特許 6338096 地盤改良工法および改良地盤

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6338096

(24)【登録日】2018年5月18日

(45)【発行日】2018年6月6日

(54)【発明の名称】地盤改良工法および改良地盤

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/34 20060101AFI20180528BHJP

   E02D 3/10 20060101ALI20180528BHJP

   E02D 3/12 20060101ALI20180528BHJP

【ＦＩ】

   E02D27/34 Z

   E02D3/10 102

   E02D3/12 102

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-114292(P2014-114292)

(22)【出願日】2014年6月2日

(65)【公開番号】特開2015-227595(P2015-227595A)

(43)【公開日】2015年12月17日

【審査請求日】2016年12月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(72)【発明者】

【氏名】石川 明

【審査官】 石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−００３９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２９９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５６５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０１２９８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ２７／３４

Ｅ０２Ｄ ３／１０

Ｅ０２Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液状化を防止するべき地盤に、下端部が難透水性の下層地盤に達する複数の改良壁を格子状に配置して格子状改良体を構築する格子状改良体構築工程と、
前記格子状改良体が構築された地盤に井戸を設置して地下水の揚水を行い、前記格子状改良体が構築された地盤の地下水位を自然水位から所定の地下水位に低下させる揚水工程と、
該揚水工程によって低下した地下水位を前記自然水位に回復させて、前記格子状改良体が構築された地盤を気泡が混在した不飽和地盤にする地盤不飽和化工程と、を有し、
前記格子状改良体構築工程における地盤の改良率は、不飽和化した際の地盤のせん断ひずみ量と不飽和化した際の地盤に生じる過剰間隙水圧比との関係から評価された不飽和地盤の液状化強度に基づいて設計することを特徴とする地盤改良工法。

【請求項2】

前記不飽和化した際の地盤に生じる過剰間隙水圧比Δｕ／σ_ｖ´は、以下の数式から算出されることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良工法。

【数1】

【請求項3】

前記改良壁は、前記格子状改良体の外縁部に配置される外側改良壁と、該外側改良壁の内側に格子状に配置される内側改良壁とから構成され、
該内側改良壁には、一方の壁面側と他方の壁面側とを連通させ前記地下水が通過可能な通水部が形成されていて、
前記揚水工程では、前記内側改良壁によって複数に区画された領域の１ヶ所以上に前記井戸を配置し、該井戸で揚水を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の地盤改良工法。

【請求項4】

地盤に構築されて下端部が難透水性の下層地盤に達する複数の改良壁が格子状に配置された格子状改良体と、
該格子状改良体が構築された地盤の地下水の揚水可能な井戸と、を備え、
前記格子状改良体が構築された地盤は、前記井戸による地下水の揚水が行われると、地下水位が自然水位から所定の地下水位に低下し、前記井戸による地下水の揚水が停止されると、低下した地下水位が前記自然水位に回復し、気泡が混在した不飽和地盤となり、
前記格子状改良体が構築された地盤の改良率は、不飽和化した際の地盤のせん断ひずみ量と不飽和化した際の地盤に生じる過剰間隙水圧比との関係から評価された不飽和地盤の液状化強度に基づいて設計されていることを特徴とする改良地盤。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤の液状化を防止するための地盤改良工法および改良地盤に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、地震が生じた際の地盤の液状化対策として、格子状に形成された格子状改良体を施工する地盤改良工法が広く用いられている。この地盤改良工法は、地盤に施工された剛性の高い格子状改良体によって、地盤のせん断変形を抑制し、地盤の液状化を防止している。（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５１９０６５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、格子状改良体は、格子状に配置された改良壁から構成されていて、地盤の条件によって、隣り合う改良壁の間隔を数ｍ〜１０数ｍとする必要がある。そして、上側に建築される建物（構造物）の建築面積が広い場合、多くの改良壁を必要とするため、格子状改良体の施工に多くの労力が必要となるとともに、コストや工期がかかるという問題がある。

【0005】

そこで、本発明は、工期や労力、コストを抑えることができる地盤改良工法および改良地盤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】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明に係る地盤改良工法は、液状化を防止するべき地盤に、下端部が難透水性の下層地盤に達する複数の改良壁を格子状に配置して格子状改良体を構築する格子状改良体構築工程と、前記格子状改良体が構築された地盤に井戸を設置して地下水の揚水を行い、前記格子状改良体が構築された地盤の地下水位を自然水位から所定の地下水位に低下させる揚水工程と、該揚水工程によって低下した地下水位を前記自然水位に回復させて、前記格子状改良体が構築された地盤を気泡が混在した不飽和地盤にする地盤不飽和化工程と、を有し、前記格子状改良体構築工程における地盤の改良率は、不飽和化した際の地盤のせん断ひずみ量と不飽和化した際の地盤に生じる過剰間隙水圧比との関係から評価された不飽和地盤の液状化強度に基づいて設計することを特徴とする。
また、本発明に係る地盤改良工法は、前記不飽和化した際の地盤に生じる過剰間隙水圧比Δｕ／σ_ｖ´は、以下の数式から算出されるようにしてもよい。

【数1】

【0007】

また、本発明に係る改良地盤は、地盤に構築されて下端部が難透水性の下層地盤に達する複数の改良壁が格子状に配置された格子状改良体と、該格子状改良体が構築された地盤の地下水の揚水可能な井戸と、を備え、前記格子状改良体が構築された地盤は、前記井戸による地下水の揚水が行われると、地下水位が自然水位から所定の地下水位に低下し、前記井戸による地下水の揚水が停止されると、低下した地下水位が前記自然水位に回復し、気泡が混在した不飽和地盤となり、前記格子状改良体が構築された地盤の改良率は、不飽和化した際の地盤のせん断ひずみ量と不飽和化した際の地盤に生じる過剰間隙水圧比との関係から評価された不飽和地盤の液状化強度に基づいて設計されていることを特徴とする。

【0008】

本発明では、格子状改良体が構築された地盤を不飽和化させて不飽和地盤とすることができるため、飽和地盤と比べて地盤の液状化強度を高めることができる。
そして、不飽和地盤は、飽和地盤と比べて地盤の液状化強度が高いことにより、飽和地盤に格子状改良体を構築する場合と比べて、格子状改良体の体積を小さくすることができ、隣り合う改良壁の間隔を大きくしたり、改良壁の厚さを薄くしたりすることができるため、地盤改良にかかる工期や労力、コストを抑えることができる。

【0009】

また、本発明に係る地盤改良工法では、前記改良壁は、前記格子状改良体の外縁部に配置される外側改良壁と、該外側改良壁の内側に格子状に配置される内側改良壁とから構成され、該内側改良壁には、一方の壁面側と他方の壁面側とを連通させ前記地下水が通過可能な通水部が形成されていて、前記揚水工程では、前記内側改良壁によって複数に区画された領域の１ヶ所以上に前記井戸を配置し、該井戸で揚水を行うことが好ましい。
格子状改良体が構築された地盤は、格子状に配置された内側改良壁によって複数の領域に区分されているが、区分された領域の少なくとも１ヶ所に井戸を設置し揚水を行えば、井戸が設置されていない領域の地下水も内側改良壁の通水部を通過させて揚水することができる。
これにより、格子状改良体が構築された地盤に、内側改良壁によって区分された領域ごとに井戸を設置する必要がないため、井戸の設置にかかる工期や労力、コストを抑えることができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、飽和地盤に格子状改良体を構築する場合と比べて、格子状改良体の体積を小さくすることができ、隣り合う改良壁の間隔を大きくしたり、改良壁の厚さを薄くしたりすることができるため、地盤改良にかかる工期や労力、コストを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態による改良地盤の一例を説明する平面図である。

【図2】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図3】通水部の一例を示す斜視図である。

【図4】地盤の単位排水量（通水量）と飽和度との関係を示すグラフである。

【図5】地盤の飽和度と液状化強度の増加率の関係を示すグラフである。

【図6】飽和地盤の格子状改良体の設計における初期せん断ひずみと過剰間隙水圧比との関係を示すグラフである。

【図7】不飽和地盤の格子状改良体の設計における初期せん断ひずみと過剰間隙水圧比との関係を示すグラフである。

【図8】飽和地盤に構築された格子状改良体の形状を示す平面図、（ｂ）は不飽和地盤に構築された格子状改良体の形状を示す平面図である。

【図9】（ａ）は格子状改良体の形状を示す平面図、（ｂ）は格子状改良体の他の形状を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態による地盤改良工法および改良地盤について、図１乃至図９に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態による地盤改良工法によって改良された改良地盤１には、液状化を防止するべく地盤１１に構築された格子状改良体２と、格子状改良体２が構築されている地盤１１の地下水を揚水可能なディープウェル（井戸）３と、が設けられている。
この改良地盤１が構築される地盤１１は、地表１１ａ（図２参照）側に透水性の砂質層などで構成された上層地盤１２（図２参照）が配置され、上層地盤１２の下側には、難透水性の下層地盤１３（図２参照）が配置されている。
そして、この改良地盤１の上部には建物などの構造物１４（図２参照）が建設されている。

【0013】

格子状改良体２は、地盤１１に角筒を形成するように配置された複数の外側改良壁（改良壁）４と、外側改良壁４の内側に格子状に配置された複数の内側改良壁（改良壁）５とから構成されている。このため、改良地盤１は、内側改良壁５によって複数の領域に区分されている。
これらの外側改良壁４および内側改良壁５は、下端部４ａ，５ａ（図２参照）がそれぞれ下層地盤１３に達していて、上端部４ｂ，５ｂ（図２参照）がそれぞれ地表１１ａ近傍に達している。

【0014】

また、複数の内側改良壁５には、一方の壁面側と他方の壁面側とを連通させ、地盤の地下水が通過可能な通水部５１がそれぞれ形成されている。図３に示すように、本実施形態では、通水部５１は、内側改良壁５の下端部５ａに形成された切欠き部で構成されている。なお、内側改良壁５に形成される通水部５１の数や形成される場所は適宜設定されてよい。
また、複数の外側改良壁４には、内側改良壁５のような通水部５１が形成されていないが、外側改良壁４の下端部４ａと下層地盤１３との間は、完全に封水されておらず、外側改良壁４の一方の壁面側と他方の壁面側とは、内側改良壁５と比べて少量ずつであるが、通水している。

【0015】

図２に戻り、ディープウェル３は、下層地盤１３のやや上側まで達するように設置されていて、上層地盤１２の地下水を揚水可能に構成されている。
ディープウェル３は、改良地盤１のうち、内側改良壁５によって複数に区分された領域の一部（以下、ディープウェル設置地盤１５とする）に設置されている。
そして、ディープウェル３で地盤１１地下水の揚水を行うと、改良地盤１のうちディープウェル設置地盤１５以外の地盤（以下、ディープウェル非設置地盤１６とする）の地下水も内側改良壁５の通水部５１を通過して、ディープウェル設置地盤１５へ移動し、ディープウェル３によって揚水されるように構成されている。
このようにディープウェル３で地盤１１の地下水の揚水を行うことで、外側改良壁４の内側の地盤１１全体の地下水が揚水されるように構成されている。

【0016】

また、本実施形態のような地盤改良工法を行う場合は、格子状改良体２の上部に建設される構造物１４が地下免震構造となることが多く、この構造物１４の建設の際に例えば３ｍ程度の掘削工事を行うため、掘削工事の際にディープウェルを使用している。このため、本実施形態による改良地盤１のディープウェル３は、掘削工事の際に使用されたディープウェル３を利用している。

【0017】

次に、本実施形態による地盤改良工法について説明する。
（格子状改良体構築工程）
まず、地盤１１に外側改良壁４および内側改良壁５が格子状に配置されるように格子状改良体２を構築する。このとき、内側改良壁５の下端部５ａには通水部５１を形成する。
外側改良壁４および内側改良壁５は、例えば、セメントやセメント系固化材と原位置の土とを混合撹拌して壁状に形成するなど公知の方法によって構築する。

【0018】

（揚水工程）
続いて、改良地盤１のうちディープウェル設置地盤１５となる領域にディープウェル３を設置する。本実施形態では、ディープウェル３に地盤１１の掘削工事に使用されたディープウェルを利用している。
そして、ディープウェル３で改良地盤１の地下水の揚水を行い、改良地盤１の地下水位を自然水位１７（図２参照）から低下させる。そして、地下水位が所定の地下水位１８（図２参照）まで低下したら揚水を停止する。

【0019】

（地盤不飽和化工程）
続いて、低下した所定の地下水位１８を自然水位１７まで回復させる。低下した所定の地下水位１８を自然水位１７まで回復させるには、外側改良壁４の外側の地盤１１から外側改良壁４の内側の改良地盤１へ地下水が通水することによって行ったり、地表面１１ａから注水を行って地盤１１に浸水させることによって行ったりする。
これにより、地盤１１に空気（気泡）が混在して地盤１１が不飽和状態となり、地盤１１の液状化強度を高めることができる。

【0020】

なお、地盤１１の飽和度は、時間とともに変化するため、地盤１１が不飽和状態に維持されるように、半年から数年に一度など、定期的または不定期に地盤１１の地下水の揚水を行う。

【0021】

ここで、図４からわかるように、揚水工程および地盤不飽和化工程を行うことによって、改良地盤１の飽和度を約７０〜９０％とすることができ、改良地盤１を不飽和地盤とすることができる。
また、図５からわかるように、飽和度が７０％の不飽和地盤は、その液状化強度が、飽和度が１００％の飽和地盤の約３倍とすることができ、飽和度が９０％の不飽和地盤では、その液状化強度が、飽和度が１００％の飽和砂の約２倍とすることができる。
このように、揚水工程および地盤不飽和化工程を行い、改良地盤１を不飽和地盤とすることによって改良地盤１の液状化強度を増大させることができる。

【0022】

続いて、本実施形態による改良地盤１の設計法について説明する。
改良地盤１の設計法は、例えば、特許５１９０６５５号公報に記載されている「部分改良地盤の変形量の評価法」をもとに行う。
この「部分改良地盤の変形量の評価法」では、改良地盤の初期せん断ひずみと液状化の際に生じる過剰間隙水圧比との関係を下記の式（１）〜（４）から導いている。

【0023】

【数2】

【0024】

本実施形態では、地盤が不飽和化しているため、式（２）を下記の式（２）´に変更する。これ以外は、特許５１９０６５５号公報に記載されている「部分改良地盤の変形量の評価法」と同様に設計を行う。

【0025】

【数3】

【0026】

続いて、改良地盤の格子状改良体２の設計例について説明する。
まず、例えば、せん断波速度Ｖ_Ｓ＝１４０ｍ／ｓ、湿潤密度ρ＝１．８ｇ／ｃｍ^３、初期せん断剛性Ｇ_０＝３５ＭＰａ、基準せん断ひずみγ_ｒｅｆ＝２．９ｅ−４、最大減衰ｈ_ｍａｘ＝０．１２、定数β＝１．４６、鉛直有効応力σ´_ｖ＝５４ｋＰａ、等価繰り返しせん断応力比τ_ｄ／σ´_ｖ＝０．４１、液状化抵抗比Ｒ_２０＝τ_ｌｑ／σ´_ｖ＝０．１５、実験定数ｋ＝−０．２５、実験定数α_ｒｆ＝０．７の飽和地盤に対して、せん断波速度Ｖ_ｓ＝５００ｍ／ｓの格子状改良体２を構築する改良地盤を作成する。
このとき、地盤の改良率Ｒ＝２０％とすると、改良地盤の液状化安全率は１．５となる。なお、未改良時の地盤の液状化安全率は０．３７である。
図６に飽和地盤の格子状改良体の設計における初期せん断ひずみと過剰間隙水圧比との関係を示している。

【0027】

これに対し、飽和度Ｓ_ｒ＝９０％の不飽和地盤の液状化強度をＲ_ｕｎ（９０）＝２Ｒ_２０＝２×０．１５＝０．３とした場合、地盤の改良率Ｒ＝５％とすると、改良地盤の液状化安全率は１．４となる。なお、未改良時の地盤の液状化安全率は、０．７３である。
図７に不飽和地盤の格子状改良体の設計における初期せん断ひずみと過剰間隙水圧比との関係を示している。

【0028】

以上のことから、飽和地盤において改良率Ｒを２０％とする地盤改良を行った場合と、飽和度Ｓ_ｒ＝９０％の不飽和地盤において改良率を５％とする地盤改良を行った場合とでは、改良地盤の液状化安全率は略等しくなることがわかる。
このため、格子状改良体２を構築する地盤改良において、地盤改良を行う敷地面積、格子状改良体２の外側改良壁４および内側改良壁５の厚さがそれぞれ等しい場合、飽和度Ｓ_ｒ＝９０％の不飽和地盤のほうが、飽和地盤と比べて、隣り合う外側改良壁４と内側改良壁５、および隣り合う内側改良壁５の間隔を大きくすることができる。

【0029】

例えば、８０ｍ×８０ｍの略正方形敷地に外側改良壁４および内側改良壁５の厚さが１ｍの格子状改良体２構築する地盤改良を行う場合、図８（ａ）に示すように、飽和地盤において隣り合う外側改良壁４Ｂと内側改良壁５Ｂまたは隣り合う２つの内側改良壁５Ｂの間隔を１０ｍとする格子状改良体２Ｂを構築する場合と、図８（ｂ）に示すように、飽和度Ｓ_ｒ＝９０％の不飽和地盤において隣り合う外側改良壁４と内側改良壁５、および隣り合う内側改良壁５の間隔を４０ｍとする格子状改良体２を構築する場合とでは、改良地盤１，１Ｂの液状化強度は、略同じ大きさとなることがわかる。

【0030】

次に、上述した地盤改良工法および改良地盤の作用・効果について説明する。
上述した本実施形態による地盤改良工法および改良地盤では、格子状改良体２が構築された改良地盤１を不飽和化させて不飽和地盤とすることができるため、飽和地盤と比べて改良地盤１の液状化強度を高めることができる。
そして、不飽和地盤は、飽和地盤と比べて改良地盤１の液状化強度が高いことにより、飽和地盤に格子状改良体を構築する場合と比べて、格子状改良体２の体積を小さくすることができ、隣り合う外側改良壁４や内側改良壁５の間隔を大きくすることができるため、地盤改良にかかる工期や労力、コストを抑えることができる。

【0031】

また、内側改良壁５には、通水部５１が形成されていることにより、改良地盤１の内側改良壁５によって複数に区分された領域の少なくとも一部のディープウェル設置地盤１５にディープウェル３を設置し、このディープウェル３で揚水を行えば、ディープウェル非設置地盤１６の地下水も内側改良壁５の通水部５１を通過させて揚水することができる。
これにより、改良地盤１に、内側改良壁５によって複数に区分されている領域ごとにディープウェル３を設置する必要がないため、ディープウェル３の設置にかかる工期や労力、コストを抑えることができる。

【0032】

以上、本発明による地盤改良工法および改良地盤の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、地盤改良工法で使用するディープウェル３は、地盤１１の掘削工事に使用したディープウェルを利用しているが、地盤１１の掘削工事に使用したディープウェルは撤去し、地盤改良工法のために別のディープウェルを設置してもよい。また、設置されるディープウェル３の台数は、適宜設定されてよく、ディープウェル３を複数設置することで、ディープウェル非設置地盤１６がなくなる場合は、内側改良壁５に通水部５１が形成されていなくてもよい。
また、上記の本実施形態では、通水部５１は、内側改良壁５の下端部５ａに形成された切欠き部で構成されているが、内側改良壁体５の下端部近傍５ａに形成されて内側改良壁体５の一方の壁面側と他方の壁面側とを連通させる孔部で構成されていてもよい。また、通水部５１の切欠き部や孔部の数は適宜設定されてよい。

【0033】

また、上記の実施形態では、隣り合う外側改良壁４と内側改良壁５、および隣り合う内側改良壁５の間隔を、飽和地盤に格子状改良体を構築する場合と比べて大きくしているが、隣り合う外側改良壁４と内側改良壁５、および隣り合う内側改良壁５の間隔を飽和地盤に格子状改良体を構築する場合と同じ間隔として、外側改良壁４および内側改良壁５の一方または両方の厚さを飽和地盤に格子状改良体を構築する場合と比べて薄くしてもよい。
また、上記の実施形態では、図１や図９（ａ）に示すように、格子状改良体２は、外側改良壁４と、格子状に配置された複数の内側改良壁５とから構成されているが、平面視において矩形状に形成された外側改良壁４のみで構成されていてもよい。また、格子状改良体２は、平面視において矩形状に形成された外側改良壁４の内部に内側改良壁５が１つだけ設けられている構成としてもよい。また、外側改良壁４は、矩形状以外に形成されていてもよい。

【符号の説明】

【0034】

１ 改良地盤
２ 格子状改良体
３ ディープウェル（井戸）
４ 外側改良壁（改良壁）
５ 内側改良壁（改良壁）
１１ 地盤
１３ 下層地盤
１７ 自然水位
１８ 所定の地下水位
５１ 通水部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】