JP6895842B2 - 地盤改良方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤改良方法に関する。

土砂等が緩く堆積した軟弱地盤（緩い堆積層）や地中に存在する空洞（以下、「地中空洞」という）は、建設工事における安全性や、工事完了後の健全性を確保するために、適切に処置しておく必要がある。ここで、地中空洞には、防空壕等の地下壕跡、採石や採鉱等の地下採掘場跡等の人工の空洞や、岩盤などの安定した地層や構造物の下の軟弱地盤が何らかの原因により沈下するなどして自然に形成された空洞等がある。また、緩く堆積した軟弱地盤には、自然または人工的に発生した地山の崩落や滑りなどで生じた「緩い堆積層」であって、人工的に積極的に締め固めたとは言えないものを含むものとする。
軟弱地盤に対しては、セメントミルクや薬液注入剤等を土砂の間隙に注入して硬化させる地盤改良方法が広く採用されている。例えば、特許文献１には、水とセメントと尿素とを含む地盤改良組成物を地中に注入する地盤改良方法が開示されている。
また、地中に存在する空洞に対しては、モルタル等のセメント系材料や流動化処理土等を充填する方法が採用される場合がある。例えば、特許文献２には、流動性を備える第二の注入材を地中空洞に注入する前に、可塑性を備える第一の注入材を注入することで、第二の注入材を所定の範囲内に充填する空洞部の充填工法が開示されている。
緩い堆積層の上に空洞が形成されている場合等、緩い堆積層と地中空洞との両方が存在する地盤に対しては、緩い堆積層と地中空洞に対して、個々に前記の対策工（地盤改良方法および空洞部の充填工法）を施すことがある。緩い堆積層の空隙や地中空洞に対して地盤改良や充填工法を講じることで、さらなる地盤変状の併発防止やその上部に構造物を構築するための地耐力確保等の当該層の強度増加を図ることができる。
なお、何らかの原因により地下構造物内に土砂や地下水等が流入した場合において、地上から当該地下構造物内への空洞充填や堆積物への固化材注入を行い、遮水壁（遮水ゾーン）等を構築することができれば、遮水壁等でさえぎられたドライな環境下において復旧工事等の施工が可能となる。

特開２０１６−０１１３５３号公報 特開２０００−３２８８８６号公報

緩い堆積層に対する地盤改良と、地中空洞への充填材の充填とを個別に行うと、作業に手間がかかり、工期短縮化の妨げとなる。
このような観点から、本発明は、緩い堆積層と地中空洞とが存在する地盤に対して効率的に処置を施すことを可能とした地盤改良方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、地中に形成された空洞と、前記空洞の下方に存在する緩い堆積層とを有する地盤の地盤改良方法であって、前記空洞を貫通して前記緩い堆積層内に至る外管と前記外管に内挿された内管とを配管する配管作業と、前記外管を利用して前記空洞内に空洞注入材を注入しながら当該外管を引き上げる外管引上げ作業と、前記内管から前記緩い堆積層内に地盤注入材を注入する地盤注入作業とを備えている。
かかる地盤改良方法によれば、外管と内管とからなる２重管をボーリング孔に設置した後、この２重管を利用して空洞と緩い堆積層とに注入材を注入するため、地中空洞と緩い堆積層とに対して個別に処置を行う従来の施工方法に比べて施工性に優れている。そのため、工期短縮化および費用の低減化を図ることができる。また、地盤注入材の注入に先立って空洞注入材によって地中空洞と緩い堆積層との境界部を閉塞しておくため、地盤注入材が内管の外面に沿って流出することを防止し、所定範囲に地盤注入材を効果的に注入することができる。ここで、空洞注入材には、可塑性を備える材料あるいは流動性が高い材料を使用することができる。可塑性を備える空洞注入材を使用した場合には、空洞注入材の注入範囲を限定することができ、ひいては、注入量の削減を図ることができる。一方、流動性が高い空洞注入材を使用した場合には、流し込むことで空洞注入材を広範囲に注入することができる。また、可塑性を備える材料（第一の空洞注入材）を先行して注入した後、流動性が高い材料（第二の空洞注入材）を注入することで、第二の空洞注入材の注入範囲を限定してもよい。

なお、前記外管引上げ作業では、前記外管を引き上げることにより形成された前記内管と前記緩い堆積層との隙間に間詰め材を注入した後、前記空洞注入材を注入すれば、内管と緩い堆積層との隙間が空洞注入材によって充填されることが防止できる。すなわち、空洞注入材が内管の外周囲を塞ぐおそれがない。
前記空洞注入材のフロー値は１４０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内であるのが望ましい。また、前記地盤注入材は、セメントに対する水の重量比が０．５〜５．０のセメントミルクを主体とした材料であるのが望ましい。さらに、前記空洞注入材は、前記セメントミルクとベントナイトミルクとの混合体であるのが望ましい。

本発明の地盤改良方法によれば、緩い堆積層と地中空洞とが存在する地盤に対して効率的に処置を施すことができる。

本発明の実施形態に係る地盤改良方法を示すフローチャートである。 （ａ）は本実施形態の地盤改良の対象地盤を示す断面図、（ｂ）および（ｃ）は本実施形態の地盤改良方法の配管作業を示す断面図、（ｄ）は同じく外管引上げ作業を示す断面図である。 （ａ）は図２（ｄ）に続く空洞注入材を注入しながらの外管引上げ作業を示す断面図、（ｂ）は外管引上げ作業後を示す断面図、（ｃ）は地盤注入材の地盤注入作業を示す断面図、（ｄ）は地盤注入材の地盤注入作業後を示す断面図である。

本実施形態では、地中に存在する緩い堆積層を地上から改良する地盤改良方法について説明する。本実施形態の地盤改良方法は、図１に示すように、配管作業Ｓ１と、外管引上げ作業Ｓ２と、地盤注入作業Ｓ３とを有している。図２（ａ）に示すように、本実施形態において地盤改良の対象となる地盤は、地中の深い位置において緩く堆積した地盤である緩い堆積層Ｇ_２であって、この緩い堆積層Ｇ_２の上面は地中に形成された空洞（地中空洞Ｇ_Ａ）に面している。すなわち、本実施形態では、地表から順にＮ値４以上を目安とする表層Ｇ_１、地中空洞Ｇ_Ａ、Ｎ値４未満を目安とする緩い堆積層Ｇ_２が積層された地盤を対象としている。なお、各層の層厚および各層を構成する土質等は限定されるものではない。また、各地層のＮ値も限定されるものではない。さらに、地中空洞Ｇ_Ａ上には、複数の地層が積層されていてもよい。

配管作業Ｓ１では、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、地表から表層Ｇ_１を貫通して緩い堆積層Ｇ_２内に至るボーリング孔１を形成するとともに、このボーリング孔１に外管２（ボーリングロッド）とこの外管２に内挿された内管３とを配管する。外管２は、表層Ｇ_１および地中空洞Ｇ_Ａを貫通して緩い堆積層Ｇ_２に至る。外管２の外面は、地中空洞Ｇ_Ａに露出している。
本実施形態では、まず、図２（ｂ）に示すように、ボーリングマシンを利用して、地盤を削孔しつつボーリングロッドを地中に圧入することによりボーリング孔１を形成する。ボーリングロッドは、φ７５〜１２５ｍｍ程度の円筒状の鋼管からなる。なお、ボーリングロッドの構成は限定されるものではなく、ボーリングロッドの材質、内径、長さ等は適宜決定すればよい。本実施形態では、複数本のボーリングロッドを連結しながら地中に圧入することで、所定長さの外管２を形成する。外管２の先端（下端）は、緩い堆積層Ｇ_２の底部（下面）近傍にまで到達している。なお、外管２の下端の位置は限定されるものではなく、例えば、緩い堆積層Ｇ_２よりも深い位置まで到達させていてもよい。また、外管２（ボーリングロッド）は、地盤にボーリング孔１を形成してから、当該ボーリング孔１に挿入してもよい。

地中に外管２を配管したら、図２（ｃ）に示すように、外管２内に内管３を挿入する。本実施形態では、内管３の先端（下端）を外管２の先端（下端）から突出させて地盤に挿入する。なお、内管３の先端の位置は限定されるものではなく、例えば、外管２の先端と同じ深さに位置させてもよい。
内管３は、φ４０ｍｍ程度の複数本の塩化ビニル管を使用する。なお、内管３の構成は限定されるものではなく、内管３を構成する管材の材質、内径、長さ等は適宜決定すればよい。内管３の先端は、塩化ビニル製のキャップ（図示省略）により遮蔽されていて、貫入時の土砂等の流入や間詰め材５等の流入が防止されている。内管３へのキャップの固定方法は限定されるものではないが、例えば、有機溶剤を利用して一体化してもよいし、内管３の外面とキャップの内面にそれぞれネジ加工を施して締着してもよいし、接着剤等により接着してもよい。なお、内管３の先端の構造（遮蔽方法）は限定されるものではない。内管３には、直径５ｍｍ程度の微細な注入孔が複数形成されている。なお、注入孔の位置および形状は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、注入孔は、複数の深度（複数箇所）に形成してもよい。内管３の外面には、少なくとも注入孔を覆うようにゴム製のスリーブ４が設けられている。スリーブ４は、注入孔を保護するとともに、注入孔を介して内管３の内部に異物（土砂や間詰め材５等）が流入することを防止する。スリーブ４の構成は限定されるものではなく、例えば、所定の厚さを有する筒体を、内管３の外面に固定することにより形成すればよい。また、スリーブ４を構成する材料は限定されるものではない。さらに、スリーブ４は、必要に応じて設置すればよく、省略してもよい。なお、図面では、スリーブ４が内管３の外面よりも突出するように記載されているが、スリーブ４の外面は、内管３の外面と面一あるいは内管３の外面よりも内側に位置しているのが望ましい。

外管引上げ作業Ｓ２では、図２（ｄ）に示すように、外管２を引き上げて当該外管２を回収する。
外管２を引き上げることにより緩い堆積層Ｇ_２に形成された内管３とボーリング孔１の孔壁との隙間には、間詰め材５を注入する。間詰め材５は、外管２を引き上げながら外管２の先端から排出することにより隙間に充填する。内管３の注入孔はスリーブ４により覆われているため、外管２を引き上げた際に注入孔から土砂や間詰め材等が内管３の内部に流入することが防止されている。本実施形態では、間詰め材５として、セメントベントナイトを使用する。なお、間詰め材５を構成する材料は、内管３とボーリング孔１の孔壁との隙間への空洞注入材６の浸透を防ぐとともに、地盤注入作業Ｓ３における地盤注入材７の注入を妨げない材料であれば限定されるものではない。例えば、セメントベントナイトに代えて、シール充填用のグラウト等を使用してもよい。
間詰め材５の充填後、外管２をさらに引き上げることで、外管２の先端が地中空洞Ｇ_Ａ内に開口したら、図３（ａ）に示すように、外管２の先端から地中空洞Ｇ_Ａ内に空洞注入材６を注入する。本実施形態では、空洞注入材６の注入状況に応じて外管２を上昇させながら地中空洞Ｇ_Ａへ空洞注入材６を注入する。なお、地中空洞Ｇ_Ａへの空洞注入材６の注入は、外管２を固定させた状態で所定量注入してもよい。空洞注入材６には、可塑性を有した材料を使用する。本実施形態では、空洞注入材６として、セメントミルクとベントナイトミルクとの混合体であって、フロー値が１４０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内のものを使用する。なお、空洞注入材６を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、モルタル、流動化処理土または可塑性グラウトを使用してもよい。空洞注入材６は、図３（ｂ）に示すように、外管２を回収することにより表層Ｇ_１に形成された内管３とボーリング孔１の孔壁との隙間にも注入する。すなわち、本実施形態では、外管２の先端が表層Ｇ_１内に到達した後も空洞注入材６を注入し続ける。

地盤注入作業Ｓ３では、図３（ｃ）に示すように、地盤注入材７を内管３から緩い堆積層Ｇ_２内に注入することで柱状の地盤改良体７１を形成する。地盤注入材７の緩い堆積層Ｇ_２内への注入は、内管３に形成された注入孔から地盤注入材７を排出（圧入）することにより行うものとする。注入孔から地盤注入材７を排出すると、スリーブ４が膨張する。スリーブ４には複数の孔またはスリットが形成されており、膨張することにより当該孔またはスリットが開口するため、注入孔から圧入された地盤注入材７が周囲の地盤に向けて噴射される。このとき、内管３の外面に間詰めが施されている（間詰め材５が充填されている）とともに、先行して地中空洞Ｇ_Ａが空洞注入材６によって閉塞されているため、地盤注入材７が内管３の外面に沿って地上に噴出することが防止されている。本実施形態の地盤注入材７は、セメントに対する水の重量比が０．５〜５．０のセメントミルクを主体とする材料であって空洞注入材６よりも流動性が高い。なお、地盤注入材７を構成する材料は限定されなく、例えば、セメントグラウトの他、水ガラスやセメント等を主体とした薬液を使用してもよい。地盤注入材７は、内管３の先端側から注入する。すなわち、本実施形態では、緩い堆積層Ｇ_２内において、深い位置に形成された注入孔（スリーブ４）から地盤注入材７の噴射を開始し、徐々に地盤注入材７を噴射する注入孔（スリーブ４）を上方に移動することで、ボーリング孔１の周囲に柱状の地盤改良体７１を形成する。なお、必要に応じてパッカーを使用して、地盤注入材７を注入する注入孔を選択してもよい。地盤改良体７１の形成後、内管３を残置させておくことで、その後の地盤調査や探査等に内管３を活用すればよい。なお、内管３は、地盤改良体７１の注入後に撤去してもよい。

以上、本実施形態の地盤改良方法によれば、外管２と内管３とからなる２重管をボーリング孔１に設置した後、この２重管を利用して地中空洞Ｇ_Ａと緩い堆積層Ｇ_２とに注入材を注入するため、地中空洞Ｇ_Ａと緩い堆積層Ｇ_２とに対して個別に処置を行う従来の施工方法に比べて施工性に優れている。そのため、工期短縮化および費用の低減化を図ることができる。また、流動性が高い（浸透しやすい）地盤注入材７の注入に先立って空洞注入材６を注入しておくため、地盤注入材７の拡散や流出を防止し、所定範囲に地盤注入材７を効果的に注入することができる。
空洞注入材６として、可塑性を有した材料を使用しているため、限定した目的範囲のみに行き渡らせることができる。そのため、空洞注入材６が必要以上に広範囲に流出することを防止し、注入量を必要最小限に抑え、ひいては、材料費の低減化を図ることができる。なお、空洞注入材６として、可塑性を備えた材料に代えて流動性が高い材料（自己充填性が高い材料）を使用すれば、空洞注入材６を地中空洞Ｇ_Ａに流し込むことで広範囲に注入することができる。流動性が高い材料としては、例えば、地盤注入材７と同じ材料を使用することができる。また、地中空洞Ｇ_Ａには、可塑性を備えた第一の空洞注入材を注入した後、流動性が高い第二の空洞注入材を注入してもよい。こうすることで、地中空洞Ｇ_Ａ内における注入範囲を限定することができる。

地中空洞Ｇ_Ａに空洞注入材６を予め注入しておくことで、地盤注入材７が地中空洞Ｇ_Ａに流出することを防止できる。地盤注入材７として流動性が高い材料を使用しているため、緩く堆積した緩い堆積層Ｇ２の土粒子間（空隙）に地盤注入材７が浸透し、その結果、地盤改良体７１を形成することができる。
また、外管２を引き上げることにより形成された内管３と緩い堆積層Ｇ_２との隙間に間詰め材５を充填しているので、ボーリング孔１の孔壁が崩れることを防止することができるとともに、空洞注入材６が当該隙間に流入することを防止することができる。そのため、内管３の注入孔が空洞注入材６によって塞がれることはなく、地盤注入材７の注入が空洞注入材６によって妨げられることもない。

なお、地盤改良材としては、溶液型薬液が一般的に想定される。溶液型薬液は、作用力におおむね比例して流れの度合いが増加するため、緩く堆積した地盤に容易に浸透させることができる。また、セメントに対する水の重量比が０．５〜５．０程度で作成されたセメントミルクや、これに分離抵抗性や流動性を向上させるために添加剤を加えたもの（セメントミルク）は、一定の作用力が働かないと流れが生じない特性を有しているものの、比較的その作用力は低い水準にある。そのため、これらのセメントミルク（地盤注入材７）は、溶液型薬液と同様に、緩く堆積した地盤（緩い堆積層Ｇ_２）に浸透させることができる。一方、これらのセメントミルクは、地中空洞Ｇ_Ａに流し込むと自重により広範囲に広がるため、大量打設が必要となる。そのため、本実施形態では、地中空洞Ｇ_Ａへの注入材として、フロー値が１４０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内の空洞注入材６あるいは可塑性を保持する空洞注入材６を使用することで、打設量を制限している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、内管３の配管方法は限定されるものではなく、例えば、ダブルパッカー工法を採用する等、従来の工法を適宜採用してもよい。
空洞注入材６を構成する材料は、目的に応じて選定すればよい。例えば、地中空洞Ｇ_Ａ内に固化補強体を構築する場合にはセメントグラウトや注入薬液等を使用すればよいし、地中空洞Ｇ_Ａ内に止水構造を構築する場合にはモルタル、流動化処理土、可塑性グラウト等を使用すればよい。
本発明の地盤改良方法による改良の対象となる空洞は、構造物の直下や、地中構造物内に形成された空洞であってもよい。

１ ボーリング孔
２ 外管
３ 内管
４ スリーブ
５ 間詰め材
６ 空洞注入材
７ 地盤注入材
７１ 地盤改良体
Ｇ_Ａ 地中空洞（空洞）
Ｇ_２ 緩い堆積層
Ｓ１ 配管作業
Ｓ２ 外管引上げ作業
Ｓ３ 地盤注入作業

Claims (5)

1. 地中に形成された空洞と、前記空洞の下方に存在する緩い堆積層とを有する地盤の地盤改良方法であって、
   前記空洞を貫通して前記緩い堆積層内に至る外管と前記外管に内挿された内管とを配管する配管作業と、
   前記外管を引き上げるとともに、当該外管を利用して前記空洞内に空洞注入材を注入する外管引上げ作業と、
   前記内管から前記緩い堆積層内に地盤注入材を注入する地盤注入作業と、を備えていることを特徴とする地盤改良方法。
2. 前記外管引上げ作業では、前記外管を引き上げることにより形成された前記内管と前記緩い堆積層との隙間に間詰め材を注入した後、前記空洞注入材を注入することを特徴とする、請求項１に記載の地盤改良方法。
3. 前記空洞注入材のフロー値が１４０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の地盤改良方法。
4. 前記地盤注入材が、セメントに対する水の重量比が０．５〜５．０のセメントミルクを主体とする材料であることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地盤改良方法。
5. 前記空洞注入材が、前記セメントミルクとベントナイトミルクとの混合体であることを特徴とする、請求項４に記載の地盤改良方法。

Images