JP2592362B2 - 砂地盤の液状化防止工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】飽和したゆるい砂地盤が地震を受
け、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ながら柱状の不液状化地盤を
造成して、液状化の発生を防止するための地盤改良技術
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液状化の発生を防止するための従来の主
な地盤改良技術を挙げると、振動締固めによって密度の
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。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】ところで前記に示し
た従来の地盤改良技術、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を
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。さらに改
良効果を高めるためには締固め工法だけでは改良費用は
莫大なものとなる。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。

【０００４】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ながら柱
状の不液状化地盤を造成し、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。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】本発明による砂地盤の
改良方法は、砂地盤を締固め密度の増大を図りながら柱
状の不液状化地盤を造成し、液状化に強い複合地盤を造
成するものである。その方法はジャケットが収縮、膨脹
する機能と不液状化地盤材を圧送する機能を持つジャケ
ット外包改良装置を用いて改良するものである。ジャケ
ット外包改良装置の機構の一例をもとに説明すると、貫
入軸力材を兼ねた不液状化地盤材の圧送管としての中空
ロッドの外面の軸方向に、先端部と頭部３３を外して対
称に複数枚、好ましくは３枚の補剛羽根板を固定し、こ
の組合わせロッドの外面を包み込むように装着する気密
性を有する円筒状ジャケットの組合わせロッドの間の密
閉されたジャケット内空が柱状に極限まで膨脹した時の
内径を好ましくは補剛羽根板の先端を内接する円の直径
とほぼ等しく設定する。次に地盤改良の方法、作業工程
はまず準備工程としてジャケット外包改良装置のジャケ
ット内空を真空化（ここで真空化とは、ジャケット内空
の空気がほとんどなくなる程度に抜き出すことを含
む。）してジャケットを組合わせロッドに密着させた状
態とする。続いての工程はジャケット外包改良装置を所
定の深さまで貫入させる。次の工程はジャケット内空に
高加圧流体を送ってジャケット内空を膨脹させる。

【０００６】その後、不液状化地盤材をジャケット内空
の保持圧よりも高めの加圧で、不液状化地盤材の圧送管
の先端部より吐出させると同時に不液状化地盤材の吐出
量に相当するジャケット内空の高加圧流体をバランスを
図りながら地上に排出し、ジャケット外包改良装置の先
端部より上方に向って膨脹したジャケットを組合わせロ
ッドに押しつけ密着させながら不液状化地盤材と順次置
き換えていく。次の工程はジャケット外包改良装置を引
き揚げながら、組合わせロッドの跡空間を不液状化地盤
材で埋戻していく。必要ならば、以上の工程を１サイク
ルとして、改良場所を移動しながらサイクルを繰返し行
うことにより所定の地盤を改良する。

【０００７】

【作用】ジャケット外包改良装置の機構において、３枚
の対称の補剛羽根板及びジャケットの径を特別に設定し
たことにより、ジャケットの膨脹の偏心を防止し、さら
にジャケット内空を極限まで収縮させた時には、ジャケ
ット周長が組合わせロッドの表面よりもわずかに大き目
となり、ジャケットを組合わせロッドに無理なく密着さ
せることができる。次に地盤改良の方法、作業工程にお
いては、準備工程でジャケット内空を真空化してジャケ
ットを組合わせロッドに密着させた状態とする。このた
めジャケット外包改良装置の貫入抵抗は最少の状態とな
り、貫入工程は容易に行える。次に地盤の締固め工程で
は、高加圧流体によりジャケットを柱状に膨脹させるの
で、周辺地盤はジャケットの膨脹圧により水平方向に締
固められる。この時膨脹圧を確認しながらゆっくり上昇
させることにより締固め工程は定量的に静的に確実に行
なえる。次に柱状の不液状化地盤を造成する工程におい
ては、不液状化地盤材の吐出圧とジャケット内空の保持
圧のバランスを図りながら操作するので締固めた地盤を
緩めることなく、又地盤沈下をおこすことなく不液状化
地盤を確実に造成することができる。

【０００８】

【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。図１（Ａ）は本発明による改良機本体であ
るジャケット外包改良装置の断面図である。図において
符号１は貫入軸力材を兼ねた不液状化地盤材の圧送管と
しての中空ロッドである。符号２は中空ロッド１（圧送
管）の先端部中心のノズルである。符号３は中空ロッド
１の先端部側面の３ヶ所に設けた不液状化地盤材の吐出
口である。符号４は補剛羽根板で中空ロッド１の軸方向
に対称に３枚取付け固定されていて、中空ロッド１とと
もに組合わせロッドを形成している。符号５は組合わせ
ロッドを外包する円筒状のジャケットである。符号６は
組合わせロッドとジャケット５の間の密閉されたジャケ
ット内空である。符号７は中空ロッド１の管内に配管さ
れた高水圧管で、ノズル２に接続されている。符号８は
同じく空気調圧管で、ジャケット内空６と複数の空気調
圧孔で接続されている。符号９は空気調圧孔である。符
号１０は補剛羽根板４で仕切られたジャケット内空６が
常に同圧となるように連絡された空気孔である。符号１
１はジャケット５の固定バンドである。図において符号
イの管は空気調圧管８の分岐管で真空ポンプに連絡され
ている。符号ハは同じく高圧気ポンプに連絡されてい
る。符号ロの管は高水圧管７の延長管で高水圧ポンプに
連絡されている。符号ニの管は中空ロッド１の延長管で
グラウトポンプに連絡されている。

【０００９】図１（Ｂ）はジャケット外包改良装置の横
断面図で、ジャケット５が極限まで収縮し組合わせロッ
ドに密着した状態を示している。（Ｃ）図は同じくジャ
ケット５が極限まで膨脹した状態を示している。図２は
施工概念図である。図において符号Ａはジャケット外包
改良装置、符号Ｂはベースマシーン、符号Ｃは地表面で
ある。第２図はジャケット外包改良装置を所定の位置に
貫入したところを示している。図３は施工工程を示す図
である。図において符号Ｄは柱状の不液状化地盤であ
る。図３（ａ）はジャケット外包改良装置Ａを先端のノ
ズル２から高圧水流を噴射させながら所定の深さまで貫
入させる工程を示している。同じく（ｂ）図は空気調圧
管８を通して高圧気ポンプにより高圧縮空気を送り、ジ
ャケット５を膨脹させ周辺地盤を締固めている工程を示
している。同じく（ｃ）図は不液状化地盤材をジャケッ
ト内空６の保持圧よりも高めの加圧で、中空ロッド１を
通して圧送し吐出口３より吐出させるとともに、不液状
化地盤材の吐出量に相当するジャケット内空６の圧縮空
気をバランスを図りながら、空気調圧管８を通して排出
し、不液状化地盤材をジャケット外包改良装置Ａの先端
部より上方に向ってジャケット内空６部分と順次置き換
えていく工程を示している。同じく（ｄ）図はジャケッ
ト外包改良装置Ａを引き揚げながら組合わせロッドの跡
空間を不液状化地盤材で埋戻す工程を示している。

【００１０】以上砂地盤の液状化対策についての本発明
による実施例について説明した。本発明による工法を粘
性土軟弱地盤に応用する場合は、ジャケット外包改良装
置のジャケット表面の層状のドーレン材を接着させたも
のを使用する。これを粘性土地盤に挿入し、粘性土が塑
性変形しない範囲内でゆっくりとジャケットを膨脹さ
せ、間隙水をドレーンで排出しながら地盤を強制的に圧
密させるとともにジャケット外包改良装置の跡空間を固
結地盤材で置換して複合地盤を形成するものである。

【００１１】

【発明の効果】まず、本発明において用いるジャケット
外包改良装置の貫入、及びそれによる周辺地盤の締固め
についてエネルギー及び施工面からの効果を説明する。
ジャケット外包改良装置の貫入時はジャケットが装置に
密着しており、貫入抵抗は最少の状態である。一般的に
この時の断面積はジャケットが極限まで柱状に膨脹した
時の断面積に対してわずか１０％程度となる。このため
改良装置の貫入は本体の自重、先端の高圧噴射流及び貫
入補助装置で容易に行えるので、わずかなエネルギーで
近接構造物に影響を与えることなく静的に行える。次に
周辺地盤の締固めであるが、収縮状態のジャケットを高
加圧流体（高圧縮空気等）で柱状に膨脹させ、周辺地盤
を直接水平方向に締固めている。施工時膨脹圧を確認し
ながらゆっくり上昇させることにより、締固めは定量的
に静的に確実に行える。このため地盤沈下をおこすこと
なく、また近接構造物に対しても安全に施工ができる。
また締固め砂杭工法のような縦方向の機械的な振動エネ
ルギーによる周辺地盤の締固めと異なり、流体エネルギ
ーによる水平方向の直接的締固めであるのでエネルギー
効率が非常に良い。

【００１２】次に液状化防止効果の点について説明す
る。本発明の液状化防止工法の原理は、柱状の不液状化
地盤をコアとして、周辺地盤を水平方向に直接締固め砂
層の限界間隙化に近ずけ、全体を複合地盤として構成さ
せるものである。これは砂層を締固めただけの改良地盤
よりもはるかに液状化に強い地盤となる。

【００１３】次に強度管理の点について説明する。不液
状化地盤杭１本が受け持つ改良地盤層において、締固め
後の地盤層の間隙の減少は不液状化地盤柱の容積に相当
するので、ジャケットの膨脹圧を測定することによっ
て、締固められた砂層の間隙比及び相対密度がリアルタ
イムに求められる。このため定量的に強度管理が行なわ
れ、当初計画の強度が得られない場合は、不液状化地盤
柱１本が受け持つ範囲を縮小させ、当初計画の強度の確
保を図る施工計画変更を随時行うことができる。

【００１４】次に地盤改良費用の点について説明する。
本発明による砂地盤の締固め、不液状化地盤柱の造成な
どは流体エネルギーを利用している。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
的なものとなっつている。また不液状地盤材は現地土あ
るいは現地近接地の粘性土に流動化を良くするための混
和剤、及びセメントなどの固結材を少量混入してつくる
ものであるから、非常に安価な材料となっつている。こ
のため地盤改良費は大幅に低減されている。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
沈下を起こすことなく、近接構造物に悪影響を与えるこ
ともなく、また安価な材料を使用した不液状化地盤柱を
コアーとした、液状化に強い複合地盤を経済的に造成す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるジャケット外包改良装置を示す断
面図である。

【図２】本発明の施工概念図である。

【図３】本発明の施工順序図である。

【符号の説明】

Ａ ジャケット外包改良装置 Ｂ ベースマシーン Ｃ 地表面 Ｄ 柱状の不液状化地盤 １ 中空ロッド ２ ノズル ３ 吐出口 ４ 補剛羽根板 ５ ジャケット ６ ジャケット内空 ７ 高水圧管 ８ 空気調圧管 ９ 空気調圧孔 １０ 空気孔 １１ ジャケット固定バンド

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 飽和したゆるい砂地盤の改良方法におい
   て、砂地盤中に貫入するための、貫入軸力材を兼ねる、
   不液状化地盤材の圧送管、およびその圧送管の外面から
   突出する複数の補剛羽根板含む組合わせロッドのその先
   端部と頭部を外して、気密性を有する筒状のジャケット
   を前記組合わせロッドの外面を包み込むように装着さ
   せ、組合わせロッドとジャケットの間のジャケット内空
   を密閉状態としたジャケット外包改良装置を用意し、ジ
   ャケット内空を真空化してジャケットを組合わせロッド
   に密着させた状態とする準備工程と、前記ジャケット外
   包改良装置を砂地盤中に所定の深さまで貫入させる貫入
   工程と、前記ジャケット内空に高加圧流体を送ることに
   よりジャケット内空を膨脹させ、ジャケット膨脹圧によ
   り周辺砂地盤を締固める締固め工程とを備える、砂地盤
   の液状化防止工法。
2. 【請求項２】 前記締固め工程の後に、不液状化地盤材
   をジャケット内空の保持圧よりも高めの加圧で、不液状
   化地盤材の圧送管の先端部より吐出させつつ、その不液
   状化地盤材の吐出量に相当するジャケット内空の高加圧
   流体をバランスを図りながら地上に排出し、前記ジャケ
   ット外包改良装置の先端部より上方に向かって膨脹した
   ジャケットを組合わせロッドに押つけ密着させながら不
   液状化地盤材と順次置換えていく工程を行なうことを特
   徴とする請求項１の砂地盤の液状化防止工法。
3. 【請求項３】 前記ジャケット外包改良装置の組合せロ
   ッドは、前記圧送管の外周方向に等間隔をおいてその圧
   送管の外面から突出し、かつ、圧送管の軸方向に沿って
   延びる３枚の補剛羽根板を含み、前記組合わせロッドの
   外面を包み込むように装着するジャケットは円筒状であ
   って、 その円筒状ジャケットと組合わせロッドの間の密
   閉されたジャケット内空が柱状に極限まで膨脹した時の
   内径を前記各補剛羽根板の先端に内接する円の直径とほ
   ぼ等しく設定することにより、ジャケットが柱状に極限
   まで膨脹した時の偏心を防止し、さらにジャケット内空
   を極限まで収縮させた時にはジャケット周長が組合わせ
   ロッドの表面の周長よりもわずかに大き目となり、ジャ
   ケットを組合わせロッドに無理なく密着させることを特
   徴とする請求項１または２の砂地盤の液状化防止工法。