JP2014084554A - 高粘性流体材料を用いた地盤の液状化防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な方法でありながら、適切かつ確実に地盤の液状化強度を向上させることが可能な地盤の液状化防止方法を提供する。
【解決手段】 改良対象となる地盤中に注入管１０を挿入し、当該注入管１０により地盤中に強度を必要としない高粘性流体材料を注入することにより、土粒子間に存在する間隙に高粘性流体材料６０を充填し、又は土粒子間に存在する間隙水を当該高粘性流体材料６０と置換して、地盤の液状化を防止する。高粘性流体材料は、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等の水溶性セルロースエーテルとすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤の液状化防止方法に関するものであり、詳しくは、高粘性流体材料を用いて改良対象地盤のせん断強度を高めることにより、地盤の液状化防止を行うための方法に関するものである。

埋め立て地をはじめとして、地下水位が高い砂質地盤では、地震の震動により液状化現象が発生し、マンホールや下水管が押し上げられて地表面から突出したり、建造物が傾いたりする被害が発生している。このような液状化現象を未然に防止するためには、液状化が懸念される地盤に対して改良工事を行わなければならない。

従来から行われている地盤の液状化防止方法には種々のものがある。例えば、飽和状態の地盤中の地下水位を低下させることにより、地盤を不飽和化させて液状化を防止する方法（特許文献１参照）、深層混合処理工法により地盤中に格子状の地盤改良体を形成する方法（特許文献２参照）等が知られている。

特許文献１に記載された技術は、液状化を防止すべき地盤から地下水を揚水して地下水位を一時的に低下させることにより、地盤中の間隙水に気泡などの気相を混在せしめてその飽和度を低下せしめた後、地下水位の自然上昇に伴う飽和度の自然上昇の状況を監視しつつ、飽和度を設定値以下に維持するための再揚水を断続的に行う技術である。この地盤の液状化防止方法では、対象領域の地盤を取り囲むように止水壁を設けて周囲地盤からの地下水の流入を抑制する。また、対象領域の地盤の表層部に被覆層を設けて間隙水に混在せしめた気泡などの気相部分が地表から散逸して水と置換することを抑制する。

特許文献２に記載された技術は、地盤に貫入した噴射管の噴射口から、空気を含む高圧流体ジェットを噴射して地盤を切削しつつ攪拌する工程と、噴射管を上昇させる工程とを行うことにより地盤改良体を形成するものである。

特開２００２−２５６５４０号公報 特開２０１２−６２６１６号公報

しかし、特許文献１に記載された技術は、対象領域の地盤を取り囲むように止水壁を設けて周囲地盤からの地下水の流入を防止するものであり、止水壁の構築や井戸の掘削等、大がかりな工事が必要であった。また、地下水を低下させることにより、地盤沈下や地下水の枯渇等の問題もあった。

また、特許文献２に記載された技術は、液状化対策工法の中でも比較的低コストであるため、大規模な工事を行う場合には優位な液状化対策工法であると言える。しかし、近年問題となっている既存宅地の液状化対策のように小規模な工事を行う場合には、コスト面での優位性が低減してしまう。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、簡便な方法でありながら、適切かつ確実に地盤の液状化強度を向上させることが可能な地盤の液状化防止方法を提供することを目的とする。

本発明の高粘性流体材料を用いた地盤の液状化防止方法は、改良対象となる地盤中に、強度を必要としない高粘性流体材料を注入して土粒子の移動を抑制することにより、地盤のせん断強度を高める液状化防止方法である。すなわち、本発明の地盤の液状化防止方法は、改良対象となる地盤中に注入管を挿入し、当該注入管により地盤中に強度を必要としない高粘性流体材料を注入することにより、土粒子間に存在する間隙に高粘性流体材料を充填し、又は土粒子間に存在する間隙水を高粘性流体材料と置換して、地盤の液状化を防止することを特徴とするものである。

この高粘性流体材料を用いた地盤の液状化防止方法で使用する強度を必要としない高粘性流体材料は、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等の水溶性セルロースエーテルとすることが可能である。

本発明の高粘性流体材料を用いた地盤の液状化防止方法によれば、改良対象となる地盤中に強度を必要としない高粘性流体材料を注入することにより、土粒子間に存在する間隙に高粘性流体材料を充填し、あるいは土粒子間に存在する間隙水を高粘性流体材料と置換する。これにより、土粒子の間隙中に存在する高粘性流体材料がクッション材の役割を果たして土粒子の移動が抑制されるため、地盤のせん断強度が大きくなる。そして、地盤のせん断強度が大きくなると、過剰間隙水圧の発生が抑制されるので、適切かつ確実に地盤の液状化強度を向上させることが可能となる。

また、地盤中に強度を必要としない高粘性流体材料を注入するだけの簡便な工事方法であるため、一般に普及している薬材注入装置を使用し、あるいは若干の改良を加えることにより、容易に高粘性流体材料の注入を行うことができる。したがって、既存の装置を用い、あるいは若干の改良を加えることより、設備費用の低減を図ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る高粘性流体材料を用いた地盤の液状化防止方法の説明図。 本発明の実施形態に係る高粘性流体材料を用いた地盤の液状化防止方法において、地盤中に高粘性流体材料を注入する過程を示す模式図。

以下、図面を参照して、本発明の地盤の液状化防止方法（以下、液状化防止方法と略記する）の実施形態を説明する。図１及び図２は本発明の実施形態に係る液状化防止方法を説明するもので、図１は液状化防止方法の説明図、図２は高粘性流体材料の注入過程を示す模式図である。

＜液状化防止方法の概要＞
我が国では、プレート境界型巨大地震の発生により地盤の液状化現象が発生し、これによる大規模な被害が予想されている。実際、東日本大震災では、埋立地、堤防や盛り土、護岸等で液状化現象が発生して、様々な被害をもたらした。このため、近い将来発生すると予測されている大規模地震に備えて、早急に液状化対策を行うことが望まれている。本発明の実施形態に係る液状化防止方法は、改良対象となる地盤中に高粘性流体材料を注入することにより、地盤のせん断強度を高める方法であり、大規模な工事を行うことなく、適切かつ確実に液状化強度を向上させることを可能としたものである。

＜高粘性流体材料の注入＞
本発明の実施形態に係る液状化防止方法では、図１に示すように、改良対象となる地盤中に注入管１０を挿入し、注入管１０に接続した注入装置（タンク２０及びポンプ３０）を用いて、地盤中に強度を必要としない高粘性流体材料６０を注入する。

具体的には、高粘性流体材料６０を水に溶解してタンク２０に貯留し、この水溶化された高粘性流体材料６０をポンプ３０により注入管１０に送出し、地盤中に挿入された注入管１０の先端部近傍に設けた注入口１１から噴出させることにより、地盤中に高粘性流体材料６０を注入する。なお、高粘性流体材料６０を地盤中に広く行き渡らせるために、注入管１０を引き抜きながら高粘性流体材料６０の注入を行ってもよい。また、注入管１０の長さ方向の複数箇所に注入口１１を設けて、高粘性流体材料６０を地盤中に広く行き渡らせることもできる。

＜注入装置＞
注入装置は、地盤中に高粘性流体材料６０を注入できればとのような装置であってもよく、一般的に使用されている装置を使用し、あるいは高粘性流体材料６０の注入に合わせて改良を施して使用することができる。一般的な注入装置としては、二重管ストレーナを用いて削孔及び薬材注入を行う装置、ケーシングを用いて削孔を行った後に孔内に注入管を挿入して薬材注入を行う装置、曲がりボーリングを行って薬材注入を行う装置等、種々の装置が存在する。

改良対象となる地盤中の土粒子４０の間には、図２（ａ）に示すように間隙又は間隙水５０が存在する。そして、注入装置を用いて地盤中に高粘性流体材料６０を注入すると、図２（ｂ）に示すように、土粒子４０の間に存在する間隙に高粘性流体材料６０が充填され、あるいは、土粒子４０の間に存在する間隙水が高粘性流体材料６０と置換される。これにより、土粒子４０の間隙中に存在する高粘性流体材料６０がクッション材の役割を果たして土粒子４０の移動が抑制されるため、地盤のせん断強度が大きくなり、過剰間隙水圧の発生が抑制されて、地盤の液状化強度が向上する。

＜高粘性流体材料＞
本発明の実施形態では、強度を必要としない高粘性流体材料６０として、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等の水溶性セルロースエーテルを使用することができる。

この高粘性流体材料６０は、セルロースを水酸化ナトリウムで処理した後に、塩化メチル、酸化プロピレン、酸化エチレン等のエーテル化剤と反応させることにより、非イオン性の水溶性セルロースエーテルとしたものである。高粘性流体材料６０の原材料はセルロースであり、例えば天然に存在するパルプ等を使用するので、地盤中に注入したとしても、地下水の水質汚染等がなく、自然環境に与える影響は極めて少ない。また、従来工法で使用していた薬剤注入材料は、地盤の強度を高めるための材料であり、単価が高かった。これに対して、本実施形態では強度を必要としない高粘性流体材料６０を使用するため、材料費を低減できる可能性がある。

なお、本発明の液状化防止方法で使用する高粘性流体材料６０は、水溶性セルロースエーテルに限定されるものではなく、地盤中に注入して、土粒子４０間の間隙内に充填することができれば、どのような種類の高粘性流体材料６０であってもよい。

また、高粘性流体材料６０として使用する高分子の種類や溶媒（水）への溶解量を調整することにより、水の粘性の数１０倍〜数１００倍程度の粘性を有する高粘性流体材料６０を作成することができる。したがって、改良対象となる地盤の土質、改良深度、改良範囲、要求されるせん断強度等に応じて、適宜な粘性となるように調整を行うことにより、より一層効果的に液状化を防止することが可能となる。

＜従来技術との比較＞
本発明の地盤の液状化防止方法は、土粒子４０の間隙中に強度を必要としない高粘性流体材料６０を注入し、この高粘性流体材料６０をクッション材として機能させる。これにより、地盤のせん断強度を高めて過剰間隙水圧の発生を抑制し、地盤の液状化を防止するという、従来の液状化防止方法とはまったく異なる新たな発想に基づくものである。すなわち、従来の地盤の液状化防止方法は、注入材料として強度を必要とするセメントミルク等の地盤改良材を用いていたが、本発明の地盤の液状化防止方法で使用する注入材料は、強度を必要としない高粘性流体材料６０である点で、従来の地盤の液状化防止方法とは、発想がまったく異なっている。

したがって、従来の地盤の液状化防止方法では、大規模な工事が必要であったり、地盤沈下が発生したりする等の不都合が生じる場合があったが、本発明の地盤の液状化防止方法では、従来の薬材注入技術を応用して、地盤中に強度を必要としない高粘性流体材料６０を注入するだけでよいため、工期の短縮、工事費用の低減等、種々の優れた効果を奏することができる。

１０ 注入管
１１ 注入口
２０ タンク
３０ ポンプ
４０ 土粒子
５０ 間隙又は間隙水
６０ 高粘性流体材料

Claims (2)

1. 改良対象となる地盤中に注入管を挿入し、当該注入管により前記地盤中に強度を必要としない高粘性流体材料を注入することにより、土粒子間に存在する間隙に当該高粘性流体材料を充填し、又は土粒子間に存在する間隙水を当該高粘性流体材料と置換して、前記地盤の液状化を防止することを特徴とする地盤の液状化防止方法。
2. 前記高粘性流体材料は、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等の水溶性セルロースエーテルであることを特徴とする請求項１に記載の地盤の液状化防止方法。

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