JP6249560B2 - 地盤改良工法およびドレーン材 - Google Patents

Description

本発明は、２層系地盤について各層に別々の工法を適用する地盤改良工法およびドレーン材に関する。

在来の粘土地盤上に土砂で埋め立てを行うと、下部が粘土層、上部が砂層という２層系地盤が形成される。こうした地盤に構造物を築造する際には、粘土層の圧密沈下対策および砂層の液状化対策の両方が必要になることが多い。こうした２層系地盤の改良として、粘土層に対してはプラスチックボードドレーン、サンドドレーンなどを利用した排水工法やキャップ付ドレーンを利用した真空圧密工法（非特許文献１参照）などが適用され、また、砂層に対してはCDMなどの固化処理工法やサンドコンパクションなどの締固め工法が適用されている。かかる締固め工法の中には吸水型振動締固め工法（非特許文献２）が含まれている。

真空圧密ドレーン工法技術資料（真空圧密ドレーン工法研究会発行） 吸水型振動締固め工法パンフレット（吸水型振動締固め工法協会発行）

しかしながら、上述のような２層系地盤を改良する場合には、通常、粘土層と砂層を別々に地盤改良している。この理由は、粘土層と砂層の改良に別々の工法を適用するためと考えられる。このため、２層系地盤の改良工事は、工期が長くなり、効率的に実施できず、コストがかさむ結果となっていた。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、２層系地盤について各層に別々の工法を適用して地盤改良を行う際に効率よく経済的に地盤改良を実施可能な地盤改良工法およびドレーン材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための地盤改良工法は、下部層と上部層の２層系地盤についての地盤改良工法であって、下部層に対してその改良層厚さに応じた長さを有する第１ドレーン材と、上部層に対してその改良層厚さに応じた長さを有する第２ドレーン材と、を一体化した一体化ドレーン材を用意し、前記下部層に対して真空ポンプで前記第１ドレーン材により負圧を作用させて第１地盤改良工程を実施し、前記上部層に対して前記真空ポンプで前記第２ドレーン材により負圧を作用させて第２地盤改良工程を前記第１地盤改良工程とほぼ同時期にかつ異なる期間で実施する。

この地盤改良工法によれば、下部層に対応した第１ドレーン材と上部層に対応した第２ドレーン材とを一体化した一体化ドレーン材を改良対象の２層系地盤に打設するので、１回の打設工程で、下部層および上部層に第１および第２ドレーン材を打設することができ、また、第１ドレーン材による下部層に対する第１地盤改良工程と、第２ドレーン材による上部層に対する第２地盤改良工程と、をほぼ同時期にかつ異なる期間で実施するので、工期が長くならず、２層系地盤について各層に別々の工法を適用しても効率よく地盤改良を実施可能で、経済的である。

上記地盤改良工法において、前記第１ドレーン材および前記第２ドレーン材は、それぞれ排水部を上部に備え、前記第１ドレーン材の排水部を、前記第２ドレーン材の排水ホースと一体化することが好ましい。

また、前記第１ドレーン材と前記第２ドレーン材との一体化をバンド手段により行うことで、効率よく第１ドレーン材と第２ドレーン材を一体化できる。

また、前記下部層が粘土層、前記上部層が砂層である場合、前記粘土層について前記第１ドレーン材により真空圧密工法を実施し、前記砂層について前記第２ドレーン材により吸水締固め工法を実施することが好ましい。なお、吸水締固め工法を実施する際に砂層に振動を与え、かかる振動により生じた余剰間隙水を第２ドレーン材により吸引するようにしてもよい。

上記目的を達成するためのドレーン材は、下部層と上部層の２層系地盤についての地盤改良工法に用いるドレーン材であって、下部層に対してその改良層厚さに応じた長さを有する第１ドレーン材と、上部層に対してその改良層厚さに応じた長さを有する第２ドレーン材と、が一体化され、改良対象の２層系地盤に打設されてから、前記第１ドレーン材により負圧を作用させて前記下部層に対して行う第１地盤改良工程と、前記第２ドレーン材により負圧を作用させて上部層に対して行う第２地盤改良工程と、を実施可能であり、前記第１ドレーン材および前記第２ドレーン材は、それぞれ排水部を上部に備え、前記第１ドレーン材の排水部を前記第２ドレーン材と一体化したものである。

このドレーン材によれば、下部層に対応した第１ドレーン材と上部層に対応した第２ドレーン材とを一体化しているので、改良対象の２層系地盤に下部層および上部層に第１および第２ドレーン材を１回の打設工程で打設することができ、また、第１ドレーン材による下部層に対する第１地盤改良工程と、第２ドレーン材による上部層に対する第２地盤改良工程と、をほぼ同時期に実施できるので、工期が長くならず、２層系地盤について各層に別々の工法を適用しても効率よく地盤改良を実施可能で、経済的である。

また、前記第１ドレーン材と前記第２ドレーン材とを一体化するためのバンド手段を備えることが好ましい。

また、前記第１ドレーン材と前記第２ドレーン材とが同一の外形形状を有するように構成してもよい。

本明細書において「ほぼ同時期に実施する」とは、少なくとも第１地盤改良工程の実施期間と第２地盤改良工程の実施期間とが重複することを意味する。たとえば、第１地盤改良工程で真空圧密工法を実施し、第２地盤改良工程で吸水締固め工法を実施する場合、真空圧密工法の実施期間中に吸水締固め工法を実施することを含む。

本発明によれば、２層系地盤について各層に別々の工法を適用して地盤改良を行う際に効率よく経済的に地盤改良を実施可能な地盤改良工法およびドレーン材を提供することができる。

本実施形態によるドレーン材を地盤中に打設した状態で示す図（ａ）、b-b線方向に切断してみた図（ｂ）およびc-c線方向に切断してみた図（ｃ）である。 本実施形態による地盤改良工法の各工程Ｓ０１〜Ｓ１２を説明するためのフローチャートである。 図２の地盤改良工法を実施する地上部の要部平面図である。 図２の地盤改良工法における粘土層の真空圧密工法を説明するための断面図（ａ）および砂層の吸水締め固め工法を説明するための断面図（ｂ）である。 本実施形態の変形例によるドレーン材を地盤中に打設した状態で示す図（ａ）、b-b線方向に切断してみた図（ｂ）およびc-c線方向に切断してみた図（ｃ）である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態によるドレーン材を地盤中に打設した状態で示す図（ａ）、b-b線方向に切断してみた図（ｂ）およびc-c線方向に切断してみた図（ｃ）である。

図１（ａ）〜（ｃ）のように、本実施形態によるドレーン材１０は、粘土層Ｇ１に対してその改良層厚さＡに応じた長さを有する第１ドレーン材１１と、上部層に対してその改良層厚さＢに応じた長さを有する第２ドレーン材１２と、を一体化し、粘土層Ｇ１のような下部層と砂層Ｇ２のような上部層との２層系地盤についての地盤改良工法に適用可能に構成されている。

第１ドレーン材１１および第２ドレーン材１２は、キャップ付きプラスチックボードドレーン材から構成される。すなわち、図１（ｂ）のように、ドレーン材１１は、プラスチック材料から内部に複数の通水路ｐを有するとともに、その外面に不織布等からなるフィルタｆが配置されることで、外部が透水性に内部が通水性に構成されている。ドレーン材１２の上部には、非透水性のキャップ部１２ａを介して非透水性でかつ可撓性のある排水ホース１２ｂが接続される。第１ドレーン材１１も同様に外部が透水性に内部が通水性に構成され、その上部には、非透水性のキャップ部１１ａを介して非透水性でかつ可撓性のある排水ホース１１ｂが接続される。

なお、キャップ付きプラスチックボードドレーン材の具体的構成は、たとえば、特開2006-241872号公報に記載されている。また、ドレーン材１１，１２の横断面寸法は、たとえば、幅94mm×厚さ3.9mm、排水ホース１１ｂ，１２ｂの外径は、たとえば、19mmである。

第２ドレーン材１２は、その下方から延びる第１ドレーン材１１の排水ホース１１ｂと複数箇所で結束バンド２０により一体化されている。また、第２ドレーン材１２の上部で排水ホース１１ｂと排水ホース１２ｂは結束バンド２０ａにより一体化されている。

ドレーン材１０は、図１（ａ）〜（ｃ）のように、第１ドレーン材１１と第２ドレーン材１２とが一体化された状態で通常のドレーン打設機械により地盤に打設可能であり、下部層である粘土層Ｇ１と上部層である砂層Ｇ２とに対し別々に負圧を作用させることができる。すなわち、ドレーン材１０が改良対象の２層系地盤Ｇに打設されると、第１ドレーン材１１は粘土層Ｇ１内に位置し、負圧を作用させて粘土層Ｇ１に対して真空圧密工法による地盤改良（第１地盤改良工程）を行うとともに、第２ドレーン材１２は砂層Ｇ２内に位置し、負圧を作用させて砂層Ｇ２に対して吸水締固め工法による地盤改良（第２地盤改良工程）を行うことが可能である。

次に、図１（ａ）〜（ｃ）の一体化したドレーン材１０を用いて粘土層（下部層）と砂層（上部層）の２層系地盤について実施する地盤改良工法について図２〜図４を参照して説明する。

図２は本実施形態による地盤改良工法の各工程Ｓ０１〜Ｓ１２を説明するためのフローチャートである。図３は図２の地盤改良工法を実施する地上部の要部平面図である。図４は図２の地盤改良工法における粘土層の真空圧密工法を説明するための断面図（ａ）および砂層の吸水締め固め工法を説明するための断面図（ｂ）である。

まず、図１（ａ）〜（ｃ）のようなドレーン材１１とドレーン材１２とを一体化したドレーン材１０をドレーン製造工場で作製し、地盤改良の施工現場に搬入する（Ｓ０１）。

次に、ドレーン材１０を改良対象の地盤Ｇ内にドレーン打設機械により略鉛直方向に打設する（Ｓ０２）。打設されるドレーン材１０の地上での平面位置は、図３の破線で示す１回あたりの砂層の改良平面範囲である正方形Ｍ（ａ×ａ）の四隅３０である。正方形Ｍの一辺ａの長さは、たとえば，１ｍである。このように打設されたドレーン材１０は、図３の破線で示す各正方形の四隅３０に位置する。かかるドレーン材１０の打設により、図４（ａ）（ｂ）のように、ドレーン材１１は下部層の粘土層Ｇ１内に位置し、ドレーン材１２は上部層の砂層Ｇ２内に位置する。なお、第２ドレーン材１２のキャップ部１２ａは、砂層Ｇ２内の地下水位Ｈよりも下方に位置するように打設される。

次に、打設されたドレーン材１０のドレーン材１２から延びる排水ホース１２ｂを、図３のように配置した排水管３１にそれぞれ開閉バルブ３２ａ〜３２ｆ，３３ａ〜３３ｆを介して接続し、また、ドレーン材１１から延びる排水ホース１１ｂを排水管３１に直接接続し、排水管３１には真空ポンプＰが接続される（Ｓ０３）。

次に、真空ポンプＰを作動させてドレーン材１１を介した粘土層Ｇ１への負圧作用を開始する（Ｓ０４）。この負圧作用開始のとき、砂層Ｇ２のためのドレーン材１２から延びる排水ホース１２ｂの開閉バルブ３２ａ〜３２ｆ，３３ａ〜３３ｆは閉じられているので、砂層Ｇ２には負圧が作用していない。

上記負圧の作用状態を図４（ａ）に示すが、ドレーン材１１を介した真空ポンプＰによる負圧作用により、粘土層Ｇ１内の間隙水が方向ｃに流れ、ドレーン材１１，排水ホース１１ｂ，排水管３１を通して外部へ排水される。ドレーン材１１への負圧の作用期間は、たとえば150日（連続）である。このようにして、粘土層Ｇ１に対して真空圧密工法による地盤改良を実施する。

次に、上述のドレーン材１１による粘土層Ｇ１への負圧作用状態を保ちながら、砂層Ｇ２に対し液状化対策のために吸水締固め工法による地盤改良を実施する。すなわち、振動棒で振動を与える砂層の改良平面範囲（図２の正方形Ｍ）の四隅３０に打設した各ドレーン材１２の排水ホース１２ｂの開閉バルブ３２ａ，３３ａ，３２ｂ，３３ｂを開けて、砂層Ｇ２へ局部的に負圧を作用させる（Ｇ０５）。

次に、砂層Ｇ２の改良平面範囲である正方形Ｍの対角中心部に振動棒３１’を挿入する（Ｓ０６）。振動棒３１’は、略鉛直方向に挿入され、通電されると鉛直方向上下に振動を与える。

次に、通電により振動棒３１’を振動させるとともに、ドレーン材１２を介して粘土層Ｇ２へ負圧を作用させ、間隙水を負圧吸引する（Ｓ０７）。

上記負圧の作用状態を図４（ｂ）に示すが、振動棒３１’の鉛直方向上下の振動により砂層Ｇ２内において砂構造を破壊し液状化させ、このとき生じる余剰間隙水がドレーン材１２を介した真空ポンプＰによる負圧作用により、砂層Ｇ２内で方向ｄに流れ、ドレーン材１２，排水ホース１２ｂ，排水管３１を通して外部へ排水される。このようにして、砂層Ｇ２に対して振動併用の吸水締め固め工法による地盤改良を実施する。このとき、締固め時間は、たとえば、砂層Ｇ２の透水係数が10^-4〜10^-5m/sec程度である場合、１箇所（1m×1mの正方形Ｍ）あたり、約10分である。

上記振動・吸引工程Ｓ０７が終了すると、未改良域がある場合（Ｓ０８）、たとえば、図３の正方形Ｍの下側の正方形Ｍ１の改良平面範囲が未改良の場合、工程Ｓ０５に戻り、開閉バルブ３２ａ，３３ａを閉め、開閉バルブ３２ｃ，３３ｃを開け、正方形Ｍ１の改良平面範囲において、工程Ｓ０５を実行し、続いて工程Ｓ０６〜Ｓ０８を実行する。

上述のようにして、砂層Ｇ２に対して工程Ｓ０５〜Ｓ０８を繰り返すことで、改良対象の地盤全域に対し吸水締固めを行うことで、砂層Ｇ２に対する吸水締固め工法による地盤改良（第２地盤改良工程）が終了する（Ｓ０９）。

上述の砂層Ｇ２の吸水締固めがすべて終了すると、粘土層Ｇ１に対する真空圧密の所定期間が経過するまで（Ｓ１０）、粘土層Ｇ１に負圧を継続して作用させ、所定期間が経過すると、粘土層Ｇ１に対する真空圧密工法による地盤改良（第１地盤改良工程）が終了する（Ｓ１１）。次に、排水管３１や真空ポンプＰなどの負圧作用設備を撤去する（Ｓ１２）。

粘土層Ｇ１に対する真空圧密における負圧作用期間は、上述のように、たとえば、150日（連続）であるのに対し、砂層Ｇ２に対する吸水締め固めにおける負圧作用期間は、たとえば、１箇所（1m×1mの正方形Ｍ）あたり約10分であるので、砂層Ｇ２に対する吸水締め固めは、粘土層Ｇ１に対する真空圧密の実施期間中に実行することができる。

以上のように、本実施形態の地盤改良工法によれば、下部層である粘土層Ｇ１に対応した第１ドレーン材１１と上部層である砂層Ｇ２に対応した第２ドレーン材１２とを一体化したドレーン材１０を改良対象の２層系地盤Ｇに打設するので、１回の打設工程で、粘土層Ｇ１および砂層Ｇ２に各ドレーン材１１，１２を打設することができ、また、粘土層Ｇ１および砂層Ｇ２に対し負圧を作用させるために設置される真空ポンプＰや排水管３１などの負圧作用設備を共通に使用でき、その設置工程・除去工程を共通に実施できる。このため、粘土層Ｇ１および砂層Ｇ２に対して別々の設備で異なる期間に各地盤改良を行う場合と比べて、施工コスト減や工期短縮を達成できる。

また、第１ドレーン材１１による粘土層Ｇ１に対する真空圧密による第１地盤改良工程の実施期間中に、第２ドレーン材１２による砂層Ｇ２に対する吸水締め固めによる第２地盤改良工程を実施できるので、工期が長くならず、２層系地盤について各層に別々の工法を適用しても効率よく地盤改良を実施することができ、工期短縮を達成でき、経済的である。

次に、第１ドレーン材と第２ドレーン材とを一体化したドレーン材の変形例について図５を参照して説明する。図５は、本変形例によるドレーン材を地盤中に打設した状態で示す図（ａ）、b-b線方向に切断してみた図（ｂ）およびc-c線方向に切断してみた図（ｃ）である。なお、図１に示す構成と同一部分には同じ符号を付けてその説明は省略する。

本例のドレーン材４０は、第１ドレーン材４１と第２ドレーン材４２とを外形形状が同一になるように一体化し、地盤内で上側に位置する第２ドレーン材４２が第１ドレーン材４１の排水部４１ｂを一体に有するように構成されている。

ドレーン材４１は、図５（ａ）（ｂ）のように、プラスチック材料から内部に複数の通水路ｐを有し、その外面にフィルタｆが配置され、外部が透水性に内部が通水性に構成され、下部層である粘土層Ｇ１の改良層厚さに対応した長さを有する。

ドレーン材４２は、図５（ａ）〜（ｃ）のように、プラスチック材料から内部に複数の通水路ｐを有し、その外面にフィルタｆが配置され、外部が透水性に内部が通水性に構成され、また、複数の通水路ｐの一端側にはドレーン材４１の各通水路ｐからの水が流れるように排水部４１ｂが構成されている。排水部４１ｂの外面にはシール材４２ｂが配置され、排水部４１ｂは水密になっている。ドレーン材４２は、上部層である砂層Ｇ２の改良層厚さに対応した長さを有する。

ドレーン材４０は、ドレーン材４１とドレーン材４２とが連続して形成されて外形が同一であり、それらの境界４１ａから下側内部に複数の通水路ｐが形成され（ドレーン材４１）、上側内部に複数の通水路ｐと排水部４１ｂが形成されている（ドレーン材４２）。境界部４１ａが粘土層Ｇ１の上部に位置するように打設される。

図５（ａ）のように、ドレーン材４２の上端にはキャップ部４２ａが設けられ、ドレーン材４２の上端が非透水性のキャップ部４２ａにはめ込まれる。ドレーン材４１の非透水性・可撓性の排水ホース４１ｃが排水部４１ｂと連通するようにキャップ部４２ａにはめ込まれる。また、ドレーン材４２の非透水性・可撓性の排水ホース４２ｃがドレーン材４２の各通水路ｐと連通するようにキャップ部４２ａにはめ込まれる。排水ホース４１ｃ、４２ｃは、図３と同様に、排水管３１に接続される。キャップ部４２ａは、砂層Ｇ２内の地下水位Ｈの下方に位置するように打設される。

ドレーン材４０は、通常のドレーン打設機械により地盤内に打設可能であり、図５（ａ）のように、２層系地盤Ｇに打設されると、ドレーン材４１が粘土層Ｇ１内に位置し、ドレーン材４２が砂層Ｇ２内に位置し、図２〜図４と同様にして、粘土層Ｇ１，砂層Ｇ２とに別々に負圧を作用させることで、粘土層Ｇ１に対し真空圧密による第１地盤改良工程、および、砂層Ｇ２に対し吸水締め固めによる第２地盤改良工程を実施することができる。

本例のドレーン材４０によれば、下部層のための第１ドレーン材４１と上部層のための第２ドレーン材４２とを一体化するに際し、地盤内で上側に位置する第２ドレーン材４２が第１ドレーン材４１の排水部４１ｂを一体に有するように構成し、両ドレーン材４１，４２が同一の外形形状を有するので、簡単な構成にすることができ、ドレーン材の打設がより実施しやすくなる。

以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、本実施形態では、砂層の液状化対策のための地盤改良には、振動棒による真空吸水締固め工法を採用したが、本発明は、これに限定されるものではなく、たとえば、振動を用いない真空吸水締め固め工法であってもよいことはもちろんである。

また、図３，図４の振動棒３１’は、地盤に鉛直方向上下に振動を与えるが、これに限定されず、鉛直方向および水平方向に振動するように構成してもよく、また、水平方向のみに振動させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、図３の破線で示す１回あたりの砂層の改良平面範囲である正方形Ｍ（ａ×ａ）の一辺ａの長さを、たとえば、１ｍとしたが、これに限定されず、適宜変更可能である。

本発明によれば、たとえば、２層系地盤における粘土層の真空圧密による地盤改良と砂層の液状化対策のための地盤改良とを同時期に行うことができるので、効率よく粘土層と砂層の地盤改良を実施でき、経済的である。

１０ ドレーン材、一体化ドレーン材
１１ ドレーン材、第１ドレーン材
１２ ドレーン材、第２ドレーン材
１１ｂ，１２ｂ 排水ホース、排水部
２０ 結束バンド
３１ 排水部
３２ａ〜３２ｆ，３３ａ〜３３ｆ 開閉バルブ
４０ ドレーン材、一体化ドレーン材
４１ ドレーン材、第１ドレーン材
４２ ドレーン材、第２ドレーン材
４１ｂ 排水部
４１ｃ，４２ｃ 排水ホース、排水部
Ｇ ２層系地盤
Ｇ１ 粘土層、下部層
Ｇ２ 砂層、上部層
Ｐ 真空ポンプ

Claims (7)

1. 下部層と上部層の２層系地盤についての地盤改良工法であって、
   下部層に対してその改良層厚さに応じた長さを有する第１ドレーン材と、上部層に対してその改良層厚さに応じた長さを有する第２ドレーン材と、を一体化した一体化ドレーン材を用意し、
   前記一体化ドレーン材を改良対象の２層系地盤に打設し、
   前記下部層に対して真空ポンプで前記第１ドレーン材により負圧を作用させて第１地盤改良工程を実施し、前記上部層に対して前記真空ポンプで前記第２ドレーン材により負圧を作用させて第２地盤改良工程を前記第１地盤改良工程とほぼ同時期にかつ異なる期間で実施する地盤改良工法。
2. 前記第１ドレーン材および前記第２ドレーン材は、それぞれ排水部を上部に備え、
   前記第１ドレーン材の排水部を、前記第２ドレーン材の排水ホースと一体化する請求項１に記載の地盤改良工法。
3. 前記第１ドレーン材と前記第２ドレーン材との一体化をバンド手段により行う請求項１または２に記載の地盤改良工法。
4. 前記下部層が粘土層、前記上部層が砂層である場合、前記粘土層について前記第１ドレーン材により真空圧密工法を実施し、前記砂層について前記第２ドレーン材により吸水締固め工法を実施する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の地盤改良工法。
5. 下部層と上部層の２層系地盤についての地盤改良工法に用いるドレーン材であって、
   下部層に対してその改良層厚さに応じた長さを有する第１ドレーン材と、上部層に対してその改良層厚さに応じた長さを有する第２ドレーン材と、が一体化され、
   改良対象の２層系地盤に打設されてから、前記第１ドレーン材により負圧を作用させて前記下部層に対して行う第１地盤改良工程と、前記第２ドレーン材により負圧を作用させて前記上部層に対して行う第２地盤改良工程と、を実施可能であり、
   前記第１ドレーン材および前記第２ドレーン材は、それぞれ排水部を上部に備え、
   前記第１ドレーン材の排水部を前記第２ドレーン材と一体化したドレーン材。
6. 前記第１ドレーン材と前記第２ドレーン材とを一体化するためのバンド手段を備える請求項５に記載のドレーン材。
7. 前記第１ドレーン材と前記第２ドレーン材とが同一の外形形状を有する請求項５に記載のドレーン材。

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