軟弱地盤とその対策 - 福岡大学軟弱地盤の判定基準例(その2)...
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軟弱地盤とその対策
不動テトラ(株)より
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目次
1. 軟弱地盤の概念と課題
2. 地盤改良の方法
3. 地盤改良の適用方法
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沖積平野
沼沢地
谷あいの軟弱堆積物
人工地盤(埋立地、盛土)
地質・形態
1.軟弱地盤の概念と課題
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日本における軟弱地盤の判定基準例
支持層 30以上 3m以上
軟弱地盤 4以下 10m以
上
軟弱地盤 2以下 5m以上
軟弱地盤 =0 2m以上
鉄道
軟弱地盤 30%以上 = 0 10以下 砂
軟弱地盤 50%以上 5以下 4以下 粘土
軟弱地盤 100%以上 5以下 4以下 泥
高速道路
普通 25 - 50 5 - 10 4 - 8
軟弱 12.5 –
25 2.5 - 5 2 - 4
非常に軟弱 12.5以
下 2.5以下 2以下
道路
含水比 長期許容支持力
コーン
指数 一軸強度 N値 層厚 土質
判定
地質条件
構造物
単位 : tf/m2(×10kN/m2)
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軟弱地盤の判定基準例(その2)
軟弱地盤 20以下 フィルダム
軟弱地盤 10以下 10以下 建築
建設後も調査は
不必要
(問題なし)
50以上 5以上
層厚が大きければ調査が必要
20 – 50 2 – 5
沈下、安定のために詳細な調査
が必要 20以下 2以下
新幹線
含水比 長期許容支持力
コーン
指数 一軸強度 N値 層厚 土質
判定
地盤条件
構造物
単位: tf/m2(×10KN/m2)
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軟弱地盤の概念
高含水比の粘性土
ゆるい砂質土
埋 立 地
沖積平野
(土質特性による規定)
すべり・支持力不足
変形(圧密沈下)
変形(液状化)
軟弱地盤で生じる課題
(地域)
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すべり破壊(盛土) 構造物の傾斜(橋台等)
粘性土
すべり・支持力不足
地盤のすべりによって、構造物が破壊すること
道路盛土 盛土荷重
粘性土地盤
すべりの例 こんなクラックが生じ… すべり破壊する
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基礎のすべり破壊のメカニズム
セロハンテープ
外力
粘着力の例
外力 外力
この面の粘着力・摩擦力が足りない
粘着力や摩擦力(せん断抵抗)の不足で、ある面ですべりが生じる
摩擦力の例
だるま落とし
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変形 (圧密沈下)
構造物が数十年,数百年に渡って変形し続けること (即時に起きるなら、問題ではない)
何年後かに…
粘性土地盤 粘性土地盤
上載荷重による粘性土地盤の沈下
沈下・傾斜
タンク等
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荷重
水
圧密沈下量
水
水 水 水
圧密のメカニズム
土粒子
土粒子間の間隙水が徐々に絞り出されることで 長い時間をかけて土の体積が減少する
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沈下による亀裂
沈下による杭の抜け上がり
圧密沈下による建物への影響
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ゆるい砂質土層
建物の傾斜・基礎地盤の崩壊
変形 (液状化)
地震時に生じる地盤の液状化によって、構造物が変形すること (常時は問題が生じない)
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表面水 液状化状態
a. 液状化前 c. 液状化 (上層部のみ)
d. 液状化の終了 b. 液状化 (浮遊状態)
ゆるい砂の骨格が地震動によって壊される
地震動
液状化のメカニズム
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液状化による盛土の崩壊
液状化によるエプロンの陥没
埋設物浮上り 噴砂
直接基礎構造物の倒壊
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地盤改良とは...
圧密・排水 締固め 固結
2.地盤改良の方法
地盤に物理/化学的処理を行い、その性質を変化させること。
3つの基本的な方法がある。
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土中水 の動き
無改良 or プレロード工法
ドレーン材
バーチカルドレーン工法
透水性の大きいドレーンを打設することで、透水性の小さい区間での水の移動距離を短くして、速やかに圧密/排水できるようにする。
バーチカル ドレーン
ペーパードレーン
(スウェーデン)
サンドドレーン (アメリカ)
サンドドレーン
袋詰めサンドドレーン
プラスチックボードドレーン
その他ドレーン
圧密・排水
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サンドドレーン工法
施工手順
ホッパー
使用材料
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2016/7/18
プラスチックボードドレーン工法
施工手順
位置決め 打ち込み 引き抜き 材料切断
ドレーン材
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・締まった砂杭(サンドコンパクションパイル)を造成して砂杭のせん断強度を粘性土に与える。
・盛土する場合は、杭間粘土の圧密も促進される。
サンドコンパクションパイル工法 動的:打ち戻し(振動)式SCP工法
静的:静的締固め砂杭工法
締固め(粘性土)
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良く締固まった砂地盤 ゆるい砂地盤
緩い砂質土を振動させたり、せん断変形させることで、密な砂に変化させる。
締固め(砂質土)
締固め
打戻し式サンドコンパクションパイル工法 (コンポーザー)
静的締固め砂杭工法 (SAVEコンポーザー)
振動棒工法 (バイブロロッド工法)
表層締固め工法 (マンモスバイブロタンパー工法)
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振動式SCP工法
施工手順
ケーシング
打戻し 引抜き
拡径
砂杭
締固め 締固め
施工時の地盤変化 (砂質土の場合)
施工機械 機械構成
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静的締固め砂杭工法
施工状況
小さな騒音…市街地でも施工が可能
SAVEマリーン
dB
m
静的 振動式
砂
シルト
埋土
粘土
シルト質
砂混り
粘土質
ハハハハ
ハハハハ
ハハハハ
ローム
粘土混り
砂質
シルト混り
○ ○ ○ ○
○ ○ ○ ○
○ ○ ○ ○
○○
礫
N値
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30
事前N値
事後N値1(SAVE)
事後N値2(SAVE)
事後N値3(SCP)
事後N値4(SCP)
Fc
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100土質 砂杭
(%)
(m)
深さ
改良効果
施工方式の違い
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2016/7/18 集合教育プログラム レベル1 軟弱地盤と対策 23
高圧噴射攪拌
グラウト噴射系攪拌工法
エアーグラウト噴射系攪拌工法
水・エアーグラウト噴射系攪拌工法
機械攪拌混合
スラリー系機械攪拌式深層混合
粉体系機械攪拌式深層混合
固化材の
注入
土粒子
固化地盤
固化材 土粒子
間隙
軟弱地盤
粘土や砂質土の粒子を、主にセメント系固化材で固結させる。
固結
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スラリー系(機械撹拌式)深層混合処理
施工機械
出来型 (掘り起こし
たもの)
施工手順 機械構成
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施工状況 (飛散防止フード使
用)
粉体系(機械撹拌式)深層混合処理
セメントの粉を空気で搬送する。
(空気は地表に排出される)
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(高圧噴射撹拌)深層混合処理
改良範囲 (撹拌翼の届かない距離も固結可能)
噴射状況
矢板などとの一体性が
求められる箇所に適用
H.W.L +2.80
L.W.L ±0.00
既設鋼矢板
+1.00
-20.5
既設CDM
+4.00
-12.6
JACSMAN
グラベルドレーンおよびサンコンパクション
-3.00
5.40 2.50
+2.80
約35m
約13m
1.4
03.7
0
φ2300
φ1250
0.900.9
02.1
5
シラス層
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その他の固化工法 浅層~中層混合処理
スラリー吐出部と攪拌部
施工状況
撹拌装置を前後させて、地表付近を全面改良する。
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圧 密 沈 下
軟弱地盤の課題に対して、
地盤改良工法はどのように適用されるのか?
すべり・安 定
液 状 化
3.地盤改良の適用方法
締 固 め
圧密・排水
固 結 ?
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軟弱地盤への地盤改良の適用
課題の解決手段 改良法
圧 密 沈 下
圧密促進
課 題
せん断抵抗増加 すべり・安 定 固 結
締 固 め
液 状 化
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締固め工法の適用例
すべり面を遮る様に、サンドコンパクションを打設
すべり面の一部の摩擦力が増大することで、すべりを防止する
盛土のり面下 受働崩壊部分 主働崩壊部分
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2016/7/18 集合教育プログラム レベル1 軟弱地盤と対策 31
固結工法の適用例
すべり円・破壊面を遮る様に、深層混合処理を行う
一部の面が固結されるため、破壊が生じなくなる
盛土のり面下 擁壁直下
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圧密工法の適用例
すべり面の粘土層を圧密促進するために、ドレーンを打設する
盛土下の粘土を圧密させると、粘着力が増大する → すべり抵抗が大きくなる
盛土下
有効鉛直応力σv'
粘着力c
1
3
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軟弱地盤への地盤改良の適用
課題の解決手段 改良法
圧密促進
課 題
せん断抵抗増加 すべり・安
定 固 結
締 固 め
液 状 化
粘性土の圧密を促進
圧 密 沈 下
圧密促進
粘性土でなくする 固 結
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圧密工法の適用例
長期沈下する粘土層を圧密促進するために、ドレーンを打設
粘土の圧密沈下を供用開始前に終わらせることで、 供用中の変形を避ける
構造物下に打設
沈下に応じた余盛り
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圧密促進とは
沈下を早めて供用後の
残留沈下を少なくする プレロードを併用して
さらに工期短縮を図る場合
沈下量S
時間
無対策地盤の沈下
ドレーン地盤の沈下
供用開始 盛土高
供用開始からの沈下が小さい →メンテナンスが少なくて済む
ドレーンのみ
ドレーン+プレロード
プレロード
目標沈下量
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固結工法の適用例
長期沈下する粘土層を(一部)固結し、圧密沈下しない地盤に変える
固結した土(ソイルセメント)は沈下変形しないので、
長期的に形状を保持できる
構造物下に打設
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軟弱地盤への地盤改良の適用
課題の解決手段 改良法
圧密促進
課 題
せん断抵抗増加 すべり・安 定 固 結
締 固 め
粘性土の圧密を促進 圧 密 沈 下
圧密促進
粘性土でなくする 固 結
液状化の発生を防止 液 状 化 固 結
排 水 (圧密促進)
締 固 め
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“液状化現象”を理解し対策を考える
①緩く堆積し
④非排水状態において
②飽和した
③砂地盤(粒状体)が、
⑤繰り返しせん断を受け
締 固 め
地下水位低下
固 結
液状化とは・・・
ることで生じる、泥状化である。
対策は・・・
排 水(圧密促進)
(固結壁による)
せん断変形抑止
が考えられる。
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締固め工法の適用例
ケーシング
打戻し 引抜き
拡径
砂杭
締固め 締固め
サンドコンパクションパイルで砂地盤を密に締固める
埋設物の浮き上がり防止 杭の変形/破壊の防止
砂
シルト
埋土
粘土
シルト質
砂混り
粘土質
ハハハハ
ハハハハ
ハハハハ
ローム
粘土混り
砂質
シルト混り
○ ○ ○ ○
○ ○ ○ ○
○ ○ ○ ○
○○
礫
N値
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30
事前N値
事後N値1(SAVE)
事後N値2(SAVE)
事後N値3(SCP)
事後N値4(SCP)
Fc
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100土質 砂杭
(%)
(m)
深さ
締固め効果 サンドコンパクションパイルの締固め機構
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ブロック改良,接円改良 (深層混合処理工法)
格子状の固結壁 (TOFT工法) 固化
固結工法の適用原理
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TOFT工法
施工概念図 施工状況
(深層混合処理機による)
出来型
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TOFT工法の適用例と効果確認例
適用対象/方法は、締固め工法と同様
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人工材によるドレーン工法 (ドレーンパイプ工法)
砕石パイル工法 (グラベルドレーン工法) 排水
排水工法の適用原理
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グラベルドレーン工法
施工手順 施工状況
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排水工法の適用例 液状化すると構造物に影響を及ぼす砂地盤に、
透水性の高いドレーンを打設し、排水性を高める。
適用対象/方法は、締固め・固結と同様。
透水性の悪い 原地盤
透水性の良い ドレーン
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軟弱地盤・課題・地盤改良の適用
改良法
圧密促進
課 題
すべり・安 定 固 結
締 固 め
圧 密 沈 下 圧密促進
固 結
液 状 化 固 結
排 水 (圧密促進)
締 固 め
ま と め
高含水比の粘性土
ゆるい砂質土
埋立地
沖積平野