JP4399688B2 - 軟弱地盤の改良工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改良地盤中に真空圧を利用して減圧領域を造り出す軟弱地盤の改良工法に関する。特には改良地盤の表層部分を効率よく改良することができる軟弱地盤の改良工法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、軟弱地盤の改良工法としては、サンドドレーン工法やペーパードレーン工法が代表的なものとして挙げられるバーチカルドレーン工法がある。サンドドレーン工法は、軟弱地盤中に適当な間隔で鉛直方向に数多くのサンドパイル（人工的に設けた砂柱）を設置し、このサンドパイルを通して地盤中の水を抜き取って地盤の圧密と強度増加を促進し、硬質地盤へと改良する方法である。
【０００３】
一方、ペーパードレン工法は、軟弱な地盤の圧密を促進するためのものであり、厚さ３ｍｍ、幅１００ｍｍ程度の帯状原紙の中に縦方向に連続した通水孔を設けたカードボードをマンドレルによって適当な間隔に打ち込み設置し、このカードボードを通して地盤中の水を抜き取るようにしたものである。
【０００４】
ところが、これらサンドドレーン工法やペーパードレーン工法などのバーチカルドレーン工法にあっては、処理を開始した当初はよいが、水の抜き取りが進行するにつれて、地盤中に水の通路となるべき間隙が潰れ、排水機能が低下するという不具合が生じていた。
【０００５】
そこで、排水効率をさらに高める目的で提案されたのが図５に示す改良工法である。この工法は、プラスチックドレーンを打設した後、カードボード１の上端部１ａにこれと接触するように水平状に真空ポンプ３に連結した有孔管２を配置し、これらカードボード１及び有孔管２を砂層４で覆い、さらにその砂層４上面を気密シート５で覆うようにしたものであり、有孔管２を通してこれに連結した真空ポンプ３からの真空圧を負荷することで、地盤Ａ上面を減圧状態とし、これにより地盤Ａ中における間隙水圧との差を大きくし、地盤Ａ中の水をカードボード１及び有孔管２を介して排水するようにしたものである。
【０００６】
しかしながらこの工法の場合、改良地盤の表面及び深部の排水効率（改良）は頗る良いのであるが、表層部分、特に改良地盤上面下２〜３ｍの範囲の層については十分な改良ができなかった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、改良地盤の表面及び深部のみならず、表層部分についても効率よく改良することができる軟弱地盤の改良工法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、改良地盤中に所定の間隔をおいて設置した鉛直ドレーン材とこれに繋がる水平排水材とを通じて、前記改良地盤に前記水平排水材と接続する真空ポンプからの真空圧を負荷することで、改良地盤中に減圧領域を造り出すようにした軟弱地盤の改良工法において、
前記鉛直ドレーン材及び水平排水材が熱伝導性材料を含んでおり、前記水平排水材に前記改良地盤上面を覆う黒色の気密シートが真空圧の作用で密着状態となることにより、前記気密シートが太陽光を受けて吸収した熱が前記水平排水材及び鉛直ドレーン材を通じて前記気密シート内の減圧状態の表層部分に伝播し、これにより、前記表層部分における間隙水温が上昇して該間隙水の蒸発を促進するようにしたことを特徴とする軟弱地盤の改良工法（以下単に改良工法という）をその要旨とした。
【０００９】
請求項２記載の発明は、改良地盤の表層部分が、改良地盤上面下２〜３ｍの範囲の層であることを特徴とする改良工法をその要旨とした。
【００１０】
（削除）
【００１１】
（削除）
【００１２】
請求項３記載の発明は、熱伝導性材料が金属ネットであることを特徴とする改良工法をその要旨とした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（作用）
本発明の改良工法にあっては、改良地盤上面を覆う黒色の気密シートが、当該気密シートに降り注ぐ太陽光を受けて吸熱し、この気密シートで覆われた減圧状態の改良地盤上面を暖める。これにより改良地盤上面の地温が上昇し、改良地盤表面における水分の蒸発が盛んになり、この結果、改良地盤表面の土が乾燥して、土の材質が向上し、強い土（不飽和土）となる。
【００１４】
また気密シートが吸収した熱の一部は、真空圧の作用で気密シートと密着状態となる水平排水材及び鉛直ドレーン材を通じて前記気密シート内の減圧状態の表層部分に伝播し、その熱で減圧状態の表層部分における間隙水温も上がり蒸発することになる。
【００１５】
以下、本発明の改良工法を図面に示した実施に形態に従って詳しく説明する。この改良工法は、真空圧を利用して改良地盤中に減圧領域を造り出すことで、軟弱地盤を硬質地盤へと改良するものである。
【００１６】
真空圧を利用して改良地盤中に減圧領域を造り出す方法として種々考えられるが、図１〜図３に示す形態では、改良地盤Ａ中に所定の間隔（例えば減圧伝播可能な範囲である約１ｍの間隔）をおいて鉛直ドレーン材１１を設置し、この鉛直ドレーン材１１の上端部と接触するように水平排水材１４を配し、さらに気密シート１３で改良地盤Ａ上面を前記鉛直ドレーン材１１及び水平排水材１４とともに覆い、次いで、この鉛直ドレーン材１１とこれに繋がる水平排水材１４とを通じて、前記水平排水材１４と接続する真空ポンプ１２からの真空圧を前記改良地盤Ａ中に負荷することで、前記改良地盤Ａ中に減圧状態の領域（以下減圧領域という）を造り出している。
【００１７】
すなわち図１〜図３に示すように、真空ポンプ１２を作動させて真空圧を負荷したとき、まず、鉛直ドレーン材１１とその周りの地盤Ａ１との間に圧力差（鉛直ドレーン材内部の圧力（−）、鉛直ドレーン材周りの地盤Ａ１の圧力（０））が生じ、鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａ１には、減圧状態の鉛直ドレーン材１１に向かう地盤加圧（水圧、土圧）が発生する。
【００１８】
この地盤加圧に従って、鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａ１に含まれる間隙水が鉛直ドレーン材１１に向かって吸い出され、鉛直ドレーン材１１とこれに繋がる水平排水材１４を排水経路として排水され、これに伴って鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａ１は減圧領域となる。
【００１９】
真空圧は、減圧領域となった鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａ１から、さらにその周囲の地盤Ａ２へと伝播していく。図３に示すように、鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａ１が減圧領域となったとき、その周囲の地盤Ａ２との間には、鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａ１へと向かう地盤加圧（水圧、土圧）が発生する。
【００２０】
この地盤加圧に従って、鉛直ドレーン材１１周囲の地盤Ａ２に含まれる間隙水が鉛直ドレーン材１１に向かって吸い出され、鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａ１、鉛直ドレーン材１１及び水平排水材１４を排水経路として排水され、これに伴って鉛直ドレーン材１１の周囲の地盤Ａ２も減圧領域となる。
【００２１】
こうして、図２及び図３に示すように、鉛直ドレーン材１１を中心にしてその周囲の地盤Ａ１、Ａ２・・・Ａｎと次第に減圧領域が広がり、やがて改良地盤Ａ全域が減圧領域となる。同時に鉛直ドレーン材１１を中心にして圧密、強度増加が進行し、改良地盤Ａ全域の圧密、強度増加が行われることになる。
【００２２】
一方、鉛直ドレーン材１１とこれに繋がる水平排水材１４を配置していない改良地盤Ａ周辺の地盤（以下非改良地盤という）Ｂには、真空ポンプ１２からの真空圧が負荷されず、排水経路もないことから、この非改良地盤Ｂが減圧領域となることはなく、非改良地盤Ｂの圧密、強度増加が進行することもない。
【００２３】
そして、真空圧の負荷をさらに続けることで、図１に示すように、改良地盤Ａの減圧状態はさらに（−）方向へ進み、かつこれに伴い改良地盤Ａの圧密、強度増加も進行し、遂には非改良地盤Ｂのうち、改良地盤Ａからの真空圧（減圧）の影響を受ける改良地盤Ａ周辺の境界部分Ｂ１が変形し、ここに真空圧（減圧）の影響を受けない非改良地盤Ｂとの間にクラックＣ（Ｖゾーン）が発生し、この結果、改良地盤Ａ中に改良地盤Ａ周辺部と隔離された減圧領域が造り出されることになる。
【００２４】
また、改良地盤Ａ中に改良地盤Ａ周辺部と隔離された減圧領域が造り出されるのと同時に、改良地盤Ａの下側、すなわち深部Ｄ側にも真空圧（減圧）が伝播し、また地盤面上に盛土すれば荷重の分散も少なく深部Ｄ側に効率よく盛土荷重が伝わり、改良地盤Ａの深部Ｄにおける圧密、強度増加が進行し、改良がなされていくことになる。
【００２５】
尚、この形態では、真空圧の負荷に先立って前記改良地盤Ａ周辺部に止水壁１５を設けている。このため、真空圧の負荷による圧密、強度増加は、改良地盤Ａ周辺部側方ではなく縦方向、すなわち改良地盤Ａ及び改良地盤Ａの深部Ｄに集中的に進行することになり、より効果的な地盤改良がなされるようになる。
【００２６】
本発明の改良工法は、上述のような真空圧を利用して減圧領域を造り出す工法において、前記真空圧の負荷に先立って前記改良地盤Ａ上面を黒色の気密シート１３で覆うとともに、前記黒色の気密シート１３と改良地盤Ａの表層部分とを熱伝達手段で接続することを特徴としている。
【００２７】
図１〜図４に示す形態では、熱伝導性材料を含む鉛直ドレーン材１１と同じく熱伝導性材料を含む水平排水材１４とからなるものを熱伝達手段として採用し、これに黒色の気密シート１３を接触させている。
【００２８】
この形態では、図４に示すように、熱伝導性材料として金属ネット２０を用い、これを不織布２１で内包したものを鉛直ドレーン材１１、同じく水平排水材１４として用いた。鉛直ドレーン材１１にあっては、改良地盤Ａ中に所定の間隔をおいて打設することで、改良地盤Ａ中には所定の間隔をおいて鉛直状の排水柱が造成されることになり、水平排水材１４からの真空圧が、金属ネット２０と不織布２１との隙間、及び不織布２１の構成繊維相互間を伝播経路として改良地盤Ａ内へと伝播されるようになっている。そしてこの作用により各排水柱間の改良地盤Ａ中に含まれる水及び空気は、図１中矢印で示すように、鉛直ドレーン材１１を構成する不織布２１側から侵入し、金属ネット２０と不織布２１との隙間、及び不織布２１の構成繊維相互間を排水経路として改良地盤Ａ上面へと吸い上げられるようになっている。
【００２９】
またこの鉛直ドレーン材１１にあっては、折れたり曲がったりしても、金属ネット２０と不織布２１とによって形成されている真空圧（減圧）の伝播経路、通水経路が確保されており、しかも金属ネット２０全体が不織布２１で覆われていて、目詰まりを生じ難いというメリットがある。
【００３０】
またこの鉛直ドレーン材１１にあっては、不織布２１に内包されているネット２０が熱伝導性を有する金属であることから、後述する水平排水材１４及び気密シート１３からの熱を改良地盤Ａ（表層部分）内へと効率よく導くようになっている。
【００３１】
水平排水材１４は、改良地盤Ａの上面に突出する鉛直ドレーン材１１の突出部分に接触するように平行状に配置することで、当該水平排水材１４の一端側に排水タンク（図示しない）を介して接続されている真空ポンプ１２からの真空圧が排水タンク（図示しない）を介して水平排水材１４へと伝達されるようになっている。そしてこの作用により鉛直ドレーン材１１からの水及び空気が、金属製ネットを覆う不織布２１側から侵入し、金属ネット２０と不織布２１との隙間、及び不織布２１の構成繊維相互間を排水経路として排水されるようになっている。またこの水平排水材１４を通して気密シート１３からの熱が前述の鉛直ドレーン材１１へと伝播するようになっている。
【００３２】
これらドレーン材１１及び水平排水材１４とともに改良地盤Ａの上面を黒色の気密シート１３で覆うのである。この形態で用いた気密シート１３は、当該気密シート１３の気密性とともに破損防止、ピンホールの発生防止という観点から、織物、不織布などの繊維基材表面に合成樹脂フィルムをラミネートしたものを用いた。このため、気密シート１３で改良地盤Ａ上を覆い、この状態で真空ポンプ１２を作動させると、真空ポンプ１２からの真空圧が、排水タンク（図示しない）を介して水平排水材１４、鉛直ドレーン材１１へと伝達される過程で漏気し難くなり、当該真空圧は改良地盤Ａ中に確実に負荷されるようになっている。
【００３３】
またこの気密シート１３は、黒、紫、紺、青、灰色などの黒色を呈していて、その熱吸収率は頗る良い。このため、当該気密シート１３で改良地盤Ａ上を覆ったとき、この気密シート１３は、当該気密シート１３上面に降り注ぐ太陽光を受けてその熱を効率よく吸収し、その熱は改良地盤Ａの表面を暖めて、地温が上昇し、これに前述の真空圧（減圧）が負荷されることから、改良地盤Ａの表面（Ａ０）における水分の蒸発が盛んになり、表面の土が乾燥して、土の材質が向上し、強い土（不飽和土）となる。
【００３４】
また気密シート１３で覆って真空圧を負荷したとき、気密シート１３は、真空圧の作用で前述の水平排水材１４及び鉛直ドレーン材１１と密着状態となり、気密シート１３が吸収した熱の一部は、これら水平排水材１４及び鉛直ドレーン材１１を介して改良地盤Ａの表層部分へと伝播される。そして、その熱で減圧状態の表層部分における間隙水温も上がり、やがて表層部分における間隙水は蒸発し、これに伴って表層部分の圧密、強度増加も進行することになる。
【００３５】
（削除）
【００３６】
尚、上記実施の形態に示した例は、単なる説明例に過ぎず、例えば地盤中に負荷する真空圧を、改良当初は高くし、その後は低い状態に維持したり、高い状態と低い状態とを交互に繰り返したりするなど、特許請求の範囲の欄に記載された範囲内で自由に変更することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の改良工法にあっては、改良地盤上面を覆う黒色の気密シートが、当該気密シートに降り注ぐ太陽光を受けて吸熱し、この気密シートで覆われた減圧状態の改良地盤上面を暖め、これにより改良地盤上面の地温が上昇し、改良地盤表面における水分の蒸発が盛んになり、この結果、改良地盤表面の土が乾燥して、土の材質が向上し、強い土（不飽和土）となる。
【００３８】
また気密シートが吸収した熱の一部は、真空圧の作用で気密シートと密着状態となる水平排水材及び鉛直ドレーン材を通じて前記気密シート内の減圧状態の表層部分に伝播し、その熱で減圧状態の表層部分における間隙水温も上がり蒸発することになる。
【００３９】
この結果、改良地盤の表面及び深部のみならず、表層部分についても効率よく改良することができるという効果が導き出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の改良工法の一形態を示した模式図。
【図２】 本発明の改良工法の一過程を示した模式図。
【図３】 本発明の改良工法の別の過程を示した模式図。
【図４】 本発明の改良工法に用いる鉛直ドレーン材を示した拡大斜視図。
【図５】 従来の改良工法を示した模式図。
【符号の説明】
１１・・・鉛直ドレーン材
１２・・・真空ポンプ
１３・・・気密シート
１４・・・水平排水材
２０・・・金属ネット
２１・・・不織布
Ａ・・・改良地盤
Ｂ・・・非改良地盤
Ｃ・・・クラック（Ｖゾーン）

Claims (3)

1. 改良する軟弱地盤（以下改良地盤という）中に所定の間隔をおいて設置した鉛直ドレーン材とこれに繋がる水平排水材とを通じて、前記改良地盤に前記水平排水材と接続する真空ポンプからの真空圧を負荷することで、改良地盤中に減圧領域を造り出すようにした軟弱地盤の改良工法において、
   前記鉛直ドレーン材及び水平排水材が熱伝導性材料を含んでおり、前記水平排水材に前記改良地盤上面を覆う黒色の気密シートが真空圧の作用で密着状態となることにより、前記気密シートが太陽光を受けて吸収した熱が前記水平排水材及び鉛直ドレーン材を通じて前記気密シート内の減圧状態の表層部分に伝播し、これにより、前記表層部分における間隙水温が上昇して該間隙水の蒸発を促進するようにしたことを特徴とする軟弱地盤の改良工法。
2. 改良地盤の表層部分が、改良地盤上面下２〜３ｍの範囲の層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工法。
3. 熱伝導性材料が金属ネット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工法。

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