特許 7075280 地盤改良構造および掘削方法

(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】

(24)【登録日】2022-05-17

(45)【発行日】2022-05-25

(54)【発明の名称】地盤改良構造および掘削方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 31/12 20060101AFI20220518BHJP

   E02D 29/05 20060101ALI20220518BHJP

   E02D 3/12 20060101ALI20220518BHJP

   E02D 5/54 20060101ALI20220518BHJP

   E02D 5/80 20060101ALI20220518BHJP

   E02D 17/04 20060101ALI20220518BHJP

【ＦＩ】

E02D31/12

E02D29/05 A

E02D3/12 101

E02D3/12 102

E02D5/54

E02D5/80 Z

E02D17/04 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018093007

(22)【出願日】2018-05-14

(65)【公開番号】P2019199693

(43)【公開日】2019-11-21

【審査請求日】2020-12-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】安永 正道

【審査官】彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－１８２５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２７８１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２２４６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２４７１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１７４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２００３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１１６９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１７１９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２７９６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－０５３５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０４５２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１１４８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０７２１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－０２９９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０４７６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０４１９９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ３１／１２

Ｅ０２Ｄ ２９／０５

Ｅ０２Ｄ ３／１２

Ｅ０２Ｄ ５／５４

Ｅ０２Ｄ ５／８０

Ｅ０２Ｄ １７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤を固化材により改良して形成された人工不透水層を有する地盤改良構造であって、
前記人工不透水層は、複数の支点において地下水の揚圧力に対して支持され、
前記支点は前記人工不透水層の両側の山留壁であり、前記山留壁の間で前記人工不透水層が設けられ、
前記人工不透水層の上面は水平面であり、
前記人工不透水層の下面は、前記支点の間の中間部における高さと、前記支点の位置における高さの違いにより、上方に凸状に形成されることを特徴とする地盤改良構造。

【請求項2】

前記人工不透水層は、前記支点の間の中間部における厚さと、前記支点の位置における厚さが異なることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良構造。

【請求項3】

前記下面は、上に凸となる円弧状に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の地盤改良構造。

【請求項4】

前記下面の前記支点側の両端部に傾斜面が設けられ、
前記下面の前記中間部に水平面が設けられ、
前記傾斜面は、前記中間部側に行くにつれ高くなるよう傾斜し、
前記水平面は、前記傾斜面の上端同士を接続することを特徴とする請求項１または請求項２記載の地盤改良構造。

【請求項5】

前記人工不透水層の下面は、水平方向に対し傾斜した傾斜面を有し、前記傾斜面は複数の段部により段状に形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の地盤改良構造。

【請求項6】

地盤を固化材により改良して人工不透水層を設ける工程（ａ）と、
前記人工不透水層の上方の地盤の掘削を行う工程（ｂ）と、
を有し、
前記人工不透水層は、複数の支点において地下水の揚圧力に対して支持され、
前記支点は前記人工不透水層の両側の山留壁であり、前記山留壁の間で前記人工不透水層が設けられ、
前記人工不透水層の上面は水平面であり、
前記人工不透水層の下面は、前記支点の間の中間部における高さと、前記支点の位置における高さの違いにより、上方に凸状に形成されることを特徴とする掘削方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤改良構造および地盤の掘削方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地下構造物の構築時には地盤の掘削を行う。その際、適切な深度に不透水層が有る場合は、不透水層に達する山留壁を構築した後、切梁・腹起しを掛けながら山留壁の内側の地盤を掘削する。山留壁は外側の地盤からの土圧に抵抗するほか、地下水を遮水する遮水壁としても機能する。

【0003】

一方、適切な深度に不透水層が無い場合、山留壁の内側の地盤を改良して人工の不透水層（以下、人工不透水層という）を形成することがある（例えば、特許文献１～６）。

【0004】

人工不透水層の厚さは、地下水の揚圧力によって人工不透水層に生じる曲げモーメントやせん断力に耐え得るものとする。人工不透水層は山留壁の間に設けられ、山留壁の変形を防止する地中梁としても機能する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平11-209998号公報

【文献】特開平11-247174号公報

【文献】特開2003-171949号公報

【文献】特開2001-182088号公報

【文献】特開2004-27722号公報

【文献】特開2015-229822号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

山留壁の離れ（スパン）が大きくなると、人工不透水層にかかる工期やコストが増加する問題がある。すなわち、人工不透水層の応力度は両側の山留壁を支点とした単純梁に一様な揚圧力が加わっているものとして求められ、山留壁のスパン（支点間距離）が大きくなると揚圧力によって生じる曲げモーメントやせん断力の最大値が大きくなる。そのため人工不透水層の厚さや強度を大きくする必要が生じ、工期やコストの面から地盤改良による人工不透水層とは別の方法を採用せざるを得ない場合もある。

【0007】

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、人工不透水層にかかる工期やコストを抑えることのできる地盤改良構造等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】

【0008】

前述した課題を解決するための第１の発明は、地盤を固化材により改良して形成された人工不透水層を有する地盤改良構造であって、前記人工不透水層は、複数の支点において地下水の揚圧力に対して支持され、前記支点は前記人工不透水層の両側の山留壁であり、前記山留壁の間で前記人工不透水層が設けられ、前記人工不透水層の上面は水平面であり、前記人工不透水層の下面は、前記支点の間の中間部における高さと、前記支点の位置における高さの違いにより、上方に凸状に形成されることを特徴とする地盤改良構造である。

【0009】

本発明では、人工不透水層の下面を上記のように凸状に形成することで、地下水の揚圧力により人工不透水層に生じるせん断力や曲げモーメントの分布に応じて、あるいは人工不透水層が地下水の揚圧力に効果的に抵抗できるように、人工不透水層の形状を最適化して改良土量等を減らし、工期やコストを抑えることができる。

【0010】

前記人工不透水層は、前記支点の間の中間部における厚さと、前記支点の位置における厚さが異なることが望ましい。
本発明では、人工不透水層の下面の凸形状によって、人工不透水層の厚さを、地下水の揚圧力により人工不透水層に生じるせん断力や曲げモーメントの分布に応じて最適化できる。

【0011】

例えば前記人工不透水層は、前記支点の間の中間部における厚さが、前記支点の位置における厚さより小さい。
地下水の揚圧力が人工不透水層に一様に加わる場合、揚圧力により人工不透水層に生じるせん断力は支点側で大きくなり、曲げモーメントは支点の間の中間部で大きくなる。せん断力の最大値に対して必要となる地盤改良厚が、曲げモーメントの最大値に対して必要となる地盤改良厚より大きい場合は、上記のように支点の間の中間部における人工不透水層の厚さを支点の位置における厚さよりも小さくすることで、上記のせん断力や曲げモーメントの分布に対し人工不透水層の厚さを最適化できる。

【0012】

あるいは、前記人工不透水層は、前記支点の間の中間部における厚さが、前記支点の位置における厚さより大きくてもよい。
地下水の揚圧力が小さい場合や改良土の強度が大きい場合など、人工不透水層の形状を主として地下水の揚圧力により生じる曲げモーメントによって定めることのできる場合がある。この場合は、支点の間の中間部における人工不透水層の厚さを支点の位置における厚さよりも大きくすることで、曲げモーメントの分布に対し人工不透水層の厚さを最適化できる。

【0013】

前記下面は、上に凸となる円弧状に形成されることも望ましい。
また前記下面の前記支点側の両端部に傾斜面が設けられ、前記下面の前記中間部に水平面が設けられ、前記傾斜面は、前記中間部側に行くにつれ高くなるよう傾斜し、前記水平面は、前記傾斜面の上端同士を接続することも望ましい。

【0014】

前記人工不透水層の下面は、水平方向に対し傾斜した傾斜面を有し、前記傾斜面は複数の段部により段状に形成される。
本発明では人工不透水層を地盤改良によって形成することから、人工不透水層の上面や下面に傾斜を設けて凸状にする場合、その傾斜面を段状のものとできる。

【0015】

第２の発明は、地盤を固化材により改良して人工不透水層を設ける工程（ａ）と、前記人工不透水層の上方の地盤の掘削を行う工程（ｂ）と、を有し、前記人工不透水層は、複数の支点において地下水の揚圧力に対して支持され、前記支点は前記人工不透水層の両側の山留壁であり、前記山留壁の間で前記人工不透水層が設けられ、前記人工不透水層の上面は水平面であり、前記人工不透水層の下面は、前記支点の間の中間部における高さと、前記支点の位置における高さの違いにより、上方に凸状に形成されることを特徴とする掘削方法である。
第２の発明は、第１の発明の地盤改良構造を形成して地盤の掘削を行う掘削方法である。

【発明の効果】

【0016】

本発明により、人工不透水層にかかる工期やコストを抑えることのできる地盤改良構造等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ポンプ室１を示す図。

【図2】ポンプ室１の構築方法について示す図。

【図3】ポンプ室１の構築方法について示す図。

【図4】傾斜面４１を示す図。

【図5】地下水の揚圧力Ａ、人工不透水層４の曲げモーメントＭとせん断力Ｓ、および必要な地盤改良厚を示す図。

【図6】人工不透水層４ａを示す図。

【図7】人工不透水層４ｂを示す図。

【図8】ボックスカルバート１０を示す図。

【図9】人工不透水層４ｃを示す図。

【図10】地下水の揚圧力Ａと人工不透水層４ｃの軸圧縮力Ｎを示す図。

【図11】ポンプ室１ａの構築方法について示す図。

【図12】ポンプ室１ａの構築方法について示す図。

【図13】ポンプ室１ａの構築方法について示す図。

【図14】人工不透水層４’の支点を示す図。

【図15】中間杭５、５’の配置が異なる例。

【図16】グラウンドアンカー８を用いた地盤改良構造を示す図。

【図17】ポンプ室１ｂの構築方法について示す図。

【図18】ポンプ室１ｂの構築方法について示す図。

【図19】ポンプ室１ｂの構築方法について示す図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0019】

［第１の実施形態］
（１．ポンプ室１）
図１は、本発明の実施形態に係る地盤改良構造を利用して構築されるポンプ室１を示す図である。

【0020】

ポンプ室１は、火力発電所、原子力発電所などで海水を冷却水として使用するために用いられる。海水は、取水口、取水路を通ってポンプ室１に導かれ、循環水ポンプによって発電所のタービン室に供給される。

【0021】

ポンプ室１は地盤２に構築される地下構造物であり、コンクリートによって形成された底版１１と側壁１２からなる函状の躯体を有する。側壁１２の間の中間部にはコンクリートによる分流壁１３が設けられる。

【0022】

なお図１の符号４は人工不透水層であるが、これについては後述する。

【0023】

（２．ポンプ室１の構築方法）
図２、３はポンプ室１の構築方法について示す図である。本実施形態ではポンプ室１の構築に先立って地盤改良構造を形成し、その後地盤２の掘削が行われるが、以下ではその掘削方法についても説明する。

【0024】

すなわち、本実施形態では、ポンプ室１を構築する際、まず図２（ａ）に示すように山留壁３を地盤２に施工する。

【0025】

山留壁３は地盤２の掘削箇所（ポンプ室１の構築箇所）の両側に設けられる。山留壁３は外側の地盤２からの土圧に抵抗するとともに、地下水の遮水を行う遮水壁としても機能する。山留壁３は特に限定されず、鋼矢板壁、鋼管矢板壁、芯材入りのソイルモルタル壁などを用いることができる。

【0026】

山留壁３を施工した後、図２（ｂ）に示すように山留壁３の間で地盤２の改良を行い、人工不透水層４を形成する。これにより、人工不透水層４を含む地盤改良構造が形成される。本実施形態では人工不透水層４が山留壁３の底部に当たる深さで形成され、人工不透水層４の下端と山留壁３の下端がほぼ同じ深さにある。

【0027】

人工不透水層４と山留壁３の間には付着力が生じ、この付着力は地下水の揚圧力に対する抵抗力を人工不透水層４に与える。すなわち、人工不透水層４は、山留壁３の位置を支点として地下水の揚圧力に対し支持される。

【0028】

人工不透水層４の上面は水平方向に形成される水平面であるが、人工不透水層４の下面は、山留壁３の間の中間部における高さと山留壁３の位置における高さの違いによって上方に凸となっている。そのため、人工不透水層４の厚さ（地盤改良厚）は山留壁３の間の中間部と山留壁３の位置とで異なり、中間部での厚さが山留壁３の位置における厚さよりも小さくなっている。

【0029】

人工不透水層４の下面では、山留壁３側の両端部に傾斜面４１が、山留壁３の間の中間部に水平面４２が設けられる。傾斜面４１は、山留壁３の間の中間部側に行くにつれ高くなるよう直線状に傾斜する。水平面４２は傾斜面４１の上端同士を接続する。

【0030】

人工不透水層４の形成方法（地盤２の改良方法）は特に限定されず、例えば既知の噴射混合攪拌工法、機械混合攪拌工法、薬液注入工法などを用い、セメントミルクなどの固化材で地盤２を固化して改良することにより人工不透水層４を形成できる。これらの工法では施工深度を段階的に変更しながら地盤改良を行うことから、人工不透水層４の傾斜面４１は、実際には図４に示すように複数の段部４１１から構成される。

【0031】

こうして人工不透水層４を形成した後、図３（ａ）に示すように山留壁３の間にある人工不透水層４の上方の地盤２を床付け位置まで掘削する。地盤２の掘削時には必要に応じて切梁（不図示）を山留壁３の間に架け渡す。

【0032】

その後、図３（ｂ）に示すようにポンプ室１の構築を行う。本実施形態では切梁や山留壁３をポンプ室１の構築時に撤去するが、山留壁３は残置する場合もある。また本実施形態では掘削時の床付け位置（ポンプ室１の底版１１の下面位置に対応する）を人工不透水層４の上面としているが、それより高い位置でもよい。その場合はポンプ室１の底版１１と人工不透水層４の間に地盤２が介在する。なお、ポンプ室１の外面の位置は山留壁３の内面の位置に対応しているが、ポンプ室１の外面の位置はそれより内側でも良い。

【0033】

前記した人工不透水層４の形状は、地下水の揚圧力により人工不透水層４に生じる曲げモーメントやせん断力の分布に応じて人工不透水層４の厚さを最適化するように定められたものであり、これにより人工不透水層４の改良土量等を減らして工期やコストを抑えることができる。

【0034】

すなわち、図５（ａ）のように地下水の揚圧力Ａが人工不透水層４に一様に加わる場合、人工不透水層４を山留壁３の位置を支点（図中▽参照）として支持される単純梁としたときに、人工不透水層４に生じる曲げモーメントＭ(t・m/m)とせん断力Ｓ(t/m)の概略を示したものが図５（ｂ）である。なおせん断力Ｓについては絶対値を示している。

【0035】

図５（ｃ）は、曲げモーメントＭに対し必要となる地盤改良厚ｈ１(m)とせん断力Ｓに対し必要となる地盤改良厚ｈ２(m)を示したものであり、ｈ１、ｈ２はそれぞれ以下の式（１）、（２）で算出することができる。式（１）、（２）において、ｂ(m)は改良土の奥行き方向（図５（ａ）等の紙面法線方向に対応する）の単位長さであり、例えばｂ＝１とする。また、σ(tf/m²)、τ(tf/m²) はそれぞれ改良土の圧縮許容応力度とせん断許容応力度である。
ｈ１＝（６・Ｍ／（σ・ｂ））^０．５…（１）
ｈ２＝Ｓ／（τ・ｂ）…（２）

【0036】

図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、人工不透水層４に一様な揚圧力Ａが加わる場合、人工不透水層４に生じるせん断力Ｓは山留壁３の位置で大きくなり、曲げモーメントＭは山留壁３の間の中間部で大きくなる。またこの例では、せん断力Ｓの最大値に対して必要となる地盤改良厚ｈ２が、曲げモーメントの最大値に対して必要となる地盤改良厚ｈ１より大きい。

【0037】

本実施形態の人工不透水層４の下面の形状は、図５（ｃ）の実線Ｂに示すように、曲げモーメントＭに対し必要となる地盤改良厚ｈ１とせん断力Ｓに対し必要となる地盤改良厚ｈ２のいずれも満たし、且つ改良土量をできるだけ少なくするように考慮した結果、前記のように山留壁３の位置で人工不透水層４が厚く形成され、山留壁３の間の中間部で人工不透水層４がそれよりも薄く形成されるように、上方に凸状としたものである。

【0038】

これにより、図５（ｃ）の鎖線Ｃに示すように必要な地盤改良厚の最大値に合わせて地盤改良厚を一定にする（人工不透水層４の下面を水平とする）場合に比べ、改良土量を30%程度低減できる。

【0039】

なお、本実施形態の人工不透水層４に代えて、当該人工不透水層４を上下反転させた形状の人工不透水層を用いることも可能であり、これは後述する図６、７の例でも同様である。例えば本実施形態では、人工不透水層４を上下反転して下面を水平面、上面を下に凸状とすることでも実線Ｂに示す地盤改良厚を実現できる。

【0040】

以上説明したように、本実施形態によれば、人工不透水層４の凸形状によって、地下水の揚圧力Ａにより人工不透水層４に生じるせん断力Ｓや曲げモーメントＭの分布に応じて人工不透水層４の厚さを最適化し、改良土量等を減らして工期やコストを抑えることができる。

【0041】

すなわち、地下水の揚圧力Ａが人工不透水層４に一様に加わる場合、揚圧力Ａにより人工不透水層４に生じるせん断力Ｓは山留壁３の位置で大きくなり、曲げモーメントＭは山留壁３の間の中間部で大きくなる。せん断力Ｓの最大値に対して必要となる地盤改良厚ｈ２が、曲げモーメントＭの最大値に対して必要となる地盤改良厚ｈ１より大きい場合は、山留壁３の間の中間部における人工不透水層４の厚さを山留壁３の位置における厚さよりも小さくすることで、上記のせん断力Ｓや曲げモーメントＭの分布に対し人工不透水層４の厚さを最適化できる。

【0042】

また本実施形態ではせん断力Ｓに耐えるべく人工不透水層４の山留壁３側の端部を厚くしているので、山留壁３と一体に挙動し実質的な支点として機能する人工不透水層４の範囲が内側に拡がり、実質的な支点間距離が小さくなって人工不透水層４に生じる曲げモーメントＭの最大値が小さくなる効果も期待できる。そのため、山留壁３の間の中間部での人工不透水層４の厚さをより小さくすることも可能である。

【0043】

また本実施形態では、人工不透水層４を地盤改良によって形成することから、傾斜面４１は複数の段部４１１により構成される段状のものとできる。

【0044】

しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば人工不透水層４の形状は、曲げモーメントＭに対し必要となる地盤改良厚ｈ１とせん断力Ｓに対し必要となる地盤改良厚ｈ２のいずれも満たし、且つ改良土量をできるだけ少なくするように定めればよく、前記の実施形態で示したものに限らない。

【0045】

例えば図５（ｃ）の破線Ｂ’に示すように地盤改良厚を設定することで、図６に示すように人工不透水層４ａの下面を上方に凸となる略円弧状の曲面とすることも可能である。この場合も人工不透水層４ａの下面に傾斜面４３を有することとなるが、この傾斜面４３も図４の例と同様複数の段部により段状に構成される。

【0046】

また、地下水の揚圧力Ａが小さい場合や改良土の強度が大きい場合など、人工不透水層の形状を主として曲げモーメントＭによって定めることのできる場合がある。曲げモーメントＭのみを考慮する場合では、図７に示すように、人工不透水層４ｂの下面を下方に凸となる略円弧状の曲面にし、山留壁３の間の中間部での人工不透水層４ｂの厚さを、山留壁３の位置における厚さより大きくしてもよい。人工不透水層４ｂの下面の傾斜面４４は図４の例と同様複数の段部により段状に構成される。

【0047】

また、本実施形態はポンプ室１の例を挙げて説明したが、これに限ることはなく、ポンプ室１の上流側に設けられる取水ピット、またタービン室から放出された海水を放水路に放水する放水ピットなどにも適用できる。また分流壁１３は省略される場合もある。

【0048】

さらに、本実施形態はその他の地下構造物の構築時にも適用可能であり、例えば図８のような道路トンネルなどのボックスカルバート１０の構築時にも適用できる。図８のボックスカルバート１０は底版１１０、側壁１２０、中壁（あるいは柱）１３０、頂版１４０を有する。図８は２連形式のボックスカルバート１０の例であるが、４連形式のボックスカルバートや中壁１３０の無い１連形式のボックスカルバートなどにも同様に適用できる。ボックスカルバート１０の構築方法は前記と略同様である。ただし、頂版１４０を構築した後、その上部は埋戻土で埋め戻される。

【0049】

また、本実施形態では山留壁３が奥行き方向（図２（ａ）等の紙面法線方向に対応する）に延長し、人工不透水層４、４ａ、４ｂの断面形状も奥行き方向で一定であるが、例えば山留壁３が円筒状に形成される場合もあり、この場合は平面のそれぞれの方向の断面が前記した人工不透水層４、４ａ、４ｂの断面形状となればよい。例えば図７の人工不透水層４ｂの場合、山留壁３が円筒状であれば、平面のそれぞれの方向の断面が図７のような形状となるように、その下面をレンズ状とする。

【0050】

以下、本発明の別の例を第２、３の実施形態として説明する。第２、３の実施形態は第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。

【0051】

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、図９に示すように人工不透水層４ｃの上面および下面が下方に凸となる略円弧状の曲面であり、人工不透水層４ｃの上面および下面の山留壁３の間の中間部における高さが、山留壁３の位置における高さよりも下にある。人工不透水層４ｃの上面および下面の傾斜面４５、４６は図４の例と同様複数の段部により段状に構成される。なお図９は山留壁３の間の地盤２を床付け位置まで掘削した状態であり、本実施形態では人工不透水層４ｃと床付け位置の間に地盤２が介在する。

【0052】

本実施形態では、これにより人工不透水層４ｃを下方に凸となる略円弧のアーチ状に形成し、地下水の揚圧力に効果的に抵抗できるように人工不透水層４ｃの形状を最適化する。

【0053】

すなわち、本実施形態では図１０（ａ）に示すようにアーチ状の人工不透水層４ｃが地下水の揚圧力Ａに対し軸圧縮力Ｎによって抵抗し、その力を山留壁３に伝達する。これにより、人工不透水層４ｃに高い耐力を与えて人工不透水層４ｃの厚さや強度を抑えることができる。

【0054】

この場合、人工不透水層４ｃに必要な地盤改良厚ｔ(m)は、下記の式（３）で表すことができる。式（３）において、σ(tf/m²)は改良土の圧縮許容応力度である。またＮ(t/m)は軸圧縮力である。
ｔ＝Ｎ／σ…（３）

【0055】

ここで、軸圧縮力Ｎは下記の式（４）で表すことができる。
Ｎ＝ｗ・Ｒ…（４）

【0056】

式（４）のｗ(t/m²)は地下水の揚圧力Ａの値である。またＲ(m)はアーチ半径であり、人工不透水層４ｃのスパンＬ(m)とライズｈ(m)を用いて下記の式（５）で表すことができる（図１０（ｂ）参照）。
Ｒ＝Ｌ^２／（８・ｈ）＋ｈ／２…（５）

【0057】

このように、本実施形態では、アーチ状の人工不透水層４ｃが地下水の揚圧力Ａに対しその軸圧縮力Ｎによって抵抗し、これにより人工不透水層４ｃに高い耐力を与えて人工不透水層４ｃの厚さや強度を抑えることができる。人工不透水層４ｃの厚さは、軸圧縮力Ｎに耐え、これを山留壁３に伝達できるように定められるが、本実施形態では人工不透水層４ｃの全体を薄くできることから第１の実施形態に比べても改良土量を少なくできる。また本実施形態でも人工不透水層４ｃの下端と山留壁３の下端がほぼ同じ深さにあるが、人工不透水層４ｃを薄くする結果、山留壁３の根入れ深さも小さくなり工期やコストを低減できる。

【0058】

なお、上記の地盤改良厚ｔを満たしたうえで、第１の実施形態と同様、山留壁３の位置における人工不透水層４ｃの厚さを山留壁３の間の中間部より大きくすることも可能である。また前記した図７の例においても、地下水の揚圧力が大きくなり上面にクラックが発生するようなケースでは、本実施形態と同様、軸圧縮力によって揚圧力に抵抗するアーチ状の抵抗機構が生じると考えられる。

【0059】

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、切梁の支持用の中間杭を利用して人工不透水層に生じる曲げモーメントやせん断力を小さくし、人工不透水層にかかる工期やコストを低減する例である。

【0060】

すなわち、本実施形態では、ポンプ室を構築する際、まず図１１（ａ）に示すように山留壁３と中間杭５を地盤２に施工する。

【0061】

中間杭５（中間柱ともいう）は山留壁３の間に打設する鋼製の鉛直材であり、切梁の支持を行うためのものである。本実施形態では中間杭５が山留壁３のスパン中央部で設けられる。中間杭５としては例えばH形鋼を用い、その下端をコンクリート等による固定部６で固定する。

【0062】

こうして山留壁３と中間杭５を施工した後、図１１（ｂ）に示すように山留壁３の間で地盤２の改良を行い、人工不透水層４’を形成する。これにより、人工不透水層４’を含む地盤改良構造が形成される。

【0063】

人工不透水層４’は山留壁３の底部に当たる深さで形成され、前記と同様、人工不透水層４’の下端と山留壁３の下端の位置はほぼ一致する。また中間杭５の下部は人工不透水層４’に埋設される。特に本実施形態では、中間杭５の下部が人工不透水層４’を貫通してその下端が人工不透水層４’より深い位置にある。

【0064】

人工不透水層４’を形成した後、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、山留壁３の間の地盤２の掘削と切梁７の設置を繰り返す。切梁７の一端は腹起し７０を介して山留壁３に接続し、他端は中間杭５に取り付ける。これにより山留壁３と中間杭５の間で切梁７を支持させる。

【0065】

こうして山留壁３の間の地盤２を図１３（ａ）に示すように床付け位置まで掘削した後、図１３（ｂ）に示すようにポンプ室１ａの構築を行う。ポンプ室１ａの構築時、中間杭５と切梁７は適当な時点で撤去する。例えば切梁７はポンプ室１ａの底版１１と側壁１２を下から順に構築するのに応じて下段から順に撤去し、側壁１２を頂部まで構築した後中間杭５を底版１１上で切断して撤去し、その後分流壁１３を構築する。

【0066】

本実施形態では中間杭５の下端が人工不透水層４’より深い位置にあり、中間杭５の人工不透水層４’以深の部分によって人工不透水層４’をその下方の地盤２にアンカーし、地下水の揚圧力に対する抵抗力を中間杭５の位置で人工不透水層４’に与えて人工不透水層４’の浮き上がりを防止する。

【0067】

これにより、図１４に示すように、地下水の揚圧力Ａに対し人工不透水層４’を支持する支点（図中▽で示す）を、山留壁３の位置に加えて中間杭５の位置で新たに形成することができる。

【0068】

従来の構造では人工不透水層４’の支点が山留壁３の位置のみであり、支点間距離が山留壁３の離れ（スパン）となっていたのが、中間杭５の位置に揚圧力Ａに抵抗する支点が新たに追加されることにより支点間距離が従来の1/2となる。そのため、揚圧力Ａによって人工不透水層４’に生じる曲げモーメントとせん断力の最大値はそれぞれ従来の1/4、1/2となる。

【0069】

これにより、人工不透水層４’を薄くしたり強度を抑えたりすることができ、人工不透水層４’にかかる工期やコストを抑えることができる。なお、人工不透水層４’の形状は、上記のように中間杭５の位置が新たな支点となることから、図２（ｂ）等で説明した人工不透水層４と同様の形状が各山留壁３と中間杭５の間で計２つ形成されたものとなる。

【0070】

このように、本実施形態によれば、切梁７の支持用の中間杭５を利用して、山留壁３の間で人工不透水層４’に地下水の揚圧力Ａに対する抵抗力を与え、揚圧力Ａに対し人工不透水層４’を支持する支点を新たに形成することができる。これにより人工不透水層４’の支点間距離が小さくなり、地下水の揚圧力Ａにより人工不透水層４’に生じる曲げモーメントやせん断力を小さくすることができる。そのため、人工不透水層４’を薄くしたり強度を抑えたりすることができ、人工不透水層４’にかかる工期やコストをさらに抑えることができる。

【0071】

なお、中間杭５は切梁７の座屈防止の目的もあることから、山留壁３のスパンが大きい場合には山留壁３の間に複数本の中間杭５が配置される場合もある。例えば図１５（ａ）のように山留壁３のスパンを３分割するように中間杭５を２本配置する場合、地下水の揚圧力Ａにより人工不透水層４”に生じる曲げモーメントとせん断力の最大値はそれぞれ従来の1/9、1/3となる。この場合の人工不透水層４”の形状は、図２（ｂ）等で説明した人工不透水層４と同様の形状が、各山留壁３と中間杭５の間および２本の中間杭５の間で計３つ形成されたものになる。

【0072】

また、山留壁３の間の中間杭を全て支点として機能させる必要は無く、一部のみ支点として機能させてもよい。例えば山留壁３の間に３本の中間杭を設ける場合、図１５（ｂ）に示すように中央の中間杭５のみ本実施形態の構成を有するものとし、その他の中間杭は本実施形態の構成を持たず支点として機能しない、下端が人工不透水層４’に支持された通常の中間杭５’とできる。この場合の人工不透水層４’の形状は、図２（ｂ）等で説明した人工不透水層４と同様の形状が、各山留壁３と中央の中間杭５の間で計２つ形成されたものになる。

【0073】

一方、山留壁３の間の中間杭を全て通常の中間杭５’とする場合は、図１５（ｃ）のように山留壁３の間に第１の実施形態と同様の人工不透水層４を設ければよい。図１５（ｃ）は中間杭５’を山留壁３の間に１本配置する例であるが、中間杭５’を山留壁３の間に複数本配置する場合も同様である。

【0074】

なお本実施形態では、それぞれの例において、人工不透水層の形状が、図２（ｂ）等で説明した人工不透水層４の形状を山留壁３と中間杭５の間、中間杭５の間、山留壁３の間のいずれかに設けたものとなっているが、これに代えて、その他の形状、例えば図６、７、９等で説明した人工不透水層４ａ、４ｂ、４ｃの形状を山留壁３と中間杭５の間、中間杭５の間、山留壁３の間のいずれかに設けたものとしてもよい。通常の中間杭５’が有る場合についても、図１５（ｂ）～（ｄ）のように中間杭５’に関係なく山留壁３と中間杭５の間、中間杭５の間、山留壁３の間のいずれかに人工不透水層４ａ、４ｂ、４ｃの形状を設ければ良い。なお、アーチ状の人工不透水層４ｃ（図９参照）の場合、図１５（ｄ）に示すように中間杭５’の下端は人工不透水層４ｃ上の地盤で支持されることになる。

【0075】

また、支点を形成するための機構（支点形成機構）は中間杭５の人工不透水層４’以深の部分に限らず、図１６のようにグラウンドアンカー８を用いてもよい。

【0076】

この例では中間杭５の下部が人工不透水層４’を貫通せず中間杭５の下端が人工不透水層４’の内部にあるが、その代わりにグラウンドアンカー８の下端がコンクリート等の固定部６ａで人工不透水層４’より深い位置の地盤２に固定され、グラウンドアンカー８の上端は中間杭５の頂部に固定されて緊張される。

【0077】

これによりグラウンドアンカー８と中間杭５を用いて人工不透水層４’をその下方の地盤２にアンカーすることができ、上記と同様、人工不透水層４’に地下水の揚圧力Ａに対する抵抗力を与え、揚圧力Ａに対し人工不透水層４’を支持する支点を中間杭５の位置で新たに形成することができる。またこの例ではグラウンドアンカー８の緊張力によって高い抵抗力を与えることができる。

【0078】

さらに、図１７（ａ）に示すように山留壁３、中間杭５および人工不透水層４’を構築した後、図１７（ｂ）に示すように山留壁３の間の地盤２の掘削と分流壁１３のコンクリートを打設して図１８（ａ）に示すように切梁７の設置を行う工程を上から順に繰り返すことで、図１８（ｂ）に示すように山留壁３の間の地盤２を床付け位置まで掘削してもよい。

【0079】

これにより、中間杭５を介して人工不透水層４’に上方からのコンクリート荷重を与えることができ、人工不透水層４’に地下水の揚圧力Ａに対する抵抗力を与えて中間杭５の位置で人工不透水層４’に支点を形成することができる。なお、この例では中間杭５の下端が固定部６により人工不透水層４’内に固定される。

【0080】

ポンプ室はその後図１９に示すように構築されるが、この例では本設の分流壁１３が逆巻き工法で先行して構築されるので、ここではポンプ室１ｂの底版１１と側壁１２のみ構築すればよい。また前記と異なり、中間杭５は撤去せず残置される。

【0081】

この例では地上部分で支点形成機構を設けることができるので施工も容易であり、コンクリートを逆巻き工法で施工しポンプ室１ｂの本設の分流壁１３として利用することでポンプ室１ｂの構築にかかる工期の延長も防止できる。

【0082】

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0083】

１、１ａ、１ｂ：ポンプ室
２：地盤
３：山留壁
４、４’、４”、４ａ、４ｂ、４ｃ：人工不透水層
５：中間杭
６、６ａ：固定部
７：切梁
８：グラウンドアンカー
１０：ボックスカルバート
１１、１１０：底版
１２、１２０：側壁
１３：分流壁
４１、４３、４４、４５、４６：傾斜面
４２：水平面
１３０：中壁
１４０：頂版
４１１：段部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】