(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤にグリッド間隔で多数の発破孔を形成し、この発破孔の所定深さ位置に爆薬を挿入設置し、前記爆薬を爆発させることにより地盤の締固めを行う第１ステップと、
発破孔に対して同心軸状に柱状改良体を造成するとともに、発破孔を交点するグリッド中央点に対して柱状改良体を造成するか、発破孔を交点するグリッド中央点及びグリッドの各辺の中央位置に対して柱状改良体を造成することによって柱状型地盤改良工法を行う第２ステップとからなるとともに、前記第２ステップの柱状型地盤改良工法における杭状改良体の間隔は、前記第１ステップの発破による締固め改良後の地盤を対象とした間隔に設定されていることを特徴とする発破工法を併用した地盤改良工法。
【請求項２】
地盤にグリッド間隔で多数の発破孔を形成し、この発破孔の所定深さ位置に爆薬を挿入設置し、前記爆薬を爆発させることにより地盤の締固めを行う第１ステップと、発破孔に対して同心軸状に柱状改良体を造成するとともに、発破孔を交点するグリッド中央点に対して柱状改良体を造成するか、発破孔を交点するグリッド中央点及びグリッドの各辺の中央位置に対して柱状改良体を造成することによって柱状型地盤改良工法を行う第２ステップと、地盤表層領域を表層型地盤改良工法によって改良を行う第３ステップとからなるとともに、前記第２ステップの柱状型地盤改良工法における杭状改良体の間隔は、前記第１ステップの発破による締固め改良後の地盤を対象とした間隔に設定されていることを特徴とする発破工法を併用した地盤改良工法。
【請求項３】
前記柱状型地盤改良工法は、サンドコンパクションパイル工法、バイブロフローテーション工法、バイブロコンパクション工法およびグラベルドレーン工法の内の１つである請求項１、２いずれかに記載の発破工法を併用した地盤改良工法。
【請求項４】
前記表層型地盤改良工法は、重錘落下締固め工法、バイブロタンパー工法およびプレロード工法の内の１つである請求項２記載の発破工法を併用した地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発破による地盤締固め工法と他工法とを巧みに併用することで、地盤を均質に改良可能とした発破工法を併用した地盤改良工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発破による緩い砂地盤の締固めに関しては、従来より、ヨーロッパや北米を中心にして数々の施工例が報告されている。本発明者等は、かかる発破による締固め工法を、我が国において例えば埋立て地や造成地の軟弱地盤に適用することについて数々の検討を行い、間隙水圧を短時間で消散させる方法（特開平11-117283号公報）、所望の爆薬量の爆薬体を現場において容易に得られる方法（特開平11-118399号公報）、発破による地盤振動を特定の方向について低減する方法（特開平11-132699号公報）などについて提案を行った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、その後に発破による締固め実証実験などを通じて、これらの効果などを検証したが、締固め実証実験により新たな問題が知見された。
【０００４】
上記発破による締固め方法は、発破孔の間隔を設定した後、ボーリングマシンにより地盤中に削孔を行い、装薬のためのケーシングパイプ（樹脂製）を建て込んだ後、発破孔内に、１または複数段に亘って装薬ユニットを挿入設置し爆発させるもので、発破直後には上昇した間隙水圧により前記ケーシングパイプより地下水が噴出する。この地下水噴出は、間隙水圧が消散するまでしばらくの間継続するが、前記発破孔周辺の地盤間隙を通水路として地下水が流れるため、発破孔周辺の地盤が局部的な緩み領域となってしまうことが知見された。なお、この現象は地下水が豊富で地下水位が高いほど顕著となる。
【０００５】
一方、地表面から深さ方向に数ｍの範囲は、ほとんど改良効果が得られないことも知見された。これは、発破による衝撃力により一時的に液状化した砂地盤が再堆積する際に、地表面付近は土被りが無く拘束圧が低い状態であるため、再堆積による締固めが行われづらいことに原因している。
【０００６】
他方、発破による締固め原理は、地盤構成粒子の再堆積および間隙水圧の正常化への復帰に伴う締固めによって行われるものであり、締固め程度にも自ずと限界がある。例えば、砂質土の例で言えば、おおよそＮ値２０〜２５程度が限界とされ、重要構造物など、より高い耐震性が求められる場合には、発破による締固め方法単独では適用できないことも考えられた。
【０００７】
そこで、本発明の主たる課題は、発破工法における上記各問題点を解決し、均質に改良された地盤を得ること、およびより改良効果の高い地盤を得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本第１発明は、地盤にグリッド間隔で多数の発破孔を形成し、この発破孔の所定深さ位置に爆薬を挿入設置し、前記爆薬を爆発させることにより地盤の締固めを行う第１ステップと、
発破孔に対して同心軸状に柱状改良体を造成するとともに、発破孔を交点するグリッド中央点に対して柱状改良体を造成するか、発破孔を交点するグリッド中央点及びグリッドの各辺の中央位置に対して柱状改良体を造成することによって柱状型地盤改良工法を行う第２ステップとからなるとともに、前記第２ステップの柱状型地盤改良工法における杭状改良体の間隔は、前記第１ステップの発破による締固め改良後の地盤を対象とした間隔に設定されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本第２発明は、地盤にグリッド間隔で多数の発破孔を形成し、この発破孔の所定深さ位置に爆薬を挿入設置し、前記爆薬を爆発させることにより地盤の締固めを行う第１ステップと、発破孔に対して同心軸状に柱状改良体を造成するとともに、発破孔を交点するグリッド中央点に対して柱状改良体を造成するか、発破孔を交点するグリッド中央点及びグリッドの各辺の中央位置に対して柱状改良体を造成することによって柱状型地盤改良工法を行う第２ステップと、地盤表層領域を表層型地盤改良工法によって改良を行う第３ステップとからなるとともに、前記第２ステップの柱状型地盤改良工法における杭状改良体の間隔は、前記第１ステップの発破による締固め改良後の地盤を対象とした間隔に設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
先ず最初に、本発明者等が過去に行った発破による地盤改良試験において、改良前の深度方向の貫入抵抗分布ｑＴ１(MPa)および改良後における発破孔からの距離1.0m、2.0m、3.2m、4.5m各地点での深度方向の貫入抵抗分布ｑＴ１(MPa)を調査した結果について詳述する。
【００１１】
前記発破による地盤改良試験は、緩い砂地盤を対象として、図１０に示されるように、９ｍグリッド交点部に１回目発破孔２０，２０…を形成するとともに、これら１回目発破孔２０，２０…の中央部に２回目発破孔２１を形成し、それぞれの発破孔２０，２１…に対して深さ約４ｍ地点と、深さ約９．５ｍ地点の２箇所に装薬を行い、最初に１回目発破孔２０，２０…に装薬した爆薬を爆発させた後、間隙水圧の消散を待って２回目発破孔２１，２１…に装薬した爆薬を爆発させた。
【００１２】
前記地盤改良前の深度方向の貫入抵抗分布ｑＴ１(MPa)を図１１に●折れ線で示すとともに、地盤改良後における発破孔からの距離1.0m、2.0m、3.2m、4.5m各地点での深度方向の貫入抵抗分布ｑＴ１(MPa)をそれぞれ○、□、△、▽折れ線で示した。
【００１３】
改良前の貫入抵抗分布ｑＴ１(MPa)と改良後の貫入抵抗分布ｑＴ１(MPa)との対比から、地表面から深さ約３ｍ以内の表層部分は、地盤改良前と比べて逆に貫入抵抗値が小さくなっていることが判るとともに、発破孔からの距離1.0mの貫入抵抗値は地盤改良前よりも小さくなっていることが判る。
【００１４】
そこで本発明では、発破工法に対し、発破孔周辺の緩み領域を改良する柱状型地盤改良工法とを組み合わせて併用することで均質に改良された地盤を得ることを可能とした。この際、前記柱状型地盤改良工法においては、前段階で行われる発破工法により地盤が締固められているため、杭間隔の大幅増大（打設本数の低減）が図れるようになるなど組合せによる相乗的な効果がもたらされるようになり、省力的に改良効果の高い地盤を得ることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００１６】
本発明に係る地盤改良工法は、発破による地盤改良工法を第１ステップとして、この発破地盤改良工法の欠点を次ステップの地盤改良工法によって補い、均質に改良された地盤を得るものである。
【００１７】
〔第１形態例〕
〈第１ステップ〉
たとえば、砂または砂質地盤を主とする軟弱地盤などを対象として、図１に示されるように、発破による地盤改良を実施する。発破による地盤改良は、ピッチ約５〜１０ｍのグリッド交点部に径約１０〜２０cm程度の発破孔１，１…をボーリングマシンを用いて形成する。この削孔には孔壁保護のために、塩ビ管などの樹脂管をケーシングパイプ２として建て込む。
【００１８】
削孔およびケーシングパイプの建込みを完了したならば、地上から所定の深さ位置に装薬ユニットを挿入設置する。この装薬ユニットの設置は、深さ方向の複数箇所、通常は２〜３箇所に分けて設置するのが望ましい。前記装薬ユニットとしては、本出願人が特開平11-118399号公報において提案した装薬ユニットを好適に用いることが出来る。なお、発破孔内には前記装薬ユニットと共に、砂、砕石などの粒状物を充填するようにする。また、発破による地盤改良は、図１０に示される実験例のように、複数回、例えば２回に分け、１回目の発破の後、間隙水圧の消散を待って２回目の発破を行うようにすれば、より大きな締固め効果が得られるようになる。
【００１９】
前記発破により、地下水位以下において、爆発の衝撃力によって間隙水圧が過剰になるとともに、周辺地盤における粒子堆積構造が破壊され、当該地盤に液状化が発生する。そして、地盤構成粒子の再堆積および間隙水圧の正常化への復帰に伴い地盤が締固められる。この地盤締固めは、拘束圧を受けている地盤領域、すなわち図１１に示されるように、所定深度以上、具体的には概ね３〜５ｍよりも深部側の地盤で行われ、土被りが無く拘束圧が小さい地盤表層領域では所望の締固め効果は得られていない。
【００２０】
一方、一時的には急上昇した間隙水圧により、地下水は相対的に透水係数の高い前記発破孔１、１…を通水路として地上に噴出する。この地下水噴出は間隙水圧が消散するまでしばらくの間続くが、地下水は発破孔周辺の地盤粒子の間隙を高い圧力を受けた状態で通過し、発破孔を中心とする周辺地盤（柱状の地盤領域）が地下水の水みちとなることから、該周辺地盤が局所的な緩み領域となっている。
【００２１】
〈第２ステップ〉
間隙水圧が消散し地盤堆積構造が安定したならば、発破孔周辺の地盤改良を行う。発破孔周辺の緩み領域は、発破孔を中心とする柱状領域であるため、この領域に限定して効果的に改良するには、地盤改良体を柱状に造成できる柱状型地盤改良工法が選択される。具体的には、軟弱地盤中に振動を加えながら砂を圧入し締固められた砂杭を造成するサンドコンパクションパイル工法、バイブロフロットと呼ばれる棒状の水平振動機をウォータージェットを併用して地中に貫入し、横方向への水噴射で地盤を飽和しながら振動と水締め効果で地盤の締固めを行うバイブロフローテーション工法、鉛直方向に振動を加える鉛直振動機を用いて砂、砂利または採石を充填し締固められた柱状の地盤改良体を造成するバイブロコンパクション工法、砕石パイルを地盤中に造成するグラベルドレーン工法などの柱状型地盤改良工法の内の１つが選択される。また、場合によっては前記柱状型地盤改良工法以外に、薬液注入工法や深層混合処理工法などの薬液または固化材を用いて柱状の固化体を造成する柱状型地盤改良体により改良を行うこともできる。
【００２２】
たとえば、図３はサンドコンパクションパイル工法の例を示した図であるが、クローラクレーン３によって鉛直支持されたマストによってバイブロハンマー４を吊持するとともに、ケーシングパイプ５を連結した地盤改良装置を用い、前記バイブロハンマー４を使用してケーシングパイプ５を地盤中に貫入した後、ケーシングパイプ５内に砂を投入して締固めた砂杭６（以下、柱状改良体という。）を造成する。一般的には、φ400〜500mmのケーシングパイプを用いてφ700程度の砂杭を造成することが可能である。
【００２３】
前記柱状改良体６の形成態様は、図４(a)に示されるように、発破孔１に対して同心軸状に１本の柱状改良体６を形成するようにしても良いし、同図(b)〜(d)に示されるように、発破孔１の周囲に複数の柱状改良体６，６…を造成するようにしてもよい。柱状改良体６の形成態様は、改良後の設計地盤強度に応じて所定の形成態様が選択される。
【００２４】
また、前記柱状改良体６は、発破孔周辺に生じた局所的な緩み領域を増強する意味では前述の形成態様に従って発破孔の周辺に形成すれば十分であるが、発破による地盤改良では、地盤全体が所望の地盤強度を確保し得ない場合には、図５に示されるように、発破孔１を交点とするグリッド中央点に対し柱状改良体６を造成したり、図６に示されるように、発破孔１を交点とするグリッドの各辺の中央位置に対しても柱状改良体６、６…を造成するようにしてもよい。これにより、Ｎ値２０〜２５程度が限界とされる発破工法であっても、簡易に、より高強度の地盤に改良することが可能となる。
【００２５】
この際、第１ステップにより地盤全体について締固めが行われ、間隙比が大幅に低減（土粒子密度が増大）されているため、砂の圧入率の大幅な低減が図れるようになり、杭間隔の増大、すなわち打設本数の大幅な低減が図れるようになる。因みに本発明者が行った試算では、発破による地盤改良前の状態（Ｎ＝５）では、設計計算によると、砂の圧入率が０．１８であり、杭間隔は１．５ｍであったが、発破により締固め（体積歪みεＶ＝５％）が行われ、Ｎ＝２０の地盤に改良された場合には、砂の圧入率が０．１０となり、杭間隔は２．０ｍで足りるようになる。
【００２６】
このことは同時に、例えば計画当初からサンドコンパクションパイル工法、バイブロフローテーション工法、バイブロコンパクション工法、グラベルドレーン工法などの柱状型地盤改良工事が存在する場合、前処理として発破による地盤改良を行い地盤の締固めを行っておけば、砂杭の打設本数の大幅な低減により全体として、工事の省力化およびコスト低減を図り得ることを意味する。
【００２７】
〈第３ステップ〉
前述のように発破による地盤改良工法では、拘束圧の小さい表層地盤部分では所望の締固め効果は期待できない。そこで、図７に示されるように、表層地盤領域１０を、クレーン７などによって吊持されたバイブロハンマー８にタンパー９を直結した改良装置を用い、地盤表面に定置しバイブロハンマー８による振動とタンパー９の重量によって地盤表層部分の締固めを行うバイブロタンパー工法、または重錘を所定高さから落下させ地盤に打撃エネルギーを加えることによって地盤の締固めを行う重錘落下締固め工法、盛土によって圧密を先行させるプレロード工法などの表層型地盤改良工法によって改良する。
【００２８】
図８に示されるように、前記表層地盤改良工法により、第１ステップの発破工法ではほとんど貫入抵抗値の向上が期待できない表層地盤領域１０が締固められるようになり、該表層地盤領域１０の貫入抵抗値が増大され、地盤全体が均質な強度となる。
【００２９】
前記表層型地盤改良工法においては、改良目標増分Ｎ値（ΔＮ）や、改良対象深度が大きくなるに従い、当然に打撃回数が多くなるが、前記第１ステップによる発破工法により、事前にＮ値増大が図られているため、重錘の打撃回数やバイブロハンマーによる振動エネルギー量を大幅に低減できるようになる。
【００３０】
例えば、計画当初から重錘落下締固め工法やバイブロタンパー工法などの表層締固め地盤改良工事が存在する場合、前処理として発破による地盤改良を行い深部の地盤を締固め、Ｎ値増大および改良対象深度を減じておけば、打撃回数等の大幅な低減により工事の省力化および工事コストの低廉化を図り得るようになる。実際、前記重錘落下締固め工法では、改良目標増分Ｎ値が１５でかつ改良深度が１０ｍの場合、２０〜３０回の打撃回数（落下回数）を必要とするが、予め発破による地盤改良により地盤のＮ値増大を図っておけば、１５〜２０回程度の打撃回数で済むようになる。
【００３１】
以上、第１形態例に係る地盤改良工法について詳述したが、前記第２ステップの柱状地盤改良工事と第３ステップの表層地盤改良工事とは順序が逆であってもよい。また、前記柱状地盤改良工事および表層地盤改良工事の一方のみを発破による地盤改良と組合せて実施するようにしてもよい。
【００３２】
〔第２形態例〕
次いで、本第２形態例では前記表層型地盤改良を省略しながら、発破による地盤改良時に一気に表層領域の締固めを行う方法を提案するものである。
【００３３】
図９に示されるように、地盤表面に高さ１〜３ｍの盛土１１を行った上で、発破孔の削孔を行い、装薬の後、爆発により地盤の締固めを行う。その後、間隙水圧の消散および土粒子の再堆積を待った後、前記盛土１１を撤去する。なお、前記盛土１１は、発破孔１の削孔および装薬の後に行うようにしてもよい。
【００３４】
表層地盤領域１０は、発破による地盤改良時に、盛土１１による土被り圧を受けて拘束された状態となっているため、発破により有効に締固めが行われるようになる。
【００３５】
盛土１１の撤去後は、図３に示されるように、サンドコンパクションパイル工法などの柱状型地盤改良工法により、発破孔周辺の緩み領域を改良し、均質に改良された地盤を得るようにする。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳説のとおり本発明によれば、発破工法と、発破孔周辺の緩み領域を改良する柱状型地盤改良工法とを組み合わせて併用することで均質に改良された地盤を得ることが可能となる。また、前記併用によって、より改良効果の高い地盤を省力的に得ることが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１ステップによる発破による地盤改良要領図である。
【図２】  発破による地盤改良後の深度方向貫入抵抗グラフである。
【図３】  第２ステップによる柱状型地盤改良要領図である。
【図４】  柱状改良体６の形態態様を示す図である。
【図５】  柱状改良体６の造成パターン例図である。
【図６】  柱状改良体６の他の造成パターン例図である。
【図７】  第３ステップによる表層型地盤改良要領図である。
【図８】  表層型地盤改良後の深度方向貫入抵抗グラフである。
【図９】  第２形態例に係る発破による地盤改良要領図である。
【図１０】  発破による締固めの実証実験における発破孔形成パターン図である。
【図１１】  発破による締固めの実証実験における改良前および改良後の貫入抵抗グラフである。
【符号の説明】
１…発破孔、２…ケーシングパイプ、６…砂杭（柱状改良体）、１０…表層地盤領域、１１…盛土
【図１】
0004540022.tif 000002
【図２】
0004540022.tif 000003
【図３】
0004540022.tif 000004
【図４】
0004540022.tif 000005
【図５】
0004540022.tif 000006
【図６】
0004540022.tif 000007
【図７】
0004540022.tif 000008
【図８】
0004540022.tif 000009
【図９】
0004540022.tif 000010
【図１０】
0004540022.tif 000011
【図１１】
0004540022.tif 000012