JP2009062779A - 既設地中構造物の止水工法及び止水構造 - Google Patents

Abstract

【課題】止水材を既設地中構造物の躯体の外周面に沿うように注入して板状の止水体を構築可能な止水工法を提供する。
【解決手段】既設地中構造物１の側壁１ａに対する止水構造２は、時間の経過に伴って硬化するゲル状の止水材が既設地中構造物１の側壁１ａの外周面１ｂに沿うように注入されて、硬化した止水体４を備える。止水体４は、側壁１ａの外周面１ｂに沿って板状にほぼ均一な厚さで構築される。止水材は、セメントミルクからなるＡ液と、セメントミルクをゲル化するためのゲル化剤及びゲルタイムを調整するためのゲルタイム調整剤を含むＢ液とを注入直前に混合することにより作製される。
【選択図】図１

Description

本発明は、既設地中構造物の止水工法及びその工法により構築される止水構造に関するものである。

一般的に、既設地中構造物内への地下水の浸入を防止する止水工法として、躯体に貫通孔を設け、この貫通孔を介して躯体の外周地盤にセメント等の止水材を注入して、止水体を構築し、止水する方法が用いられている。

例えば、特許文献１には、既設地中構造物内より側壁の貫通孔を介して止水材を側壁の外側の地盤中に注入して止水体を構築する工法が開示されている。かかる工法は、側壁に生じた割れ目を貫通孔として利用し、セメントミルクと急結剤とからなる止水材を側壁の外側に注入して止水体を構築し、止水するものである。
特開平３−２２４９１５号公報

特許文献１に記載の方法では、セメントミルクと急結剤とからなる止水材が地山の土砂の粒子間内に浸透し、図９び図１０に示すように、側壁１ａの貫通孔２５の位置を中心として地山内に同心円状に広がるので、略半球状の止水体２４が構築される。このように、止水体２４が略半球状に構築されるため、次に示すような問題点があった。（１）止水体の厚い部分と薄い部分とが存在するので、止水性能が位置によって異なる。（２）止水体の薄い部分、例えば、既設地中構造物の側壁の外周面に接する円周の縁付近の厚さは薄いので止水性能が低く、この部分を地下水が通過しやすい。（３）これをさけるためには、隣接する止水体を当該止水体の端部に重なるように構築しなければならない。かかる場合には、止水体間の距離を狭くする必要があり、多数の止水体を構築しなければならず、作業工期が長くなる。

そこで、本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、止水材を既設地中構造物の躯体の外周面に沿うように注入して止水性能の高い止水体を構築可能な止水工法を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明の既設地中構造物の止水工法は、既設地中構造物内への地下水の浸入を防止する止水工法において、時間の経過に伴って硬化するゲル状の止水材を前記既設地中構造物の外周面に沿うように注入することを特徴とする（第１の発明）。

本発明による既設地中構造物の止水工法によれば、ゲル状の止水材を注入するので、止水材は地山内の土砂等の粒子間に浸透することなく、地山と既設地中構造物の外周面との間に、この外周面に沿うように注入される。
また、止水材は、地山と既設地中構造物の外周面との間に、ほぼ一定の厚さで板状に注入されるので、注入された範囲内における止水性能をほぼ一定にすることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記既設地中構造物内より前記既設地中構造物の躯体を貫通する貫通孔を介して前記止水材を注入することを特徴とする。
本発明による既設地中構造物の止水工法によれば、既設地中構造物内より止水材を注入するので、大深度に構築された既設地中構造物の周囲にも施工可能である。

第３の発明は、第１の発明において、前記止水材は、当該止水材がゲル状になるまでの時間を調整するためのゲルタイム調整剤を更に含むことを特徴とする。
本発明による既設地中構造物の止水工法によれば、止水材はゲルタイム調整剤を含むので、ゲル化するまでの時間（以下、ゲルタイムという）を調整することが可能となる。また、ゲルタイムを調整することができるので、止水材が貫通孔内や貫通孔の出口付近でゲル化して貫通孔が閉塞することを防止可能となる。

第４の発明の既設地中構造物の止水構造は、既設地中構造物内への地下水の浸入を防止する止水構造であって、時間の経過に伴って硬化するゲル状の止水材が前記既設地中構造物の外周面に沿うように注入されてなることを特徴とする。

以上、説明したように、本発明の既設地中構造物の止水工法によれば、既設地中構造物の外周面に沿うように止水材を注入して止水性の高い止水体を構築することが可能となる。

既設地中構造物の止水工法は、既設地中構造物内への地下水の浸入を防止するものであり、以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。以下の実施形態においては、既設地中構造物の側壁を対象とした止水工法について説明するが、これに限定されるものではなく、頂版及び底版にも適用可能である。

図１は、本発明の実施形態に係る既設地中構造物１の側壁１ａに適用された止水構造２を示す模式図である。

図１に示すように、止水構造２は、時間の経過に伴って硬化するゲル状の止水材が既設地中構造物１の側壁１ａの外周面１ｂに沿うように注入されて、硬化した止水体４を備える。止水体４は、側壁１ａの外周面１ｂに沿って板状にほぼ均一な厚さで構築される。

止水材は、セメント剤及びセメント分散剤を水に混ぜて作製されるＡ液と、Ａ液をゲル化するためのゲル化剤及びＡ液のゲルタイムを調整するためのゲルタイム調整剤を水に混ぜて作製されるＢ液とを地山３に注入する前に混合して作製される。ゲルタイム調整剤の添加量は、止水材が地山３に注入される前後にゲル化するように、止水材の注入速度やＡ液とＢ液とを混合してから側壁１ａに設けられた貫通孔５の外周面１ｂ側端の注入口１ｃに到達するまでの時間等に応じて、適宜、調製される。

Ａ液とＢ液との混合の方法は、例えば、後述する実験のようにＹ字型の注入管１２を用いて（図４（ａ）参照）、各分岐部からＡ液、Ｂ液を注入し、この注入管１２内で混合する。ただし、Ａ液とＢ液との混合の方法は、これに限定されるものではなく、例えば、図２（ａ）に示すように、２本の注入管６ａ、６ｂからなる二重管を側壁１ａ内に設置して、これら注入管６ａ、注入管６ｂを介して注入されたＡ液とＢ液とが注入口１ｃ付近で混合するようにしてもよいし、図２（ｂ）に示すように、Ａ液とＢ液とを混合する混合部７ｃを設け、この混合部７ｃに２本の注入管７ａ、７ｂからそれぞれＡ液、Ｂ液を注入し、混合後の止水材を注入管７ｄから外周面１ｂ周囲へ注入するようにしてもよい。

地山３に注入される前後にゲル化するように調製された止水材は、側壁１ａ内に設けられた貫通孔５を介して既設地中構造物１内から地山３へ注入される。地山３に注入される際には、止水材はゲル状で地山３の土砂等の粒子間に浸透しにくいため、止水材は側壁１ａの外周面１ｂと地山３との間に注入される。このとき、止水材が側壁１ａの外周面１ｂと地山３との間に少しでも注入されれば、くさび効果により外周面１ｂに対してほぼ垂直な向きに、外周面１ｂと地山３との間を押し開くような力が作用するので、継続して止水材を注入することが可能になる。

外周面１ｂと地山３との間への止水材の注入作業が終了した後は、注入管１２等を引き抜きつつ止水材を貫通孔５内に注入し、貫通孔５より浸入する地下水を止水する。ただし、貫通孔５の止水方法は、これに限定されるものではなく、例えば、貫通孔５内から注入管１２等を引き抜いた後に、止水材を手作業で貫通孔５内に充填してもよい。

上述した止水材の注入方法及びこの注入方法により構築された止水体の止水性能を確認するためのモデル実験を行った。このモデル実験では、地山３を模した土槽１１内に、この土槽１１の側壁１１ａに設けた貫通孔１５から止水材を注入し、止水材の注入状態及び止水材の止水性能を確認した。以下に、このモデル実験結果について説明する。

まず、実験に用いた土槽１１について説明する。
図３は、本実験で用いた土槽１１を示す図である。図３に示すように、高さ１ｍ、幅２ｍ、奥行き０．６ｍの土槽１１内に、対象の地山３と同じになるように土砂１３を積層した。このとき対象の地山３と同様の締固め度になるように土砂１３を締固め機で締固めた。また、土槽１１の側壁１１ａは、止水材の注入状況を確認できるように透明なアクリル板１１ａを用い、このアクリル板１１ａに複数の貫通孔１５（＝１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を設けた。本実験においては、アクリル板１１ａの厚さを２０ｍｍとした。

次に、土槽１１内に注入する止水材について説明する。
表１は、本実験で用いた止水材の成分の配合割合を示す表である。表１に示すように、本実験においては、Ａ液の容量が５００Ｌになるようにセメント剤、セメント分散剤及び水の配合割合を、例えば、それぞれ２２５ｋｇ、６．７５ｋｇ、４１９Ｌとした。また、セメント剤は太平洋アロフィクスＭＣ（商品名、太平洋マテリアル株式会社製）を用い、、セメント分散剤はマイティ１５０（商品名、花王株式会社製）を用いた。

また、Ｂ液の容量が５００Ｌになるようにゲル化剤、ゲルタイム調整剤及び水を配合するとともに、ゲル化剤とゲルタイム調整剤との配合割合が異なる３種類のＢ液を作製した。具体的には、ゲル化剤、ゲルタイム調整剤及び水の配合割合は、例えば、試験条件１は、それぞれ３０３ｋｇ（＝２５０Ｌ）、４．５ｋｇ（＝２．０Ｌ）、２４８．０Ｌ、試験条件２は、それぞれ３０３ｋｇ（＝２５０Ｌ）、２．３ｋｇ（＝１．０Ｌ）、２４９．０Ｌ、試験条件３は、それぞれ２８５ｋｇ（＝２５０Ｌ）、３．６ｋｇ（＝１．６Ｌ）、２４８．４Ｌとした。ここで、ゲル化剤は、試験条件１及び試験条件２では、太平洋アロフィクスＳＩ（商品名、太平洋マテリアル株式会社製）を用い、試験条件３では、太平洋アロフィクスＳＳ（商品名、太平洋マテリアル株式会社製）を用いた。また、ゲルタイム調整剤はＧ／Ｔ調整剤（商品名、太平洋マテリアル株式会社製）を用いた。そして、これらＡ液とＢ液とを１対１の割合で混合して止水材とした。

［表１］

図４（ａ）は、本実験に係る止水材の注入方法を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、アクリル板１１ａの貫通孔１５に注入管１２を挿入し、この注入管１２を介して止水材をポンプで土槽１１内に注入する。なお、同図に示すように、注入管１２としてＹ字型に分岐した管を用い、各分岐部からＡ液、Ｂ液を注入して、注入管１２内でＡ液とＢ液とが混合されるようにした。

図４（ｂ）は、本実験に係る試験条件１及び試験条件２の止水材の注入方法を示す模式図である。図４（ｂ）に示すように、アクリル板１１ａの貫通孔１５ａ、１５ｃにそれぞれ注入管１２を挿入した。そして、試験条件１における止水材を貫通孔１５ａ内に挿入された注入管１２を介して土槽１１内に注入した。また、試験条件２における止水材を貫通孔１５ｃ内に挿入された注入管１２を介して土槽１１内に注入した。

図４（ｃ）は、本実験に係る試験条件３の止水材の注入方法を示す模式図である。図４（ｃ）に示すように、アクリル板１１ａの貫通孔１５ｂに注入管１２を挿入し、この注入管１２を介して試験条件３の止水材を土槽１１内に注入した。

表２は、本実験における止水材の注入条件を示す表である。表２に示すように、ゲルタイムが異なる条件で試験条件１〜３の止水材をそれぞれ土槽１１内に注入した。具体的には、試験条件１、試験条件２、試験条件３における止水材のゲルタイムをそれぞれ１６０秒、１０秒、８秒とし、これらの止水材の注入速度を２Ｌ／ｍｉｎとした。

試験条件１における止水材は、注入管１２を通って土槽１１内に注入された時点ではゲル化しておらず、土槽１１内に注入されてから数十秒後にゲル化し始めるものである。

一方、試験条件２及び試験条件３における止水材は、Ａ液とＢ液とが混合されて注入管１２を通る間にゲル化し、土槽１１内にはゲル化した状態で注入されるものである。

［表２］

図５は、本実験に係る試験条件１及び試験条件２の止水材の注入状況を示す図である。図５に示すように、試験条件１における止水材を、貫通孔１５ａを介して土槽１１内（図中左側）に注入し、試験条件２における止水材を、貫通孔１５ｃを介して土槽１１内（図中右側）に注入した。

試験条件１及び試験条件２における止水材を注入するとともに、注入状況をそれぞれ目視にて確認した。試験条件１では、止水材を１０分間注入したが、図５の点線丸枠内に示すように、止水材（図中黒い部分）がアクリル板１１ａの外周面１１ｂに沿って広がる様子は観察されず、土砂１３内に浸透していると考えて注入を停止した。

一方、試験条件２では、図５の実線丸枠内に示すように、止水材（図中黒い部分）がアクリル板１１ａの外周面１１ｂに沿って広がる様子が観察されたので、１０分３０秒間注入を行った。

次に、土槽１１を解体し、止水材の注入状態を確認した。
試験条件１における止水体４は、貫通孔１５ａの注入口１ｃから水平の奥行き方向に厚さ５４ｃｍ程度、左右方向に幅７０ｃｍ程度、上下方向に高さ８ｃｍ程度の範囲で土砂１３内に存在しており、アクリル板１１ａと土砂１３との間には、ほとんど注入されていなかった（図５点線丸枠内参照）。この結果より、試験条件１における止水材は、止水材がゲル化する前に土槽１１内に注入され、土砂１３の粒子間内に浸透注入したことがわかる。

一方、試験条件２における止水体４は、図６に示すように、貫通孔１５ｃの注入口１ｃから水平の奥行き方向に厚さ２．５〜４．０ｍｍ程度、左右方向に幅９０ｃｍ程度、上方に高さ５５ｃｍ程度、下方に高さ２０ｃｍ程度の範囲でアクリル板１１ａと土砂１３との間にアクリル板１１の外周面１１ｂに沿って広がるように注入していた。この結果より、試験条件２における止水材は、ゲル化した状態で土槽１１内に注入され、土砂１３の粒子間に浸透することが少なく、アクリル板１１ａと土砂１３との間に注入されたことがわかる。

次に、試験条件３における止水材を注入するとともに、注入状況をそれぞれ目視にて確認した。

図７（ａ）〜図７（ｃ）は、試験条件３における止水材を土槽１１内に注入してからそれぞれ１分後、１５分後、３２分後の状態を示す図である。
図７（ａ）の実線丸枠内に示すように、試験条件３における止水材は、貫通孔１５ｂの注入口１ｃを中心としてアクリル板１１ａの外周面１１ｂに沿うように注入されている。
また、図７（ｂ）の実線丸枠内に示すように、止水材の注入を続けると、止水材はアクリル板１１ａの外周面１１ｂに沿うように注入されており、注入時間が長くなるにつれて止水材の範囲は広くなっている。
そして、さらに止水材の注入を続けると、図７（ｃ）に示すように、３２分後には、アクリル板１１ａの外周面１１ｂに沿って注入された止水材が、アクリル板１１ａを完全に覆うように広がって土槽１１より露出し始めたので、止水材の注入を停止した。

上述した注入実験の結果より、試験条件３における止水材を連続して注入すると、止水材は、アクリル板１１ａと土砂１３との間に注入されるとともに、貫通孔１５ｂの注入口１ｃを中心にアクリル板１１ａの外周面１１ｂに沿って広がることが確認された。

次に、土槽１１を解体し、止水材の注入状態を確認した。
試験条件３における止水体４は、図８に示すように、貫通孔１５ｂの注入口１ｃから水平の奥行き方向に厚さ２．８ｍｍ程度で、アクリル板１１ａと土砂１３との間にアクリル板１１ａの外周面１１ｂの全面（縦１ｍ×横２ｍ）を覆うように存在していた。この結果より、試験条件３における止水材は、ゲル化した状態で土槽１１内に注入され、土砂１３の粒子間に浸透することなくアクリル板１１ａと土砂１３との間に注入されたことがわかる。

以上の実験結果からわかるように、本実施形態における既設地中構造物１の止水工法によれば、ゲル状の止水材を注入するので、止水材は地山３内の土砂等の粒子間に浸透することなく、地山３と既設地中構造物１の外周面１ｂとの間に、この外周面１ｂに沿うように注入される。この止水材が硬化して地下水を止水することが可能となる。また、止水材は、地山３と既設地中構造物１の外周面１ｂとの間に、ほぼ一定の厚さで板状に注入されるので、注入された範囲内における止水性能を一様にすることができる。

なお、本実験では、ゲルタイム調整剤の量を一定としたが、止水材の注入時間とともにゲルタイムが遅くなるようにゲルタイム調整剤の量を変化させると、注入口付近ですでにゲル化している止水材の周辺に注入した注入材が移動してゲル化するようになるので、より効果的に止水構造を形成することができる。

また、既設地中構造物１内より止水材を注入するので、地中に構築された既設地中構造物１の周囲にも施工可能である。

さらに、地山３に水みちが存在する場合は、既設地中構造物１の外周面１ｂからその水みちに止水材が注入されることで止水性が向上することになる。

本発明の実施形態に係る既設地中構造物の側壁に適用された止水構造を示す模式図である。 Ａ液とＢ液とを混合する方法を示す図である。 本実験で用いた土槽を示す図である。 本実験に係る止水材の注入方法を示す図である。 本実験に係る止水材の注入状況を示す図である。 試験条件２における止水材を注入した状態を示す図である。 試験条件３における止水材を土槽内に注入してから１分後、１５分後、３２分後の状態を示す図である。 試験条件３における止水材を注入した状態を示す図である。 従来の止水工法にて止水材を注入した状態を示す図である。 従来の止水工法にて止水材を注入した状態を示す図である。

符号の説明

１ 既設地中構造物
１ａ 側壁
１ｂ 外周面
１ｃ 注入口
２ 止水構造
３ 地山
４ 止水体
５ 貫通孔
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、７ｄ 注入管
７ｃ 混合部
１１ 土槽
１１ａ アクリル板
１１ｂ 外周面
１２ 注入管
１３ 土槽内の土砂
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 貫通孔
２４ 止水体
２５ 貫通孔

Claims (4)

1. 既設地中構造物内への地下水の浸入を防止する止水工法において、
   時間の経過に伴って硬化するゲル状の止水材を前記既設地中構造物の外周面に沿うように注入することを特徴とする既設地中構造物の止水工法。
2. 前記既設地中構造物内より前記既設地中構造物の躯体を貫通する貫通孔を介して前記止水材を注入することを特徴とする請求項１に記載の既設地中構造物の止水工法。
3. 前記止水材は、当該止水材がゲル状になるまでの時間を調整するためのゲルタイム調整剤を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の既設地中構造物の止水工法。
4. 既設地中構造物内への地下水の浸入を防止する止水構造であって、
   時間の経過に伴って硬化するゲル状の止水材が前記既設地中構造物の外周面に沿うように注入されてなることを特徴とする既設地中構造物の止水構造。