(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を大量に含んだ軟弱地盤中にドレーンを鉛直に打設すると共に前記軟弱地盤の上に排水用の透水層を敷設し、その上から上載荷重を施工する圧密促進工法において、前記ドレーンを構成するドレーン材に軟弱地盤中の間隙水との間に浸透圧を発生させる浸透圧発生材を含ませたことを特徴とする軟弱地盤の圧密促進工法。
【請求項２】
前記ドレーン材は浸透圧発生材と砂との混合物であることを特徴とする請求項１記載の軟弱地盤の圧密促進工法。
【請求項３】
前記ドレーン材は浸透圧発生材のみからなることを特徴とする請求項１記載の軟弱地盤の圧密促進工法。
【請求項４】
前記ドレーン材は、透水性のある２重管の内管と外管との間に充填されていることを特徴とする請求項１記載の軟弱地盤の圧密促進工法。
【請求項５】
前記ドレーン材は、圧密完了までの間腐食しないネットで被われていることを特徴とする請求項１記載の軟弱地盤の圧密促進工法。
【請求項６】
前記ドレーン材は、透水性のあるボード状の被覆材と、その内方に充填される浸透圧発生材あるいは浸透圧発生材と砂との混合物からなるコア材とから成り、かつ前記コア材同士の間に鉛直方向に連通する空間を形成したボードドレン材であることを特徴とする請求項１記載の軟弱地盤の圧密促進工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分を大量に含んだ軟弱地盤例えば沖積粘土層などの軟弱粘土性地盤から間隙水を排出して圧密を促進させ地盤強度を増加させる工法に関する。更に詳述すると、本発明は、軟弱地盤中に鉛直にドレーン材を多数設置して間隙水の排水を促すバーチカルドレーン工法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱地盤の改質工法として一般的なバーチカルドレーン工法は、軟弱地盤中にドレーンを鉛直に多数配置することにより間隙水がドレーンに到着するまでの排水距離を短くし、ドレーンを設けない載荷重工法の場合に比べて圧密を促進させて圧密完了までの時間（以下、圧密時間と呼ぶ）を大幅に短縮させる工法である。この工法は、使用するドレーン材の種類によって、サンドドレーン工法、パックドレーン工法及びボードドレーン工法に大別されるが、いずれの工法も軟弱地盤中に排水路（ドレーン）を形成して排水距離を短くし、圧密時間を短縮させることには変わりない。即ち、圧密に要する排水時間は排水距離の２乗に比例するので、例えば排水距離を１／２にすることで排水時間を１／４に短縮できる。バーチカルドレーン工法はこの原理を利用したものである。そこで、この従来のバーチカルドレーン工法によると、圧密完了までの時間の更なる短縮を図るには、ドレーンの打設間隔を狭くして排水距離をより一層短くするか、またはドレーンの設置数はそのままで載荷重を増加させて同一時間における地盤の沈下量を増やす必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ドレーンの打設間隔を狭くする方法では打設本数が増えて施工費用が高くなる。また、載荷重を増加させて地盤の沈下量を増やす方法は、改良の対象となる地盤が軟弱である故に盛土荷重の増量には限界があること、またこのため段階的に盛土を増加させるときには施工に余分な手間がかかること、さらに残土の処理量が増加すること、また大気圧工法については載荷重に限界があること等の理由から効率的でない。
【０００４】
そこで、本発明は、ドレンの打設間隔や圧密沈下量を変えずに、圧密時間を一層短縮できる軟弱地盤の圧密促進工法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明は、水分を大量に含んだ軟弱地盤中にドレーンを鉛直に打設すると共に軟弱地盤の上に排水用の透水層を敷設し、その上から上載荷重を施工する圧密促進工法において、ドレーンを構成するドレーン材に軟弱地盤中の間隙水との間に浸透圧を発生させる浸透圧発生材を含ませるようにしている。
【０００６】
したがって、上載荷重によって軟弱地盤中の間隙水に過剰間隙水圧が発生し、またドレーン中の浸透圧発生材がドレーンへ流入する間隙水に溶けて濃度差による浸透圧を軟弱地盤中の間隙水との間に発生させる。そこで、軟弱地盤中の間隙水は過剰間隙水圧と浸透圧とを受けてドレーンへ流れ込み、更にドレーンを通じて透水層を経て排水される。このとき、過剰間隙水圧を受けて流れるときよりも間隙水のドレーンへ向けて流れる速度が増加する。
【０００７】
ここで、ドレーン材は、少なくとも浸透圧発生材を含んでいれば良く、例えば浸透圧発生材と砂との混合物、あるいは浸透圧発生材のみからなる。浸透圧発生材としては、軟弱地盤中の間隙水との間に浸透圧を発生させる物質、より好ましくは安価な物質例えば塩、砂糖などが使用可能である。また、浸透圧発生材は、打設前のドレーン材に予め混練しておくか、通常のドレーン材打設後直ちにドレーン材の中に投入するか、あるいはドレーン材と浸透圧発生材を同時に打設することも可能である。例えば、ドレーン材は透水性のある２重管の内管と外管との間にあらかじめ充填されている。この場合、内管の内側が中空となるので透水係数が大きくなり排水速度が上がる。また、ドレーン材は、圧密完了までの間腐食しないネットで被われて打設されている。この場合、軟弱地盤において地盤のすべりなどの変形が生じても、ネットによってドレーン材の形が保たれるのでドレーンが寸断されることがない。
【０００８】
更に、ドレーンは、透水性のあるボード状の被覆材と、その内方に充填される浸透圧発生材あるいは浸透圧発生材と砂との混合物からなるコア材とから成り、かつコア材同士の間に鉛直方向に連通する空間を形成したボードドレン材で構成されている。この場合、間隙水は被覆材と空間を通って排水されるだけでなく、浸透圧発生材あるいは砂と浸透圧発生材との混合物を通って排水されるので、透水係数が大きくなり排水速度が速くなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１に軟弱地盤に適用される本発明の圧密促進工法の原理を示す。この圧密促進工法は、水分を大量に含んだ軟弱地盤１中にドレーン２を鉛直に打設すると共に軟弱地盤１の上に排水用の透水層３を敷設し、その上から上載荷重４を施工する。そして、ドレーン２を構成するドレーン材５に軟弱地盤１中の間隙水６との間に浸透圧を発生させる浸透圧発生材を含ませるようにしている。ここで、ドレーン材５は、少なくとも浸透圧発生材を含んでいれば良く、例えば浸透圧発生材を混合させたり、あるいは場合によっては浸透圧発生材だけでドレーン材５を構成しても良い。また、浸透圧発生材としては、軟弱地盤１中の間隙水６との間に浸透圧を発生させる物質、より好ましくは安価な物質例えば塩、砂糖などが使用可能である。
【００１１】
この工法によると、上載荷重４によって軟弱地盤１中の間隙水６に過剰間隙水圧が発生し、またドレーン２中の浸透圧発生材がドレーン２へ流入する間隙水６に溶けて濃度差による浸透圧を軟弱地盤１中の間隙水６との間に発生させる。そこで、軟弱地盤１中の間隙水６は過剰間隙水圧と浸透圧とを受けてドレーン２へ流れ込む流れを発生させ、更にドレーン２を通じて透水層３を経て排水される。したがって、過剰間隙水圧を受けて流れるときよりも間隙水の流れる速度が増加する。
【００１２】
以上の圧密促進工法において、浸透圧発生材は、打設前のドレーン材に予め混練しておくか、通常のドレーン材打設後直ちにドレーン材の中に投入するか、あるいはドレーン材と浸透圧発生材を同時に打設することも可能である。
【００１３】
例えば、図２に示すように、ドレーン材５を直接軟弱地盤１中に打設してドレーン２を形成する場合、ドレーン材としてはあらかじめ砂と塩を混合したものが使用される。この実施の形態におけるドレーン２の形成手法は、所謂サンドドレーン工法と呼ばれるものと同様であるので特に図示していないが、ドレーン２は、ケーシングと呼ばれる筒（図示省略）を軟弱地盤１中に打設し、その中にドレーン材５を充填してから更に所定深度まで打設し、その後ケーシングだけを底の蓋を開けて引き上げてドレーン材５を軟弱地盤１中に残すことによって形成される。この場合、砂と塩との混合物から成るドレーン材５が杭となって軟弱地盤１中に鉛直に打設されたドレーン２を形成し、ドレーン材５中の塩が徐々に溶けて濃い濃度の液体となり、ドレーン材および周囲の軟弱地盤１部分で間隙水との間に浸透圧を発生させる。ここで、塩が溶けても砂は残り、ドレーン材として依然機能する。
【００１４】
また、図３に本発明の第２の実施形態を示す。この実施の形態は、ドレーン材５として合成繊維製のネット１０に砂と塩との混合物を充填したものを使用する、所謂パックドレーン工法に適用したものである。ネット１０は、圧密完了までの間に腐食しないもの、例えばポリエステル繊維などで編まれたものなどの使用が好ましい。この工法の場合、ドレーン材５を軟弱地盤１中に打設するには、前述のサンドドレーン工法と同様に、先ず、円筒状の打設用ケーシング（図示せず）を軟弱地盤１中に打設した後、このケーシング内にネット１を挿入する。次に、ネット１０内に砂と塩とを混合したドレーン材５を充填する。ドレーン材５の充填完了後、ケーシングを所定深さまで更に打設し、ケーシングの先端の蓋を開いてケーシングのみを引き抜き、ドレーン材５のみを軟弱地盤１中に残す。これによって、ネット１０で保護されたドレーン材５の杭からなるドレーン２が形成される。このドレーン材５の場合、図２のドレーン材よりも地盤の変形に対して強くドレーンが寸断され難い。
【００１５】
また、図４及び図５に第３の実施の形態を示す。この工法の場合のドレーン材５は、透水性の良い二重管１１の内管１２と外管１３との間に充填されて成る。ドレーン材としては、例えば砂に浸透圧発生材を混合させたもの、あるいは塩などの浸透圧発生材そのものをドレーン材として使用している。浸透圧発生材だけを使用する場合には、例えば岩塩を砂のように粉砕したものを用いても良い。また、二重管１１は、例えばポーラス状の無数の微細孔が全長にわたって形成されている多孔性のプラスチックパイプから成る内管１２及び外管１３により構成されている。内管１２及び外管１３は、設置された地盤の変動に伴って湾曲し得る柔軟性を有していることが好ましい。内管１２と外管１３は、長さ方向に所定間隔をおいて複数箇所で連結されており、二重管１１として一体化されている。尚、二重管１１も内管１２の内側に更に空間１４を形成してドレーン材として機能する。
【００１６】
このドレーン材５の場合、二重管１１内にしみ込んだ間隙水で浸透圧発生材が徐々に溶かされて間隙水よりも濃度の濃い液体となり、ドレーン材部分に軟弱地盤中の間隙水との間に浸透圧を発生させる。そして、間隙水は外管１３と内管１２との間のドレーン材５および内管１２の内側の空間１４を利用して軟弱地盤１上の透水層３へ排水される。このドレーン材５の場合も、前述の方法と同様に打設用円筒形ケーシングを用いて打設するのが良い。
【００１７】
次に、図６及び図７に基づいて本発明の第４の実施形態について説明する。ドレーン材５は、いわゆるボードドレーン材であり、透水性のあるボード状の被覆材１５と、その内方に充填される浸透圧発生材あるいは浸透圧発生材と砂との混合物からなるコア材１６とから構成されている。そして、コア材１６とコア材１６との間には鉛直方向に連通する空間１７が形成されている。被覆材１５としては、圧密完了までの間腐食しない素材、例えばポリエステルとアクリルの不織布、ポリエステルとセルロースとの不織布などの使用が好ましい。また、コア材１６と空間１７とを仕切る仕切壁１８も同様に圧密完了までの間腐食しない素材、例えばポリエステルとアクリルの不織布、あるいはポリエステルとセルロースとの不織布などによって構成され、被覆材１５と一体にあるいは被覆材１５に対して例えば接着などで固着されている。これら不織布は、多孔性であり土壌中の粒子を濾別し水には高い透過性を示す。このドレーン材５は、軟弱地盤１の変動に併せて変形可能な柔軟性のある構造とされている。
【００１８】
このドレーン材０５を軟弱地盤１中に設置するには、通常のボードドレーン材を設置する場合と同様に、マンドレルを使用して行われる。即ち、ドレーン材５の先端に、所謂とも上がり現象を防止するためのアンカプレート（図示せず）を取り付ける。このアンカプレートは従来のものと同様のものであり、したがって、これについての説明は省略する。次に、ドレーン材５をマンドレルを使って軟弱地盤１中に鉛直に打設する。ドレーン材５は、所定間隔で多数打設される。その後、マンドレルを引き抜く。ドレーン材５の先端にはアンカプレートが取り付けられており、このアンカプレートが発生させる引き抜き抵抗力でドレーン材５のとも上がり現象が防止される。同様の手順で所定数のドレーン材５を打設した後、軟弱地盤上に透水層たる敷砂（サンドマット）３と盛土（載荷重）４を施すことは上述の各実施の形態と同様である。
【００１９】
軟弱地盤１に載荷重がかかると、軟弱地盤１中に過剰間隙水圧が発生する。これにより、ドレーン材５に向かう間隙水の流れが発生し、この間隙水がドレーン材５の被覆材１５にしみ込み始める。そして、ドレーン材５内に充填されたコア材１６の中の塩が徐々に溶けて間隙水よりも濃い濃度の液体となり、被覆材１５や周りの軟弱地盤１部分に濃度差に起因する浸透圧が発生する。即ち、過剰間隙水圧が作用している間隙水に対して更に浸透圧も作用し、ドレーン材５に向かう間隙水６の流れがより一層速くなる。そして、ドレーン材５内にしみ込んだ間隙水６は、ドレーン材５の被覆材１５、空間１７及びコア材１６内を流れて排水される。
【００２０】
尚、上述の各実施形態は本発明の好適なものの一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、浸透圧発生材としては塩に限るものではなく、水に溶けて軟弱地盤中の間隙水との間に浸透圧を発生し得るものであればどのような物質でも良く、例えば砂糖などの使用がコスト的にも安価で好ましい。
【００２１】
また、軟弱地盤中に過剰間隙水圧を発生させる載荷手法としては、盛土の他に、大気圧工法や地下水位低下法によるものでも良いことは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、水分を大量に含んだ軟弱地盤中にドレーンを鉛直に打設すると共に前記軟弱地盤の上に排水用の透水層を敷設し、その上から上載荷重を施工する圧密促進工法において、ドレーンを構成するドレーン材に軟弱地盤中の間隙水との間に浸透圧を発生させる浸透圧発生材を含ませるようにしているので、過剰間隙水圧が作用する間隙水に更に浸透圧を作用させることができ、間隙水の流れの速度を増加させることができる。したがって、ドレーン材の打設間隔や地盤への載荷重を増加させることなく、圧密時間を大幅に短縮することができ、施工期間の短縮と施工コストの低減を図ることができる。即ち、圧密沈下量は変わらず圧密スピードが増す。
【００２３】
また、本発明においてドレーン材を透水性のある２重管の内管と外管との間に充填すると、内管の内側が中空となるので透水係数が大きくなり排水速度が一層上がる。また、ドレーン材を圧密完了までの間腐食しないネットで被覆すると、軟弱地盤において地盤のすべりなどの変形が生じても、ネットによってドレーン材の形が保たれるのでドレーンが寸断されることがない。更に、本発明において、透水性のあるボード状の被覆材と、その内方に充填される浸透圧発生材あるいは浸透圧発生材と砂との混合物からなるコア材とから成り、かつコア材同士の間に鉛直方向に連通する空間を形成したボードドレン材でドレーンを構成すると、間隙水は被覆材と空間を通って排水されるだけでなく、砂あるいは砂と浸透圧発生材との混合物を通って排水されるので、透水係数が大きくなり排水速度が速くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軟弱地盤の圧密促進工法の原理図である。
【図２】本発明の圧密促進工法の第１の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に使用するドレーン材の斜視図である。
【図４】本発明の圧密促進工法の第３の実施形態で使用するドレーン材の斜視図である。
【図５】図４のドレーン材の横断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態で使用するドレーン材の斜視図である。
【図７】図６のドレーン材の横断面図である。
【符号の説明】
１  軟弱地盤
２  ドレーン
３  浸透層
４  盛土
５  ドレーン材
６  間隙水
１０  ネット
１１  二重管
１２  内管
１３  外管
１５  被覆材
１６  コア材
１７  空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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