JP2020056270A

JP2020056270A - 液状化対策工法

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Publication number: JP2020056270A
Application number: JP2018189181A
Authority: JP
Inventors: 広明金子; Hiroaki Kaneko; 直赤川; Sunao Akagawa
Original assignee: Japan Foundation Engineering Co Ltd
Current assignee: Japan Foundation Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2020-04-09
Anticipated expiration: 2038-10-04
Also published as: JP7199190B2

Abstract

【課題】現場条件の如何に関わらず、コストを抑制しながら強制的に地盤を改質する。【解決手段】本液状化対策工法は、先端近傍の外周に噴射口２６が設けられたロッド２４´を、地表ＥＳから液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧまで挿入し、噴射材を高圧で噴射しつつ、ロッド２４´をロッド２４´の中心軸を回転軸として回転させながら引き上げることで、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧと噴射材とを強制的に混合撹拌することができる。更に、噴射材として粒径が７５μｍ以下の細粒分に水を加えた細粒分スラリーを用い、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧ内に細粒分を強制的に添加するため、砂地盤ＳＧの粒度分布構成の細粒分含有率が３５％以上になるように、噴射する細粒分スラリーの濃度や粒度分布、噴射量、ロッド２４´の回転数や引き上げ速度等を調整することで、液状化しない地盤へと強制的に改質することができ、砂地盤ＳＧの液状化を効果的に抑制することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、液状化対策工法に関するものである。

砂地盤を含む地盤において液状化が発生するメカニズムは、地下水位下の、緩く堆積した均一粒径な砂地盤において、強い地震動によりせん断変形が生じたときに、過剰間隙水圧が発生し、有効拘束圧を上回ることである。このような液状化を防ぐ工法として、例えば、主にセメントスラリーを用いた高圧噴射撹拌工法や機械撹拌工法、種々の注入剤を注入する注入工法（例えば特許文献１参照）等が挙げられる。

特開２０１４−８４５５４号公報

ここで、上述した高圧噴射撹拌工法は、セメントスラリー等の硬化材を噴射しており、更に噴射に伴う排泥にも硬化剤が含まれているため、硬化材の購入費用や排泥の処分費用等のコストが嵩むものであった。一方、上述した機械撹拌工法は、専用の大型重機が作業現場に立ち入らなければならないため、液状化が発生するような緩く堆積した地盤では大型重機の立ち入りが困難な場合があり、又、地盤中に埋設物が存在していると施工そのものが行えない虞がある。他方、上述した注入工法は、地盤条件や注入材によっては注入が困難な場合があり、更に、注入材が地盤内へ不均一に浸透して未改良部分が残存する場合があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、現場条件の如何に関わらず、コストを抑制しながら強制的に液状化を引き起こさない地盤へ改質することにある。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）液状化対策が必要と判断された砂地盤を含む地盤の液状化対策工法であって、先端近傍の外周に噴射口が設けられたロッドを、地表から前記砂地盤の下端まで挿入し、前記噴射口から噴射材として細粒分に水を加えた細粒分スラリーを高圧で噴射しつつ、前記ロッドを該ロッドの中心軸を回転軸として回転させ、前記砂地盤と前記噴射材とを混合撹拌しながら引き上げる液状化対策工法。

本項に記載の液状化対策工法は、先端近傍の外周に噴射口が設けられたロッドを、地表から液状化対策が必要と判断された砂地盤下端まで挿入する。そして、ロッドの噴射口から噴射材を高圧で噴射しつつ、ロッドをロッドの中心軸を回転軸として回転させることで、平面視でロッドを中心とした円形範囲において砂地盤と噴射材とが混合撹拌されるものである。更に、この状態で、ロッドを地表側へと徐々に引き上げることで、深さ方向についても強制的に砂地盤と噴射材とが撹拌されるものである。又、ロッドの噴射口から高圧で噴射する噴射材として、粒径が０．０７５ｍｍ以下である細粒分に水を加えた細粒分スラリーを用いるため、砂地盤内に細粒分が強制的に添加され、砂地盤の細粒分含有率が上昇する。このとき、例えば、砂地盤の粒度分布構成の細粒分含有率が３５％以上になるように、噴射する細粒分スラリーの濃度や粒度分布、噴射量、ロッドの回転数や引き上げ速度等を調整することで、液状化しない地盤へと強制的に改質され、地盤の液状化が効果的に抑制されるものである。しかも、噴射材にセメント等の硬化材を用いていないため、材料費が抑制されると共に、排泥の処分費用が抑制されることとなる。又、改良された地盤の粒度分布は、もともとの砂地盤に細粒分が添加されたことにより、粒径加積曲線がなだらかとなり、工学的性質の改善効果も見込める。更に、大型重機を用いる必要がなく、地盤中に埋設物が存在していても問題ないため、様々な条件の現場において適用されるものである。

（２）上記（１）項において、前記噴射材を、水平方向よりも下方の斜め下方へ向けて噴射する液状化対策工法（請求項１）。
本項に記載の液状化対策工法は、ロッドの先端近傍の外周に設けられた噴射口から、水平方向よりも下方の斜め下方へ向けて、細粒分スラリーの噴射材を噴射するものである。ここで、上記（１）項に記載したように噴射材を噴射しながら液状化対策が必要と判断された砂地盤と噴射材とを混合撹拌すると、砂地盤内の噴射材が噴射された撹拌領域は、主に、撹拌された状態の砂地盤中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とで満たされ、これと同時に、砂地盤中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とが混ざり合った排泥が、砂地盤に挿入されたロッドの外周と、撹拌領域及び地表に連通するロッド用の挿通孔との間の隙間を通って、地表まで溢れ出る。このため、ロッドをその先端が砂地盤の上端近傍に到達するまで引き上げ、現在ロッドが挿入された位置における砂地盤への噴射材の噴射が一通り済んだことを受けて、噴射材の噴射を停止して時間が経過すると、上述した挿通孔及び撹拌領域において、以下のような分離が発生する。すなわち、水分よりも砂分及び細粒分の方が重量が大きいことから、砂分及び細粒分が沈降し、水分が上側へ及び砂分及び細粒分が下側へと分離する。

ここで、仮に、噴射材の噴射時に水平方向へ向けて噴射したと仮定した場合、上述した撹拌領域が略円柱状に形成されることになり、その円柱状の上面の中心近傍に、上述したロッド用の挿通孔が連通する態様になる。このため、これらの撹拌領域及び挿通孔において上述したような分離が発生すると、撹拌領域内の砂分及び細粒分は、撹拌領域の底側に略円柱状に堆積する。一方、挿通孔内の排泥及び地表に溢れ出ていた排泥内の砂分及び細粒分は、挿通孔を通って沈降し、上述したように略円柱状に堆積する撹拌領域内の砂分及び細粒分の上から更に堆積する結果、挿通孔と撹拌領域との連通位置の近傍を頂上とする山形（円錐状）に堆積することになる。すると、略円柱状の撹拌領域の外周側上隅部に、主に水分だけが存在する未改質部分が発生してしまうため、そこへ追加で噴射材を噴射する必要がある。しかしながら、上記のように、挿通孔と撹拌領域との連通位置の近傍まで砂分及び細粒分が堆積しているため、そこから未改質部分の全域、特に未改質部分の外周側下隅部に対して、追加の噴射を行うことは困難である。

そこで、本項に記載の液状化対策工法は、ロッドの先端近傍の外周に設けられた噴射口から、水平方向ではなく、水平方向よりも下方の斜め下方へ向けて、細粒分スラリーの噴射材を噴射するものである。これによれば、上側が噴射材の噴射角度に倣った傾斜角度の山形に突出すると共に、底側が噴射材の噴射角度に倣った傾斜角度の山形に陥没した形状の、撹拌領域が形成され、その上側の山形の頂上に、ロッド用の挿通孔が連通する態様になる。このため、これらの撹拌領域及び挿通孔において上述したような分離が発生すると、撹拌領域内の砂分及び細粒分は、撹拌領域の底側に、撹拌領域の形状に倣って上側が山形になるように堆積する。

一方、挿通孔内の排泥及び地表に溢れ出ていた排泥内の砂分及び細粒分は、挿通孔を通って沈降し、上記の如く上側が山形になるように堆積する撹拌領域内の砂分及び細粒分の上から更に堆積する結果、その山形に沿って、挿通孔と撹拌領域との連通位置の近傍を頂上とする山形に堆積することになる。すると、主に水分だけが存在する未改質部分が、上側が噴射材の噴射角度に倣った傾斜角度の山形に突出した撹拌領域の上面と、山形に堆積した砂分及び細粒分との間に発生する。このような未改質部分には、挿通孔と撹拌領域との連通位置の近傍から、斜め下方に向けて噴射材を噴射することで、未改質部分の全域に容易に追加の噴射が行われることになる。従って、未改質部分が残されることなく、液状化しない地盤へと強制的に改質されるものである。

（３）上記（２）項において、地表の、前記ロッドの周囲部分に、前記砂地盤からの排泥を貯留するピットを設ける液状化対策工法（請求項２）。
本項に記載の液状化対策工法は、地表の、砂地盤まで挿入されているロッドの周囲部分に、ピットを設けることで、このピットが、地盤に設けられたロッド用の挿通孔を介して、噴射された噴射材と撹拌される砂地盤の撹拌領域と連通することになる。このため、砂地盤中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とが混ざり合った排泥が、砂地盤に挿入されたロッドの外周とロッド用の挿通孔との間の隙間を通ってピットに達し、ピット内に貯留される。ピット内に貯留された排泥は、ロッド先端からの噴射材の噴射が停止されて時間が経過すると、上記（２）項に記載したような分離現象により、排泥内の砂分及び細粒分が挿通孔を通って撹拌領域まで沈降し、排泥内の水分が、撹拌領域に存在していた水分と共に、上側へと分離してピット及び挿通孔に残る或いは到達することになる。これにより、排泥内の砂分及び細粒分が撹拌領域へと戻されて有効利用されると共に、撹拌領域及び排泥内の水分の排出が促進されることとなる。

（４）上記（２）（３）項において、前記細粒分として、石炭灰を利用する液状化対策工法（請求項３）。
本項に記載の液状化対策工法は、液状化対策が必要と判断された砂地盤内に噴射する噴射材に含まれる細粒分として、例えば火力発電所等から廃棄される石炭灰（フライアッシュ）を利用するものである。このような石炭灰には、一般的に、水が加えられると固まる成分が含まれている。このため、石炭灰に水を加えた細粒分スラリーにして砂地盤内に噴射することで、砂地盤の細粒分含有率が増加されると共に、水が加えられた石炭灰が砂地盤中で硬化するため、地盤の液状化がより一層効果的に抑制されるものである。

（５）上記（２）から（４）項において、前記ロッドとして、前記噴射材と空気とを個別に噴射可能な二重管を用い、前記噴射材と共に空気を噴射する液状化対策工法。
本項に記載の液状化対策工法は、噴射材の噴射に使用するロッドとして、噴射材と空気とを個別に噴射可能な二重管を用いるものである。すなわち、この二重管は、先端近傍の外周に設けられる噴射口及びこの噴射口に連通する管路を、噴射材用と空気用とで個別に有している。そして、このような二重管を利用し、砂地盤に噴射材を噴射する際に、噴射材と共に空気を高圧で噴射することで、噴射材のみを噴射する場合と比較して、噴射材の噴射距離が延びるものである。これにより、ロッド（二重管）が挿入される位置毎に改質される砂地盤の範囲が拡大されるため、より効率的に施工が行われるものである。更に、砂地盤内に高圧で噴射された空気のリフトアップ効果を利用して、排泥の排出を促すものである。

（６）上記（２）から（４）項において、前記ロッドとして、前記噴射材と空気と水とを個別に噴射可能な三重管を用い、水と共に空気を噴射して切削及び撹拌した前記砂地盤の部分に対して、前記噴射材のみ或いは前記噴射材と共に空気を噴射する液状化対策工法。
本項に記載の液状化対策工法は、噴射材の噴射に使用するロッドとして、噴射材と空気と水とを個別に噴射可能な三重管を用いるものである。すなわち、この三重管は、先端近傍の外周に設けられる噴射口及びこの噴射口に連通する管路を、噴射材用と空気用と水用とで個別に有している。

そして、このような三重管を利用し、噴射材の噴射に先立ち、水と共に空気を高圧で噴射することで、砂地盤を切削しながら撹拌する。次いで、水及び空気が噴射されることで緩くなった砂地盤の部分に対して、噴射材のみ或いは噴射材と共に空気を高圧で噴射することで、噴射材の噴射距離が延びると共に、砂地盤と噴射材とがより効果的に撹拌されるものである。これにより、ロッド（三重管）が挿入される位置毎に改質される砂地盤の範囲が拡大されるため、より効率的に施工が行われるものである。更に、砂地盤内に高圧で噴射された空気のリフトアップ効果を利用して、排泥の排出を促すものである。

本発明は上記のような構成であるため、現場条件の如何に関わらず、コストを抑制しながら強制的に地盤を改質することが可能となる。

本発明の参考形態に係る液状化対策工法の施工手順の一例を示すイメージ図である。図１に引き続き、本発明の参考形態に係る液状化対策工法の施工手順の一例を示すイメージ図である。本発明の実施の形態に係る液状化対策工法の施工手順の一例を示すイメージ図である。本発明の実施の形態に係る液状化対策工法により改良された砂地盤と改良前の砂地盤との粒度分布を示すグラフである。本発明の実施の形態に係る液状化対策工法による改良部分において、砂及び細粒分と水とが分離する様子を示すイメージ図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略することとし、又、図面の全体にわたって、同一部分又は対応する部分は、同一符号で示している。
図１及び図２は、本発明の参考形態に係る液状化対策工法の施工手順の一例を模式的に示している。まず、図１及び図２を参照して、本発明の参考形態に係る液状化対策工法について説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧを含む地盤の地表ＥＳに、適切な大きさのピット１０を作成すると共に、施工に必要な各種の機材１４を設置する。機材１４には、例えば、高圧ポンプやボーリングマシン等が含まれるが、説明の便宜上、これらの装置をまとめて機材１４として示している。
次に、図１（ｂ）に示すように、機材１４に削孔ロッド１８を取り付け、後述するロッド２４を挿入するための挿通孔２２を削孔する。このとき、挿通孔２２は、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの下端（設計深度）まで達するように削孔する。

続いて、図１（ｃ）に示すように、削孔ロッド１８を挿通孔２２から引き抜くと共に機材１４から取り外した後、図２（ａ）に示すように、ロッド２４を機材１４に取り付け、挿通孔２２内に挿入する。ロッド２４は、図示の例では単管であり、その先端近傍の外周に、後述するように噴射材を噴射するための噴射口２６が、図示の例では水平方向を噴射方向として設けられている。そこで、その噴射口２６が、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの下端に到達する深さまで、ロッド２４を挿入する。そして、機材１４の高圧ポンプ等を利用して、噴射口２６から噴射材を高圧で噴射しながら、機材１４を利用して、ロッド２４をその中心軸を回転軸として回転させる。

ここで、本発明の参考形態及び実施の形態に係る液状化対策工法において噴射する噴射材は、粒径が７５μｍ以下の細粒分に水を添加した細粒分スラリーであり、細粒分には自然由来の細粒分を使用することが好ましい。例えば、細粒分は、粘土、シルト、石炭灰等であり、粘土の場合は、ベントナイトやカオリナイトであってもよい。細粒分スラリーに利用する細粒分は、入手性や価格等を考慮して、適宜、適切なものを選択すればよい。
なお、上述した石炭灰は、火力発電所等において石炭が燃焼される際に、燃焼ガスと共に吹き上げられる微粒子の灰であり、一般的に、以下のような特徴を有している。すなわち、石炭灰は、粒子が球形であり、比重が土砂と比べて小さく、粒度分布として細粒分（７５μｍ以下）が大部分を占め、特にシルト分が多い。又、石炭灰の主成分はシリカ（ＳｉＯ_２）及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であり、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）等の含有量が高いと自硬性が大きくなる。更に、石炭灰は水和反応により強度が発現し、これはエトリンガイトの生成が要因の１つと考えられている。
図２（ａ）に戻り、上述したように、噴射口２６から噴射材を噴射しながらロッド２４を回転させると、平面視でロッド２４を中心とした円形の範囲に噴射材が噴射され、この範囲内の砂地盤ＳＧ中の砂分と、噴射された噴射材中の細粒分及び水分とが混合撹拌される。

更に、図２（ａ）に示したように噴射材を噴射しつつロッド２４を回転させながら、図２（ｂ）に示すように、機材１４を利用して、ロッド２４を地表ＥＳ側へと徐々に引き上げていく。すると、図２（ｂ）に着色して示すように、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧ内に、砂地盤ＳＧ中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とが混合撹拌された撹拌領域３０が、砂地盤ＳＧの下端から上方へと略円柱状に形成される。このとき、ロッド２４の外周面と挿通孔２２の内周面との間の隙間を通って、砂地盤ＳＧ中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とが混ざり合った排泥が、ピット１０まで上昇してピット１０内に貯留される。この排泥は、例えばピット１０から溢れ出ない程度に、ピット１０から継続的に排出して処理してもよい。なお、ロッド２４の噴射口２６からの噴射材の噴射強さ、ロッド２４の回転数、ロッド２４の引き上げ速度等は、地盤の状態や噴射物の内容に基づいて、適宜、適切な値を算出して設定すればよい。

更に、そのままロッド２４を引き上げ、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの上端まで撹拌領域３０が形成された段階で、ロッド２４からの噴射材の噴射を停止し、機材１４を利用してロッド２４を挿通孔２２から引き抜く。すると、図２（ｃ）に示すように、砂地盤ＳＧの上端から下端まで、挿通孔２２を中心軸とする略円柱状に、砂地盤ＳＧ中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とが混合撹拌された撹拌領域３０が形成される。ここで、ロッド２４を引き抜いた直後は、ピット１０内や挿通孔２２内に、撹拌領域３０の成分と略同成分の排泥が残留している。これらの排泥は、ピット１０から排出してそのまま処理してもよく、或いは、時間を置いて水分と砂分及び細粒分とを分離させた後、主に水分を排出して処理してもよい。

続いて、図３を参照して、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法について説明する。図３において、本発明の参考形態に係る液状化対策工法と同一部分、若しくは相当する部分については、同一の符号を付している。なお、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法について、本発明の参考形態に係る液状化対策工法との相違部分のみ説明をすることとし、本発明の参考形態に係る液状化対策工法と同様の部分の構成については、説明を省略する。
まず、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法は、前半の施工手順が、図１（ａ）〜（ｃ）に示した本発明の参考形態に係る液状化対策工法の前半の施工手順と共通であるため、説明を省略することとし、図３（ａ）〜（ｃ）に示す後半の施工手順から説明する。

本発明の実施の形態に係る液状化対策工法は、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの下端まで達する挿通孔２２を設けた後（図１（ｃ）参照）、図３（ａ）に示すように、ロッド２４´を機材１４に取り付け、挿通孔２２内に挿入する。ロッド２４´は、図示の例では単管であり、その先端近傍の外周に、噴射材（細粒分スラリー）を噴射するための噴射口２６が、水平方向よりも下方の斜め下方に噴射するように設けられている。そこで、その噴射口２６が液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの下端に到達する深さまで、ロッド２４´を挿入する。そして、機材１４の高圧ポンプ等を利用して、噴射口２６から噴射材を高圧で噴射しながら、機材１４を利用して、ロッド２４´をその中心軸を回転軸として回転させる。すると、平面視でロッド２４´を中心とした傘状の範囲に噴射材が噴射され、この範囲内の液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧ中の砂分と、噴射された噴射材中の細粒分及び水分とが混合撹拌される。

更に、図３（ａ）に示したように噴射材を噴射しつつロッド２４´を回転させながら、図３（ｂ）に示すように、機材１４を利用して、ロッド２４´を地表ＥＳ側へと徐々に引き上げていく。すると、図３（ｂ）に着色して示すように、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧ内に、砂地盤ＳＧ中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とが混合撹拌された撹拌領域３０´が、上側が山形（円錐状）に突出すると共に底側が山形に陥没した変形円柱状に、砂地盤ＳＧの下端から上方へと形成される。このとき、ロッド２４´の外周面と挿通孔２２の内周面との間の隙間を通って、砂地盤ＳＧ中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とが混ざり合った排泥が、ピット１０まで上昇してピット１０内に貯留される。この排泥は、例えばピット１０から溢れ出ない程度に、ピット１０から継続的に排出して処理してもよい。なお、ロッド２４´の噴射口２６からの噴射材の噴射強さ、ロッド２４´の回転数、ロッド２４´の引き上げ速度等は、地盤の状態や噴射物の内容に基づいて、適宜、適切な値を算出して設定すればよい。

更に、そのままロッド２４´を引き上げ、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの上端まで撹拌領域３０´が形成された段階で、ロッド２４´からの噴射材の噴射を停止し、機材１４を利用してロッド２４´を挿通孔２２から引き抜く。すると、図３（ｃ）に示すように、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの上端から下端まで、挿通孔２２を中心軸とする上述した変形円柱状に、砂地盤ＳＧ中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とが混合撹拌された撹拌領域３０´が形成される。ここで、ロッド２４´を引き抜いた直後は、ピット１０内や挿通孔２２内に、撹拌領域３０´の成分と略同成分の排泥が残留している。これらの排泥は、ピット１０から排出してそのまま処理してもよいが、時間を置いて水分と砂分及び細粒分とを分離させた後、主に水分を排出して処理することが好ましい。

さて、上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法は、図１及び図３に示すように、先端近傍の外周に噴射口２６が設けられたロッド２４´を、地表ＥＳから液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧまで挿入する。そして、ロッド２４´の噴射口２６から噴射材を高圧で噴射しつつ、ロッド２４´をロッド２４´の中心軸を回転軸として回転させることで、平面視でロッド２４´を中心とした円形範囲において液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧと噴射材とを強制的に混合撹拌することができる。更に、この状態で、ロッド２４´を地表ＥＳ側へと徐々に引き上げることで、深さ方向についても強制的に液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧと噴射材とを混合撹拌することができる。又、ロッド２４´の噴射口２６から高圧で噴射する噴射材として、粒径が７５μｍ以下である細粒分に水を加えた細粒分スラリーを用いるため、砂地盤ＳＧ内に細粒分が強制的に添加され、砂地盤ＳＧの細粒分含有率が上昇する。

ここで、図４には、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法により改良された液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの粒度分布（実線参照）と、液状化を発生させるような改良前の砂地盤ＳＧの粒度分布（着色領域参照）とを、算出して比較したグラフを示している。このグラフに示されているように、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの粒度分布構成の細粒分含有率（粒径０．０７５ｍｍ以下の比率）が３５％以上になるように、噴射する細粒分スラリーの濃度、噴射量、ロッド２４´の回転数や引き上げ速度等を調整することで、液状化しない地盤へと強制的に改質することができ、地盤の液状化を効果的に抑制することができる。しかも、噴射材にセメント等の硬化材を用いていないため、材料費を抑制することができると共に、排泥の処分費用を抑制することもできる。更に、大型重機を用いる必要がなく、地盤中に埋設物が存在していても問題ないため、様々な条件の現場において適用することが可能となる。

しかも、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法は、図３に示すように、ロッド２４´の先端近傍の外周に設けられた噴射口２６から、水平方向よりも下方の斜め下方へ向けて、細粒分スラリーの噴射材を噴射するものである。ここで、図２を参照して、噴射材を噴射しながら液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧと噴射材とを混合撹拌すると、砂地盤ＳＧ内の噴射材が噴射された撹拌領域３０は、主に、撹拌された状態の砂地盤ＳＧ中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とで満たされる。又、これと同時に、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧ中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とが混ざり合った排泥が、砂地盤ＳＧに挿入されたロッド２４の外周と、撹拌領域３０及び地表ＥＳに連通するロッド２４用の挿通孔２２との間の隙間を通って、地表ＥＳまで溢れ出る。このため、ロッド２４をその先端が、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの上端近傍に到達するまで引き上げ、現在ロッド２４が挿入された位置における砂地盤ＳＧへの噴射材の噴射が一通り済んだことを受けて、噴射材の噴射を停止して時間が経過すると、上述した挿通孔２２及び撹拌領域３０において、以下のような分離が発生する。すなわち、水分よりも砂分及び細粒分の方が重量が大きいことから、砂分及び細粒分が沈降し、水分が上側へ及び砂分及び細粒分が下側へと分離する。

ここで、図２に示したように、噴射材の噴射時に水平方向へ向けて噴射した場合、上述した撹拌領域３０が略円柱状に形成されることになり、その円柱状の上面の中心近傍に、上述したロッド２４用の挿通孔２２が連通する態様になる（図５（ａ）左図参照）。このため、これらの撹拌領域３０及び挿通孔２２において上述したような分離が発生すると、撹拌領域３０内の砂分及び細粒分は、撹拌領域３０の底側に略円柱状に堆積する。一方、挿通孔２２内の排泥及び地表に溢れ出ていた排泥内の砂分及び細粒分は、挿通孔２２を通って沈降し、上述したように略円柱状に堆積する撹拌領域３０内の砂分及び細粒分の上から更に堆積する結果、挿通孔２２と撹拌領域３０との連通位置の近傍を頂上とする山形に堆積することになる（図５（ａ）右図参照）。すると、略円柱状の撹拌領域３０の外周側上隅部３０ａに、主に水分だけが存在する未改質部分（薄い着色部分参照）が発生してしまうため、そこへ追加で噴射材を噴射する必要がある。しかしながら、図５（ａ）右図で確認できるように、挿通孔２２と撹拌領域３０との連通位置の近傍まで砂分及び細粒分が堆積している（濃い着色部分参照）ため、そこから未改質部分の全域、特に未改質部分の外周側下隅部に対して、追加の噴射を行うことは困難である。

そこで、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法は、図３に示すように、ロッド２４´の先端近傍の外周に設けられた噴射口２６から、水平方向ではなく、水平方向よりも下方の斜め下方へ向けて、細粒分スラリーの噴射材を噴射するものである。これによれば、上側が噴射材の噴射角度に倣った傾斜角度の山形に突出すると共に、底側が噴射材の噴射角度に倣った傾斜角度の山形に陥没した変形円柱状の、撹拌領域３０´が形成され、その上側の山形の頂上に、ロッド２４´用の挿通孔２２が連通する態様になる（図５（ｂ）左図参照）。このため、これらの撹拌領域３０´及び挿通孔２２において上述したような分離が発生すると、撹拌領域３０´内の砂分及び細粒分は、撹拌領域３０´の底側に、撹拌領域３０´の形状に倣って上側が山形になるように堆積する。

一方、挿通孔２２内の排泥及び地表に溢れ出ていた排泥内の砂分及び細粒分は、挿通孔２２を通って沈降し、上記の如く上側が山形になるように堆積する撹拌領域３０´内の砂分及び細粒分の上から更に堆積する結果、その山形に沿って、挿通孔２２と撹拌領域３０´との連通位置の近傍を頂上とする山形に堆積することになる（図５（ｂ）中図参照）。すると、主に水分だけが存在する未改質部分（薄い着色部分参照）が、上側が噴射材の噴射角度に倣った傾斜角度の山形に突出した撹拌領域３０´の上面と、山形に堆積した砂分及び細粒分（濃い着色部分参照）との間に発生する。このような未改質部分には、ピット１０から砂分及び細粒分を追加で投入する他、挿通孔２２と撹拌領域３０´との連通位置の近傍から、斜め下方に向けて噴射材を噴射することで、未改質部分の全域に容易に追加の噴射を行うこともできる（図５（ｂ）右図参照）。従って、未改質部分が残されることなく、液状化しない地盤へと強制的に改質することが可能となる。なお、ロッド２４´からの噴射材の噴射角度は、撹拌領域３０´における堆積時の砂分及び細粒分の挙動等を考慮して、適宜、適切な角度を設定すればよい。（適切な角度とは、改良体の安息角となるようにするのが望ましい。）

更に、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法は、図１及び図３に示すように、地表ＥＳの、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧまで挿入されているロッド２４´の周囲部分に、ピット１０を設けることで、このピット１０が、地盤に設けられたロッド２４´用の挿通孔２２を介して、噴射された噴射材と混合撹拌される砂地盤ＳＧの撹拌領域３０´と連通することになる。このため、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧ中の砂分と噴射材中の細粒分及び水分とが混ざり合った排泥が、砂地盤ＳＧに挿入されたロッド２４´の外周とロッド２４´用の挿通孔２２との間の隙間を通ってピット１０に達し、ピット１０内に貯留される。ピット１０内に貯留された排泥は、ロッド２４´先端からの噴射材の噴射が停止されて時間が経過すると、図５に示したような分離現象により、排泥内の砂分及び細粒分が挿通孔２２を通って撹拌領域３０´まで沈降し、排泥内の水分が、撹拌領域３０´に存在していた水分と共に、上側へと分離してピット１０及び挿通孔２２に残る或いは到達することになる。これにより、排泥内の砂分及び細粒分を撹拌領域３０´へと戻して有効利用することができると共に、撹拌領域３０´及び排泥内の水分の排出を促進することができる。なお、ピット１０の底面は挿通孔２２を中心とした円錐状とすることで、排泥内の砂分及び細粒分を挿通孔２２から攪拌領域３０´へ効率的に流入することができる。

又、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法は、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧ内に噴射する噴射材に含まれる細粒分として、例えば火力発電所等から廃棄される石炭灰（フライアッシュ）を利用してもよい。このような石炭灰には、一般的に、水が加えられると固まる成分が含まれている。このため、石炭灰に水を加えた細粒分スラリーにして液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧ内に噴射することで、砂地盤ＳＧの細粒分含有率を増加することができると共に、水が加えられた石炭灰が砂地盤ＳＧ中で硬化するため、地盤の液状化をより一層効果的に抑制することが可能となる。

加えて、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法は、噴射材の噴射に使用するロッド２４´として、噴射材と空気とを個別に噴射可能な二重管を用いることができる。すなわち、この二重管は、先端近傍の外周に設けられる噴射口２６及びこの噴射口２６に連通する管路を、噴射材用と空気用とで個別に有している。そして、このような二重管を利用し、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧに噴射材を噴射する際に、噴射材と共に空気を高圧で噴射することで、噴射材のみを噴射する場合と比較して、噴射材の噴射距離を延ばすことができる。これにより、ロッド２４´（二重管）が挿入される位置毎に改質される液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの範囲を拡大することができるため、より効率的に施工を行うことが可能となる。噴射材と空気とを個別に噴射可能な二重管を用いた場合、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧ内に高圧で噴射された空気のリフトアップ効果により、排泥の排出が促されるが、ピット１０に貯留された排泥内の砂分及び細粒分は挿通孔２２を通って撹拌領域３０´まで沈降するため有効利用することができる。

或いは、本発明の実施の形態に係る液状化対策工法は、噴射材の噴射に使用するロッド２４´として、噴射材と空気と水とを個別に噴射可能な三重管を用いることとしてもよい。すなわち、この三重管は、先端近傍の外周に設けられる噴射口２６及びこの噴射口２６に連通する管路を、噴射材用と空気用と水用とで個別に有している。そして、このような三重管を利用し、噴射材の噴射に先立ち、水と共に空気を高圧で噴射することで、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧを切削しながら混合撹拌する。次いで、水及び空気が噴射されることで緩くなった液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの部分に対して、噴射材のみ或いは噴射材と共に空気を高圧で噴射することで、噴射材の噴射距離を延ばすことができると共に、砂地盤ＳＧと噴射材とをより効果的に撹拌することができる。これにより、ロッド２４´（三重管）が挿入される位置毎に改質される液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧの範囲を拡大することができるため、より効率的に施工を行うことが可能となる。噴射材と空気と水とを個別に噴射可能な三重管を用いた場合、二重管を利用する場合と同様に、液状化対策が必要と判断された砂地盤ＳＧ内に高圧で噴射された空気のリフトアップ効果により、排泥の排出が促されるが、ピット１０に貯留された排泥内の砂分及び細粒分は挿通孔２２を通って撹拌領域３０´まで沈降するため有効利用することができる。

１０：ピット、２４´：ロッド、２６：噴射口、３０´：撹拌領域、ＳＧ：液状化対策が必要と判断された砂地盤、ＥＳ：地表

Claims

液状化対策が必要と判断された砂地盤を含む地盤の液状化対策工法であって、
先端近傍の外周に噴射口が設けられたロッドを、地表から前記砂地盤の下端まで挿入し、
前記噴射口から噴射材として細粒分に水を加えた細粒分スラリーを高圧で噴射しつつ、前記ロッドを該ロッドの中心軸を回転軸として回転させ、前記砂地盤と前記噴射材とを混合撹拌しながら引き上げ、この際、前記噴射材を、水平方向よりも下方の斜め下方へ向けて噴射することを特徴とする液状化対策工法。
地表の、前記ロッドの周囲部分に、前記砂地盤からの排泥を貯留するピットを設けることを特徴とする請求項１記載の液状化対策工法。
前記細粒分として、石炭灰を利用することを特徴とする請求項１又は２記載の液状化対策工法。