特許 6876526 砂質地盤締固め工法の仕様設定方法

(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】6876526

(24)【登録日】2021年4月28日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】砂質地盤締固め工法の仕様設定方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/08 20060101AFI20210517BHJP

   E02D 3/054 20060101ALI20210517BHJP

   E02D 3/046 20060101ALI20210517BHJP

【ＦＩ】

   E02D3/08

   E02D3/054ESW

   E02D3/046

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-106151(P2017-106151)

(22)【出願日】2017年5月30日

(65)【公開番号】特開2018-199985(P2018-199985A)

(43)【公開日】2018年12月20日

【審査請求日】2020年2月25日

(73)【特許権者】

【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】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(72)【発明者】

【氏名】深田 久

(72)【発明者】

【氏名】大林 淳

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 英次

(72)【発明者】

【氏名】今給黎 健一

【審査官】 松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０４７６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４５５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８５５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０５９７０９１１（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２７３３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２３７８５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ３／０８

Ｅ０２Ｄ ３／０４６

Ｅ０２Ｄ ３／０５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

砂質地盤を振動・衝撃により一次締固めした後で材料砂の圧入により二次締固めを行う砂質地盤締固め工法の仕様設定方法であって、
締固めの対象地盤がどの種類に入るかを確認して必要な改良率を設定し、
次に、前記改良率となる前記締固め対象地盤の沈下ひずみから所定の沈下を発生させるための締固めエネルギーを求め、
前記締固めエネルギーを横軸にとり、前記沈下ひずみを縦軸にとり、試験及び原地盤での実施例のデータをプロットし、
次に、前記縦軸の沈下ひずみから前記横軸の締固めエネルギーを満足させるための振動或いは衝撃エネルギーの仕様を決定し、
次に、前記仕様に基づいて先端に振動・衝撃付与装置を備えたロッドを用いて前記砂質地盤の浅層部に振動及び衝撃を付与して前記一次締固めを行い、
前記衝撃付与装置で締固めを行った場合の沈下ひずみが２〜６％程度であるかを確認し、前記２〜６％程度の沈下ひずみを満足できない場合は、さらに増し打ちを行い、或いは、前記二次締固めにおいて前記改良率を少し増加させ、その後で、前記ロッドで前記浅層部を締め固めた箇所の前記砂質地盤の深層部に材料砂を供給するケーシングパイプを貫入し、前記ケーシングパイプの引き抜きと打ち戻しを繰り返して前記深層部に前記材料砂を圧入して前記二次締固めを実施することを特徴とする砂質地盤締固め工法の仕様設定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、砂質地盤を振動や衝撃により締め固める砂質地盤締固め工法の仕様設定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

砂質地盤を振動や衝撃により締め固める工法として、サンドコンパクションパイル（ＳＣＰ）工法、振動棒（バイブロロッド）工法、バイブロフローテーション工法、バイブロタンパー工法、重錘落下締固め（動圧密）工法、静的締固め工法等が知られている。

【0003】

サンドコンパクションパイル工法は、地盤内にケーシング下端より砂等を投入し、ケーシングを振動させながら引き抜き打ち戻して、締め固めた砂杭を地盤中に造成する工法であり、設計は、砂杭の面積を砂杭の打設間隔で除した置換率を基に行われる。

【0004】

また、振動棒工法は、地盤中に砂等の材料を補給し、振動棒を振動させて地盤を締め固める工法であり、バイブロフローテーション工法は、棒状のバイブロフロットを地盤中で振動させながら水を噴射し、水締めと振動により地盤を締め固め、同時に、生じた空間に砂利等の補給材を補給して地盤を改良する工法であり、両工法とも補給された砂や砂利の体積から置換率を求めるが、深度方向の不確実性があり、試験施工を併用する。

【0005】

さらに、バイブロタンパー工法は、砂質土地盤の支持力増大及び液状化防止を目的として、強力な起振機とタンパーとを組み合わせ密度増大を図る工法であり、重錘落下締固め工法は、重錘を大型クレーンで高所から落下させ、その時に地盤に与えられる衝撃力と振動により地盤を締め固める工法であり、試験施工により、締固めの仕様を決定する。

【0006】

さらに、静的締固め工法は、振動や打撃等の動的なエネルギーを与えず、静的な圧入により砂杭を造成あるいは注入材を注入する地盤改良工法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１６−１８８５１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

前記バイブロタンパー工法や重錘落下締固め工法は、材料の圧入や補給を伴わないので、締固め工法の仕様（締固め時間や繰り返し回数、錘の落下高さ等）は、現場での試験施工により決定するのが一般的であり、事前に、その目安を設定する手法がないのが状況であった。

【0009】

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、振動や衝撃による締固めの設計において、現場での試験施工に頼らず、事前に仕様を設定することができる砂質地盤締固め工法の仕様設定方法（設計方法）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】

【0010】

本発明は、砂質地盤を振動・衝撃により一次締固めした後で材料砂の圧入により二次締固めを行う砂質地盤締固め工法の仕様設定方法であって、締固めの対象地盤がどの種類に入るかを確認して必要な改良率を設定し、次に、前記改良率となる前記締固め対象地盤の沈下ひずみから所定の沈下を発生させるための締固めエネルギーを求め、前記締固めエネルギーを横軸にとり、前記沈下ひずみを縦軸にとり、試験及び原地盤での実施例のデータをプロットし、次に、前記縦軸の沈下ひずみから前記横軸の締固めエネルギーを満足させるための前記振動或いは衝撃エネルギーの仕様を決定し、次に、前記仕様に基づいて先端に振動・衝撃付与装置を備えたロッドを用いて前記砂質地盤の浅層部に振動及び衝撃を付与して前記一次締固めを行い、前記衝撃付与装置で締固めを行った場合の沈下ひずみが２〜６％程度であるかを確認し、前記２〜６％程度の沈下ひずみを満足できない場合は、さらに増し打ちを行い、或いは、前記二次締固めにおいて前記改良率を少し増加させ、その後で、前記ロッドで前記浅層部を締め固めた箇所の前記砂質地盤の深層部に材料砂を供給するケーシングパイプを貫入し、前記ケーシングパイプの引き抜きと打ち戻しを繰り返して前記深層部に前記材料砂を圧入して前記二次締固めを実施することを特徴とする

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、現場での試験施工で改良仕様を決定するのではなく、締固めエネルギーを介した設計を行うので、不確実性を低減させることができる。

【0012】

また、一次締固めでは沈下ひずみ（沈下量）を測定して、具体的な改良効果を確認できるので、二次締固めにおいて改良率を調整することができ、最終的な改良効果の確実性も向上させることができる。

【0013】

さらに、一次締固めでの引き込み沈下と二次締固めの押出し変位を相殺するので、即ち、砂質地盤の浅層部でのロッドの打ち込み・引き抜きによる一次締固めにより、沈下や側方への引き込み変位を発生させ、その後の二次締固めにて行う材料砂の圧入締め固めで発生する盛り上りや側方への押し出し変位と相殺することができるため、低変位施工を簡単かつ確実に行うことができる。また、一次締固めでは、材料砂を使用しないので、相対的に地盤改良の低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の砂質地盤締固め工法による一次締固め状態を示す断面図である。

【図2】上記砂質地盤締固め工法による二次締固め状態を示す断面図である。

【図3】締固めの対象の各種地盤の沈下ひずみと締固めエネルギーの関係を示す説明図である。

【図4】打撃エネルギーと地表面沈下量の事例の説明図である。

【図5】上記事例の締固めエネルギーと沈下ひずみの関係を示す説明図である。

【図6】上記事例の締固めエネルギーによる具体的な締固め例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0016】

図１は本発明の砂質地盤締固め工法による一次締固め状態を示す断面図、図２は同工法による二次締固め状態を示す断面図、図３は締固めの対象の各種地盤の沈下ひずみと締固めエネルギーの関係を示す説明図である。

【0017】

この実施形態の砂質地盤締固め工法では、図１に示す一次締固めの場合は、砂質地盤１の浅層部２に振動及び衝撃を付与する振動・衝撃付与装置６を備えたロッド５を用い、図２に示す二次締固めの場合は、砂質地盤１の深層部３中に材料砂を供給して圧入するケーシングパイプ７を用いる。

【0018】

これらロッド５とケーシングパイプ７を用いた砂質地盤１の締固め手順を説明すると、まず、図１に示すように、砂質地盤１の浅層部２中に所定深度（深度５〜６ｍ程度）までロッド５を回転させながら浅層部２に対して鉛直に打ち込んで貫入する。その後、ロッド５を所定長さ（例えば６０ｃｍ程度）引き抜いて、ロッド５の先端部５ａより周辺地盤に所定時間（例えば１〜３分程度）振動・衝撃を加えて、引き抜いたロッド５の先端部５ａの周囲にできた空洞部Ｋに周辺から周辺地盤の土砂１ａを落とし込んで供給して、空洞部Ｋを埋める作業を行う。そして、ロッド５を例えば４０ｃｍ打ち戻して、２０ｃｍ相当分を締め固める。この作業を連続して行い、浅層部２の５〜６ｍ程度を締め固める。

【0019】

次に、図２に示すように、ロッド５で浅層部２を締め固めた箇所の砂質地盤１の深層部３にケーシングパイプ７を回転させながら鉛直に打ち込んで貫入し、ケーシングパイプ７を引き抜く際に材料砂Ｓを供給し、その後で、ケーシングパイプ７を打ち戻して深層部３中に材料砂Ｓを圧入して締め固める。この作業を連続して行い、深層部３を締め固める。

【0020】

このように、深層部３にケーシングパイプ７を通して材料砂Ｓを圧入して締め固める本工程（二次締固め）の前工程（一次締固め）にて、ロッド５により浅層部２に振動や衝撃を付与して締固めを行い、沈下や側方への引き込み変位を発生させ、その後の本工程にて行う材料砂Ｓの圧入締固めで発生する盛り上りや側方への押し出し変位と相殺することができるため、地盤改良を低コストで行うことができる。

【0021】

また、砂質地盤１を振動・衝撃により一次締固めした後で材料砂Ｓの圧入により二次締固めを行う場合には、次に述べる仕様設定方法（設計方法）に基づいて行う。

【0022】

まず、図３に示すように、締固めの対象地盤がどの種類に入るかを確認して必要な改良率を設定する。この改良率は、原理的に沈下ひずみ（沈下量／層厚）と同等であるので、締固め対象地盤の沈下ひずみから所定の沈下を発生させるための締固めエネルギーを求め、この締固めエネルギーを満足させる振動或いは衝撃エネルギーの仕様を決定し、この仕様に基づいて砂質地盤１の一次締固めと二次締固めを実施する。

【0023】

このように、現場での試験施工で改良仕様を決定するのではなく、締固めエネルギーを介した設計を行うので、不確実性を低減させることができる。

【0024】

また、一次締固めでは沈下量を測定して、具体的な改良効果を確認できるので、二次締固めにおいて改良率を調整することができ、最終的な改良効果の確実性も向上させることができる。

【0025】

さらに、一次締固めでの引き込み沈下と二次締固めの押出し変位を相殺するので、即ち、砂質地盤１の浅層部２でのロッド５の打ち込み・引き抜きによる一次締固めにより、沈下や側方への引き込み変位を発生させ、その後の二次締固めにて行う材料砂Ｓの圧入締め固めで発生する盛り上りや側方への押し出し変位と相殺することができるため、低変位施工を簡単かつ確実に行うことができる。また、一次締固めでは材料砂Ｓを使用しないので、相対的に砂質地盤１の地盤改良の低コスト化を図ることができる。

【実施例1】

【0026】

図４は打撃エネルギーと地表面沈下量の事例の説明図、図５は同事例の締固めエネルギーと沈下ひずみの関係を示す説明図である。

【0027】

実際の締固めエネルギーと沈下量の関係として、埋立地盤での重錘落下締固め工法の事例（土質工学会、粗粒材料の現場締固めの評価に関するシンポジューム１９９０．１１の「表−５ 地盤改良による地表面沈下量」参照）がある。

【0028】

【表1】

【0029】

表１に示すように、事例にて施工された重錘落下締固め工法やバイブロタンパー工法の沈下ひずみは１０％程度である。

【0030】

ここでは、締固めエネルギーが３００ｔｍ／ｍ²で沈下量が１２７ｃｍの例（図４）を取り上げる。改良対象層厚が１０ｍであるので、１ｍ³当たり３０ｔｍ／ｍ³で、沈下ひずみは０．１２７となる。実験で得られた小型土槽と中型土槽の締固めエネルギーと沈下ひずみのデータと、事例のデータを表２に示す。

【0031】

【表2】

【0032】

表２に示す小型土槽を用いた実験では、直径６００ｍｍの塩化ビニル製の土槽の中央に拡径装置（直径１１４ｍｍ程度）を設置し、その周囲に厚さ４００ｍｍの飽和砂層を造成し、その後ランマー（ＪＩＳ Ａ１２１０）により規定回数の衝撃力を加え、砂面の沈下量を計測した。落下回数５００回の平均沈下量は２５ｍｍであり、沈下ひずみ（沈下量／対象層厚）は０．０６２（６．２％）程度になった。

【0033】

また、中型土槽を用いた実験では、直径１０００ｍｍの鋼製土槽の中央に拡径装置を備えた鋼管（直径１００ｍｍ）を埋め込み、その周囲に厚さ８００ｍｍの飽和砂層を造成した。その後１０ｃｍごと鋼管を引き抜いてランマー（ＪＩＳ Ａ１２１０）により規定回数の衝撃力を加え、最終的に鋼管を引き抜いた。各段階で砂面の沈下量を計測した。沈下形状を考慮した体積換算から平均沈下量を算出した結果、１１ｍｍとなり、沈下ひずみ（沈下量／対象層厚）は０．０１４（１．４％）が得られた。

【0034】

次に、事例にて施工された工法の仕様設定方法（設計方法）を説明する。
（１）横軸に締固めエネルギー（振動及ランマーの落下等による衝撃締固め）をとり、縦軸に沈下ひずみ（沈下量／対象層厚）をとり、表２に示すデータをプロットする。プロットすると、図５に示すようになり、締固めエネルギーの増加により沈下ひずみも増大していることが判る。
（２）地盤ごと（岩砕地盤・砂礫地盤、砂地盤（粗砂・細砂）、細粒分の多い地盤）に概略の範囲で回帰線を引く。
（３）図３に示すように、締固めの対象地盤が、どの種類に入るかを確認し、必要な改良率（＝置換率）a_Sを設定する。

【0035】

改良率a_Sは、原理的に沈下ひずみ（沈下量Ｓ／層厚Ｈ）と同等、即ち、原地盤の間隙比をｅ₀、改良後の間隙比をｅ₁とすれば、（１＋ｅ₀）の体積の地盤にΔｅ＝ｅ₀−ｅ₁に相当する砂・砕石等を圧入して、締め固めるので、改良率（置換率）a_Sは、a_S＝Δｅ／（１＋ｅ₀）で与えられ、また、沈下ひずみ（Ｓ／Ｈ）は、Ｓ／Ｈ＝Δｅ／（１＋ｅ₀）であり、よって、改良率a_Sは、沈下ひずみ（Ｓ／Ｈ）と同等であるので、（２）で設定した回帰線から、所定の沈下を発生させるための締固めエネルギーが求まる。

【0036】

つまり、沈下ひずみＳ／Ｈ＝Δｅ／（１＋ｅ₀）が改良率（置換率）a_Sと同義であることを利用して、材料を圧入しない「一次締固め」と、材料を圧入する「二次締固め」の改良率a_Sを連動させることを基本とした設計手法であって、（２）で設定した回帰線から、所定の沈下を発生させるための締固めエネルギーを求める。
（４）この締固めエネルギーを満足させるために、振動エネルギー或いは衝撃エネルギーの仕様（振動であれば振動時間、衝撃であればランマーの落下高さや回数、打設のピッチ等）を決定する。
（５）この仕様で一次締固めを行い、所定の沈下量を満足できるかを確認する。
（６）所定の沈下量を満足できない場合は、さらに増し打ちを行う。或いは、二次締固めにおいて、改良率を少し増加させる。
（７）その後で、材料砂の圧入を伴う二次締固めを実施する。

【0037】

図５に示すように、締固めエネルギーと沈下ひずみの関係を見ると、材料砂の圧入を伴わない衝撃締固めにおいては、沈下ひずみは最大１０％程度であり、先端に設置した衝撃付与装置で締固めを行った場合の沈下ひずみ（沈下量／対象層厚）は、締固めエネルギーが相対的に小さいことにより、２〜６％程度である。材料砂の圧入を伴う二次締固めの前に、このような一次締固めを行うことで、その後に施工する圧入締固めの変位を低減できると共に、改良率を低減することも可能である。

【実施例2】

【0038】

実施例２は、例えば、φ１５０ｍｍのケーシング内部に重さ４０ｋｇの重錘を０．３ｍ落下させ、その衝撃をケーシング側面に設置した載荷板で地盤中に衝撃を与える事例である。

【0039】

この場合の締固めエネルギーＥ_Cは、Proctor（プロクター）の定義より、次式（１）で表される。

【0040】

Ｅ_C＝Ｗ_R・Ｈ・Ｎ_B・Ｎ_L／Ｖ …式（１）
ここで、Ｅ_Cは１ｍ³当りの締固めエネルギーであり、Ｗ_Rは重錘の質量（４０ｋｇ＝４００Ｎ）であり、Ｈは落下高さ（３０ｃｍ＝０．３ｍ）であり、Ｎ_Bは１層当りの打撃回数（例えば３０回）であり、Ｎ_Lは層の数（深度２ｍを１５ｃｍずつ締固めで、例えば１４回）であり、Ｖは体積（１ｍ×１ｍ×深度２ｍ＝２ｍ³）である。

【0041】

即ち、この実施例２における締固めエネルギーＥ_Cは、
Ｅ_C＝４００^N×０．３^m×（３０×１４）回／２ｍ³
＝２５２００（ｍ・Ｎ／ｍ³）＝２５．２ｍ・ｋＮ／ｍ³＝２５．２（Ｊｋ／ｍ³）
そして、実施例１の図５において、例えば、沈下ひずみ０．０３を達成するためには、１ｍ²当りで２４ｋＪ／ｍ³が必要となる。これにより、図６に示すように、１ｍ²当り、１本を打設する必要があり、そのピッチは、１．０ｍとなる。

【符号の説明】

【0042】

１ 砂質地盤
２ 浅層部
３ 深層部
５ ロッド
５ａ 先端部
６ 振動・衝撃付与装置
Ｓ 材料砂

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】