(57)【要約】【課題】改良対象の地盤全体の強度を考慮して適切な締固め度での地盤改良を可能とする。【解決手段】改良対象の地盤に砂杭を造成して当該地盤を改良する際に、Ｎｇ＝｛ａｓＮＰ２ｂ＋（１−ａｓ）Ｎ１２ｂ｝１／２　・・・・式（１）Ｎｇ：等価Ｎ値ＮＰ：砂杭のＮ値Ｎ１：砂杭間のＮ値ａｓ：置換率ｂ：係数上記式（１）に基づき、等価Ｎ値が所定値以上となるように置換率ａｓを定め、該置換率ａｓとなるように前記砂杭を造成する。【選択図】　　　　　図２
2004143708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改良対象の地盤に砂杭を造成して当該地盤を改良する際に、
Ｎｇ＝ｆ（ＮＰ，Ｎ１，ａｓ，ｂ）
Ｎｇ：等価Ｎ値
ＮＰ：砂杭のＮ値
Ｎ１：砂杭間のＮ値
ａｓ：置換率
ｂ　：係数
上記関数に基づき、等価Ｎ値Ｎｇが所定値以上となるように置換率ａｓを定め、該置換率ａｓとなるように前記砂杭を造成することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
上記関数が、
Ｎｇ＝｛ａｓＮＰ２ｂ＋（１−ａｓ）Ｎ１２ｂ｝１／２　・・・・式（１）
であることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記等価Ｎ値Ｎｇを用いて液状化判定を行った場合に、該等価Ｎ値Ｎｇが目標Ｎ値以上となるように前記置換率ａｓを定めたことを特徴とする請求項１又は２に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
改良対象の地盤データを入力するステップと、
Ｎｇ＝ｆ（ＮＰ，Ｎ１，ａｓ，ｂ）
Ｎｇ：等価Ｎ値
ＮＰ：砂杭のＮ値
Ｎ１：砂杭間のＮ値
ａｓ：置換率
ｂ　：係数
上記関数に基づき、等価Ｎ値、又は該等価Ｎ値が所定値以上となる置換率ａｓを評価結果として定めるステップと、
前記評価結果を出力するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項５】
上記関数が、
Ｎｇ＝｛ａｓＮＰ２ｂ＋（１−ａｓ）Ｎ１２ｂ｝１／２　・・・・式（１）
であることを特徴とする請求項４に記載のプログラム。
【請求項６】
前記等価Ｎ値Ｎｇを用いて液状化判定を行った場合に、該等価Ｎ値Ｎｇが目標Ｎ値以上となるように前記置換率ａｓを定めたことを特徴とする請求項４又は５に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、締固め砂杭による地盤改良技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱地盤の液状化対策として、地盤中に締固め砂杭を造成するサンドコンパクションパイル工法（以下、ＳＣＰ工法と略す）が知られている。このように締固めた砂杭を軟弱地盤中に所定間隔で造成すると、地盤のＮ値（締固めの程度）が大きくなるため、軟弱地盤の液状化に対する抵抗性を増すことができる。
【０００３】
このＳＣＰ工法により地盤の性状を改良する場合、改良対象の地盤の物性に基づき、液状化が起こらないＮ値を求め、この目標Ｎ値となるように砂杭径と砂杭ピッチ、即ち改良に必要な砂杭の面積と改良地盤の面積との比（置換率）を定めて砂杭の造成を行うのが通例である。
【０００４】
このＮ値は、図２（ａ）の如く改良対象の地盤７０に砂杭８を造成した場合、例えばこのａ−ａ線の位置において図２（ｂ）に示すようになっている。即ち、改良前の地盤７０のＮ値がＮ０、砂杭８のＮ値がＮＰのとき、砂杭８から離れると共にＮ値が低下し、砂杭間（砂杭から最も離れた個所）７１のＮ値がＮ１となっている。
【０００５】
従って、地盤７０の改良後のＮ値としては、砂杭間７１のＮ１に代表させ、地盤改良の評価はこのＮ１が所定値を超えているか否かで行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の評価方法では、最も地盤の弱い部分である砂杭間７１のＮ値（Ｎ１）のみで評価を行っており、砂杭８やその他の個所のＮ値は考慮されていなかった。
【０００７】
しかしながら、地震等の荷重は地盤全体にかかるものであり、実際の地盤の強さは、砂杭８やその他、Ｎ値の高い個所の影響を受けるので、実際の地盤の強さと、評価とが乖離していた。
【０００８】
このため従来の評価方法では、適切な強度を示すことができず、過剰な地盤改良を必要とするという問題点があった。従って、施工期間の冗長化や高コスト化を招いていた。
【０００９】
本発明は、上記問題点を鑑み、改良対象の地盤全体の強度を考慮して適切な締固め度での地盤改良を可能とすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の地盤改良工法及びプログラムは、
改良対象の地盤に砂杭を造成して当該地盤を改良する際に、
上記式（１）に基づき、等価Ｎ値が所定値以上となるように置換率ａｓを定めている。
【００１１】
これにより、砂杭間のＮ値だけでなく砂杭８のＮ値を考慮し、対象地盤全体の強度（せん断弾性等）に応じて置換率ａｓを定めているので、過不足なく適切に地盤改良を行うことができる。
【００１２】
従って、過剰に砂杭を造成する必要が無くなり、コストの削減が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
《実施形態１》
〈本工法の概要〉
図１は本実施形態に係る地盤改良工法の概略構成図、図２は改良対象地盤とそのＮ値の説明図、図３は本発明の原理説明図である。
【００１５】
本実施形態は、図１に示すように、軟弱な地盤（改良対象の地盤）７０を液状化が発生し易い深さＨまで砂杭を造成して地盤改良を行う所謂サンドコンパクションパイル工法（ＳＣＰ工法）である。
【００１６】
先ず、打設機１を移動して砂杭８を造成する位置の位置決めを行う（Ｓ１）。
【００１７】
次に振動機２で振動を与えながら金属製のケーシングパイプ３を地盤７０に貫入させる（Ｓ２）。
【００１８】
そして、所定量の砂を入れ（Ｓ３）、その分ケーシングパイプ３を引き抜く（Ｓ４）。
【００１９】
次いでケーシングパイプ３を打ち戻して先のステップＳ３〜Ｓ４で投入した砂を押しつぶす（Ｓ５）。これにより砂がつぶれて広がった分だけ、まわりの地盤が圧縮して締固められる。
【００２０】
このステップＳ３〜Ｓ５と同様に砂を地盤へ投入し打ち戻すステップを繰り返し、締め固めた砂を積み重ねて砂杭８を造成する（Ｓ６）。
【００２１】
このとき本発明では、上述のように地盤７０を改良する際に、
Ｎｇ＝ｆ（ＮＰ，Ｎ１，ａｓ，ｂ）
Ｎｇ：等価Ｎ値
ＮＰ：砂杭のＮ値
Ｎ１：砂杭間のＮ値（砂杭から最も離れた位置のＮ値）
ａｓ：置換率
ｂ：係数
上記関数に基づき、等価Ｎ値Ｎｇが所定値以上となるように置換率ａｓを定める。
なお、本実施形態では、上記関数を
Ｎｇ＝｛ａｓＮＰ２ｂ＋（１−ａｓ）Ｎ１２ｂ｝１／２　・・・・式（１）
としている。
【００２２】
そして、この置換率ａｓから砂杭８の直径Ｗとこの間隔（ピッチ）Ｐを求めて砂杭８の造成を行う。
【００２３】
図２（ａ）は、この条件で砂杭８を改良対象地盤７０に造成して地盤改良を行った場合を示している。
【００２４】
また、図２（ｂ）は、この場合のＮ値の分布を示している。
【００２５】
同図の如く、改良前の地盤７０のＮ値がＮ０、砂杭８のＮ値がＮＰのとき、実際のＮ値は、砂杭８から離れると共に低下し、砂杭間（砂杭から最も離れた個所）７１でＮ１となっている。
【００２６】
このように、実際のＮ値は、場所によって異なっているため、従来の工法では、砂杭間７１のＮ値（Ｎ１）から置換率ａｓを求めていた。これに対し本実施形態では、図３（ａ）に示す地盤全体が同変位すると仮定して等価なＮ値（Ｎｇ）を求め、この等価Ｎ値（Ｎｇ）が所定値を超えるように置換率ａｓを求めた。
【００２７】
即ち本実施形態は、砂杭間７１よりもＮ値の高い砂杭８の影響を考慮して置換率ａｓを定めているので、従来の砂杭間７１のＮ値（Ｎ１）に基づく工法よりも低い置換率ａｓで改良を行うことができる。
【００２８】
〈等価Ｎ値の説明〉
次に等価Ｎ値の算出について説明する。
【００２９】
上記式（１）は、図３（ｂ）に示すように改良地盤のせん断弾性係数に基づいて等価のＮ値を評価する式（ａ），（ｂ），（ｃ）を展開して得られた式である。
【００３０】
Ｇｅｑ＝ａｓＧＰ＋（１−ａｓ）Ｇ１　・・・・式（ａ）
Ｖｓ−ｅｑ＝（Ｇｅｑ／ρ）１／２　・・・・・・・式（ｂ）
Ｎｇ＝（Ｖｓ−ｅｑ／Ａｇ）１／ｂ　　・・・・・・式（ｃ）
Ｇｅｑ：等価せん断弾性係数
ＧＰ：砂杭のせん断弾性係数
Ｇ１：砂杭間のせん断弾性係数
ａｓ：置換率
Ｖｓ−ｅｑ：等価せん断波速度
ρ：単位体積質量
Ａｇ，ｂ：Ｎ値とＶｓの関係式から定まる係数
【実施例】
具体例として、表１の物性を有した地盤の改良を行った例について説明する。なお、本例では、表１の地盤のうち、液状化し易い、Ｂｓ１層及びＢｓ２層（Ｈ＝１３．５ｍ）について改良を行う。
【００３１】
【表１】
2004143708.tif 000003
〈比較例〉
比較のため、先ず従来工法による改良の例を説明する。
【００３２】
表２は、以下のように建築学会「建築基礎構造設計指針」に示されている液状化判定でＦｌ値が１．０を超える最小の目標Ｎ値を求めたものである。なお、本例では、Ｂｓ１層〜Ｂｓ２層を１２の層に分けて評価している。
【００３３】
目標Ｎ値は「建築基礎構造設計指針」の液状化判定の方法から逆算して求めた。
Ｆｌ値は下式である。
【数１】
2004143708.tif 000004
ここで、τｌは水平面における液状化抵抗、τｄは地震時に生じる等価な繰り返しせん断応力、σ’ｚは検討深さにおける有効土被り圧である。Ｆｌ値が１．０以上とする目標Ｎ値は、以下の手順で求める。
「建築基礎構造設計指針」に示されている図７のせん断ひずみ５％の曲線から地震時の液状化抵抗比又は等価な繰返しせん断応力比τｄ／σ’ｚに対する補正Ｎ値を必要Ｎａ値とする。必要Ｎａ値と目標Ｎ値の関係は以下のとおりである。
【数２】
2004143708.tif 000005
ここで、ＮＫは換算Ｎ値、ΔＮｆは図８に示す細粒土含有率に応じたＮ値増分、Ｎｒは目標Ｎ値である。
【００３４】
【表２】
2004143708.tif 000006
そして、砂杭間のＮ値がこの目標Ｎ値以上となるように図６に示した地盤工学会の方法Ｃに基づき置換率ａｓを算定した。
【００３５】
表３に、各層Ｎｏ１〜Ｎｏ１２についての必要な置換率を示している。
【表３】
2004143708.tif 000007
同表から液状化を起こさないために必要な最大の置換率ａｓが１１％であることが分かる。
【００３６】
〈本実施例〉
次に本発明に係る工法によって上記地盤の改良を行った例を説明する。
先ず、上記式（１）によって、等価Ｎ値を求める。なお、このときの砂杭８の物性を表４に示した。
【００３７】
【表４】
2004143708.tif 000008
そして各層Ｎｏ１〜Ｎｏ１２について評価を行い、各層の等価Ｎ値（Ｎｇ）が前記目標Ｎ値を超えるように、或は改良した地盤のＦｌ値が１以上となるよう置換率ａｓを求める。
【００３８】
表５は、置換率ａｓを８％とした場合、表６は、置換率ａｓを９％とした場合である。
【表５】
2004143708.tif 000009
【表６】
2004143708.tif 000010
上述のように置換率ａｓを８％とした場合には、Ｎｏ１１とＮｏ１２の層でＦｌ値が１未満となるので、液状化の可能性がある。従って本例では表６のように置換率ａｓが９％となるように定める。
【００３９】
そしてこの置換率ａｓに基づき、次式から砂杭８の本数ｎと、砂杭８を正方形に配置した場合のピッチＰを求め、このピッチＰ及び本数ｎとなるように施工する。
【００４０】
ｎ＝（Ａ×ａｓ）／Ａｓ
Ｐ＝（Ａｓ　／ａｓ）１／２
Ａ　：改良対象地盤７０の面積
Ａｓ：砂杭８の面積
このように従来工法では、置換率ａｓを１１％とする必要があるのに対し、本工法によれば９％とすることができ、２％の効率化が図れる。
【００４１】
即ち、造成する砂杭の本数を少なくすることができ、施工期間の短縮や資材の削減、ひいてはコストの削減を図ることができる。
【００４２】
《実施形態２》
次に本発明のプログラムを用いて地盤改良を行う際の等価Ｎ値等を算出するシミュレーションシステムの例を説明する。
【００４３】
本実施形態では、改良対象の地盤７０の物性や、造成する砂杭８の物性を入力することにより、等価Ｎ値、置換率、砂杭の本数及びピッチなど、改良に必要なデータを出力する。
【００４４】
図４は、本実施形態のシミュレーションシステムの概略構成を示す図である。本システム１は、所謂ワークステーションやパーソナルコンピュータ等のコンピュータであり、同図に示すように、本体１１内に、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｕｎｉｔ）やメインメモリ等よりなる演算処理部１２、演算処理の為のソフトウェア（本発明に係るシミュレーションプログラム等）を記憶したハードディスク（記憶手段）１３、データの入出力部である入出力ポート１４、ネットワークに接続して通信を行う為の通信制御手段１５等が備えられている。
【００４５】
図５は、本システム１における改良用データの出力手順の説明図である。
【００４６】
先ず、改良対象の地盤データや砂杭のデータとしてＮ値、Ｆｃ値、γ、ν等を入力する（ステップ１１、以下Ｓ１１のように略記する）。
【００４７】
この入力データと前述の式（１）に基づき、等価Ｎ値を求める（Ｓ１２）。
【００４８】
次に等価Ｎ値を用いた場合に前述のＦｌが１以上となるか否かを判定し（Ｓ１３）、１以上で無ければ置換率ａｓを上げて再度等価Ｎ値を求める（Ｓ１２）。
【００４９】
Ｆｌが１以上であれば、このときの置換率ａｓに基づいて砂杭８の本数ｎとピッチＰを求める（Ｓ１４）。
【００５０】
そしてこれらのステップ（Ｓ１２〜Ｓ１４）で求めた値（評価結果）を表６や、図２のような所定の形式として表示部やプリンタで出力する（Ｓ１５）。
【００５１】
本実施形態によれば、等価Ｎ値を用いて定めた地盤改良に必要なデータ（評価結果）を出力することができ、これに基づいて地盤改良を行うことで前述の実施形態で説明したように、適切な締固め度で、効率良く地盤改良を行うことが可能となる。
【００５２】
なお、本実施形態では、評価結果を表などで出力する例を示したが、本発明のプログラムは、これに限らず、評価結果に基づいて液状化が発生する否かを出力する評価プログラムや、評価結果に基づいて砂杭の位置や形状を示す図面を出力するＣＡＤなどにも適用できる。
【００５３】
《その他の実施形態》
本発明の地盤改良工法及びプログラムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５４】
例えば、以下に付記した構成であっても上述の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
〔付記１〕
改良対象の地盤に砂杭を造成して当該地盤を改良する際に、
Ｎｇ＝ｆ（ＮＰ，Ｎ１，ａｓ，ｂ）
Ｎｇ：等価Ｎ値
ＮＰ：砂杭のＮ値
Ｎ１：砂杭間のＮ値
ａｓ：置換率
ｂ　：係数
上記関数に基づき、等価Ｎ値Ｎｇが所定値以上となるように置換率ａｓを定め、該置換率ａｓとなるように前記砂杭を造成することを特徴とする地盤改良工法。
【００５６】
〔付記２〕
上記関数が、
Ｎｇ＝｛ａｓＮＰ２ｂ＋（１−ａｓ）Ｎ１２ｂ｝１／２　・・・・式（１）
であることを特徴とする付記１に記載の地盤改良工法。
【００５７】
〔付記３〕
前記等価Ｎ値Ｎｇを用いて液状化判定を行った場合に、該等価Ｎ値Ｎｇが目標Ｎ値以上となるように前記置換率ａｓを定めたことを特徴とする付記１又は２に記載の地盤改良工法。
【００５８】
〔付記４〕
改良対象の地盤データを入力するステップと、
Ｎｇ＝ｆ（ＮＰ，Ｎ１，ａｓ，ｂ）
Ｎｇ：等価Ｎ値
ＮＰ：砂杭のＮ値
Ｎ１：砂杭間のＮ値
ａｓ：置換率
ｂ　：係数
上記関数に基づき、等価Ｎ値、又は該等価Ｎ値が所定値以上となる置換率ａｓを評価結果として定めるステップと、
前記評価結果を出力するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【００５９】
〔付記５〕
上記関数が、
Ｎｇ＝｛ａｓＮＰ２ｂ＋（１−ａｓ）Ｎ１２ｂ｝１／２　・・・・式（１）
であることを特徴とする付記４に記載のプログラム。
【００６０】
〔付記６〕
前記等価Ｎ値Ｎｇを用いて液状化判定を行った場合に、該等価Ｎ値Ｎｇが目標Ｎ値以上となるように前記置換率ａｓを定めたことを特徴とする付記４又は５に記載のプログラム。
【００６１】
本発明において、上記の各構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、改良対象の地盤全体の強度を考慮して適切な締固め度での地盤改良を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る地盤改良工法の概略構成図
【図２】改良対象地盤とそのＮ値の説明図
【図３】本発明の原理説明図
【図４】実施形態２のシミュレーションシステムの概略図
【図５】実施形態２における評価結果の出力手順の説明図
【図６】置換率の算出手順の説明図
【図７】液状化抵抗比又は等価な繰返しせん断応力比と補正Ｎ値との関係図
【図８】補正Ｎ値増分と細粒土含有率との関係図
１　　　　　打設機
２　　　　　振動機
３　　　　　ケーシングパイプ
８　　　　　砂杭
１０　　　シミュレーションシステム
１１　　　本体
１２　　　演算処理部
１４　　　入出力ポート
１５　　　通信制御手段
７０　　　地盤
【図１】
2004143708.tif 000011
【図２】
2004143708.tif 000012
【図３】
2004143708.tif 000013
【図４】
2004143708.tif 000014
【図５】
2004143708.tif 000015
【図６】
2004143708.tif 000016
【図７】
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【図８】
2004143708.tif 000018