ドレーン材
【課題】従来の約半分の幅で、充分な強度と通水性能を有するドレーン材であり、小型・軽量の打設機で対応でき、これまでのドレーン材および打設機での施工では困難であった超軟弱な地盤でも施工が可能であり、省資源、省エネルギーを達成することのできるドレーン材およびその施工方法を提供する。さらに、自然分解性のあるドレーン材を提供する。
【解決手段】芯材とフィルターとからなり、幅が１〜７ｃｍであるドレーン材である。フィルターが、自然分解性の不織布からなることが好ましい。また、前記ドレーン材を用いたドレーンの施工方法である。
【解決手段】芯材とフィルターとからなり、幅が１〜７ｃｍであるドレーン材である。フィルターが、自然分解性の不織布からなることが好ましい。また、前記ドレーン材を用いたドレーンの施工方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芯材とフィルターからなるドレーン材に関するもので、詳細には、その幅が、従来の約半分であるドレーン材に関する。また、前記ドレーン材を用いたドレーンの施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤改良のための工法としては、地盤に対して鉛直にドレーン材を打設するバーチカルドレーン工法がある。使用されるドレーンとしては、ペーパードレーン、プラスチックドレーンなどがあげられる。
【０００３】
ペーパードレーンは、たとえば、帯状の紙をドレーン芯材として用いたものであり、帯状の紙の縦方向に連続した通水孔を設けて土中の水を抜き取るようにしたものである（特許文献１など）。しかしながら、ペーパードレーンは、紙で作られているため腐りやすく、湿潤状態の土中において必要な強度が維持されにくい。したがって、土圧下での通水性および引張強度などの性能が劣り、ドレーンとしての性能に問題があるため、現在では、すべてプラスチックドレーンに取って代わられている。プラスチックドレーンとは、たとえば、その長手方向に通水路となる多数の溝を有するドレーン芯材に透水性フィルターを被せたものである（特許文献２など）。
【０００４】
従来、ドレーン材は、一般に、１０ｃｍの幅を有するものが使用されており、能率を上げて工事費を削減するために、１５ｃｍ幅または２０ｃｍ幅などの幅広のものが使用されることもあった。１０ｃｍの幅のドレーン材を打設するためには、直径１０ｃｍ以上のマンドレルを使用するが、このマンドレルを打ち込む打設機は、大型で重量のあるものである。したがって、この大型で重量のある打設機を支える地盤には、単位面積あたりに大きな圧力がかかることになり、超軟弱な地盤そのままでは施工することができず、砂や鉄板を施工場所に敷き詰めるなどの前処理を行う必要がある。また、このような大型の打設機を使用するためには、大きな動力が必要となり、燃料の消費量も多くなる。さらには、打ち込み時の振動、および施工中の騒音も大きく、改善が求められている。
【０００５】
また、ドレーン材は、地盤改良が達成された後も、地中に放置されるのが一般的であるため、その省資源化も重要な課題であるが、いまだ省資源化を解決できるドレーン材は提供されていない。
【０００６】
さらに、前記プラスチックドレーンは、前記のとおり、半永久的に地中に残るため、地盤改良後にシールド工事を実施する場合には、ドレーン材が刃口に絡み付くなど、地下掘削工事に支障をきたすという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３２８５５０号公報
【特許文献２】特開２００２−３０６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、省資源、省エネルギーを達成することのできるドレーン材およびその施工方法を提供することを目的とする。さらには、小型・軽量の打設機で対応でき、これまでのドレーン材および打設機での施工では困難であった超軟弱な地盤でも、施工が可能であるドレーン材およびその施工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】
【０００９】
すなわち、本発明は、芯材とフィルターとからなり、幅が１〜７ｃｍであるドレーン材に関する。
【００１０】
前記フィルターは、自然分解性の不織布からなることが好ましい。
【００１１】
前記芯材は、自然分解性樹脂からなることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、前記ドレーン材を用いたドレーンの施工方法に関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のドレーン材によれば、幅が従来の約半分であっても、従来の１０ｃｍ幅のドレーン材と同等の地盤改良効果を得るためには、打設本数を従来のドレーン材の２割増程度にすればよく、材料の使用量（重量および体積）が削減され、打設、運搬の面で、省資源、省エネルギー、および環境負荷の低減を達成できる。また、充分な強度と通水性能を有しながら、幅が従来の約半分であるため、小型・軽量の打設機で打設でき、ＣＯ2の排出量が低減されるので環境負荷を低減できる。さらに、本発明で使用されるフィルターおよび／または芯材に自然分解性の素材を用いた場合、土中の条件に応じて分解されるため、一層の環境負荷の低減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のドレーン材は、芯材とフィルターからなり、幅は１〜７ｃｍである。ドレーン材の幅は、下限は３ｃｍ、上限は６ｃｍであることが好ましい。幅が、１ｃｍより小さいと、ドレーン材１本あたりの排水能力が大きく減少する。さらに、３ｃｍより小さいと、打設本数が増えることとなり、手間が増える傾向にある。また、使用するマンドレルが細くなるため、座屈しやすくなる傾向にある。７ｃｍをこえると、打設機を小型化できず、ドレーン材料の削減に伴うメリットがなくなる。
【００１５】
芯材の素材としては、とくに制限はないが、自然分解性樹脂などの自然分解性素材、およびポリオレフィン系樹脂などがあげられる。ここで、自然分解性素材とは、（１）太陽光との化学反応による分解機構、（２）酸化による分解機構、（３）加水分解反応による分解機構、（４）微生物の自然消化作用による分解機構（生分解性）の最低１種の機能を有し、水と二酸化炭素などの無機物に分解される性質を有する素材をいう。
【００１６】
ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどがあげられる。
【００１７】
自然分解性の素材としては、とくに制限はないが、たとえば、パルプ、木綿、麻および綿などのセルロース系素材、羊毛および蚕糸などのタンパク質系素材、および、ポリ乳酸などの素材があげられる。これらのなかでも、コスト面、強度面および加工特性などのバランスから、ポリ乳酸が好ましい。ポリ乳酸からなるドレーン材は、セルロース系素材またはタンパク質系素材からなる天然繊維系素材からなるドレーン材と比較して、体積は約６分の１、重量は約１０分の１であり、また施工管理に重要なドレーン材の伸び率も小さく一定であるという利点を有する。また、ポリ乳酸としては、テラマック樹脂（ユニチカ（株）製）などが使用できる。
【００１８】
その他の自然分解性素材としては、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂に酸化触媒を添加した生分解性樹脂などがあげられる。このポリオレフィン系樹脂は、前記（１）、（２）および（４）の機構により、低分子化され、最終的に水と二酸化炭素などの無機物に分解する。
【００１９】
ポリオレフィン系樹脂と酸化触媒との混合比率は、ポリオレフィン系樹脂６０〜９５重量％に対して５〜４０重量％、とくには、ポリオレフィン系樹脂８０重量％程度に対して２０重量％程度が好ましい。ポリオレフィン系樹脂が６０重量％より少ない、すなわち酸化触媒の添加量が４０重量％をこえると、飽和して分解性は早くならないが、物性強度が落ちる傾向がある。また、ポリオレフィン系樹脂が９５重量％をこえる、すなわち、酸化触媒の添加量が５重量％より少ないと、途中で分解が停止し、完全に分解しない傾向がある。
【００２０】
酸化触媒は、前記ポリオレフィン系樹脂を酸化して自然分解性とするものであれば、とくに制限はなく、デグラ・ノボン（ノボン・ジャパン（株）製）などが利用可能である。
【００２１】
芯材は、従来の成形機で成形して得ることができる。
【００２２】
芯材の厚さは、２ｍｍ以上が好ましい。厚さが２ｍｍより薄いと、通水断面が不足して、充分な通水量が得られない傾向がある。
【００２３】
芯材の幅は、下限は１ｃｍ、さらには３ｃｍ、上限は７ｃｍ、さらには６ｃｍであることが好ましい。幅が１ｃｍより小さいと、充分な通水量が得られない傾向があり、また、施工時の引張強度が不足し、打設時にドレーンが破損する可能性がある。７ｃｍをこえると、打設機を小型化できず、ドレーン材料の削減に伴うメリットがなくなる傾向がある。
【００２４】
芯材の形状としては、長手方向に多数の溝を有するプラスチックボード、立体網状構造のコアからなるプラスチックボード、およびコアの表裏に多数の凹凸を有するプラスチックボードなどがあげられる。
【００２５】
フィルターの素材としては、ポリオレフィン系樹脂および自然分解性樹脂などがあげられ、芯材の素材としてあげたものと同様のものが使用できる。なかでも、ドレーンの機能を果たした後、土中の条件に応じて分解される点で、自然分解性素材が好ましい。
【００２６】
フィルターとしては、紙および不織布などがあげられ、不織布がとくに好ましい。
【００２７】
紙および不織布の目付け量は、２０〜１５０ｇ／ｍ2であることが好ましく、さらに３０〜８０ｇ／ｍ2であることがより好ましい。２０ｇ／ｍ2未満では平均開孔径が大きすぎ、１５０ｇ／ｍ2を超える透水係数が下がりすぎて集水性能が不足する傾向があり、またコスト高になる傾向がある。
【００２８】
前記フィルターは、紙または不織布と、織物、編物またはネットなどのネット状構造物などとを組み合わせて形成してもよい。
【００２９】
フィルターの透水係数（ｋｆ）は、１×１０-3ｃｍ／秒以上であることが好ましい。透水係数（ｋｆ）が１×１０-3ｃｍ／秒より小さいと、ドレーンの集水性能が不足する傾向にある。なお、フィルターの透水係数（ｋｆ）は、ＪＩＳ Ａ１２１８に準じて測定された値である。
【００３０】
また、フィルターの縦方向の引張強度は、１００Ｎ／５ｃｍ以上が好ましい。１００Ｎ／５ｃｍより小さいと、打設時にフィルターが破損する可能性がある。
【００３１】
本発明のドレーン材について、図１〜図３により説明する。図１および図２の斜視図は、芯材２およびフィルター１からなるドレーン材３の断面例を表わす図である。フィルター１は、芯材２の両面に張り付けてもよく、または、芯材２に巻きつけるように覆ってもよい。図２（ａ）はフィルター１を芯材２に巻きつけるように覆ったドレーン材３を表わしている。また、図２（ｂ）はフィルター１を芯材２の両面に貼り付けたドレーン材３を表わしている。図３（ａ）〜図３（ｆ）は芯材２の断面例を表わしている。
【００３２】
本発明のドレーン材は、とくに鉛直ドレーン（ＰＶＤ）として好適に用いられる。すなわち、ドレーン材をマンドレルによって軟弱地盤に鉛直方向に、通常０．８〜１．５ｍ程度の間隔で打設して、載荷などで間隙水圧を高める。それにより、軟弱地盤の原因である地中に含まれる大量の水が、ドレーン材を水道（みずみち）にして地上に排出され、地盤沈下と強度増加を促進することができる。打設深度は１５ｍ以下、さらには６〜１０ｍであることが好ましい。なお、設計方法は、従来同様にバロンの解を用いることができる。
【００３３】
本発明のドレーン材を鉛直ドレーンとして用いる場合、ドレーン材の引張強度は０．７５ｋＮ／５ｃｍ以上が好ましい。引張強度が０．７５ｋＮ／５ｃｍより小さいと、打設時に芯材が破損する可能性がある。
【００３４】
また、この場合の透水係数（ｋｆ）は、１．０ｃｍ／秒以上であることが好ましい、透水係数（ｋｆ）が１．０ｃｍ／秒より低いとドレーンの集水性能が不足する傾向がある。透水係数（ｋｆ）の上限は特にないが、あまり大きいとフィルターの目詰まりが生じやすくなる。
【００３５】
本発明のドレーン材を鉛直ドレーンとして用いれば、その幅が、従来より小さいため、マンドレルの直径も従来より小さくすることができ、その結果、マンドレルの貫入抵抗を低減できる。
【００３６】
ドレーン材を打設するのに用いられる打設機のマンドレル径を、従来の１０ｃｍ幅のドレーン材の場合を１４ｃｍ、本発明の５ｃｍ幅のドレーン材の場合を９ｃｍとしたときの、地盤の貫入抵抗を以下に試算する。
【００３７】
なお、マンドレルの打設長を１０ｍ、地盤のマンドレル先端の粘着力および地盤のマンドレル周辺の平均付着力をそれぞれ３トン／ｍ2の条件とする。
【００３８】
算定式は、粘性土地盤での杭の静的支持力公式を使用する。
算定式：Ｒｕ＝８Ｃｐ・Ａｐ＋Ｃａ・Ａｓ
Ｒｕ：杭の極限支持力（トン）
Ｃｐ：杭先端位置での粘着力（トン／ｍ2）
Ａｐ：杭の先端面積（ｍ2）
Ｃａ：杭の根入全長に対する平均付着力（トン／ｍ2）
Ａｓ：杭周の全表面積（ｍ2）
【００３９】
（１４ｃｍ径のマンドレルの貫入抵抗Ｒｕ１）
ここで、Ａｐ１＝π×（０．１４／２）2＝０．０１５４（ｍ2）、Ａｓ１＝２π×（０．１４／２）×１０＝４．３９８（ｍ2）である。
Ｒｕ１＝８Ｃｐ・Ａｐ１＋Ｃａ・Ａｓ１
＝８×３×０．０１５４＋３×４．３９８
＝１３．５６（トン）
【００４０】
（９ｃｍ径のマンドレルの貫入抵抗Ｒｕ２）
ここで、Ａｐ２＝π×（０．０９／２）2＝０．００６４（ｍ2）、Ａｓ２＝２π×（０．０９／２）×１０＝２．８２７（ｍ2）である。
Ｒｕ２＝８Ｃｐ・Ａｐ２＋Ｃａ・Ａｓ２
＝８×３×０．００６４＋３×２．８２７
＝８．６３（トン）
Ｒｕ２／Ｒｕ１＝８．６３／１３．５６
＝０．６４
【００４１】
この場合、９ｃｍ径のマンドレルの貫入抵抗は、１４ｃｍ径のマンドレルの６４％に低減することになる。打設長が５ｍの場合や２０ｍの場合でも、この比率は大きく変化しない。なお、使用した算定式は静的支持力を求める式であるが、実際には動的な支持力を求める必要がある。しかし、静的支持力と動的支持力との比率は大きくは変化しない。
【００４２】
このように貫入抵抗を低減できるため、打設に際して、地盤への押し込み動力の削減、あるいはマンドレルの打ち込み、引抜速度を速くすることができる。
【００４３】
また、従来よりも軽量の打設機による打込みおよび引抜が可能となるため、機械の小型・軽量化が可能となる。その結果、以下のような効果が得られる。
（１）施工が簡便なため、狭隘な場所や小規模工事にも適用することが可能となる。
（２）単位面積あたりにかかる圧力を低く抑えた施工が可能となり、トラフィカビリティを確保するためのサンドマットや鉄板の敷設などの前作業が必要なくなる。
（３）打ち込み時の振動および施工中の騒音を小さくすることができる。
（４）より小さな動力で施工が可能であるため、燃料消費量が少なくなり、さらに二酸化炭素の排出量も削減される。
【００４４】
従来、プラスチックドレーンの設計は、板状のドレーン材を円形のドレーン材に換算し、バロンの解を用いて行なっている。従来の１０ｃｍ幅のドレーン材は、換算径を５ｃｍとするのが通常である。また、２０ｃｍ幅のドレーン材を使用する場合は、換算径を１０ｃｍとして実施した例もある。本発明の場合、幅が５ｃｍのドレーン材の換算径は、２．５〜３ｃｍを採用できる。
【００４５】
ここで、ドレーン材の換算径（ｄｗ）は、ハンスボ（Ｓ．Ｈａｎｓｂｏ）の提案している式を用いて、次式で求めることができる。
ｄｗ＝２（ｂ＋ｔ）／π
ｂ：ドレーン材の幅
ｔ：ドレーン材の厚さ
【００４６】
したがって、幅５ｃｍ、厚さ０．３ｃｍのドレーン材の換算径は、
ｄｗ＝２（５．０＋０．３）／π
＝３．３７（ｃｍ）
【００４７】
同様に算定すると、従来の幅１０ｃｍ、厚さ０．３ｃｍのプラスチックドレーン材の換算径は６．６ｃｍとなるが、実際の設計ではｄｗ＝５ｃｍとするのが一般的である。また、幅１９ｃｍ、厚さ０．３ｃｍのドレーン材ではｄｗ＝１２．３ｃｍとなるが、設計では１０ｃｍとしている。
【００４８】
したがって、幅５ｃｍ、厚さ０．３ｃｍのドレーン材は、設計上の換算径を２．７ｃｍ程度として採用できる。
【００４９】
本発明の一形態である５ｃｍ幅のドレーン材では、従来の１０ｃｍ幅のドレーン材を１．２ｍ間隔で打設した時と同等の地盤改良効果を期待する場合、換算径を２．５ｃｍとすれば、１．０８ｍ間隔で打設すればよい。これにより、単位面積あたりの打設本数は約１.２３倍に増加するものの、同じ厚さおよび長さであるならば、５ｃｍ幅ドレーン材１本当りの原料使用量（体積）は、６２％（（５ｃｍ／１０ｃｍ）×１．２３＝０．６２）程度と低減する。同様に、従来の１０ｃｍ幅のドレーン材を０．８〜１．６ｍ間隔で打設した時と同様の地盤改良効果を得るための５ｃｍ幅ドレーン材の使用量（体積）は、６３〜６０％の範囲内となる。換算径を３ｃｍとすれば、６０〜５７％になる。その結果、以下のような効果が得られる。
（１）ドレーン材の運搬回数が削減されるため、ドレーン材の運搬における二酸化炭素の排出量が削減され、環境負荷が小さくなる。
（２）地中に放置されるドレーン材の量自体が減少するため、地盤改良が達成された後にドレーン材が地中に残ることにより生じる課題が低減される。この効果は、材料に自然分解性素材を使用することにより、さらに向上する。
（３）打設本数が増えるものの、ドレーン材量は６割程度に低減し、打設機械が小型化されるため、材料と施工費を含めた工事費は従来と同程度である。
【００５０】
ここで、ドレーンの設計において、打設間隔はドレーン材の径によって決定されるが、地盤改良する地盤は、ドレーン間隔が広いよりもむしろ狭い方が、地盤改良効果の均一性から望ましい。また、マンドレルは地盤改良する地盤を乱すため、その径は、できるだけ小さい方が望ましい。
【００５１】
本発明のドレーン材は、前記の点でたいへん好ましい。
【００５２】
また、ドレーンを打設した後に、その場所を掘削することが必要となっても、土中のドレーン材の体積が６割程度であり、さらに従来の半分の幅であるため、１本のドレーンを切断する力は半分でよいという利点もある。
【００５３】
本発明のドレーン材は、前記のような効果を有するため、その適用範囲は、従来と比べて非常に広範囲である。本発明のドレーン材の適用例を、以下に示す。
（１）ドレーン材の残置を避けたい住宅団地などの造成
（２）ドレーン材が障害となるシールドトンネル工事、土留めやオープンカットなどの掘削予定地での地盤改良
（３）比較的ドレーン打設深度の浅い工事で実施する大気圧工法との併用
（４）掘削、運搬および捨て土など、施工性改善のための地盤改良
（５）ドレーン材の体積を削減したい廃棄物処分場の減容化
（６）超軟弱地盤での地盤改良
（７）騒音および振動を避けたい住宅等近接施工
（８）狭隘および小規模施工
【実施例】
【００５４】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【００５５】
引張強度の試験方法
ＪＩＳ Ｋ６７４５に準拠して行う。
【００５６】
フィルターの透水係数（ｋｆ）の測定方法
ＪＩＳ Ａ１２１８に準拠して行う。
【００５７】
ドレーンの通水性の試験方法（面内透水試験）
長さ２０ｃｍ、幅５ｃｍの板状ドレーン供試体を用意し、透水試験装置（ＰＤ面内透水試験機）のキャップとペデスタルの溝に板状ドレーンを１０ｍｍ差し込む。厚さ０．３ｍｍのメンブレンで包み、初期拘束圧５ｋＰａで板状ドレーンの下から上へ通水し、飽和させる。拘束圧（σｃ）、動水勾配（ｉ＝Δｈ／Ｌ＝１．０）を一定に保ち、１分間あたりの流量を測定し、通水量（Ｑ（ｃ／秒））から透水係数（ｋｆ）を求める。
【００５８】
ドレーンの分解性の試験方法
ＪＩＳ Ｋ６９５３「制御されたコンポスト条件の好気的かつ究極的な生分解度および崩壊度試験」の試験法により評価する。
【００５９】
実施例１
自然分解性の素材としてテラマック樹脂（ポリ乳酸、ユニチカ（株）製）を用い、スパンボンド法により不織布（目付７０ｇ／ｍ2）を形成し、ドレーン用フィルターを得た。透水係数（ｋｆ）は１．２１×１０-2ｃｍ／秒であり、縦方向の引張強度は１８５．５Ｎ／５ｃｍであった。
【００６０】
テラマック樹脂（ポリ乳酸、ユニチカ（株）製）からなる芯材に前記ドレーン用フィルターを巻きつけ、袋状に包むことによりドレーン材（厚さ２．８８ｍｍ、幅５０．５３ｍｍ、通水孔数２４本）を作製した。得られたドレーン材の引張強度は２．０ｋＮ／５ｃｍであった。
【００６１】
前記ドレーン材の分解性を試験した結果、６０℃のコンポスト中で、５日程度で炭酸ガスと水に完全に分解した。土中または水中では、３年程度で最終的に炭酸ガスと水に完全に分解するといえる。
【００６２】
また、前記ドレーン材の通水性を財団法人地域地盤環境研究所にて試験したところ、透水係数（ｋｆ）は、拘束圧５ｋＰａで２４．２ｃｍ／秒、拘束圧１２０ｋＰａで１１．２ｃｍ／秒、拘束圧３５０ｋＰａで３．７ｃｍ／秒であり、充分な性能を有することが確認された。
【００６３】
比較例１
芯材の幅を９６．６ｍｍとした以外は、実施例１同様にして、ドレーン材（厚さ２．７０ｍｍ、幅９６．６ｍｍ、通水孔数５４本）を作製した。得られたドレーン材の引張強度は１．８８ｋＮ／５ｃｍであった。
【００６４】
同様の通水性試験において、透水係数（ｋｆ）は、拘束圧５ｋＰａで２１．７ｃｍ／秒、拘束圧１２０ｋＰａで１３．０ｃｍ／秒、拘束圧３５０ｋＰａで７．０ｃｍ／秒であった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ドレーン材の断面例を表わす斜視図である。
【図２】ドレーン材の断面例を表わす斜視図である。
【図３】芯材の断面例を表わす図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ フィルター
２ 芯材
３ ドレーン材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芯材とフィルターからなるドレーン材に関するもので、詳細には、その幅が、従来の約半分であるドレーン材に関する。また、前記ドレーン材を用いたドレーンの施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱地盤改良のための工法としては、地盤に対して鉛直にドレーン材を打設するバーチカルドレーン工法がある。使用されるドレーンとしては、ペーパードレーン、プラスチックドレーンなどがあげられる。
【０００３】
ペーパードレーンは、たとえば、帯状の紙をドレーン芯材として用いたものであり、帯状の紙の縦方向に連続した通水孔を設けて土中の水を抜き取るようにしたものである（特許文献１など）。しかしながら、ペーパードレーンは、紙で作られているため腐りやすく、湿潤状態の土中において必要な強度が維持されにくい。したがって、土圧下での通水性および引張強度などの性能が劣り、ドレーンとしての性能に問題があるため、現在では、すべてプラスチックドレーンに取って代わられている。プラスチックドレーンとは、たとえば、その長手方向に通水路となる多数の溝を有するドレーン芯材に透水性フィルターを被せたものである（特許文献２など）。
【０００４】
従来、ドレーン材は、一般に、１０ｃｍの幅を有するものが使用されており、能率を上げて工事費を削減するために、１５ｃｍ幅または２０ｃｍ幅などの幅広のものが使用されることもあった。１０ｃｍの幅のドレーン材を打設するためには、直径１０ｃｍ以上のマンドレルを使用するが、このマンドレルを打ち込む打設機は、大型で重量のあるものである。したがって、この大型で重量のある打設機を支える地盤には、単位面積あたりに大きな圧力がかかることになり、超軟弱な地盤そのままでは施工することができず、砂や鉄板を施工場所に敷き詰めるなどの前処理を行う必要がある。また、このような大型の打設機を使用するためには、大きな動力が必要となり、燃料の消費量も多くなる。さらには、打ち込み時の振動、および施工中の騒音も大きく、改善が求められている。
【０００５】
また、ドレーン材は、地盤改良が達成された後も、地中に放置されるのが一般的であるため、その省資源化も重要な課題であるが、いまだ省資源化を解決できるドレーン材は提供されていない。
【０００６】
さらに、前記プラスチックドレーンは、前記のとおり、半永久的に地中に残るため、地盤改良後にシールド工事を実施する場合には、ドレーン材が刃口に絡み付くなど、地下掘削工事に支障をきたすという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３２８５５０号公報
【特許文献２】特開２００２−３０６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、省資源、省エネルギーを達成することのできるドレーン材およびその施工方法を提供することを目的とする。さらには、小型・軽量の打設機で対応でき、これまでのドレーン材および打設機での施工では困難であった超軟弱な地盤でも、施工が可能であるドレーン材およびその施工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】
【０００９】
すなわち、本発明は、芯材とフィルターとからなり、幅が１〜７ｃｍであるドレーン材に関する。
【００１０】
前記フィルターは、自然分解性の不織布からなることが好ましい。
【００１１】
前記芯材は、自然分解性樹脂からなることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、前記ドレーン材を用いたドレーンの施工方法に関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のドレーン材によれば、幅が従来の約半分であっても、従来の１０ｃｍ幅のドレーン材と同等の地盤改良効果を得るためには、打設本数を従来のドレーン材の２割増程度にすればよく、材料の使用量（重量および体積）が削減され、打設、運搬の面で、省資源、省エネルギー、および環境負荷の低減を達成できる。また、充分な強度と通水性能を有しながら、幅が従来の約半分であるため、小型・軽量の打設機で打設でき、ＣＯ2の排出量が低減されるので環境負荷を低減できる。さらに、本発明で使用されるフィルターおよび／または芯材に自然分解性の素材を用いた場合、土中の条件に応じて分解されるため、一層の環境負荷の低減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のドレーン材は、芯材とフィルターからなり、幅は１〜７ｃｍである。ドレーン材の幅は、下限は３ｃｍ、上限は６ｃｍであることが好ましい。幅が、１ｃｍより小さいと、ドレーン材１本あたりの排水能力が大きく減少する。さらに、３ｃｍより小さいと、打設本数が増えることとなり、手間が増える傾向にある。また、使用するマンドレルが細くなるため、座屈しやすくなる傾向にある。７ｃｍをこえると、打設機を小型化できず、ドレーン材料の削減に伴うメリットがなくなる。
【００１５】
芯材の素材としては、とくに制限はないが、自然分解性樹脂などの自然分解性素材、およびポリオレフィン系樹脂などがあげられる。ここで、自然分解性素材とは、（１）太陽光との化学反応による分解機構、（２）酸化による分解機構、（３）加水分解反応による分解機構、（４）微生物の自然消化作用による分解機構（生分解性）の最低１種の機能を有し、水と二酸化炭素などの無機物に分解される性質を有する素材をいう。
【００１６】
ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどがあげられる。
【００１７】
自然分解性の素材としては、とくに制限はないが、たとえば、パルプ、木綿、麻および綿などのセルロース系素材、羊毛および蚕糸などのタンパク質系素材、および、ポリ乳酸などの素材があげられる。これらのなかでも、コスト面、強度面および加工特性などのバランスから、ポリ乳酸が好ましい。ポリ乳酸からなるドレーン材は、セルロース系素材またはタンパク質系素材からなる天然繊維系素材からなるドレーン材と比較して、体積は約６分の１、重量は約１０分の１であり、また施工管理に重要なドレーン材の伸び率も小さく一定であるという利点を有する。また、ポリ乳酸としては、テラマック樹脂（ユニチカ（株）製）などが使用できる。
【００１８】
その他の自然分解性素材としては、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂に酸化触媒を添加した生分解性樹脂などがあげられる。このポリオレフィン系樹脂は、前記（１）、（２）および（４）の機構により、低分子化され、最終的に水と二酸化炭素などの無機物に分解する。
【００１９】
ポリオレフィン系樹脂と酸化触媒との混合比率は、ポリオレフィン系樹脂６０〜９５重量％に対して５〜４０重量％、とくには、ポリオレフィン系樹脂８０重量％程度に対して２０重量％程度が好ましい。ポリオレフィン系樹脂が６０重量％より少ない、すなわち酸化触媒の添加量が４０重量％をこえると、飽和して分解性は早くならないが、物性強度が落ちる傾向がある。また、ポリオレフィン系樹脂が９５重量％をこえる、すなわち、酸化触媒の添加量が５重量％より少ないと、途中で分解が停止し、完全に分解しない傾向がある。
【００２０】
酸化触媒は、前記ポリオレフィン系樹脂を酸化して自然分解性とするものであれば、とくに制限はなく、デグラ・ノボン（ノボン・ジャパン（株）製）などが利用可能である。
【００２１】
芯材は、従来の成形機で成形して得ることができる。
【００２２】
芯材の厚さは、２ｍｍ以上が好ましい。厚さが２ｍｍより薄いと、通水断面が不足して、充分な通水量が得られない傾向がある。
【００２３】
芯材の幅は、下限は１ｃｍ、さらには３ｃｍ、上限は７ｃｍ、さらには６ｃｍであることが好ましい。幅が１ｃｍより小さいと、充分な通水量が得られない傾向があり、また、施工時の引張強度が不足し、打設時にドレーンが破損する可能性がある。７ｃｍをこえると、打設機を小型化できず、ドレーン材料の削減に伴うメリットがなくなる傾向がある。
【００２４】
芯材の形状としては、長手方向に多数の溝を有するプラスチックボード、立体網状構造のコアからなるプラスチックボード、およびコアの表裏に多数の凹凸を有するプラスチックボードなどがあげられる。
【００２５】
フィルターの素材としては、ポリオレフィン系樹脂および自然分解性樹脂などがあげられ、芯材の素材としてあげたものと同様のものが使用できる。なかでも、ドレーンの機能を果たした後、土中の条件に応じて分解される点で、自然分解性素材が好ましい。
【００２６】
フィルターとしては、紙および不織布などがあげられ、不織布がとくに好ましい。
【００２７】
紙および不織布の目付け量は、２０〜１５０ｇ／ｍ2であることが好ましく、さらに３０〜８０ｇ／ｍ2であることがより好ましい。２０ｇ／ｍ2未満では平均開孔径が大きすぎ、１５０ｇ／ｍ2を超える透水係数が下がりすぎて集水性能が不足する傾向があり、またコスト高になる傾向がある。
【００２８】
前記フィルターは、紙または不織布と、織物、編物またはネットなどのネット状構造物などとを組み合わせて形成してもよい。
【００２９】
フィルターの透水係数（ｋｆ）は、１×１０-3ｃｍ／秒以上であることが好ましい。透水係数（ｋｆ）が１×１０-3ｃｍ／秒より小さいと、ドレーンの集水性能が不足する傾向にある。なお、フィルターの透水係数（ｋｆ）は、ＪＩＳ Ａ１２１８に準じて測定された値である。
【００３０】
また、フィルターの縦方向の引張強度は、１００Ｎ／５ｃｍ以上が好ましい。１００Ｎ／５ｃｍより小さいと、打設時にフィルターが破損する可能性がある。
【００３１】
本発明のドレーン材について、図１〜図３により説明する。図１および図２の斜視図は、芯材２およびフィルター１からなるドレーン材３の断面例を表わす図である。フィルター１は、芯材２の両面に張り付けてもよく、または、芯材２に巻きつけるように覆ってもよい。図２（ａ）はフィルター１を芯材２に巻きつけるように覆ったドレーン材３を表わしている。また、図２（ｂ）はフィルター１を芯材２の両面に貼り付けたドレーン材３を表わしている。図３（ａ）〜図３（ｆ）は芯材２の断面例を表わしている。
【００３２】
本発明のドレーン材は、とくに鉛直ドレーン（ＰＶＤ）として好適に用いられる。すなわち、ドレーン材をマンドレルによって軟弱地盤に鉛直方向に、通常０．８〜１．５ｍ程度の間隔で打設して、載荷などで間隙水圧を高める。それにより、軟弱地盤の原因である地中に含まれる大量の水が、ドレーン材を水道（みずみち）にして地上に排出され、地盤沈下と強度増加を促進することができる。打設深度は１５ｍ以下、さらには６〜１０ｍであることが好ましい。なお、設計方法は、従来同様にバロンの解を用いることができる。
【００３３】
本発明のドレーン材を鉛直ドレーンとして用いる場合、ドレーン材の引張強度は０．７５ｋＮ／５ｃｍ以上が好ましい。引張強度が０．７５ｋＮ／５ｃｍより小さいと、打設時に芯材が破損する可能性がある。
【００３４】
また、この場合の透水係数（ｋｆ）は、１．０ｃｍ／秒以上であることが好ましい、透水係数（ｋｆ）が１．０ｃｍ／秒より低いとドレーンの集水性能が不足する傾向がある。透水係数（ｋｆ）の上限は特にないが、あまり大きいとフィルターの目詰まりが生じやすくなる。
【００３５】
本発明のドレーン材を鉛直ドレーンとして用いれば、その幅が、従来より小さいため、マンドレルの直径も従来より小さくすることができ、その結果、マンドレルの貫入抵抗を低減できる。
【００３６】
ドレーン材を打設するのに用いられる打設機のマンドレル径を、従来の１０ｃｍ幅のドレーン材の場合を１４ｃｍ、本発明の５ｃｍ幅のドレーン材の場合を９ｃｍとしたときの、地盤の貫入抵抗を以下に試算する。
【００３７】
なお、マンドレルの打設長を１０ｍ、地盤のマンドレル先端の粘着力および地盤のマンドレル周辺の平均付着力をそれぞれ３トン／ｍ2の条件とする。
【００３８】
算定式は、粘性土地盤での杭の静的支持力公式を使用する。
算定式：Ｒｕ＝８Ｃｐ・Ａｐ＋Ｃａ・Ａｓ
Ｒｕ：杭の極限支持力（トン）
Ｃｐ：杭先端位置での粘着力（トン／ｍ2）
Ａｐ：杭の先端面積（ｍ2）
Ｃａ：杭の根入全長に対する平均付着力（トン／ｍ2）
Ａｓ：杭周の全表面積（ｍ2）
【００３９】
（１４ｃｍ径のマンドレルの貫入抵抗Ｒｕ１）
ここで、Ａｐ１＝π×（０．１４／２）2＝０．０１５４（ｍ2）、Ａｓ１＝２π×（０．１４／２）×１０＝４．３９８（ｍ2）である。
Ｒｕ１＝８Ｃｐ・Ａｐ１＋Ｃａ・Ａｓ１
＝８×３×０．０１５４＋３×４．３９８
＝１３．５６（トン）
【００４０】
（９ｃｍ径のマンドレルの貫入抵抗Ｒｕ２）
ここで、Ａｐ２＝π×（０．０９／２）2＝０．００６４（ｍ2）、Ａｓ２＝２π×（０．０９／２）×１０＝２．８２７（ｍ2）である。
Ｒｕ２＝８Ｃｐ・Ａｐ２＋Ｃａ・Ａｓ２
＝８×３×０．００６４＋３×２．８２７
＝８．６３（トン）
Ｒｕ２／Ｒｕ１＝８．６３／１３．５６
＝０．６４
【００４１】
この場合、９ｃｍ径のマンドレルの貫入抵抗は、１４ｃｍ径のマンドレルの６４％に低減することになる。打設長が５ｍの場合や２０ｍの場合でも、この比率は大きく変化しない。なお、使用した算定式は静的支持力を求める式であるが、実際には動的な支持力を求める必要がある。しかし、静的支持力と動的支持力との比率は大きくは変化しない。
【００４２】
このように貫入抵抗を低減できるため、打設に際して、地盤への押し込み動力の削減、あるいはマンドレルの打ち込み、引抜速度を速くすることができる。
【００４３】
また、従来よりも軽量の打設機による打込みおよび引抜が可能となるため、機械の小型・軽量化が可能となる。その結果、以下のような効果が得られる。
（１）施工が簡便なため、狭隘な場所や小規模工事にも適用することが可能となる。
（２）単位面積あたりにかかる圧力を低く抑えた施工が可能となり、トラフィカビリティを確保するためのサンドマットや鉄板の敷設などの前作業が必要なくなる。
（３）打ち込み時の振動および施工中の騒音を小さくすることができる。
（４）より小さな動力で施工が可能であるため、燃料消費量が少なくなり、さらに二酸化炭素の排出量も削減される。
【００４４】
従来、プラスチックドレーンの設計は、板状のドレーン材を円形のドレーン材に換算し、バロンの解を用いて行なっている。従来の１０ｃｍ幅のドレーン材は、換算径を５ｃｍとするのが通常である。また、２０ｃｍ幅のドレーン材を使用する場合は、換算径を１０ｃｍとして実施した例もある。本発明の場合、幅が５ｃｍのドレーン材の換算径は、２．５〜３ｃｍを採用できる。
【００４５】
ここで、ドレーン材の換算径（ｄｗ）は、ハンスボ（Ｓ．Ｈａｎｓｂｏ）の提案している式を用いて、次式で求めることができる。
ｄｗ＝２（ｂ＋ｔ）／π
ｂ：ドレーン材の幅
ｔ：ドレーン材の厚さ
【００４６】
したがって、幅５ｃｍ、厚さ０．３ｃｍのドレーン材の換算径は、
ｄｗ＝２（５．０＋０．３）／π
＝３．３７（ｃｍ）
【００４７】
同様に算定すると、従来の幅１０ｃｍ、厚さ０．３ｃｍのプラスチックドレーン材の換算径は６．６ｃｍとなるが、実際の設計ではｄｗ＝５ｃｍとするのが一般的である。また、幅１９ｃｍ、厚さ０．３ｃｍのドレーン材ではｄｗ＝１２．３ｃｍとなるが、設計では１０ｃｍとしている。
【００４８】
したがって、幅５ｃｍ、厚さ０．３ｃｍのドレーン材は、設計上の換算径を２．７ｃｍ程度として採用できる。
【００４９】
本発明の一形態である５ｃｍ幅のドレーン材では、従来の１０ｃｍ幅のドレーン材を１．２ｍ間隔で打設した時と同等の地盤改良効果を期待する場合、換算径を２．５ｃｍとすれば、１．０８ｍ間隔で打設すればよい。これにより、単位面積あたりの打設本数は約１.２３倍に増加するものの、同じ厚さおよび長さであるならば、５ｃｍ幅ドレーン材１本当りの原料使用量（体積）は、６２％（（５ｃｍ／１０ｃｍ）×１．２３＝０．６２）程度と低減する。同様に、従来の１０ｃｍ幅のドレーン材を０．８〜１．６ｍ間隔で打設した時と同様の地盤改良効果を得るための５ｃｍ幅ドレーン材の使用量（体積）は、６３〜６０％の範囲内となる。換算径を３ｃｍとすれば、６０〜５７％になる。その結果、以下のような効果が得られる。
（１）ドレーン材の運搬回数が削減されるため、ドレーン材の運搬における二酸化炭素の排出量が削減され、環境負荷が小さくなる。
（２）地中に放置されるドレーン材の量自体が減少するため、地盤改良が達成された後にドレーン材が地中に残ることにより生じる課題が低減される。この効果は、材料に自然分解性素材を使用することにより、さらに向上する。
（３）打設本数が増えるものの、ドレーン材量は６割程度に低減し、打設機械が小型化されるため、材料と施工費を含めた工事費は従来と同程度である。
【００５０】
ここで、ドレーンの設計において、打設間隔はドレーン材の径によって決定されるが、地盤改良する地盤は、ドレーン間隔が広いよりもむしろ狭い方が、地盤改良効果の均一性から望ましい。また、マンドレルは地盤改良する地盤を乱すため、その径は、できるだけ小さい方が望ましい。
【００５１】
本発明のドレーン材は、前記の点でたいへん好ましい。
【００５２】
また、ドレーンを打設した後に、その場所を掘削することが必要となっても、土中のドレーン材の体積が６割程度であり、さらに従来の半分の幅であるため、１本のドレーンを切断する力は半分でよいという利点もある。
【００５３】
本発明のドレーン材は、前記のような効果を有するため、その適用範囲は、従来と比べて非常に広範囲である。本発明のドレーン材の適用例を、以下に示す。
（１）ドレーン材の残置を避けたい住宅団地などの造成
（２）ドレーン材が障害となるシールドトンネル工事、土留めやオープンカットなどの掘削予定地での地盤改良
（３）比較的ドレーン打設深度の浅い工事で実施する大気圧工法との併用
（４）掘削、運搬および捨て土など、施工性改善のための地盤改良
（５）ドレーン材の体積を削減したい廃棄物処分場の減容化
（６）超軟弱地盤での地盤改良
（７）騒音および振動を避けたい住宅等近接施工
（８）狭隘および小規模施工
【実施例】
【００５４】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【００５５】
引張強度の試験方法
ＪＩＳ Ｋ６７４５に準拠して行う。
【００５６】
フィルターの透水係数（ｋｆ）の測定方法
ＪＩＳ Ａ１２１８に準拠して行う。
【００５７】
ドレーンの通水性の試験方法（面内透水試験）
長さ２０ｃｍ、幅５ｃｍの板状ドレーン供試体を用意し、透水試験装置（ＰＤ面内透水試験機）のキャップとペデスタルの溝に板状ドレーンを１０ｍｍ差し込む。厚さ０．３ｍｍのメンブレンで包み、初期拘束圧５ｋＰａで板状ドレーンの下から上へ通水し、飽和させる。拘束圧（σｃ）、動水勾配（ｉ＝Δｈ／Ｌ＝１．０）を一定に保ち、１分間あたりの流量を測定し、通水量（Ｑ（ｃ／秒））から透水係数（ｋｆ）を求める。
【００５８】
ドレーンの分解性の試験方法
ＪＩＳ Ｋ６９５３「制御されたコンポスト条件の好気的かつ究極的な生分解度および崩壊度試験」の試験法により評価する。
【００５９】
実施例１
自然分解性の素材としてテラマック樹脂（ポリ乳酸、ユニチカ（株）製）を用い、スパンボンド法により不織布（目付７０ｇ／ｍ2）を形成し、ドレーン用フィルターを得た。透水係数（ｋｆ）は１．２１×１０-2ｃｍ／秒であり、縦方向の引張強度は１８５．５Ｎ／５ｃｍであった。
【００６０】
テラマック樹脂（ポリ乳酸、ユニチカ（株）製）からなる芯材に前記ドレーン用フィルターを巻きつけ、袋状に包むことによりドレーン材（厚さ２．８８ｍｍ、幅５０．５３ｍｍ、通水孔数２４本）を作製した。得られたドレーン材の引張強度は２．０ｋＮ／５ｃｍであった。
【００６１】
前記ドレーン材の分解性を試験した結果、６０℃のコンポスト中で、５日程度で炭酸ガスと水に完全に分解した。土中または水中では、３年程度で最終的に炭酸ガスと水に完全に分解するといえる。
【００６２】
また、前記ドレーン材の通水性を財団法人地域地盤環境研究所にて試験したところ、透水係数（ｋｆ）は、拘束圧５ｋＰａで２４．２ｃｍ／秒、拘束圧１２０ｋＰａで１１．２ｃｍ／秒、拘束圧３５０ｋＰａで３．７ｃｍ／秒であり、充分な性能を有することが確認された。
【００６３】
比較例１
芯材の幅を９６．６ｍｍとした以外は、実施例１同様にして、ドレーン材（厚さ２．７０ｍｍ、幅９６．６ｍｍ、通水孔数５４本）を作製した。得られたドレーン材の引張強度は１．８８ｋＮ／５ｃｍであった。
【００６４】
同様の通水性試験において、透水係数（ｋｆ）は、拘束圧５ｋＰａで２１．７ｃｍ／秒、拘束圧１２０ｋＰａで１３．０ｃｍ／秒、拘束圧３５０ｋＰａで７．０ｃｍ／秒であった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ドレーン材の断面例を表わす斜視図である。
【図２】ドレーン材の断面例を表わす斜視図である。
【図３】芯材の断面例を表わす図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ フィルター
２ 芯材
３ ドレーン材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材とフィルターとからなり、幅が１〜７ｃｍであるドレーン材。
【請求項２】
前記フィルターが、自然分解性の不織布からなる請求項１記載のドレーン材。
【請求項３】
前記芯材が、自然分解性樹脂からなる請求項１または２記載のドレーン材。
【請求項４】
請求項１、２または３記載のドレーン材を用いたドレーンの施工方法。
【請求項１】
芯材とフィルターとからなり、幅が１〜７ｃｍであるドレーン材。
【請求項２】
前記フィルターが、自然分解性の不織布からなる請求項１記載のドレーン材。
【請求項３】
前記芯材が、自然分解性樹脂からなる請求項１または２記載のドレーン材。
【請求項４】
請求項１、２または３記載のドレーン材を用いたドレーンの施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２２５６１（Ｐ２００６−２２５６１Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０１７７６（Ｐ２００４−２０１７７６）
【出願日】平成１６年７月８日（２００４．７．８）
【出願人】（０００１０９２３３）チカミミルテック株式会社 (19)
【出願人】（５０２０８００４７）キャドテック株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月８日（２００４．７．８）
【出願人】（０００１０９２３３）チカミミルテック株式会社 (19)
【出願人】（５０２０８００４７）キャドテック株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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