JP5119381B2 - 地盤改良方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンパクショングラウチング工法に代表される静的圧入締固め工法を利用した地盤改良方法の技術の分野に属する。

静的サンドコンパクションパイル工法などの静的圧入締固め工法では、拡径砂杭を連続的に造成することにより、周辺地盤の締固めを行なっている。この方法では、従来の振動締固め砂杭にくらべ、締固め効果が小さく、ある一定の補正を行なっている。また、地盤の細粒分が多くなると所定の締固め効果が得られない恐れがあった。

また、コンパクショングラウチング工法に代表される静的圧入締固め工法では、一般にステップアップしながら圧入を行なう。ステップ内の圧入は連続的に行なわれるが、圧入時の圧力が管理基準値を超過すると、所定の注入量にいたらず、改良効果に不安が残っている。

上述した従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、注入材の圧入方法を改良して、静的圧入締固め工法における地盤改良効果を向上させることにある。

上記目的は、土中で迷走することなく固結する地盤改良材をポンプを用いて圧入する静的圧入締固め工法を利用して地盤を改良する方法であって、地盤改良材をポンプで押し出して、第１の注入管を介して地盤中に圧入する工程と、地盤改良材をポンプで押し出して、前記第１の注入管に隣接する第２の注入管を介して地盤中に圧入する工程と、を含んでおり、上記圧入工程を交互に繰り返すことにより、隣接する注入管の間の地盤に対し、一方の注入管を介しての載荷と除荷、および他方の注入管を介しての載荷と除荷を交互に作用させ、前記地盤改良材から成る固結体を地盤中に連続的に造成する地盤改良方法によって達成される。

本発明によれば、コンパクショングラウチング工法に代表される静的圧入締固め工法において、載荷と除荷を繰り返しながら注入材を地盤中に圧入するようになっている。これにより、地盤の圧縮効率が向上し、地盤の密度増大やＫ値増大、隆起抑制が実現でき、効率的かつ効果的に液状化対策が行える。

（コンパクショングラウチング工法の概要）
図１に基づいて、静的圧入締固め工法であるＣＰＧ（コンパクショングラウチング）工法を概略的に説明する。なお、本発明において、「静的圧入締固め工法」とは、動的エネルギー（打撃や振動）を与えない、静的な力（ポンプによる注入圧力）による締固め工法を意味する。ＣＰＧ工法は、静的圧入締固め工法の代表例である。

ＣＰＧ工法では、ボーリングマシンを用いて、ロッド状の注入管１を継ぎ足しながら所定深度まで削孔し、孔内に該注入管を臨ませる。注入管１は、注入管リフト装置３によって上下動可能に設けられている。特殊注入プラント５で生成された注入材（特殊骨材・固化材・水で構成される流動性の極めて低いモルタル状の地盤改良材）は、特殊注入ポンプ７で強制圧送し、圧送ホース９に接続された注入管１を介して地盤中へ圧入する。注入管１は、従来の場合では１ステップ３３ｃｍ〜５０ｃｍで、ステップアップさせるようになっている。

地盤中に圧入された注入材は、その低い流動性のため土中で迷走することなく所定の位置で固結する。したがって、上述した特殊注入ポンプによる低流動性材料の圧送と、注入管のステップアップとを繰り返すことにより、図示するような注入材から成る球根状の固結体が連続的に造成される。そして、この固結体の体積増加により周辺地盤を圧縮し、密度を増大させることで液状化地盤を非液状化地盤へと改良することができる。
以下、上述したＣＰＧ工法を背景技術とする地盤改良方法について説明する。

（第１実施形態）
図２に基づいて、地盤改良方法の第１実施形態について説明する。

図２において、注入管１の上部には、第１の管路１１及び第２の管路１２が接続されている。第１の管路１１には第１のバルブ２１が設けられており、その一端は圧送ホース等を介して特殊注入ポンプに接続されている。また、第２の管路１２には第２のバルブ２２が設けられており、その一端は開放されている。

施工時には、特殊注入ポンプで注入材を圧送し、注入管１を介して地盤中に該注入材を圧入する。その際、特殊注入ポンプによる注入材の押し出しストロークと、次の押し出しストロークとの間にインターバル（時間間隔）を空けるようにする。図２において、押し出しストロークの工程を図２（Ａ）及び（Ｃ）に示し、インターバルの工程を図２（Ｂ）及び（Ｄ）に示す。

図２（Ａ）及び（Ｃ）に示す押し出しストロークの間は、第１のバルブ２１は開弁し、第２のバルブ２２は閉弁する。その結果、押し出しストロークの間、注入材に対する載荷が行われる。一方、図２（Ｂ）及び（Ｄ）に示すインターバルの間は、第１のバルブ２１は閉弁し、第２のバルブ２２は開弁する。その結果、インターバルの間は、第２の管路１２を介して圧力が開放され、注入材に対する除荷が行われる。

なお、第２の管路１２に吸引装置を接続し、第２のバルブ２２を開弁している間だけ強制的なサクションをするようにしてもよい。この方法によっても、インターバルの間、注入材に対する除荷が可能である。また、開弁及び閉弁操作は手動で行ってもよく、或いは、電子制御で自動的に行うようにしてもよい。

上述した工程を繰り返して所定量の注入材を圧入し終えたら、注入管１を所定長さステップアップさせ、前述と同様に、押し出しストロークとインターバルを繰り返しながら、注入材を圧入する。

上述した方法によれば、従来のように１ステップ内の圧入を連続的に行うのではなく、各押し出しストローク間にインターバルを空け、注入材を間欠的に圧送するようになっている。これにより、載荷と除荷を繰り返しながら注入材を圧入することが可能になり、その結果、地盤の圧縮効率が向上し、地盤の密度増大やＫ値増大、隆起抑制が実現でき、効率的かつ効果的に液状化対策が行える。そして、このような効果が達成される要因としては、主として、以下の点が挙げられる。

すなわち、発明者らの実験によれば、注入材を圧入した場合において、圧入停止直後から圧入圧力の低下が起こることが明らかになった（図３）。この圧入圧力の低下に伴い、周辺地盤の水平応力も低下する（図４）。また、圧入圧力および水平応力の低下は、圧入停止直後に急激に低下する。

したがって、連続して圧入するのではなく、断続的な圧入または載荷と除荷を繰り返しながら注入材を圧入することにより、圧入圧力が管理基準値を超過することなく、所期の量の注入材を地盤中へ圧入することができる。よって、載荷と除荷を繰り返しながら圧入すれば、連続載荷の場合に比して、地盤の圧縮効率が向上し、地盤の密度増大やＫ値増大が実現でき、また地盤隆起も抑制できる。

（第２実施形態）
次に、図５に基づいて、地盤改良方法の第２実施形態について説明する。

図５に示す特殊注入ポンプ７は、切り替え可能なスイングチューブ３０を備えた２連式のピストンポンプである。この特殊注入ポンプ７は、第１のピストン３１と第２のピストン３２を有しており、圧送ホース等を介して注入管に接続されている。往復運動する第１のピストン３１と第２のピストン３２は、交互に注入材を押し出し可能に設けられている。

上述構成の特殊注入ポンプ７を用いて圧送する際には、たとえば、第１のピストン３１による押し出し中に、第２のピストン３２側のシリンダー内に注入材を充填する（図５（Ａ））。そして、第１のピストン３１による押し出しが完了した時点で、スイングチューブ３０を第２のピストン３２側に切り替える（図５（Ｂ））。この一連の動作を経て、注入材を押し出すための「１ストローク」が完了する。

スイングチューブ３０を第２のピストン３２側に切り替えたら、前述と同様に、第２のピストン３２による押し出し中に、第１のピストン３１側のシリンダー内に注入材を充填する（図５（Ｃ））。このように、切り替えと押し出しストロークを繰り返すことにより、切り替えの度に圧力が開放され、脈動的に注入材が圧送される。

そして、数ストロークに１回、スイングチューブ３０を切り替えずに、押し出しストロークを終えたピストンをリバースさせて、圧送された注入材に対するサクションを行う（図５（Ｄ））。このサクションは、引き抜きストローク（押し出しストロークとは逆方向のストローク）によって行われる。ピストンのリバースは、自動で行ってもよく、或いは手動で行ってもよい。

上述した方法によれば、押し出しストロークの間は注入材に対する載荷（加圧作用）が行われ、引き抜きストロークの間は注入材に対する除荷（負圧作用）が行われる。したがって、複数回の押し出しストロークと、それに続く引き抜きストロークとを含む一連の操作を繰り返すことにより、注入材に対する載荷と除荷を繰り返しながら該注入材を圧入することができる。よって、第１実施形態で述べた場合と同様の効果を達成することができる。

なお、上述した実施形態では、スイングチューブ３０を備えた２連式のピストンポンプを用いる場合について例示したが、本発明で用いるポンプの種類は特にこれに限定されない。すなわち、注入材の押し出し方向（正方向）・吸い込み方向（逆方向）のいずれの方向にも作動可能である限り如何なる種類のポンプも用いることができ、使用可能な他のポンプの具体例としては、例えば公知のスクイズ式ポンプを挙げることができる。

（第３実施形態）
次に、図６に基づいて、地盤改良方法の第３実施形態について説明する。
図６において、上段は従来の方法を示しており、下段は第３実施形態に係る地盤改良方法を示している。

図６において、注入管１は、圧送ホース等を介して特殊注入ポンプに接続されている。特殊注入ポンプから圧送された注入材は、注入管１を介して地盤中に圧入されるようになっている。

施工する際には、まず注入材を特殊注入ポンプで押し出して、注入管１を介して地盤中に圧入する。所定量の注入材を圧入し終えたら、注入管１を３３ｃｍ未満の微小長さ（たとえば１０ｃｍ程度）引き上げる。そして、前述した圧入工程と注入管引き上げ工程とを繰り返すことにより、注入材から成る固結体を連続的に造成する。

上述した方法によれば、以下の効果が達成される。
すなわち、図６の上段に示す従来のＣＰＧ工法の場合では、１ステップ３３ｃｍを標準としてステップアップを行っている。これに対し、図６の下段に示す実施形態の場合では、ステップアップ長さを短縮（たとえば１０ｃｍ程度に短縮）している。図３に示すように、ステップアップ時には圧入圧力は除荷され、このとき地盤に与えられた応力も減少する。したがって、注入管１本当たりのステップアップ回数が増加し、圧入の繰り返し回数が増加するので、結果として圧縮効率が上昇する。

（本発明の実施形態）
次に、図７に基づいて、本発明に係る地盤改良方法の実施形態について説明する。

図７において、改良対象の地盤中には、２本の注入管１ａ，１ｂが隣接した状態で配設されている。第１の注入管１ａおよび第２の注入管１ｂは、それぞれ、圧送ホース等を介して特殊注入ポンプに接続されている。

施工する際には、注入材を特殊注入ポンプで押し出して、第１の注入管１ａを介して地盤中に圧入する（図７（Ａ））。このとき、圧入に伴って生じる水平応力が、矢印Ｒで示すように、第２の注入管１ｂ方向へ作用する。第１の注入管１ａの側において１ステップ内の圧入が完了したら、続いて、第２の注入管１ｂを介して注入材を地盤中に圧入する（図７（Ｂ））。このとき、圧入に伴って生じる水平応力が、矢印Ｌで示すように、第１の注入管１ａ方向へ作用する。

第２の注入管１ｂの側において１ステップ内の圧入が完了したら、続いて、第１の注入管１ａをステップアップさせる（図７（Ｃ））。そして、所定長さステップアップさせたら、注入材を第１の注入管１ａを介して地盤中に圧入する（図７（Ｄ））。第１の注入管１ａの側において１ステップ内の圧入が完了したら、続いて、第２の注入管１ｂをステップアップさせて注入材を圧入する。そして、図示するこれらの工程を繰り返すことにより、連続する固結体が、隣接する地盤中に同時並行的に造成される。

上述した方法によれば、隣接する２本の注入管に対して、特殊注入ポンプから交互に注入材を圧送するようになっている。したがって、２本の注入管の中間領域に介在する地盤では、一方側の圧入による載荷と他方側の圧入による載荷を交互に受けることとなる。また、一方側の注入管のステップアップによる応力開放と、他方側の注入管のステップアップによる応力開放を、交互に受けることとなる。その結果、１本の注入管で圧入する場合と比較して、地盤の圧縮効率を向上させることができる。

コンパクショングラウチング工法の実施態様の概略を示す図である。 地盤改良方法を示す工程図である。 圧入圧力の経時変化を示す図である。 水平応力の経時変化を示す図である。 地盤改良方法を示す工程図である。 地盤改良方法を示す工程図である。 本発明に係る地盤改良方法を示す工程図である。

１ 注入管
１ａ 第１の注入管
１ｂ 第２の注入管
３ 注入管リフト装置
５ 特殊注入プラント
７ 特殊注入ポンプ
９ 圧送ホース
１１ 第１の管路
１２ 第２の管路
２１ 第１のバルブ
２２ 第２のバルブ
３０ スイングチューブ
３１ 第１のピストン
３２ 第２のピストン

Claims (1)

1. 土中で迷走することなく固結する地盤改良材をポンプを用いて圧入する静的圧入締固め工法を利用して地盤を改良する方法であって、
   地盤改良材をポンプで押し出して、第１の注入管を介して地盤中に圧入する工程と、
   地盤改良材をポンプで押し出して、前記第１の注入管に隣接する第２の注入管を介して地盤中に圧入する工程と、を含んでおり、
   上記圧入工程を交互に繰り返すことにより、隣接する注入管の間の地盤に対し、一方の注入管を介しての載荷と除荷、および他方の注入管を介しての載荷と除荷を交互に作用させ、前記地盤改良材から成る固結体を地盤中に連続的に造成することを特徴とする地盤改良方法。

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