(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱地盤中にドレーン材を打設し、前記ドレーン材の上方を気密性シートで覆い、前記気密性シート内を減圧して、前記軟弱地盤に負圧を作用させることにより、大気圧を載荷重として地盤改良を行う大気圧工法のシミュレーション解析方法において、
前記ドレーン材の側方近傍の前記軟弱地盤中に、前記大気圧載荷重の作用範囲を設定することを特徴とする大気圧工法のシミュレーション解析方法。
【請求項２】
前記大気圧載荷重の作用範囲は、前記ドレーン材とほぼ平行になり、前記軟弱地盤の表面側に設けられたる排水層と、前記ドレーン材の打設先端の下方に位置する排水層とを直線的に結ぶ線状に設定することを特徴とする請求項１記載の大気圧工法のシミュレーション解析方法。
【請求項３】
前記大気圧載荷重の作用範囲は、地盤の透水係数をｋとし、最大水位低下量をｓとした時に、影響範囲Ｒが、
【式１】
0003931676.tif 000006
により求められるとするシーハルトの式において、前記最大水位低下量ｓを前記負圧に換算して決定することを特徴とする請求項１または２記載の大気圧工法のシミュレーション解析方法。
【請求項４】
前記シミュレーション解析方法は、解析メッシュの作成，地盤定数の設定，境界条件の設定，載荷条件の設定を経て、解析結果を得る方法であって、
前記載荷条件を設定する際に、前記ドレーン材の側方近傍に、前記大気圧載荷重の作用範囲を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の大気圧工法のシミュレーション解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大気圧工法のシミュレーション解析方法に関し、特に、シミュレーション解析の解析精度を改善する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧工法は、軟弱地盤中にドレーン材を打設し、その表面側に気密性シートを覆設し、気密性シート内を減圧して、軟弱地盤に負圧を作用させることにより、大気圧を載荷重として、地盤の圧密化を促進する軟弱地盤の地盤改良工法の一種である。
【０００３】
この種の工法では、載荷盛土工法のように、外力を直接載荷する場合に比べて、載荷の有効範囲が不明確で、これまでは、経験的に設計を進めてきており、より高精度な改良効果を把握するために、ＦＥＭなどの数値解析により改良効果を評価することが試みられている。
【０００４】
しかしながら、これまでに提案されている数値解析によるシミュレーション解析には、以下に説明する課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、例えば、２００１年６月に発表された第３６回地盤工学研究発表会においては、真空圧密下における盛土の安定性と題して、大気圧工法に関するＦＥＭ解析のシミュレーション解析が論文形式で発表されているが、この論文では、大気圧の作用範囲を表層部の不透水性マット、およびバーチカルドレーンの打設範囲に設定して解析を進めている。
【０００６】
ところが、このような解析条件では、バーチカルドレーン材の打設位置の近傍にも、大気圧の影響が及ぶので、これを過小評価する結果となり、解析精度に問題がある。
【０００７】
一方、このような解析手法とは別に、大気圧の作用範囲を特に限定せず、非定常解析で得られる間隙水圧分布によって改良効果を評価することも試みられているが、この手法では、バーチカルドレーン材から遠く離れた個所まで、負圧の効果が及ぶような評価となり、実施工の場合と大きくかけ離れたものとなっていた。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、実施工を反映した高精度の評価が可能になる大気圧工法のシミュレーション解析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、軟弱地盤中にドレーン材を打設し、前記ドレーン材の上方を気密性シートで覆い、前記気密性シート内を減圧して、前記軟弱地盤に負圧を作用させることにより、大気圧を載荷重として地盤改良を行う大気圧工法のシミュレーション解析方法において、前記ドレーン材の側方近傍の前記軟弱地盤中に、前記大気圧載荷重の作用範囲を設定するようにした。
【００１０】
このように構成した大気圧工法のシミュレーション解析方法によれば、後述する解析結果から明らかなように、実施工を反映した高精度の評価が可能になる。
【００１１】
前記大気圧載荷重の作用範囲は、前記ドレーン材とほぼ平行になり、前記軟弱地盤の表面側に設けられたる排水層と、前記ドレーン材の打設先端の下方に位置する排水層とを直線的に結ぶ線状に設定することができる。
【００１２】
前記大気圧載荷重の作用範囲は、地盤の透水係数をｋとし、最大水位低下量をｓとした時に、影響範囲Ｒが、
【００１３】
【式１】
0003931676.tif 000002
により求められるとするシーハルトの式において、前記最大水位低下量ｓを前記負圧に換算して決定することができる。
【００１４】
本発明のシミュレーション解析方法は、解析メッシュの作成，地盤定数の設定，境界条件の設定，載荷条件の設定を経て、解析結果を得る方法であって、前記載荷条件を設定する際に、前記ドレーン材の側方近傍に、前記大気圧載荷重の作用範囲を設定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図９は、本発明にかかる大気圧工法のシミュレーション解析方法の一実施例を示している。
【００１６】
同図に示したシミュレーション解析方法は、図１に示すような大気圧工法に適用される。同図に示した大気圧工法では、改良対象地盤である軟弱地盤１０中にバーチカルドレーン材１２が打設される。
【００１７】
バーチカルドレーン材１２は、軟弱地盤１０の深層に位置する排水層１４の直上の深度まで、前後，左右方向に所定の間隔を隔てて、相互に平行になるように打設される。各バーチカルドレーン材１２の上端側は、地表から上方に突出され、この突出部分には、水平ドレーン材１６を敷設することにより、相互に連通される。
【００１８】
そして、水平ドレーン材１６の上部側には、気密性シート１８で覆設される。地盤改良を行う際には、気密性シート１８内に設置されるサクションホース２０を介して、その内部が減圧され、この減圧により、軟弱地盤１０に負圧を作用させることで、大気圧を載荷重として、軟弱地盤１０を圧密化させる。
【００１９】
このような大気圧工法のシミュレーション解析を行う際には、図２に示した手順により実行される。同図に示した手順では、まず、ステップｓ１で、解析メッシュの作成が行われる。  図３に作成される解析メッシュの一例を示している。
【００２０】
この例では、２次元平面歪を解析メッシュに採用した。この理由は、地盤改良の範囲の面的な広がりを考慮すると、本来３次元的なモデル化を行い、３次元解析をするのが理想的であるが、３次元解析は、２次元解析に比べて膨大な労力（解析データの作成，解析計算時間など）を要することから、簡素化を考慮して、２次元解析で対応した。
【００２１】
２次元平面歪の条件では、２次元解析条件の中でも、２次元断面の配置が奥行き方向に無限大に連続していると仮定し、すなわち、解析面外への変形がゼロと仮定することで、変形量の未知数が減少し、解析の容易さを増加させる。
【００２２】
このような解析条件は、例えば、盛土構造物など奥行き方向が長い構造物の解析に適しており、本実施例の大気圧シミュレーション解析でも、奥行き方向の長さが、解析対象深さに比して大きいことからこの条件を採用した。本実施例では、解析メッシュの大きさは、横１５ｍ、深さ１０ｍとして、１ますの大きさを５０ｃｍにした。
【００２３】
この解析メッシュの上端は、図１に示した水平ドレーン材１６の位置に相当し、下端は、同図に示した排水層１４の位置にそれぞれ相当している。軟弱地盤１０の条件は、含水比１００％の均質地盤とし、初期間隙比ｅ＝２．８４、圧縮曲線ｅ・ｌｏｇｐ関係：ｅ＝３．４−０．８ｌｏｇｐ（ｐ：ｔｆ／ｃｍ２）とし、圧密係数Ｃｖ：３０ｃｍ２／ｄａｙとした。
【００２４】
解析メッシュの作成が終了すると、次に、ステップｓ２で、地盤定数の設定が行われる。本実施例の場合、粘性地盤を弾塑性モデル（修正カムクレイモデル）でモデル化して解析した。使用した入力条件は、以下の表に示している。
【００２５】
【表】
0003931676.tif 000003
【００２６】
続くステップｓ３では、境界条件の設定が行われる。この境界条件の設定では、１．支持条件と２．排水条件とに分けて行われる。１.支持条件の設定では、図４に示すように、解析メッシュの底面部では、水平方向（ｘ方向）と鉛直方向（ｙ方向）とが拘束され、左右の両側面部では、水平方向（ｘ方向）のみ拘束される。
【００２７】
２．排水条件では、図５に示すように、解析メッシュの上下面を排水条件とするため、この線に沿った部分を間隙水圧ｕの境界条件として、ｕ＝０．００に設定した。
【００２８】
次のステップｓ４では、載荷条件の設定が行われる。負荷の載荷位置は、表層の気密性シート１８の部分と、バーチカルドレーン材１２の部分節点において、負圧の間隙水圧を境界条件に設定した。
【００２９】
本実施例では、断面積の小さいプラスチック製のバーチカルドレーン材１２を想定して、ドレーン要素は、特に設けず、節点の境界条件としてモデル化した。
【００３０】
この場合、本実施例では、図６に示すように、バーチカルドレーン材１２の側方近傍に、大気圧載荷重（負圧）の作用範囲を設定した。本実施例の場合、この作用範囲は、バーチカルドレーン材１２とほぼ平行で、上端側の排水層（水平ドレーン材１６）と、底面部の排水層１４との間を結ぶ直線状に設定した。
【００３１】
より具体的には、この大気圧載荷重の作用範囲は、地盤の透水係数をｋとし、最大水位低下量をｓとした時に、影響範囲Ｒが、
【００３２】
【式１】
0003931676.tif 000004
により求められるとするシーハルトの式において、最大水位低下量ｓを負圧に換算して決定した。
【００３３】
大気圧工法では、負圧は、原理的には、最大１ｋｇｆ／ｃｍ２（９８ｋＰａ）までかかるが、実施工における真空ポンプの稼動などの施工性や効率を考慮して、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２（４９ｋＰａ）として、以下の式２でＲを計算したところ、０．４３ｍとなったので、影響範囲（排水境界ｕ＝０）をドレーン材１２から水平方向に０．５ｍ離れた位置に設定した。
【００３４】
【式２】
0003931676.tif 000005
なお、上述したシーハルトの式では、入力する各データの単位系によって求まる値が異なるので、留意が必要になる。本実施例の場合には、以下の単位で計算をした。
Ｒ：影響範囲  単位ｍ
ｓ：水位低下量  単位ｍ  負圧を換算するため、５ｍとして代入
ｋ：透水係数  単位ｍ／ｓｅｃ（通常の透水係数は、ｃｍ／ｓｅｃの単位で使用されているので、換算する必要がある。）
【００３５】
図６が、本実施例で採用した解析モデルの全体像であり、このような解析モデルが得られると解析を実行して、その結果を得る。（ステップｓ５）
本実施例の場合には、本発明の効果を確認するために、本実施例の解析と、大気圧載荷重の作用範囲を設定しないで、これ以外の条件を同一とした解析（従来法）とを同時に行った。
【００３６】
これらの２つの手法で行った解析結果を図７および図８，９に示している。図７において、白丸印で示した曲線が本実施例の解析で得られたバーチカルドレーン材１２の端部から測定した水平位置に対する地盤の沈下量を示している。
【００３７】
また、図７において、黒角印で示した曲線が従来法で得られたバーチカルドレーン材１２の端部から測定した水平位置に対する地盤の沈下量を示している。さらに、図８が、図７に示した本実施例による解析結果の水平距離に対する展開図であり、図９が、図７２示した従来法による解析結果の水平距離に対する展開図である。
【００３８】
これらの解析結果から明らかなように、本実施例の解析方法では、バーチカルドレーン材１２の端部から水平距離で１０ｍ程度離間すると、沈下量が０．１ｍ以下になっているが、従来法の解析では、同じ水平離間距離では、沈下量が０．２ｍ以上の値になっている。
【００３９】
一般的に、大気圧工法で実際に地盤改良を施した際には、地盤沈下の影響がドレーン材の打設位置から１０ｍ程度までしか及ばないとされおり、この値は、経験的に知られているが、本実施例の解析方法では、上述した如く、これを正確に反映している。
【００４０】
一方、大気圧載荷重の作用範囲を設定しない従来法の解析では、水平離間距離が１５ｍを超えても、本実施例の１０ｍの場合よりも沈下量が大きくなっていて、負圧の影響範囲を過大に評価した結果、実施工によって確認されている沈下量と大きく異なり、実施工を正確に反映していない。
【００４１】
以上のように本実施例のシミュレーション解析方法によれば、実施工を反映した高精度の評価が可能になる。
【００４２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる大気圧工法のシミュレーション解析方法によれば、実成功を反映させた高精度の評価が可能になるので、ドレーン材の打設範囲や、気密性シートの覆設範囲を適切に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にシミュレーション解析方法が適用される大気圧工法の施工状態の説明図である。
【図２】本発明にかかるシミュレーション解析方法の解析手順のフロー図である。
【図３】本発明にかかるシミュレーション解析方法で作成する解析メッシュの説明図である。
【図４】本発明にかかるシミュレーション解析方法で設定する境界条件の説明図である。
【図５】本発明にかかるシミュレーション解析方法で設定する境界条件の説明図である。
【図６】本発明にかかるシミュレーション解析方法で設定する解析モデルの説明図である。
【図７】本発明にかかるシミュレーション解析方法および従来法で得られる解析結果の説明図である。
【図８】本発明にかかるシミュレーション解析方法で得られる解析結果の説明図である。
【図９】従来のシミュレーション解析で得られる解析結果の説明図である。
【符号の説明】
１０          軟弱地盤
１２          バーチカルドレーン材
１４          排水層
１６          水平ドレーン材
１８          気密性シート
【図１】
0003931676.tif 000007
【図２】
0003931676.tif 000008
【図３】
0003931676.tif 000009
【図４】
0003931676.tif 000010
【図５】
0003931676.tif 000011
【図６】
0003931676.tif 000012
【図７】
0003931676.tif 000013
【図８】
0003931676.tif 000014
【図９】
0003931676.tif 000015