地盤改良工法
【課題】 既に構築された構造物の基盤下の地盤に薬液材を合理的に注入固結させ、基盤下に自由に半球状の固結体を形成して構造物による負荷を分散支持させるとともに地盤の圧密により地耐力を強化し、安定地盤が形成できるようにする地盤改良工法を提供する。
【解決手段】 構造物１の基盤２下部の地層に、複数の薬液注入ロッド３を所要間隔で前記基盤２下に開口するように挿入設置し、前記各薬液注入ロッド３によって瞬結性薬液材を断続的に圧入操作して、先に注入されて地盤５を強化した固結体を後続圧入される薬液材により割裂させるとともに、さらに地盤５へ浸透させ、基盤２の下面から前記薬液注入ロッド３の周囲に半球状の固結構造体２０を形成し、この固結構造体２０によって地盤５を圧密すると同時に地耐力を強化させる。
【解決手段】 構造物１の基盤２下部の地層に、複数の薬液注入ロッド３を所要間隔で前記基盤２下に開口するように挿入設置し、前記各薬液注入ロッド３によって瞬結性薬液材を断続的に圧入操作して、先に注入されて地盤５を強化した固結体を後続圧入される薬液材により割裂させるとともに、さらに地盤５へ浸透させ、基盤２の下面から前記薬液注入ロッド３の周囲に半球状の固結構造体２０を形成し、この固結構造体２０によって地盤５を圧密すると同時に地耐力を強化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の基盤直下の地層に所要の間隔をおいて薬液注入材を注入し、地層の地耐力を強化して地盤が安定確保できるようにする地盤改良工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に地盤が沖積層のような地層では、大地震などによる激しい衝撃を受けて地層の液状化現象が発生することにより、地盤の不等沈下などが生じる。また、構造物の建設や地下掘削工事に伴う応力変化のために、その周辺地盤、近接する構造物あるいは道路面の沈下など変化を来たすという問題が生じている。そのために、地盤を安定化させる手段としては、種々の対策が研究され、一部実用化されている。その一例として基礎地盤に対して公知の手段で薬液材を注入し、地盤を強化するいわゆる薬液注入工法が一般的に知られている。
【０００３】
また、旧来の基礎地盤の安定化を図る工法の一つとして基盤に玉石を並べて敷く玉石工法に由来した「コマ基礎」工法が、たとえば特許文献１あるいは非特許文献１，２によって知られている。この「コマ基礎」工法とは、コマ型に成型されたコンクリート製のブロックを所要数、掘削した基礎地盤表面上に所要の範囲で整列配置し、このブロックの自重およびブロックが受ける垂直荷重と、円錐形胴体および円柱形軸脚に生じる反力および摩擦抵抗との総合力とを均衡させて不等沈下しない水平地耐力を発揮させるもので、あることが知られている。なお、この「コマ基礎」工法は、旧来の玉石工法と同様に構造物の構築前に施工するものである。
【０００４】
なお、前記「コマ基礎」工法においては、コマ型のブロックが独立形成されたものを配列する方式のほか、複数のコマ型ブロックを並べて相互に隣接部分で連結して形成されたユニット型のものを用いることも知られている（非特許文献３参照）。
【０００５】
一方、不等沈下した地盤上で傾いた構造物を復元するのに薬液注入工法を応用した工法では、たとえば特許文献２によって知られる工法がある。この復元工法では、基礎下部地盤中に薬液注入ロッドを所要の間隔で複数挿入設置し、その薬液注入箇所で瞬結性の薬液材を注入する操作を、ある薬液注入箇所から次の薬液注入箇所へと所要のインターバルで注入対象位置を切換える操作を繰り返し行い、各注入箇所において先に注入された薬液により強化された地盤および薬液材のホモゲル部を割裂させて薬液材を圧入することにより当該部分での反力を増大させ、地耐力を高めて基盤上にある構造物を押し上げ、傾斜した構造物を正常に復元させるようにすることにある。
【０００６】
あるいは、前記要領で実施する薬液注入工法において、注入する薬液注入材に複数種のゲル化タイムの異なる薬液材を用い、薬液注入箇所を巡るごとにこれらゲル化タイムの異なる薬液材を交互に切換えて注入操作を行う工法が、特許文献３によって知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭５６−５００５４号公報
【特許文献２】特許第３１２６８９６号公報
【特許文献３】特許第３６５３３０５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】全国マイ独楽工業会“マイ独楽の施工方法”、［online］［平成２１年３月１０日検索］、インターネット〈URL：http://www.mykoma.com/topbasesikou.html〉
【非特許文献２】丸高コンクリート工業株式会社−マイ独楽−(カタログ)［online］[平成２１年３月１０日検索]、インターネット〈URL：http://www.marucon.co.jp/mykoma/html〉
【非特許文献３】藤井 衛・若命 善雄・田村 昌仁・伊集院 博共著「ザ・ソイル[II]」、第四刷、株式会社建築技術、2006年3月15日、ｐ.100−105
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献１ならびに非特許文献１，２および３によって知られる「コマ基礎」工法では、構造物の建設前に施工する基礎工法であり、コマ型に成型したコンクリートブロック（以下、単に「ブロック」という）を用いることから予め製作された多くのブロックを現地に運んで、このコマ型のブロックを整列配置する作業を必要とする。したがって、ブロックを配置するには揚重機を準備しなければならず、設置場所の状況によっては揚重機の使用が困難であるなど作業上に問題点がある。また、この「コマ基礎」工法は、地表層を掘削した後にコマ型のブロックを配置するので、基本的にその施工には掘削作業が必要となる。しかも、配置されるコマ型のブロック間には必然的に空隙が生じるので、この空隙を埋める必要があるが、埋め戻す部分を締め固める作業は容易ではなく、施工後において十分な地耐力を確保するのに問題がある。
【００１０】
そして、単独型のコマ型ブロックを使用した場合には、それぞれのブロックが地層に対して摩擦抵抗による強化機能を発揮させるものであるから個々に作用して、前述のようにブロック相互間に生じる埋め戻し箇所でブロック間に介在する地山の土が遊動し、敷設箇所において地耐圧に不同が生じるという問題点がある。また、複数個のコマ型のブロックを相互に連結して一体型に形成されたユニット構造のもの（非特許文献２参照）では、前記単独形状のブロックによる敷設に比べて強化範囲が広がるが、そのユニット構造の大きさに比例して１個あたりの取扱い質量が重くなり、配置するのに大型の揚重機が必要になる。しかも、この場合にはブロックユニットの構造上、コマ型のブロック間に生じる空隙部分の埋め戻し箇所での砕石などの充填がどうしても十分に行えないので、圧密強度が得られないという問題点がある。その上、大型の揚重機が出入りできる条件の地所に限定されるという施工準備に際しての問題点もある。
【００１１】
また、前記特許文献２，３によって知られる構造物の復元工法は、基本的に構築された構造物の基礎地盤中に薬液注入ロッドを挿入し、その地盤中に対して薬液材を注入し、支持基盤を強化して構造物の持上げ反力を確保し地盤の不等沈下によって傾斜した構造物を水平状態に戻す工法であり、複数箇所に分かれてインターバルをとって順次薬液材の注入を行い基盤上の構造物による負荷以上の持上げ力を確保する必要がある。したがって、この構造物の復元工法では基礎地盤上の構造物に対する持上げ反力を確保することに注力され、どうしても薬液材の注入量も多くなりがちで、一般的な地盤の改良を行うのに不適切である場合が多いという問題がある。
【００１２】
本発明では、既に構築された構造物の基盤下の地盤に対し薬液材を合理的に注入固結させ、基盤下に自由に半球状の固結体を形成して構造物による負荷を分散支持させるとともに地盤の圧密により地耐力を強化し、安定した地盤が形成できるようにする地盤改良工法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の地盤改良工法は、
構造物の基盤下部の地層に、複数の薬液注入ロッドを所要間隔で前記基盤下に開口するよう挿入設置し、前記各薬液注入ロッドによって瞬結性薬液材を断続的に圧入操作して、先に注入されて地盤を強化した固結体を後続圧入される薬液材により割裂させるとともに、さらに地盤へ浸透させ、基盤の下面から前記薬液注入ロッドの周囲に半球状の固結構造体を形成し、この固結構造体によって地盤を圧密すると同時に地耐力を強化させることを特徴とするものである。
【００１４】
前記薬液注入ロッドの配置間隔は、薬液材の注入により形成される固結構造体の形成時、隣接するその固結構造体が相互に接合できる位置関係となるように配置するのがよい。また、前記薬液注入ロッドは、目的改良地盤の範囲に対応して所要間隔でもって縦横に配置するのがよい。なお、前記薬液注入ロッドの配置により注入形成される固結構造体は、複数の半球状固結構造体が連結して地層中に形成されるようにする。また、前記固結構造体は半球状に造成すると同時にその周辺に拡散浸透させて枝状の固結体が形成されるようにするのがよい。
【００１５】
前記固結構造体は、注入薬液材の断続的注入により不規則な平板積層構造で半球状に形成されるようにするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の地盤改良工法によれば、地盤上に構築された構造物に対して、その基盤下に後から瞬結性薬液材の注入により土砂との混合凝結にて半球状の固結構造体を地層内に形成し、構造物の基盤と一体的に半球状の固結構造体が形成されることから、その固結構造体によって構造物の基盤に作用する負荷が分散されるとともに地層との摩擦抵抗が増大され、あたかも「コマ基礎」の原理に相応する効果が得られる。しかも、地盤に対して注入薬液材が薬液注入ロッドを中心として周囲に順次分散して半球状に形成されるので、形成される固結構造体の周囲は自動的に地盤が圧密され、薬液材の注入以外の操作を必要としない。したがって、この固結構造体によって構造物の負荷を分散させ、地層を圧密して地耐力を高め、合理的に支持基盤の強化を図ることができる。しかも、既設構造物における地盤の安定強化であるから、在来の「コマ基礎」工法とは異なり、掘削や地表の整地などの準備工程を要することなく効率よく施工できるという経済的効果を得ることができる。
【００１７】
また、形成される固結構造体は、薬液材の注入設定位置を選択することにより直列または縦横に、任意に隣接する箇所でそれぞれ形成されるもの同士が接合して連接された固結構造体を構成することができる。そして、固結構造体が連接されることにより、施工された範囲全般でほぼ一様に地盤の強化を図ることができ、負荷の分散均衡化を図って地耐力が高い安定した地盤に改良することができる効果を奏する。
【００１８】
さらに、この地盤改良工法は、構造物の基盤下地層に対して薬液注入ロッドを挿入設置して施工するので、造成される固結構造体の容積が地層の状態により任意の容積に造成できる。したがって、従来の「コマ基礎」工法のように予め成型されたブロックを使用するものでなく、作業現場での状況に即対応して施工することができる。しかも、事前施工と異なりブロックを搬入したり掘削工事が伴わないから、如何様な場所での施工も可能であるという多くの利点がある。また、規模の大小を問わずに施工できるという効果も併せ得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明による地盤改良工法の基本的実施形態を模式的に表わす図
【図２】図２は本発明による地盤改良工法の一実施形態の施工断面を模式的に表わす図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の地盤改良工法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
本発明の地盤改良工法は、基本的に構造物１の基盤２となっている“べた基礎”の下側地盤５を強化するものであり、その基盤２を貫通して周知の二重管構造のロッド３（以下、単に「薬液注入ロッド３」という）を地層に向かって吐出口３ａが開口するように設置し、この薬液注入ロッド３により瞬結性の薬液材を注入して基盤２下に連接して地層中に半球状の固結構造体２０を形成し、この固結構造体２０によって地盤５に対する負荷の分散支持と地盤５の圧密を図り、地耐力の強化を促すものである。
【００２２】
まず、改良しようとする構造物が設置された地盤５に対し、改良計画に基づいて所要の間隔で複数本の薬液注入ロッド３を、基盤２を貫通させて挿入設置する。なお、前記薬液注入ロッド３の配置については、直列配置あるいは縦横に配置する（図２には複数配置の一断面を表わしている）。この薬液注入ロッド３としては、公知の二重管構造のロッドが使用される。そして、各薬液注入ロッド３には薬液供給ユニット１０の給液タンク１１，１２高圧ポンプ１３，１３′から開閉バルブ１４，１５を介してそれぞれＡ液とＢ液との供給管１６，１７（たとえばホース）が配管される。また、注入する薬液材としては、瞬結性の薬液材が使用され、例えば、Ａ液としては硫酸（７５％）、珪酸ソーダ（５号）と水とが、ほぼ６：３４：６０の割合のものを２００リットル、Ｂ液としてはカルシウムアルミノシリケートと消石灰とセメントと重炭酸ナトリウムと水とが、１０：１０：７５：３：残量の割合のものを２００リットルとして、１：１の割合で混合注入されるゲル化タイム約１〜３ｓｅｃのグラウトが用いられる。なお、この薬液材の成分については、上記成分に特定されるものではなく、ゲル化タイムを変えるとともに結合強度を維持できるに適した成分のものを採用することができる。
【００２３】
このような薬液材は、薬液供給ユニット１０のＡ液，Ｂ液各１台の高圧ポンプ１３，１３′によって高圧力で１０〜２０リットル／ｍｉｎ程度の吐出量にて各薬液注入ロッド３・・・に、順次もしくは選択的に供給する。注入圧力については、地盤５が砂質層の場合で比較的注入速度が早い状態では低圧力で注入することができる。また、粘土質の地盤５では注入時の抵抗が高まるので注入圧力を高める必要がある。
【００２４】
ここで、前記薬液材の注入に際しては、所要の圧力で引き続いて薬液材を注入すると、薬液注入ロッド３の吐出口３ａでＡ液とＢ液とが混合されて地中に圧入される。こうして注入される混合された薬液材は、地中での抵抗が少ない状態であると薬液注入ロッド３の吐出口３ａからゲル化タイムの範囲内で自由に流動浸透し、地中に拡散して土砂と混合されつつ凝結する。後続して注入される薬液材は、先に注入されて地盤５中で凝固した土砂との固結体が強度発現途中にあるため容易に脈状割裂して後続する薬液材が地盤５中に浸透する。この浸透した薬液材は、薬液注入ロッド３を中心にして拘束領域外に薄い液層として拡がろうとするが、自身のもつゲル化タイムによって流動を制止されるため、薄い円盤状の液層となって加圧力が広い面積に伝播する。しかも、その挙動が継続的になされるので、注入開始当初の段階では固結体が薬液注入ロッド３の吐出口３ａから遠位置に形成され、次いで浸透抵抗の小さい中間部分に次第に浸透し、吐出口３ａから上方に吹き上げる挙動を示し、やがて構造物の基盤２下面に向かって流動することになる。こうして基盤２下面には薬液注入ロッド３を中心にして積層構造の固結構造体２０がほぼ半球状（以下、単に「半球状」という）に造成されることになる。
【００２５】
こうして構成された固結構造体２０は、基盤２下面に連なって半球状に形成されるので、この固結構造体２０によって構造物の負荷が周面に分散されて広い面で地層と接し摩擦抵抗が高められ、併せて固結構造体２０の周囲地層を圧密して地耐力が高められ、合理的に支持基盤の強化を図ることができる。また、コア状に形成されている半球状の固結構造体２０からは、図１に例示されるように、地層の状態に応じて周囲に分散延長して多数の枝状の固結体２１が形成されると、この枝状の固結体２１が地層に食込んだ状態となり、さらに摩擦抵抗が増大される。したがって、より強固な保持力が確保できる。なお、地盤５中に造成される固結構造体２０は、薬液材の注入状態によってその容積を任意に形成でき、地層の状態に即応して有効に造成できるのである。
【００２６】
このような薬液材の注入操作が複数箇所に配分された各薬液注入ロッド３の設置位置において行われると、予め設定されている配置間隔によって地盤５中で拡散注入されて形成される固結構造体２０の周端部同士が接合される。すると、その接合地点における固結体の強度発現状態（凝固開始状態）などに応じて浸透した薬液材の流動終端部（周端部２２）が結合して繋がり、結果的に半球状に造成された複数の固結構造体２０が格子状に一体連結され、地盤５中に広範にわたり多数のコアが連成された連結構造の固結構造体２０Ａによる支持構造が造成される（図２参照）。
【００２７】
このように構成された連結構造の固結構造体２０Ａは、コア状に形成されている各半球状の固結構造体２０の形成箇所において、それぞれ前述のように構造物の負荷が周囲に分散されて地層との摩擦抵抗が高められ、併せて固結構造体２０の周囲地層を圧密して地耐力を高めることになるので、より有効に支持基盤の強化を図ることができる。なお、改良対象の構造物が建設されている地盤５の状態によっては、前記薬液注入ロッド３を直列に配置して地盤５の強化を図ることができる。
【００２８】
一方、前記薬液注入ロッド３からの薬液注入操作について、その注入を所要のタイムラグで断続的に行えば、地盤５中に注入される薬液材のゲル化タイムの範囲で凝結される固結体が平板状になって積層構造を形成する。もちろん、先に凝結しつつある固結体に対して後から圧入される薬液材はその一部を割裂して順次浸透することになるので全体的に一体化し、不規則な平板積層構造の固結構造体２０が造成され、地層との摩擦抵抗を増大させ、負荷に対する反力も分散され安定した支持力（地耐力）を確保することができる。
【００２９】
また、本発明の地盤改良工法によれば、構築済みの構造物の支持地盤に対して後から改良施工できるので、構造物の建設当初における地盤が予期せぬ軟弱性で不同沈下現象を生じていても、地盤強化を施して構造物を安定状態に復帰させることが経済的に行い得るのである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の地盤改良工法は、構造物として一般の建物のほかに、造成地における盛土のＬ字型擁壁や造成用水路の基盤安定化あるいはボックスカルバートの安定化など土木工事における構造物の基盤を支持する地盤の安定手段として採用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１ 構造物
２ 基盤
３ 薬液注入ロッド
３ａ 薬液注入ロッドの吐出口
５ 地盤
１０ 薬液供給ユニット
２０ 固結構造体
２０Ａ 連結構造の固結構造体
２１ 枝状の固結体
２２ 固結構造体の周端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の基盤直下の地層に所要の間隔をおいて薬液注入材を注入し、地層の地耐力を強化して地盤が安定確保できるようにする地盤改良工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に地盤が沖積層のような地層では、大地震などによる激しい衝撃を受けて地層の液状化現象が発生することにより、地盤の不等沈下などが生じる。また、構造物の建設や地下掘削工事に伴う応力変化のために、その周辺地盤、近接する構造物あるいは道路面の沈下など変化を来たすという問題が生じている。そのために、地盤を安定化させる手段としては、種々の対策が研究され、一部実用化されている。その一例として基礎地盤に対して公知の手段で薬液材を注入し、地盤を強化するいわゆる薬液注入工法が一般的に知られている。
【０００３】
また、旧来の基礎地盤の安定化を図る工法の一つとして基盤に玉石を並べて敷く玉石工法に由来した「コマ基礎」工法が、たとえば特許文献１あるいは非特許文献１，２によって知られている。この「コマ基礎」工法とは、コマ型に成型されたコンクリート製のブロックを所要数、掘削した基礎地盤表面上に所要の範囲で整列配置し、このブロックの自重およびブロックが受ける垂直荷重と、円錐形胴体および円柱形軸脚に生じる反力および摩擦抵抗との総合力とを均衡させて不等沈下しない水平地耐力を発揮させるもので、あることが知られている。なお、この「コマ基礎」工法は、旧来の玉石工法と同様に構造物の構築前に施工するものである。
【０００４】
なお、前記「コマ基礎」工法においては、コマ型のブロックが独立形成されたものを配列する方式のほか、複数のコマ型ブロックを並べて相互に隣接部分で連結して形成されたユニット型のものを用いることも知られている（非特許文献３参照）。
【０００５】
一方、不等沈下した地盤上で傾いた構造物を復元するのに薬液注入工法を応用した工法では、たとえば特許文献２によって知られる工法がある。この復元工法では、基礎下部地盤中に薬液注入ロッドを所要の間隔で複数挿入設置し、その薬液注入箇所で瞬結性の薬液材を注入する操作を、ある薬液注入箇所から次の薬液注入箇所へと所要のインターバルで注入対象位置を切換える操作を繰り返し行い、各注入箇所において先に注入された薬液により強化された地盤および薬液材のホモゲル部を割裂させて薬液材を圧入することにより当該部分での反力を増大させ、地耐力を高めて基盤上にある構造物を押し上げ、傾斜した構造物を正常に復元させるようにすることにある。
【０００６】
あるいは、前記要領で実施する薬液注入工法において、注入する薬液注入材に複数種のゲル化タイムの異なる薬液材を用い、薬液注入箇所を巡るごとにこれらゲル化タイムの異なる薬液材を交互に切換えて注入操作を行う工法が、特許文献３によって知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭５６−５００５４号公報
【特許文献２】特許第３１２６８９６号公報
【特許文献３】特許第３６５３３０５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】全国マイ独楽工業会“マイ独楽の施工方法”、［online］［平成２１年３月１０日検索］、インターネット〈URL：http://www.mykoma.com/topbasesikou.html〉
【非特許文献２】丸高コンクリート工業株式会社−マイ独楽−(カタログ)［online］[平成２１年３月１０日検索]、インターネット〈URL：http://www.marucon.co.jp/mykoma/html〉
【非特許文献３】藤井 衛・若命 善雄・田村 昌仁・伊集院 博共著「ザ・ソイル[II]」、第四刷、株式会社建築技術、2006年3月15日、ｐ.100−105
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献１ならびに非特許文献１，２および３によって知られる「コマ基礎」工法では、構造物の建設前に施工する基礎工法であり、コマ型に成型したコンクリートブロック（以下、単に「ブロック」という）を用いることから予め製作された多くのブロックを現地に運んで、このコマ型のブロックを整列配置する作業を必要とする。したがって、ブロックを配置するには揚重機を準備しなければならず、設置場所の状況によっては揚重機の使用が困難であるなど作業上に問題点がある。また、この「コマ基礎」工法は、地表層を掘削した後にコマ型のブロックを配置するので、基本的にその施工には掘削作業が必要となる。しかも、配置されるコマ型のブロック間には必然的に空隙が生じるので、この空隙を埋める必要があるが、埋め戻す部分を締め固める作業は容易ではなく、施工後において十分な地耐力を確保するのに問題がある。
【００１０】
そして、単独型のコマ型ブロックを使用した場合には、それぞれのブロックが地層に対して摩擦抵抗による強化機能を発揮させるものであるから個々に作用して、前述のようにブロック相互間に生じる埋め戻し箇所でブロック間に介在する地山の土が遊動し、敷設箇所において地耐圧に不同が生じるという問題点がある。また、複数個のコマ型のブロックを相互に連結して一体型に形成されたユニット構造のもの（非特許文献２参照）では、前記単独形状のブロックによる敷設に比べて強化範囲が広がるが、そのユニット構造の大きさに比例して１個あたりの取扱い質量が重くなり、配置するのに大型の揚重機が必要になる。しかも、この場合にはブロックユニットの構造上、コマ型のブロック間に生じる空隙部分の埋め戻し箇所での砕石などの充填がどうしても十分に行えないので、圧密強度が得られないという問題点がある。その上、大型の揚重機が出入りできる条件の地所に限定されるという施工準備に際しての問題点もある。
【００１１】
また、前記特許文献２，３によって知られる構造物の復元工法は、基本的に構築された構造物の基礎地盤中に薬液注入ロッドを挿入し、その地盤中に対して薬液材を注入し、支持基盤を強化して構造物の持上げ反力を確保し地盤の不等沈下によって傾斜した構造物を水平状態に戻す工法であり、複数箇所に分かれてインターバルをとって順次薬液材の注入を行い基盤上の構造物による負荷以上の持上げ力を確保する必要がある。したがって、この構造物の復元工法では基礎地盤上の構造物に対する持上げ反力を確保することに注力され、どうしても薬液材の注入量も多くなりがちで、一般的な地盤の改良を行うのに不適切である場合が多いという問題がある。
【００１２】
本発明では、既に構築された構造物の基盤下の地盤に対し薬液材を合理的に注入固結させ、基盤下に自由に半球状の固結体を形成して構造物による負荷を分散支持させるとともに地盤の圧密により地耐力を強化し、安定した地盤が形成できるようにする地盤改良工法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の地盤改良工法は、
構造物の基盤下部の地層に、複数の薬液注入ロッドを所要間隔で前記基盤下に開口するよう挿入設置し、前記各薬液注入ロッドによって瞬結性薬液材を断続的に圧入操作して、先に注入されて地盤を強化した固結体を後続圧入される薬液材により割裂させるとともに、さらに地盤へ浸透させ、基盤の下面から前記薬液注入ロッドの周囲に半球状の固結構造体を形成し、この固結構造体によって地盤を圧密すると同時に地耐力を強化させることを特徴とするものである。
【００１４】
前記薬液注入ロッドの配置間隔は、薬液材の注入により形成される固結構造体の形成時、隣接するその固結構造体が相互に接合できる位置関係となるように配置するのがよい。また、前記薬液注入ロッドは、目的改良地盤の範囲に対応して所要間隔でもって縦横に配置するのがよい。なお、前記薬液注入ロッドの配置により注入形成される固結構造体は、複数の半球状固結構造体が連結して地層中に形成されるようにする。また、前記固結構造体は半球状に造成すると同時にその周辺に拡散浸透させて枝状の固結体が形成されるようにするのがよい。
【００１５】
前記固結構造体は、注入薬液材の断続的注入により不規則な平板積層構造で半球状に形成されるようにするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の地盤改良工法によれば、地盤上に構築された構造物に対して、その基盤下に後から瞬結性薬液材の注入により土砂との混合凝結にて半球状の固結構造体を地層内に形成し、構造物の基盤と一体的に半球状の固結構造体が形成されることから、その固結構造体によって構造物の基盤に作用する負荷が分散されるとともに地層との摩擦抵抗が増大され、あたかも「コマ基礎」の原理に相応する効果が得られる。しかも、地盤に対して注入薬液材が薬液注入ロッドを中心として周囲に順次分散して半球状に形成されるので、形成される固結構造体の周囲は自動的に地盤が圧密され、薬液材の注入以外の操作を必要としない。したがって、この固結構造体によって構造物の負荷を分散させ、地層を圧密して地耐力を高め、合理的に支持基盤の強化を図ることができる。しかも、既設構造物における地盤の安定強化であるから、在来の「コマ基礎」工法とは異なり、掘削や地表の整地などの準備工程を要することなく効率よく施工できるという経済的効果を得ることができる。
【００１７】
また、形成される固結構造体は、薬液材の注入設定位置を選択することにより直列または縦横に、任意に隣接する箇所でそれぞれ形成されるもの同士が接合して連接された固結構造体を構成することができる。そして、固結構造体が連接されることにより、施工された範囲全般でほぼ一様に地盤の強化を図ることができ、負荷の分散均衡化を図って地耐力が高い安定した地盤に改良することができる効果を奏する。
【００１８】
さらに、この地盤改良工法は、構造物の基盤下地層に対して薬液注入ロッドを挿入設置して施工するので、造成される固結構造体の容積が地層の状態により任意の容積に造成できる。したがって、従来の「コマ基礎」工法のように予め成型されたブロックを使用するものでなく、作業現場での状況に即対応して施工することができる。しかも、事前施工と異なりブロックを搬入したり掘削工事が伴わないから、如何様な場所での施工も可能であるという多くの利点がある。また、規模の大小を問わずに施工できるという効果も併せ得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明による地盤改良工法の基本的実施形態を模式的に表わす図
【図２】図２は本発明による地盤改良工法の一実施形態の施工断面を模式的に表わす図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の地盤改良工法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
本発明の地盤改良工法は、基本的に構造物１の基盤２となっている“べた基礎”の下側地盤５を強化するものであり、その基盤２を貫通して周知の二重管構造のロッド３（以下、単に「薬液注入ロッド３」という）を地層に向かって吐出口３ａが開口するように設置し、この薬液注入ロッド３により瞬結性の薬液材を注入して基盤２下に連接して地層中に半球状の固結構造体２０を形成し、この固結構造体２０によって地盤５に対する負荷の分散支持と地盤５の圧密を図り、地耐力の強化を促すものである。
【００２２】
まず、改良しようとする構造物が設置された地盤５に対し、改良計画に基づいて所要の間隔で複数本の薬液注入ロッド３を、基盤２を貫通させて挿入設置する。なお、前記薬液注入ロッド３の配置については、直列配置あるいは縦横に配置する（図２には複数配置の一断面を表わしている）。この薬液注入ロッド３としては、公知の二重管構造のロッドが使用される。そして、各薬液注入ロッド３には薬液供給ユニット１０の給液タンク１１，１２高圧ポンプ１３，１３′から開閉バルブ１４，１５を介してそれぞれＡ液とＢ液との供給管１６，１７（たとえばホース）が配管される。また、注入する薬液材としては、瞬結性の薬液材が使用され、例えば、Ａ液としては硫酸（７５％）、珪酸ソーダ（５号）と水とが、ほぼ６：３４：６０の割合のものを２００リットル、Ｂ液としてはカルシウムアルミノシリケートと消石灰とセメントと重炭酸ナトリウムと水とが、１０：１０：７５：３：残量の割合のものを２００リットルとして、１：１の割合で混合注入されるゲル化タイム約１〜３ｓｅｃのグラウトが用いられる。なお、この薬液材の成分については、上記成分に特定されるものではなく、ゲル化タイムを変えるとともに結合強度を維持できるに適した成分のものを採用することができる。
【００２３】
このような薬液材は、薬液供給ユニット１０のＡ液，Ｂ液各１台の高圧ポンプ１３，１３′によって高圧力で１０〜２０リットル／ｍｉｎ程度の吐出量にて各薬液注入ロッド３・・・に、順次もしくは選択的に供給する。注入圧力については、地盤５が砂質層の場合で比較的注入速度が早い状態では低圧力で注入することができる。また、粘土質の地盤５では注入時の抵抗が高まるので注入圧力を高める必要がある。
【００２４】
ここで、前記薬液材の注入に際しては、所要の圧力で引き続いて薬液材を注入すると、薬液注入ロッド３の吐出口３ａでＡ液とＢ液とが混合されて地中に圧入される。こうして注入される混合された薬液材は、地中での抵抗が少ない状態であると薬液注入ロッド３の吐出口３ａからゲル化タイムの範囲内で自由に流動浸透し、地中に拡散して土砂と混合されつつ凝結する。後続して注入される薬液材は、先に注入されて地盤５中で凝固した土砂との固結体が強度発現途中にあるため容易に脈状割裂して後続する薬液材が地盤５中に浸透する。この浸透した薬液材は、薬液注入ロッド３を中心にして拘束領域外に薄い液層として拡がろうとするが、自身のもつゲル化タイムによって流動を制止されるため、薄い円盤状の液層となって加圧力が広い面積に伝播する。しかも、その挙動が継続的になされるので、注入開始当初の段階では固結体が薬液注入ロッド３の吐出口３ａから遠位置に形成され、次いで浸透抵抗の小さい中間部分に次第に浸透し、吐出口３ａから上方に吹き上げる挙動を示し、やがて構造物の基盤２下面に向かって流動することになる。こうして基盤２下面には薬液注入ロッド３を中心にして積層構造の固結構造体２０がほぼ半球状（以下、単に「半球状」という）に造成されることになる。
【００２５】
こうして構成された固結構造体２０は、基盤２下面に連なって半球状に形成されるので、この固結構造体２０によって構造物の負荷が周面に分散されて広い面で地層と接し摩擦抵抗が高められ、併せて固結構造体２０の周囲地層を圧密して地耐力が高められ、合理的に支持基盤の強化を図ることができる。また、コア状に形成されている半球状の固結構造体２０からは、図１に例示されるように、地層の状態に応じて周囲に分散延長して多数の枝状の固結体２１が形成されると、この枝状の固結体２１が地層に食込んだ状態となり、さらに摩擦抵抗が増大される。したがって、より強固な保持力が確保できる。なお、地盤５中に造成される固結構造体２０は、薬液材の注入状態によってその容積を任意に形成でき、地層の状態に即応して有効に造成できるのである。
【００２６】
このような薬液材の注入操作が複数箇所に配分された各薬液注入ロッド３の設置位置において行われると、予め設定されている配置間隔によって地盤５中で拡散注入されて形成される固結構造体２０の周端部同士が接合される。すると、その接合地点における固結体の強度発現状態（凝固開始状態）などに応じて浸透した薬液材の流動終端部（周端部２２）が結合して繋がり、結果的に半球状に造成された複数の固結構造体２０が格子状に一体連結され、地盤５中に広範にわたり多数のコアが連成された連結構造の固結構造体２０Ａによる支持構造が造成される（図２参照）。
【００２７】
このように構成された連結構造の固結構造体２０Ａは、コア状に形成されている各半球状の固結構造体２０の形成箇所において、それぞれ前述のように構造物の負荷が周囲に分散されて地層との摩擦抵抗が高められ、併せて固結構造体２０の周囲地層を圧密して地耐力を高めることになるので、より有効に支持基盤の強化を図ることができる。なお、改良対象の構造物が建設されている地盤５の状態によっては、前記薬液注入ロッド３を直列に配置して地盤５の強化を図ることができる。
【００２８】
一方、前記薬液注入ロッド３からの薬液注入操作について、その注入を所要のタイムラグで断続的に行えば、地盤５中に注入される薬液材のゲル化タイムの範囲で凝結される固結体が平板状になって積層構造を形成する。もちろん、先に凝結しつつある固結体に対して後から圧入される薬液材はその一部を割裂して順次浸透することになるので全体的に一体化し、不規則な平板積層構造の固結構造体２０が造成され、地層との摩擦抵抗を増大させ、負荷に対する反力も分散され安定した支持力（地耐力）を確保することができる。
【００２９】
また、本発明の地盤改良工法によれば、構築済みの構造物の支持地盤に対して後から改良施工できるので、構造物の建設当初における地盤が予期せぬ軟弱性で不同沈下現象を生じていても、地盤強化を施して構造物を安定状態に復帰させることが経済的に行い得るのである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の地盤改良工法は、構造物として一般の建物のほかに、造成地における盛土のＬ字型擁壁や造成用水路の基盤安定化あるいはボックスカルバートの安定化など土木工事における構造物の基盤を支持する地盤の安定手段として採用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１ 構造物
２ 基盤
３ 薬液注入ロッド
３ａ 薬液注入ロッドの吐出口
５ 地盤
１０ 薬液供給ユニット
２０ 固結構造体
２０Ａ 連結構造の固結構造体
２１ 枝状の固結体
２２ 固結構造体の周端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の基盤下部の地層に、複数の薬液注入ロッドを所要間隔で前記基盤下に開口するように挿入設置し、前記各薬液注入ロッドによって瞬結性薬液材を断続的に圧入操作して、先に注入されて地盤を強化した固結体を後続圧入される薬液材により割裂させるとともに、さらに地盤へ浸透させ、基盤の下面から前記薬液注入ロッドの周囲に半球状の固結構造体を形成し、この固結構造体によって地盤を圧密すると同時に地耐力を強化させることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記薬液注入ロッドの配置間隔は、薬液材の注入により形成される固結構造体の形成時、隣接するその固結構造体が相互に接合できる位置関係となるように配置する請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記薬液注入ロッドは、目的改良地盤の範囲に対応して所要間隔でもって縦横に配置する請求項１または２に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
前記薬液注入ロッドの配置により注入形成される固結構造体は、複数の半球状固結構造体が連結して地層中に形成されるようにする請求項１または２に記載の地盤改良工法。
【請求項５】
前記固結構造体は半球状に造成すると同時にその周辺に拡散浸透させて枝状の固結体が形成されるようにする請求項１，２または４のいずれかに記載の地盤改良工法。
【請求項６】
前記固結構造体は、注入薬液材の断続的注入により不規則な平板積層構造で半球状に形成する請求項１，２，４または５のいずれかに記載の地盤改良工法。
【請求項１】
構造物の基盤下部の地層に、複数の薬液注入ロッドを所要間隔で前記基盤下に開口するように挿入設置し、前記各薬液注入ロッドによって瞬結性薬液材を断続的に圧入操作して、先に注入されて地盤を強化した固結体を後続圧入される薬液材により割裂させるとともに、さらに地盤へ浸透させ、基盤の下面から前記薬液注入ロッドの周囲に半球状の固結構造体を形成し、この固結構造体によって地盤を圧密すると同時に地耐力を強化させることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
前記薬液注入ロッドの配置間隔は、薬液材の注入により形成される固結構造体の形成時、隣接するその固結構造体が相互に接合できる位置関係となるように配置する請求項１に記載の地盤改良工法。
【請求項３】
前記薬液注入ロッドは、目的改良地盤の範囲に対応して所要間隔でもって縦横に配置する請求項１または２に記載の地盤改良工法。
【請求項４】
前記薬液注入ロッドの配置により注入形成される固結構造体は、複数の半球状固結構造体が連結して地層中に形成されるようにする請求項１または２に記載の地盤改良工法。
【請求項５】
前記固結構造体は半球状に造成すると同時にその周辺に拡散浸透させて枝状の固結体が形成されるようにする請求項１，２または４のいずれかに記載の地盤改良工法。
【請求項６】
前記固結構造体は、注入薬液材の断続的注入により不規則な平板積層構造で半球状に形成する請求項１，２，４または５のいずれかに記載の地盤改良工法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２３６１８１（Ｐ２０１０−２３６１８１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８１８９０（Ｐ２００９−８１８９０）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（５９２０７２９２０）平成テクノス株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（５９２０７２９２０）平成テクノス株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]