(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、上記地盤補強構造に曲げ荷重が作用して反りが生じようとする場合には、地盤補強構造の反りの凸側に引張り力が生じ、反りの凹側に圧縮力が生じる。
【0007】
しかしながら、特許文献1又は2に開示される地盤補強工法では、引張り力に抵抗するために設置される鋼棒や芯材が、地盤補強構造に曲げ荷重が作用した時に生ずる引張り力が小さい断面の図心に配置される。このため、鋼棒や芯材の保有する引張り強度を充分に発揮できないという問題がある。
【0008】
また、
図8(a)に示す土被りの浅いトンネルの上部地盤や、
図8(b)に示す構造物下の軟弱地盤のように、鉛直下方向の変位が生じやすい地盤(以下、補強対象地盤70という)を補強する場合、同図に示すように、地盤補強構造40を補強対象地盤70に水平に構築することが効果的である。
【0009】
しかしながら、特許文献1又は2に開示される地盤補強工法では、構築される地盤補強構造40が直線的な形状に限定されるために、地表から施工する場合には、例えば、
図9に示すように、地盤補強構造40を、補強対象地盤70に対して両側から斜め方向(同図(a))又は直上から鉛直下方向(同図(b))に打設するしかない。この場合、地盤の鉛直下方向の変位を抑制するためには、水平構築時よりも多くの地盤補強構造40を構築する必要があり、施工コスト及び施工時間を要してしまう。また、
図10に示すように、補強対象地盤70に隣接する位置に立坑80を形成し、この立坑80から水平方向に地盤補強構造40を構築することも考えられるが、この場合には立坑80を形成するための施工コスト及び時間を要するうえ、立坑80を構築するための用地を確保する必要がある。
【0010】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、地盤からの曲げ荷重に対して充分に抵抗することができるとともに、屈曲又は湾曲形状で構築すること可能な地盤補強構
造の地盤補強構造の施工方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】
【0018】
上記の目的を達成するため、地盤補強構造の施工方法であって、地盤に泥水を注入しながら、一端が地表面に開口し、他端が地盤中で閉塞するように
、前記一端側から前記他端側へ向けて、斜め下向き方向から水平方向に向きを変える屈曲形状を有する孔を形成し、柔軟性を有するとともに、所定の引張り強度を有する筒体の一端を閉塞してなる袋体を、前記地盤に形成した孔内に、前記袋体の閉塞した前記一端が、前記孔の閉塞した前記他端側に位置するように設置し、前記袋体の内部に、時間の経過とともに固化する充填材を流動状態で、前記袋体の閉塞した前記一端側から他端側に向けて充填しながら、前記充填材の充填によって前記袋体が拡張することにより前記泥水を前記孔の前記開口から排出し、この充填材を固化させることを特徴とする。
また、本発明は、地盤補強構造の施工方法であって、地盤に泥水を注入しながら、両端が地表面に開口するように孔を形成し、柔軟性を有するとともに、所定の引張り強度を有する筒体の一端を閉塞してなる袋体を、前記地盤に形成した孔内に設置し、前記袋体の内部に、時間の経過とともに固化する充填材を流動状態で、前記袋体の閉塞されていない他端側から閉塞された前記一端側に向けて充填しながら、前記充填材の充填によって前記袋体が拡張することにより前記泥水を前記孔の、前記袋体の前記一端側の開口から排出し、この充填材を固化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、簡易な構成で、地盤に形成された孔に充填する充填材を、周辺地盤へ逸散させることなく固化させて構築することが可能な地盤補強構
造の施工方法を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る地盤補強部材を示し、同図(a)は側面図、同図(b)は(a)のA−A断面図である。
【0022】
図1に示すように、地盤補強部材10は、例えば、柔軟性を有する筒状部材の先端部10aが閉塞されてなる細長い袋体であり、その基端部10bには注入口16が形成されている。地盤補強部材10は、後述するような地盤に屈曲形状に削孔された孔内に、その袋体内部が空の状態で設置され、その後注入口16からその袋体内部にコンクリートミルク等の充填材を充填して固化させることにより地盤補強構造が構築される。
【0023】
袋体の構成材料としては、例えば、柔軟性及び耐摩耗性を有する麻や合成繊維等からなる織布又は不織布に、例えば、アラミド糸や炭素繊維等の引張り強度の大きい補強索体14を混入したものや、地盤補強部材10の周囲に複数の補強索体14を長手方向に沿って設けたもの等を用いることができる。なお、後者の場合、地盤補強部材10を用いて構築された地盤補強構造に対して、いずれの方向から曲げ荷重が作用しても、均一に曲げ荷重に抵抗させるべく、
図1(b)に示すように補強索体14は袋体の周囲に等間隔で設けられることが好ましい。
【0024】
地盤補強部材10には、例えば、地盤補強部材10に注入させる充填材の圧力(例えば、0.1〜1Mpa)に耐え得る強度が要求される。これは、例えば、消防ホースと同等の強度である。
【0025】
また、地盤補強部材10は、その内部に充填される充填材に含まれる水分のみを袋体外部の地盤に浸出させるような目の粗さを有する織布又は不織布からなることが好ましい。なお、上記織布又は不織布に限らず、微細な孔が設けられた不透水性の膜を用いてもよい。
【0026】
さらに、地盤補強部材10は、孔内に設置後その内部に充填材が充填された時に、孔壁と密着するように、袋体が、ある程度膨張するように伸縮可能であることが好ましい。
【0027】
また、地盤補強部材10には、地盤補強構造の一部となった際に、曲げ荷重等によって地盤補強構造に生じる引張力に、充分に抵抗できる程度の引張強度を有するものを使用する。また、充填材には、地盤補強構造の一部となった際に、曲げ荷重等によって地盤補強構造に生じる圧縮力に、充分に抵抗できる程度の圧縮強度を有するもの使用する。
【0028】
次に、このような地盤補強部材10を用いて、例えば、軟弱地盤上に構築される盛土20下の基礎を補強するべく、地盤補強構造を構築する手順について説明する。
図2は、地盤補強部材10を用いて地盤補強構造を構築する第一の工法の手順を説明するための説明図である。
【0029】
図2に示すように、第一の工法は、屈曲孔の削孔工程S110と、地盤補強部材の設置工程S120と、充填材の充填工程S130からなる。
【0030】
屈曲孔の削孔工程S110では、地表に構築される盛土20に隣接する地表位置から、補強する盛土20の下方の基礎地盤に向けて斜め方向に削孔を開始し、その孔の先端が盛土20の縁部の下方位置に到達した時点で削孔方向を水平方向に変更し(工程S111)、その後、所定長の水平部を有するような屈曲形状の孔(屈曲孔22)を削孔する(工程S112)。
【0031】
屈曲孔の削孔工程S110には、地盤中でその削孔方向を自由に変更することが可能な公知の誘導式自在ボーリング機械(例えば、テラ・ジェット工法やアーバンノーディック工法による削孔機)を用いておこなうことができる。なお、屈曲孔22の削孔後には、削孔に使用されたボーリング機械のドリルビット21やボーリングロッド23を引き抜いて回収する。
【0032】
地盤補強部材の設置工程S120では、屈曲可能であるともに弾性を有する、例えば金属ワイヤー等の誘導棒24を、地盤補強部材10の袋体の基端部の注入口からその内部に挿入(工程S121)して、閉塞されている側の先端部10aを、工程S110で削孔された屈曲孔22の先端まで押し込むことにより、袋体を屈曲孔22内に挿入する(工程S122)。ここで、誘導棒24を用いて地盤補強部材10を屈曲孔22に挿入する際には、誘導棒24の先端が地盤補強部材10を破損させないように、例えば、クッション等の保護部材を誘導棒24の先端に設ける等の対策を講じておく。なお、地盤補強部材10の設置後には、誘導棒24を孔内から引き抜いて回収する。
【0033】
充填材の充填工程S130では、工程S120で屈曲孔22内に設置された地盤補強部材10の内部に充填材26を充填し、固化させることによって、地盤補強構造40を構築する。充填材26は上述した注入口16を通じて充填される。なお、充填材26には、固化後のコンクリートの引張り強度を向上させるために、例えば、鋼繊維やガラス繊維等の補強繊維材を混入したものを用いることが好ましい。
【0034】
充填材26を注入する際には、その注入圧が0.1〜1Mpa程度になるまで加圧する。そして、注入が終了後にその内圧が保持されるように注入口16を密封する。これにより、この後地盤補強部材10に充填された充填材26中の水分が圧搾されて地盤中に浸出し、ある程度の地盤補強部材10内の充填材26の固化成分が濃集されて固化することによって、地盤補強構造40が構築される。
【0035】
なお、誘導棒24に、例えば注入ホースを沿わせておき、工程S120を実施する際に、地盤補強部材10の基端部10bから誘導棒24とともに注入ホースを挿入して、地盤補強部材10を屈曲孔22の先端まで押し込んで設置し、その後誘導棒24を孔内から引き抜きながら、注入ホースを介して充填材を袋体内に充填してもよい。
【0036】
これにより、地盤補強部材の設置工程S120と充填材の充填工程S130とを同時に実施できる。加えて、屈曲孔22の先端部10aから充填材を袋体内に充填していくため、未充填時に袋体内にある空気を先端部10aから基端部10bまで円滑に送り出すことができるので、袋体内に空気が残存することを回避し、信頼性の高い剛性を有する地盤補強構造40を構築できる。
【0037】
上記説明した地盤補強部材の設置工程S120については、
図3に示すような空気圧入による設置方法を用いてもよい。
【0038】
図3に示すように、空気圧入による設置方法では、例えば、屈曲孔22の孔口付近に蛇腹状に折りたたまれ、その先端部10aが孔口から孔内に向かって設置された地盤補強部材10の内部に、注入口16から空気を圧入(工程S123)することにより、袋体に推進力を与え又は袋体を膨張させることによって地盤補強部材10を孔底へ挿入させる(工程S124)。
【0039】
なお、空気圧入による設置方法の実施にあたっては、地盤補強部材10を孔内に挿入させる際に、地盤補強部材10より前方の孔内空気を大気中へ逃がすための空気抜きホース28を、その先端が孔先端付近まで達するように予め設置しておくことが好ましい。これにより、地盤補強部材10を円滑に孔底へ挿入させることができる。
【0040】
また、空気圧入による設置方法では、地盤補強部材10内に空気を圧入する代わりに充填材26を圧入してもよい。これにより、地盤補強部材の設置工程S120と充填材の充填工程S130(
図2参照)とを同時に実施することができる。
【0041】
図4は、地盤補強部材10を用いて地盤補強構造を構築する第二の工法の手順を説明するための説明図である。なお、
図4において、
図2と同様の部位を示すものについては、同様の符号を付してその説明を省略する。
【0042】
図4に示すように、第二の工法は、屈曲貫通孔の削孔工程S210と、地盤補強部材の設置工程S220と、充填材の充填工程S230からなる。
【0043】
屈曲貫通孔の削孔工程S210では、
図2で説明した屈曲孔の削孔工程S110と同様にして、所定長の水平部を有する屈曲孔を削孔(工程S211)した後、さらに地表へ向けて削孔方向を変更して地表まで貫通させた屈曲貫通孔30を削孔する(工程S212)。
【0044】
なお、屈曲貫通孔30も、第一の工法と同様の誘導式自在ボーリング機械を用いて削孔する。
【0045】
地盤補強部材の設置工程S220では、前工程S210で盛土20の両側間の地盤を貫通する際に用いた誘導式自在ボーリング機械のボーリングロッド23の先端部付近に、地盤補強部材10の基端部10bを取り付け、当該ボーリングロッド23を引き抜くことにより、地盤補強部材10を屈曲貫通孔30内に引き込む。
【0046】
また、同図中では地盤補強部材10が屈曲貫通孔30の領域の一部(第一の工法と同様に中央の水平部と図中右側の傾斜部)に配置されているが、これに限らず、削孔された屈曲貫通孔30の全領域に設置してもよい。ここで前者のような屈曲貫通孔30の領域の一部に配置する場合には、地盤補強部材10が設置されない孔の部分30cについては、コンクリートや土砂等で埋め戻しておくことが好ましい。
【0047】
第二の工法で実施される充填材の充填工程S230は、第一の工法の充填材の充填工程S130と同様である。
【0048】
以上説明した第一及び第二の工法は、削孔した孔(屈曲孔22或いは屈曲貫通孔30)が崩壊することなく自立する場合、又は孔にケーシングが設置できる場合に実施される。
【0049】
一方、地盤に削孔した孔が自立できずに崩壊したり、ケーシングを設置することが困難な場合には、削孔(工程S110又は工程S210)の際に、孔内に孔壁を保護して崩落から防止する泥水(例えば、ベントナイト)を注入しながら削孔を行う。また、地盤補強部材10の設置(工程S120又は工程S220)では、泥水で満たされた孔内に地盤補強部材10を挿入する。ここで、泥水は比重が大きいので、空気による圧入(工程S123及び工程S124)よりも、誘導棒24による押し込み(工程S121及び工程S122)や、ボーリングロッド23による引き込み(工程S221及び工程S222)の方が簡便に挿入できる。さらに袋体を萎ませると円滑に挿入しやすい。
【0050】
充填材の充填(工程S130又は工程S230)では、充填材を地盤補強部材10内に充填させるにあたり、孔内の泥水を外部に排出する必要がある。
【0051】
図5は、孔内の泥水27を外部に排出しながら充填材26を地盤補強部材10内に充填する方法を説明するための説明図であり、同図(a)は屈曲孔22に設置された地盤補強部材10内に充填する場合、同図(b)は屈曲貫通孔30に設置された地盤補強部材10内に充填する場合を示す。
【0052】
屈曲孔22の場合には、
図5(a)に示すように、先に工程S120で説明した注入ホース25を誘導棒24に沿わせて袋体の先端部10aまで挿入して地盤補強部材10を屈曲孔22内に設置し、その後誘導棒24を引き抜きながら先端部10aから注入ホース25を介して充填材26を充填していくことが好ましい。これにより、充填材26が袋体に充填されていくにつれて、泥水27が屈曲孔22の先端から孔口へと押し出されて排出されることになる。
【0053】
一方、屈曲貫通孔30の場合には、
図5(b)に示すように、先端部10a側の屈曲貫通孔30の孔口から泥水27を排出できるので、袋体の基端部10bである注入口16から充填材を注入してもよい。
【0054】
以上説明した本実施形態の地盤補強構造40よれば、構成材料として補強索体14が混入された、或いは周囲に複数の補強索体14が長手方向に沿って設けられた織布又は不織布を用いることにより、袋体の引っ張り強度を高めることができる。これにより、この袋体を用いて構築した地盤補強構造40の断面は、中央に固化した充填材26が配置し、その周囲に引張り強度を高められた袋体が配置する。すなわち、袋体の断面の中心から最も離れた位置に補強索体14が配置されることになるので、地盤補強構造40に曲げ荷重が作用したときに生じる引張力に対して、補強索体14が効果的に抵抗する。また曲げ荷重によって生じる圧縮応力には、固化した充填材が抵抗することができる。
【0055】
また、本実施形態の地盤補強構造40よれば、地盤補強部材10の構成材料として織布又は不織布を用いることにより、地盤補強部材10に流動状態で充填された充填材26が、織布又は不織布の網目に浸透し、その後固化した時に、筒体又は袋体と一体になるので、引張力及び圧縮力の両方に抵抗する剛体となることができる。
【0056】
また、本実施形態の地盤補強構造40によれば、地盤補強部材10を構成する袋体が柔軟性を有するので、水平部を有する屈曲孔22又は屈曲貫通孔30の孔内に、袋体を、誘導棒24を用いて押し込んだり、また地盤補強部材10内に空気を吹き込んだりして設置することができ、その後、袋体の内部に充填材26を充填して固化させることにより、水平部を有するような屈曲形状の補強構造を構築することができる。
【0057】
また、地盤補強部材10は、引張り力に抵抗する補強索体14として、アラミド糸を用いることにより、地盤補強構造40によって補強された地盤に例えば杭を打つ際、杭打ち機等によって地盤補強構造40を問題なく打ちぬくことができる。すなわち、上述の特許文献1又は2に記載される工法のように、地盤補強構造として鋼棒や芯材のような金属部材を用いた場合には、地盤補強構造40を打ち抜く際に、鋼棒や芯材が杭へ絡みつくなどの問題が生じるが、本実施形態の地盤補強構造40ではそのような問題は生じない。
【0058】
また、地盤補強構造40は、地盤補強部材10内に充填する充填材26に、引張り強度を有する鋼繊維やガラス繊維等の補強繊維材を混合されたものを使用することにより、地盤補強構造40の引張り強度を、さらに向上させることができる。
【0059】
また、地盤補強構造40は、盛土20の直下で水平方向に延びる形を設けるができるので鉛直方向の曲げ荷重に対して効果的に抵抗し、盛土20下の軟弱地盤の鉛直方向の変位を抑制することができる。ここで、地盤補強構造40が鉛直方向の曲げ荷重に対して充分に抵抗するためには、地盤補強構造40と地盤との間に滑りが生じないことが要されるので、地盤補強構造40を、盛土20が設けられる範囲の直下の両側に充分な長さとなるように施工することが好ましい。
【0060】
なお、本実施形態の地盤補強部材10は、先端部10aが閉塞した袋状のものであるが、これに限らず、先端部10aが開口した筒体であってもよい。この場合、屈曲孔22への設置には、空気圧入による設置方法は適用できないので、誘導棒24を用いて設置する。
【0061】
また、本実施形態の地盤補強部材10は、内部に充填される充填材26のうち、水分のみが袋体外部の地盤に浸出するような目の粗さを有する織布や不織布、又は微細な孔が設けられた不透水性の膜を用いることとしたが、これに限らず、水分が浸出しない袋体を用いてもよい。この場合、充填材26として、水分を含有したままで固化可能な水硬性のコンクリート等を用いる。
【0062】
また、本実施形態では、地盤補強部材10を用いて盛土20下の軟弱地盤の補強する例を示したが、その他にも鉄道線路や道路等の直下を通過する土被りの浅いトンネルやシールドの補強に適用できる。
【0063】
図6は、鉄道線路と直交して横切るトンネル又はシールドの上部地盤への地盤補強構造の設置例を示し、同図(a)は平面図、同図(b)は横断面図、同図(c)は縦断面図である。
【0064】
図6に示すように、地盤補強構造40は、上述した地盤補強工法によって、盛土20とトンネル又はシールド50との間の地盤に、トンネル又はシールド50の伸延方向と同じ方向、かつ水平に配置され(同図(c)参照)、トンネル又はシールド50の周囲に複数に亘って構築される(同図(a)及び同図(b)参照)。
【0065】
また、
図7は、鉄道線路と斜交して横切るトンネル又はシールドの上部地盤への地盤補強構造の設置例を示し、同図(a)は平面図、同図(b)は横断面図である。
【0066】
図7に示すように、地盤補強構造40は、上述した
図6の場合と異なり、トンネル又はシールド50の伸延方向と直交する方向に配置され(同図(a)及び同図(b)参照)、トンネル又はシールド50の伸延方向に複数に亘って構築される(同図(a)参照)。
【0067】
これは、
図6のトンネル又はシールド50が鉄道線路と直交する場合と比べ、
図7ではトンネル又はシールド50が鉄道線路と斜交するので、鉄道線路を横切る部分の距離が長くなるため、
図6と同様の配置で地盤補強構造40を構築しようとすると、長距離の屈曲孔の削孔と、その屈曲孔への地盤補強部材10の設置が必要となり、施工コスト及び施工時間を要することになることを考慮したためである。
【0068】
また、本実施形態の地盤補強部材10は、屈曲形状の地盤補強構造40を補強することに用いたが、これに限らず、直線形状の地盤補強構造を補強することに用いてもよいことはいうまでもない。