JP6073617B2 - 液状化対策のための地盤改良体及びその形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、液状化対策のための地盤改良体及びその形成方法に関するものであり、詳しくは、深層混合処理工法による地盤の格子状改良を行うことにより、適切かつ確実に液状化強度を向上させることが可能な地盤改良体及びその形成方法に関するものである。

埋め立て地をはじめとして、地下水位が高い砂質地盤では、地震の震動により液状化現象が発生し、マンホールや下水管が押し上げられて地表面から突出したり、建造物が傾いたりする被害が発生している。このような液状化現象を未然に防止するためには、液状化が懸念される地盤に対して改良工事を行わなければならない。

従来から行われている液状化対策工法として、深層混合処理工法による地盤の格子状改良が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術は、地盤に貫入した噴射管の噴射口から、空気を含む高圧流体ジェットを噴射して地盤を切削しつつ攪拌する工程と、噴射管を上昇させる工程とを行うことにより地盤改良体を形成するものである。

この特許文献１に記載された技術は、任意の形状（格子状、扇状等）の地盤改良体を形成することができる優れた技術である。特に、この深層混合処理工法（高圧噴射攪拌工法）を利用して既存建造物の地下部分に格子状の地盤改良体を形成することにより、地震時における地盤のせん断変形を抑制して、地盤内の過剰間隙水圧の上昇を抑制することができるので、液状化強度を向上させることができる。

特開２０１２−６２６１６号公報

深層混合処理工法（高圧噴射攪拌工法）を利用した地盤改良工法により、設計上合理的かつ効果的な間隔にて格子状の改良が行える場合には、改良率が最適となるため、液状化対策工法の中でも比較的低コストなものとなる。また、既存構造物が存在しない新規造成地盤であり、かつ施工上の制約が少ない大規模な工事においては、このような最適な格子状改良が可能と言える。一方で、近年問題となっている既存宅地の液状化対策のように小規模な工事で施工上の制約も多い場合には、設計上合理的とされる格子間隔以上の改良を余儀なくされる結果、要求性能を満たさないか、もしくは、既存建造物の床面から削孔して改良ポイントを増設するなどコスト面での優位性が低減してしまい、宅地所有者の費用負担が大きくなってしまうおそれがある。

また、深層混合処理工法（高圧噴射攪拌工法）を利用した地盤改良工法は、改良対象地盤（液状化が懸念される飽和土壌）中に地盤改良体を形成する工法であり、地盤改良体を基盤層にまで到達させると共に、地盤改良体を所定間隔で形成する必要がある。

すなわち、地盤改良体を形成する間隔が広すぎる場合には、地盤改良体によるせん断変形抑制効果を発揮することができない。一方、地盤改良体を形成する間隔を狭くすれば、地盤改良体によるせん断変形抑制効果を発揮することはできるが、コストが上昇してしまう。特に、既に個人用住宅が建造されている地域において、従来適正と考えられている間隔で地盤改良体を形成するには、個人用住宅の所有者に対して多大な負担を課すことになる。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、既に個人用住宅が建造されている地域において、深層混合処理工法を利用して地盤改良体を形成する際に、適切かつ確実で安価に液状化強度を向上させることが可能な液状化対策のための地盤改良体及びその形成方法を提供することを目的とする。

本発明の液状化対策のための地盤改良体及びその形成方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の液状化対策のための地盤改良体は、既存建造物が存在する区域を含む改良対象地盤中に噴射管を貫入し、当該噴射管の先端部から前記改良対象地盤中に地盤改良材を噴射する高圧噴射撹拌工法により、当該改良対象地盤中に形成した地盤改良体であって、略鉛直方向の第１の地盤改良体と、略鉛直方向もしくは略水平方向の第２の地盤改良体とからなることを特徴とするものである。

第１の地盤改良体は、改良対象地盤上に既存建造物が存在しない区域において、その下端部が基盤層まで達するように形成すると共に、当該既存建造物が存在する区域において、その下端部が基盤層まで達しないように形成する。また、第２の地盤改良体は、既存建造物の直下付近の地盤中において、当該既存建造物の下部の一部分を支える略垂直方向、もしくは当該既存建造物の下部の一部分を覆う略水平方向に形成する。

本発明の液状化対策のための地盤改良体の形成方法は、既存建造物が存在する区域を含む改良対象地盤中に噴射管を貫入し、当該噴射管の先端部から改良対象地盤中に地盤改良材を噴射する高圧噴射撹拌工法により、改良対象地盤の液状化強度を向上させるための地盤改良体の形成方法であって、改良対象地盤中に略鉛直方向の第１の地盤改良体を形成する工程と、改良対象地盤上に存在する既存建造物の直下付近において、当該既存建造物の下部の一部分を支える略鉛直方向、もしくは当該既存建造物の下部の一部分を覆う略水平方向の第２の地盤改良体を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。

第１の地盤改良体は、既存建造物が存在しない区域において、その下端部が基盤層まで達するように形成すると共に、既存建造物が存在する区域において、その下端部が基盤層まで達しないように形成する。

また、第２の地盤改良体は、第１の地盤改良体を形成する際に、第１の地盤改良体に直接連続して形成することが好ましい。

本発明の地盤の液状化対策のための地盤改良体の形成方法によれば、深層混合処理工法（高圧噴射攪拌工法）を利用して略鉛直方向の地盤改良体を形成するが、改良対象地盤上に既存建造物が存在する区域か、改良対象地盤上に既存建造物が存在しない区域かで、その下端部が基盤層まで達するか否か（地盤改良体の深度）を選択している。

すなわち、例えば、公用地（公用道路）のように、改良対象地盤上に既存建造物が存在しない場所では、従来と同様に、下端部が基盤層まで達する地盤改良体を形成する一方、例えば、個人用住宅地のように、既存建造物が存在する場所では、従来よりも浅い深度の地盤改良体を形成する。さらに、従来よりも浅い深度の地盤改良体を形成した既存建造物の直下付近の地盤中には、当該既存建造物の下部を略支える略鉛直方向、もしくは当該既存建造物の下部を略覆う略水平方向の地盤改良体を形成する。

したがって、公用地（公用道路）のように、改良対象地盤上に既存建造物が存在しない場所では、従来と同様な地盤改良体を形成するので、確実な液状化対策を行うことができる。また、個人用住宅地のように、既存建造物が存在する場所では、従来よりも浅い深度の地盤改良体を形成するので、コストを抑制することができる。さらに、既存建造物の下部を略支えるように略鉛直方向の地盤改良体を形成したり、既存建造物の下部を略覆うように略水平方向の地盤改良体を形成したりすることにより、従来よりも浅い深度の地盤改良体であっても、この略鉛直方向もしくは略水平方向の地盤改良体が地盤のせん断変形を抑制するので、適切かつ確実で安価に液状化強度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体（１）の斜視図。 本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体（１）の一部を断面として示す斜視図。 本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体（１）の平面図。 本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体（１）の正面図（図１おけるＡ矢視図）。 本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体（１）の側面図（図１おけるＢ矢視図）。 本発明の実態形態に係る液状化対策のための地盤改良体（２）の斜視図。 本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体（２）の一部を断面として示す斜視図。 本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体（２）の平面図。 本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体（２）の正面図（図６おけるＡ矢視図）。 本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体（２）の側面図（図６おけるＢ矢視図）。 本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体の形成方法で使用する高圧噴射攪拌工法の原理説明図。

以下、図面を参照して、本発明の液状化対策のための地盤改良体及びその形成方法の実施形態を説明する。図１〜図１１は本発明の実施形態に係る液状化対策のための地盤改良体及びその形成方法を説明するもので、図１及び図６は地盤改良体の斜視図、図２及び図７は地盤改良体の一部を断面として示す斜視図、図３及び図８は地盤改良体の平面図、図４及び図９は地盤改良体の正面図、図５及び図１０は地盤改良体の側面図、図１１は高圧噴射攪拌工法の原理説明図である。

＜地盤改良体の形成方法の概要＞
我が国では、プレート境界型巨大地震の発生により地盤の液状化現象が発生し、これによる大規模な被害が予想されている。実際、東日本大震災では、埋立地、堤防や盛り土、護岸等で液状化現象が発生して、様々な被害をもたらした。このため、近い将来発生すると予測されている大規模地震に備えて、早急に液状化対策を行うことが望まれている。本発明の実施形態に係る液状化対策工法は、深層混合処理工法を利用して地盤改良体を形成することを基本として、改良対象地盤上に既存建造物が存在する場所と、既存建造物が存在しない場所とで地盤改良体の深度を異ならせると共に、既存建造物の下部を略支えるように略鉛直方向の地盤改良体を形成し、あるいは既存建造物の下部を略覆うように略水平方向の地盤改良体を形成することを特徴としたものである。

なお、略支えるとは、既存建造物の下部を全面的に支える場合だけではなく、一部分に既存建造物の下部を支えていない箇所が存在しても良いという意味である。同様に、略覆うとは、既存建造物の下部を全面的に覆う場合だけではなく、一部分に既存建造物の下部を覆っていない箇所が存在しても良いという意味である。また、略鉛直とは、鉛直方向を含んで若干の傾きを許容する意味であり、略水平とは、水平方向を含んで若干の傾きを許容する意味である。

＜深層混合処理工法＞
本発明の実施形態に係る地盤改良体を形成するには、深層混合処理工法の一種である高圧噴射攪拌工法を用いる。図１１を参照して、高圧噴射攪拌工法について説明する。高圧噴射攪拌工法は、図１１に示すように、先端部に噴射口５２を有する噴射管５１を改良対象地盤の内部に貫入し、噴射口５２から所定圧力及び所定噴射量で地盤改良材（硬化材）を噴射しながら噴射管５１を回転させることより、土壌を攪拌しながら地盤改良材（硬化材）を混入して、改良対象地盤の内部に地盤改良体１０ａ、１０ｂ、２１、２２を形成する工法である。

このような高圧噴射攪拌工法は、噴射管５１の回転範囲と、地盤改良材（硬化材）の噴射圧力及び噴射量を調整することにより、所望の範囲で土壌を改良することができる点に特徴があるため、特に本発明の実施形態に係る地盤改良体１０ａ、１０ｂ、２１、２２を形成する際に好適に用いることができる。

例えば、噴射口５２の位置や噴射管５１の回転範囲を調整して地盤改良材（硬化材）を噴射することにより、円柱状、半円柱状、壁状、扇状、格子状等、種々の形状の地盤改良体を形成することができる。なお、噴射口５２の位置は、１箇所であってもよいし、２箇所以上であってもよい。また、噴射口５２を２箇所以上設ける場合には、その位置を適宜設定することにより、効率よく所望範囲に地盤改良材（硬化材）を噴射して地盤改良体を形成することができる。

本発明の実施形態に係る地盤改良体は、図１〜図１０に示すように、高圧噴射攪拌工法を用いて形成されるもので、地上から地中に向かって略鉛直方向に形成される第１の地盤改良体１０ａ、１０ｂと、既存建造物４０の直下付近において、略鉛直方向に形成される第２の改良体２１もしくは略水平方向に形成される第２の地盤改良体２２とからなる。なお、図１〜図５は、略鉛直方法に形成される第２の地盤改良体２１を含む地盤改良体（１）を示し、図６〜図１０は、略水平方向に形成される第２の地盤改良体２２を含む地盤改良体（２）を示す。

＜第１の地盤改良体＞
第１の地盤改良体１０ａ、１０ｂは、略鉛直方向の壁状となっており、改良対象地盤上に既存建造物４０が存在する場所と、既存建造物４０が存在しない場所とで、その深度が異なっている。例えば、図４及び図９に示すように、公用地（公用道路３０）のように、改良対象地盤上に既存建造物４０が存在しない場所では、従来と同様に、下端部が基盤層まで達する地盤改良体１０ａを形成する。一方、例えば、図４及び図９に示すように、個人用住宅地のように、既存建造物４０が存在する場所では、従来よりも浅い深度の地盤改良体１０ｂを形成する。すなわち、既存建造物４０が存在する場所に形成される地盤改良体１０ｂは、下端部が基盤層まで達していない。

このように、公用地（公用道路３０）のように、改良対象地盤上に既存建造物４０が存在しない場所では、下端部が基盤層まで達する地盤改良体１０ａを形成するので、確実な液状化対策を行うことができる。一方、個人用住宅地のように、既存建造物４０が存在する場所では、下端部が基盤層まで達しない地盤改良体１０ｂを形成するので、コストを削減することができる。

なお、下端部が基盤層まで達しない地盤改良体１０ｂを形成した場合には、液状化強度を十分に向上させられないおそれがある。そこで、本発明では、下端部が基盤層まで達しない地盤改良体１０ｂを形成した区域において、既存建造物４０の下部を略支えるように第２の地盤改良体２１を形成し、もしくは既存建造物４０の下部を略覆うように第２の地盤改良体２２を形成する。

＜第２の地盤改良体＞
図１〜図５に示すように、第２の地盤改良体２１は、既存建造物４０の直下付近の地盤中において、当該既存建造物４０の下部を略支えるように形成したものである。すなわち、既存建造物４０の周囲の地盤中に、第１の地盤改良体１０ｂを形成するのと同じ深さまで噴射管５１を貫入し、格子状の地盤改良体１０ｂの内側へ壁状の第２の地盤改良体２１を形成する。

また、図６〜図９に示すように、第２の地盤改良体２２は、既存建造物４０直下付近の地盤中において、当該既存建造物４０の下部を略覆うように形成したものである。すなわち、既存建造物４０の周囲の地盤中に、適宜な深さまで噴射管５１を貫入し、高圧噴射攪拌工法の特徴を生かして、断面が略円形状（円柱状）又は略半円形状（半円柱状）の地盤改良体を形成する。この第２の地盤改良体２１もしくは第２の地盤改良体２２により、既存建造物４０の下部を略支えて、改良対象地盤の内側に壁を形成し、もしくは既存建造物４０の下部を略覆って、改良対象地盤の上部に蓋を形成することができる。

なお、第２の地盤改良体２１もしくは第２の地盤改良体２２は、第１の地盤改良体１０ａ，１０ｂを形成する際に、第１の地盤改良体１０ａ，１０ｂに連続して形成することが好ましい。このように、第１の地盤改良体１０ａ，１０ｂと、第２の地盤改良体２１もしくは第２の地盤改良体２２を略同時に形成することにより、施工工数が少なくなるので、効率的な施工を行うことができると共に、施工コストを低減することができる。

発明者による実験では、下端部が基盤層まで達しない第１の地盤改良体１０ｂを形成した区域であっても、当該第１の地盤改良体１０ｂで囲われた改良対象地盤の内側に壁状の第２の地盤改良体２１を形成し、もしくは当該第１の地盤改良体１０ｂで囲われた改良対象地盤の上部に蓋状の第２の地盤改良体２２を形成することにより、地盤のせん断変形が抑制されて、液状化強度を向上させることができた。なお、第２の地盤改良体２１もしくは第２の地盤改良体２２は、既存建造物４０の下部に完全な格子壁を形成する必要はなく、またこれを完全に覆う必要もなく、既存建造物４０の下部を略支えており、もしくは略覆っていれば、若干の隙間部分が生じていたとしても、地盤のせん断変形を抑制することができる。

＜地盤改良体の形成＞
本実施形態では、改良対象地盤中に噴射管５１を貫入し、噴射口５２から所定圧力及び所定噴射量で地盤改良材（硬化材）を噴射することにより、地盤改良体１０ａ、１０ｂ、２１、２２を形成する。この際、改良対象地盤上に既存建造物４０が存在しない場所（例えば公用道路３０）では、下端部が基盤層まで達するように、略鉛直方向に壁状の第１の地盤改良体１０ａを形成する。一方、改良対象地盤上に既存建造物４０が存在する場所（例えば個人用住宅地）では、改良対象地盤上に既存建造物４０が存在しない場所と比較して、深度が浅い第１の地盤改良体１０ｂを形成する。

また、既存建造物４０の周囲の地盤中に、適宜な深さまで噴射管５１を貫入し、噴射口５２から所定圧力及び所定噴射量で地盤改良材（硬化材）を噴射しながら噴射管５１を回転させることにより、既存建造物４０の下部を略支えるようにして、壁状の第２の地盤改良体２１を形成し、もしくは既存建造物４０の下部を略覆うようにして、円柱状又は半円柱状の第２の地盤改良体２２を形成する。

このように、地上部分に既存建造物４０が存在する場所であるか否か、すなわち、例えば個人用住宅が建造されている宅地と、公用道路３０等の公共用地とで、形成する地盤改良体１０ａ、１０ｂ、２１、２２の深度及び形状を異ならせることにより、個人用住宅地の所有者に対して多大な負担を課すことなく、地域全体として適切かつ確実に液状化強度を向上させることが可能となる。

１０ 改良対象地盤
１０ａ、１０ｂ 第１の地盤改良体
２１ 第２の地盤改良体（略鉛直方向）
２２ 第２の地盤改良体（略水平方向）
３０ 公用道路
４０ 既存建造物
５１ 噴射管
５２ 噴射口

Claims (4)

1. 既存建造物が存在する区域を含む改良対象地盤中に噴射管を貫入し、当該噴射管の先端部から前記改良対象地盤中に地盤改良材を噴射する高圧噴射撹拌工法により、当該改良対象地盤中に形成した地盤改良体であって、略鉛直方向の第１の地盤改良体と、略鉛直方向もしくは略水平方向の第２の地盤改良体とからなり、
   前記第１の地盤改良体は、前記改良対象地盤上に既存建造物が存在しない区域において、その下端部が基盤層まで達するように形成すると共に、既存建造物が存在する区域において、その下端部が基盤層まで達しないように形成し、
   前記第２の地盤改良体は、前記既存建造物の直下付近の地盤中において、当該既存建造物の下部の一部分を支えるように、もしくは当該既存建造物の下部の一部分を覆うように形成する、
   ことを特徴とする液状化対策のための地盤改良体。
2. 前記第２の地盤改良体は、前記第１の地盤改良体に直接連続して形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液状化対策のための地盤改良体。
3. 既存建造物が存在する区域を含む改良対象地盤中に噴射管を貫入し、当該噴射管の先端部から前記改良対象地盤中に地盤改良材を噴射する高圧噴射撹拌工法により、改良対象地盤の液状化強度を向上させるための地盤改良体の形成方法であって、
   前記改良対象地盤中に略鉛直方向の第１の地盤改良体を形成する工程と、
   前記改良対象地盤上に存在する既存建造物の直下付近において、当該既存建造物の下部の一部分を支える略鉛直方向、もしくは当該既存建造物の下部の一部分を覆う略水平方向の第２の地盤改良体を形成する工程と、を含み、
   前記第１の地盤改良体は、前記既存建造物が存在しない区域において、その下端部が基盤層まで達するように形成すると共に、前記既存建造物が存在する区域において、その下端部が基盤層まで達しないように形成する、
   ことを特徴とする液状化対策のための地盤改良体の形成方法。
4. 前記第２の地盤改良体を形成する工程において、前記第２の地盤改良体は、前記第１の地盤改良体を形成する際に、前記第１の地盤改良体に直接連続して形成する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の液状化対策のための地盤改良体の形成方法。

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