(57)【要約】【課題】改良地盤のせん断波速度を精度良く求め、さらにその結果をもとに改良地盤の強度特性、変形特性を合理的に求める。【解決手段】地盤改良の実施工に先立ち、評価対象の地盤特性と同等仕様の供試体を作成し、該供試体に対してせん断波速度と強度とを求める室内試験を行ってせん断波速度と強度との関係を定式化し、求めた回帰曲線に、実施工が進行する地盤に設置したベンダーエレメントを用いて求めたせん断波速度の測定結果を適用して原位置での地盤強度を推定する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤改良の実施工に先立ち、評価対象の地盤特性と同等仕様の供試体を作成し、該供試体に対してせん断波速度と強度とを求める室内試験を行ってせん断波速度と強度との関係を定式化し、求めた回帰曲線に、実施工が進行する地盤に設置したベンダーエレメントを用いて求めたせん断波速度の測定結果を適用して原位置での地盤強度を推定することを特徴とする地盤特性の評価方法。
【請求項２】
地盤改良の実施工に先立ち、評価対象の地盤特性と同等仕様の供試体を作成し、該供試体に対してせん断波速度と強度とを求める室内試験を行ってせん断波速度と強度との関係を定式化し、求めた回帰曲線に、実施工が進行する地盤に設置したベンダーエレメントを用いて求めたせん断波速度の測定結果を適用して原位置での地盤強度を推定するとともに、さらに実施工が進行する原位置で採取した試料による強度試験結果を追加して前記回帰曲線を更新し、該更新された回帰曲線により以後の施工における地盤強度を推定することを特徴とする地盤特性の評価方法。
【請求項３】
地盤改良の実施工が進行する評価対象の地盤にベンダーエレメントを設置し、該ベンダーエレメントを用いて当該地盤のせん断波速度を測定するとともに、原位置で採取した試料の強度試験結果をもとに、原位置でのせん断波速度と強度との関係を定式化し、求めた回帰曲線に、前記ベンダーエレメントを用いて求めたせん断波速度の測定結果を適用して原位置での地盤強度を推定するとともに、さらに実施工が進行する原位置で採取した試料による強度試験結果を追加して前記回帰曲線を更新し、該更新された回帰曲線により以後の施工における地盤強度を推定することを特徴とする地盤特性の評価方法。
【請求項４】
前記せん断波速度を用いて前記地盤の剛性を算出するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の地盤特性の評価方法。
【請求項５】
前記供試体のせん断波速度測定にベンダーエレメントを用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の地盤特性の評価方法。
【請求項６】
原位置で採取した試料は、撹乱試料またはコア抜き試料、あるいは両種類の試料とする請求項２または請求項３に記載の地盤特性の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地盤特性の評価方法に係り、評価対象となる地盤のせん断波速度を精度良く求め、改良工が進行している現場で得られた測定結果、試験結果を考慮することで、より精度の高い改良地盤の強度特性、変形特性を合理的に求めるようにした地盤特性の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
建物基礎に要求される性能としては、供用時においては建物に有害な沈下を生じさせないために、地盤の沈下（変形）の検討が必要とされている。また巨大地震が発生した場合にも、建物が倒壊しないような支持力の検討が必要である。具体的には建物基礎部分の原地盤の変形性能（せん断剛性Ｇ，ヤング率Ｅ）、強度性能（極限支持力，せん断強度τｍａｘ）等を求めて地盤特性の評価を行うことが必要とされている。
【０００３】
一方、セメント系盤改良材を用いて得られた改良地盤は原地盤に比較して高い剛性と強度とが得られるため、近年、建物基礎地盤や液状化対策工として多用されている。したがって、改良地盤の品質を適切に評価して合理的な基礎設計を行えば、従来の支持杭・摩擦杭に比較して大幅な工期短縮やコストダウンを図ることも可能である。
【０００４】
このように原地盤、改良地盤の地盤評価を行う従来の方法としては、対象の地盤の所定箇所からコア抜きによって所定の大きさのサンプルを採取し、このサンプルの室内圧縮試験等によって強度を確認する手法がとられていた。しかし、この種のサンプルは採取・運送・成形時に、応力解放やサンプルの劣化などの撹乱が生じるため、図６に示した強度試験で得られたデータ頻度からもわかるように、サンプルを試験する従来の方法では、サンプルから得られた強度分布によって設定される設計基準強度（Ｆｃｓ）が、原位置での真の地盤強度をもとに設定可能な設計基準強度（Ｆｃ０）に対して著しく低く評価される傾向があった。しかも、コア抜きによるサンプル採取は、いわゆる抜き取り検査であり、地盤全体の品質を数点のデータから推定するものであった。地盤改良の評価等の場合には、地盤全体の改良状況等を把握できる精度の高いデータを得ることが求められていた。このような背景から原位置で行え、しかも非破壊試験によって地盤の強度特性・変形特性を合理的に評価できる評価法のニ一ズが高まっていた。
【０００５】
これに関し、出願人は現場における地盤性状の確認のために、地盤せん断波速度を効率よく測定するために、圧電セラミックス振動子を利用したベンダーエレメントを開発している（特許文献１参照）。図１０（ａ）は、基本タイプである直方体状のアクリル製ベースブロック５１の上面に圧電セラミックス製の振動子５２が固着されたものを示している。この振動子５２は一端５２ａがベースブロック５１に固定支持された梁長さ（Ｘ）のバイモルフタイプの片持ち梁構造からなる。図１０（ｂ）は、中間点に測定設置されるベンダーエレメント５０を示している。同図に示したように、ベースブロック５１の上面５１ａに発振部としての振動子５２Ｓが、下面５１ｂには受振部としての振動子５２Ｒが固着されている。
【０００６】
図１１は、この種のベンダーエレメントを利用した地盤のせん断波速度の測定方法を示している。図１１に示したように、ベンダーエレメント５０Ｓ，５０Ｒを所定距離Ｌだけ離れた地盤内に埋設し、一方のベンダーエレメント５０Ｓからせん断波を発信させ、もう他方のベンダーエレメント５０Ｒでせん断波を受信し、そのベンダーエレメント間の距離Ｌをせん断波の伝搬時間（遅延時間）で除すことにより、対象地盤のせん断波速度を算定するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００３−１２１２７６公報。
【０００８】
出願人は、上述したベンダーエレメントを用いて容易に得られるせん断波速度データを利用し、従来の地盤特性の測定技術が有する問題点を解消し、原地盤におけるせん断波速度の測定により、建物基礎等に要求される地盤特性の評価を精度よく行えるようにした地盤特性の評価方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は地盤改良の実施工に先立ち、評価対象の地盤特性と同等仕様の供試体を作成し、該供試体に対してせん断波速度と強度とを求める室内試験を行ってせん断波速度と強度との関係を定式化し、求めた回帰曲線に、実施工が進行する地盤に設置したベンダーエレメントを用いて求めたせん断波速度の測定結果を適用して原位置での地盤強度を推定することを特徴とする。
【００１０】
また、地盤改良の実施工に先立ち、評価対象の地盤特性と同等仕様の供試体を作成し、該供試体に対してせん断波速度と強度とを求める室内試験を行ってせん断波速度と強度との関係を定式化し、求めた回帰曲線に、実施工が進行する地盤に設置したベンダーエレメントを用いて求めたせん断波速度の測定結果を適用して原位置での地盤強度を推定するとともに、さらに実施工が進行する原位置で採取した試料による強度試験結果を追加して前記回帰曲線を更新し、該更新された回帰曲線により以後の施工における地盤強度を推定することを特徴とする。このとき原位置で採取した試料は、撹乱試料またはコア抜き試料、あるいは両種類の試料とすることが好ましい。
【００１１】
さらに、地盤改良の実施工が進行する評価対象の地盤にベンダーエレメントを設置し、該ベンダーエレメントを用いて当該地盤のせん断波速度を測定するとともに、原位置で採取した試料の強度試験結果をもとに、原位置でのせん断波速度と強度との関係を定式化し、求めた回帰曲線に、前記ベンダーエレメントを用いて求めたせん断波速度の測定結果を適用して原位置での地盤強度を推定するとともに、さらに実施工が進行する原位置で採取した試料による強度試験結果を追加して前記回帰曲線を更新し、該更新された回帰曲線により以後の施工における地盤強度を推定することを特徴とする。このとき原位置で採取した試料は、撹乱試料またはコア抜き試料、あるいは両種類の試料とすることが好ましい。
【００１２】
前記せん断波速度を用いて前記地盤の剛性を算出し、地盤特性評価に用いるようにすることが好ましい。
【００１３】
前記供試体のせん断波速度測定にベンダーエレメントを用いることで簡単に供試体のせん断波速度を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の地盤特性の評価方法の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本発明の地盤特性の評価方法は、原地盤の品質確認、あるいはセメント系改良材等の各種地盤改良材を用いて地盤特性の向上が図られた改良地盤の品質確認を、以下の手順（１）〜（５）に従って行う手法である（図１参照）。本実施の形態では、特に地盤改良後の地盤（改良地盤）における改良された強度特性の確認について述べる。
【００１５】
（１）あらかじめ、現場土試料を採取し、この試料をもとに実際に改良に用いられる地盤改良材と種類、配合と同一仕様での改良土室内配合試験を行う。図４各図は、この改良土室内配合実験における供試体を用いたせん断速度測定及び圧縮試験の試験概要を示した説明図である。本実施の形態では供試体として従来の土試料の一軸圧縮試験の供試体用円筒形モールドを利用して作成したものを利用している。十分なデータ数となるように複数個の供試体を利用した試験を行う。供試体１０は従来の供試体と同様にモールドから脱型した後に端面整形を行い、図４（ａ）に示したように、対向する上下の端面１０ａ間にベンダーエレメント１１の振動子１１ａ先端を密着させ、この端面間を伝播するせん断波の到達時間ｔを測定する。せん断波到達時間ｔ及び供試体高さＨがわかれば、せん断波速度Ｖｓ（＝Ｈ／ｔ）が求められる。
【００１６】
さらに後述する回帰曲線を得るために、図４（ｂ）に示したように、せん断波速度測定を行った供試体１０に対して一軸圧縮試験を行い、せん断波速度Ｖｓを求めた供試体の一軸圧縮強さｑｕを求める。
【００１７】
（２）改良土室内試験による改良地盤のせん断波速度Ｖｓと一軸圧縮強さｑｕの関係を示す所定の回帰曲線を、回帰分析によって求め、定式化する。具体的には後述する実施例（図５）に示したように、横軸をせん断波速度Ｖｓ、縦軸を一軸圧縮強さｑｕとしてデータをプロットする。各データをもとに回帰曲線を求める。たとえば、本実施の形態では下式を得ることができる。
【００１８】
［数１］
2004053586.tif 000003
ここに、ａ，ｂは回帰分析によって求まるパラメータ
【００１９】
（３）次いで、実際に工事が行われている状態で、原位置の建物基礎に使用される改良地盤の表面あるいは改良地盤中において、図８に示したようにベンダーエレメントを用いた改良地盤のせん断波速度Ｖｓの測定を行う。
（４）図２に示したように、上述の式１の関係を用いて原位置試験で求められたせん断波速度Ｖｓから、一軸圧縮強さｑｕを推定することができる。このとき、せん断波速度Ｖｓから求められた一軸圧縮強さｑｕは、図３に示したように、実際の地盤強度分布にほぼ等しい分布を示し、その強度分布によって設定される設計基準強度（Ｆｃｓ）が、原位置での真の地盤強度をもとに設定可能な設計基準強度（Ｆｃ０）にほぼ等しい値を得ることができる。さらに、せん断波速度Ｖｓに対して、あらかじめ求めておいたポアソン比（ν）、地盤単位体積質量（γ）及び既知の重力加速度（ｇ）を用いて対象地盤のヤング率（Ｅ）を下式によって求めることができる。
【００２０】
［数２］
2004053586.tif 000004
【００２１】
（５）地盤評価に際しては、上述して推定した強度特性としての一軸圧縮強さｑｕおよび変形特性としてのヤング率（Ｅ）から改良地盤の評価を行い、当初の改良地盤の設計強度と比較し、設計品質が確保されているかを判定する。以上の手順により地盤改良を行った地盤特性の評価を行うことができる。これら一連の手法は改良地盤でない通常地盤の特性を知ることにも適用できることはいうまでもない。
【００２２】
【実施例】
対象となる地盤に、所定配合で地盤改良材を投入して地盤改良を行う際、あらかじめ供試体を用いた室内配合試験を行った。その結果を図５に示す。同図にプロットしたデータ（ｎ＝４７）は改良後経過時間を異ならせて得たデータで、せん断波速度Ｖｓはおよそ４００〜６００ｍ／ｓに分布する。さらにこれらのデータ群からせん断波速度Ｖｓと一軸圧縮強さｑｕとの関係を表す回帰曲線を決定する。ａ，ｂを求めて得られた回帰曲線は下式の通りである。
【００２３】
［数３］
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【００２４】
この回帰曲線を利用して、原位置の建物基礎に使用される改良地盤で求めたせん断波速度Ｖｓから、強度特性としての一軸圧縮強さｑｕおよび変形特性としてのヤング率（Ｅ）を求める。図５に示したように、せん断波速度ＶｓがＶｓ＝３００ｍ／ｓのとき、一軸圧縮強さｑｕはｑｕ＝３Ｎ／ｍｍ２となる。この推定された強度が設計基準強度（Ｆｃ０）を満足していれば、原位置の建物基礎に使用される改良地盤の強度特性を満足していると判断できる。さらにポアソン比ν＝０．２，地盤単位体積質量γ＝１０ｋＮ／ｍ３から地盤変形特性としてのＥ＝３５２．７Ｎ／ｍｍ２を得る。これらの強度特性、変形特性値から対象改良地盤の地盤評価を行うことができ、改良地盤の設計品質を合理的に評価することができる。
【００２５】
［他の評価手順を経た評価方法］
上述した実施の態様および実施例に示した評価方法では、あらかじめ採取しておいた現場土をもとに想定改良地盤の試験体を作製し、その試験体の試験結果から強度−せん断速度関係曲線を求め、その回帰曲線を以後に行われる実施工に適用するようになっている。したがって、実際の施工を進める際に、この回帰曲線（関係式）が建物基礎等を支持する改良地盤の特性を適正に表しているのか検証する必要がある。そこで、実際の現場で造成された改良地盤、すなわち原位置撹乱試料を採取して得られた試験体を作製し、または改良地盤の一部からコア抜きした試料から試験体を作製し、その試験体の試験結果を上述の回帰データに加え、強度−せん断波速度の関係式曲線の更新を行うことで、事前室内試験データに原位置データを加味し、より精度の高い関係式曲線に更新することができる。図７は、この原位置データを用いて関係式（回帰曲線）の更新を行う場合の地盤特性評価の手順を示したフローチャート、図８は、更新された関係式曲線を用いてせん断波速度Ｖｓから、一軸圧縮強さｑｕを推定した結果を示した適用例である。この更新された回帰曲線を用いてせん断波速度Ｖｓから求められた一軸圧縮強さｑｕは、事前室内試験の場合よりも値が小さくなったが、その値はより実際の改良地盤の強度に近く、安全側データが得られることになる。
【００２６】
さらに、以上の評価方法では、いずれも事前室内試験を行い、回帰曲線の係数の決定を行い、定式化（定義）を図っていたが、改良効果が早期に確認できるような地盤を対象とする場合には、図９に示したように、実施工の進行に伴い、改良地盤の原位置で採取した試料をもとにした強度試験を短期材齢で実現できる。この時の試料としては、撹乱試料またはコア抜きした試料、あるいはその両種類の試料を適用できる。このため、地盤特性の評価方法として、事前室内試験を行ってあらかじめ回帰曲線を求める手順を省略し、地盤改良工等を開始した直後から、その現場で採取した原位置撹拌試料によって直接、強度−せん断波速度の関係式（回帰曲線）の定式化（定義）を行い、さらに施工の進行に伴って得られる原位置撹拌試料を用いた試験結果を追加データとして評価にフィードバックさせてすでに求めた回帰曲線の更新を行い、以後、更新された新しい回帰曲線を用いて原位置における非破壊試験を行うようにすることもできる。これによれば、事前室内試験の省略等により評価手法の簡便化を図ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上に述べたように、従来のコア抜きサンプルによる圧縮試験結果をもとにした地盤評価に比べ、実際に進行している改良地盤工に応じた原位置データの採取、フィードバックを行うことにより、改良地盤特性を、強度特性、変形特性の点から合理的に評価することができ、改良地盤全体にわたってせん断波速度を非破壊で測定することができ、対象となる地盤の全体的な特性を把握できる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による地盤特性の評価方法の一実施の形態における評価手順を示したフローチャート。
【図２】本発明の地盤特性の評価方法における回帰曲線の適用例を示したグラフ。
【図３】本発明で求まる強度と実強度との誤差を模式的に示したグラフ。
【図４】室内配合試験におけるベンダーエレメントを用いたせん断波速度測定、強度試験時の供試体を示した斜視図。
【図５】実施例における室内配合試験結果から回帰曲線を求めるためのグラフ。
【図６】従来の強度試験で求まる強度と実強度との誤差を模式的に示したグラフ。
【図７】他の評価手順による地盤特性の評価方法を示したフローチャート。
【図８】図７に示した評価手順によって加味されたデータをもとに更新された回帰曲線の適用例を示したグラフ。
【図９】さらに他の評価手順による地盤特性の評価方法を示したフローチャート。
【図１０】ベンダーエレメントの構成例を示した斜視図。
【図１１】ベンダーエレメントによるせん断波速度測定例を示した模式断面図。
【符号の説明】
１０　供試体
１１　ベンダーエレメント
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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