JP5340067B2

JP5340067B2 - 盛土補強構造

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Publication number: JP5340067B2
Application number: JP2009174350A
Authority: JP
Inventors: 直人渡邊
Original assignee: 株式会社ケー・エフ・シー
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: JP2011026861A

Description

本発明は、盛土斜面を補強する盛土補強構造に係り、特に、すでに出来上がっている盛土斜面にも適用可能であり、しかも、災害時に盛土構造の天端部の沈下量をできるだけ少なくできる、経済的な盛土補強構造に関する。

盛土斜面は地震その他の要因で滑落あるいは崩落する可能性が高く、その安定化を図る必要がある。盛土斜面とは図１０（ａ）に示すように元の斜面１に盛土したときの斜面２であり、かかる盛土斜面は図１０（ｂ）に示すように地震その他の要因により崩れやすい移動層３と地盤が移動層３と同質の地盤でありながらも崩壊要因の影響を受けにくい不動層４とで構成され、移動層３は地震その他の要因により点線で示す部分（すべり面）５に沿って滑落あるいは崩落する可能性が高い。
かかる盛土斜面の安定化を図る従来方法（特許文献１参照）として、図１１に示すように盛土斜面２にジオテキスタイル（合成高分子材料からなる織布、不織布、樹脂ネット、ポリマーグリッド等）６を、盛土を一定の層に転圧する毎に敷きこんでいく手法が知られている。この手法は、盛土を造成する際に有効であるが、既に盛土が出来上がっている場合には、実施工上適用することが難しい問題がある。

又、従来技術（特許文献２参照）として、長尺の鋼管材を斜面に打設して盛土斜面の安定化を図る手法がある。この従来技術は、斜面の広がり方向に所定間隔をなす形で長尺鋼管材を地中の不動層に到るまで打設し、その鋼管材周囲の地中にグラウトを施して、斜面の変形を許容しないようにしたものである。
ところで、近年、各種構造物について、これまで適用されてきた「仕様設計」に替えて「性能設計」が適用されるケースが増え、盛土補強においても、その盛土構造が用途的に求められる性能を満たしているかどうか、という観点で設計する手法が採用されるようになってきている。例えば、盛土構造上を道路として使用している場合、「性能設計」では、(1)万一の災害、特に地震が発生しても、道路交通を阻害するような大きな斜面崩壊が起きないように天端部の保持を第一に考えて補強する、（2）規模の小さいすべりは許容し、緊急時の交通を保持する、（3）より簡単な、経済的な修復によって災害時の道路機能を維持する、という観点で斜面補強する。
以上のように、「性能設計」は斜面の変形を部分的に許容するもので、斜面の変形を許容しない上記の従来技術は「性能設計」に基づく盛土補強に採用することができない。

「性能設計」による具体的な補強方法は、例えば、図１２に示すように盛土上層部をフトンカゴのように柔軟で変形を許容する盛土LEで置換し、地震等の外力に対して道路機能が損なわれないようにするもので、盛土構造における斜面の変形を絶対的に阻止するというよりも、道路としての機能の確保という観点から舗装面における沈下量が極力少なくなるように補強設計を考えている。なお、図１２において、盛土上層部の置換をしない場合には、地震等によりすべり面Aに沿って大規模な崩落が発生するが、盛土上層部の置換をした場合には、すべり面Bに沿って小規模の崩落が発生するだけである。
しかし、この手法は、すでに盛土斜面が出来上がっている場合には、盛土置換分の残土が発生し、補強盛土体施工時に道路を通行止めにするなど、煩雑な処理を必要とし、円滑な交通が阻害されるという問題がある。

特開２００７−１３８６２４号公報特開２００８−２４８４８８号公報

以上から、本発明の目的は、すでに出来上がっている盛土斜面にも適用可能であり、しかも、災害時に盛土構造の天端部の沈下量をできるだけ少なくできる、経済的な斜面補強工法を提供することである。

本発明は、盛土斜面を補強する盛土補強構造であり、盛土斜面から水平方向に打設される複数本の水抜きパイル、盛土斜面から斜め方向に打設される複数本の補強パイル、を備え、前記水抜きパイルは、所定のピッチで節突起を有する有孔管であり、前記補強パイルは、第１のピッチで節突起を有すると共に第２のピッチでグラウト材吐出孔を備えた補強管であり、前記水抜きパイルは盛土天端部の奥行き方向の幅より長尺をなすよう該盛土天端部の下方に打設され、前記補強パイルは水抜きパイルより短尺をなし、前記補強パイルの周辺には前記グラウト材吐出孔から噴出したグラウト材による地盤改良体が形成され、前記水抜きパイルと補強パイルを交互に盛土斜面に打設してなることを特徴とする。

本発明によれば、複数本の水抜きパイルを水平方向に、複数本の補強パイルを斜め方向に、それぞれ交互に盛土斜面に打設するようにしたから、これら水抜きパイルと補強パイル間の土塊を拘束し、地震時における杭周辺部の正のダイレタンシーを抑制することによる土塊内部応力の増分を期待できる。また、水平パイルである水抜きパイルが片持ち梁の形式となり、天端部を支える効果を発生し、しかも、水抜きパイルは、常時排水する機能に加えて、過剰間隙水圧（斜面が崩れる原因となる）を消散する機能を備えている。この結果、本発明の盛土補強構造によれば、すでに出来上がっている盛土斜面に適用可能であり、しかも、災害時に盛土構造の天端部の沈下量をできるだけ少なくでき、経済的な斜面補強が可能となる。

本発明の盛土補強構造の説明図である。本発明の盛土補強構造による盛土補強原理説明図である。本発明に使用する補強パイルの外観図である。補強パイルの一部斜視図である。補強パイルの打設説明図である。二重管乾式削孔方式により削孔する削孔機構の構成図である。本発明に使用する水抜きパイルの一部斜視図である。水抜きパイルの別の構成例である。補強パイルの打設とグラウトの手順説明図である。盛土斜面の説明図である。盛土斜面の安定化を図る従来方法の説明図である。従来の「性能設計」による具体的な補強方法説明図である。

・本発明の盛土補強構造
図１は本発明の盛土補強構造の説明図であり、盛土天端部１１の上には道路ＲＤが作られている。本発明の盛土補強構造は、盛土斜面１２から水平方向に打設された水抜き杭（水抜きパイル）２１₁〜２１_nと、盛土斜面１２から斜め方向に打設、例えば水平面に対して４５^０方向に打設された補強杭（補強パイル）２２₁〜２２_nとで構成され、水抜きパイル２１₁〜２１_nと補強パイル２２₁〜２２_nが交互に例えば１ｍ間隔で盛土斜面に打設されている。図において１３は無補強時における予想すべり面である。
水抜きパイル２１₁〜２１_nには、後述するように、長手方向に第１のピッチで地盤と杭の荷重伝達性能を向上するための節突起が形成され、第２のピッチで水抜き孔が形成されている。水抜き孔は、常時排水する機能を有すると共に、地震時の過剰間隙水圧を消散する機能を備えている。また、補強パイル２２₁〜２２_nには、後述するように、長手方向に第１のピッチで節突起が形成され、第２のピッチでグラウト材吐出し孔が形成されている。グラウト材吐出し孔は加圧注入されたグラウト材を地盤に吐き出して周辺部ＣＨＰをグラウトし、補強パイル２２₁〜２２_nの少なくとも先端部、場合によっては全長を地盤に定着する機能を有している。なお、水抜きパイル２１₁〜２１_nと補強パイル２２₁〜２２_nは盛土斜面１２から突出した頭部を鋼材プレート等により相互に連結しても良い。

・盛土補強原理
図２は本発明の盛土補強構造による盛土補強原理説明図である。
盛土斜面における水平方向へのパイル２１_iの打設は、盛土天端部までせん断面が発生するのを抑制し、また、せん断面を境に正負の曲げモーメントＭ１を発生し、更に、すべり面奥ですべりに抵抗する反力Ｒ１を発生する。打設角４５^０方向へのパイル２２_iの打設は、正の曲げモーメントＭ２を発生し、また、斜面奥に概ね集中する軸方向力（軸力）を発生し、高い沈下抑制効果を発揮する。そこで、本発明では水平方向と４５^０斜め方向の組杭形式にすることにより、すなわち、図１に示すように、水抜きパイル２１₁〜２１_nを水平方向に、補強パイル２２₁〜２２_nを４５^０方向に、交互に例えば１ｍ間隔で盛土斜面に打設して盛土補強構造を構成する。

この構造によれば、水抜きパイル２１₁〜２１_nと補強パイル２２₁〜２２_n間の土塊２３を拘束し、地震時における杭周辺部の正のダイレタンシーを抑制することによる土塊内部応力の増分が期待できる。ダイレタンシーとは、せん断に伴って生じる土の体積変化で、正のダイレタンシーは土の体積増加による押し出し現象を意味する。また、終局状態では水平パイルである水抜きパイル２１₁〜２１_nが片持ち梁の形式となり、天端部１１を支える効果を発生する。更に、水抜きパイル２１₁〜２１_nは、常時排水する機能に加えて、過剰間隙水圧（斜面が崩れる原因となる）を消散する機能を備えている。
以上より、図１の盛土補強構造によれば、効果的な盛土天端部の沈下抑制効果が得られ、しかも、補強パイルにより本来の斜面補強効果が得られる。

・補強パイルの構成
図３は本発明に使用する補強パイルの外観図、図４は補強パイルの一部斜視図である。補強パイル２２は、所定長となるように必要数の先端鋼管材３１、中間鋼管材３２、口元鋼管材３３をカプラー式ネジ継ぎ手３４により接続して構成され、口元鋼管材の口元には打設後に取り付けられる受圧板（土圧を受ける四角い鋼板）３５が設けられ、先端鋼管材の先端にはケーシングシュー３８が設けられている。図では３つの鋼管材３１〜３３が接続されて3000ｍｍ〜所定長の補強パイル２２が形成され、補強パイルの鋼管材の外径はたとえばΦ76ｍｍ、受圧板３５の1辺は200ｍｍ〜1000mm程度である。また、各鋼管材３１〜３３の外周には第１のピッチ（たとえば500ｍｍ）で円形の節突起３６が形成され、かつ、各鋼管材３１〜３３の周壁には第２のピッチ（たとえば600ｍｍ）で逆止弁機構付きグラウト材吐出孔３７が形成され、端部には他の鋼管材と接続するためのネジ構成の継ぎ手が形成されている。

図４（ｂ）は節突起周辺における鋼管杭の長手方向の一部破断拡大図であり、節突起３６はビード溶接加工により形成されている。鋼管杭３１〜３３は標準的に防錆処理されたものを用いる。防錆処理された鋼管材はグラウト材との付着が小さいが、節突起３６によって地盤と杭の荷重伝達性能が大幅に向上する。
図４（ｃ）は逆止弁機構付きグラウト材吐出孔周辺における鋼管杭の長手方向の一部破断拡大図である。逆止弁機構付きグラウト材吐出孔３７はバルブ加工により形成され、吐出孔３７ａ、逆止弁３７bで構成され、グラウトの加圧注入時に逆止弁３７bが開いてグラウトが吐き出されるようになっている。

図５は補強パイルの打設説明図であり、ダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式により地盤を削孔しながら補強パイル２２を押し込むことにより地盤内に打設する。中空の補強パイル２２の内部に削孔ビット４１、削孔ロッド４２、ダウンザホールハンマー４３等の削孔機構を収容し、該削孔ビットを補強パイルの先端鋼管材から飛び出させて打撃と回転作用により削孔を行う。すなわち、ダウンザホールハンマー４３の内部には図示しないがシリンダーが設けられ、このシリンダー内を摺動するハンマーピストンが、削孔ロッド４２の中空部を通して供給される圧縮空気によって往復運動を行い、該ハンマーピストンがハンマー本体の下部に突出する削孔ビット４１を打撃するようになっている。また、削孔ビット４１は、削孔機械４４の回転により削孔ロッド４２、ダウンザホールハンマー４３と一体に回転するようになっている。したがって、削孔機械４４により削孔ロッド４２を回転させると削孔ビット４１も回転する。この回転と同時に、ダウンザホールハンマー４３を圧縮空気により作動させて削孔ビット４１に打撃を加えると、回転作用とダウンザホールハンマー４３の打撃作用とによって削孔ビット４１が地盤を削孔し、補強パイル２２を押し込むことにより該補強パイル２２が地盤内に貫入してゆく。所定深さまで補強パイル２２を貫入すれば、削孔ビット４１、削孔ロッド４２、ダウンザホールハンマー４３を引き抜いて回収する。
補強パイル２２は前述するように長手方向に所定ピッチでその周壁にグラウト材吐出孔３７を複数個有すると共に、複数の節突起３６を有しているから、削孔機構回収後に、補強パイル２２の内部にグラウト材を加圧注入すれば、補強パイル２２の周壁に形成したグラウト材吐出孔３７からグラウト材が噴出し、補強パイル２２周辺部の少なくとも先端部近傍、場合によっては全長に亘って地盤改良体が形成されて地盤が補強される。

図６は二重管乾式削孔方式により削孔する削孔機構の構成図であり、ケーシング管として機能する中空の補強パイル２２の内部には、削孔ビット４１、削孔ロッド４２、ダウンザホールハンマー４３等の削孔機構が収容され、削孔時に回転し、かつ、削孔完了後に回収可能に設けられている。削孔機械４４の回転軸には削孔ロッド４２が回転可能に接続され、また、該削孔ロッド４２には圧縮空気が送り込まれるようになっている。ダウンザホールハンマー４３の先端には削孔ビット４１が取り付けられている。削孔ビット４１は偏心拡径構造を備え、所定方向に回転させると補強パイル２２より偏心拡径して外に飛び出し、回収時に逆転すると引っ込んで回収可能になっている。４５はリーマー、４６はガイドデバイス、４７はガイドスリーブである。なお、３８は補強パイル２２の先端に取り付けたケーシングシューである。削孔ロッド４２内は中空になっており、圧縮空気を、ガイドスリーブ４７を介してダウンザホールハンマー４３内のシリンダーに送入し、該圧縮空気によりハンマーピストンを往復させて削孔ビット４１に打撃を与えるようになっている。

・水抜きパイルの構成
図７は本発明に使用する水抜きパイルの一部斜視図であり、所定長の鋼管材５１の外周に第１のピッチで円形の節突起５２が形成され、かつ、該鋼管材５０の周壁には長手方向に螺旋状に第２のピッチで水抜き孔５３が形成されている。節突起５２は補強パイル２２の節突起３６と同一の構成を有しているが必ずしも必要ではない。水抜きパイル２１は、補強パイル２２と同様にダウンザホールハンマーを用いた二重管乾式削孔方式により地盤を削孔しながら地盤内に打設される。

図８は水抜きパイル２１の別の構成例であり、回転貫入により打設する構造を有している。鋼管材５１の先端に螺旋状の羽根部５５が形成され、外周には長手方向に第１のピッチで円形の節突起５２が形成され、また、螺旋状に第２のピッチで水抜き孔５３が形成されている。羽根部５５は、鋼管材５１の先端を外側に張り出すようにして塑性加工し、その張り出し部に切り込みを入れて螺旋状に曲げ加工を施して形成されている。施工は、水抜きパイル２１の上端部を削孔機(オーガー)に取り付け、羽根部５５の回転力で回転貫入することにより行なう。この水抜きパイルは、回転貫入部分が柔らかい盛土のため、ダウンザホールハンマーを使用せず回転貫入により打設でき、施工が簡単で経済的である利点がある。

・施工方法
本発明の盛土補強構造体の施工は、必要な数の水抜きパイル２１₁〜２１_nを水平方向に、補強パイル２２₁〜２２_nを４５^０方向に、交互に例えば１ｍ間隔で盛土斜面に打設するとともに、各補強パイル２２₁〜２２_nの先端部をグラウト注入によって地盤に定着することにより行なう。
図９は、補強パイルの打設とグラウトの手順説明図である。
（a）偏心拡径ビット（削孔ビット）４１を利用した二重管乾式削孔方式により削孔しつつ補強パイル２２を地盤に直接打設する。
（b）所定深さまで補強パイル２２を打設すれば、削孔ビット４１を縮径して該補強パイル２２に収め、該削孔ビット４１、削孔ロッド４２、ダウンザホールハンマー４３などの削孔機構を引き抜き回収する。
（c）ついで、注入用パッカー装置のシングルパッカー６１を補強パイル２２の先端近傍に配置し、グラウト注入管６２よりグラウト材６３を加圧注入すれば、補強パイル２２の先端およびグラウト材吐出孔３７よりグラウト材が排出してグラウト６４が行なわれる。
（d）以後、注入用パッカー装置を用いて段階加圧注入すれば、補強パイル２２の外壁に形成したグラウト材吐出孔３７よりグラウト材が排出してグラウト柱体６５が形成されてゆく。
（e）そして、最後に注入用パッカー装置を口元に位置してグラウト材を補強パイル２２内に注入すれば、グラウト材吐出孔よりグラウト材が排出して補強パイル２２周辺の全長に亘ってに均一なグラウト柱体（地盤改良体）６５が完成する。すなわち、補強パイル２２とグラウト柱体６５が一体となった合成杭が完成する。
水抜きパイル２１も図７の構成を有するものは、同様に二重管乾式削孔方式により削孔しつつ地盤に直接打設する。又、図８の構成を有するものは、削孔機を用いて回転貫入する。
以後、交互に所定数の補強パイルと水抜きパイルを1ｍ間隔で打設すれば本発明の盛土補強構造体の施工が完了する。
なお、補強パイルは上記の如く二重管削孔方式によるものに限定されるものではなく、先端にビットを有する自削孔方式や回転貫入方式による補強パイルを用いる場合には二重管削孔や削孔に用いた、ビット、ロッド、ダウンザホールハンマーの回収作業は省略される。

１１盛土天端部１１
１２盛土斜面
２１₁〜２１_n 水抜き杭（水抜きパイル）
２２₁〜２２_n 補強杭（補強パイル）

Claims

盛土斜面を補強する盛土補強構造において、
盛土斜面から水平方向に打設される複数本の水抜きパイル、
盛土斜面から斜め方向に打設される複数本の補強パイル、
を備え、
前記水抜きパイルは、所定のピッチで節突起を有する有孔管であり、前記補強パイルは、第１のピッチで節突起を有すると共に第２のピッチでグラウト材吐出孔を備えた補強管であり、
前記水抜きパイルは盛土天端部の奥行き方向の幅より長尺をなすよう該盛土天端部の下方に打設され、前記補強パイルは水抜きパイルより短尺をなし、
前記補強パイルの周辺には前記グラウト材吐出孔から噴出したグラウト材による地盤改良体が形成され、
前記水抜きパイルと補強パイルを交互に盛土斜面に打設してなることを特徴とする盛土補強構造。