(57)【要約】      （修正有）【課題】施工時に周辺区域に好ましくない振動を与えず、細粒分含有率Fcが高い砂層の場合であっても十分な締固め効果を得ることのできる機械攪拌式真空締固め工法を提供する。【解決手段】この機械攪拌式真空締固め工法は、液状化対策の対象とされた砂層Ｇ２へ真空吸水機能を有する攪拌翼１５を貫入する工程と、攪拌翼が砂層を攪拌する工程と、砂層において攪拌で生じた余剰間隙水を攪拌翼から真空吸引装置１３により吸水する工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化対策の対象とされた砂層へ真空吸水機能を有する攪拌翼を貫入する工程と、前記攪拌翼が前記砂層を攪拌する工程と、前記砂層において前記攪拌で生じた余剰間隙水を前記攪拌翼から真空吸引装置により吸水する工程と、を含むことを特徴とする機械攪拌式真空締固め工法。
【請求項２】
前記攪拌翼が前記攪拌を行いながら前記液状化対策の対象砂層の下端またはその近傍に達した後、前記吸水を行いながら前記攪拌翼を前記液状化対策の対象砂層の上端またはその近傍まで引き上げる請求項１に記載の機械攪拌式真空締固め工法。
【請求項３】
前記攪拌翼が砂層を攪拌するときの前記撹拌翼の羽根切り回数を管理する請求項１または２に記載の機械攪拌式真空締固め工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改良のための機械攪拌式真空締固め工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震時には飽和したゆるい砂層が液状化を起こし、甚大な被害を与えることがある。砂層の液状化対策として、密度増加を図る締固め工法に着目し、かつ地盤内に砂の供給を伴うSCP工法を除くと、締固め工法には振動棒締固め工法（RC工法）と、吸水型振動締固め工法（吸水RC工法）がある（非特許文献１参照）。
【０００３】
RC工法は地盤内に振動棒を挿入して、振動エネルギーで地盤の初期構造を破壊し、地盤を締め固める工法である。一方、吸水RC工法は、図８に示すように、振動源（図示省略）に接続された振動棒１００を振動させながら、同時に、ゆるい砂層Ｇ０内に配置されかつ振動棒１００の先端近傍に位置する給水管１０１により吸水を行う方法である。この吸水RC工法には、振動ロッドの鉛直振動を利用したロッドコンパクションタイプのSIMAR工法（登録商標）およびロッド先端の水平振動を利用したバイブロフロットタイプのSVF工法がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「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）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の各工法には以下のような問題点(1)〜(3)がある。
【０００６】
(1)RC工法は振動エネルギーの減衰が大きいため、１箇所あたりの改良範囲が小さく、かつ締固め効果も小さく、このため、現場での適用性は低い。
【０００７】
(2)吸水RC工法はRC工法を改良し、振動時に吸水を併用することで、改良効果をより高めた工法である。この工法の利点としては、振動時に液状化した砂から直ちに吸水することで（砂が液状化しない）、振動の距離減衰が小さく、より広い範囲での改良が可能なことである。しかしながら、周辺区域に好ましくない振動を与えることがある。
【０００８】
(3)吸水RC工法は、細粒分含有率Fcが高い砂層に対して適用が困難である。たとえば、SIMAR工法の場合は、Fc10%程度が限度である（ロッド先端の吸水・運搬機構にジェットキャリー方式が用いられている。この方式において、吸引部には小さな穴が開いており、細粒分が吸引されるためと考えられる）。また、十分な締固め効果を得るための振動・吸水時間の管理方法が不明である。
【０００９】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、施工時に周辺区域に好ましくない振動を与えず、細粒分含有率Fcが高い砂層の場合であっても十分な締固め効果を得ることのできる機械攪拌式真空締固め工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法は、  液状化対策の対象とされた砂層へ真空吸水機能を有する攪拌翼を貫入する工程と、前記攪拌翼が前記砂層を攪拌する工程と、前記砂層において前記攪拌で生じた余剰間隙水を前記攪拌翼から真空吸引装置により吸水する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
この機械攪拌式真空締固め工法によれば、液状化対策の対象とされた砂層を攪拌翼により機械的に攪拌することで砂の構造を破壊し、破壊時に生じた余剰間隙水を真空吸水するので、施工時に周辺区域に好ましくない振動を与えずに、十分な締め固め効果が得られ、細粒分含有率Fcが高い砂層の場合であっても十分な締固め効果を得ることができる。また、真空吸水機能を有する攪拌翼を用いることで吸水工程の実施が容易となり、施工コスト的にも有利である。
【００１２】
上記機械攪拌式真空締固め工法において、前記攪拌翼が前記攪拌を行いながら前記液状化対策の対象砂層の下端またはその近傍に達した後、前記吸水を行いながら前記攪拌翼を回転させながら前記液状化対策の対象砂層の上端またはその近傍まで引き上げることが好ましい。
【００１３】
また、前記攪拌翼が砂層を攪拌するときの前記撹拌翼の羽根切り回数を管理することで、締固めに長時間を要する細粒分含有率Fcが高い砂層の締固めを十分に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の機械攪拌式真空締固め工法によれば、施工時に周辺区域に好ましくない振動を与えず、細粒分含有率Fcが高い砂層の場合であっても十分な締固め効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法を実施するための機械攪拌式真空締固め装置および改良対象の地盤断面を概略的に示す図である。
【図２】図１のロッドの下端の攪拌翼を示す縦断面図である。
【図３】本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法の各工程を説明するためのフローチャートである。
【図４】図３の攪拌翼貫入工程Ｓ０５から吸水停止工程Ｓ１０までの施工サイクルを説明するためのグラフである。
【図５】本実験例に使用した実験装置を概略的に示す図であって、実験装置の平面図（ａ）および縦断面図（ｂ）である。
【図６】図５の実験装置に用いた真空ポンプ設備を概略的に示す図である。
【図７】本実験例において改良層厚Hと地表面沈下量Sとの関係を示す図である。
【図８】従来の吸水RC工法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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機械攪拌式真空締固め工法を実施するための機械攪拌式真空締固め装置および改良対象の地盤断面を概略的に示す図である。図２は図１のロッド下端の攪拌翼を示す縦断面図である。図３は本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法の各工程Ｓ０１〜Ｓ１２を説明するためのフローチャートである。図４は図３の攪拌翼貫入工程Ｓ０５から吸水停止工程Ｓ１０までの施工サイクルを説明するためのグラフである。
【００１７】
図１に示すように、機械攪拌式真空締固め装置１０は、クローラークレーン１１と、クローラークレーン１１に上端が支持され鉛直上下方向に駆動されかつ回転駆動される中空構造のロッド１２と、吸水ホース１４を通して地盤内の間隙水を吸引する真空ポンプなどから構成される真空吸引装置１３と、ロッド１２の下端１２ａに設けられた真空吸水機能を有する攪拌翼１５と、を備える。
【００１８】
攪拌翼１５は、図２のように、ロッド１２の下端１２ａにロッド中心軸から半径方向外方へ放射状に延びるように取り付けられた複数のパイプ１５ａからパイプ構造に構成されている。パイプ１５ａの外周面には多数の孔１５ｂが形成されている。また、パイプ１５ａの外面には目詰まり防止のため不織布などからなるフィルタ１６（図２の破線で示す）が張り付けられている。
【００１９】
真空吸引装置１３により吸水ホース１４を通してロッド１２の内部空間１２ｂが減圧されることで、攪拌翼１５のパイプ１５ａの多数の孔１５ｂを通して地盤内の間隙水を吸引することができる。吸引された間隙水は、吸水ホース１４を通して外部へ排出される。
【００２０】
なお、パイプ１５ａはロッド中心軸に対し直交するようにロッド１２から突き出しているが、ロッド中心軸に対し傾斜して突き出すようにロッド１２に設けてもよい。また、パイプ１５ａは、図１，図２では二段構造にしているが、さらに多段に設けた多段構造にしてもよく、また、各段のパイプ１５ａの本数や位相差も適宜設定できる。また、フィルタは、各孔１５ｂに栓をするようなタイプから構成してもよい。
【００２１】
次に、図１〜図４を参照して本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法の各工程について説明する。
【００２２】
まず、対象の地盤について液状化対策が必要であるか否かを調査する（Ｓ０１）。すなわち、対象地盤において、土質調査（標準貫入試験、粒度試験など）を行い、この土質調査の結果（Ｎ値や粒度分布など）から、各砂層の液状化の可能性について判定をする。その結果、たとえば、図１のように、対象地盤Ｇにおいて、上部から順に、液状化対策を必要としない砂層Ｇ１，液状化対策が必要な飽和したゆるい砂層Ｇ２，硬い砂層Ｇ３が存在すると判定された場合には、飽和したゆるい砂層Ｇ２に対して締固めを行う。
【００２３】
たとえば、図１，図４に示すように、液状化対策が必要な砂層Ｇ２は、深度３〜９ｍの範囲に存在するとして説明する。なお、すでになされた土質調査等により液状化対策の必要性の有無等が判断されている場合には、この調査工程は省略される。
【００２４】
図１のような機械攪拌式真空締固め装置１０を用意し、機械攪拌式真空締固めの準備を行い（Ｓ０２）、クローラークレーン１１等を改良対象地盤面に設置する（Ｓ０３）。
【００２５】
次に、ロッド１２をクローラークレーン１１の上部に取り付ける（Ｓ０４）。ロッド１２の下端１２ａには攪拌翼１５が取り付けられている。
【００２６】
次に、クローラークレーン１１によりロッド１２を回転させながら鉛直方向下側へ駆動し、ロッド１２の下端（先端）１２ａの攪拌翼１５を回転させながら地盤Ｇ内へと、たとえば、図４のように１ｍ／分程度の貫入速度で貫入させる（Ｓ０５）。
【００２７】
攪拌翼１５が、液状化対策の対象とされた砂層Ｇ２の上端（図４の深度３ｍ）から図１の回転方向Ｒに回転しながら貫入することで砂層Ｇ２内を機械的に攪拌する（Ｓ０６）。かかる機械攪拌により砂層Ｇ２における砂の構造を破壊し液状化を発生させ、この破壊時に余剰間隙水が生じる。
【００２８】
次に、攪拌翼１５が砂層Ｇ２の下端（図４の深度９ｍ）に達する（Ｓ０７）と、攪拌翼１５の回転方向を反転させて図１の回転方向Ｒ’に回転させながらロッド１２を引き上げるとともに、真空吸引装置１３を稼動させて、攪拌翼１５のパイプ１５ａに形成された多数の孔１５ｂを通して砂層Ｇ２から生じた余剰間隙水の真空吸水を行う（Ｓ０８）。これにより、砂層Ｇ２の締め固めが行われる。
【００２９】
攪拌翼１５をたとえば、図４のように引き上げ速度１ｍ／分程度として引き上げ、攪拌翼１５が砂層Ｇ２の上端（図４の深度３ｍ）に達する（Ｓ０９）と、真空吸引装置１３の稼働を止め、吸水を停止する（Ｓ１０）。
【００３０】
引き続き、ロッド１２の駆動により攪拌翼１５を地盤面上まで引き上げる（Ｓ１１）。砂層Ｇ２に対する締め固めにより地盤面が沈下しているので、必要に応じて、地盤面に砂を投入する（Ｓ１２）。
【００３１】
本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法によれば、液状化対策の対象とされた飽和したゆるい砂層Ｇ２の中に真空吸水機能を持つ攪拌翼１５を回転させながら貫入させ、攪拌翼１５が対象の砂層Ｇ２の下端に達すると、真空吸引装置１３の稼動による真空吸水を行いながら、攪拌翼１５を対象の砂層Ｇ２の上端まで引き上げることで、攪拌翼１５による機械攪拌で砂の構造を破壊した時（液状化の発生時）に生じる余剰間隙水を真空吸水し、これにより、飽和したゆるい砂層Ｇ２を十分に締め固めることができる。
【００３２】
また、真空吸水機能を有する攪拌翼を用いることで吸水工程の実施が容易となり、施工コスト的にも有利であることから、経済的な液状化対策が可能である。
【００３３】
本実施形態では、真空吸水を併用することで、吸水RC工法と同等の締固め効果を得ることができ、締固め効果を向上させることができる。また、砂の構造を破壊するために、振動ではなく、機械攪拌を用いることにより改良対象地盤に振動を与える必要がないから、周辺区域に好ましくない振動を与えずに締め固めによる地盤改良施工を実施することができる。
【００３４】
〈実験例〉
次に、本実施形態による機械攪拌式真空締固め工法について実験によりその効果を確認した。
【００３５】
実験装置を図５（ａ）（ｂ）に示す。図に示すように、直径30cm×高さ1mの円筒容器内に、珪砂5号を用いて水中落下方式で、相対密度Dr=51%、高さ65cmの飽和したゆるい砂層を作製した。次に、砂層上面に高さ10cmで海成粘土を置き、負圧シール層を形成した。攪拌翼として、鉛直方向10cm間隔、外径15mm、内径7.5mm長さ25mm、外周面に多数の小孔を形成した中空パイプを２本用い、１本毎に180度の位相差で中空ロッドに長手方向に対し傾斜して取り付けた。砂の締固めは、まず、この攪拌吸水パイプ（外側にフィルタを配置）を下端に取り付けた中空ロッドをモータによりスリップリングを介して回転させながら砂層の下端位置まで貫入させた。攪拌吸水パイプが下端に達すると、反転して引き上げると同時に、図６の真空ポンプ設備を稼動させて、吸水ホースを通して砂層からの真空吸水を開始した。この真空吸水では-60kN/ m2の負圧を作用させた。この上昇過程においては砂の構造の破壊と余剰間隙水の吸引が行われ、砂が締め固められた。攪拌翼が砂層の上端に達すると、真空吸引を停止した。
【００３６】
実験結果を図７に示す。すなわち、図５（ｂ）の改良層厚H（砂層下端からの距離）に対し砂層上端の沈下量Sを測定し、図７に改良層厚Hと地表面沈下量Sとの関係を示す。改良効果の指標としては、深層混合処理工法で用いている羽根切り回数T（回/m）を用いた。羽根切り回数Tは次の(1)式で表される。
T=ΣM×（R/V）    (1)
ここに、
M：攪拌翼の個数
R：回転速度（回/分）
V：引き上げ速度（m/分）
【００３７】
図７のように、羽根切り回数Tを、中空ロッドの引き上げ速度を調整することで、T=50回/m、100回/m および200回/m とした実験結果を比較すると、T=50回/m の沈下量がやや少なくなった。この理由は、T=50回/mでは締固めが不十分であり、Tを100回/m以上とすると、十分な締固め効果が得られるためと考えられる。
【００３８】
以上の実験結果から、本機械攪拌式真空締固め工法において現地試験施工の実施などで羽根切り回数を適切に設定することにより、細粒分含有率Fcが高い砂層に対しても十分な締固め効果を得ることができる。      
【００３９】
また、図７の改良層厚Hと地表面沈下量Sとの関係を見ると、両者の間にはほぼ正比例の関係が認められた。また、沈下量と排水量はほぼ一致しており、排水量から締固め管理を行うことも可能である。
【００４０】
また、沈下量から求めた締固め後の相対密度Drはおよそ85%となり、十分な締固め効果を得ることができた。通常の液状化対策において、相対密度Drは80%以上が必要と考えられる。
【００４１】
なお、本発明による機械攪拌式真空締固め工法の施工に際しては、上記羽根切り回数を数段階に変更した現地試験施工を実施し、羽根切り回数と地表面の沈下体積（形状）および吸引水量（排水量）との関係を把握して最適の羽根切り回数を設定することが望ましい。この試験施工を実施することにより、細粒分含有率Fcが高い砂層に対しても十分な締固め効果を得ることができる。また、地表面沈下量は三次元的な分布を持って生じるため、締固め効果の把握が不明確となる恐れがあるが、排水量は締め固めた砂層の体積減少量に密接に関係しているので、締固め効果をより正確に表すものと考えられる。
【００４２】
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、本実施形態では攪拌翼をパイプ構造としたが、本発明はこれに限定されず、他の構造であってもよく、たとえば、プロペラ状やらせん状などであってもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、撹拌翼が貫入されて砂層を攪拌しながら改良対象の砂層の下端に達してから真空吸水を開始したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、撹拌翼が砂層の下端に達する前から真空吸水を開始してもよい。
【００４４】
また、本実施形態では、改良対象の砂層の上端に達してから真空吸水を停止したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、砂層の上端に達する前に真空吸水を停止してもよい。
【００４５】
なお、本明細書において、改良対象の砂層の上端、下端に達するとは、上端、下端の近傍に達することも含む。
【符号の説明】
【００４６】
１０            機械攪拌式真空締固め装置
１１            クローラークレーン
１２            ロッド
１３            真空吸引装置
１５            攪拌翼
１５ａ  パイプ
１５ｂ  孔
１６            フィルタ
Ｇ２            液状化対策の必要な飽和したゆるい砂層
【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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【図８】
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