(57)【要約】  本発明は、与えられた敷地の既存地盤をより安定した基礎地盤に変換する方法に関する。この方法は、敷地表面に変換しようとする地盤の領域に相応する境界領域を設定するステップ、土壌層を貫通して所定深さまで境界領域全体の土壌を掘削するステップ、掘削された土壌中の少なくとも２個の土壌層と混ぜて均一な混合物を含む土壌に改良するステップ、改良された土壌を境界領域に戻して掘削された深さまで均一に充填するステップ、および境界領域に戻った改良された土壌を締固めて安定した基礎地盤を形成するステップを含む。【選択図】図３ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の土壌種類からなる一つや多数の土壌層を有する土壌からなる大地の地盤をより安定した基礎地盤に変換する方法であって：
ａ）敷地表面に変換しようとする地盤の領域に相応する境界領域を設定するステップ；
ｂ）前記土壌層を貫通して所定深さまで境界領域全体の土壌を掘削するステップ；
ｃ）ｂ）ステップで掘削された土壌中の少なくとも２個の土壌層と混ぜて均一な混合物を含む土壌に改良するステップ；
ｄ）改良された土壌を境界領域に戻して、ｂ）ステップで掘削された深さまで均一に充填するステップ；および
ｅ）境界領域に戻った改良された土壌を締固めて安定した基礎地盤を形成するステップ；を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ｅ）ステップにおいて、改良された土壌に振動力を加えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ｅ）ステップにおいて、振動板を用いて改良された土壌を混練することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ｄ）ステップとｅ）ステップにおいて、改良された土壌を境界領域に土壌層を一層ずつ連続的に戻すが、各々の土壌層を締固めた後に後続土壌層を戻すことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ｄ）ステップにおいて、改良された土壌を深さが０．５〜２０ｍ、好ましくは１．５〜３ｍの連続的な土壌層として境界領域に戻すことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ｂ）ステップにおいて、自然岩盤や密集土壌に接する深さまで境界領域において土壌を掘削することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ｂ）ステップにおいて、境界領域の土壌が２ｍ以上の深さまで、好ましくは２０ｍ以上の深さまで掘削されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記ｃ）ステップにおいて、ｂ）ステップで掘削された土壌を改良する時、均一な土壌混合物が粒度良好な等級を受けるようにその組成を調整することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記均一な土壌混合物の組成は、０．００１〜１５０ｍｍ範囲で分散した粒径を有するように調整されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記均一な土壌混合物の組成は、全ての粒径が４番〜２００番ふるいの大きさを有するように調整されることを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記均一な土壌混合物の組性は、均等係数Ｃｕが４〜６より大きく、曲率係数Ｃｃが１〜３であり、且つ、Ｃｕ＝Ｄ６０／Ｄ１０、Ｃｃ＝Ｄ２３０／（Ｄ１０＊Ｄ６０）になるように調整され、この時、Ｄ６０は６０％通過時の均一な土壌混合物の粒径であり、Ｄ１０は１０％通過時の均一な土壌混合物の粒径であることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、ｂ）ステップで掘削された土壌層のうち少なくとも一つの少なくとも一部分を均一な土壌混合物から除外することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、ｂ）ステップで掘削された土壌層のうち少なくとも一つを均一な土壌混合物から完全に除外することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、有機物、非圧縮性材料、軟粘土、粘土質シルト（ｃｌａｙ  ｓｉｌｔ）およびせん断強度が１５ｋＰａ未満の材料のうち少なくても一つを含有した土壌層のうち少なくとも一つを均一な土壌混合物から除外することを特徴とする、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、ｂ）ステップで掘削された土壌層それぞれの混合比を粒度良好な土壌混合物を得るように選択し、このような選択比に合わせて土壌層を混合することを特徴とする、請求項８〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、少なくとも一つの粒径が不足するかまたは過剰になっている少なくとも一つの土壌層を粒度不良に確認し、このように確認された土壌層を少なくとも一つの他の土壌層と混ぜて前記粒径の不足や過剰を修正することを特徴とする、請求項８〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、少なくとも一つや二つの土壌層に添加物を混ぜることを特徴とする、請求項８〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、混合物内の少なくとも一つの粒径の不足を確認し、該粒径を有する添加物を均一な土壌混合物に混ぜて前記不足を修正することを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも一つや二つの土壌層に添加物を混ぜる時、外部敷地の土壌を含む添加物を混ぜることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも一つや二つの土壌層に添加物を混ぜる時、粒度良好な土壌を含む充填剤を備えた添加物を混ぜることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも一つや二つの土壌層に添加物を混ぜる時、結合剤を混ぜることを特徴とする、請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
掘削された土壌層の組成をそれぞれ分析するステップ；および改良された土壌の等級を高めるように均一な混合物に包含または除外される、分析された土壌層の量を決定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
掘削された土壌層の組成をそれぞれ分析するステップ；および改良された土壌の等級を高めるように均一な混合物に含まれる添加物の量を決定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
ｂ）ステップにおいて境界領域の全体深さまで完全に掘削した後、ｄ）ステップにおいて改良された土壌を戻すことを特徴とする、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
ｂ）ステップにおいて境界領域の全体深さまで完全に掘削し、改良された土壌をｄ）ステップにおいて境界領域の一部に戻した後、境界領域の他の一部に対してｂ）ステップを繰り返すことを特徴とする、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
ｂ）とｃ）ステップにおいて、隣接した土壌層を掘削し混ぜて中間混合物を形成した後、後続層を掘削して中間混合物に添加し、土壌層を所定深さに掘削する時までこのような中間混合物の形成と後続層の添加を繰り返すことを特徴とする、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
ｂ）ステップで掘削された土壌を境界領域から取り出すことを特徴とする、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
ｂ）ステップで掘削された土壌を境界領域から移すことを特徴とする、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
敷地にある他の土壌種類からなる多数の土壌層を敷地の面積と深さの全体に均一に混ぜて粒度良好な土壌混合物を得るステップ；および粒度良好な土壌混合物に振動力を加えて締固めるステップ；を含むことを特徴とする安定した基礎地盤の形成方法。
【請求項３０】
請求項１〜２９のいずれか１項に記載の方法により形成された安定した基礎地盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、与えられた敷地の既存の地盤をより安定した基礎地盤に変換する方法およびそのように形成された基礎構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
一定深さの土壌の支持力を高め、そして圧縮率を減らすために、液状化防止安定化は、建築された構造物の安定性を確保するための基本条件である。土壌内部の透水チャネルが沈下につながり、結局、シンクホールに発展しないようにすることも必要である。このような条件は、橋梁、ダム、高層建物、擁壁構造物のような大型であるかまたはセンシティブな構造物に特に重要である。道路や鉄道が使われる時には、傾斜地と貯蔵所も主な関心事である。汚染された土壌と鉱山の構造物維持も関心事である。
【０００３】
基礎土壌の性質は、支持力と液状化防止機能に重要な影響を及ぼす。地表面の多くの面積がゆるい堆積土で覆われており、このような堆積土は地震によって液状化され易い粒度不良な厚い土壌層を有し、深く締固めた後にも続けて不安定である。一般に、このような土壌は締固めた後にも１５０ｋＰａ以上の支持力を出さず、地震によって液状化され易い。このために、場所によっては、自然土壌が或る種類の大型であるかまたはセンシティブな構造物を支持するのに適切でない場合もある。
【０００４】
構造物をさらによく支持できるように土壌状態を改善する種々の工法があるが、主に特殊な工具で土壌を締固めるか、または特殊構造物を埋め立てして土壌を補強する。このような工法が有用ではあるものの、依然として改善の余地が多い。
【０００５】
動的締固め（ｄｙｎａｍｉｃ  ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ）工法は、繰り返された衝撃で土壌密度を高めるものであり、地盤に対して重錘を一定間隔で繰り返し落下させ、重錘の衝撃力で地盤を締固めて支持力を高める。この工法は、粒度良好な土壌には非常に効果的であり、１０ｍ以上の深さに締固めをする時には不要である。大きい衝撃は鉄路や建物のような付近構造物に振動による悪い影響を与える。また、所望しない土壌や材料が一定深さにあれば、直接的な動的締固めの効率に大きな影響を与える。特に、土壌内にセンシティブな粘土が形成または存在する時にそうである。
【０００６】
振動締固め（ｖｉｂｒｏｆｌｏｔａｔｉｏｎ）は、振動により土壌密度を高める他の締固め工法であり、円筒状バイブロフロット（ｖｉｂｒｏｆｌｏｔ）やプランジャーを地面に打ち込んで粒子をより緻密に再配列するものであり、このような振動によって土壌粒子が振動しつつバイブロフロットが地面下へ次第に降りて行く。土壌が十分に締固められると、バイブロフロットが地面外に上昇する。動的締固めのような工法は、粒度良好な土壌には最適であるが、非常に高価であり、土壌の粒度が均一な時には効果がない。また、この工法は、地盤内処理された土壌間の非安定化された土壌が相当量残るようになり、隣接構造物が近くある所では使用できないという問題がある。
【０００７】
バイブロの代わりにストーンコラムによって土壌を補強する技術もあるが、この技術は様々な大きさのストーンコラムを格子形態で土壌に打ち込んだものであり、ストーンコラムが打ち込まれた部分の土壌を強化して支持力を高めることになる。土壌に打ち込まれたストーンコラム周辺の土壌も締固められることになる。この工法は、動的締固めのような他の工法に比べて遥かに多くの費用がかかるという問題があり、最終土壌の強度も一定でないため、ストーンコラム間の均一な土壌はストーンコラム内部と周縁の土壌より弱い。ストーンコラム間の均一な土壌は変換されないため、依然として性質が悪い。その結果、この工法により補強された土壌は地震を耐えるのに不適切である。地震が発生すると、ストーンコラム間の均一な土壌が液状化されて動いて、ストーンコラムが変形または破損される。また、ストーンコラムの砂利と自然土壌が不適切に混合される場合も多く、この場合、ストーンコラムの垂直透水性が減り、地震に対して間隙圧（ｐｏｒｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が生じるという問題もある。このようなストーンコラムは、地震時に大きな損傷を負わせるようになる液相層の底部に到達できないこともある。なお、液相層がセンシティブであるかまたは弱い粘土層上にあれば、ストーンコラムの底部が弱い土壌層に載せられるようになるという問題もある。ストーンコラム間にある液状化土壌の沈下や移動によりストーンコラム壁の擁壁特性が影響を受けると、地震の時にストーンコラムでの負荷伝達が過剰になることもある。
【０００８】
セメントベースのコラム格子を埋め立てして土壌を補強するセメントコラム工法もあるが、この場合、地盤に穴を開けてセメント材料で充填する。この工法は、ストーンコラム工法より遥かに費用が多くかかる。ストーンコラムと同様に、セメントコラム工法は、土壌の強度を不均一にするところ；コラム間の均一な土壌が変換されず、悪い特徴を持って液状化される。したがって、セメントコラムは地震を耐えるのに不適切である。
【０００９】
自然土壌の全部を交替する加工土壌工法もある。自然土壌が十分に締固められないためにその性質が悪ければ、土壌を掘削し、より良い等級の土壌に交替できる。この工法では土壌の強度を均一化できるが、大量の土壌を遠隔地に移さなければならないため、費用と労力が多くかかる。また、既存の締固め装備で所望の程度に締固めるのが難しいという問題もある。
【００１０】
関連技術としては、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８および特許文献９が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６８０２８０５号明細書
【特許文献２】米国特許第６１９３４４４号明細書
【特許文献３】米国特許第６０００６４１号明細書
【特許文献４】米国特許第５９２７９０７号明細書
【特許文献５】米国特許第５１９９１９６号明細書
【特許文献６】米国特許第４４５８７６３号明細書
【特許文献７】独国特許発明第１９６２７４６５号明細書
【特許文献８】独国特許出願公開第１９６１２０７４号明細書
【特許文献９】欧州特許第４７０２９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、従来のこのような問題点を克服または最小化する土壌処理／変換方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、多数の土壌層を有する自然土壌を改良された土壌に変換する方法を提供する。この方法は、掘削領域を定めるステップ、自然土壌を掘削するステップ、改良された土壌を得るために掘削された土壌を処理するステップ、および改良された土壌を掘削領域に戻すステップを含み、掘削された土壌を処理する時、掘削された自然土壌層の少なくとも一部を混ぜて均一な土壌混合物を得、改良された土壌がこのような均一な土壌混合物を含む。
【００１４】
この方法は、粒度良好な土壌混合物を得るのに必要な自然土壌層の組み合わせを決定するステップ、および必要な自然土壌層を掘削するように掘削領域の深さを設定するステップを含む。
【００１５】
また、掘削領域の深さは自然土壌を安定地盤まで掘削するように定められる。
【００１６】
なお、粒度良好な土壌混合物は様々な大きさの粒子を有し、該粒子は０．００１〜１５０ｍｍ程度やそれ以上の広い粒径分布を有する。
【００１７】
また、自然土壌層の組み合わせは少なくとも一つの等級不良土壌層を含んでもよく、低い感度の粘土サイズ粒子を最大２０％含んでもよい。
【００１８】
少なくとも一つの等級不良土壌は、粒子サイズの範囲が狭いか、または０．００１〜１５０ｍｍ程度の粒子が均一に分布しない。
【００１９】
掘削された土壌を処理する時、掘削された土壌から所望しない材料を除去し、所望しない材料は改良された土壌の長期や短期安定性を害し易い材料である。
【００２０】
所望しない材料は、非圧縮性材料、崩れたり悪化しうる土壌のような圧縮性／不安定性材料を含んでもよい。
【００２１】
掘削された土壌を処理する時、土壌混合物に添加物を入れてもよい。
【００２２】
添加物は、土壌混合物に入れた時、粒子サイズが広範囲であり、０．００１〜１５０ｍｍやそれ以上の粒子サイズが均一に分布した土壌混合物を作る粒子サイズを有する材料を含んでもよい。
【００２３】
添加物は結合剤や充填剤を含んでもよい。
【００２４】
本発明の方法は、改良された土壌を補強するステップを有してもよい。
【００２５】
このような補強ステップにおいて、改良された土壌内にジオグリッドやメタルストリップやジオテキスタイルシートを重ねて配置して基礎地盤負荷からの側面方向の応力伝達を減らすようにする。
【００２６】
本発明の方法は、改良された土壌を掘削部に戻した後、改良された土壌を締固めるステップを含んでもよい。
【００２７】
このような締固めステップにおいて振動板を用いて土壌を混練する。
【００２８】
また、改良された土壌を一度に０．５〜２０ｍの土壌層として掘削部に戻すが、各土壌層を締固めた後に次の土壌層を掘削部に戻す。
【００２９】
なお、この方法は、改良された土壌に基礎構造物を建築するステップをさらに含んでもよい。
【００３０】
本発明の方法をダムや橋梁のようなセンシティブな構造物を建築する前に実行して、大量沈下やシンクホールのような危険がなくなった安定した基礎を前記構造物に提供することができる。本発明によれば、既存の土壌締固め方法を適用した後にも残りうる透水チャネルを除去することができる。
【００３１】
本発明の方法は、地震にも構造物を維持するように改良された土壌内にセメント擁壁を建築するステップをさらに含んでもよい。
【００３２】
このような建築ステップにおいて、設定しようとする土壌の面積を定める擁壁の境界を設定するステップ；掘削しようとする土壌領域を締固めるステップ；締固め領域から初期深さまで土壌を掘削して、底面と側面とを有する擁壁空間を作るステップ；擁壁空間の底面を締固めるステップ；締固められた底面から土壌を掘削するステップ；擁壁空間の最終深さに達する時まで以前ステップを繰り返すステップ；および擁壁を形成するようにセメント材料を擁壁空間の少なくとも一部に充填するステップを含む。擁壁のための他の掘削深さにおける締固めステップは不要であり、擁壁を配置しようとする土壌は本発明の方法によって予め締固めをすることができる。
【００３３】
本発明の方法は、地震に構造物を維持するために改良された土壌に安定パイル（ｓｔａｂｌｅ  ｐｉｌｅ）および／またはアンカーシステムを建築するステップをさらに含んでもよい。
【００３４】
また、以上で説明した方法を利用して生じられた、改良された基礎土壌を提供することもできる。また、以上で説明したように形成された改良土壌と、改良土壌に埋め立てられたセメント構造とを有する基礎地盤を提供することができる。
【００３５】
このようなセメント構造物は、建物境界に沿って配置され、建物に固定されて建物基礎や土壌構造物の回転／側面移動を防止する埋め立て型セメント擁壁を含んでもよい。
【００３６】
セメント構造物は、擁壁構造を通じて建物に固定される。
【００３７】
セメント構造物は、パイル（ｐｉｌｅ）を通じて安定した土壌層に固定されてもよい。
【００３８】
本発明は、改良された土壌に直接に接触する基礎土台幅を減らす方法も提供する。この方法は、前述したように土壌を改良するステップを含む。
【００３９】
基礎土台にスタイロフォームブロック（ｓｔｙｒｏｆｏａｍ  ｂｌｏｃｋ）を配置して数々の区間に分けてもよい。
【００４０】
本発明は、地面接触部を有するボディを有する基礎土台を提供し、地面接触部に地面接触部の少なくとも一部分を地面から離隔させるスペーサが提供される。
【００４１】
また、本発明の方法により土壌を変換させて基礎を形成する工具を含むキットが提供されてもよい。
【００４２】
該キットは、以上で説明した全ての基礎構造物を形成する工具を備える。
【００４３】
なお、本発明は、他の土壌種類からなる一つや多数の土壌層を有する土壌からなる大地の地盤をより安定した基礎地盤に変換する方法を提供し、この方法は、ａ）敷地表面に変換しようとする地盤の領域に相応する境界領域を設定するステップ；ｂ）土壌層を貫通して所定深さまで境界領域全体の土壌を掘削するステップ；ｃ）ｂ）ステップで掘削された土壌中の少なくとも２個の土壌層と混ぜて均一な混合物を含む土壌に改良するステップ；ｄ）改良された土壌を境界領域に戻して、ｂ）ステップで掘削された深さまで均一に充填するステップ；およびｅ）境界領域に戻った改良された土壌を締固めて安定した基礎地盤を形成するステップを含む。
【００４４】
ｅ）ステップにおいて、改良された土壌に振動力を加えてもよい。
【００４５】
また、ｅ）ステップにおいて、振動板を用いて改良された土壌を混練してもよい。
【００４６】
なお、ｅ）ステップにおいて、動的締固め、振動締固め、ストーンコラム締固め、セメントコラム締固めをして戻った土壌を締固めてもよい。
【００４７】
また、ｄ）ステップとｅ）ステップにおいて、改良された土壌を境界領域に土壌層を一層ずつ連続的に戻すが、各々の土壌層を締固めた後に後続土壌層を戻してもよい。
【００４８】
なお、ｄ）ステップにおいて、改良された土壌を深さが０．５〜２０ｍ、好ましくは１．５〜３ｍの連続的な土壌層として境界領域に戻してもよい。
【００４９】
また、ｂ）ステップにおいて、自然岩盤や密集土壌に接する深さまで境界領域において土壌を掘削してもよい。
【００５０】
なお、ｂ）ステップにおいて、境界領域の土壌が２ｍ以上の深さまで、好ましくは２０ｍ以上の深さまで掘削されてもよい。
【００５１】
また、ｃ）ステップにおいて、ｂ）ステップで掘削された土壌を改良する時、均一な土壌混合物が粒度良好な等級を受けるようにその組成を調整してもよい。
【００５２】
なお、均一な土壌混合物の組成が０．００１〜１５０ｍｍ範囲で分散した粒径を有するように調整されるか、または全ての粒径が４番〜２００番ふるいの大きさを有するように調整されてもよい。
【００５３】
また、均一な土壌混合物の組成は、均等係数Ｃｕが４〜６より大きく、曲率系数Ｃｃが１〜３であり、且つ、Ｃｕ＝Ｄ６０／Ｄ１０、Ｃｃ＝Ｄ２３０／（Ｄ１０＊Ｄ６０）になるように調整され、この時、Ｄ６０は６０％通過時の均一な土壌混合物の粒径であり、Ｄ１０は１０％通過時の均一な土壌混合物の粒径である。
【００５４】
なお、均一な土壌混合物の組成を調整する時、ｂ）ステップで掘削された土壌層のうち少なくとも一つの少なくとも一部分を均一な土壌混合物から除外するか；ｂ）ステップで掘削された土壌層のうち少なくとも一つを均一な土壌混合物から完全に除外するか；有機物、非圧縮性材料、軟粘土、粘土質シルト（ｃｌａｙ  ｓｉｌｔ）およびせん断強度が１５ｋＰａ未満の材料のうち少なくとも一つを含有した土壌層のうち少なくとも一つを均一な土壌混合物から除外するか；ｂ）ステップで掘削された土壌層それぞれの混合比を粒度良好な土壌混合物を得るように選択し、このような選択比に合わせて土壌層を混合するか；少なくとも一つの粒径が不足するかまたは過剰になっている少なくとも一つの土壌層を粒度不良に確認し、このように確認された土壌層を少なくとも一つの他の土壌層と混ぜて粒径の不足や過剰を修正するか；少なくとも一つや二つの土壌層に添加物を混ぜるか；混合物内の少なくとも一つの粒径の不足を確認し、該粒径を有する添加物を均一な土壌混合物に混ぜて不足を修正してもよい。
【００５５】
また、少なくとも一つや二つの土壌層に添加物を混ぜる時、外部敷地の土壌を含む添加物を混ぜるか；粒度良好な土壌を含む充填剤を備えた添加物を混ぜるか；結合剤を混ぜてもよい。
【００５６】
なお、本発明の方法は、掘削された土壌層の組成をそれぞれ分析するステップ；および改良された土壌の等級を高めるように均一な混合物に包含または除外される、分析された土壌層の量を決定するステップをさらに含んでもよい。
【００５７】
また、本発明の方法は、掘削された土壌層の組成をそれぞれ分析するステップ；および改良された土壌の等級を高めるように均一な混合物に含まれる添加物の量を決定するステップをさらに含んでもよい。
【００５８】
なお、本発明の方法中のｂ）ステップにおいて境界領域の全体深さまで完全に掘削した後、ｄ）ステップにおいて改良された土壌を戻すか；ｂ）ステップにおいて境界領域の全体深さまで完全に掘削し、改良された土壌をｄ）ステップにおいて境界領域の一部に戻した後、境界領域の他の一部に対してｂ）ステップを繰り返すか；ｂ）とｃ）ステップにおいて、隣接した土壌層を掘削し混ぜて中間混合物を形成した後、後続層を掘削して中間混合物に添加し、土壌層を所定深さに掘削する時までこのような中間混合物の形成と後続層の添加を繰り返すか；ｂ）ステップで掘削された土壌を境界領域から取り出すか；ｂ）ステップで掘削された土壌を境界領域から移してもよい。
【００５９】
本発明は、敷地にある他の土壌種類からなる多数の土壌層を敷地の面積と深さの全体に均一に混ぜて粒度良好な土壌混合物を得るステップ；および粒度良好な土壌混合物に振動力を加えて締固めるステップを含む安定した基礎地盤の形成方法も提供する。
【００６０】
また、本発明は、以上で説明した方法により形成された安定した基礎地盤も提供する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】土壌性質の等級表である。
【図２Ａ】Ａ級地の８階建物がＥ級地の建物より側面地震力と地震転倒モーメントを非常に弱く受けることを示すグラフである。
【図２Ｂ】Ａ級地の８階建物がＥ級地の建物より側面地震力と地震転倒モーメントを非常に弱く受けることを示すグラフである。
【図３Ａ】自然土壌層が粒度良好な改良土壌混合物に変化する過程を示す図である。
【図３Ｂ】ふるい分け結果を通過重量とログスケールで表わしたグラフである。
【図３Ｃ】内部に様々なシンクホールや空隙を有する自然土壌が安定した土壌に変化する過程を示す図である。
【図４】本発明の土壌変換方法のフローチャートである。
【図５Ａ】図４の方法により変換されて締固められた土壌と自然の緩い土壌にある基礎土台の影響を示す図である。
【図５Ｂ】図４の方法により変換されて締固められた土壌と自然の緩い土壌にある基礎土台の影響を示す図である。
【図６Ａ】自然土壌と図４の方法により変換された土壌に打ち込まれたパイル（ｐｉｌｅ）に対する地震の影響を示す図である。
【図６Ｂ】自然土壌と図４の方法により変換された土壌に打ち込まれたパイル（ｐｉｌｅ）に対する地震の影響を示す図である。
【図７Ａ】図４の方法により改良された土壌に埋め立てられた構造物と基礎と地震中に建物を安定にさせる擁壁構造を示す断面図と平面図である。
【図７Ｂ】図４の方法により改良された土壌に埋め立てられた構造物と基礎と地震中に建物を安定にさせる擁壁構造を示す断面図と平面図である。
【図７Ｃ】地震の影響に対して図７Ａ〜７Ｂの埋め立て構造物による受動的抵抗を示す図である。
【図７Ｄ】地震の影響に対して図７Ａ〜７Ｂの埋め立て構造物による受動的抵抗を示す図である。
【図８】基礎土台による応力が土壌内で側面に広がるのに対したジオグリッドの影響を示す図である。
【図９Ａ】基礎土台の概略図である。
【図９Ｂ】改良された土壌との接触面積が減って基礎土台の深さ方向の影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
与えられた敷地の地盤や土壌の性質を利用して地震力を計算するために数々の等級に敷地を分類することができる。図１の表は敷地等級表として２００６年国際建築標準に従ってＡ〜Ｆ級に分類されており、Ａ級は（せん断派速度が１５００ｍ／ｓを超過する）硬岩のような最も強い土壌状態であり、Ｆ級は軟粘土のように最も弱い土壌状態である。
【００６３】
土壌状態が弱いほど、安定性を強化した構造が必要である。土壌状態が悪ければ、構造物の設計上、非常に大きい力とモーメントを有しなければならない。構造物が高いほど、強い伝達力と回転モーメントが構造物に発生する。
【００６４】
図２Ａ〜２Ｂのグラフは、Ａ級地の８階建物がＥ級地の建物より側面地震力と地震転倒モーメントを非常に弱く受けることを示す。その結果、土壌状態が悪いところでは、地震中の構造物の未統制揺れと崩壊を防止するために大きな補強と安定性が必要である。構造的要求条件を減らし安全標準を満たそうとすれば、大型のセンシティブな構造物の場合はＡやＢ級地が理想的であるが、高価でなく合理的な構造的要求条件と空間として安全条件を満たそうとすればＣやＤ級地も充分である。
【００６５】
地質変化により、与えられた敷地が種々の土壌を有する地盤を有することができる。図３Ａの既存の地盤１００は一つ以上の土壌種類からなり、これを、便宜上、人間の介入前に自然的に存在するかまたは自然的な地質過程によって形成された地盤、または深さが均質でなく本発明に係る変換前の地盤という。既存の地盤１００の土壌は、氷河土や岩盤に接する前の泥炭（図示せず）、シルト１０２、砂１０６、砂利（図示せず）、粗砂１０４および／または粘土１０６を含めて一つ以上の材料を含むことができる。材料それぞれは、液状化危険度、支持力、圧縮性、透過性および安定性を決定する自体の性質を有する。数々の土壌が自然地盤１００に様々な方式で分散しうる。便宜上、図面には自然地盤１００の深さ方向の数々の層として土壌種類が表示されているが、他の方式で土壌の種類が区分されていてもよい。
【００６６】
土壌種類が異なる層の各々には等級を付けることができる。（サイズが同一な粒子からなる）均一な材料や（一定サイズの粒子がないかまたは過度な）不均一な材料と（粒径が０．００１ｍｍ〜１５０ｍｍの間やそれ以上であり、分布度が良くない）粒度不良な材料は概して弱くて液状化され易い。粒度良好な材料（例えば、粒径が０．００１ｍｍ〜１５０ｍｍの間やそれ以上であり、且つ、様々なサイズの粒子が分布した材料）は概して強くて液相化と圧縮と内部侵食が容易でないので安定した地盤に符合する。
【００６７】
（４．７６ｍｍの４番ふるいと０．０７４ｍｍの２００番ふるいの間の）種々の標準サイズのふるいに土壌を通過させて粒径サイズ別に量を測定するふるい分けを利用して土壌の等級を測定することができる。粒子サイズが様々であり、且つ、４番から２００番までの全ての大きさを有すれば、粒度良好な等級を受けることができる。
【００６８】
ふるい分け結果を通過重量とログスケールで表わしたグラフが図３Ｂである。このグラフは土壌の等級をよく示す。（シルト曲線１０２’と均一な粗砂曲線１０８’のような）均一であるかまたは粒度不良な土壌は、傾斜が非常に急激であり、粒子サイズが単一である。（中砂曲線１０４’とシルト質粘土曲線１０６’のような）粒度良好な土壌は、傾斜が緩やかであり、粒子サイズが様々である。曲線２００’のように高い粒度良好な土壌は、グラフの幅全体として傾いて傾斜が非常に緩やかであり、粒径が０．００１ｍｍ〜１５０ｍｍ程度として粒子サイズも非常に様々である。
【００６９】
定量的観点から、粒度良好な土壌は、均等係数Ｃｕが４〜６より大きく、曲率系数Ｃｃが１〜３の土壌として以下のとおりである：
Ｃｕ＝Ｄ６０／Ｄ１０、Ｃｃ＝Ｄ２３０／（Ｄ１０＊Ｄ６０）
【００７０】
ＤｘはＸ％通過時の粒径であり、例えば、細砂はＣｕ≧６であれば良い等級であるが、砂利はＣｕ＞４であれば良い等級に分類される。
【００７１】
以上で説明した方法の目的は、与えられた敷地の地盤の土壌を均質に変えて、本来の安定した下部土壌層上に各々異なる材料からなる数々の土壌層が形成されないようにして地盤が少なくともＣ級やＤ級敷地の特性に似るようにして大型および／またはセンシティブな構造物を安定的に支持するようにすることにある。最終土壌は、良い等級や非常に良い等級を受け、不安定な土壌層を有しない。
【００７２】
図３Ａに示すように、材料１０２、１０４、１０６、１０８からなる土壌層を混ぜたり、合わせたり、添加物を添加したり、所望しない材料を除去したりして、均質な粒度良好な土壌混合物２００を形成することができる。混合に用いられた各々の材料は、粒度不良な材料１０２、１０６のみ、粒度良好な材料１０４、１０６のみ、または両方とも含むことができる。この混合物は、一つや数々の材料を含むことができる。一つ以上の材料を混ぜて、非常に粒度良好な均質な土壌２００を得て、不均質な土壌層や各々の土壌層より優れてさらに安定した基礎地盤を形成することができる。
【００７３】
１０２や１０６のような粒度不良な材料は締固め後の安定化に不適切であるが、改良された土壌２００は粒度良好な等級として締固め後の安定化に適切であり、これは、大きい粒子の間を小さい粒子で充填して空隙が減り、様々な大きさの粒子が結合されているためである。
【００７４】
数々の土壌層を混ぜれば、全ての粒子サイズをよく混ぜて締固めに好適で、且つ、大型および／またはセンシティブな構造物を安定的に支持できる良い等級を受けることができる。例えば、数々の土壌層１０２、１０４、１０６、１０８のうち一部や一つや二つの土壌層の粒子が均一に混ざるように土壌混合物２００を混ぜることが好ましいが、特性の改善のために、該混合物に他の添加物を入れてもよい。例えば、自然的な土壌層の混合物に良い等級を受けるのに必要なサイズの粒子がないと判断されると、該サイズの粒子を添加することができる。同様に、あるサイズの粒子が過剰であると判断されると、該粒子サイズの材料やその一部を除去することができる。また、軟粘土層１０６のように等級が良くても締固めに不適切であったり泥炭のように等級を悪化させる土壌層があったりするとき、このような土壌層を除去することができる。最後に、土壌を混合して改良した後、その土壌混合物２００を締固めて支持力を高め、液状化されないようにする。
【００７５】
最終の基礎地盤土壌が均質化して全体組成を知ることができ、地質的危険がなく、安定するように自然的な土壌を改良する。例えば、地盤が自然や人工堆積状態から大きく変われば、ダム、橋梁、その他の建物の崩壊を引き起こす災難的な地盤沈下などを引き起こしうる。図３Ｃに示すように、非変換土壌１００は微細で一定した砂層１１９下に粗砂利のような高透水層１１８が配置されたものであって、地下水層のように速度とエネルギーの高い水流１１６、１１７がこの層１１８を通過できる。上部の均一な砂層１１９と下部の砂利層１１８間の粒子サイズが大きくて、砂利層１１８の濾過効果がなく、砂層１１９が砂利層１１８内に入り込んで砂層１１９に空間１１４が生じて不安定性と材料の損失が加速化する。この場合、結局、本来の地表面まで達するシンクホールが生じ、該シンクホールが構造物や排水路下に広がって住居地まで達して地盤沈下と建物崩壊を引き起こしうる。土壌１００が深さＤまで粒度良好な土壌２００に変わると、該土壌は原則的に不透水性であるため、水流１１６が１２１部分で塞がれて土壌２００を通過できないので、例えば、ダムのような構造物によって上流側に集まった水のために生じうるシンクホールの危険を排除できる。非変換土壌内の既存の空間１１４も土壌変換過程で除去され、最終土壌２００は安定して均一な土壌である。
【００７６】
図３Ｃに見られる圧縮／腐敗可能な有機体１１２は、地質探査により常に確認できるものではない。このような有機体がプロジェクト開始後十分に早く発見されないと、敷地上の構造物に大きな損傷を与える。現在の土壌変換法では、改良された土壌２００を形成する時、このような有機体１１２を確認し除去して、非変換自然土壌１００に存在していたこのような材料の危険を無くすことができる。
【００７７】
図４の第１ステップａ）にて既存の大地表面における掘削しようとする領域を設定する。設定された領域は既存の大地において変換する領域であり、場合によっては、土壌を変換する深さも決定することができる。領域設定は、より安定した地盤に変換する大地領域を定めるために地面にする境界表示、区画表示ともいう。したがって、領域設定は、地面に目に見える表示をして変換する境界を定めることである。構造物に必要な基礎仕様に基づいて設定された領域の境界を定めるかまたは地図を描くこともできる。天然土壌を掘削する所に設定領域と深さを定めることができる。設定された領域は、変換しようとする基礎地盤の全体であるかまたは一部であってもよい。
【００７８】
変換しようとする領域と深さは様々な因子に合わせて選択できる。構造物を正しく支持しようとすれば、適切な面積と深さにかけて安定した土壌が必要である。例えば、基礎土台が土壌に影響を与える。図５Ａに示すように、基礎土台４００が土壌に応力ｑ０を球状に分散させる。与えられた深さにおいて土壌に加えられた応力の大きさがｑである。ｑ／ｑ０で表わしたように、土台から遠ざかるほど土壌の応力が減る。
【００７９】
このような土台が構造物を正しく支持しようとすれば、ｑ／ｑ０が０．２以上として応力が大きい領域の土壌が安定しなければならない。基礎土台の大きさに応じて、応力が土壌に浅く／深く作用する。したがって、適切な支持力を提供するように設定領域の面積と深さを選択しなければならない。地震に対する安定性をさらに確保しようとすれば、２０ｍ以上、好ましくは３０ｍ以上の深さまで土壌が液状化されてはいけない。自然土壌が液状化性質であれば、改良土壌を非液相化するのに十分な深さまで掘削面積を選択しなければならない。
【００８０】
図５Ａにおいて、粒度不良な自然土壌１００上にある幅Ｂ（例えば、４ｍ）の土台４００は、ｑ／ｑ０が０．２〜１．０の相当な応力を（深さ６ｍや１．５Ｂの）粗い土壌１００とその下の圧縮性軟粘土層１５０に伝達して、土壌の支持力を超過して地盤沈下を引き起こす。その反面、図５Ｂのように土壌を処理すれば、改良土壌の支持力に合わせて地盤幅を（例えば、２ｍ程度として半分まで）減らすことができる。このような構成において土台から生じた応力が（ｑ／ｑ０＞０．２である）密集した粒度良好な（１．５Ｂ＝３ｍ深さの）土壌２００に主に分散する。該土壌２００が深さ１．５Ｂ程度の十分な深さに改良されていると、その下の圧縮性軟粘土層１５０は相当な大きさの応力（例えば、ｑ／ｑ０＝０．２以下）を受けず、土壌の支持力が増え、沈下は減り、重い構造物を支持するのにさらに安定する。図５Ｂのように変換された土壌は、図５Ａの未改良土壌より支持力が２倍以上増加して、土台の大きさを半分まで減らすことができる。
【００８１】
地盤構造に応じて土壌変換条件が変わる。例えば、図３Ａに示すように、岩盤や密集土壌に接する深さまで土壌を改良することができる。図６Ａ〜Ｂに示すように、岩盤までパイル（ｐｉｌｅ）が打ち込まれていると、パイル２５２周辺の土壌が耐震性を持って地震中にパイルを保護する。例えば、図６Ａに示すように、パイル２５２の上部区間は液相的な自然土壌１００で囲まれている反面、パイル２５２の下部区間は非液相的な圧縮性粘土１５０で囲まれている。このような状態で地震が発生すれば、土壌１００がｐｌＤ方向に動いてパイル２５２の上部区間とパイルキャップ２５３が初めての状態から新しい状態２５２’、２５３’に動くかまたは変形される。その反面、図６Ｂの場合、土壌１００が改良土壌２００に変換され、パイル２５２の上部区間が液相性のない密集して安定した粒度良好な土壌で囲まれている。したがって、地震が発生した時、土壌が液相化するかまたはパイル（ｐｉｌｅ）が変形する可能性が大幅に減る。このため、パイルが十分に安定する程度に全ての液相層を改良する掘削深さを選択することが好ましい。摩擦パイルの場合、液相性土壌深さの底部まで土壌を改良して地震が発生しても土壌が側面方向に押されないようにする。
【００８２】
図７Ａ〜Ｄに示すように、埋め立てられた基盤壁の場合、壁３５０の両側において少なくとも５ｍ以上十分な深さＤで土壌を改良することが好ましい。図７Ｃ〜Ｄに示すように、壁の片方に作用ある力Ａは壁の反対側の破裂面（改良土壌は２２５；未改良土壌は２２５’）上の土壌の体積とせん断強度因子によって受動的抵抗Ｒｐで表される。改良土壌の破裂面２２５が未改良土壌の破裂面２２５’より傾斜が緩やかであり、力Ａに抵抗するその上の土壌体積がさらに多いため、改良された土壌と改良されていない土壌の受動圧力線２２６、２２６’で表されたように受動的抵抗Ｒｐがより大きい。したがって、壁の両側に沿って３〜５ｍ以上の深さに十分に土壌を改良して、地震がどの方向に発生しても適切な抵抗を有するようにすることが好ましい。改良土が強いほど、土壌の受動的抵抗が大きくなり、地震における構造物基盤と建物の変形も小さくなる。
【００８３】
他の基盤構造も可能であり、基盤条件に合わせて土壌改良面積と深さを選択することができる。図７Ａに示すように、パイルとアンカーと埋め立てられた構造物が共にあってもよく、掘削／改良しようとする土地の位置も深さと面積に合わせて変わってもよい。
【００８４】
基盤構造物付近の領域のみ土壌を改良するように領域を選択することもできる。例えば、基盤に４個の土台が互いに離れていれば、これらの土台間の自然土壌はそのまま置いておき、土台の影響を受ける領域の土壌のみ改良することができる。または、敷地全体の土壌を改良して敷地全体に「非液相性」土壌を提供して耐震性をさらに強化することもできる。
【００８５】
改良された土壌の粒子組成に合わせて面積と深さを決定することもできる。土壌等級を高めようとすれば、様々な大きさの粒子が混ざって全ての範囲の粒子を適切に混合することが好ましい。掘削面積と深さに応じて自然土壌内の掘削される層と土壌混合に用いられる層が決定される。特定の粒子種類と大きさの土壌を得るために、さらに深く掘削くなければならない場合もある。締固め後の支持力が３００ｋＰａ、４５０ｋＰａまたはそれ以上になるように最終混合物の組成を選択することが好ましい。
【００８６】
したがって、掘削面積と深さを計画する時、土壌を研究し、土壌層の粒子組成を測定することができる。土壌層の組成は、ふるい分け、コーン貫入テストのような既存の方法により測定できる。この情報を用いて粒度良好な混合物を得るように結合しなければならない粒子種類と、混合のために掘削しようとする層を決定する。混合しようとする土壌層の割合を設定し、外部土壌を導入するか否かも決定することができる。このような測定は土壌の組成のみを推定するためのものであり、実際の土壌組成は敷地内の地質変化のために異なることがある。したがって、敷地内の実際の土壌組成が知らされることによって掘削中に土壌組成が調整されてもよい。
【００８７】
図４の第２ステップｂ）において設定された掘削面積と深さに合わせて自然土壌を掘削するが、ａ）ステップで設定された領域全体の土壌を土壌種類が異なる一つや多数の層までの深さ、例えば、２ｍ以上、好ましくは２０ｍ、３０ｍまたはそれ以上の深さまで掘削することが好ましい。掘削とは、ａ）ステップで設定された領域の地面を掘り出すことをいう。ある場合は、掘削が設定された領域から土壌を取り出したり、動いて穴や溝を形成したり、一定深さで土壌層を露呈したりすることを含んだりもする。また、掘削によって土壌が再配列されてもよい。シャベル、掘削機、スクープ、こて（ｔｒｏｗｅｌ）、浚渫機（ｄｒｅｄｇｅ）などのいかなる掘削工具も掘削に用いることができる。掘削工具は、機械式、空圧式および／または油圧式で動作し、交換が可能であり、様々な任務を実行できれば良い。
【００８８】
設定ステップにおいて、自然土壌の一部層が最終土壌の混合に好適でないと決定されることがある。例えば、軟らかくてセンシティブな粘土や粘土質シルトのように非圧縮性／不安定材料とせん断強度の低い材料（摩擦角と凝集力が低く、せん断強度が１５ｋＰａ未満）は、最終の土壌混合物を弱化させる。泥炭のような有機体も最終の土壌混合物を弱化させる。また、掘削中に混合に好適でない大きい岩や廃車のような異物体が発見されたりもする。基本的に、土壌の長短期間の安定性に影響を与える、いかなる材料も最終の土壌混合物に含まれてはいけない。したがって、掘削と土壌処理過程中に不適切な土壌や物体を抽出された土壌から除去する過程があってもよく、このような過程で不適切な材料を土壌混合物から取り出すなどの方法により不適切な土壌層や物体を適切な土壌層から分離する。不適切な土壌層や物体は、他の敷地や敷地内の他のところに移して廃棄するかまたはリサイクルする。
【００８９】
設定された面積と深さの全ての土壌を掘削することが好ましい。掘削をすると、領域内の実際の土壌組成を全て知ることができる。掘削過程中に、掘削された土壌をさらに分析して土壌混合に使用できる正確な量を決定することもできる。このような情報により、掘削面積と深さを必要に応じて設定することができる。例えば、掘削過程中に不適切な土壌層が発見されると、本来よりさらに深く掘削して、このような不適切な土壌層を除去することができる。また、土壌添加物および／または除外物も調整することができる。例えば、掘削時に粒度良好に改良された土壌混合物を得るのに必要な大きさの粒子がないかまたは過度に多い自然土壌層があると判断されると、添加物を追加するかまたは該土壌層を除外して粒子サイズを理想的に調節することができる。
【００９０】
このようにして掘削すれば、土壌変換過程を調節しつつも土壌の最終性質をより確かに知ることができるため、地理的変化に適応して計画よりさらに所望のデザインをして所望の結果を得ることができる。
【００９１】
図４の第３ステップｃ）においては、ｂ）ステップの間掘削された土壌を混合する。この土壌は、いかなる方法と掘削工具を用いて混合してもよいが、最終混合物が均一になるように混合することが好ましい。場合によっては、一つの土壌種類が均一になるようにまたは様々な土壌種類が混ざるようにする。数々の土壌層の材料を混合する時、自然土壌層を混合物の全体に均一に散らす。または、全ての土壌層を掘削した後に土壌を混合してもよい。または、土壌を層別や所々掘削し、隣接した層や部分土壌を混合して中間段階の混合物を作った後、他の土壌層や土壌を中間段階の混合物に混ぜてもよい。設定された領域全体を掘削する時までこの過程を繰り返し行い、中間段階の混合物は所望の全ての土壌層の全部を含む均一に改良された土壌混合物に該当する。
【００９２】
また、混合された土壌の支持力を増やしたり圧縮性を最小化したり安全性を高めたりするなどの性質を改善するために混合物に添加物を追加することもできる。追加される添加物の種類に応じて、改良された土壌の圧縮強度が１〜１５ＭＰａとなることができる。したがって、掘削された土壌を混合する時、混合物に添加物を追加して土壌を改良することができる。
【００９３】
地盤を変換しなければならない現在の敷地から離れた他の敷地から持ってきた土壌が添加物であってもよい。設定および掘削ステップにおいて、自然土壌層に特定の粒子サイズや種類がないかまたは過度に多いのか、最終の土壌混合物が不連続粒度を有するのか（すなわち、土壌混合物が大部分の粒子サイズを示すが、幾つかの特定の粒子サイズはない）、または等級が悪いのかを決定することができる。この場合、敷地から得ることができる自然土壌のみを用いて非常に粒度良好な土壌を作ることはできない。このため、混合物に外部土壌を添加することが好ましい。外部土壌は、掘削中に容易に得ることができず、変換しようとする地盤がある敷地から自然的に生じない全ての自然／合成土壌をいう。例えば、掘削された自然土壌に微細粒子がなければ、（土砂採取場のような）付近の他の敷地の土壌を掘削地に運んで混合物に混ぜて粒度良好な土壌混合物を作る。同様に、設定ステップと掘削ステップにおいて、最終の土壌混合物が締固め後に掘削された面積を覆うのに十分な体積を有するか否かを決定することができる。この場合、最終の土壌混合物に充填物を添加して体積を増やしつつ、等級は維持するようにする。充填物としては、最終混合物の強度を害しない限り、いかなるな材料（例えば、他の粒度良好な土壌）を用いてもよい。
【００９４】
混和剤や結合剤のような他種類の添加物を添加して、強度は高め且つ透湿度は下げた土壌を作ることもできる。ケイ酸ナトリウム、シリカゾル、フェノール、アミノプラスト、微細セメント材料、ポリエステルなどの他の様々な種類の結合剤を添加することもできる。現在にも開発されている新しい混和剤を用いることもできる。混合される添加物の種類と量は、混合物が適切な遅れで固化または硬化するように選択される。例えば、３〜４日の間に硬化するように改良土壌を混和剤で処理して、残りの段階を終了するのに十分な時間を確保できる。このようにして土壌を改良すれば、支持力は１０００〜２０００ｋＰａ以上に高め、且つ、圧縮性は下げ、地盤沈下は最小化し、透湿性は減らして、本来の土壌をほぼ堆積岩レベルに作って土壌をＢ級敷地に作ることができる。
【００９５】
図４の第４ステップｄ）においては、改良された土壌を掘削された領域に戻して締固めるが、ｂ）ステップで掘削された深さまで充填することが好ましい。さて、等級が高くなった土壌混合物は本来の自然土壌より優れた性質（均質で締固めにより好適であり、変形が減る）を持って変換または改良される。一例として、改良された土壌を追加操作なしで直ちに掘削部に戻すことができる。このようにして土壌を混合して掘削部に戻すと、土壌が全体面積にかけて均質になる。動的締固めや振動締固めのような既存の締固め工法を改良土壌に適用すると、自然土壌より優れた性質を有する締固められた土壌を得ることができる。
【００９６】
または、土壌を掘削部に一度に全部戻さず、逐次に戻してもよい。例えば、０．５ｍと２０ｍの間、好ましくは１．５ｍと３ｍの間に混合された土壌を１層に作り、該層を締固めた後、次の層を作る。このような層別の締固め過程は、掘削部を完全に充填する時まで繰り返し行われる。
【００９７】
このように土壌を締固めると、掘削された面積の全体深さで土壌が緻密になる。また、この過程を層ごとに調節すれば、各々の層を連続的に緻密にして均一度をさらに高めることができる。その結果、この方法により作られた土壌は、全体が一定した性質を示して予測性がさらに高くなる。この方法は、土壌サンプルを採取した試錐孔の間の土壌が異なりうるために長所を有する。すなわち、支持力安全率が３以上になるように設計するのが通常であるが、本実施例の場合は安全率を２や１．５にしても充分である。
【００９８】
各々の土壌層の締固めは、固定、衝撃、振動、旋回、ローリングなどを利用するが、混練締固め（ｋｎｅａｄｉｎｇ  ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ）が好ましい。強力な土壌混練は、土壌を砕けて液相にして均等に広がるようにし、改良された土壌の均質度をさらに高める。混練をすると、改良土壌から余剰水分が放出される。その結果、改良土壌の水分含量を層別に調節して、土壌密度と不透水性を高めることができる。
【００９９】
改良された土壌を方向を変えていきながら圧力とせん断力を加える振動板を用いて混練してもよい。振動板は、敷地事情（電源や装備）に応じて油圧や空圧で作動するか、または敷地の装備の油圧回路や振動板固有の独立回路に連結されて作動してもよい。このような回路は、掘削深さの底部から表面まで振動力を加えるのに必要な動力と耐久性を提供することが好ましい。
【０１００】
回路が敷地の装置から由来する場合、該装置に振動板を連結すれば、掘削工具を稼動する装置と共に振動板を用いることができるため、掘削作業が終わると、振動板を掘削工具と互換することができる。この場合、掘削工具を該装置に設けて掘削することができる。土壌層を混合して土壌を改良したのであれば、掘削工具を用いて０．５〜２０ｍ、好ましくは１．５〜３ｍ厚さの改質土壌層を掘削部に戻すことができる。次に、掘削工具を振動板に替えて締固め作業をすることができる。最後に、締固めが終わると、振動板を掘削工具に替え、次の土壌層に前述した作業を繰り返し行う。掘削工具と振動板のこのような互換によって、全体過程が効率化し経済的になる。
【０１０１】
大型システムの一部であってもよい振動鋼板のような装置を用いて締固めをすることもでき、振動鋼板の大きさは２．５ｆｔ×２ｆｔが一般的であるが、大きさが異なってもよい。振動鋼板は、建設現場で容易に得ることができる油圧シャベルのアームに連結されて様々な深さに締固め作業をする。一方、振動鋼板がクレーンや他の類似の装置に連結されて掘削深さに合わせて打撃をすることもできる。このような締固め工法においては、現場作業者が障害物を発見するなどの状況に容易に干渉することができる。
【０１０２】
側面応力伝達を最小化するために土台下の改良土壌をさらに補強しなければならないこともあり、この時、重畳型ジオグリッド、メタルストリップ、ジオテキスタイルシートなどを用いることができる。図５の場合、ジオグリッドがなければ、基礎土台から土壌に伝達された応力が側面に球状に広がる。その反面、図８に示すように、土台２５８下にジオグリッド２５０が重なっていると、応力が土壌において側面に広がるのを相当に減らすことができる。２５４ラインから知ることができるように、ジオグリッド２５０があると、応力が側面でない深さ方向に広がる。このような強化作用により基礎土台を互いにより近く配置しても、応力が深さ方向に重なる危険がない。このような強化構造を以上で説明した方法によって構築することができ、且つ、改良土壌を層別に掘削領域に戻すことができる。締固められた改良土壌は強化に効率的な媒体である。
【０１０３】
図４の最終ステップｅ）は基礎構造物の建築に関するものである。改良土壌に基礎構造物を建築するが、該基礎構造物は建物ではないもののためのものであってもよい。例えば、ダムや橋梁のようなセンシティブな構造物の基礎を安定化するのに土壌変換ステップを適用することができる。前述したように、ａ）〜ｄ）ステップを通じてシンクホールや土質悪化のような未改良土壌に生じうる危険を除去して、センシティブな構造物のためにより安全な基礎に好適な変換土壌を作る。ｅ）ステップは、ダム、橋梁、その他の構造物を変換された土壌に建築するステップに関するものである。
【０１０４】
このように改良された土壌は支持力が最大６００ｋＰａであり、添加すれば２０００ｋＰａまでにもなるが、自然土壌はいくら締固めても１５０ｋＰａ以上有することができない。このため、基礎土台の大きさを減らし、その深さへの影響も減る。地震に備えて構造物を安定化するために非常に大量のコンクリート質量が必要な場合に長所を有する。大きさにより、このような質量は深さに大きな影響を与える。しかし、本発明の改良された土壌であれば、このような大きい質量の締固め面積を減らして地震中の土壌応力の増加を受容することができ、これは図５のように改良された土壌の支持力が高くなるためである。
【０１０５】
図９は、支持土台の接触面積を減らす方法を示す。図９Ａの基礎土台４００はコンクリートなどから作られ、幅４０４全体に沿って地面に応力を分散させ、応力が球状に相当な深さ４０６まで広がる。図９Ｂの他の支持土台５００は、高圧縮性スタイロフォームブロック５０２を用いて接触面積を減らすことができ、スタイロフォーム部分でない地面に接触するコンクリートの部分５０８、５０８’を通じて大部分の応力が分散する。
【０１０６】
土台４００の接触面積が３個の小さい区間５０８、５０８’、５０８’’に減り、これらの区間全体の幅は土台の幅５０４より小さい。その結果、各区間５０８、５０８’、５０８’’の応力が図９Ａの深さより小さい深さ５０６まで広がる。減った土台の大きさによる圧力増加のために土壌の上部層により大きい応力が加えられるが、本発明によって改良された土壌はこのような応力増加を十分に耐える支持力を有する。
【０１０７】
土台５００の場合、土台４００の１個の応力の代わりに３個の球状応力に分散する。改良された土壌にジオグリッドを設けると、３個の応力が重なって深さ方向に相当な応力が生じるのが防止される。
【０１０８】
本発明の改良された土壌は、地震液状化により安定しており、透水性が低く、沈下や側面分散にセンシティブでないため、建築用として非常に安定した地盤を形成し、建築標準設計基準にも符合する。また、予想できない大きさの地震にも備えることができる。土壌の性質と予想地震の大きさに基づいた液状化解釈をする時、提示された構造物の危険感受性に応じて安全率を１〜１．２にすることが通常である。すなわち、予想される大きさの地震やそれより２０％まで大きい地震で液状化を耐えるように地盤を設計する。安全率を設計する時、エンジニアと契約者らは土壌の性質によって制限を受け、設計時に考慮した事項を越える地震強度に対しては十分に対応することができない。しかし、本発明によれば、改良土壌がこれ以上液状化されないため、（知られたものよりさらに大きい）地震の影響にも容易に耐えることができ、地震がさらに深刻であっても安全率を低く見積もって生じられた危険を減らすことができる。
【０１０９】
本発明の方法により改良された土壌は、地震中に地盤での建物の移動と回転を完全に防止するように、建物周辺に連続的や局部的に構造物を埋め立てることもできる。このような方案は、全方向の地震力とモーメントに適用される。
【０１１０】
このように補強されたコンクリート構造物として米国特許第８８９８９９６号明細書に紹介された「ガルソン壁（Ｇａｒｚｏｎ  Ｗａｌｌｓ）」がある。このような構造物は、地震などで建物によって受ける負荷によって最小に動くように改良土壌内に設置して、建物の回転と移動を防止して安定性を保障する。
【０１１１】
図７Ａ〜Ｂによれば、改良された土壌３００、３００’内に建物３５６の４辺に沿って周辺に４個のガルソン壁３５０を設置する。また、建物が動いたり回転したりすることができないように支持できれば、建物周縁の一部にのみ壁を設置してもよく、該ガルソン壁３５０が建物の辺の長さ全体でなく一部にのみ配置してもよい。このような壁に建物を固定する擁壁３５４によって建物がさらに安定化できる。
【０１１２】
岩盤３０２まで深く打ち込まれたパイル３５２によってガスは壁３５０を安定化することができる。該パイル３５２は、ガルソン壁３５０に沿って一定間隔で配置され、ガルソン壁下の自然土壌を処理する。ガルソン壁３５０に安定化部材３６０を設けて補強することもできる。パイル３５２が地震中の液状化による被害を受けないようにパイルに沿って改良土壌３００を配置する。また、支持力の高い改良土壌３００内に建物土台３５８を打ち込んで土台が相当な圧力に耐えるようにする。
【０１１３】
ガルソン壁３５０が壁３００’内部の改良土壌と壁３００’’外部の改良土壌との間に配置される。壁３５０両側の改良されて締固められた土壌は、図７で説明された摩擦角度と高密度を含めて改善された土壌性質に関連した高い受動的抵抗を提供する。壁３５０の深さＨは、特定建物に必要な抵抗に合わせて変わることができ、構造物に予想される地震と改良された地盤性質に基づいて選択される。壁両側に改良土壌３００を配置すると、受動的抵抗が増加して壁３５０を自然土壌より低い深さに立てることができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月13日(2018.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の土壌種類からなる一つや多数の土壌層を有する土壌からなる大地の地盤をより安定した基礎地盤に変換する方法であって：
ａ）敷地表面に変換しようとする地盤の領域に相応する境界領域を設定するステップ；
ｂ）前記土壌層を貫通して所定深さまで境界領域全体の土壌を掘削するステップ；
ｃ）ｂ）ステップで掘削された土壌中の少なくとも２個の土壌層と混ぜて均一な混合物を含む土壌に改良するステップ；
ｄ）改良された土壌を境界領域に戻して、ｂ）ステップで掘削された深さまで均一に充填するステップ；および
ｅ）境界領域に戻った改良された土壌を締固めて安定した基礎地盤を形成するステップ；を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ｅ）ステップにおいて、改良された土壌に振動力を加えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ｅ）ステップにおいて、振動板を用いて改良された土壌を混練することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ｄ）ステップとｅ）ステップにおいて、改良された土壌を境界領域に土壌層を一層ずつ連続的に戻すが、各々の土壌層を締固めた後に後続土壌層を戻すことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ｂ）ステップにおいて、自然岩盤や密集土壌に接する深さまで境界領域において土壌を掘削することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ｃ）ステップにおいて、ｂ）ステップで掘削された土壌を改良する時、均一な土壌混合物が粒度良好な等級を受けるようにその組成を調整することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記均一な土壌混合物の組性は、均等係数Ｃｕが４〜６より大きく、曲率係数Ｃｃが１〜３であり、且つ、Ｃｕ＝Ｄ６０／Ｄ１０、Ｃｃ＝Ｄ２３０／（Ｄ１０＊Ｄ６０）になるように調整され、この時、Ｄ６０は６０％通過時の均一な土壌混合物の粒径であり、Ｄ１０は１０％通過時の均一な土壌混合物の粒径であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、有機物、非圧縮性材料、軟粘土、粘土質シルト（ｃｌａｙ  ｓｉｌｔ）およびせん断強度が１５ｋＰａ未満の材料のうち少なくても一つを含有した土壌層のうち少なくとも一層の少なくとも一部を均一な土壌混合物から除外することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、少なくとも一つの粒径が不足するかまたは過剰になっている少なくとも一つの土壌層を粒度不良に確認し、このように確認された土壌層を少なくとも一つの他の土壌層と混ぜて前記粒径の不足や過剰を修正することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、少なくとも一つや二つの土壌層に添加物を混ぜて、前記の添加物は外部敷地の土壌、粒度良好な土壌を含む充填剤、又は結合剤を含むことを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
均一な土壌混合物の組成を調整する時、混合物内の少なくとも一つの粒径の不足を確認し、該粒径を有する添加物を均一な土壌混合物に混ぜて前記不足を修正することを特徴とする、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
掘削された土壌層の組成をそれぞれ分析するステップ；および改良された土壌の等級を高めるように均一な混合物に包含または除外される、分析された土壌層の量、又は均一な混合物に含まれる添加物の量を決定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ｂ）ステップにおいて境界領域の全体深さまで完全に掘削した後、ｄ）ステップにおいて改良された土壌を戻すことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
ｂ）ステップにおいて境界領域の全体深さまで完全に掘削し、改良された土壌をｄ）ステップにおいて境界領域の一部に戻した後、境界領域の他の一部に対してｂ）ステップを繰り返すことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
ｂ）とｃ）ステップにおいて、隣接した土壌層を掘削し混ぜて中間混合物を形成した後、後続層を掘削して中間混合物に添加し、土壌層を所定深さに掘削する時までこのような中間混合物の形成と後続層の添加を繰り返すことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
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