JP6905874B2 - 地山の改良評価試験装置 - 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
地山の性状は施工現場ごとに違うため、現場の地山に合った注入材を選定する必要がある。そこで、次のような評価試験が行なわれている。
次に、試験容器の内部に、地山に見立てた模擬地山を充填し、注入管を模擬地山内に埋める。模擬地山としては、例えば、適用現場の地山と同等の透水性の硅砂等を用いる。
次いで、注入管に注入材を供給する。注入材としては例えばウレタン系注入材やセメント系注入材等を用いる。注入材は、注入管の注入穴から吐出され、模擬地山の内部に浸み込んでいく。
注入材が硬化するまで養生した後、試験容器を割って、模擬地山を取り出す。そして、注入材で改良された部分の大きさ、形状、硬さ、その他の物性から所望の改良効果が得られるかどうかを評価する。
本発明は、かかる事情に鑑み、模擬地山の中間部分に注入材が十分に拡散されるようにして、改良効果を適確に評価可能とすることを目的とする。
試験容器と、
前記試験容器内に配置され、前記注入材を吐出する注入管と、
前記注入管を埋めるようにして、前記試験容器内に収容された模擬地山と、
前記模擬地山の下側又は上側に前記模擬地山と接するように積層され、前記注入材の拡散抵抗が前記模擬地山よりも高い緩衝層と、
を備えたことを特徴とする。
前記注入管から吐出された注入材が模擬地山に浸み込み、硬化することで改良体が得られる。該改良体の大きさ、形状、硬さ等から、前記注入材によって所望の改良効果が得られるかどうかを確認する。これによって、適用対象の地山に対する注入材の適合性を評価できる。
模擬地山の下側又は上側に緩衝層を設けておくことによって、注入材が模擬地山の下端部又は上端部まで拡散して緩衝層と接した後、模擬地山と緩衝層の界面に沿って注入材が急速に拡散するのを抑制できる。この結果、模擬地山の中間部にも注入材が十分に浸透するようにでき、評価に適した改良体を得ることができる。
これによって、注入材の注入に伴って、試験容器内の空気を通気穴から排出できる。また、余剰の水分をも通気穴から押し出すことができる。これによって、注入材を円滑に注入できる。一方、通気穴にフィルタを設けることで、模擬地山が通気穴から漏れるのを防止できる。
本発明形態は、例えば、トンネル施工における長尺鋼管フォアパイリングないしはフォアポーリング等の先受け工の注入材選定に適用される。先受け工においては、トンネル前方の地山に、中空ボルト等の先受け鋼管を打ち込み、該先受け鋼管の注入孔から注入材を地山に注入することで、地山を安定させる。当該地山に適合する注入材を選定するために、事前に改良評価試験を行なう。
試験容器10は、例えば鋼製のドラム缶によって構成され、円筒状の周壁11と、底板12と、蓋板13を有している。周壁11には、複数の通気穴11dが形成されている。これら通気穴11dは、周壁11の周方向及び軸方向(上下)に互いに分散して配置されている。通気穴11dの数には特に限定が無く、1つだけであってもよい。
注入管20の管壁には複数の注入穴20cが形成されている。各注入穴20cは、注入管20の内周面から外周面に貫通している。複数の注入穴20cは、注入管20の周方向及び軸方向(上下)に互いに分散して配置されている。
図1及び図3に示すように、拡散空間画成部材22は、多数の網目22c(透孔)を有する網によって構成されている。拡散空間画成部材22と注入管20の外周面との間には、環状の拡散空間25が形成されている。拡散空間25が、網目22cを通して、拡散空間画成部材22の外部と連通している。網目22c(透孔)は、注入材3の透過を許容する一方、模擬地山30の通過を阻む。
拡散空間画成部材22を構成する網の材質は、金属であってもよく、樹脂であってもよい。好ましくは、拡散空間画成部材22は、模擬地山30の土圧を受けても拡散空間25を確保し得る強度を有している。
拡散空間画成部材22の上端部と注入管20との間が、シール部材23によって液密に封止されている。
模擬地山30は、地山を模したものであり、好ましくは施工現場の地山と物性や性状が近い土砂が用いられている。より好ましくは、模擬地山30として、施工現場の地山と同等の透水性を有する硅砂が用いられている。模擬地山30の厚さは、他の層31,32,33の厚さよりも十分に大きい。試験容器10内の大部分が模擬地山30によって占められている。
注入管20及び拡散空間画成部材22が、模擬地山30を上下に貫通している。更に、拡散空間25が、模擬地山30内を上下に貫通するように形成されている。
緩衝層31,32の材料としては、注入材3の拡散抵抗が模擬地山30よりも高い土砂が用いられており、好ましくは注入材3の浸透度が十分に低い極低浸透性土砂が用いられている。より好ましくは、緩衝層31,32は、模擬地山30より粒度が小さい硅砂又は粘土によって構成されている。
下側緩衝層31は、試験容器10の底板12(底部)と模擬地山30との間に介在されている。下側緩衝層31の上面が模擬地山30の下端部と接している。模擬地山30と下側緩衝層31の境においては、模擬地山30の下端部を構成する硅砂と、下側緩衝層31を構成する微細硅砂又は粘土とが混ざり合っていてもよい。模擬地山30と下側緩衝層31の界面が凸凹ないしは三次元状に入り組んでいてもよい。
シール部材23は、模擬地山30から緩衝層32を挟んで押し蓋層33へ跨っている。
<改良評価試験装置1の作製工程>
図2に示すように、試験容器10には、通気穴11dを形成し、かつフィルタ16を貼り付けて通気穴11dを塞いでおく。
試験容器10の底部に緩衝層31を設ける。
緩衝層31の上側に模擬地山30を積層する。
これに先立ち、注入管20を試験容器10の軸線に沿って配置しておくことで、模擬地山30内に注入管20を埋め込む。注入管20の周りには、拡散空間画成部材22を設けておく。拡散空間画成部材22によって模擬地山30が拡散空間25に入り込むのが阻止され、拡散空間25が空間として残される。
実際の地山は通常、水分を含んでいるため、模擬地山30に水を浸み込ませることで、実際の地山の状態に近づけることが好ましい。
模擬地山30の上側には、緩衝層32を積層する。
さらに緩衝層32の上側に押し蓋層33を積層する。
さらに、蓋板13を設置する。
図2に示すように、ウレタン原料のA液及びB液をそれぞれ供給管21A,21Bから注入管20に供給する。
これらA液及びB液が混合されてウレタン系注入材3となり、各注入穴20cから吐出される。
図3において太線矢印にて示すように、注入材3は、一旦、拡散空間25の全域に充填される。シール部材23(図2)によって、注入材3が、拡散空間25の上端部から漏れるのを防止できる。
その後、注入材3は、拡散空間25から網目22cを通して、模擬地山30の内部に浸み込んでいく。これによって、注入材3を模擬地山30の上下方向に偏りなく均等に浸み込ませることができる。つまり、注入材3が注入穴20cの近くの模擬地山30だけに浸み込むのを防止できる。したがって、実際のトンネル施工現場での地山への注入形態に近づけることができる。
すなわち、実際のトンネル施工現場では、先受け鋼管よりも少し大径の掘削孔が形成され、先受け鋼管から吐出された注入材が、一旦、先受け鋼管の外周面と前記掘削孔の内周面との間に充填された後、地山の内部に浸み込む。
図2において二点鎖線にて示すように、発泡中の注入材3”は、模擬地山30内を上方へ向けて拡散していく。その一部は、模擬地山30の上端部に達し、上側緩衝層32と接し得る。該発泡中の注入材3”は、僅かではあるが上側緩衝層32に浸み込み得る。また、模擬地山30と上側緩衝層32との境は少なからず凸凹に入り組んでいる。これによって、模擬地山30の上端面における注入材3”の拡散抵抗が高まり、注入材3”が模擬地山30の上端面に沿って急速に拡散するのを抑制できる。
この結果、模擬地山30の下端部及び上端部において注入材3の注入圧力が逃げるのを防止でき、模擬地山30の中間部に注入材3が十分に浸透するようにできる。
一方、模擬地山30の硅砂は、フィルタ16によって阻まれ、通気穴11dから漏れるのを防止できる。
注入工程後、注入材3が硬化するまで養生する。これによって、模擬地山30における注入材3の浸透部分が硬化し、改良体30X(図4)となる。模擬地山30の中間部に注入材3を十分に浸透させることで、評価に適した改良体30Xを得ることができる。
<取り出し工程>
その後、図4に示すように、試験容器10を解体して、改良体30Xを取り出す。
模擬地山30の上下に緩衝層31,32を設けることによって、試験容器10から改良体30Xをきれいな状態で取り出すことができる。
そして、改良体30Xの大きさ、形状、硬さ、その他の物性から、注入材3によって所望の改良効果が得られるかどうかを評価する。すなわち、適用対象の地山に対する注入材3の適合性を評価する。
改良評価試験装置1によれば、評価に適した改良体30Xが得られるために、評価を容易に行なうことができる。
複数の改良評価試験装置1を用意し、互いに組成等が異なる注入材3を注入して、各改良体30Xを評価することで、適用対象の地山に合った注入材3を選定できる。
例えば、注入材は、前記ウレタン系注入材に限られず、シリカレジン系注入材、セメント系注入材等を用いてもよい。シリカレジン系注入材は、特殊珪酸ソーダ(A液)と変性ポリイソシアネート(B液)を原料とする変性ポリウレタンである。
下側緩衝層31と上側緩衝層32との組成や成分(硅砂の粒径等)が互いに異なっていてもよい。
セメント系注入材は、模擬地山30内を主に下方へ拡散されるから、模擬地山30の少なくとも下側に緩衝層31を設けるとよい。上側の緩衝層32を省略してもよい。
前記ウレタン系注入材やシリカレジン系注入材等の発泡性注入材が、注入管20から吐出後、すぐに発泡して上方へ拡散される等の場合は、上側の緩衝層32だけを設け、下側の緩衝層31を省略してもよい。
拡散空間画成部材22は、網に限られず、筒状の多孔板などによって構成してもよい。拡散空間画成部材22を省略してもよい。
本発明は、切羽の上半アーチ外周から前方へ長尺先受け鋼管を打設する長尺先受け工法の注入材選定の他、切羽鏡部に鏡ボルトを打設する鏡ボルト工法の注入材選定などにも適用できる。
本発明は、トンネル構築時の地山への注入材の選定に限られず、他の地中構造物やビル等の建築構造物を構築する際の地盤改良材としての注入材の選定等にも適用できる。
図1と実質同等の改良評価試験装置1を作製した。
試験容器10としてドラム缶を用いた。試験容器10の高さは850mm、内径は570mmであった。
注入管20として、直径27.2mmの中空ボルトを用いた。
模擬地山30として、2号硅砂(粒径2〜4mm、透水係数100〜101cm/s)を用いた。模擬地山30の高さ(厚み)は、650mmであった。
下側緩衝層31として、8号硅砂(粘土)を用いた。下側緩衝層31の厚みは、30mmであった。
上側緩衝層32として、8号硅砂(粘土)を用いた。上側緩衝層32の厚みは、30mmであった。
押し蓋層33は、モルタルであり、その厚みは、140mmであった。
注入材3として、旭有機材株式会社製ウレタン系注入材を用いた。注入材3の注入量は6.6kg、注入圧力は1〜2kg/min、想定発泡倍率は3.6倍であった。
改良長(改良体30Xの高さ)は、約600mmであった。改良幅(改良体30Xの直径)は平均して334.5mmであった。
改良体30Xの中央部が上下端部より太くなり、良好な改良体が得られることが確認された。
比較例として、緩衝層31,32を省いて試験を行った。得られた改良体の写真を図6に示す。
改良体の下端部が大きく広がっており、試験容器10の底板12に沿って注入材3が急速に拡散したことが推察される。
3 注入材
3A A液供給源
3B B液供給源
10 試験容器
11 周壁
11d 通気穴
12 底板
13 蓋板
16 フィルタ
20 注入管
20c 注入穴
21A 供給管
21B 供給管
22 拡散空間画成部材
22c 網目22c(透孔)
23 シール部材
25 拡散空間
30 模擬地山
30X 改良体
31 緩衝層
32 緩衝層
33 押し蓋層
Claims (2)
- 注入材による地山の改良効果を評価する試験装置であって、
試験容器と、
前記試験容器内に配置され、前記注入材を吐出する注入管と、
前記注入管を埋めるようにして、前記試験容器内に収容された模擬地山と、
前記模擬地山の下側又は上側に前記模擬地山と接するように積層され、前記注入材の拡散抵抗が前記模擬地山よりも高い緩衝層と、
を備え、
前記試験容器の前記模擬地山に臨む周壁には、その周方向および軸方向に分散して通気穴が形成され、
前記周壁の内周面には、前記通気穴毎に、気体及び液体の透過を許容し固体の透過を阻止するフィルタが、前記通気穴を覆うようにして設けられていることを特徴とする改良評価試験装置。 - 前記緩衝層が、前記模擬地山より粒度が小さい硅砂又は粘土を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載の改良評価試験装置。
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