JP5161815B2 - Ground improvement method - Google Patents

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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
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Description

本発明は、地盤の改良工法に係り、好適には液状化対策が必要な地盤の改良工法に関するものである。   The present invention relates to a ground improvement method, and preferably relates to a ground improvement method that requires countermeasures against liquefaction.

地盤の液状化は、含水率の高い地盤が地震により衝撃や振動を受けて変形することに伴い、土粒子間に飽和状態で存在している間隙水の水圧が急激に上昇し、その結果、土粒子間の摩擦抵抗が消失して地盤があたかも液体のように挙動して耐力を失ってしまう現象である。   The liquefaction of the ground is accompanied by a sudden rise in the water pressure of pore water that exists in a saturated state between the soil particles as the ground with high moisture content undergoes deformation due to impact and vibration due to an earthquake. This is a phenomenon in which the friction resistance between soil particles disappears and the ground behaves like a liquid and loses its proof strength.

液状化を防止するためには、地盤強度を高める、あるいは地盤に細粒分を注入するといった手法が知られているが、最近においては地下水の揚水による液状化防止方法も有効であることが判明している。しかし、地下水位を常に低く維持するために地下水を常時連続的にしかも恒久的に揚水し続けなければならないから、それに要する運転費と維持管理費が嵩む問題がある。   In order to prevent liquefaction, methods such as increasing the strength of the ground or injecting fine particles into the ground are known, but recently, liquefaction prevention methods by pumping groundwater have proven effective. doing. However, in order to keep the groundwater level low at all times, the groundwater must be continuously and permanently pumped, resulting in a problem that the operation cost and maintenance cost required for it are increased.

そこで、本出願人は、地下水を揚水し続けて地下水位を常に低く維持するのではなく、地下水位を一時的な低下により砂地盤に過圧密履歴(プレローディング)を与えるとともに、地盤の飽和度(地盤中の地下水の体積/地盤の間隙体積)を低下させ、それによって液状化に対する地盤強度を高めるという液状化防止方法を提案した(特許文献1)。   Therefore, the applicant does not keep pumping the groundwater and keep the groundwater level low, but gives the ground ground an overconsolidation history (preloading) by temporarily lowering the groundwater level. A liquefaction prevention method was proposed (Patent Document 1) in which (the volume of groundwater in the ground / the gap volume of the ground) is reduced, thereby increasing the ground strength against liquefaction (Patent Document 1).

他方、特許文献2には、液状化防止対策地盤に圧縮気体を注入する方法が開示されているが、単に圧縮気体を混入するのでは、飽和度を低下させるのに限界があり、しかも、地盤を隆起させるおそれがあった。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a method of injecting compressed gas into the ground for preventing liquefaction, but simply mixing compressed gas has a limit in reducing the degree of saturation, and the ground There was a risk of raising.

本出願人は、上記の問題を解決するために、直径が100マイクロメートル未満の超微細気泡を多数有する混入水を、地盤強度の改善を図る対象領域に混入することにより、広範囲において均等的に地盤の飽和度を低下させる方法を提示した(特許文献3)。   In order to solve the above-mentioned problem, the applicant of the present invention uniformly mixes in a wide range by mixing mixed water having a large number of ultrafine bubbles having a diameter of less than 100 micrometers into a target region for improving ground strength. A method for reducing the saturation of the ground was presented (Patent Document 3).

特許第3678828号公報Japanese Patent No. 3678828 特許第3757216号公報Japanese Patent No. 3757216 特開2008−2170号公報JP 2008-2170 A

しかし、特許文献3で開示された方法によれば、超微細気泡を多数有する混入水をあらかじめ容器内で調整した後、対象領域に混入するまでに、一部の気泡同士が結合することにより大きくなってしまい、地盤内への混入の効率が落ちる、という問題がある。特に低流量での混入を行う際にこのような現象が起きやすい。
したがって、本発明が解決しようとする主たる課題は、地盤の広範囲な対象領域の飽和度を低下させるにあたり、従来よりも効率的に超微細気泡を多数有する水を地盤に供して、地盤の改良を行うことができる方法を提供することにある。
However, according to the method disclosed in Patent Document 3, after the mixed water having a large number of ultrafine bubbles is adjusted in the container in advance and then mixed into the target region, a large amount of bubbles are bonded together. As a result, there is a problem that the efficiency of mixing into the ground is reduced. Such a phenomenon tends to occur particularly when mixing at a low flow rate.
Therefore, the main problem to be solved by the present invention is to improve the ground by providing water having a large number of ultrafine bubbles to the ground more efficiently than before in reducing the saturation of a wide range of target areas of the ground. It is to provide a method that can be performed.

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項1記載の発明〕
対象領域の地盤中に超微細気泡を多数有する水を混入する地盤の改良工法であって、
対象領域の地盤に、先端付近に気泡発生ノズルを有する混入管を設け、
予め生成された多量に空気を含む混入水を前記混入管に供給し、
前記混入水を対象領域の地盤中に混入する直前に、前記気泡発生ノズルによって平均径10〜60マイクロメートルの多数の超微細気泡を混入水中に発生させながら前記地盤中に混入する、
ことを特徴とする地盤の改良工法。
The present invention that has solved this problem is as follows.
[Invention of Claim 1]
An improvement method of the ground in which water having a large number of ultrafine bubbles is mixed in the ground of the target area,
In the ground of the target area, provide a mixing tube with a bubble generating nozzle near the tip,
Supplying premixed mixed water containing a large amount of air to the mixed pipe;
Immediately before mixing the mixed water into the ground of the target area, the bubbles are mixed into the ground while generating a large number of ultrafine bubbles with an average diameter of 10 to 60 micrometers in the mixed water by the bubble generating nozzle.
A ground improvement method characterized by this.

(作用効果)
本発明では、予め容器内で多数の空気を含む水を生成した後、地盤強度の改善を図る対象領域付近まで混入し、混入直前に超微細気泡を発生させる。本発明により、地盤中に平均径10〜60マイクロメートル、好適には10〜45マイクロメートル、より好適には20〜30マイクロメートルの多数の気泡を多数に含有する水を混入することができる。
(Function and effect)
In the present invention, after water containing a large number of air is generated in advance in the container, it is mixed to the vicinity of the target region where the ground strength is to be improved, and ultrafine bubbles are generated immediately before mixing. According to the present invention, water containing a large number of bubbles having an average diameter of 10 to 60 micrometers, preferably 10 to 45 micrometers, and more preferably 20 to 30 micrometers can be mixed in the ground.

混入によって、混入した水は地盤、たとえば液状化層中の間隙を流動する過程で、砂粒子に超微細気泡が吸着され、残存するようになる。この現象は、次の要因であると考えられる。すなわち、超微細気泡は高圧力下において水の表面張力によって小さくなっているが、圧力を解放された超微細気泡が地下水中で漂っている過程で砂粒子表面に付着することで、気泡の曲率半径が小さくなり、気泡内圧が減少し、気泡同士が結合することにより、気泡が析出するものと考えられる。   Due to the mixing, the mixed water flows in the ground, for example, the gap in the liquefied layer, and the ultrafine bubbles are adsorbed on the sand particles and remain. This phenomenon is considered to be the following factor. In other words, the ultrafine bubbles are reduced by the surface tension of water under high pressure, but the curvature of the bubbles is created by the ultrafine bubbles released from pressure adhering to the sand particle surface in the process of drifting in the groundwater. It is considered that bubbles are precipitated when the radius is reduced, the bubble internal pressure is reduced, and the bubbles are bonded to each other.

予め気泡を発生させた水を混入したとしても、混入した水が地盤に到達する前に気泡同士の結合が起こり、地盤中の間隙に気泡が効率よく入り込めない、という問題がある。しかし、本発明は、地盤への混入直前に混入水に気泡を発生させるため、気泡同士の結合の影響を最小限に抑えることが可能である。   Even if the water in which bubbles are generated in advance is mixed, there is a problem that the bubbles are combined before the mixed water reaches the ground, and the bubbles cannot efficiently enter the gap in the ground. However, since the present invention generates bubbles in the mixed water immediately before mixing into the ground, it is possible to minimize the influence of bonding between the bubbles.

〔請求項2記載の発明〕
前記気泡発生ノズルの吐出口にオリフィスを配する請求項1記載の地盤の改良工法。
[Invention of Claim 2]
The ground improvement method according to claim 1, wherein an orifice is disposed at a discharge port of the bubble generating nozzle.

(作用効果)
前記気泡発生ノズルの吐出口にオリフィスを配することにより、低流量でも安定して微細気泡を発生させることができる。
(Function and effect)
By providing an orifice at the discharge port of the bubble generating nozzle, it is possible to stably generate fine bubbles even at a low flow rate.

〔請求項3記載の発明〕
前記混入管の外壁にスリーブ逆止弁を有する請求項1または2に記載の地盤の改良工法。
[Invention of Claim 3]
The ground improvement method according to claim 1 or 2, wherein a sleeve check valve is provided on an outer wall of the mixing pipe.

(作用効果)
混入管の外壁、好ましくは先端付近の外壁に、スリーブ逆止弁を配する。逆止弁は複数設置することも可能である。スリーブ逆止弁自体が混入水に超微細気泡を発生させる機能を有するのに加えて、地盤中からの微細粒子のノズル内への混入を防止することが可能である。
(Function and effect)
A sleeve check valve is arranged on the outer wall of the mixing tube, preferably on the outer wall near the tip. A plurality of check valves can be installed. In addition to the function of the sleeve check valve itself to generate ultrafine bubbles in the mixed water, it is possible to prevent the mixing of fine particles from the ground into the nozzle.

〔請求項4記載の発明〕
前記の予め生成された多量に空気を含む混入水は、耐圧容器内の水中に気泡発生ノズルを臨ませ、かつ、容器内を加圧状態に保持した状態で、前記水中の気泡発生ノズルから気泡を発生させて得られる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の地盤の改良工法。
[Invention of Claim 4]
The pre-generated mixed water containing a large amount of air has air bubbles from the bubble generating nozzle in the water in a state where the bubble generating nozzle faces the water in the pressure resistant container and the container is maintained in a pressurized state. The ground improvement construction method of any one of Claims 1-3 obtained by generating.

(作用効果)
混入水を地盤中に混入する直前に気泡発生ノズルを用いるのみでは、混入された水に十分な空気を含んでいないため、効率的に気泡を発生させることができない。したがって、予め混入水にできるだけ多くの空気を含ませる必要がある。
(Function and effect)
If only the bubble generation nozzle is used immediately before mixing the mixed water into the ground, the mixed water does not contain sufficient air, so bubbles cannot be generated efficiently. Therefore, it is necessary to include as much air as possible in the mixed water in advance.

容器内を加圧状態に保持した状態で、気泡発生ノズルから気泡を発生させると、より多くの空気を水中に含ませることができることが知見された。水の溶存酸素量DOは水温により変化するが、大気圧下で20mL/L程度だとすると、400kPaの加圧下では、通常80mL/L程度までの溶解度、つまり空気溶存量を上げることが可能である。   It has been found that when air bubbles are generated from the air bubble generating nozzle while the inside of the container is maintained in a pressurized state, more air can be contained in the water. The amount of dissolved oxygen DO in water varies depending on the water temperature. If the pressure is about 20 mL / L at atmospheric pressure, the solubility up to about 80 mL / L, that is, the amount of dissolved air can be increased under a pressure of 400 kPa.

容器内の圧力は、地盤の対象領域における圧力より有意に高くすることが望ましい。例えば、地盤の対象領域の深さ10mまでを不飽和化させる場合、地盤の深さ10mにおける圧力(地盤密度により異なるが100kPa程度)より高い圧力で水中の気泡発生を行うことにより、地盤内で溶存空気をより大量に微細気泡として発生させることが可能となる。   It is desirable that the pressure in the container is significantly higher than the pressure in the target area of the ground. For example, when desaturation is performed up to a depth of 10 m in the target region of the ground, by generating bubbles in the water at a pressure higher than the pressure at the depth of the ground of 10 m (depending on the ground density, but about 100 kPa), It becomes possible to generate a large amount of dissolved air as fine bubbles.

〔請求項5記載の発明〕
前記の予め生成された多量に空気を含む混入水は、渦流タービンポンプを用いて生成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の地盤の改良工法。
[Invention of Claim 5]
The ground improvement construction method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pre-generated mixed water containing a large amount of air is generated using a vortex turbine pump.

(作用効果)
多量に空気を含む水は、渦流タービンポンプを使用して生成することも可能である。この場合、渦流タービンポンプを用いて水と空気を混合し、過飽和の空気溶存水を生成し。余剰エア分離タンクで充分に空気の溶存量を高めた後、混入管に混入する。
(Function and effect)
A large amount of air-containing water can also be generated using a vortex turbine pump. In this case, water and air are mixed using a vortex turbine pump to generate supersaturated air-dissolved water. After the amount of dissolved air is sufficiently increased in the surplus air separation tank, it is mixed into the mixing tube.

〔請求項6記載の発明〕
対象地盤に設けた揚水井戸によって地下水を揚水し地下水位を低下させ過圧密を生じさせた後、前記混入水を混入する請求項1〜5のいずれか1項に記載の地盤の改良工法。
[Invention of Claim 6]
The ground improvement method according to any one of claims 1 to 5, wherein the mixed water is mixed after the groundwater is pumped by a pumping well provided on the target ground to lower the groundwater level and cause overconsolidation.

(作用効果)
本出願人は、地下水を揚水し続けて地下水位を常に低く維持するのではなく、地下水位を一時的に低下させて地盤の飽和度を低下させ、それによって液状化に対する地盤強度を高めるという液状化防止方法を提案した(特許文献1)。この方法は、地下水位を常に低く維持するために地下水を常時連続的にしかも恒久的に揚水し続けなければならないために伴う、運転費と維持管理費が嵩む問題を解消できる利点がある。
(Function and effect)
Applicants do not keep pumping groundwater and keep the groundwater level low, but rather lower the groundwater level temporarily to reduce the saturation of the ground, thereby increasing the ground strength against liquefaction. A prevention method has been proposed (Patent Document 1). This method has an advantage of eliminating the problem of increased operation costs and maintenance costs due to the fact that the groundwater must be continuously and permanently pumped in order to keep the groundwater level always low.

請求項3の発明に従って、対象地盤に設けた揚水井戸によって地下水を揚水し地下水位を低下させ過圧密を生じさせ、その後に、地下水位を元の地下水位状態に自然復旧させた時点で、あるいは復旧過程で、本発明の混入水を混入すると、超微細気泡を対象領域に均質的に分散させることができる。その結果、過圧密履歴による液状化に対する地盤強度を高める効果と、超微細気泡の分散に伴う飽和度の低下効果とが相俟って、高い液状化に対する地盤強度を得ることができる。   According to the invention of claim 3, when groundwater is pumped by a pumping well provided in the target ground, the groundwater level is lowered to cause overconsolidation, and then the groundwater level is naturally restored to the original groundwater level state, or When the mixed water of the present invention is mixed in the recovery process, the ultrafine bubbles can be uniformly dispersed in the target region. As a result, the effect of increasing the ground strength against liquefaction due to overconsolidation history and the effect of lowering the degree of saturation accompanying the dispersion of ultrafine bubbles can be combined to obtain a high ground strength against liquefaction.

〔請求項7記載の発明〕
前記気泡発生ノズルが、ノズル中心軸回りの旋回水流の縮流の中心に沿って圧力空気を噴出させる構成である請求項1〜6のいずれか1項に記載の地盤の改良工法。
[Invention of Claim 7]
The ground improvement construction method according to any one of claims 1 to 6, wherein the bubble generating nozzle is configured to eject pressurized air along the center of the contracted flow of the swirling water flow around the nozzle central axis.

(作用効果)
ノズル中心軸回りの旋回水流の縮流の中心に沿って圧力空気を噴出させる構成であると、高速旋回水流の縮流部位において渦が崩壊するようになり、そこに圧力空気の噴出に伴う気泡を混入すると、その気泡が破壊し、小さい気泡となる。この場合、容器内を加圧状態に保持しておくと、気泡はさらに微細となる。
(Function and effect)
If the configuration is such that the pressure air is ejected along the center of the contraction of the swirling water flow around the central axis of the nozzle, the vortex will collapse at the contracted portion of the high-speed swirling water flow, and the bubbles accompanying the ejection of the pressure air Is mixed, the bubbles are destroyed and become small bubbles. In this case, if the inside of the container is kept in a pressurized state, the bubbles become finer.

本発明によれば、地盤の対象領域の飽和度を低下させるために、超微細気泡水を地盤に混入させるにあたり、低流量の状態であっても安定して超微細気泡を混入水に含ませ、ることが可能となる。   According to the present invention, in order to reduce the saturation of the target region of the ground, when mixing the ultrafine bubble water into the ground, the ultrafine bubbles are stably included in the mixed water even in a low flow rate state. It becomes possible to.

本発明に係る施工の概要説明図である。It is an outline explanatory view of construction concerning the present invention. 気泡発生装置例の概要斜視図である。It is a general | schematic perspective view of the example of a bubble generator. 案内体の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a guide body. 案内体の側面図である。It is a side view of a guide body. 他の気泡発生装置例の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the other bubble generator example. 混入ロッドの先端付近の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing near the front-end | tip of a mixing rod. (a)レジューサーロッドの概略説明図、及び(b)B−B断面図である。(A) It is a schematic explanatory drawing of a reducer rod, and (b) It is BB sectional drawing. (a)ゴムスリーブ式逆止弁外観、(b)内部構造、及び(c)A−A断面図である。It is (a) rubber sleeve type check valve appearance, (b) internal structure, and (c) AA sectional view. 他の例の施工概要図である。It is a construction outline figure of other examples. 実地盤模型実験概要図である。It is an actual ground model experiment outline figure. 実験結果のグラフである。It is a graph of an experimental result.

次に、本発明の実施の形態を、液状化対策地盤の改良を例に採って説明する。
<工法の概要>
図1に超微細気泡水地盤混入システムの一例を示す。超微細気泡水(以下、マイクロバブル水)生成装置は耐圧タンク1、気泡発生ノズル2、循環用高揚程ポンプ3、コンプレッサー4からなり、圧力下でのマイクロバブル水の生成が可能である。マイクロバブル水は例えば揚水孔5から地下水を汲み取り、耐圧タンク内に充填を行い、タンク内を加圧して所定の時間タンク内の水を循環させることにより、マイクロバブルを発生させ高濃度の超微細な気泡水の作成を行う。生成完了後、混入管6(例えば混入ロッド10)からマイクロバブル水を混入する。その際、混入するボーリング孔または混入ロッド10の先端付近に気泡発生ノズル7を付けることにより、さらにマイクロバブルを発生させ地盤を不飽和化させる。
Next, an embodiment of the present invention will be described by taking improvement of the liquefaction countermeasure ground as an example.
<Outline of construction method>
FIG. 1 shows an example of an ultrafine bubble water ground mixing system. The ultrafine bubble water (hereinafter referred to as microbubble water) generating device includes a pressure-resistant tank 1, a bubble generating nozzle 2, a circulating high-lift pump 3, and a compressor 4, and is capable of generating microbubble water under pressure. Microbubble water, for example, draws groundwater from the pumping hole 5, fills the pressure tank, pressurizes the tank and circulates the water in the tank for a predetermined time, thereby generating microbubbles and high concentration ultrafine water. Make a bubbly water. After the generation is completed, microbubble water is mixed from the mixing tube 6 (for example, the mixing rod 10). At that time, by adding the bubble generating nozzle 7 near the tip of the mixing boring hole or mixing rod 10, micro bubbles are further generated, and the ground is desaturated.

このシステムは混入管よりマイクロバブル水混入を行うとともに改良地盤内の地下水位低下とマイクロバブル水の浸透を促すため、同時に揚水ポンプ9により用水孔5から地下水の汲み取りを行い、地下水を循環させながら対象地盤を不飽和化させる仕組みである。しかし、本発明において、揚水を行い液状化対策地盤に過圧密を生じさせた後に、マイクロバブル水混入を行うことも可能である。 また、過圧密を行わなかったとしても、本発明の効果は十分に発揮する。   This system mixes microbubble water from the mixing pipe and promotes lowering of the groundwater level and penetration of microbubble water in the improved ground. At the same time, the pumping pump 9 draws groundwater from the water hole 5 and circulates the groundwater. It is a mechanism that desaturates the target ground. However, in the present invention, microbubble water can be mixed after pumping water and causing overconsolidation in the liquefaction countermeasure ground. Even if overconsolidation is not performed, the effect of the present invention is sufficiently exerted.

<気泡発生ノズルの例示>
図2〜図4は気泡発生ノズル2,7を例示したもので、筒体21内に翼付案内体22を内装してある。筒体21は、円筒形の本体21Aと、先窄まりの円錐状の縮流部21Bと、小円筒形の噴出部21Cとを備える。円筒形の本体21A内には、案内体22が内装されている。
<Example of bubble generation nozzle>
2 to 4 exemplify the bubble generating nozzles 2 and 7, and a guide body 22 with wings is provided in the cylinder 21. The cylindrical body 21 includes a cylindrical main body 21A, a conical constricted flow portion 21B that is tapered, and a small cylindrical ejection portion 21C. A guide body 22 is housed inside the cylindrical main body 21A.

案内体22は、円柱状の本体部22Aとその後端(図5の左側)がほぼ半球状の入口部22Bとを有し、入口部22Bから本体部22A先端までの外周に翼体22C、22C…が一体化されている。ここで、各翼体22C、22C…の先端部は順次角度を曲げるように形成され、翼状をなしている。翼体22C、22C間と筒体21とで囲まれる溝空間は、筒体21内にその後方から高揚程ポンプ3、または耐圧タンク1からの水W0が導入されるようになっている。また、本体部22Aの外周面から内部に入り、先端(図5の右側)の中央から抜ける圧力空気Aの導入孔22Dが形成されている。   The guide body 22 has a cylindrical main body portion 22A and a rear end (left side in FIG. 5) having a substantially hemispherical inlet portion 22B, and wing bodies 22C and 22C are provided on the outer periphery from the inlet portion 22B to the front end of the main body portion 22A. ... are integrated. Here, the tip portions of the wing bodies 22C, 22C,... In the groove space surrounded by the wing bodies 22C and 22C and the cylinder body 21, water W0 from the high head pump 3 or the pressure tank 1 is introduced into the cylinder body 21 from the rear. Further, an introduction hole 22D for pressurized air A that enters the inside from the outer peripheral surface of the main body 22A and exits from the center of the tip (right side in FIG. 5) is formed.

かかる気泡発生ノズル2,7においては、筒体21内にその後方から高揚程ポンプ3、または耐圧タンク1からの導入された水W0は、入口部22Bから各溝空間内に入り込む。溝空間内に入り込んだ水は、その空間を先端側に流れ、先端部においては、各翼体22C、22C…が捩れている関係で、周方向に向きを変えながら、本体部22Aの先端から本体21A内に流出する。その結果、本体部22Aの先端から前方の本体21A内においては、旋回流F1が生じる。この旋回流F1は、縮流部21Bにおいては、順次小さい渦流F2となって先端に向かい、特に縮流部21Bの先端部分において、渦流F2が崩壊し、気泡が発生する。   In the bubble generation nozzles 2 and 7, the water W0 introduced from the high head pump 3 or the pressure tank 1 from the rear into the cylinder 21 enters the groove spaces from the inlet 22B. The water that has entered the groove space flows to the tip side of the groove space. At the tip portion, the wing bodies 22C, 22C,... It flows out into the main body 21A. As a result, a swirl flow F1 is generated in the main body 21A forward from the front end of the main body 22A. The swirling flow F1 gradually becomes a small vortex F2 in the contracted flow portion 21B and goes to the tip, and particularly in the tip portion of the contracted flow portion 21B, the vortex flow F2 collapses and bubbles are generated.

他方で、導入孔22Dの先端から圧力空気Aが噴出され、そのエネルギーは、渦流F2またはその崩壊部に与えられる。その結果、発生した気泡が微細化され、噴出部21Cから噴出される。   On the other hand, the pressurized air A is ejected from the tip of the introduction hole 22D, and the energy is given to the vortex F2 or its collapsed portion. As a result, the generated bubbles are refined and ejected from the ejection part 21C.

かくして、微細化されたマイクロバブルが耐圧タンク1、または混入ロッド10先端付近の水中に形成される。この水は、混入水Wとして、地盤強度の改善を図る対象領域に混入する。   Thus, micronized microbubbles are formed in the pressure tank 1 or in the water near the tip of the mixing rod 10. This water is mixed as mixed water W into the target area where the ground strength is to be improved.

図5は他の気泡発生ノズル2aの例を示したもので、噴出部21Caの先端側に拡大径部を形成したものである。   FIG. 5 shows another example of the bubble generating nozzle 2a, in which an enlarged diameter portion is formed on the tip side of the ejection portion 21Ca.

気泡発生方式としては、超音波方式、超高速旋回方式、気液二層対流混合・せん断方式などもできるが、容器内を加圧状態に維持することでマイクロバブルを発生させることができる。しかし、本発明者らの研究によれば、上記例のものがマイクロバブルの発生率及び安定性において最適であることを知見している。   As the bubble generation method, an ultrasonic method, an ultra-high-speed swirling method, a gas-liquid two-layer convection mixing / shearing method, and the like can be used. However, according to the study by the present inventors, it has been found that the above examples are optimal in the generation rate and stability of microbubbles.

<混入ロッドの例示>
図6に、混入水の地盤混入に使用する混入管の一例として、混入ロッド10の先端部分を示す。現場での簡易な施工を目的とし、比較的に径が小さく、簡易なサウンディングマシンでも施工可能な33.5mm径のボーリングロッドを使用している。
<Example of mixed rod>
FIG. 6 shows a distal end portion of the mixing rod 10 as an example of a mixing tube used for mixing water into the ground. For the purpose of simple construction at the site, a 33.5 mm diameter boring rod that is relatively small in diameter and can be constructed even with a simple sounding machine is used.

33.5mm径の混入ロッド10の破線で囲った部分31は、レジューサーロッド(図7)であり、図2〜5に示した気泡発生ノズルはこの部分の空隙38に取り付けられる。レジューサーロッド31は、図3(b)に示すような穴37を有するオリフィス状の蓋33を有する。高濃度の空気を含んだ水がレジューサーロッドに設置した気泡発生ノズルを通過することで、マイクロバブルが復元される。このとき、レジューサーロッドが前記のオリフィスを有することで、低流量でも安定してマイクロバブルを復元させることができる。レジューサーロッドより先端側に、地盤へのマイクロバブル水混入のために複数のゴムスリーブ式逆止弁が取り付けられている(図8)。マイクロバブル水は、ゴムスリーブ式逆止弁に内側から圧力が掛かることにより、穴部分34を塞いでいるゴムスリーブ弁35が開き、地盤にマイクロバブル水を混入出来る仕組みとなっている。逆止弁は、地盤へのロッドの貫入時のような、マイクロバブル水を混入しない状態では弁が閉まっており、地盤中の砂や粘土がロッド内に進入しないようになっている。
なお、ロッドの先端は貫入が容易なように円錐型のコーンの形状とした。
A portion 31 surrounded by a broken line of the 33.5 mm diameter mixing rod 10 is a reducer rod (FIG. 7), and the bubble generating nozzle shown in FIGS. 2 to 5 is attached to the gap 38 of this portion. The reducer rod 31 has an orifice-like lid 33 having a hole 37 as shown in FIG. Microbubbles are restored when water containing high-concentration air passes through a bubble generating nozzle installed on the reducer rod. At this time, since the reducer rod has the orifice, the microbubbles can be stably restored even at a low flow rate. A plurality of rubber sleeve check valves are attached to the tip side of the reducer rod for mixing microbubble water into the ground (FIG. 8). The microbubble water is structured such that when the pressure is applied to the rubber sleeve check valve from the inside, the rubber sleeve valve 35 closing the hole portion 34 is opened, and the microbubble water can be mixed into the ground. The check valve is closed when microbubble water is not mixed, such as when the rod penetrates the ground, so that sand and clay in the ground do not enter the rod.
The tip of the rod has a conical cone shape for easy penetration.

<施工条件等>
本発明では、直径が100マイクロメートル未満のマイクロバブルを多数有する混入水を使用する。好ましいマイクロバブルの直径は、平均で10〜60マイクロメートル、好ましくは10〜45マイクロメートル、さらに好ましく20〜30マイクロメートルである。本発明において規定する気泡の直径は、70%以上、特に80%以上が上記に規定する直径のものを有すればよく、すべての気泡が上記に規定する直径である必要はない。
<Construction conditions, etc.>
In the present invention, mixed water having many microbubbles having a diameter of less than 100 micrometers is used. The diameter of a preferable microbubble is 10 to 60 micrometers on average, preferably 10 to 45 micrometers, and more preferably 20 to 30 micrometers. The diameter of the bubbles defined in the present invention is 70% or more, particularly 80% or more as long as it has the diameter defined above, and all the bubbles need not have the diameter defined above.

気泡生成容器(たとえば耐圧タンク1)内の加圧力は、0.2MPa〜0.7MPa程度が望ましい。混入時の圧力としては、0.05MPa〜0.6MPa程度とすることができる。   The pressure in the bubble generating container (for example, the pressure tank 1) is preferably about 0.2 MPa to 0.7 MPa. The pressure at the time of mixing can be about 0.05 MPa to 0.6 MPa.

地盤強度の改善を図る対象領域としては、改良が必要な地盤であれば限定されない。混入水の混入量は、マイクロバブルで置換できるだけの混入量であるのが望ましい。通常は、飽和度が90%以下となることを目標とし、その目標の飽和度になったか否かはたとえば地盤の比抵抗測定により判定が可能である。   The target region for improving the ground strength is not limited as long as the ground needs improvement. It is desirable that the mixing amount of the mixing water is a mixing amount that can be replaced with microbubbles. Usually, the degree of saturation is set to 90% or less, and whether or not the target degree of saturation has been reached can be determined by, for example, measuring the specific resistance of the ground.

マイクロバブルで置換した地盤は、前述のように地盤を構成する粒子、たとえば地盤の間隙に残存するので、長期間その置換状態を維持できる。仮に、激しい地下水流が予想される場合には、2〜3年程度の時間間隔で飽和度の測定を行い、必要により混入水の再混入を行うことができる。   Since the ground replaced with microbubbles remains in the particles constituting the ground, for example, the gap between the ground as described above, the replacement state can be maintained for a long time. If intense groundwater flow is expected, saturation can be measured at time intervals of about 2 to 3 years, and mixed water can be mixed again if necessary.

<他の実施形態>
図9に他の実施形態を示す。図9に示す形態は、地下水を汲み上げるところまでは一図1に示す形態と同様であるが、過飽和の空気溶存水を生成するのに渦流タービンポンプ43を使い、余剰エア分離タンク41で余剰エアを除き、空気の溶存率に十分に高い水を混入管に注入する。混入水を地盤に混入する直前に混入ロッド10の気泡発生ノズル7を使ってマイクロバブルを発生させ、逆止弁11より地盤内に注水する。
<Other embodiments>
FIG. 9 shows another embodiment. The form shown in FIG. 9 is the same as the form shown in FIG. 1 until the groundwater is pumped up, but the vortex turbine pump 43 is used to generate supersaturated air-dissolved water, and the excess air is separated in the excess air separation tank 41. Except for the above, water sufficiently high in the dissolved rate of air is injected into the mixing tube. Immediately before mixing water into the ground, micro bubbles are generated using the bubble generation nozzle 7 of the mixing rod 10, and water is poured into the ground from the check valve 11.

実地盤模型へのマイクロバブル水混入実験によって、本発明における地盤の飽和度低下の効果の検証を行った。試験装置を図10に示す。実験は、内径75mm、高さ300mmのアクリル製円筒容器(カラム)52を用い、実地盤と同程度の湿潤密度ρt=1.6g/cm3の地盤51を用いて作成し、飽和させた後、マイクロバブル水混入による飽和度Srの低下を調査した。さらに実地盤実験と同地盤条件にするため,供試体の背圧を50kPaとし、混入マイクロバブル水も現場で使用する装置を用い生成した。なお、Srはカラムの重量変化を測定し下記の式[数1]より算出した。 The effect of lowering the degree of saturation of the ground in the present invention was verified by the microbubble water mixing experiment on the actual ground model. The test apparatus is shown in FIG. The experiment was performed using an acrylic cylindrical container (column) 52 having an inner diameter of 75 mm and a height of 300 mm, and using a ground 51 having a wet density ρt = 1.6 g / cm 3 similar to the actual ground and saturated. Then, a decrease in the saturation Sr due to the mixing of microbubble water was investigated. Furthermore, in order to make it the same ground condition as the actual ground experiment, the back pressure of the specimen was set to 50 kPa, and mixed microbubble water was generated using a device that was used on site. Sr was calculated from the following formula [Equation 1] by measuring the weight change of the column.

Figure 0005161815
Figure 0005161815

ここで,Sr:地盤の飽和度(%)、Vw(m3):間隙水の体積、Vv (m3):間隙の体積、ΔW(g/min):重量変化(g)、ρw:水の密度(g/cm3)である。 Here, Sr: ground saturation (%), Vw (m 3 ): volume of pore water, Vv (m 3 ): volume of gap, ΔW (g / min): weight change (g), ρw: water Density (g / cm 3 ).

本試験装置における実地盤51中のマイクロバブルの平均径を、マイクロバブル上昇速度からストークス法則を用いて算出した。マイクロバブル上昇速度は400μm/sであり、平均径は30μmと算出された。   The average diameter of the microbubbles in the actual ground 51 in this test apparatus was calculated from the rising speed of the microbubbles using Stokes' law. The microbubble rising speed was 400 μm / s, and the average diameter was calculated to be 30 μm.

実施例、比較例の試験条件を表1に示す。直接マイクロバブル水を混入したケースを比較例、これに加えて混入直前に再度マイクロバブル発生ノズルを使用したケースを実施例とした。   Table 1 shows the test conditions of Examples and Comparative Examples. A case in which microbubble water was directly mixed was used as a comparative example, and a case in which a microbubble generating nozzle was used again immediately before mixing was used as an example.

Figure 0005161815
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本実験装置に実地盤模型実験結果を図11に示す。混入直前にマイクロバブル発生を行った実施例において、より効率よく地盤の飽和度を低下させることができることが判明した。   FIG. 11 shows the results of an actual ground model experiment in this experimental apparatus. In an example in which microbubbles were generated immediately before mixing, it was found that the saturation of the ground can be reduced more efficiently.

本発明は、地盤改良、特に液状化防止を目的とした発明であり、おもに建築の分野で利用可能である。   The present invention is an invention for the purpose of ground improvement, particularly prevention of liquefaction, and can be used mainly in the field of architecture.

1…耐圧タンク、2…気泡発生ノズル、3…高揚程ポンプ、4…コンプレッサー、5…用水孔、6…混入管、7…気泡発生ノズル、8…ノッチタンク、9…揚水ポンプ、10…混入ロッド、11…逆止弁、21…筒体、22…タービン翼付案内体、W0…導入水、W…混入水、31…ノズルレジューサー、32…ボーリングロッドネジ、33…オリフィス状蓋、34…穴、35…パッカーゴムスリーブ逆止弁、36…ネジ、37…穴、38…気泡発生ノズル取り付け位置、41…余剰エア分離タンク、43…渦流タービンポンプ、51…実地盤、52…カラム、53…ロードセル、54…間隙水圧計、55…背圧用コンプレッサー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pressure-resistant tank, 2 ... Bubble generating nozzle, 3 ... High lift pump, 4 ... Compressor, 5 ... Water hole, 6 ... Mixing pipe, 7 ... Bubble generating nozzle, 8 ... Notch tank, 9 ... Lifting pump, 10 ... Mixing Rod, 11 ... Check valve, 21 ... Tube, 22 ... Guide body with turbine blades, W0 ... Introduced water, W ... Mixed water, 31 ... Nozzle reducer, 32 ... Boring rod screw, 33 ... Orifice lid, 34 ... Hole, 35 ... Packer rubber sleeve check valve, 36 ... Screw, 37 ... Hole, 38 ... Bubble generation nozzle mounting position, 41 ... Excess air separation tank, 43 ... Eddy current turbine pump, 51 ... Practical ground, 52 ... Column, 53 ... load cell, 54 ... pore water pressure gauge, 55 ... back pressure compressor.

Claims (7)

対象領域の地盤中に超微細気泡を多数有する水を混入する地盤の改良工法であって、
対象領域の地盤に、先端付近に気泡発生ノズルを有する混入管を設け、
予め生成された多量に空気を含む混入水を前記混入管に供給し、
前記混入水を対象領域の地盤中に混入する直前に、前記気泡発生ノズルによって平均径10〜60マイクロメートルの多数の超微細気泡を混入水中に発生させながら前記地盤中に混入する、
ことを特徴とする地盤の改良工法。
An improvement method of the ground in which water having a large number of ultrafine bubbles is mixed in the ground of the target area,
In the ground of the target area, provide a mixing tube with a bubble generating nozzle near the tip,
Supplying premixed mixed water containing a large amount of air to the mixed pipe;
Immediately before mixing the mixed water into the ground of the target area, the bubbles are mixed into the ground while generating a large number of ultrafine bubbles with an average diameter of 10 to 60 micrometers in the mixed water by the bubble generating nozzle.
A ground improvement method characterized by this.
前記気泡発生ノズルの吐出口にオリフィスを配する請求項1記載の地盤の改良工法。   The ground improvement method according to claim 1, wherein an orifice is disposed at a discharge port of the bubble generating nozzle. 前記混入管の外壁にスリーブ逆止弁を有する請求項1または2に記載の地盤の改良工法。 The ground improvement method according to claim 1 or 2, wherein a sleeve check valve is provided on an outer wall of the mixing pipe. 前記の予め生成された多量に空気を含む混入水は、耐圧容器内の水中に気泡発生ノズルを臨ませ、かつ、容器内を加圧状態に保持した状態で、前記水中の気泡発生ノズルから気泡を発生させて得られる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の地盤の改良工法。   The pre-generated mixed water containing a large amount of air has air bubbles from the bubble generating nozzle in the water in a state where the bubble generating nozzle faces the water in the pressure resistant container and the container is maintained in a pressurized state. The ground improvement construction method of any one of Claims 1-3 obtained by generating. 前記の予め生成された多量に空気を含む混入水は、渦流タービンポンプを用いて生成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の地盤の改良工法。   The ground improvement construction method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pre-generated mixed water containing a large amount of air is generated using a vortex turbine pump. 対象地盤に設けた揚水井戸によって地下水を揚水し地下水位を低下させ過圧密を生じさせた後、前記混入水を混入する請求項1〜5のいずれか1項に記載の地盤の改良工法。   The ground improvement method according to any one of claims 1 to 5, wherein the mixed water is mixed after the groundwater is pumped by a pumping well provided on the target ground to lower the groundwater level and cause overconsolidation. 前記気泡発生ノズルが、ノズル中心軸回りの旋回水流の縮流の中心に沿って圧力空気を噴出させる構成である請求項1〜6のいずれか1項に記載の地盤の改良工法。   The ground improvement construction method according to any one of claims 1 to 6, wherein the bubble generating nozzle is configured to eject pressurized air along the center of the contracted flow of the swirling water flow around the nozzle central axis.
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