JP5046292B2 - 砂質地盤への空気注入装置および砂質地盤の液状化防止工法 - Google Patents

Description

本発明は、砂質地盤への空気注入装置および砂質地盤の液状化防止工法に関し、さらに詳しくは、水で飽和した砂質地盤に貫入させた空気注入パイプを通じて、この砂質地盤に空気を注入して液状化を防止するにあたり、空気注入パイプに形成した空気注入孔が目詰まりすることを防止して、水で飽和した砂質地盤の液状化防止対策を施すことを可能にした砂質地盤への空気注入装置および砂質地盤の液状化防止工法に関するものである。

従来、水で飽和した砂質地盤の液状化を防止するために、この砂質地盤中に気泡を混入させた水を注入したり、空気を直接注入することにより、水で飽和した砂質地盤中に多数の気泡を混在させて砂質地盤の飽和度を低下させる工法が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。気泡を混入させた水を注入する方法は、水とほぼ同じ比重のものを注入するため、薬液の注入と同様に行なうことが可能であるが、空気を直接注入する方法では、空気を注入するパイプを水で飽和した砂質地盤に貫入させる時に、そのパイプに形成された空気注入孔に、砂質地盤中の細粒分や異物等が詰まることがあった。

そのため、水で飽和した砂質地盤に貫入させたパイプから空気を注入する際に、目詰まりしている空気注入孔からは空気を注入することができずに、砂質地盤の飽和度を低下させることができないという問題があった。
特開平２−１２５０１３号公報

本発明の目的は、水で飽和した砂質地盤に貫入させた空気注入パイプを通じて、この砂質地盤に空気を注入して液状化を防止するにあたり、空気注入パイプに形成した空気注入孔が目詰まりすることを防止して、水で飽和した砂質地盤の液状化防止対策を施すことを可能にした砂質地盤への空気注入装置および砂質地盤の液状化防止工法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の砂質地盤への空気注入装置は、空気注入孔と、空気供給手段を接続する接続部とを有し、水で飽和した砂質地盤に貫入される空気注入パイプを備えた砂質地盤への空気注入装置において、前記空気注入パイプの先端に接続される先端を尖らせた先端部材を設け、該先端部材が内部に形成した空洞部と該空洞部の内部と外部とを連通する連通孔とにより構成された泥水溜め部を有し、前記接続部に送水手段を接続可能にしたことを特徴とするものである。

ここで、前記先端部材が、空気注入パイプと着脱可能である構造にすることもできる。また、前記空気注入パイプの先端部の一部を、周面に多数の微小孔を有する筒状体で構成し、該筒状体の多数の微小孔を前記空気注入孔とするとともに、該筒状体の内周側位置に空気供給孔を有する内設体を配置し、該内設体に接続する内管を空気注入パイプに内挿することもできる。

また、本発明の砂質地盤の液状化防止工法は、水で飽和した砂質地盤に空気注入パイプを貫入させ、該空気注入パイプを通じて供給した空気を、パイプ先端部に形成した空気注入孔から砂質地盤に注入することにより多数の気泡を混在させて砂質地盤の飽和度を低下させる砂質地盤の液状化防止工法において、前記空気注入パイプを水で飽和した砂質地盤に貫入させる際に、前記空気注入パイプの先端に、先端を尖らせた先端部材を接続し、該空気注入パイプを通じて送水した水を前記空気注入孔から排出させるとともに、前記先端部材の内部に形成した空洞部と、該空洞部の内部と外部とを連通する連通孔とにより構成される泥水溜め部に、砂質地盤中の水を流入させるようにしたことを特徴とするものである。

ここで、前記空気注入パイプを所定深さに貫入させ、該空気注入パイプを通じて供給した空気を、パイプ先端部に形成した空気注入孔から砂質地盤に注入した後に、前記空気注入パイプを通じて送水した水を前記空気注入孔から排出させるとともに、前記泥水溜め部に砂質地盤中の水を流入させながら、この空気注入パイプを水で飽和した砂質地盤にさらに深く貫入させ、次いで、その貫入深さで空気注入パイプを通じて供給した空気を、パイプ先端部に形成した空気注入孔から砂質地盤に注入する工程を、必要回数行なうこともできる。

本発明によれば、空気注入パイプを水で飽和した砂質地盤に貫入させる際に、空気注入パイプの先端に、先端を尖らせた先端部材を接続し、該空気注入パイプを通じて送水した水を空気注入孔から排出させるとともに、先端部材の内部に形成した空洞部と、該空洞部の内部と外部とを連通する連通孔とにより構成される泥水溜め部に、砂質地盤中の水を流入させることにより、パイプ貫入によって発生する過剰間隙水圧を消散させることができる。これにより、砂質地盤中の細粒分や異物等が空気注入孔に進入しにくくなり、空気注入孔の目詰まりを防止することができる。そのため、空気注入パイプを砂質地盤に貫入させた後には、空気注入パイプを通じて供給した空気を直接、すべての空気注入孔から安定して注入することができ、水で飽和した砂質地盤に、多数の気泡を混在させて飽和度を低下させる液状化防止対策を施すことが可能になる。

以下、本発明の砂質地盤への空気注入装置および砂質地盤の液状化防止工法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示するように、本発明の砂質地盤への空気注入装置１（以下、空気注入装置１という）は、円筒状の空気注入パイプ２を有し、パイプ先端部の周面には、複数の空気注入孔４が設けられている。また、パイプ後端部には、空気供給手段と送水手段とを接続する接続部８を有している。

空気注入パイプ２の先端には、先端を尖らせた先端部材６が接続されている。先端部材６は、内部に空洞部７ａを有し、連通孔７ｂを通じて空洞部７ａの内部と外部とが連通する構造になっている。この空洞部７ａと連通孔７ｂとにより、泥水溜め部７が構成されている。

空気注入パイプ２の先端部および先端部材６は、例えば、図２、図３に例示する構造にすることもできる。この構造では、空気注入パイプ２の先端部の一部が、周面に多数の微小孔を有する筒状体で構成され、この筒状体として円筒状のポーラスメタル３が用いられている。このポーラスメタル３は、周面に多数の微小孔を有し、この多数の微小孔が空気注入孔４となる。この微小孔の大きさは、例えば、直径１μｍ〜１００μｍ程度、好ましくは、１０μｍｍ〜５０μｍｍ程度である。

ポーラスメタル３の内周側位置には、空気供給孔５ｂを有する内設体５ａが設置されている。この空気供給孔５ｂは、内設体５ａの断面中心部から放射状に延びるように複数設けられている。空気供給孔５ｂは、ポーラスメタル３の微小孔よりも大きく、例えば、直径３ｍｍ程度、或いは、１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。

内設体５ａは、空気注入パイプ２に内挿された内管５に接続され、ポーラスメタル３と内設体５ａとのすき間の上端位置および下端位置にＯリング５ｃ、５ｃが配置されて気密性、水密性が確保されている。

この空気注入装置１では、空気注入パイプ２を構成する内管５を通じて供給された空気Ａが、内設体５ａの空気供給孔５ｂを通じて排出され、この排出された空気Ａは、ポーラスメタル３の微小孔（空気注入孔４）を通じてパイプ外部に排出される。即ち、空気注入パイプ２を砂質地盤に貫入した後には、筒状のポーラスメタル３の微小孔を通じて空気Ａが砂質地盤に注入される。

空気注入パイプ２は、種々の材質のものを用いることができるが、後述するように打設するので、打設する際に変形、損傷しないように鋼等の金属製にすることが好ましい。また、空気注入パイプ２、ポーラスメタル３は筒状であればよく、円筒形状に限定されるものではない。

この実施形態では、泥水溜め部７を有する先端部材６が、空気注入パイプ２の先端と着脱可能な構造になっているが、両者を一体化した構造にすることもできる。また、空気注入孔４が形成されている部分を、空気注入パイプ１から着脱可能な構造にすることもできる。

空気注入パイプ２の後端部に設けた接続部８には、空気供給手段だけでなく、送水手段も接続できる構造になっている。空気供給手段は、空気注入パイプ２を通じて砂質地盤に注入する空気Ａを供給するように機能するものであり、図７に示すように、エアコンプレッサ等の空気供給装置１０を例示できる。また、送水手段は、空気注入パイプ２を通じて水Ｗを自然送水、或いは加圧した水Ｗを強制的に送水するように機能するものである。自然送水する送水手段としては、図５に示すように、水を貯蔵した水タンク９を例示できる。加圧した水Ｗを強制的に送水する場合には、例えば、水タンク９と接続部８を連結する連結管９ａにポンプを設けるようにする。

接続部８は、空気供給手段および送水手段を同時に接続できる構造にすることもでき、一方を接続し、他方は一方の接続を解除した後に接続する付け替え可能な構造にすることもできる。両手段を同時に接続できる構造にする場合には、空気供給手段に接続された連結管と送水手段に接続された連結管のいずれか一方を、空気注入パイプ２に連通させる切換え弁等を設けるようにする。

次に、本発明の砂質地盤の液状化防止工法の手順を説明する。

まず、図４に例示するように水で飽和した砂質地盤に、モンケン等の打設機を用いて先端に先端部材６を接続した空気注入パイプ２を貫入させる。この実施形態では、作業性確保のために、予め砂質地盤に上部孔１１を設けるとともに、上部孔１１の崩壊を防ぐために上部孔１１に内接するようにケーシング管１２を設けているが、これらを省略することもできる。空気注入パイプ２を砂質地盤に貫入させる際には、図５に例示するように、接続部８と地表に設置した水タンク９とを連結管９ａで連結する。これにより、水タンク９の内部の水Ｗが、空気注入パイプ２を通じて下方に重力により自然送水される。

空気注入パイプ２を砂質地盤に貫入させると地盤が乱されて、パイプ周りには過剰間隙水圧が発生するので、空気注入孔４には砂質地盤中の細粒分や異物が進入し易くなる。しかしながら、本発明では、空気注入パイプ２を通じて自然送水された水Ｗが、図６に例示するように空気注入孔４からパイプの外部へ排出されるので、砂質地盤中の細粒分や異物が空気注入孔４に進入しにくくなる。

さらに、空気注入孔４よりもパイプ先端側には、泥水溜め部７が設けられているので、砂質地盤中の水が連通孔７ｂを通じて空洞部７ａに流入する。連通孔７ｂの大きさによっては、砂質地盤中の水とともに細粒分や異物等が空洞部７ａに流入する。これによって、発生した過剰間隙水圧が消散されるので、空気注入孔４には一段と砂質地盤中の細粒分や異物が進入しにくくなる。

より詳細に言えば、過剰間隙水圧として静水圧から上昇した圧力が、空気注入パイプ２の貫入時に、先端部材６のさらに尖頭部を最大として瞬時に砂質地盤内を伝播して、砂質地盤中の細粒分等が空気注入孔４に向かって移動する現象が発生する。ところが、空気注入孔４よりもパイプ先端側に空洞部７ａおよび連通孔７ｂからなる泥水溜め部７を設けているので、泥水溜め部７に砂質地盤中の細粒分等を流入させることができる。これに加えて、水圧の最大圧力点（尖頭部）と空気注入孔４とを離間させることにより、発生する過剰間隙水圧の圧力勾配中の高圧部から遠隔した位置に空気注入孔４を配置しているので、一段と空気注入孔４に細粒分等が進入しにくくなっている。

このように、空気注入パイプ２を通じて送水した水Ｗを空気注入孔４から排出させるとともに、砂質地盤中の水を泥水溜め部７に流入させながら、空気注入パイプ１を砂質地盤に貫入させることにより空気注入孔４の目詰まりを防止することができる。

次いで、図７に例示するように、水タンク９との連結管９ａを接続部８から取り外し、接続部８には新たに空気供給装置１０との連結管１０ａを連結する。このように空気注入パイプ２の後端部に接続された空気供給装置１０から空気Ａを供給し、供給された空気Ａは、空気注入パイプ２を通じて空気注入孔４から砂質地盤に注入される。

図７のように空気注入パイプ２を所定深さに貫入させ、空気注入パイプ２を通じて供給した空気Ａを、空気注入孔４から砂質地盤に注入した後は、必要に応じて、空気注入パイプ２をさらに深く貫入させて同様の工程を繰り返す。即ち、図８に例示するように、空気注入パイプ２を通じて送水した水Ｗを空気注入孔４から排出させるとともに、泥水溜め部７に砂質地盤中の水を流入させながら、空気注入パイプ２を水で飽和した砂質地盤にさらに所定の深さだけ貫入させる。次いで、図７に例示したように、その貫入深さで空気注入パイプ２を通じて供給した空気Ａを、空気注入孔４から砂質地盤に注入する工程を必要回数行なう。

本発明では、上述したとおり空気注入孔４の目詰まりが防止されているので、空気供給装置１０から供給した空気Ａを、すべての空気注入孔４から安定して注入することができる。そのため、水で飽和した砂質地盤に、多数の気泡を混在させて飽和度を十分に低下させる液状化防止対策を施すことが可能になる。

図２、図３に例示した構造では、空気注入孔４となる筒状のポーラスメタル３の微小孔が非常に小さいので、砂質地盤中の細粒分や異物等が一層、目詰まりしにくくなる。

実施形態では、泥水溜め部７を有する先端部材６が、空気注入パイプ２と着脱可能な構造であるので、空気注入パイプ２を使用した後に、空気注入パイプ２から先端部材６を取り外して泥水溜め部７に溜まった細粒分や異物等を容易に除去することができる。さらに空気注入孔４が形成されている部分を、空気注入パイプ２と着脱可能にしておけば、空気注入孔４に異物等が詰まった場合には、空気注入パイプ２から取り外して容易に除去することができ、また、それぞれの砂質地盤に最適な仕様（孔径など）の空気注入孔４を空気注入パイプ２に簡単に付け替えることができる。

尚、泥水溜め部７を大気に開放させる構造にすることもできる。例えば、図２の構造においては、内管５の内側にさらに内管を設け、この新設した内管の下端を泥水溜め部７の空洞部７ａに接続し、上端を気中に延設して空洞部７ａを大気に連通させる。

本発明の空気注入装置を例示する断面図である。 空気注入パイプの先端部および先端部材の構造を例示する断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の砂質地盤の液状化防止工法において、砂質地盤に設けた上部孔にケーシング管を内接させ、空気注入パイプを砂質地盤に貫入させる工程を例示する縦断面図である。 本発明の砂質地盤の液状化防止工法において、空気注入パイプを砂質地盤に貫入させている工程を例示する縦断面図である。 図５の空気注入パイプの先端部および先端部材を拡大して例示する縦断面図である。 本発明の砂質地盤の液状化防止工法において、空気注入パイプを通じて供給した空気を砂質地盤に注入する工程を例示する縦断面図である。 本発明の砂質地盤の液状化防止工法において、所定深さで空気を注入した空気注入パイプをさらに深く砂質地盤に貫入させる工程を例示する縦断面図である。

符号の説明

１ 空気注入装置
２ 空気注入パイプ
３ ポーラスメタル
４ 空気注入孔
５ 内管
５ａ 内設体
５ｂ 空気供給孔
５ｃ Ｏリング
６ 先端部材
７ 泥水溜め部
７ａ 空洞部
７ｂ 連通孔
８ 接続部
９ 水タンク
９ａ 連結管
１０ 空気供給装置
１０ａ 連結管
１１ 上部孔
１２ ケーシング管

Claims (5)

1. 空気注入孔と、空気供給手段を接続する接続部とを有し、水で飽和した砂質地盤に貫入される空気注入パイプを備えた砂質地盤への空気注入装置において、前記空気注入パイプの先端に接続される先端を尖らせた先端部材を設け、該先端部材が内部に形成した空洞部と該空洞部の内部と外部とを連通する連通孔とにより構成された泥水溜め部を有し、前記接続部に送水手段を接続可能にしたことを特徴とする砂質地盤への空気注入装置。
2. 前記先端部材が、空気注入パイプと着脱可能である請求項１に記載の砂質地盤への空気注入装置。
3. 前記空気注入パイプの先端部の一部を、周面に多数の微小孔を有する筒状体で構成し、該筒状体の多数の微小孔を前記空気注入孔とするとともに、該筒状体の内周側位置に空気供給孔を有する内設体を配置し、該内設体に接続する内管を空気注入パイプに内挿した請求項１または２に記載の砂質地盤への空気注入装置。
4. 水で飽和した砂質地盤に空気注入パイプを貫入させ、該空気注入パイプを通じて供給した空気を、パイプ先端部に形成した空気注入孔から砂質地盤に注入することにより多数の気泡を混在させて砂質地盤の飽和度を低下させる砂質地盤の液状化防止工法において、前記空気注入パイプを水で飽和した砂質地盤に貫入させる際に、前記空気注入パイプの先端に、先端を尖らせた先端部材を接続し、該空気注入パイプを通じて送水した水を前記空気注入孔から排出させるとともに、前記先端部材の内部に形成した空洞部と、該空洞部の内部と外部とを連通する連通孔とにより構成される泥水溜め部に、砂質地盤中の水を流入させるようにしたことを特徴とする砂質地盤の液状化防止工法。
5. 前記空気注入パイプを所定深さに貫入させ、該空気注入パイプを通じて供給した空気を、パイプ先端部に形成した空気注入孔から砂質地盤に注入した後に、前記空気注入パイプを通じて送水した水を前記空気注入孔から排出させるとともに、前記泥水溜め部に砂質地盤中の水を流入させながら、この空気注入パイプを水で飽和した砂質地盤にさらに深く貫入させ、次いで、その貫入深さで空気注入パイプを通じて供給した空気を、パイプ先端部に形成した空気注入孔から砂質地盤に注入する工程を、必要回数行なうようにした請求項４に記載の砂質地盤の液状化防止工法。

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