JP3709505B2

JP3709505B2 - 地盤の液状化防止工法

Info

Publication number: JP3709505B2
Application number: JP29014495A
Authority: JP
Inventors: 晃一内田; 啓至大森; 敏彦竹田
Original assignee: Onoda Chemico Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Onoda Chemico Co Ltd; Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1995-11-08
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2015-11-08
Also published as: JPH09132910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス管、水道管、電力ケーブル、共同溝などの線上のライフライン等の構造物が埋設された液状化しやすい地盤、或いは、土木構造物や建築物などの既設構造物の真下の液状化しやすい地盤、などの液状化しやすい地盤の液状化防止工法に関するものである。
【０００２】
地盤の液状化現象は、水で飽和したゆるい砂質土が地震などの繰り返しせん断荷重を受けた時に間隙水圧が上昇し、有効応力が減少することによって生じるものである。砂質地盤が液状化すると急激に支持力を失うので、該地盤上の構造物が大被害を受けることである。そこで、この地盤の液状化を防止するため、次のような方法が提案されている。
【０００３】
ａ）地盤内の間隙水を排水する工法。
この工法では、ポンプ類による揚水により地盤内の地下水位を低下させることにより該地盤の有効応力を増加させ密度を増大させるウエルポイント工法が知られている。
【０００４】
この工法では、近隣の地盤沈下などの障害を与えることが懸念される共に、地盤の不均一性による透水性の違いによりライフラインの様な線状の広範囲な液状化対策に適さない。また、砕石やファブリバックドレーンを用いて排水させる工法もあるが、既設構造物直下の改良が困難なことから狭隘な場所での施工は不向きである。
【０００５】
ｂ）締め固めなどによる地盤の密度増加工法。
この工法では、サンドコンパクションパイル工法が代表的なものであるが、振動、騒音をともなうこと及び既設構造物への影響が大きいため、新規の埋立地などの対策工法となっている。
【０００６】
ｃ）セメント系材料などの固化材を用いた固化工法。
深層混合処理工法、高圧噴射攪拌工法などによる固化工法は、有力な液状化防止工法であるが、既設構造物の真下の改良ができないこと、並びに既設構造物に与える変位などの悪影響が問題となっている。
【０００７】
ｄ）静的注入による工法。
この工法として次のような方法が公開されている。
1）注入により地盤を格子状に固化する方法（特開平４−１６１６１０号）。 2）粘度などの微粒子を注入して液状化しにくい粒度構成とする工法（特開平２−２１０１１２号）。
【０００８】
静的注入工法は、既設構造物の液状化対策としては、有効な工法と考えられるが、一般に我国の沖積層は複雑な層状構造を呈しており、浸透注入により地盤を均一に固化或いは土質改良を施すことはこれまでの様々な注入事例からみても困難である。
【０００９】
従来の注入による液状化対策工法は、有効な手段と考えられてきたが、その主な目的は、浸透固結による機能で液状化抵抗が増すこと、或いは液状化した地盤の変形を拘束することを期待して実施されてきたため、耐久性のある高浸透性能を有した材料を注入する注入工法が検討されてきた。
【００１０】
この場合、静的注入工法による固結範囲は地盤の粒度構成に影響を受けやすいことが指摘され適用性に限界があった。
また、地中埋設物直下に浸透固結させるためには、注入管を傾斜させて削孔する必要があり、非常に困難な注入工法となる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、浸透注入が困難で、かつ、局部的に細粒粉を含む複雑な層構造をもつ地盤においても既存構造物の真下及び周辺の地盤の液状化抵抗を増大させることを目的とする。
【００１２】
この発明は、割裂注入手段により液状化防止対象地盤内に裂け目を形成しながら割裂注入材を注入し、該地盤内に注入固結物を形成する地盤の液状化防止工法であって；前記割裂注入手段として、液状化防止対象地盤に浸透する最大の注入速度よりも大きな割裂注入速度を用いることを特徴とする地盤の液状化防止工法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
割裂注入により液化防止対象地盤に裂け目を形成しながら該裂け目に割裂注入材を注入し、該地盤内に脈状又は面状の注入固結材を形成する。
ここで「割裂注入」とは、割裂注入手段により地盤の弱い部分に裂け目を作りながら該裂け目に割裂注入材を注入することを言う。
【００１４】
本発明者は、浸透注入になるか、又は、割裂注入になるかは、（ａ）注入材の粉体原料の粒度、（ｂ）注入材の粘度、（ｃ）注入材の注入速度、により決まることに鑑み、「割裂注入手段」として次の各方法を採用した。
【００１５】
（ａ）割裂注入材として、液状化しやすい地盤の土粒子の間隙部よりも大きな粒径を持つ粉体原料のスラリを用いる。具体例として、例えば、ポルトランドセメント、混合セメント、フライアッシュ、高炉スラグ、の一種、又は、２種以上の混合物からなるスラリを１ショットで該地盤内に割裂注入したり、又は、
ポルトランドセメント、混合セメント、フライアッシュ、高炉スラグ、の１種、又は、２種以上の混合物からなるスラリと、シリカゾル、カルシュウムアルミネート、などの耐久性に優れた急硬材と、を用いて１．５ショット又は２ショットで該地盤内に割裂注入したりする。
【００１６】
（ｂ）割裂注入材として、粘度が４０ＣＰＳ〜２０００ＣＰＳのスラリを用いる。具体例として、例えば、ポルトランドセメント、混合セメント、フライアッシュ、高炉スラグ、の一種、又は、２種以上の混合物からなるスラリを４０ＣＰＳ〜２０００ＣＰＳの粘度に調整し、１ショットで該地盤内に割裂注入する。
【００１７】
（ｃ）注入速度として、液状化しやすい地盤に浸透する最大の注入速度よりも大きな割裂注入速度を用いる。即ち、この割裂注入速度で割裂注入材を該地盤内に圧送することにより割裂注入する。この場合の注入材として、浸透注入材又は割裂注入材が用いられる。
【００１８】
なお、前記（ａ）（ｂ）（ｃ）を単独に用いる代わりに、２以上組み合わせて、例えば、（ａ）（ｂ）、又は、（ａ）（ｂ）（ｃ）の様に組み合わせて用いても良い。
【００１９】
更に、液状化しやすい地盤に予め、浸透性に優れた超微粒子セメントなどの浸透注入を浸透注入させ、その後該地盤内に割裂注入手段により割裂注入材を割裂注入しても良い。
【００２０】
又、割裂注入方向、即ち、地盤に対する裂け目を形成しながら割裂注入材を注入する方向は、特に限定されるものではなく、例えば、該地盤の水平方向又は垂直方向に割裂注入される。更に、水平方向又は垂直方向の割裂注入を縦方向に間隔をおいて複数回行なって段状に注入固結物を形成しても良い。
【００２１】
【実施例】
この発明の第１実施例を図１〜図６により説明する。液状化しやすい地盤１上のビル２の側方の４箇所にそれぞれ次の要領で割裂注入する。
即ち、ボーリングによりケーシング３を挿入すると共に、該ケーシング３内に注入外管５を挿入する。この注入外管５には軸方向に間隔を開けて複数の噴出孔６が設けられているが、この噴出孔６にはスリーブゴム７が開閉自在に設けられている。
【００２２】
該注入外管５の外周にシールグラウト８を充填してシールした後、ケーシング３を引き抜く。
【００２３】
注入内管１０を該注入外管５内に挿入し割裂注入位置１０Ｐにその先端部１１を止める。この注入内管１０の先端部１１にはダブルパッカ１２が設けられており、両パッカ１２間には複数の吐出孔１４が穿設されている。
【００２４】
この注入内管１０の入口から割裂注入材Ｗを圧送すると、該注入材Ｗは先端部１１の吐出孔１４から注入外管５内に吐き出される。この注入材Ｗは割裂注入が行なえるようにセメントなど粉体原料の粒径が調整される。
【００２５】
この粒径の調整は次の事情を考慮して行なう。
一般にセメント粒子など粉体原料を含んだ懸濁液を注入材に用いた場合に、注入形態を判断する方法の一つとして地盤の粒度と注入材の粒度とを比較するものがある。従来、
Ｄ15／Ｇ85≧１５Ｄ10／Ｇ95≧８（式１）
の場合に浸透することが知られている。
ここで、Ｄ10，15は土粒子の１５％及び１０％が通過する篩の目の粒径、Ｇ85，95は注入材の粉体原料粒子の８５％及び９５％が通過する篩の目の粒径、をそれぞれ示す。
【００２６】
この式１から判断すると、普通ポルトランドセメントを用いた場合に浸透が可能な土粒子の粒度は、次の通りである。
Ｄ15＝Ｇ85×１５＝０．０６７×１５＝１．００５ｍｍ
Ｄ10＝Ｇ95×８＝０．５９２ｍｍ
【００２７】
上記より、粗砂以上の粒径をもつ地盤において浸透可能であり、液状化しやすい中、細砂は割裂注入となるのが一般的である。言い換えれば、中、細砂への浸透注入は溶液型或いは最大粒径が０．０１ｍｍ程度の微粒子を用いなければならない。なお、これまで普通ポルトランドセメント程度の粒径を持った材料を用いての注入工法は、浸透目的には礫地盤に、その他はトンネルや擁壁の裏込めなどの空洞充填に用いられているが、液状化防止を目的とした割裂注入は実施されていない。
【００２８】
前記のようにして注入外管５内に吐き出された割裂注入材Ｗはスリーブゴム７を押し開けて噴出孔６からシールグラウト８に向って噴出し、該地盤１の割裂注入予定位置１０Ｐに割裂注入される。
【００２９】
この時、割裂注入材Ｗの粉体原料の粒径が該地盤の土粒子の間隙部よりも大きな粒径をもっているので、該地盤１は該注入材Ｗにより水平方向に裂け目１６を入れられながら該注入材Ｗが注入される。そのため、水平方向に広がる脈状又は面状の注入固結物１８がビル２の下部に形成されるので、該地盤１の密度が増大すると共に、該地盤１が注入固結物１８により拘束され、局部的な剛性が高まり、液状化抵抗が増大する。
【００３０】
前記割裂注入予定位置１０Ｐでの割裂注入が終了したら、該注入内管１０を垂直方向に移動し、その先端部１１を他の割裂注入予定位置にして割裂注入をする。
この様な行程を繰り返すことにより垂直方向に間隔をおいて複数の面状又は脈状の注入固結物１８を形成する。
【００３１】
この発明の第２実施例を図７〜図１０により説明する。この実施例は振動三軸による要素試験である。図７に示す様に、直径Ｄ＝５ｃｍ、高さｈ＝１０ｃｍの円柱供試体２０を作成し、該供試体２０に空中落下法により豊浦標準砂Ｓ3を充填し間隙率４１％の未改良モデル供試体Ａを形成した。
【００３２】
又、前記供試体２０中に直径ｄ＝３ｃｍ、厚さｔ＝０．６ｍｍのセメント系板状注入固結物２１を４枚及び８枚水平方向に埋め込んだものを割裂注入モデル供試体Ｂ、Ｃとした。この供試体Ｂの各固結物２１の相互間隔ｈ1は２０ｍｍであり、該供試体Ｃの各固結物２１の相互間隔ｈ2は１０ｍｍである。
【００３３】
この供試体Ａ、Ｂ、Ｃについて土質工学会基準ＪＳＦＴ５４１に準拠し、同条件で繰り返し非排水三軸圧縮試験を実施した。結果は図１０に示す通りであり、載荷繰り返し回数が２０回の時点で供試体の両振幅ひずみ（圧縮側と伸張側のひずみ）がＤＡ＝５％に達するような繰返し応力比で比較すると、供試体Ｂ（４枚埋め込み）は、供試体Ａ（未改良モデル）の約１．５倍、供試体Ｃ（８枚埋め込み）は供試体Ａ（未改良モデル）の約１．８倍の液状化強度を示した。
なお、図１０において、縦軸は繰返し応力比、横軸は繰返し回数、を示す。
【００３４】
この発明の第３実施例を図１１〜図１３により説明する。この実施例は大型モールドによる注入実験である。
注入材の粘性と割裂注入状況を観察するために、吐出量０．５〜１．０リットル／ｍｉｎ．、最大吐出圧５ｋｇｆ／ｃｍ²の性能を有する２連式のケミカルフィーダ（薬液定量注入ポンプ）を備えた注入装置と、該径ｄ3＝７０ｃｍ、高さｈ3＝９０ｃｍの鋼製大型注入モールドＭを用いて注入実験を実施した。
【００３５】
鋼製モールドＭに豊浦標準砂Ｓ3を間隙率４１％になるように充填し、間隙部分を水で飽和させた後、粘度の異なる下記試験Ｎｏ１〜Ｎｏ５の早強ポルトランドセメントのスラリ（割裂注入材）を形成し、１ショットで注入管ＴＰから注入した。なお、この時の注入圧は０．５〜２．０ｋｇｆ／ｃｍ²、注入量は２０リットルで実施した。
試験Ｎｏ１：粘度４０ＣＰＳ未満の場合
試験Ｎｏ２：粘度１００ＣＰＳの場合
試験Ｎｏ３：粘度２０００ＣＰＳ未満の場合
試験Ｎｏ４：粘度２０００ＣＰＳを超える場合
【００３６】
更に、粘度を１００ＣＰＳ程度に調整した先のスラリに３号水ガラス４０％水溶液を容積比で１：１の割合で混合して試験Ｎｏ５を形成し、この試験Ｎｏ５を１．５ショットで注入した。
【００３７】
その結果、試験Ｎｏ１（粘度４０ＣＰＳ未満）のスラリは注入管ＴＰの周りからリークし漏れてしまった。又、試験Ｎｏ４（粘度２０００ＣＰＳ超）のスラリは粘性が大きすぎて注入することは非常に困難であった。
それ以外の粘性では、モールド中心部の水平方向に厚さ２０〜１００ｍｍ程度の注入固結物３８が確認された。
【００３８】
更に述べると、この固結物３８の厚さｔ3は試験Ｎｏ２では図１１に示すようにｔ3＝２０〜５０ｍｍ、試験Ｎｏ３では図１２に示すようにｔ3＝２０〜３０ｍｍ、試験５では図１３に示すようにｔ3＝２０〜１００ｍｍであった。なお、図において、ハッチ部分ＨＧは浸透注入部、ＳＲは砂利層（上部層厚ｕｈ3＝１００ｍｍ、下部層厚ｄｈ3＝１５０ｍｍ）、をそれぞれ示す。
【００３９】
この発明の第４実施例を図１４により説明する。この実施例は注入による砂の密度増大と密度増大による液状化強度の増加に関する実験である。
割裂注入による地盤の密度増大による液状化強度の上昇を確認するため、実施例３で実施したもののうち、試験Ｎｏ３及びＮｏ５を注入後３日経過した時点で凍結させ、注入固結物を含まない領域から採取した試料について直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍの供試体を制作し繰り返し非排水さ三軸圧縮試験を実施した。
又、比較用として試験Ｎｏ１（未改良）のものも同様に凍結させて供試体を作成し、繰り返し非排水三軸圧縮試験を実施した。
【００４０】
繰返し応力比（縦軸）と繰り返し回数（横軸）との関係を図１４に示す。この図において、黒丸は未改良モールド、黒四角は試験Ｎｏ３、黒三角は試験Ｎｏ５、を示す。また、切り出した供試体の乾燥密度ＫＭ（ｇ／ｃｍ³）、相対密度ＳＭ（％）は次の通りであった。
（１）未改良モールドＫＭ；１．５５６ＳＭ；７５．７
（２）試験Ｎｏ３ＫＭ；１．６１０ＳＭ；８９．３
（３）試験Ｎｏ５ＫＭ；１．６１９ＳＭ；８９．７
【００４１】
この結果、割列注入により相対密度が１．２倍になり、繰返し回数２０回で比較すると、液状化強度が約１．４倍に増えている。
【００４２】
この発明の第５実施例を図１５、図１６により説明する。この実施例は第２実施例におけるセメント系板状固結物を横方向に代えて縦方向に埋め込んだものである。第２実施例と同様な要領で振動三軸による要素試験を行なったところ、図１５の結果を得た。
【００４３】
図１５において、Ａ（白丸）は未改良モデル供試体、Ｅ（白三角）は図１６に示すように、円板状の注入固結物５８を水平方向に間隔Ｗ5をおいて２枚垂直に、かつ、２段に計４枚埋設したモデル供試体、Ｆ（黒丸）は該注入固結物を８枚埋設したモデル供試体、Ｇ（白四角）は長方形状のセメント系板状固結物を横方向に等間隔をあけて３枚垂直に埋設したモデル供試体、横軸は繰返し回数、縦軸は繰返し応力比、をそれぞれ示す。
【００４４】
載荷繰り返し回数が２０回の時点で供試体の両振幅ひずみ（圧縮側と伸張側のひずみ）がＤＡ＝５％に達するような繰返し応力比で比較すると、供試体Ｅ（４枚埋め込み）は、供試体Ａ（未改良モデル）の約１．３倍、供試体Ｆ（８枚埋め込み）は該供試体Ａの約１．８倍、供試体Ｇ（長方形３枚埋め込み）は該供試体Ａの２倍の液状化強度を示した。
【００４５】
【発明の効果】
この発明は、以上のように割裂注入手段により液状化防止対象地盤に割裂注入するので、簡単に該地盤内に脈状又は面状の注入固結物を形成することができる。
そのため、該地盤の密度を増大させると共に、該地盤を該注入固結物で拘束し局部的な剛性を高め、液状化抵抗を増大させることができる。
又、割裂注入は、地盤内の水平方向に裂け目が伸びるように行なうことができるので、既存ライフラインや既存建築物などの真下の地盤内に容易に注入固結物を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す断面図で、図５の要部拡大図である。
【図２】第１実施例の第１工程を示す断面図である。
【図３】第１実施例の第２工程を示す断面図である。
【図４】第１実施例の第３工程を示す断面図である。
【図５】第１実施例も第４工程を示す断面図である。
【図６】第１実施例の平面図である。
【図７】本発明の第２実施例のモデルＡを示す斜視図である。
【図８】第２実施例のモデルＢを示す斜視図である。
【図９】第２実施例のモデルＣを示す斜視図である。
【図１０】第２実施例の試験結果を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施例の試験Ｎｏ２を示す断面図である。
【図１２】第３実施例の試験Ｎｏ３を示す断面図である。
【図１３】第３実施例の試験Ｎｏ５を示す断面図である。
【図１４】本発明の第４実施例の試験結果を示す図である。
【図１５】本発明の第５実施例の試験結果を示す図である。
【図１６】第５実施例のモデル供試体Ｅを示す断面図である。
【符号の説明】
１液状化しやすい地盤
１０注入内管
１６裂け目
１８注入固結物
Ｗ割裂注入材

Claims

割裂注入手段により液状化防止対象地盤内に裂け目を形成しながら割裂注入材を注入し、該地盤内に注入固結物を形成する地盤の液状化防止工法であって；
前記割裂注入手段として、液状化防止対象地盤に浸透する最大の注入速度よりも大きな割裂注入速度を用いることを特徴とする地盤の液状化防止工法。
予め液状化防止対象地盤に浸透注入材を浸透注入させた後、割裂注入手段により該地盤内に裂け目を形成しながら割裂注入材を注入して注入固結物を形成する地盤の液状化防止工法であって；
前記割裂注入手段として、液状化防止対象地盤に浸透する最大の注入速度よりも大きな割裂注入速度を用いることを特徴とする地盤の液状化防止工法。
割裂注入材が、ポルトランドセメント、混合セメント、フライアッシュ、高炉スラグの一種、又は、２種以上の混合物からなるスラリであることを特徴とする請求項１、又は、２記載の地盤の液状化防止工法。
割裂注入材が、ポルトランドセメント、混合セメント、フライアッシュ、高炉スラグの１種、又は、２種以上の混合物からなるスラリと、シリカゾル、カルシュウムアルミネートなどの耐久性に優れた急硬材と、からなることを特徴とする請求項１、又は、２記載の地盤の液状化防止工法。
スラリが、液状化防止対象地盤の土粒子の間隙部よりも大きな粒径を持つ粉体原料のスラリであることを特徴とする請求項３、又は、４記載の地盤の液状化防止工法。
スラリが、４０ＣＰＳ〜２００ＣＰＳの粘度を持つスラリであることを特徴とする請求項３、又は、４記載の地盤の液状化防止工法。
浸透注入材が、超微粒子セメントであることを特徴とする請求項２記載の地盤の液状化防止工法。
裂け目が、水平方向に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の地盤の液状化防止工法。
裂け目が、垂直方向に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の地盤の液状化防止工法。