JP5277392B1 - 地盤改良工法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤調査、ボーリングおよび地盤注入を同一装置により、しかも一連の連続した作業工程として行うことにより、薬液注入による地盤改良をきわめて効率的に行えるようにした地盤改良工法および地盤改良装置を提供する。
【解決手段】線状に敷設された敷設管20、あるいは構造物の周辺部に沿って複数の注入管を配置する。各注入管は流路変換電磁バルブ17を介し、間隔をもって送液管13と接続し、送液管13は圧力・流量計を備えた注入ポンプと注入材製造プラント１２を含む注入並びに管理プラント２１を備えている。流路変換バルブ17および注入ポンプは圧力・流量計からの情報に基いて、コントローラー15によって一括制御することにより、複数の注入地点X1，・・，Xnにおける注入の切り替えと選択を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、主として液状化対策に用いられる地盤改良工法に関し、特に複数に区画されたひとつづきの土地で、戸建て住宅が密集して建つ分譲地などの住宅地やガス管、上水管、下水管などのライフラインの敷設された地の液状化対策や地盤改良を簡便に行うことができる。

住宅地における液状化対策工として、地盤調査の後、ボーリングによって形成された削孔内に注入管を挿入し、当該注入管を介して地盤注入を行う薬液注入工法が知られている。

この場合の地盤調査には、オートマチックラム・サウンディング試験器や単管打込み式井戸などのような鋼管を地盤に動的に貫入する機械を用いて行う方法が用いられ、またボーリングにはロータリーパーカッション等が用いられている。ロータリーパーカッションは、深度が30ｍ以上の大深度やレキ混じり等の地盤におけるボーリングに特に適しているとされている。

特開２０１０−２４２３４３号公報 特開２０１０−２４２３６９号公報 特開２０１２−２１２６９号公報 特開２００３−９００３２号公報

しかし、ガス管や上下水道管などのライフラインの耐震補強では、経済性と作業性、さらに施工の迅速性が重要になる。

特に、改良層が浅く、また土質分としてシルト層混じり砂、あるいは砂混じりシルト層を多く含む地盤では、ロータリーパーカッションによるボーリングは工事がおおがかり過ぎ、また施工規模の割にコストが嵩むことや、宅地などの狭隘な場所では、機械の搬入・設置が困難な場合がある等の課題があった。

また、ボーリングに先だって、専用の装置を用い、しかも別工程で地盤調査等を行う必要があるため、作業効率が悪い等の課題があった。

さらに、最近の地震災害においては、特に複数に区画されたひとつづきの土地で、戸建て住宅が密集して建つ分譲地などの住宅地、或いは公道と隣接する住宅地における液状化対策工はきわめて困難であった。

その理由は、一区画のみを地盤改良しても他の区画が液状化してしまえば、その地区全体の生活機能が失われるからである。また、密集する住宅街に地盤改良工事に必要な様々な装置を搬入することは、住民生活の邪魔になるだけでなく、住宅地を汚すおそれがあった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、ガス管、下水管、上水管、電信電話線などの線状に延びるライフラインを供用しながら液状化対策工を効果的に行うことができ、また港湾や護岸、あるいは鉄道等の液状化対策工においても、これらの施設に沿わせて一または複数の注入ラインを配置して連続的に施工可能な技術を提供し、さらに、空港などの広大な面積を有する敷地の液状化対策工においても、一または複数の注入ラインを配置して地盤改良を連続的に行うことが可能になる。

特に分譲地などのように複数の戸建て住宅が密集して建ち並ぶ住宅地などにおける液状化対策工を全体的にバランスよく、しかも効果的かつ経済的に行うことができ、さらに、地盤改良で事前に行われる地盤調査、ボーリング、注入管の設置、そして、本施工の地盤注入を同一の装置により、一連の連続した作業工程として行うことを可能にし、かつライフラインを供用しながら施工を行うことを可能した地盤改良工法を提供することを目的とするものである。

本発明は、線状に敷設された敷設物または線状に敷設された注入ラインに沿って、あるいは構造物の周辺部に沿って削孔用のケーシングロッドと当該ケーシングロッド内に設置された注入管を配置し、当該注入管は流路変換バルブを介し、間隔をもって送液管と接続し、当該送液管は圧力・流量計を備えた注入ポンプと注入材製造プラントを含む注入並びに管理プラントを備え、前記流路変換バルブおよび注入ポンプは前記圧力流量計からの情報に基いて、コントローラーによって一括制御することにより、複数の注入地点における注入の切り替えと選択を行い、各注入地点においてはケーシングロッドをハンマーの連続打撃によって前記注入管と共に地盤に貫入し、前記ハンマーによるケーシングロッドの一定貫入量ごとの打撃回数を記録し、前記注入管を地盤中に残して前記ケーシングロッドを引き抜き、かつ前記ケーシングロッドを引き抜いた後の地盤中に前記注入管を介し、前記打撃回数の記録結果に基いて注入材を注入することを特徴とする地盤改良工法。注入管を内蔵した削孔用のケーシングロッドをハンマーの連続打撃によって前記注入管と共に地盤に貫入し、前記ハンマーによるケーシングロッドの一定貫入量ごとの打撃回数を記録し、前記注入管を地盤中に残して前記ケーシングロッドを引き抜き、かつ前記ケーシングロッドを引き抜いた後の地盤中に前記注入管を介して注入材を注入するように構成されてなることを特徴とするものである。

本発明によれば、薬液注入による地盤改良で事前に行われる地盤調査、ボーリング、注入管の設置、そして、本来の薬液注入の各作業を同一の装置により、しかも一連の連続した作業工程として行うことにより、薬液注入による地盤改良をきわめて効率的に行うことができる。

また、ハンマーの連続打撃によるケーシングロッドの貫入状況などから、大よその地盤状況を把握することができ、これにより最適配合、最適量の注入材を注入することができる。

さらに、質量63.5kgのハンマーを50ｃｍの高さから自然落下させてケーシングロッドを地中に貫入させて得られる貫入量20ｃｍ毎の打撃回数を、所定の方法で補正した値(Nd)は標準貫入試験のＮ値とほぼ同等に評価できるとされていることにより、より正確な地盤状況を把握することができる。

特に、液状化対策工などにおいて広範囲に、比較的地表面から近い深度10ｍ以内の地盤改良を簡便に、かつ効果的に行うことができる。

削孔用のケーシングロッドと結束注入管の各注入用細管は、共に１〜４ｍ程度の短尺な長さに形成された複数のユニットを互いに脱着自在に接続して形成されていることにより、貫入深さに応じて任意の長さとすることができ、また運搬や保管などの際は取り扱いが容易になる。勿論、改良深度や地盤条件に応じて１本のケーシングロッドに１本の注入管を内蔵させることができる。

また、複数の注入用細管を管軸方向に結束して結束注入管とすると共に、各注入用細管先端の注入材吐出口を管軸方向に間隔をおいて配置することにより複数の地層に注入材を同時注入することができる。

なお、注入材にはシリカ系注入薬液、粘土系注入材、粘土セメント系注入材、或いはマイクロバブル、コンプレッサーによる気体、気泡を混入したシリカグラウト、土壌浄化剤、スラグ注入材、セメント系スラグ系注入材などを用いることができる。

本発明の地盤改良工法は、注入管を内蔵した削孔用のケーシングロッドをハンマーの連続打撃によって前記注入管と共に地盤に貫入する工程と、前記ハンマーによるケーシングロッドの一定貫入量ごとの打撃回数を記録する工程と、前記注入管を地盤中に残し、前記ケーシングロッドを引き抜く工程と、前記ケーシングロッドを引き抜いた後の地盤中に前記注入管を介して注入材を注入する工程とからなることを特徴とするものである。

なお、ケーシングロッド内にセメント系のスラリーや粘土系スラリー等からなる低強度のシール材を充填することにより、ケーシングロッドを引き抜いた後の孔壁崩壊を防止することができる。

また、注入管と孔壁との間の空隙をシール材の充填によりシールすることにより注入材の地表への逸送を防止することもできる。

また、図5(a)に図示するように、複数の注入地点に地盤改良装置をそれぞれ配置すると共に、各注入地点の地盤中に各地盤改良装置の注入管を貫入し、そして各注入地点の注入管を注入並びに管理ユニット21から注入材製造プラントに注入ポンプ並びに圧力・流量検出器、並びに送液管を介して接続し、かつこれらをコントローラーによって一括制御することにより、地盤調査結果に基いて複数の注入地点における地盤注入を同時にまたは選択的に、かつ最適的な注入を行うことにより一定領域の液状化対策をきわめて効率的かつ確実に行うことができる。

さらに、図5(b)に図示するように、複数の地盤改良装置をガス管や上下水道管などの一方向に直線状に連続する敷設構造物の敷設された地盤上に、これらの敷設構造物に沿って一定間隔おきに一列または敷設物を挟んでその両側またはライン上に複数列に配置すると共に、各地盤改良装置の注入管をそれぞれ地盤に貫入し、そして各地盤改良装置の注入管を一または複数の送液管を介して注入材製造プラントと注入ポンプ並びに圧力・流量検出器に接続し、かつ各地盤改良装置による注入並びに注入地点の選定、注入順序などをコントローラーによって一括制御することにより、地盤調査の結果に対応して複数の注入地点における注入を最適注入量、注入速度、注入順序および最適注入深度で、同時にまたは複数の注入地点ごとに行うことができ、これら敷設構造物周囲の液状化対策をきわめて効率的かつ確実に行うことができる。

また、所定の位置に地盤変位センサーを配置して、注入による地盤変位によって地上構造物や敷設物、地下埋設物の損壊が生じないように監視し、かつコントローラーを通して注入を中止しり他の注入地点に注入を切り換える等することにより、地上構造物や敷設物、地下埋設物の注入による変状、破損などを防止することができ、また周辺構造物の損壊を防ぎ、簡便に液状化防止対策を行うことができる。

この場合、液状化対策としての地盤注入は、必ずしもガス管や下水管、上水管などのライフラインの全長にわたって行わなくても良い。これらのライフラインの場合、地震時の液状化で破壊しやすい敷設管どうしの継手(連結部)ごとに地盤注入して、地盤中に各敷設管どうしの継手部を支持する固結支持体を形成してもよい。

このように液状化対策工がなされたライフラインは、たとえ周辺地盤に液状化が発生したとしても、各敷設管どうしの継手部が固結支持体によって支持されていることにより、管自身の弾性によりある程度のたわみは生じるものの破壊に至ることはない。

本発明によれば、薬液注入による液状化対策で行われる事前の地盤調査、ボーリング、そして本来の薬液注入の各作業を同一の装置により、しかも一連の連続した作業工程として行うことができ、薬液注入による液状化対策工をきわめて効率的に行うことができる。

また、ハンマーの連続打撃によるケーシングロッドの貫入状況などから、大よその地盤状況を把握することができ、これにより液状化が予想される地層に最適配合、最適量の注入材を注入することができる。

本発明の地盤改良装置の一実施形態を示し、図１(a)は正面図、図1(b)は側面図である。 ケーシングロッドの先端部分を示し、図2(a)は先端部分の縦断面図、図2(b)は横断面図、図2(c)は１本の注入管を内蔵したケーシングロッド先端部分の断面図である。 図3(a)〜図3(d)は、本発明の地盤改良工法の施工手順を示すケーシングロッド先端部分の縦断面図である。 ハンマーの自然落下による連続打撃によって貫入するケーシングロッドの貫入量20ｃｍごとの打撃回数から推定して作成した柱状図である。 本発明の地盤改良工法の一実施形態を示し、図5(a)は、地盤改良装置を複数地点に配置して地盤注入を行う方法を示す地盤の平面図、図5(b)は、地盤改良装置をガス管などの線状に延びるライフラインの敷設地盤の複数地点に配置して連続的に地盤注入を行う方法を示す地盤の平面図、図5(c)は、地盤改良装置をガス管などの線状に延びるライフラインの敷設地盤の複数地点に配置して連続的に地盤注入を行う方法を示す地盤の縦断面図である。 図5(a),(b)に図示する地盤改良工法を示す地盤の縦断面図である。 地盤改良装置を上水管などの線状に延びるライフラインの敷設地盤の複数地点に配置し、各注入地点に注入材を連続的に注入して地盤改良を行う方法を示す地盤の縦断面図である。 図8(a),(b)は構造物の周囲に複数の注入管を配置し、各注入地点より構造物直下の地盤中に注入材を注入して地盤改良を行う方法を示す地盤の縦断面図である。

図１と図２は、本発明の地盤改良装置の一実施形態を示し、図１は地盤改良装置の正面図、図２は側面図である。図において、符号１は地中に貫入されるケーシングロッド、２はケーシングロッド１の真上にあって、ケーシングロッド１を連続的に打撃することにより地中に貫入させる自動連続打撃装置、３は自動連続打撃装置２を昇降自在に支持すると共に、ガイド部材４を介してケーシングロッド１を地盤面上に鉛直にガイドするマストである。また、符号５は地中に注入材を複数層ごとに注入する結束注入管である。

ケーシングロッド１は複数のケーシングロッドユニット1aから形成され、ケーシングロッドユニット1aは鋼管から１ｍ〜４ｍ程度の長さに形成され、かつ管軸方向に脱着自在に接続することにより任意の長さに延長可能に形成されてている。これによりケーシングロッド１は貫入深さに任意に対応できるようになっている。

また、ケーシングロッド１の最先端に接続されるケーシングロッドユニット1aの先端部には、先端コーン６が脱着自在に取り付けられている。先端コーン６は金属または微生物の働きにより一定の期間内に分解される生分解性樹脂から先端角90°、外径45ｍｍ程度の円錐形の先端部を有し、円柱状に形成されている。

自動連続打撃装置２は、高さ50ｃｍの位置からケーシングロッド１の上端部に自由落下する質量63.5Kgのハンマー７と、当該ハンマー７をケーシングロッド１の上端部から高さ50ｃｍの位置まで上昇させ、かつ高さ50ｃｍの位置からケーシングロッド１の上端部に自由落下させることを自動的に繰り返し行う駆動装置８と、ハンマー７の打撃によるケーシングロッド１の貫入量、すなわち先端コーン６の貫入量20ｃｍごとの打撃回数を自動的に記録するカウンター９を備えて構成されている。

そして、先端コーン６の20ｃｍごとの貫入状況等からケーシングロッド１が貫入された地盤の状況を推定することができ、これにより図４に図示するような柱状図(地質断面図)を作成することが可能とされている。

図４は、ハンマー７を高さ50ｃｍの位置からケーシングロッド１の上端部に自動的に自由落下させて、先端コーン６が20ｃｍ貫入するのに要するハンマー７の打撃回数を数え、これを下式により補正した値を打撃回数(Nd)として記録したものである。

補正後の打撃回数(Nd)は標準貫入試験のＮ値と同様に扱うことができる。また、打撃回数(Nd)は、以下の式を用いて補正することにより求めることができる。

Nd＝Ndｍ―NmaNtle＝Nd―0.00041Mv
ここで、
Nd :補正された打撃回数
Ndm :測定した打撃回数
Nmantle :周面摩擦に相当する打撃回数
Mv :回転トルク(N・ｃｍ)

周面摩擦を補正するためのトルク計測は、以下の方法で行う。Ndmの値が５回を超える場合は、貫入量20ｃｍ毎にトルクレンチでケーシングロッド１を２回転させ、その際の最大トルク(Mv)を測定する。

また、Ndmの値が５回以下の場合は、ケーシングロッドユニット1aの接続時にロッドを２回転させるだけで、最大トルク(Mv)を測定しない(Mv＝0)とする。

なお、駆動装置８は、ハンマー７をリフトによって高さ50ｃｍの位置まで持ち上げて自由落下させるか、あるいはウィンチによって高さ50ｃｍの位置まで吊り上げて自由落下させるように構成されている。

結束注入管５は、複数の注入用細管10をその管軸方向に並列に結束することにより形成され、かつケーシングロッド１内の管軸方向にその先端まで連続して挿通されており、またケーシングロッド１内のほぼ中心部に複数のスペーサー11によって保持されている。

なお、スペーサー11は、結束注入管５が貫通するリング部11aとリング部11aから放射状に突出する複数のアーム部11bとを備え、金属または硬質樹などから一体に形成されている。

注入用細管10は複数の注入用細管ユニット10aから形成され、注入用細管ユニット10aはケーシングロッドユニット1aと同様に鋼管または硬質樹脂管から１ｍ〜４ｍ程度の同一長さに形成されており、また管軸方向に互いに結束されている。そして、管軸方向に脱着自在に接続することにより任意の長さに延長可能に形成されている。

また、各注入用細管10の最先端に接続された注入用細管ユニット10aの先端吐出口10bは、管軸方向に互いに一定間隔をおいて配置されており、これにより結束注入管５周囲の地盤に対して、地上から送り込まれる注入材が複数層に同時注入されるようになっている。一方、各注入用細管10の上端側は、地上に設置された注入並びに管理ユニット21の注入材製造プラント12から延びる送液管13にそれぞれ脱着自在に接続されている。

なお、注入用細管10が複数地点に配置される場合は、各注入用細管10は送液管13を介して互いに接続され、かつ送液管13に流路変換バルブ17を介して接続される(図5(a)〜(c))。

なお、スペーサー11は、必ずしも必要でなく、また複数の注入細管10aからなる結束注入管に代えて一本の注入管を設置してもよい。さらにこれらの注入管は、ケーシングロッド１を最深度まで貫入した後、連続した注入管をケーシングロッド１内に立て込んでもよい。

このような構成において、次に、図1,2に図示する地盤改良装置による地盤改良工法の施工手順について説明する。

(1)最初に、ケーシングロッド１の最先端に接続されるケーシングロッドユニット1aを自動連続打撃装置２の下に鉛直にセットする。

また、当該ケーシングロッドユニット1a内に結束注入管５の最先端に接続される注入用細管ユニット10aを挿入すると共に、複数のスペーサー11によってケーシングロッドユニット1a内のほぼ中心部にセットする。なお、この場合、注入用細管ユニット10aの上端部はケーシングロッドユニット1aの上端面より下側に位置させる。なお、注入用細管10は、ケーシングロッド１を地盤中に貫入させてからケーシングロッド内に挿入してもよい。

(2) 次に、駆動装置８を作動させてケーシングロッド１の上端部にハンマー７を繰り返し自由落下させてケーシングロッド１(先端コーン６)を当該ケーシングロッド１内の細管ユニット10aと共に地盤中に貫入させ、ケーシングロッド１(先端コーン６)の貫入量20ｃｍごとの打撃回数をカウンター９によって記録する。

(3) ケーシングロッド１(最先端のケーシングロッドユニット1a)が一定の深さまで貫入されたら、ケーシングロッドユニット1aと細管ユニット10aをそれぞれ新たに接続し、駆動装置８を再び作動させてハンマー７を繰り返し自然落下させることにより、ケーシングロッド１(先端コーン６)を当該ケーシングロッド１内の細管ユニット10aと共に地盤中に貫入させて、ケーシングロッド１(先端コーン６)の貫入量20ｃｍごとの打撃回数をカウンター９によって記録する。

こうして、ケーシングロッド１を地中に連続して貫入させ、先端コーン６の貫入量20ｃｍごとのハンマー７による打撃回数をカウンター９によって記録する。そして、ケーシングロッド１、すなわち先端コーン６の20ｃｍ毎の貫入状況から地盤状況を推定し、図４に図示するような柱状図(地質断面図)を作成する。

(4) 結束注入管５と共にケーシングロッド１を所定の深さまで貫入したら、次に、注入用細管10の一本を介して、あるいはケーシングロッド１と注入管細管10aとの隙間を介して地上からケーシングロッド１内にシール材ｂを注入することによりケーシングロッド１内をシール材ｂで充填する。

この場合のシール材ｂには、例えばセメント系或いは粘土系のスラリーからなる低強度のシール材を利用することができる。

(5) 次に、地盤中に結束注入管５を残してケーシングロッド１を引き抜く。ケーシングロッド１の引き抜きには既存のロッド引抜き装置を利用し、また、ケーシングロッド１は、シール材ｂが硬化する前に引き抜く。

なお、先端コーン６は、シール材ｂの充填圧を加圧することにより、ケーシングロッド１の先端から切り離して地中に置き去りにすることができる。

(6) ケーシングロッド１の引き抜きが完了したら、結束注入管５を形成する複数の注入用細管10を通して地上の注入材製造プラント12から地中に注入材を送り込み、結束注入管５周囲の地盤中に注入材を浸透注入させる。その際、先に作成した図４に図示する柱状図から地盤状況を確認しながら最適量、最適配合の注入材を注入することができる。

また、ケーシングロッド１を引き抜くことにより形成された削孔は、シール材ｂで充填されることにより孔壁が崩落することはない。

これらの注入管の選択、注入深度、注入量、注入速度の切り替え、地盤変位の計測、それに伴う注入の制御、注入の切り替えは、すべて注入並びに管理プラント19によって指示され、制御される。

図５(a),(b)は、本発明の他の実施形態を示し、図５(a)は、図1,2に図示する地盤改良装置14を地盤改良域の複数の地点に配置すると共に各地盤改良装置14の注入管10を地盤に貫入し、そして各注入地点の注入管10を注入材製造プラント12に注入ポンプ並びに圧力・流量検出器19並びに送液管13を介して接続する。

そして、これらをコントローラー15によって一括制御することにより、複数の注入地点における地盤調査、ボーリングおよび地盤注入を同時に、または一または複数の注入地点ごとに行えるようにしたものである。

また、各地盤改良装置14の注入管10に通じる送液管13には流路変換電磁バルブ17がそれぞれ設置され、各流路変換電磁バルブ17はコントローラー15によって一括制御されている。

そして、ある注入地点において電気信号回路16を介してコントローラー15から指示があると、流路変換電磁バルブ17が作動して注入地点Xiの流路変換電磁バルブ17が地盤中の注入管10の方に開き、注入地点Xi＋1方向へは閉じ、注入地点X1からXi−1までの流路変換電磁バルブ17は注入地点Xiの方向へのみ開く。

そのため、注入地点Xiの注入管10に所定の注入量が注入され、あるいは注入圧力が所定圧よりも上昇すると、同様に流路変換電磁バルブ17が作動して他の注入地点に注入液が送液され、これにより複数の注入地点に注入地点を変えながら注入することにより地盤改良を連続的に行うことができる。たとえば、一ケ所の流路変換電磁バルブ17を開け、他の流路変換電磁バルブ17を閉めれば、所定の注入管10からのみ注入液が地盤中に注入される。

勿論、流路変換電磁バルブ17は手動式で作動する構成でもよいが、管理センターから電信回路を通して指示されることにより作動する構成であれば、限られた作業スペースにおいてでも、ライフラインを供用しながらで液状化対策工を実施することができる。

また、所定の位置に複数の地盤変位センサー18が配置され、各地盤変位センサー18はコントローラー15によって一括管理されている。そして、地盤変位センサー18によって地上構造物や地下埋設物の損壊が生じないようにコントローラー15を通して監視し、ある注入地点において地盤変位に異常が見られたときは、その注入地点における注入を中止して他の注入地点に注入を切り換えて構造物周辺から簡便に液状化防止注入を行うことができる。

各流路変換電磁バルブ17は三方コックとし、さらに水洗い管を装着しておき、これもまた、コントローラー15によって管理し、所定の三方コックからの注入が完了したら直ちに水洗いするようにすれば、管路は常に所定の注入地点に注入することができる。

また、図5(a)に図示する実施形態によれば、特にひとつづきの土地が複数に区画され、各区画内に戸建て住宅が建つ領域における液状化対策工をきわめて効率的にかつ確実に行うことができる。

図において、符号X1,X2,X5,X6、X2,X3,X4,X5、X4,Xn,Xi,X5、X5,X6,X7,Xiは、それぞれ各区画内の戸建て住宅A1,A2,Ai,Anを囲むように配置された注入地点を示す。

なお、注入地点は、注入材の注入により地盤が硬化して形成される固結支持体が連続するように間隔をあけて配置してもよいが、後述するようにガス管などの敷設構造物を支持できるように間隔をあけて設置してもよい(図７参照)。

また、各注入地点における地盤改良装置14は地面に垂直に設置してもよく、また戸建て住宅の基礎下に斜めに設置してもよく、さらには垂直設置と斜め設置を併用してもよい。また、送液管13による各注入地点までの送液経路は複数系統あってもよい。さらに、各注入地点における注入は注入並びに管理プラント21によって一括制御される。

このようにして戸建て住宅地全体の液状化対策工を一括して行うことができ、住宅地全体の地盤改良を容易にかつ経済的に行うことができる。また、住宅地の生活環境に支障をきたすことなく地盤改良を行うことができる。

ここに、住宅A1,A2,Ai,Anは、戸建て住宅の例をあげたが、連続した道路や空港の滑走
路などであってもよく、液状化を防止する対象をいくつかに区分して注入ラインを形成し、その線上に固結体を連続して形成してもよい。なお、注入ラインとは、注入管どうしを連続させる送液管のラインをいう。

また、図5(b)に図示する実施形態によれば、共同溝、地下鉄、ガス管、上下水道管、電信電話線などの埋設管やケーブル類、あるいは道路、鉄道等の線状のライフラインの液状化対策工をきわめて効率的にかつ確実に行うことができる。図5(b)は注入ラインをライフラインに沿って配置した例を示したものである。

勿論、平面的に広範囲に渡る地盤改良であっても、図5(a)のようにライン状の配置を組み合わせて行うことにより、連続的な地盤改良を行うことができる。

すなわち、図1,2に図示する地盤改良装置14を用いて注入管をパイプラインや上下水道管などの敷設管20の敷設された地盤上に、これらの施設物に沿って一定間隔おきに配置する。勿論、図５において、注入管は、図1,2に示す地盤改良装置を用いた注入管でなくてもよく、任意の注入管を用いてもよい。

また、各地地盤改良装置14を注入材製造プラント12に注入ポンプ並びに圧力・流量検出器19、送液管13を介してそれぞれ接続し、かつ各地盤改良装置14をコントローラー15によって一括制御する。

このような配置により、複数の注入地点における地盤調査、ボーリングおよび地盤注入を同時に、または一または複数の注入地点ごとに、各注入地点の注入量、注入圧力、地盤変位の状況に応じて任意に注入を行うことができる。

また、流路変換電磁バルブ17、地盤変位センサー18を配置することにより、戸建た住宅が密集する住宅地、ガス管や上下水道管などが敷設された地盤に対して、注入による地盤変位によって建物や敷設物を壊したりすることなくきわめて簡便かつ安全に液状化防止注入を行うことができる。

さらに、ガス管や上下水道管などの敷設管20に沿って複数の地盤改良装置14を一定間隔おきに配置し、各地盤改良装置14の注入管10を敷設管20に沿って線状に配置した送液管13によって接続し、かつ注入並びに管理プラント21を配置することにより、注入作業地点を動かすことなく、最小の施工作業範囲を用いることにより、ライフラインを稼働させながら地盤改良を行うことができる。

図5(c)は、流路変換電磁バルブ17を用いる具体例を示す。図において、注入地点Xi−1、Xi、Xi＋1、……へと注入地点を順に移動しながら注入を連続的に行う場合、注入並びに管理プラント21から電気信号回路16を通して三方向に流路を変換できる電磁バルブ17に指示して、Xi−1までの三方コックの注入管10aへの流路を遮断してXiまでの流路を解放する。

注入地点Xiでは、三方コックのXi＋１への流路は遮断して注入地点Xiにおける注入管10aのみへの流路を解放する。そして、注入地点xiにおける注入管10aからの所定の注入量が終わったら、注入地点Xiにおける注入管10aの流路を遮断してXi＋1への流路を解放してXi＋2への流路を遮断する。

このようにして注入を連続的に行うことができる。各注入口10bからの注入の注入量並びに注入圧は一個所毎に注入量並びに注入プラント21で把握できるため、所定の注入が完了した場合、或いは注入圧が過大に上昇した場合、さらには地盤変位センサー18からの異常情報が注入量並びに注入プラント21に伝達され場合、電磁バルブに指示されてXiの10aの電磁バルブが遮断されて注入液は注入地点4i+1に送液される。

図６は、本発明の実施の態様の具体例を示す断面図である。図中、符号22はシールグラウト、L1は粗砂層、L2は細砂層であり、いずれも液状化が予想される地層である。

注入液は、水ガラス系シリカ溶液、水ガラスと酸を混合してアルカリを除去したシリカゾル液、或いはイオン交換法、イオン交換膜法、金属シリカ法によるコロイド液、或いはコロイドと水ガラス、或いはコロイドと水ガラスと酸や塩との混合液、数μｍ〜100μｍの微粒子を含むマイクロバブル溶液、マイクロバブルを含有するシリカ溶液、粘土、セメントやスラグ等の懸濁液或いはシリカ溶液と懸濁液との混合液のいずれか、或いはこれらを併用してもよい。

このうち、特にベントナイトを有効成分とする懸濁液、或いはベントナイトとシリカ溶液とを混合した混合液とマイクロバブルまたは気体の組み合わせによる適用は効果的である。

例えば、粗砂層L1にベントナイトまたはベントナイトとマイクロバブルとの混合液、或いはこれらとシリカとの混合液を注入し、細砂層L2にはマイクロバブル液、或いはコンプレッサーによって空気を注入すれば、液状化対策として効果的でかつ経済的である。

特に、マイクロバブル液は、数μｍ〜十数μｍの気泡混入液であり、これを地下水面下に注入することによって地盤を不飽和化して液状化を防止できると考えられているが、長期的には地下水流で流失したり、地表面に逸脱して効果が持続しにくいという問題がある。

また、気体の注入は、すぐに地表面に逸送しやすいので、いずれも地盤中に長期に保持しておくことが課題である。

本発明は、地表面近くの例えば粗砂層L1にベントナイトを有効成分とするグラウトを注入し、それより下の例えば細砂層L2にはマイクロバブルを有効成分とするグラウトを注入することにより、ベントナイトの水密性、電気化学的吸着性、粘着性からマイクロバブルを吸着してマイクロバブルが地下水などの流れによって長期的に流失しないように保って液状化を防止する効果を得ることができる。

また、ベントナイト層の下方にコンプレッサーを用いて空気を注入すれば、ベントナイト層の遮断効果によって空気が地表面に逸脱することを防ぐことができる。勿論、上記ベントナイトの代わりにシリカ系グラウトを用いてもよいし、シリカ溶液と気泡との混合溶液を用いてもよい。

また、図8(a)に図示するように、構造物24の周辺部にベントナイトを有効成分とする注入液を充填して固結壁25を形成することにより構造物24直下の地盤を囲い込み、その内部に気泡混入液や空気を注入することにより、その内部を不飽和化しかつその周辺に気体が逸脱するのを防いで液状化を防ぐことができる。

また、図8(b)に図示するように、構造物24の周辺部にベントナイトを有効成分とする注入液を充填して固結壁25を形成し、さらに構造物24直下の地表部に固結壁25と同様の固結盤27をすることにより構造物24直下の地盤を囲い込み、その内部に気泡混入液や空気を注入して、その内部を不飽和化しかつその周辺に気体が逸脱するのを防いで液状化を防ぐこともできる。

特に、ベントナイトは、その電気化学的特性により気体粒子を吸着して保持することにより長期の効果と経済性にすぐれている。

上記において、ベントナイトは粒径が気泡の粒径よりも小さいので気泡の流失を防ぐことができる。勿論、ベントナイトと水ガラスとを反応剤との混合溶液、或いはベントナイトと水ガラスと酸との混合液とからなる酸性〜弱アルカリ質のベントナイトシリカ溶液は、経済的で止水性、水密性に富み、そのマイクロバブルとの混合液、或いはその懸濁液を注入した地盤にマイクロバブルや気体を注入した場合、マイクロバブル或いは気泡の逸脱を防ぎ、地盤中に気体を長期にわたって包含せしめることができる。

勿論、図8(b)に図示するように、線状の注入ラインに沿ってシリカ系グラウト等による固結壁24を形成し、その内部に気泡または気体を斜めに設置した注入管26を介して注入することにより内部を不飽和化することで液状化を防止することもできる。

なお、液状化対策としての地盤注入は、必ずしもガス管や下水管、上水管などの敷設管の全長にわたって行わなくても良い。これらの敷設管の場合、例えば、図７に図示するように、地震時の液状化で破壊しやすい敷設管20どうしの継手部(連結部)22ごとに地盤注入することにより、地盤中に各敷設管20の継手部22を支持する固結支持体23を形成してもよい。

また、注入ラインを敷設管を挟んでジグザグに配置してもよく、また敷設管の両側に配置してもよい。

このように液状化対策工がなされた敷設管20は、たとえ周辺地盤に液状化が発生したとしても、各敷設管20の継手部22が固結支持体23によって支持され、また敷設管自身が一定の弾性を有することにより、ある程度のたわみは生じるものの破壊に至ることはない。

勿論、固結体支持体23は継手部22ごとに形成してもよいし、敷設管20にたわみは生ずるが、破壊に至らない程度に間隔をおいて形成してもよい。このことは、図5(a)で説明するような戸建て住宅地などにおいても同じことである。また、ひとつの注入並びに管理プラントに複数の注入ラインを接続してもよい。

本発明は、戸建て住宅が密集して建つ分譲住宅地、ガス管、上水管、下水管などのライフラインの敷設された地盤の液状化対策と地盤改良を効率的かつ簡便に行うことができる。

１ ケーシングロッド、1a ケーシングロッドユニット、
２ 自動連続打撃装置、３ マスト、４ ガイド、５ 結束注入管
６ 先端コーン、７ ハンマー、８ 駆動装置 ９ カウンター、
10 注入用細管、10a 注入用細管用ユニット 11 スペーサー
11a リング部、11b アーム部、12 注入材製造プラント
13 送液管、14 地盤改良装置、15 コントローラー、
16 電気信号回路、17 流路変換電磁バルブ(回路変換装置)、
18 地盤変位センサー(地盤変位計測装置)、
19 注入ポンプ並びに圧力・流量検出器、20 敷設管
21 注入並びに管理プラント、22 敷設管の継手部、23 固結支持体
24 構造物、25 固結壁、26 注入管、27 固結盤。
X1, X2, X3,X4,X5,X6,X7,Xi,Xn 注入地点、
A1,A2,Ai,An 戸建て住宅(構造物)

Claims (8)

1. 線状に敷設された敷設物または線状に敷設された注入ライン、あるいは構造物の周辺部に沿って削孔用のケーシングロッドと当該ケーシングロッド内に設置された注入管を配置し、当該注入管は流路変換バルブを介し、間隔をもって送液管と接続し、当該送液管は圧力・流量計を備えた注入ポンプと注入材製造プラントを含む注入並びに管理プラントを備え、前記流路変換バルブおよび注入ポンプは前記圧力流量計からの情報に基いて、コントローラーによって一括制御することにより、複数の注入地点における注入の切り替えと選択を行い、各注入地点においてはケーシングロッドをハンマーの連続打撃によって前記注入管と共に地盤に貫入し、前記ハンマーによるケーシングロッドの一定貫入量ごとの打撃回数を記録し、前記注入管を地盤中に残して前記ケーシングロッドを引き抜き、かつ前記ケーシングロッドを引き抜いた後の地盤中に前記注入管を介し、前記打撃回数の記録結果に基いて注入材を注入することを特徴とする地盤改良工法。
2. 請求項１に記載の地盤改良工法において、注入管の上端部を送液管に電磁バルブを内在した回路変換装置を介して連結し、前記送液管は注入並びに管理プラントに連通してなり、各注入管からの注入は注入並びに管理プラントにより、一括制御することを特徴とする地盤改良工法。
3. 請求項１または２に記載の地盤改良工法において、任意の地点に地盤変位計測装置が配置し、当該地盤変位計測装置による計測値に基いて注入を制御することを特徴とする地盤改良工法。
4. 請求項１〜３のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、注入並びに管理プラントは、各注入管の流路変換バルブの解放と開閉圧力、流路の計測と管理、注入地点、注入孔の選定、各注入孔における圧力、流路の表示を管理することを特徴とする地盤改良工法。
5. 請求項１〜４のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、シリカ溶液、粘土、気泡、気体、セメント、スラグから選ばれた１種または複数種を有効成分とする注入材を単独或いは併用して注入することを特徴とする地盤改良工法。
6. 請求項５記載の地盤改良工法において、ベントナイトまたは／並びにシリカ溶液を有効成分とする注入材で地盤を拘束し、当該拘束地盤内に気泡を有効成分とする注入材或いは気体を注入することを特徴とする地盤改良工法。
7. 請求項１〜６のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、地表面に近い地盤改良部或いは/並びに側面の改良部或いは/並びに直下部にベントナイト或いは/並びにシリカ溶液を有効成分とする注入材で地盤を拘束し、拘束地盤内に気泡を有効成分とする注入材、或いは気体を注入することを特徴とする地盤改良工法。
8. 請求項１〜７のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、ケーシングロッド内にシール材を充填する工程を有することを特徴とする地盤改良工法。

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