地盤改良用ドレーン材

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は間隙水を含んでいる軟弱粘性土地盤等の軟弱地盤を改良するためのドレーン材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】軟弱地盤の改良工法として、従来からサンドドレーン工法が広く採用されている。この工法は軟弱地盤に鉛直方向に多数の砂柱を打設して砂柱の粒子間に軟弱地盤中に含まれている地下水（以下、間隙水とする）を導き、その間隙水を砂粒子の間隙を通じて地表に敷設したサンドマット側へ排出するにより、軟弱地盤中の間隙水を減少させるというものであるが、地盤中の間隙水圧を上昇させてドレーン材を通じて地表面に間隙水を排出するには、軟弱地盤上に多量の載荷盛土により載荷重を作用させる必要がある。
【０００３】このような大きな載荷重を作用させると、軟弱地盤に側方流動やスベリが発生してドレーン材が中間部で切断されて不連続部分が生じ、間隙水の排出ができなくなる虞れがある。そのため、載荷盛土に応じた圧密による地盤改良強度とした後、次段階の盛土を行って再度圧密沈下させ、この作業を繰り返し行って地盤の圧密沈下を促進させているが、このような工法では施工管理が煩雑化するばかりでなく、必然的に長期間の工期を要し、且つ載荷盛土の施工や撤去が全体施工費用の大半を占める現状から鑑みて盛土量を増大させることは施工性、経済性の点においても問題があった。
【０００４】このため、本願発明者等は、特願平３ー３９３０１号に開示しているような新規な地盤改良用ドレーン材を開発した。このドレーン材は、図14に示すように、無孔パイプ体Ａと、地盤との接触面に多数の通水小孔ｂを設けてなる有孔パイプ体Ｂとを一体的に組み合わせると共に両パイプ体Ａ、Ｂの下端間を互いに連通させてなる構造を有し、このドレーン材を平面方向に一定間隔を存して多数本、地盤中の所望深さまで鉛直に打設したのち、各ドレーン材の有孔パイプ体Ｂの通水小孔ｂから該パイプ体Ｂ内に流入した地盤中の間隙水を無孔パイプ体Ａ又は有孔パイプ体Ｂを通じて吸引または圧気により地表面側に強制排出するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ドレーン材によれば、無孔パイプ体Ａに圧縮空気を間歇的に送給してドレーン材底部に溜まった間隙水を有孔パイプ体Ｂを通じて排出する場合、送気を停止させた際、有孔パイプ体内表面に付着した間隙水は降下する。この降下時に、図15に示すように有孔パイプ体Ｂ内に残存する間隙水は表面張力によって適宜長さ間隔毎に水柱部Ｃを形成して上下水柱部Ｃ、Ｃ間に大気圧よりも高い圧力空気が封入された状態となり、各水柱部Ｃの存在する部分は静水圧として順次累積されることになる。この時、各有孔パイプ体Ｂにおける水柱部Ｃの合計高さは等しくなっている。
【０００６】間隙水を効率良く有孔パイプ体Ｂ内に通水小孔ｂを通じて流入させるには、有孔パイプ体Ｂ内を全長に亘って完全排水した状態にして大気圧に等しくしておくことが望ましいにも拘わらず、上記のように有孔パイプ体Ｂの中間部に静水圧が存在していると、その圧力によって間隙水の流入が阻害され、排水能率が低下して効率のよい地盤改良が行えなくなるものである。本発明はこのような問題点を解消し得る地盤改良用ドレーン材の提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の地盤改良用ドレーン材は、無孔パイプ体と、地盤との接触面に多数の通水小孔を設けてなる有孔パイプ体とを一体的に組み合わせると共にこれらのパイプ体の下端間を互いに連通させてなるドレーン材において、隣接する有孔パイプ体の隔壁に有孔パイプ体同士を連通させる複数個の連通孔を長さ方向に適宜間隔毎に設けた構造としたことに特徴を有するものである。
【０００８】
【作用】軟弱地盤中に上記ドレーン材を打設すると、該有孔パイプ体の多数の通水小孔を通じて地盤中の間隙水が地下水圧によって有孔パイプ体内に浸入し、底部内に滞留する。そして、無孔パイプ体の上端に圧縮空気供給装置からなる圧気手段を配管を介して連結し、無孔パイプ体内に加圧空気を送給すると、滞留水はその圧気体によって有孔パイプ体内を上昇し、地表面側に強制排出される。
【０００９】この排水後に送気を一旦停止させると、有孔パイプ体内の表面に付着した間隙水は表面に沿って降下するが、その時、間隙水はその表面張力によってこれらのパイプ内の複数箇所に水柱部を形成する。各有孔パイプ体における上下水柱部間の空間部は隔壁に設けている連通孔を通じて隣接する有孔パイプ体の上下水柱部間の空間部に連通し、これらの空間部に封入される圧気は高圧側の空間部から低圧側の空間部へと流れて、ついには有孔パイプ体の開口上端の大気側へと通じることになると共に高圧側の水柱部も低圧側の有孔パイプ体内に連通孔を通じて流入し、該有孔パイプ体内を伝って底部に流下、滞留する。従って、有孔パイプ体内が低圧化して通水小孔からの間隙水の取り込みが効率よく行えるものである。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例を図面について説明すると、１は横断面中空長方形状に形成されたドレーン材主体で、適度の可撓性を有する合成樹脂材料や薄鋼板、或いは厚手の布帛等よりなり、その厚みが３〜６mm、幅が70〜100mm 程度で、長さが長尺のもので100 ｍ位の縦長長方形状に形成されている。このドレーン材主体１は、その内部を図２、図３に示すように両端が前後壁に一体に固着した縦仕切板４、４・・４によって幅方向に複数分割されて複数個のパイプ体に形成されてある。そして中央のパイプ体２以外のパイプ体３、３は、これらのパイプ体３を形成しているドレーン材１の前後側壁面及び両側壁面に長さ方向に適宜間隔毎に多数のスリット状通水小孔５、５・・５を穿設して有孔パイプ体とし、中央のパイプ体２はドレーン材１の前後側壁面に通水小孔５を設けることなく無孔パイプ体としてある。なお、各パイプ体２、３はその内部を通じて間隙水（地下水）を圧気によって押上げが可能な径であり、望ましくは５mm程度の細管形状に形成されている。
【００１１】さらに、ドレーン材主体１の前後外壁面に不織布等よりなるフイルター６を貼着していると共にドレーン材主体１の開口下端にはキャップ体７が装着されてある。このキャップ体７は図４に示すように断面逆三角形状に形成され、地中へのドレーン材主体１の打ち込みを容易に行えるようにしている。このキャップ体７の上端面で閉止されたドレーン材主体１の下端内部において、中央の無孔パイプ体２と有孔パイプ体３との下端間は通路８を通じて互いに連通してある。
【００１２】９は隣接する有孔パイプ体３を区画している上記縦仕切板４に上下方向に小間隔毎に穿設した小径の連通孔で、隣接する有孔パイプ体３、３内を互いに連通させているものである。この連通孔９は、図１及び図２R>２に示すように、縦仕切板４の一部をドレーン材主体１の前後側壁面間に貫通するように縦仕切板４の厚さよりも大径の孔をあけることにより設けておけば、通水小孔５と同じ工程で孔をあけることができるとともに間隙水の取り込みが行えるという利点を有するが、図５、図６に示すように、外部に連通させることなく縦仕切板４をその厚み方向に穿設して形成したものであってもよい。
【００１３】このように構成したドレーン材を軟弱地盤Ａに打設するには、例えば、図７に示すように、打込み移動台車11上に長尺のドレーン材主体１を巻き取り状態で配設すると共に台車11の先端部に垂直に支持されたリード12にドレーン材１の打込み挟持部材13を昇降自在に装着し、ドレーン材主体１の適宜長さ部分を引き出してリード上端のシーブ14を介して挟持部材13に挟み込み、該挟持部材13の下端をドレーン材主体１の下端から突出したキャップ体７の上端外周面に当接させた状態とする。
【００１４】この状態で、挟持部材13をリード12に沿って降下させ、軟弱地盤Ａの所望深さまで打ち込む。次いで、挟持部材13の挟持力を解いて引き上げると、ドレーン材主体１はその下端に装着したキャップ体７によって共上がりを防止されて軟弱地盤Ａ中に垂直に打設された状態を維持し、挟持部材13のみが引き上げられる。その後、挟持部材13の下端側でドレーン材主体１を切断する。
【００１５】次のドレーン材主体１の打ち込み時には、該ドレーン材主体１が前記所定長さのドレーン材主体１の打設に応じてシーブ14を介して引き出されているので、上記のように切断した開口下端にキャップ体７を装着したのち、前記同様にして軟弱地盤Ａに打設する。この打設作業を繰り返し行って、図８に示すように軟弱地盤Ａの平面方向に所望間隔毎に多数のドレーン材主体１を打設する。次いで、図９に示すように、地表面に開口している各ドレーン材主体１の無孔パイプ体２の開口上端に送気管15を連結すると共にこれらの送気管15を地上の適所に設置したコンプレッサ等の圧気手段16に連結、連通させてドレーン装置をする。
【００１６】軟弱地盤Ａ中にドレーン材が打設されると、有孔パイプ体３内は大気圧であり地盤内の間隙水の水圧によって地盤中の間隙水がフイルター６を通過して多数の通水小孔５から有孔パイプ体３内に流入し、ドレーン材主体１の底部内に滞留する。この際、軟弱地盤Ａが砂地盤の場合には、打設したドレーン材主体１、１間の地盤中に棒杭を打ち込んで、該棒杭を振動させれば、水平方向の間隙水圧が上昇してドレーン材主体１に対する間隙水の集水効率を向上させることができる。さらに、地表面に載荷盛土を必ずしも行わなくてもよいが、間隙水の除去によって地盤が圧密沈下していくので、その沈下量に応じた高さの盛土17を予め行っておき、その載荷重によって軟弱地盤に垂直方向の荷重を大きくするようにしてもよい。
【００１７】こうして、上述のようにドレーン材主体１の底部内に間隙水を滞留させると共に無孔パイプ体２に圧気手段16側から送気管15を通じて圧縮空気を送入すると、ドレーン材主体１内の底部に滞留している間隙水は通路８から各有孔パイプ体３の開口下端内に流入し、これらの有孔パイプ体３を通じて押し上げられて地表側に排出される。このような圧気によるドレーン材内の排水作用によれば、軟弱地盤Ａ中の水位低下を吸引作用による排水よりも大きな低下量にすることができるものである。
【００１８】ドレーン材主体１の底部内に滞留する間隙水の圧気による排出作業を所望時間行って、該間隙水が充分に排出されると、無孔パイプ体２への圧気の供給を一旦停止させる。そうすると、有孔パイプ体３内において壁面等に付着した状態で残留する間隙水は、表面張力によって集合して図10に示すように、これらの有孔パイプ体３内の複数箇所に適宜長さの水柱部10が上下方向に適宜間隔毎に形成されて、上下水柱部10、10間の空間部20に圧気が封入された状態となる。
【００１９】しかしながら、隣接する有孔パイプ体３、３間を仕切っている仕切壁４には、これらのパイプ体３、３同士を互いに連通させる複数の連通孔９が設けられているので、隣接する有孔パイプ体３、３間において、空間部20内に封入される圧気は高圧側の空間部から低圧側の空間部へと流れる。例えば、図10において、高さａ部分における状態を考察すると、連通孔９が設けられていない場合には、上下に水柱部10、10が存在する空間部20内の圧力が高く、この空間部20を有する有孔パイプ体3aに隣接する有孔パイプ体3b内においては上方側に水柱部が存在しないので大気に開放されていて該空間部20内よりも低圧の大気圧となっている。
【００２０】従って、連通孔９が設けられていると、該連通孔９を通じて空間部20内の高圧空気は有孔パイプ体3b側に流入して該空間部20内が大気圧となり、有孔パイプ体3a内の上方側の水柱部10が下降すると共に連通孔９を通じて空気の流れで隣接する有孔パイプ体3b内に流入して該有孔パイプ体3b内を伝って降下する。このようにして、各有孔パイプ体３内に複数の水柱部10が存在していても、全ての有孔パイプ体３の上端開口部は大気圧となっていて、この開口部に連通孔９を通じて隣接する有孔パイプ体３内の上下水柱部10、10間の空間部20は迂回しながら連通した状態となっているから、全ての空間部20内の高圧空気は有孔パイプ体３の上端開口部側に放出されることになり、そのため、水柱部10がドレーン材主体１の底部に沈降する。
【００２１】この沈降によって各有孔パイプ体３内の底部には、図11に示すように、上記複数個の水柱部10の高さを加算した高さに相当する水柱部30が形成されるが、該水柱部30以外の各有孔パイプ体３の内部は大気圧状態となっていて地盤中の間隙水を通水小孔５を通じて効率よく取り込むことができるものである。
【００２２】このように各有孔パイプ体３内への間隙水の取り込みによる地盤改良効果は、上記図11において、有孔パイプ体３内の圧力低下を水平方向に取った場合、圧力降下を示す面積で表すことができる。例えば、集水した水柱部30の高さが有孔パイプ体３の高さをＨとした場合に0.3 Ｈであったとすると、ドレーン材主体１内の間隙水が完全排水された場合は、ΔABC の面積に比例し、1/2 Ｈ²=となる。ところが、有孔パイプ体３内の複数箇所に上記のような水柱部10が存在している場合には、ΔABD の面積、即ち、1/2 ×0.7 Ｈ²=となる。一方、これらの水柱部10を底部に集水させた場合、四辺形ABDEの面積、即ち、1/2 Ｈ²=−1/2 ×（0.3 Ｈ×0.3 Ｈ）＝0.91Ｈとなり、完全排水の９割に達する地盤改良効果を発揮するものである。なお、ドレーン材１の打ち込みにあたっては、底部に沈降する水柱部30の高さだけ、所望の地盤改良の深さよりも深く打ち込みことが望ましい。
【００２３】上記実施例においては、ドレーン材として無孔パイプ体２を中央にしてその両側に複数の有孔パイプ体３を並列させた形状のものを示したが、無孔パイプ体２は必ずしも中央に配することなく、例えば、端部側に設けておいてもよい。又、このような横断面中空長方形状のドレーン材に限らず、図12、図13に示すように内外二重管よりなる長尺管形状のものを使用し、その内管を無孔パイプ体21とすると共に内管と外管とで囲まれた環状空間部を円周方向に所望間隔毎に仕切板41によって複数分割して各分割部を有孔パイプ体31に構成してもよい。
【００２４】この場合、外管に穿設された多数の小孔が通水小孔５となるものであり、仕切板41には隣接する有孔パイプ体31、31間を連通させる多数の小径連通孔９が穿設されている。さらに、外管の外周面にフイルター６を被着していると共に開口下端に逆円錐形状のキャップ体７を装着してなるものである。なお、無孔パイプ体21と有孔パイプ体31との底部は、上記実施例におけるドレーン材と同様に、通路を通じて連通しているものである。このように構成したドレーン材によって地盤中の間隙水を排除する方法は、上記実施例と同様であるので省略する。なおドレーン材の下端にキャップ体７を装着しているが、ドレーン材を軟弱地盤Ａ中に打ち込んだのち、内部に滞留する間隙水を揚水すると、ドレーン材１の開口下端側の土砂に揚水力によって自然と通路が形成されるので、必ずしも必要としない。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明の地盤改良用ドレーン材によれば、無孔パイプ体と、地盤との接触面に多数の通水小孔を設けてなる有孔パイプ体とを一体的に組み合わせると共にこれらのパイプ体の下端間を互いに連通させているので、このドレーン材を軟弱地盤中に打設することによって有孔パイプ体に設けた多数の通水小孔を通じて軟弱地盤中の間隙水を円滑に内部に取り込むことができ、さらに、無孔パイプ体を通じて圧縮空気を送り込めば、ドレーン材の底部に滞留した間隙水を有孔パイプ体を通じて強制的に地表側に排出することができるものであり、従って従来のように多量の載荷盛土を行うことなく、軟弱地盤中の間隙水圧を相対的に高めて効率よく地盤の改良を行うことができて地盤改良工期を短縮させ、施工性の向上と共に経済的に改良地盤を形成できるものである。
【００２６】さらに、上記圧縮空気による排水後にその送気を一旦停止させると、有孔パイプ体内の残留する間隙水は表面張力によってこれらのパイプ内の複数箇所に水柱部が形成されるが、本発明によれば、隣接する有孔パイプ体の隔壁に有孔パイプ体同士を連通させる複数個の連通孔を長さ方向に適宜間隔毎に設けているので、各有孔パイプ体における上下水柱部間の空間部は隔壁に設けている連通孔を通じて隣接する有孔パイプ体の上下水柱部間の空間部に連通し、これらの空間部に封入される圧気を高圧側の空間部から低圧側の空間部へと流動させて低圧にすることができ、従って、水柱部を有孔パイプ体内を伝って底部に確実に流下、滞留させることができ、通水小孔からの間隙水の取り込み効率を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドレーン材の一部切欠断面図、
【図２】そのＸーＸ線横断面図、
【図３】そのＹーＹ線横断面図、
【図４】キャップ体部分の縦断側面図、
【図５】ドレーン材の別な実施例を示す一部切欠断面図、
【図６】その横断面図、
【図７】ドレーン材の打設状態を示す簡略縦断正面図、
【図８】軟弱地盤中に打設されたドレーン材の平面図、
【図９】揚水状態を示す断面図、
【図１０】管内の水柱部降下現象の説明図、
【図１１】管内の圧力減少状態の説明図、
【図１２】ドレーン材のさらに別な実施例を示す一部切欠断面図、
【図１３】その横断面図、
【図１４】連通孔を設けていないドレーン材の一部切欠断面図、
【図１５】その管内圧力状態を示す説明図。
【符号の説明】
１ドレーン材主体
２無孔パイプ体
３有孔パイプ体
４縦仕切板
５通水小孔
８通路
９連通孔

【特許請求の範囲】
【請求項１】無孔パイプ体と、地盤との接触面に多数の通水小孔を設けてなる有孔パイプ体とを一体的に組み合わせると共にこれらのパイプ体の下端間を互いに連通させてドレーン材主体を形成し、さらに、隣接する有孔パイプ体の隔壁に有孔パイプ体同士を連通させる複数個の連通孔を長さ方向に適宜間隔毎に設けていることを特徴とする地盤改良用ドレーン材。
【請求項２】ドレーン材主体は無孔パイプ体と複数本の有孔パイプ体を並列状態で一体に配設した構造としていることを特徴とする請求項１記載の地盤改良用ドレーン材。
【請求項３】ドレーン材主体は無孔パイプ体を中央にしてその外周に複数本の有孔パイプ体を円形状に配設した構造としていることを特徴とする請求項１記載の地盤改良用ドレーン材。

【図１】