JP5613556B2 - マイクロバブル液体注入装置及び地盤へのマイクロバブル液体注入方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロバブル液体注入装置及び地盤へのマイクロバブル液体注入方法に関する。

地盤の液状化は、砂地盤の水圧が地震による振動によって静水圧より高くなり（この水圧を過剰間隙水圧という）、過剰間隙水圧が各深度における上載圧に等しくなったときに、砂粒子同士の結合が外れて水中に浮かんだような状態となるために起こる。ここで、地盤の液状化防止方法の例として、地盤に超微細気泡を注入して地盤の飽和度を低下させ、不飽和状態とする方法がある（特許文献１参照）。

特許文献１の液状化防止方法では、地震により地盤中の水圧が上昇して過剰間隙水圧が発生しようとしたとき、超微細気泡により形成された空隙が圧縮することによって水圧の上昇を抑えて液状化を防止している。

しかし、特許文献１の液状化防止方法では、地上から地中に超微細気泡を含む水を送る管内で圧力開放が生じて超微細気泡が途中で喪失してしまい、地盤へ超微細気泡を含む水を注入することができなかった。

特開２００８−２１７０号

本発明は、地盤へのマイクロバブル液体の注入時にマイクロバブルの喪失を抑制すると共に地盤の液状化を防止することができるマイクロバブル液体注入装置及び地盤へのマイクロバブル液体注入方法を得ることを目的とする。

本発明の請求項１に係るマイクロバブル液体注入装置は、液体を加圧して該液体内にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段と、地盤に形成された孔部へ挿入された有孔管と、前記有孔管内に吊り下げられ、前記マイクロバブル発生手段から加圧状態で供給されたマイクロバブルを含む液体が放出される放出口が形成された液体供給管と、前記放出口に設けられ、前記液体供給管内の前記マイクロバブルを含む液体に作用する加圧力が、設定加圧力を超えるまで前記放出口を閉塞し、該設定加圧力を超えたときに前記放出口を開放する開閉弁と、を有する。

上記構成によれば、有孔管が、地盤に形成された孔部へ挿入され、液体供給管が、有孔管内に吊下げられる。そして、マイクロバブル発生手段から液体供給管にマイクロバブルを含む液体（以後、マイクロバブル液体という）が供給され、開閉弁で閉じられた放出口までマイクロバブル液体が到達する。そして、液体の圧力が設定圧力を超えると、開閉弁が開放して放出口からマイクロバブル液体が放出される。放出されたマイクロバブル液体は、圧力が開放されることでマイクロバブル（気泡）が膨張して、放出口が配置された領域の地盤に供給される。

ここで、マイクロバブル液体では、圧力開放時に多くのマイクロバブル（気泡）が発生するため、地盤の深部に放出口を配置して圧力開放する方が、地上で圧力開放したマイクロバブル液体を地盤に注入する場合に比べて、より多くのマイクロバブルを発生させて地盤に注入することができる。これにより、地盤の特定領域にマイクロバブルを喪失させることなくマイクロバブル液体が供給されるので、地盤の飽和度が低下し、液状化を防止することができる。

本発明の請求項２に係るマイクロバブル液体注入装置は、前記有孔管には、前記放出口よりも上方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ上部閉塞手段と、前記放出口よりも下方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ下部閉塞手段と、が備えられている。

上記構成によれば、放出口の上方の有孔管は上部閉塞手段によって塞がれており、放出口の下方の有孔管は下部閉塞手段によって塞がれている。さらに、上部閉塞手段と下部閉塞手段が液体供給管と独立して吊下げられているので、吊下げ長さを調整して上部閉塞手段と下部閉塞手段の間隔が変更可能となっている。これにより、マイクロバブル液体を供給する地盤の特定領域を変更することができる。

本発明の請求項３に係るマイクロバブル液体注入装置は、前記有孔管内には、前記放出口から放出された前記マイクロバブルを含む液体の一部が地上に還流する還流手段が設けられている。この構成によれば、液体を注入している地盤が目詰まりしてマイクロバブル液体を注入し難くなっても、マイクロバブル液体の一部が地上に還流するため、連続して供給される液体によって放出口付近の圧力が過度に上昇するのを防ぐことができる。そして、地盤に必要以上の負荷をかけなくて済む。

本発明の請求項４に係る地盤へのマイクロバブル液体注入方法は、地盤に孔部を形成する工程と、前記孔部へ有孔管を挿入する工程と、マイクロバブルを含む液体を注入する地層に放出口が到達するように前記有孔管内へ液体供給管を挿入する工程と、前記液体供給管へマイクロバブルを含む液体を供給し、前記放出口を閉じた開閉弁を開放してマイクロバブルを含む液体を地層へ注入する工程と、を有する。

上記構成によれば、有孔管が、地盤に形成された孔部へ挿入され、液体供給管が、有孔管内に挿入される。そして、液体供給管へマイクロバブル液体が供給され、開閉弁で閉じられた放出口までマイクロバブル液体が到達する。ここで、例えば、マイクロバブル液体の圧力が設定圧力を超えると、開閉弁が開放して放出口からマイクロバブル液体が放出される。放出されたマイクロバブル液体は、圧力が開放されバブルが膨張しながら、放出口が配置された領域の地盤に供給される。これにより、地盤の特定領域（地層）にマイクロバブルを喪失させることなく液体が供給されるので、地盤の飽和度が低下し、液状化を防止することができる。

本発明は、上記構成としたので、地盤へのマイクロバブル液体の注入時にマイクロバブルの喪失を抑制すると共に地盤の液状化を防止することができる。

本発明の実施形態に係る液体注入システムの構成図である。 本発明の実施形態に係る液体注入装置の構成図である。 （Ａ）本発明の実施形態に係る液体注入装置の部分斜視図である。（Ｂ）本発明の実施形態に係る液体注入装置の上部パッカーの横断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）本発明の実施形態に係る液体注入装置の設置工程を示す工程図である。 本発明の実施形態に係る液体注入装置を地盤の孔部に設置した状態を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る液体注入システムによる地盤へのマイクロバブル液体の注入状態を示す模式図である。 （Ａ）本発明の実施形態に係る液体注入装置によって地盤へ注入されるマイクロバブル液体内の気泡の存在状態を示す模式図である。（Ｂ）比較例に係る液体注入装置によって地盤へ注入されるマイクロバブル液体内の気泡の存在状態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る液体注入システムを用いて地盤へマイクロバブル液体を注入したときの時間と地盤の飽和度の関係を示すグラフである。

本発明のマイクロバブル液体注入装置及び地盤へのマイクロバブル液体注入方法の実施形態を図面に基づき説明する。

図１には、地盤１２に設置された液体注入システム１０と、地盤１２上に構築された構造物としての建物１４が示されている。地盤１２は、不透水層としての非液状化地盤１６と、非液状化地盤１６の上層にある軟弱地盤１８とで構成されており、建物１４は軟弱地盤１８上に支持されている。

建物１４の周囲の軟弱地盤１８には、建物１４を取り囲んで、コンクリートやソイルセメントなどの連続壁からなる止水壁２２が構築されており、止水壁２２の下端部は非液状化地盤１６に到達している。また、建物１４の一組の側壁１４Ａ、１４Ｂに隣接した軟弱地盤１８の一部には、側壁１４Ａ側にマイクロバブル液体注入用の孔部の一例としての注入孔部２４が掘削により形成され、側壁１４Ｂ側に揚水用の揚水孔部２６が掘削により形成されている。

ここで、マイクロバブル液体とは、直径が１０μｍ〜２００μｍのマイクロバブル（微細気泡）を含む液体の総称であり、本実施形態ではマイクロバブル液体の一例として、マイクロバブルを含む水（以後、マイクロバブル水という）を用いている。マイクロバブル水の製造方法としては、高圧下で気体を水に大量に溶解させ減圧により再気泡化する加圧減圧法、水の渦流を作って気体を巻き込みファン等により切断、粉砕させて気泡を発生させる気液せん断法が挙げられる。本実施形態では、一例として、後述するように、気液せん断法を用いてマイクロバブル水を製造し、軟弱地盤１８へ供給する。

注入孔部２４は、建物１４を挟んで揚水孔部２６と対向配置状態となっている。なお、注入孔部２４及び揚水孔部２６は図１の奥行き方向に複数形成されているが、それぞれ同様の掘削状態となっている。このため、以後の説明では１組の注入孔部２４、揚水孔部２６について説明し、他の注入孔部２４、揚水孔部２６の説明を省略する。

注入孔部２４内には、塩化ビニルからなる断面円形状の有孔管２８が、開口を上側に向けて立設されている。有孔管２８は、注入孔部２４の深さと同程度の長さとなっており、マイクロバブル水の注入を行う位置の側壁には、後述する貫通孔２９（図５参照）が形成されている。なお、以後の説明では、図５を除いて有孔管２８の貫通孔２９の図示を省略する。

また、有孔管２８の外径は、注入孔部２４の孔径よりも小さくなっており、有孔管２８と注入孔部２４の間には、予め設定された幅の隙間が形成されている。ここで、軟弱地盤１８（止水壁２２の内側の軟弱地盤を１８Ａとする）には、マイクロバブル水の注入（空気注入）が必要とされる液状化対策層Ｓが設定されており、この液状化対策層Ｓの深度に合わせて、有孔管２８と注入孔部２４との隙間に砂利層２５が形成されている。砂利層２５は、上下が粘土層２７で挟まれており、砂利層２５を通るマイクロバブル水の微細気泡（空気）が上方へ漏れることなく液状化対策層Ｓに注入されるようになっている。

一方、液体注入システム１０は、止水壁２２で囲まれた軟弱地盤１８Ａに注入孔部２４からマイクロバブル水を注入するマイクロバブル液体注入装置の一例としての液体注入装置２０と、軟弱地盤１８中の地下水を揚水孔部２６から地上へ揚げる揚水装置３０と、揚水装置３０で地上に揚げられた地下水を注入孔部２４の有孔管２８に注入する注入配管（図示省略）とで構成されている。なお、液体注入装置２０は、注入孔部２４及び揚水孔部２６の数に合わせて複数設けられている。

図２に示すように、液体注入装置２０は、有孔管２８内に吊り下げ手段（図示省略）により吊下げられた液体供給管３２及び還流手段の一例としての液体還流管３３と、液体供給管３２にマイクロバブル水を供給するマイクロバブル発生手段の一例としての液体供給装置３４と、液体供給管３２及び液体還流管３３の下端部よりも上方に吊下げられた上部閉塞手段の一例としての上部パッカー３６と、液体供給管３２及び液体還流管３３の下端部よりも下方に吊下げられた下部閉塞手段の一例としての下部パッカー３８と、を有している。なお、液体供給管３２は、下端部のみ硬質材で構成されており、それ以外の部位はビニール製チューブで構成されている。

液体供給装置３４は、箱状の筐体３４Ａを有しており、筐体３４Ａの側壁には、液体供給管３２の一端が連結された連結部４２が設けられている。また、液体供給装置３４には、連結部４２に連結された液体供給管３２にマイクロバブル水を供給するためのマイクロバブル水発生装置４４、供給配管４６、圧力計４８、制御部５０、流量計５２、電磁弁５４、及びタイマー５６が設けられている。

また、液体供給装置３４には、上部パッカー３６及び下部パッカー３８に配管（図示省略）を介して空気の注入を行い、又は上部パッカー３６及び下部パッカー３８から空気を排出するパッカー作動装置６０が設けられている。筐体３４Ａの側壁には、液体還流管３３の一端が連結された連結部４３が設けられている。さらに、液体供給装置３４には、液体還流管３３内を流れた水が一旦貯留される貯留タンク６２が設けられている。そして、貯留タンク６２に貯留された水は、液体供給装置３４の外側へ排水されるか、又は必要に応じてマイクロバブル水発生装置４４に供給（図２の破線Ｔ）されるようになっている。

液体供給装置３４の筐体３４Ａ内では、連結部４２とマイクロバブル水発生装置４４が供給配管４６で接続されている。供給配管４６には、マイクロバブル水発生装置４４側を上流側、連結部４２側を下流側として、上流側から下流側に向けて順に、圧力計４８、流量計５２、及び電磁弁５４が取付けられている。

マイクロバブル水発生装置４４は、図示しない電源から電源供給されることにより作動して、供給配管４６へマイクロバブル水を送出するようになっている。ここでは一例として、株式会社ニクニ製のマイクロバブルジェネレータを用いている。このマイクロバブルジェネレータでは、気液せん断法を用いており、渦流ターボミキサー（図示省略）によって、大気中から空気を吸引すると共に水の攪拌、水との混合、溶解を行い、気泡径１０μｍ程のマイクロバブルを発生させている。そして、マイクロバブル水発生装置４４で発生したマイクロバブル水は、供給配管４６に加圧状態で供給されるようになっている。一例として、マイクロバブル水の注水圧を０．４ＭＰａとしている。

圧力計４８は、供給配管４６内に送り込まれたマイクロバブル水の圧力が設定圧力となっているかどうかを確認するためのものであり、流量計５２は、供給配管４６をマイクロバブル水が流れていることを確認するためのものである。また、電磁弁５４は、タイマー５６が接続されており、タイマー５６に設定されたマイクロバブル水供給の時間に合わせて電気的にスイッチのＯＮ、ＯＦＦが行われ、供給配管４６を開放又は遮断させる。

制御部５０は、マイクロバブル水発生装置４４、電磁弁５４、及びパッカー作動装置６０の動作スイッチのＯＮ、ＯＦＦを、予め設定された動作プログラムに基づいて自動で行うようになっている。なお、タイマー５６への時間設定は、制御部５０を介して設定される。

一方、有孔管２８内にクレーン等の吊下手段（図示省略）を用いて吊下げられた液体供給管３２は、一端（地上側）が液体供給装置３４の連結部４２に連結されている。同様に、吊下手段を用いて吊下げられた液体還流管３３は、一端（地上側）が液体供給装置３４の連結部４３に連結されている。なお、注入孔部２４の深さ方向における液体還流管３３の下端部は開口しており、この開口の位置が砂利層２５の位置となるように配置されている。また、液体還流管３３には、流量計６８が設けられており、砂利層２５に送り込めずに液体還流管３３内を上昇したマイクロバブル水の流量を計測可能となっている。

ここで、有孔管２８内の液体供給管３２の下端は開口しており、放出口３２Ａが形成されている。そして、液体供給管３２は、注入孔部２４の深さ方向において、放出口３２Ａの位置が砂利層２５の位置となるように配置されている。また、液体供給管３２の放出口３２Ａを含む下端部には、開閉弁６４が設けられている。

開閉弁６４は、絞り弁であり、液体供給管３２内のマイクロバブル水に作用する加圧力が設定加圧力を超えるまで放出口３２Ａを閉塞し、該設定加圧力を超えたときに放出口３２Ａを開放する構成となっている。さらに、開閉弁６４の近傍には、放出口３２Ａから放出されたマイクロバブル水の圧力を計測する水圧計６６が設けられている。水圧計６６で得られた水圧データは、ケーブル（図示省略）を介して制御部５０へ送られ保存される。

図３（Ａ）に示すように、液体供給管３２の開閉弁６４よりも上側には、円筒状の上部パッカー３６が外挿されており、液体供給管３２の開閉弁よりも下側には、円筒状の下部パッカー３８が設けられている。また、上部パッカー３６と下部パッカー３８の間には、前述の水圧計６６が配置されている。

上部パッカー３６は、全体が円筒状となっており、上端部と下端部に環状の円板部３６Ａ、３６Ｂが設けられている。円板部３６Ａ、３６Ｂの間には、膨張又は収縮が可能なゴム等の弾性素材からなる環状（チューブ状）のパッカー袋３６Ｃが設けられている。パッカー袋３６Ｃには、円板部３６Ａを貫通して上部パッカー用配管（図示省略）が接続されており、上部パッカー用配管の端部は、前述のパッカー作動装置６０（図２参照）に接続されている。

また、円板部３６Ａの上面には、上部パッカー３６を吊下げるための複数のワイヤー６１の一端が取り付けられている。なお、ワイヤー６１は円板部３６Ａの周方向で例えば４箇所に取り付けられるが、ここでは２本のワイヤー６１のみを図示し、他のワイヤー６１の図示を省略している。

図３（Ｂ）には、図３（Ａ）の上部パッカー３６を破線Ｄで切ったときの断面図が示されている。パッカー袋３６Ｃは環状であり、内部空間３６Ｄに空気が注入されることにより２点鎖線Ａ、Ｂで示すように内外へ膨張するようになっている。また、パッカー袋３６Ｃの穴部３６Ｅ内には、液体供給管３２と、下部パッカー３８に空気を注入するための下部パッカー用配管４１と、水圧計６６（図２参照）の配線（図示省略）とが設けられている。

一方、図３（Ａ）に示すように、下部パッカー３８は、全体が円柱状となっており、上端部と下端部に円形の円板部３８Ａ、３８Ｂが設けられている。円板部３８Ａ、３８Ｂの間には、膨張又は収縮が可能なゴム等の弾性素材からなる環状（チューブ状）のパッカー袋３８Ｃが設けられている。パッカー袋３８Ｃには、円板部３８Ａを貫通して下部パッカー用配管４１（図３（Ｂ）参照）が接続されており、下部パッカー用配管４１の上端部は、前述のパッカー作動装置６０（図２参照）に接続されている。なお、下部パッカー３８に液体供給管３２の下端は挿入されていない。

また、円板部３８Ａの上面には、下部パッカー３８を吊下げるための複数の鎖６３の一端（下端）が取り付けられている。なお、鎖６３は円板部３８Ａの周方向で例えば４箇所に取り付けられるが、ここでは２本の鎖６３のみを図示し、他の鎖６３の図示を省略している。

ここで、上部パッカー３６及び下部パッカー３８は、パッカー作動装置６０（図２参照）から気体が送り込まれ圧力がかけられることでパッカー袋３６Ｃ、３８Ｃが膨張する。また、上部パッカー３６及び下部パッカー３８は、パッカー作動装置６０によってパッカー袋３６Ｃ、３８Ｃから気体が抜かれることで圧力が下がり収縮する。なお、有孔管２８へ上部パッカー３６及び下部パッカー３８を吊下げるときは、パッカー袋３６Ｃ、３８Ｃが収縮状態となっている。

図２に示すように、上部パッカー３６に一端（下端）が取り付けられたワイヤー６１は、他端（上端）が、軟弱地盤１８上に設けられた巻取装置６５で巻き取られるようになっており、これにより、上部パッカー３６が有孔管２８内に吊下げられている。一方、下部パッカー３８に一端（下端）が取り付けられた鎖６３は、他端（上端）が上部パッカー３６の円板部３６Ｂの下面に取り付けられており、これにより、下部パッカー３８が有孔管２８内に吊下げられている。

ここで、巻取装置６５を動作させることで、有孔管２８内での深さ方向における上部パッカー３６の設置位置と、下部パッカー３８の設置位置とが変更される。なお、上部パッカー３６は、砂利層２５の上側の粘土層２７と対応する位置に設置され、下部パッカー３８は、砂利層２５の下側の粘土層２７と対応する位置に設置される。これにより、上部パッカー３６と下部パッカー３８とで挟まれた範囲が、砂利層２５と対向して配置される。

水圧計６６は、前述のように、上部パッカー３６と下部パッカー３８の間で且つ砂利層２５と対応する位置に配置されており、この位置での水圧の変化を計測する。なお、水圧計６６は、上部パッカー３６及び下部パッカー３８が有孔管２８内に配置された後、地下水が有孔管２８内に注入されることで水圧が計測可能となる。

また、水圧計６６、前述の制御部５０と電気的に接続されている。制御部５０は、予め設定された圧力設定値と水圧計６６測定された圧力測定値との差異に応じて、電磁弁５４開放又は遮断して、マイクロバブル水の供給又は供給停止を行うようになっている。

一方、図１に示すように、揚水孔部２６内には、塩化ビニルからなる断面円形状の有孔管３１が、開口を上側に向けて立設されている。有孔管３１は、揚水孔部２６の深さと同程度の長さとなっており、揚水を行う位置の側壁には複数の貫通孔（図示省略）が形成されている。また、有孔管３１の外径は、揚水孔部２６の孔径よりも小さくなっており、有孔管３１と揚水孔部２６の間には、予め設定された幅の隙間が形成されている。この隙間は、砂利層２５及び粘土層２７で埋められているが、一部土砂も用いられている。

さらに、有孔管３１内には、揚水孔部２６内に流入した地下水を揚水する揚水ポンプ３５が設けられている。揚水ポンプ３５は、液体供給装置３４の制御部５０（図２参照）に電気的に接続されており、制御部５０によってスイッチのＯＮ、ＯＦＦが行われる。また、揚水ポンプ３５には、揚水孔部２６内から地上へ向けて延設された揚水パイプ３５Ａの一端（下端）が接続されており、揚水パイプ３５Ａの他端（上端）は、地上に設けられた揚水装置３０内の揚水タンク（図示省略）に接続されている。この揚水タンクは、前述の注入配管（図示省略）が接続されており、注入配管の接続部位には、内部に貯留された水を所定の圧力で注入配管へ送出する送出ポンプ（図示省略）が設けられている。ここで、揚水ポンプ３５、揚水パイプ３５Ａ、及び揚水タンクにより揚水装置３０が構成されている。

次に、本発明の実施形態の作用について説明する。まず、液体注入システム１０の設置工程について説明する。

図１に示すように、建物１４を囲むようにして軟弱地盤１８から非液状化地盤１６まで止水壁２２を構築する。これにより、止水壁２２の外側にある周辺地盤と、建物１４の下側の軟弱地盤１８Ａとの水（地下水）の移動が遮断される。そして、地盤１２上には、後述する設置工程を行い、液体供給装置３４と揚水装置３０を設置する。なお、止水壁２２で囲まれた軟弱地盤１８Ａについては、予めどの深度に液状化対策層Ｓを設けるかが決められている。

続いて、図４（Ａ）に示すように、オーガー等の掘削機（図示省略）により軟弱地盤１８Ａに複数の注入孔部２４を形成する。そして、注入孔部２４内に有孔管２８を立設する。ここで、有孔管２８と注入孔部２４の間には隙間が形成されている。

続いて、図４（Ｂ）に示すように、有孔管２８と注入孔部２４の隙間に粘土を充填して、粘土層２７Ａを形成する。なお、形成される粘土層２７Ａの上面の高さが、軟弱地盤１８Ａの液状化対策層Ｓの下面の高さとなるまで粘土の充填を行う。

続いて、有孔管２８と注入孔部２４の隙間で粘土層２７Ａ上に砂利を充填して、砂利層２５を形成する。なお、形成される砂利層２５の上面の高さが、軟弱地盤１８Ａの液状化対策層Ｓの上面の高さとなるまで砂利の充填を行う。また、砂利層２５は、空気の透過が十分可能となるように予め石及び砂が選定されているものとする。

続いて、有孔管２８と注入孔部２４の隙間で砂利層２５上に粘土を充填して、粘土層２７Ｂを形成する。これにより、有孔管２８が固定される。なお、粘土層２７Ｂについては、粘土を地上まで充填して形成しなくともよく、空気が上方に抜けない程度の層厚となった後に、注入孔部２４掘削時の土砂で埋めるようにしてもよい。

続いて、図４（Ｃ）に示すように、有孔管２８内に液体供給管３２、液体還流管３３、下部パッカー３８、及び上部パッカー３６を一体で挿入する。下部パッカー３８は、予め鎖６３の長さが調整されることにより上部パッカー３６に対して位置調整されており、上面が液状化対策層Ｓの下面となる位置で保持される。また、上部パッカー３６は、巻取装置６５でワイヤー６１が引き出され又は巻き取られることで位置調整され、下面が液状化対策層Ｓの上面となる位置で保持される。

このように、上部パッカー３６と下部パッカー３８が液体供給管３２と独立して吊下げられているので、吊下げ長さを調整して上部パッカー３６と下部パッカー３８の間隔を変更することができる。これにより、マイクロバブル水を供給する軟弱地盤１８Ａの液状化対策層Ｓ（特定領域）を変更することができる。なお、上部パッカー３６の位置は、巻取装置６５において、ワイヤー６１の巻取り量に基づいて検出される。

挿入された液体供給管３２及び液体還流管３３は、接続されたチューブ又は管そのものにスケールをつけておくことで位置検出が行われる。ここで、開閉弁６４（放出口３２Ａ）が砂利層２５と対向する位置まで挿入された状態で、液体供給管３２の他端部（上端部）を液体供給装置３４の連結部４２（図２参照）に連結し、液体供給管３２の高さ位置を固定する。同様にして、液体還流管３３の他端部を連結部４３に連結して固定する。

続いて、パッカー作動装置６０（図２参照）を作動して、上部パッカー３６、下部パッカー３８のパッカー袋３６Ｃ、３８Ｃ（図３（Ａ）参照）にそれぞれ空気を注入する。空気が注入されたパッカー袋３６Ｃ、３８Ｃは、膨張して有孔管２８内を密閉すると共に、有孔管２８に圧着され位置が固定される。なお、前述の水圧計６６（図２参照）は、上部パッカー３６と下部パッカー３８の間に配置されている。

このように液体注入装置２０の各部（液体供給管３２、液体供給装置３４、上部パッカー３６、及び下部パッカー３８）を軟弱地盤１８Ａに設置することで、図５に示すように、放出口３２Ａから、有孔管２８に形成された貫通孔２９、砂利層２５を通して、液状化対策層Ｓへマイクロバブル（ＭＢ）が送り込み可能となる。また、注入したマイクロバブルＭＢ（空気）は、有孔管２８内の上部パッカー３６、下部パッカー３８の上部や下部へ抜けないようにしている。

一方、図１に示すように、建物１４を挟んで注入孔部２４と反対側において、オーガー等の掘削機（図示省略）により軟弱地盤１８Ａに複数の揚水孔部２６を形成する。そして、揚水孔部２６内に有孔管３１を立設する。ここで、有孔管３１と揚水孔部２６の隙間に土砂等を充填して有孔管３１を固定する。

続いて、クレーン（図示省略）等により揚水パイプ３５Ａ及び揚水ポンプ３５を吊下げると共に、有孔管３１内に挿入する。そして、揚水ポンプ３５が地下水面より十分深い位置まで挿入された状態で、揚水パイプ３５Ａの端部（上端）を揚水タンク（図示省略）に接続し、揚水ポンプ３５の高さ位置を固定する。なお、放出口３２Ａ（図２参照）と揚水ポンプ３５は同じレベルでなくてもよい。揚水ポンプ３５は放出口３２Ａと同じか、より深い位置がよい。

続いて、各揚水タンクを複数のパイプで連通させた状態で、注入配管（図示省略）の一方の端部を揚水タンクに接続する。ここで、注入配管の他方の端部は、予め複数の注入孔部２４に合わせて分岐されており、各注入孔部２４に挿入することで、揚水タンクから送出された水が有孔管２８内に注入される。

次に、軟弱地盤１８Ａへのマイクロバブルの注入作用について説明する。

図６に示すように、開閉弁６４の上方の有孔管２８は、膨張した上部パッカー３６によって塞がれており、開閉弁６４よりも下方の有孔管２８は、膨張した下部パッカー３８によって塞がれている。ここで、液体供給装置３４において、制御部５０によりマイクロバブル水発生装置４４（図２参照）が駆動されることにより、液体供給管３２内にマイクロバブル水が供給される。なお、以後は、マイクロバブル水をＷ、マイクロバブル（微細気泡）をＭＢと記載して区別する。

図２に示すように、液体注入装置２０では、上部パッカー３６と下部パッカー３８の間がマイクロバブル水Ｗ及び地下水（図示省略）で浸水されており、これらの水による水圧が水圧計６６で計測される。そして、制御部５０が、予め設定された圧力設定値と水圧計６６で測定された圧力測定値との差異に応じて、液体供給管３２へのマイクロバブル水Ｗの供給又は供給停止を行う。

ここで、軟弱地盤１８Ａが目詰まりしてマイクロバブル水Ｗを注入し難くなった場合、上部パッカー３６と下部パッカー３８の間の空間には、マイクロバブル水Ｗが過剰に注入されることになるが、液体還流管３３があることで、マイクロバブル水Ｗの一部が地上に還流する。これにより、連続して供給されるマイクロバブル水Ｗによって、放出口３２Ａ付近の圧力（水圧）が過度に上昇するのを防ぐことができる。そして、軟弱地盤１８Ａに必要以上の負荷をかけなくて済む。

なお、制御部５０は、流量計５２で計測される流量と、流量計６８で計測される流量との差に基づいて、軟弱地盤１８Ａに注入されるマイクロバブル水Ｗの注入量を管理している。また、制御部５０は、水圧計６６によって計測される水圧が設定値よりも高くなった場合に、電磁弁５４を閉じてマイクロバブル水Ｗの供給を停止する。これらの作用により、軟弱地盤１８Ａには必要以上の負荷がかからなくなる。

一方、図６に示すように、液体供給管３２では、供給されたマイクロバブル水Ｗに作用する加圧力が設定加圧力となるまでは開閉弁６４が閉塞されており、設定加圧力を超えると開閉弁６４が開放される。そして、開閉弁６４が開放されることにより、放出口３２Ａ（図２参照）からマイクロバブル水Ｗが放出される。なお、マイクロバブル水Ｗは、開閉弁６４が閉塞されて加圧されている状態では、マイクロバブルＭＢが視認できないほど小さくなっているが、開閉弁６４が開放されて圧力開放された状態（大気圧）では、膨張して気泡径が拡大しているため、白濁状態として視認される。

続いて、放出口３２Ａから上部パッカー３６及び下部パッカー３８で仕切られた空間に放出されたマイクロバブル水Ｗは、有孔管２８の貫通孔２９（図５参照）及び砂利層２５を通って、軟弱地盤１８Ａの液状化対策層Ｓに注入（供給）される。ここで、液状化対策層Ｓに近い領域で開閉弁６４を開放しているので、マイクロバブル水中のマイクロバブルＭＢを喪失させることなく、液状化対策層Ｓにマイクロバブル水が供給される。これにより、マイクロバブル水Ｗが注入された軟弱地盤１８Ａの液状化対策層Ｓでは、マイクロバブル水Ｗに含まれるマイクロバブルＭＢによって、間隙の飽和度が１００％から低下することになる。

図７（Ｂ）には、比較例として、マイクロバブル水発生装置１００と、マイクロバブル水発生装置１００から液状化対策層Ｓへ延設された液体供給管１０２とが示されている。また、図７（Ｂ）には、液体供給管１０２の上端と下端におけるマイクロバブルＭＢの存在状態が模式的に示されている。比較例では、液体供給管１０２内で圧力開放されてしまう。このため、マイクロバブル水発生装置１００で発生したマイクロバブルＭＢは、圧力開放時には所定の気泡径で存在するものの、液体供給管１０２内を流れる途中で徐々に収縮し、液状化対策層Ｓに注入する時点では喪失してしまうか、あるいは、液状化対策に効果が無い大きさになって（小さくなって）しまう。

一方、図７（Ａ）に示すように、本実施形態では、開閉弁６４が所定の加圧力となるまで液体供給管３２を閉塞するため、液体供給装置３４で発生したマイクロバブルＭＢは、開閉弁６４まで加圧状態が保持され、小さい気泡径のままで放出口３２Ａから放出され、圧力開放される。

マイクロバブル水Ｗは、圧力開放時に多くのマイクロバブル（気泡）が発生するという特徴を有しているため、本実施形態のように地盤の深部（液状化対策層Ｓ）に放出口３２Ａを配置して圧力開放する方が、比較例のように地上で圧力開放したマイクロバブル水Ｗを液状化対策層Ｓに注入する場合に比べて、より多くのマイクロバブルを液状化対策層Ｓに注入することができる。これにより、マイクロバブル水Ｗを液状化対策層Ｓに注入する時点でマイクロバブルＭＢが喪失することを抑制することができる。

ここで、図６に示すように、本実施形態では、液状化対策層Ｓの間隙にマイクロバブルＭＢ（微細気泡）が存在し、飽和度が低下した状態において地盤１２に地震が発生すると、液状化対策層Ｓでは、マイクロバブルＭＢの気泡が収縮することで間隙水圧の上昇が抑えられる。これにより、砂粒子同士が接触したままの状態が保持され、水中を砂粒子が自由に移動することが抑制されるので、軟弱地盤１８Ａの液状化を防止することができる。なお、マイクロバブルＭＢの特徴として、通常（ｍｍオーダー）の気泡に比べて水中での上昇速度が遅いため、液状化対策層Ｓ内で存在する時間も長くなる。これにより、単に空気を軟弱地盤１８Ａに送り込む場合に比べて、液状化対策層Ｓでの気泡の滞留時間を長くすることができる。

また、揚水装置３０側において、連続して地下水が汲み上げられることにより水位面の差（勾配）が生じるため、液状化対策層Ｓに供給されたマイクロバブル水Ｗは、揚水ポンプ３５側へ浸透していき、軟弱地盤１８Ａの広い範囲に供給される。そして、地上に汲み上げられた地下水は、注入孔部２４に注入される。

図８には、軟弱地盤１８Ａ（図６参照）へのマイクロバブル水Ｗの注入時間と軟弱地盤１８Ａの飽和度との関係がグラフで示されている。グラフＧＡは本実施形態のものであり、グラフＧＢは比較例（図７（Ｂ）参照）のものである。なお、軟弱地盤１８Ａの飽和度とは、軟弱地盤１８Ａ中の土砂の間隙を地下水がどの程度埋めているかを比率で表したものであり、土砂の間隙が全て地下水で埋まっている場合には飽和度が１００％となる。飽和度は、一例として、軟弱地盤１８Ａの比抵抗を測定することにより得られる。

図８に示すように、グラフＧＡでは、軟弱地盤１８Ａ（図６参照）へのマイクロバブル水Ｗの注入時間が０からｔ１、ｔ２（ｔ１＜ｔ２）と長くなると、軟弱地盤１８Ａの飽和度は１００％からＡ％、Ｂ％（Ａ＞Ｂ）と減少している。これにより、軟弱地盤１８Ａにマイクロバブル水Ｗ（マイクロバブルＭＢ）を注入することで、軟弱地盤１８Ａが不飽和状態となることが分かる。なお、不飽和状態は、土砂の間隙にマイクロバブル（微細気泡）が入り込み、地下水による土砂の間隙空間の占有率が低減した状態である。

また、図８において、時間ｔ３ではマイクロバブル水Ｗの注入が停止されることを示しており、時間ｔ４ではマイクロバブル水Ｗの注入が再開されることを示している。時間ｔ３から時間ｔ４までの間は、マイクロバブル水Ｗの注入が停止されているため、マイクロバブルＭＢが徐々に喪失することで地盤の飽和度が上昇することになる。一方、時間ｔ４以降は、マイクロバブル水Ｗの注入が再開されるため、地盤の飽和度が低下する。

一方、比較例のグラフＧＢでは、本実施形態に比べて飽和度の低下が小さくなる。これは、前述のように、マイクロバブル水発生装置１００（図７（Ｂ）参照）側で圧力開放した後、マイクロバブル水が液体供給管１０２を流下する間にマイクロバブルＭＢが喪失または飽和度に影響を与えないほど微小径となってしまい、マイクロバブル水が液状化対策層Ｓに注入されたときには、既に、飽和度を十分低下させるほどのマイクロバブルＭＢが存在していない（不足している）ことによる。

ここで、前述のように、図６において、揚水ポンプ３５によって有孔管３１周辺の軟弱地盤１８Ａの地下水が汲み上げられると、軟弱地盤１８Ａ内の地下水の水位面Ｌは、注入孔部２４側が高く揚水孔部２６側が低くなる。このように、注入孔部２４から揚水孔部２６に向けて地下水の水位面Ｌに勾配が生じるため、注入孔部２４周辺のマイクロバブル水Ｗを含む地下水は、揚水孔部２６に向けて移動する。この地下水の流れによって、軟弱地盤１８Ａ中に注入されたマイクロバブルＭＢは、揚水孔部２６に近い位置へ移動していく。これにより、液状化対策層Ｓの幅をより広く（より遠くまで設定）することができ、マイクロバブルＭＢを軟弱地盤１８Ａ内に保持できる。

揚水ポンプ３５で揚げられた水は、注入配管（図示省略）によって注入孔部２４の有孔管２８内に注水され又は排水されるため、軟弱地盤１８Ａ内の合計の地下水量はあまり変化しない。このため、液体注入システム１０では、揚水孔部２６周辺の地下水の減少による地盤沈下を防止することができる。なお、注入側へ水を戻す動作は、必ず行われるものではない。例えば、注入孔部２４と揚水孔部２６が近ければ揚水量は少なくて済むので、揚水した水を注入側へ戻さないこともある。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。

注入孔部２４及び揚水孔部２６の数は、１つ又は２つ以上の複数から自由に選択することができる。また、上部パッカー３６、下部パッカー３８におけるパッカー袋３６Ｃ、３８Ｃの膨張又は収縮は、空気だけでなく液体を用いて行ってもよい。さらに、液状化対策層Ｓを深さ方向に複数箇所設定すべきときには、液状化対策層Ｓの設定位置に合わせて上部パッカー３６及び下部パッカー３８を１セットとして、複数セット設けても良い。

軟弱地盤１８Ａへのマイクロバブル水の供給（注入）において、軟弱地盤１８Ａの目詰まりに問題が無い期間では、液体還流管３３を用いていなくてもよい。また、液体供給管３２の放出口３２Ａの深さ位置を液状化対策層Ｓの深さ位置に合わせて液体供給管３２を固定したり、あるいは、放出口３２Ａ及び開閉弁６４の上下において、液体供給管３２の側面から外側へ拡がるフランジ部を設けた場合は、上部パッカー３６及び下部パッカー３８を用いなくてもよい。

１２ 地盤
２０ 液体注入装置（マイクロバブル液体注入装置の一例）
２４ 注入孔部（孔部の一例）
２８ 有孔管
３２ 液体供給管
３２Ａ 放出口
３３ 液体還流管（還流手段の一例）
３４ 液体供給装置（マイクロバブル発生手段の一例）
３６ 上部パッカー（上部閉塞手段の一例）
３８ 下部パッカー（下部閉塞手段の一例）
６４ 開閉弁

Claims (4)

1. 液体を加圧して該液体内にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生手段と、
   地盤に形成された孔部へ挿入された有孔管と、
   前記有孔管内に吊り下げられ、前記マイクロバブル発生手段から加圧状態で供給されたマイクロバブルを含む液体が放出される放出口が形成された液体供給管と、
   前記放出口に設けられ、前記液体供給管内の前記マイクロバブルを含む液体に作用する加圧力が、設定加圧力を超えるまで前記放出口を閉塞し、該設定加圧力を超えたときに前記放出口を開放する開閉弁と、
   を有するマイクロバブル液体注入装置。
2. 前記有孔管には、
   前記放出口よりも上方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ上部閉塞手段と、
   前記放出口よりも下方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ下部閉塞手段と、
   が備えられている請求項１に記載のマイクロバブル液体注入装置。
3. 前記有孔管内には、前記放出口から放出された前記マイクロバブルを含む液体の一部が地上に還流する還流手段が設けられている請求項１又は請求項２に記載のマイクロバブル液体注入装置。
4. 地盤に孔部を形成する工程と、
   前記孔部へ有孔管を挿入する工程と、
   マイクロバブルを含む液体を注入する地層に放出口が到達するように前記有孔管内へ液体供給管を挿入する工程と、
   前記液体供給管へマイクロバブルを含む液体を供給し、前記放出口を閉じた開閉弁を開放してマイクロバブルを含む液体を地層へ注入する工程と、
   を有する地盤へのマイクロバブル液体注入方法。