JP6894100B2

JP6894100B2 - 地盤改良体及びその構築方法

Info

Publication number: JP6894100B2
Application number: JP2019154455A
Authority: JP
Inventors: 哲彦三浦; 博文碓井; 貴大小牧
Original assignee: Toyo Kogyo Co Ltd; Tenox Kyusyu Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Tenox Kyusyu Corp
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2039-08-27
Also published as: JP2021031985A; KR20220050092A; WO2021038894A1

Description

本発明は、改良すべき地盤上に盛土を施し道路又は鉄道等を構築するための、地盤改良体及びその構築方法に関するものである。

本出願人らは、既にこのような目的に適し、しかも工期を短縮できる技術を提案し、実用に供しているところである（特許文献１：特許第３５２８９５０号公報参照）。

以下、従来の地盤改良体の構築方法について、図２０〜図２１を参照しながら説明する。図２０は、従来の構築方法による地盤改良体を示す縦断面図、図２１は、同水平断面図である。

最終的には、構築された地盤改良体の上に盛土３（舗装を含めても良い）を施し、その上を車両４が走行することになる。その結果、車両４による偏荷重が動的に地盤改良体に作用するものである。

盛土３よりも下方にのみ着目すると、改良すべき地盤１０の地中深い方から順に次の各レベルが設定される。コラム底レベルＬＡは、オーガモータを備えるコラム施工機によって構築されるコラム１の最低レベルである。コラム頂レベルＬＢは、同コラム１の最高レベルであり、且つ、スラブ２の最低レベルである。スラブ頂レベルＬＣは、スラブ２の最高レベルであると共に、盛土３の底に接するレベルである。

図２１に示すように、改良すべき地盤１０の性質等を考慮し、コラム１による改良率（コラム１の密度であり、例えば、１４．５％等）が決定される。

構築方法は、次の手順による。まず、コラム施工機を用いて、コラム底レベルＬＡからコラム頂レベルＬＢまでのコラム１群が形成される。次に、バックホー等の重機を用いて、コラム頂レベルＬＢからスラブ頂レベルＬＣに至るスラブ２が形成される。

このように、各コラム１は、その底部１ａから頂部１ｂまで形成され、スラブ２の底面に当接しスラブ２を支持するものである。ここで、本明細書において、スラブ２の底面に頂部１ｂが当接するコラム１を「通常コラム」という。

ここで、特許文献５（特許第３１０７７７４号公報）において記載したように、改良すべき地盤１０に単に地盤改良体を構築するというだけでなく、地盤改良体に剛体Ｘが隣接する場合、以下に述べるように更なる工夫が必要となる。

ここでいう「剛体」とは、沈下に対して強い抵抗を示す物体であって、例えば、橋梁、函渠、建物基礎（いずれも下方がコラム等により支持される場合を含む。）あるいは岩盤等であって、これらのものは、設計上沈下を許容しないものとみなされる。

何らの配慮無しに地盤改良体を構築すると、剛体が沈下しないのに対し、地盤改良体は幾分なりとも沈下するから、剛体と地盤改良体との境界５０において、著しい段差を生じてしまう。こうなると、走行する車両の激しい上下動や車両底部の損傷等、第三者の利益を損害する結果となり、極めて不都合である。

かかる事態を回避すべく、図２０に示すように、コラムの深さが、剛体Ｘの近傍で最大となり、剛体Ｘから離れるにつれて小さくなるように設定することが望ましい。

上述したように、特許文献１と特許文献５とを組み合わせることにより、地盤改良体が剛体に隣接する際における現象に対応しつつ、一定程度、工期を短縮できる効果が見込まれる。

しかしながら本発明者らは、これにとどまることなく、更なる工期短縮が行えないか、鋭意検討を加え、スラブの構成を工夫することにより、本発明を完成するに至ったものである。
特許第３５２８９５０号公報特許第４０３８５２５号公報特許第３４３２８０２号公報特許第４５０４０９５号公報特許第３１０７７７４号公報

即ち、本発明は、地盤改良体が剛体に隣接する際における現象に対応しつつ、地盤改良体の強度を維持しながら、更なる工期短縮を実現できる地盤改良体及びその関連技術を提供することを目的とする。

第１の発明に係る地盤改良体は、剛体に隣接する地盤改良体であって、改良すべき地盤内において深い方から浅い方へ向けて、第１レベル、第２レベル、第３レベル及び第４レベルをこの順に設定すると共に、第１レベルを可変とし、第１レベルから第２レベルまでに至り、且つ、水平面内で回転するコラム施工機により形成される複数の円柱短尺コラム群と、円柱短尺コラム群に支持されるスラブ体とを備え、スラブ体は、第３レベルから第４レベルに至り、且つ、鉛直方向に回転する縦型スラブ施工機により形成されるスラブ本体と、スラブ本体の直下において、第２レベルから第３レベルに至り、縦型スラブ施工機により形成され、且つ、円柱短尺コラム群の頂部に連設される梁部とを備え、スラブ体は、垂直断面視においてＴ字状をなし、第１レベルは、剛体の近傍で最も深く、且つ、剛体から離れるにつれて、浅く設定される。

ここでいう「剛体」とは、沈下を行わない橋梁、函渠、建物基礎、或いは岩盤などであり設計上沈下を許容しないものとされるが、剛体の底部が、コラム等で支持される場合及び支持されない場合のいずれもが包含される。

第１レベルは、剛体の近傍で最も深く、且つ、剛体から離れるにつれて、浅く設定されるため、剛体の近傍での地盤改良体の沈下が有意に抑制され、剛体と地盤改良体との境界における段差を効果的に小さくすることができる。このため、車両は、地盤改良体から剛体へ、あるいはその逆に、円滑に走行することができる。

ここで、円柱短尺コラム群は、平面視において格子状に配置されても良いし、平面視において千鳥状に配置されても良い。

また、通常、スラブ体の上部には盛土（舗装を含めても良い。）が敷設されることになる。

更に、第１レベルから第３レベルに至り、頂部がスラブ本体を支持する複数の通常コラム群を更に備えても良い。

ここで、スラブ体が円柱短尺コラム群の頂部に連設される梁部を有して垂直断面視においてＴ字状をなすことにより、車両等による上方からの荷重が地盤改良体に作用しても、この荷重が分散され、梁部同士の間に存在する改良すべき地盤への作用応力が小さくなり、不同沈下が抑制される。

また、梁部同士の間における曲げ引っ張り応力を低減でき、コラム改良率を低減可能となる。

車両の通行方向は、地盤改良体を横断するものであっても、縦断するものであってもよい。言い換えれば、地盤改良体の幅方向と長さ方向は、適宜変更して差し支えない。

以下詳細に述べるように、本発明によれば、剛体と地盤改良体との境界における段差を有意に抑制することにより、円滑な車両走行が可能となる。しかも、従来技術に比べて改良体積がほぼ同等となると共に、施工期間を約２割削減できる。

しかも、この点は、地盤改良体の強度を維持したまま可能であって、工費全体の大幅な抑制につながる等、実用上の効果が高い。

（実施の形態１）
以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における地盤改良体を示す縦断面図、図２は、同水平断面図である。

まず、本形態に係る地盤改良体では、図１に示すように、改良すべき地盤１０内において深い方から浅い方へ向けて、第１レベルＬ１、第２レベルＬ２、第３レベルＬ３及び第４レベルＬ４をこの順に設定する。

第１レベルＬ１は、可変であって、剛体Ｘの近傍で最深（最大）（Ｌ１（１））であり、最も離れた点で最浅（最小）（Ｌ１（７））である。通常、第１レベルＬ１は、剛体Ｘからの距離に比例して、浅くなるように設定される。しかしながら、比例関係になくとも、例えば対数、二次関数等によるなど、増減関係が同様であれば、事実上問題なく使用できるため、このようにしても本願発明の保護範囲に含まれる。

第１レベルＬ１は、オーガモータを備えるコラム施工機３０（図３参照）によって構築される短尺コラム１１の最低レベルである。着底方式を採るのであれば、第１レベルＬ１は、接すべき底のレベル又はそれ以下のレベルとされ得るし、フローティング方式を採るのであれば、底よりも上方に浮かせたレベルとされ得る。なお、第１レベルＬ１の可変性については、前の段落を参照されたい。

第２レベルＬ２は、短尺コラム１１の最高レベルであり、且つ、スラブ体２０の梁部２２の最低レベルである。

第３レベルＬ３は、スラブ体２０の梁部２２の最高レベルであると共に、スラブ体２０のスラブ本体２１の最低レベルであるし、また通常コラム１（図２０参照。）の最高レベルでもある。

第４レベルＬ４は、スラブ体２０のスラブ本体２１の最高レベルであると共に、図示しない盛土の最低レベルである。

即ち、スラブ体２０は、水平等厚のスラブ本体２１と、スラブ本体２１から下方に延出し、短尺コラム１１の頂部１１ｂと当接するように連設される、複数の梁部２２とを備えて成り、スラブ体２０は、垂直断面視においてＴ字状をなす連続体である。二つの梁部２２を取り出せば、スラブ体２０は、π字状をなすとも言い得る。

平面視では、図２に示すように、複数の梁部２２の直下に、それぞれ複数の短尺コラム１１群が位置することになる。

ここでは、説明の便宜上、図２における横寸法Ｂを道路長さといい、縦寸法Ａを改良幅というが、先に述べたように、車両４（図２０参照）は、スラブ体２０が構成するＴ字型構造を、横断しても良いし、縦断しても良いものであって、上記長さや上記幅は、それぞれ入れ替え得る点が理解されねばならない。

以上のように、予めレベル等を設定した上で、実際の構築に着手することになる。

まず、図３及び図４に示すように、コラム施工機３０を用いて、複数の短尺コラム１１群を、第１レベルＬ１（１）〜Ｌ１（６）から第２レベルＬ２まで構築してゆく。この際の、コラム施工機３０は、通常、ベースマシン３１と、垂直に起立するリーダ３２と、リーダ３２に対して水平回転できるように支持される回転軸３３と、回転軸３３の先端部に取り付けられるヘッド部３４とを備える。なお、第１レベルＬ１の変化は、コラム施工機３０における目標深度を適宜変更することにより、容易に実現できる。

ヘッド部３４は、土壌１０の所定部位を撹拌すると共に、セメントミルクを吐出・混合し、ソイルセメントからなる短尺コラム１１群を構築する。因みに、ヘッド部３４はオーガを有し、好ましくは、スクリューや共回り防止翼を含むが、スクリューや共回り防止翼は、省略され得る。

図４にハッチングで示すように、全ての短尺コラム１１群が構築された状態においても、スラブ本体２１と梁部２２とからなるスラブ体２０のための空間は、空洞とされるか又は、土壌で埋められているかは任意であるが、この空間まで短尺コラム１１群が構築されることはない。

次に、スラブ体２０の構築に着手する。図５〜図８に示すように、本形態では、作業効率を考慮して、縦型スラブ施工機４０を用いて、第３レベルＬ３から第４レベルＬ４に至るスラブ本体２１と、第２レベルＬ２から第３レベルＬ３に至る梁部２２とを備えるスラブ体２０を、一括して構築する。但し、先に梁部２２のみを構築しておき、その後に、スラブ本体２１を構築することもできる。

縦型スラブ施工機４０は、鉛直方向に回転して掘削、セメントミルクの吐出及び撹拌を行う作動部４２と、この作動部４２に駆動力を付与する本体４１とを有するものであり、作動部４２が到達する深さを制御できるものであれば、任意である。例えば、ロータリーによるもの（特許文献２：特許第４０３８５２５号公報参照）、トレンチャーによるもの（特許文献３：特許第３４３２８０２号公報参照）、チェーンコンベアカッタによるもの（特許文献４：特許第４５０４０９５号公報参照）のいずれであっても良い。

スラブ本体２１のみを形成するには、到達深さＨ３を第３レベルＬ３から第４レベルＬ４までとし、スラブ本体２１及び梁部２２を形成するには、到達深さ（Ｈ３＋Ｈ２）を第２レベルＬ２から第４レベルＬ４までとすればよい。

なお、従来技術、実施の形態１及び次の実施の形態２との比較は、最後にまとめて説明する。

（実施の形態２）
実施の形態１では、図９に示すように、コラム群は、全て短尺コラム１１群のみから構成されている。しかしながら、実施の形態２では、図１１に示すように、梁部２２が形成されていない箇所に、通常コラム１群を配設している。

この点以外は、実施の形態１と同様である。上述したように、梁部２２が形成されていない箇所に設けられる、実施の形態２における、通常コラム１は、その底部１ａが第１レベルＬ１（１）〜Ｌ１（６）に位置し、その頂部１ｂは、第３レベルＬ３に位置する。

（従来技術、実施の形態１、実施の形態２の比較）
図１０は、実施の形態１におけるスラブ体に関する計算結果の例を示す。曲げモーメントＭを断面係数Ｚで除した、曲げ応力σは、38[kN/m²]となっており、基準値（80[kN/m²]）以下であり、安全である。

同様に、図１２は、実施の形態２におけるスラブ体に関する計算結果の例を示す。曲げモーメントＭを断面係数Ｚで除した、曲げ応力σは、65[kN/m²]となっており、基準値（80[kN/m²]）以下であり、安全である。

（表１）は、左から、従来技術、実施の形態１、実施の形態２の各数値を対比して示したものである。

（表１）において、従来技術、実施の形態１、実施の形態２のいずれにおける地盤改良体も、同等の強度・外形寸法を有する。一方、従来技術、実施の形態１、実施の形態２において、コラム改良率は、それぞれ、１４．５、９．３、９．８％となっており、実施の形態１、２が、従来技術よりも低い改良率ながら、同等の強度を保有している点が理解されよう。

また、改良体積の合計は、従来技術を１００％とすると、実施の形態１で９６％、実施の形態２で１０３％とほぼ同等である。さらに、施工日数合計（施工期間）は、従来技術を１００％とすると、実施の形態１で７４％、実施の形態２で８０％と約２０％強削減できている。

このことより、本願発明によれば、従来技術と同等の強度を確保しながら、従来技術に比べて改良体積が同等で、施工期間を約２割削減でき、工費全体を大幅に抑制できることが理解されよう。勿論、図１０、図１２及び（表１）に示した各数値は、例示に過ぎず、本発明はこれらの数値に限定されるものではなく、本発明の趣旨を変更しない限りにおいて、各数値を種々変更しても本発明の保護範囲に包含されるものである。以上において、現場は道路又は鉄道などを敷設する場合を述べたが、当業者に自明なように、本発明の現場はこれに限定されるものではない。

次に、図１３〜図１５を参照しながら、梁部２２と短尺コラム１１の各種構成例を説明する。言うまでもないが、以下の説明は、例示に過ぎず、本願発明の趣旨を逸脱しない限り、図示しない種々の変更を加えても、本願発明の保護範囲に属する。特に、通常コラム１を、必要に応じて適宜、追加乃至変更しても差し支えない。

さて、図２に示す例では、改良幅Ａと平行に梁部２２が配設され、短尺コラム１１は、梁部２２に接して格子状に配設されている。

これに代えて、図１３に示すように、改良幅Ａと平行な梁部２２に、短尺コラム２２を千鳥状に配設しても良い。また図１４に示すように、梁部２２を道路長さＢと平行に配設しても良い。

ここで、短尺コラム１１は、図１４に示すように格子状に配置してもよいし、そうではなく千鳥状としても良い。

更には、図１５に示すように、梁部２２そのものを縦横に互いに交差するように形成し、梁部２２そのものを格子状となし、梁部２２の所望の位置に短尺コラム１１を配設しても良い。このようにすると、地盤の上層部が梁部２２に囲繞され、拘束されることになる。その結果、地震等により発生する構造物境界部での段差が抑制され、地盤改良体が構築されているエリアでは、緊急車両通過のための仮復旧工事を行うことなしに、災害発生後早急に車両走行を可能とすることができるなど、実益大である。

次に図１６〜図１９を参照しながら、沈下の前後における現象について説明する。

（第１例）
本例では、図１６に示すように、剛体Ｘが中央に位置し、その両側方に一対の地盤改良体群が対称に構築される。なお、剛体Ｘの片方のみに地盤改良体を構築する場合については、図１６、図１７のうち、剛体Ｘの当該片側のみに着目して観察すれば良い。

さて、沈下が発生していない状態では、図１６に示すように、一対のスラブ体２０、２０は、水平な状態にあり、剛体Ｘとの境界５０或いは、反対側の境界５１には、段差を生じていない。

しかしながら、車両４等が走行し、スラブ体２０、２０に動荷重が作用すると、図１７に示すように、スラブ体２０、２０は、剛体Ｘに近い方が高く、遠い方が低くなるように、傾斜する。

これは、第１レベルＬ１を
Ｌ１（１）＞Ｌ１（２）＞Ｌ１（３）＞...＞Ｌ１（７）
とすることにより、沈下に対する抵抗も、同様の大小関係となるようにしたためである。

この結果、剛体Ｘに近い境界５０においても、遠い境界５１においても、形成される段差が緩やかとなって、車両４等が円滑に走行・通過できるようになっている点に注目されたい。

（第２例）
本例では、図１８に示すように、両側部に一対の剛体群Ｘ、Ｘが存在し、これらの剛体Ｘ、Ｘの間の地盤１０、１０を、一対の地盤改良体群で改良するものである。

この場合、剛体Ｘ、Ｘに近い側の第１レベルＬ１（１）を最大とし、剛体Ｘ、Ｘ間の中央部における、第１レベルＬ１（７）を最小とする。

車両４等による動荷重が作用し、沈下が発生すると、図１９に示すように、それぞれ剛体Ｘの近傍が高く、離れるにつれ低く（中央部では略Ｖ字状）なるように、一対のスラブ体２０、２０が傾斜する。

この場合においても、剛体Ｘに近い境界５０においても、遠い境界５１においても、形成される段差が緩やかとなって、車両４等が円滑に走行・通過できるようになっている点に注目されたい。

本発明の実施の形態１における地盤改良体を示す縦断面図本発明の実施の形態１における地盤改良体を示す水平断面図本発明の実施の形態１における地盤改良体を示す縦断面図本発明の実施の形態１における地盤改良体を示す水平断面図本発明の実施の形態１における地盤改良体を示す縦断面図本発明の実施の形態１における地盤改良体を示す水平断面図本発明の実施の形態１における地盤改良体を示す縦断面図本発明の実施の形態１における地盤改良体を示す水平断面図本発明の実施の形態１における地盤改良体を示す水平断面図本発明の実施の形態１におけるスラブ体の断面特性を示す図本発明の実施の形態２における地盤改良体を示す水平断面図本発明の実施の形態２におけるスラブ体の断面特性を示す図本発明の他の形態におけるレイアウトを示す水平断面図本発明の他の形態におけるレイアウトを示す水平断面図本発明の他の形態におけるレイアウトを示す水平断面図本発明の第１例（沈下前）における剛体及び地盤改良体を示す縦断面図本発明の第１例（沈下後）における剛体及び地盤改良体を示す縦断面図本発明の第２例（沈下前）における剛体及び地盤改良体を示す縦断面図本発明の第２例（沈下後）における剛体及び地盤改良体を示す縦断面図従来の構築方法による地盤改良体を示す縦断面図従来の構築方法による地盤改良体を示す水平断面図

１通常コラム
１ａ、１１ａ、２２ａ底部
１ｂ、１１ｂ頂部
２スラブ
３盛土
４車両
１０改良すべき地盤
１１短尺コラム
２０スラブ体
２１スラブ本体
２２梁部
３０コラム施工機
３１ベースマシン
３２リーダ
３４ヘッド部
４０縦型スラブ施工機
４１本体
４２作動部
５０、５１境界
Ａ改良幅
Ｂ道路長さ
Ｌ１第１レベル
Ｌ２第２レベル
Ｌ３第３レベル
Ｌ４第４レベル
ＬＡコラム底レベル
ＬＢコラム頂レベル
ＬＣスラブ頂レベル
Ｈ１コラム長
Ｈ２梁高
Ｈ３スラブ厚
Ｘ剛体

Claims

最も深い第１レベルと、前記第１レベルよりも浅い第２レベルと、前記第２レベルよりも浅い第３レベルと、前記第３レベルよりも浅い第４レベルとを有し、且つ、剛体に隣接する地盤改良体であって、
前記第１レベルから前記第２レベルまでに至り、且つ、水平面内で回転するコラム施工機により形成される複数の円柱短尺コラム群と、
前記円柱短尺コラム群に支持されるスラブ体とを備え、
前記スラブ体は、
前記第３レベルから前記第４レベルに至り、且つ、鉛直方向に回転する縦型スラブ施工機により形成されるスラブ本体と、
前記スラブ本体の直下において、前記第２レベルから前記第３レベルに至り、前記縦型スラブ施工機により形成され、且つ、前記円柱短尺コラム群の頂部に連設される梁部とを備え、
前記スラブ体は、垂直断面視においてＴ字状をなし、
前記第１レベルは、前記剛体の近傍で最も深く、且つ、前記剛体から離れるにつれて、浅く設定されることを特徴とする地盤改良体。
前記剛体は、橋梁、函渠、建物基礎、或いは岩盤のいずれかである請求項１記載の地盤改良体。
前記円柱短尺コラム群は、平面視において格子状に配置される請求項１又は２記載の地盤改良体。
前記円柱短尺コラム群は、平面視において千鳥状に配置される請求項１又は２記載の地盤改良体。
前記スラブ体の上部には盛土が敷設される請求項１から４のいずれかに記載の地盤改良体。
前記第１レベルから前記第３レベルに至り、頂部が前記スラブ本体を支持する複数の通常コラム群を更に備える請求項１から４のいずれかに記載の地盤改良体。
剛体に隣接する地盤改良体を構築する方法であって、
改良すべき地盤内において深い方から浅い方へ向けて、第１レベル、第２レベル、第３レベル及び第４レベルをこの順に設定すると共に、前記第１レベルを可変とする工程と、
水平面内で回転するコラム施工機を用いて、前記第１レベルから前記第２レベルまでに至る複数の円柱短尺コラム群を設ける工程と、
鉛直方向に回転する縦型スラブ施工機を用いて、前記円柱短尺コラム群に支持されるスラブ体を設ける工程とを含み、
前記スラブ体は、
前記第３レベルから前記第４レベルに至るスラブ本体と、
前記スラブ本体の直下において、前記第２レベルから前記第３レベルに至り、前記円柱短尺コラム群の頂部に連設される梁部とを備え、
前記スラブ体は、垂直断面視においてＴ字状をなし、
前記第１レベルは、前記剛体の近傍で最も深く、且つ、前記剛体から離れるにつれて、浅く設定されることを特徴とする地盤改良体の構築方法。
前記剛体は、橋梁、函渠、建物基礎、或いは岩盤のいずれかである請求項７記載の地盤改良体の構築方法。
前記縦型スラブ施工機は、ロータリー、トレンチャー又はチェーンコンベアカッタの少なくとも一つを用いる請求項７又は８記載の地盤改良体の構築方法。
前記第１レベルから前記第３レベルに至り、頂部が前記スラブ本体を支持する複数の通常コラム群を設ける工程を更に含む請求項７又は８に記載の地盤改良体の構築方法。