JP6291176B2 - 地盤改良方法 - Google Patents

Description

本発明は、含水率の高い地盤の掘削を行う前に含水率を低減させるための地盤改良方法に関する。

従来、建設工事等で発生する掘削土の含水率が、処分場の受入れ基準値よりも高い場合には、含水率を基準値未満に低下させる必要がある。このため、含水率が高い掘削土を現場のヤード等に仮置きして乾燥させる手法が取られている。

また、掘削前に地盤の含水率を下げる手法の一例として特許文献１の技術がある。この技術は、地盤内の地下水をストレーナ部からストレーナ管内に浸透させながら、排水ポンプを間欠的に駆動することによりストレーナ管内の水を排水するものである。

特開２００７−１６２２９８号公報

特許文献１の技術によれば、地盤の含水率をある程度低下させることは可能である。しかし、透水係数の小さい粘性土では、排水ポンプで排出できる地下水の量が少なく、脱水効率が悪い。

また、含水率が高い掘削土を現場内に仮置きして含水率を下げる場合、掘削現場が余裕のある広いエリアであれば良いが、都市部等の狭小地では仮置きヤードを十分に確保できないことから、掘削作業に支障を来たす恐れがある。

このような観点から、本発明は、掘削対象地盤の含水率を下げることができる地盤改良方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明は、掘削対象となる地盤の含水率を下げる地盤改良方法であって、前記地盤の中に多数の貫通孔を有する管材を水平方向及び該水平方向に対する垂直方向に配置し、前記垂直方向に配置した管材は前記水平方向の管材の上部に接続され、前記水平方向の管材内に加熱手段を挿入して前記地盤を加熱することを特徴とする。

本発明によれば、加熱手段の発熱による熱が管材を介して地盤へ伝導し、伝導熱により地盤内の水分が蒸発する。この蒸発により、地盤の含水率を下げることができる。従って、掘削土の仮置きスペースの無い狭小地でも、掘削土の仮置き場を必要とすることなく地盤の掘削を行うことができる。又は、掘削土の仮置き時間を短縮することができる。

また、水平管内で加熱手段が発熱すると、水平管の貫通孔から熱が地盤へ伝導する。水平管の上部に垂直方向の管材（「縦管」ともいう）の開口が位置する場合、水平管の貫通孔から外部へ伝導する熱が、縦管の内部を上方へ向かって伝導すると共に、縦管の貫通孔から地盤へ伝導する。このため、地盤を広範囲に渡って加熱することができる。従って、地盤の含水率を効率良く低下させることができる。

前記加熱手段をスチームヒータとし、前記スチームヒータから排出されたスチームが前記水平方向の管材の前記貫通孔を介して前記地盤内および前記垂直方向の管材内へ排出されるようにしてもよい。加熱手段をスチームヒータとした場合、電熱棒等の電力による加熱手段を用いるよりも、コストが低く、素早い加熱が可能となり、より広範囲に地盤を加熱することができる。

前記垂直方向の管材に、前記地盤に空気を圧入する圧入手段を挿入し、当該圧入手段により地盤に圧入した空気で地盤に亀裂を生じさせるようにしてもよい。
このように縦管に空気を圧入すると、縦管の貫通孔から圧縮空気が吹出し、地盤に多くの亀裂が生じる。このように地盤に多くの亀裂ができると、水平管や縦管の貫通孔から外部へ伝導した熱及びこの熱による蒸発水分が、亀裂を通って地上へ向かうので、より早く地盤の水分を蒸発させることができる。つまり、地盤の水分を素早く蒸発させることが可能になる。

本発明によれば、掘削対象地盤の含水率を下げることができるので、掘削土の仮置きスペースの無い都市部等の狭小地でも、掘削土の仮置き場を必要とすることなく地盤の掘削を行うことができる。或いは、掘削土の仮置き時間を短縮することができる。

本発明の実施形態に係る地盤改良方法を説明するための図であって、（ａ）は地盤の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本実施形態の変形例１に係る地盤改良方法を説明するための地盤の断面図である。 本実施形態の変形例２に係る地盤改良方法に用いられる圧入手段の構成を示す断面図である。

＜実施形態の構成＞
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る地盤改良方法は、掘削対象となる地盤１０の含水率を下げるために実施されるものであり、水平状態の横管（水平方向の管材）１１と、横管１１に挿入されたスチームヒータ管１２ａと、横管１１に対して垂直に配置された縦管（垂直方向の管材）１４とを使用する。横管１１及び縦管１４は、地盤１０の中に配置し、スチームヒータ管１２ａの基端には、スチームヒータ本体１２を連結した。

横管１１及び縦管１４は、両端が開口した筒状を成し、周回壁に多数の貫通孔を有している。スチームヒータ管１２ａは、両端が開口したＵ字型の筒状を成し、周回壁に多数の貫通孔を有している。

但し、横管１１は、先端が閉塞したタイプのものでもよい。また、１つのスチームヒータ本体１２に１本のスチームヒータ管１２ａが連結された構成としたが、１つのスチームヒータ本体１２が大型のものであって、これに複数本のスチームヒータ本体１２が連結されている構成であってもよい。
なお、スチームヒータ管１２ａ及びスチームヒータ本体１２により加熱手段が構成されている。但し、加熱手段としては、スチームヒータ管１２ａ以外に、電熱棒等の電力による加熱装置であってもよい。

また、図１（ａ）に示すように、横管１１は、所定間隔Ｌ１で配置されている。この配置に伴ってスチームヒータ管１２ａの基端に連結されたスチームヒータ本体１２も所定間隔Ｌ１に対応した間隔で配置されている。

また、各横管１１の上方には、所定間隔で複数本の縦管１４が配列されている。

地盤１０の含水率は、処分場の受入れ基準値よりも高い土壌であるとする。また、地盤１０は、法面１０ａを有する。
なお、地盤１０が予めこのような法面１０ａを有する地形で無い場合、地盤１０に所定サイズの穴を掘り、この穴の斜面を法面１０ａとする。

このような地盤１０の建築工事に係る掘削範囲において、建設工事のための掘削を行う前に、法面１０ａの下方位置において、周知の筒状のケーシングを有するボーリング装置（図示せず）によって、法面１０ａから所定位置まで削孔する。次に、ボーリングロッドを引き抜き、横管１１をケーシング内に挿入し、削孔に用いられたケーシングを引き抜いて横管１１を地盤１０中に残置する。これによって、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、横管１１が地盤１０の中に配置される。

次に、横管１１の上方の地面からボーリングによって、横管１１に対して垂直方向（又は鉛直方向）に横管１１の位置まで削孔し、この削孔に用いられるケーシング内に縦管１４を挿入し、削孔に用いたケーシングを引き抜いて縦管１４として残置する。この動作を複数回行うと、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数本の縦管１４が横管１１の上方に垂直状態で配置される。

次に、横管１１の中に、その先端までスチームヒータ管１２ａをＵ字側から挿入し、スチームヒータ管１２ａの一端をスチームヒータ本体１２に接続する。これによって、地盤改良方法を実施するための準備が完了する。その後、横管１１、スチームヒータ管１２ａ、縦管１４を引き抜き、地盤１０を掘削する。

＜実施形態の動作＞
この後、スチームヒータ本体１２から矢印Ｙ１で示すように高熱のスチームを、スチームヒータ管１２ａの管内へ連続して噴出する。この噴出によりスチームが管内を通って矢印Ｙ２で示すように先端から大気へ排出される。

この際、スチームヒータ管１２ａ内を通過するスチームは、図１（ｂ）に多数の波線で示すように、スチームヒータ管１２ａの多数の貫通孔から排出され、更に横管１１の多数の貫通孔を介して地盤１０内及び縦管１４の管内へ排出される。縦管１４の管内へ排出されたスチームは、管内を通過して上端の開口から大気へ排出される。この際、縦管１４内を通過するスチームは、図１（ｂ）に多数の波線で示すように、縦管１４の多数の貫通孔から地盤１０内へ排出される。

地盤１０内へ排出された高熱のスチームによる熱は、地盤１０内を伝導しながら地盤１０を加熱して水分を蒸発させる。この蒸発により地盤１０の含水率が低下して乾くので、所定時間、地盤１０を加熱すれば、地盤１０の含水率が低下して処分場の受入れ基準値よりも低くなる。

＜実施形態の効果＞
本実施形態の地盤改良方法では、掘削対象となる地盤１０の含水率を下げるために、地盤１０の中に管材としての横管１１を配置し、横管１１内に加熱手段としてのスチームヒータ管１２ａを挿入して地盤１０を加熱するようにした。

この方法によれば、加熱手段の発熱による熱が横管１１を介して地盤１０へ伝導し、伝導熱により地盤１０内の水分が蒸発するので、地盤１０の含水率を下げることができる。従って、掘削土の仮置きスペースの無い狭小地でも、掘削土の仮置き場を必要とすることなく地盤１０の掘削を行うことができる。

又は、地盤１０の加熱により、地盤１０の含水率が処分場の受入れ基準値よりも低くならなかった場合でも、地盤１０内の水分は蒸発しているので、この蒸発した掘削土を仮置きすれば、仮置き時間を短縮することができる。

また、横管１１は周壁に多数の貫通孔を有する有孔管であり、この場合、加熱手段としてスチームヒータ管１２ａを用いれば、電力による加熱装置を用いるよりも、コストが低く、素早い加熱が可能となり、より広範囲に地盤１０を加熱することができる。

また、横管１１を水平方向に配置し、横管１１の上部（又は上方）に当該横管１１に対して垂直方向に複数の縦管１４を配置してもよい。
この配置によれば、水平な横管１１内でスチームヒータ管１２ａが発熱すると、横管１１の貫通孔を介して熱が地盤１０へ伝導する。この際、横管１１の上部に複数の縦管１４の開口が位置するので、横管１１の貫通孔から外へ伝導する熱が、縦管１４の内部を上方へ向かって伝導すると共に、縦管１４の貫通孔から地盤１０へ伝導する。このため、地盤１０を広範囲に渡って加熱することができ、地盤１０の含水率を効率良く低下させることができる。

＜実施形態の変形例１＞
図２は本発明の実施形態の変形例１に係る地盤改良方法を説明するための、地盤１０の断面図である。この図２は図１（ｂ）の断面図に対応している。
本変形例１の地盤改良方法が、上述した実施形態の地盤改良方法と異なる点は、図２に示すように掘削対象となる地盤１０が、左右に法面１０ａ，１０ｂを備える断面台形状であり、この地盤１０に真直ぐなスチームヒータ管１２ｂ及び横管１１ａを用いるようにした点にある。

スチームヒータ管１２ｂは、両端が開口した真直ぐな筒状を成し、周回壁に多数の貫通孔を有する管材である。また、横管１１ａは、図１に示したＵ字型のスチームヒータ管１２ａを入れる横管１１よりも小径の管材である。横管１１ａには直線状のスチームヒータ管１２ｂが挿入される。
なお、地盤１０は、本例では断面台形状としたが、対向端面が切り立った壁面状やえぐれた壁面状であってもよい。

このような断面台形状の地盤１０に対して地盤改良方法を適用する場合には、右側の法面１０ａの下方位置から、ボーリング装置（図示せず）によって水平方向に左側の法面１０ｂに突き抜けるように削孔を行い、横管１１ａをケーシング内に挿入し、削孔に用いられたケーシングを引き抜いて、横管１１ａとして残置する。これによって、図２に示すように、横管１１ａの中に水平状態に、右側の法面１０ａから左側の法面１０ｂを突き抜ける状態で配置される。

次に、横管１１ａの上方側において、上述した実施形態と同様に複数本の縦管１４を配置する。
次に、横管１１ａの中に、この横管１１ａを突き抜ける状態にスチームヒータ管１２ｂを挿入し、このスチームヒータ管１２ｂをスチームヒータ本体１２に連結する。

この後、スチームヒータ本体１２から矢印Ｙ１で示すように高熱のスチームを、スチームヒータ管１２ｂの管内へ連続して噴出すると、スチームが管内を通って矢印Ｙ３で示すように先端から大気へ排出される。この際、上述の実施形態と同様に、スチームが、スチームヒータ管１２ｂ及び横管１１ａの多数の貫通孔を介して地盤１０内及び縦管１４の管内へ排出される。この排出されたスチームは、更に、縦管１４内を通過して大気へ排出されると共に、縦管１４の多数の貫通孔から地盤１０内へ排出される。

横管１１ａ及び縦管１４の多数の貫通孔から、地盤１０内へ排出された高熱のスチームによって、地盤１０が加熱されて水分が蒸発する。従って、本変形例１の地盤改良方法によっても、上述した実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

なお、本変形例１の地盤改良方法においても、加熱手段が電熱棒等の電力による加熱装置であってもよい。
また、上述の実施形態及び変形例１においては、地盤１０の中に横管１１，１１ａを水平状態に配置し、縦管１４を水平な横管１１，１１ａに対して垂直に配置するようにしたが、横管１１，１１ａを傾斜状態に配置してもよい。

この傾斜状態の配置の場合、縦管１４はこの下端開口が、傾斜状態の横管１１，１１ａの表面に近接、又は開口縁が一部当接する状態に鉛直状態（図２と同様な垂直状態）に配置する。又は、縦管１４も傾斜状態に配置し、この傾斜状態の縦管１４の下端開口が、傾斜状態の横管１１，１１ａに近接、又は開口縁が一部当接する状態に配置してもよい。この場合、斜めの縦管１４の上端開口は、図１又は図２同様に大気に連通した状態とする。

＜実施形態の変形例２＞
図３は本発明の実施形態の変形例２に係る地盤改良方法に用いられる圧入手段２１の構成を示す断面図である。
本変形例２の地盤改良方法が、上述した実施形態及び変形例１の地盤改良方法と異なる点は、図３に示すように、縦管１４に圧入手段２１を用いた点にある。

圧入手段２１は、圧縮空気を空気噴出口から噴出するコンプレッサ２１ａと、コンプレッサ２１ａの空気噴出口に連結された空気噴出管２１ｂと、空気噴出管２１ｂに所定間隔開けた上下位置に空気が封入排出されるように一体に取り付けられた上パッカー２１ｃ及び下パッカー２１ｄとを備えて構成されている。空気噴出管２１ｂは、上パッカー２１ｃ及び下パッカー２１ｄが萎んだ状態で縦管１４に挿入され、コンプレッサ２１ａから空気が噴出されることで、上パッカー２１ｃ及び下パッカー２１ｄが空気で膨らんで、縦管１４の上方及び下方の内壁に嵌合される状態となる。

このような圧入手段２１を組み付けた縦管１４の内部には、所定間隔離間した上パッカー２１ｃと下パッカー２１ｄとによって閉塞空間２１ｅが形成される。但し、閉塞空間２１ｅは、縦管１４の壁面に多数の貫通孔が形成されているので、完全な閉塞空間ではなく、半閉塞空間となっている。

また、圧入手段２１の縦管１４への組み付けは、図１又は図２に示す各々の縦管１４に対して上記のように行う。以降、図２に示す縦管１４を代表して説明する。
本変形例２の地盤改良方法を実施する場合、図３に示すように、縦管１４に空気噴出管２１ｂを挿入して下方内壁に下パッカー２１ｄが、上方内壁に上パッカー２１ｃが位置する状態に、圧入手段２１を縦管１４に組み付ける。

この後、コンプレッサ２１ａを起動して圧縮空気を、矢印Ｙ４で示すように空気噴出管２１ｂから閉塞空間２１ｅへ噴出する。この噴出された圧縮空気は、矢印Ｙ４ａ〜Ｙ４ｃで示すように多数の貫通孔から地盤１０へ勢い良く噴出される。この空気の噴出によって地盤１０に図示せぬ亀裂が多数発生する。

次に、縦管１４から圧入手段２１を取り外した後、スチームヒータ本体１２からスチームヒータ管１２ｂを介して高熱のスチームを噴出する。この噴出されたスチームは、横管１１ａ及び縦管１４の多数の貫通孔を介して地盤１０へ排出される。更に、その排出された高熱のスチームは、地盤１０に発生した多数の亀裂を通って排出される。つまり、高熱のスチームによる熱と、この熱により地盤１０が加熱されて水分が蒸発した蒸発水分とが、多数の亀裂を通って大気側（地上側）等の低圧力側へ排出される。

但し、圧入手段２１を縦管１４へ組み付ける前に、地盤１０に対して次の処理を行うとより亀裂を発生し易くなる。即ち、図２に示すスチームヒータ本体１２から矢印Ｙ１で示すように高熱のスチームを噴出して地盤１０を加熱し、地盤１０を含水率の高い状態から、含水率がある程度低い状態に乾かしておく。例えば、地盤１０の土壌を人が手で圧縮すれば固まる程度に乾かしておく。この有る程度乾いた状態により、亀裂が発生し易くなる。

このように、本変形例２の地盤改良方法によれば、縦管１４に、地盤１０に空気を圧入する圧入手段としての圧入手段２１を挿入し、この圧入手段２１により地盤１０に圧入した空気で、地盤１０に多くの亀裂を生じさせるようにした。
このように地盤１０に多くの亀裂を生じさせると、横管１１ａや縦管１４の貫通孔から外部へ伝導した熱及びこの熱による蒸発水分が、亀裂を通って地上へ向かうので、より早く地盤１０の水分を蒸発させることができる。つまり、地盤１０の水分を素早く蒸発させて乾かすことが可能となる。

このよう亀裂を発生させる地盤１０としては、特に、透水係数の小さい粘性土が対象となる。粘性土は、水が透過しにくいので上記の蒸発水分も透過しにくく乾燥させづらい。しかし、多数の亀裂ができることで蒸発水分がその亀裂を通るので乾燥させ易くなる。

１０ 地盤
１０ａ，１０ｂ 法面
１１，１１ａ 横管
１２ スチームヒータ本体
１２ａ，１２ｂ スチームヒータ管
１４ 縦管
２１ 圧入手段
２１ａ コンプレッサ
２１ｂ 空気噴出管
２１ｃ 上パッカー
２１ｄ 下パッカー
２１ｅ 閉塞空間

Claims (3)

1. 掘削対象となる地盤の含水率を下げる地盤改良方法であって、
   前記地盤の中に多数の貫通孔を有する管材を水平方向及び該水平方向に対する垂直方向に配置し、
   前記垂直方向に配置した管材は前記水平方向の管材の上部に接続され、
   前記水平方向の管材内に加熱手段を挿入して前記地盤を加熱することを特徴とする地盤改良方法。
2. 前記加熱手段はスチームヒータであり、
   前記スチームヒータから排出されたスチームが前記水平方向の管材の前記貫通孔を介して前記地盤内および前記垂直方向の管材内へ排出されることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良方法。
3. 前記垂直方向の管材に、前記地盤に空気を圧入する圧入手段を挿入し、当該圧入手段により地盤に圧入した空気で地盤に亀裂を生じさせる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地盤改良方法。

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