JP4887430B2 - 真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、軟地盤処理技術分野に属し、具体的には、軟地盤の強化処理方法に関し、特に、真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法に関する。

軟地盤の土層構造は複雑であり、異なる区域における土層の表層、第二層及び第三層など、各層の土質は全て違うものであるため、各区域の含水量及び浸透係数も土層毎に異なるが、地盤処理後の技術指標は一致することが求められている。従来、軟地盤の処理方法としては、「高真空圧密法（特許文献１）」及び「新型高真空エネルギー変換交替打ち固め軟地盤処理の方法（特許文献２）」が採用されている。これら２つの技術は、共に、軟地盤を快速に強化するための新しい工法である。

特許番号：ＺＬ０１１２７０４６．２ 特許開示番号：ＣＮ１６２４２５０Ａ

「高真空圧密法」では、処理される軟地盤の各土層に、真空管を数回、マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）状に直接挿入し、該真空管に対して真空抽出を行い、数回の振動又は動的圧密を組み合わせることにより、各土層の含水量を低減させると共に、密実度と荷重力とを高め、工事後における地盤沈下量を低減させる。その具体的な技術は、上記特許文献１に記載された技術構成を参照する。当該方法によれば、大いに工事期間を短縮できるが、いくつかの欠陥が存在している。これらの欠陥と対応する解決案とについては、上記特許文献２に記載されている。

「新型高真空エネルギー変換交替打ち固め軟地盤処理の方法」では、処理される軟地盤の土層分層状況に応じて、土層毎の含水量及び浸透係数に基づき、「各土層に真空管を直接挿入することによる高真空同時排水と、一部の真空管の抜き取りと、エネルギー変換各層シンクロナス（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ）打ち固めとの数回の交替処理」による軟地盤処理方法が採用され、打ち固めには振動又は動的圧密が採用される。また、打ち固めエネルギーは１回毎に異なる。このように、層毎に異なる軟土は、高真空同時排水とシンクロナス打ち固めとが交互に複数回実施されることにより、基本的に同時に含水量が低減され、密実度と荷重力とが高められる。

上記した従来の方法では、一部の真空管のみが抜き取られ、他の真空管（通常、深層の真空管）は抜き取られずに残されるため、打ち固め作業を行う際、間隙水圧の変化、即ち残された真空管からの有効排水量の変化状況に応じて、直観的に、打ち固め作業に使用されるエネルギーが合理的か否かがわかる。即ち、打ち固めエネルギーが大きすぎる或いは小さすぎる場合、残された真空管からの排水量は、全て低減する。また、打ち固め作業の開始時に生じる過剰間隙水圧という正圧の最大値を更に巧妙に利用して、残された真空管の負圧との同時作用により、打ち固め作業開始時における最大圧差を利用して、軟土から更に効果的に水を排出可能である。しかしながら、当該方法には、下記の不足及び欠陥がある。

１、処理される地盤の面積が広く、各区域の土層の変化が複雑である場合、上記方法による処理後の各区域における土層毎の技術指標は、統一的な品質標準に達し難い。そのため、工事後の沈下量に差異が生じ、例えば道路にうねりが生じる等、使用に影響を及ぼすこととなる。

２、上記した従来の方法では、残された真空管については考慮されるため、これらの真空管からの排水量は、直観的に、打ち固めエネルギーの大きさの合理性を反映したものとなる。しかしながら、土層毎の排水状況を正確に反映することは不可能である。即ち、異なる区域の複雑な土層に対して、「各土層に真空管を直接挿入することによる高真空同時排水」が採用されるが、真空管の挿入間隔及び真空抽出時間の合理性を、各土層に対して確定することは不可能であり、各土層から合理的に水を排出させることはできない。そのため、工事中の区域において、何れかの土層にスポンジソイル（ｓｐｏｎｇｙ ｓｏｉｌ）現象が発生しやすくなるという品質の共通欠点が生じることとなる。

３、上記方法では、処理される軟地盤区域と周辺区域との境界において、周辺区域からの地下水が工事区域に浸入する影響で、工事品質の確保が難しくなる。

４、通常、軟地盤の荷重力は低いため、上記方法による工事中、自重の重い打ち固め設備を工事区域内に搬入して、安全に作業するためには、骨材を充填しなければならないが、骨材の増加にはコストがかかるうえ、環境を破壊する虞がある。

本発明は、従来の軟地盤処理方法に含まれる上記不足及び欠陥を改善し、真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法を提供することを目的とする。

本発明の真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法は、工事区域全体を複数の工事分区に分け、各工事分区の土層分布状況を、小ネジドリル（ｓｍａｌｌ ｓｃｒｅｗ ｄｒｉｌｌ）を用いて探査し、各工事分区の予想地盤沈下量を計算するステップ１と、工事区域全体の外囲周辺に防水システムを設置し、工事区域の外囲からの地下水の浸入を防止するステップ２と、各工事分区において、各土層にマトリックス状に真空管を挿入し、横パイプを介して真空管の上端部を真空抽出システムに接続し、各土層に間隙水圧計を埋設し、単回打ち固めエネルギーテストを行って、各土層の間隙水圧消散状況に応じて各土層の真空管分布間隔を調整するステップ３と、各工事分区に対して、各土層に挿入された各真空管による真空抽出を行う真空抽出排水処理と、各土層の何れかから当該土層に挿入された各真空管を抜き取り、所定の打ち固めエネルギーにより打ち固めを行うシンクロナス打ち固め処理とを、交替で実施する真空交替打ち固めを、１回毎に打ち固めエネルギーを変更して複数回行うステップ４とを含むことを特徴とする。

一部の工事区域の表層土は含水量が高く、荷重力が低いため、打ち固めのための施工設備を工事区域内に搬入して安全に施工することができないので、施工前に、表層土に対して強化処理を行い、地盤の荷重力を高めなければならない場合がある。そのため、ステップ２及びステップ３間に、表層土強化処理ステップを加える。即ち、工事区域の表層土に真空管を挿入して真空抽出を行うと共に、広幅キャタピラ（ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ）のローラーを用いて表層土を押し固めることにより、表層土の含水量を低減させ、荷重力を高めさせるステップを加える。

土層毎の沈下量の差異を除去すべく、前記ステップ４の真空交替打ち固め施工の実施後、ブルドーザー（ｂｕｌｌｄｏｚｅｒ）を用いて打ち固め位置を平らにし、各工事分区の真空交替打ち固め施工による平均沈降量を計算して累計し、累計沈下量と、該工事分区に対応する予想地盤沈下量とを比較して、累計沈下量が予想地盤沈下量以下である場合、更に真空交替打ち固め施工を１回増加するという情報化検査を追加する。

本発明に係る真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法によれば、従来の高真空圧密法と比較して、工事期間を短縮可能となり、工事コストが大いに低減されると共に、工事品質を確保可能となる。

以下に、具体的な実施例を挙げることにより、本発明の真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法について、詳しく説明する。

港貯蔵場の大型レール（ｒａｉｌ）工事であり、設計要件は、レールの縦方向における不均一沈下量を１/１０００以下とし、両レール間の不均一性を１．５/１０００以下とすることである。

ステップ１
工事区域全体を複数の工事分区に分け、小ネジドリルを用いて、各工事分区の土層分布状況を探査する。

貯蔵場の荷重による杭の横方向変位を防止するため、工事区域を両レールの外側に１５ｍずつ拡張し、レール処理幅を３３ｍとする。両レールをそれぞれＡレール及びＢレールと設定し、Ａレールに沿って縦方向に３３×５０ｍ^２で工事分区を区分し、各工事分区に、順次、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４・・・と番号を付与する。同様に、Ｂレールに沿って縦方向に３３×５０ｍ^２で工事分区を区分し、各工事分区に、順次、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４・・・と番号を付与する。

現場エンジニアが小ネジドリルを用いて各工事分区の地質状況を探査し、取得した各土層の土性質及び厚さは、下記の通りである。

０．５〜２．５ｍの表層は含水量５０〜８０％の粉質土からなり、２．５〜１０ｍの第２層はヘドロ質の粉質粘土からなる。また、１０〜１５ｍの第３層は粉質粘土からなる。

各工事分区に対して予想される地盤沈下量（Ｓ_ｃｉ）の計算式は、下記の通りである。

ここで、上記した計算式に含まれる各記号は、下記の通りである。

ステップ２
工事区域全体の外囲周辺に防水システムを設置して、工事区域外から工事区域内への地下水の浸入を防止する。

工事区域の外囲周辺、即ちレール処理幅３３ｍの外側２〜３ｍに、土層の違いに応じて、長さの異なる密閉真空管を挿入する。浅い層に対する密閉真空管の挿入間隔分布は１×２．５〜３ｍであり、深い層への挿入間隔分布は１×６〜８ｍである。

交替打ち固め工事期間中、密閉真空管（真空管の上端部は横パイプを介して真空抽出システムに接続される）を利用して、外囲周辺から絶えず真空抽出を行い、外囲周辺の地下水が真空管から排出されて工事区域内に侵入しないようにする。

ステップ３
工事区域内の表層の土に真空管を挿入し、真空抽出を行う。それと同時に、広幅キャタピラのローラーを用いて、表層の土を押し固め、含水量を低減させると共に荷重力を高める。

工事区域内の表層約２ｍは、含水量が５０〜８０％の粉質土からなり、荷重力が２０〜３０ｋＰａしかない。そのため、打ち固めのための施工設備を工事区域内に搬入して、安全に施工することは不可能である。したがって、施工設備を工事区域内に搬入するためには、まず、表層の土に対して強化処理を行い、地盤の荷重力を高める必要がある。具体的な操作は下記の通りである。

まず、表層に、真空管を３×５ｍのマトリックス状に挿入する。真空管の上端部は横パイプを介して真空抽出システムに接続される。この真空管を用いて、２〜３日間、真空抽出を実施すると同時に、毎日１〜２回、広幅キャタピラのローラーを往復させて、表層の土を押し固める。続いて、５〜７日間、真空抽出を行うと共に、毎日５〜８回、広幅キャタピラのローラーを往復させる。このように表層の土を押し固めて、含水量を低減させると共に、荷重力を８０〜１００ｋＰａまで高める。

ステップ４
各工事分区内の各土層に、真空管をマトリックス状に挿入する。また、各土層に間隙水圧計を埋設して、単回打ち固めエネルギーのテストを行い、土層毎の間隙水圧の消散状況に応じて、真空管の挿入間隔分布を調整する。

各工事分区において、各土層の技術指標を全て品質基準に到達させると共に、何れの土層においてもスポンジソイル現象の発生を防止するためには、各工事分区の各土層に含まれる軟土の最適含水量を、合理的に制御しなければならない。即ち、各工事分区の各土層に対して、真空管を合理的な間隔で正確に設置する必要があると共に、真空抽出時間も重要となる。具体的な操作は下記の通りである。

表層に、真空管を３．５×６ｍのマトリックス状に挿入する。第２層には、真空管を３．５×３ｍのマトリックス状に挿入し、第３層には、３．５×４ｍのマトリックス状に挿入する。各真空管の上端部は横パイプを介して真空抽出システムに接続される。また、各土層に、間隙水圧計を埋設する。

真空管の最適設置間隔のテスト：単回打ち固めエネルギーを２８００ｋＮ・ｍ、打ち固め間隔を４×７ｍとして、１点毎に６〜８回の打ち固めを実施する。続いて、５〜７日間、真空抽出を行い、１日２回、間隙水圧の変化値を観察する。

現場の観察記録によると、表層の土層の間隙水圧は、４日目に、８５％以上消散し、第２層の土層の間隙水圧は、７日目に、ようやく８５％以上消散した。また、第３層の土層の間隙水圧は、６日目に、基本的に８５%以上消散した。

上記のテスト結果に基づき、工事分区の面積が広い場合、当該工事分区において、各土層への真空管の設置間隔を調整することとする。即ち、表層に対する真空管の設置間隔を３．５×８ｍに調整し、第２層に対する真空管の設置間隔を３．５×２．５ｍに調整する。また、第３層に対する真空管の設置間隔は変えず、３．５×４ｍに保持する。

また、テストの結果、打ち固めによる過剰間隙水圧が、高真空排水により、６日後には８５％以上消散したので、真空抽出時間を６日に確定する。

ステップ５
各工事分区に対して、エネルギー変換高真空交替打ち固めを数回実施する。打ち固めエネルギーの変換範囲は、５００〜３５００ｋＮ・ｍである。

第１回高真空交替打ち固め

上記した設置間隔で各層に真空管を挿入して、真空抽出を６日間実施した後、第１層及び第２層から真空管を抜き取って、第１回第１次真空抽出シンクロナス交替打ち固めを実施する。このとき、単回打ち固めエネルギーは２８００〜３０００ｋＮ・ｍであり、打ち固め回数は６〜８回、打ち固め間隔は４×７ｍである。

同様に、各層への真空管の設置及び真空抽出を実施した後、第１層及び第３層から真空管を抜き取って、第１回第２次真空抽出シンクロナス交替打ち固めを実施する。

同様に、各層への真空管の設置及び真空抽出を実施した後、第２層及び第３層から真空管を抜き取って、第１回第３次真空抽出シンクロナス交替打ち固めを実施する。

その後、上記のメカニズムに基づいて、工事パラメータを確定し、第２回及び第３回高真空交替打ち固めを実施する。

処理される軟地盤の面積が広いため、各工事分区における各土層の状況には差異が大きい。即ち、予想地盤沈下量の差異が大きくなるので、情報化により土層毎の沈下量の差異値を除去できなければ、うねりが生じ、使用に影響が出ることとなる。本工事に対しては、レールの沈下量の差異を除去することは重要である。

上記した５つのステップからなる高真空交替打ち固め工事中に、情報化検査を施し、即ち全ての工事分区において、１回毎に真空抽出シンクロナス交替打ち固めを実施した後、ブルドーザーを用いて打ち固め位置を平らにする。そして、１０×１０ｍのグリッド（ｇｒｉｄ）で標高を測定し、各工事分区における１回毎の高真空交替打ち固めによる平均沈下量を計算して累計し、累計沈下量を取得する。その後、当該工事分区の累計沈下量と予想地盤沈下量とを比較して、累計沈下量が予想地盤沈下量に達したら、高真空交替打ち固め工事を停止する。累計沈下量が予想沈下量以下である場合、再度、高真空交替打ち固め工事を実施する。

当初の設計によると、従来の軟地盤工事方案によりレール地盤工事を実施した場合、建造費は２３００万人民元となり、予算工事期間は９０日である。一方、本発明の情報化高真空圧密法による快速な軟地盤処理方法で施工した場合、建造費を５００万人民元まで低減可能となると共に、工事期間は４０日間短縮され、更に施工品質を確保できる。また、施工に際し、骨材を使わないため、環境への安全性が保持される。

Claims (6)

1. 真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法であって、
   工事区域全体を複数の工事分区に分け、各工事分区の土層分布状況を小ネジドリルを用いて探査し、前記各工事分区の予想地盤沈下量を計算するステップ１と、
   前記工事区域全体の外囲周辺に防水システムを設置し、該工事区域の外囲からの地下水の浸入を防止するステップ２と、
   前記各工事分区において、各土層にマトリックス状に真空管を挿入し、横パイプを介して前記真空管の上端部を真空抽出システムに接続し、前記各土層に間隙水圧計を埋設し、単回打ち固めエネルギーテストを行って、前記各土層の間隙水圧消散状況に応じて前記各土層の真空管挿入間隔を調整するステップ３と、
   前記各工事分区に対して、前記各土層に挿入された各前記真空管による真空抽出を行う真空抽出排水処理と、前記各土層の何れかから当該土層に挿入された各前記真空管を抜き取った後、所定の打ち固めエネルギーにより打ち固めを行う打ち固め処理とを、交替で実施する真空交替打ち固めを、１回毎に前記打ち固めエネルギーを変更して複数回行うステップ４と、
   を含むことを特徴とする真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法。
2. 前記ステップ２及び前記ステップ３の間に、前記工事区域の表層土に真空管を挿入して真空抽出を行うと共に、広幅キャタピラのローラーを用いて前記表層土を押し固めることにより、前記表層土の含水量を低減させ、荷重力を高めさせる表層土強化処理ステップを更に備えることを特徴とする請求項１記載の真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法。
3. 前記ステップ４の後、ブルドーザーを用いて打ち固め位置を平らにし、前記各工事分区の前記真空交替打ち固めによる平均沈下量を計算して累計し、累計沈下量と、該工事分区に対応する前記予想地盤沈下量とを比較するステップ５を更に含み、
   前記累計沈下量が前記予想地盤沈下量以下である場合、土層毎の沈下量の差異を除去すべく前記ステップ４を再度実施する
   ことを特徴とする請求項１記載の真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法。
4. 前記打ち固めは、動的圧密又は振動圧密であることを特徴とする請求項１記載の真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法。
5. 前記防水システムは、前記工事区域全体の外囲２〜３ｍにおいて、前記各土層に真空管を挿入し、前記真空管の上端部は横パイプを介して真空抽出システムに接続され、工事期間全体を通して真空抽出排水を行うことを特徴とする請求項１記載の真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法。
6. 前記ステップ４における前記打ち固めエネルギーの変更範囲は、５００〜３５００ｋＮ・ｍであることを特徴とする請求項１記載の真空打ち固めによる快速な軟地盤処理方法。