JP5532326B2 - 地中壁の構築方法 - 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
すなわち、特許文献1で開示されるようなポリマー改良土を打設する工法では、常時の土圧などの影響によりポリマー免震材が大きく圧縮変形する。そのため、施工時に設定した所定の地中免震壁の壁厚は、初期の壁厚を長期的に保持できず、場合によっては免震壁が潰れてしまう懸念があった、このような免震壁厚の変化は、ポリマー材免震壁の変位吸収性能が低下して地中免震壁による地盤変位吸収効果が十分に発揮されず、地震時の地中構造物の応力低減効果が低下するという問題があった。
また、ポリマー材は、地下水位が存在する地盤においては、ポリマー材が水に溶けてしまうため、施工が容易ではないという問題もあった。
そして、地中壁が吸水膨潤性を有するベントナイトと水の混合物、又はベントナイトと骨材と水の混合物である高濃度スラリーからなる粘土系材料から構成され、その材料の吸水膨潤性より土圧に対して反発して膨張するので、材料の周囲の地盤から受ける常時の土圧に抵抗できる反力をもたせることができ、地中壁の壁幅が一定に保たれ、長期安定性を確保できるとともに、材料密度変化の安定性に優れる利点がある。
また、本発明では、予め、地中壁の深さに応じたベントナイト有効乾燥密度となる配合で材料を調整しつつ、掘削した地中空間に充填して構築できるので、その後の材料調整作業が不要となり、土圧に見合った効果的な地中壁を設けることができる。
本発明では、層毎に異なるベントナイト有効乾燥密度となる配合の材料を充填して構築できるので、土圧に見合った効果的な地中壁を設けることができる。
本発明では、混合物の水の代わりにエタノール水を用いる場合、粘度が著しく小さくなるので、ポンプを使用した注入が容易になる。そして、地中壁を設ける予定の地中空間に高濃度スラリーを注入した後で、エタノール成分は地盤中の地下水に拡散消滅したり、地中の微生物によって消費されて消滅し、代わりに周囲の地盤中の地下水に置換されるので、所定のベントナイト有効乾燥密度の材料にすることができる。
本発明では、塩水として、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カルシウム(CaCl2)などの電解質水溶液を採用することができ、材料の粘度が著しく小さくなるので、ポンプを使用した注入が容易になる。地中壁を設ける予定の地中空間に高濃度スラリーを注入した後で、塩水の電解質成分は地盤中の地下水に拡散消滅するので、所定のベントナイト有効乾燥密度の材料にすることができる。
本発明では、地下空間を掘削して排出した掘削土の一部に骨材を除く所定の配合の高濃度スラリーを添加して混合処理を行うことで、掘削土が骨材の代わりとなり、その材料を再び地中空間に戻すことで地中壁を所定の材料で構築することができる。
また、掘削される地中空間の原位置において、骨材を除く所定の配合の高濃度スラリーを注入して掘削土とともに攪拌処理することで、掘削土が骨材の代わりとなり、地中空間の地盤を粘土系材料に置換することができる。
また、効率よく掘削した地中空間に所定のベントナイト有効乾燥密度に相当する材料を満たすといった容易な施工方法により地中壁を構築することができる。
ここで、地中構造物1は、開削トンネルなどにより構築されたボックスカルバートなどの鉄筋コンクリート製の構造物であり、地盤Gに埋設された状態で所定方向(図1に示す紙面に向かう方向)に延びて構築されている。そして、地盤G内では、地中構造物1内を走行する電車から発生する振動が地中構造物1から周囲へ向けて伝播している。
なお、地中防振壁3は、延設される地中構造物1の全長にわたって設けられることに限定されず、延長方向で部分的に設けられていてもよい。
一方、第2混合物の場合、ベントナイト有効乾燥密度(ベントナイトと骨材を混合した材料の場合で、骨材間隙を満たしているベントナイト部分の密度を乾燥密度で示した値)を調整することにより、所定の膨潤圧を発揮することができるため、常時に作用する土圧に対する反力を確保することができる。
この密度範囲とすれば、図2に示すように、吸水膨潤圧が0.03〜0.3MPaとなる。そのため、地盤Gの水中質量を約1g/cm3と仮定して、側方土圧が土被り圧の1倍とすると、深さ30mまでの土圧に耐えることができる。つまり、地中防振壁3の設置する深さに応じて材料の密度を適宜調整して構築することが可能となり、なるべく剛性が小さい材料を使うことにより防振効果を高めることが可能となっている。
図2は、非特許文献2(「締固めたベントナイト試料の膨潤圧測定方法に関する検討」、第40回地盤工学研究発表会、2005年7月、2574頁)に記載されている。なお、非特許文献2の「有効ベントナイト乾燥密度」は、「ベントナイト有効乾燥密度」と同じである。
なお、骨材が入っていない材料の場合は、ベントナイト密度のみなのでベントナイト乾燥密度であるが、ここでは「ベントナイト有効乾燥密度」として以下統一して用いる。
ここで、ベントナイトのせん断剛性は、ベントナイト有効乾燥密度によって異なる特性を有している。これは、骨材体積が材料中に占める割合が5割以下である場合には骨材粒子相互が接触して相互に応力を伝達する粒子構造とはならずに、骨材と骨材との間にベントナイトゲル(ベントナイトと水の混合物)が介在しているので、材料のせん断特性はベントナイトゲルの特性で主として決まるためである。したがって、ベントナイト有効乾燥密度を調整することにより、地中防振壁3の材料のせん断剛性を周囲の地盤Gより小さくすることができ、地中防振壁3の前方(図1で地中構造物1側)から伝わってきた地盤振動を吸収し、地中防振壁3の後方(図1で既存建物2側)への振動の伝達を低減して、地盤Gの動的変形を吸収する効果が期待できることになる。
また、図4に示す非線形特性は、図3で示したベントナイト配合3(ρd=0.7Mg/m3)の材料における動的三軸圧縮試験装置で求めた応力−ひずみ関係を示しており、地震時(繰り返しせん断時)にはヒステリシスを描くので、エネルギー吸収による減衰材料(ダンパー材料)として適している。この減衰効果は、ベントナイトに砂を混入することで、大きくすることができる。
エタノール水を用いる場合、例えば特許第4012674号公報の特許文献に記載されている材料や、特許第4012697号公報の特許文献に記載されている材料を使用することができる。この材料では、粘度が著しく小さくなるのでポンプを使用した注入が容易になる。地中防振壁3を設ける予定の充填部Kに高濃度スラリーを注入した後で、エタノール成分は地盤G中の地下水に拡散消滅したり、地中の微生物によって消費されて消滅し、代わりに周囲の地盤G中の地下水に置換されるので、所定のベントナイト有効乾燥密度の材料にすることができる。
すなわち、図5(a)、(b)に示すように、地中防振壁3の構築では、設置する予定の地中空間(充填部K)を地盤G中に掘削し、図6(a)、(b)に示すように、その掘削された充填部Kに対して所定のベントナイト有効乾燥密度となるように調整した高濃度スラリーを例えばモーノポンプ等の高粘性ポンプPを使用して充填する。このとき、高濃度スラリーを充填する深さの位置に応じて、ベントナイト含有量を土圧に見合った膨潤圧となるように調整して充填する。
そして、高濃度スラリーを充填部Kに充填すると、材料中のベントナイトが吸水膨張を始め、ベントナイトが吸水して目的とするベントナイト有効乾燥密度の状態の材料になる。
そして、地中防振壁3のあらゆる位置で周囲の地盤Gから作用する土圧に対して釣り合うことが可能な構造となる。そのため、高濃度スラリーの配合をリッチにすることで、膨潤圧が大き過ぎて地中防振壁3を満たしている粘土系材料が地上に膨出することを防止できる。
さらに、地中防振壁3にひび割れや何らかの損傷が生じたとしても、地下水が浸透してくる条件下ではその損傷を自己修復することができ、地中防振壁3を構成する粘土系材料が天然の無機質鉱物材料であることから、変質が無く、且つ保水状態も変化し難く、メンテンスが不要になるという効果を奏する。
さらに、耐震基準を満足しない地中構造物1に対する耐震補強工事においても、既存構造物では耐震補強し難いとされている地中構造物1の補強に有効に活用できる。
また、効率よく掘削した地中空間(充填部K)に所定のベントナイト有効乾燥密度に相当する材料を満たすといった容易な施工方法により地中防振壁3を構築することができる。
すなわち、図7(a)に示すように、地中防振壁3を設置するための所定の充填部Kを泥水6で満たしながら掘削した後、図7(b)に示すようにで泥水6で満たされた充填部Kに所定の配合に設定された高濃度スラリーを高粘性ポンプPにより充填部K全体に充填する(図7(c)参照)。
この場合、所定のベントナイト有効乾燥密度となるように設定された高濃度スラリーがやがて吸水膨張を始め、ベントナイトが吸水して狙った状態の材料となる。
つまり、図8に示す第3の実施の形態では、掘削される充填部Kの原位置において、攪拌可能な切削部8aを備えた掘削機8によって充填部Kを掘削するとともに、スラリー注入ポンプ9によって骨材を除く所定の配合の高濃度スラリーを注入して掘削土とともに攪拌処理することで、掘削土が骨材の代わりとなり、充填部Kの地盤を粘土系材料に置換することができる。なお、水の代わりにエタノール水、或いは塩水を用いる場合、それぞれエタノール成分、電解質成分が地盤G中の地下水に拡散して消滅した時点で所定材料となる。
例えば、本実施の形態では地下鉄道のトンネルをなす地中構造物1の側面1aに地中防振壁3を近接する位置に設けた構成としているが、これに限定されることはない。つまり、図9に示す変形例1のように、地中防振壁3を地中構造物1と既存建物2との間で、地中構造物1から所定の間隔だけ離れた位置に設けるようにしても良い。また、図10に示す第2変形例のようにホテルや病院などの高層建物などの既存建物2Aの地中構造物1側に近接する位置に地中防振壁3を設けることも可能である。
さらに、図11および図12に示すように、高架鉄道の基礎を地中構造物1A(振動発生源)としてもよいし、その他、とくに図示しないが振動発生機械据付け基礎、高架道路の基礎などを対象とすることができる。
これは、周辺地盤と地中免震壁の粘土系材料のせん断波速度Vsの比が異なる場合について、せん断力低減率を動的シミュレーションによって試算した解析結果(図13参照)に基づいて確認することができる。ここで、せん断力低減率は、地中免震壁を設けた場合の地中構造物に生じるせん断力を地中免震壁が無い場合の地中構造物に生じるせん断力で除した値である。
図13に示す動的シミュレーションでは、地中免震壁の壁幅を0.5mと1.0mの2ケースとし、0.6以下のせん断波速度比において、地中構造物の応力低減効果が得られている。すなわち、周囲の地盤よりも著しく柔らかい(小さいせん断剛性の)材料を使う必要はないことが確認でき、これにより材料の設計がし難いことがないことがいえる。
2、2A 既存建物
3 地中防振壁(地中壁)
4 高濃度スラリー
6 泥水
7 閉塞部材
G 地盤
K 充填部(地中空間)
P 高粘性ポンプ
Claims (5)
- 地中壁を設置する地中空間を地盤中に掘削する工程と、
前記地中空間に対して300〜1200kg/m 3 のベントナイト有効乾燥密度となるように調整したベントナイトと水の混合物、又はベントナイトと骨材と水の混合物である高濃度スラリーを、前記地中空間に充填する工程と、
を有し、
前記高濃度スラリーは、前記地中空間の充填部の深さ位置の土圧に見合ったベントナイト有効乾燥密度となるように調整されていることを特徴とする地中壁の構築方法。 - 前記高濃度スラリーは、層状に充填されることを特徴とする請求項1に記載の地中壁の構築方法。
- 前記高濃度スラリーを構成する前記混合物の水は、エタノール水であることを特徴とする請求項1又は2に記載の地中壁の構築方法。
- 前記高濃度スラリーを構成する前記混合物の水は、電解質水溶液であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の地中壁の構築方法。
- 前記混合物は、一部の掘削土が前記骨材として使用され、300〜1200kg/m 3 のベントナイト有効乾燥密度となるように調整されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の地中壁の構築方法。
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