JPH03281818A - 粘性土地盤の土質改良工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は粘性土地盤、特に正規圧密状態又は圧密未了の
状態にある沖積粘性土層の改良に関するものであり、更
に詳しくは、載荷盛土工法と、地盤内の地下水位低下工
法とを併用することにより、沖積粘性土層を圧密して土
質改良を図る工法に関するものである。

（従来の技術） 近年、臨海地域いわゆるウォータフロントと呼ばれる地
域での開発が盛んに行われている。

このような地域の沖積粘性土層地盤は、圧密未了であっ
たり、正規圧密状態であっても軟弱な粘性土層を主体と
して構成されることが多く、構造物の基礎地盤や宅地と
して利用するためには何らかの地盤改良を必要とする場
合が多い。

従来、このような軟弱な粘性土地盤の土質改良対策とし
ては種々の工法が提案され、実施されているが、比較的
経済的でかつ確実に改良効果が得られる工法として、載
荷盛土等による予圧密工法が知られている。

この工法は構造物荷重に対応する圧密荷重を載荷盛土に
よって、予め軟弱な粘性土地盤に負荷して、構造物基礎
として十分な耐力を付与しようとするものである。

一方、前記の他に第６図に示すような粘性土地盤ｎ内の
地下水位を低下させて、粘性土層ｎ工の間隙水圧を減少
させることにより、該粘性土層ｎ１に圧密現象を生ぜし
めて土質改良を行う工法がある（土質工学会「軟弱地盤
対策工法」参照）。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような載荷盛土による土質改良工
法においては、 （１）粘性土層の層厚が大きいと、圧密に要する時間が
著しく長期化するので、サンドドレーン工法等の補助工
法を必要とする。

（２）段階的な盛土工法を必要とすることが多く、多大
な労力と費用を要する。

（３）盛土材の運搬を必要とするため、運搬経路の環境
が悪化する。

（４）余盛りを必要とする場合が多いので、余盛り厚さ
分の盛土撤去作業を必要とする。

（５）粉塵等が発生するなめ工事敷地周辺の環境問題を
誘発することがある。

という問題があった。

また、前記地下水位低下による土質改良工法においては
、 （１）粘性土層が厚いと、改良効果を得るのに長時間を
要する。

（２）地下水位の低下が広い範囲にわたって影響するの
で、周辺地盤に対しても圧密沈下が生じ、そのための対
策として、工事敷地の周囲に遣水壁を構築する必要があ
る。

（３）地下水位低下による土質改良工法では、第７図の
（ａ）に示すように、粘性土地盤の表層部においては大
きな改良効果を得ることができない という種々の問題があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、従来技術の上記のような欠点を補完す
るために、載荷盛土と地下水位低下とを組み合わせるこ
とにより、地盤条件及び設計条件に適した経済的かつ合
理的な粘性土地盤の土質改良工法を提供することにある
。

（課題を達成するための手段） 以上の課題を達成するための本発明の粘性土地盤の土質
改良工法の主たる構成は、改良対象範囲の地盤内に、改
良対象の粘性土層を貫通して下部透水層に到達し、かつ
平面的に連続した格子状の排水溝を形成し、該排水溝か
らの排水により地下水位を低下させて前記粘性土層の間
隙水圧を減少させると共に、前記地盤上に載荷盛土を行
って粘性土層に圧密現象を生ぜしめることを特徴とする
ことであり、かつ前記格子状の排水溝が格子状に掘削さ
れた薄型溝と、該薄型溝の交差部及び中途部に掘削され
た円形孔とによりなり、該排水溝内に透水性材料を充填
して構成されることであり、かつ前記格子状の排水溝に
おける最も外側の排水溝を、他の排水溝より深く掘削形
成すると共に、該排水溝の外側全長にわたって遮水材を
設置した構成にすることであり、前記載荷盛土を、圧密
理論に基づいて予め演算した圧密沈下量に見合う厚さの
載荷盛土とすることにより、改良後の地盤高さが予め設
定した地盤高さと同一になるようにした構成にすること
である。

（作用） 而して、上記のような構成によれば、サンドドレーン等
の圧密工法を併用した場合と同等以上の圧密促進効果が
得られると共に、設計条件に応じた盛土高と地下水位低
下量の組合せを適宜選択できるので、経済的、合理的な
土質改良工法を提供することができる。更に、地盤表層
部においても必要充分な改良効果を得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図及び第２図は本発明の粘性土地盤の土質改良工法
の平面図及び断面図である。

本発明は、先ず初めに粘性土地盤ｎに、第１図に示すよ
うな格子状の排水溝１を薄溝用掘削機Ａで掘削形成する
。

薄溝用掘削機Ａは第３図に示すように、下端にパイロッ
トビット３ａを装備した左右一対のサイドケーシング３
と、該サイドゲージング３に回転可能に軸支された左右
一対のディスクカッタ５と、前記サイドケーシング３の
中間に設けられ、且つ下端にリバースビット４ａを装備
すると共に、土砂排出用リバース管４ｂを内蔵したセン
ターケーシング４と、上記パイロットビット３ａと、デ
ィスクカッタ５と、リバースビット４ａを回転駆動させ
る水中モータ６とから成っている。

また、前記センターケーシング４はサイドケーシング３
とほぼ同径となっており、左右一対のパイロットビット
３ａ及びディスクカッタ５は夫々が逆方向に回転するこ
とにより、互に回転トルクを相殺するようになっている
。

以上の構成からなる薄溝用掘削機Ａを用いて、第４図に
示すような薄型溝１ａ及び円形孔１ｂ、ｌｃを粘性土地
盤ｎの粘性土層ｎｌを貫通して下部透水層ｎ２にいたる
まで掘削する。

そして、第５図に示すように、該薄型溝１ａ中夫の円形
孔１ｃを中心として、薄溝用掘削機Ａを９０度回転させ
ると、該円形孔１ｃを中心とする交差した薄型溝１ａが
掘削形成される。

このように、上記の掘削を順次繰り返すことにより、格
子状に掘削された薄型溝１ａと、該薄型溝１ａの交差部
及び中途部に掘削された円形孔１ｂ、１ｃとから成る排
水溝１が掘削形成される。

このとき、該排水溝１の間隔ａは、薄溝用掘削機Ａのデ
ィスクカッタ５の直径φと、パイロットビット３ａ及び
リバースビット４ａの中心間隔１との組合せを適宜選択
することにより、任意に設定することができる。

従って、粘性土地盤ｎの土質定数（特に圧密係数Ｃｖの
値）や設定工期に応じた排水溝１の間隔ａを適宜選択す
ることができる。

尚、前記排水溝１の掘削と共に、該排水溝１の周囲に適
宜数の復水弁ｍも掘削しておくとよい。

次に、このように掘削形成された排水溝１における最も
外側の排水溝ＩＡを、第２図に示すように、他の排水溝
１よりも深く掘削形成し、その外側に遣水材７を設置す
る。

遮水材７としては鋼材と固結性材料との組合せや薄膜状
遮水材等を利用することができる。

該薄膜状遮水材を利用する場合は、ロール状の薄膜状遮
水材を最も外側の排水溝ＩＡにおける円形孔１ｂ、ＩＣ
に挿入し、該円形孔１ｂ、ＩＣを起点として排水溝ＩＡ
の外側の壁面に張り付けるようにするとよい。

このようにして、最も外側の排水溝ＩＡに遣水材７を設
置した後、排水溝１における各薄型溝１ａ及び円形孔１
ｂ、ＩＣに砂、礫、砕石等の透水係数の大きな自然材料
や人工材料を主体とする透水性材料２を充填すると共に
、該円形孔１ｂ、ＩＣに吐出管を連結した水中ポンプＰ
を適宜間隔ごとに設置し、該水中ポンプＰにより地下水
を強制的に排水して工事敷地内の地下水位Ｗ（自然水位
）を低下させる。また、図中Ｗ°は低下後の地下水位を
示す。

尚、この時強制排水された地下水は、通常、下水道へ放
流するが、前記した工事敷地周囲の復水弁ｍへ還流する
ことが望ましい。

このように、粘性土地盤ｎに掘削形成した排水溝１にお
ける最も外側の排水溝ＩＡの外側に遮水材７を設置する
ことにより、地下水位Ｗ（自然水位）の低下が周辺地盤
へ影響するのを防止して、周辺地盤の圧密沈下を防ぐこ
とができる。

また、粘性土地盤ｎ中の地下水を、円形孔１ｂ、ＩＣか
ら強制的に排水して地下水位Ｗ（自然水位）を低下させ
ることにより、該粘性土地盤ｎの圧密を進行させる（第
２図）。

さらに、格子状の掘削孔］がドレーン機能を発揮するた
め、前記圧密かさらに促進される。

しかしながら、地下水位Ｗ（自然水位）の低下、による
改良後の粘性土地盤りの強度は、該地盤ｎの表層部にお
いてはそれ程大きな改良効果を得ることができないため
（第７図の（ａ）参照）、本発明では、改良対象範囲の
粘性土地盤ｎの上面に適宜厚さの載荷盛土Ｍを行う。

この時の盛土高さＨは、必要とされる改良後の地盤強度
及び、予め設定した改良後の地盤高さから経済的、かつ
合理的に決定することができる。

すなわち、必要とされる改良後の地盤強度を得るための
地下水位低下量Δｈと盛土高さＨの組合せは多数存在す
るが、圧密理論に基づいて工期内の圧密沈下量を予め試
算しておくことにより２粘性土地盤ｎの沈下後の地盤高
さを設計地盤高さと同一になるように盛土高さＨを定め
ればよい。

この時の圧密沈下量Ｓは下記の式により求めることがで
きる。

５＝Ｕ−Ｓ。

ここに、 Ｕ・工期中の平均圧密度 Ｓｏ：粘性土地盤の全沈下量 （Ｕ　＝　１００％のときの沈下量であり、例えば下記
の式で求めることができる。） ０−ｅ Ｓｏ；Σ　　　　　　　Ｈ８ １＋ｅ　。

Ｓｏ＝Σｍｖ−Δｐ−Ｈ。

ここに、 Ｈｏ：各圧密層の層圧 ｅ、ｅｏ：各圧密層の沈下後及び沈下前の間隙比ｍｖ　
、　Ｃｃ　：各圧密層の体積圧縮係数及び圧縮指数ΔＰ
、Ｐｏ　：各圧密層の圧密圧力の増分及び圧密降伏応力 また、第８図は載荷盛土と地下水位低下とを併用した粘
性土地盤の土質改良工法の実施例において、粘性土地盤
の沈下量を実測した例である。

この実施例では載荷盛土Ｍを先に行った後、地下水位Ｗ
（自然水位）を低下させて、所定の地盤高さになるよう
最終的に盛土高さＨを調整したものであるが、本発明に
おいては、先に地下水位Ｗ（自然水位）を低下させた後
に載荷盛土Ｍを行うことも可能であり、また、地下水位
Ｗ（自然水位）の低下と載荷盛土Ｍとを同時に行うこと
も任意である。

上記した如く、本発明では粘性土地盤ｎにおける載荷盛
土Ｍと地下水低下による圧密現象を利用した合理的な土
質改良工法を提供するものであり、等の改良工法の原理
及び改良後の地盤強度の模式図を第７図に示す。

第７図の（ａ）は本発明による粘性土地盤ｎの土質改良
工法の概念図であり、地下水位低下と載荷盛土を合理的
に併用することにより、水位低下量Δｈ及び盛土高さＨ
に対応した粘性土地盤ｎ内の有効応力の増加による圧密
現象を生せしめ、第７図の（ｂ）に示すような改良後の
地盤強度を得るものである。

（発明の効果） 本発明は上記のような構成にしたことにより下記の効果
を有する。

■　平面的に連続した格子状の排水溝を形成し、該排水
溝からの排水により地下水位を低下させて前記粘性土の
層の間隙水圧を減少させると共に、前記地盤上に載荷盛
土を行うことにより、必要最小限の盛土高さとすること
ができ、かつ地盤表層部においても必要充分な改良効果
を得ることができる。

■　格子状の排水溝を格子状に掘削された薄型溝と、該
薄型溝の交差部及び中途部に掘削された円形孔とにより
形成し、かつ該排水溝内に透水性材料を充填したことに
より、バーチカルドレーン工法を採用した場合と同等以
上の圧密促進効果が得られるので、粘性土層の圧密時間
を短縮することができ、工期の短縮化を図ることができ
る。

さらに、前記排水溝の間隔を任意に設定することができ
るので、土質定数と予定工期に適合した格子状の排水溝
の形成が可能となる。

■　格子状の排水溝における最も外側の排水溝を、他の
排水溝より深く掘削形成すると共に、該排水溝の外側全
長にわたって遣水材を設置したことにより、工事敷地の
周辺に別途に遮水壁を設（プなくても、工事敷地周辺の
環境を悪化させることなく、当該範囲に限定された地下
水位の低下を可能にすることができるので、周辺地盤の
沈下量の問題を減少することができる。

■　盛土高さと地下水位低下量とを沈下後の設定ＧＬと
同一レベルになるように予め設定できるので、地盤条件
及び設計条件に応じた盛土高さと地下水位低下量の最適
の組合せを選択することができ、経済的、合理的な土質
改良工法を提供することができる。

■　円形孔を揚水井として利用するので、別途に揚水井
を設けることなく、工期の短縮及び工費の節減に寄与す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排水溝の平面図、第２図は同断面図、
第３図は薄溝用掘削機の正面図、第４図は薄型掘削機に
よって形成される排水溝孔の１エレメントを示す平面図
、第５図は排水溝の掘削方法を示す平面図、第６図は従
来の地下水位低下工法の断面図、第７図の（ａ）は本発
明の載荷盛土と地下水位低下工法とを併用した土質改良
工法による増加有効応力を示す模式図、同図の（ｂ）は
改良後の地盤強度を示す模式図、第８図は設計ＧＬに一
致するよう盛土高さを調整するために粘性土地盤の沈下
量を測定した図である。 また図中、 １：排水溝 ｎ：粘性土地盤 ｎｌ　：粘性土層 ｎ２：下部透水層 Ｗ：地下水位（自然水位）　　Ｍ：載荷盛土を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）改良対象範囲の地盤内に、改良対象の粘性土層を
   貫通して下部透水層に到達し、かつ平面的に連続した格
   子状の排水溝を形成し、該排水溝からの排水により地下
   水位を低下させて前記粘性土層の間隙水圧を減少させる
   と共に、前記地盤上に載荷盛土を行って粘性土層に圧密
   現象を生ぜしめることを特徴とする粘性土地盤の土質改
   良工法。
2. （２）前記格子状の排水溝が格子状に掘削された薄型溝
   と、該薄型溝の交差部及び中途部に掘削された円形孔と
   によりなり、該排水溝内に透水性材料を充填して構成さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の粘性
   土地盤の土質改良工法。
3. （３）前記格子状の排水溝における最も外側の排水溝を
   、他の排水溝より深く掘削形成すると共に、該排水溝の
   外側全長にわたって遮水材を設置したことを特徴とする
   特許請求の範囲第２項又は第３項記載の粘性土地盤の土
   質改良工法。
4. （４）前記載荷盛土を、圧密理論に基づいて予め演算し
   た圧密沈下量に見合う厚さの載荷盛土とすることにより
   、改良後の地盤高さが予め設定した地盤高さと同一にな
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
   第３項のいずれかに記載の粘性土地盤の土質改良工法。