JPS5857573B2 - 土壌締固め方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粘土、粘土と砂または沈泥よりなる土壌を深
い深度まで圧密して基礎土壌として使用できるようにす
る方法に関する。

本発明の目的は、基礎土壌の密度と支持力（ｂｅａｒｉ
ｎｇ ｃａｑａｃｉｔｙ ）を極めて高く増大する方
法を提供し、該方法が例えば粘土、粘土と砂または沈泥
の如き土壌の圧密に適用され、該固化が処女地や水面下
の盛土の場合に、特に重要な深い深度まで行われるよう
にすることにある。

土壌が柔らかい場合、基礎は一般にくい上に建設され、
負の摩擦により積載荷重（くい軸にかかる盛土の作用）
を支持している。

これらの方法は、比較的軽い構造物（５階以下の建物）
または工場の如き広範囲に分布される構造物の場合には
、比較的不経済のものとなる。

それらはまた困難である（例えば、くい上の構造物と盛
土によって生ずる任意のスラッピング（ｓｌａｂｂｉｎ
ｇ ）間の連接部の如き）。

多くの場合、盛土は良好な固有特性をもつ材料（例えば
砕石、砂等）で造られ、それらの不都合な性質（例えば
高い圧縮性と低い支持力）は主に密度の不足と、空隙の
存在に起因する。

現存盛土の性質は、盛土上で静的または振動締固めロー
ラーか、または重い掘削機を動かす既知の方法で改良さ
れる。

不幸にもローラーの小重量（１０乃至５０トン）のため
に、締固めは５０乃至９０ｃｍの深さを超えると認めら
れなくなり、適当な結果を得るためには、盛土は完全に
掘削し３０乃至９０ｃＩｎの層で取替え、その各層を連
続して締固めなげればならない（これは、道路建設また
は土壌ダムの場合に使用される方法である）。

この方法は、現存の盛土もしくは水中に投入する（ ｄ
ｕｍｐｉｎｇ ）施工法の場合の盛土（例えば使用後砂
掘り坑を閉塞する場合または河川、特に海の場合の盛土
）には、不適当である。

本発明は、複雑な現象の効率的な使用を基礎とし、まと
めて土壌を同時に流動化し、極めて強い動的な力（ｄｙ
ｎａｍｉｃ ｆｏｒｃｅｓ ）をその表面に加えること
を含む。

土壌は、その固体構造が破壊されその材料が液体相（水
）中の粒子の懸濁のような行動を行う場合に流動化され
る。

これまでこの現象は、偶然の天然原因（例えば地震）ま
たは人工原因（例えは建築作業）から起きており、全く
望ましくないものと考えられ、その結果土壌は捨てられ
基礎土壌として後で使われる一切の用途には不適当と考
えられていた。

系統的な研究と試験の後では、反対に流動化が効率的か
つ制御された方法で行われる場合、土壌、更に特別には
粘土、粘土と砂または沈泥と砂を圧密する極めて有効な
方法を提供できることが現在判明した。

この方法は、二つの特徴をもち、第１の特徴はその方法
実施中に使用されるエネルギーに関するもので、第２の
特徴はこの方法の作業順序に関するものである。

本発明では、大きな厚さの土壌に、その固体構造を破壊
せしめる強力な動圧力（ｄｙｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒ
ｅｓ ）、すなわち、少くとも５００乃至１００００
）ンの値に達する動的な力により達せられる。

通常は３乃至４０×１０６ ｄｙｎＡ−ｍ２（３乃至４
０バール）の圧力を加えることで流動化が行われる。

この方法は、連続周期を含み、それぞれの周期は〜動的
な流動化圧力（ｆｌｕｉｄｉｚｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ ）の適用に相当する最初の段階と、死水を除去して
材料を再速織させる次の休止段階とを含み、本来の土壌
より緻密で強力な新土壌を形成する。

新土壌は１回の周期後に基礎土壌として使用されるか、
もしくは後続の周期にゆだねられる。

本方法は、数・ｄｙ−ｎ／ＣＩｆ１２（数バール）の静
積載荷重下で長期間にわたって得られる沈下と少くとも
等しい沈下により、急速に達成することができる。

本発明による方法の代表的実施例においては、締固めら
れる土壌の表面は、３乃至４０Ｘ１０６ｄｙｎ／ｃｒｎ
２（３乃至４０バール）すなわち通常は数ＩＯ×１Ｏ６
ｄｙｎ／／ｃＩｎ２（数１０バール）の桁の動圧力を少
くとも１乃至１０ｍ２の面積上に受け、数×１０６ｄｙ
ｒ］／Ｃｍ２（数バール）例えば少くとも２乃至５×１
０６ｄｙＴ１／ｃｍ２（２乃至５バール）の動応力を、
大面積（例えば１０乃至４０ｍ２ ）と極めて大きな体
積（例えば１００乃至１０００ｍ２）にわたり、深い深
匿（例えば３乃至２０ｍ）で起すようになる。

これは、５００乃至１００００ ）ンの動的な力に相当
する。

それぞれの場合、熟練した技術者は、処理前と処理中の
土壌の特性と、所望結果により関連圧力と面積の量を決
定するだろう。

この目的のため、以下に述べる本発明の部分ともなる装
置が使用される。

本方法、すなわち基本的には動的の流動化圧力の発生は
、任意の適宜の手段、例えば土壌に分類を落すかまたは
爆薬を使用して実現される。

第１の場合、分銅は例えば６乃至５０）ンのもので６乃
至２０ｍの高さから落下される。

これらの条件下で、単層で締固められる材料の厚さは１
０乃至２０ｍに達し、これは現存の最大静的または振動
締固め機が使用されても１ｍの数分の１かまたは多くて
２ｍに限られる既知の方法より比較できない程度に勝れ
ている。

ある場合、第１周期前か諸層期中に、土壌の頂部１ｍ位
が高品質の材料すなわち高角度の内部摩擦をもつ排水材
料からなる場合には、本方法はもつと効率的に行われる
（すなわち、もっと迅速にかつもつと良好な結果を生ず
るように行われる）。

本来の土壌を使ってもまたは材料を追加してもよ（ゝ。

本方法の実施例を添付図面について訝明する。

第１図に示す如く、本方広はそれぞれ動的力段階と休止
段階とを含む１つまたは１つ以上の周期を含む。

動的力段階中、多数の強力な衝撃が爆薬によるかまたは
６乃至５０トン間の分銅を６乃至２０ｍの高さから落す
ことにより、圧密される土壌に加えられる。

第１図は、１日の各部分にわたって分布されたかのよう
な８つの衝撃を示す。

この段階は、土壌が水で飽和され（図示の例では５つの
衝撃後）それにより流動化または液化されるまで空隙を
閉塞する効果をもつ。

その後、数日または数週間（例えば２週間）続くことが
ある休止段階は、水は逃げ土壌の再組織と圧密を可能に
する機会を提供する。

流動化中、材料の組織は破壊され、粒子間応力（ｉｎｔ
ｅｒｇｒａｎｕｌａｒ ５ｔｒｅｓｓｅｓ ）はす
べて間隙の液体によって取上げられ、該液体の圧力は上
方の土壌の重さに等しくなるが、該重さは通常は静水値
（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｖａｌｕｅ ）の２倍以上
である。

流動化は、即時沈下（ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｓｅ
ｔｔｌｅｍｅｎｔ ）と同時に起る。

該沈下は土壌の粒子の大きさとその最初の空隙比に依存
するが、圧縮できる層の厚さ全体の３係以下になること
は稀である。

この沈下は、有機物質を眼に見える程に含んでいる泥炭
および沈泥土壌において特に顕著である。

この説明はかなり簡単である。土壌は常に幾分かのガス
（空気、メタン等）ヲ含み、その結果、固体−液体−ガ
ス複合体、または゛水空気容量（ｈｙｄｒｏｐｎｅｕｍ
ａｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ ）の堆積の如く作
用する。

動応力はガス・フェーズ（ｐｈａｓｅ ）の体積を縮減
し、即座の極めて顕著な合計沈下な引起す。

間隙の水は、相当の圧力こう配を突然受けると固体粒子
で形成され先に衝撃波が流動化した組織を容易に開放し
、その結果内部崩壊をおこし多数の分岐排水回路網をつ
くる。

間隙圧力（１ｎｔｅｒ ５ｔｉｔｉａｌ ｐｒｅｓ
ｓｕｒｅ ）が消散するにつれて、粒子間応力の回路網
は再形成され材料は再組織される。

機械的な強さは、水圧の消散全期間中に急速に増大し、
それから後のシキソトロピー現象の効果でよりゆるやか
に増加する。

ｒｒＬ２当り使用エネルギーとそれに対応する体積縮減
を、それぞれ第１図曲線１と２に示す。

流動化圧力の百分率としての間隙圧力と支持力（例えば
圧力計でｍ１ｆｆｆｌした限界圧力）は第１図曲線３と
４に示す。

従って図に見る如く、体積の縮減は加えられたエネルギ
ーに実質的に比例するが、間隙圧力ｐｉ／（ｐｉ）ｃ
は流動化圧力（ｐｉ）ｃ以下のままであるので、飽和
エネルギーが従って定められる。

その後、間隙圧力は動圧力の適用中到達した最大値から
時間経過と共に急速に減退する。

支持力は最初の値（ＰＩ）ｏ’ａ＝特徴とするが、流動
化段階中に極めて小さくなり、それから間隙圧力消散中
に急速に増加し、最初の値より相当上の最終値（ＰＩ
）■に到達する。

エネルギーは、乾燥土壌かまたは極めて浸透性土壌の場
合は、唯の一回周期で加えられる。

他の場合、多数回の周期で加えられるのがより普通であ
るが、その結果は第３図に示す。

第２周期は、先行周期中に起された間隙圧力の消散後ま
では始まらないので、例えば飽和沈泥土壌の場合、処理
には合計数ケ月かかることがある。

明らかに、材料の浸透性が低下するにつれて所要周期回
数は増加し、これが極めて浸透性の悪い粘土層の場合、
本方法の実用性を制限するものとなる。

本発明により最良の結果を得るためには、突固め分銅の
寸法と形状は、処理される土壌の特性によって選ばれる
。

タンパ−が、その直径または同等寸法の約１０乃至２０
％に各打撃で打込まれる場合に、最適の効率が遠戚され
る。

このタンパ−はまた、頭部を僅か截られた円錐形をなし
、土壌から引出される場合に横の摩擦と吸引力が軽減さ
れるようにする必要がある。

エネルギーの平面分布については、所望結果によっては
、次の場所に移る前に単一場所で突固めを完了するか、
または反対に、第２もしくは第３シリーズの突固め作業
の前に少くとも１回、基本土壌方形（例えば４×４）上
の各点を突固めることが有利となる。

本発明による方法は、土壌見本（８ａｍｐｌｅ ）上で
流体化作業を模擬化し、それにより飽和エネルギー（流
体化限界）、間隙圧力を消散させるのに必要な時間およ
び適用エネルギーによる沈下の増大を測定する装置を使
用すれば容易に行えるようになる。

かような装置は第４図に示す。本装置を次に説明する。

■ 装置 本発明は閉塞室１、例えば約３０リツトルの容量の円筒
タンクを含み、該タンクは、例えば補強ゴムかまたは合
成エラストマー製の変形できる側壁を有し、横の圧力が
色々な作業中に測定できるようになっている。

この室１は、頂部を板２の形状のピストンにより閉塞さ
れ、該ピストンは該室の内容に静または動圧力を加え、
円板３は板２と室内容４間に配置され内容を乾燥する。

該ピストンは、詐室に含まれる土壌見本の断面に相当す
る水平断面をもつ。

該室は、膨張自在のジャケラトラ形成し、該ジャケット
内に土壌見本は、現場の土壌の抵抗の関数となる圧力で
、静的に圧密される連続層をなして配置される。

導入される水の含量は、該材料の実際の水含量に相当す
る。

円板３は、排水に使用されるが、例えば多孔青銅製か、
またはもつとよいのは粗砂で製作されるものである。

必要ある場合、この円板はまたピストン２を形成し、室
内材料に適当な静もしくは動圧力を伝えるために使用さ
れる。

圧力は、任意の適宜な装置、例えばジヤツキ５と、ピス
トン２に固定した棒８に固定される金敷７を打つ打金ま
たはハンマー６とにより加えられる。

図において、このジヤツキは、スターラップ９を介して
ピストン２に作用し、ジヤツキ５はスターラップ９を押
し下げるが棒８はスターラップ９を通って延びる。

本装置は、測定装置を含み、測定装置は変形自在の側壁
に室内容が加える圧力を測定する検知器１０（または圧
力計）と、室の底端部１２に連結され間隙圧力すなわち
作業の色々な段階における室内材料の流動化度を測定す
る検知器１１と、室内見本の体積の変化をピストン板２
が押込まれる深さによって測定するコンパレータまたは
ダイヤルゲージ１３とを含む。

本装置の使用例を説明する。

Ａ 見本の準備 見本（ｓａｍｐｌｅ ）は、ポーリングから採取するが
、水の含量を一切変化させないように注意する。

見本は１０ｃｍの層（複数）でタンク内に置かれ、各層
は現場で（圧力計により）測定された限界圧力に等しい
圧力Ｐに維持される。

粗砂の排水層とピストンは、この見本の頂部に置かれる
。

次に、すいせんする静荷重を試験全期間中一定に保持す
る必要がある。

Ｐｖｏ＝（γ−１）ｒｈ−ｈｌ）＋ｈｌγ締固められる
層の中央部の深さ ｈｌ−地下水面の深さ γ＝飽和した土壌の密度 通常は平均値 ； Ｐｖｏ ＝ ０．５ Ｘ １０６ｄｙｎ／ｃｍ” （０
，５バール）が計算に使用される。

この標準段階では、第１横拘束試験（ｌａｔｅｒａｌｃ
ｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｔｅｓｔ ）を行い、締固め前
の土壌の圧密係数を測定することが望ましい場合がある
。

あらゆる場合、静荷重が起す間隙圧力が消散して本装置
内の水の高さまで軽減（Ｐｉ＝ｈｏ） するまで動的
圧密段階は開始されない。

Ｂ 動的締固め試験 エネルギーは、本装置の頂部においた金敷にハンマーを
落すことで見本に加えられる。

このエネルギーは、３メータトン／ＴＬ３ に分割され
て加えられる。

（３メ一タトン／ｍ３の開始エネルギーは研究中の問題
により色々に変えられる）。

休止段階 、Ｊｈ、Ｐｈ＋ Ｐｉは、間隙圧力状態がそれらの最初
の値に実質的に復帰するまでか、または少なくともＰｉ
＜２ｈｏ となるまで測定される。

第３及び第４段階； 最初の段階の場合の既知エネルギーと休止段階中の時間
に依るＪｈ、 Ｐｈ、 Ｐｉ等の測定。

第５及び第６位相 先行段階と同じ。

試験の終りに第２の横拘束試験を、レベル数を２倍にし
、同じ圧力変動を使用して行なう。

Ｃ結果の使用広 飽和エネルギーの測定； これは、土壌の全体流動化に相当するエネルギーである
。

これより、更にエネルギーを加えても沈下は殆んど起ら
ず、締固めの増強は取るに足らない。

加えられたエネルギーによる沈下曲線の決定；ａ）各段
階の場合の最初の沈下曲線 Ｊｈｉ一段階１，３．５中のエネルギー適用後の見本の
高さの即座の変動。

Σ、（ｈ は見本に加えられた合計エネルギー（すなわ
ち、３．３＋３、または３＋３＋４メ一トルトン／’ｍ
３）に対してプロットされる。

ｂ）合計沈下曲線 これは段階２，４および６の終りに測定され、加えた合
計エネルギーに対してプロットされた見本の高さの変動
である。

排水土壌の場合、合計沈下曲線は、最初の沈下曲線と同
じである。

Ｄ 突固め工事への応用 試験所の成果は、現場で行われる動的な締固めの特性を
決定するために使用される。

最も重要な特性は； 消散時間、 飽和エネルギー 沈下、 である。

現場における各々の段階間に許される時間Ｔは少くとも
間隙圧力が起す土壌の崩壊が無視される場合に、試験所
で測定した消散時間ｔに比例すべきものである。

Ｈｏ−締固められる圧縮自在の層の厚さの半分。

上記値は事実、Ｔの上部限界である。

各段階の場合のエネルギーは、試験所で測定した飽和エ
ネルギーより、決しＣいかなる場合も大きくなってはな
らない。

土壌の沈下ＡＨは、それぞれの締固め段階の場合の見本
の体積の変動に実質的に比例する。

圧密作業が計画されている場合、評価される最初の値は
、最小の所要沈下である。

これは、突固め前の土壌の測定抵抗の関数として、また
所要抵抗の関数として評価される。

第一次近似値として、土壌の最初の抵抗の２倍化は、同
一土壌の密度ｄｓにおけるｄ（ｄｓ）４乃至５φの増加
に相当するはずである。

従って、圧力計で測定した支持力がｐｌ＝３Ｘ１ｏ６ｄ
ｙｎ ／’ｌ （３バール）となり、作業の終りに１０
〜１２×１Ｏ６ｄｙｒ１／Ｃｍ２（ｌＯ〜１２バール）
を得ることが必要になる場合、材料の密度は締固め作業
中央くとも８乃至１０％だけ、増加されなければならな
い。

が測定された場合、最も経済的な締固め工程を決定し、
承認できる時間内で所望増加を得る必要がある。

選ぶエネルギーは、飽和エネルギーがよく、見本につぐ
られたそれに対応する沈下量は次の如くなる。

すなわち Ｊｈｌ＋Ｊｈ２＋ ・−・ Ｊｈｎ＞ ａｈ現場での
段階間の最大時間Ｔｉは試験所の消散時間により自動的
に与えられる。

この結果、作業の合計継続時間は； エネルギーを節約するために、有利にも、段階数は前記
方程式が与える数よりも大きくされるが、これは作業の
合計継続時間が増加するが効率に対する効果だけが好ま
しいからである。

段階間の時間Ｔ１ とＴ２が増加する場合にも同じこと
がいえるっ 他方、時間もこの計画で最重要の考慮事項になる場合、
段階数または段階間の時間は減らされるが、これは、実
質的に締固めに必要なエネルギーを増加する。

第４図は、室と静圧力を制御するジヤツキとが単一支持
体１４により支持されている装置を示すか、これは本質
的なものではないことは理解されよう。

添付図面の第２図には、例示により粘土質の沈泥土壌の
場合の゛圧力輪郭または断面″を示す。

左側に変形係数（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌ
ｕｓ ）の曲線、右側に限界圧力の曲線がメートルで表
わした深さを縦軸としてプロットされている。

鎖線の曲線は締固め前の測定値を示し、一点鎖線の曲線
は間隙圧力が消散した後の締固め後に得られた結果を示
し、連続曲線は９ケ月後に測定した結果を示す。

特許請求の範囲において、゛土壌″という語は特に天然
または合成の、湿潤または飽和した粘土、粘土−砂、ま
たは沈泥な包含する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による周期を受ける材料の
変化を示す線図でＴＭ／Ｍ３はトン／ｍ３である。 第３図は本発明による多数回周期を受ける土壌の変化を
示す線図でｔ Ｍ／’Ｍ２はトン／ｍ２である。 第４図は本発明による工程を容易にならしめる装置図で
ある。 １・・・・・・閉塞室、２・・・・・・ピストン、４・
・・・・・室内容、５・・・・・・ジヤツキ、６・・・
・・・ハンマー ７・・・・・・金敷、８・・・・・・
棒、９・・・・・・スターラップ、１０・・・・・・検
知器、１１・・・・・・検知器、１２・・・・・・室の
底端部、１３・・・・・・ダイヤルゲージ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 数メートルの高さから数トンの重錘な土壌表面の異
   なる場所へ繰返し落下させることにより、該土壌に必要
   な荷重支持力を与える土壌圧密方法において、粘土、粘
   土と砂または沈泥のような非常に圧縮性の強い水分含有
   土壌を圧密するため、落下させる重量、高度及び回数が
   土壌の隙間圧力を高めて遂にはその構造がほぼ破壊され
   、また土壌の浸透性が全体的に一時増進（液化）して、
   土壌間隙水分を遊離せしめるに至るような動応力を与え
   る締固めＩｎと、その後前記水分が排出されて土壌の再
   構成が行われる休止段階とを具備（、かつ必要とする圧
   密の得られるまで該方法を繰り返し行うことを特徴とす
   る粘土、粘土と砂または沈泥よりなる土壌の圧密方法。