(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改良対象の地盤中に可塑状ゲルからなるグラウト材を静的に加圧注入することにより、原地盤を周囲に押し広げて密実化するとともに、グラウト材の固化による改良体を形成し、多数の改良杭をそれらの周面が少なくとも接する状態で並べて形成することによって、それら改良杭の全体で一体の壁状ないしブロック状の改良体を形成する地盤改良工法であって、
多数の改良杭をそれらの周面が少なくとも接する状態で１方向に並べて形成することによって、それら改良杭の全体で１面の壁状をなす改良壁を形成し、該改良壁を改良対象領域内に所定間隔をおいて略平行に配列した状態で複数形成し、
改良壁の厚さと間隔とにより決定される改良率に基づいて、改良により改良壁間の中心位置に生じる体積ひずみを算定し、該体積ひずみと改良前の間隙比とに基づいて改良後の地盤の間隙比を算定し、該間隙比に基づいて改良後の地盤のＮ値を算定し評価することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
改良対象の地盤中に可塑状ゲルからなるグラウト材を静的に加圧注入することにより、原地盤を周囲に押し広げて密実化するとともに、グラウト材の固化による改良体を形成し、多数の改良杭をそれらの周面が少なくとも接する状態で並べて形成することによって、それら改良杭の全体で一体の壁状ないしブロック状の改良体を形成する地盤改良工法であって、
多数の改良杭をそれらの周面が少なくとも接する状態で互いに直交する２方向に並べて形成することによって、それら改良杭の全体で２方向の改良壁が互いに直交して平面視格子状をなす改良ブロックを形成し、
改良壁の厚さと間隔とにより決定される改良率に基づいて、改良により改良壁間の中心位置に生じる体積ひずみを算定し、該体積ひずみと改良前の間隙比とに基づいて改良後の地盤の間隙比を算定し、該間隙比に基づいて改良後の地盤のＮ値を算定し評価することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項３】
請求項１または２記載の地盤改良工法であって、下式により改良後の地盤のＮ値を算定し評価することを特徴とする地盤改良工法。
【数１】
0005062559.tif 000006
ここで、Ｎ、Ｎ’：改良前後の地盤のＮ値
Ｎａ、Ｎａ’：改良前後の地盤の補正Ｎ値
σν’：有効上載圧
ΔＮｆ：細粒分による補正
Ｄｒ、Ｄｒ’：改良前後の地盤の相対密度
ｅ０、ｅ０’：改良前後の地盤の間隙比
ｅｍａｘ、ｅｍｉｎ：砂の最大、最少間隙比
α：地盤の盛り上がりによる体積増加率
α＝０．００１５８×Ｆｃ１．３８９
Ｆｃ：細粒分含有率
εν：改良壁間の中心位置に生じる体積ひずみ
（１方向の改良壁の場合）
εν＝δ／（１−δ）
δ：改良率
δ＝ｄ／Ａ
ｄ：改良壁の有効厚さ
ｄ＝πＲ０／２
Ｒ０：改良杭の半径
Ａ：改良壁の間隔（改良壁の中心間距離）
（直交２方向の改良壁による格子状の改良ブロックの場合）
εν＝｛δＡ／（１−δＡ）｝＋｛δＢ／（１−δＢ）｝
δＡ、δＢ：２方向の改良率
δＡ＝ｄ／Ａ
δＢ＝ｄ／Ｂ
ｄ：２方向の改良壁の有効厚さ
ｄ＝πＲ０／２
Ｒ０：改良杭の半径
Ａ，Ｂ：２方向の改良壁の間隔（改良壁の中心間距離）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軟弱地盤や砂地盤を対象とする地盤改良工法、特に静的締め固め工法の範疇に属する地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の地盤改良工法としてはサンドコンパクションパイル工法やロッドコンパクションパイル工法が周知であるが、近年、特許文献１〜２に示すような可塑状ゲルによる静的締め固め工法が開発され、軟弱地盤の側方流動や砂地盤の液状化の防止対策として広く普及する気運にある。
これは、地盤に注入するグラウト材としてフライアッシュやセメントベントナイトを主成分とする可塑状ゲルを使用し、それを地盤中に静的に加圧注入していくことによってその注入圧で周囲地盤を徐々に押し広げて締め固めるとともに、最終的にはグラウト材の固結による杭状の改良杭を形成することを主眼とするものである。
【特許文献１】特開２００３−１０５７４５号公報
【特許文献２】特開２００６−２５７２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記工法ではグラウト材としての可塑状ゲルを注入するための注入孔を対象地盤に正方形配列ないし正三角形配列（千鳥状配列）のパターンで形成し、したがって最終的に形成される多数の改良杭の配列パターンもそのまま正方形配列ないし正三角形配列となるが、そのような配列パターンでは必ずしも充分な改良効果が得られない場合もある。
そのため、上記工法において充分な改良効果を得るためには注入孔の間隔を密にして改良率を充分に大きくする必要もあり、そのために工費および工期がかさむものとなるのでその点では改善の余地を残しているものである。
【０００４】
上記事情に鑑み、本発明は可塑状ゲルによる静的締め固め効果をより高めることにより、低改良率であっても優れた改良効果が得られ、以て工費削減と工期短縮を図ることのできる有効適切な地盤改良工法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、改良対象の地盤中に可塑状ゲルからなるグラウト材を静的に加圧注入することにより、原地盤を周囲に押し広げて密実化するとともに、グラウト材の固化による改良体を形成する地盤改良工法であって、多数の改良杭をそれらの周面が少なくとも接する状態で並べて形成することによって、それら改良杭の全体で一体の壁状ないしブロック状の改良体を形成することを基本とするものである。
【０００６】
本発明においては、多数の改良杭を１方向に並べて形成することによって、それら改良杭の全体で１面の壁状をなす改良壁を形成し、該改良壁を改良対象領域内に所定間隔をおいて略平行に配列した状態で複数形成する。
あるいは、多数の改良杭を互いに直交する２方向に並べて形成することによって、それら改良杭の全体で２方向の改良壁が互いに直交して平面視格子状をなす改良ブロックを形成する。
そのうえで、改良壁の厚さと間隔とにより決定される改良率に基づいて、改良により改良壁間の中心位置に生じる体積ひずみを算定し、該体積ひずみと改良前の間隙比とに基づいて改良後の地盤の間隙比を算定することにより、該間隙比に基づいて改良後の地盤のＮ値を算定し評価する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の地盤改良工法によれば、多数の改良杭を一体化して改良壁や改良ブロックの形態の改良体を形成することにより、改良杭を単に独立に配列する従来一般の工法と比較して、改良率が同等であれば改良効果を格段に向上させることができ、したがって同等の改良率を得るために必要な改良率は充分に小さくて済み、いずれにしても従来工法に比べて低改良率で優れた改良効果が得られ、地盤改良に要する工費削減と工期短縮を図ることができる。
【０００８】
また、本発明の地盤改良工法では、改良体の形態と改良率を決定することのみで、簡易な演算式による算定あるいはそれに基づいて作成可能な簡易なチャートを使用して改良効果を定量的に評価することができ、所望の改良効果を得るために必要な改良率を容易に決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜図２は本発明の第１実施形態を示すものである。これは、本発明の地盤改良工法を護岸１の背後の地盤に対する側方流動防止対策として実施する場合の適用例である。
すなわち、大地震時に護岸１が被害を受けて海側に倒壊ないし傾斜した場合には、その背後の地盤が海側に向かって流動するという側方流動が生じて、そこにある構造物２の倒壊や傾斜、支持杭３の損傷といった重大な被害が想定されるのであることから、本第１実施形態では護岸１と構造物２との間の地盤に対して地盤改良を行って図１〜図２に示すような壁状の改良壁１０を所定間隔で複数形成することにより、護岸１が万一倒壊してもそれら改良壁１０によって側方流動が生じることを防止し、以て構造物２や支持杭３の構造的な安全性や信頼性を確保するものとしている。
【００１０】
本第１実施形態の地盤改良工法は、特許文献１〜２に示したように可塑状ゲルからなるグラウト材を原地盤に静的に加圧注入することによる静的締め固め工法を基本とするものであるが、従来工法では多数の改良杭を間隔をおいて単に正方形ないし正三角形の配列パターンで独立に形成するものであるのに対し、本実施形態では図２に示すように多数の改良杭５を少なくとも周面が接する状態で１方向に並べて形成して、それら改良杭５の全体で１面の壁状の改良壁１０を形成し、かつそれらの改良壁１０を所定間隔をおいて略平行な状態で配列した状態で複数形成するものである。
【００１１】
この場合、個々の改良杭５の形成工程（グラウト材の加圧注入による静的締め固め工程）は基本的には従来工法をそのまま採用可能であり、たとえば図２（ｂ）に示すように地盤中に注入管６を差し込んで可塑状ゲルからなるグラウト材を加圧注入していけば良い。ただし、従来工法では各改良杭５をそれぞれ独立に形成するように注入間隔を設定するのであるが、本実施形態ではそれらの周面どうしが少なくとも接するように、あるいは多少は重複するように、注入間隔を密に設定することになる。
【００１２】
また、多数の改良杭５の形成順序は適宜で良く、たとえば形成するべき改良壁１０の一方の側部から他方の側部に向かって１本ずつ順次形成していくことでも良いし、あるいは改良杭５を１本ないし数本ずつ、とびとびに交互に形成していって最終的には全てを連続させても良い。勿論、可能であれば多数の改良杭５を一度にまとめて形成することでも良い。
また、各改良杭５の形成（各改良杭５による静的締め固め工程）に際しては、深部から表層部に向かって順次行うことでも良いし、必要に応じて深部よりも表層部を先行するようにしても良い。
さらに、必要であれば図２（ａ）に示しているように、改良壁１０の間にさらに他の改良杭５を適宜間隔で形成しても良く、それにより改良壁１０間における締め固め効果をより高めることが可能である。
【００１３】
上記のように多数の改良杭５を互いに接するように連続的に一体に形成して壁状の改良壁１０を形成することにより、その改良壁１０の全体が地中壁として機能して地盤に対する補強効果が得られることはもとより、それら改良壁１０を略平行に設けることによってそれらの間に残される原地盤も両側の改良壁１０から効果的に締め固められて自ずと圧密されて密実化する。
それにより、原地盤全体に対する優れた締め固め効果が得られ、後述するように改良率をさほど大きくせずとも、すなわち改良壁１０の厚さが小さくても、また改良壁１０間の間隔が大きくても、充分な地盤改良効果が得られて優れた側方流動防止効果や液状化防止効果が得られる。
【００１４】
図３〜図４は本発明の第２実施形態を示すものである。これは、第１実施形態と同様に護岸１と構造物２との間の原地盤に対して側方流動防止のための地盤改良を行うものであるが、第１実施形態においては複数の壁状の改良壁１０を平行に形成していたのに対し、本第２実施形態ではそれに代えて格子状の改良ブロック２０を形成するものとしている。
すなわち、本第２実施形態の改良ブロック２０は、図４に示すように多数の改良杭５を互いに直交する２方向に並べて配列して全体として平面視格子状に形成されたもの、つまりこれは第１実施形態の改良壁１０を直交状態で複数（図３（ａ）の場合では縦横それぞれ４面ずつ）組み合わせた状態でその全体を一体に形成したものである。なお、この場合も必要であれば図４に示すように格子の枡目内にさらに他の改良杭５を設けても良い。
これによれば、２方向の改良壁１０を縦横に組み合わせたような頑強な格子状の改良ブロック２０により原地盤に対するより優れた増強効果が得られることはもとより、格子の枡目内に残される原地盤も周囲から締め固められて自ずと充分に密実化し、したがって充分に低改良率であっても、すなわち両方向の改良壁１０の厚さを大きくせずとも、また格子の枡目をさほど小さくせずとも、原地盤全体に対する優れた改良効果が得られる。
【００１５】
次に、上記の改良壁１０や改良ブロック２０の形成による地盤改良工法を実施する際の設計手法、およびそれによる地盤改良効果の評価手法について、図５〜図６を参照して説明する。
本手法は、出願人が既に提案したサンドコンパクションパイル工法における締め固め効果を評価するための手法（特開平１０−２３７８５６号公報参照）を基本としつつ、改良体の形態に対応して改良壁間に生じる体積ひずみに着目して改良後の密度増加を算定することにより、改良体の形態に対応した改良効果を推定するものである。
【００１６】
（１）改良率および地盤の体積ひずみ
図５（ａ）に示すように、改良杭５の半径をＲ０、改良壁１０の有効厚さをｄとして、
２Ｒ０・ｄ＝πＲ０２
の関係から、
ｄ＝πＲ０／２
とする。
また、改良壁１０の間隔（中心間距離）をＡとすると、その場合の改良率δは
δ＝ｄ／Ａ
として表される。
その場合、改良により改良壁１０間の中心位置に生じる体積ひずみενは
εν＝ｄ／（Ａ−ｄ）＝δ／（１−δ）
として表される。
また、図５（ｂ）に示すような格子状の改良ブロック２０の場合、両方向の有効厚さをｄとして、上記と同じく、
ｄ＝πＲ０／２
とする。また、１方向の間隔（中心間距離）をＡ、直交方向の間隔（同）をＢとすると、両方向の改良率δＡ、δＢはそれぞれ
δＡ＝ｄ／Ａ
δＢ＝ｄ／Ｂ
であり、その場合の両方向の改良壁１０間の中心位置（つまり格子の枡目の中心位置）における体積ひずみενは
εν＝δＡ／（１−δＡ）＋δＢ／（１−δＢ）
となる。
なお、参考までに通常のように改良杭５を独立に正方形配列する場合には、図５（ｃ）に示すように個々の改良杭５の半径をＲ０、その中心から正方形配列の中心位置までの距離をＲｍとすると、改良率δは
δ＝（Ｒ０／Ｒｍ）２
であり、平均的な体積ひずみενは
εν＝Ｒ０２／（Ｒｍ２−Ｒ０２）＝δ／（１−δ）
である。
【００１７】
（２）改良によるＮ値の増加
改良前の地盤のＮ値をＮとし、地盤の有効上載圧σｖ’と細粒分含有率Ｆｃの影響を補正した補正Ｎ値をＮａとすると、補正Ｎ値Ｎａは（１）式で求められる。
（１）式におけるΔＮｆは細粒分含有率Ｆｃに対するＮ値の補正値であり、これは建築基礎構造設計指針の簡易液状化判定法などを参考に決定することができる。
【数１】
0005062559.tif 000002
【００１８】
（１）式で求められる補正Ｎ値Ｎａから、（２）式として示した一連の式により、改良前の地盤の相対密度Ｄｒ、改良前の地盤の間隙比ｅ０が求められ、その間隙比ｅ０と、体積ひずみενとに基づいて、改良後の地盤の間隙比ｅ０’が求められる。ここでの体積ひずみενは、改良壁１０を形成する場合はその改良率δに基づいて求め、また改良ブロック２０を形成する場合には両方向の改良率δＡ、δＢに対応して求めるものである。
そして、その結果から、改良後の地盤の相対密度Ｄｒ’、改良後の補正Ｎ値Ｎａ’が逆算により順次求められ、さらにその結果から（１）’式により改良後のＮ値Ｎ’を求めることができる。
【数２】
0005062559.tif 000003
【００１９】
なお、（２）式におけるｅｍａｘ、ｅｍｉｎはそれぞれ砂の最大間隙比および最少間隙比であり、それらの値は原位置の採取土より求めることが望ましいが、簡便には細粒分含有率Ｆｃを用いて（３）式にて求めることができる。
【数３】
0005062559.tif 000004
【００２０】
また、（２）式におけるαは、細粒分の多い砂では地盤改良で地面が持ち上がるため改良効果が減じることの影響を考慮したパラメータであり、これは（４）式で求められる。
【数４】
0005062559.tif 000005
【００２１】
（３）設計および評価のためのチャート
以上の演算による結果から図６に示すようなチャートを作成することができ、そのチャートを用いることで改良率δを決定するための設計や、それに基づく改良効果の評価を簡易に行うことができる。
図６に示すチャートは、改良による補正Ｎ値の増加量（原地盤の補正Ｎ値Ｎａに対する増加量ΔＮａ）を、改良体の形態ごとに、改良率δと細粒分含有率Ｆｃをパラメータとして示すものである。図示しているチャートはいずれも改良率δが１５％の場合に適用するものであって、（ａ）が改良壁１０に適用するもの、（ｂ）が改良ブロック２０に適用するものであり、（ｃ）は参考までに独立の改良杭５を正方形配列した場合に適用するものである。
このチャートから、改良率δを１５％とする場合においては、たとえば原地盤の補正Ｎ値Ｎａ＝１５であり、その細粒分含有率Ｆｃ＝１０％であるとすると、（ａ）に示すように改良壁１０による場合にはＮ値の増加量は４４になり、（ｂ）に示すように改良ブロック２０による場合にはＮ値の増加量は７０になることが分かる。
それに対し、従来工法により独立の改良杭５を単に正方形配列する場合には、（ｃ）に示すようにＮ値の増加量は２８でしかなく、改良率δが同じであっても改良効果に大きな差が生じることが分かる。
【００２２】
以上のように、本発明の地盤改良工法によれば、多数の改良杭５を一体化して改良壁１０や改良ブロック２０の形態の改良体を形成することにより、改良杭５を単に間隔をおいて独立に配列する従来一般の工法と比較して、改良率が同等であれば改良効果を格段に向上させることができ、したがって同等の改良率を得るために必要な改良率は充分に小さくて済み、いずれにしても従来工法に比べて低改良率であっても優れた改良効果が得られ、地盤改良に要する工費削減と工期短縮を図ることができる。
【００２３】
また、本発明の地盤改良工法では、改良体の形態ごとに、改良率を決定することのみで、上記の演算式あるいはチャートを使用して改良効果（Ｎ値の増加量）を定量的に評価することができ、したがって所望の改良効果を得るために必要な改良率を上記の演算式あるいはチャートを用いて容易に決定することができる。
【００２４】
以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例であって、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論ない。
たとえば、上記実施形態では本発明における改良体として壁状の改良壁１０と格子状の改良ブロック２０を例示するに留めたが、本発明における改良体は可塑状ゲルからなるグラウト材による多数の改良杭を壁状ないしブロック状に一体に形成するものであれば良く、その限りにおいて改良体の形態は任意であって、上記実施形態に示したもの以外にも様々な形態が考えられ、特に改良ブロック２０の形態としてはたとえば図７〜図１０に示すものも好適に採用可能である。
図７および図８に示す改良ブロック２１、２２は、いずれも２方向の改良壁１０により周囲を箱状に取り囲んでその内側に１方向の改良壁１０のみを形成したもの（言い換えると、図３に示した格子状の改良ブロック２０から内部の改良壁１０を一部省略して簡略化したもの）、図９に示す改良ブロック２３は、メインとなる改良壁１０とそれを支持するべく直交方向に複数のバットレス状の改良壁１０を設けたもの、図１０に示すものは多数の改良杭を六角形状に配列して全体としてハニカム状の改良ブロック２４としたものである。
【００２５】
また、上記実施形態では本発明の地盤改良工法を護岸の背後地盤に対する側方流動防止対策として適用する場合について説明したが、本発明は側方流動防止対策としてのみならず、たとえば建物周囲や建物直下の地盤に対する対策としても有効であるし、軟弱地盤の液状化防止対策や沈下防止対策、支持力増強対策、地下掘削時の山留め変形防止といった様々な目的の地盤改良全般に広く適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の地盤改良工法の第１実施形態を示すものである。
【図２】同、改良壁を示す図である。
【図３】本発明の地盤改良工法の第２実施形態を示すものである。
【図４】同、改良ブロックを示す図である。
【図５】本発明および従来の地盤改良工法において形成する各改良体による改良率と体積ひずみについての説明図である
【図６】同、各改良体による改良効果を示すチャートである。
【図７】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図８】同、さらに他の実施形態を示す図である。
【図９】同、さらに他の実施形態を示す図である。
【図１０】同、さらに他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  護岸
２  構造物
３  支持杭
５  改良杭
６  注入管
１０  改良壁（改良体）
２０  改良ブロック（改良体）
２１〜２４  改良ブロック（改良体）
【図１】
0005062559.tif 000007
【図２】
0005062559.tif 000008
【図３】
0005062559.tif 000009
【図４】
0005062559.tif 000010
【図５】
0005062559.tif 000011
【図６】
0005062559.tif 000012
【図７】
0005062559.tif 000013
【図８】
0005062559.tif 000014
【図９】
0005062559.tif 000015
【図１０】
0005062559.tif 000016