JP2006291452A - 薬液注入による地盤改良工法 - Google Patents

Abstract

【課題】
薬液注入による地盤改良工法において、土壌間空隙より少ない薬液使用量であっても、液状化がより効果的に防止できる薬液注入による地盤改良工法の提供。
【解決手段】
改良しようとする地盤１０中に上下方向及び水平方向に間隔を隔てて多数の薬液注入位置を設定し、その各薬液注入位置に地盤固化用の薬液を注入することにより地盤１０中の土壌間空隙内に薬液を浸透させるに際し、各薬液注入位置において、所定量の薬液を注入した後、先に注入された前記薬液浸透部の中央部分に該薬液浸透部を押し広げる薬液浸透部拡張用液体を注入することにより、改良地盤中に独立した複数の拡張用液浸透部Ｗを散在させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、主として砂質地盤の液状化防止を目的とした薬液注入による地盤改良工法に関する。

従来、地震発生時における砂質地盤の液状化防止の工法としては、地中に一定間隔毎に縦向きの透水性砂杭を形成し、地震によって遊離した砂土壌間隙水を、前記砂杭を通じて排出させることによって地盤の液状化を防止するサンドコンパクションパイル工法や、回転軸の外周に撹拌翼を備えるとともに該撹拌翼からセメントミルクなどの固化材を吐出できるようにした地盤撹拌器を使用し、該地盤撹拌器を縦向きに地盤中に回転させながら挿入し、地盤を撹拌させながら固化材を注入することにより地盤中に固化材を混合させ、これによって縦向きの円柱状をした地盤固化柱を形成する機械撹拌方式による地盤改良工法（深層混合工法とも称される工法）がある。

これらの工法は、既存の建造物下の地盤に対して施工する場合には、既存建物を撤去しなければならない場合が多く、また撤去しなくともその建物共用停止期間が長くなり、社会的影響が大きいという問題がある。更に使用機材や固化剤に多くの費用を要し、経済的理由による問題も大きい。

これらの問題を解決できるものとして、近年、土壌間隙に固化用の薬液を浸透させて、地盤の強度を高める溶液型薬液注入工法（浸透固化処理工法とも称されている）が開発されている。この方法は、地盤中にシリカ系の溶液型薬液を注入して固化する工法であり、地盤中に挿入したストレーナを通じて薬液を注入することによって地盤を固化させる工法である。

この薬液注入工法は、ドリリングマシンを使用することによって、垂直のみならず、傾斜方向、水平方向、更にはそれらを織り交ぜた方向の穿孔が可能であるため、基礎杭や地中配管が複雑に入り組んでいる石油貯蔵設備下のような地盤に対しても既存施設の共用を停止させないで施工できるという利点がある（例えば非特許文献１）。

また、この薬液注入工法において、地盤をより均一に固化させるための工法（例えば特許文献１）や、使用する薬液量をより少なくして必要な地盤改良を行うための工法（例えば特許文献２）が開発されている。

特許文献２に示されている使用薬液量を減少させる方法は、図８に示すように地盤改良予定地盤１中に所定間隔毎に設定した多数の薬液注入点aからそれぞれストレーナ２を使用して薬液を注入することにより、各注入点を中心にしてその周囲に球状に薬液を浸透させて球状固化体３，３……多数を形成するものであり、その際の薬液注入量を調整して球状固化体３，３相互間を互いに接触させることによって、安定した固化地盤を形成させるものである。図９（ａ）〜（ｄ）は注入量の違いによる改良率を示しており、（ａ）は改良率が１００％である場合、（ｂ）は改良率が７０％である場合、（ｃ）は改良率が５０％である場合、（ｄ）は改良率が３０％である場合をそれぞれ示している。地盤中の地下水を除いた場合の土壌間空隙量に対する５０％以上の薬液を注入した場合に（ｃ）に示すように球状固化体３，３が接触し、相互に移動不能となって安定した地盤が形成されるものである。
平成１１年３月発行「基礎工 Ｖｏｌ．２７，１９９９−３」第２７頁〜第２９頁「既設構造物直下の液状化対策工法」林健太郎 山崎浩之 特許第３１９３９５０号公報 特開平１１−１３１４６７号公報

上述した従来の薬液注入工法における薬液使用量の低減化方法では、各球状固化体間に未改良部分を残すことによって薬液使用量を低減させてコストダウンを図るものであるが、この場合、薬液量が少ないと地盤中に残る未改良部分が連続した状態となり、このため、図１０に示すように、地震発生時に改良範囲の外側で生じた液状化によって発生した過剰土壌間隙水圧が改良範囲４内に作用し、球状固化体間の未改良部分を液状化させるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑み、土壌間空隙より少ない薬液使用量であっても、液状化がより効果的に防止できる薬液注入による地盤改良工法の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、改良しようとする地盤中に上下方向及び水平方向に間隔を隔てて多数の薬液注入位置を設定し、その各薬液注入位置に地盤固化用の薬液を注入することにより該地盤中の土壌間空隙内に薬液を浸透させ、互いに隣り合う薬液注入位置に形成される薬液浸透部の外周部分が地盤中で連続されて連続した固化体が形成されるようにしてなる薬液注入による地盤改良工法において、前記各薬液注入位置において、所定量の薬液を注入した後、先に注入された前記薬液浸透部の中央部分に該薬液浸透部を押し広げる薬液浸透部拡張用液体を注入して各薬液浸透部を拡張させ、該各薬液浸透部の外周部分を連続させて互いに連続した固化体となすと共に該固化体内に拡張用液浸透部をそれぞれ独立した状態で散在させることにある。

請求項２に記載の発明特徴は、前記請求項１の構成に加え、薬液浸透部拡張用液体の注入により、互いに隣り合う薬液浸透部間に薬液未注入部分が残らない状態まで拡張させることにある。

請求項３に記載の発明特徴は、前記請求項１又は２の構成に加え、改良しようとする地盤にドリリングマシンにより注入作業孔を穿孔し、該注入作業孔にストレーナを挿入し、該ストレーナに形成した同一の注液ノズルを使用して薬液及び薬液浸透部拡張用液体を順に注入することにある。

請求項４に記載の発明特徴は、前記請求項１，２又は３の構成に加え、ストレーナの注液ノズル位置を挟む上下の２箇所に、注水によって膨張するパッカーを設置しておき、注入作業孔内にストレーナを所定の深さまで挿入した後、前記パッカーを膨張させて前記注液ノズルの上下において該ストレーナと地盤に開けた注入作業孔の内面との隙間を水密状態に埋めた状態で前記薬液及び薬液浸透部拡張用液体の注入を行うことにある。

請求項５に記載の発明特徴は、前記請求項１〜３又は４の構成に加え、地盤固化用の薬液として、シリカ系水溶液型薬液を使用することにある。

請求項６に記載の発明特徴は、前記請求項１〜４又は５の構成に加え、薬液浸透部拡張用液体として水を使用することにある。

本発明に係る薬液注入による地盤改良工法においては、請求項１のように改良しようとする地盤中に上下方向及び水平方向に間隔を隔てて多数の薬液注入位置を設定し、その各薬液注入位置に地盤固化用の薬液を注入することにより該地盤中の土壌間空隙内に薬液を浸透させ、互いに隣り合う薬液注入位置に形成される薬液浸透部の外周部分が地盤中で連続されて連続した固化体が形成させるに際し、前記各薬液注入位置において、所定量の薬液を注入した後、先に注入された前記薬液浸透部の中央部分に該薬液浸透部を押し広げる薬液浸透部拡張用液体を注入して各薬液浸透部を拡張させ、該各薬液浸透部の外周部分を連続させて互いに連続した固化体となすと共に該固化体内に拡張用液浸透部をそれぞれ独立した状態で散在させるようにすることにより、地盤固化用の薬液浸透部は、内部に別の液体が充填された球形の殻状に拡張されて隣接するものと一体がされるため、高価な薬液の使用量が減少し、コスト減が図られる。

また、請求項２のように、薬液浸透部拡張用液体の注入により、互いに隣り合う薬液浸透部間に薬液未注入部分が残らない状態まで拡張させることにより、地盤改良を施した範囲内には、全体が薬液によって固化され地盤内に、拡張用液浸透部が独立して一定間隔を開けた状態で散在することとなり、地震時に地盤改良範囲外の遊離水によって加圧されたとしても、改良部分にこれが流れ込むことがなくなり、液状化がより完全に防止される。

更に、請求項３のように、改良しようとする地盤にドリリングマシンにより注入作業孔を穿孔し、該注入作業孔にストレーナを挿入し、該ストレーナに形成した同一の注液ノズルを使用して薬液及び薬液浸透部拡張用液体を順に注入することにより、効率よく薬液及び薬液浸透部拡張用液体の注入がなされる。

更に、請求項４のようにストレーナの注液ノズル位置を挟む上下の２箇所に、注水によって膨張するパッカーを設置しておき、注入作業孔内にストレーナを所定の深さまで挿入した後、前記パッカーを膨張させて前記注液ノズルの上下において該ストレーナと地盤に開けた注入作業孔の内面との隙間を水密状態に埋めた状態で前記薬液及び薬液浸透部拡張用液体の注入を行うことにより、地盤に対する注入面を両パッカー間の間隔を広く取ることによって大きくでき、また、ストレーナの全周から地盤への注入が可能になり、注入孔率が高い。

更に、請求項５のように、地盤固化用の薬液として、シリカ系水溶液型薬液を使用することにより、安定度の高い固化地盤を形成できる。

更に、請求項６のように、薬液浸透部拡張用液体として水を使用することにより、使用材料費が廉価となり、コストがより低減される。

次に本発明の実施の形態を図１〜図７に示した実施例に基づいて説明する。図１はストレーナを使用した液体注入の状態を示しており、図において１０は地盤改良予定地盤であり、１１はドリリングマシンによって地表より先行した注入作業孔、１２は該注入作業孔に挿入したストレーナ、１３はストレーナ１２へ注入液を圧送する加圧送液装置である。ストレーナ１２内には中心部分に注入液流路１４が形成され、その上端より加圧送液装置１３より注入しようとする液体が供給されるようになっている。

ストレーナ１２には注入液流路に１４に連通した注液ノズル１５が外周の所定位置に開口され、その注液ノズル１５を挟む上下の位置にパッカー１６，１６が備えられている。このパッカー１６，１６は内部に水などの液体を注入することにより膨張し、ストレーナ１２の外周と注入作業孔１１の内周面との間の隙間を液密状態に閉鎖するものであり、ノズル位置を所定の注入位置高さになるようにストレーナ１２を挿入した後、パッカー１６，１６に注水して膨張させ、ノズル上下のストレーナ外周隙間を閉鎖させ、この状態で加圧送液装置１３から注入液を注入する。これによって注入された液体は、パッカー１６，１６間の注入作業孔全内周面から注入液が地盤１０中に、注入位置ａを中心にして放射状に浸透し、球状の液浸透部Ｍが造成される。

同様にして図２に示すように、改良予定地盤１０の表面より前後左右に一定間隔を隔て、多数の注入作業孔１１，１１…を格子状配置乃至は千鳥上配置に多数穿孔し、注入作業孔１１，１１…毎に液体の注入作業を行う。

また図３に示すように、各注入作業孔１１において上下に所定間隔を置いて注入位置ａを設定し、改良予定地盤１０の全深さにわたって順次一定間隔毎に液体の注入作業を行い、図４に示した模式図のように、液浸透部Ｍ，Ｍ……が上下左右に略等間隔に造成され、それらの周囲が隣り合うものと連続させるようにする。

各注入位置ａでは先ず始めに予め設定した所定量の地盤固化用の薬液（以下単に薬液と記す）を注入する。これによって図５（ａ）に示すように、地盤中に、注入位置ａを中心にして球形に薬液が浸透した薬液浸透部Ｍ１が形成される。ついで同じストレーナ１２を使用して薬液浸透部拡張用液（以下単に拡張用液と記す）を注入する。これによって図５（ｂ）に示すように、拡張用液浸透部Ｗが注入位置ａを中心にして形成され、この拡張用液によって薬液が半径方向に拡張され、中心部に拡張用液が充填されたから球形殻状の薬液浸透部Ｍ２が形成される。

このようにして、拡張用液浸透部Ｗを中心部に有する球形殻状の薬液浸透部Ｍ２を注入位置ａ，ａ……毎に形成し、隣り合う薬液浸透部Ｍ２が互いに連続されるように順次、薬液及び拡張用液の注入を行う。このようにして予定改良地盤全域に亘って薬液注入を行うことにより、各注入位置ａを中心にした各薬液注入部Ｍ２，Ｍ２……が一体化して固化した改良地盤が形成される。

各注入位置ａにおける薬液及び拡張用液の注入量を調整することによって、図６に示すように隣り合う薬液浸透部Ｍ２，Ｍ２……によって囲まれる未浸透部Ｓ，Ｓ……を残し、その各未浸透部が互いに連通する形状、又は未浸透部が残らないように地盤改良予定地盤全域に薬液及び拡張用液が浸透した形状のいずれかを、改良地盤の必要度に応じて選択する。

前述した未浸透部Ｓ，Ｓ……間を互いに連通させた状態で隣り合う薬液浸透部Ｍ２，Ｍ２……間を連続させる場合には、薬液と拡張用液の合計量が土壌間空隙量の５０％であればよく、この場合に必要な薬液量と拡張用液との量割合を、例えば２：１程度とすると、前述した従来例に薬液使用量の２／３に減量させることができる。

また、未浸透部が残らないように薬液浸透部Ｍ２，Ｍ２……が連続する形状に固化させた場合の改良地盤は、拡張用液浸透部Ｗのみが、薬液浸透部Ｍ２，Ｍ２……によって単独の状態に分離された状態で改良地盤中に分散されて存在することとなり、全域に薬液を浸透させる従来技術に比べ、注入されている拡張用液量分の薬液を節減させることができ、しかも分散されている拡張用液浸透部は、周囲と完全に隔離されているため、地震発生時において流れ出ることが無く、また改良地盤周囲の過剰土壌間隙水圧が改良地盤に作用しても、液状化が生じることがない。

尚、上述した薬液には、シリカ系溶液型薬液が使用でき、所謂「水ガラス」製造用の原料である Na₂O/nSiO₂ 又は K₂O/nSiO₂とその硬化剤である無機塩類、有機塩類、金属酸化物、金属水酸化物、無機酸、有機酸、酸性塩、塩基性塩等とを組み合わせて調製したもの並びにシリカ微粒子とその硬化剤、例えば本出願人の一方である旭電化工業株式会社製のパーマロック NS (商標) とを組み合わせて調製したものとに大別される。両者は薬液の構成素材や固化原理が若干異なるが、本発明の原理は何れの場合にも適用可能である。

また、拡張用液には水が使用できるが、この他、例えば薬液と混合されにくいように粘性土を調整した水溶液等、その他の液体で廉価に入手できるものが使用できる。

本発明に係る地盤改良工法における薬液注入状態の一例を示す縦断面図である。 本発明における地盤改良工法の注入作業孔の配置を示す平面図である。 同上の縦断面図である。 本発明における地盤改良工法の薬液注入状態の一例を示す模式図である。 本発明方法における薬液及び拡張用液の地盤への浸透状態を示す縦断面図である。 本発明方法における改良地盤の一例を示す縦断面図である。 同他の例を示す縦断面図である。 従来工法における薬液注入状態を示す縦断面図である。 同上の改良率を違えた場合の例を示す模式図である。 同上の工法における地震時における周囲からの過剰土壌間隙水圧を示すための説明図である。

符号の説明

１０ 地盤改良予定地盤
１１ 注入作業孔
１２ ストレーナ
１３ 加圧送液装置
１４ 注入液流路
１５ 注液ノズル
１６ パッカー
ａ 注入位置
Ｍ 液浸透部
Ｍ１ Ｍ２ 薬液浸透部
Ｗ 拡張用液浸透部

Claims (6)

1. 改良しようとする地盤中に上下方向及び水平方向に間隔を隔てて多数の薬液注入位置を設定し、その各薬液注入位置に地盤固化用の薬液を注入することにより該地盤中の土壌間空隙内に薬液を浸透させ、互いに隣り合う薬液注入位置に形成される薬液浸透部の外周部分が地盤中で連続されて連続した固化体が形成されるようにしてなる薬液注入による地盤改良工法において、
   前記各薬液注入位置において、所定量の薬液を注入した後、先に注入された前記薬液浸透部の中央部分に該薬液浸透部を押し広げる薬液浸透部拡張用液体を注入して各薬液浸透部を拡張させ、該各薬液浸透部の外周部分を連続させて互いに連続した固化体となすと共に該固化体内に拡張用液浸透部をそれぞれ独立した状態で散在させることを特徴としてなる薬液注入による地盤改良工法。
2. 薬液浸透部拡張用液体の注入により、互いに隣り合う薬液浸透部間に薬液未注入部分が残らない状態まで拡張させることを特徴としてなる請求項１に記載の薬液注入による地盤改良工法。
3. 改良しようとする地盤にドリリングマシンにより注入作業孔を穿孔し、該注入作業孔にストレーナを挿入し、該ストレーナに形成した同一の注液ノズルを使用して薬液及び薬液浸透部拡張用液体を順に注入する請求項１又は２に記載の薬液注入による地盤改良工法。
4. ストレーナの注液ノズル位置を挟む上下の２箇所に、注水によって膨張するパッカーを設置しておき、注入作業孔内にストレーナを所定の深さまで挿入した後、前記パッカーを膨張させて前記注液ノズルの上下において該ストレーナと地盤に開けた注入作業孔の内面との隙間を水密状態に埋めた状態で前記薬液及び薬液浸透部拡張用液体の注入を行う請求項１，２又は３に記載の薬液注入による地盤改良工法。
5. 地盤固化用の薬液として、シリカ系水溶液型薬液を使用する請求項１〜３又は４に記載の薬液注入による地盤改良工法。
6. 薬液浸透部拡張用液体として水を使用する請求項１〜４又は５に記載の薬液注入による地盤改良工法。

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