(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭等の粉粒体を円錐形状の山に積んで貯蔵する場合の積み付け部地盤の支持力を確保して地盤沈下を防止し水平変位を低減する地盤改良工法において、
円錐形状に積まれた粉粒体の山の積み付け部地盤を、１軸ないし複数軸の攪拌掘削軸を備えた地盤改良装置により施工した１本ずつの、又は複数本の改良体を一部ラップさせた地盤改良杭を、同地盤中に不連続な配置で施工する杭式改良の地盤改良工法であり、
積み付け部地盤の面積に対し、そこに施工した地盤改良杭の面積との面積比である改良率を、円錐形状に積まれた石炭等の粉粒体の山の積載荷重により積み付け部地盤に発生する応力分布の勾配と比例するように変化させた地盤改良を行うことを特徴とする、粉粒体貯蔵地盤の改良工法。
【請求項２】
粉粒体の山の積載荷重による積み付け部地盤の応力分布の勾配に対し、粉粒体の山の中心部から法尻に向かって一定領域毎の地盤を、同領域の応力分布の最大値に対応する改良率に一定化させた施工を行い、少なくとも２段階以上に改良率を変化させた地盤改良を行うことを特徴とする、請求項１に記載した粉粒体貯蔵地盤の改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、軟弱地盤上に石炭等の粉粒体を円錐形状の山に積んで貯蔵する場合の粉粒体貯蔵用地（粉粒体底面地盤＝積み付け部地盤）の沈下を防止し、近接構造物への悪影響の波及を抑制、低減するための地盤改良工法の技術分野に属し、更に言えば、地盤改良を簡便に最適強度に行うための地盤改良工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大量の石炭を、例えば図１のように、下底面直径が９０ｍ、高さ３０ｍぐらいの円錐形状の山１に積んで貯蔵する場合、石炭下（積み付け部）の軟弱地盤３は、その剛性やポアソン比の大きさに伴って地盤沈下を生じたり、地盤側方変位（水平変位）により、前記積み付け部に近接して位置する、貯蔵施設の屋根架構４を支持する基礎杭２などが大きな悪影響を受ける。因みに図２Ａ〜Ｃは、有限要素解析（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ、…以下、Ｆ．Ｅ．Ｍと略す。）による石炭底面地盤の沈下分布（Ａ）と法尻水平変位の深度分布（Ｂ）及び両者の最大値の相関関係（Ｃ）を示している。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
石炭等の粉粒体をホッパーにて平面へ自由落下させると、図１のように安息角ψで円錐形状の山１に積まれることは周知の事実である。この場合、粉粒体の山底面の積み付け部地盤の応力分布は、図３のＡ部に示したように、粉粒体の山１の形状と相似な分布となる。即ち、中心部で応力の最大値σＭＡＸ＝γＨ（但し、γは粉粒体の比重、Ｈは山の高さ）を生じ、法尻（粉粒体山の最外縁）で応力が零となる直線的勾配の分布となる。
【０００４】
上記のような応力分布に照らし、積み付け部地盤が軟弱な場合、支持力が不足して沈下が大きくなり、山が崩れる問題がある。そこで粉粒体の積載荷重に対する支持力を確保すると共に地盤沈下を防止し、更に近接構造物への水平変位による悪影響を低減するために行う地盤改良は、図３中のＡ部に示した応力分布と比例するように前記円錐形の山の中央直下で改良地盤の強度が最も大きく、外側へ行くに従って強度が小さくなる直線的勾配の強度分布に改良するのが理想的であり経済的、合理的である。
【０００５】
しかし、一般的に地盤改良の強度を、図３のＡ部のように細かく変化させることは施工が大変面倒である。
【０００６】
従って、本発明の目的は、地盤改良の方式を「杭式改良」とし、「地盤の改良率」に着眼して、地盤改良強度を、簡単、明解に設定して経済的、合理的に施工できる地盤改良工法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る粉粒体貯蔵地盤の改良工法は、石炭等の粉粒体を円錐形状の山１に積んで貯蔵する場合の積み付け部地盤の支持力を確保して地盤沈下を防止し水平変位を低減する地盤改良工法において、
円錐形状に積まれた粉粒体の山の積み付け部地盤を、１軸ないし複数軸の攪拌掘削軸を備えた地盤改良装置により施工した１本ずつの、又は複数本の改良体を一部ラップさせた地盤改良杭５を、同地盤中に不連続な配置で施工する杭式改良の地盤改良工法であり、
積み付け部地盤の面積Ｔに対し、そこに施工した地盤改良杭５の面積ｔとの面積比である改良率αを、円錐形状に積まれた石炭等の粉粒体の山１の積載荷重により積み付け部地盤に発生する応力分布の勾配と比例するように変化させた地盤改良を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した粉粒体貯蔵地盤の改良工法において、
粉粒体の山１の積載荷重による積み付け部地盤の応力分布の勾配に対し、粉粒体の山１の中心部から法尻に向かって一定領域毎の地盤を、同領域の応力分布の最大値に対応する改良率αに一定化させた施工を行い、少なくとも２段階以上に改良率αを変化させた地盤改良を行うことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
地盤改良の施工は、従来公知、周知の技術である、掘削カッターと撹拌翼を有する撹拌掘削軸を１軸ないし複数軸備えた地盤改良装置により軟弱地盤を掘削し、原位置の掘削土壌中にセメント系の凝固材（安定材）を注入し撹拌混合して固化する地盤改良工法（例えば特公平５−６２１６７号、特公平４−５７８０５号、特開平９−３１９７０号公報などに記載された地盤改良工法を参照）を実施可能である。例えば２軸の地盤改良装置を使用して軟弱地盤中に施工された地盤改良は、一例として図４Ａに例示したように、２本の改良体が一部ラップした形態の地盤改良杭５として実現される。
【００１０】
このような地盤改良杭５を、軟弱地盤中に図４Ｂのように不連続的な配置で施工する方式を通例「杭式改良」と呼ぶ。改良するべき軟弱地盤の面積Ｔに対して施工した前記地盤改良杭５（その平面積ｔ）の面積比αを「改良率」と呼ぶ。したがって、改良率α＝Σｔ１−ｉ／Ｔの式が成り立つ。１−ｉは杭の本数を表す。
【００１１】
地盤改良の強度（圧縮強度）は、地層とセメント系凝固材の配合量が等しければ、ある一定の強度ｑＵを発現する。
【００１２】
したがって、改良された軟弱地盤全体（例えば面積Ｔ）としての強度ｆは、軟弱地盤本来の強度が地盤改良杭５の強度ｑＵに比べて十分小さい場合は、前記改良率αを採用して、次の［数１］のように算定される。
【００１３】
【数１】
ｆ＝αｑＵ
【００１４】
上記改良された軟弱地盤全体としての強度ｆは、上記粉粒体の山底面の積み付け部地盤に発生する応力σ以上でなければならないから、ｆとσとの関係は水平軸ｘに関して次の［数２］で表される。
【００１５】
【数２】
ｆ≧σ（ｘ）
よって、  αｑＵ≧γＨ（１−ｔａｎψ×ｘ／Ｈ）
【００１６】
したがって、地盤改良杭５の圧縮強度ｑＵが一定であるならば、前記改良率αは、次の［数３］の条件を満足しなければならない。
【００１７】
【数３】
α≧γＨ／ｑＵ×（１−ｔａｎψ×ｘ／Ｈ）
【００１８】
以上の検討で明らかなように、粉粒体貯蔵地盤の最も合理的で経済的な改良工法は、粉粒体の山１の積載荷重に対して発生する応力分布（例えば図３のＡ部）の勾配に比例するように、積み付け部地盤の改良率αを、中心部分は強度が大きく成るように高密度に、外側部分へ行くに従って強度が小さくなるように疎に連続的に変化させて地盤改良を行えば良いことが理解される。勿論、中心部分の強度は、最大応力と同等の大きさでなければならないから、その改良率αは上記の［数３］の式を満たすことが要求される。
【００１９】
そして、応力分布に比例する最低限の改良率αの式は次の［数４］のようになる。
【００２０】
【数４】
α（ｘ）＝γＨ／ｑＵ×（１−ｔａｎψ×ｘ／Ｈ）
【００２１】
但し、上記の［数４］は、地盤改良杭５の支持力（圧縮力ｑＵ）についてのみ規定している。粉粒体貯蔵地盤の最大沈下量（図２参照）が規定される場合は、次の［数５］が採択される。
【００２２】
【数５】
α（ｘ）＝β×γＨ／ｑＵ×（１−ｔａｎψ×ｘ／Ｈ）
但し、βは地盤の沈下（変位）に関する定数（１以上である）
【００２３】
上記の［数５］のように地盤の改良率αを定めた場合、地盤改良杭５の応力は、等しくて良いことが理解される。地盤改良杭５のヤング係数Ｅが、Ｅ＝５００ｑＵ程度で設計されると、粉粒体貯蔵地盤の規定沈下量δＶは次の［数６］で求められる。
【００２４】
【数６】
δＶ＝ｑＵ×Ｄ／β×Ｅ
但し、Ｄは改良深度を表す。
【００２５】
もし、粉粒体貯蔵地盤の最大沈下を上記の規定沈下量δＶ以下に設計するときは、
β＝Ｄ／５００×δＶの条件が当てはめられる。
【００２６】
一方、地盤の最大沈下δＶと法尻の最大水平変位δＨの関係は、施工対象地盤の異なるいくつかのケースのＦ．Ｅ．Ｍ解析により図２Ｃに示した関係が得られている。同図によりは、δＶとδＨの関係は次の［数７］の関係になる。
【００２７】
【数７】
δＨ≒δＶ／５
但し、上式の数字５は、地盤条件によって通常３〜５程度の範囲
で変化する。
【００２８】
従って、法尻の最大変位δＨが規定されると、前記地盤の沈下（変位）に関する定数βは、次の［数８］のように求められる。
【００２９】
【数８】
β＝Ｄ／２５００×δＨ
【００３０】
以上の検討結果にしたがって、地盤の改良率αを変化させて地盤改良を行うことにより、粉粒体貯蔵地盤の沈下を防止し、且つ近接構造物への水平変位の悪影響を抑制、低減することができる（以上、請求項１記載の発明）。
【００３１】
ところで、粉粒体貯蔵地盤の沈下を防止し、且つ近接構造物への水平変位の悪影響を抑制、低減する目的は、一例として図３のＡ部に示した積み付け部地盤に発生する応力分布の勾配にそのまま比例させる実施形態には限らない。
【００３２】
例えば同じ図３のＢ部に例示したように、積み付け部地盤に発生する応力分布の勾配を段階的におよそ具現化する実施形態によっても達成可能である。
【００３３】
即ち、請求項２記載の発明の実施形態として、図３のＢ部に例示したものは、粉粒体の山１の積み付け部地盤の中心部からの半径にして約１／２部分までは、同地盤に発生する応力分布の最大応力値（σ＝γＨ）に対応する改良率に一定化させた地盤改良を行い、半径約１／２より外側部分では、その部分の地盤に発生している応力分布の最大応力値（σ＝１／２γＨ）に対応する改良率に一定化した地盤改良を行った実施例である。このように地盤の一定領域毎の改良率を一定化した施工を段階的に組み合わせた施工法でも、上記実施例と同様な目的を達成できる。
【００３４】
【本発明が奏する効果】
請求項１、２に記載した発明に係る粉粒体貯蔵地盤の改良工法は、周辺地盤条件に関係なく、地盤沈下を防止し、周辺構造物への水平変位による悪影響を最小限にする地盤改良強度を、「改良率」を変化させる手法により実現するので、煩雑な解析によることなく簡単、明解に設定して経済的、合理的に施工できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉粒体貯蔵施設の一例を示した断面図である。
【図２】Ａ〜ＣはＦ．Ｅ．Ｍ解析による石炭底面地盤の沈下分布と法尻水平変位の深度分布及びそれらの大きさの相関関係を示す図である。
【図３】粉粒体の山と直下の積み付け部地盤に発生する応力の説明図である。
【図４】ＡとＢは地盤改良杭及び改良率の説明図である。
【符号の説明】
１      粉粒体の山
３      積み付け部地盤
【図１】
0004074415.tif 000002
【図２】
0004074415.tif 000003
【図３】
0004074415.tif 000004
【図４】
0004074415.tif 000005