JPS583090B2 - 軟弱地盤の改良に使用するドレ−ン・ボ−ド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、埋立地のような軟弱地盤を改良する際に、
地中に挿入して水分を排除することによつて地盤を強化
する目的で使用するドレーン・ボードに関するものであ
る。

従来、ドレーン・ペーパーという名で呼ばれる地盤改良
の目的で使用するドレーン材及びその工法は、昭和１１
年（１９３６）にスエーデンのキエルマン（ ｋｊｅｌ
ｌｍａｎ ）とカリステニウス（ ｋａｌｌｓｔｅｎｉ
ｕｓ ）とによって発明されたものであるが、爾来第１
図に示すように紙繊維で作られ内側に連続並列した条溝
１を有する２枚の厚板紙２，２′を相対向して接着し、
その貼合せ部３にアスファルト系の接着剤を介在させて
貼合せたものを使用していたが、この技術は約１５年前
に日本に導入されて後数年間使用された結果、昭和４０
年（１９６５）頃から本発明の発明者森本辰雄等が中心
となって高分子化学繊維で作られた素材を用いて改良品
の試作に着手するまでは、この紙繊維によるものが長年
に亘って使用されていたわけであるが、紙繊維自体がも
つ特有な化学性質が災いして地盤改良そのものにあまり
良い影響を与えていなかった。

今この過去長年に亘って使用され、かつあまり成功しな
かった紙繊維によるドレーン・ペーパーについて、効果
に乏しかった主な理由をもう少し詳しく説明すると、紙
繊維というものは第２図にその断面を示すように外面を
掩う皮質４と内部に無数に存在するセルローズ５とから
成り、セルローズ５の方は無機質で温度変化さえ少なけ
れば地中にあって比較的安定が良いが、外面を掩う皮質
４の方は、リグニン、ベントザン、タンニン、ロジン等
の複雑な分子団から成り、特にリグニン等はＣ１８〜４
０，Ｈ２４〜４ ５ ， ０１１〜１８という不安定な
化学構造のもので、この様な複雑な分子団群が地中に入
ると地下水中のＦｅ，Ｎａ ， Ｃ Ｉ ，ＮＨ２ ｔ
ｓ等と重合して、ドレーン・ペーパー表面にゲルを形成
し、この部分に不透水被膜ができ上って排水効果が極端
に低下する。

このような現象は、通常地中に挿入後５０〜８０日位で
起っているから、その為めに一般に地盤改良が３〜５ケ
月位の期間を必要とするのに対し、上記ドレーン・ペー
パーによる中途半端な日数で、然も地盤が未改良のまま
で終ってしまうという最大の欠点があった。

このような紙繊維の最大の欠点を補なうために、いろい
ろの化学的処理や超音波処理等が施されたが、完全に紙
繊維のもつ欠点を改善することができなかったので、昭
和４７年（１９７２）前後を最後として使用されなくな
ってきた。

一方、上記したような紙繊維によるドレーン・ペーパー
に代って昭和４０年（１９６５）頃から森本辰雄等が中
心となって開発された高分子化学物質によるドレーン・
ボードは第３図に示すような連続並列条溝６を両面に有
する波状基体■の両側に対して不織布７，７′が貼合わ
されたものであって、その開発には長年月を要したが、
段階的に進歩してゆき、その進歩過程のシステムは次の
通りである。

（Ｉ）透水性の改善 （Ｉｆ）目詰まり現象に関する改善 （ＩＩＩ）打込強度に関する改善 （ＩＶ）溝形状の改善 （Ｖ）剥雑性の改善 （■）圧密順応性の改善 上記の様にまず最初は、透水性の改善（１）で、順次目
詰まり現象に関する改善（■）、打込強度に関する改善
（至）、溝形状の改善（５）、剥雑性の改善（■）とい
うように諸種の改善が行なわれて進歩してきて居り、こ
の発明によって圧密順応性の改善（ロ）がなされたこと
となる。

これらの各改善段階における状況を今少し詳しく説明し
て、高分子ドレーン・ボードとしての充分な効果をもつ
真の所要特性といったものが、どのようなところにある
かということについて述べると、まず透水性の改善（１
）および目詰まり現象に関する改善（Ｉ）は昭和４０年
（１９６５）〜４１年（ １ ９．６．６ ）代の課題
であったが、これを換言すれば不織布の改善であった。

不織布としては、ナイロン系もしくはテトロン系のもの
が使用されたが、不織布を構成する繊維の太さおよび長
さとそのからみ合いの具合によって透水性も改善できる
し、また目詰まり現象も防ぐことができたのである。

その理由は、地中で接する粘土粒子の大きさが、０．０
０ ５ｍｍ 〜０．０ ０ １ｍｍ程度の粒径が対象
となること、また粘土粒子間には電気化学的結合があつ
て相互にある程度団粒化されているため、液性限界を３
０％以上も越す特別の高含水粘土地盤でない限り、粘土
粒子の単体流動は起りにくいので、それほど心配する必
要はなく不織布の選定で充分に対応してゆけるようなも
のであったのである。

打込強度に関する改善（ＤＩ）は、昭和４２年（１９６
７）〜４４年（１９６９）頃の課題であったが第４図に
示すように打込用ロツド１４の先端に係止金具１５を枢
軸１６によって上昇水平状から下降垂下状までの範囲の
間を回動するようにし、ａに示すように水平位置にある
上記係止金具１５にドレーン・ボードＤの先端を折曲げ
て係止し水平状態を保持してドレーン・ボードＤをロツ
ド１４と共に同図ａのようにして打込み、打込みが完了
してロツド１４の引抜時は同図ｂのように係止金具１５
は下方からの土砂の力が解かれて垂下しドレーン・ボー
ドＤを地中に残して打込用ロツドのみを引抜いてくるわ
けであるが、この場合主として打込時におけるドレーン
・ボードＤの引張強度が問題となってくる。

圧縮強度はさほど必要ないが、引張強度は上述のように
相当の力が必要となってくる。

このような引張強度の改善は第３図に示す基体■の引張
強度に頼る以外はない。

基体■の両外側面に貼られた透水性の不織布７，７′は
その引張強度は期待できないが、基体■を形成するポリ
プロピレン或はポリエチレン等は引張強度が４．０ｋｇ
／ｍｍ程度であるので、ドレーン・ボードＤが５０ｍｍ
程度の断面積とすれば２００ｋｇ／ｍｍ断面ということ
で、打込強度として充分である。

このドレーン・ボードＤが地中に打込まれるときに切断
されてしまうようでは、ドレーン材としてはまず失格で
あって切断されない程度の強度は最低必要ということで
あるが、一体打込時にどの位の力がかかるかということ
、すなわち動的摩擦抵抗の値といったものは、余り大き
なものではないということは予測できたが、かなり長期
間に亘って判定する必要があって、簡単に判断すること
は困難であった。

溝形状の改善■については、昭和４５年 （１９７０）〜４７年（１９７２）頃の課題であったが
、第５図に示すように、溝１７の幅ｌが大きすぎるとフ
ィルター（即ち不織布）１８が溝の中に土圧で押されて
通水断面が減少するので良くない。

また、溝の深さｄもいくらか深い方が良い。経験的に判
った限界値を述べると、ｌは２ｍｍ以内、ｄは１．５ｍ
ｍ以上ということでその値以外の場合では、打込み深度
が１０ｍを越すと、溝１７内から地上に向って排水され
るときの縦方向透水性が急速に低下することが判った。

剥離性の改善Ｖについては、昭和４８年 （１９７３）〜４９年（１９７４）頃の課題であったが
、第５図に示す基体■の両側面に貼合わせてある不織布
１８が、打込中に剥離するという問題で、この頃から本
格的に熱融着の問題が取上げられ、それまでは接着剤で
接着されていたが、絶対に剥離しないようにするために
本格的に熱融着されるようになってきた。

熱融着については、それまでにも実施はされていたが、
さらに有効な方法として第６図に示すように基体１９に
突起２０を出しておいて、不織布２１の熱による融解点
が１８０゜Ｃ前後、基体１９の融解点が１５０゜Ｃ前後
という３０゜Ｃの差がある性質を利用して、加熱口−ラ
ーで圧して１６０℃程度に瞬間的に不織布２１の表面か
ら熱して、この突起２０だけを不織布２１に溶け込ます
方法が採用されるようになった。

この頃からドレーン・ボードの品質がかなり向上してき
たことは一般によく知られている。

以上はスエーデンから輸入された紙繊維によるトレーン
・ペーパーから、高分子材料によるドレーン・ボードに
移り、その後高分子ドレーン・ボードが改善されてきた
歴史であるが、この時点ですべての問題が解消されて完
全なドレーン・ボードが出来上ったわけではなく、まだ
困難な問題点が残されていた。

即ち、後で述べる圧密順応性という問題と、さらに接着
強度を高める必要があるという問題である。

ここで、ドレーン・ボードによる地盤改良の考え方につ
いて述べると、沈下開始から完了までの時間は、第９図
に示すドレーン・ボードＤの打込みピツチＰに関係し、
このピッチを小さい間隔にすれば、圧密沈下完了の時間
は早いが、大きくとると長期間が必要である。

間隔を小さくして圧密沈Ｆを早くシ、工事期間を短縮す
るということは、それだけドレーン・ボードを余計に打
込むということで、工事費はその分だけ高額となってく
る。

また、その反対にピッチを大きくとって工事期間を伸ば
すということは、ドレーン・ボードの打込数が少なくな
るということなので、工事費は減少する。

どの位のピッチで打込むべきかということは、工事をど
の位の期間で終らせる必要があるかということから、次
のＲ−Ａ−Ｂａｒｒｏｎの式によって逆算して決定する
ことが出来る。

ｔは圧密沈下時間、Ｃｖは圧密係数、Ｔｈは時間係数、
ｄはドレーン・ボードの有効排水円の直径、即ち打込間
隔とするとｔ＝Ｔｈ−ｄ２／Ｃｖという関係となる。

この式からも判るように、打込間隔のｄが少し大きくな
ると、圧密沈下時間のｔはｄの２乗に比例して大きくな
る。

即ち時間が多くかかるという関係にあるのである。

このよ．うな関係から工事費を安くあげるために、なる
べくドレーン・ボードの打込数量を少なくするために、
上述のように、許される工事期間いっぱいに圧密沈下の
時間ｔをとって、そのときのドレーン・ボードの間隔、
即ち上述のｄを求め、その値を打込ピツチＰとして打設
するわけである。

ドレーン・ペーパー工法が日本に輸入されて以来、その
後開発されたドレーン・ボード工法に対しては前述のよ
うな改善がされて来たわけであるが、現在どうしても改
善されなかった問題は、圧密順応性の問題である。

圧密順応性とは、地盤が改良されて沈下してゆく際に、
ドレーン・ボードも周辺地盤の沈下と共に、無理な内部
応力等が起らずに収縮してゆくという問題である。

圧密順応性の改善（ロ）については、ごく最近の課題で
、むずかしい問題であるが、ドレーン・ボードを地中に
打込んで地盤改良する際に、土粒子間の水分がこのドレ
ーン・ボードを通って地表に抜けることによって地盤が
収縮して沈下し密度ならびに強度を増すわけであるが、
この過程でドレーン・ボードＤ自体が第７図に示すよう
に波をうって曲がるのである。

このような現象はあらかじめ想像されてはいたが、実際
に堀起してみて美しい波形となって沈下しているのに改
めて驚いたわけであって、ここで問題となったのは、図
に示すように、曲がることによって収縮する側２２と、
伸びる側２３とでは、表層に融着されている不織布に起
る力が違うということである。

すなわち、収縮する側２２は、実質的に応力は起らない
で、単に水平に働く土圧のみを受けているわけであるが
、伸びる側２３の方は引張り力をうけて不織布が破断す
るという現象が起っていた。

このために、本発明によるドレーン・ボードに於ては不
織布を基体に融着するときに不織布を７％〜２０％位縮
めて貼合わせる方法か、もしくは基体自体を７％〜２０
％程度引張って伸ばした状態で貼合わせ基体が無応力状
態に戻ると自然に不織布に収縮が起るという方法か、ど
ちらかの方法をとる必要が生じるわけである。

之等の方法はいづれも本発明によって成功して、本発明
によるドレーン・ボードは不織布が７％〜２０％程度縮
んだ状態で貼られているため、第８図に示すように表面
に横方向に無数の皺ｆが寄った状態で作られている。

一方従来のものはボードの表面に平滑に緊張した不織布
が貼られてあるので、両者の相違は一見しても明確に認
め得られる程度である。

このように、例えばドレーン・ボードが無応力状態の際
に、表面に貼られた不織布が１５％程度縦方向に対して
縮んだ状態で貼合わされたものが、地中に挿入されて地
盤が沈下してゆくときに起る波型状の収縮に対しては、
屈曲するドレーン・ボードのどの位置にも決して不織布
を破断するような無理な応力は起らないので、地盤は予
定どおりの沈下を続けてゆき、設計上の沈下量に到達し
たときに沈下を停止することになる。

以上のように、高分子材料を用いたドレーン・ボードは
、実際に現場で問題が発生する毎に、それに対処して解
決を計ってきたがそれぞれの課題が相互に関連性をもっ
ているため、長期間をかけて改善されてきたわけである
。

そこで現時点で一番問題となっていることは、前述した
熱融着に際して、第６図のように基体に対して設けられ
た突起２０のみが３０℃の温度差によって不織布中に溶
込んでゆく際の時間と温度維持の問題である。

この突起を設けるという方法は、たしかにうまい方法で
はあるが、突起自体あまり大きくできないので、少し温
度が上りすぎると基体にまで影響して軟化するし、また
反対に温度が不足すると突起自体も完全に溶け込まない
という、温度調節の維持という問題は生産速度にも影響
がある。

この発明は、上記のように種々の発展過程を経て改善さ
れてきた高分子材料によるドレーン・ボードの品質、即
ち端的に言えば生産時における熱融着作業をさらに改善
すると共に、これまでよりも安定性の高い接着強度が大
きく且つ不織布が１５％程度縮んだ状態で熱融着された
圧密順応性の高いドレーン・ボードを提供しようとする
ものである。

本発明の第１の目的とするところは、ナイロン系もしく
はテトロン系等の高分子化学繊維から成る透水性不織布
の片面に、ポリフ爾ピレンもしくはポリエチレン等の合
成樹脂粉末を加熱加圧して処理し、ポリプロピレンもし
くはポリエチレン等の合成樹脂から成る帯状の基体の両
面に不織布の上記処理面を加熱圧着することによって、
不織布の透水性を阻害させることなく、ドレーン・ボー
ドの密着強度を増加せしめる点にある。

本発明の第２の目的とするところは、基体を２０％以内
に引張って伸ばし、この両面に２枚の不織布の夫々をそ
のまま貼合せることによって、ドレーン・ボードの強度
を増加せしめる点にある。

この発明の実施例を図面について説明すれば次の通りで
ある。

すなわち、第１１図（第２の目的）に示すように、１５
０℃程度で軟化するポリエチレン（ＰＥという）もしく
はポリプロピレン（ＰＰと言う）等で作られた基体２４
は熱融解押出機２５から押出されると出口２６の部分で
成型されて両側に連続した条溝が出来上っているが、押
出された基体２４は引取機２７の部分で速度にして約７
〜２０％余計な速度で引張られるため、押出し直後のま
だ充分に固化していない範囲のところで７〜２０％に見
合う伸びを生じてその直後に設けられた上下から基体の
上下面に接して加熱ロール２８によって不織布２９，２
９’に加熱圧着されるわけであるが、不織布２９．２９
’の方は伸びていない自然な状態で圧着されるので出来
上ったドレーン・ボードＤは表面に横じわｆが寄った状
態でロールｒに巻取られることとなる。

或は、上記と逆に引取機の速度を増加しないで、不織布
の案内押圧ロールを調整することによって不織布を縮め
て貼合せてもよい。

一般にＰＰ（ポリプロピレン）とかＰＥ（ポリエチレン
）は、完全融解点から軟化点までの間に５〜８％程度の
温度差があって、この範囲で弾性的な伸びやその復元率
等が、その物体自体の温度によって変化してゆく。

従って、製品の完成時に１５％内外の伸縮性を与えよう
とすれば、そのための適温というものがあるわけで、所
期の伸縮性を与えるために、最適温度を加工工程時に設
定する必要がある。

ここで一番問題となることは、初期工程の貼合わせ工程
である。

前述したように第６図に示すように、基体１９の両外側
面には突起２０が設けられられて、この部分が加熱ロー
ル２８の所を通過するときに不織布２９ ．２９’中に
溶込むことになるわけであるが、引取機２７によって１
５％も引張られながら加熱ロール２８に入ってゆくので
上記突起２０のきわめて微細な形状をしている部分がそ
の形状を引張応力と熱のために維持しきれずに変形して
あまり効果のない状態となることがまず考えられる。

この変化の状況については、毎秒２ｍもの早い速度で生
産されているので肉眼でけ無論確認することはできない
し、他に観察する方法はない。

このことと、前述の圧密順応性を増すために７〜２０％
の縮みはりをするということも同時に同じ生産工程中に
行なわなければ完全なドレーン・ボードを生産すること
は出来ないので、各位置における温度調整や加圧度等に
ついては特別の配慮が必要であると共に、それらを最適
状態に維持することが必要となってくる。

こうした最適状態の維持については、更に確実且つ安定
した生産状態が続けられるようにしなければならないの
で、第１０図（第１目的）に示すように、このドレーン
・ボードの表面に貼られるフィルターとして使用される
熱融着促進性不織布の製造工程を示す。

すなわち、第１０図に示すように、加工成型されて出て
きた不織布３０の片面に対して、アクリル系もしくはブ
タジエン系の合成ゴムラテックスの泡末又は結合性の低
い接着剤等３１を均等に薄く塗布する工程をまず第１段
で設けておき、続いて第２段階で基体と同質のＰＰもし
くはＰＥ等の粉末３２を均等に薄く散布して、次に加熱
口−ル３３において１３０℃程度で加熱圧着する。

なおこの工程で、上記泡末３１は、第２段階のＰＰもし
くはＰＥの粉末の不織布の繊維に対して確実に密着させ
るためのバインダーとなるものであるが、これを使用し
ない場合は粉末の密着性が少ないというだけで全く駄目
なわけではない。

この泡末を用いないで粉末だけで加熱した場合、粉末は
不織布の各繊維間に介在して仮着状態となるが、表面に
できた余剰の粉末はこぼれ落ちる状態となる。

こうしたことをなるべく防止しようということで、さら
に溶着を促進し、かつ粉末を固着させる目的で上記泡末
を前段階の工程で塗布するわけである。

このようにして作られた熱融着促進性不織布は、粉末の
塗布された側を基体に接するようにして前記した様に第
１１図に示す工程で、基体２４に対して熱融着されるわ
けであるが、この際加熱ロール２８を通過する過程で、
今度は基体の１５０℃、不織布の１８０℃の軟化点温度
差の中、すなわち１６０〜１７０℃で加熱されるので、
上記熱融着促進性不織布の中に介在する粉末３２は直ち
に溶出して基体２４表面と融着してしまうわけである。

このような状態を、さらに顕微鏡等で細かく観察すると
、上記粉末３２はたしかに融解して基体とは不離一体の
ものになってはいるが、不織布に対して不織布の繊維間
の間隙に融けこんだという形で介在しているだけで決し
て熱によって相互に融解しているわけではない。

極端に表現すれば剥離はしないけれども不織布の繊維間
の空隙に流れこんで、そこで固結化されているため、肉
眼ではフィルター即ち不織布が基体に接する部分だけが
相互に融解して融着されているように見えるといった状
態である。

ただ、ここで、繊維間の空隙に溶けこんでいても、この
フィルター即ち不織布自体の透水性は妨げられないよう
になっている。

要するに排水のための空隙は充分に残されているという
状態である。

上記実施例で説明したフィルター即ち不織布及び基体の
融解温度及び加熱温度は、一例を述べたわけであるが、
実際には工場内の温度、材質の微少変化、その他の条件
で多少の変化があることは論をまたない。

しかし、原則的には上記実施例で述べた方法によって実
施できるので、製造時の諸条件に合わせて多少の加熱温
度や引取り速度等若干の調節ができるようにしておく必
要がある。

この発明は上記のように、ドレーン・ボードを形成する
、両面に連続条溝を有する基体と、同基体の両外側面に
貼合わされる不織布との両者において、不織布の方を生
産時に基体と同質の粉末を表面に固定しておいて、この
粉末が固定された面を基体側に接触させた状態で不織布
の熱融解点以下で基体の融解点以上の加熱温度で加熱圧
着し、上記基体と同質の粉末が不織布の中から溶出して
基体に熱融着されることによって一体化され、この熱融
着促進工程と併せて基体自体を融解状態から引出されて
温度低下して固化するまでに、引張力を与え、７〜２０
％の範囲で基体が引延ばされた状態でフィルター即ち不
織布が無応力のまま貼合わされるために、透水性を低下
させない状態で不織布を確実に基体に対して熱融着する
ことができると共に、ドレーン・ボード自体も無理なく
収縮し、所期の圧密沈下を完了し得る等の効果を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は紙繊維による従来のドレーン・ペーパーの幅方
向の断面図、第２図は植物性繊維め断面図、第３図は従
来作られていた高分子ドレーン・ボードの幅方向の断面
図、第４図はドレーン・ボードの打込要領を示すその先
端部の構造図で、ａは打込ロツドの打込時の状態、ｂは
その引抜時の状態を夫々示す、第５図はドレーン・ボー
ドの基体の溝形状を示す部分的断面図、第６図は融着促
進のための突起部を設けた状態を示す部分的断面図、第
７図はドレーン・ボードが地中で沈下する際の形状を示
す側面図、第８図は本発明によるドレーン・ボードの斜
面図、第９図はドレーン・ボードの打込数量と各ボード
の間隔を示す説明図、第１０図は本発明による不織布の
処理工程、即ち熱融解促進性不織布の製造工程を示す線
図による説明図、第１１図は本発明によるドレーン・ボ
ードの製造工程を示す線図による説明図。 ＩＴ・・・・・・条溝、１９・・・・・・帯状基体、２
０・・・・・・小突起、２１・・・・・・不織布帯、２
４・・・・・・押出し成型された直後の基体、２９．２
９’・・・・・・熱融解促進性不織布帯、３０・・・・
・・加工成型された不織布帯、３１・・・・・・泡末状
の合成樹脂、３２・・・・・・合成樹脂粉末。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポリプロピレンもしくはポリエチレン等の合成樹脂
   から成る帯状体の両面に幅方向に並列した断面角型の多
   数条溝を各面毎に交互に有する凹凸状基体の表裏両面に
   対し、ナイロン系もしくはテトロン系等の高分子化学繊
   維から成る透水性で、上記基体と同幅の不織布帯の片面
   にポリプロピレンもしくはポリエチレン等の合成樹脂粉
   末を加熱加圧した熱融解促進性不織布帯２枚の上記処理
   面を夫々圧接加熱することにより、上記粉末が不織布帯
   面側においてはその繊維間隙内に分散固定し、父上記粉
   末が基体面側においては熱融着することを特徴とした軟
   弱地盤の改良に使用するドレーン・ボード。 ２ 基体の凸部から外方に突出させた小突起を不織布帯
   面に対して食込ませた特許請求の範囲第１項に記載の軟
   弱地盤の改良に使用するドレーン・ボード。 ３ 不織布面に横方向に多数の皺が形成されている特許
   請求の範囲第１項或は第２項に記載の軟弱地盤の改良に
   使用するドレーン・ボード。