JP2020180497A - 隙間の充填工法 - Google Patents

Abstract

【課題】流動化処理土を用いることなく地中に形成された隙間を充填する隙間の充填工法を提供する。【解決手段】地中に形成された隙間４の充填工法は、中性水溶性高分子を溶媒で溶解させたポリマー系水溶液に砂を混合した充填砂５を得る工程と、隙間４内を充填砂５で充填させる工程と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、地中に形成された隙間を充填する工法に関するものである。

地中に形成された隙間、例えばシートパイルや残置杭を引き抜いて形成される隙間、地下空洞、山と構造物との隙間等は崩落の虞があるため、充填材で充填することが一般に行われている。

例えば、特許文献１には、ケーシング２０の空間部３１及び開口部２４を通して、調整泥水及び固化材を混合した流動化処理土からなる土砂３２を地上から空間部３１へ送り込み、空間部３１を土砂３２で埋め戻すことが開示されている。なお、符号は特許文献１記載のものである。

特開２００３−６４６８０号公報

しかしながら、特許文献１のように埋め戻し後の地中にセメント類の固化材やベントナイト類が残存することを避け、天然素材である自然材料に置き換えたいというニーズがあった。

そこで、流動化処理土を用いることなく地中に形成された隙間を充填するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る隙間の充填工法は、地中に形成された隙間の充填工法であって、中性水溶性高分子を溶媒で溶解させたポリマー系水溶液に粒状材料を混合した充填材を得る工程と、前記隙間内を前記充填材で充填させる工程と、を含む。

この構成によれば、ポリマー水溶液の粘性で充填材を圧送する際の適度な粘度を確保しつつ、隙間内に堆積された充填材が分解されて粘性が低下する、即ち、充填材が隙間内に堆積された状態で塑性化するため、流動化処理土を用いることなく隙間を埋め戻すことができる。

また、本発明に係る隙間の充填工法は、炭酸カルシウムを生成可能な微生物を溶媒で溶解させたバイオ水溶液を得る工程と、前記隙間内に充填された充填材に前記バイオ水溶液を浸透させる工程と、をさらに含むことが好ましい。

この構成によれば、充填材が、バイオ水溶液の微生物が生成する炭酸カルシウムと砂等の粒子とが融合することによって早期に生体物固結するで、充填材を早期に安定化させることができる。

また、本発明に係る隙間の充填工法は、前記隙間は、地中に埋設された既設杭を引き抜いて形成された隙間であり、前記充填材は、前記既設杭を引き抜きながら前記隙間内に充填されるであることが好ましい。

この構成によれば、充填材が既設杭を引き抜いて形成された隙間に充填されるため、流動化処理土を用いることなく隙間を埋め戻すことができる。

上記目的を達成するために、本発明に係る隙間の充填工法は、地中に形成された隙間の充填工法であって、炭酸カルシウムを生成可能な微生物を溶媒で溶解させたバイオ水溶液に粒状材料を混合する工程と、前記隙間内に前記バイオ水溶液を注排水させるとともに前記隙間内を前記粒状材料で充填させる工程と、を含む。

この構成によれば、粒状材料が隙間に堆積して流動化処理土を用いることなく隙間を埋め戻すことができ、また、粒状材料が隙間に堆積した後に微生物が生成する炭酸カルシウムが粒状材料を早期に生成物固結させることにより、粒状材料を早期に安定化させることができる。

また、本発明に係る隙間の充填工法は、前記隙間は、地中に埋設された既設杭を引き抜いて形成された隙間であり、前記既設杭を引き抜きながら、前記隙間内に前記バイオ水溶液を注排水させるとともに前記隙間内を前記粒状材料で充填させることが好ましい。

この構成によれば、粒状材料が既設杭を引き抜いて形成された隙間内に充填されるため、流動化処理土を用いることなく隙間を埋め戻すことができる。

本発明は、流動化処理土を用いることなく地中に形成された隙間を充填することができる。

本発明の第１の実施形態に係る隙間の充填工法の手順を示すフローチャート。 図１に示す手順の要部を示す模式図。 本発明の第２の実施形態に係る隙間の充填工法の手順を示すフローチャート。 図３に示す手順の要部を示す模式図。 本発明の第３の実施形態に係る隙間の充填工法の手順を示すフローチャート。 図５に示す手順の要部を示す模式図。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

なお、本実施形態において、上下や左右等の方向を示す表現は、絶対的なものではなく、各構成要素が図面に描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る隙間の充填工法の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係る隙間の充填工法は、地中に埋設された既設杭を引き抜いて形成される隙間に充填材を注入して隙間を埋め戻すものである。

まず、充填材としての充填砂を注入する注入機を既設杭の周辺に設置する（Ｓ１）。注入機は、例えば三点杭打ち機、バックホウ又はボーリング機材等である。

次に、注入ロッド１を地盤２に挿入する（Ｓ２）。注入ロッド１は、充填材を地盤２内に供給するものであり、図２（ａ）に示すように、既設杭３の近傍で地盤２内に挿入される。注入ロッド１は、その下端が既設杭３を引き抜いて形成される後述の隙間４に達するように挿入される。

次に、充填砂を作成する（Ｓ３）。具体的には、まず増粘剤と溶媒とを混合してポリマー水溶液が製造され、このポリマー水溶液に粒状材料を混練することにより充填砂が製造される。ポリマー水溶液、充填砂の製造は、例えばミキシングプラントを用いて行われる。

ポリマー水溶液は、増粘剤と溶媒とを含有している。溶媒は、増粘剤を溶解させるものであり、例えば、水、有機溶媒である。

増粘剤は、溶媒に溶かした状態で所望の粘度を得られ、かつ、地盤２中で分解されて粘度が低下するものであれば良い。増粘剤に中性水溶性高分子を用いることにより、増粘剤は地盤２中で金属イオンと反応して金属錯体を生成する。これにより、増粘剤は分解される。

増粘剤として用いられる中性水溶性高分子としては、例えば、ポリエチレンオキサイド（明星化学工業株式会社製、商品名：アルコックス）や、ポリエチレンオキサイドより分子量の小さいポリエチレングレコールが考えられるが、これらに限定されるものではない。なお、ポリエチレンオキサイドは、良好な粘性、曳糸性及びすべり性を示す。ポリエチレングレコールは粘性を得られるものの、ポリエチレンオキサイドと比べると、曳糸性、すべり性が極端に低下する。

増粘剤としてポリエチレンオキサイドを用いた場合には、ポリマー水溶液中のポリエチレンオキサイドの濃度が同一であれば、増粘剤の平均分子量の増加に伴って、粘度も増加する。即ち、平均分子量が高い増粘剤は、低濃度でも所望の粘度を得られる。例えば、増粘剤の濃度を０．５ｗｔ％とし、増粘剤の平均分子量を４００万とすると、粘度２００ｍＰａ・ｓのポリマー水溶液を得ることができる。後述するポンプの吐出圧、注入ロッド１の管路摩擦等を考慮すると、ＪＩＳＺ８８０３に準拠してＢ型粘度計を用いて測定されたポリマー水溶液の粘度は、１００〜５００００ｍＰａ・ｓに設定されるのが好ましい。なお、ここで「平均分子量」とは、数平均分子量をいう。

増粘剤の平均分子量は、５万以上に設定される。増粘剤の平均分子量は、３０万以上であるのが好ましい。さらに好ましくは、増粘剤の平均分子量は、２００万以上である。これにより、低濃度のポリエチレンオキサイドでも所望の粘度を確保できるため、低コストでポリマー水溶液を得られる。

ポリマー水溶液に混練される粒状材料は、従来より公知の材料であって、例えば、砂、シルト若しくは礫を含む土、砕石、再生砕石、ガラス砂、又はスラグ等である。

次に、既設杭３を引き抜く（Ｓ４）。既設杭３の引き抜き工法として、例えば、大口径フライヤー工法、ＰＧ工法等が知られている。

大口径フライヤー工法とは、ケーシングで既設杭３の周囲を掘削して縁切りした後に、既設杭３の外周に巻かれたワイヤーを引き上げて、既設杭３を引き抜く工法である。

また、ＰＧ工法とは、既設杭３の外周を包み込むようにケーシングを杭の先端まで掘削した後に、ケーシング内部の爪で既設杭をチャックし、既設杭３をケーシング内に収容したまま引き上げる工法である。既設杭３を引き抜くことにより、地中に隙間４が形成される。なお、工程Ｓ１〜４は、この順に限定されず、先後を適宜入れ換えたものであっても構わない。

次に、充填砂５を地盤２中に注入する（Ｓ５）。図２（ｂ）に示すように、充填砂５は、注入ロッド１を介して既設杭３の引き上げに伴って形成される隙間４に注入される。充填砂５の注入は、図示しないポンプを用いて圧送されることにより行われる。ポンプは、充填砂５を注入ロッド１内に供給可能なものであればよく、例えば、コンクリートポンプ等が考えられるが、これに限定されるものではない。

以下、既設杭３の引上と充填砂５の注入とを繰り返し、図２（ｃ）に示すように、地盤２中に埋設された既設杭３を引き抜いて形成される隙間４を充填砂５で充填して埋め戻すことができる（Ｓ６）。

上述したように、本実施形態に係る隙間の充填方法は、ポリマー水溶液の粘性で充填砂５を圧送する際の適度な粘度を確保しつつ、隙間４内に堆積された充填砂５が分解されて粘性が低下する、即ち、充填砂５が隙間４内に堆積された状態で塑性化するため、既設杭３を引き抜き後に形成される隙間４を埋め戻すことができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る隙間の充填工法について説明する。なお、本実施形態に係る構成は、以下に説明する構成を除き、上述した第１の実施形態と同様であり、その重複する説明を省略する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る隙間の充填工法の手順を示すフローチャートである。

まず、充填材としての充填砂を注入する注入機及び後述する循環水を地中から吸い上げるポンプ等の排水機を既設杭３の周辺に設置する（Ｓ１０）。

次に、注入ロッド１及び排水ロッド６を地盤２に挿入する（Ｓ１１）。図４（ａ）に示すように、注入ロッド１及び排水ロッド６は、既設杭３の近傍で地盤２中に挿入される。注入ロッド１は、その下端が既設杭３を引き抜いて形成される後述の隙間４に達するように挿入される。排水ロッド６は、その下端が所定深さまで達するように挿入される。

次に、充填砂を作成する（Ｓ１２）。具体的には、まず微生物を溶媒に溶解させてバイオ水溶液が製造され、このバイオ水溶液に粒状材料を混ぜて充填砂が製造される。バイオ水溶液は、例えば０．５ｍｏｌ（約１０００Ｌの溶媒（水）に５ｋｇ程度）の微生物を溶かすことにより製造される。溶媒は、例えば、水である。なお、バイオ水溶液中の微生物の濃度は、適宜変更可能である。

微生物は、土壌から単離されたウレアーゼ産生微生物を用いて生成される炭酸塩である。微生物は、方解石又は苦灰石等の石灰岩の微粒子であり、例えば炭酸塩カルシウムを生成可能で、その結晶成長や陽イオン交換反応を通して粒状物質を生成物固結させる。なお、生成物固結の反応時間は、バイオ水溶液中の微生物の濃度が高いほど速くなる。また、バイオ水溶液は粘性が低く容易に浸透する。

次に、既設杭３を引き抜く（Ｓ１３）。既設杭３を引き抜くことにより、地盤２中に隙間４が形成される。なお、工程Ｓ１１〜１３は、この順に限定されず、先後を適宜入れ換えたものであっても構わない。

次に、充填砂７を地盤２中に注入する（Ｓ１４）。図４（ｂ）に示すように、充填砂７は、注入ロッド１を介して既設杭３の引き上げに伴って形成される隙間４に注入される。

具体的には、まず、充填砂７が図示しないポンプ等により隙間４内に送られる。バイオ水溶液８は粘性が低いため、圧送ポンプを用いて充填砂７を押し出すことはできないため、バイオ水溶液８を圧縮空気で送る。

次に、隙間４内では、比重が重い粒状材料９が沈殿して堆積する。また、隙間４内に堆積した粒状材料９は、微生物によって生成物固結されるため、初期強度が早期に発現する。

次に、バイオ水溶液８を外部に排水する（Ｓ１５）。隙間４内のバイオ水溶液８が外部に溢れ出すことなく粒状材料９を隙間４内に送り続けるために、隙間４内のバイオ水溶液８のみが排水ロッド６を介して図示しない水槽に汲み上げられる。なお、汲み上げられたバイオ水溶液８は、粒状材料９を混ぜた後に再び地盤２中に送られることにより、隙間４と水槽との間を循環するように構成されるのが好ましい。これにより、バイオ水溶液８の使用量が低減される。

以下、既設杭３の引上と充填砂７の注入とを繰り返し、図４（ｃ）に示すように、地盤２中に埋設された既設杭３を引き抜いて形成される隙間４を粒状材料９で充填して埋め戻すことができる（Ｓ１６）。

上述したように、本実施形態に係る隙間の充填方法は、粒状材料９が、バイオ水溶液８を介して隙間４に堆積し、その後に粒状材料９が微生物によって早期に生成物固結することにより、既設杭３を引き抜き後に形成される隙間４を埋め戻すとともに粒状材料９を早期に安定化させることができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る隙間の充填工法について説明する。なお、本実施形態に係る構成は、以下に説明する構成を除き、上述した第１の実施形態と同様であり、その重複する説明を省略する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る隙間の充填工法の手順を示すフローチャートである。

まず、充填材としての充填砂を注入する注入機を既設杭３の周辺に設置する（Ｓ２０）。

次に、注入ロッド１を地盤２に挿入する（Ｓ２１）。図６（ａ）に示すように、注入ロッド１は、既設杭３の近傍で地盤２中に挿入される。注入ロッド１は、その下端が既設杭３を引き抜いて形成される後述の隙間４に達するように挿入される。

次に、充填砂を作成する（Ｓ２２）。具体的には、具体的には、まず増粘剤と溶媒とを混合してポリマー水溶液が製造され、このポリマー水溶液に粒状材料を混練することにより充填砂が製造される。

次に、既設杭３を引き抜く（Ｓ２３）。既設杭３を引き抜くことにより、地盤２中に隙間４が形成される。なお、工程Ｓ２１〜２３は、この順に限定されず、先後を適宜入れ換えたものであっても構わない。

次に、充填砂５を地中に注入する（Ｓ２４）。図６（ｂ）に示すように、充填砂５は、注入ロッド１を介して既設杭３の引き上げに伴って形成される隙間４に注入される。充填砂５の注入は、図示しないポンプを用いて圧送されることにより行われる。

以下、既設杭３の引上と充填砂５の注入とを繰り返し、図６（ｃ）に示すように、地盤２中に埋設された既設杭３を引き抜いて形成される隙間４を充填砂５で充填して埋め戻すことができる（Ｓ２５）。

次に、ボーリングマシン等の穿孔機を既設杭３の周辺に設置する（Ｓ２６）。

次に、図６（ｄ）に示すように、穿孔機を用いて注入砂に縦孔を穿孔し、この縦孔からバイオ水溶液１０を地中に注入する（Ｓ２７）。

具体的には、微生物を溶媒に溶解させて製造されるバイオ水溶液１０を、注水ロッド１１を介して隙間４に堆積した充填砂５内部に浸透させる。バイオ水溶液１０は、例えば０．５ｍｏｌ（約１０００Ｌの溶媒（水）に５ｋｇ程度）の微生物を溶かすことにより製造される。溶媒は、例えば、水である。なお、バイオ水溶液１０中の微生物の濃度は、適宜変更可能である。

微生物は、土壌から単離されたウレアーゼ産生微生物を用いて生成される炭酸塩である。微生物は、方解石又は苦灰石等の石灰岩の微粒子であり、例えば炭酸塩カルシウムを生成可能で、その結晶成長や陽イオン交換反応を通して粒状物質を生成物固結させる。なお、生成物固結の反応時間は、バイオ水溶液１０中の微生物の濃度が高いほど速くなる。また、バイオ水溶液１０は粘性が低く容易に浸透する。

したがって、隙間４に堆積した充填砂５がバイオ水溶液１０の浸透により、生成物固結して初期強度が早期に発現する。

上述したように、本実施形態に係る隙間の充填方法は、ポリマー水溶液の粘性で充填砂５を圧送する際の適度な粘度を確保しつつ、充填砂５が隙間４内に堆積された状態で塑性化するため、既設杭３を引き抜き後に形成される隙間４を埋め戻し、さらに、充填砂５が、バイオ水溶液１０の微生物によって早期に生成物固結することにより、隙間４を埋め戻した充填砂を早期に安定化させることができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなることができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

本発明に係る隙間の充填工法は、上述した既設杭を引き抜いて形成される隙間の埋め戻しに適用されるものに限定されず、例えば地下空洞、山と構造物との隙間等を充填する場合にも適用可能である。

１ ・・・ 注入ロッド
２ ・・・ 地盤
３ ・・・ 既設杭
４ ・・・ 隙間
５、７ ・・・ 充填砂
６ ・・・ 排水ロッド
８、１０ ・・・バイオ水溶液
９ ・・・ 粒状材料
１１・・・ 注水ロッド

Claims (5)

1. 地中に形成された隙間の充填工法であって、
   中性水溶性高分子を溶媒で溶解させたポリマー系水溶液に粒状材料を混合した充填材を得る工程と、
   前記隙間内を前記充填材で充填させる工程と、
   を含むことを特徴とする隙間の充填工法。
2. 炭酸カルシウムを生成可能な微生物を溶媒で溶解させたバイオ水溶液を得る工程と、
   前記隙間内に充填された充填材に前記バイオ水溶液を浸透させる工程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の隙間の充填工法。
3. 前記隙間は、地中に埋設された既設杭を引き抜いて形成された隙間であり、
   前記充填材は、前記既設杭を引き抜きながら前記隙間内に充填されることを特徴とする請求項１又は２記載の隙間の充填工法。
4. 地中に形成された隙間の充填工法であって、
   炭酸カルシウムを生成可能な微生物を溶媒で溶解させたバイオ水溶液に粒状材料を混合する工程と、
   前記隙間内に前記バイオ水溶液を注排水させるとともに前記隙間内を前記粒状材料で充填させる工程と、
   を含むことを特徴とする隙間の充填工法。
5. 前記隙間は、地中に埋設された既設杭を引き抜いて形成された隙間であり、
   前記既設杭を引き抜きながら、前記隙間内に前記バイオ水溶液を注排水させるとともに前記隙間内を前記粒状材料で充填させることを特徴とする請求項４記載の隙間の充填工法。

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