以下、この発明の地盤改良工法について� ��良体の配置を決定する方法の実施形態につ� ��て説明する。ただし、この発明の実施形態� ��最も好ましい形態を示すものではあるが、� ��発明はこれに限定されない。

 例えば、ここで述べる改良体は、地盤土� ��セメントもしくはセメント系等の固化材と� ��撹拌混合して造成する改良体のほか、地盤� ��に砕石や砂を押し込み、地盤土と置き換え� ��造成される砕石柱や砂柱も含まれる。また� ��改良体の造成方法(施工方法)は、固化材を� �弱地盤中に吐出させて撹拌混合する機械撹� �混合方式もしくは固化材を高圧で回転噴射� �せる高圧噴射撹拌方式のいずれでもよく、� �良体を造成するための具体的な手段・方法� �特定のものに限定されない。

 この発明は、地盤中に改良体を造成する� ��盤改良工法において、荷重を受けて生じる� ��盤の変形を、効果的に拘束するように改良� ��の配置や形状および強度を決定する方法で� ��ることは先に述べたとおりである。

 地盤が荷重を受ける際に、変形しようと� ��る地盤土を、改良体を配置することにより� ��の変形を拘束する。その際に、地盤土を拘� ��する位置にある改良体によって生じる地盤� ��の応力の変化を、せん断応力の変化と直応� ��の変化とし、その応力の総和によって生じ� ��地盤土の強度や剛性の変化を求め、改良体� ��よる地盤の拘束効果を、地盤土の強度・変� ��特性として評価することにより、合理的な� ��良体の配置・形状および強度を決定するも� ��である。

 例えば、図1の(a),(b)に示すように、複数� �円柱状の改良体1とその間の地盤である未改� ��部2に、盛土体3などの荷重Fが加えられる場� ��、現状の設計法では、改良体1と未改良部2� �地盤土が分担する応力の比を仮定し、沈下� �算をする例がある。従来、未改良部2の強度� ��関しては、改良体1を造成する前の地盤土の 強度のまま変化しないとしている。

 一方、この発明では、図1に示すように、 盛土体3などの荷重Fが加えられる場合は、地� ��土の変形拘束によって生じる直応力の変化� ��δσで表し、前記式(3)~(6)から地盤土の強度� �剛性の変化を求める。なお、図1の(b)中のδS� ��地盤土の強度変化を、δEは地盤土の剛性変� ��をそれぞれに示す。

 これによって、改良体1による地盤土の拘 束効果を、地盤土の強度・変形特性の変化と して評価し、これを考慮して地盤改良のため の改良体1の形状や配置等を決定することで� �地盤土の拘束効果を適切に評価した合理的� �地盤改良工法を行うことができる。

 また、図2の(a),(b)に示すように、例えば� �台4側の盛土体3のために、偏土圧による側方 移動などの荷重IFが加えられる場合は、地盤� ��の変形拘束によって生じるせん断応力の変� ��をδτで表し、前記式(3)~(6)から地盤土の強� �、剛性の変化を求める。

 このように、拘束による応力の変化を適� ��に評価し、これを地盤土の強度・剛性の変� ��に反映することにより合理的な設計が可能� ��なる。また、改良体1の配置によって異なる 拘束の効果を評価できるため、より合理的な 改良体1の形状や配置および強度が決定でき� �。

 さらに、例えば図3に示すように、地盤土 を拘束するように配置した改良体11が扁平な� ��空筒状(平面形状が略偏平楕円形または偏平 長円形)である場合、鉛直の荷重に対しては� �筒状に配置した改良体11の地盤土の変形拘束 によって生じる直応力の変化をδσで表し、� �記式(3)~(6)から地盤土の強度、剛性の変化を� ��める。このように、鉛直の荷重に対しては� ��図3のような筒状で囲う方法が合理的である が、改良体11で囲まれた未改良部2aが大きす� �ると拘束効果は低下する。また、地盤土を� �束するように配置した改良体11が筒状であれ ば、真円状、楕円状、四角状、三角状など特 に限定されないし、筒状の軸方向の断面積が 同一でも、異なっていてもよく、以後も同様 である。また、楕円状、扁平状の形状の場合 には、図3のように必ずしも閉ループ状であ� �必要はなく、長辺方向の一端若しくは両端� �開放されていても、拘束効果に影響が少な� �こともある。

 図4では、地盤土を拘束するように配置し た図3と同様の偏平な中空筒状の改良体11の上 部に、浅層混合処理層5を配置している。こ� �ように、筒状の改良体11に浅層混合処理盤(� �)5によって蓋をするような改良形式とすると 、改良体11の内部の地盤土、すなわち未改良� ��2aは移動する場所がなく、極めて高い拘束� �果が得られ、沈下や変形が効果的に抑制さ� �る。

 図5は、地盤土を拘束するように配置した 筒状の改良体11に、偏土圧による側方移動の� ��重IFが加えられる場合に、土圧に抵抗する� �向に図3と同様の改良体11を並べて配置する� �である。すなわち、図5の(a),(b),(c)は、偏土� �による側方移動の荷重IFが加えられる場合に 、地盤土の拘束効果を増すための改良パター ンの例である。(a)は隣り合う改良体11,11同士� ��離れていて相互に独立している独立配置タ� ��プ、(b)は隣り合う改良体11,11同士が接触し� �いる連続配置タイプ、(c)は相互に離れて独� �している改良体11,11‥を千鳥状に配置した千 鳥配置タイプのものである。このような配置 にすることによって、偏土圧によって変形し ようとする地盤土、すなわち未改良土2,2aが� �束されると同時に、改良体11には圧縮応力が 発生し、引張応力の発生を抑制できる。また 、図示はしていないが、図4と同様に、浅層� �合処理盤5を改良体11の上部に施すことによ� �て、改良体11の内部の土(未改良土2a)も含め� �、高い沈下抑制効果を発揮する。

 また、図6の(b)に示すように、盛土体3等� �荷重Fが大きい場合は、同図の(a)に示すよう� ��、改良体21の平面形状として図3と同様の形� ��を前提とした上で、深度方向に向かって漸� ��拡径する形状とするべく、下部の径をスカ� ��ト状に広げたテーパ形状(略裁頭楕円錐形状 )のものとすることにより、矢印Pで示すよう� ��改良体21の内部に未改良の地盤土が押し込� �られ、未改良部2aの部分の拘束効果をより一 層高めることができる。さらに、同図に示す ように、改良体21の上部に、図4と同様に浅層 混合処理層5を配置することで、改良体21,21同 士の間の未改良土2が盛土荷重によりほぼ密� �状態となって未改良部2の部分の拘束効果を� ��り一層高めることができる。なお、図6の(a) のWFは地下水の流れを示している。

 次に、地盤土の拘束効果の計算例を図5の (a)の実施例にて以下に示す。

 ・盛土体3と改良体11の条件
   盛土体3の高さ:8m
   改良体11の形状:扁平な筒状
          (改良体の上部に1.5mの浅層混� �処理層5を配置)

 この際の地盤土のせん断強度は30kN/m ² 、剛性を表すヤング率は1MN/m ² とし、また、改良率ap=18%、改良体の強度は500 kN/m ² 、変形係数は60MN/m ² とする。

 従来設計法では、拘束効果による未改良� ��の地盤土の強度の変化は考慮せず、複合地� ��の平均的な強度Sを計算し、以下のようにな る。

 S=500×0.18+30×(1-0.18)
  =114.6kN/m ²

 同様に、剛性を表す変形係数Eは以下のよ うになる。

 E=60×0.18+1×(1-0.18)
  =11.62MN/m ²

 一方、ここでは、図7で示した三次元の有 限要素法を用いて直応力σおよびせん断応力� �の変化を計算した。(a)は盛土をする前の地� �の状態を、(b)は扁平な筒状の改良体11を、(c) は盛土を載荷した状況をそれぞれ示す。

 本計算例での改良体11で拘束された内部の� �力は、
 ・直応力の変化の平均値δσ=11.6kN/m ²
 ・せん断力の平均値δτ=0.5kN/m ²
 となる。

 ここで、α=0.04、β=0.1、p=1、q=1とすると、
 Rs=1+αδσ ^p +βδτ ^q
   =1+0.04×(11.6) ¹ +0.1×(0.5) ¹
   =1.52
 となる。

 これにより、従来設計法より強度が52%増加� ��る。したがって、改良体で拘束された軟弱� ��のせん断強度は30×1.52=45.6kN/m ² に増加する。

 複合地盤の平均的な強度を上記せん断強度� ��用いて計算すると、以下のようになり、上� ��従来設計法の強度114.6kN/m ² より約10%強度が増加する。

 S=500×0.18+45.6×(1-0.18)
  =127.4kN/m ²

 同様に、剛性の変化率に関しても、γ=0.15、 κ=0.05、r=0.5、s=0.5とすると、
 Re=1+γδσ ^r +κδτ ^s
   =1+0.15×(11.6) ^0.5 +0.05×(0.5) ^0.5
   =1.55
 となり、剛性が55%増加する。

 強度と同様の評価方法で剛性を表す変形係� ��を評価すると以下のようになり、上記従来� ��計法の変形係数11.62MN/m ² より変形係数が約4%増加する。

 E=60×0.18+1.55×(1-0.18)
  =12.071MN/m ²

 以上のように、本発明の強度評価方法を� ��改良部の地盤土に応用すると、従来の複合� ��盤的設計法を用いたとしても、強度の増加� ��より約10%、剛性の増加により約4%地盤評価� �増加することとなる。これは、前述したが� �良体の強度、配置量(改良率)の低減が図れる こととなり、コストの削減となる。また、地 盤を効率的に拘束させる改良体の形状や配置 によって、前記計算例よりもより合理的な地 盤改良工法の提供が可能となる。

 図8は、地盤土を拘束するように配置した 複数の中空円筒状の改良体31を、互いに接触� ��るように千鳥状に配置した例である。地盤� ��を有効に拘束し、改良体31に引張応力を生� �させにくい配置であり、参考改良率は44%で� �る。例えば、セメント系の改良体31は、圧縮 と比較して引張り強度が小さいので、地盤土 を拘束する効果を十分発揮させるためにも、 引張り応力をできるだけ発生させない改良体 31の配置が望ましい。図8の配置はこの要求に 合致するものであり、それぞれの中空円筒状 の改良体31の内部の未改良部31aに加えて、互� ��に接している改良体31,31同士の間にできる� �隙部たる未改良部2にも同様の拘束力が働く� ��め、改良体31に生じる引張り応力は非常に� �さくなる。この場合において、図4と同様に� ��層混合処理層5で蓋をするような構造とする と更に効果が増すのは以後も同様である。

 図9は、地盤土を拘束するように配置した 複数の中空円筒状の改良体31を、矩形状また� ��格子状に配置した例である。地盤土を有効� ��拘束し、改良体31に引張応力を生じさせに� �い配置であり、参考改良率は38.5%である。こ のように、図9の配置でも図8の千鳥状に配置� ��た場合と同様の効果がある。未改良部2の地 盤土にも改良体31の内部の未改良部31aと同じ� ��うな外向きの直応力δσが生じることは図8� �場合と同様である。

 図10の(a),(b)は、図8または図9の配置を基� �とした上で中空円筒状の改良体31,31同士が互 いに接触しない配置としたものである。この 場合は類似の効果は発揮されるが、改良体31� ��円筒外部の地盤土に対する拘束の効果が小� ��くなるため、全体としての補強効果はやや� ��さくなる。この筒状の改良体31が接触しな� �配置では、改良体31,31同士の間の距離が2mの� ��合、参考改良率は23%~27%である。

 図11は、側方移動などの荷重IFが偏土圧と して加えられる場合に、土圧に抵抗する方向 に平面視形状が略半円状またはアーチ状の改 良体41を並べて配置した例である。擁壁など� ��偏土圧が加えられる場合は、土圧に抵抗す� ��方向にアーチ状の改良体41を配置すると、� �良体41内の引張り応力の発生が抑制される。

 図12は、側方移動などの荷重IFが偏土圧と して加えられる場合に、より一層地盤土の拘 束効果を増すために、アーチ形状の改良体41� ��開放側を延長したり、あるいはその開放側� ��閉合した改良体配置とした例である。具体� ��には、同図(a)は独立配置のアーチ形状の改� ��体41の開放側をストレートな壁体6をもって� ��長したもの、同図(b)は連続配置のアーチ形� ��の改良体41のそれぞれの開放側を壁体6をも� ��て延長したものである。さらに、同図(c)は� ��立配置のアーチ形状の改良体41の開放側を� �体6をもってそれぞれ延長した上で、その壁� ��6,6同士の間にも別のアーチ形状の改良体51� �配置することにより閉合して改良体全体を� �ループ状のものとしたもの、同図(d)は同図(c )の独立配置に代えて連続配置としたもので� �る。

 この図12に示した配置によれば、図11の配 置と比べてより一層の地盤土の拘束効果の向 上を期待できる。