地基的减量化方法技术领域
本发明涉及地基的减量化方法，更详细地说涉及与以往的施工方法相
比能够将地基大幅地减量化的地基的减量化方法。
背景技术
近年来，在疏浚步骤等中产生的渣土的处理用地不足。难以确保新的
处理用地和/或广阔的处理用地，所以需要高效地使用有限的处理用地。作
为该对策的一环，可以列举地基的减量化。例如，在建造海上处理场时，
有时通过真空固结施工方法将填埋地基减量化而增大处理场的容纳能力
(例如，参照专利文献1)。
在真空固结施工方法中，在对象地基中插设多个竖向排水体后，设为
由气密片等覆盖地表面的状态，通过使真空泵工作而经过竖向排水体将地
基中的孔隙水向外部排出。由此，促进对象地基的固结而减量化。即，在
该施工方法中，使由与大气压的平衡所产生的负压载荷作用于地基，所以
仅能够进行基于通常所知的压力与固结下沉量的关系的减量化，不能实现
进一步的减量化。故而，为了实现当前所要求那样的大幅的减量化，还需
要别的施工方法。
作为用于减量化的其他施工方法，已知有在对象地基上进行堆土而减
量化的载荷堆土施工方法。然而，在该施工方法中通过堆土的载荷使地基
固结，所以难以将对象地基大幅地减量化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-167707号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供与以往的施工方法相比能够将地基大幅地减量
化的地基的减量化方法。
用于解决课题的技术方案
为了达成上述目的，本发明的地基的减量化方法，其特征在于：通过
将对象地基在预定范围内搅拌到预定深度，由此在该对象地基中形成被搅
动的区域，接下来，向该对象地基中插设排水体，经过该排水体将对象地
基中的水分从对象地基排出，由此使该对象地基的固结量增大而减量化。
在这里，为了经过所述排水体将对象地基中的水分从对象地基中排出，
能够使用在大气压下进行的排水施工方法。或者，能够使用在负压下进行
的真空固结施工方法。也可以，在经过所述排水体将对象地基中的水分从
对象地基排出后，向该对象地基施加向下的负载。例如，通过在形成了所
述被搅动的区域的对象地基上载置砂土，由此施加所述向下的负载。为了
形成所述被搅动的区域，例如，使地基改良机的搅拌翼在所述对象地基之
中旋转。例如，将所述对象地基的30％以上且80％以下的体积形成为所述
被搅动的区域。或者，将所述对象地基的50％以上的体积形成为所述被搅
动的区域。
发明效果
根据本发明，作为初始步骤而在对象地基中形成被搅动的区域从而人
为地破坏地基的粘土颗粒彼此的构造而使其相对于外力(载荷)的耐力(阻
力)大幅降低。接下来，向该对象地基中插设排水体，经过该排水体将对
象地基中的水分从对象地基排出，所以减量效果不在基于通常公知的压力
与固结下沉量的关系的减量效果的延长线上，能够得到更高级别的减量效
果。另外，在对象地基中夹有砂层的情况下，若作为初始步骤进行真空固
结施工方法，则难以确保气密性，有时得不到充分的减量效果的情况，但
是在本发明中就不会出现这样的问题。
附图说明
图1是例示对陆上的对象地基进行搅拌的本发明的搅拌步骤的说明
图。
图2是例示在大气压下通过排水体将形成了被搅动的区域的对象地基
的水分从对象地基中排出的步骤的说明图。
图3是例示图2的对象地基减量后的状态的说明图。
图4是例示在形成了被搅动的区域的对象地基上载置砂土而施加向下
的负载的步骤的说明图。
图5是例示对水底的对象地基进行搅拌的本发明的搅拌步骤的说明
图。
图6是例示通过排水体将形成了被搅动的区域的水底的对象地基的水
分从对象地基中排出的步骤的说明图。
图7是例示通过真空固结施工方法将形成了被搅动的区域的对象地基
的水分向地上排出的步骤的说明图。
图8是例示图7的对象地基减量后的状态的说明图。
图9是例示形成了被搅动的区域的对象地基的俯视图。
图10是表示形成了被搅动的区域的对象地基的别的例子的俯视图。
图11是表示形成了被搅动的区域的对象地基的别的例子的俯视图。
图12是例示形成了被搅动的区域的对象地基的侧视图。
图13是例示形成了被搅动的区域的对象地基的别的例子的侧视图。
图14是表示标准固结试验中的样品试样的间隙比与固结压力的关系
的曲线图。
图15是表示标准固结试验中的样品试样的体积变形与固结压力的关
系的曲线图。
图16是表示实际的地基的体积变形与固结压力的关系的曲线图。
图17是对利用本发明与真空固结施工方法的减量化的效果进行说明
的曲线图。
具体实施方式
以下，基于图示的实施方式对本发明的地基的减量化方法进行说明。
如图1所例示，本发明的地基的减量化方法，首先，通过对对象地基
5进行搅拌而在对象地基5中形成被搅动的区域6。对象地基5主要是粘性
土。在该搅拌步骤中，例如，使用地基改良机1将预先设定的对象地基5
在预定范围内搅拌到预定深度。
地基改良机1具有安装于旋转轴2的搅拌翼3，旋转轴2有液压电机4
旋转驱动。搅拌翼3上下二级地安装于旋转轴2，但是搅拌翼3的级数也
可以设为一级、三级等。在各级在水平方向上延伸设置的搅拌翼3的数量，
在该实施方式中分别是2根，但是也可以设为1根、3根等。旋转轴2的
数量并不限定于1根，也可以设为多根。
通过使该旋转轴2向下方移动到预定的位置而使搅拌翼3在对象地基
5中旋转，由此形成圆柱状的被搅动的区域6。一边使搅拌翼3(旋转轴2)
旋转一边向地表拉起从而完成了一个部位的搅拌步骤后，使搅拌翼3(旋
转轴2)移动到别的平面位置。在该别的位置，同样通过使旋转轴2向下
方移动而使搅拌翼3在对象地基5中旋转，由此形成被搅动的区域6。依
次重复进行同样的作业，形成对象地基5的被搅动到预定范围的预定深度
的区域6。
形成被搅动的区域6的搅拌步骤不仅限于地基改良机1也可以由其他
的各种装置按其他方法来进行。例如，也可以采用伴随着由挤压砂桩机
(sandcompactionpilemachine)的振动的杆的贯入以及拔出动作、PBD
(塑料板排水)机的杆的贯入以及拔出动作、土钻(earthauger)机的搅
拌动作、钻孔机的旋转搅动动作或者削孔动作。或者，也可以包含地基改
良机1在内组合这些装置和/或方法而进行。
所谓被搅动的区域6是指土颗粒彼此的连结变得比搅动前弱的状态而
孔隙水变得容易移动的区域。对象地基5的搅动情况，可以由使搅拌翼3
上下移动的速度和/或搅拌翼3的旋转速度而调整。在增大搅动状况的情况
下，减慢使搅拌翼3上下移动的速度，或者，使搅拌翼3在一定位置固定
(延长固定时间)地旋转。或者，通过加快搅拌翼3的旋转速度而进行搅
拌从而增大搅动状况。减小搅动状况的情况下，进行与增大搅动状况的情
况相反的操作。
也可以通过伴随着搅拌步骤，向对象地基5加水而容易地形成被搅动
的区域6。例如，预先在搅拌翼3设置喷射口，从该喷射口吐出水向对象
地基5加水。
在搅拌步骤后，如图2所例示那样在对象地基5中插设排水体7而进
行排水步骤。在该实施方式中，使用在大气压下使用排水体7进行排水步
骤的通常的排水施工方法。排水体7可以使用周知的部件，在排水体7的
插设中可以使用公知的插设装置。排水体7以适当的间隔在上下方向上插
设到到达被搅动的区域6的底面附近的位置。
在大气压下，对象地基5中的水分(孔隙水)W仅有该排水体7向地
上排出。所排出的水分W，例如使用水平排水体等向不同于对象地基5的
场所移送、排出。
被搅动的区域6的粘土粒子彼此的连结被人工破坏，该连结变为比被
搅动前松弛的状态。然后，在该松弛状态的对象地基5中插设有排水体7，
所以粘土粒子间的孔隙水经由排水体7向地上的排出得到促进从而固结量
增大而向下方下沉。即，如图3所例示，被搅动的区域6被减量化。
根据首先进行搅拌步骤而形成被搅动的区域6的本发明，不在基于通
常公知的压力与固结下沉量的关系的减量效果的延长线上，如后所述，能
够得到更高级别的减量效果。故而，与以往的施工方法相比能够将对象地
基5大幅地减量化，适于在建造海上处理场等时增大容纳能力。
另外，在对象地基5中夹有砂层的情况下，若作为初始步骤进行真空
固结施工方法，则有时难以确保气密性而不能得到充分的减量效果。然而，
即使假设在对象地基5中夹有砂层，在本发明中通过首先进行的搅拌步骤，
砂层变为与粘性土一起被搅动的状态。故而，也不会出现得不到充分的减
量效果这一问题。
例如，当在存在污染土的地基中产生挖掘砂土并需要向场外运送并处
理的情况下，需要非常高价的处理费用。在这里，若应用本发明而进行基
的减量化，则能够避免场外运送和/或处理。
也可以在经由排水体7将对象地基5中的水分W向地上排出后，向该
对象地基5施加向下的负载。由此，能够使对象地基5的固结量进一步增
大而减量化。在该负载步骤中，如图4所例示，在形成了被搅动的区域6
的对象地基5上载置建设砂土、疏浚砂土等砂土8。通过该载置的砂土8
的重量向对象地基5施加向下的负载。或者，也可以将岩石、混凝土块等
载置于对象地基5之上而施加向下的负载。仅通过在对象地基5上载置砂
土8等，即刻向对象地基5持久地施加向下的负载，所以负载步骤的工时
变得极少。
作为向对象地基5施加向下的负载的方法，并不限定于该方法，也可
以使用其他方法。例如，也可以通过公知的真空固结施工方法向形成了被
搅动的区域6的对象地基5进行真空固结施加而向下的负载。
对象地基5不仅有陆上地基，也有水底地基的情况。在该情况下，如
图5所例示，通过使用搭载于作业船13的地基改良装置1同样对对象地基
5进行搅拌，由此形成被搅动的区域6。在搅拌步骤后，如图6所例示，与
陆上地基的情况同样在对象地基5中插设排水体7并在大气压下(也加上
水压)进行排水步骤。之后的步骤也与陆上地基的情况同样。
首先进行搅拌步骤而形成的被搅动的区域6，其强度与搅动前相比发
生了下降。在该强度下降大的情况下，在进行排水体7的插设作业和/或之
后的将砂土8载置于对象地基5的作业时有时会过于不稳定。另外，在将
水底地基设为对象地基5的情况下，作业者和/或装置等载置于作业船，所
以不出现这样的问题。
因此，在被搅动的区域6的强度下降大的情况下，应用别的实施方式。
在这里的别的实施方式中，首先如图1所例示进行搅拌步骤，在对象地基
5中形成被搅动的区域6，接下来，如图7所例示，通过公知的真空固结施
工方法对形成了被搅动的区域6的对象地基5进行真空固结。在真空固结
施工方法中，在被搅动的区域6中插设真空固结用的排水体11，并将这些
排水体11的上端部连结于被连接于真空泵9的集水管12。对象地基5的
上部用气密性优异的密封层10覆盖。作为形成密封层10的方法，已知有
用盖或者覆盖件覆盖真空固结用的排水体11的上端部的方法。
通过在该状态下使真空泵9工作，在负压下经由排水体11将对象地基
5中的水分W向地上排出。由此，如图8所例示，使对象地基5的固结量
增大而减量化。伴随减量化，对象地基5的强度增大，所以，随后能够在
对象地基5上安全地进行各种各样的作业。例如，如图4所例示，在形成
了被搅动的区域6的对象地基5上载置砂土8而施加向下的负载。由此，
能够使对象地基5的固结量进一步增大而减量化。
为了将对象地基5充分减量化，将对象地基5的体积中被搅动的区域
6的比例设为30％以上，更优选设为50％以上。如果将被搅动的区域6设
为100％，则能够最大限度地减量化，但如果是30％以上、更优选是50％
以上则可得到充分的减量效果，并且能够削减形成被搅动的区域6的工时。
若考虑对象地基5的减量化效果与搅拌步骤的作业工时，则将对象地基5
的体积中被搅动的区域6的比例设为30％以上且80％以下，更优选设为
50％以上且80％以下。
在搅拌步骤中，能够通过各种方式形成被搅动的区域6，使得对象地
基5的体积中被搅动的区域6变为预定的体积比例。如图9所示，进行施
工，使得由1根旋转轴2的搅拌翼3形成的圆柱状的被搅动的区域6在对
象地基5的平面中纵横相邻地并列。或者，如图10所例示，使得由1根旋
转轴2的搅拌翼3形成的圆柱状的被搅动的区域6一部分重叠。而且，进
行施工，使得该重叠而形成的被搅动的区域6在对象地基5的平面中纵横
相邻地并列。或者，如图11所例示，进行施工，使得由1根旋转轴2的搅
拌翼3形成的圆柱状的被搅动的区域6在对象地基5的平面中以网格状并
列。在本发明中，并不限定于已述的被搅动的区域6的方式，可以遍及对
象地基5的全域随机进行搅拌而形成被搅动的区域6。
如果在深度方向上对被搅动的区域6进行说明，如图12所例示，进行
施工，使得由1根旋转轴2的搅拌翼3形成的圆柱状的被搅动的区域6变
为相同的预定深度。或者，如图13所例示，也可以进行施工，使得由1
根旋转轴2的搅拌翼3形成的圆柱状的被搅动的区域6的一部分或者全部
变为不同的深度。例如，通过将图9～图11所例示的平面上的被搅动的区
域6的形成状态与图12、图13所例示的深度方向上的被搅动的区域6的
形成状态适当组合，由此将对象地基5的体积中的被搅动的区域6的体积
设为预定比例。
另外，形成了被搅动的区域6的对象地基5的体积有时被预先设定，
但也可以如以下那样认定。在平面方向上，将连结被搅动的区域6的最外
侧的边缘而包围的区域的面积设为底面积。即，在图9～图11中，将用虚
线包围的区域的面积设为底面积。在深度方向上，将被搅动的区域6的最
深位置的深度设为高度。而且，将通过将上述的底面积与高度相乘而算出
的体积设为对象地基5的体积。
实施例
从某一现场采集接近当前地基的状态且混乱少的均匀的地基试样(高
度约100mm的圆柱状粘性土)，进行了标准固结试验(JISA1217：阶梯
载荷的固结试验)。地基试样的特性如表1所示。将该地基试样的高度方向
中央部的高度30mm的部分、其上下的各高度30mm的部分拔出而制作3
种样品试样。第1种样品试样(试样A)是将拔出的地基试样以原样的状
态插入到预定尺寸的固结环而制成的。第2种样品试样(试样C)是这样
制成的：通过以不使含水比变化的方式对地基试样的全量进行搅拌而完全
重新混合由此设为搅动的状态，并插入到固结环。第3种样品试样(试样
B)是这样制成的：通过以不使含水比变化的方式对地基试样的一半的量
进行搅拌而完全重新混合由此设为搅动的状态，剩余的一半的量有切割机
切成3mm～5mm见方大小的块状，然后，将搅动状态的地基试样与未搅
动的块状的地基试样均匀地混合而插入到固结环。m3
将与试样A、B、C有关的固结试验结果表示于图14、图15。图中的
圆标记表示试样A，三角标记表示试样B，菱形标记表示试样C。图中σ’VO
(200kPa)为有效上覆层压力(土被り圧)。图15是将纵轴从图14的间
隙比e变为样品试样的体积变形而表示的曲线图。
表1
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从图14、图15的结果可知，若样品试样的搅动比例不同，则固结压
力-间隙比曲线(固结压力-体积变形曲线)大为不相同。即，搅动比例越
大，固结压力-间隙比曲线(固结压力-体积变形曲线)自体越向下方移动。
可知，如果是相同的固结压力，则被搅动的试样B以及C与未被搅动的试
样A相比，间隙比e(或者体积变形)变小、固结量增大，对于减量化是
有利的。特别是可知，在有效上覆层压力下，对减量化就更为有利。另外，
可知，试样B的减量化效果相对于试样C稍小，但是即使是试样B(全体
积的50％是搅动状态)也可充分得到减量化效果。
另外，该当前地基的实际的固结压力-体积变形曲线变为图16所示的
虚线那样。即，即使是未被搅动的试样A也受到了试样采集(钻孔和/或应
力开放等)时的搅动的影响。
在图17中，用e1表示不将地基设为搅动状态地单纯使用真空固结施
工方法的情况下的间隙比e的下降情况。在真空固结施工方法中，一般而
言设为70～80kPa左右的真空状态，所以在表示试样A的数据的曲线上，
从有效上覆层压力σ’VO(200kPa)的位置移动到将固结压力增大了75kPa
的位置的场所的间隙比e成为要求的下降情况e1。在该图中，相对于试样
A的间隙比e的下降情况e1是0.07左右。
另一方面，在首先进行搅拌步骤并设为搅动了体积的50％的状态的情
况下(试样B)，间隙比e从表示试样A的数据的曲线上的有效上覆层压
力σ’VO(200kPa)的位置向下方移动到表示试样B的数据的曲线上。因此，
试样B相对于试样A的间隙比e的下降情况是e2，是约0.35左右从而能
够期待大幅的减量化。在设为搅动了体积的50％的状态的情况下(试样B)，
以后，间隙比e沿着表示试样B的数据的曲线下降，例如，相对于试样A
的间隙比e的下降情况是e3。对于首先进行搅拌步骤并设为搅动了体积的
100％的状态的情况(试样C)，由于同样的原理，也能够期待进一步的减
量化。这样可知本发明与以往的真空固结施工方法相比可得到大幅的减量
化效果。
附图标记说明
1：地基改良装置
2：旋转轴
3：搅拌翼
4：液压电机
5：对象地基
6：被搅动的区域
7：排水体
8：砂土
9：真空泵
10：密封层
11：真空固结用排水体
12：集水管
13：作业船