(57)【要約】【課題】注入工法を用いて既設構造物の直下でも地盤改良を可能にすること、地盤改良する領域を局部的にしてコストパフォーマンスの高い地盤改良を行うこと、地盤沈下及び不等沈下を抑制すると共に、地震動の増幅を緩和して減震効果を高めること、などを可能にすることを主たる目的とする。【解決手段】改良対象となる軟弱地盤による液状化層２中に、注入工法によって安定剤を高圧充填し、中間を無改良地盤で離間させた状態で複数の水平盤状をした改良地盤３を多層状に造成すると共に、軟弱地盤の最上層に最初の改良地盤３Ａを設けたことを特徴とする地盤改良工法である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改良対象となる軟弱地盤による液状化層中に、注入工法によって安定剤を高圧充填し、中間を無改良地盤で離間させた状態で複数の水平盤状をした改良地盤を多層状に造成すると共に、軟弱地盤の最上層に最初の改良地盤を設けたことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記改良地盤は、改良対象となる液状化層全体に対する改良率を２０〜６０％の範囲内で造成する請求項１に記載した地盤改良工法。
【請求項３】
前記改良対象となる液状化層の両側に、支持地盤である非液状化層に達する土止め板を立設した請求項１又は２に記載した地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤を改良する地盤改良工法であって、地盤の液状化対策、沈下及び不等沈下の防止、既設構造物直下の基礎地盤の改良、杭基礎の補強、地震動の減震などに利用することが可能である。
【０００２】
【従来の技術】
この種の地盤改良工法としては、改良する地盤中にセメント系の固化剤を打設して固化地盤を造成する深層混合処理工法や、超微粒子セメントや水ガラスなどによる溶液型の安定剤を土粒子間隙に高圧充填して固化地盤を造成する注入工法などが知られている。
【０００３】
また、これらの地盤改良工法は地盤の改良形式によって、例えば全領域を改良地盤にするブロック式、離間した鉛直壁状に改良地盤を設ける壁式、鉛直格子状に改良地盤を設ける格子式、離間した鉛直杭状に改良地盤を設ける杭式、などのようにに分類される。
【０００４】
この中で壁式及び杭式の場合には、鉛直荷重に対して軟弱地盤を補強して直上に設けた構造物の支持力は確保できるが、各改良地盤が水平方向で連結されていないので、地震などによって地盤中に発生した水平応力や変形の増加には対抗できず、軟弱地盤の液状化対策としては有効に機能できない。
【０００５】
このために、深層混合処理工法では鉛直方向に打設した改良地盤と水平方向に打設した改良地盤とを連結した格子式や、全領域に地盤改良を行うブロック式が多く採用され、また前記形状を含む任意な形状で改良地盤を造成できる注入工法でも、特に液状化が問題になる場合には全領域を改良地盤にしている。
【０００６】
これらの地盤改良工法に関しては、例えば特許文献１及び２に開示されているように、前記深層混合処理工法によって格子式の改良地盤を造成するための提案がされていると共に、特許文献２（特に、図８の実施形態）及び３に開示されているように、軟弱地盤中に水平壁状の改良地盤を多層状に並設して造成するするための提案がなされている。
【０００７】
特許文献１・・・特公平０４−５４００４号公報
特許文献２・・・特許第２７９６７０１号公報
特許文献３・・・特許第２７６４６９６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、深層混合処理工法によって格子式の改良地盤を造成する特許文献１及び２や、水平壁状の改良地盤を多層状に造成する特許文献２及び３の場合には、地上から垂設した高圧噴射攪拌装置を昇降移動させながら、固化材を水平方向に高圧噴射するので、改良する地盤領域の直上に既設構造物があると地盤改良の作業を行うのが困難である。
【０００９】
また、格子式の改良地盤の場合には、軟弱地盤中に剛性が高く一体形成された改良地盤が造成されるので、地震力を受けた際に改良地盤の全体が一体で振動して増幅されるので、直上に設けた構造物に対する耐震性が損なわれる恐れがあると共に、改良地盤と内外の軟弱地盤との剛性の違いによって、地盤沈下や不等沈下を発生させる恐れがある。
【００１０】
また、深層混合処理工法では高圧噴射した固化材によって、改良地盤の上下近傍に地盤の乱れを生じて地盤沈下や不等沈下が発生する恐れがあるので、最上層の改良地盤の上に土被り部分を設け、土被り部分を改良地盤より低強度に地盤改良して、地盤の乱れが構造物に与える影響を軽減させる必要がある。
【００１１】
さらに、注入工法の場合には注入する安定剤が高価であり、特に全領域の地盤改良を行うブロック式では安定剤の使用量が増加して施工コストが著しく高騰すると共に、地震力を受けた際に改良地盤の全体が一体で振動して増幅されるので、改良地盤の直上に設けた構造物に対する耐震性が損なわれる恐れがある。
【００１２】
そこで本発明では、これら従来技術による課題を解決し得る地盤改良工法を提供するものであり、特に注入工法を用いて既設構造物の直下でも地盤改良を可能にすること、地盤改良する領域を局部的にしてコストパフォーマンスの高い地盤改良を行うこと、地盤沈下及び不等沈下を抑制すると共に、地震動の増幅を緩和して減震効果を高めること、などを可能にすることを主たる目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による地盤改良工法は、改良対象となる軟弱地盤による液状化層中に、注入工法によって安定剤を高圧充填し、中間を無改良地盤で離間させた状態で複数の水平盤状をした改良地盤を多層状に造成すると共に、軟弱地盤の最上層に最初の改良地盤を設けたことを特徴とする。
【００１４】
この地盤改良工法では、従来の注入工法のように液状化層の全層を改良しないで、中間に液状化を許容する無改良地盤を残した状態で部分改良を行い、改良率の減少によって、高価な安定剤の使用量を低減して施工コストの削減を図ると共に、改良率の減少によるデメリットを最小限にとどめ、コストパフォーマンスを高めることができる。
【００１５】
また、各改良地盤の間に挟まれた無改良地盤で液状化が生じた場合でも、改良地盤は剛性が高くしかも水平な平盤状であるから、地盤沈下を均一化し且つ改良地盤と無改良地盤の互層状態での相互作用が既設構造物からの荷重を分散すると共に、無改良地盤に発生する過剰間隙水圧が改良地盤に対して浮力として作用し、改良地盤は周辺地盤と重量バランスが図られた浮き基礎状態となるので、地盤の沈下及び不等沈下が軽減される。
【００１６】
また、同じ改良率でも、対象となる液状化層の全域に対して多層状に分散状態で改良地盤を施工した場合には、従来技術の注入工法で上層側の半分に改良地盤施工した場合と比べると、地震動の増幅が軽減されて直上の構造物に対する減震効果が得られると共に、変形抑止による地盤の補強効果によって、改良率以上に地盤沈下及び不等沈下を低減することができる。
【００１７】
さらに、深層混合処理工法の場合とは異なり、改良地盤の上下近傍に地盤の乱れを生じて地盤沈下や不等沈下が発生する恐れがないので、最上層の改良地盤の上に土被り部分を設ける必要がなく、最上層に最初の改良地盤を設けた構成にして、地盤沈下及び不等沈下を低減することができる。
【００１８】
前記地盤改良工法において、前記改良地盤は改良対象となる液状化層全体に対する改良率を２０〜６０％の範囲内で造成する実施形態を採ることができ、これによって改良率が減少する割合以上に沈下率の減少を抑止することができると共に、改良率が増加する割合以上に増幅率の増加を抑止することができるので、コストパフォーマンスの高い地盤改良が可能である。
【００１９】
前記地盤改良工法において、改良対象となる液状化層の両側に支持地盤である非液状化層に達する土止め板を立設した実施形態を採ることができ、これによって周辺地山の崩壊や改良地盤の剪断変形を抑止することが可能であると共に、特に支持地盤である非液状化層が傾斜地盤の場合には、液状化層が下流へ流動することを防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の地盤改良工法について、本発明を適用した好適な実施形態を示す添付図面に基づいて詳細に説明するが、図１は地盤改良の模式的な斜視図、図２は既設構造物の直下に適用した縦断面図、図３は従来の注入工法との比較説明図、図４〜６は施工状態を説明する縦断面図、図７は傾斜地盤に適用した縦断面図、図８は地盤改良効果の特性図、をそれぞれ示す。
【００２１】
図１で示すように、岩盤などの強固な支持地盤による非液状化層１の上層にある軟弱地盤の液状化層２に対して地盤改良を行い、水平方向に沿って延在する平盤状をした複数の改良地盤３（３Ａ〜３Ｄ）を、中間の無改良地盤で離間された状態で多層状に造成し、最上層の改良地盤３Ａは液状化層２の表層と同じ高さレベルに設定して、軟弱地盤の最上層に最初の改良地盤を設けている。
【００２２】
この地盤改良工法は、図２のように地盤上に例えば石油やガスなどの貯蔵タンク４Ａや建物４Ｂなどの既設構造物４が有る場合にも適用が可能であると共に、図２（ａ）のように良好な基礎地盤が浅い直接基礎の場合や、図２（ｂ）のように良好な基礎地盤が深いので、強固な支持地盤となる非液状化層１に達する支持杭５を打ち込んだ杭基礎の場合にも適用される。
【００２３】
改良地盤３は、超微粒子セメントや水ガラスなどによる溶液型の安定剤を土粒子間隙に高圧充填して固化地盤を造成する注入工法によって造成され、液状化層２に対して改良地盤３を造成する領域の割合すなわち改良率は、液状化層２の性状や直上に設けた構造物などによって異なるが、およそ２０〜６０％の範囲内に設定され、特に５０％前後に設定することが望ましい。
【００２４】
この地盤改良工法では、従来の注入工法のように液状化層２の全層を改良しないで、中間に液状化を許容する無改良地盤を残した状態で部分改良を行い、改良率（対象となる液状化区域に対する改良区域の比率）の減少によって、高価な安定剤の使用量を低減して施工コストの削減を図ると共に、改良率の減少によるデメリットを最小限に（詳細は後述する）とどめ、コストパフォーマンスを高めることができる。
【００２５】
また、各改良地盤３の間に挟まれた無改良地盤で液状化が生じた場合でも、改良地盤３は剛性が高くしかも水平な平盤状であるから、地盤沈下を均一化し且つ改良地盤と無改良地盤の互層状態での相互作用が既設構造物４からの荷重を分散すると共に、無改良地盤に発生する過剰間隙水圧が改良地盤３に対して浮力として作用し、改良地盤３は周辺地盤と重量バランスが図られた浮き基礎状態となるので、地盤の沈下及び不等沈下が軽減される。
【００２６】
さらに、改良率が同じ例えば５０％であっても、図３（ａ）で示す本発明のように、対象となる液状化区域２の全域に対して多層状に分散状態で改良地盤３を施工した場合と、図３（ｂ）で示す従来技術の注入工法のように、対象となる液状化区域２の上層側全域に改良地盤３を施工した場合とでは、地震動に対する減震効果や地盤に対する補強効果などの点で相違する。
【００２７】
例えば、地震動に対する減震効果の点では、加速度は軟化や液状化を生じて剛性が低下した地盤では減少し、剛性の高い地盤では増幅するので、図３（ａ）の場合は応答加速度分布ｘのように、改良地盤３での増幅と無改良地盤での低下が順次繰り返されて相殺され、地震動を緩和することができるが、図３（ｂ）の場合は応答加速度分布ｙのように、層厚の厚い改良地盤３における増幅が著しく、相殺されずに増幅して地盤上の構造物に伝達される。
【００２８】
また、地盤に対する補強効果の点では、地盤中に剛性の高い部材を敷設した場合には、変形抑止による補強効果を発揮することが知られており、図３（ａ）のように対象となる液状化区域２の全域に対して多層状に分散状態で改良地盤３を施工した場合には、地盤に対する補強効果が得られるが、図３（ｂ）のように改良地盤３と無改良地盤が上下層に完全に分離されている場合には、局部的には補強されても全体としては補強されず、従って多層状に地盤改良を行うことによって、改良率以上に地盤沈下及び不等沈下を低減することが可能である。
【００２９】
地盤改良の施工は、例えば図４で示すように、障害となる既設構造物４から離れた地表から、最初は傾斜状に次いで水平状に複数のボーリング孔５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）を掘削した後に、ボーリング孔５に注入パイプを挿入してボーリング孔５の周辺地盤に安定剤を注入し、多層状の改良地盤３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）を造成することができ、ボーリング孔５の掘削には例えば特開平１０−３１７８８３号公報に開示されている自在ボーリング工法の使用が可能である。
【００３０】
また、既設構造物４の横幅が比較的狭い場合には、例えば図５で示すように既設構造物４に隣接した地表から、非液状化層１に達する複数のボーリング孔６を掘削し、ボーリング孔６に挿入した注入パイプで安定剤を一定の深さ位置に注入して、横一列の改良地盤３Ｂ，３Ｃを造成した後に、図４の場合と同様の自在ボーリング工法を用いて既設構造物４の直下にボーリング孔５Ａを掘削し、安定剤の注入によって改良地盤３Ａを造成する。
【００３１】
また、既設構造物４の底部から地中へ削孔が可能な場合には、例えば図６で示すように、所定間隔毎に非液状化層１に達する複数のボーリング孔７を掘削し、注入パイプをボーリング孔７に挿入して安定剤を一定の深さ位置に注入することによって、横一列の改良地盤３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）を多層状に造成する。
【００３２】
さらに、非液状化層１の表面が傾斜状の地盤である場合には、図７で示すように改良地盤区域の両側に対し、非液状化層１に達する土止め板８を立設し、液状化層２が下流へ流動することを防止すると共に、周辺地山の崩壊や改良地盤３の剪断変形を抑止することが可能である。
【００３３】
土止め板８は、シートパイル（鋼製矢板）やコンクリート製矢板などの使用が可能であるが、特に施工が容易なことからシートパイル（鋼製矢板）を用いることが望ましく、また液状化層２が下流へ流動することを防止する効果以外の効果もあるので、必ずしも傾斜状の地盤の場合だけではなく、必要に応じて水平状の地盤の場合に使用する形態も採ることができる。
【００３４】
図８は、地盤改良効果について本件発明者らが模型振動台を用いて実験して得られた特性図であって、特に地盤の改良率に対して沈下率及び加速度増幅率がどのように変化するかを計測したが、この計測結果によって改良率を２０〜６０％の範囲に設定するのが、性能上及びコストパフォーマンス上で好ましいことが確認された。
【００３５】
すなわち、地盤の改良率の増加に応じて沈下率は次第に減少し、沈下抑止効果が高まる傾向を示しているが、特に改良率２０％までの範囲内が顕著であると共に、改良率５０％では無改良（改良率０％）時の沈下に比べて１／３以下に減少しており、改良率６０％以上では改良率を増加する割合に対して沈下率の減少が少なくなっている。
【００３６】
また、地盤の改良率の増加に応じて加速度増幅率は次第に増加し、地震動が直上の構造物に与える影響が高まる傾向を示しているが、改良率５０％では全面改良（改良率１００％）時の増幅率に比べて２／３程度に軽減され、地震動の増幅を緩和する減震効果があり、この無改良（改良率０％）時に対して約２倍の増幅率は、深層混合処理工法による格子式の改良地盤の場合より小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地盤改良工法を適用した好適な実施形態であって、地盤改良の模式的な斜視図を示す。
【図２】本発明の地盤改良工法を既設構造物の直下に適用した実施形態であり、（ａ）は直接基礎地盤に（ｂ）は杭基礎地盤に適用した縦断面図を示す。
【図３】本発明の地盤改良工法と従来の注入工法との作用効果の相違を比較した説明図を示す。
【図４】本発明の地盤改良工法における施工状態の説明図であって、自在ボーリングによる施工状態の縦断面図を示す。
【図５】本発明の地盤改良工法における施工状態の説明図であって、通常のボーリングと自在ボーリングを併用した施工状態の縦断面図を示す。
【図６】本発明の地盤改良工法における施工状態の説明図であって、通常のボーリングによる施工状態の縦断面図を示す。
【図７】本発明の地盤改良工法を傾斜状地盤に適用した縦断面図を示す。
【図８】本発明の地盤改良工法について、模擬試験によって得られた地盤改良率に対する地盤改良効果の特性図を示す。
【符号の説明】
１  非液状化層
２  液状化層
３  改良地盤
４  既設構造物
５，６，７  ボーリング孔
８  土止め板
【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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