JP6432987B2

JP6432987B2 - 軟弱地盤の改良方法

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Publication number: JP6432987B2
Application number: JP2015210951A
Authority: JP
Inventors: 健二原田; 山下　祐司; 祐司山下
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2035-10-27
Also published as: JP2017082469A

Description

本発明は、施工時に発生する間隙水圧を制御した軟弱地盤の改良方法に関するものである。

軟弱地盤の液状化対策として、中空管を圧入して砂材料を地中に供給しながら締固め砂杭を造成し周辺地盤を締固めるサンドコンパクションパイル工法（以下、単に「ＳＣＰ工法」とも言う。）が知られている。ＳＣＰ工法で締固めた砂杭を軟弱地盤中に所定の間隔で多数造成すると、周辺地盤のＮ値が大きくなり、軟弱地盤の液状化に対する抵抗性が増大する。

ＳＣＰ工法においては、予め現場データをもとに、打設砂杭の置換率（改良率）で改良効果を予測する設計を行う。この際、施工の対象となる軟弱地盤に、隣接する等ピッチ間隔の３本又は４本の造成予定の砂杭で区画される小区画を多数形成する。すなわち、軟弱地盤に対して、砂杭は等間隔で多数形成することになる。このように、設計段階において砂杭間隔（パイル間隔）が決定されるが、現場によっては締固め砂杭による地盤変位が既設構造物に影響するため、ＳＣＰ工法の適用を断念することがある。従って、砂杭間隔を従来設計の砂杭間隔より大きくとっても、目標とするＮ値が得られるＳＣＰ工法が開発されれば、周辺に与える地盤変位を抑制でき、ＳＣＰ工法の適用範囲が広まる。

特開２００３−１４７７５６号公報

従来、特開２００３−１４７７５６号公報などＳＣＰ工法に関する改良技術が種々提案されているものの、従来設計の施工で得られるＮ値はせいぜい３０〜４０程度であり、Ｎ値が５０を超える技術は未だ知られていない。

従って、本発明の目的は、効率的な改良効果が得られる軟弱地盤の改良方法を提供することにある。

このような状況下、本発明者らは、ＳＣＰ工法について鋭意検討を行ったところ、従来設計の砂杭間隔で得られるＮ値が極めて高いものが、その検討の中で得られた。この原因を究明するため、Ｎ値が高い地盤についてあらゆる観点から検討したところ、以下の点が判明した。
（１）Ｎ値が高い地盤は、造成工程の最大過剰間隙水圧が従来のＳＣＰ工法の造成工程（Ｎ値が通常値）の最大過剰間隙水圧と比較して小さいこと。
（２）従来のＳＣＰ工法においては、貫入工程と造成工程のそれぞれの工程における砂杭間地盤（周辺地盤）の最大過剰間隙水圧には着目されていなかった。
（３）そして、更に効率的な改良効果を得るためには、造成工程における測定点の最大過剰間隙水圧（Ｐ２）が、貫入工程における測定点の最大過剰間隙水圧（Ｐ１）より小となるように、貫入工程と造成工程を行えばよいこと。

すなわち、本発明は、中空管を所定の深度まで貫入する貫入工程と、
該貫入工程後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜きと、中空管の打ち戻しを順次、地表に至るまで繰り返す造成工程とを行い軟弱地盤中に複数の締固め砂杭を打設する工法において、
打設しようとする砂杭の近くに測定点を定め、造成工程における該測定点の最大過剰間隙水圧（Ｐ２）が、貫入工程における該測定点の最大過剰間隙水圧（Ｐ１）より小となるように、貫入工程と造成工程を行うことを特徴とする軟弱地盤の改良方法を提供するものである。

また、本発明は、最大過剰間隙水圧（Ｐ１）及び（Ｐ２）は、該測定点に埋設された間隙水圧計により測定されるものであることを特徴とする前記軟弱地盤の改良方法を提供するものである。

また、本発明は、該測定点は、測定対象となる砂杭より１０ｍ以内にあることを特徴とする前記軟弱地盤の改良方法を提供するものである。

また、本発明は、複数本（ｎ本）の砂杭の打設において、ｎ個の平均最大過剰間隙水圧（Ｐ２）が、ｎ個の平均最大過剰間隙水圧（Ｐ１）より小であることを特徴とする前記軟弱地盤の改良方法を提供するものである。

本発明によれば、貫入工程に比べて造成工程の最大過剰間隙水圧が小であるため、測定点（以下、「周辺地盤」とも言う。）において、締固めに寄与する応力が伝わり易く、密度上昇につながったものである。本発明によれば、周辺地盤のＮ値は５０を超える高い改良効果が得られた。従来のＳＣＰ工法では、改良率が２０％と高いものでも、Ｎ値はせいぜい３０〜４０程度であり、顕著な改良効果であった。このため、従来より広いパイル間隔で施工しても従来と同等の改良効果が得られる。また、パイル間隔を大きく採れるため、周辺に与える地盤変位を抑制することができ、従来施工が困難であった場所でも施工が可能となる。また、従来と同等のパイル間隔で施工した場合、より高い改良効果が得られるため、改良の要求が厳しい条件においても対応が可能となる。

本発明の改良方法における改良区画の一例を示す平面図である。本発明の改良方法における改良区画の一部の断面を示す簡略図である。本発明の改良方法における貫入工程と造成工程を説明する図である。本発明の改良方法における改良区画の一例を示す他の平面図である。実施例１の深度-Ｎ値を示す図である。実施例２の深度-Ｎ値を示す図である。実施例３の深度-Ｎ値を示す図である。

次に、本発明の実施の形態における軟弱地盤の改良方法について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、軟弱地盤１０に対して、正四角形ａ、ｃ、ｉ、ｇで形成される改良予定区域Ｘに、等ピッチｐで砂杭１を９本打設しようとするものである。

先ず、締固め砂杭打設工法を実施するに当たり、事前に間隙水圧計２を地中に設置する。間隙水圧計２は、打設しようとする砂杭１の近傍の測定点４に設置される。測定点４は、測定対象となる砂杭から約１０ｍ以内に決定される。本例における測定点４は、打設位置ａ〜ｉの９箇所に砂杭を打設する場合、打設位置ｅ、ｆ、ｈ及びｉで形成される四角形の中心である。図１中、砂杭間距離（ｐ）は２．０ｍである。このため、一番遠い打設位置ａからは４．２ｍであり、一番近い打設位置ｅ、ｆ、ｈ、ｉからは、１．４ｍである。測定点は、測定対象砂杭から約１０ｍ以内であって、且つ概ね適宜定めるような地点で良い。適宜定めるような地点でよい理由は、測定する最大過剰間隙水圧が、１本の砂杭打設における貫入工程時の値と造成工程時の値だからである。

間隙水圧計２は、公知のものが使用でき、公知の設置方法及び測定方法で設置及び計測すればよい。すなわち、間隙水圧計２の設置方法の一例としては、次の通りである。測定点４において、設置深度の１ｍ手前までボーリングを行う。設置深度は砂杭長の中間点近傍又は中間点よりやや深い部分がよい。地表で間隙水圧計を収録器に接続し、初期値を収録する。次いで、間隙水圧計をロッドの先端に固定し、孔底まで静かに降ろす。測定深度まで、衝撃を与えないように静かに圧入する。ロッドと間隙水圧計を切り離し、孔内をモルタルでグラウトする。押し込み後の時間経過に伴う間隙水圧の低下を測定する。測定は平衡状態まで継続する。この状態で計測準備は完了する。以降、間隙水圧計２は、砂杭の貫入工程及び造成工程のそれぞれにおける過剰間隙水圧をほぼリアルタイムで測定する。

間隙水圧計２の設置が終了したら、締固め砂杭の打設を行う。先ず、中空管１１を所定の深度まで貫入する貫入工程（Ｉ）を行う（図３（ａ）〜（ｃ））。具体的には、中空管１１を所定の位置（例えば、図１中の符号ａの位置）に据え、一定量の砂杭材料が投入される。次いで、中空管を回転させながら地中に所定の深度貫入する。従って、貫入工程の開始は、図３（ａ）に示すように、中空管１１が地面に押し込まれたスタート時であり、貫入工程の終了は、図３（ｃ）に示すように、中空管１１が所定の深さＤ（最下位置）に到達した時である。砂杭材料としては、砂、砕石などが挙げられる。

貫入工程において間隙水圧計で得られる測定値は、貫入工程における過剰間隙水圧である。過剰間隙水圧とは、砂杭の貫入又は造成中、測定点に設置した水圧計（間隙水の水圧）が打設圧力を受けて反応する静水圧以上の水圧（経時変化）であり、最大過剰間隙水圧とは、過剰間隙水圧の中、最大ピークの値である。すなわち、貫入工程において、間隙水圧計から最大過剰間隙水圧（Ｐ１）を読み取る。

貫入工程後、中空管１１を適宜の長さ（図３中、符号ｌ_１）引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜きと、中空管１１の打ち戻し（図３中、打ち戻し長さは符号ｌ_２）を順次、地表に至るまで繰り返し、締固め砂杭１を造成する。引き抜き工程は、図３中、（ｃ）〜（ｄ）の工程（符号ＩＩ_１）であり、図３の符号ＩＩ_１は、最初の引き抜きである。打ち戻し工程は、図３中、（ｄ）〜（ｅ）の工程（符号ＩＩ_２）であり、図３の符号ＩＩ_２は、最初の打ち戻しである。図３中、符号ＩＩ_３は、引き抜きと打ち戻しを１サイクルとして、２サイクル以降の工程である。造成工程において間隙水圧計で得られる測定値は、造成工程における過剰間隙水圧であり、この過剰間隙水圧の中、最大ピークの値である最大過剰間隙水圧（Ｐ２）を読み取る。

本発明において、最大過剰間隙水圧（Ｐ２）が、最大過剰間隙水圧（Ｐ１）より小となるように、貫入工程と造成工程を行う。このような（Ｐ１）＞（Ｐ２）となる貫入工程と造成工程は、貫入工程より造成工程を緩やかな打設条件で行うことで得られやすくなる。このような貫入工程と造成工程としては、例えば、引き抜きと打ち戻しを１サイクルとする繰り返しサイクル数を、従来のＳＣＰ工法の標準的条件におけるサイクル数よりも増加させて、造成工程を行うのがよい（以下、「サイクル数増加方法」とも言う。）。また、１本の砂杭の打設において、造成工程に要する時間（Ｔ２）が、貫入工程に要する時間（Ｔ１）より３×（Ｔ１）時間以上、好ましくは４×（Ｔ１）時間以上、１０×（Ｔ１）時間以下となるように行うのがよい。

サイクル数増加方法における具体的なサイクル数は、砂杭長や打ち戻し長により異なるため、一概には言えないが、１０ｍの砂杭長で、７０サイクル以上、特に１００サイクル以上、２００サイクル以下が好ましく、１６ｍの砂杭長で、１２８サイクル以上、特に１６０サイクル以上、３２０サイクル以下が好ましい。従来のＳＣＰ工法は、１６ｍの砂杭長で、８０サイクルで造成するのが一般的である。すなわち、造成工程においては、（Ｐ１）＞（Ｐ２）となるように監視しながら上記のように造成工程を緩やかな打設条件で行うが、造成工程中、（Ｐ１）＞（Ｐ２）の条件とならない場合、次の砂杭の打設の際、更にサイクル数を増加させる等の方法を採ればよい。

貫入工程と造成工程を上記の条件で施工すれば、造成工程において、測定点では貫入工程に比べて締固めに寄与する応力が伝わり易くなり、密度上昇につながったものである。従来のＳＣＰ工法によれば、造成工程の最大過剰間隙水圧は貫入工程の最大過剰間隙水圧と同じか又は大である。従って、造成工程の最大過剰間隙水圧を貫入工程の最大過剰間隙水圧より小となるように貫入工程と造成工程を行う方法は新規な工法である。

本実施の形態例において、測定点は、図１の打設位置ｅ、ｆ、ｈ及びｉで形成される四角形の中心に限定されず、例えば図１中、位置ｇと位置ｈの外側である符号４ａで示す位置であってもよい。また、測定点は、図４に示すように、隣接する３本の造成予定の砂杭又は造成砂杭で区画される領域の場合、符号ｉ、ｆ及びｊで形成される三角形の中心４ｂであってもよく、符号ｆ、ｇ及びｊで形成される三角形の中心４ｃであってもよい。また、例えば図４中、位置ｈと位置ｉの外側である符号４ｄ、位置ｉと位置ｊの外側である符号４ｅで示す位置であってもよい。

本発明において、ｎ（ｎは整数）個の砂杭の打設において、ｎ個の平均最大過剰間隙水圧（Ｐ２）が、ｎ個の平均最大過剰間隙水圧（Ｐ１）より小であればよい。すなわち、複数本の砂杭においては、合計砂杭本数の７０％以上、好ましくは８０％以上、特に９０％以上の砂杭が、上記（Ｐ１）＞（Ｐ２）の最大過剰間隙水圧条件を満たしていれば、砂杭合計本で囲む領域のＮ値は高くなる。すなわち、１０本の砂杭に着目した際、３本の砂杭が、上記最大過剰間隙水圧条件を満たしていない打設であっても、１０本の砂杭の測定点及びその近傍のＮ値は高くなる。なお、ｎ個の砂杭の打設において、（Ｐ１）＞（Ｐ２）の条件を満たさない複数の砂杭が存在する場合、複数の砂杭は互いに２本隣接しないか、複数の砂杭で３本又は４本の小区画を形成しない砂杭であることが好ましい。

本発明において使用される締固め砂杭造成装置としては、公知のものが使用できる。すなわち、中空管の外周面には螺旋羽根があってもよく、中空管の先端には掘削ビットが設けられていてもよい。また、中空管昇降装置としては、特に制限されず、例えば、ラックとピニオンによるもの、チェーンとスプロケットによるもの、ワイヤロープの牽引によるものなど貫入時と引き抜き時にリーダーからの反力が得られるもの、あるいは、バイブロハンマーによるものなどが挙げられる。

次に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。

（実施例１）
外周面には螺旋羽根が形成されておらず、先端には掘削ビットが付設された中空管を使用した。中空管昇降装置は、ラックとピニオンによるものであった。改良地盤は、図１のようなＡ地盤であった。図１中、砂杭間隔は２ｍ、砂杭径は７００ｍｍで改良率は１０％であった。また、砂杭長は１３ｍであった。貫入工程は、回転圧入であり、従来の標準条件である１本当たり平均貫入時間１０分とした。また、造成工程は、貫入工程よりも長くとり、１本当たり平均造成時間５５分とした。なお、表１では、「造成工程所要時間/貫入工程所要時間」で表した。また、電気式間隙水圧計（ＯＹＯ製、Ｍｏｄｅｌ-４５８３）は、図１中の符号４の位置で設置深さ１０ｍに設置し、貫入工程における最大過剰間隙水圧（ｐ１）及び造成工程における最大過剰間隙水圧（ｐ２）を測定した。また、最大過剰間隙水圧測定後、Ｎ値を測定した。Ｎ値の測定場所は、図１の小四角形の区画３１、３２、３３のそれぞれ中心とした。その結果を表１及び図５の符号ｘ３に示す。表１中、砂杭番号(１)〜(７)は、図１中の符号ａ〜ｇにそれぞれ対応し、各工程の最大過剰間隙水圧（ｋＰａ）と所要時間の比を示した。最大過剰間隙水圧の測定位置は、小四角形の区画３４の中心とした。なお、図５中、符号Ｘ１は施工前の地盤のＮ値であり、符号Ｘ２は改良後の予測された平均Ｎ値である。なお、予測されたＮ値とは、周知の設計値であり、圧入された補給砂の体積と同量だけ地盤が締まると仮定を置き、これと相対密度とＮ値の経験的な関係を用いて、圧入後のＮ値を決定するものであり、一般的には、ＳＣＰ工法の標準的な施工時のＮ値のデータに基づいた予測式から算出されるものである。なお、実施例１の主要な施工条件と結果を下記に示した。

・改良率；１０％
・細粒分含有率；１０％
・貫入工程における平均最大過剰間隙水圧（ｐ１）；１０３ｋＰａ
・造成工程における平均最大過剰間隙水圧（ｐ２）；９６ｋＰａ
・改良後の平均Ｎ値；２８．２

図５に示すように、実施例１の平均Ｎ値２８．２は、図５の符号Ｘ２で示される予測平均Ｎ値２３．８の１．１８倍であった。また、表１から明らかなように、７本中、２本の砂杭は（Ｐ１）＜（Ｐ２）であるものの、他の５本の砂杭は（Ｐ１）＞（Ｐ２）であり、７本の打設砂杭の周辺地盤のＮ値は高いものであった。

（実施例２）
砂杭間隔２．０ｍに代えて１．４ｍとし、改良率１０％に代えて２０％とし、且つ下記の最大過剰間隙水圧とした以外は、実施例１と同様の方法で行った。なお、実施例２は、造成工程に要する平均時間を実施例１の５５分よりも更に長くしたものである。なお、このＡ地盤の細粒分含有率は２０％であった。その結果を表２及び図６の符号Ｙ３に示す。なお、図６中、符号Ｙ１は施工前の地盤のＮ値であり、符号Ｙ２は改良後の予測された平均Ｎ値である。その結果、改良後の平均Ｎ値は４２．７であり、予測平均Ｎ値２９．６の１．４４倍であった。また、表２から明らかなように、７本中、１本の砂杭は（Ｐ１）＝（Ｐ２）であるものの、他の６本の砂杭は（Ｐ１）＞（Ｐ２）であり、７本の打設砂杭の周辺地盤のＮ値は高いものであった。

（実施例３）
Ａ地盤に代えてＢ地盤とし、砂杭間隔２．０ｍに代えて１．４ｍとし、改良率１０％に代えて２０％とし、砂杭長１３ｍに代えて１４ｍとし、測定対象砂杭(１)〜(７)を砂杭(１)、(２)及び(４)とし、且つ下記の平均最大過剰間隙水圧とした以外は、実施例１と同様の方法で行った。なお、実施例３は、造成工程に要する平均時間を貫入工程に要する平均時間より４．５倍大としたものである。なお、最大過剰間隙水圧の測定点４は、小四角形３４の中心とした。実施例３の主要な施工条件と結果を下記に示した。また、小四角形３１の中心のＮ値の結果を図７中の符号Ｚ３で示した。なお、Ｚ１は施工前の地盤のＮ値であり、符号Ｚ２は改良後の予測された平均Ｎ値である。

・改良率；２０％
・貫入工程における平均最大過剰間隙水圧；６０ｋＰａ
・造成工程における平均最大過剰間隙水圧；４０ｋＰａ
・改良後の平均Ｎ値；４０

実施例３は、造成工程における平均最大過剰間隙水圧が、貫入工程における平均最大過剰間隙水圧より小であり、実施例３の平均Ｎ値は４０であり、図７の符号Ｚ２で示される予測平均Ｎ値３５の１．１４倍であった。また、実施例３は、図７のＺ３に示すように、深度８ｍにおけるＮ値は、５０を超えるものであった。

（比較例１）
貫入工程における最大過剰間隙水圧及び造成工程における最大過剰間隙水圧を表３に示すものとした以外は、実施例３と同様の方向で行った。すなわち、比較例１は、平均造成工程の所要時間を実施例３の１/３とした以外は、実施例３とほぼ同様の方法で行ったものである。その結果を表３に示した。測定点４のＮ値の結果は、図７の符号Ｚ２１のものである。表３から明らかなように、(３)の砂杭は（Ｐ１）＞（Ｐ２）であるものの、(１)と(２)の砂杭は、（Ｐ１）＜（Ｐ２）であり、３本の打設砂杭の測定点のＮ値は３４であり、予測平均Ｎ値の０．９７倍と高くなかった。

本発明によれば、パイル間隔を大きく採れるため、周辺に与える地盤変位を抑制することができ、従来施工が困難であった場所でも施工が可能となる。また、従来と同等のパイル間隔で施工した場合、より高い改良効果が得られるため、改良の要求が厳しい条件においても対応が可能となる。

１砂杭
２間隙水圧計
４、４ａ〜４ｆ測定点
１１中空管
２１電気式間隙水圧計
２２収録器
Ｘ改良区画領域
ａ〜ｊ砂杭打設予定地

Claims

中空管を所定の深度まで貫入する貫入工程と、
該貫入工程後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜きと、中空管の打ち戻しを順次、地表に至るまで繰り返す造成工程とを行い軟弱地盤中に複数の締固め砂杭を打設する工法において、
打設しようとする砂杭の近傍の測定点を定め、造成工程における該測定点の最大過剰間隙水圧（Ｐ２）が、貫入工程における該測定点の最大過剰間隙水圧（Ｐ１）より小となるように、貫入工程と造成工程を行うことを特徴とする軟弱地盤の改良方法。
最大過剰間隙水圧（Ｐ１）及び（Ｐ２）は、該測定点に埋設された間隙水圧計により測定されるものであることを特徴とする請求項１記載の軟弱地盤の改良方法。
該測定点は、測定対象となる砂杭より１０ｍ以内にあることを特徴とする請求項１又は２記載の軟弱地盤の改良方法。
複数本（ｎ本）の砂杭の打設において、ｎ個の平均最大過剰間隙水圧（Ｐ２）が、ｎ個の平均最大過剰間隙水圧（Ｐ１）より小であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軟弱地盤の改良方法。