(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層部に砂と粘土との交互層が存在する地盤に対する地盤改良のための真空圧密工法であって、
上端に気密性キャップを有するドレーン材を地表面から前記地盤へ打設し、
前記地表面に低透水土層を構築し、
前記低透水土層の下部から前記地盤内へ水を、前記地盤の地下水位が前記気密性キャップよりも上になるように供給する真空圧密工法。
【請求項２】
前記低透水土層の構築前に前記地表面に水供給部を設置する請求項１に記載の真空圧密工法。
【請求項３】
前記地下水位を測定し、
前記地下水位の測定結果に基づいて前記地下水位が前記気密キャップの深さ位置よりも低いと判断された場合は、前記水を前記地下水位が前記気密性キャップよりも上になるように供給する請求項１または２に記載の真空圧密工法。
【請求項４】
前記地盤に多数の前記ドレーン材が打設された範囲を包囲するように遮水壁を前記地盤内に設置する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空圧密工法。
【請求項５】
表層部に砂と粘土との交互層が存在しかつ地表面に低透水土層が築造された地盤に対する地盤改良のための真空圧密システムであって、
前記地盤内の改良対象層に打設された多数のドレーン材と、
前記各ドレーン材の上端に配置された気密性キャップと、
前記各ドレーン材の上端に前記気密性キャップとともに一端が接続された排水管と、
前記排水管の他端側に配置された真空装置と、
前記地表面に配置された水供給装置と、を備え、
前記水供給装置により前記低透水土層の下部から前記地盤内へ水を供給する真空圧密システム。
【請求項６】
前記地盤の地下水位を測定するための地下水位測定装置をさらに備える請求項５に記載の真空圧密システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空圧密により地盤改良を行う真空圧密工法および真空圧密システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱な粘性土地盤に対して気密シートを敷設せずに真空圧密により地盤改良を行う真空圧密工法が公知である。その内の真空圧密ドレーン工法においては、図９のように、プラスチックボードドレーン材１１をその一端に気密性キャップ１２と排水ホース１３を接続し軟弱地盤Ｇ’に打設し、排水ホース１３の他端で真空ポンプに接続して真空圧密改良を行う（特許文献１）。この場合、気密性キャップ１２を地中１ｍ程度の深さに設置することで、在来粘土層の表層部約１ｍを負圧シール層として利用するのが標準である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第4493522号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「真空圧密ドレーン工法技術資料」8頁  真空圧密ドレーン工法研究会 2013年3月発行
【非特許文献２】三木幸蔵「透水係数と透気係数」  土と基礎  Vol.19 No.6 3〜4頁  1971年発行
【非特許文献３】新舎博、宮本健児、渡部要一「中間砂層からの吸引水がある場合の真空圧密効果に関する実験的研究」  土木学会論文集B3、Vol.69 No.2 970〜975頁  2013年発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、地盤の層序構成が複雑で、地盤の表層部に砂と粘土とが相互に重なった相互層がある場合に、表層部において約１ｍ厚さの負圧シール層を確保できない場合がある。このように、地盤の表層部に砂と粘土との相互層がある場合には、地盤上部に約１ｍ厚さの低透水土層を新たに築造し負圧シール層とすることが考えられる。気密シール層として必要な透水係数は、10-7m/s程度以下とされているが（非特許文献１参照）、築造した低透水土の透水係数にばらつきがあると、10-7m/s程度以下の透水係数を確保できないおそれが生じる。築造された低透水土が10-7m/s程度以下の透水係数を確保できないと、高い真空圧（絶対値で60〜65kN/m2以上の負圧）を粘土層に作用させることができず、充分な圧密改良効果が得られなくなる。
【０００６】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、表層部に砂と粘土との相互層がある地盤について真空圧密改良を実施する際に充分な圧密改良効果を得ることができる真空圧密工法および真空圧密システム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】
【０００７】
上記目的達成のため本発明者等は、鋭意研究の結果、次のような知見を得た。まず、土の中を空気が通過する場合の透気係数kaと、水が通過する際の透水係数kとを比較すると、次の式(1)の関係があるとされている（非特許文献２参照）。
ka=70〜80×k      (1)
式(1)によれば、透水係数kは透気係数kaよりもかなり小さく、水が土を浸透する速度は、空気が浸透する速度よりもかなり小さいことがわかる。
【０００８】
また、これまでの施工では、真空圧密ドレーン工法において空気を吸引した場合は負圧が大きく低下したが、水を吸引すると負圧の低下量はほとんど無かった（非特許文献３参照）。この理由は、式（1）からもわかるように土の中を通る浸透水量は空気に比べてかなり少ないことに加え、空気は膨張性があるが、水は非圧縮性であるためと考えられる。また、真空圧密ドレーン工法の負圧作用時において、図９のようにプラスチックボードドレーン材１１の気密性キャップ１２が常に水位より下部に位置する必要があるとされている（非特許文献１参照）。これは、ドレーン材への空気の流入を避け、粘土層に高い負圧を作用させるためである。
【０００９】
そこで、地盤の表層に低透水土層を形成し、その低透水土層の下部に水を供給し、地盤の地下水位がプラスチックボードドレーン材の気密性キャップよりも常に上にあるように配慮することで、ドレーン材への空気の流入を避けることができ、これにより、改良対象である粘土層に高い負圧を作用させることができる。
【００１０】
すなわち、上記目的を達成するための真空圧密工法は、表層部に砂と粘土との交互層が存在する地盤に対する地盤改良のための真空圧密工法であって、上端に気密性キャップを有するドレーン材を地表面から前記地盤へ打設し、前記地表面に低透水土層を構築し、前記低透水土層の下部から前記地盤内へ水を、前記地盤の地下水位が前記気密性キャップよりも上になるように供給する。
【００１１】
この真空圧密工法によれば、表層部に砂と粘土との相互層がある地盤にドレーン材を打設し低透水土層を構築してから、地盤内へ水を供給することで、地盤の地下水位がドレーン材の気密性キャップよりも上になるので、真空圧密時にドレーン材への空気の流入を避けることができる。このため、表層部に砂と粘土との相互層がある地盤について真空圧密改良を実施する際に、地盤に充分な負圧を作用させることができるので、充分な圧密改良効果を得ることができる。また、低透水土層が気密シール層として必要な透水係数（10-7m/s程度以下）を確保できない場合でも、充分な圧密改良効果を得ることが可能となる。
【００１２】
上記真空圧密工法において前記低透水土層の構築前に地表面に水供給部を設置することが好ましい。
【００１３】
また、前記地下水位を測定し、前記地下水位の測定結果に基づいて前記地下水位が前記気密キャップの深さ位置よりも低いと判断された場合は、前記水を前記地下水位が前記気密性キャップよりも上になるように供給することが好ましい。これにより、地下水位が気密性キャップよりも上になるように確実に管理することができる。
【００１４】
また、前記地盤に多数の前記ドレーン材が打設された範囲を包囲するように遮水壁を前記地盤内に設置することが好ましい。これにより、地盤内に供給した水が、遮水壁で遮断されるので、地下水位の低い周囲の地盤内へ拡散して改良対象地盤の地下水位が低下してしまうことを未然に防止することができる。
【００１５】
また、上記真空圧密工法は、改良対象層の上部に前記相互層として地盤表面から順に少なくとも砂層、粘土層、砂層が存在する地盤に適用することが好ましい。
【００１６】
上記目的を達成するための真空圧密システムは、表層部に砂と粘土との交互層が存在しかつ地表面に低透水土層が築造された地盤に対する地盤改良のための真空圧密システムであって、前記地盤内の改良対象層に打設された多数のドレーン材と、前記各ドレーン材の上端に配置された気密性キャップと、前記各ドレーン材の上端に前記気密性キャップとともに一端が接続された排水管と、前記排水管の他端側に配置された真空装置と、前記地表面に配置された水供給装置と、を備え、前記水供給装置により前記低透水土層の下部から前記地盤内へ水を供給する。
【００１７】
この真空圧密システムによれば、表層部に砂と粘土との相互層がある地盤に低透水土層を構築しドレーン材を打設してから、水供給装置から地盤内へ水を供給することで、地盤の地下水位をドレーン材の気密性キャップよりも上にすることができるので、真空圧密時にドレーン材への空気の流入を避けることができる。このため、表層部に砂と粘土との相互層がある地盤について真空圧密改良を実施する際に、地盤に充分な負圧を作用させることができるので、充分な圧密改良効果を得ることができる。また、低透水土層が気密シール層として必要な透水係数（10-7m/s程度以下）を確保できない場合でも、充分な圧密改良効果を得ることが可能となる。
【００１８】
上記真空圧密システムにおいて前記地盤の地下水位を測定するための地下水位測定装置をさらに備えることが好ましい。これにより、地下水位が気密性キャップよりも上になるように確実に管理することができる。
【００１９】
なお、地下水位測定装置による測定結果に基づいて水供給装置から地盤内への水供給を自動的に制御することで、地下水位が常に所定値以上（気密性キャップよりも上）になるように制御し管理できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の真空圧密工法および真空圧密システムによれば、表層部に砂と粘土との相互層がある地盤について真空圧密改良を実施する際に充分な圧密改良効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態による真空圧密ドレーン工法を実行可能なキャップ付きドレーン材を用いた真空圧密システムを概略的に示す図である。
【図２】図１の真空圧密システムを概略的に示す要部平面図である。
【図３】図１，図２の水供給装置を概略的に示す図である。
【図４】図１〜図３の注入ホースを概略的に示す要部平面図である。
【図５】図１の真空圧密システムの地下水位測定装置を概略的に示す図である。
【図６】図１の真空圧密システムにおいて地下水位を一定に保つための制御系を説明するためのブロック図である。
【図７】本実施形態の真空圧密ドレーン工法による地盤改良の各工程Ｓ０１〜Ｓ１０を説明するためのフローチャートである。
【図８】本実施形態で利用可能な砂質土、粘性土、および、これらの混合土についてのJIS A 1204による粒度分布を示すグラフである。
【図９】従来の真空圧密ドレーン工法を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、本実施形態による真空圧密ドレーン工法を実行可能なキャップ付きドレーン材を用いた真空圧密システムを概略的に示す図である。図２は図１の真空圧密システムを概略的に示す要部平面図である。図３は図１，図２の水供給装置を概略的に示す図である。図４は図１〜図３の注入ホースを概略的に示す要部平面図である。図５は図１の真空圧密システムの地下水位測定装置を概略的に示す図である。図６は図１の真空圧密システムにおいて地下水位を一定に保つための制御系を説明するためのブロック図である。
【００２３】
図１，図２のように、真空圧密システム１０は、改良対象の地盤Ｇ内の間隙水を吸引するように、地表面Ｓから地盤Ｇの粘土層（改良対象層）に打設された多数本のプラスチックボードドレーン材（ＰＢＤ）１１と、各ＰＢＤ１１の上端に接続された気密性キャップ１２と、各気密性キャップ１２に接続された排水ホース１３と、各ＰＢＤ１１の内部を減圧するために排水ホース１３の端部側に集水管１４とヘッダパイプ１６を介して接続される真空ポンプＰと、地盤Ｇ内に方向ａへ水を供給するための水供給装置２０と、を備える。
【００２４】
また、多数のＰＢＤ１１の外側には、ＰＢＤ１１の打設範囲を包囲するように鋼矢板や固化連続壁等からなる遮水壁１８が改良対象層の粘土層に達するように地盤Ｇに打設される。また、ＰＢＤ１１の打設後、地表面Ｓ上には低透水土層４０が築造される。なお、ＰＢＤ１１や気密性キャップ１２は、たとえば、特許文献１に開示された構成とすることができる。
【００２５】
図１〜図４のように、水供給装置２０は、低透水土層４０の築造前に地表面Ｓ上に配置される水供給部である注水ホース２１と、注水ホース２１へと水を定量供給する定容積ポンプ２２と、開閉バルブ２３と、水槽２４と、を備える。注水ホース２１は、図４のように、注水のための複数の孔２１ａと、孔２１ａを覆うように接合された紙や不織布等からなるフィルタ２１ｂと、を有する。
【００２６】
また、真空圧密システム１０は、図５のように、地下水位測定装置３０を備え、地下水位測定装置３０は、地盤Ｇ内の比較的浅い位置に設置された上部間隙水圧計３１と、地盤Ｇ内の比較的深い位置に設置された下部間隙水圧計３２と、を有する。
【００２７】
図５の地下水位測定装置３０により次のようにして地下水位Ｈ１（改良対象地盤における地表面Ｓから図５の水面ＷＬ１までの距離）を測定することができる。
Ｈｗ＝（ｕ２−ｕ１）／γｗ      （１）
Ｈ１＝Ｈ０−Ｈｗ                （２）
ただし、
ｕ１：上部間隙水圧計３１の測定値
ｕ２：下部間隙水圧計３２の測定値
γｗ：水の単位体積重量
Ｈｗ：下部間隙水圧計３２からＷＬ１までの距離
Ｈ０：地表面Ｓから下部間隙水圧計３２までの距離
【００２８】
以上のようにして地下水位測定装置３０により測定された改良対象地盤における地下水位Ｈ１が、気密性キャップ１２の深さ位置よりも上になる（高くなる）ように、水供給装置２０から方向ａへと地盤内に水を供給する。たとえば、図６のように、地下水位測定装置３０の測定データをパーソナルコンピュータ（パソコン）ＰＣに入力し、パソコンＰＣは、測定データから式（１）（２）により算出した地下水位Ｈ１が所定値よりも低い（気密性キャップ１２の深さ位置に近い）と判断すると、図３の水供給装置２０の定容積ポンプ２２を作動させる。このような図６の制御系により、注水ホース２１から水が地盤内へ自動的に供給され、地下水位Ｈ１が気密性キャップ１２の深さ位置よりも常に上になるように自動制御することができる。
【００２９】
図１のように、本実施形態における改良対象の地盤Ｇには、地表面Ｓから順に砂層、粘土層、砂層、粘土層、砂層、圧密対象の厚い粘土層、砂層が存在する。このように、地盤Ｇは、地表面Ｓ近くに砂層、粘土層、砂層、粘土層、砂層が交互に形成された交互層を有し、交互層を構成する各層は比較的薄い場合が多い。
【００３０】
次に、かかる地盤に対する本実施形態の真空圧密ドレーン工法による地盤改良工程について図１〜図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の真空圧密ドレーン工法による地盤改良の各工程Ｓ０１〜Ｓ１０を説明するためのフローチャートである。
【００３１】
まず、地表面ＳからＰＢＤ打設機によりＰＢＤ１１を図１のように地盤内の圧密対象の粘土層へと打設する（Ｓ０１）。このとき、ＰＢＤ１１は、その上端の気密性キャップ１２が地表面Ｓから所定深さに位置するように打設される。このように多数のＰＢＤ１１を最小の平面配置がたとえば1.0mの正方形となるようにして打設する。
【００３２】
また、多数のＰＢＤ１１の打設範囲を包囲するように鋼矢板や固化連続壁等からなる遮水壁１８を圧密対象の粘土層に達するように打設する（Ｓ０２）。
【００３３】
次に、排水ホース１３を、図２のように、集水管１４とヘッダパイプ１５を介して真空ポンプＰに接続する（Ｓ０３）。
【００３４】
また、図１〜図４のように、地盤改良対象の地表面Ｓに注水ホース２１を配置し、定容積ポンプ２２へ接続する（Ｓ０４）。上述のようにして、図１の真空圧密システム１０を構築する。
【００３５】
次に、地盤改良対象地で砂質土と粘性土を調達し、これらの砂質土と粘性土を、たとえば２：１の質量比で混合した混合土を作製し、この混合土のJIS A 1204による粒度分布を図８に示す。図８のように、混合土の細粒分含有率（75μm以下の質量比）は約28%であった。この混合土に対して変水位透水試験を「土の透水試験方法」（JIS A 1218）に基づいて実施すると、透水係数kは1×10-7m/sであった。
【００３６】
上述の砂質土と粘性土を２：１の質量比で２層に積み重ね、積み重ねられた砂質土と粘性土とをバックホウ等により混合し、この混合土を図１の地表面Ｓの上に湿地ブルドーザにより１ｍ厚で撒き出すことで、地表面Ｓ上に低透水土層４０を築造する（Ｓ０５）。
【００３７】
次に、図５の地下水位測定装置３０により改良対象地盤における地下水位Ｈ１を測定する（Ｓ０６）。この地下水位Ｈ１が所定値よりも低いときには（Ｓ０７）、図１〜図４の水供給装置２０により地盤内に水を供給する（Ｓ０８）。
【００３８】
上述の地下水位測定工程Ｓ０６において改良対象地盤における地下水位Ｈ１が気密性キャップ１２の深さ位置よりも上であることが確認されたら、次に、真空ポンプＰを作動させ、ＰＢＤ１１を通して地盤Ｇに負圧を作用させる（Ｓ０９）。このようにして地盤Ｇに対し負圧による圧力載荷を、地盤内の間隙水を外部へと排水しながら、所定期間実施する（Ｓ１０）。この間、地下水位Ｈ１の測定（Ｓ０６）を継続して行い、地下水位Ｈ１が気密性キャップ１２の深さ位置よりも上であることを常に確認する。
【００３９】
以上のように、本実施形態の真空圧密ドレーン工法によれば、表層部に砂と粘土との相互層がある地盤ＧにＰＢＤ１１を打設し低透水土層４０を構築してから、水供給装置２０により地盤Ｇ内へ水を供給することで、地盤Ｇの地下水位Ｈ１がＰＢＤ１１の気密性キャップ１２よりも上になるので、真空圧密時にＰＢＤ１１への空気の流入を避けることができる。このため、表層部に砂と粘土との相互層がある地盤Ｇに充分な負圧を作用させることができるので、地盤に対し真空圧密改良を実施する際に充分な圧密改良効果を得ることができる。
【００４０】
また、低透水土層４０が気密シール層として必要な透水係数（10-7m/s程度以下）を確保できない場合でも、ＰＢＤ１１への空気の流入を避けることができるので、充分な圧密改良効果を得ることが可能となる。
【００４１】
また、図５の地下水位測定装置３０による地下水位Ｈ１の測定結果に基づいて水供給装置２０から地盤Ｇ内への水供給を図６のようにして自動的に制御することで、地下水位Ｈが常に所定値以上（気密性キャップよりも上）になるように確実に管理することができる。
【００４２】
また、遮水壁１８を地盤Ｇの圧密対象の粘土層まで打設し設置し、遮水壁１８が多数のＰＢＤ１１の打設範囲を包囲することで、地盤Ｇ内に供給した水が遮水壁１８で遮断されるので、図１，図５の地下水位（ＷＬ２）の低い周囲の地盤内へ拡散して改良対象地盤の地下水位Ｈ１が低下してしまうことを未然に防止することができる。
【００４３】
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、図６では、地下水位測定装置３０による地下水位Ｈ１の測定結果に基づいて水供給装置２０からの水供給を自動的に制御するようにしたが、本発明はこれに限定されず、地下水位Ｈ１の測定結果に基づいて水供給装置２０を手動で制御するようにしてもよく、これによっても、地下水位Ｈ１が常に所定値以上（気密性キャップ１２よりも上）になるように確実に管理することができる。
【００４４】
また、図１の地盤Ｇには、改良対象層の上部に相互層として砂層、粘土層、砂層、粘土層、砂層が存在するが、本発明を適用可能な地盤はこれに限定されず、たとえば、改良対象層の上部に相互層として地盤表面から順に少なくとも砂層、粘土層、砂層が存在する地盤に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、表層部に砂と粘土との相互層がある地盤について真空圧密改良を実施する際に充分な圧密改良効果を得ることができるので、地盤の表層部に砂と粘土との相互層があるため真空圧密の際に表層部で充分な負圧シール層を確保できない場合でも真空圧密による地盤改良を確実に実施することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 真空圧密システム
１１ プラスチックボードドレーン材、ＰＢＤ、ドレーン材
１２ 気密性キャップ
１３ 排水ホース
１８ 遮水壁
２０ 水供給装置
２１ 注水ホース
３０ 地下水位測定装置
３１ 上部間隙水圧計
３２ 下部間隙水圧計
４０ 低透水土層
Ｇ 地盤
Ｈ１ 地下水位
Ｐ 真空ポンプ
Ｓ 地表面
【図１】
0006448133.tif 000002
【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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【図９】
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