(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
舗装路盤の下側の砂質地盤に薬液注入孔を掘削し、該薬液注入孔から薬液を注入して改
良率を改良深度ごとに変え、舗装路盤の直下の砂質地盤を改良率１００％で改良し、深度
が深くなるにしたがって、改良率を低下させた改良径の異なる改良体同士を水平方向と上下方向とにおいて前記改良体の一部が重なり合って一体になっているのを維持しながら、改良率を低下させることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
深度が深くなるにしたがって低下する改良率は、球状の改良体ａが立方体の改良域Ｍに接することで水平方向および上下方向で互いに重なり合うための条件として、最低が５３％であることを特徴とする請求項ｌに記載の地盤改良工法。
【請求項３】
深度ｘが深くなるにしたがって改良率αを低下させる際に、
0005187829.tif 000006
の式で算定される地盤の液状化指数であるＰＬ値が一定の値以下になるように改良率αを
設定することを特徴とする請求項ｌに記載の地盤改良工法。
【請求項４】
ＰＬ値を求める際に使用される、ＦＬ＝Ｒ／Ｌ（Ｒ：地盤の液状化強度比、Ｌ：地震時
の地盤内部のせん断応力比）の式で算定される液状化に対する安全率であるＦＬ値につい
ては、未改良時のＦＬ値に（ｌ−ＦＬ）×改良率αを加算して算定することを特徴とする
請求項３に記載の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は地盤改良工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の液状化対策のための薬液を用いた砂質地盤の地盤改良工法は、地下水面から２０ｍまでの深度に薬液を注入することにより、これらの層における砂の間隙を薬液で置き換えていた。すなわち改良率１００％で薬液を注入することにより地震による砂質地盤の液状化を防いでいた。これは砂質地盤の液状化層を全て改良するという工法であった。また、その他の地盤改良工法としては、特開２００４−３４６６３６号公報の発明がある。
【特許文献１】特開２００４−３４６６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の地盤改良工法は地下水面から２０ｍまでを全て改良し、この液状化層における全ての砂の間隙量と、同じ量の薬液を砂質地盤に注入するためコスト高になるという問題があった。
【０００４】
本願発明は上記のような間題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで液状化層の改良ができる地盤改良工法、すなわち、砂質地盤の液状化層を全て改良するのではなく、改良体による構造体が形成できる程度の改良をすることにより、地盤の軟化による変形を防いで地盤本来の剛性を保つとともに、過剰間隙水の地表への排水によって生じる圧密沈下を防ぐことのできる、地盤改良工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するための地盤改良工法は、舗装路盤の下側の砂質地盤に薬液注入孔
を掘削し、該薬液注入孔から薬液を注入して改良率を改良深度ごとに変え、舗装路盤の直
下の砂質地盤を改良率ｌ００％で改良し、深度が深くなるにしたがって、改良率を低下させた改良径の異なる改良体同士を水平方向と上下方向とにおいて前記改良体の一部が重なり合って一体になっているのを維持しながら、改良率を低下させることを特徴とする。また、深度が深くなるにしたがって低下する改良率は、球状の改良体ａが立方体の改良域Ｍに接することで水平方向および上下方向で互いに重なり合うための条件として、最低が５３％であることを含む。また深度ｘが深くなるにしたがって改良率αを低下させる際に、
0005187829.tif 000002
の式で算定される地盤の液状化指数であるＰＬ値が、一定の値以下になるように改良率αを設定することを含む。また、ＰＬ値を求める際に使用される、ＦＬ＝Ｒ／Ｌ（Ｒ：地盤の液状化強度比、Ｌ：地震時の地盤内部のせん断応力比）の式で算定される液状化に対する安全率であるＦＬ値については、未改良時のＦＬ値に（１一ＦＬ）×改良率αを加算して算定することを含むものである。
【０００６】
ここに改良率αとは、ある立方体の改良域の中における改良された領域（改良体）の割
合をいう。したがって、薬液を改良域の砂質地盤に注入すると、注入点を中心にしたほぼ
球状の改良体が形成されるため、深度が深くなるにしたがって低下する改良率αの最低を
５３％にすると、改良体同士が互いに接して、地盤本来の剛性を保つことのできる構造体
を形成することができる。即ち、図１（１），（２）に示すように、一つの改良域Ｍの立方体の１辺長さをＬとすると、この内部で接する直径Ｌの球状改良体ａの体積は、（１／６）×π×Ｌ３なので、改良域Ｍの体積Ｌ３と比較してａ／Ｍ＝π／６≒５３％となるからである。しかし、改良率αが５３％未満の場合には、球状の改良体ａの直径はＬ以下となって、隣り合う球状の改良体は互いに接しないようになる。
【０００７】
上記の改良率５３％の改良体ａは、飽和地盤中に水と同程度の比重の薬液を注入すると
、図１の（１）に示すように、注入点を中心にほぼ球状に形成されることにより確認でき
る。
この改良体ａの土中の形状確認事例として、本出願人が２０００年度に三重県の津市松坂で行った、特殊シリカによる原位置注入実験の掘削後の改良形態からも確認されている。したがって、縦、横、高さが等しい立方体の改良域Ｍの中心から薬液の注入を行うと、図１の（２）に示すような、改良域Ｍの境界に接する改良率５３％の改良体ａが形成される。即ち、一つの改良域Ｍの立方体の１辺長さをＬとすると、この内部で接する直径Ｌの球状改良体ａの体積は、（１／６）×π×Ｌ３なので、改良域Ｍの体積Ｌ３と比較してａ／Ｍ＝π／６≒５３％となるからである。
【０００８】
このような改良率５３％の改良体ａ同士は相互に連結した構造体ｂとなるため、改良域の一部に作用する力が構造体ｂの内部で分散される（図２の（１）参照）。これとは反対に５３％未満の改良体ａの集まりでは、改良体ａ同士が相互に接しておらず、独立しているため構造体ｂを形成しない。そのため改良域に作用した力は分散されずに、改良域を大きく変形させる（図２の（２）参照）。
【０００９】
この改良率１００〜５３％の間の層の改良率αを設定するためのＰＬ値とは、地盤の液状化指数をいい、下記の式によって算定される。
【００１０】
【数１】
0005187829.tif 000003
【００１１】
このＰＬ値は液状化が生じたときの、地表面近くの変形量と相関関係があることが認め
られている。そのため、このＰＬ値を求める際に使用されるＦＬ値については、改良率１００％の場合には液状化が生じないため、ＦＬ＝１となる。このＦＬ値とは液状化に対する安全率をいい、ＦＬ＝Ｒ／Ｌにより算出する。ここにＲは地盤の液状化強度比であり、Ｌは地震時の地盤内部のせん断応力比である。
【００１２】
しかし、改良率１００％未満の場合には、改良域の一部で液状化が生じるため、現状ではＦＬ値の設定手順がない。そこで模型振動実験で改良率１００％未満の均一な地盤についての改良率と沈下量との関係を調べた事例により、改良率ｌ００％未満の地盤における改良率について、改良後の（１−ＦＬ値）と地表面の沈下量との関係を求めたところ、図３のように、改良後のＦＬ値と沈下量はほぼ比例関係にあることが認められた。
【００１３】
この結果から改良率１００％未満の地盤のＦＬ値には、未改良時のＦＬ値に（１一ＦＬ値）×改良率αを加算すればよいことになる。したがって、改良率１００％の場合は未改良のＦＬ値をＦＬ０とすると、改良後のＦＬ値はＦＬ０＋（１一ＦＬ０）×１００％、すなわち１．０となる。また改良率５３％の場合は、ＦＬ０＋（１一ＦＬ０）×５３％＝０．５３（１十ＦＬ）となる。
【００１４】
そのため、この改良率の設定は液状化指数であるＰＬ値を用いて設定する。例えば改良率１００％の場合は、液状化に対する安全率であるＦＬ値は、未改良値のＦＬ値より大きくなって「１」を満足する。また改良率５０〜７０％の場合は、せん断強度が大きくなるため、本来のＦＬ値より大きくなるが、ＦＬ値が「ｌ」までは改善されない。このため改良前のＦＬ値と完全改良値のＦＬ＝ｌの間で（１一ＦＬ値）×改良率αだけ、本来のＦＬ値から増加するとしてＰＬ値を算出する。
【００１５】
このように改良率を、液状化指数であるＰＬ値が「５」以下になるように設定する。このＰＬ値が「５」以下であれば、沈下などの地表面への影響が小さくできるが、「５」を超えると沈下などの地表面への影響が大きくなるからである。したがって、地表面への影響を抑えるためのＰＬ値は「５」以下を目標とする。
【発明の効果】
【００１６】
薬液を砂質地盤の間隙部に注入することによる地盤改良工法は、地盤中の砂の間隙水をゼリー状の薬液に置換することで、地震時の過剰間隙水圧の上昇を防ぎ、地盤の持つ本来の剛性を保つことと、地震によって発生した周辺の未改良地盤の過剰間隙水が、改良範囲の地表面に伝達して、これを変形させることを防ぐことである。したがって、構造体を形成できる程度の改良率５３％で地盤改良することができれば、周辺地盤が液状化した時にも、地盤が本来の剛性を保つことが可能となる。また地表面近くの地盤の改良率をｌ００％にすることで、地表面への過剰間隙水の影響を防ぐことができる。また、例え周辺地盤および改良範囲直下の地盤が液状化により軟化したとしても、舗装路盤の下側に形成された改良体が液状化した範囲に浮いた状態となるため、舗装面は変形しない。また周辺の未改良地盤で発生した過剰間隙水は、地表面との間に透水性の悪い改良率ｌ００％の改良層があるため、地表面までは伝わらない。このため舖装路盤は、液状化による変形などの影響を受けにくい。また液状化層全体を改良することなく、舗装路盤に影響の大きい、地表面に近い部分の改良に限定したので、改良コストが全面改良に比べるとｌ／２〜１／４程度まで縮減され、同じ費用で、従来の工法と比べて２〜４倍の長さの地盤改良が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本願発明の地盤改良工法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本願発明は、滑走路または道路の舗装路盤の下側における砂質地盤を改良するものであり、本実施の形態においては滑走路を対象にして説明する。
【００１８】
図４〜図７は地盤改良工法の実施の形態である。この地盤改良工法は、深度が深くなるに従って改良率を低下させるものであるが、滑走路の路盤直下である地下水面から２ｍの深さの地盤の改良率を１００％とする。これは地震によって発生した、周辺の未改良地盤の過剰間隙水が改良範囲の地表面に伝達して、地表面を変形させることを防ぐためである。すなわち、地表面との間に透水性の悪い改良率ｌ００％の改良層を形成して、過剰間隙水を地表面まで伝えないようにするためである。
【００１９】
そして、この改良率ｌ００％の改良層の下側の層の改良率、すなわち１００〜５３％の間の層の改良率をＰＬ値が「５」以下の範囲において設定する。これは事前に様々な組み合わせ（シュミレーション）を行って最も良い改良率を設定するものであるが、本実施例においては７０％に設定した。ここにおいてＰＬ値は下記の式によって算定した。
【００２０】
【数２】
0005187829.tif 000004
【００２１】
ここに改良前における深度（ＧＬ）ｌ〜３ｍまでのＦＬ値を０．９と仮定する。また深度０〜２ｍまでを改良率１００％、深度２〜４ｍまでを改良率７０％、深度４〜６ｍまでを改良率５３％で改良したものとしてＰＬ値を算定している。したがって、最下層を改良率５３％、中間層を改良率７０％、最上層を改良率ｌ００％に改良する。この改良前と改良後のＰＬ値の算定表を下記に示す。
【００２２】
【表１】
0005187829.tif 000005
【００２３】
次に、上記のようなシュミレーションを行った後、最下層の地盤改良を行うが、まず、図４の（１）に示すように、砂質地盤１に地下水面から６ｍの深さの薬液注入孔２をｌ．５〜２ｍのピッチで掘削する。このピッチは改良率５３％の球状の改良体が互いに接することができるものである。そして、この薬液注入孔２にストレーナー型注入管３を挿入して、シリカ系水溶液型の薬液４を注入する。
【００２４】
このシリカ系水溶液型の薬液４としては、いわゆる「水ガラス」製造用の原料であるNa２O/nSiO２またはK２O/nSiO２と、その硬化剤である無機塩類、有機塩類、金属酸化物、金属水酸化物、無機酸、有機酸、酸性塩、金属酸化物、金属水酸化物、塩基性塩等を組み合わせて調整したもの、ならびに特殊シリカ溶液とその硬化剤、例えばリン酸などである。
【００２５】
この地下水面から６ｍの深さの砂質地盤１に改良率５３％になる薬液４、すなわち薬液中のシリカ分含有量濃度を１〜８％、注入速度をｌ０Ｌ／分に設定した薬液４を注入すると、図４の（２）に示すように、球状の改良体５が水平方向で互いに重なり合った半改良層６が形成される。この球状の改良体５が形成されたか否かの確認は、ボーリングなどのサンプリングによって行う。このように改良率５３％の場合は、隣り合う球状の改良体５が互いに接して絡み合うが、改良率５３％未満の場合は隣り合う球状の改良体５は互いに接しない。
【００２６】
次に、中間層の改良地盤を形成するが、上記のストレーナー型注入管３を引き上げて半改良層６の上側、すなわち地下水面から４ｍの深さの砂質地盤ｌに、改良率７０％になる薬液４、すなわち薬液濃度をｌ〜８％、注人速度を１０Ｌ／分に設定した薬液４を注入すると、図５に示すように、重なり合う範囲が大きくなって、ぼぼ箱形（立方体）に形成された改良体７からなる中間改良層８が形成される。このように改良率７０％になると、球状の改良体同士の重なり合う範囲が大きくなるため、改良体が箱形に近い形に形成される。そして中間改良層８の改良体７の下部と、半改良層６の球状の改良体５の上部とが、互いに重なり合って上下で一体になる。
【００２７】
次に、上記のストレーナー型注人管３を更に引き上げて中間改良層８の上側、すなわち地下水面から２ｍの深さの砂質地盤ｌに、改良率１００％になる薬液、すなわち薬液濃度をｌ〜８％、注入速度をｌ０Ｌ／分に設定した薬液４を注入すると、図６に示すように、完全改良体９が水平方向で密に重なり合った、均質かつ一体的な全面改良層１０が形成される。このように改良率ｌ００％になると、球状の改良体５同士の重なり合う範囲が大幅に増えて、球状の改良体５が原型を留めない程になる。そして全面改良層１０の完全改良体９の下部と、箱形の改良体７の上部とが互いに重なり合って上下で一体になる。
【００２８】
したがって、図７に示すように、半改良層６と中間改良層８と全面改良層１０とが上下で一体となった改良層１１が、滑走路１２下側の全長にわたって形成されるので、この改良層１１の上面にコンクリートまたはアスファルトで舖装路盤１３を形成する。
【００２９】
このように深度が深くなるに従って改良率を低下させると、地下水面から２〜６ｍの範囲の砂質地盤ｌに、液状化しない改良層１１が形成されるので、例え周辺地盤および改良範囲直下の地盤が液状化によって軟化したとしても、滑走路下側の地盤を本来の剛性に保つことができ、かつ過剰間隙水を地表面に伝えないようにすることができる。
【００３０】
また上記の改良率はｌ００〜５３％の間を７０％にしたが、これは７０％に限らず、ｌ００〜５３％の間であれば７０％以上または７０％未満であっても良い。
【００３１】
なお、本実施の形態においては薬液注入孔２を砂質地盤ｌの上面から掘削したが、この薬液注入孔２を既存の滑走路の舗装路盤１３から掘削すること、または既存の滑走路の舗装路盤１３の側面（法面）から掘削することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（１）は改良率５３％の改良体の斜視図、（２）は改良率５３％の改良体同士が接した平面図である。
【図２】（１）は改良率５３％の改良体からなる構造体の正面図、（２）は改良率５３％未満の改良体の正面図である。
【図３】改良後の（１−ＦＬ値）と沈下量との関係のグラフ図である。
【図４】（１）は半改良層の垂直方向の断面図、（２）は（１）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】（１）は中間改良層の垂直方向の断面図、（２）は（１）のＢ一Ｂ線断面図である。
【図６】（ｌ）は完全改良層の垂直方向の断面図、（２）は（１）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】（１）は地盤改良工法で形成した改良層の垂直方向の断面図、（２）は同斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｍ  改良域
ａ  改良体
ｂ  構造体
１  砂質地盤
２  薬液注入孔
３  ストレーナー型注入管
４  薬液
５  球状の改良体
６  半改良層
７、１５、１７、１９  箱形の改良体
８  中間改良層
９  完全改良体
１０  全面改良層
１１、２１  改良層
１２  滑走路
１３  舗装路盤
【図１】
0005187829.tif 000007
【図２】
0005187829.tif 000008
【図３】
0005187829.tif 000009
【図４】
0005187829.tif 000010
【図５】
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【図６】
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【図７】
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