JP6326322B2 - 薬液注入による地盤改良工法および改良体集合構造 - Google Patents

Description

本発明は、薬液注入工法を用いた地盤改良工法および改良体集合構造に関する。

地震時の地盤の液状化対策工法として薬液注入工法が公知である。薬液注入工法によれば、注入される薬液が地盤中の土粒子の配列をほとんど変えることなく土粒子間の間隙に入って固結して地盤において止水性と粘着力を高めることで、地震時の地盤の液状化を防止する。薬液注入工法は、恒久薬液を低圧で地盤内に注入するため、周辺への影響が少なく、地表面隆起等を抑制することができる。近年では既設構造物に対する地震時の液状化対策の需要が多く、薬液注入工法が多く用いられている。

薬液注入工法は、対象地盤の間隙を100%改良する方法（100%改良）が一般的であるのに対し、特許文献１は、薬液注入量を低減して70%（70%改良）程度に設定すれば、所望の地盤改良効果が得られ、したがって薬液注入量をさらに高める必要性のないことを提案する（段落0017参照）。

特開平11-131467号公報

しかしながら、薬液注入量を減らした場合、液状化対策としての効果の低下が懸念され、たとえば薬液注入量を70%に低減した場合、30%の未改良部分が上端から下端まで連続してしまい、未改良部分が沈下することで、地表面に不等沈下が発生するおそれが生じてしまう。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、薬液注入工法において薬液注入量を低減しても、地表面や地盤における不等沈下を抑制可能である薬液注入による地盤改良工法および薬液注入により地盤内に形成される改良体集合構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための薬液注入による地盤改良工法は、薬液注入により略球状の改良体を地盤内の深さ方向および水平方向に多数形成することで地盤を改良する地盤改良工法であって、同一深さに配置されるとともに相互に接するかまたは一部重なり合うように配置された４つの改良体を一組として上面から見たとき、その中央に存在する未改良部分に対し、深さ方向に隣接する別の一組の４つの改良体の内の少なくとも１つの改良体が位置するようにして多数の前記改良体を地盤内に形成することを特徴とする。

この薬液注入による地盤改良工法によれば、多数の略球状の改良体を地盤内の深さ方向および水平方向に形成する際に、同一深さに配置され相互に接するかまたは一部重なり合うように配置された任意の４つの改良体を一組と考えた場合、それらを上面から見たとき、その中央に存在する未改良部分に対し、深さ方向に隣接する別の一組の内の１つの改良体がその上に位置し、深さ方向に隣接するさらに別の一組の内の１つの改良体がその下に位置するようにできるので、未改良部分の深さ方向に改良体が存在し、未改良部分がその深さ方向の改良体に閉じ込められる形となるので、多数の改良体全体において未改良部分が改良対象の地盤の上端から下端まで連続することはなく、未改良部分の沈下に起因する地表面や地盤内での不等沈下の発生を未然に防止することができる。

上記薬液注入による地盤改良工法において、複数の前記改良体を深さ方向に一列に形成し、次に、水平方向に位置をずらして複数の前記改良体を深さ方向に一列に形成するようにして前記多数の改良体を地盤内に形成することが好ましい。これにより、未改良部分に対し、深さ方向に隣接する別の一組の内の１つの改良体がその上に位置し、深さ方向に隣接するさらに別の一組の内の１つの改良体がその下に位置するようにできる。なお、複数の改良体を深さ方向に一列に形成する場合、深さ方向下端から上端へ一列に形成できるが、深さ方向上端から下端へ一列に形成してもよい。

また、複数の前記改良体を水平方向に一列に形成し、次に、前記水平方向に一列に形成された複数の改良体に対し深さ方向に位置をずらして複数の前記改良体を水平方向に一列に形成するようにして前記多数の改良体を地盤内に形成することが好ましい。これにより、未改良部分に対し、深さ方向に隣接する別の一組の内の１つの改良体がその上に位置し、深さ方向に隣接するさらに別の一組の内の１つの改良体がその下に位置するようにできる。なお、かかる改良体の形成は、地盤内で削孔を曲がり形成することで実現できる。

また、前記未改良部分に対し、深さ方向に隣接する別の一組の４つの改良体の内の１つの改良体が少なくとも部分的に位置するとともに、前記別の一組の他の１つの改良体が少なくとも部分的に位置するようにできる。

また、複数の前記改良体を鉛直線に対し傾斜角θで傾斜して一列に形成し、次に、水平方向に位置をずらして複数の前記改良体を傾斜角θで傾斜して一列に形成するようにして前記多数の改良体を地盤内に形成することが好ましい。なお、複数の改良体を傾斜角θで傾斜して一列に形成する場合、傾斜方向下端から上端へ一列に形成できるが、傾斜方向上端から下端へ一列に形成してもよい。

また、前記薬液として、たとえば溶液型・活性シリカのような特殊シリカ系（恒久グラウト）を用いることが好ましい。

なお、本薬液注入による地盤改良工法では、前記薬液の注入量を改良割合100％に対し少なくとも70％とすることができる。これにより、施工費用を低減することができる。

上記目的を達成するための改良体集合構造は、地盤を改良するために薬液注入により地盤内の深さ方向および水平方向に多数形成される略球状の改良体からなる集合構造であって、同一深さに配置されるとともに相互に接するかまたは一部重なり合うように配置された４つの改良体を一組として上面から見たとき、その中央に存在する未改良部分に対し、深さ方向に隣接する別の一組の４つの改良体の内の少なくとも１つの改良体が位置するようにして多数の改良体が地盤内に形成されたものである。

この改良体集合構造によれば、多数の略球状の改良体を地盤内の深さ方向および水平方向に形成する際に、同一深さに配置され相互に接するかまたは一部重なり合うように配置された任意の４つの改良体を一組と考えた場合、それらを上面から見たとき、その中央に存在する未改良部分に対し、深さ方向に隣接する別の一組の内の１つの改良体がその上に位置し、深さ方向に隣接するさらに別の一組の内の１つの改良体がその下に位置するようにできるので、未改良部分の深さ方向に改良体が存在し、未改良部分がその深さ方向の改良体に閉じ込められる形となるので、多数の改良体全体において未改良部分が改良対象の地盤の上端から下端まで連続することはなく、未改良部分の沈下に起因する地表面や地盤内での不等沈下の発生を未然に防止することができる。

上記改良体集合構造において、互いに隣接する前記改良体同士が接するかまたは一部重なり合うことで、前記多数の改良体が全体としてつながっていることが好ましい。これにより、独立した改良体が存在せず、多数の改良体が連続体として地震動に抵抗することで、地盤の液状化を効果的に防止することができる。

本発明によれば、薬液注入工法において薬液注入量を低減しても、地表面や地盤における不等沈下を抑制可能である薬液注入による地盤改良工法および改良体集合構造を提供することができる。

第１実施形態において鉛直方向に略球状の改良体を薬液注入により形成する場合の未改良部分対策を説明するための地盤の部分断面図（ａ）および部分上面図（ｂ）である。 複数の略球状の改良体を地盤の略鉛直方向に一列に形成する工程（ａ）〜（ｄ）を示す概略図である。 図２に続く工程（ａ）〜（ｄ）を示す概略図である。 図３（ａ）の注入外管の要部拡大図（ａ）、b-b線方向の断面図（ｂ）およびc-c線方向の断面図（ｃ）である。 第２実施形態において鉛直線に対し傾斜した方向に略球状の改良体を薬液注入により形成する場合の未改良部分対策を説明するための地盤の部分断面図（ａ）および部分上面図（ｂ）である。 第２実施形態において鉛直線から傾斜した方向に削孔が可能な削孔機を示す概略図である。 表１の比較例１，２，３の改良体の配置を示す図（ａ）〜（ｃ）である。 表１の実施例１〜４の改良体の配置を示す図（ａ）〜（ｄ）である。 表１の実施例５，６の改良体の配置を示す図（ａ）（ｂ）である。 図２・図３、図６と異なる方法で地盤内に多数の改良体を形成する工程を説明するための概略図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

〈第１実施形態〉

第１実施形態は、薬液注入による地盤改良工法において、薬液注入により複数の略球状の改良体を地盤に対し略鉛直方向に一列に形成してから水平方向にずれた別の位置で略鉛直方向に一列に形成するようにして多数の改良体を地盤内に形成するものである。かかる鉛直方向に略球状の改良体を形成する場合の未改良部分に対する対策について図１（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図１は、第１実施形態において鉛直方向に略球状の改良体を薬液注入により形成する場合の未改良部分対策を説明するための地盤の部分断面図（ａ）および部分上面図（ｂ）である。

図１（ａ）のように、複数の直径Ｄの略球状の改良体１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・を鉛直方向に一列に形成し、水平方向にずれた別の位置に同じく複数の直径Ｄの略球状の改良体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・を鉛直方向に一列に形成する。改良体１１ａと１２ａは同一深さに位置し、改良体１１ｂと１２ｂ、改良体１１ｃと１２ｃも、それぞれ同一深さに位置する。複数の直径Ｄの略球状の改良体１５ａ，１５ｂ，・・・が改良体１１ａ〜１１ｃと改良体１２ａ〜１２ｃとの間に位置するようにして鉛直方向に一列に形成される。このようにして多数の改良体を地盤に形成する。

図１（ｂ）のように各改良体を上面から見ると、改良体１１ａと改良体１２ａとは離れて位置するが、その間に別の直径Ｄの略球状の改良体１３ａ、１４ａが改良体１１ａ，１２ａに接するようにして配置され、改良体１１ａ，１２ａと同一深さに位置する。改良体１３ａ、１４ａの位置でも同様にして複数の改良体が鉛直方向に一列に形成され、改良体１１ｂ、１２ｂと同一深さ、改良体１１ｃ、１２ｃと同一深さにそれぞれ位置する。

図１（ｂ）のように、同一深さに位置し相互に接するように形成された４つの略球状の改良体１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａを一組と考え、上面から見ると、それらの中心に未改良部分１０が図のハッチングで示すように形成され、その結果、未改良部分１０が改良対象の地盤の上端から下端まで連続して形成されてしまう。これに対し、本実施形態では、図１（ａ）（ｂ）のように、未改良部分１０に対し、深さ方向に隣接する別の一組の４つの改良体の内の１つの改良体１５ａがその下側に位置し、改良体１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａに接している。同様にして、改良体１１ｂ、１２ｂを同一深さに形成された他の２つの改良体（図示省略）とともに一組と考え、それらの中心の未改良部分１０に対し、深さ方向に隣接する別の一組の改良体１５ａがその上に位置するとともに、隣接するさらに別の一組の改良体１５ｂがその下に位置する。

上述のように、多数の改良体により地盤の液状化を防止できるとともに、多数の改良体全体において未改良部分１０に対してはその深さ方向の上下に別の改良体が存在し、未改良部分１０がその深さ方向上下の改良体に閉じ込められる形となるので、未改良部分１０が改良対象の地盤の上端から下端まで連続することはなく、未改良部分の沈下に起因する地表面での不等沈下の発生を未然に防止することができる。

図１（ａ）（ｂ）において、改良体１１ａ，１１ｂ，・・・の直径をＤ、改良体１１ａと深さ方向に並んで隣接する改良体１１ｂとの中心間の間隔をＬｐ、改良体１１ａと隣接の改良体１５ａとの水平方向の中心間の間隔をＬｅとすると、次式（１）、（２）を満足し、改良体１１ａと水平方向に隣接する改良体１５ａとの深さ方向の中心間の間隔をＬｐ／２だけずらすことで、上述のような未改良部分に対して深さ方向の上下に別の改良体が存在する配置構成を実現することができる。

Ｄ＜Ｌｐ≦√２×Ｄ （１）
Ｌｅ＝Ｌｐ／２ （２）

本実施形態により多数の改良体は、図１（ａ）（ｂ）のように、配置されることで改良体の集合構造を構成している。かかる改良体集合構造では、互いに隣接する改良体同士が接するかまたは一部重なり合うことで、多数の改良体が全体としてつながり、独立した改良体は存在しない。これにより、多数の改良体は連続体として地震動に抵抗することで、地盤の液状化を効果的に防止することができる。

次に、薬液注入により複数の略球状の改良体を地盤内に略鉛直方向に一列に形成する方法について図２〜図４を参照して説明する。図２〜図４に示す薬液注入方法は、二重管ダブルパッカー注入方式によるものである。図２は複数の略球状の改良体を地盤の略鉛直方向に一列に形成する工程（ａ）〜（ｄ）を示す概略図である。図３は、図２に続く工程（ａ）〜（ｄ）を示す概略図である。図４は、図３（ａ）の注入外管の要部拡大図（ａ）、b-b線方向の断面図（ｂ）およびc-c線方向の断面図（ｃ）である。

まず、図２（ａ）のように、削孔機５０を改良対象の地盤Ｇの表面上の所定の薬液注入位置にセットする。このとき、削孔の角度調整を行うが、この場合は、角度０°（鉛直方向）にセットする。

次に、図２（ｂ）のように、地盤Ｇ内に加水しながら削孔用ケーシング５１により削孔し、ケーシング５１を継ぎながら所定深度まで削孔を行う。次に、図２（ｃ）のように、ケーシング５１内に注入外管５２を建て込む。次に、図２（ｄ）のように、ケーシング５１を地盤Ｇ内の孔から引き抜く。

上述のようにして、地盤Ｇの孔内への注入外管５２の建て込みが完了するが、この状態を図３（ａ）に示す。このとき、注入外管５２が所定の高さに設置されているかレベル測量を行い確認する。

注入外管５２は、図４（ａ）（ｂ）のように、塩ビまたは鋼製の主管５３と布等からなる特殊スリーブパッカー５４とから構成され、主管５３は外周面に多数のセメントベントナイト用注入口５３ａを有する。注入外管５２は、図３（ａ）、図４（ａ）のように、縦方向に所定の間隔で設けられた複数の薬液注入部５５を有する。各薬液注入部５５は、図４（ａ）（ｃ）のように、主管５３の外周面に形成された薬液注入口５５ａと、注入孔ゴムパッカー５６と、を有する。各薬液注入口５５ａは、縦方向に所定の間隔Ｌで設けられている。

次に、図３（ｂ）のように、注入管５７を注入外管５２内に挿入し、薬液注入部５５の上下の特殊スリーブパッカー５４（図４（ｂ））にセメントベントナイトを注入管５７から注入外管５２の注入口５３ａを通して注入し充填することで、特殊スリーブパッカー５４を膨らませて孔内の壁面に密着させて薬液注入口５５ａの上下を密閉する。これにより、薬液の注入時の逸走を防止する。

次に、図３（ｃ）のように、注入管５７内を洗浄した後、注入管５７を通して、薬液を薬液注入口５５ａから所定の注入速度で注入し、孔内の壁面から地盤Ｇ内に浸透させる。これにより、薬液による略球状の改良体１を地盤Ｇ内に形成することができる。

図３（ｂ）（ｃ）に示す工程を繰り返すことにより改良体１を注入外管５２の最下段から順次ステップアップして形成する。なお、最上段から順次ステップダウンして形成してもよい。薬液の注入処理が完了すると、図３（ｄ）のように、注入外管５２内にセメントベントナイトを充填し、注入外管５２の上端を切り取り、地盤Ｇ内に埋め戻す。

上述のようにして、図３（ｄ）のように複数の改良体１を地盤Ｇ内に鉛直方向に一列に形成することができる。改良体１の中心と隣接の改良体１の中心との鉛直方向の間隔は、各薬液注入口５５ａの間隔Ｌと対応する。また、略球状の改良体１の直径は、薬液の注入量によって変化する。

また、薬液としては、特殊シリカ系（恒久グラウト）の薬液を用いることができ、地盤内において固化した略球状の改良体を形成することができる。具体的には、たとえば、溶液型・活性シリカを使用できる。

図１（ａ）（ｂ）に示す改良体１１ａ〜１１ｃ、１５ａ、１５ｂ、１２ａ〜１２ｃ，１３ａ，１４ａ，・・・は、図２〜図４に示す薬液注入方法によれば、次のようにして形成することができる。すなわち、注入外管５２を図１（ｂ）の平面位置１１ｚ（略球状の改良体１１ａの中心を通る鉛直線上の地盤表面位置に対応する）に建て込んでから、直径Ｄの複数の改良体１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・を順次形成することで地盤内に鉛直方向に一列に形成する。このとき、図１（ａ）の改良体の中心間の間隔Ｌｐは、注入外管５２の各薬液注入口５５ａの薬液注入口間隔Ｌと対応する。

次に、注入外管５２を図１（ｂ）の平面位置１１ｚから間隔Ｌｅ（＝Ｌｐ／２）だけ離れた平面位置１５ｚ（略球状の改良体１５ａの中心を通る鉛直線上の地盤表面位置に対応する）に建て込んでから、直径Ｄの複数の改良体１５ａ，１５ｂ，・・・を順次形成することで地盤内に鉛直方向に一列に形成する。このとき、注入外管５２は、その高さ位置に関し、薬液注入口５５ａの位置が隣接の改良体１１ａ〜１１ｃの場合よりもＬｐ／２だけ深くなるようにセットされる。

次に、注入外管５２を図１（ｂ）の平面位置１５ｚから間隔Ｌｅ（＝Ｌｐ／２）だけ離れた平面位置１２ｚ（略球状の改良体１２ａの中心を通る鉛直線上の地盤表面位置に対応する）に建て込んでから、直径Ｄの複数の改良体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・を順次形成することで地盤内に鉛直方向に一列に形成する。このとき、注入外管５２は、改良体１１ａ〜１１ｃの場合と同じ高さにセットされる。また、平面位置１２ｚは、平面位置１１ｚ、１５ｚを結ぶ直線ａ上にある。また、改良体１１ａ、１２ａの中心は、同一深さ位置にあるが、改良体１５ａの中心に対しては深さ方向にＬｐ／２だけずれている。

同様にして、注入外管５２を図１（ｂ）の平面位置１５ｚから間隔Ｌｅ（＝Ｌｐ／２）だけ直線ａと直交する方向に離れた平面位置１３ｚ（略球状の改良体１３ａの中心を通る鉛直線上の地盤表面位置に対応する）に建て込んでから、直径Ｄの改良体１３ａ，・・・を順次形成することで地盤内に鉛直方向に一列に形成する。また、平面位置１３ｚ、１５ｚを結ぶ直線ｂ上にあり、平面位置１５ｚから間隔Ｌｅ（＝Ｌｐ／２）だけ離れた平面位置１４ｚにおいても同様にして直径Ｄの改良体１４ａ，・・・を順次形成することで地盤内に鉛直方向に一列に形成する。

以上のようにして、改良対象の地盤内に多数の改良体を図１（ａ）（ｂ）に示すような配置にして図２〜図４に示す薬液注入方法により形成することができる。

〈第２実施形態〉
第２実施形態は、薬液注入による地盤改良工法において、薬液注入により複数の略球状の改良体を鉛直線から傾斜した方向に一列に形成してから、水平方向にずれた別の位置で同様に鉛直線から傾斜した方向に一列に形成するようにして多数の改良体を地盤内に形成するものである。かかる傾斜方向に略球状の改良体を形成する場合の未改良部分に対する対策について図５（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図５は、第２実施形態において鉛直線に対し傾斜した方向に略球状の改良体を薬液注入により形成する場合の未改良部分対策を説明するための地盤の部分断面図（ａ）および部分上面図（ｂ）である。

図５（ａ）のように、複数の直径Ｄの略球状の改良体２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，・・・を鉛直線ｖに対し傾斜角θで傾斜した方向に一列に形成し、次に、水平方向に間隔Ｌｅだけ離れた位置で同様に複数の直径Ｄの略球状の改良体２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，・・・を鉛直線ｖに対し傾斜角θで傾斜した方向に一列に形成し、同じく水平方向に間隔Ｌｅだけ離れた位置で同様に複数の直径Ｄの略球状の改良体２３ａ，２３ｂ，・・・を鉛直線ｖに対し傾斜角θで傾斜した方向に一列に形成するようにして多数の改良体を地盤に形成する。改良体２１ａと２２ａと２３ａは同一深さに位置し、改良体２１ｂと２２ｂと２３ｂ、改良体２１ｃと２２ｃも、それぞれ同一深さに位置し、各改良体は水平方向には相互に一部重なり合っている。

図５（ｂ）のように各改良体を上面から見ると、改良体２１ａ、改良体２２ａ、改良体２３ａとは、それらの中心が一直線ｃ上に並んでいる。その直線ｃと間隔Ｌｅだけ離れた平行な直線ｄ上には、改良体２４ａ，２５ａ，２６ａが形成されている。改良体２４ａ，２５ａ，２６ａの位置でも、改良体２１ａ，２２ａ，２３ａと同様に、鉛直線ｖに対し傾斜角θで傾斜した方向に複数の改良体が一列に形成されている。改良体２４ａと２１ａ，改良体２５ａと２２ａ，改良体２６ａと２３ａは、それぞれ中心位置が直線ｃ、ｄと直交する各線上にある。

図５（ｂ）のように、同一深さに位置し相互に接するか一部重なり合うように形成された４つの略球状の改良体２１ａ、２２ａ、２４ａ、２５ａを一組と考え、上面から見ると、それらの中心に未改良部分２０が図のハッチングで示すように形成される。これに対し、本実施形態では、図５（ａ）（ｂ）のように、未改良部分２０に対し、深さ方向に隣接する別の一組の４つの改良体の内の１つの改良体２１ｂ（破線で示す）がその下側に位置し、改良体２１ａ、２２ａに接しているとともに、もう一つの改良体２４ｂ（破線で示す）がその下側に位置し、改良体２４ａ、２５ａに接している。このように、改良体２１ａ、２２ａ、２４ａ、２５ａを一組と考えたときの未改良部分２０に対して、深さ方向下側に改良体２１ｂ，２４ｂがそれぞれ部分的に存在し、全体として未改良分が深さ方向に連続することはない。

同様にして、同一深さに位置する４つの改良体２１ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２５ｂを一組と考え、それらの中心の未改良部分２０Ａに対し、深さ方向に隣接する別の一組の４つの改良体の内の１つの改良体２２ａがその上側に位置し、改良体２１ｂ、２２ｂに接しているとともに、もう一つの改良体２５ａがその上側に位置し、改良体２４ｂ、２５ｂに接し、さらに別の一組の内の１つの改良体２１ｃがその下側に位置するとともに、もう１つの改良体（図示省略）がその下側に位置する。このように、改良体２１ｂ、２２ｂ、２４ｂ、２５ｂを一組と考えたときの未改良部分２０Ａに対して、深さ方向上側に改良体２２ａ，２５ａがそれぞれ部分的に存在し、深さ方向下側においても同様に２つの改良体が部分的に位置し、全体として未改良分が深さ方向に連続することはない。

上述のように、多数の改良体により地盤の液状化を防止できるとともに、多数の改良体全体において未改良部分２０，２０Ａに対してはその深さ方向の上下にそれぞれ別の２つの改良体が部分的に存在し、未改良部分２０，２０Ａがその深さ方向上下の改良体に閉じ込められる形となるので、全体として未改良部分が改良対象の地盤の上端から下端まで連続することはなく、未改良部分の沈下に起因する地表面での不等沈下の発生を未然に防止することができる。

図５（ａ）（ｂ）において、各改良体２１ａ，２１ｂ，・・・の直径をＤ、改良体２２ａと鉛直線から傾斜角θで傾斜方向に並んで隣接する改良体２１ｂとの中心間の間隔をＬｐ、改良体２１ａと隣接の改良体２２ａとの水平方向の中心間の間隔をＬｅ、tanθ＝１／２とすると、次式（３）、（４）を満足し、水平方向に並んだ改良体２１ａ，２２ａ，２３ａや改良体２１ｂ，２２ｂ，２３ｂが深さ方向にそれぞれ同一レベルに位置することで、上述のような未改良部分に対して深さ方向の上下に別の改良体が存在する配置構成を実現することができる。

Ｄ≧Ｌｐ （３）
Ｌｅ＝（２/√５）×Ｌｐ （４）

本実施形態により多数の改良体は、図５（ａ）（ｂ）のように、配置されることで改良体の集合構造を構成している。かかる改良体集合構造では、互いに隣接する改良体同士が接するかまたは一部重なり合うことで、多数の改良体が全体としてつながり、独立した改良体が存在しない。これにより、多数の改良体は連続体として地震動に抵抗することで、地盤の液状化を効果的に防止することができる。

上述のような薬液注入により複数の略球状の改良体を地盤内に鉛直線から傾斜した方向に一列に形成する方法は、図６に示すような削孔機を用いて、図２〜図４に示すような二重管ダブルパッカー注入方式による薬液注入方法で実施することができる。図６は、本実施形態において鉛直線から傾斜した方向に削孔が可能な削孔機を示す概略図である。

図６に示すように、削孔機５０は、改良対象の地盤Ｇの表面上の所定の薬液注入位置にセットされる（図２（ａ）参照）が、このとき、削孔の角度調整が行われ、鉛直線ｖに対し傾斜角θでセットされる。次に、地盤Ｇに対し傾斜角θで斜めに削孔し、図２（ｂ）〜（ｄ）、図３（ａ）〜（ｄ）と同様の工程を経ることで、図６のように、薬液注入により複数の略球状の改良体１を地盤Ｇ内に鉛直線ｖから傾斜角θで傾斜した方向に一列に形成することができる。

図５（ａ）（ｂ）に示す改良体２１ａ〜２１ｄ、２２ａ〜２２ｃ、２３ａ，２３ｂ、２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，・・・は、次のようにして形成することができる。すなわち、注入外管５２を図５（ａ）（ｂ）の平面位置２１ｚから傾斜角θで傾斜させて建て込んでから、直径Ｄの複数の改良体２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，・・・を順次形成することで地盤内に傾斜角θで傾斜した方向に一列に形成する。このとき、図５（ａ）の改良体の中心間の間隔Ｌｐは、注入外管５２の各薬液注入口５５ａの間隔Ｌ（図３（ａ））と対応する。

次に、注入外管５２を図５（ａ）（ｂ）の平面位置２１ｚから間隔Ｌｅだけ離れた平面位置２２ｚから傾斜角θで建て込んでから、直径Ｄの複数の改良体２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，・・・を順次形成することで地盤内に傾斜角θで傾斜した方向に一列に形成する。このとき、注入外管５２は、改良体２１ａ〜２１ｄの場合と同じ高さにセットされる。

次に、注入外管５２を図５（ａ）（ｂ）の平面位置２２ｚから間隔Ｌｅだけ離れた平面位置２３ｚから傾斜角θで建て込んでから、直径Ｄの複数の改良体２３ａ，２３ｂ，・・・を順次形成することで地盤内に傾斜角θで傾斜した方向に一列に形成する。このとき、注入外管５２は、改良体２１ａ〜２１ｄの場合と同じ高さにセットされる。また、平面位置２１ｚ、２２ｚ、２３ｚは同一直線上にある。

同様にして、注入外管５２を図５（ｂ）の平面位置２４ｚ、２５ｚ、２６ｚからそれぞれ傾斜角θで建て込んでから、直径Ｄの複数の改良体２４ａ，２４ｂ，・・・、また、２５ａ，２５ｂ，・・・、また、２６ａ，・・・をそれぞれ順次形成することで地盤内に傾斜角θで傾斜した方向に一列に形成する。平面位置２４ｚ、２５ｚ、２６ｚは、平面位置２１ｚ〜２３ｚを結ぶ直線に対し間隔Ｌｅだけ離れかつ平行である。

上述のように、傾斜角θで傾斜方向に一列に複数の改良体を形成することが繰り返される。このとき、注入外管５２はいずれも同じ高さ位置にセットされるので、改良体２１ａ〜２３ａ，２４ａ〜２６ａは同じ深さ位置にあり、同様に、改良体２１ｂ〜２３ｂ、２４，２５ｂ、また、改良体２１ｃ、２２ｃもそれぞれ同じ深さ位置にある。また、注入外管５２は、いずれの場合にも、傾斜角θで傾斜した方向に平行に建て込まれるので、一列に形成された複数の改良体は、傾斜角θの傾斜方向に相互に平行になって並ぶ。

また、各改良体は、直径ＤがＤ≧Ｌｐ（式（３））を満たすように形成され、tanθ＝１／２（θ：26.6°）として形成されることで、間隔Ｌｅは、Ｌｅ＝（２/√５）×Ｌｐ）（式（４））を満たす。

以上のようにして、改良対象の地盤内に多数の改良体を図５（ａ）（ｂ）に示すような配置にして図２〜図４に示す薬液注入方法により形成することができる。

ところで、薬液注入工法は、恒久薬液を使用するため、工事費がコスト高になってしまうことが課題の一つになっている。薬液注入工法における工事費用の約７割は薬液費用であるため、薬液注入量を削減することが大きなコストダウンとなる。このため、薬液注入工法は、対象地盤の間隙を100%改良する方法（100%改良）が一般的であるが、たとえば、薬液注入量を70%に低減する方法（70%改良）が提案されている。薬液注入工法における薬液費用は、工事費用の約70%を占めることから、薬液注入量を70%に低減することで、施工費用を20%程度低減することができる。

上述のように、薬液注入量を、たとえば70%に低減した場合に生じる、30%の未改良部分が上端から下端まで連続してしまい、未改良部分が沈下することで地表面に不等沈下が発生するおそれが生じてしまうという課題に対し、本実施形態の薬液注入による地盤改良工法によれば、未改良部分が連続せずに地表面における不等沈下を抑制可能であり、このため、施工費用を20%程度低減することができるという効果を奏する。かかる薬液注入量を低減した場合の効果について、実施例、比較例による計算例により説明する。

表１に、従来例である比較例１，２，３，図１による実施例１，２，３，４、および、図５による実施例５，６の各計算例を示す。図７（ａ）〜（ｃ）に比較例１，２，３の改良体の配置を示す。図８（ａ）〜（ｄ）に図１による実施例１〜４の改良体の配置を示す。図９（ａ）（ｂ）に図５による実施例５，６の改良体の配置を示す。図７〜図９において、上段が地盤の断面図、下段が地盤の上面図である。

図７（ａ）の比較例１が改良割合100％であるのに対し、図７（ｂ）（ｃ）の比較例２，３が表１に示すように、改良割合80％、70％である。比較例２，３では、図７（ｂ）（ｃ）の下段の上面図にハッチングで示すように、未改良部分が生じる。

これに対し、図８（ａ）（ｂ）の実施例１，２は、各改良体を図１（ａ）（ｂ）のように配置し、削孔間隔Ｌｅを2m、間隔Ｌｐ（薬液注入口間隔Ｌ）を4m、改良体の直径Ｄを2.90m、2.83mとし、√２×Ｄ＝4.10、4.0であるので、上記式（１）（Ｄ＜Ｌｐ≦√２×Ｄ）および式（２）（Ｌｅ＝Ｌｐ／２）を満たす。実施例１では、隣接する改良体が一部重なり合い、改良割合が100％である比較例１に対し、改良割合が80％で、費用割合が86％と低減する。実施例２では、隣接する改良体が接し、比較例１に対し、改良割合が74％で、費用割合が82％と低減する。

また、図８（ｃ）（ｄ）の実施例３，４は、各改良体を図１（ａ）（ｂ）のように配置し、削孔間隔Ｌｅを1.723m、1.765m、間隔Ｌｐ（薬液注入口間隔Ｌ）を3.446m、3.53m、改良体直径Ｄを2.50mとし、√２×Ｄ＝3.53であるので、上記式（１）（Ｄ＜Ｌｐ≦√２×Ｄ）および式（２）（Ｌｅ＝Ｌｐ／２）を満たす。実施例３では、改良割合が100％である比較例１に対し、改良割合が80％であるが、削孔間隔Ｌｅが小さいため削孔本数割合が116％と増えるものの、費用割合が88％と低減する。実施例４では、比較例１に対し、改良割合が74％、削孔間隔Ｌｅが小さいため削孔本数割合が113％と増えるものの、費用割合が83％と低減する。

実施例３，４では、比較例１と比較すると、削孔間隔が小さくなるため、削孔本数が増加するが、施工費用において削孔費用の割合は小さく、薬液費用の割合が大きいことから、施工費用は低減される。実施例３，４は、実施例１，２のように改良体直径を大きくすることが不可能な場合に適用できる。たとえば、施工時間が限られているため、改良体直径を大きくすることができないような場合である。すなわち、１日の施工時間が限られている場合、注入時間が限られることとなり、限られた注入時間で１改良体を形成する必要があるため、注入時間から改良直径が決められることがある。

図９（ａ）（ｂ）の実施例５，６は、各改良体を図５（ａ）（ｂ）のように配置し、削孔間隔Ｌｅを2.0m、間隔Ｌｐ（薬液注入口間隔Ｌ）を2.30m、2.24m、改良体の直径Ｄを2.30m、2.24mとし、式（３）（Ｄ≧Ｌｐ）を満たし、（２/√５）×Ｌｐ＝2.0であるので、式（４）（Ｌｅ＝（２/√５）×Ｌｐ）を満たす。実施例５では、比較例１に対し、削孔本数は1.5倍となるものの、削孔長は1.2倍程度であり、薬液注入量が80％となることから、施工費用は89％と低減する。実施例６では、比較例１に対し、削孔本数は1.5倍となるものの、削孔長は1.2倍程度であり、薬液注入量が74%となることから、施工費用は84％と低減する。

実施例５，６は、改良体直径を大きくすることができず、さらに改良体中心間隔を狭くすることができない場合に適用できる。改良体中心間隔を狭くすることができない場合とは、たとえば改良体中心間に障害物がある場合である。

次に、地盤内に多数の改良体を形成するさらに別の方法について図１０を参照して説明する。図１０は、図２・図３、図６と異なる方法で地盤内に多数の改良体を形成する工程を説明するための概略図である。

図１０のように、既設構造物ＳＳの直下において薬液注入による地盤改良を行うために、地盤面からの曲がりボーリングにより削孔３１を曲がり形成する。削孔３１は先端側に水平部分を有する。削孔３１内に薬液注入ホース３０を挿入し、薬液注入ホース３０を通じて地盤Ｇ内に所定間隔毎に薬液注入口から薬液を注入し、複数の略球状の改良体４１を地盤Ｇ内に水平方向に形成する。各改良体４１の水平方向の間隔は薬液注入口の間隔に対応する。

次に、削孔位置をずらし、破線で示す削孔３２を削孔３１の下側に同様に曲がり形成し、薬液注入ホースを挿入し、薬液注入ホースを通じて地盤Ｇ内に所定間隔毎に薬液注入口から薬液を注入し、複数の略球状の改良体４２を地盤Ｇ内に水平方向に形成する。このとき、各改良体４２はその上側の隣接する改良体４１に接するか、または一部重なり合うように形成する。次に、削孔位置をずらし、破線で示す削孔３３を削孔３２の下側に同様に曲がり形成し、薬液注入ホースを挿入し、薬液注入ホースを通じて地盤Ｇ内に所定間隔毎に薬液注入口から薬液を注入し、複数の略球状の改良体４３を地盤Ｇ内に水平方向に形成する。このとき、各改良体４３はその上側の隣接する改良体４２に接するか、または一部重なり合うように形成する。なお、削孔の曲がり形成の具体的説明については、特開2005-273331号公報や特開2009-41301号公報に詳述されているので、本明細書においては省略する。

以上のようにして、所定数の改良体４１，４２，４３，・・・を地盤Ｇ内に形成することができるが、それらの改良体４１，４２，４３，・・・の配置は、図１（ａ）（ｂ）と同様にできる。このようにして、図１（ａ）（ｂ）と同じ配置で既設構造物ＳＳの直下において薬液注入による地盤改良を行うことができるので、薬液注入量の低減による未改良部分が上端から下端まで連続せずに既設構造物ＳＳにおける地盤の不等沈下を抑制可能であり、このため、薬液注入量低減により施工費用を低減することができる。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、図５（ａ）（ｂ）では、傾斜角θを26.6°(tanθ＝1/2)に設定したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、傾斜角θが26.6°±１°の範囲内であれば、先端側の改良体の位置が大きく逸脱せずに施工管理上問題がなく、同様の効果を得ることができる。

本発明の薬液注入による地盤改良工法および改良体集合構造によれば、薬液注入工法において薬液注入量を低減しても地表面や地盤における不等沈下を抑制可能であるので、薬液注入量低減による施工費用のコストダウンを達成できる。

１０ 未改良部分
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 改良体
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ 改良体
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 改良体
１５ａ，１５ｂ 改良体
２０，２０Ａ 未改良部分
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 改良体
２１ａ，２２ａ，２３ａ 改良体
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ 改良体
２４ｂ 改良体
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 改良体
２５ａ，２６ａ 改良体
５１ 削孔用ケーシング
５２ 注入外管
５５ 薬液注入部
５５ａ 薬液注入口
Ｄ 改良体直径
Ｌ 薬液注入口間隔
Ｌｅ 水平方向に並ぶ隣接する改良体間の中心間隔、削孔間隔
Ｌｐ 同一深さ方向に並ぶ隣接する改良体間の中心間隔
ｖ 鉛直線
θ 傾斜角

Claims (8)

1. 薬液注入により略球状の改良体を地盤内の深さ方向および水平方向に多数形成することで地盤を改良する地盤改良工法であって、
   同一深さに配置されるとともに相互に接するかまたは一部重なり合うように配置された４つの改良体を一組として上面から見たとき、その中央に存在する未改良部分に対し、深さ方向に隣接する別の一組の４つの改良体の内の少なくとも１つの改良体が位置するようにして多数の前記改良体を地盤内に形成することを特徴とする薬液注入による地盤改良工法。
2. 複数の前記改良体を深さ方向に一列に形成し、次に、水平方向に位置をずらして複数の前記改良体を深さ方向に一列に形成するようにして前記多数の改良体を地盤内に形成する請求項１に記載の薬液注入による地盤改良工法。
3. 複数の前記改良体を水平方向に一列に形成し、次に、前記水平方向に一列に形成された複数の改良体に対し深さ方向に位置をずらして複数の前記改良体を水平方向に一列に形成するようにして前記多数の改良体を地盤内に形成する請求項１に記載の薬液注入による地盤改良工法。
4. 前記未改良部分に対し、深さ方向に隣接する別の一組の４つの改良体の内の１つの改良体が少なくとも部分的に位置するとともに、前記別の一組の他の１つの改良体が少なくとも部分的に位置する請求項１に記載の薬液注入による地盤改良工法。
5. 複数の前記改良体を鉛直線に対し傾斜角θで傾斜して一列に形成し、次に、水平方向に位置をずらして複数の前記改良体を傾斜角θで傾斜して一列に形成するようにして前記多数の改良体を地盤内に形成する請求項１または４に記載の薬液注入による地盤改良工法。
6. 前記薬液として特殊シリカ系を用いる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の薬液注入による地盤改良工法。
7. 地盤を改良するために薬液注入により地盤内の深さ方向および水平方向に多数形成される略球状の改良体からなる集合構造であって、
   同一深さに配置されるとともに相互に接するかまたは一部重なり合うように配置された４つの改良体を一組として上面から見たとき、その中央に存在する未改良部分に対し、深さ方向に隣接する別の一組の４つの改良体の内の少なくとも１つの改良体が位置するようにして多数の前記改良体が地盤内に形成されたことを特徴とする改良体集合構造。
8. 互いに隣接する前記改良体同士が接するかまたは一部重なり合うことで、前記多数の改良体が全体としてつながっている請求項７に記載の改良体集合構造。

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