JP3856795B2

JP3856795B2 - 表層地盤改良工法

Info

Publication number: JP3856795B2
Application number: JP2004041490A
Authority: JP
Inventors: 祐輔篠塚; 俊之本橋; 豊星田; 徳生小佐田
Original assignee: 株式会社大阪防水建設社
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2024-02-18
Also published as: JP2005232742A

Description

本発明は、地表面から数メートル以内の表層地盤を改良する表層地盤改良工法に関するものである。

地表面から２〜３メートル以内の表層地盤を背面に有する構造物として、例えば、城跡地等に見られる石積擁壁としての石垣がある。この石垣は遺跡的価値が高いため、崩壊防止と長期保存を目的として、石垣背面の表層地盤を補強・強化したいという要請がある。

一方、地盤を強化等するための従来工法として、地盤中に設置した注入管内に、薬液やグラウト等の硬化性を有する地盤注入材をポンプにより圧送して、当該地盤注入材を注入管に形成された注入孔から地盤中に噴出注入することにより、地盤を改良する注入工法がある（例えば、特許文献１、２参照）。また、地盤中に設置した注入管内に、ゲルタイムの長い地盤注入材をポンプにより低圧で圧送して、当該地盤注入材を注入管の注入孔から地盤中に低速で噴出注入して浸透させることにより、地盤を改良する低圧浸透注入工法もある（例えば、特許文献３参照）。また、地盤中に設置したロッドの先端部から地盤中に高圧噴流水を噴射させて隙間を形成し、当該隙間に地盤注入材を注入することにより、地盤を改良するジェットグラウト工法もある（例えば、特許文献４参照）。さらに、バッグホウやスタビライザ等の重機により表層地盤を掘削して、掘り起こした土砂と硬化性を有する改良材とを混合攪拌した後、所定の厚さに敷き詰めて締め固めることにより、表層地盤を改良する表層地盤改良工法もある（例えば、特許文献５参照）。

特開２０００−２７３８５９号公報特開平１０−３３１１４５号公報特開２００２−３６３９６７号公報特開平４−１１５０１４号公報特開２００３−１８４０７２号公報

しかしながら、表層地盤を改良するに際し、上述した従来の注入工法では、一般に０．２〜０．３メガパスカル以上の圧力で地盤注入材を噴出注入するため、注入した地盤注入材が地表面や地盤中の粗い層へと溢出してしまい、表層地盤を良好に改良することができない。また、地盤注入材の溢出を防ぐために瞬結性を有する地盤注入材を使用することが考えられるが、溢出を防ぐと注入した地盤注入材に圧迫されて表層地盤の隆起や割裂を生じてしまい、表層地盤を良好に改良することができない。また、上述した従来の低圧浸透注入工法では、低圧の低速噴出で地盤注入材を注入するため、地盤注入材の溢出防止には有効であるが、表層地盤においては地盤注入材を噴出させるような注入圧では依然として隆起や割裂を生じるおそれがある。特に、ポンプの脈動により地盤注入材の注入圧が高くなったときに、表層地盤の隆起や割裂が生じ易い。また、上述した従来のジェットグラウト工法では、超高圧噴流水を噴射するため、表層地盤の周囲に石垣のような構造物があると、当該構造物が損壊するおそれがある。さらに、上述した従来の表層地盤改良工法では、重機により表層地盤を広範囲に掘削等するため、表層地盤の周囲に構造物があると、当該構造物が損壊するおそれがあり、また重機が進入できないような狭隘な場所では工事が行えず、表層地盤を改良することができない。

本発明は、上記問題点を解決するものであって、その課題とするところは、地盤注入材の溢出、表層地盤の隆起や割裂、および周囲構造物の損壊を生じることなく、表層地盤を良好に改良することが可能な表層地盤改良工法を提供することにある。

本発明に係る表層地盤改良工法は、地表面から数メートル以内の表層地盤に掘削孔を形成し、当該掘削孔へ表面に複数の注入孔が穿孔された注入管を建て込んで、地表面近傍の掘削孔と注入管との隙間を封止した後、ゲルタイムの長い地盤注入材の貯留用のタンクに注入管をホースを介して接続し、タンク内を最大加圧力０．０５メガパスカル程度の小型コンプレッサーにより加圧することにより、またはタンクを地表面から５メートル以下の所定の高さに持ち上げて設置することにより、地盤注入材をタンク内から注入管内へと０．００１〜０．０５メガパスカル程度の微圧で供給して、当該地盤注入材を複数の注入孔を通して表層地盤中に注入するものである。

上記のように、地表面近傍の掘削孔と注入管との隙間を封止した後、ゲルタイムの長い地盤注入材を注入管内に微圧で供給することで、地盤注入材を地表面へ噴き上がらせることなく、表層地盤中へ極めて微小な圧力で注入して、周囲へ徐々に浸透させることができる。また、小型コンプレッサーでの加圧、またはヘッド圧により、地盤注入材をタンク内から注入管を通して表層地盤中へ０．００１〜０．０５メガパスカルの極めて微小な圧力で確実に注入することができる。このため、地盤注入材の溢出、表層地盤の隆起や割裂、および周囲構造物の損壊を生じることなく、表層地盤を良好に改良することが可能となる。

また、本発明の実施形態に係る表層地盤改良工法では、地盤注入材として、超微粒子の懸濁型注入材、または低粘性の溶液型注入材を用いる。このようにすることで、表層地盤中の砂質土および砂礫に地盤注入材を確実に浸透させることができる。

さらに、本発明の実施形態に係る表層地盤改良工法では、地盤注入材の貯留用のタンクに、表層地盤に所定の間隔で形成した複数の掘削孔のそれぞれに建て込んだ複数の注入管をホースを介して接続し、地盤注入材をタンク内から各注入管内へと同時に微圧で供給する。このようにすることで、地盤注入材をタンク内から複数の注入管を通して表層地盤中へ注入することができ、表層地盤を一度に広範囲に渡って改良することが可能となる。

本発明によれば、地盤注入材を地表面へ噴き上がらせることなく、表層地盤中へ極めて微小な圧力で注入して、周囲へ徐々に浸透させることができるので、地盤注入材の溢出、表層地盤の隆起や割裂、および周囲構造物の損壊を生じることなく、表層地盤を良好に改良することが可能となる。

図１Ａおよび図１Ｂは、本発明に係る表層地盤改良工法を説明するための図である。なお、説明にあたり図２〜図４を適宜参照する。図２は本工法の施工場所の一例を示す平面図である。図３は本工法で用いる注入管の詳細を示す図である。図４は本工法で用いるタンクの詳細を示す図であり、（ａ）が側方断面図、（ｂ）が（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図である。

図１Ａ（ａ）において、Ｗは城跡地にある石積擁壁としての石垣であって、図２に示すように広範囲に渡って構築されている。本例では、この石垣Ｗの背面にある地表面Ｇｆから数ｍ（メートル）以内（典型的には地表面からの深さが０〜２ｍ、または０〜３ｍ程度）の表層地盤Ｇ１を補強・強化するように改良を行う。Ｇ２は石垣Ｗの正面側にある下部地盤である。まず最初に、図１Ａ（ｂ）に示すように掘削機であるエアオーガー１により表層地盤Ｇ１を地表面Ｇｆから所定の深さ（例えば、２ｍ）まで掘削して、掘削孔Ｈを形成する。なお、掘削孔Ｈは、石垣Ｗに沿って所定の間隔で複数形成する。本例では、図２に示すように、Ａゾーンに２列に並ぶ３４箇所の黒丸で示す位置Ｐ１〜Ｐ３４と、Ｂゾーンに２列に並ぶ５６箇所の黒丸で示す位置Ｐ１〜Ｐ５６にそれぞれ掘削孔Ｈを形成する。また、石垣Ｗに近い方の列の各位置と遠い方の列の各位置とを半ピッチずらして掘削孔Ｈを形成する。

掘削孔Ｈを形成すると、図１Ａ（ｃ）に示すように掘削孔Ｈ内に注入管２を油圧ブレーカ４により所定の深さまで建て込んで行く。注入管２は、建て込み易くするために、図３に示すように先端部２ｂにヤジリ加工が施されている。また、注入管２は、表面に複数の注入孔２ｃが所定の間隔で穿孔されている。本例では、注入孔２ｃは、大きさが直径５ｍｍで、注入管２の円周方向に８個穿孔されていて、当該８個を１列として注入管２の軸方向に５０ｍｍピッチで３４列、即ち全部で２７２個穿孔されている。注入管２を所定の深さまで建て込むと、注入管２の後端部２ａにキャップ３を螺合する。このキャップ３にはホース取付部３ａが設けられている。

複数の掘削孔Ｈに建て込んだ複数の注入管２のそれぞれにキャップ３を螺合すると、地表面Ｇｆ近傍の掘削孔Ｈと注入管２との隙間を封止するため、図１Ｂ（ｄ）に示すように地表面Ｇｆの注入管２の周囲にモルタルＭを所定の厚み（例えば、７０ｍｍ）で打設し、養生しながら硬化させる。なお、モルタルＭに代えて、コンクリートや、コンクリートとモルタルの混合物を用いてもよい。また、地表面Ｇｆ近傍の掘削孔Ｈと注入管２との隙間にウエスやスポンジ等を詰め込んで、当該隙間を封止するようにしてもよい。モルタルＭが硬化すると、近傍に作業台１６（図１Ｂ（ｅ））を設置し、当該作業台１６の上にタンク５を載せて、当該タンク５を地表面Ｇｆから５ｍ以下の所定の高さ（例えば、３ｍ）に持ち上げて設置する。

タンク５は、図４（ａ）に示すように上部槽５ａと下部槽５ｂに分割されている。上部槽５ａには、地盤注入材Ｙがホース９ａを通して投入される。地盤注入材Ｙとしては、ブレーン比表面積８，０００ｃｍ^２／ｇ以上の超微粒子セメントを主材料とし、ゲルタイムを４時間以上確保でき、かつ初期粘度を４時間以上保持できる無機系の懸濁型注入材を用いる。また、当該懸濁型注入材に代えて、エポキシ樹脂を主材料とし、ゲルタイムを４時間以上確保でき、かつ低粘性を有する有機系の溶液型注入材を用いてもよい。さらに、無機系の溶液型注入材を用いてもよい。下部槽５ｂには、上部槽５ａに貯留された地盤注入材Ｙがシャッタ５ｃを開くことにより供給される。また、下部槽５ｂには、下部槽５ｂ内を加圧するために、最大加圧力０．０５ＭＰａ（メガパスカル）程度の小型コンプレッサー（図示省略）からの空気がホース９ｂを通して供給される。１０は圧力計、１１は圧力調整弁である。６ａ、６ｂは各槽５ａ、５ｂ内の地盤注入材Ｙを混合および攪拌するミキサー、７ａ、７ｂは各ミキサー６ａ、６ｂを回転させるモータ、８ａ、８ｂは各槽５ａ、５ｂ内の液面の高さを計測する液面計である。１２は下部槽５ｂの底部に複数連結（図４（ｂ）に図示）されたＹ字管である。各Ｙ字管１２には、バルブ１３、流量積算計１４、および三方コック１５を介してホース９ｃの一端が取り付けられている。この各ホース９ｃの他端を、複数の注入管２に螺合したキャップ３のホース取付部３ａにそれぞれ取り付けることにより、タンク５に複数の注入管２を接続する。なお本例では、タンク５を複数台設置し、各タンク５に１０〜１５本の注入管２をホース９ｃとＹ字管１２等を介して接続する。

タンク５に注入管２を接続すると、タンク５の上部槽５ａに地盤注入材Ｙを投入し、続いて、上部槽５ａから下部槽５ｂに地盤注入材Ｙを供給する。そして、タンク５を地表面Ｇｆから５ｍ以下の所定の高さに持ち上げたことによって生じるヘッド圧（最大で０．０５ＭＰａ程度）により、地盤注入材Ｙを下部槽５ｂ内からホース９ｃを通して各注入管２内へと同時に一定の微圧で供給する。また、当該ヘッド圧に代えて、下部槽５ｂ内を前述の小型コンプレッサーで０．０５ＭＰａ以下（例えば、０．０３ＭＰａ）に加圧することにより、地盤注入材Ｙを下部槽５ｂ内から各注入管２内へと同時に一定の微圧で供給するようにしてもよい。ここで、微圧とは、０．００１〜０．０５ＭＰａ程度の極めて微小な圧力をいう。上記のように地盤注入材Ｙを各注入管２内へ微圧供給すると、地盤注入材Ｙは、図１Ｂ（ｅ）に示すように自然流下に近い状態で注入管２の複数の注入孔２ｃを通って表層地盤Ｇ１中に注入されて浸透して行く。

そして、地盤注入材Ｙの注入管２内への微圧供給をしばらく継続した後、タンク５の下部槽５ｂ内の液面が下がらなくなると、これ以上地盤注入材Ｙは表層地盤Ｇ１中に入らないので、地盤注入材Ｙの微圧供給を停止し、タンク５と作業台１６とを撤去する。この後、表層地盤Ｇ１中に浸透させた地盤注入材Ｙが硬化すると、図１Ｂ（ｆ）に示すように石垣Ｗの背面に地盤注入材Ｙの固結体Ｙａが造成され、石垣Ｗが補強・強化された状態となる。

以上説明したように、モルタルＭ等で地表面Ｇｆ近傍の掘削孔Ｈと注入管２との隙間を封止した後、ゲルタイムの長い地盤注入材Ｙを注入管２内に微圧で供給することで、地盤注入材Ｙを地表面Ｇｆへ噴き上がらせることなく、表層地盤Ｇ１中へ極めて微小な圧力で注入して、周囲へ徐々に浸透させることができる。また、小型コンプレッサーでの加圧、またはヘッド圧により、地盤注入材Ｙをタンク５内から注入管２を通して表層地盤Ｇ１中へ０．００１〜０．０５メガパスカルの極めて微小な圧力で確実に注入することができる。このため、地盤注入材Ｙの地表面Ｇｆや地盤Ｇ１中の粗い層への溢出、表層地盤Ｇ１の隆起や割裂、および石垣Ｗの損壊を生じることなく、表層地盤Ｇ１を良好に改良することが可能となる。

また、地盤注入材Ｙとして、超微粒子の懸濁型注入材、または低粘性の溶液型注入材を用いることで、表層地盤Ｇ１中の砂質土および砂礫に地盤注入材Ｙを確実に浸透させることができる。さらに、タンク５に複数の注入管２をホース６ｃを介して接続し、タンク５内から各注入管２内へと地盤注入材Ｙを同時に微圧で供給することで、地盤注入材Ｙを複数の注入管の注入孔２ｃを通して表層地盤Ｇ１中へ注入することができ、表層地盤Ｇ１を一度に広範囲に渡って改良することが可能となる。

図５〜図６Ｂは、本発明に係る表層地盤改良工法の実施例を説明するための図である。図５は実施した施工場所を示していて、（ａ）が側方断面図、（ｂ）が平面図である。図６Ａおよび図６Ｂは実施結果を示している。図５において、本実施例の施工場所では、石垣Ｗの背面上段にある表層地盤Ｇ３の地表面Ｇｆから１ｍ以内は埋土層であり、１ｍより深いところは地山層である。上段表層地盤Ｇ３には黒丸で示す位置Ｐ１１〜Ｐ１４に掘削孔を形成し、下段表層地盤Ｇ４には黒丸で示す位置Ｐ１〜Ｐ１０に掘削孔を形成する。形成した各掘削孔には、注入管２を深さ約２００ｃｍまで建て込む。注入管２は、注入孔２ｃが穿孔されている部分（図６Ａ、図６Ｂの注入管２にクロスハッチングで示している部分）の長さが１ｍであるＳタイプと、２ｍであるＬタイプとを用いる。地表面Ｇｆの注入管２の周囲には、図６Ａおよび図６Ｂに示すようにコンクリートＣを５０ｍｍと３０ｍｍの厚みで打設して硬化させる。地盤注入材Ｙは、超微粒子セメントミルクと、超低粘性エポキシ樹脂（溶液）とを用いる。また、地盤注入材Ｙは、地表面Ｇｆから２ｍ上、３ｍ上、５ｍ上のいずれかの位置より各注入管２内に流下させる。なお、Ｐ２位置に建て込んだ注入管２には、地表面Ｇｆから２ｍ上、３ｍ上、５ｍ上の各位置より順番に地盤注入材Ｙを流下させる。また、Ｐ１３位置に建て込んだ注入管２には、地表面Ｇｆから２ｍ上の位置より地盤注入材Ｙを流下させた後に、小型コンプレッサーでの加圧（０．０３ＭＰａ）により地盤注入材Ｙを流下させる。地盤注入材Ｙの流下量は注入管２毎に任意に変える。図６Ａおよび図６Ｂに示す括弧書きの数字（１）〜（１０）は、各位置Ｐ１〜Ｐ１４の注入管２内に地盤注入材Ｙを流下させた順番を示している。

Ｐ１１〜Ｐ１４位置にある各注入管２内に地盤注入材Ｙを順番に流下させて上段表層地盤Ｇ３中に注入した後に、当該地盤Ｇ３を掘削すると、図６Ａに示すように地盤注入材Ｙの固結体Ｙａが造成されていた。先行で注入した超低粘性エポキシ樹脂は、流下高さ２ｍで地山層下部の最大浸透半径が５０ｃｍであった。後行で注入した超微粒子セメントミルクは、地山層下部の最大浸透半径が２０ｃｍであったが、地山層上部から埋土層にかけては広範囲に浸透していた。また、いずれの位置Ｐ１１〜Ｐ１４においても、地盤注入材Ｙの地表面Ｇｆへの噴き上がり、地盤注入材Ｙの溢出、表層地盤Ｇ３の隆起や割裂、および石垣Ｗの損壊は生じなかった。

Ｐ１〜Ｐ１０位置にある各注入管２内に順番に地盤注入材Ｙを流下させて下段表層地盤Ｇ４中に注入した後に、当該地盤Ｇ４を掘削すると、図６Ｂに示すように地盤注入材Ｙの固結体Ｙａが造成されていた。砂質土や砂礫に対しては、地盤注入材Ｙは広範囲に浸透していた。特に、Ｐ６位置では、流下高さ２ｍ、流下量２００Ｌ（リットル）で、超低粘性エポキシ樹脂の最大浸透半径が４６．５ｃｍであった。また、Ｐ７位置では、流下高さ３ｍ、流下量４５．４Ｌの少量で、超微粒子セメントミルクの最大浸透半径が２１．５ｃｍであった。なお、粘性土に対しても地盤注入材Ｙは浸透していた。コンクリートＣを打設していないＰ２位置では、地盤注入材Ｙの地表面Ｇｆへの噴き上がりを生じたが、これ以外の位置Ｐ１、Ｐ３〜Ｐ１０では、地盤注入材Ｙの噴き上がりは生じなかった。また、いずれの位置Ｐ１〜Ｐ１０においても、地盤注入材Ｙの溢出、表層地盤Ｇ４の隆起や割裂、および石垣Ｗの損壊を生じなかった。以上の結果から、本発明に係る表層地盤改良工法により、地表面Ｇｆから数ｍ以内の表層地盤Ｇ３、Ｇ４を弊害なく良好に改良できることが立証された。

以上述べた実施形態および実施例においては、石垣周辺の表層地盤を補強等するために、本発明に係る表層地盤改良工法を適用した例を挙げているが、同工法はこれ以外にも、例えば、レンガ造りトンネルの周辺にある表層地盤を補強するためや、住居密集地のような重機等の大型装置が入らない狭隘な場所の表層地盤を強化するためや、地下鉄の駅の底盤下に残留する比較的薄い砂礫層（底盤を地表面とした場合の表層地盤に相当）を固結するために適用することが可能である。また、これら以外に、崩壊性のある崖堆斜面を補強するためや、石積擁壁等の偏土圧を受ける構造物の背面の地盤を補強するためや、石造り遺跡構造物の周囲の地盤を補強するためにも適用することが可能である。

本発明に係る表層地盤改良工法を説明するための図である。本発明に係る表層地盤改良工法を説明するための図である。同工法の施工場所の一例を示す平面図である。同工法で用いる注入管の詳細を示す図である。同工法で用いるタンクの詳細を示す図である。同工法の実施例を説明するための図である。同工法の実施例を説明するための図である。同工法の実施例を説明するための図である。

符号の説明

２注入管
２ｃ注入孔
５タンク
９ｃホース
Ｇ１表層地盤
Ｇ３表層地盤
Ｇ４表層地盤
Ｇｆ地表面
Ｈ掘削孔
Ｗ石垣
Ｙ地盤注入材

Claims

地表面から数メートル以内の表層地盤に掘削孔を形成し、
当該掘削孔へ表面に複数の注入孔が穿孔された注入管を建て込んで、地表面近傍の前記掘削孔と前記注入管との隙間を封止した後、
ゲルタイムの長い地盤注入材の貯留用のタンクに前記注入管をホースを介して接続し、
前記タンク内を最大加圧力０．０５メガパスカル程度の小型コンプレッサーにより加圧することにより、または前記タンクを地表面から５メートル以下の所定の高さに持ち上げて設置することにより、前記地盤注入材を前記タンク内から前記注入管内へと０．００１〜０．０５メガパスカル程度の微圧で供給して、当該地盤注入材を前記複数の注入孔を通して表層地盤中に注入することを特徴とする表層地盤改良工法。
請求項１に記載の表層地盤改良工法において、
前記地盤注入材として、超微粒子の懸濁型注入材、または低粘性の溶液型注入材を用いることを特徴とする表層地盤改良工法。
請求項１または請求項２に記載の表層地盤改良工法において、
前記地盤注入材の貯留用のタンクに、表層地盤に所定の間隔で形成した複数の掘削孔のそれぞれに建て込んだ複数の前記注入管をホースを介して接続し、
前記地盤注入材を前記タンク内から前記各注入管内へと同時に微圧で供給することを特徴とする表層地盤改良工法。