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地盤改良技術

大口径高圧噴射攪拌工法「ジェットクリート工法」

岩ずりなど様々な地盤をオーダーメイドで改良

鹿島グループのケミカルグラウトが開発したジェットクリート(JETCRETE)工法は、砂質土、粘性土地盤だけでなく、従来改良が難しかった岩ずりを含む砂礫地盤など、様々な地盤を対象に、改良径(直径0.5m~8.5m)と強度(0.1MN/m2~10MN/m2)を任意に設定できるオーダーメイドの地盤改良工法です。従来工法に比べて、産業廃棄物の量が少なく、高圧噴射の高性能化による工期の短縮、改良仕様を状況に合わせて設定できるためトータルコストの軽減を実現できます。改良の際、切削した土砂を、地上に排出させるため、周辺構造物に変状をきたすことが少ない工法です。小型施工機械を用いることで、狭隘な場所でも施工できます。

※「ジェットクリート」はケミカルグラウトの登録商標です。

図版:岩ずりを含む砂礫地盤での施工実績(愛媛県、岸壁の液状化対策)

岩ずりを含む砂礫地盤での施工実績
(愛媛県、岸壁の液状化対策)

キーワード

軟弱地盤、液状化、対策、地盤改良、深層混合処理、高圧噴射、大口径、オーダーメイド、基礎、杭、補強
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施工手順・適用事例

ジェットクリート工法は、超高圧のセメント系固化材とエアーを地中に噴射しつつロッドを回転させ、地盤を切削・撹拌することにより円柱状の改良体を造成します。本工法を支える基盤技術の一つが切削するための特殊噴射装置です。ジェットの流線が拡散しない、エネルギー効率を最大限に高めた特殊噴射装置により、従来工法と比べ自由度の高い施工を可能にしています。

図版:施工法の概要

施工法の概要

図版:実証実験結果

実証実験結果

橋脚などを支える基礎の耐震補強もジェットクリート工法で可能です。東日本旅客鉄道、東京モノレールの監修の下、鹿島が開発した鋼殻補強コンクリート地盤改良工法では、杭基礎周りの地盤をジェットクリート工法で改良することで、構造物を供用しながら杭基礎の耐震性を向上させることができます。

図版:鋼殻補強コンクリート地盤改良工法の施工場所(東京モノレール)

鋼殻補強コンクリート地盤改良工法の施工場所
(東京モノレール)

図版:営業線直下での地盤改良状況(東京モノレール)

営業線直下での地盤改良状況(東京モノレール)

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特長・メリットココがポイント

様々な目的にオーダーメイドの最適仕様で改良

砂質土、粘性土地盤、岩ずりを含む砂礫地盤など、様々な地盤を対象に、改良径(直径0.5m~8.5m)と強度(0.1MN/m2~10MN/m2)をオーダーメイドに設定できます。

改良の自由度が高いため、仮設から本設まで、また地山補強、止水対策、液状化対策、耐震補強など多くの工種を対象に本工法を利用することができます。目的に応じて、最適な仕様で改良できることから、その結果、コストの低減や工期短縮が可能になります。

図版:鹿島グループが保有する高圧噴射撹拌工法のラインアップ

鹿島グループが保有する高圧噴射撹拌工法のラインアップ

高い密着性

高圧噴射攪拌で改良するので、先行改良体と後行改良体の改良体相互が密着します。既存の構造物とも確実に密着した改良ができます。接合した箇所の品質が高いため、改良した地盤の性能(耐震性や止水性等)が向上します。

構造物との近接施工/極めて狭隘な箇所での施工

施工時の改良に伴い発生する地中変位が小さいことから、既設構造物に近接した箇所でも施工できます。また、小型特殊施工機械を用いることで、非常に狭隘な場所や空頭が制限された場所でも施工可能です。

杭基礎の耐震補強

杭基礎周辺地盤を地盤改良することで、基礎の耐震性を向上させることができます。例えば、鹿島が、東日本旅客鉄道、東京モノレールの監修の下、鹿島が開発した鋼殻補強コンクリート地盤改良工法では、杭基礎上部を鋼殻と補強コンクリートで補強し、地中深部の杭基礎をジェットクリート工法で地盤改良することで、基礎の耐震性向上を図ります。

図版:地盤改良による杭基礎の補強事例(鋼殻補強コンクリート地盤改良工法)

地盤改良による杭基礎の補強事例(鋼殻補強コンクリート地盤改良工法)

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適用実績

図版:海上部T型支柱杭(PC)耐震補強試験施工

海上部T型支柱杭(PC)
耐震補強試験施工

場所:東京都品川区

竣工年:2012年4月

発注者:モノレールエンジニアリング

目的:耐震補強

規模:群杭部耐震補強工事4基 鋼殻製作・設置工240t

地盤改良工 φ3.5m L=15.8m
32本 5,295m3 補強コンクリート896m3 アラミド補強30m2

図版:君津2高炉改修高炉基礎補強

君津2高炉改修高炉基礎補強

場所:千葉県君津市

竣工年:2012年4月

発注者:新日本製鐵

目的:耐震補強

規模:地盤改良工 Φ3.5m L=4.0m
204本 コアボーリング152本

図版:岸壁の液状化対策

岸壁の液状化対策

場所:愛媛県

竣工年:2012年6月

目的:液状化・側方流動対策

規模:施工対象土量8,579m3
地盤改良工 φ3.0m L=8.0m 17本

図版:名港LPG基地護岸流動化対策

名港LPG基地護岸流動化対策

場所:愛知県名古屋市

竣工年:2009年2月

発注者:東邦液化ガス

目的:側方流動対策

規模: 地盤改良工
Φ2.5m L=16.5m 135本
Φ2.5m L= 1.6m 2本
Φ3.0m L=16.5m 10本
Φ3.5m L=16.5m 7本

図版:旧法特定タンク新基準適合化

旧法特定タンク新基準適合化

場所:三重県四日市市

竣工年:2011年1月

発注者:三菱化学

施工目的:液状化対策

規模:地盤改良工 Ф2.5m 54本
造成延長459.6m 総改良材436.3m3

液状化対策用高圧噴射攪拌工法
「GEOPASTA®工法」

砂質土の液状化対策に最も効果を発揮する高圧噴射攪拌工法

鹿島とケミカルグラウト(鹿島グループ会社)が開発したGEOPASTA(ジオパスタ)工法は、N値が20以下の砂質土の液状化対策を対象とした高圧噴射攪拌工法です。液状化を防止できる強度として、一軸圧縮強度qu≧100kN/m2を目標に、地盤固化に必要な固化材量等の標準的な施工仕様を決定しています。改良対象地盤の条件が、本技術の適用地盤条件に一致すれば、改良仕様の決定が可能です。公共工事並びに民間工事の液状化対策で、使い易い工法になっています。

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GEOPASTA工法(動画)

キーワード

液状化、対策、地盤改良、深層混合処理、高圧噴射、大口径、地震、耐震、補強
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施工手順、標準施工仕様

GEOPASTA工法の施工は、ボーリング削孔の後、注入地盤にモニターを建込み、先端のノズルから超高圧・大流量のセメントスラリーを噴射させ、周囲の土砂を削り取りながら混合攪拌することで行います。GEOPASTA工法は、N≦20の砂地盤の液状化対策を対象としており、「GEOPASTA研究会:GEOPASTA技術・積算資料、平成23年10月」に基づき、施工仕様を決定することができます。造成される改良体の有効直径は、下表に示す通りです。

図版:施工法の概要

施工法の概要

図版:改良体の有効直径

改良体の有効直径

図版:タイプⅢ(直径5.0m)の施工実績

タイプⅢ(直径5.0m)の施工実績

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特長・メリットココがポイント

砂地盤の液状化対策

本工法は、砂地盤の液状化対策を目的とした工法です。少ない固化材使用量で改良地盤の所定の要求品質(一軸圧縮強度qu≧100kN/m2)を確保します。技術・積算資料が整備されているため、公共工事並びに民間工事で、使いやすい工法になっています。

図版:鹿島グループが保有する高圧噴射撹拌工法のラインアップ

鹿島グループが保有する高圧噴射撹拌工法のラインアップ

大口径改良体

最大直径5mの改良体の造成が可能です。

高い密着性/格子状改良

高圧噴射攪拌で改良するので、先行改良体と後行改良体の改良体相互が密着します。改良地盤の発現強度が高い場合には、高い密着性を生かして、格子状改良等の部分固化による液状化対策にも適しています。さらに、既存の構造物とも確実に密着した改良ができます。

図版:格子状改良の施工イメージ(平面図)

格子状改良の施工イメージ(平面図)

構造物との近接施工/狭隘箇所での施工

施工時の改良に伴い発生する地中変位が小さいことから、既設構造物に近接した箇所でも施工できます。また、狭隘な場所や空頭が制限された場所でも施工可能です。

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適用実績

図版:大阪港北港南地区岸壁改良

大阪港北港南地区岸壁改良

場所:大阪府大阪市

竣工年:2011年3月

発注者:国土交通省近畿地方整備局

施工目的:液状化対策

規模:タイプⅡ、Ⅲ34,700m3
地盤改良工
φ3.2m 135本 造成延長2,397.9m
φ4.5m 45本 造成延長686.4m

図版:震災液状化対策路盤改良(飛鳥物流C)

震災液状化対策路盤改良
(飛鳥物流C)

場所:愛知県海部郡 

竣工年:2007年12月

発注者:トヨタ自動車

施工目的:液状化対策

規模:タイプⅠ 地盤改良工
φ2.5m 316本 造成延長4,021m

図版:震災液状化対策路盤改良(衣浦ヤード)

震災液状化対策路盤改良
(衣浦ヤード)

場所:愛知県碧南市

竣工年:2007年9月

発注者:トヨタ自動車

施工目的:液状化対策

規模:地盤改良工 
タイプⅠ φ2.5m 1055本 造成延長6,712m タイプⅡ φ3.5m 32本
造成延長271m タイプⅢ φ4.5m 46本 造成延長527m

学会論文発表実績

  • 「ジオパスタ工法を用いた液状化対策の効果確認」,国交省航空局 第8回空港技術報告会,2007年12月
  • 「大阪港北港南地区GEOPASTA工法論文」,第66回土木学会全国大会,2011年
  • 「GEOPASTA工法」,地盤工学会 地震時における地盤災害の課題と対策 ─2011東日本大震災の教訓と提言,2011年 

大口径高圧噴射攪拌工法「SUPERJET®工法」

都市土木等の様々な工種の地盤改良に適用可能

SUPERJET(スーパージェット)工法では、超高圧・大流量のセメントスラリーを噴射させ、地盤と混合攪拌することで、最大直径5mの大型パイルを高速で造成します。従来技術であるコラムジェットグラウト工法より大幅な工期短縮とコストダウンが可能です。

鹿島とケミカルグラウト(鹿島グループ会社)が開発し、1993年に初の実施工を行って以来、底盤改良・先行地中梁の施工、シールドトンネルの発進・到達防護、構造物基礎の耐震改修及び液状化対策等、様々な目的・条件下での工事に採用されています。SUPERJET研究会で、N値が200以下の砂質土とN値が9以下の粘性土を対象に、造成仕様や固化材配合を統一し、設計・施工の技術資料を整備しています。本技術は、積算資料と一緒に、NETISに登録されていることから、公共工事並びに民間工事で、使いやすい工法になっています。

特許登録済

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SUPERJET工法(動画)

キーワード

軟弱地盤、地盤改良、液状化、対策、深層混合処理、高圧噴射、大口径、地震、耐震、補強
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施工手順、標準施工仕様による改良体直径

従来技術であるコラムジェット工法は水平一方向噴射で、地盤の硬軟に影響され易いため、直径2.0mを超える改良体の造成は困難でした。SUPERJET工法では、エネルギー損失が少ない特殊整流装置を内蔵した水平対向ジェットモニターと超高圧スラリーポンプを用いることで、品質の向上と改良径の増大を可能にしました。その施工は、ボーリング削孔の後、注入地盤にモニターを建込み、先端のノズルから超高圧・大流量のセメントスラリーを噴射させ、周囲の土砂を削り取りながら混合攪拌することで行います。注入単位時間あたりの改良土量は、高圧噴射攪拌工法の中でも最大級で、従来技術であるコラムジェットグラウト工法の10倍です。

SUPERJET工法は、SUPREJTE25(直径2.5m)、SUPERJET35(同3.5m)、SUPERJET50(同5.0m)の3タイプの施工仕様があります。「SUPERJET研究会:SUPERJET工法 技術資料、平成24年12月」より、SUPERJET50の場合の改良体直径を下表に示します。

図版:施工法の概要(舗装上で覆工板が使用できない場合の例)

施工法の概要(舗装上で覆工板が使用できない場合の例)

標準施工仕様で造成される改良体の直径(SUPERJET50 の場合)

標準施工仕様で造成される改良体の直径(SUPERJET50 の場合)

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特長・メリットココがポイント

標準施工仕様で、様々な目的に応じた改良

砂質土、粘性土地盤を対象に、技術資料に規定された標準施工仕様で施工します。技術資料が整備されているため、公共工事並びに民間工事で、使い易い工法になっています。以下に示すように様々な目的に本工法を利用することができます。

  • 底盤改良・先行地中梁の造成
  • 発進・到達防護
  • 土留め欠損部防護
  • 既設大型構造物防護
  • 液状化防止
  • 人工基礎地盤の造成
  • 構造物基礎の耐震改修

図版:鹿島グループが保有する高圧噴射撹拌工法のラインアップ

鹿島グループが保有する高圧噴射撹拌工法のラインアップ

大口径改良体

最大直径5mの改良体の造成が可能です。

在来工法
(コラムジェットグラウト工法)との比較

コラムジェットグラウト工法に比べ、高品質・高速施工が可能です。また、少ない固化材使用量で改良地盤の要求品質を確保できます。さらに、産業廃棄物も大幅に減量化できます。

図版:SUPERJET50

SUPERJET50

高い密着性

高圧噴射攪拌で改良するので、先行改良体と後行改良体の改良体相互が密着します。既存の構造物とも確実に密着した改良ができます。接合した箇所の品質が高いため、改良した地盤の性能(耐震性や止水性等)が向上します。

構造物との近接施工/狭隘箇所での施工

施工時の改良に伴い発生する地中変位が小さいことから、既設構造物に近接した箇所でも施工できます。また、狭隘な場所や空頭が制限された場所でも施工可能です。

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適用実績

図版:東関東自動車道酒々井インターチェンジ

東関東自動車道酒々井
インターチェンジ

場所:千葉県富里市

発注者:東日本高速道路

施工目的:変位防止、地耐力強化

規模:SUPERJET35 φ3.5m
58本 造成延長174m 改良土量1,953m3

図版:東京外環自動車道

東京外環自動車道

場所:千葉県市川市

発注者:東日本高速道路

施工目的:先行地中梁、沈下対策、ヒービング対策

規模:SUPERJET35 φ3.5m 547本
造成延長 改良長さ1,514m

図版:地盤改良

その他に、多数の実績があります。

学会論文発表実績

  • 「SUPERJET工法とその装置」,建設の機械化 1992年3月号,1992年3月
  • 「スーパージェット工法の試験施工」,基礎工 1991年6月号,1991年6月
  • 「大口径地盤改良工法の開発(その1~その5)」,第25回~第27回土質工学研究会発表会論文集,1990年,1991年,1992年,1993年6月,1994年6月

高圧噴射・機械攪拌併用 深層混合処理工法
「JACSMAN工法」

高品質(均質性・密着性)、短工期で大口径改良体を造成

鹿島グループのケミカルグラウトが開発したJACSMAN(ジャクスマン)工法は、盛土や開削工事の際に必要となる大規模な軟弱地盤対策工事や地中構造物の耐震補強工事等に利用できます。

改良体間や改良体・構造物間の密着性に優れ、改良体水平断面の出来形精度が高く、均質かつ大口径の改良体を造成できます。そのため、全面改良はもちろんのこと、施工精度に高い信頼性が求められる接円・壁状などの部分固化にも向いています。従来の機械攪拌式深層混合処理工法に比べ、大規模な改良の場合、地盤改良のコストダウンや工期短縮を図ることができます。さらに、施工時に発生する地盤変位が小さいことから、構造物に隣接した箇所の施工も安全に行うことができます。

※「JACSMAN」はケミカルグラウト、不動テトラの登録商標です。

NETIS QS-980153-A
特許登録済

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JACSMAN工法(動画)

キーワード

軟弱地盤、地盤改良、機械攪拌、高圧噴射、交差噴流、2軸、密着施工、大口径、地震、耐震、補強

従来工法との比較

JACSMAN工法は、2軸からなる機械攪拌翼のそれぞれの先端に交差噴流システムを採用しています。改良体の中心部は、機械攪拌翼で確実に攪拌混合し、同時に改良体の外周部は、クロスジェットで高圧噴射し、改良体を造成します。軸間の離隔と攪拌翼を大きくし、ジェットの力で拡大切削することで、大口径の改良体を造成できます。改良体相互の密着性が高く、従来困難とされているシートパイルの凹凸のあるような構造でも、密着施工が可能です。

九州新幹線新田原坂トンネルでは、改良体相互の密着性を生かしてJACSMAN工法施工機を利用して、グラウナーチ工法による施工を行うことで、改良率を低減し、コスト低減、工期短縮を実現しています。

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図版:JACSMAN工法概念図

JACSMAN工法概念図

図版:JACSMAN工法の改良緒元の概要

JACSMAN工法の改良緒元の概要

特長・メリットココがポイント

大口径で均質な改良体の造成

従来の装置で軸間と攪拌翼を大きくし、ジェットの力で拡大切削することで、従来式と比べ約3倍の大きさで一定径の改良体ができます。また、機械攪拌と交差噴流式高圧噴射攪拌を組み合わせることで、改良体の品質も向上します。

図版:xxxxxx

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様々な目的に応じた改良

以下に示すように様々な目的に本工法を利用することができます。

  • 底盤改良・先行地中梁の造成
  • 土留めの安定
  • 砂地盤の液状化対策
  • トンネル等各種構造物周りの地盤改良

図版:xxxxxx

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高い密着性/グラウナーチ工法

先行改良体と後行改良体の改良体相互の接合部が、高圧噴射攪拌で改良されるので、改良体どうしが密着します。さらに、既存の構造物とも確実に密着した改良ができます。高い密着性を生かして、グラウナーチ工法等、部分固化による改良も可能です。

図版:xxxxxx

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適用実績

図版:新田原坂トンネル

新田原坂トンネル

場所:熊本県鹿本郡

竣工年:2009年10月

発注者:鉄道建設・運輸施設整備支援機構

規模:改良区間長約450m

改良度量24.631m3

図版:西部浄化センター第3ポンプ施設

西部浄化センター
第3ポンプ施設

場所:山口県宇部市

竣工年月:2007年3月

発注者:山口県宇部市

規模:改良度量980m3

学会論文発表実績

  • 「水噴流と機会撹はんを併用した地盤改良工法の開発」,第28回土質工学研究発表会,1993年2月
  • 「水噴流と機会撹はんを併用した地盤改良工法の開発(その2)」,第29回土質工学研究発表会,1994年5月
  • 「国道357号湾岸千葉地区改良事業」,土木施工,第53巻第10号・通巻670号,2012年10月

アーチ形状の部分固化改良「グラウナーチ®工法」

アーチの構造的優位性で、改良率・コストを低減

軟弱地盤や液状化地盤を対象として深層混合処理工法などで固化改良を行う場合、コスト縮減、工期短縮の観点から、地盤全体ではなく効率的に部分的な改良を行う技術が求められています。

グラウナーチ工法は、構造的に優れた形式として古くから様々な構造物に取り入れられているアーチ形状に着目し、地盤中にアーチ状の改良体を形成する部分固化改良工法です。鹿島の固有技術である高圧噴射系の深層混合処理工法を用いることで、低い改良率においても確実なアーチ効果により優れた改良性能を発揮します。

特許登録済及び特許出願中

図版:グラウナーチ工法の概要図

グラウナーチ工法の概要図

キーワード

地盤改良、深層混合処理工法、部分固化改良、アーチ効果、既設構造物、地下水環境、地震、耐震、補強
改ページ

グラウナーチ工法の施工方法と分類

一般にCDM、DJMなどの深層混合処理工法で改良体を造成しますが、グラウナーチ工法では、JACSMAN工法をはじめとする高圧噴射系の深層混合処理を用いることで、確実に一体化されたアーチ状の固化改良体を地中に構築することができます。

固化改良体の形態としては、鉛直荷重に対してアーチ効果を作用させ支持性能を向上させるタイプと水平荷重による側方変位を抑制するタイプに分けられ、前者については、支持層に着底させるタイプと、支持層が深く沈下がある程度許容される場合には非着底とするタイプに分けられます。

図版:施工機械と改良体出来形

施工機械と改良体出来形

図版:固化改良体の形態(上図:鉛直・非着底タイプ、下図:水平タイプ)

固化改良体の形態
(上図:鉛直・非着底タイプ、下図:水平タイプ)

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特長・メリットココがポイント

アーチ効果による優れた耐震性

遠心模型実験と弾塑性FEM解析により、載荷に伴うアーチ状改良体の挙動を評価しました。

  • 荷重増加に伴い、クラウン部にやや引張り応力が発生しますが、圧縮応力が最大となるのは根入れ部よりもやや高い位置となります。
  • 改良体側部の変位も微小ですが、圧縮応力が最大となる深さ付近で大きくなる傾向がみられます。
  • 神戸波600galを作用させても、改良体に大きな変状はみられません。

同様に、アーチ改良体の周辺地盤についての挙動を評価しました。

  • アーチ構造で荷重を支持するため、改良体内外の過剰間隙水圧は非常に小さいことがわかります。
  • 同様に、支持地盤での土圧増加は小さく、地表面沈下も非常に小さい結果が得られました。
  • 神戸波600galを作用させた場合、改良体内部地盤の土圧、過剰間隙水圧は、外部地盤に比較して発生が抑制されることが確認されました。

図版:遠心模型実験の概要

遠心模型実験の概要

図版:アーチ改良体のひずみ分布

アーチ改良体のひずみ分布

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構造安定性の向上等、アーチ効果の期待効果

施工環境・条件に応じたアーチ形状を検討することで、構造安定性の向上、改良率の削減に加え、地盤中の既設構造物を回避して施工することが可能、地下水流を阻害せず流況の保全が可能といった効果も発揮します。

 

図版:周辺地盤の間隙水圧分布

周辺地盤の間隙水圧分布

適用実績

図版:新田原坂トンネル

新田原坂トンネル

場所:熊本県鹿本郡

竣工年:2009年10月

発注者:鉄道建設・運輸施設

整備支援機構

規模:改良区間長約450m

図版:常陸太田トンネル

常陸太田トンネル

場所:茨城県常陸太田市

竣工年:2011年3月

発注者:茨城県

規模:改良区間長約75m

学会論文発表実績

  • 「地盤改良におけるアーチ形状効果」,地盤工学会第39回地盤工学研究発表会,2004年
  • 「非着底式アーチ状地盤改良における改良効果について」,地盤工学会第40回地盤工学研究発表会,2005年
  • 「アーチ状地盤改良工法の開発」,鹿島技術研究所年報,Vol.53,2005年
  • 「周辺環境条件を配慮し、新技術を駆使したトンネル工事」,日本トンネル技術協会第62回施工体験発表会(山岳),2008年
  • 「小土かぶり灰土地山をNATMで施工 ──新田原坂トンネル(特集 九州新幹線)」,土木施工52(2),2011年2月

地盤改良技術 インデックス

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