圧密沈下工法と工法に使用する載荷装置及び作業船。
【課題】軟弱粘性土地盤の一次圧密後の継続する二次圧密問題を解決し，急速圧密沈下を安定的に実現する工法を提供する。
【解決手段】対象地盤に地盤破壊しない範囲で，一定過剰間隙水圧に繰り返し過剰間隙水圧を加えた過剰間隙水圧の波動を発生させて，二次圧密を取り込んだ急速圧密沈下を進める。前記圧密工法に載荷除荷の容易な真空圧密工法を組み込み，本発明の総合的急速圧密工法を実現する。図５は本発明の作業船の載荷装置構造体Ｙを所定の海底地盤の位置に据付けた縦断面図である。
【解決手段】対象地盤に地盤破壊しない範囲で，一定過剰間隙水圧に繰り返し過剰間隙水圧を加えた過剰間隙水圧の波動を発生させて，二次圧密を取り込んだ急速圧密沈下を進める。前記圧密工法に載荷除荷の容易な真空圧密工法を組み込み，本発明の総合的急速圧密工法を実現する。図５は本発明の作業船の載荷装置構造体Ｙを所定の海底地盤の位置に据付けた縦断面図である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軟弱粘性土地盤を安定的にしかも急速な圧密促進により密度増加を図る地盤改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
粘性土地盤の圧密沈下は施設建設に伴い，圧密増加荷重が地盤に載荷されて進行し，圧密沈下と共に地盤の密度が増加し強度が増大する。従来，港湾施設の軟弱地盤対策は，施設建設時の基礎地盤のせん断破壊と施設供用後の圧密沈下が主であった。これらの地盤改良工法は，バーチカルドレーン工法の一種であるサンドドレーン工法とサンドコンパクションパイル工法が主流となっていた。バーチカルドレーン工法は，地盤中に鉛直方向のドレーンを設置して，排水距離を短くして圧密時間を短縮し，圧密沈下を促進させて地盤強化を図る工法である。これに対してサンドコンパクションパイル工法は，締め固めた砂杭を地盤中に多数造成して，地盤の支持力増強、基礎地盤破壊の防止、圧密沈下を抑制する工法である。
【０００３】
軟弱地盤上の盛土等は，必要な高さまで連続して行うと、基礎地盤がせん断破壊を起こすので、破壊に対する安定を考慮して、数度に分けて地盤の強度増加を確認しながら段階的に施工する。このためバーチカルドレーン工法と併用しても、載荷による圧密沈下工法は工事完了まで長い期間が必要で、急速施工にはならないといった欠点がある。プレロード工法は，施設建設によって載荷される荷重以上に載荷して，目標とする圧密を完了させたのち余分な荷重を除去する。圧密には二次圧密の問題があり，プレロード工法を行っても施設供用後も圧密沈下が長期間だらだらと続く。供用後に施設の沈下対策が容易にとれる護岸，防波堤等はサンドドレーン工法と段階的施工で軟弱地盤対策は可能であるが，容易でなく沈下の継続が好ましくない岸壁等の施設には致命的である。このような経緯から、サンドコンパクションパイル工法はサンドドレーン工法に比べ工事費は大幅に高くなるが、急速施工として広く用いられるようになった。
しかしながら，先の兵庫県南部地震においては、サンドコンパクションパイル工法で改良された地盤が液状化により破壊し、岸壁等に大きな被害をもたらした。これはサンドコンパクションパイル工法の締め固めにも限界があることを示している。また，軟弱地盤対策は兵庫県南部地震の被害を踏まえ，地震時の液状化対策を伴ったものでなければならない。
【０００４】
載荷圧密促進工法の一つに真空圧密工法がある。この工法は対象改良地盤表面を密閉状態として，負圧を発生させて大気圧（実用的には、６〜７ｔ／ｍ２）を載荷することにより圧密を促進させる工法である。この工法の特長は原理的に盛土荷重とは異なり，地盤内の土に対して、３次元的な圧密荷重として働く機構であるため、一気に載荷しても粘土地盤にせん断破壊を生じさせないような荷重状態で圧密を促進させられる。しかしながら，この真空圧密工法でも二次圧密問題が解決されないのは同じである。
【０００５】
振動・衝撃により圧密を促進する工法として動圧密工法がある。この工法は対象改良地盤表面に巨大なハンマーを高所から繰り返し落下させ，地盤に与える衝撃力と振動によって地盤を圧密強化するものとされている。しかし，動圧密工法は砂質土の締固め工法から出発した工法であり，細粒分の少ない粘性土に限定される。また飽和粘性土には逆効果が考えられる。これは大きな振幅の振動は，粘土構造を破壊するので圧密を阻害することになる。
【０００６】
現在、地球環境保全の観点から環境負荷の削減に向け、建設資源の省資源化が積極的に進められている。サンドコンパクションパイル工法は良質な砂を大量に使用し、パイル打設により生じる原地盤の盛り上がり土を処分する必要があるなど、環境負荷の大きいな工法となっている。これに対してバーチカルドレーン工法を併用する載荷圧密沈下工法は環境負荷の小さな工法であり，この利点を活かした従来にない急速圧密沈下工法が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記の問題点を鑑みてなされたもので，環境負荷が小さく経済的で，地震時の液状化の恐れが無い載荷圧密沈下工法を新しい発想からさらに発展させて，軟弱粘性土地盤の急速圧密沈下を安定的に実現し，さらに二次圧密の問題をいかに解決するかを課題としている。また，本発明は基本的にはプレロード工法であるから，必要に応じてバーチカルドレーン工法，真空圧密工法が併用される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の急速圧密沈下工法は，粘土の特性である荷電を有した階層的構造を踏まえて研究開発された工法である。
粘土は微細な粘土粒子がさまざまな配列をしてペッド（構造単位の団粒）をつくり，さらにペッドもさまざまな配列をして粘土の階層的構造を形成している。粘土粒子間の間隙をミクロポア，ペッド間の間隙をマクロポアと呼んでいる。粘土を構成する粘土粒子は，比表面積が大きく且つ荷電を有していることから，土粒子間に物理化学的な相互作用が働いている。この相互作用は，粘土の構造，粘土の水分保持力，圧密のメカニズムに大きな影響を与えている。
粘土の圧密現象は，粘土に圧縮圧力が作用すると，最初，圧縮圧力は間隙水圧によって支えられ過剰間隙水圧が発生する。過剰間隙水圧は粘土の内部から外の排水層に向かって水圧の勾配ができ，主にマクロポアの間隙水が排出されだす。このとき，ペッドはマクロポアを充てんするような形で再配列し圧縮する。そして，ペッドはペッドどうしの接触面を拡大させながら圧縮圧力に見合うペッド間有効応力を確保していく。すなわち，密度増加に見合った強度増加が発現する。圧密は間隙水の排出抵抗と粘土の骨格構造の変形抵抗による圧縮時間の遅れ現象でにある。
圧密が進行するためには間隙水の流出駆動力が粘土の水分保持力よりも卓越しなければならない。圧密を促進させるには基本的には二つの方法がある。一つは流出駆動力を増大させる方法で、これによる間隙水の移動を起こす力は一般に載荷による圧力勾配である。プレロード工法はこれの代表的なものである。しかし、粘土の骨格構造の変形抵抗要素が大きくなる二次圧密の領域に入ると圧密の進行は極端に遅くなる。もう一つは新しい発想で、粘土の水分保持力を一時的に低下させる方法である。具体的な粘土の水分保持力の低下方法は，地盤を振動させることで実現できる。粘土の構造が破壊されると水分保持力が低下し，せん断力が低下する。粘土の鋭敏性である。粘土構造の撹乱による水分保持力の低下法は，局部的な圧密促進が見込まれても，粘着力が大幅に低下しているので地盤は増加荷重で塑性変形し基礎地盤の破壊を起こす。特に水が常に供給される環境である海底地盤等においては，粘土構造を破壊する振動は粘土の吸水膨張を招き圧密にとって逆の方向に進み致命的である。本発明の水分保持力の低下法は，粘土構造を破壊せずに圧密時における粘土構造のペッドの再配列を容易とする水分保持力の低下である。すなわち，粘土構造の変化が密度増加の方向に限定する水分保持力の低下法である。この方法は間隙水の排出抵抗と粘土骨格構造の変形抵抗の両方に作用するので，二次圧密領域に入っても活発に圧密が促進される。本発明の水分保持力低下法は，流出駆動力を増大させる方法と組み合わせると，単独では得られない急激な圧密促進が図られる。しかしながら，粘土の構造を破壊しなくとも水分保持力の低下法は，粘土の軟化（強度低下）を伴う圧密沈下なので，地盤に一気に載荷をした場合，地盤の塑性変形から基礎地盤のせん断破壊を起こす恐れもあるのでこれの対策を講じる必要がある。
【０００９】
本発明は圧密増加荷重のもと急激な圧密促進を安定に確保するために，次の要件を満足させる。
第一の要件は，圧密時において，対象地盤の粘土構造を破壊せずに全体的に安定して粘土の水分保持力を一時的に低下させる必要がある。またこのとき，粘土の軟化は必要最小限に抑える必要がある。この第一の要件の解決手段は，対象地盤が地盤破壊を起こさない範囲でベースとなる一定載荷重（通常の載荷工法における圧密増加荷重）と繰り返し載荷重を平面的に継続して一様に加える。これにより，ベースとなる一定過剰間隙水圧に繰り返し過剰間隙水圧を加えた過剰間隙水圧の波動を対象地盤内に発生させるものである。
過剰間隙水圧の波動の発生は，本発明の一定載荷重に繰り返し載荷重を加える載荷装置を使用して行う。該載荷装置は載荷重を対象地盤に平面的に一様に伝達する加圧板と繰り返し載荷重の発生装置から構成される。該発生装置は偏心重錘の回転力による発生機構である。ここで，該載荷装置は，起振力により自身が振動を生じないだけの重量と一様な載荷状態とするための大きさの加圧面積，すなわち対象地盤の深さと同程度の幅を有する加圧面積を持ち，対象地盤の表面に接地状態で使用される。このため該載荷装置は，対象地盤に対して振動荷重ではなく繰り返し荷重を加えることになる。また，該発生装置の偏心重錘の回転半径，回転角速度は，可変とすることにより繰り返し載荷重の増減，周期の調整機能を備えた載荷装置が好適である。
第二の要件は，基礎地盤のせん断破壊を積極的に防止して，急激な圧密促進を安定して確保する。すなわち，対象地盤がより大きな過剰間隙水圧に対して地盤破壊を起こさない状態をつくりあげる。この第二の要件の解決手段は，対象地盤の直接載荷される表面地盤を構造体で囲い地盤の塑性変形を拘束する。該構造体は具体的には前記第一要件の加圧板の底部外周に拘束壁を取り付けた加圧函体である。この結果，該加圧函体の外周地盤は基礎地盤のせん断破壊を防止するための押さえ荷重の役目を果たす。
第三の要件は，載荷除荷の容易なプレロードを確保する。一般的にはプレロード材は土砂，岩塊であり載荷除荷の作業は大規模で長い施工期間となる。この第三の要件の解決手段は，大気圧，水圧の活用である。真空圧密工法は，圧密時間では従来の載荷工法と変わりは無いが，載荷除荷の容易な大気圧を利用することに特長がある。本発明の過剰間隙水圧の波動による急速圧密工法に真空圧密工法の載荷除荷の作業を組み込むものである。その方法は，前記加圧函体を利用し，表面地盤を密閉状態として対象地盤を負圧とする。すなわち真空圧密工法を併用して大気圧を載荷する。
【発明の効果】
【００１０】
第一の解決手段の効果は，粘土構造を破壊することなく，過剰間隙水圧の波動を対象地盤内に一様に発生させ，急速圧密沈下を実現することである。本発明の過剰間隙水圧の波動による圧密沈下工法は，まったく新しい発想による工法である。ここで，粘土構造を破壊しない範囲での過剰間隙水圧の波動は，粘土が圧縮方向に向かうための粘土構造のペッドの再配列を容易にする必要最小限の軟化である。
図１は標準圧密試験と微小振動圧密試験の時間−圧密歪量曲線の比較の一例である。微小振動圧密試験装置は，標準圧密試験装置にピストンバイブレイータ型の振動装置を組み込んだものである。試験試料をセットする圧密リングの下端には排水機能のある銅製の円形多孔板を取り付けてある。微小振動圧密荷重（繰り返し載荷重）は，前記の円形多孔板の繰り返し打撃による。また，これの圧密試験試料は，標準圧密試験装置と同様に塑性変形が拘束された一次元圧密の状態である。微小振動圧密試験方法は標準圧密試験に準拠したものである。前記圧密試験試料は不撹乱の粘土で，荷重段階＝５，圧密荷重Ｐ５＝１５７ＫＮ／ｍ２，微小振動圧密荷重Ｐ＝３ＫＮ／ｍ２である。この試験の圧密増加荷重はＰ５／２＝７８．５ＫＮ／ｍ２，微小振動圧密荷重はこの圧密増加荷重の３．８％である。ここで重要なことは，図１における前記微小圧密試験試料の状態は，圧密荷重が振動圧密荷重よりも大で一次元圧密の状態であるから，振動荷重を受けても圧密試験試料自体が振動することもせん断歪を発生することも無い。従って粘土構造が破壊されることはない。つまり，一定の圧密増加荷重は一定の過剰間隙水圧に置き換わり，微小振動圧密荷重は繰り返し過剰間隙水圧に置き換わる。すなわち，試験試料の粘土構造は破壊されず，試験試料内には過剰間隙水圧の波動が発生している状態である。図１の微小振動圧密試験の微小振動は，荷重段階＝４，Ｐ４＝７８．５ＫＮ／ｍ２の２４時間圧密が終了した状態で１分間実施，そして次の荷重段階＝５は当初から３０分間実施したものである。
図１の微小振動圧密荷重は圧密増加荷重のわずか３．８％にすぎないのに大幅な圧密促進を示している。例えば微小振動圧密試験は，標準圧密試験の２４時間（１，４４０分）の圧密歪量εｆ＝２．７２％を７．６分で達している。この圧密促進の効果は，微小振動圧密荷重を使わなければ圧密増加荷重を２倍程度に上げなければならない。これは圧密促進として，驚異的な効果である。これは二次圧密も取り込んで圧密が進行していることによる。粘性上は圧密により密度が増加し，過剰間隙水圧が有効応力に置き換わる。微小振動圧密荷重を停止すれば，時間と共に水分保持力が回復して粘着力は密度増加に応じて大幅に増大し，二次圧密は停止する。二次圧密問題の解決である。
【００１１】
本発明の載荷装置は，微小振動圧密試験装置の状態を実際の現場で再現するものである。しかし，前記の圧密試験のような完全な一次元圧密の再現は非常に困難である。従って本発明では，対象地盤にまず基礎地盤の破壊を起こさない範囲内で，一定載荷重及び繰り返し載荷重を加える。本発明の載荷装置は，載荷時これ自体が振動することは無く，常に対象地盤に接した状態で実施され，衝撃荷重を排除したものである。また，基礎地盤が破壊しない範囲の過剰間隙水圧の波動の大きさであるから，対象地盤内には，基礎地盤の破壊に至るせん断すべりは生じることは無い。従って対象地盤内には，過剰間隙水圧だけが伝播される状態である。このような状態は，粘土構造の変化が密度増加の方向に限定する水分保持力の低下状態で，粘土の軟化は必要最小限の状態ある。これにより急速圧密は安定して進行する
本発明の過剰間隙水圧の波動による圧密工法は、地盤の安定と圧密促進が両立して，効果が最大となる最適値がある。圧密の進行は，過剰間隙水圧が大きい方が速い，しかし地盤は不安定になり地盤破壊の危険がそれだけ大きくなる。プレロード工法は，載荷による過剰間隙水圧を大きくするには安定上限界がある。従って地盤の安定の範囲内における過剰間隙水圧の総和を固定とした場合，一定過剰間隙水圧と繰り返し過剰間隙水圧の最適割合の組み合わせが存在する。繰り返し過剰間隙水圧をゼロとしてすべてを一定過剰間隙水圧とした場合は，従来の載荷工法と同じである。繰り返し過剰間隙水圧は，圧密促進に驚異的な効果を与え，これが大きいほど圧密促進効果が大きい傾向にある。今，一定過剰間隙水圧の一部を徐々に繰り返し過剰間隙水圧に置き換えていく。しかし繰り返し過剰間隙水圧は，粘土の軟化を伴う。ある過剰間隙水圧の割合で地盤破壊の危険が生じる。この時の限界値が過剰間隙水圧の最適割合値である。本発明の圧密工法が，粘土構造のペッドの再配列を容易にする必要最小限の軟化とする所以である。また，過剰間隙水圧の波動の周期は，圧密促進に大きな影響を与える。地盤にとっての最適周期は一般に短い周期が効果的であるが，粘土の種類，地盤状態によって違いがある。
本発明の圧密沈下工法は，粘土の荷電及び階層的構造特性に基づき，地盤の安定及び圧密促進に最も適合する一定載荷重と繰り返し載荷重の最適割合，さらには繰り返し載荷重の周期を最適周期となるように調整し，これらの組み合わせ載荷重を対象地盤に加え，最適過剰間隙水圧の波動を対象地盤内に発生させ，急速圧密沈下の効果を最大限に発揮させるものである。
【００１２】
第二の解決手段の効果は，対象地盤に地盤破壊を起こさない過剰間隙水圧の範囲を広げることである。具体的効果としては，前記加圧函体の内部の対象地盤は，圧密試験の圧密リング内の試験試料と同様に一次元圧密状態である。該加圧函体の構造的機能は微小振動圧密試験装置の底板を外して載荷板と圧密リングを一体化し，繰り返し載荷重を載荷板に加えたものに相当する。従って該加圧函体の底面から下の対象地盤が基礎地盤と見なすことができる。この基礎地盤が過剰間隙水圧の波動に耐えて地盤破壊を起こさなければ良い。該加圧函体の外周地盤は基礎地盤のせん断破壊を防止するための押さえ荷重の役目を果たす。従って必要な押さえ荷重は，該加圧函体の拘束壁の高さによって確保できる。また圧密沈下の促進により，該加圧函体は沈下する。これにより基礎地盤の位置も低下し，相対的に前記外周地盤の押さえ荷重が増大する。従って，過剰間隙水圧の波動は，当初は小さめのものとして徐々に上げていくのが合理的である。
【００１３】
第三の解決手段の効果は，総合的急速圧密にある。本発明の圧密工法の特長である過剰間隙水圧の波動による急激な圧密時間短縮に，真空圧密工法の特長である載荷除荷の容易な大気圧を組み込む。対象地盤の地表面を密閉状態とする方法は，前記加圧函体の利用である。該加圧函体は，対象地盤表面に振動打設され地表面の密閉状態を確保するのは容易である。総合的急速圧密工法の完成である。真空圧密工法の大気圧載荷は，３次元的な圧密荷重として働くため、基礎地盤のせん断破壊防止の押さえ荷重はこの大気圧載荷分を除外して良い。また，真空圧密工法は，海底地盤の場合は水深に応じた水圧も取り込むことができる利点がある。本発明の前記の総合的急速圧密工法は，驚異的な急速圧密工法なるが故に軟弱地盤の改良のみならずその応用は広い。例えば航路の水深確保における，浚渫に依らない海底面沈下に依る増深。河川港湾の浚渫の伴わない覆砂による底質改良などである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図２は本発明の総合的急速圧密沈下工法を海底地盤で実施するための最良の形態となる機構についての説明用の図である。ここで，図２（ａ）は，本発明の工法にバーチカルドレーン工法，真空圧密工法を併用した総合的急速圧密工法の実施例の縦断面図である。ただし，図において既知の工法における設備等の図化は必要最小限とした。図２（ｂ）は，対象地盤の過剰間隙水圧の波動となる一定載荷重と繰り返し載荷重の各載荷重図である。
図２（ａ）は本発明の一定載荷重に繰り返し載荷重を加える載荷装置構造体Ｙが水深Ｄｆの海底地盤に据付けられた状態である。載荷装置構造体Ｙは加圧函体１と繰り返し荷重発生装置２と加圧タワー３から構成され，構造的に一体型のものである。また，該加圧函体１は，加圧板１−１と拘束壁１−２から構成されている。ここで，真空ポンプ７を稼動させて加圧函体１の内部，そして鉛直ドレーン１０を通して対象地盤全体を負圧（−Ｕｓ）とする。さらに繰り返し荷重発生装置２を稼動させる。図２（ａ）の載荷状況は，該加圧函体１の加圧板１−１には鉛直載荷重として大気圧（Ｕｓ）と水圧（Ｈωγω）そして繰り返
している。図２（ａ）のＡ１，Ａ２地盤が改良対象地盤で，Ａ１地盤が加圧函体１で塑性変形が拘束されている地盤，Ａ２，Ｂ２地盤が基礎地盤である。Ｃは水中である。地盤中の点線で示した曲線は，基礎地盤が載荷重に耐えかねて地盤破壊する時の一般的なせん断滑り面１４を示したものである。この時，加圧函体１の外周のＢ１地盤が基礎地盤の破壊を防止する押さえ荷重の役目をする。対象載荷重は水圧（Ｈωγω）の載荷重によるせん断滑りである。図２（ｂ）はこの時の各々の載荷重を図化したものである。ここでの一定載荷重は大気圧と水圧の和（Ｕｓ＋Ｈωγω）である。ただし，水圧は地表面の載荷圧であるから載荷の面積に応じて深部の応力は低減している。本発明の圧密工法は，前記一定載荷重と繰り返し載荷重が組み合わされる。この時，載荷重の組み合わせ割合を最適割合，繰り返し載荷重の周期を最適周期とする。このように前
るように設定して対象地盤全体に伝播させるのが好適である。
【実施例１】
【００１５】
以下，本発明の圧密沈下工法で，海底地盤を海上施工で地盤改良する実施例を図３〜図８に基づいて説明する。
【００１６】
図３は本発明の総合的急速圧密沈下工法を海底地盤での実施における，前段階の鉛直ドレーン１０とサンドマット１１の施工完了状態と本工法に使用する作業船の作業開始前の縦断面図である。
本発明の工法に使用される作業船の主構造は，前期載荷装置構造体Ｙと浮構造体Ｚを構成する台船４とガイドタワー５から構成されている。載荷装置構造
Ｚは，台船４の中心部に切り欠き空間６を設け，この切り欠き空間の外周鉛直上空に伸びる前記ガイドタワー５を固定し，構造的に一体型のものである。該作業船は，載荷装置構造体Ｙの加圧タワー３を浮構造体Ｚの台船４の切り欠き空間６とガイドタワー５に組み入れて，加圧函体１を台船４の底面に装備し，且つ加圧函体１は台船４の下の水中を昇降する機能を備え，且つ加圧函体１を海底地盤に据付けた密閉状態において，加圧函体１の内部圧を減圧，加圧する機能を備えた作業船である。図３において，加圧函体１の細部構造は，１−１は加圧板，１−２は拘束壁，１−３は剛性フィルター，１−４は負圧時の水平帯状集水空間である。また，７は真空ポンプ，８はコンプレッサー，９は加圧函体１の内部の圧気滞留層，１０は鉛直ドレーン，１１は水平ドレーンのサンドマットである。圧気滞留層９は載荷装置構造体Ｙの浮力として使われる。
【００１７】
図４は図３のＸ１−Ｘ１線の位置における本発明の作業船の水平断面図である。
【００１８】
図５は作業船の加圧函体１の圧気滞留層９を抜いて，載荷装置構造体Ｙを対象海底地盤の所定の位置に降下させて据付けたところの縦断面図ある。加圧函体１の拘束壁１−２の打設は，繰り返し荷重の発生装置２を稼動させて行われる。
【００１９】
図６は図５のＸ２−Ｘ２線の位置における本発明の作業船の水平断面図である。
【００２０】
図７は図２で説明した真空圧密工法を併用して圧密が急速に進行している状況を示す縦断面図である。真空ポンプ７を稼動させて加圧函体１の内部，そして鉛直ドレーン１０を通して対象地盤全体を負圧とする。さらに繰り返し荷重発生装置２を稼動させ，対象地盤全体に最適過剰間隙水圧の波動を発生させる。対象地盤の間隙水の排出は，鉛直ドレーン１０，サンドマット１１，剛性フィルター１−３，水平帯状集水空間１−４，真空ポンプ７を経由して排出される。真空ポンプ７の電源ケーブルや排水管は，加圧タワー３の支柱管の内部に配線，配管するのが好適である。
【００２１】
図８は所定の圧密沈下が完了し，載荷装置構造体Ｙを地盤から引き抜き上昇作業の状況を示す縦断面図である。今，作業船の加圧函体１の内部にコンプレッサー８で圧気を送り，圧気滞留層９を形成し浮力を上げているところである。拘束壁１−２はと地盤の付着は繰り返し荷重発生装置２を稼動させて縁を切ることを併行する。そして載荷装置構造体Ｙの加圧函体１を浮構造体Ｚの台船４の底面に装着する。必要な地盤改良は，該作業船で図３図５図７図８の作業サイクルを実施して進める。また，コンプレッサー８の配管は加圧タワー３の支柱管の内部に配管するのが好適である。
【実施例２】
【００２２】
本発明の圧密沈下工法を活用した河川，港湾の浚渫の伴わない水質処理，覆砂による底質改良の実施例を図９に基づいて説明する。
河川港湾の汚染された底質の対策工法は，掘削除去処理と原位置処理に大別される。覆砂は原位置処理で，この他に固化処理等がある。原位置処理は，橋脚，護岸沿いなど掘削処理が難しい場合に検討される。但し，原位置処理は覆砂材，固化材等で河積を縮小するので，河積に余裕が有る場合に限定される。また，固化処理工法は，覆砂工法に較べ対策工事費は大幅に高くなるが環境に有利とされている。
【００２３】
図９は，底質改良対象位置にサンドマット１１を敷設し，本発明の急速圧密沈下工法に使用する作業船を水底に据付けた状況を示す縦断面図である。図９において，Ｆは陸地盤，Ｇは護岸，１２は水質浄化槽である。また，汚染地盤は表層であるから，鉛直ドレーン１０は使用していない。本発明の作業船の載荷装置構造体Ｙで，対象汚染地盤全体に最適過剰間隙水圧の波動を発生させ，圧密を促進させる。対象汚染地盤の間隙水（汚染溶出水）の排出経路は，サンドマット１１，剛性フィルター１−３，水平帯状集水空間１−４，真空ポンプ７，加圧タワー３の支柱管内部の排水管を経由して水質浄化槽１２に集められる。水質浄化槽１２で水質処理をして環境基準値を満たした水質で放流する。対象汚染地盤の必要な圧密沈下が完了したならば，作業船の載荷装置構造体Ｙを浮上させ，サンドマット１１の上に良質な砂を覆砂する。流れが有る場合は，覆砂の上に抑えの砕石等で覆う。
本発明の圧密沈下工法を活用した底質改良の特長は次のとおりである。▲１▼覆砂の厚さは急速圧密沈下で確保するので河積の制限に拘束されない。▲２▼施工時載荷装置構造体Ｙの加圧函体１で遮へいされるので汚染拡散の恐れがない。▲３▼底質改良後の汚染溶出水の恐れがない。▲４▼護岸沿いの場合は，密度増加の地盤改良になり護岸の安定向上になる。▲５▼本発明の水質処理プラス覆砂工法は，環境に配慮したものであり，その上で他の工法の掘削除去処理，原位置固化処理工法に較べ対策工事費は大幅に安くなる。
【実施例３】
【００２４】
本発明の総合的急速圧密沈下工法で，埋立地における旧海底地盤を陸上施工で地盤改良する実施例を図１０に基づいて説明する。
図１０は，対象地盤に鉛直ドレーン１０とサンドマット１１を施工し，さらに本発明の載荷装置構造体Ｙを据付けた状況を示す縦断面図である。該載荷装置構造体Ｙは加圧函体１と繰り返し荷重発生装置２から構成されている。陸上使用であるから加圧タワー３は無い。図１０において，Ｄ，Ｅは埋立地盤，Ｆ，Ｇは旧海底地盤，圧密対象地盤はＦ，Ｈ地盤である。本発明の載荷装置構造体Ｙで，対象地盤全体に最適過剰間隙水圧の波動を発生させると圧密は促進する。対象地盤の一定載荷重は，土被り厚の載荷重と大気圧（Ｕｓ）である。繰り返し載荷重は図２で説明したとおりである。
図１０において，１３は載荷装置構造体Ｙを吊り上げ，移動する時に使用するフックである。載荷装置構造体Ｙを移動する時，リフト機能のある走行車４台が使用される。本発明の総合的急速圧密沈下工法の特長は，基本的に陸上海上とも同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】 標準圧密試験と微小振動圧密試験の時間−圧密歪量曲線図である。
【図２】 本発明の総合的急速圧密沈下工法の海底地盤での最良形態となる機構の説明図で，図２（ａ）は，本発明の実施例の縦断面図である。図２（ｂ）は，一定載荷重と繰り返し載荷重の各載荷重の図である。
【図３】 本発明の工法に使用する作業船の作業開始前の縦断面図である。
【図４】 図３のＸ１−Ｘ１線の位置における本発明の作業船の水平断面図である。
【図５】 本発明の作業船の載荷装置構造体Ｙを所定の海底地盤の位置に据付けた状況での縦断面図である。
【図６】 図５のＸ２−Ｘ２線の位置における本発明の作業船の水平断面図である。
【図７】 本発明の工法による圧密が急速に進行している状況を示す縦断面図である。
【図８】 所定の圧密沈下が完了し，載荷装置構造体Ｙを地盤から引き抜き上昇作業の状況を示す縦断面図である。
【図９】 底質改良において，本発明の作業船を対象位置の水底に据付けた状況を示す縦断面図である。
【図１０】 陸上施工において，本発明の載荷装置構造体Ｙを所定の位置に据付けた状況を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
Ｙ 載荷装置構造体， Ｚ 浮構造体，
１ 加圧函体，２ 繰り返し荷重発生装置，３ 加圧タワー，４ 台船，５ ガイドタワー， ７ 真空ポンプ，８ コンプレッサー，１０ 鉛直ドレーン， １１ サンドマット，
Ａ 改良対象地盤， Ｂ２ 基礎地盤の抑え荷重， Ｃ 水中，
【技術分野】
【０００１】
本発明は軟弱粘性土地盤を安定的にしかも急速な圧密促進により密度増加を図る地盤改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
粘性土地盤の圧密沈下は施設建設に伴い，圧密増加荷重が地盤に載荷されて進行し，圧密沈下と共に地盤の密度が増加し強度が増大する。従来，港湾施設の軟弱地盤対策は，施設建設時の基礎地盤のせん断破壊と施設供用後の圧密沈下が主であった。これらの地盤改良工法は，バーチカルドレーン工法の一種であるサンドドレーン工法とサンドコンパクションパイル工法が主流となっていた。バーチカルドレーン工法は，地盤中に鉛直方向のドレーンを設置して，排水距離を短くして圧密時間を短縮し，圧密沈下を促進させて地盤強化を図る工法である。これに対してサンドコンパクションパイル工法は，締め固めた砂杭を地盤中に多数造成して，地盤の支持力増強、基礎地盤破壊の防止、圧密沈下を抑制する工法である。
【０００３】
軟弱地盤上の盛土等は，必要な高さまで連続して行うと、基礎地盤がせん断破壊を起こすので、破壊に対する安定を考慮して、数度に分けて地盤の強度増加を確認しながら段階的に施工する。このためバーチカルドレーン工法と併用しても、載荷による圧密沈下工法は工事完了まで長い期間が必要で、急速施工にはならないといった欠点がある。プレロード工法は，施設建設によって載荷される荷重以上に載荷して，目標とする圧密を完了させたのち余分な荷重を除去する。圧密には二次圧密の問題があり，プレロード工法を行っても施設供用後も圧密沈下が長期間だらだらと続く。供用後に施設の沈下対策が容易にとれる護岸，防波堤等はサンドドレーン工法と段階的施工で軟弱地盤対策は可能であるが，容易でなく沈下の継続が好ましくない岸壁等の施設には致命的である。このような経緯から、サンドコンパクションパイル工法はサンドドレーン工法に比べ工事費は大幅に高くなるが、急速施工として広く用いられるようになった。
しかしながら，先の兵庫県南部地震においては、サンドコンパクションパイル工法で改良された地盤が液状化により破壊し、岸壁等に大きな被害をもたらした。これはサンドコンパクションパイル工法の締め固めにも限界があることを示している。また，軟弱地盤対策は兵庫県南部地震の被害を踏まえ，地震時の液状化対策を伴ったものでなければならない。
【０００４】
載荷圧密促進工法の一つに真空圧密工法がある。この工法は対象改良地盤表面を密閉状態として，負圧を発生させて大気圧（実用的には、６〜７ｔ／ｍ２）を載荷することにより圧密を促進させる工法である。この工法の特長は原理的に盛土荷重とは異なり，地盤内の土に対して、３次元的な圧密荷重として働く機構であるため、一気に載荷しても粘土地盤にせん断破壊を生じさせないような荷重状態で圧密を促進させられる。しかしながら，この真空圧密工法でも二次圧密問題が解決されないのは同じである。
【０００５】
振動・衝撃により圧密を促進する工法として動圧密工法がある。この工法は対象改良地盤表面に巨大なハンマーを高所から繰り返し落下させ，地盤に与える衝撃力と振動によって地盤を圧密強化するものとされている。しかし，動圧密工法は砂質土の締固め工法から出発した工法であり，細粒分の少ない粘性土に限定される。また飽和粘性土には逆効果が考えられる。これは大きな振幅の振動は，粘土構造を破壊するので圧密を阻害することになる。
【０００６】
現在、地球環境保全の観点から環境負荷の削減に向け、建設資源の省資源化が積極的に進められている。サンドコンパクションパイル工法は良質な砂を大量に使用し、パイル打設により生じる原地盤の盛り上がり土を処分する必要があるなど、環境負荷の大きいな工法となっている。これに対してバーチカルドレーン工法を併用する載荷圧密沈下工法は環境負荷の小さな工法であり，この利点を活かした従来にない急速圧密沈下工法が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記の問題点を鑑みてなされたもので，環境負荷が小さく経済的で，地震時の液状化の恐れが無い載荷圧密沈下工法を新しい発想からさらに発展させて，軟弱粘性土地盤の急速圧密沈下を安定的に実現し，さらに二次圧密の問題をいかに解決するかを課題としている。また，本発明は基本的にはプレロード工法であるから，必要に応じてバーチカルドレーン工法，真空圧密工法が併用される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の急速圧密沈下工法は，粘土の特性である荷電を有した階層的構造を踏まえて研究開発された工法である。
粘土は微細な粘土粒子がさまざまな配列をしてペッド（構造単位の団粒）をつくり，さらにペッドもさまざまな配列をして粘土の階層的構造を形成している。粘土粒子間の間隙をミクロポア，ペッド間の間隙をマクロポアと呼んでいる。粘土を構成する粘土粒子は，比表面積が大きく且つ荷電を有していることから，土粒子間に物理化学的な相互作用が働いている。この相互作用は，粘土の構造，粘土の水分保持力，圧密のメカニズムに大きな影響を与えている。
粘土の圧密現象は，粘土に圧縮圧力が作用すると，最初，圧縮圧力は間隙水圧によって支えられ過剰間隙水圧が発生する。過剰間隙水圧は粘土の内部から外の排水層に向かって水圧の勾配ができ，主にマクロポアの間隙水が排出されだす。このとき，ペッドはマクロポアを充てんするような形で再配列し圧縮する。そして，ペッドはペッドどうしの接触面を拡大させながら圧縮圧力に見合うペッド間有効応力を確保していく。すなわち，密度増加に見合った強度増加が発現する。圧密は間隙水の排出抵抗と粘土の骨格構造の変形抵抗による圧縮時間の遅れ現象でにある。
圧密が進行するためには間隙水の流出駆動力が粘土の水分保持力よりも卓越しなければならない。圧密を促進させるには基本的には二つの方法がある。一つは流出駆動力を増大させる方法で、これによる間隙水の移動を起こす力は一般に載荷による圧力勾配である。プレロード工法はこれの代表的なものである。しかし、粘土の骨格構造の変形抵抗要素が大きくなる二次圧密の領域に入ると圧密の進行は極端に遅くなる。もう一つは新しい発想で、粘土の水分保持力を一時的に低下させる方法である。具体的な粘土の水分保持力の低下方法は，地盤を振動させることで実現できる。粘土の構造が破壊されると水分保持力が低下し，せん断力が低下する。粘土の鋭敏性である。粘土構造の撹乱による水分保持力の低下法は，局部的な圧密促進が見込まれても，粘着力が大幅に低下しているので地盤は増加荷重で塑性変形し基礎地盤の破壊を起こす。特に水が常に供給される環境である海底地盤等においては，粘土構造を破壊する振動は粘土の吸水膨張を招き圧密にとって逆の方向に進み致命的である。本発明の水分保持力の低下法は，粘土構造を破壊せずに圧密時における粘土構造のペッドの再配列を容易とする水分保持力の低下である。すなわち，粘土構造の変化が密度増加の方向に限定する水分保持力の低下法である。この方法は間隙水の排出抵抗と粘土骨格構造の変形抵抗の両方に作用するので，二次圧密領域に入っても活発に圧密が促進される。本発明の水分保持力低下法は，流出駆動力を増大させる方法と組み合わせると，単独では得られない急激な圧密促進が図られる。しかしながら，粘土の構造を破壊しなくとも水分保持力の低下法は，粘土の軟化（強度低下）を伴う圧密沈下なので，地盤に一気に載荷をした場合，地盤の塑性変形から基礎地盤のせん断破壊を起こす恐れもあるのでこれの対策を講じる必要がある。
【０００９】
本発明は圧密増加荷重のもと急激な圧密促進を安定に確保するために，次の要件を満足させる。
第一の要件は，圧密時において，対象地盤の粘土構造を破壊せずに全体的に安定して粘土の水分保持力を一時的に低下させる必要がある。またこのとき，粘土の軟化は必要最小限に抑える必要がある。この第一の要件の解決手段は，対象地盤が地盤破壊を起こさない範囲でベースとなる一定載荷重（通常の載荷工法における圧密増加荷重）と繰り返し載荷重を平面的に継続して一様に加える。これにより，ベースとなる一定過剰間隙水圧に繰り返し過剰間隙水圧を加えた過剰間隙水圧の波動を対象地盤内に発生させるものである。
過剰間隙水圧の波動の発生は，本発明の一定載荷重に繰り返し載荷重を加える載荷装置を使用して行う。該載荷装置は載荷重を対象地盤に平面的に一様に伝達する加圧板と繰り返し載荷重の発生装置から構成される。該発生装置は偏心重錘の回転力による発生機構である。ここで，該載荷装置は，起振力により自身が振動を生じないだけの重量と一様な載荷状態とするための大きさの加圧面積，すなわち対象地盤の深さと同程度の幅を有する加圧面積を持ち，対象地盤の表面に接地状態で使用される。このため該載荷装置は，対象地盤に対して振動荷重ではなく繰り返し荷重を加えることになる。また，該発生装置の偏心重錘の回転半径，回転角速度は，可変とすることにより繰り返し載荷重の増減，周期の調整機能を備えた載荷装置が好適である。
第二の要件は，基礎地盤のせん断破壊を積極的に防止して，急激な圧密促進を安定して確保する。すなわち，対象地盤がより大きな過剰間隙水圧に対して地盤破壊を起こさない状態をつくりあげる。この第二の要件の解決手段は，対象地盤の直接載荷される表面地盤を構造体で囲い地盤の塑性変形を拘束する。該構造体は具体的には前記第一要件の加圧板の底部外周に拘束壁を取り付けた加圧函体である。この結果，該加圧函体の外周地盤は基礎地盤のせん断破壊を防止するための押さえ荷重の役目を果たす。
第三の要件は，載荷除荷の容易なプレロードを確保する。一般的にはプレロード材は土砂，岩塊であり載荷除荷の作業は大規模で長い施工期間となる。この第三の要件の解決手段は，大気圧，水圧の活用である。真空圧密工法は，圧密時間では従来の載荷工法と変わりは無いが，載荷除荷の容易な大気圧を利用することに特長がある。本発明の過剰間隙水圧の波動による急速圧密工法に真空圧密工法の載荷除荷の作業を組み込むものである。その方法は，前記加圧函体を利用し，表面地盤を密閉状態として対象地盤を負圧とする。すなわち真空圧密工法を併用して大気圧を載荷する。
【発明の効果】
【００１０】
第一の解決手段の効果は，粘土構造を破壊することなく，過剰間隙水圧の波動を対象地盤内に一様に発生させ，急速圧密沈下を実現することである。本発明の過剰間隙水圧の波動による圧密沈下工法は，まったく新しい発想による工法である。ここで，粘土構造を破壊しない範囲での過剰間隙水圧の波動は，粘土が圧縮方向に向かうための粘土構造のペッドの再配列を容易にする必要最小限の軟化である。
図１は標準圧密試験と微小振動圧密試験の時間−圧密歪量曲線の比較の一例である。微小振動圧密試験装置は，標準圧密試験装置にピストンバイブレイータ型の振動装置を組み込んだものである。試験試料をセットする圧密リングの下端には排水機能のある銅製の円形多孔板を取り付けてある。微小振動圧密荷重（繰り返し載荷重）は，前記の円形多孔板の繰り返し打撃による。また，これの圧密試験試料は，標準圧密試験装置と同様に塑性変形が拘束された一次元圧密の状態である。微小振動圧密試験方法は標準圧密試験に準拠したものである。前記圧密試験試料は不撹乱の粘土で，荷重段階＝５，圧密荷重Ｐ５＝１５７ＫＮ／ｍ２，微小振動圧密荷重Ｐ＝３ＫＮ／ｍ２である。この試験の圧密増加荷重はＰ５／２＝７８．５ＫＮ／ｍ２，微小振動圧密荷重はこの圧密増加荷重の３．８％である。ここで重要なことは，図１における前記微小圧密試験試料の状態は，圧密荷重が振動圧密荷重よりも大で一次元圧密の状態であるから，振動荷重を受けても圧密試験試料自体が振動することもせん断歪を発生することも無い。従って粘土構造が破壊されることはない。つまり，一定の圧密増加荷重は一定の過剰間隙水圧に置き換わり，微小振動圧密荷重は繰り返し過剰間隙水圧に置き換わる。すなわち，試験試料の粘土構造は破壊されず，試験試料内には過剰間隙水圧の波動が発生している状態である。図１の微小振動圧密試験の微小振動は，荷重段階＝４，Ｐ４＝７８．５ＫＮ／ｍ２の２４時間圧密が終了した状態で１分間実施，そして次の荷重段階＝５は当初から３０分間実施したものである。
図１の微小振動圧密荷重は圧密増加荷重のわずか３．８％にすぎないのに大幅な圧密促進を示している。例えば微小振動圧密試験は，標準圧密試験の２４時間（１，４４０分）の圧密歪量εｆ＝２．７２％を７．６分で達している。この圧密促進の効果は，微小振動圧密荷重を使わなければ圧密増加荷重を２倍程度に上げなければならない。これは圧密促進として，驚異的な効果である。これは二次圧密も取り込んで圧密が進行していることによる。粘性上は圧密により密度が増加し，過剰間隙水圧が有効応力に置き換わる。微小振動圧密荷重を停止すれば，時間と共に水分保持力が回復して粘着力は密度増加に応じて大幅に増大し，二次圧密は停止する。二次圧密問題の解決である。
【００１１】
本発明の載荷装置は，微小振動圧密試験装置の状態を実際の現場で再現するものである。しかし，前記の圧密試験のような完全な一次元圧密の再現は非常に困難である。従って本発明では，対象地盤にまず基礎地盤の破壊を起こさない範囲内で，一定載荷重及び繰り返し載荷重を加える。本発明の載荷装置は，載荷時これ自体が振動することは無く，常に対象地盤に接した状態で実施され，衝撃荷重を排除したものである。また，基礎地盤が破壊しない範囲の過剰間隙水圧の波動の大きさであるから，対象地盤内には，基礎地盤の破壊に至るせん断すべりは生じることは無い。従って対象地盤内には，過剰間隙水圧だけが伝播される状態である。このような状態は，粘土構造の変化が密度増加の方向に限定する水分保持力の低下状態で，粘土の軟化は必要最小限の状態ある。これにより急速圧密は安定して進行する
本発明の過剰間隙水圧の波動による圧密工法は、地盤の安定と圧密促進が両立して，効果が最大となる最適値がある。圧密の進行は，過剰間隙水圧が大きい方が速い，しかし地盤は不安定になり地盤破壊の危険がそれだけ大きくなる。プレロード工法は，載荷による過剰間隙水圧を大きくするには安定上限界がある。従って地盤の安定の範囲内における過剰間隙水圧の総和を固定とした場合，一定過剰間隙水圧と繰り返し過剰間隙水圧の最適割合の組み合わせが存在する。繰り返し過剰間隙水圧をゼロとしてすべてを一定過剰間隙水圧とした場合は，従来の載荷工法と同じである。繰り返し過剰間隙水圧は，圧密促進に驚異的な効果を与え，これが大きいほど圧密促進効果が大きい傾向にある。今，一定過剰間隙水圧の一部を徐々に繰り返し過剰間隙水圧に置き換えていく。しかし繰り返し過剰間隙水圧は，粘土の軟化を伴う。ある過剰間隙水圧の割合で地盤破壊の危険が生じる。この時の限界値が過剰間隙水圧の最適割合値である。本発明の圧密工法が，粘土構造のペッドの再配列を容易にする必要最小限の軟化とする所以である。また，過剰間隙水圧の波動の周期は，圧密促進に大きな影響を与える。地盤にとっての最適周期は一般に短い周期が効果的であるが，粘土の種類，地盤状態によって違いがある。
本発明の圧密沈下工法は，粘土の荷電及び階層的構造特性に基づき，地盤の安定及び圧密促進に最も適合する一定載荷重と繰り返し載荷重の最適割合，さらには繰り返し載荷重の周期を最適周期となるように調整し，これらの組み合わせ載荷重を対象地盤に加え，最適過剰間隙水圧の波動を対象地盤内に発生させ，急速圧密沈下の効果を最大限に発揮させるものである。
【００１２】
第二の解決手段の効果は，対象地盤に地盤破壊を起こさない過剰間隙水圧の範囲を広げることである。具体的効果としては，前記加圧函体の内部の対象地盤は，圧密試験の圧密リング内の試験試料と同様に一次元圧密状態である。該加圧函体の構造的機能は微小振動圧密試験装置の底板を外して載荷板と圧密リングを一体化し，繰り返し載荷重を載荷板に加えたものに相当する。従って該加圧函体の底面から下の対象地盤が基礎地盤と見なすことができる。この基礎地盤が過剰間隙水圧の波動に耐えて地盤破壊を起こさなければ良い。該加圧函体の外周地盤は基礎地盤のせん断破壊を防止するための押さえ荷重の役目を果たす。従って必要な押さえ荷重は，該加圧函体の拘束壁の高さによって確保できる。また圧密沈下の促進により，該加圧函体は沈下する。これにより基礎地盤の位置も低下し，相対的に前記外周地盤の押さえ荷重が増大する。従って，過剰間隙水圧の波動は，当初は小さめのものとして徐々に上げていくのが合理的である。
【００１３】
第三の解決手段の効果は，総合的急速圧密にある。本発明の圧密工法の特長である過剰間隙水圧の波動による急激な圧密時間短縮に，真空圧密工法の特長である載荷除荷の容易な大気圧を組み込む。対象地盤の地表面を密閉状態とする方法は，前記加圧函体の利用である。該加圧函体は，対象地盤表面に振動打設され地表面の密閉状態を確保するのは容易である。総合的急速圧密工法の完成である。真空圧密工法の大気圧載荷は，３次元的な圧密荷重として働くため、基礎地盤のせん断破壊防止の押さえ荷重はこの大気圧載荷分を除外して良い。また，真空圧密工法は，海底地盤の場合は水深に応じた水圧も取り込むことができる利点がある。本発明の前記の総合的急速圧密工法は，驚異的な急速圧密工法なるが故に軟弱地盤の改良のみならずその応用は広い。例えば航路の水深確保における，浚渫に依らない海底面沈下に依る増深。河川港湾の浚渫の伴わない覆砂による底質改良などである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図２は本発明の総合的急速圧密沈下工法を海底地盤で実施するための最良の形態となる機構についての説明用の図である。ここで，図２（ａ）は，本発明の工法にバーチカルドレーン工法，真空圧密工法を併用した総合的急速圧密工法の実施例の縦断面図である。ただし，図において既知の工法における設備等の図化は必要最小限とした。図２（ｂ）は，対象地盤の過剰間隙水圧の波動となる一定載荷重と繰り返し載荷重の各載荷重図である。
図２（ａ）は本発明の一定載荷重に繰り返し載荷重を加える載荷装置構造体Ｙが水深Ｄｆの海底地盤に据付けられた状態である。載荷装置構造体Ｙは加圧函体１と繰り返し荷重発生装置２と加圧タワー３から構成され，構造的に一体型のものである。また，該加圧函体１は，加圧板１−１と拘束壁１−２から構成されている。ここで，真空ポンプ７を稼動させて加圧函体１の内部，そして鉛直ドレーン１０を通して対象地盤全体を負圧（−Ｕｓ）とする。さらに繰り返し荷重発生装置２を稼動させる。図２（ａ）の載荷状況は，該加圧函体１の加圧板１−１には鉛直載荷重として大気圧（Ｕｓ）と水圧（Ｈωγω）そして繰り返
している。図２（ａ）のＡ１，Ａ２地盤が改良対象地盤で，Ａ１地盤が加圧函体１で塑性変形が拘束されている地盤，Ａ２，Ｂ２地盤が基礎地盤である。Ｃは水中である。地盤中の点線で示した曲線は，基礎地盤が載荷重に耐えかねて地盤破壊する時の一般的なせん断滑り面１４を示したものである。この時，加圧函体１の外周のＢ１地盤が基礎地盤の破壊を防止する押さえ荷重の役目をする。対象載荷重は水圧（Ｈωγω）の載荷重によるせん断滑りである。図２（ｂ）はこの時の各々の載荷重を図化したものである。ここでの一定載荷重は大気圧と水圧の和（Ｕｓ＋Ｈωγω）である。ただし，水圧は地表面の載荷圧であるから載荷の面積に応じて深部の応力は低減している。本発明の圧密工法は，前記一定載荷重と繰り返し載荷重が組み合わされる。この時，載荷重の組み合わせ割合を最適割合，繰り返し載荷重の周期を最適周期とする。このように前
るように設定して対象地盤全体に伝播させるのが好適である。
【実施例１】
【００１５】
以下，本発明の圧密沈下工法で，海底地盤を海上施工で地盤改良する実施例を図３〜図８に基づいて説明する。
【００１６】
図３は本発明の総合的急速圧密沈下工法を海底地盤での実施における，前段階の鉛直ドレーン１０とサンドマット１１の施工完了状態と本工法に使用する作業船の作業開始前の縦断面図である。
本発明の工法に使用される作業船の主構造は，前期載荷装置構造体Ｙと浮構造体Ｚを構成する台船４とガイドタワー５から構成されている。載荷装置構造
Ｚは，台船４の中心部に切り欠き空間６を設け，この切り欠き空間の外周鉛直上空に伸びる前記ガイドタワー５を固定し，構造的に一体型のものである。該作業船は，載荷装置構造体Ｙの加圧タワー３を浮構造体Ｚの台船４の切り欠き空間６とガイドタワー５に組み入れて，加圧函体１を台船４の底面に装備し，且つ加圧函体１は台船４の下の水中を昇降する機能を備え，且つ加圧函体１を海底地盤に据付けた密閉状態において，加圧函体１の内部圧を減圧，加圧する機能を備えた作業船である。図３において，加圧函体１の細部構造は，１−１は加圧板，１−２は拘束壁，１−３は剛性フィルター，１−４は負圧時の水平帯状集水空間である。また，７は真空ポンプ，８はコンプレッサー，９は加圧函体１の内部の圧気滞留層，１０は鉛直ドレーン，１１は水平ドレーンのサンドマットである。圧気滞留層９は載荷装置構造体Ｙの浮力として使われる。
【００１７】
図４は図３のＸ１−Ｘ１線の位置における本発明の作業船の水平断面図である。
【００１８】
図５は作業船の加圧函体１の圧気滞留層９を抜いて，載荷装置構造体Ｙを対象海底地盤の所定の位置に降下させて据付けたところの縦断面図ある。加圧函体１の拘束壁１−２の打設は，繰り返し荷重の発生装置２を稼動させて行われる。
【００１９】
図６は図５のＸ２−Ｘ２線の位置における本発明の作業船の水平断面図である。
【００２０】
図７は図２で説明した真空圧密工法を併用して圧密が急速に進行している状況を示す縦断面図である。真空ポンプ７を稼動させて加圧函体１の内部，そして鉛直ドレーン１０を通して対象地盤全体を負圧とする。さらに繰り返し荷重発生装置２を稼動させ，対象地盤全体に最適過剰間隙水圧の波動を発生させる。対象地盤の間隙水の排出は，鉛直ドレーン１０，サンドマット１１，剛性フィルター１−３，水平帯状集水空間１−４，真空ポンプ７を経由して排出される。真空ポンプ７の電源ケーブルや排水管は，加圧タワー３の支柱管の内部に配線，配管するのが好適である。
【００２１】
図８は所定の圧密沈下が完了し，載荷装置構造体Ｙを地盤から引き抜き上昇作業の状況を示す縦断面図である。今，作業船の加圧函体１の内部にコンプレッサー８で圧気を送り，圧気滞留層９を形成し浮力を上げているところである。拘束壁１−２はと地盤の付着は繰り返し荷重発生装置２を稼動させて縁を切ることを併行する。そして載荷装置構造体Ｙの加圧函体１を浮構造体Ｚの台船４の底面に装着する。必要な地盤改良は，該作業船で図３図５図７図８の作業サイクルを実施して進める。また，コンプレッサー８の配管は加圧タワー３の支柱管の内部に配管するのが好適である。
【実施例２】
【００２２】
本発明の圧密沈下工法を活用した河川，港湾の浚渫の伴わない水質処理，覆砂による底質改良の実施例を図９に基づいて説明する。
河川港湾の汚染された底質の対策工法は，掘削除去処理と原位置処理に大別される。覆砂は原位置処理で，この他に固化処理等がある。原位置処理は，橋脚，護岸沿いなど掘削処理が難しい場合に検討される。但し，原位置処理は覆砂材，固化材等で河積を縮小するので，河積に余裕が有る場合に限定される。また，固化処理工法は，覆砂工法に較べ対策工事費は大幅に高くなるが環境に有利とされている。
【００２３】
図９は，底質改良対象位置にサンドマット１１を敷設し，本発明の急速圧密沈下工法に使用する作業船を水底に据付けた状況を示す縦断面図である。図９において，Ｆは陸地盤，Ｇは護岸，１２は水質浄化槽である。また，汚染地盤は表層であるから，鉛直ドレーン１０は使用していない。本発明の作業船の載荷装置構造体Ｙで，対象汚染地盤全体に最適過剰間隙水圧の波動を発生させ，圧密を促進させる。対象汚染地盤の間隙水（汚染溶出水）の排出経路は，サンドマット１１，剛性フィルター１−３，水平帯状集水空間１−４，真空ポンプ７，加圧タワー３の支柱管内部の排水管を経由して水質浄化槽１２に集められる。水質浄化槽１２で水質処理をして環境基準値を満たした水質で放流する。対象汚染地盤の必要な圧密沈下が完了したならば，作業船の載荷装置構造体Ｙを浮上させ，サンドマット１１の上に良質な砂を覆砂する。流れが有る場合は，覆砂の上に抑えの砕石等で覆う。
本発明の圧密沈下工法を活用した底質改良の特長は次のとおりである。▲１▼覆砂の厚さは急速圧密沈下で確保するので河積の制限に拘束されない。▲２▼施工時載荷装置構造体Ｙの加圧函体１で遮へいされるので汚染拡散の恐れがない。▲３▼底質改良後の汚染溶出水の恐れがない。▲４▼護岸沿いの場合は，密度増加の地盤改良になり護岸の安定向上になる。▲５▼本発明の水質処理プラス覆砂工法は，環境に配慮したものであり，その上で他の工法の掘削除去処理，原位置固化処理工法に較べ対策工事費は大幅に安くなる。
【実施例３】
【００２４】
本発明の総合的急速圧密沈下工法で，埋立地における旧海底地盤を陸上施工で地盤改良する実施例を図１０に基づいて説明する。
図１０は，対象地盤に鉛直ドレーン１０とサンドマット１１を施工し，さらに本発明の載荷装置構造体Ｙを据付けた状況を示す縦断面図である。該載荷装置構造体Ｙは加圧函体１と繰り返し荷重発生装置２から構成されている。陸上使用であるから加圧タワー３は無い。図１０において，Ｄ，Ｅは埋立地盤，Ｆ，Ｇは旧海底地盤，圧密対象地盤はＦ，Ｈ地盤である。本発明の載荷装置構造体Ｙで，対象地盤全体に最適過剰間隙水圧の波動を発生させると圧密は促進する。対象地盤の一定載荷重は，土被り厚の載荷重と大気圧（Ｕｓ）である。繰り返し載荷重は図２で説明したとおりである。
図１０において，１３は載荷装置構造体Ｙを吊り上げ，移動する時に使用するフックである。載荷装置構造体Ｙを移動する時，リフト機能のある走行車４台が使用される。本発明の総合的急速圧密沈下工法の特長は，基本的に陸上海上とも同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】 標準圧密試験と微小振動圧密試験の時間−圧密歪量曲線図である。
【図２】 本発明の総合的急速圧密沈下工法の海底地盤での最良形態となる機構の説明図で，図２（ａ）は，本発明の実施例の縦断面図である。図２（ｂ）は，一定載荷重と繰り返し載荷重の各載荷重の図である。
【図３】 本発明の工法に使用する作業船の作業開始前の縦断面図である。
【図４】 図３のＸ１−Ｘ１線の位置における本発明の作業船の水平断面図である。
【図５】 本発明の作業船の載荷装置構造体Ｙを所定の海底地盤の位置に据付けた状況での縦断面図である。
【図６】 図５のＸ２−Ｘ２線の位置における本発明の作業船の水平断面図である。
【図７】 本発明の工法による圧密が急速に進行している状況を示す縦断面図である。
【図８】 所定の圧密沈下が完了し，載荷装置構造体Ｙを地盤から引き抜き上昇作業の状況を示す縦断面図である。
【図９】 底質改良において，本発明の作業船を対象位置の水底に据付けた状況を示す縦断面図である。
【図１０】 陸上施工において，本発明の載荷装置構造体Ｙを所定の位置に据付けた状況を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
Ｙ 載荷装置構造体， Ｚ 浮構造体，
１ 加圧函体，２ 繰り返し荷重発生装置，３ 加圧タワー，４ 台船，５ ガイドタワー， ７ 真空ポンプ，８ コンプレッサー，１０ 鉛直ドレーン， １１ サンドマット，
Ａ 改良対象地盤， Ｂ２ 基礎地盤の抑え荷重， Ｃ 水中，
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟弱地盤の載荷による圧密沈下工法において，対象地盤に地盤破壊を起こさない範囲の一定載荷重と繰り返し載荷重を平面的に継続して載荷することにより，対象地盤内に一定過剰間隙水圧に繰り返し過剰間隙水圧を加えた過剰間隙水圧の波動を発生させて急速に圧密沈下を促進させる圧密沈下工法。
【請求項２】
請求項１の圧密沈下工法において，一定載荷重と繰り返し載荷重の組み合わせの割合及び繰り返し載荷重の周期は，地盤の安定及び圧密促進に対して最適割合及び最適周期として設定した載荷重を対象地盤に加え，最適過剰間隙水圧の波動を対象地盤内に発生させて急速に圧密沈下を促進させる圧密沈下工法。
【請求項３】
請求項１の一定載荷重と繰り返し載荷重を載荷する載荷装置において，該載荷装置は対象地盤の表面に平面的に直接接地させて載荷重を伝達する加圧板，又は地盤の塑性変形を拘束する拘束壁を前記加圧板の底部外周に取り付けた加圧函体と繰り返し荷重の発生装置から成り，該加圧板又は加圧函体自身が振動を生じないだけの重量と一様な載荷状態とするための大きさの加圧面積を持ち，該発生装置は繰り返し載荷重の増減と周期の調整機能を備えた圧密沈下工法に使用する載荷装置。
【請求項４】
請求項１の圧密沈下工法が海底地盤のときに使用される作業船において，該作業船の主構造は浮体となる台船とガイドタワー及び請求項３の加圧函体形式の載荷装置と加圧タワーから構成され，前記台船はこれの中心部に切り欠き空間を設け，この切り欠き空間の外周に前記ガイドタワーを固定したものとし，前記載荷装置は前記加圧函体の中心部上面に前記繰り返し荷重の発生装置を装備した前記加圧タワーが固定されたものとし，該加圧函体と一体の加圧タワーを前記台船の切り欠き空間と前記台船のガイドタワーに組み入れ，該加圧函体を前記台船の底面に装備し，且つ該加圧函体は前記台船下の水中を昇降する機能を備え，且つ該加圧函体を海底地盤に据付けた密閉状態において，該加圧函体の内部圧を減圧，加圧する機能を備えた圧密沈下工法に使用する作業船。
【請求項１】
軟弱地盤の載荷による圧密沈下工法において，対象地盤に地盤破壊を起こさない範囲の一定載荷重と繰り返し載荷重を平面的に継続して載荷することにより，対象地盤内に一定過剰間隙水圧に繰り返し過剰間隙水圧を加えた過剰間隙水圧の波動を発生させて急速に圧密沈下を促進させる圧密沈下工法。
【請求項２】
請求項１の圧密沈下工法において，一定載荷重と繰り返し載荷重の組み合わせの割合及び繰り返し載荷重の周期は，地盤の安定及び圧密促進に対して最適割合及び最適周期として設定した載荷重を対象地盤に加え，最適過剰間隙水圧の波動を対象地盤内に発生させて急速に圧密沈下を促進させる圧密沈下工法。
【請求項３】
請求項１の一定載荷重と繰り返し載荷重を載荷する載荷装置において，該載荷装置は対象地盤の表面に平面的に直接接地させて載荷重を伝達する加圧板，又は地盤の塑性変形を拘束する拘束壁を前記加圧板の底部外周に取り付けた加圧函体と繰り返し荷重の発生装置から成り，該加圧板又は加圧函体自身が振動を生じないだけの重量と一様な載荷状態とするための大きさの加圧面積を持ち，該発生装置は繰り返し載荷重の増減と周期の調整機能を備えた圧密沈下工法に使用する載荷装置。
【請求項４】
請求項１の圧密沈下工法が海底地盤のときに使用される作業船において，該作業船の主構造は浮体となる台船とガイドタワー及び請求項３の加圧函体形式の載荷装置と加圧タワーから構成され，前記台船はこれの中心部に切り欠き空間を設け，この切り欠き空間の外周に前記ガイドタワーを固定したものとし，前記載荷装置は前記加圧函体の中心部上面に前記繰り返し荷重の発生装置を装備した前記加圧タワーが固定されたものとし，該加圧函体と一体の加圧タワーを前記台船の切り欠き空間と前記台船のガイドタワーに組み入れ，該加圧函体を前記台船の底面に装備し，且つ該加圧函体は前記台船下の水中を昇降する機能を備え，且つ該加圧函体を海底地盤に据付けた密閉状態において，該加圧函体の内部圧を減圧，加圧する機能を備えた圧密沈下工法に使用する作業船。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−３０９０７３（Ｐ２００７−３０９０７３Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６６６５７（Ｐ２００６−１６６６５７）
【出願日】平成１８年５月１９日（２００６．５．１９）
【出願人】（５０６１０１８０５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１９日（２００６．５．１９）
【出願人】（５０６１０１８０５）
【Ｆターム（参考）】
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