JP4512897B2

JP4512897B2 - 薬液注入工法

Info

Publication number: JP4512897B2
Application number: JP2005057145A
Authority: JP
Inventors: 陽一田地; 実天利; 孝眞菊地
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-03-02
Also published as: JP2006241777A

Description

本発明は、薬液を地盤に注入して地盤改良を行う薬液注入工法に関する。

地盤改良工法の一種である薬液注入工法は、地盤の強度増加や地盤の透水性の減少等に有効であることから、地盤の液状化対策や地下管路工事などの建設工事における補助工法として用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
「土木工法事典改訂Ｖ」、産業調査会事典出版センター、２００１年９月、ｐ．３４８−３６５

しかしながら、従来の薬液注入工法は、薬液のコストが高く高コスト化が避けられないという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、従来に比べて少ない使用量の薬液で地盤の設計強度を確保することができる薬液注入工法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、貯留槽の薬液を地盤に注入して地盤改良を行う薬液注入工法において、気泡を混入していない薬液を用いた場合に対して地盤の一軸圧縮強度が２０〜３０％高まるように、貯留槽の薬液中に直径５０μｍ以下の気泡を混入することを特徴とする。
薬液を地盤に注入すると、土粒子間の間隙が薬液で満たされることになる。従って、直径５０μｍ以下の気泡を混入した薬液を地盤に注入した場合、土粒子間の間隙は直径５０μｍ以下の気泡を含んだ薬液で満たされることになり、間隙中に直径５０μｍ以下の気泡が残存するため、地盤が不飽和となり地盤の一軸圧縮強度が増大する。
直径５０μｍ以下の気泡は、通常のｃｍやｍｍオーダーの気泡と異なり、液体中における残存時間が長く、気泡径が均一で分散性がよいという特長を有している。本発明では、このような特長を有する直径５０μｍ以下の気泡を薬液中に混入することにより、地盤の一軸圧縮強度を増大させ、従来に比べて少ない使用量の薬液で地盤の設計強度を確保することができる。その結果、薬液の使用量を削減することができ、コストダウンが可能となる。
なお、気泡の最小径については、気泡径を計測する装置の限界から現時点において４μｍに規定されているが、計測装置の性能が向上し、４μｍより小さな径の気泡が計測可能になれば、気泡の最小径は４μｍ未満でもよい。

本発明では、薬液中に直径５０μｍ以下の気泡を混入することにより、地盤の一軸圧縮強度が増大するので、従来に比べて少ない使用量の薬液で地盤の設計強度を確保することができる。その結果、薬液の使用量を削減することができ、コストダウンが可能となる。

以下、本発明に係る薬液注入工法の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、直径５０μｍ以下の気泡を便宜的に微細気泡と呼ぶことにする。
図１は、微細気泡を混入した薬液と混入しない薬液をそれぞれ注入した供試体の一軸圧縮強度について、横軸を供試体の湿潤密度として示したものである。図中の実線および破線は最小二乗法により求めた回帰直線であり、実線が微細気泡を薬液に混入した場合、破線が微細気泡を薬液に混入しない場合である。
薬液には溶液型活性シリカ注入材（商品名：パーマロックＡＳＦ−Ｎ）を使用し、シリカ濃度は４％とした。また、この薬液のゲルタイム（ゲル化するまでの時間）は１，４４０分であり、緩結型に属する。なお、試料には豊浦標準砂を使用した。
図１より、微細気泡を薬液に混入した供試体は、微細気泡を混入していない供試体に比べて一軸圧縮強度が２０〜３０％高いことがわかる。

次に、微細気泡の発生方法について説明する。
一般に微細気泡の発生方法としては以下の４つの方法がある。
（１）空気せん断型
二層旋回流を発生させ、空気をせん断・粉砕して微細気泡を発生させる。
（２）加圧溶解型
加圧して空気を溶解した状態からキャビテーションを起こして微細気泡を発生させる。キャビテーションとは、高速で流れる液体中の圧力の低い部分が気化して、非常に短い時間に蒸気のポケットが生まれ、あるいは非常に短時間で潰れて消滅する現象のことをいう。
（３）フィルター型
マイクロフィルターを用いて微細気泡を発生させる。
（４）超音波型
超音波によって気泡を加振することにより気泡を分裂させ、さらに小さな気泡を発生させる。

ここでは、加圧溶解型の方法により微細気泡を発生させる。使用する気泡発生システムは特開２００３−２６５９３８号公報に開示されているものであり、図２に気泡発生システムの概略模式図を示す。
この気泡発生システムは、薬液を貯留する貯留槽２と、貯留槽２から汲み上げた薬液に微細気泡を混入して再び貯留槽２に戻す際の配管となる循環経路８および循環経路８上に設置されたポンプ３とを備えている。循環経路８の途中には空気供給路８ａが接続されており、空気供給路８ａの始端には、加圧空気を供給するためのコンプレッサー４が逆止弁５を介して接続されている。また、循環経路８のさらに下流側には、空気を薬液に溶解する処理を行う気体溶解装置１が設置されている。

ポンプ３によって貯留槽２から汲み上げられた薬液は、コンプレッサー４から圧送される空気と混合され、加圧された状態で気体溶解装置１に流入する。空気が混入した薬液は気体溶解装置１内を通過する間に薬液中に溶解し、吐出ノズル６から貯留槽２内へ吐き出される。貯留槽２に吐き出された薬液は常圧に減圧され、過飽和状態となった空気は薬液中で微細空気となる。

図３は気体溶解装置１の立断面図である。
気体溶解装置１は円筒状のハウジング１０からなり、ハウジング１０内は、上端部を除いて、仕切板１１により第一攪拌・混合路１５ａと第二攪拌・混合路１５ｂに平断面視二分割されている。ハウジング１０の下部側面には仕切板１１を挟んで第一攪拌・混合路１５ａ側に流入口１３が、第二攪拌・混合路１５ｂ側に流出口１４が設けられており、それぞれ循環経路８に連結されている。また、ハウジング１０の頂部１０ａには空気抜き弁１２が取り付けられている。

ハウジング１０内の圧力は約０．３ＭＰａに加圧されており、空気が混入した薬液は、流入口１３から流入して第一攪拌・混合路１５ａを上昇し、ハウジング１０の頂部１０ａに衝突した後、第二攪拌・混合路１５ｂを下降して流出口１４から流出する。この間、空気が混入した薬液は攪拌・混合され、空気は小さな気泡となり薬液中に溶解する。溶解しなかった空気はハウジング１０の頂部１０ａに取り付けられた空気抜き弁１２から外部に放出される。
気体溶解装置１と吐出ノズル６との間の循環経路８上には、吐出ノズル６の吐出圧をハウジング１０内の圧力とほぼ同じ圧力に調整するために減圧弁７が設けられている。

本実施形態による薬液注入工法では、直径５０μｍ以下の気泡を薬液中に混入することにより、地盤の一軸圧縮強度が増大し、従来に比べて少ない使用量の薬液で地盤の設計強度を確保することができる。その結果、薬液の使用量を削減することができ、コストダウンが可能となる。

以上、本発明に係る薬液注入工法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、気泡発生システムとして特開２００３−２６５９３８号公報に開示されている装置を利用したが、他の装置でもよいし、あるいは超音波型など他の方法でもよいことは言うまでもない。要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

薬液中への気泡混入の有無による地盤の一軸圧縮強度の違いを示す図である。気泡発生システムの概略を示す模式図である。気体溶解装置の立断面図である。

符号の説明

１気体溶解装置
２貯留槽
３ポンプ
４コンプレッサー
５逆止弁
６吐出ノズル
７減圧弁
８循環経路
８ａ空気供給路
１０ハウジング
１１仕切板
１２空気抜き弁
１３流入口
１４流出口
１５ａ第一攪拌・混合路
１５ｂ第二攪拌・混合路

Claims

貯留槽の薬液を地盤に注入して地盤改良を行う薬液注入工法において、
気泡を混入していない薬液を用いた場合に対して地盤の一軸圧縮強度が２０〜３０％高まるように、
貯留槽の薬液中に直径５０μｍ以下の気泡を混入することを特徴とする薬液注入工法。