説明

真空圧密地盤改良工法

【課題】真空圧密地盤改良工法として、キャップ付きドレーン工法などを適用する場合にシール層を簡易かつ充分に確保可能であり、また、シート式工法などを適用する場合に気密シートの根入れ工程を省略可能な真空圧密地盤改良工法を提供する。
【解決手段】この真空圧密地盤改良工法は、改良対象の地盤にドレーン材を打設する工程(S01)と、改良対象地盤の地表面を雪で覆う工程(S03)と、改良対象地盤の地表面を覆う雪を氷の状態または氷に近い状態とする工程(S04,S05)と、ドレーン材を通して真空圧密を行う工程(S06)と、を含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ドレーン材を改良対象地盤中に打設する真空圧密地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【0002】
真空圧密地盤改良工法は、軟弱地盤中に打設したドレーン材の内部を減圧することで内外の応力差を圧密応力として排水を促進することで地盤改良を行うものである。
【0003】
特許文献1は、ドレーン材を地盤中に所定の間隔をおいて打設することにより、地盤中に鉛直排水壁を造成する工程と、ドレーン材上端部と接触するように水平状に真空ポンプに連結した通水材を配置する工程と、地盤上をドレーン材上端部及び通水材とともに合成樹脂フィルムをラミネートした気密シートで覆う工程と、真空ポンプを作動させて地盤上面に負圧の状態を造り出す工程とからなる軟弱地盤の改良工法を開示する。
【0004】
特許文献2,3は、透水性の鉛直ドレーン材を軟弱地盤中に挿入し、鉛直ドレーン材内を減圧手段により減圧することにより、真空圧によって軟弱地盤を圧密させるとともに軟弱地盤中の水を鉛直ドレーン材内に流入させて排水するようにしてなる真空圧密による軟弱地盤改良工法において、軟弱地盤中への挿入深さに対応した長さに切断した鉛直ドレーン材の上端に排水用筒材を一体に備えた気密性キャップを予め固着し、気密性キャップ付きの鉛直ドレーン材を軟弱地盤改良施工現場に搬入し、気密性キャップを上側にし、気密性キャップが所定の深さに達するまで軟弱地盤中に挿入する真空圧密による軟弱地盤改良工法を開示する。特許文献2のキャップ付きドレーン工法によれば、気密性キャップが地盤中に挿入された深さ位置から上部の地盤をシール層として利用することができるため、特許文献1のシート式工法のような気密シートが不要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2000−328550号公報
【特許文献2】特開2002−138456号公報
【特許文献3】特開2006−241872号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
例えば、泥炭性地盤において、原地盤基面よりも低い位置に外水位がある場合や、表土が凍結する場合など、表土が不飽和化して層内に地下水位が存在することがある。このような地盤においてキャップ付きドレーン工法を適用する場合、地下水位よりも少なくとも1m程度深い位置まで気密性キャップを挿入することで、漏気防止のためのシール層を確保しなければならない。
【0007】
シート式工法でも同様に、地下水位よりも低い位置まで気密シートの端部を根入れする必要があり、特に寒冷地では地盤が凍上するために気密シートの根入れ施工が困難となる。また、シート式工法では載荷終了後に気密シートを撤去する必要があり、このシート撤去工程は手間がかかるものであった。
【0008】
本発明は、真空圧密地盤改良工法として、キャップ付きドレーン工法などを適用する場合にシール層を簡易かつ充分に確保可能であり、また、シート式工法などを適用する場合に気密シートの根入れ工程を省略可能な真空圧密地盤改良工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】
上記目的を達成するために、本発明者が鋭意検討・研究した結果、特に雪のある地域において真空圧密地盤改良工法を実行する場合、ドレーン材を打設後の改良対象地盤の地表面を雪で覆い、その後、重機による締固めと散水とにより、雪を氷の状態または氷に近い状態とすることで真空圧密時のシール層や気密シートの気密部として利用できるという知見を得て本発明に至ったものである。
【0010】
すなわち、上記目的を達成するための第1の真空圧密地盤改良工法は、改良対象の地盤にドレーン材を打設する工程と、前記改良対象地盤の地表面を雪で覆う工程と、前記改良対象地盤の地表面を覆う雪を氷の状態または氷に近い状態とする工程と、前記ドレーン材を通して真空圧密を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【0011】
第1の真空圧密地盤改良工法によれば、改良対象地盤の地表面を覆う雪を、氷の状態または氷に近い状態とすることで、氷状の層とし、かかる氷状の層をシール層とすることができるから、キャップ付きドレーン工法などを適用する場合、シール層を簡易かつ充分に確保することができる。また、シート式工法などを適用する場合には、気密シートを上述の氷状の層でシールできるから、気密シートを根入れする必要がなく、根入れ工程を省略できる。
【0012】
上記目的を達成するための第2の真空圧密地盤改良工法は、改良対象の地盤にドレーン材を打設する工程と、前記改良対象地盤の地表面を雪で覆う工程と、前記雪で覆われた改良対象地盤の地表面に散水する工程と、前記改良対象地盤の地表面を覆う雪を締め固める工程と、前記ドレーン材を通して真空圧密を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【0013】
第2の真空圧密地盤改良工法によれば、改良対象地盤の地表面を覆う雪を、散水及び締め固めにより、氷状の層とし、かかる氷状の層をシール層とすることができるから、キャップ付きドレーン工法などを適用する場合、シール層を簡易かつ充分に確保することができる。また、シート式工法などを適用する場合には、気密シートを上述の氷状の層でシールできるから、気密シートを根入れする必要がなく、根入れ工程を省略できる。
【0014】
上記第1及び第2の真空圧密地盤改良工法において前記改良対象地盤の地表面を覆う雪を散水及び締め固めにより氷の状態または氷に近い状態とすることが好ましい。
【0015】
また、前記締め固めを、重機により接地圧を変えて多段階で行うことが好ましい。
【0016】
また、前記締め固められた雪で前記改良対象地盤の地表面全体を覆い、前記真空圧密工程におけるシール層として用いることができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、真空圧密地盤改良工法としてキャップ付きドレーン工法などを適用する場合にシール層を簡易かつ充分に確保することができる。また、シート式工法などを適用する場合に気密シートの根入れ工程を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本実施形態による真空圧密地盤改良工法を実行可能なキャップ付きドレーン材を用いた真空圧密システムを概略的に示す図である。
【図2】本実施形態による真空圧密地盤改良工法を実施するために雪を利用して氷状の層を形成する工程(a)〜(d)を説明するための概略図である。
【図3】本実施形態による真空圧密地盤改良工法の各工程S01〜S07を説明するためのフローチャートである。
【図4】本実施例で、ドレーン材を地盤に打設し真空ポンプにより負圧載荷を行っている間に、真空ポンプの元圧、ドレーン先端の圧力及び集水管端部の圧力を測定した結果を示す図である。
【図5】図4と同じ時間経過による地下水位(原地盤標高:E.L.+3m)の時間変化を示す図である。
【図6】本実施形態による真空圧密地盤改良工法の別の例を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図1は本実施形態による真空圧密地盤改良工法を実行可能なキャップ付きドレーン材を用いた真空圧密システムを概略的に示す図である。
【0020】
図1のように、真空圧密システム10は、改良対象の軟弱地盤G内の間隙水を吸引するように地表面Sから軟弱地盤G内に打設された複数本の鉛直ドレーン材11〜14と、鉛直ドレーン材11〜14の各上端に接続されたキャップ部15と、各キャップ部15に接続された不透気管16と、各不透気管16が接続する集水管17と、鉛直ドレーン材11〜14の内部を減圧するために集水管17と接続する真空ポンプPと、を備える。キャップ部15が地盤内に位置することで、キャップ部15の上部をシール層とすることができる。なお、鉛直ドレーン材11〜14やキャップ部15は、例えば、特許文献2,3に開示された構成とすることができる。
【0021】
図2は、本実施形態による真空圧密地盤改良工法を実施するために雪を利用して氷状の層を形成する工程(a)〜(d)を説明するための概略図である。図3は、本実施形態による真空圧密地盤改良工法の各工程S01〜S07を説明するためのフローチャートである。なお、図2では、図1の不透気管16や集水管17等の図示は省略している。
【0022】
本実施形態による真空圧密地盤改良工法は次のようにして行われる。すなわち、図1のように、改良対象の軟弱地盤G内に鉛直ドレーン材11〜14を打設し(S01)、真空圧密システム10を構築する(S02)。
【0023】
次に、図2(a)のように、改良対象の軟弱地盤Gの地表面S上に雪21を撒き出し、地表面Sの全面に1m程度に雪21を盛る(S03)。なお、この雪盛り工程では、改良対象の軟弱地盤が降雪地で雪が降る場合、その降雪を利用できる。また、雪21は鉛直ドレーン材の平面的な打設範囲からはみ出るように盛るようにする。
【0024】
次に、図1の地表面S上の雪21に対し散水し(S04)、図2(b)のように、水分を多く含む雪22とする。
【0025】
次に、雪22の上をブルドーザ25等の重機を走行させ、図2(c)のように締め固められた雪23とする。このときの接地圧は30kPa程度が好ましい。続いて、締め固められた雪23の上をタイヤショベル26等の重機を走行させ、図2(d)のようにさらに締め固められた雪24とする。このときの接地圧は、図2(c)の接地圧よりも高い接地圧が好ましく、例えば、100kPa程度である。このようにして、雪の締め固め工程を2段階で行う(S05)。
【0026】
上述のように、雪盛り工程S03の雪21について散水工程S04と重機による締め固め工程S05とにより、雪の密度が増加し、氷に近い状態(密度0.8g/cm3程度)となる。このように、締め固められた雪24が最終的に雪の層厚30cm〜50cm程度、密度0.8g/cm3程度となることで、氷の状態または氷に近い状態となり、氷状の層となる。
【0027】
かかる氷状の層24は、図2(d)のように、鉛直ドレーン材11〜14の平面的な打設範囲Dよりも広い範囲に設けられており、例えば、氷状の層24の打設範囲Dからのはみ出し長さwは5m程度が好ましい。
【0028】
次に、真空ポンプPを作動させて集水管17,不透気管16,キャップ部15を介して鉛直ドレーン材11〜14の内部を減圧し、軟弱地盤G内の間隙水を吸引し、負圧載荷を行う(S06)。この負圧載荷工程を所定期間実施する(S07)。
【0029】
上記負圧載荷工程S06において、雪の密度が増加し氷に近い状態となった氷状の層24は、鉛直ドレーン材11〜14の平面的な打設範囲Dよりも広い範囲で地表面Sを覆っているため、鉛直ドレーン材11〜14における地表面Sおよび改良対象の軟弱地盤Gの周辺部からの漏気を防ぐことができる。このように、氷状の層24はシール層(気密保持層)として機能する。
【0030】
以上のように、本実施形態による真空圧密地盤改良工法によれば、ドレーン材の打設範囲Dの全体を雪で覆い、その雪を密実で氷の状態または氷に近い状態とすることで、かかる氷状の層24を負圧載荷時のシール層として利用することができる。かかるシール層をドレーン材の打設範囲Dよりも広い範囲に設けることで漏気を防ぎ、地下水位の位置に関係なく改良対象の軟弱地盤内に高い負圧を作用させることができる。このように、シール層を充分に確保することができるため、真空圧密地盤改良工法における負圧載荷を効率的に行うことができる。
【0031】
また、シール層として天然の雪を散水と重機で締め固めるだけで形成できるので、簡易な工程となり、かつ材料コストもかからず、コスト的にも有利である。また、密実とされた雪によるシール層は、春になると自然に溶けて消失するため、特別な撤去工程は不要であり、この点でもコスト的に有利である。
【0032】
ここで、雪の密度は、雪質によって異なり、新雪では0.05〜0.1g/cm3程度、しまり雪やざらめ雪では0.3〜0.5 g/cm3程度となる。また、氷は0.8〜0.9g/cm3程度の密度を持つ(渡辺興亜(1982) 講座「土質工学における雪と氷」4.積雪の分布とその性質、土と基礎、30-8(295)、77〜85頁参照)。雪は圧縮に伴って密度が増加する性質を持つが、いくら大きな荷重をかけて密度変化が生じても、ある一定の値を超えない限界密度があり、限界密度は、かわき新雪では、0.35g/cm3、かわき結合雪では、0.6g/cm3となる(上記渡辺興亜の文献参照)。このため、本実施形態では、雪を締め固めるとき散水工程を加えることで、0.8g/cm3程度の密度の高い氷の状態または氷に近い状態のシール層を得ることができる。
【0033】
また、本明細書において、氷の状態または氷に近い状態とは、0.8〜0.9g/cm3程度の密度を持つものをいう。
【0034】
なお、上述の真空圧密地盤改良工法において、雪や土などによる上載荷重を併用してもよく、これにより、(1)荷重による地下水位の上昇、(2)盛土下の地盤温度が上昇し、原地盤の凍結深度が浅くなる(不飽和化の解消)、(3)泥炭層の圧密促進による透水係数の低下、といった効果を得ることができるため、気密保持効果が大きくなる。
【実施例】
【0035】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【0036】
実施例として、図1と同様の真空圧密システムを構築し、負圧載荷を実施し、真空ポンプの元圧、軟弱地盤中に打設したドレーン先端及び集水管端部の圧力測定を行った。なお、設計圧力は、−60kPaであった。
【0037】
すなわち、日平均気温0℃程度以下の地盤改良対象域において、雪を1m盛り、散水し、タイヤショベルで締め固めて転圧を行うことで、図2(d)のようなシール層24を形成し、真空ポンプによる負圧載荷中に、真空ポンプの元圧、ドレーン先端の圧力及び集水管端部の圧力の測定を行った。その測定結果を図4に示す。
【0038】
また、比較例1,2による圧力測定を本実施例に先立って同様の真空圧密システムにより行った。すなわち、比較例1として散水のみ、比較例2として雪盛と散水のみとし、負圧載荷を行った。その結果を図4に実施例と同様に示す。なお、比較例1の実施前に、真空ポンプを単独で作動させたが、真空ポンプ元圧で、−15kPa程度しか作用しなかった。
【0039】
図4からわかるように、散水のみの比較例1では、始めの段階で一時的に真空ポンプ元圧(絶対値)が大きく増加したが、その後、圧力(絶対値)が時間の経過とともに小さくなった。また、雪盛と散水のみの比較例2でも同じく、始めの段階で一時的に真空ポンプ元圧(絶対値)が大きく増加したが、その後、圧力(絶対値)が時間の経過とともに小さくなった。
【0040】
これに対し、実施例では、真空ポンプ元圧(絶対値)が大きく増加し、ドレーン先端の圧力が設計圧力に達した後、圧力(絶対値)がさらに大きくなり、その状態を2日以上持続し、高負圧が地盤に作用したことがわかった。比較例1,2と比べて、重機による締め固め工程の効果がよくあらわれた。なお、実施例、比較例1,2ともに、ドレーン先端の圧力、集水管端部の圧力、真空ポンプの各圧力差は負圧載荷の間ほぼ一定であった。
【0041】
図5は、図4と同じ時間経過による地下水位(原地盤標高:E.L.+3m)の時間変化を示す図である。図5には、図1のキャップ部15の位置も示すが、本実施例では、地下水位がキャップ部の位置よりも低い位置にあったにも関わらず、高い負圧が作用した。
【0042】
以上のように本発明を実施するための形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、本発明は、雪を密実として氷の状態または氷に近い状態としたシール層を用いるので、降雪のある環境、寒冷時(日平均気温0℃以下)における軟弱地盤改良工法に適するが、これに限定されず、例えば、公知の降雪装置により人工雪を地表面上に積もらせることができる環境であっても適用可能である。
【0043】
また、上述のように、雪の密度は雪質によって異なり、密度の比較的高い雪(しまり雪やざらめ雪など)の場合、雪の締め固め工程は接地圧の高い重機を用いた一段階で充分の場合がある。
【0044】
また、本実施形態による真空圧密地盤改良工法は、キャップ付きドレーン工法に適用したものであるが、本発明はこれに限定されずに、キャップ付きドレーン工法に限定されず、キャップを用いないドレーン工法にも適用可能である。
【0045】
また、本発明はシート式工法にも適用可能である。すなわち、図6に示すように、シート式工法は、改良対象の地盤Gの地表面S上を、ドレーン材31の上端部31aと接触する通水材34とともに気密シート32で覆うことで内部を気密に保つようになっている。気密シート32の端部32aの近傍に、図2(d)と同様のシール層33を雪で形成することで、端部32aを部分的にシールし、気密シート32の内部の気密を保つことができる。この場合、地盤中に地下水位がある場合でも、気密シート33は、地下水位よりも低い位置まで地盤内に根入れする必要がなく、シート式工法における根入れを省略することができ、工程が簡略化するとともに、施工コストを低減できる。
【0046】
さらに、本発明を図6のようなシート式工法に適用した場合、地盤Gの地表面Sの全面を図2(d)のような氷状の層24で覆い、かかる氷状の層を負圧載荷時のシール層として利用することにより、気密シート32を省略することができる。この場合、通水材34と氷状の層との間に必要に応じて断熱材を配置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0047】
10 真空圧密システム
11〜14 鉛直ドレーン材
15 キャップ部
16 不透気管
17 集水管
24 締め固め雪、氷状の層、シール層
25 ブルドーザ
26 タイヤショベル
33 シール層
G 軟弱地盤
P 真空ポンプ
S 地表面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
改良対象の地盤にドレーン材を打設する工程と、
前記改良対象地盤の地表面を雪で覆う工程と、
前記改良対象地盤の地表面を覆う雪を氷の状態または氷に近い状態とする工程と、
前記ドレーン材を通して真空圧密を行う工程と、を含むことを特徴とする真空圧密地盤改良工法。
【請求項2】
改良対象の地盤にドレーン材を打設する工程と、
前記改良対象地盤の地表面を雪で覆う工程と、
前記雪で覆われた改良対象地盤の地表面に散水する工程と、
前記改良対象地盤の地表面を覆う雪を締め固める工程と、
前記ドレーン材を通して真空圧密を行う工程と、を含むことを特徴とする真空圧密地盤改良工法。
【請求項3】
前記改良対象地盤の地表面を覆う雪を散水及び締め固めにより氷の状態または氷に近い状態とする請求項1または2に記載の真空圧密地盤改良工法。
【請求項4】
前記締め固めを、重機により接地圧を変えて多段階で行う請求項2または3に記載の真空圧密地盤改良工法。
【請求項5】
前記締め固められた雪で前記改良対象地盤の地表面全体を覆い、前記真空圧密工程におけるシール層として用いる請求項1乃至4のいずれか1項に記載の真空圧密地盤改良工法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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