JPH02296923A - 砂地盤の改良工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 飽和したゆるい砂地盤が地震を受り、この時の震動の強
さがある限界値以上になると、砂地盤は液状化し構造物
に壊滅的な被害を与える。このため本発明は砂地盤を締
固め、液状化の発生を防止するための地盤改良工法にか
んするものである。

「従来の技術」 液状化の発生を防止するための従来の主な地盤改良工法
を挙げると、振動締固めにＪ：つで密度の増大を図るも
のとしては、バイブロフローテーション工法、締固め砂
杭工法などがある。これらの締固めは主に機械的な振動
によるものである。地震時の砂層内の間隙水圧の上昇を
おさえる排水工法としては、グラベルドレーン工法、パ
イプドレーン工法などがある。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで前記に示した従来の地盤改良工法、例えばグラ
ベルドレーン工法、パイプドレーン工法は地震時におい
て砂地盤の液状化は防止できるものの地盤の不同沈下は
避けられず、構造物に悪影響を残すことになる。またバ
イブロフローテーション工法、締固め砂杭工法は有力な
工法であるが、地盤改良時、近接構造物に対して機械的
振動による悪影響を与える可能性があること、また改良
設備等が大がかりとなるので改良費が非常に高くなる傾
向にある。また地盤改良における施工管理のうち特に重
要なのは改良時の強度管理であり、改良中にリアルタイ
ムに把握でき、且つ目的の改良強度を得るために、地盤
土性等の変化に応じてフレキシブルに対応する必要があ
る。しかし従来の強度管理は、せいぜい改良強度を間接
的に検出しているもので満足のいくものではない。この
発明は、前記問題点を鑑みてなされたもので、飽和した
ゆるい砂地盤を近接構造物に悪影響を与えることなく定
量的強度管理のもとに締固め、且つ改良費の大幅な低減
を図れる改良工法をいかにして実現するかを問題として
いる。

［問題点を解決するための手段」 本発明による砂地盤改良工法は、基本的には締固めによ
って地盤の密度の増大を図ものであるが、その方法は機
械的振動によらないで、斜め下向きの回転噴射流の動水
圧によるものである。

ここで噴射流は水に地盤の補充材を混合した補充材スラ
リーとし、地盤に細粒土分が多い場合は補充材スラリー
にさらに固結材を配合して、改良材スラリーとしている
。また本発明では噴射流の受入れ地盤にサクションポン
プによってサクションを与えて、噴射流の水を地下水の
一部とともに地上の貯水槽に送水し、さらにこの水を噴
ｑ４流として再利用する循環水システムを採用している
。

また本発明では改良機本体である循環ロッドの最先端部
の側面と適当な位置の中間部の側面の２か所に、循環ロ
ッドの回転時の側面の地盤抵抗を圧力として感知するセ
ンサーを取付けている。

「作　用」 本発明による砂地盤の締固め方法は、斜め下向きの回転
噴射流の動水圧によるものである。砂地盤が締固まって
安定する重要な要素としては砂粒子の自重がある。本発
明における噴射流の方向は、斜め下向きであるため砂粒
子の自重を締固めの有効な応力として取り込んでおり、
その締固めの効果を大きく高めている。また水中で放出
された噴射流は、空気中と異なりその動水圧は箸しく減
衰され締固め効果はきわめてちいさい。しかし本発明で
は噴射流の受入れ部分の地盤にサクションが与えられて
いるので動水圧の減衰が大幅に低減されている。ここで
の噴射流は砂地盤を切削、攪乱するのが目的ではなく、
動水圧によって強力に押しつけて締固めるものであるか
ら、極端な超高水圧は必要とぜず、適度な高水圧による
噴射圧力と多量の噴射水量を必要としている。これに対
して、本発明では噴射流を再刊用する循環システムを採
用しているため容易に多量の噴射水量を確保している。

飽和したゆるい砂地盤が締固められると地盤沈下が生じ
る。しかし本発明では噴射流は補充材スラリーであるた
め、地盤に噴射流とともに補充材が供給される。このた
め地盤沈下は抑制される。

また噴射流による動水圧は、砂などの補充材によりその
威力は倍加される。

また地盤改良における施工管理のうち特に重要なのは改
良による強度確認であり、しかも施工中にリアルタイム
に把握して、地盤条件等の変化に対応しなければならな
い。これに対して本発明では、循環ロッドの２つのセン
サーを同時連続観測することにより、改良強度効果をリ
アルタイムに定量的に確認される。

また砂地盤に細粒上のが多い場合は、噴射流は固結材の
配合した改良材スラリーとしているが、これの施工管理
は、循環水システムにおいて、地上の貯水槽に地下水と
ともに希釈されて回収された改良材スラリーの固結材温
度を連続観測することによって改良状況が定量的に確認
される。

「実施例」 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明による改良機本体である循環ロッドの
断面図である。循環ロッドは高水圧管及び揚水管として
の二重管の先端部にストレーナ−を取付け、これを揚水
管に接続させるとともにストレーナ−より上部の高水圧
管の適当な位置に斜め下方を向いたノズルを設け、且つ
二重管の頭部には、高水圧管及び揚水管用の二重スイベ
ルを取付ける。ざらにストレーナ−の先端にロッドを取
付け、これの側面とノズル上部のロッドの適当な位置の
側面に、循環ロッドの回転時の側面の地盤抵抗を圧力と
して直接感知するセンサーを取付けて循環ロッドを構成
する。ここでノズルの適当な位置とは、循環ロッドに回
転を与えた場合ストレーナ−が斜め下向き回転噴射流の
軌跡内側の底部に納まる位置をいう。

図において符号Ａは循環ロッドであり、符号Ｂは循環ロ
ッドＡの昇降、回転の駆動装置である。

符号１は二重管ロッドの外管で高水圧管であり、符＠２
は内管で揚水管である。符号３はストレーナ−１符号４
はノズル、符号５は二重管スイベルで５−１は高水圧管
用スイベル、５−２は揚水管用スイベル、符号６は圧力
センサーである。

次に上記の循環ロッドＡを用いて、実際に砂地盤の締固
め改良する場合の例について、第２図の（Ａ）（Ｂ）を
参照しながら説明する。

第２図の（Ａ＞は施ニジステムの概要を示す断面図であ
る。図において符号Ｃは循環ロッドＡ、駆動装置Ｂを装
着するベースマシーンである。本発明による改良システ
ムは、まず循環ロッドＡの揚水管用、のスイベル５−２
にサクションホース、サクションポンプを経由して貯水
槽、続いて攬伴槽に接続させ、ざらに高圧送ポンプ、流
量計、高圧送ホースを経由して循環ロンドＡの高水圧管
用スイベル５−１に接続させて、水の循環経路を形成す
る。図において符号りはサクションホース、符号Ｅはサ
クションポンプ、符号Ｆは貯水槽、符号Ｇは攪拌槽、符
号Ｈは高圧送ポンプ、符号■は流量計、符号Ｊは高圧送
ホース、符号には地盤表面、符号しは改良層である。次
に撹伴水槽Ｇに必要量の水と地盤の補充材を混合した補
充材スラリーを用意する。続いて補充材スラリーを地盤
に高圧で噴射するものであるが、これには貫入噴射と用
法き噴射がある。第２図の（Ａ＞の場合は貫入噴射の例
である。すなわら循環ロッドＡに回転を与えて所定の位
置の砂地盤に所定の速度で貫入させながら、高圧送ポン
プ１」により、補充材スラリーをノズル４から斜め下向
きの回転噴射流として地盤に供給し、且つサクションポ
ンプＥによりストレーナ−３を通して供給された水・、
を地下水の一部とともに、地上の貯水槽Ｆに送水する。

噴射流がノズル４より飽和された砂層に放出される一方
、ストレーナ−３より地下水が吸出されると、ストレー
ナ−３の周囲に吸引流が生じ、これらの二つの流れはや
がて連絡され一連の流路となる。こうして水を循環させ
、循環ロッドＡを所定の深さまで丹入する。この作業工
程に並行して管理工程として循環ロッドＡの先端部の側
面と、ノズル４の上部のロッドの側面に取付けた二つの
圧力センサー６を同時に連続観測することにＪ：す、地
盤の締り具合を定量的に把握し、前記補充材スラリーの
噴射圧力、噴射量、前記循環水の揚水量さらには循環ロ
ッドＡの回転、貫入速度を調整し、所定の計画締固め度
を確保して砂地盤の改良を行うものである。

第２図の（Ａ＞の場合は貫入噴ｑ４の例であるから循環
ロッドＡの先端部の圧力センサー６か改良前の地盤回転
抵抗力を感知し、上部の圧力センサー６が改良後の地盤
回転抵抗力を感知する。引俵き噴射の場合はこれと逆に
なる。以上の作業工程、管理工程を改良工程の１ナイク
ルとして、次に貯水槽Ｆの循環水を攪伴水槽Ｇに移し、
必要な補充材を混入し、改良場所を移動しながら改良工
程のサイクルを繰り返して行うものである。ここで所定
の改良強度が得られなければ、改良場所を移動しないで
、再度、改良作業を行うものである。

第２図の（Ａ）は改良サイクル３回目の途中の状態を示
している。第２図の（Ｂ）は循環ロッドＡを４機並列に
して、ベースマシーンＣに装着した場合の例で、補充材
スラリーの下向き回転噴射流の軌跡円を示した平面図で
ある。

砂地盤に細粒土分が多く、動水圧、負圧による締固め効
果の小さな地盤である場合は、噴射流を撹伴水槽Ｇで所
定量の固結材と水と地盤の補充材で配合した改良材スラ
リーとする。そして前記と同様の作業工程を行うもので
ある。これの管理工程は、貯水槽Ｆに循環水として地下
水とともに希釈されて回収された改良材スラリーの固結
材濃度を連続観測することによって、砂地盤の改良状況
を予測して、改良材スラリーの噴射圧力、噴射量、固結
材量、循環水の揚水量さらには循環ロッドＡの貫入ある
いは引き揚げ、回転速度を調整するものである。

「発明の効果」 本発明による砂地盤の改良工法は、斜め下向きの回転噴
射流の持つエネルギーを利用している。

本発明を締固めエネルギーの面から見ると、噴射流の受
は入れ地盤にサクションを与えていること、土粒子の自
重を締固めエネルギーに取り込んでいること、さらに砂
などの補充材スラリーを使用しているため、噴射流の動
水圧の威力は倍加され、締固め効果は飛躍的に増大して
いる。このため締固めエネルギーの効率は非常に大ぎな
ものとなっている。また流体エネルギーはその制御が容
易であるので、これの設備は小規模で機動的になり、改
良費は大幅に低減されている。

次に近接構造物に与える影響については、飽和したゆる
い砂地盤が締固められると地盤沈下が生じ、改良作業中
に悪影響を与えることになるが、本発明では噴射流とと
もに地盤に補充材が供給されるので沈下は抑制される。

また噴射エネルギーの範囲が１．循環ロッドのノズルか
らストレーナ−の間の斜め下向き回転噴射流に限定され
るので悪影響を与えることがない。

次に地盤改良の強度管理であるが、循環ロッドに取付け
た二つの圧力センサーは回転方向面の地盤抵抗を圧力と
して感知するものであるから、二つのセンサーの地盤抵
抗条件は同等である。従ってこれらの観測値は信頼度の
高いものである。これにより地盤改良の直前、直後の地
盤の締まり具合を精度良くリアルタイムに把握すること
ができるので、−度の改良作業で所定の強度が得られな
か７た場合でもすぐに補強改良を行うことができる。ま
た砂地盤に細粒上のが多い場合は補充材スラリーに固結
材を加えることにより本発明による改良工法の適用範囲
地盤は広いものとなってる。

以上の説明のとおり本発明の工法は、定量的な施工管理
のもと、地盤沈下を抑制して近接構造物に悪影響を与え
ることなく、所定の地盤を補充材スラリーの動水圧、サ
クションによる負圧、さらには砂粒子の自重との相乗効
果により、飛躍的な改良エネルギーの効率化が図られ、
改良費の大幅な低減となっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による改良機本体である循環ロッドの断
面図である。第２図の（Ａ）は施ニジステムの概要を示
す断面図である。同じく（Ｂ）は循環ロッドを４　ｔ、
’Ｎ並列にした場合の例で、下向き回転噴ｑ４流の軌跡
円を示した平面図。 Δ・・・循環ロッド、Ｂ・・・駆動装置、Ｃ・・・ベー
スマシーン、Ｄ・・・サクションホース、Ｅ・・・サク
ションポンプ、Ｆ・・・貯水槽、Ｇ・・・撹伴水槽、Ｈ
・・・高圧送ポンプ、■・・・流量計、Ｊ・・・高圧送
ホース、Ｋ・・・地盤表面、し・・・改良層、 １・・・二重管ロッドの外管で高水圧管、２・・・二重
管ロッドの内管で揚水管、３・・・ストレーナ−１４・
・・ノズル、５・・・二重管スイベル、５−１・・・高
水圧管用スイベル、５−２・・・揚水管用スイベル、６
・・・圧力セン丈−０

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）飽和したゆるい砂地盤の改良工法において、高水
   圧管及び揚水管としての二重管の先端部にストレーナー
   を取付け、これを揚水管に接続させるとともに、ストレ
   ーナーより上部の高水圧管の適当な位置に斜め下方を向
   いたノズルを設け、且つ二重管の頭部には高水圧管及び
   揚水管用の二重管スイベルを取付けた循環ロッドを用意
   し、前記循環ロッドの高水圧管用のスイベルに高水圧ホ
   ース、高圧送ポンプを経由して撹伴水槽に接続させ、且
   つ揚水管用のスイベルにサクションホース、サクション
   ポンプを経由して貯水槽に接続させ、さらに前記撹伴水
   槽に接続させて、水の循環経路を形成させ、前記撹伴水
   槽に必要量の水と地盤の補充材を混合した補充材スラリ
   ーを用意する準備工程に続いて、所定の位置の砂地盤に
   、前記循環ロッドに回転を与えて、所定の速度で貫入さ
   せながら、あるいは所定の深さまで貫入したのちに、所
   定の速度で引揚げながら、前記の補充材スラリーを前記
   ノズルから斜め下向きの回転噴射流として、地盤に供給
   し、且つ前記サクションポンプにより、前記ストレーナ
   ーを通して供給された水を地下水の一部とともに前記の
   貯水槽に送水することにより水を循環させ、前記循環ロ
   ッドを所定の深さまで貫入あるいは、所定の高さまで引
   揚げる作業工程と、この作業に並行して砂地盤の締り具
   合を直接観察することにより、前記補充材スラリーの噴
   射圧力、噴射量、前記循環水の揚水量さらには、前記循
   環ロッドの回転、貫入、引揚げ速度を調整する管理工程
   を経て、これを改良工程の１サイクルとして、次に前記
   貯水槽の循環水を、前記撹伴水槽に移し必要な補充材を
   混入し、改良場所を移動しながら改良工程のサイクルを
   繰返し行うことにより、所定の地盤を高圧送ポンプによ
   る補充材スラリーの噴射流の動水圧効果と、サクション
   ポンプによる負圧効果との相乗効果により、強力に締固
   めると同時に間隙を補充材で補充することにより、改良
   作業時の地盤沈下を押える効果を合せ持つことを特徴と
   する砂地盤の改良工法。
2. （２）前記循環ロッドの構造においてストレーナーの先
   端にロッドを取付け、これとノズル上部のロッドの適当
   な側面位置に、循環ロッドの回転時の地盤抵抗を圧力と
   して直接感知するセンサーを取付け、砂地盤の締固め前
   と後の圧力を同時、連続観測することにより、締固めの
   改良効果を定量的に確認できることを特徴とする特許請
   求範囲第一項記載の循環ロッド。
3. （３）砂地盤に細粒土分が多く、動水圧、負圧による締
   固め効果の小さな地盤である場合の前記改良工法におい
   て、前記噴射流を前記撹伴水槽で、所定量の固結材と水
   と地盤の補充材とで配合した改良材スラリーとし、前項
   と同様の作業工程を経て前記貯水槽に循環水として地下
   水とともに希釈されて回収された前記改良材スラリーの
   固結材濃度を連続観測することによって、砂地盤の改良
   状況を予測して、前記改良材スラリーの噴射圧力、噴射
   量、固結材量、循環水の揚水量さらには、前記循圏ロッ
   ドの貫入あるいは引揚げ速度を調整する管理工程を行う
   ことにより、所定の砂地盤を高圧送ポンプによる噴射流
   の動水圧効果とサクションポンプによる負圧効果さらに
   は、改良材スラリーによる固結作用の相乗効果による改
   良と同時に、間隙を補充材で補充することにより、改良
   作業時の地盤沈下を押える効果を合せ持つことを特徴と
   する特許請求範囲第一項記載の砂地盤の改良工法。