特開 2017-82468 軟弱地盤の改良方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-82468(P2017-82468A)

(43)【公開日】2017年5月18日

(54)【発明の名称】軟弱地盤の改良方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/10 20060101AFI20170414BHJP

【ＦＩ】

   E02D3/10 104

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-210950(P2015-210950)

(22)【出願日】2015年10月27日

(71)【出願人】

【識別番号】000236610

【氏名又は名称】株式会社不動テトラ

(74)【代理人】

【識別番号】100098682

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 賢次

(74)【代理人】

【識別番号】100131255

【弁理士】

【氏名又は名称】阪田 泰之

(74)【代理人】

【識別番号】100125324

【弁理士】

【氏名又は名称】渋谷 健

(72)【発明者】

【氏名】原田 健二

(72)【発明者】

【氏名】山下 祐司

【テーマコード（参考）】

2D043

【Ｆターム（参考）】

2D043CA06

2D043DB01

2D043EA01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】高い改良効果が得られる軟弱地盤の改良方法を提供する。
【解決手段】中空管を所定の深度まで貫入する貫入工程と、該貫入工程後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜きと、中空管の打ち戻しを順次、地表に至るまで繰り返す造成工程とを行い軟弱地盤中に複数の締固め砂杭を打設する工法において、１本の砂杭の打設において、造成工程に要する時間が、貫入工程に要する時間の３倍以上となるように、貫入工程と造成工程を行う。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空管を所定の深度まで貫入する貫入工程と、
該貫入工程後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜きと、中空管の打ち戻しを順次、地表に至るまで繰り返す造成工程とを行い軟弱地盤中に複数の締固め砂杭を打設する工法において、
１本の砂杭の打設において、造成工程に要する時間（Ｔ２）が、貫入工程に要する時間（Ｔ１）の３倍以上となるように、貫入工程と造成工程を行うことを特徴とする軟弱地盤の改良方法。

【請求項2】

造成工程に要する時間（Ｔ２）が、貫入工程に要する時間（Ｔ１）の４倍以上となるように、貫入工程と造成工程を行うことを特徴とする請求項１記載の軟弱地盤の改良方法。

【請求項3】

更に、引き抜きと打ち戻しの１サイクル中、打ち戻し時間（Ｔ４）が、引き抜き時間（Ｔ３）より大となるように造成工程を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の軟弱地盤の改良方法。

【請求項4】

打ち戻し長を、引き抜き長の７０％〜９０％として造成工程を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軟弱地盤の改良方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、造成工程における時間を制御した軟弱地盤の改良方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

軟弱地盤の液状化対策として、中空管を圧入して砂材料を地中に供給しながら締固め砂杭を造成し周辺地盤を締固めるサンドコンパクションパイル工法（以下、単に「ＳＣＰ工法」とも言う。）が知られている。ＳＣＰ工法で締固めた砂杭を軟弱地盤中に所定の間隔で多数造成すると、周辺地盤のＮ値が大きくなり、軟弱地盤の液状化に対する抵抗性が増大する。

【0003】

ＳＣＰ工法においては、予め現場データをもとに、打設砂杭の置換率（改良率）で改良効果を予測する設計を行う。この際、施工の対象となる軟弱地盤に、隣接する等ピッチ間隔の３本又は４本の造成予定の砂杭で区画される小区画を多数形成する。すなわち、軟弱地盤に対して、砂杭は等間隔で多数形成することになる。このように、設計段階において砂杭間隔（パイル間隔）が決定されるが、現場によっては締固め砂杭による地盤変位が既設構造物に影響するため、ＳＣＰ工法の適用を断念することがある。従って、砂杭間隔を従来設計の砂杭間隔より大きく採っても、目標とするＮ値が得られるＳＣＰ工法が開発されれば、周辺に与える地盤変位を抑制でき、ＳＣＰ工法の適用範囲が広まる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−１４７７５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来、特開２００３−１４７７５６号公報などＳＣＰ工法に関する改良技術が種々提案されているものの、従来設計の施工で得られるＮ値はせいぜい３０〜４０程度であり、Ｎ値が５０を超える技術は未だ知られていない。

【0006】

従って、本発明の目的は、効率的な改良効果が得られる軟弱地盤の改良方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

このような状況下、本発明者らは、鋭意検討を行ったところ、貫入工程より造成工程に時間をかけるなど造成工程で緩やかな締め固めを行えば、周辺地盤では締固めに寄与する応力が伝わり易く、密度上昇となることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0008】

すなわち、本発明は、中空管を所定の深度まで貫入する貫入工程と、
該貫入工程後、中空管を適宜の長さ引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜きと、中空管の打ち戻しを順次、地表に至るまで繰り返す造成工程とを行い軟弱地盤中に複数の締固め砂杭を打設する工法において、
１本の砂杭の打設において、造成工程に要する時間（Ｔ２）が、貫入工程に要する時間（Ｔ１）の３倍以上となるように、貫入工程と造成工程を行うことを特徴とする軟弱地盤の改良方法を提供するものである。

【0009】

また、本発明は、造成工程に要する時間（Ｔ２）が、貫入工程に要する時間（Ｔ１）の４倍以上となるように、貫入工程と造成工程を行うことを特徴とする前記軟弱地盤の改良方法を提供するものである。

【0010】

また、本発明は、更に、引き抜きと打ち戻しの１サイクル中、打ち戻し時間（Ｔ４）が、引き抜き時間（Ｔ３）より大となるように造成工程を行うことを特徴とする前記軟弱地盤の改良方法を提供するものである。

【0011】

また、本発明は、打ち戻し長を、引き抜き長の７０％〜９０％として造成工程を行うことを特徴とする前記軟弱地盤の改良方法を提供するものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、測定点（以下、「周辺地盤」とも言う。）のＮ値は５０を超える高い改良効果が得られた。従来のＳＣＰ工法では、改良率が２０％と高いものでも、Ｎ値はせいぜい３０〜４０程度であり、顕著な改良効果であった。これは、貫入工程より造成工程に時間をかけるなどの方法を採ったため、貫入工程に比べて造成工程の最大過剰間隙水圧が小となり、締固めに寄与する応力が伝わり易く、密度上昇につながったものである。このため、従来より広いパイル間隔で施工しても従来と同等の改良効果が得られる。また、パイル間隔を大きく採れるため、周辺に与える地盤変位を抑制することができ、従来施工が困難であった場所でも施工が可能となる。また、従来と同等のパイル間隔で施工した場合、より高い改良効果が得られるため、改良の要求が厳しい条件においても対応が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の改良方法における改良区画の一例を示す平面図である。

【図2】本発明の改良方法における貫入工程と造成工程を説明する図である。

【図3】本発明の改良方法における改良区画の一例を示す他の平面図である。

【図4】実施例１の深度-Ｎ値を示す図である。

【図5】実施例２の深度-Ｎ値を示す図である。

【図6】実施例３の深度-Ｎ値を示す図である。

【図7】実施例及び比較例をまとめた図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

次に、本発明の実施の形態における軟弱地盤の改良方法について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、軟弱地盤１０に対して、正四角形ａ、ｃ、ｉ、ｇで形成される改良予定区域Ｘに、等ピッチｐで砂杭１を９本打設しようとするものである。

【0015】

本発明の軟弱地盤の改良方法において、先ず、中空管１１を所定の深度まで貫入する貫入工程（Ｉ）を行う（図２（ａ）〜（ｃ））。具体的には、中空管１１を所定の位置（例えば、図１中の符号ａの位置）に据え、一定量の砂杭材料が投入される。次いで、中空管を回転させながら地中に所定の深度貫入する。従って、貫入工程の開始時間は、図２（ａ）に示すように、中空管１１が地面に押し込まれたスタート時であり、貫入工程の終了時間は、図２（ｃ）に示すように、中空管１１が所定の深さＤ（最下位置）に到達した時間である。砂杭材料としては、砂、砕石などが挙げられる。

【0016】

貫入工程後、中空管１１を適宜の長さ（図２中、符号ｌ_１）引き抜き、該引き抜き跡に中空管内の砂杭材料を排出する引き抜きと、中空管１１の打ち戻し（図２中、打ち戻し長さは符号ｌ_２）を順次、地表に至るまで繰り返し、締固め砂杭１を造成する。引き抜き工程は、図２中、（ｃ）〜（ｄ）の工程（符号ＩＩ_１）であり、図２の符号ＩＩ_１は、最初の引き抜きである。打ち戻し工程は、図２中、（ｄ）〜（ｅ）の工程（符号ＩＩ_２）であり、図２の符号ＩＩ_２は、最初の打ち戻しである。図２中、符号ＩＩ_３は、引き抜きと打ち戻しを１サイクルとして、２サイクル以降の工程である。すなわち、造成工程の開始は、貫入工程後、最初の引く抜きの引き始めであり、造成工程の終了は、造成工程の最後の打ち戻しが終わり中空管が引き抜かれて地表の面と同一となる時点である。

【0017】

本発明において、１本の砂杭の打設において、造成工程に要する時間（Ｔ２）が、貫入工程に要する時間（Ｔ１）の３倍以上、好ましくは（Ｔ１）の４倍以上となるように、貫入工程と造成工程を行う（以下、「時間差造成方法１」とも言う。）。（Ｔ２）＞（Ｔ１）×３とする方法としては、引き抜き時間を長くする方法、打ち戻し時間を長くする方法、造成工程中、待ち時間を長く採る方法及引き抜きと打ち戻しを１サイクルとするサイクル数を増加させる方法等が挙げられる。また、１本の砂杭の打設において、造成工程に要する時間（Ｔ２）が、貫入工程に要する時間（Ｔ１）の３倍より大とし、更に、引き抜きと打ち戻しの１サイクル中、打ち戻し時間（Ｔ４）が、引き抜き時間（Ｔ３）より大となるように行う方法（以下、「時間差造成方法２」とも言う。）、打ち戻し長を、引き抜き長の７０％〜９０％として造成工程を行う方法（以下、「サイクル数増加方法１」とも言う。）及び引き抜きと打ち戻しを１サイクルとするサイクル数を増加させて、造成工程を行う方法（以下、「サイクル数増加方法２」とも言う。）であってもよい。以下に詳細に説明する。

【0018】

時間差造成方法１は、１本の砂杭の打設において、造成工程に要する時間（Ｔ２）が、貫入工程に要する時間（Ｔ１）の３倍以上、好ましくは４×（Ｔ１）時間以上、９×（Ｔ１）時間以下となるように行うことが好ましい。余り長い時間を採っても、改良効果の割に施工時間が長くなり、却って施工コストを上昇させる。造成工程に要する時間（Ｔ２）には、次のサイクルに移る待ち時間や引き抜きから打ち戻しに移る待ち時間も含まれる。待ち時間であっても、周辺地盤への締固めに寄与する応力は伝わるからである。

【0019】

時間差造成方法２は、時間差造成方法１に加えて、更に、引き抜きと打ち戻しの１サイクル中、打ち戻し時間（Ｔ４）が、引き抜き時間（Ｔ３）より大となるように行う方法である。１サイクル中、打ち戻し時間（Ｔ４）は、好ましくは２×（Ｔ３）時間以上、特に３×（Ｔ３）時間以上、８×（Ｔ１）時間以下となるように行うことが好ましい。余り長い時間を採っても、改良効果の割に施工時間が長くなり、却って施工コストを上昇させる。時間差造成方法２は、造成工程に要する時間を長くする点では時間差造成方法１と同様であり、打ち戻し時間（Ｔ４）が引き抜き時間（Ｔ３）より大となる条件は、全サイクルに実施する必要はなく、一部のサイクルで満たせばよい。

【0020】

サイクル数増加方法１は、打ち戻し長を、引き抜き長の７０％〜９０％として造成工程を行う方法である。具体的には、引き抜き長が５０ｃｍの場合、打ち戻し長を３５ｃｍ〜４５ｃｍとして造成する。打ち戻し長と引き抜き長を上記条件とし、引き抜き速度や打ち戻し速度など他の条件を従来通りとすれば、当然に造成工程におけるサイクル数は増加する。従来のＳＣＰ工法は、打ち戻し長を、引き抜き長の６０％として造成するのが一般的である。

【0021】

サイクル数増加方法２は、引き抜きと打ち戻しを１サイクルとするサイクル数を増加させて、造成工程を行う方法である。具体的なサイクル数は、砂杭長や打ち戻し長により異なるため、一概には言えないが、１０ｍの砂杭長で、７０サイクル以上、特に１００サイクル以上、２００サイクル以下が好ましく、１６ｍの砂杭長で、１２８サイクル以上、特に１６０サイクル以上、３２０サイクル以下が好ましい。従来のＳＣＰ工法は、１６ｍの砂杭長で、８０サイクルで造成するのが一般的である。

【0022】

貫入工程と造成工程を上記の条件で施工する方法によれば、造成工程にかかる時間が長くなるので、貫入工程に比べて造成工程の最大過剰間隙水圧が小となる。すなわち、造成工程では、締固めに寄与する応力が伝わり易く、密度上昇につながる。

【0023】

本発明の軟弱地盤の改良方法において、改良効果を確認する測定点は、打設しようとする砂杭の周辺地盤であり、例えば、測定対象となる砂杭から１０ｍ以内である。測定点４は、例えば、打設しようとする砂杭が２本の場合、その中間点又は砂杭２本からの当距離で改良が期待される位置であり、打設しようとする砂杭が３本又は４本の場合、その砂杭を結んで区画される領域の中心及び中心近傍である。本例における測定点４は、図１に示すように、打設位置ａ、ｂ、ｄ及びｅに砂杭を打設する場合、四角形の小区画３１の中心及び中心近傍である。また、打設位置ｂ、ｅ、ｃ及びｆに砂杭を打設する場合、四角形の小区画３２の中心及び中心近傍である。また、打設位置ｄ、ｅ、ｇ及びｈに砂杭を打設する場合、四角形の小区画３３の中心及び中心近傍である。また、打設位置ｅ、ｆ、ｈ及びｉに砂杭を打設する場合、四角形の小区画３４の中心及び中心近傍である。測定点は、概ね適宜定めるような地点で良い理由は、１本の砂杭打設における貫入工程時の所要時間と造成工程時の所要時間だからである。

【0024】

測定点は、隣接する造成予定の砂杭又は造成砂杭で区画される領域の中心に限定されず、例えば図１中、位置ｇ又は位置ｈで砂杭を打設する際、符号４ａで示す位置であってもよい。また、測定点は、図３に示すように、隣接する３本の造成予定の砂杭又は造成砂杭で区画される領域の中心であってもよい。すなわち、符号ａ、ｂ及びｅの位置で砂杭を打設する際の符号４ｂの地点であり、符号ｂ、ｅ及びｆの位置で砂杭を打設する際の符号４ｃの地点であり、符号ｆ、ｇ及びｊの位置で砂杭を打設する際の符号４ｄの地点である。また、測定点は、隣接する２本の造成予定の砂杭間又は造成予定の砂杭と造成砂杭間であってもよい。

【0025】

本発明において使用される締固め砂杭造成装置としては、公知のものが使用できる。すなわち、中空管の外周面には螺旋羽根があってもよく、中空管の先端には掘削ビットが設けられていてもよい。また、中空管昇降装置としては、特に制限されず、例えば、ラックとピニオンによるもの、チェーンとスプロケットによるもの、ワイヤロープの牽引によるものなど貫入時と引き抜き時にリーダーからの反力が得られるもの、あるいは、バイブロハンマーによるものなどが挙げられる。

【0026】

本発明において、周辺地盤、すなわち、測定点のＮ値は、従来の１．１倍以上、特に１．２倍以上、更に１．３倍以上の値を示す。また、深さ方向の特定の位置では、Ｎ値が５０以上となってもよい。従来のＳＣＰ工法では、改良率が２０％と高いものでも、Ｎ値はせいぜい３０程度であり、Ｎ値５０は、顕著に高いものである。

【実施例】

【0027】

次に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。

【0028】

（実施例１）
外周面には螺旋羽根が付設されておらず、先端には掘削ビットが付設された中空管を使用した。中空管昇降装置は、ラックとピニオンによるものであった。改良地盤は、図１のようなＡ地盤であった。図１中、砂杭間隔は２ｍ、砂杭径は７００ｍｍで改良率は１０％であった。また、砂杭長は１３ｍであった。貫入工程は、回転圧入であり、従来の標準条件である１本当たり平均貫入時間１０分とした。また、造成工程は、貫入工程よりも長くとり、１本当たり平均造成時間５５分（平均貫入時間の５．５倍）とした。また、図１中の符号４の位置でＮ値を測定した。その結果を表１及び図４の符号ｘ３に示す。表１中、砂杭番号(１)〜(７)は、図５中の符号ａ〜ｇにそれぞれ対応する。表１では、「造成工程所要時間/貫入工程所要時間」で表した。なお、図４中、符号Ｘ１は施工前の地盤のＮ値であり、符号Ｘ２は改良後の予測された平均Ｎ値である。なお、予測されたＮ値とは、周知の設計値であり、圧入された補給砂の体積と同量だけ地盤が締まると仮定を置き、これと相対密度とＮ値の経験的な関係を用いて、圧入後のＮ値を決定するものであり、一般的には、ＳＣＰ工法の標準的な施工時のＮ値のデータに基づいた予測式から算出されるものである。図４より、改良後の平均Ｎ値は２８．２であった。この改良後の平均Ｎ値２８．２は、図４の符号Ｘ２で示される予測平均Ｎ値２３．８の１．１８倍であった。

【0029】

【表1】

【0030】

（実施例２）
砂杭間隔２．０ｍに代えて１．４ｍとし、改良率１０％に代えて２０％とし、且つ下記の貫入時間及び造成時間とした以外は、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、実施例２の平均貫入時間は１０分、平均造成時間は７３分（７．３倍）であった。その結果を表２及び図５の符号Ｙ３に示す。なお、図５中、符号Ｙ１は施工前の地盤のＮ値であり、符号Ｙ２は改良後の予測された平均Ｎ値である。その結果、改良後の平均Ｎ値は４２．７であり、予測平均Ｎ値２９．６の１．４４倍であった。

【0031】

【表2】

【0032】

（実施例３）
Ａ地盤に代えてＢ地盤とし、砂杭間隔２．０ｍに代えて１．４ｍとし、改良率１０％に代えて２０％とし、砂杭長１３ｍに代えて１４ｍとし、測定対象砂杭(１)〜(７)に代えて砂杭(１)、(２)及び(４)とし、且つ平均造成時間５５分に代えて４５分とした以外は、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、実施例３は、造成工程に要する平均時間を貫入工程に要する平均時間より４．５倍大としたものである。なお、本例では、砂杭の測定点４は、小四角形３１の中心とした。測定点４のＮ値の結果を図６中の符号Ｚ３で示した。なお、Ｚ１は施工前の地盤のＮ値であり、符号Ｚ２は改良後の予測された平均Ｎ値である。

【0033】

実施例３の平均Ｎ値は４０であり、図６の符号Ｚ２で示される予測平均Ｎ値３５の１．１４倍であった。また、実施例３は、図６のＺ３に示すように、深度８ｍにおけるＮ値は、５０を超えるものであった。

【0034】

（比較例１）
造成工程における所要時間４５分に代えて１５分とした以外は、実施例３と同様の方向で行った。すなわち、比較例１の平均造成工程の所要時間は実施例３の１/３であり、貫入工程で要する時間の２．０倍である。その結果を表３に示した。測定点４のＮ値の結果は、図６の符号Ｚ２１のものである。３本の打設砂杭の測定点のＮ値は３４であり、予測平均Ｎ値の０．９７倍と高くなかった。

【0035】

【表3】

【0036】

（比較例２）
平均造成工程の所要時間４５分に代えて６分とした以外は、実施例３と同様の方法で行った。すなわち、比較例１の平均造成工程の所要時間は実施例３の０．１３倍である。その結果、測定点４のＮ値の結果は、図６の符号Ｚ２２のものである。図６の結果から、比較例１の平均Ｎ値は３２であり、予測平均Ｎ値の０．９１倍と高くなかった。

【0037】

なお、実施例１〜３及び比較例１、２の結果を図７にまとめて示した。図７は、Ａ地盤とＢ地盤について、横軸を「造成時間/貫入時間」とし、縦軸を「予測平均Ｎ値を１とした時の平均Ｎ値の比」としものである。この結果から、造成時間/貫入時間が３以上、好ましくは４以上で、顕著な改良効果が得られていることが判る。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明によれば、パイル間隔を大きく採れるため、周辺に与える地盤変位を抑制することができ、従来施工が困難であった場所でも施工が可能となる。また、従来と同等のパイル間隔で施工した場合、より高い改良効果が得られるため、改良の要求が厳しい条件においても対応が可能となる。

【符号の説明】

【0039】

１ 砂杭
４、４ａ〜４ｆ 改良目標地点
１１ 中空管
Ｘ 改良区画領域
ａ〜ｊ 砂杭打設予定地

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】