(57)【要約】      （修正有）【課題】予測した耐荷応力で地盤の補強を十分に行うことができる地盤の補強方法と、補強された地盤の耐荷応力を正確に予測することができる補強された地盤の耐荷応力予測方法とを提供する。【解決手段】複数個の円形土のうを用意し、軸方向が上下方向になるように各円形土のうを載置して地盤を補強する。円形土のうの直径をＤ、高さをＨとする。また、円形土のうの外力による破断時の上下方向の最大主応力をσ1f、半径方向の最小主応力をσ3fとする。そして、受働土圧係数をＫｐ、破断張力をＴとすることによって耐荷応力を予測する。【選択図】図３
2008208624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方から見て円形をなす複数個の土のうを用意し、軸方向が上下方向になるように各該土のうを載置して地盤を補強するに際し、
前記土のうの直径をＤ、高さをＨとし、
該土のうの外力による破断時の上下方向の最大主応力をσ1f、半径方向の最小主応力をσ3fとし、
受働土圧係数をＫｐ、破断張力をＴとしたとき、式１で予測する耐荷応力で前記地盤を補強することを特徴とする地盤の補強方法。
（式１）
2008208624.tif 000013
【請求項２】
請求項１記載の前記式１によって、補強された前記地盤の耐荷応力を予測することを特徴とする補強された地盤の耐荷応力予測方法。
【請求項３】
上方から見て円形をなす複数個の土のうを用意し、軸方向が上下方向になるように各該土のうを載置して地盤を補強するに際し、
前記土のうの直径をＤ、高さをＨとし、
受働土圧係数をＫｐ、破断張力をＴとしたとき、式２で予測する粘着力で前記地盤を補強することを特徴とする地盤の補強方法。
（式２）
2008208624.tif 000014
【請求項４】
請求項３記載の前記式２によって、前記粘着力を予測することを特徴とする補強された地盤の耐荷応力予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上方から見て円形をなす土のう（以下、「円形土のう」という。）による地盤の補強方法及び補強された地盤の耐荷応力予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土のうは、中詰め材である粒状物と、粒状物を内部に充填し、粒状物の自重又は外力によって撓み得るとともに、伸び難い材質からなる袋体とからなる。複数個の土のうを載置して地盤を補強等する本設土のう工法は、土のうをいままでのような仮設資材ではなく、半永久的な本設資材として活用するものであって、砕石、現地発生土、コンクリート廃材等を袋体で完全に包むことによって支持力を驚異的に増大させる安価で環境に配慮した地盤補強法である。
【０００３】
上方から見て長方形（正方形を含む。）の土のう（以下、「角形土のう」という。）の３次元の耐荷応力（圧縮強度）は公知である（非特許文献１）。角形土のうの３次元の耐荷応力（圧縮強度）は十分な実用性を発揮できると思われる。
【０００４】
【非特許文献１】「ソルパック（登録商標）工法における中詰め材の３次元拘束効果について」山本春行、松岡元著、２００３年９月出版、２００３年日本建築大会学術講演梗概集、構造Ｉ（Ｂ−Ｉ）、ｐ．２５１〜２５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、角形土のうは水平方向に方向性を有することから、水中の地盤を補強する場合等、各角形土のうを目視不能又は目視困難な地盤に対して施工する場合、水平方向に各角形土のうを整列させながら施工しなければ予測した耐荷応力（圧縮強度）でその地盤を十分に補強できない。また、そうでなければ、その地盤の耐荷応力（圧縮強度）を正確に予測することもできない。
【０００６】
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、予測した耐荷応力で地盤の補強を十分に行うことができる地盤の補強方法と、補強された地盤の耐荷応力を正確に予測することができる補強された地盤の耐荷応力予測方法とを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明の地盤の補強方法は、上方から見て円形をなす複数個の土のうを用意し、軸方向が上下方向になるように各該土のうを載置して地盤を補強するに際し、
前記土のうの直径をＤ、高さをＨとし、
該土のうの外力による破断時の上下方向の最大主応力をσ1f、半径方向の最小主応力をσ3fとし、
受働土圧係数をＫｐ、破断張力をＴとしたとき、数１の式で予測する耐荷応力で前記地盤を補強することを特徴とする。
【０００８】
【数１】
2008208624.tif 000003
【０００９】
また、第２発明の補強された地盤の耐荷応力予測方法は、補強された地盤の耐荷応力を上記数１の式によって予測することを特徴とする。
【００１０】
第３発明の地盤の補強方法は、上方から見て円形をなす複数個の土のうを用意し、軸方向が上下方向になるように各該土のうを載置して地盤を補強するに際し、
前記土のうの直径をＤ、高さをＨとし、
受働土圧係数をＫｐ、破断張力をＴとしたとき、数２の式で予測する粘着力で前記地盤を補強することを特徴とする。
【００１１】
【数２】
2008208624.tif 000004
【００１２】
第４発明の補強された地盤の耐荷応力予測方法は、上記数２の式によって粘着力を予測することを特徴とする。
【００１３】
土のうによる補強メカニズムの根本は、土のうの上部に設けられる建物等の荷重による外力（いわば敵の力）を利用して、摩擦性材料（φ材料）である中詰め材を袋体の張力で拘束することにより、粘着成分を有する摩擦性材料（ｃ、φ材料）に変身させることである。
【００１４】
一方、昔から用いられている「きんちゃく」からもわかるように、円形土のうは、袋体がつり上げられたときに生じる力学的に安定した自然な形であり、中詰め材に対して一様で極めて効果的な拘束効果を与えるものである。このような袋体による拘束力によって、中詰め材は信じ難い驚異的な耐荷応力（圧縮強度）を発揮するようになる。
【００１５】
ここでは、円形土のうを構成する袋体の耐荷応力（圧縮強度）の表示式を提示するとともに、中詰め材として砕石入りの網状の袋体の圧縮試験結果と比較し、十分な予測能力を持つことを検証する。これによって、円形土のうの耐荷応力（圧縮強度）を評価し、その性能表示をすることが可能となる。
【００１６】
図１及び図２に示すように、円形土のう１は、中詰め材である粒状物２と、粒状物２を内部に充填し、粒状物２の自重又は外力によって撓み得るとともに、伸び難い材質からなる袋体３とからなる。図３に示すように、この円形土のう１の直径をＤ、高さをＨ、上面及び下面の半径方向に発生する単位幅当りの張力をＴｒ、周面の円周方向に発生する単位幅当りの張力をＴθ、周面の上下方向に発生する単位幅当りの張力をＴｚ、張力Ｔｒによって半径方向に生じる応力をσr1、張力Ｔθによって半径方向に生じる応力をσr2、張力Ｔｚによって上下方向に生じる応力をσzとする。
【００１７】
図４を参照すれば、力のつり合い式よりσr1、σr2及びσzはそれぞれ下記の数３の式で表される。
【００１８】
【数３】
2008208624.tif 000005
【００１９】
ここで、袋体３の破壊時には全ての方向の破断張力が等しくなると考えて、Ｔｒ＝Ｔθ＝Ｔｚ＝Ｔとする。そして、袋体３の外力による破壊時の上下（ｚ軸）方向の最大主応力をσ1f、半径（ｒ軸）方向の最小主応力をσ3fとすれば、破壊時に袋体３の中詰め材に作用する上下（ｚ軸）方向の最大主応力σ1と半径（ｒ軸）方向の最小主応力σ3は下記の数４の式で表される。
【００２０】
【数４】
2008208624.tif 000006
【００２１】
このσ1とσ3の作用下で中詰め材が破壊するものとすると、破壊条件式（数５）が成立する。ここに、Ｋｐ＝（１＋sinφ）/(１−sinφ)（φ：内部摩擦角）であり、Ｋｐは受働土圧係数と呼ばれている。
【００２２】
【数５】
2008208624.tif 000007
【００２３】
数５の式に数４の式を代入して整理すれば、袋体３の耐荷応力（圧縮強度）の表示式として、上記数１の式を得る。
【００２４】
上記数１の式を見て興味深いのは、数１の式がいわゆる粘着力を有する摩擦性材料（ｃ、φ材料）の破壊条件式（数６）と同様の形をしていることである。
【００２５】
【数６】
2008208624.tif 000008
【００２６】
これより、数１の式と数６の式の右辺第２項同士を対応するものとして等値すると、粘着力ｃに当たるものが上記数２の式で求められる。
【００２７】
数２の式は、中詰め材を包み込むことによって、袋体３の破断張力Ｔや袋体３の寸法や中詰め材の内部摩擦角φ（Ｋｐ＝（１＋sinφ）/(１−sinφ)）によって定まる粘着力ｃが発生することを意味している。中詰め材に接着剤（セメント等）を入れなくても、ただ包み込むだけで数２の式で表される粘着力ｃを与えることができるのである。ここに、円形土のう１の驚異的な耐荷応力（圧縮強度）の源がある。
【００２８】
ちなみに、図５に示す３次元の角形土のうの場合には、直方体の幅、奥行き、高さをそれぞれＢ、Ｌ、Ｈとすれば、同様の考察より、破壊時に袋体の中詰め材に作用するｚ軸方向の最大主応力σ1、ｘ軸方向の中間主応力σ2、ｙ軸方向の最小主応力σ3は下記の数７の式で表される。
【００２９】
【数７】
2008208624.tif 000009
【００３０】
ここで、中詰め材の破壊条件式（数５の式）を用いれば、角形土のうの耐荷応力（圧縮強度）の表示式として下記の数８の式を得る。
【００３１】
【数８】
2008208624.tif 000010
【００３２】
また、ｃ、φ材料の破壊条件式（数６の式）を考慮すれば、粘着力ｃの表現式として下記の数９の式を得る。
【００３３】
【数９】
2008208624.tif 000011
【００３４】
ここで、角形土のうは水平方向に方向性を有するのに対し、円形土のうは水平方向に方向性を有さない。このことから、水中の地盤を補強する場合等、各円形土のうを目視不能又は目視困難な地盤に対して施工する場合には、水平方向に各円形土のうを整列させながら施工する必要がない。
【００３５】
したがって、本発明の地盤の補強方法によれば、予測した耐荷応力で地盤の補強を十分に行うことができる。また、本発明の補強された地盤の耐荷応力予測方法によれば、そのような地盤の耐荷応力を正確に予測することができる。
【００３６】
円形土のうの中詰め材として用いる粒状物としては、（１）土、砂、礫、火山堆積物等の天然粒状物、（２）砕石、コンクリート廃材、アスファルト廃材、タイル廃材、瓦廃材、木炭廃材等の天然物や人工物を粒状に加工した加工粒状物、スラグ等のゴミの熱処理後の粒状物、（３）ＥＰＳ（発泡スチロール）等のプラスチック粒子、金属粒子、セラミックス粒子、ガラス粒子等の人工粒状物を採用することができる。土、砂、礫、砕石等の現地発生土を粒状物として採用することとすれば、袋体を現地に持ち込み、現地においてその袋体に現地発生土を充填するだけで円形土のうを得ることができ、円形土のうの搬送コストを省くことができる。コンクリート廃材、アスファルト廃材、タイル廃材、瓦廃材等の建築廃材を粒状物として採用することとすれば、建築廃材の有効利用が実現される。木炭の粒状物を採用することとすれば、円形土のうを軽量化し、高透水性や水の浄化特性を付与することができる。ＥＰＳ（発泡スチロール）等の軽量な粒状物を採用することとすれば、円形土のうの軽量化を実現することができる。火山堆積物を粒状物として採用することとすれば、処分に困っている火山堆積物の有効利用が実現される。
【００３７】
袋体とは、粒状物を内部に充填し、粒状物の自重又は外力によって撓み得るとともに、伸び難い材質からなるものをいう。袋体としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の合成繊維や天然繊維製の織布や不織布又は合成樹脂製のシートからなるものを採用することができる。安価なポリエチレン又はポリプロピレン製の織布からなる袋体を採用することが好ましい。この袋体であれば、日光（紫外線）さえ遮断すれば、地下水や海水のような水が存在する状態でも、円形土のうは優れた耐久性を発揮する。
【００３８】
中詰め材である粒状物の粒径は、袋体が織布や不織布である場合の目の細かさ等によって適宜選択され得る。ただ、粒状物は２種以上の粒径をもつものであることが好ましい。粒状物が単一の粒径をもつものであれば、個々の粒子の接点が減少して個々の粒子間の隙間が比較的大きくなることから、個々の粒子間に生じる摩擦力が低下し、安定性及び制振性の点で懸念がある。これに対し、粒状物が２種以上の粒径をもつものであれば、個々の粒子の接点が増加して個々の粒子間の隙間が比較的小さくなることから、個々の粒子間に生じる摩擦力が増加し、安定性及び制振性の点で好ましい。また、地中に土のう積層体を設ける場合、粒状物が粗い大きな粒径をもつものであれば、水の毛管現象によって地中の水分が土のう積層体中を上昇することを防止し易く、その上に設けられる建築物の防水効果や寒冷地での凍上防止効果も発揮する。
【００３９】
なお、本発明に係る円形土のうは、上方から見て円形をなしておればよく、周面が円弧状に撓んだ形状のものの他、円柱状のものも含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
円形土のうの圧縮試験結果との比較を行った。図６に示すように、中詰め材である粒状物２として砕石（φ＝４４°）を採用し、袋体３としてポリエステル製ラッセル網地を採用した円形土のう１を用意した。各円形土のう１の直径をＤは３３ｃｍ、高さＨは７．９ｃｍである。
【００４１】
基台４上に軸方向が上下方向になるように各円形土のう１を３段積みし、上から押台５により圧縮力を加えた場合の圧縮試験を実施した。袋体３のひもの１ｍあたりの破断張力は、縦方向で８．８４ｋＮ／ｍ、横方向で６．６５ｋＮ／ｍである。
【００４２】
実験前と実験終了後とに定規を用いて測定した全体の体積から、約５％の圧縮体積ひずみεvが生じたことが分かった。本実験での体積圧縮の主な原因は大きな載荷によって砕石が圧潰したためであると考えられる。
【００４３】
ここでは、中詰め材の体積一定（εv＝０）及び体積ひずみεv＝５％まで、鉛直ひずみに対して直線的に圧縮するという２条件のもとで断面補正をし、図７の応力−ひずみ関係を算出したが、両者の差は小さいことがわかる。図７より推察できるように、鉛直ひずみε1＝２８〜５２％のあたりで袋体３のひもが次々と破断し、応力があまり上がらずに大きなひずみが発生した。
【００４４】
よって、これらのひずみに対応する応力約１０００〜１４００ｋＰａが破壊時の耐荷応力（圧縮強度）であると考えた。その後、それ以上ひもが破断せずに、１９００ｋＰａ程度まで応力が上がったが、そこで実験を終えた。ひもが次々と破断したε1＝２８〜５２％において、試験体として破壊したと判断したからである。
【００４５】
表１の予測値は、破断張力をＴ＝６．６５〜８．８４ｋＮ／ｍ、σ3f＝０（大気圧）として、円形土のう１の耐荷応力（圧縮強度）の表示式（式１）によって算定したものである。
【００４６】
【表１】
2008208624.tif 000012
【００４７】
表１より、予測値と実験値とがほぼ適合するのが見られる。これより、数１の式又は数２の式が円形土のう１の耐荷応力（圧縮強度）の評価式として十分な予測能力を持つことが検証された。
【００４８】
したがって、本発明の地盤の補強方法によれば、水中の地盤を補強する場合等、各円形土のうを目視不能又は目視困難な地盤に対して施工する場合において、予測した耐荷応力で地盤の補強を十分に行うことができることが明らかである。また、本発明の補強された地盤の耐荷応力予測方法によれば、そのような地盤の耐荷応力を正確に予測できることも明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、水中等の表面を目視不能又は目視困難な地盤を補強する場合等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】円形土のうの模式斜視図である。
【図２】円形土のうの模式断面図である。
【図３】円形土のうの諸元を示す模式斜視図である。
【図４】円形土のう内の力のつり合いを示す模式斜視図である。
【図５】角形土のう内の力のつり合いを示す模式斜視図である。
【図６】円形土のうを用いた試験の模式側面図である。
【図７】円形土のうを用いた試験に係り、応力−ひずみ関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１…円形土のう
２…粒状物（中詰め材）
３…袋体
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月15日(2007.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方から見て円形をなす複数個の土のうを用意し、軸方向が上下方向になるように各該土のうを載置して地盤を補強するに際し、
前記土のうの直径をＤ、高さをＨとし、
該土のうの外力による破断時の上下方向の最大主応力をσ1f、半径方向の最小主応力をσ3fとし、
該土のうの中詰め材の受働土圧係数をＫｐ、袋体の破断張力をＴとしたとき、式１で該土のうの耐荷応力σ1fを予測することを特徴とする円形土のうで補強された地盤の耐荷応力予測方法。
（式１）
2008208624.tif 000022
【請求項２】
上方から見て円形をなす複数個の土のうを用意し、軸方向が上下方向になるように各該土のうを載置して地盤を補強するに際し、
前記土のうの直径をＤ、高さをＨとし、
該土のうの中詰め材の受働土圧係数をＫｐ、袋体の破断張力をＴとしたとき、式２で該土のうの粘着力ｃを予測することを特徴とする円形土のうで補強された地盤の粘着力予測方法。
（式２）
2008208624.tif 000023
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、上方から見て円形をなす土のう（以下、「円形土のう」という。）で補強された地盤の耐荷応力及び粘着力予測方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、円形土のうで補強された地盤の耐荷応力及び粘着力を正確に予測することができる方法を提供することを解決すべき課題としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
第１発明の円形土のうで補強された地盤の耐荷応力予測方法は、上方から見て円形をなす複数個の土のうを用意し、軸方向が上下方向になるように各該土のうを載置して地盤を補強するに際し、
前記土のうの直径をＤ、高さをＨとし、
該土のうの外力による破断時の上下方向の最大主応力をσ1f、半径方向の最小主応力をσ3fとし、
該土のうの中詰め材の受働土圧係数をＫｐ、袋体の破断張力をＴとしたとき、数１の式で該土のうの耐荷応力σ1fを予測することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第２発明の円形土のうで補強された地盤の粘着力予測方法は、上方から見て円形をなす複数個の土のうを用意し、軸方向が上下方向になるように各該土のうを載置して地盤を補強するに際し、
前記土のうの直径をＤ、高さをＨとし、
該土のうの中詰め材の受働土圧係数をＫｐ、袋体の破断張力をＴとしたとき、数２の式で該土のうの粘着力ｃを予測することを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
このσ1とσ3の作用下で中詰め材が破壊するものとすると、破壊条件式（数５）が成立する。ここに、Ｋｐ＝（１＋sinφ）/(１−sinφ)（φ：内部摩擦角）であり、Ｋｐは土のうの中詰め材の受働土圧係数である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
したがって、本発明の予測方法によれば、円形土のうで補強された地盤の耐荷応力を正確に予測することができる。また、本発明の予測方法によれば、円形土のうで補強された地盤の粘着力を正確に予測することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
したがって、本発明の予測方法によれば、水中の地盤を補強する場合等、各円形土のうを目視不能又は目視困難な地盤に対して施工する場合において、予測した耐荷応力や粘着力で地盤の補強を十分に行うことができることが明らかである。