(57)【要約】      （修正有）【課題】地盤改良の改良率を高め、施工効率の高い地盤改良工法を提供する。【解決手段】管体を地盤に貫入させて、管体内面に空間を形成し、形成された空間内に、複数の木材を充填する。管体は、尖鋭な先端部が分離可能に装着されており、管体の貫入に伴って、周辺土壌を締め固め、形成された空間内に、複数の木材と骨材を充填する。木材を上下に複数層状に充填し、木材の層間に重錘層を形成する。管体の内部に木材を充填した後、管体を引き抜き、管体を引き抜いた空間である木材の外周に骨材を充填して、外周骨材層を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材によって地盤の補強を行う地盤改良工法であって、
管体を地盤に貫入させて、管体内面に空間を形成し、
形成された空間内に、複数の木材を充填すること、
を特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
管体は、尖鋭な先端部が分離可能に装着されており、管体の貫入に伴って、周辺土壌を締め固め、
形成された空間内に、複数の木材と骨材を充填すること、
を特徴とする請求項１記載の地盤改良工法。
【請求項３】
木材を上下に複数層状に充填し、木材の層間に重錘層を形成すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の地盤改良工法。
【請求項４】
管体の内部に木材を充填した後、
管体を引き抜き、
管体を引き抜いた空間であって、木材の外周に骨材を充填して、外周骨材層を形成したこと、を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良工法。
【請求項５】
木材層の上部に骨材層を形成すること、
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地盤改良工法。
【請求項６】
軟弱地盤に設けられている木柱杭であって、
横断面方向に小径の木材を複数本備え、縦方向に複数の木材が配置されていること、を特徴とする木柱杭。
【請求項７】
木材の外周に骨材層が形成されており、木柱杭の中間に重錘層が形成されていること、を特徴とする請求項６記載の木柱杭。
【請求項８】
請求項６又７に記載された木柱杭が複数本形成された改良地盤であって、木柱杭の上面を連続する骨材層が形成されていること、を特徴とする改良地盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材を使用した地盤改良工法に関し、より詳細には、木材を軟弱地盤に圧入して、軟弱地盤のせん断抵抗力を高めて基礎地盤を安定させる、建築基礎や土木基礎等に用いる地盤強化工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、木杭は戸建住宅等の小さい建物等の基礎地盤等の強化に使用されている。 木杭は、製造時の二酸化炭素（ＣＯ2）の排出量が少なく、かつ、比較的安価で、軽量で取り扱いやすいため、近年注目されつつある。
特許文献１（特開２００７−２０５０６８号公報）には、軟弱な地盤を改良するための地盤改良用木杭であって、伐採木材からなりカーボンストック用丸太の側面に軸方向のキズをつけて気中に放置し乾燥収縮させることにより広がった前記キズを排水溝とし、この排水溝にドレーン材を充填した地盤改良用木杭が提案されている。
特許文献２（特開２０１４−１２５８６３号公報）には液状化対策を必要とする地盤に無排土で掘削孔を開け、この掘削孔に丸太を圧入して地盤を密実化できる液状化対策地盤への丸太打設方法が開示されている。
特許文献３（特開２０１２−２１４９９３号公報）には、先端に掘削具を設けた鋼製のスリーブ管に木杭を挿入し、前記木杭を挿入した前記スリーブ管を回転させながら地盤中に貫入し、前記掘削具と前記スリーブ管を分離し、前記スリーブ管のみを地盤から引き抜き、前記木杭を地盤中に残置する地盤補強工法が開示されている。
特許文献４（特許第５６８４６１５号公報）には、コンクリート杭部は、前記木杭部の断面形状よりも大きな断面形状を有しているとともに軸方向に沿って配筋された複数本の主筋と前記主筋を取り囲むように配筋された帯筋とを備えており、木杭部は、少なくとも頭部が前記コンクリート杭部に埋め込まれていて主筋および帯筋の内側で前記コンクリート杭部に接合されているコンクリート杭部の下側に木杭部を延出させてなる合成杭が提案されている。
【０００３】
木材を圧入する方法など上記に例示するようにいくつか提案されている。木材自体を圧入する方法では、木材の強度限界があるので、実証実験（非特許文献１）では、改良率の最大値は８％（３Ｄ 、Ｄ：丸太径）であり、実際巨大地震を対象とした液状化対策では最大２０％程度の改良率が要求される場合もあり、それらを十分にはカバーできないとの指摘もある。
高い改良率を実現しようとするためには、地盤により多くの丸太を圧入する必要があり、丸太を圧入する際の抵抗が大きくなるが、その結果、丸太に損傷が生じる可能性ある。載荷試験結果（改良率５％）では、丸太１本の第二限界抵抗力として、２００ｋＮ程度（１０Ｎ／ｍｍ２程度）とされており、これは、一般的な木材の圧縮許容応力度を超える値である。木材単体を圧入する従来工法では木材が降伏・損傷する可能性があるため、高い改良率が要求される地盤の改良は難しいということができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０５０６８号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２５８６３号公報
【特許文献３】特開２０１２−２１４９９３号公報
【特許文献４】特許第５６８４６１５号公報
【非特許文献１】三輪  滋ほか：丸太打設による液状化対策工法の実証実験（その１〜４）、２０１３年度日本建築学会学術講演梗概集、pp.639-646、2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、地盤改良の改良率を高め、施工効率の高い地盤改良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】
【０００６】
１．木材によって地盤の補強を行う地盤改良工法であって、管体を地盤に貫入させて、管体内面に空間を形成し、形成された空間内に、複数の木材を充填すること、を特徴とする地盤改良工法。
２．管体は、尖鋭な先端部が分離可能に装着されており、管体の貫入に伴って、周辺土壌を締め固め、形成された空間内に、複数の木材と骨材を充填すること、を特徴とする１．記載の地盤改良工法。
３．木材を上下に複数層状に充填し、木材の層間に重錘層を形成すること、を特徴とする１．又は２．記載の地盤改良工法。
４．管体の内部に木材を充填した後、管体を引き抜き、管体を引き抜いた空間であって、木材の外周に骨材を充填して、外周骨材層を形成したこと、を特徴とする、１．〜３．のいずれかに記載の地盤改良工法。
５．木材層の上部に骨材層を形成すること、を特徴とする１．〜４．のいずれかに記載の地盤改良工法。
６．軟弱地盤に設けられている木柱杭であって、横断面方向に小径の木材を複数本備え、縦方向に複数の木材が配置されていること、を特徴とする木柱杭。
７．木材の外周に骨材層が形成されており、木柱杭の中間に重錘層が形成されていること、を特徴とする６．記載の木柱杭。
８．６．又７．に記載された木柱杭が複数本形成された改良地盤であって、木柱杭の上面を連続する骨材層が形成されていること、を特徴とする改良地盤。
【発明の効果】
【０００７】
１．本発明は、木材を用いた地盤改良において、地盤改良の改良率と施工効率を向上させることができた。
管体を貫入することにより、木材の強度に左右されることなく、複数の木材を地盤に投入することができ、必要な改良率と施工効率を達成することができる。
管体によって空間を形成するので、小径で短い間伐材などの木材を利用することができ、利用できる木材も多様化する。
管体に木材を投入したあと、礫などの骨材を投入しながら、管体の「引抜き−回転圧入」を繰り返し、骨材を木材の周囲に圧入することにより、管体の引抜に伴う緩みを除去して改良効果を高めつつ、水の排水性を付加することができ、地盤改良（液状化対策）効果を向上させることができる。
２．複数の円筒形状の木材によって、隣り合う木材同士の間に水の通路が形成され、また、木材の周囲に設けられる骨材により、それより外側の土壌との通水性が確保できる地盤改良工法である。
３．複数の木材を縦方向に複数層形成し、層間に採石などの骨材層を設けて、木材の浮き上がりと安定性が向上する。
４．木材の最上層を地下水位以下に設定して、空気との接触を遮断することで、木材の腐朽を防止し、その上層に通水層を設けて排水性を維持する。
５．管体は引き抜いて、再活用し、管体を引き抜いた後は、木材等を中心とする地盤改良層となり、全体のなじみが良い。なお、管体が残ると管体の部分の剛性が高く、管部分のみが飛び出るリスクが残るが、短い木材が縦方向に積み重ねられた状態で、地盤全体が沈下しても、木材層も追従できる。
６．小径で短尺な木材を充填した木柱杭であり、さらに木材の外周に骨材層を設けた木柱杭、またさらに、水平方向にも重錘や骨材層を形成した木柱杭である。この木柱杭は縦方向に通水路が形成される。
さらに、複数の木柱杭を設けた改良地盤の上方に骨材層を連続して設ける。
これらの骨材層による通水機能の利用によって、軟弱地盤特有の地下水の通排水を管理して、地盤の圧密の促進や地震時の液状化を抑止する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の工程の概要を示す図
【図２】管体内壁に沿ってドレーン層を形成する例を示す図
【図３】小径材、短尺材を投入する例を示す図
【図４】木材層間に重錘層を形成する例を示す図
【図５】木材層の縦横に通水層を設けた例
【図６】木柱杭を複数設け、水平方向に骨材層を設けた改良地盤の例
【図７】図６に示す改良地盤の縦断面の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、木材を軟弱地盤に圧入して、軟弱地盤のせん断抵抗力を高めて基礎地盤を安定させる、建築基礎や土木基礎等に用いる地盤強化工法である。
管体を軟弱地盤に貫入し、管体内部空間を利用して、木材や骨材を投入することにより、必要な改良率を充足する木材量を軟弱地盤に投入することを実現した発明である。
木材を直接地盤に圧入する方法では、木材強度に限界があって、地盤改良率は８％程度にとどまるが、巨大地震に対して、２０％程度の地盤改良率が必要との試算もあり、木材を直接圧入する方法では実現できない。ここでいう地盤改良率とは、改良体（木柱体または外周骨材を含めた木柱体）を設ける前の単位平面積当たりの地盤に占める改良体の平面積の割合と定義する。
本発明は、鋼管等の管体を軟弱地盤に貫入させて、その中空部を利用して、木材を地盤内に埋設するものであるから、木材の設置に地盤からの抵抗はかからず、貫入可能な鋼管の本数分の体積に近い木材量を投入することが可能であるので、２０％以上の地盤改良率を実現できる。管体は、地盤に貫入させることができる材料で良く、鋼管、樹脂管、コンクリート管などがある。
長い一本の木材では届きにくい深さであっても、鋼管を貫入させて深い位置でも木材層を形成することができる。投入する木材の長さは制限がなく、多数の短尺材を利用することができる。またさらに、短い木材を利用することにより、木材層と骨材層を組み合わせることができるなど、設計の自由度も向上するという利点がある。
木材と骨材の層の設計は水平方向と鉛直方向でも必要であり、軟弱地盤の性質上、内部の水の挙動は制御しがたい。複数の短い木材を用いることにより、空隙が生じるので、地下水の動きは許容される。排水機能があることは、粘性土地盤における圧密を促進させ、また、地震時には液状化抑制効果を向上させる。
管体は、鋼管、塩ビ管などが使用できる。鋼管等の管体は、引き抜いて、再利用する。鋼管が残らず、複数の木材によって形成された改良体は、地盤との馴染みがよく、地盤の変動に追従できる。管体が残っていると、土壌の変動に追従できず、管体が飛び出るなどの現象が生ずる恐れがある。これは、一本物の長い丸太でも同様のリスクである。
鋼管の太さに制限はないが、他のくい打ち用に使用されている鋼管などを利用することができ、通常の木杭よりも大きく、複数本の木材を投入できる内径を備えている。
【実施例１】
【００１０】
本発明の基本工程を図１に示す。
第１工程：スクリュー及び鋼管による掘削
第２工程：スクリューの引き上げ
第３工程：木材の投入
第４工程：木材押さえ
第５工程：鋼管引き抜き
第６工程：埋め戻し
【００１１】
第１工程では、中空の鋼管２をケーシングとし、回転軸３２の先端にスクリュー状の先入具３１を取り付けた回転治具３を準備する。回転治具３を回転圧入しながら、ケーシング鋼管２を軟弱地盤１に対して所定深さまで圧入する。鋼管２が軟弱地盤１に圧入された深さの孔４に木材５が投入され、その分が地盤改良されることとなる。
鋼管の内径は、投入する木材の径よりも大きく、少なくとも数本まとめて挿入することができる大きさとする。圧入する鋼管の長さは、地盤改良に必要な長さとする。
スクリューを逆回転させながら圧入すると、先入具は土を押し退けながら侵入し、周囲を押し固めることとなる。スクリュー状の先入具３１は鋼管２の先端側で土壌を押しのけて埋設用内部空間を確保するものであって、排土を伴わないため、締固めに寄与している。なお、環境によっては、スクリューを順回転させて、オーガなどにより土を排出するように使うこともできる。
【００１２】
第２工程では、回転治具３を引き上げて、中空の鋼管２を地盤中に据え置く。
【００１３】
第３工程では、複数の木材５を鋼管２の中空部に投入する。木材５は、鋼管２の圧入長よりも短いものを使用することができ、径方向、長さ方向とも複数の木材５を投入することができる。木材５は、小径で短尺のものでも利用することができる。長さ方向に接続して長い丸太に加工する必要はない。
投入する木材５は、バラバラに投入することもできるが、複数本を束ねて投入して、設置姿勢や位置を整理することもできる。束ねる手段は、ワイヤで結束、金具で連結、接着剤を使用するなど適宜の手段を採用する。
木材５を投入しながら、錘などの押さえ手段２２で上方から木材をしっかりと押さえつける。複数の木材を投入するので、しっかりと固めることが重要である。
【００１４】
第４工程では、木材５の上端面を押さえて抜きでないようにする。
【００１５】
第５工程では、木材５を押さえながらケーシング鋼管２を引き抜いて、木材を地盤中に残す。
【００１６】
第６工程では、木材５の上に残る孔４の上部に形成される穴部４２を礫６３等で埋め戻して、木柱杭１０の製造を完了する。
なお、この工程は対象地盤で同時並行して行うことも、順次行うことも任意である。
【実施例２】
【００１７】
内壁に沿ってドレーン層を形成する例を図２に示す。
図２には、木材５等の周囲に礫等を配置し外周骨材層６０を形成して排水機能を付加する方法の施工例を示している。
第１、第２工程は、図１と同様である。
第３工程:木材５は、束ねるなどして複数の木材５を縦方向に揃えた整列木材５を鋼管２内に配置する。
個々の木材は、基本的には丸太であるが、真円ではなく、通直でもない。また、末口と元口で径が異なり、枝痕もあるので、これらを束ねても、水平方向、縦方向に隙間が発生する。これの隙間は連通しているので、水の移動通路となる。
第４工程：木材５の上端面を押さえ手段２２で押さえて抜きでないようにする。
第５工程：ドレーン材投入、鋼管引き抜き  
鋼管２を引き抜きながら、木材５の周囲に礫材等によって外周骨材層６０を形成するためのドレーン材投入を行う。ドレーン材として、数十ｍｍ径の砕石や石などの骨材６３を利用する。ドレーン材は、パイプを鋼管２の先端部に配置し、鋼管２の引き上げによって生ずる下部の空間４１に投入するようにする。
第６工程：ドレーン材投入、鋼管回転上下動繰り返しつつ引き抜き
鋼管２の引き抜き作業を、回転と上下動を伴って行うことにより、ドレーン材を締固めて、鋼管２の厚み以上のしっかりとした外周骨材層６０を木材５の周囲に形成することができる。すなわち、周辺地盤が鋼管２の厚み分緩むことなく、より確実に地盤改良効果を発揮できる。このドレーン層は、鉛直方向の排水性を高めるだけでなく、木材同士の縦間隔に土壌が入り込んで目詰りや土壌流出が生じることを防止する。
鋼管２を引き抜くことによって生ずる空間４１は、周囲の土壌の膨張と複数の木材同士のこすれによってなじむことになる。しかしながら、鋼管２の厚み分は、有効な地盤改良にならないこととなる。また、木材５と地盤との定着も緩くなる可能性がある。鋼管２の引き抜き後に生ずる管厚空間をドレーン材（骨材）で締め固めることは、これらのリスクを低減し、地下水の移動を確保するために有効である。
第７工程：埋め戻し
最後に、図１に示す第６工程と同様に、上部の穴を礫６３等で埋める。
【００１８】
本発明を適用して改良した地盤における地下水１２の移動を、図３を用いて説明する。
束ねた木材５２等の間隙５３、木材などの周囲に配置した礫材などの骨材６１の間隙が排水用のドレーンとして機能する。
図３（ａ）は、図２で形成された改良地盤の水平断面、図３（ｂ）は同垂直断面の要部を示している。
改良された地盤は、基本的には地下水位が高いので、排水機能を持たせることが重要である。複数の木材５２を鋼管２で形成した穴に投入するので、円形の木材５２同士の間に間隙が形成される。この間隙は樹幹に沿って縦方向に伸びる縦方向の間隙５３となる。また、丸太は完全の円筒形ではないので、隣り合う木材間で隙間が生じ、水平方向にも連通する隙間が生ずる。
【００１９】
図３（ｂ）に示されるように、液状化の可能性のある地盤層１３に含まれる水１２は、この排水用ドレーン（骨材層６０、６１、縦の間隙５３）を通って速やかに移動できる。孔４が深い場合や孔４の長さよりも短い木材５２を使用する場合は、木材５２は数段重ねに積み重ねられるので、水平方向に対して柔軟に移動することができる。また、積み重ねを積極的に利用して、水平骨材層を形成することもできる。
木材５２の層の外周に外周骨材層６０を設けることにより、シルトなどの細かい土壌が縦の間隙５３に侵入して目詰まりするリスクを低減する。また、鋼管２を引き抜いた後に生ずる管の厚み分の空隙に礫等を充填するので、外周骨材層６０の形成も容易である。鋼管を上下動させて、充填した礫等を締め固めるので、木材５２を地盤中に安定させる効果もある。
【実施例３】
【００２０】
実施例３は、数段に木材層を設けた木柱杭１０の例である。
実施例３の概略を図４に示す。（ａ）は３段の木材層を備えた垂直断面の要部であり、（ｂ）は（ａ）の破線部の横断面を示し、（ｃ）は木材層間に配置された重錘６５の例である。
【００２１】
（ａ）に示す木柱杭１０の要部は、木材５５が下から木材層５５ａ、５５ｂ、５５ｃの３段に分けて、鋼管痕部２’に設けられ、それぞれの木材層の間に重錘層６５を設けた状態が示されている。短い木材５５を多数使用するので、短いことを利用して、浮きやすい木材を段に分け、段の上方に重錘層６５を形成して、木材の重石に利用した例である。
（ｂ）に示されるように、木柱杭１０の横断面は小円形断面に木材複数本が鋼管痕部２’に密着して詰められている。木材５５は円形であるので、密着させても、間隙５３等の空間が形成されることとなり、水分の縦方向の通水路になる。
【００２２】
（ｃ）に示す重錘６５は、鋳物などの重い素材で作成されている。水の通水路を確保するために穴部６５ｃが設けられている。重錘層の形成に骨材を用いることができ、採石や礫などの骨材を木材層の間に骨材を介在させることによって、容易に形成される。
【実施例４】
【００２３】
実施例４を図５、６、７に示す。
本実施例は、短尺木材を数段に設け、その中間に透水性の重量層６５を形成した点は実施例３と同様である。さらに、木柱杭１０の木材層の上端より上方に水平方向の上部透水層６７を形成した。
改良対象の軟弱地盤において、縦方向の通水径路は本発明の木柱杭１０によって確保できるが、積極的に水平方向の排水径路を形成して、改良対象地の排水を促進する。
軟弱地盤の環境は、一般的に地下水位が高いので、木材の上方に通水層を設けて、木材が水中にある状態が長く維持されるようにする。木材は、水中では腐朽せずに保存されるので、地盤改良体が良好に保たれる。木材の最上層の上部に骨材層を設け、また、深さ方向にも外周骨材層、木柱間隙間が存在することにより、これらの層に土中水が留まって、木材が水中保存状態を維持することとなる。
【００２４】
図５に本実施例の木柱杭１０の要部が記載されている。
図５（ａ）は縦断面である。短尺の木材５５が３段に設けられ、その中間に透水性重量層６５ａ、６５ｂが設けられている。木材層の周囲に垂直方向に外周骨材層６０が形成されている。
図５（ｂ）は横断面である。外周骨材層６０は、鋼管の厚み分と鋼管の内面に接する木材５５との間にできる空間にも礫等の骨材が充填されて形成されている。木材群の内部に形成される間隙５３には骨材は充填されずに、空間として残る。しかし、木材の湾曲部などから骨材が侵入することもあるが、通水性には影響しない。外周骨材層６０が鋼管の厚み分と木材の間の空間も充填することとなる結果、周囲の土壌との定着性も向上し、木材の安定性が向上する。
図５（ｃ）に木材層の中間に配置する透水性重量層６５の例を示す。穴６５ｃを設けた鋳物等の重量体６５で構成した例である。木材は、一般的に比重が水よりも小さく、地下水位によって浮上圧を受けるので、浮き上がりを防止する重石として作用させる。穴６５ｃは通水性を維持するために設けてある。透水性重量層６５は、採石などを利用することもできる。
【００２５】
図６に建物の敷地に木柱杭１０を配置した例を示す。建物外縁１５に対して、列条に複数配置し、地下水の流れる方向に上部透水層６７を設ける。これらの敷地面積に対する木柱杭の面積比率が地盤改良率である。また、上部透水層６７は、地震によって土中水が土壌表面に浮き出た場合に、速やかな排水路となる。
建物を構築した概略図を図７に示す。図５に図示したと同様で改良された改良地盤の上方に建物基礎ＢＳを構築し、その上に建物ＢＬを建築する。これによって、液状化対策が施された改良地盤に建築することができる。
【００２６】
図６に示されるように、木材の強度や長さの制約があっても、鋼管によって木材を投入する空間を確保し、かつ、縦方向のドレーン層と水平方向の透水層を容易に形成することができ、木材の浮き上がり防止、軟弱地盤との定着も緩みを防止して確実にすることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・・軟弱地盤
１０・・・木柱杭
１２・・・地下水
１３・・・地盤層
１５・・・建物外縁
２・・・・鋼管
２’・・・鋼管痕部
２２・・・押さえ手段
３・・・・回転治具
３１・・・先入具
３２・・・回転軸
４・・・・孔
４１・・・空間
４２・・・穴部
５・・・・木材
５２・・・束ねた木材
５３・・・間隙
５５・・・木材
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ・・・木材層
６・・・・骨材
６０・・・外周骨材層
６１・・・骨材
６３・・・礫
６５・・・重錘層
６５ｃ・・穴部
６６・・・中間透水層
６７・・・上部透水層
【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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