(57)【要約】【課題】  簡単な方法で低コストであり、軟弱地盤の側方流動やすべりが生じる場合でもドレーン機能を維持しつつ沈下収束時間を大幅に短縮して早期の造成地盤の供用を得ることのできる高速圧密沈下型の軟弱地盤改良方法を提供する。【解決手段】    軟弱地盤上に盛土し、造成面の多数位置に盛土上面から下方に向けて地盤を攪拌しつつ団粒化剤を地盤内に圧送噴射しながら軟弱地盤に団粒化剤を混入して多数の団粒化ドレーンを形成して造成区域全体を団粒化地盤とする。盛土重力による団粒化後の団粒間隙部圧縮により急速に地盤の圧密沈下を生起させて軟弱地盤を改良する。沈下収束時間を大幅に短縮させることにより、軟弱地盤上に予定される構造物等の構築を早期に開始させる。【選択図】図１
2006161384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱地盤上に盛土し、
造成面の多数位置に盛土上面から下方に向けて地盤を攪拌しつつ団粒化剤を地盤内に圧送噴射しながら軟弱地盤に団粒化剤を混入して多数の団粒化ドレーンを形成して造成区域全体を団粒化地盤とし、
盛土重力による団粒化後の団粒間隙部圧縮により急速に地盤の圧密沈下を生起させて軟弱地盤を改良することを特徴とする軟弱地盤の改良方法。
【請求項２】
団粒化ドレーンの中心部分において縦方向に他のドレーンを形成し、二重ドレーン構造としたことを特徴とする請求項１記載の軟弱地盤の改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤の改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海岸、湖岸等の沿岸部を埋め立てて、海上あるいは湖水上等に構造物や施設、居住設備、飛行場等を構築する場合があり、特に、人工密集地等での施設利用ニーズの高い地域で、それらを構築するための土地の確保が困難となりつつある点から、今後もそのような構造物の建造が必要とされると考えられる。その他、ヘドロ層、泥炭層等の軟弱な粘性土を含む軟弱地盤は、その上に構造物を構築した後に地盤沈下を生じさせやすく、構築物や道路、公共設備等にも影響を及ぼす点から、地盤を沈下させないようにいかに強化、あるいは改良するかが問題となる。
【０００３】
従来から、軟弱地盤の改良のために種々の方法が提案されており、大きく分けると（１）軟弱地盤に締め固めた砂ぐいを造り、砂ぐいの支持力によって安定を増し、沈下量を減ずる方法、（２）複数箇所にセメント等を含む硬化材を充填して長大な柱材を軟弱地盤内に多数設置して上面側の構築物を支持させる方法、さらには、（３）計画地域を積極的に圧密沈下させて地盤沈下を増進させ沈降限界に早く到達させて地盤を安定化させる方法等がある。（１）、（２）の方法は、構造物や地表地盤の形成後に地盤沈下が生じた場合に，その都度、専用打ち込み充填装置によりセメント系等の硬化材を打ち込みするものであって、設置や敷設後の構築物、構造物、敷設道路等に沈下による大きな損害を生じさせるおそれがあり、しかも、打ち込み装置の製造コストや広範囲にわたる硬化材の打ち込みに要する材料コストが高く、さらに、作業前後の管理、作業コストが高いという問題があった。また、（２）の縦柱材を軟弱地盤内に多数設置して上面側の構築物の支持を行う方法でも、柱材の原料コストが高く、計画造成面全体についてこの柱材の構築を行うためには膨大な費用と長い工期が必要で、実用性に欠ける問題があった。一方、（３）の圧密沈下を生じさせて軟弱地盤全体の強化、改良を企図する方法として例えば特許文献１のような方法が提案されている。
【特許文献１】特開平６−８８３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来の特許文献１の軟弱地盤処理工法における周辺地盤の沈下防止方法によれば、盛土施工箇所の周囲の地中にペーパー状にした多数の水膨脹性繊維をペーペードレーン打設機を用いて地中に打ち込むことにより遮断層を造成し、水膨脹性繊維は軟弱地盤からの水を吸収して膨潤・ゲル化することにより盛土施工箇所と周辺地盤との境界部にすべり層を形成し，これによって盛土施工箇所における地盤沈下が，周辺地盤に伝播するのを防止するようにしたものである。しかしながら、この方法では計画地域での圧密沈下の収束が遅く，造成後，建築物が建った後も大きな沈下が続くという欠点がある。すなわち、この特許文献１の方法では圧密沈下の収束時間が長く，埋め立て・盛土造成地の供用までに相当な時間がかかるため，残留沈下量を認めながらも供用を開始し，沈下対策に巨額の費用がかかる虞があった。また、ドレーン材の間隙内水圧よりも大きな荷重圧を加えるために多量の盛土を行えば軟弱地盤は側方流動やすべりが生じやすく、その移動によってドレーン材が中間部で切断されて不連続部分が生じるから、載荷盛土を段階的に行って徐々に軟弱地盤を圧密沈下させる必要があり、この点からも、圧密沈下の収束時間を長くして全体の施工経費を高くしている原因があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な方法で低コストであり、軟弱地盤の側方流動やすべりが生じる場合でもドレーン機能を維持しつつ沈下収束時間を大幅に短縮して早期の造成地盤の供用を得ることのできる高速圧密沈下型の軟弱地盤改良方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、軟弱地盤上に盛土し、造成面の多数位置に盛土上面から下方に向けて地盤を攪拌しつつ団粒化剤を地盤内に圧送噴射しながら軟弱地盤に団粒化剤を混入して多数の団粒化ドレーンを形成して造成区域全体を団粒化地盤とし、盛土重力による団粒化後の団粒間隙部圧縮により急速に地盤の圧密沈下を生起させて軟弱地盤を改良することを特徴とするから構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の軟弱地盤の改良方法は、軟弱地盤上に盛土し、造成面の多数位置に盛土上面から下方に向けて地盤を攪拌しつつ団粒化剤を地盤内に圧送噴射しながら軟弱地盤に団粒化剤を混入して多数の団粒化ドレーンを形成して造成区域全体を団粒化地盤とし、盛土重力による団粒化後の団粒間隙部圧縮により急速に地盤の圧密沈下を生起させて軟弱地盤を改良する構成であるから、流体に溶融あるいは混合された団粒化剤の高圧圧送噴射用のジェット水導出管と、これに付設した攪拌羽根の極めて簡単な構成により、低コストであり、しかも安価な材料コストにより、軟弱地盤の団粒化および団粒化ドレーンにより高速圧密沈下を実現して沈下収束時間を大幅に短縮し、早期の造成地盤の供用を開始させることができる。同時に、団粒化処理時に形成される団粒化柱がドレーン機能を有してある程度広い範囲での軟弱地盤柱の水分の排出機能により、周辺地盤の力による地盤の横滑り等に際してもある程度のドレーン機能を維持し得る。よって、ドレーン形成の作業が簡単で、排水効率も高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。本発明の軟弱地盤の改良方法は、池、湖沼、湖岸、河口、海浜、海底等を浚渫後、埋め立てする場合や岸から離れた海上あるいは水上に構造物建造用の人工島等を構築する際のそれらの地盤面の改良方法であり、以下の実施形態では例えば護岸から離隔した水上位置に人工島を形成する場合について説明する。
【０００９】
図１ないし図４は、本発明の１つの実施形態に係る軟弱地盤の改良方法の説明図であり、図１において、改良方法の施工現場には、安定土層１０の上に軟弱地盤１２が存在している。本実施形態において、軟弱地盤１２上に盛土１４を施し、団粒化処理装置１６を介して多数の団粒化ドレーン１８を形成して造成区域２０全体を団粒化地盤とし、圧密沈下を高速に行わせる。
【００１０】
団粒化処理装置１６は、盛土１４上面から下方に向けて軟弱地盤１２を攪拌しつつ団粒化剤２２を軟弱地盤内に圧送噴射しながら軟弱地盤１２に団粒化剤２２Ａを攪拌混入して団粒化ドレーン１８を形成させる装置であり、クローラ２６を含むベースマシン２８にオペレータ室３０が装架され、さらに、可動フレーム３２を介して一方向に長いリーダフレーム３４が枢支されている。リーダフレーム３４は地盤面に対して垂直方向に長く立てた状態となるように設けられており、該リーダフレームに沿うように、団粒化処理機本体部３６が支持されている。団粒化処理機本体部３６は、本体フレーム３８と、本体フレームに支持案内されて上下動するジェット水導出管４０と、ジェット水導出管４０の下端側に取り付けられた攪拌羽根４２と、を備えている。
【００１１】
本実施形態において、本体フレーム３８は、一方向に長い長尺の中空管部材からなり、ジェット水導出管４０を縦方向に支持しつつその縦軸周り方向に回動自在及び上下移動自在に案内する。該本体フレーム３８には図示しない駆動モータが装架されており、ジェット水導出管４０を回転駆動させるとともに、上下移動するように駆動させる。本体フレーム３８は、ジェット水導出管４０の上下移動を案内し、かつ非使用時には格納位置に保持するものであり、中空管部材構成に限る必要はなく、単なる直杆状部材などでもよい。本実施形態において、ジェット水導出管４０は、内部中空部を団粒化剤を混合したジェット水の通流部とし、下端側から高圧ジェット水流を噴出させる管部材であり、同時にその下端側の攪拌羽根４２の支持基体である。
【００１２】
図４に示すように、ジェット水導出管４０の下端部付近に複数の噴出孔４４が少なくともその縦軸から半径方向に向けてジェット水を噴出させるように設けられている。そして、図４、６に示すように、その上方位置にあってある程度の離隔した位置に上下３段にわたり軸の両側に単位翼４２Ａを設けた攪拌羽根４２が取り付けられている。攪拌羽根４２の各単位翼４２Ａは、回転により攪拌作用を起こす傾斜面４６をそれぞれ備えており、軸周り回転により掘削機能とともに軟弱地盤の大きな攪拌作用を生じさせる。
【００１３】
ジェット水導出管４０の噴出孔４４から噴出されるジェット水は、団粒化剤を混合あるいは溶解させた団粒化剤含有ジェット水である。本実施形態において、団粒化剤は、水分を多量に含む軟弱地盤の土粒子どうしを結合させ、これを進行させて（架橋作用）団粒を形成させる合成高分子剤である。団粒化のメカニズムは例えば、泥水中のコロイド粒子は一般にマイナス電荷を帯びており，相互の負電荷のために粒子同士は相互に反発しあって接触せず安定に分散状態にある。この安定状態を崩すために団粒化剤を投入し，コロイドと反対電荷を有するイオン粒子等を投入し，粒子表面の荷電を中和させることにより粒子間の結合力を生じさせる。さらに結合しやすくなった粒子同士を衝突させ，これを繰り返して団粒化を進行させ団粒構造地盤とさせる。コロイド粒子の荷電中和作用剤として例えばＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）や、ポリアクリル酸等が用いられ、架橋作用を促進させる薬剤として例えば活性ケイ酸や、アニオン凝集剤等の高分子（ポリマー）団粒助剤などが用いられる。なお、図１，３，４，９中においては、模式的に団粒化後の地盤内粒子を円形（球状）に表しているが、団粒化後の地盤中は実際には、図５に示すように、大き目の土粒子Ｒの表面全体にベントナイトのような粘土微粒子Ｍやある程度大き目の粒径の土粒子が鎖状に付着して連結結合した構造となって存在している。
【００１４】
団粒化剤含有ジェット水は、ジェット水導出管４０の噴出孔４４から高圧圧送されて周囲に噴出され、到達距離を長く取れてジェット水導出管４０の回転領域よりも大きな周囲の領域で軟弱地盤の団粒化を生じさせる。図４において、ジェット水導出管４０の回転直径領域Ｄ１よりも充分に大きな直径を含む仮想回転円柱領域Ｄ２で軟弱地盤の団粒化が行われる。したがって、攪拌羽根４２の回転直径サイズは小さなものでもよく、例えば数十センチメートルであってもよい。また、それよりも大きくあるいは小さく設定してもよい。団粒化処理装置１６には、図示しない団粒化剤保持タンクや、高圧圧送装置が組み込まれている。
【００１５】
団粒化ドレーン１８は、高圧水に含まれる団粒化剤を団粒化処理装置１６が地盤層を縦方向に移動しながら縦軸の半径方向を含む周囲に噴射充填して軟弱地盤中にあって縦長の柱状に形成される団粒化地盤の縦長柱状排水手段であり、縦長柱状の団粒化ドレーン１８の周囲の水分は盛土重量負荷とドレーン１８での良好な透水性によって、排水路としての該団粒化ドレーン１８内を上昇してサンドマットを介して例えば吸引ポンプなどにより吸引排出される。これによって、急速にその造成区域の軟弱地盤の圧密沈下を促進させ、地盤改良を実現させる。
【００１６】
いま、盛土１４上の団粒化処理装置１６（図２参照）のジェット水導出管４０がオペレータ室からの操作者の操作により回転、下降駆動されると、攪拌羽根４２の回転により下方に掘進し図３のように計画深度までジェット水導出管４０による処理を行う。少なくとも軟弱地盤（層）１２の上端面位置から下降移動する際にジェット水導出管４０の下端部の噴出孔４４から団粒化剤２２Ａ含有ジェット水２２が導出管４０の周囲の半径方向について噴射され、例えば管軸中心から数メートルの遠方位置に到達する。団粒化剤含有ジェット水は、ジェット水導出管４０の下降あるいは上昇移動中に適宜の量土中に噴射され、噴射された土部分は急速に団粒化されて軟弱地盤中に縦に団粒化柱が形成され、これが団粒化ドレーン１８となる。団粒化ドレーン１８が排水路の機能を有してこれを通じて盛土の下部に敷設されたサンドマット４８を通じて軟弱地盤層中の水分が排出される。団粒化ドレーン１８中の土層では透水係数が著しく大きくなり、また、排水効率が大きく向上する。そして、造成区域２０全体にわたって多数の団粒化ドレーン１８を形成し、造成区域全体を団粒化地盤５０とする。これによって、盛土１４の大きな荷重により軟弱地盤中の土間間隙での水圧を超える水圧が軟弱地盤に含まれる水分の水頭部分に加えられ、軟弱地盤中の団粒間隙部Ｓが圧縮されて、団粒化ドレーン１８を介して軟弱地盤１２中の水分を上昇排水させつつ急速に地盤１２の圧密沈下を生起させ、短期間で圧密沈下を収束させることができる。これによって、造成区域で建造物等を造成後、大きな沈下が継続することを防止できる。
【００１７】
この実施形態では、比較的小さな回転半径の攪拌羽根４２をジェット水導出管４０に取り付けて団粒化後の部分自体を団粒化ドレーンとして機能させるようにしているが、例えば団粒化処理装置により団粒化剤の噴射を行った縦団粒化柱の中心部分に砂を軸方向に充填してサンドドレーン５２を形成し、図８のように、団粒化ドレーン１８と合わせて二重のドレーン構造として機能させるようにしても良い。
【００１８】
また、図９に示すように、造成区域の外周囲部分を非造成区域軟弱地盤部分と区画して地盤部分を縁切りするように、盛土施工箇所の周囲の地中に水膨脹性繊維等からなる遮断層５４を形成し、これによって、圧密沈下に伴う周辺地盤の力による側方流動や横すべりなどを抑制し、安定した団粒化ドレーン機能を保持させるようにしてもよい。
【００１９】
以上説明した本発明の軟弱地盤の改良方法は、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の本質を逸脱しない範囲において、任意の改変を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の軟弱地盤の改良方法は、海浜、湖沼地の沿岸部の土地拡張用の埋立て工事、池、湖沼、河川、河口、海浜、海底の堆積土砂（砂質土、粘性土，ヘドロ質土を含む）の浚渫後の埋立て、さらには、海上での人工島建設時等の造成区画部分の軟弱地盤改良に適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る団粒化処理装置を用いた軟弱地盤の改良方法の従断面説明図である。
【図２】図１の装置のジェット水導出管の掘進前の状態を示す説明図である。
【図３】図１の装置のジェット水導出管の掘進後の状態を示す説明図である。
【図４】図１の装置のジェット水導出管による軟弱地盤の団粒化の状態を示す作用説明図である。
【図５】図４のＰ部での拡大図であり、特に団粒化状態より具体的な団粒化状態を示す図である。
【図６】図１の装置のジェット水導出管に取り付けた攪拌羽根を主に示す一部省略斜視説明図である。
【図７】図６の攪拌羽根の底面図である。
【図８】図５の団粒化ドレーン部分の他の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図９】造成区域の外郭部分に遮断層を設けた例を示す縦断面説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  安定土層
１２  軟弱地盤
１４  盛土
１６  団粒化処理装置
１８  団粒化ドレーン
２０  造成区域
２２  団粒化剤
４０  ジェット水導出管
４２  攪拌羽根
４４  噴出孔
５０  団粒化地盤
【図１】
2006161384.tif 000003
【図２】
2006161384.tif 000004
【図３】
2006161384.tif 000005
【図４】
2006161384.tif 000006
【図５】
2006161384.tif 000007
【図６】
2006161384.tif 000008
【図７】
2006161384.tif 000009
【図８】
2006161384.tif 000010
【図９】
2006161384.tif 000011