圧縮減圧装置及び軟弱地盤の改良工法
【課題】地盤中に放置しても大きなコストアップにならずに、真空ポンプや、大気圧供給ポンプの役割を果たす圧縮減圧装置を提供する。
【解決手段】４サイクルガソリンエンジンを用いた圧縮減圧装置１５であって、排気弁７を開閉するタイミングカムの位相を９０度ずらすことで、吸気弁６と同時閉工程を挟んで交互に開くようにし、点火プラグ部５により逆止弁５ａを介して圧縮工程で形成される圧縮空気を圧縮タンク１４Ｐに連結し、吸気工程で形成される吸入圧を減圧タンク１４Ｖに連結した。
【解決手段】４サイクルガソリンエンジンを用いた圧縮減圧装置１５であって、排気弁７を開閉するタイミングカムの位相を９０度ずらすことで、吸気弁６と同時閉工程を挟んで交互に開くようにし、点火プラグ部５により逆止弁５ａを介して圧縮工程で形成される圧縮空気を圧縮タンク１４Ｐに連結し、吸気工程で形成される吸入圧を減圧タンク１４Ｖに連結した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４サイクルエンジンを用いた圧縮減圧装置と、この圧縮減圧装置を用いた、地盤への載荷圧力を自由にコントロールできて、軟弱地盤に含まれる間隙水と空気とを効率よく、確実に排出することができる軟弱地盤の改良工法であり、真空圧（本願では大気圧より低い圧力を意味する）を利用した間隙水の強制排水による改良地盤の圧密沈下に加えて、大気圧を反力とする実荷重を改良地盤の深部まで加えることで圧密沈下を促進し、地盤の強度増加を図ることができ、しかも地盤改良後の地盤の支持力増加のための盛土に代わる残留沈下対策としても有効な軟弱地盤の改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤の改良工法としては、改良する軟弱地盤（以下改良地盤という）上面を気密シートで被覆して前記改良地盤中に真空圧を負荷して、前記改良地盤中に改良地盤周辺部と隔離された減圧領域を造り出すと共に、軟弱地盤上に盛土を施して盛土の圧密載荷重を負荷することで、軟弱地盤を硬質地盤へと改良するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、本発明者は、上記出願に関連して、真空圧の伝播経路と改良地盤内からの間隙水の排水経路とを独立させることにより、より効果的な真空圧密が実現できる工法を提案している（特許文献２参照）。つまり、上記提案の工法は、改良地盤内からの間隙水と空気とを分離する排水タンクを含む独立した排水経路を前記改良地盤内に設け、前記排水タンク内の間隙水を強制的に改良地盤外へ排水するというものである。
【０００４】
さらに、本発明者は、地盤への載荷圧力を自由にコントロールできて、軟弱地盤に含まれる間隙水と空気とを効率よく、確実に排出することができる軟弱地盤の改良工法であり、真空圧を利用した間隙水の強制排水による改良地盤の圧密沈下に加えて、大気圧を反力とする実荷重を改良地盤の深部まで加えることで圧密沈下を促進し、改良地盤の強度増加を図ることができ、しかも地盤改良後の地盤の支持力増加のための盛土に代わる残留沈下対策としても有効な軟弱地盤の改良工法を特許文献３（未公開）として提案している。
【０００５】
ところが、これらの特許文献１〜３では、その工法の終了後、地盤中に真空ポンプや真空タンク、加えて、大気圧を供給するポンプなどを残したまま放置しなければなら場合があり、その分無駄なコストがかかるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２７０９６８号掲載公報（請求項１および２、図７参照）
【特許文献２】特許第３７０４６４３号掲載公報（請求項１、図１参照）
【特許文献３】特願２００９−２３６５１０号（請求項１、図１参照。平成２１年１０月１３日出願。本願出願時には未公開。）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような技術的課題に鑑みなされたものであり、地盤中に放置しても大きなコストアップにならずに、真空ポンプや、大気圧供給ポンプの役割を果たす圧縮減圧装置と、この圧縮減圧装置を用いた軟弱地盤の改良工法と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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、４サイクルガソリンエンジンを用いた圧縮減圧装置であって、排気弁を開閉するタイミングカムの位相を９０度ずらすことで、吸気弁と同時閉工程を挟んで交互に開くようにし、点火プラグ部により逆止弁を介して圧縮工程で形成される圧縮空気を圧縮タンクに連結し、吸気工程で形成される吸入圧を減圧タンクに連結した。
【０００９】
また、本発明は、上記発宿減圧装置において、圧縮減圧装置のシリンダの各孔の内周と、各ピストンの外周に滑り性のよい合成樹脂を素材とするシリンダスリーブ、ピストンスリーブとを設けたことを特徴とする
【００１０】
また、本発明は、改良する軟弱地盤（以下、改良地盤という）上面を気密シートで覆い、該気密シート下に真空圧を負荷することで前記改良地盤に改良地盤周辺部と隔離された減圧領域を造り出し、これにより前記改良地盤中の間隙水を排水することで、前記改良地盤を硬質地盤へと改良する軟弱地盤の改良工法において、
前記改良地盤内に多数の帯状緊張材を打設し、次いで、前記改良地盤上面に膨張可能な１又は複数の袋状物を配置すると共に、前記帯状緊張材の上端と繋がる非伸縮性材料からなる支持部材を前記１又は複数の袋状物上面に跨るように配置し、その後、前記１又は複数の袋状物を膨張させることにより、前記支持部材と繋がる帯状緊張材を緊張させ、該帯状緊張材間で地盤を締め付け、前記真空圧を本発明の圧縮減圧装置の減圧タンクから受け、または／かつ、前記袋状部を膨張させる圧縮空気を本発明の圧縮減圧装置の圧縮タンクから受けるようにした。
【発明の効果】
【００１１】
また、圧縮減圧装置は、４サイクルガソリンエンジンにわずかな変更を加えて、圧縮と減圧の双方とができるようにしたので、地盤中に放置しても大きなコストアップにならずに、真空ポンプや、大気圧供給ポンプの役割を果たす。
【００１２】
また、上記圧縮減圧装置の効果に加え、滑り性のよりスリーブにより、圧縮減圧について、ピストンとシリンダ間の摩擦力の影響が極力抑えられ、この圧縮減圧装置を駆動するモータ（Ｍ）もよりパワーの小さいものを用いて、同じ、圧縮減圧効果を発揮することができる。
【００１３】
本発明の軟弱地盤の改良工法にあっては、改良地盤上面に配置した膨張可能な１又は複数の袋状物を膨張させることにより、該１又は複数の袋状物の上面に跨るように配置した非伸縮性材料よりなる支持部材に繋がり、改良地盤内に打設した多数の帯状緊張材を緊張させ、これにより該帯状緊張材間で地盤を締め付けるようになっている。この結果、真空圧を利用した間隙水の強制排水による改良地盤の圧密沈下に加えて、大気圧を反力とする実荷重を改良地盤の深部まで加えて圧密沈下を促進し、改良地盤の強度増加を図ることができるのである。
【００１４】
また、本発明の軟弱地盤の改良工法にあっては、地盤改良後の地盤の支持力増加のための盛土に代えて残留沈下対策手段としても利用できるので、例えば河川堤防のように、地盤の支持力増加が求められるにも拘わらず、盛土を施すことに規制があるような地盤の改良には極めて有効である。また、上記圧縮減圧装置を用いて、真空圧、圧縮ガスを得るようにしたので、上記圧縮減圧装置の効果を軟弱地盤の改良工法として発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の圧縮減圧装置を示すもので、（ａ）はその要部構成を概念的に示す図、（ｂ）は標準サイクルと本発明の改良サイクルの作動工程を比較する表を示す図
【図２】図１の圧縮減圧装置の改良版を示す図
【図３】本発明の改良工法の適用例を示した断面模式図。
【図４】同じく図２の平面図。
【図５】帯状緊張材の各種態様を示し、（ａ）は表面に多数の凸部を有するシートを示し、（ｂ）は凹凸を有するシートを示し、（ｃ）は多数の孔を有するシートを示し、（ｄ）はネットを示す。
【図６】本発明の改良工法の別の態様を示した断面模式図。
【図７】本発明の改良工法のさらに別の態様を示した断面模式図。
【符号の説明】
【００１６】
１ ・・・ピストン
１ａ ・・・ピストンスリーブ
２ ・・・シリンダ
２Ａ ・・・シリンダ本体
２Ｂ ・・・シリンダヘッド
２ａ ．．．シリンダスリーブ
３ ・・・クランク機構
５ ・・・排気口
５ａ ・・・逆止弁
６、７ ・・・吸気弁
８ ・・・モーター
１１ ・・・鉛直ドレーン材
１２ ・・・水平ドレーン材
１３ ・・・集水管
１４Ｖ ・・・真空タンク（減圧タンク）
１４Ｐ ・・・圧縮タンク
１５，１５Ａ ・・・圧縮減圧装置
１６ ・・・気密シート
３１ ・・・帯状緊張材
３２ ・・・袋状物
３３ ・・・支持部材
３４ ・・・盛土
４０ ・・・樹脂板
Ａ ・・・改良地盤
Ｂ ・・・周辺地盤
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜実施態様１＞
以下、本発明の実施態様を添付図面を参照しながら、説明する。図１は、本発明の圧縮減圧装置を示すもので、（ａ）はその要部構成を概念的に示す図、（ｂ）は標準サイクルと本発明の改良サイクルの作動工程を比較する表を示す図である。
【００１８】
この圧縮減圧装置１５は、４サイクルガソリンエンジンにわずかな変更を加えて、圧縮と減圧の双方とができるようにしたものであって、ガソリンエンジンの基本的構成要素としてのピストン１、シリンダ２、クランク機構３、点火プラグ穴をそのまま利用した排気口５、本来の吸気弁６と、本来の排気弁を開閉するタイミングカム（不図示）の位相を９０度ずらすことで、同時閉の工程を挟んで吸気弁と交互に開閉するようにした吸気弁７とを備えている。
【００１９】
この本発明の吸気弁６、７の開閉タイミング（サイクル）については、ガソリンエンジンとして使う標準サイクルの場合と比較して、図１（ｂ）に明確に記載されている。
【００２０】
排気口５には、逆止弁５ａを介して圧縮タンク１４Ｐが連結され、二つの吸気弁６，７で開閉される部分には、減圧タンク１４Ｖが連結されている。また、クランク機構３は、電動モーター８で回転駆動される。
【００２１】
つまり、この圧縮減圧装置１５は、４サイクルガソリンエンジンを用いたものであって、排気弁７を開閉するタイミングカムの位相を９０度ずらすことで、吸気弁５と同時閉工程を挟んで交互に開くようにし、点火プラグ部５により逆止弁５ａを介して圧縮工程で形成される圧縮空気を圧縮タンク１４Ｐに連結し、吸気工程で形成される吸入圧を減圧タンク１４Ｖに連結したことを特徴とする。
【００２２】
圧縮タンク１４Ｐに所定圧を維持する圧力制御弁１４ａと安全弁１４ｂとを設け、減圧タンク１４Ｖに所定圧を維持する圧力制御弁１４ｃを設けている。これらの圧力制御弁１４ａ、安全弁１４ｂ及び圧力制御弁１４ｃはそれぞれのタンクの圧力を所定圧より大きくならないように維持し、また、過剰圧で破裂しないようにするものであるが、必要に応じて設けてもよく、設けなくともよい。
【００２３】
このような圧縮減圧装置１５を用いると、クランク機構３の回転に応じて、吸気弁６、７のいずれか一方が開いて吸気工程をなし、減圧タンク１４Ｖの圧力を減圧する。一方、クランク機構３の回転に応じて、吸気弁６、７の双方が閉じて圧縮工程にある時は圧縮空気が排気口５を通って、圧縮タンク１４Ｐに貯留される。
【００２４】
この圧縮減圧装置１５は、上述のように４サイクルガソリンエンジンにわずかな変更を加えるだけで、圧縮ガスを圧縮タンク１４Ｐに貯留することと、減圧タンク１４Ｖの圧力を減圧することの双方を達成することができる。なおかつ、基となる４サイクルガソリンエンジンを使用済の自動車等から取り出したものとすることで、廃物の再利用ともなり、コストも非常に安くなり、廃棄資源の再利用ともなり、環境に優しい技術ともなる。
【００２５】
つまり、本発明の圧縮減圧装置１５によれば、地盤中に放置しても大きなコストアップにならずに、真空ポンプや、大気圧供給ポンプの役割を果たすことができる。
【００２６】
＜実施態様２＞
図２は、図１の圧縮減圧装置の改良版を示す図である。これよりすでに説明した部分と同じ部分には、同じ符号を付して重複説明を省略する。
【００２７】
この圧縮減圧装置１５Ａは、図１の圧縮減圧装置１５に比べ、シリンダ２が、シリンダ本体２Ａとシリンダヘッド２Ｂからなることを明確にし、このシリンダ本体２Ａの各シリンダ内に、その必要に応じて内径を大きくする加工を行い、その分、元の内径になるようにシリンダスリーブ２ａを挿入し固定した点、及び、ピストン１Ａの外径をその外径が小さくなるように追加工をし、その分だけ元の外径を維持するようにピストンスリーブ１ａを外挿固定した点が異なっている。
【００２８】
このシリンダスリーブ２ａ，ピストンスリーブ１ａを、滑り性が良く、かつ、滑りによってすり減ることが少ない合成樹脂素材で構成して、ピストン１Ａの上下動に際しての摩擦力を減少させ、かつ、オイルフリー（潤滑剤不要）を達成し、圧縮・膨張する気体に不必要な潤滑油が混入されないようにしている。
【００２９】
その合成樹脂素材の具体例としては、ナイロン６６（（登録商標）、一般名称ポリアミド（ＰＡ））や、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、商品名（テフロン（登録商標）））が好適である。
【００３０】
この圧縮減圧装置１５Ａは上記のような構成としたので、圧縮減圧装置１５の効果に加え、圧縮減圧について、ピストン１Ａとシリンダ２Ａ間の摩擦力の影響が極力抑えられ、この圧縮減圧装置１５Ａを駆動するモータ（Ｍ）８もよりパワーの小さいものを用いて、同じ、圧縮減圧効果を発揮することができる。
【００３１】
また、ピストン１Ａについては、スリーブ１ａにより、ピストンリングが不要となり、ピストンリングによる圧力漏れも防ぐことができる。
【００３２】
＜実施態様３＞
この軟弱地盤の改良工法（以下、改良工法という）は、図３及び図４に示すように、気密シート１６で改良地盤Ａ上面を覆い、該気密シート１６下に真空圧を負荷することで前記改良地盤Ａに改良地盤周辺部Ｂと隔離された減圧領域を造り出す方法（以下、真空圧密工法という）をさらに改良したものである。
【００３３】
なお、圧縮タンク１４Ｐと袋状物３２とを連結する管路を太めの二点鎖線で示しているが、これらは模式的に表したものであり、実際には、気密シート１６内に配置されるものである。
【００３４】
この真空圧密工法は、鉛直ドレーン材を打設して改良地盤中に鉛直排水路を造成する工程と、鉛直ドレーン材に水平ドレーン材を接続する工程と、水平ドレーン材に集水管を接続する工程と、改良地盤上面を気密シートで覆う工程とを備えている。
【００３５】
まず、図３及び図４に示すように、鉛直ドレーン材１１を改良地盤Ａ中に所定間隔に打設する。鉛直ドレーン材１１は鉛直排水路を構成するものであり、地盤加圧の環境でも真空圧（減圧）の伝播、排水経路としての機能を確保でき、目詰まりせず、沈下による圧縮や減圧で潰れることがないものであれば、その構造、素材、大きさなどは任意である。
【００３６】
図３及び図４に示す鉛直ドレーン材１１には、長手方向に一定間隔に立てて並べた長尺な平板状の合成樹脂線材に同じく長尺な平板状の合成樹脂線材を直交方向に所定間隔に立てて並べて、これらの合成樹脂線材を交点で接合した合成樹脂ネットと、これを内包する不織布とからなる帯状の複合シートを用いた。この鉛直ドレーン材１１にあっては、折れたり曲がったりしても、合成樹脂ネットと不織布とによって形成されている通水経路が確保されており、しかも合成樹脂ネット全体が不織布で覆われていて、目詰まりを生じ難いというメリットがある。
【００３７】
鉛直ドレーン材１１を打設する間隔は、負荷された真空圧による真空圧伝播の可能な範囲が望ましく、具体的にはおおよそ１ｍ間隔である。この鉛直ドレーン材１１をマンドレル（図示しない）に内挿した状態で改良地盤Ａ中に貫入し、鉛直ドレーン材１１を改良地盤Ａ内に残したままマンドレル（図示しない）を引き上げることで該鉛直ドレーン材１１を打設することができる。
【００３８】
こうして鉛直ドレーン材１１を改良地盤Ａ中に所定の間隔をおいて打設することで、改良地盤Ａ内には所定の間隔をおいて鉛直状の排水路が造成されることになり、各排水路間の改良地盤Ａ中に含まれる水及び空気が鉛直ドレーン材１１を排水経路として吸い上げられるようになっている。
【００３９】
次いで、この鉛直ドレーン材１１に水平ドレーン材１２を接続する。鉛直ドレーン材１１は、その上端部分１１ａが改良地盤Ａの上面に突出するように打ち込まれており、この上端部分１１ａに水平ドレーン材１２を接触するように平行状に配置するのである。
【００４０】
水平ドレーン材１２としては、水及び空気が該水平ドレーン１２の長手方向（水平方向）へと移動できる通路としての機能を持つものならば、線状や帯状、面状のものなど何でもよいが、改良地盤Ａ側からの水及び空気が該水平ドレーン材１２内部へ侵入する口、例えば孔、スリットなどが、地盤中の砂や土砂などによって閉塞してしまい、水及び空気の水平ドレーン材１２内部への侵入が困難となったり、同じく改良地盤Ａ中の砂や土砂などによって通路が閉塞して水及び空気が移動できなかったりすることが少ない構造のものが好ましい。
【００４１】
図３及び図４に示す態様では、前記鉛直ドレーン材１１と同じ構造を持つもの（合成樹脂ネットとその表面を覆う不織布とからなる帯状の複合シート）を用いた。この場合、水及び空気は、合成樹脂ネットを覆う不織布側から侵入し、合成樹脂ネットと不織布との隙間、及び不織布の構成繊維相互間を通して移動するようになる。
【００４２】
鉛直ドレーン材１１に水平ドレーン材１２を接続する態様としては、特に限定されず、単に改良地盤Ａ上面に突出する鉛直ドレーン材１１の上端部分１１ａに水平ドレーン材１２を重ね置くだけでもよい。図２及び図３に示す例では、水平ドレーン材１２を長さ方向に渡って二つ折りし、鉛直ドレーン材１１の上端部分１１ａを挟み込むという方法を採用している。
【００４３】
次いで、水平ドレーン材１２の所要箇所に集水管１３を接続する。集水管１３は、管周面に多数の孔を設けた有孔管であり、この集水管１３の一端側には真空タンク１４Ｖを介して圧縮減圧装置１５が接続されている。そして、圧縮減圧装置１５からの真空圧が真空タンク１４Ｖを介して集水管１３へと伝達され、さらにはこの集水管１３に繋がる水平ドレーン材１２及び鉛直ドレーン材１１を介して改良地盤Ａへ真空圧が伝播するようになっている。
【００４４】
水平ドレーン材１２に集水管１３を接続する態様としては、特に限定されず、水平ドレーン材１２に集水管１３が接触していればよい。図３及び図４に示す例では、水平ドレーン材１２を集水管１３に巻き付けて非接触状態とならないようにしている。
【００４５】
次いで、改良地盤Ａ上面を鉛直ドレーン材１１の上端部、水平ドレーン材１２及び集水管１３と共に気密シート１６で覆う。気密シート１６としては、空気が透過できない様にできるものであるならば特に限定されず、例えば合成樹脂シート、特には合成樹脂フィルム表面に繊維基材をラミネートしてシート強度を高め、運搬時や施工時にピンホールが発生し難くしたものが望ましい。
【００４６】
この気密シート１６のシート端末を改良地盤の周辺部Ｂ内に埋め込み、改良地盤Ａ上面を鉛直ドレーン材１１の上端部、水平ドレーン材１２及び集水管１３と共に覆うのである。改良地盤Ａ上面を気密シート１６で覆うことにより、圧縮減圧装置１５からの真空圧は、集水管１３、水平ドレーン材１２及び鉛直ドレーン材１１を通じて改良地盤Ａ内へと確実に伝播するようになり、より効率的な真空圧密を実現することができるのである。
【００４７】
次いで、圧縮減圧装置１５を稼働させることで、圧縮減圧装置１５からの真空圧は、気密シート１６によって空気の出入りが遮断された状態で、真空タンク１４Ｖ、集水管１３、水平ドレーン材１２及び鉛直ドレーン材１１へと伝播し、鉛直ドレーン材１１内を所定の真空圧とするようになっている。
【００４８】
鉛直ドレーン材１１内の真空圧は、鉛直ドレーン材１１周囲の地盤Ａへと伝播し、鉛直ドレーン材１１を中心にその周囲の地盤Ａを減圧状態の領域（以下減圧領域という）とする。真空圧は、減圧領域となった鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａから、さらにその周囲の地盤Ａへと伝播してゆき、鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａへと向かう地盤加圧（水圧、土圧）が発生する。
【００４９】
この地盤加圧に従って、鉛直ドレーン材１１周囲の地盤Ａに含まれる間隙水が鉛直ドレーン材１１に向かって吸い出され、これに伴って鉛直ドレーン材１１周囲の地盤Ａの外側も減圧領域となる。こうして、鉛直ドレーン材１１を中心にしてその周囲の地盤Ａに減圧領域が広がり、やがて改良地盤Ａ全域が減圧領域となり、同時に鉛直ドレーン材１１を中心にして圧密、強度増加が進行し、改良地盤Ａ全域の圧密、強度増加が行われるのである。
【００５０】
また、図３及び図４に示す真空圧密工法では、上記方法による真空圧密に加え、以下の方法を採用している。すなわち改良地盤Ａから鉛直ドレーン１１を通して吸い出された間隙水を真空圧の伝播経路とは独立した排水経路を通って排水するようにしているのである。図２及び図３に示す例では、集水管１３の下側の改良地盤Ａ内にセパレータ２０を介して排水タンク１１８を配置し、鉛直ドレーン材１１及び水平ドレーン材１２を通じて吸い出され、一旦集水管１３内に入り込んだ改良地盤Ａからの間隙水をセパレータ２０によって空気と分離しつつ、集水管１３下側の排水タンク１８に重力に従って流れ込ませ、ここに貯留するのである。
【００５１】
この排水タンク１６内には排水ポンプ１７が内蔵されており、排水タンク１６内に貯留された間隙水を該排水タンク１６に連結パイプ１８を介して接続された排水管１９を通じて改良地盤Ａ外（真空タンク１４Ｖ）へと強制的に排水するのである。
【００５２】
このように図３及び図４に示す真空圧密工法では、間隙水と空気とを分離する排水タンクを含む独立した排水経路を改良地盤内に設けて、前記排水タンク内の間隙水を強制的に改良地盤外へ排水するようにしたので、より効率よく地盤を改良することができるのである。
【００５３】
さらに、本発明の改良工法では、上述の真空圧密工法による改良地盤の圧密沈下に加えて、図３〜図５に示すように、改良地盤Ａ内に多数の帯状緊張材３１を打設し、次いで、前記改良地盤Ａ上面に膨張可能な１又は複数の袋状物３２を配置すると共に、前記帯状緊張材３１の上端と繋がる非伸縮性材料からなる支持部材３３を前記１又は複数の袋状物３２上面に跨るように配置する。
【００５４】
その後、圧縮減圧装置１５の圧縮タンク１４Ｐからの圧縮空気により前記１又は複数の袋状物３２を膨張させることにより、前記支持部材３３と繋がる帯状緊張材３１を緊張させ、該帯状緊張材３１間で地盤を締め付け、これにより大気圧を反力とする実荷重を改良地盤の深部まで加えることで圧密沈下を促進するようにしているのである。尚、この改良工法を適用する場合、図３及び図４に示すように、帯状緊張材３１、袋状物３２及び支持部材３３は、鉛直ドレーン材１１の上端部、水平ドレーン材１２及び集水管１３と共に、改良地盤Ａ上面を覆う気密シート１６下に配置される。
【００５５】
まず図３及び図４に示すように、多数の帯状緊張材３１を改良地盤Ａ中に所定の間隔をおいて打設する。帯状緊張材３１は、１又は複数の袋状物３２の膨張により緊張し、該帯状緊張材３１間で改良地盤Ａを締め付けるように作用するものである。この帯状緊張材３１としては、１又は複数の袋状物３２の膨張による引張力（改良地盤Ａ上面方向への引き抜き力）に抗して改良地盤Ａとの間で発生する摩擦力で打設位置に留まることができるよう改良地盤Ａとの間での摩擦抵抗が大きい素材、構造を有するものが好ましい。
【００５６】
具体的には、図５に示すように、多数の凸部を有する長尺な帯状の樹脂板或いは金属板（図５（ａ））、多数の凹凸を有する長尺な帯状の樹脂板或いは金属板（図５（ｂ））、多数の孔を有する長尺な帯状の樹脂板或いは金属板（図５（ｃ））、長尺な帯状の樹脂ネット又は金網（図５（ｄ））、非伸張性又は難伸張性の長尺な帯状の繊維シートのいずれか、またはこれらの複合材からなるものを挙げることができる。
【００５７】
帯状緊張材３１の打設は、該帯状緊張材３１をマンドレル（図示しない）に内挿した状態で改良地盤Ａ中に貫入し、帯状緊張材３１を改良地盤Ａ内に残したままマンドレル（図示しない）を引き上げることで行うことができる。この際、帯状緊張材３１は、その上端部分３１ａを支持部材３３に固定できるように、上端部分１１ａが改良地盤Ａの上面に突出するように打ち込む。図２及び図３の例では、帯状緊張材３１として多数の凹凸を有する長尺な帯状の樹脂板を採用し、これを鉛直ドレーン材１１と同様にマンドレルを用いて改良地盤Ａ中に所定間隔に鉛直ドレーン材１１と平行して打設した。
【００５８】
また帯状緊張材３１には、例えば長尺な帯状に設けた樹脂ネットを不織布や織物などの繊維シートで内包することで、排水経路としての機能と目詰まり防止機能とを確保した帯状緊張ドレーンを採用することもできる。この場合、該帯状緊張ドレーンが帯状緊張材３１と鉛直ドレーン材１１の２つの機能を有することになり、帯状緊張材３１と鉛直ドレーン材１１をそれぞれ別々に打設する必要が無く、一度の打設作業で鉛直排水路の造成と改良地盤Ａを締め付ける帯状緊張材の設置ができ、きわめて効率的である。
【００５９】
次いで、改良地盤Ａ上面に改良地盤Ａの規模により、１又は複数の袋状物３２を配置する。図３及び図４に示すように、改良地盤Ａ内に打設した隣り合う帯状緊張材３１の位置に対応してそれら帯状緊張材３１間に袋状物３２を配置するのである。この袋状物３２は、圧縮減圧装置１５の圧縮タンク１４Ｐからの水などの液体や空気などの気体を圧力源として膨張するバルーンであり、膨張時の圧力や真空圧の載荷時に加わる圧力によっても容易に破裂しない程度の強度を備えたものであるならば、その素材や構造は特に限定されない。
【００６０】
袋状物３２の好ましい具体例としては、合成樹脂シート、或いは該合成樹脂シートに金網、ネット、ワイヤーなどの引張抵抗材料を一体化して強度を高めた複合シート、キャンバス地に樹脂をコーティングしたり、樹脂フィルムをラミネートして気密性を付与したものを素材とし、これを膨張時に球状、円盤状、葉巻状、板状となるように成形したものが好適である。
【００６１】
次いで、１又は複数の袋状物３２上面に跨るように支持部材３３を配置し、該支持部材３３の縁部に隣り合う帯状緊張材３１の上端を固定する。これにより、袋状物３２上面に配置した支持部材３３を介して隣り合う帯状緊張材３１が繋がり、隣り合う帯状緊張材３１と支持部材３３が袋状物３２を取り囲むように逆Ｕ字状に配されることになる。
【００６２】
支持部材３３としては、袋状物３２の膨張による引張力によっても容易に破断しない程度の非伸縮性を備えたものであるならば、その素材や構造は特に限定されない。支持部材３３の好ましい具体例としては、非伸張性又は難伸張性の繊維シート、樹脂ネット、金網、樹脂板、金属板のいずれか、またはこれらの複合材を挙げることができる。図１及び２に示す例では、樹脂ネットを支持部材３３として採用した。
【００６３】
＜実施態様４＞
尚、本発明の改良工法には、支持部材３３と帯状緊張材３１とが一体に設けられているものを用いることもできる。図６に示す態様では、多数の凹凸を有する長尺な帯状の樹脂板４０からなり、その両端部分４０ａ、４０ｃを帯状緊張材として作用する部分とし、中央部分４０ｂを支持部材として作用する部分とするものを採用した。この場合、支持部材と帯状緊張材とを別々に取り扱う必要が無く、該改良工法に要する材料点数を大幅に削減できるというメリットがある。
【００６４】
図６に示す態様は、例えばまず、支持部材と帯状緊張材とが一体をなす帯状の樹脂板４０の一端４０ａ（帯状緊張材として作用する部分）を改良地盤Ａ中に打設する。次いで、改良地盤Ａ上面に突出する樹脂板４０に沿って袋状物３２を配置し、次いで、樹脂板４０の中央部分４０ｂ（支持部材として作用する部分）を該袋状物３２を跨るように配置し、その後、樹脂板４０の他端４０ｃ（帯状緊張材として作用する部分）を改良地盤Ａ中に逆Ｕ字状となるように打設するという方法を採ることで造成することができる。
【００６５】
尚、支持部材３３と帯状緊張材３１とが一体に設けられている態様としては、合成樹脂ネットと、これを内包する不織布とからなる長尺で帯状の複合シートなど、帯状緊張材３１及び支持部材３３として、さらにドレーンとしても機能するものを採用することもできる。
【００６６】
次いで、１又は複数の袋状物３２を膨張させるのである。これにより、膨張した袋状物３２が袋状物３２の上面に跨るように配置した支持部材３３を押し上げ、これに繋がる多数の帯状緊張材３１に該帯状緊張材３１を改良地盤Ａの上面方向に引っ張り上げる力が作用し、これに伴い帯状緊張材３１が緊張し、該帯状緊張材３１間で地盤を締め付けるようになる。この結果、大気圧を反力とする実荷重が改良地盤Ａの深部（帯状緊張材３１が打設される深さ位置）まで加わり、前述の真空圧密工法による圧密沈下をさらに促進し、改良地盤の強度増加を図ることができるのである。
【００６７】
また、本発明の改良工法を適用することにより、例えば河川堤防のように、地盤の支持力増加が求められるにも拘わらず、盛土を施すことに規制があるような地盤を改良する場合、地盤改良後の地盤の支持力増加のための盛土に代わる残留沈下対策として用いることができるので、盛土を施さないでも、短期に改良地盤の強度増加を図ることができる。
【００６８】
＜実施態様５＞
一方、図７に示すように、本発明の改良工法を適用するとき、気密シート１６上に盛土３４を施すこともできる。この場合、使用する材料の強度が許す範囲で、盛土荷重による反力も、帯状緊張材３１の緊張力として改良地盤Ａ内に伝達できる機構とすることができるので、図７中細矢印で示す通常の盛土の場合の応力分散に対して、図７中太矢印で示すように、応力分散を押さえることができ、この結果、盛土荷重による反力を帯状緊張材３１を通じて改良地盤Ａの深部（帯状緊張材３１が打設される深さ位置）まで加えることができ、より高い圧密強度の増加を図ることができる。
【００６９】
尚、図３〜図７に示す実施態様３〜５では、真空圧の負荷と袋状物の膨張による載荷圧の負荷とを同時に行う例を示したが、これに限らず、真空圧の負荷と袋状物の膨張による載荷圧の負荷とを交互に行うこともできる。
【００７０】
尚、本発明は、上記例に限定されるものではなく、例えば鉛直ドレーン材、水平ドレーン材、気密シート、帯状緊張材、支持部材及び袋状物を、地盤改良後、埋め殺しとしたときに、自然に分解する生分解性樹脂などの生分解性材料から構成するなど、特許請求の範囲に記載した範囲で自由に変更して実施することができる。
【００７１】
また、本発明の軟弱地盤の改良工法では、圧縮減圧装置で発生する真空タンクと、圧縮タンクとを用いているので、この圧縮減圧装置の上記効果を、改良工法として発揮することができる。つまり、圧縮減圧装置、真空タンク及び圧縮タンクを地盤の中に埋め殺しする場合でも、無駄なコスト上昇を大幅に抑制することができるという効果を発揮することができる。
【００７２】
また、本発明の圧縮減圧装置は、４サイクルガソリンエンジンの一部に変更を加えるだけで、圧縮空気と、減圧空気を得ることが出来、そして、本発明の軟弱地盤の改良工法では、その圧縮空気と減圧空気との双方を利用することができるので、相乗効果が発揮される。
【００７３】
また、改良前の圧縮減圧装置に代えて、改良後の圧縮減圧装置１５Ａによれば、ピストン１Ａとシリンダ２Ａとの摩擦力が小さくなり、オイルフリーを実現することができるので、圧縮空気への潤滑油の混入の問題の解決、駆動モータのより小型化をすることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４サイクルエンジンを用いた圧縮減圧装置と、この圧縮減圧装置を用いた、地盤への載荷圧力を自由にコントロールできて、軟弱地盤に含まれる間隙水と空気とを効率よく、確実に排出することができる軟弱地盤の改良工法であり、真空圧（本願では大気圧より低い圧力を意味する）を利用した間隙水の強制排水による改良地盤の圧密沈下に加えて、大気圧を反力とする実荷重を改良地盤の深部まで加えることで圧密沈下を促進し、地盤の強度増加を図ることができ、しかも地盤改良後の地盤の支持力増加のための盛土に代わる残留沈下対策としても有効な軟弱地盤の改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤の改良工法としては、改良する軟弱地盤（以下改良地盤という）上面を気密シートで被覆して前記改良地盤中に真空圧を負荷して、前記改良地盤中に改良地盤周辺部と隔離された減圧領域を造り出すと共に、軟弱地盤上に盛土を施して盛土の圧密載荷重を負荷することで、軟弱地盤を硬質地盤へと改良するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、本発明者は、上記出願に関連して、真空圧の伝播経路と改良地盤内からの間隙水の排水経路とを独立させることにより、より効果的な真空圧密が実現できる工法を提案している（特許文献２参照）。つまり、上記提案の工法は、改良地盤内からの間隙水と空気とを分離する排水タンクを含む独立した排水経路を前記改良地盤内に設け、前記排水タンク内の間隙水を強制的に改良地盤外へ排水するというものである。
【０００４】
さらに、本発明者は、地盤への載荷圧力を自由にコントロールできて、軟弱地盤に含まれる間隙水と空気とを効率よく、確実に排出することができる軟弱地盤の改良工法であり、真空圧を利用した間隙水の強制排水による改良地盤の圧密沈下に加えて、大気圧を反力とする実荷重を改良地盤の深部まで加えることで圧密沈下を促進し、改良地盤の強度増加を図ることができ、しかも地盤改良後の地盤の支持力増加のための盛土に代わる残留沈下対策としても有効な軟弱地盤の改良工法を特許文献３（未公開）として提案している。
【０００５】
ところが、これらの特許文献１〜３では、その工法の終了後、地盤中に真空ポンプや真空タンク、加えて、大気圧を供給するポンプなどを残したまま放置しなければなら場合があり、その分無駄なコストがかかるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２７０９６８号掲載公報（請求項１および２、図７参照）
【特許文献２】特許第３７０４６４３号掲載公報（請求項１、図１参照）
【特許文献３】特願２００９−２３６５１０号（請求項１、図１参照。平成２１年１０月１３日出願。本願出願時には未公開。）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような技術的課題に鑑みなされたものであり、地盤中に放置しても大きなコストアップにならずに、真空ポンプや、大気圧供給ポンプの役割を果たす圧縮減圧装置と、この圧縮減圧装置を用いた軟弱地盤の改良工法と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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、４サイクルガソリンエンジンを用いた圧縮減圧装置であって、排気弁を開閉するタイミングカムの位相を９０度ずらすことで、吸気弁と同時閉工程を挟んで交互に開くようにし、点火プラグ部により逆止弁を介して圧縮工程で形成される圧縮空気を圧縮タンクに連結し、吸気工程で形成される吸入圧を減圧タンクに連結した。
【０００９】
また、本発明は、上記発宿減圧装置において、圧縮減圧装置のシリンダの各孔の内周と、各ピストンの外周に滑り性のよい合成樹脂を素材とするシリンダスリーブ、ピストンスリーブとを設けたことを特徴とする
【００１０】
また、本発明は、改良する軟弱地盤（以下、改良地盤という）上面を気密シートで覆い、該気密シート下に真空圧を負荷することで前記改良地盤に改良地盤周辺部と隔離された減圧領域を造り出し、これにより前記改良地盤中の間隙水を排水することで、前記改良地盤を硬質地盤へと改良する軟弱地盤の改良工法において、
前記改良地盤内に多数の帯状緊張材を打設し、次いで、前記改良地盤上面に膨張可能な１又は複数の袋状物を配置すると共に、前記帯状緊張材の上端と繋がる非伸縮性材料からなる支持部材を前記１又は複数の袋状物上面に跨るように配置し、その後、前記１又は複数の袋状物を膨張させることにより、前記支持部材と繋がる帯状緊張材を緊張させ、該帯状緊張材間で地盤を締め付け、前記真空圧を本発明の圧縮減圧装置の減圧タンクから受け、または／かつ、前記袋状部を膨張させる圧縮空気を本発明の圧縮減圧装置の圧縮タンクから受けるようにした。
【発明の効果】
【００１１】
また、圧縮減圧装置は、４サイクルガソリンエンジンにわずかな変更を加えて、圧縮と減圧の双方とができるようにしたので、地盤中に放置しても大きなコストアップにならずに、真空ポンプや、大気圧供給ポンプの役割を果たす。
【００１２】
また、上記圧縮減圧装置の効果に加え、滑り性のよりスリーブにより、圧縮減圧について、ピストンとシリンダ間の摩擦力の影響が極力抑えられ、この圧縮減圧装置を駆動するモータ（Ｍ）もよりパワーの小さいものを用いて、同じ、圧縮減圧効果を発揮することができる。
【００１３】
本発明の軟弱地盤の改良工法にあっては、改良地盤上面に配置した膨張可能な１又は複数の袋状物を膨張させることにより、該１又は複数の袋状物の上面に跨るように配置した非伸縮性材料よりなる支持部材に繋がり、改良地盤内に打設した多数の帯状緊張材を緊張させ、これにより該帯状緊張材間で地盤を締め付けるようになっている。この結果、真空圧を利用した間隙水の強制排水による改良地盤の圧密沈下に加えて、大気圧を反力とする実荷重を改良地盤の深部まで加えて圧密沈下を促進し、改良地盤の強度増加を図ることができるのである。
【００１４】
また、本発明の軟弱地盤の改良工法にあっては、地盤改良後の地盤の支持力増加のための盛土に代えて残留沈下対策手段としても利用できるので、例えば河川堤防のように、地盤の支持力増加が求められるにも拘わらず、盛土を施すことに規制があるような地盤の改良には極めて有効である。また、上記圧縮減圧装置を用いて、真空圧、圧縮ガスを得るようにしたので、上記圧縮減圧装置の効果を軟弱地盤の改良工法として発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の圧縮減圧装置を示すもので、（ａ）はその要部構成を概念的に示す図、（ｂ）は標準サイクルと本発明の改良サイクルの作動工程を比較する表を示す図
【図２】図１の圧縮減圧装置の改良版を示す図
【図３】本発明の改良工法の適用例を示した断面模式図。
【図４】同じく図２の平面図。
【図５】帯状緊張材の各種態様を示し、（ａ）は表面に多数の凸部を有するシートを示し、（ｂ）は凹凸を有するシートを示し、（ｃ）は多数の孔を有するシートを示し、（ｄ）はネットを示す。
【図６】本発明の改良工法の別の態様を示した断面模式図。
【図７】本発明の改良工法のさらに別の態様を示した断面模式図。
【符号の説明】
【００１６】
１ ・・・ピストン
１ａ ・・・ピストンスリーブ
２ ・・・シリンダ
２Ａ ・・・シリンダ本体
２Ｂ ・・・シリンダヘッド
２ａ ．．．シリンダスリーブ
３ ・・・クランク機構
５ ・・・排気口
５ａ ・・・逆止弁
６、７ ・・・吸気弁
８ ・・・モーター
１１ ・・・鉛直ドレーン材
１２ ・・・水平ドレーン材
１３ ・・・集水管
１４Ｖ ・・・真空タンク（減圧タンク）
１４Ｐ ・・・圧縮タンク
１５，１５Ａ ・・・圧縮減圧装置
１６ ・・・気密シート
３１ ・・・帯状緊張材
３２ ・・・袋状物
３３ ・・・支持部材
３４ ・・・盛土
４０ ・・・樹脂板
Ａ ・・・改良地盤
Ｂ ・・・周辺地盤
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜実施態様１＞
以下、本発明の実施態様を添付図面を参照しながら、説明する。図１は、本発明の圧縮減圧装置を示すもので、（ａ）はその要部構成を概念的に示す図、（ｂ）は標準サイクルと本発明の改良サイクルの作動工程を比較する表を示す図である。
【００１８】
この圧縮減圧装置１５は、４サイクルガソリンエンジンにわずかな変更を加えて、圧縮と減圧の双方とができるようにしたものであって、ガソリンエンジンの基本的構成要素としてのピストン１、シリンダ２、クランク機構３、点火プラグ穴をそのまま利用した排気口５、本来の吸気弁６と、本来の排気弁を開閉するタイミングカム（不図示）の位相を９０度ずらすことで、同時閉の工程を挟んで吸気弁と交互に開閉するようにした吸気弁７とを備えている。
【００１９】
この本発明の吸気弁６、７の開閉タイミング（サイクル）については、ガソリンエンジンとして使う標準サイクルの場合と比較して、図１（ｂ）に明確に記載されている。
【００２０】
排気口５には、逆止弁５ａを介して圧縮タンク１４Ｐが連結され、二つの吸気弁６，７で開閉される部分には、減圧タンク１４Ｖが連結されている。また、クランク機構３は、電動モーター８で回転駆動される。
【００２１】
つまり、この圧縮減圧装置１５は、４サイクルガソリンエンジンを用いたものであって、排気弁７を開閉するタイミングカムの位相を９０度ずらすことで、吸気弁５と同時閉工程を挟んで交互に開くようにし、点火プラグ部５により逆止弁５ａを介して圧縮工程で形成される圧縮空気を圧縮タンク１４Ｐに連結し、吸気工程で形成される吸入圧を減圧タンク１４Ｖに連結したことを特徴とする。
【００２２】
圧縮タンク１４Ｐに所定圧を維持する圧力制御弁１４ａと安全弁１４ｂとを設け、減圧タンク１４Ｖに所定圧を維持する圧力制御弁１４ｃを設けている。これらの圧力制御弁１４ａ、安全弁１４ｂ及び圧力制御弁１４ｃはそれぞれのタンクの圧力を所定圧より大きくならないように維持し、また、過剰圧で破裂しないようにするものであるが、必要に応じて設けてもよく、設けなくともよい。
【００２３】
このような圧縮減圧装置１５を用いると、クランク機構３の回転に応じて、吸気弁６、７のいずれか一方が開いて吸気工程をなし、減圧タンク１４Ｖの圧力を減圧する。一方、クランク機構３の回転に応じて、吸気弁６、７の双方が閉じて圧縮工程にある時は圧縮空気が排気口５を通って、圧縮タンク１４Ｐに貯留される。
【００２４】
この圧縮減圧装置１５は、上述のように４サイクルガソリンエンジンにわずかな変更を加えるだけで、圧縮ガスを圧縮タンク１４Ｐに貯留することと、減圧タンク１４Ｖの圧力を減圧することの双方を達成することができる。なおかつ、基となる４サイクルガソリンエンジンを使用済の自動車等から取り出したものとすることで、廃物の再利用ともなり、コストも非常に安くなり、廃棄資源の再利用ともなり、環境に優しい技術ともなる。
【００２５】
つまり、本発明の圧縮減圧装置１５によれば、地盤中に放置しても大きなコストアップにならずに、真空ポンプや、大気圧供給ポンプの役割を果たすことができる。
【００２６】
＜実施態様２＞
図２は、図１の圧縮減圧装置の改良版を示す図である。これよりすでに説明した部分と同じ部分には、同じ符号を付して重複説明を省略する。
【００２７】
この圧縮減圧装置１５Ａは、図１の圧縮減圧装置１５に比べ、シリンダ２が、シリンダ本体２Ａとシリンダヘッド２Ｂからなることを明確にし、このシリンダ本体２Ａの各シリンダ内に、その必要に応じて内径を大きくする加工を行い、その分、元の内径になるようにシリンダスリーブ２ａを挿入し固定した点、及び、ピストン１Ａの外径をその外径が小さくなるように追加工をし、その分だけ元の外径を維持するようにピストンスリーブ１ａを外挿固定した点が異なっている。
【００２８】
このシリンダスリーブ２ａ，ピストンスリーブ１ａを、滑り性が良く、かつ、滑りによってすり減ることが少ない合成樹脂素材で構成して、ピストン１Ａの上下動に際しての摩擦力を減少させ、かつ、オイルフリー（潤滑剤不要）を達成し、圧縮・膨張する気体に不必要な潤滑油が混入されないようにしている。
【００２９】
その合成樹脂素材の具体例としては、ナイロン６６（（登録商標）、一般名称ポリアミド（ＰＡ））や、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、商品名（テフロン（登録商標）））が好適である。
【００３０】
この圧縮減圧装置１５Ａは上記のような構成としたので、圧縮減圧装置１５の効果に加え、圧縮減圧について、ピストン１Ａとシリンダ２Ａ間の摩擦力の影響が極力抑えられ、この圧縮減圧装置１５Ａを駆動するモータ（Ｍ）８もよりパワーの小さいものを用いて、同じ、圧縮減圧効果を発揮することができる。
【００３１】
また、ピストン１Ａについては、スリーブ１ａにより、ピストンリングが不要となり、ピストンリングによる圧力漏れも防ぐことができる。
【００３２】
＜実施態様３＞
この軟弱地盤の改良工法（以下、改良工法という）は、図３及び図４に示すように、気密シート１６で改良地盤Ａ上面を覆い、該気密シート１６下に真空圧を負荷することで前記改良地盤Ａに改良地盤周辺部Ｂと隔離された減圧領域を造り出す方法（以下、真空圧密工法という）をさらに改良したものである。
【００３３】
なお、圧縮タンク１４Ｐと袋状物３２とを連結する管路を太めの二点鎖線で示しているが、これらは模式的に表したものであり、実際には、気密シート１６内に配置されるものである。
【００３４】
この真空圧密工法は、鉛直ドレーン材を打設して改良地盤中に鉛直排水路を造成する工程と、鉛直ドレーン材に水平ドレーン材を接続する工程と、水平ドレーン材に集水管を接続する工程と、改良地盤上面を気密シートで覆う工程とを備えている。
【００３５】
まず、図３及び図４に示すように、鉛直ドレーン材１１を改良地盤Ａ中に所定間隔に打設する。鉛直ドレーン材１１は鉛直排水路を構成するものであり、地盤加圧の環境でも真空圧（減圧）の伝播、排水経路としての機能を確保でき、目詰まりせず、沈下による圧縮や減圧で潰れることがないものであれば、その構造、素材、大きさなどは任意である。
【００３６】
図３及び図４に示す鉛直ドレーン材１１には、長手方向に一定間隔に立てて並べた長尺な平板状の合成樹脂線材に同じく長尺な平板状の合成樹脂線材を直交方向に所定間隔に立てて並べて、これらの合成樹脂線材を交点で接合した合成樹脂ネットと、これを内包する不織布とからなる帯状の複合シートを用いた。この鉛直ドレーン材１１にあっては、折れたり曲がったりしても、合成樹脂ネットと不織布とによって形成されている通水経路が確保されており、しかも合成樹脂ネット全体が不織布で覆われていて、目詰まりを生じ難いというメリットがある。
【００３７】
鉛直ドレーン材１１を打設する間隔は、負荷された真空圧による真空圧伝播の可能な範囲が望ましく、具体的にはおおよそ１ｍ間隔である。この鉛直ドレーン材１１をマンドレル（図示しない）に内挿した状態で改良地盤Ａ中に貫入し、鉛直ドレーン材１１を改良地盤Ａ内に残したままマンドレル（図示しない）を引き上げることで該鉛直ドレーン材１１を打設することができる。
【００３８】
こうして鉛直ドレーン材１１を改良地盤Ａ中に所定の間隔をおいて打設することで、改良地盤Ａ内には所定の間隔をおいて鉛直状の排水路が造成されることになり、各排水路間の改良地盤Ａ中に含まれる水及び空気が鉛直ドレーン材１１を排水経路として吸い上げられるようになっている。
【００３９】
次いで、この鉛直ドレーン材１１に水平ドレーン材１２を接続する。鉛直ドレーン材１１は、その上端部分１１ａが改良地盤Ａの上面に突出するように打ち込まれており、この上端部分１１ａに水平ドレーン材１２を接触するように平行状に配置するのである。
【００４０】
水平ドレーン材１２としては、水及び空気が該水平ドレーン１２の長手方向（水平方向）へと移動できる通路としての機能を持つものならば、線状や帯状、面状のものなど何でもよいが、改良地盤Ａ側からの水及び空気が該水平ドレーン材１２内部へ侵入する口、例えば孔、スリットなどが、地盤中の砂や土砂などによって閉塞してしまい、水及び空気の水平ドレーン材１２内部への侵入が困難となったり、同じく改良地盤Ａ中の砂や土砂などによって通路が閉塞して水及び空気が移動できなかったりすることが少ない構造のものが好ましい。
【００４１】
図３及び図４に示す態様では、前記鉛直ドレーン材１１と同じ構造を持つもの（合成樹脂ネットとその表面を覆う不織布とからなる帯状の複合シート）を用いた。この場合、水及び空気は、合成樹脂ネットを覆う不織布側から侵入し、合成樹脂ネットと不織布との隙間、及び不織布の構成繊維相互間を通して移動するようになる。
【００４２】
鉛直ドレーン材１１に水平ドレーン材１２を接続する態様としては、特に限定されず、単に改良地盤Ａ上面に突出する鉛直ドレーン材１１の上端部分１１ａに水平ドレーン材１２を重ね置くだけでもよい。図２及び図３に示す例では、水平ドレーン材１２を長さ方向に渡って二つ折りし、鉛直ドレーン材１１の上端部分１１ａを挟み込むという方法を採用している。
【００４３】
次いで、水平ドレーン材１２の所要箇所に集水管１３を接続する。集水管１３は、管周面に多数の孔を設けた有孔管であり、この集水管１３の一端側には真空タンク１４Ｖを介して圧縮減圧装置１５が接続されている。そして、圧縮減圧装置１５からの真空圧が真空タンク１４Ｖを介して集水管１３へと伝達され、さらにはこの集水管１３に繋がる水平ドレーン材１２及び鉛直ドレーン材１１を介して改良地盤Ａへ真空圧が伝播するようになっている。
【００４４】
水平ドレーン材１２に集水管１３を接続する態様としては、特に限定されず、水平ドレーン材１２に集水管１３が接触していればよい。図３及び図４に示す例では、水平ドレーン材１２を集水管１３に巻き付けて非接触状態とならないようにしている。
【００４５】
次いで、改良地盤Ａ上面を鉛直ドレーン材１１の上端部、水平ドレーン材１２及び集水管１３と共に気密シート１６で覆う。気密シート１６としては、空気が透過できない様にできるものであるならば特に限定されず、例えば合成樹脂シート、特には合成樹脂フィルム表面に繊維基材をラミネートしてシート強度を高め、運搬時や施工時にピンホールが発生し難くしたものが望ましい。
【００４６】
この気密シート１６のシート端末を改良地盤の周辺部Ｂ内に埋め込み、改良地盤Ａ上面を鉛直ドレーン材１１の上端部、水平ドレーン材１２及び集水管１３と共に覆うのである。改良地盤Ａ上面を気密シート１６で覆うことにより、圧縮減圧装置１５からの真空圧は、集水管１３、水平ドレーン材１２及び鉛直ドレーン材１１を通じて改良地盤Ａ内へと確実に伝播するようになり、より効率的な真空圧密を実現することができるのである。
【００４７】
次いで、圧縮減圧装置１５を稼働させることで、圧縮減圧装置１５からの真空圧は、気密シート１６によって空気の出入りが遮断された状態で、真空タンク１４Ｖ、集水管１３、水平ドレーン材１２及び鉛直ドレーン材１１へと伝播し、鉛直ドレーン材１１内を所定の真空圧とするようになっている。
【００４８】
鉛直ドレーン材１１内の真空圧は、鉛直ドレーン材１１周囲の地盤Ａへと伝播し、鉛直ドレーン材１１を中心にその周囲の地盤Ａを減圧状態の領域（以下減圧領域という）とする。真空圧は、減圧領域となった鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａから、さらにその周囲の地盤Ａへと伝播してゆき、鉛直ドレーン材１１周りの地盤Ａへと向かう地盤加圧（水圧、土圧）が発生する。
【００４９】
この地盤加圧に従って、鉛直ドレーン材１１周囲の地盤Ａに含まれる間隙水が鉛直ドレーン材１１に向かって吸い出され、これに伴って鉛直ドレーン材１１周囲の地盤Ａの外側も減圧領域となる。こうして、鉛直ドレーン材１１を中心にしてその周囲の地盤Ａに減圧領域が広がり、やがて改良地盤Ａ全域が減圧領域となり、同時に鉛直ドレーン材１１を中心にして圧密、強度増加が進行し、改良地盤Ａ全域の圧密、強度増加が行われるのである。
【００５０】
また、図３及び図４に示す真空圧密工法では、上記方法による真空圧密に加え、以下の方法を採用している。すなわち改良地盤Ａから鉛直ドレーン１１を通して吸い出された間隙水を真空圧の伝播経路とは独立した排水経路を通って排水するようにしているのである。図２及び図３に示す例では、集水管１３の下側の改良地盤Ａ内にセパレータ２０を介して排水タンク１１８を配置し、鉛直ドレーン材１１及び水平ドレーン材１２を通じて吸い出され、一旦集水管１３内に入り込んだ改良地盤Ａからの間隙水をセパレータ２０によって空気と分離しつつ、集水管１３下側の排水タンク１８に重力に従って流れ込ませ、ここに貯留するのである。
【００５１】
この排水タンク１６内には排水ポンプ１７が内蔵されており、排水タンク１６内に貯留された間隙水を該排水タンク１６に連結パイプ１８を介して接続された排水管１９を通じて改良地盤Ａ外（真空タンク１４Ｖ）へと強制的に排水するのである。
【００５２】
このように図３及び図４に示す真空圧密工法では、間隙水と空気とを分離する排水タンクを含む独立した排水経路を改良地盤内に設けて、前記排水タンク内の間隙水を強制的に改良地盤外へ排水するようにしたので、より効率よく地盤を改良することができるのである。
【００５３】
さらに、本発明の改良工法では、上述の真空圧密工法による改良地盤の圧密沈下に加えて、図３〜図５に示すように、改良地盤Ａ内に多数の帯状緊張材３１を打設し、次いで、前記改良地盤Ａ上面に膨張可能な１又は複数の袋状物３２を配置すると共に、前記帯状緊張材３１の上端と繋がる非伸縮性材料からなる支持部材３３を前記１又は複数の袋状物３２上面に跨るように配置する。
【００５４】
その後、圧縮減圧装置１５の圧縮タンク１４Ｐからの圧縮空気により前記１又は複数の袋状物３２を膨張させることにより、前記支持部材３３と繋がる帯状緊張材３１を緊張させ、該帯状緊張材３１間で地盤を締め付け、これにより大気圧を反力とする実荷重を改良地盤の深部まで加えることで圧密沈下を促進するようにしているのである。尚、この改良工法を適用する場合、図３及び図４に示すように、帯状緊張材３１、袋状物３２及び支持部材３３は、鉛直ドレーン材１１の上端部、水平ドレーン材１２及び集水管１３と共に、改良地盤Ａ上面を覆う気密シート１６下に配置される。
【００５５】
まず図３及び図４に示すように、多数の帯状緊張材３１を改良地盤Ａ中に所定の間隔をおいて打設する。帯状緊張材３１は、１又は複数の袋状物３２の膨張により緊張し、該帯状緊張材３１間で改良地盤Ａを締め付けるように作用するものである。この帯状緊張材３１としては、１又は複数の袋状物３２の膨張による引張力（改良地盤Ａ上面方向への引き抜き力）に抗して改良地盤Ａとの間で発生する摩擦力で打設位置に留まることができるよう改良地盤Ａとの間での摩擦抵抗が大きい素材、構造を有するものが好ましい。
【００５６】
具体的には、図５に示すように、多数の凸部を有する長尺な帯状の樹脂板或いは金属板（図５（ａ））、多数の凹凸を有する長尺な帯状の樹脂板或いは金属板（図５（ｂ））、多数の孔を有する長尺な帯状の樹脂板或いは金属板（図５（ｃ））、長尺な帯状の樹脂ネット又は金網（図５（ｄ））、非伸張性又は難伸張性の長尺な帯状の繊維シートのいずれか、またはこれらの複合材からなるものを挙げることができる。
【００５７】
帯状緊張材３１の打設は、該帯状緊張材３１をマンドレル（図示しない）に内挿した状態で改良地盤Ａ中に貫入し、帯状緊張材３１を改良地盤Ａ内に残したままマンドレル（図示しない）を引き上げることで行うことができる。この際、帯状緊張材３１は、その上端部分３１ａを支持部材３３に固定できるように、上端部分１１ａが改良地盤Ａの上面に突出するように打ち込む。図２及び図３の例では、帯状緊張材３１として多数の凹凸を有する長尺な帯状の樹脂板を採用し、これを鉛直ドレーン材１１と同様にマンドレルを用いて改良地盤Ａ中に所定間隔に鉛直ドレーン材１１と平行して打設した。
【００５８】
また帯状緊張材３１には、例えば長尺な帯状に設けた樹脂ネットを不織布や織物などの繊維シートで内包することで、排水経路としての機能と目詰まり防止機能とを確保した帯状緊張ドレーンを採用することもできる。この場合、該帯状緊張ドレーンが帯状緊張材３１と鉛直ドレーン材１１の２つの機能を有することになり、帯状緊張材３１と鉛直ドレーン材１１をそれぞれ別々に打設する必要が無く、一度の打設作業で鉛直排水路の造成と改良地盤Ａを締め付ける帯状緊張材の設置ができ、きわめて効率的である。
【００５９】
次いで、改良地盤Ａ上面に改良地盤Ａの規模により、１又は複数の袋状物３２を配置する。図３及び図４に示すように、改良地盤Ａ内に打設した隣り合う帯状緊張材３１の位置に対応してそれら帯状緊張材３１間に袋状物３２を配置するのである。この袋状物３２は、圧縮減圧装置１５の圧縮タンク１４Ｐからの水などの液体や空気などの気体を圧力源として膨張するバルーンであり、膨張時の圧力や真空圧の載荷時に加わる圧力によっても容易に破裂しない程度の強度を備えたものであるならば、その素材や構造は特に限定されない。
【００６０】
袋状物３２の好ましい具体例としては、合成樹脂シート、或いは該合成樹脂シートに金網、ネット、ワイヤーなどの引張抵抗材料を一体化して強度を高めた複合シート、キャンバス地に樹脂をコーティングしたり、樹脂フィルムをラミネートして気密性を付与したものを素材とし、これを膨張時に球状、円盤状、葉巻状、板状となるように成形したものが好適である。
【００６１】
次いで、１又は複数の袋状物３２上面に跨るように支持部材３３を配置し、該支持部材３３の縁部に隣り合う帯状緊張材３１の上端を固定する。これにより、袋状物３２上面に配置した支持部材３３を介して隣り合う帯状緊張材３１が繋がり、隣り合う帯状緊張材３１と支持部材３３が袋状物３２を取り囲むように逆Ｕ字状に配されることになる。
【００６２】
支持部材３３としては、袋状物３２の膨張による引張力によっても容易に破断しない程度の非伸縮性を備えたものであるならば、その素材や構造は特に限定されない。支持部材３３の好ましい具体例としては、非伸張性又は難伸張性の繊維シート、樹脂ネット、金網、樹脂板、金属板のいずれか、またはこれらの複合材を挙げることができる。図１及び２に示す例では、樹脂ネットを支持部材３３として採用した。
【００６３】
＜実施態様４＞
尚、本発明の改良工法には、支持部材３３と帯状緊張材３１とが一体に設けられているものを用いることもできる。図６に示す態様では、多数の凹凸を有する長尺な帯状の樹脂板４０からなり、その両端部分４０ａ、４０ｃを帯状緊張材として作用する部分とし、中央部分４０ｂを支持部材として作用する部分とするものを採用した。この場合、支持部材と帯状緊張材とを別々に取り扱う必要が無く、該改良工法に要する材料点数を大幅に削減できるというメリットがある。
【００６４】
図６に示す態様は、例えばまず、支持部材と帯状緊張材とが一体をなす帯状の樹脂板４０の一端４０ａ（帯状緊張材として作用する部分）を改良地盤Ａ中に打設する。次いで、改良地盤Ａ上面に突出する樹脂板４０に沿って袋状物３２を配置し、次いで、樹脂板４０の中央部分４０ｂ（支持部材として作用する部分）を該袋状物３２を跨るように配置し、その後、樹脂板４０の他端４０ｃ（帯状緊張材として作用する部分）を改良地盤Ａ中に逆Ｕ字状となるように打設するという方法を採ることで造成することができる。
【００６５】
尚、支持部材３３と帯状緊張材３１とが一体に設けられている態様としては、合成樹脂ネットと、これを内包する不織布とからなる長尺で帯状の複合シートなど、帯状緊張材３１及び支持部材３３として、さらにドレーンとしても機能するものを採用することもできる。
【００６６】
次いで、１又は複数の袋状物３２を膨張させるのである。これにより、膨張した袋状物３２が袋状物３２の上面に跨るように配置した支持部材３３を押し上げ、これに繋がる多数の帯状緊張材３１に該帯状緊張材３１を改良地盤Ａの上面方向に引っ張り上げる力が作用し、これに伴い帯状緊張材３１が緊張し、該帯状緊張材３１間で地盤を締め付けるようになる。この結果、大気圧を反力とする実荷重が改良地盤Ａの深部（帯状緊張材３１が打設される深さ位置）まで加わり、前述の真空圧密工法による圧密沈下をさらに促進し、改良地盤の強度増加を図ることができるのである。
【００６７】
また、本発明の改良工法を適用することにより、例えば河川堤防のように、地盤の支持力増加が求められるにも拘わらず、盛土を施すことに規制があるような地盤を改良する場合、地盤改良後の地盤の支持力増加のための盛土に代わる残留沈下対策として用いることができるので、盛土を施さないでも、短期に改良地盤の強度増加を図ることができる。
【００６８】
＜実施態様５＞
一方、図７に示すように、本発明の改良工法を適用するとき、気密シート１６上に盛土３４を施すこともできる。この場合、使用する材料の強度が許す範囲で、盛土荷重による反力も、帯状緊張材３１の緊張力として改良地盤Ａ内に伝達できる機構とすることができるので、図７中細矢印で示す通常の盛土の場合の応力分散に対して、図７中太矢印で示すように、応力分散を押さえることができ、この結果、盛土荷重による反力を帯状緊張材３１を通じて改良地盤Ａの深部（帯状緊張材３１が打設される深さ位置）まで加えることができ、より高い圧密強度の増加を図ることができる。
【００６９】
尚、図３〜図７に示す実施態様３〜５では、真空圧の負荷と袋状物の膨張による載荷圧の負荷とを同時に行う例を示したが、これに限らず、真空圧の負荷と袋状物の膨張による載荷圧の負荷とを交互に行うこともできる。
【００７０】
尚、本発明は、上記例に限定されるものではなく、例えば鉛直ドレーン材、水平ドレーン材、気密シート、帯状緊張材、支持部材及び袋状物を、地盤改良後、埋め殺しとしたときに、自然に分解する生分解性樹脂などの生分解性材料から構成するなど、特許請求の範囲に記載した範囲で自由に変更して実施することができる。
【００７１】
また、本発明の軟弱地盤の改良工法では、圧縮減圧装置で発生する真空タンクと、圧縮タンクとを用いているので、この圧縮減圧装置の上記効果を、改良工法として発揮することができる。つまり、圧縮減圧装置、真空タンク及び圧縮タンクを地盤の中に埋め殺しする場合でも、無駄なコスト上昇を大幅に抑制することができるという効果を発揮することができる。
【００７２】
また、本発明の圧縮減圧装置は、４サイクルガソリンエンジンの一部に変更を加えるだけで、圧縮空気と、減圧空気を得ることが出来、そして、本発明の軟弱地盤の改良工法では、その圧縮空気と減圧空気との双方を利用することができるので、相乗効果が発揮される。
【００７３】
また、改良前の圧縮減圧装置に代えて、改良後の圧縮減圧装置１５Ａによれば、ピストン１Ａとシリンダ２Ａとの摩擦力が小さくなり、オイルフリーを実現することができるので、圧縮空気への潤滑油の混入の問題の解決、駆動モータのより小型化をすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４サイクルガソリンエンジンを用いた圧縮減圧装置であって、
排気弁を開閉するタイミングカムの位相を９０度ずらすことで、吸気弁と同時閉工程を挟んで交互に開くようにし、点火プラグ部により逆止弁を介して圧縮工程で形成される圧縮空気を圧縮タンクに連結し、吸気工程で形成される吸入圧を減圧タンクに連結したことを特徴とする圧縮減圧装置。
【請求項２】
圧縮減圧装置のシリンダの各孔の内周と、各ピストンの外周に滑り性のよい合成樹脂を素材とするシリンダスリーブ、ピストンスリーブとを設けたことを特徴とする請求項１記載の圧縮減圧装置。
【請求項３】
圧縮タンクに所定圧を維持する圧力制御弁を設け、または／かつ、減圧タンクに所定圧を維持する圧力制御弁を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の圧縮減圧装置。
【請求項４】
改良する軟弱地盤（以下、改良地盤という）上面を気密シートで覆い、該気密シート下に真空圧を負荷することで前記改良地盤に改良地盤周辺部と隔離された減圧領域を造り出し、これにより前記改良地盤中の間隙水を排水することで、前記改良地盤を硬質地盤へと改良する軟弱地盤の改良工法において、
前記改良地盤内に多数の帯状緊張材を打設し、次いで、前記改良地盤上面に膨張可能な１又は複数の袋状物を配置すると共に、前記帯状緊張材の上端と繋がる非伸縮性材料からなる支持部材を前記１又は複数の袋状物上面に跨るように配置し、その後、前記１又は複数の袋状物を膨張させることにより、前記支持部材と繋がる帯状緊張材を緊張させ、該帯状緊張材間で地盤を締め付け、前記真空圧を請求項１から３のいずれか記載の圧縮減圧装置の減圧タンクから受け、または／かつ、前記帯状緊張材を膨張させる圧縮空気を請求項１から３のいずれか記載の圧縮減圧装置の圧縮タンクから受けることを特徴とする軟弱地盤の改良工法。
【請求項１】
４サイクルガソリンエンジンを用いた圧縮減圧装置であって、
排気弁を開閉するタイミングカムの位相を９０度ずらすことで、吸気弁と同時閉工程を挟んで交互に開くようにし、点火プラグ部により逆止弁を介して圧縮工程で形成される圧縮空気を圧縮タンクに連結し、吸気工程で形成される吸入圧を減圧タンクに連結したことを特徴とする圧縮減圧装置。
【請求項２】
圧縮減圧装置のシリンダの各孔の内周と、各ピストンの外周に滑り性のよい合成樹脂を素材とするシリンダスリーブ、ピストンスリーブとを設けたことを特徴とする請求項１記載の圧縮減圧装置。
【請求項３】
圧縮タンクに所定圧を維持する圧力制御弁を設け、または／かつ、減圧タンクに所定圧を維持する圧力制御弁を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の圧縮減圧装置。
【請求項４】
改良する軟弱地盤（以下、改良地盤という）上面を気密シートで覆い、該気密シート下に真空圧を負荷することで前記改良地盤に改良地盤周辺部と隔離された減圧領域を造り出し、これにより前記改良地盤中の間隙水を排水することで、前記改良地盤を硬質地盤へと改良する軟弱地盤の改良工法において、
前記改良地盤内に多数の帯状緊張材を打設し、次いで、前記改良地盤上面に膨張可能な１又は複数の袋状物を配置すると共に、前記帯状緊張材の上端と繋がる非伸縮性材料からなる支持部材を前記１又は複数の袋状物上面に跨るように配置し、その後、前記１又は複数の袋状物を膨張させることにより、前記支持部材と繋がる帯状緊張材を緊張させ、該帯状緊張材間で地盤を締め付け、前記真空圧を請求項１から３のいずれか記載の圧縮減圧装置の減圧タンクから受け、または／かつ、前記帯状緊張材を膨張させる圧縮空気を請求項１から３のいずれか記載の圧縮減圧装置の圧縮タンクから受けることを特徴とする軟弱地盤の改良工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２３６７２９（Ｐ２０１１−２３６７２９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８７１５３（Ｐ２０１１−８７１５３）
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【出願人】（５９５１０７５０８）丸山工業株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【出願人】（５９５１０７５０８）丸山工業株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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