4aを管体2を貫通し、その先端の地盤中に定着する場合は、図示するように予め管体2の先端に取り付けておいた袋体3に充填すればよい。
透水性の袋体3は、麻袋の他に不織布、ジオテキスタイル、アラミド繊維などの高強度繊維からなる袋が用いられ、管体2を取り巻くように取り付けられている。
そして、各透水性袋体3はその中に固結材6が充填されることにより管体2の周囲で孔壁を強く押しやるように膨張してそれぞれ塊状固結体7を形成し、これにより管体2は削孔1内に周囲の地盤と一体的に固定されている。また、管体2の基端側は擁壁8によって補強された盛土法面に突出し排水口2bになっている。
固結材6には可塑状ゲル、瞬結性グラウト、さらにはセメントグラウト等が用いられ、特に可塑状ゲルは透水性の袋体3内に充填されていることにより、周囲に漏れることなく袋体3を膨張させて必要径の塊状固結体7を確実に形成することができる。
また、管体2の周囲をその長手方向に逸送してしまうこともないので、透水口2aを有する管体2の一定区間を保持し、かつ透水口2aを詰まらせてしまうおそれもない。
なお、固結材6を袋体3内に充填するには、図4(a)に図示するような注入管(ダブルパッカー等)9が用いられる。注入管9は管体2内に排水口2bから挿入され、固結材6は注入管9を通じて袋体3の中に充填される。そして、固結材6の充填作業が完了次第、注入管9は撤去される。
なお、固結材6を袋体3内に充填する他の方法として、図4(b)に図示するように管体2の外周部に各袋体3に通じる注入管10a,10b,10cをそれぞれ取り付け、この注入管10a,10b,10cを通じて各袋体3に固結材6を直接充填する方法でもよい。注入管10a,10b,10cは削孔1内に放置される。
さらに、図4(c)に図示するようにこれらの注入管10a,10b,10cを鋼管より形成して引張補強材と兼用させてもよい。この方法によれば、各袋体3内に固結材6を容易にかつ確実に充填することができる。
また、注入管または引張補強材の一方を省略可能なことにより使用部材数の低減により施工の省力化とコスト削減を図ることができる。なお、注入管10a,10b,10cに鋼管を利用することができ、また管体2の外周に螺旋状取り付けることもできる。
図5(a),(b)に図示する実施形態においては、袋体3にゴム製袋などからなる不透水性の袋が用いられ、また、管体2の周壁に各袋体3に通じる排水口2cがそれぞれ設けられている。さらに、各排水口2cには袋体3内に充填された固結材6の余剰水のみを管体2内に浸透させるフィルター11がそれぞれ取り付けられている。
そして、注入管9または注入管10a,10b,10cを通じて袋体3内に固結材6を充填すると、固結体6の粒子部分は袋体3内に留まって袋体3を膨張させて必要径の塊状固結体7を形成し、固結体6に含まれる余剰水は排水口2bから管体2を通じて地表に排水される。
これにより、袋体3に不透水性の袋体が用いられていても、袋体3を膨張させて必要径の塊状固結体7を確実に形成することができる。すなわち、固結体6に含まれる余剰水は排水口2bから管体2を通じて地表に排水され、固結体6の粒子部分のみが袋体3内に留まって袋体3を膨張させて必要径の塊状固結体7を形成するため、固結材6の充填が完了した後に袋体3が収縮してしまうことはない。
この実施形態は、固結材6として特に水とセメントが分離しやすいセメントグラウトを用いる場合に特に適している。
このような構成において、地盤中の地下水は透水口2aから管体2内に浸透し、管体2内を通じて地表の排水口2bから排水されることで、地下水の滞留はなくなり、間隙水圧を低下させることができることにより、地盤強度の低下、背面土の水圧上昇によるがけ崩れや地滑りにつながる地山の崩壊を未然に防止することができ、不安定な地盤を安定した地盤に強化することができる。
また特に、地滑り等の際の地盤の拡がりに対しては、隔壁に相当する複数の塊状固結体7を介して管体2または引張補強材4の引張抵抗力が地盤に付与されることにより、大きな地滑り災害に至るのを未然に防止することができる。
さらに、削孔1の孔壁を押しやるように袋体3を徐々に膨張させて周囲の地盤を締め固めることにより、不安定な地盤をより強固な地盤に強化することができる。
図1(b)は、河川に沿って造成された堤防における本発明の実施形態を示し、また、図1(c)は、臨海工業地帯などの埋立地における本発明の実施形態を示したものであり、こうした河川付近の地盤や海に面する埋立地においては、特に地震時の震動により間隙水圧が上昇して液状化を起こすおそれがある。
本発明の適用により地下水面下に設けられた管体2の透水口2aから管体2内に地下水が浸透し、管体2を通じて上昇し、そして地上の排水口2bから排水されることにより過剰間隙水圧の上昇が抑制されることで、地盤の液状化が抑えられるため、堤防12や地上の構造物13の安定状態を保つことができる。
この場合、管体2には特に、排水用の透孔やスリットを備えた鋼管杭や、材軸方向に連続する排水用の中空部と中空部に連通する透孔やスリットを備えた鋼矢板などが用いられる。また、各管体2の地表側の端部は地表に設置されたRC版などからなる支圧板14に定着すればよい。
さらに、図1(c)に図示する臨海工業地帯などの埋立地の地盤においては、地表面上に砂や砕石を一定厚さに敷き詰めてマットドレーン15を造成することにより各管体2を通じて地上に排水された地下水を速やかに処理することができる。
なお、管体2は堤防12や構造物13の周囲に鉛直に、あるいはこれらの構造物の周囲から構造物の真下方向に向けて斜めに設置してもよい。また、管体2を緊張してプレストレスを導入することもできる。
本発明は、地滑り等の地盤災害を引き起こすとされる主要原因の地下水を排水すると同時に、地盤の強化を行うことにより不安定な地盤を効果的に補強することができる。
1 削孔
2 管体
2a 透水口
2b 排水口
2c 排水口
3 透水性袋体
4 引張補強材
5 吸水性に富む充填材
6 固結材
7 塊状固結体
8 擁壁
9 注入管
10a 注入管
10b 注入管
10c 注入管
11 フィルター
12 堤防
13 構造物
14 支圧版
15 マットドレーン

Claims (3)

  1. 不透水性の袋体と透水口および前記袋体に通じる排水口を備えた管体を削孔内に挿入し、当該管体内または当該管体の外側に設置した注入管を通じて前記袋体に固結材を注入して袋体を膨張させることにより前記管体を削孔内に固定し、前記排水口から前記管体を通じて前記袋体内の余剰水を地表に排水し、前記透水口から前記管体を通じて地下水を地表に排水し、かつ前記管体の引張抵抗力によって地盤を強化することを特徴する地盤安定化工法。
  2. 請求項記載の地盤安定化工法において、前記管体に配置した引張補強材の引張抵抗力によって地盤を強化することを特徴とする地盤安定化工法。
  3. 請求項1または2記載の地盤安定化工法において、削孔の孔壁を押しやるように袋体を膨張させることにより地盤を締め固めて強化することを特徴する地盤安定化工法。
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