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発明の名称 粉粒体貯蔵地盤の改良工法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−90057(P2001−90057A)
公開日 平成13年4月3日(2001.4.3)
出願番号 特願平11−272226
出願日 平成11年9月27日(1999.9.27)
代理人 【識別番号】100090114
【弁理士】
【氏名又は名称】山名 正彦
【テーマコード(参考)】
2D040
【Fターム(参考)】
2D040 AB05 AC00 AC05 BA08 BD00 BD05 CA01 EA12 
発明者 新谷 登 / 浴 寿美 / 中下 明文 / 松井 英治 / 清水 斉 / 畝 博志 / 平井 卓 / 田村 博邦 / 加藤 正利 / 柴田 敏雄 / 斉藤 誠
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】石炭等の粉粒体を円錐形状の山に積んで貯蔵する場合の積み付け部地盤の改良工法において、円錐形状に積まれた粉粒体の山の積載荷重による地盤の応力分布の勾配に比例するように、積み付け部地盤を、中心部分の強度が大きく、外側部分へ行くに従って強度が小さくなるように改良率を変化させて地盤改良を行うことを特徴とする、粉粒体貯蔵地盤の改良工法。
【請求項2】粉粒体の山の積載荷重による地盤の応力分布の勾配に比例して強度が段階的に変化するように、少なくとも2段階以上に改良率を変化させて地盤改良を行うことを特徴とする、請求項1に記載した粉粒体貯蔵地盤の改良工法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、軟弱地盤上に石炭等の粉粒体を円錐形状の山に積んで貯蔵する場合の粉粒体貯蔵用地(粉粒体底面地盤=積み付け部地盤)の沈下を防止し、近接構造物への悪影響の波及を抑制、低減するための地盤改良工法の技術分野に属し、更に言えば、地盤改良を簡便に最適強度に行うための地盤改良工法に関する。
【0002】
【従来の技術】大量の石炭を、例えば図1のように、下底面直径が90m、高さ30mぐらいの円錐形状の山1に積んで貯蔵する場合、石炭下(積み付け部)の軟弱地盤3は、その剛性やポアソン比の大きさに伴って地盤沈下を生じたり、地盤側方変位(水平変位)により、前記積み付け部に近接して位置する、貯蔵施設の屋根架構4を支持する基礎杭2などが大きな悪影響を受ける。因みに図2A〜Cは、有限要素解析(Finite Element Method、…以下、F.E.Mと略す。)による石炭底面地盤の沈下分布(A)と法尻水平変位の深度分布(B)及び両者の最大値の相関関係(C)を示している。
【0003】
【本発明が解決しようとする課題】石炭等の粉粒体をホッパーにて平面へ自由落下させると、図1のように安息角ψで円錐形状の山1に積まれることは周知の事実である。この場合、粉粒体の山底面の積み付け部地盤の応力分布は、図3のA部に示したように、粉粒体の山1の形状と相似な分布となる。即ち、中心部で応力の最大値σMAX=γH(但し、γは粉粒体の比重、Hは山の高さ)を生じ、法尻(粉粒体山の最外縁)で応力が零となる直線的勾配の分布となる。
【0004】上記のような応力分布に照らし、積み付け部地盤が軟弱な場合、支持力が不足して沈下が大きくなり、山が崩れる問題がある。そこで粉粒体の積載荷重に対する支持力を確保すると共に地盤沈下を防止し、更に近接構造物への水平変位による悪影響を低減するために行う地盤改良は、図3中のA部に示した応力分布と比例するように前記円錐形の山の中央直下で改良地盤の強度が最も大きく、外側へ行くに従って強度が小さくなる直線的勾配の強度分布に改良するのが理想的であり経済的、合理的である。
【0005】しかし、一般的に地盤改良の強度を、図3のA部のように細かく変化させることは施工が大変面倒である。
【0006】従って、本発明の目的は、地盤改良の方式を「杭式改良」とし、「地盤の改良率」に着眼して、地盤改良強度を、簡単、明解に設定して経済的、合理的に施工できる地盤改良工法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するための手段として、請求項1に記載した発明に係る粉粒体貯蔵地盤の改良工法は、石炭等の粉粒体を円錐形状の山に積んで貯蔵する場合の積み付け部地盤の改良工法において、円錐形状に積まれた粉粒体の山の積載荷重による地盤の応力分布の勾配に比例するように、積み付け部地盤を、中心部分の強度が大きく、外側部分へ行くに従って強度が小さくなるように改良率を変化させて地盤改良を行うことを特徴とする。
【0008】請求項2記載の発明は、請求項1に記載した粉粒体貯蔵地盤の改良工法において、粉粒体の山の積載荷重による地盤の応力分布の勾配と比例して強度が段階的に変化するように、少なくとも2段階以上に改良率を変化させて地盤改良を行うことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】地盤改良の施工は、従来公知、周知の技術である、掘削カッターと撹拌翼を有する撹拌掘削軸を1軸ないし複数軸備えた地盤改良装置により軟弱地盤を掘削し、原位置の掘削土壌中にセメント系の凝固材(安定材)を注入し撹拌混合して固化する地盤改良工法(例えば特公平5−62167号、特公平4−57805号、特開平9−31970号公報などに記載された地盤改良工法を参照)を実施可能である。例えば2軸の地盤改良装置を使用して軟弱地盤中に施工された地盤改良は、一例として図4Aに例示したように、2本の改良体が一部ラップした形態の地盤改良杭5として実現される。
【0010】このような地盤改良杭5を、軟弱地盤中に図4Bのように不連続的な配置で施工する方式を通例「杭式改良」と呼ぶ。改良するべき軟弱地盤の面積Tに対して施工した前記地盤改良杭5(その平面積t)の面積比αを「改良率」と呼ぶ。したがって、改良率α=Σt1−i/Tの式が成り立つ。1−iは杭の本数を表す。
【0011】地盤改良の強度(圧縮強度)は、地層とセメント系凝固材の配合量が等しければ、ある一定の強度qを発現する。
【0012】したがって、改良された軟弱地盤全体(例えば面積T)としての強度fは、軟弱地盤本来の強度が地盤改良杭5の強度qに比べて十分小さい場合は、前記改良率αを採用して、次の[数1]のように算定される。
【0013】
【数1】 f=αq【0014】上記改良された軟弱地盤全体としての強度fは、上記粉粒体の山底面の積み付け部地盤に発生する応力σ以上でなければならないから、fとσとの関係は水平軸xに関して次の[数2]で表される。
【0015】
【数2】 f≧σ(x)
よって、 αq≧γH(1−tanψ×x/H)
【0016】したがって、地盤改良杭5の圧縮強度qが一定であるならば、前記改良率αは、次の[数3]の条件を満足しなければならない。
【0017】
【数3】 α≧γH/q×(1−tanψ×x/H)
【0018】以上の検討で明らかなように、粉粒体貯蔵地盤の最も合理的で経済的な改良工法は、粉粒体の山1の積載荷重に対して発生する応力分布(例えば図3のA部)の勾配に比例するように、積み付け部地盤の改良率αを、中心部分は強度が大きく成るように高密度に、外側部分へ行くに従って強度が小さくなるように疎に連続的に変化させて地盤改良を行えば良いことが理解される。勿論、中心部分の強度は、最大応力と同等の大きさでなければならないから、その改良率αは上記の[数3]の式を満たすことが要求される。
【0019】そして、応力分布に比例する最低限の改良率αの式は次の[数4]のようになる。
【0020】
【数4】 α(x)=γH/q×(1−tanψ×x/H)
【0021】但し、上記の[数4]は、地盤改良杭5の支持力(圧縮力q)についてのみ規定している。粉粒体貯蔵地盤の最大沈下量(図2参照)が規定される場合は、次の[数5]が採択される。
【0022】
【数5】 α(x)=β×γH/q×(1−tanψ×x/H)
但し、βは地盤の沈下(変位)に関する定数(1以上である)
【0023】上記の[数5]のように地盤の改良率αを定めた場合、地盤改良杭5の応力は、等しくて良いことが理解される。地盤改良杭5のヤング係数Eが、E=500q程度で設計されると、粉粒体貯蔵地盤の規定沈下量δは次の[数6]で求められる。
【0024】
【数6】 δ=q×D/β×E但し、Dは改良深度を表す。
【0025】もし、粉粒体貯蔵地盤の最大沈下を上記の規定沈下量δ以下に設計するときは、β=D/500×δの条件が当てはめられる。
【0026】一方、地盤の最大沈下δと法尻の最大水平変位δの関係は、施工対象地盤の異なるいくつかのケースのF.E.M解析により図2Cに示した関係が得られている。同図によりは、δとδの関係は次の[数7]の関係になる。
【0027】
【数7】 δ≒δ/5但し、上式の数字5は、地盤条件によって通常3〜5程度の範囲で変化する。
【0028】従って、法尻の最大変位δが規定されると、前記地盤の沈下(変位)に関する定数βは、次の[数8]のように求められる。
【0029】
【数8】 β=D/2500×δ【0030】以上の検討結果にしたがって、地盤の改良率αを変化させて地盤改良を行うことにより、粉粒体貯蔵地盤の沈下を防止し、且つ近接構造物への水平変位の悪影響を抑制、低減することができる(以上、請求項1記載の発明)。
【0031】ところで、粉粒体貯蔵地盤の沈下を防止し、且つ近接構造物への水平変位の悪影響を抑制、低減する目的は、一例として図3のA部に示した積み付け部地盤に発生する応力分布の勾配にそのまま比例させる実施形態には限らない。
【0032】例えば同じ図3のB部に例示したように、積み付け部地盤に発生する応力分布の勾配を段階的におよそ具現化する実施形態によっても達成可能である。
【0033】即ち、請求項2記載の発明の実施形態として図3のB部に例示したものは、中心部から半径約1/2部分までは最大応力値と対応する強度の改良率を一定化し、半径約1/2より外側部分では約1/2の強度に対応する強度の改良率に変化させて一定化した実施例である。このように改良率を一定化した段階の数を適宜に選択して組み合わせても、同様な目的を達成できる。
【0034】
【本発明が奏する効果】請求項1、2に記載した発明に係る粉粒体貯蔵地盤の改良工法は、周辺地盤条件に関係なく、地盤沈下を防止し、周辺構造物への水平変位による悪影響を最小限にする地盤改良強度を、「改良率」を変化させる手法により実現するので、煩雑な解析によることなく簡単、明解に設定して経済的、合理的に施工できるのである。




 

 


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