JP7206544B2

JP7206544B2 - 遮水壁

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Publication number: JP7206544B2
Application number: JP2019030945A
Authority: JP
Inventors: 美樹北▲原▼; 孝昭清水; 朋宏中島; 陽平櫻井; 幸弘濱田; 直宏大西
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: JP2020133327A

Description

本発明は、遮水壁に関する。

地盤改良工法の一つとして、地盤に薬液を注入して固化させる薬液注入工法が知られている。薬液注入工法を用いて地盤中に遮水壁を構築する場合、機械式攪拌工法等の他の地盤改良工法を用いる場合と比較して、大型の施工機械を必要としないため、狭隘な場所でも施工が可能となる。

また、例えば既存躯体の直下地盤に遮水壁を構築する場合、機械式攪拌工法では、既存躯体の耐圧版等を２ｍ～３ｍ程度撤去する必要があるのに対し、薬液注入工法では、耐圧版等に１５０ｍｍ～２００ｍｍ程度の穴を形成するだけで施工することができるため、障害撤去費用を削減することが可能となる。

一方、薬液注入工法では、地盤中において複数の塊状の改良体を深さ方向及び水平方向に連続して配置することで遮水壁を構築している。このため、機械式攪拌工法によって構築された複数の柱状の改良体からなる遮水壁と比較して、改良体同士の間に隙間ができ易く、遮水性が低下するという問題があった。

この問題を解決するため、例えば特許文献１には、薬液を地盤に注入することで形成された複数の略球形状の改良体からなる改良体集合構造において、隣合う改良体同士を深さ方向又は水平方向に互い違いに配置することで、薬液の注入量を抑制しつつ、改良体同士の間に未改良部分（隙間）が連続して形成されることを防ぐ構成が開示されている。

特許第６３２６３２２号公報

特許文献１に示す改良体集合構造では、改良体同士が接して配置されるように改良体同士の間隔や薬液の注入量を調整している。しかしながら、実際の地盤中では、地盤の性状のばらつきによって薬液の浸透に差が生じるため、改良体は球形状にはならず、いびつな形状となる。このため、実際の地盤中では、改良体同士の間に水が通る隙間が空き、改良体集合構造の遮水性が低下することがあった。

本発明は上記事実に鑑み、隙間が生じることを抑制することができる遮水壁を提供することを目的とする。

第１態様に記載の遮水壁は、薬液を注入することで地盤を固化させ形成された複数の塊状の第１改良体と、前記第１改良体の前記薬液の注入量より多い注入量の薬液によって前記地盤を固化させ形成され、前記第１改良体より外形が大きい第２改良体と、を備え、前記地盤中に深さ方向及び水平方向に前記第１改良体と前記第２改良体を接触させて構築している。

上記構成によれば、外形の大きさが異なる第１改良体と第２改良体を接触させて遮水壁を構築することで、外形が単一の大きさの改良体同士を接触させて構築した遮水壁と比較して、遮水壁に隙間が生じることを抑制することができる。

なお、本発明において「固化」とは、薬液によって地盤中の土粒子同士を接着することを指し、固化前の地盤の強度に対して固化後の地盤の強度が変化しない状態を含む。また、本発明において「接触」とは、第１改良体の外周面と第２改良体の外周面が当接する状態だけでなく、第１改良体の外周面と第２改良体の外周面が重なり合う状態も含む。

第２態様に記載の遮水壁は、第１態様に記載の遮水壁であって、前記第１改良体又は前記第２改良体は、前記地盤中に深さ方向又は水平方向に連続して配置されている。

上記構成によれば、第１改良体又は第２改良体を地盤中に深さ方向又は水平方向に連続して配置することで、第１改良体及び第２改良体を地盤中に非連続に配置する構成と比較して、遮水壁の施工性が低下することを抑制することができるとともに、所望の遮水性を確保することが容易となる。

第３態様に記載の遮水壁は、第１又は２態様に記載の遮水壁であって、前記第２改良体の外形は、前記第１改良体の外形の２０倍以下とされている。

一般的に、薬液の注入量を所定量以上とした場合、遮水効果が頭打ちとなるだけでなく、地盤の性状によっては、薬液によって地盤変動が生じる虞が高まる。ここで、上記構成によれば、第２改良体の外形を第１改良体の外形の２０倍以下とすることで、第２改良体の外形が第１改良体の外形の２０倍より大きい場合と比較して、遮水性を確保しつつ、薬液の地盤への注入量を抑制することができる。これにより、地盤変動を抑制するとともに、工期等の施工負荷を削減することができる。

本発明に係る遮水壁によれば、隙間が生じることを抑制することができる。

（Ａ）は実施形態の一例に係る遮水壁を示す斜視図であり、（Ｂ）はその平面図である。（Ａ）～（Ｄ）は実施形態の一例に係る遮水壁の施工手順を示す工程図（その１）である。（Ａ）～（Ｃ）は実施形態の一例に係る遮水壁の施工手順を示す工程図（その１に続くその２）である。（Ａ）は比較例に係る遮水壁の計画時の改良体形状を示す平面図であり、（Ｂ）は実際の改良体形状を示す平面図である。（Ａ）は実施形態の一例に係る遮水壁の計画時の改良体形状を示す平面図であり、（Ｂ）は実際の改良体形状を示す平面図である。（Ａ）～（Ｃ）は変形例に係る遮水壁を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態の一例における遮水壁について、図１～図６を用いて説明する。

（構造）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、本実施形態の遮水壁１０は、地盤１２中に構築されており、互いに接触して配置された複数の塊状の第１改良体１４と、複数の塊状の第２改良体１６とを備えている。

第１改良体１４及び第２改良体１６は、地盤１２に薬液Ｙを注入して地盤１２を固化させる薬液注入工法によってそれぞれ形成されている。また、第２改良体１６は、第１改良体１４の薬液Ｙの注入量Ｃより多い注入量Ｃの薬液Ｙによって形成されており、これにより、第２改良体１６の外形Ｍが第１改良体の外形Ｎより大きくされている。

なお、本実施形態では、図１～図３において、第１改良体１４及び第２改良体１６の形状を球形状として示しているが、後述するように、実際の地盤１２中では第１改良体１４及び第２改良体１６は球形状にはならず、いびつな形状となっている。

また、第１改良体１４の外形Ｎ、及び第２改良体１６の外形Ｍは実測値ではなく、後述するように、薬液Ｙの注入量Ｃ、及び地盤１２の間隙比Ｅから計算される計画値である。なお、本実施形態では、例えば第２改良体１６の外形Ｍは、第１改良体１４の外形Ｎの２０倍以下の大きさとされていることが好ましく、５倍以下とされていることがより好ましく、２倍以下とされていることが特に好ましい。具体的には、例えば第１改良体１４の外形Ｎは０．２～２．０（ｍ）程度とされ、第２改良体１６の外形Ｍは０．４～４．０（ｍ）程度とされている。

また、複数の第１改良体１４は、地盤１２中で深さ方向に連続して形成されており、これにより第１改良体柱１８が構成されている。同様に、複数の第２改良体１６は、地盤１２中で深さ方向に連続して形成されており、これにより第２改良体柱２０が構成されている。

本実施形態では、遮水壁１０は、例えば内側壁１０Ａ、及び内側壁１０Ａの外側に設けられた外側壁１０Ｂの２列の壁体によって構成されており、内側壁１０Ａは、水平方向に連続して配置された複数の第１改良体柱１８によって構成されている。

一方、外側壁１０Ｂは、水平方向に交互に配置された第１改良体柱１８と第２改良体柱２０とによって構成されている。なお、遮水壁１０を構成する壁体は、２列に限らず、１列又は３列以上とされていてもよい。

内側壁１０Ａと外側壁１０Ｂは、平行に延びるとともに互いに接触している。また、内側壁１０Ａを構成する第１改良体柱１８の中心軸Ｐ１（後述する注入ロッド２２の中心軸）と、外側壁１０Ｂを構成する第１改良体柱１８及び第２改良体柱２０の中心軸Ｐ２（後述する注入ロッド２２の中心軸）は、互いに内側壁１０Ａ及び外側壁１０Ｂの延設方向にずれた位置とされている。すなわち、図１（Ｂ）に示すように、遮水壁１０を構成する第１改良体柱１８及び第２改良体柱２０が、平面視で千鳥状に配置されている。

（施工方法）
本実施形態の遮水壁１０は、例えば図示しない２つの流路と、下端及び側面に形成された図示しない複数の吐出口と、を有する注入ロッド２２を用いた二重管ストレーナ工法によって構築される。

具体的には、まず、図２（Ａ）に示すように、供給管２４から注入ロッド２２に削孔水Ｗを供給し、注入ロッド２２の下端に設けられた吐出口から削孔水Ｗを鉛直方向下向きに吐出させつつ、ボーリングマシン等の造成機２６によって注入ロッド２２を地盤１２中へ挿入する。これにより、地盤１２を目標深度まで掘削してガイドホール２８を形成する。

次に、図２（Ｂ）に示すように、薬液Ｙを注入ロッド２２の吐出口から地盤１２中に注入する。地盤１２中に注入された薬液Ｙは、土粒子同士の間隙に浸透して地盤１２中に存在する地下水と置換され、土粒子同士を接着する。これにより、地盤１２が固化し、塊状の第１改良体１４が形成される。

ここで、薬液Ｙは、供給管２４から注入ロッド２２に別々に供給され、注入ロッド２２の先端部において吐出される直前に混合されるＡ液及びＢ液からなる。Ａ液及びＢ液は、混合されることで硬化する溶液であり、本実施形態では、例えばＡ液が水ガラス（珪酸ソーダ）系溶液を主成分とする主剤とされ、Ｂ液が硬化剤等の助剤とされている。

なお、Ａ液及びＢ液としては、薬液注入工法に用いられる公知の溶液を用いることができ、Ａ液とＢ液の組合わせや配合比率を変えることで、薬液Ｙの硬化時間（ゲルタイム）を調整することができる。

また、形成される第１改良体１４の外形Ｎは、薬液Ｙの地盤１２への注入量Ｃによって規定される。具体的には、計画時における球形状の改良体の半径をｒとすると、改良体の体積Ｑは次のように表される。

Ｑ＝３／４・πｒ^３・・・・・・（１式）

また、改良体の体積Ｑは、土粒子同士の間隙に注入された薬液Ｙからなるため、地盤１２の間隙比をＥとすると、薬液Ｙの地盤１２への注入量Ｃは次のように表される。

Ｃ＝Ｑ・Ｅ・・・・・・（２式）

ここで、間隙比Ｅとは、地盤１２中において土粒子間に生じる間隙を単位体積で除した値であり、一般的な地盤調査によって測定される値である。上記の１式及び２式から改良体の外形２ｒを求めることにより、薬液Ｙの注入量Ｃ、及び地盤１２の間隙比Ｅに基づいて、改良体の外形２ｒを定義することができる。

本実施形態では、予め地盤調査によって地盤１２の間隙比Ｅを測定しておき、第１改良体１４の外形がＮ（Ｎ＝２ｒ）となるよう薬液Ｙの注入量Ｃを調整する。また、第１改良体１４が外形Ｎとなる前に薬液Ｙが硬化することを防ぐため、注入量Ｃに応じた硬化時間（ゲルタイム）となるように、薬液Ｙの種類、すなわちＡ液とＢ液の組合わせや配合比率を設定する。

なお、地盤調査によって地盤１２の間隙比Ｅを測定する構成に代えて、予め設定した間隙比Ｅを用いる構成としてもよい。この場合、例えば礫層の場合は０．４、砂層の場合は０．３、粘土層の場合は０．２のように、地盤１２の地質や地域等を考慮した実績によって間隙比Ｅが設定される。

なお、本実施形態では、一例として、間隙比Ｅが０．３の地盤１２において、硬化時間が３５４（ｓｅｃ）に設定された薬液Ｙを、注入量Ｃが８８．４（Ｌ）、注入速度が１５．０（Ｌ／ｍｉｎ）で注入することで、外形Ｎが１．０（ｍ）、体積Ｑが０．２９（ｍ^３）の第１改良体１４を形成した。

その後、図２（Ｃ）に示すように、注入ロッド２２を所定の高さ引き上げ（ステップアップし）、同様の手順で再び薬液Ｙを地盤１２に注入することで、第１改良体１４の上部に第１改良体１４を形成する。この工程を繰り返し、複数の第１改良体１４を鉛直方向に連続して形成していくことで、図２（Ｄ）に示すように、第１改良体柱１８を構築する。

第１改良体柱１８の構築後は、一度注入ロッド２２を地盤１２から引抜く。その後、造成機２６を移動させ、図３（Ａ）に示すように、構築した第１改良体柱１８の隣に同様の手順で第１改良体柱１８を構築していく。このように、複数の第１改良体柱１８を水平方向に連続して配置することで、遮水壁１０の内側壁１０Ａを構築する。

次に、図３（Ｂ）に示すように、内側壁１０Ａの外側（図３における手前側）において、外側壁１０Ｂを構成する複数の第１改良体柱１８を、同様の手順で水平方向に間隔をあけて構築する。その後、外側壁１０Ｂを構成する第１改良体柱１８（すなわち複数の第１改良体１４）の間に、第１改良体１４の外形Ｎより外形Ｍが大きい第２改良体１６を形成する。

本実施形態では、第１改良体１４の形成時と同様に、上記の１式と２式を用い、第２改良体１６の外形がＭ（Ｍ＝２ｒ）となるよう薬液Ｙの注入量Ｃを調整する。また、第２改良体１６が外形Ｍとなる前に薬液Ｙが硬化することを防ぐため、注入量Ｃに応じた硬化時間となるように、薬液Ｙの種類、すなわちＡ液とＢ液の組合わせや配合比率を設定する。

具体的には、第１改良体１４の形成時と比較して、地盤１２へ注入する薬液Ｙの注入量Ｃを多くすることで、第２改良体１６の外形Ｍを第１改良体１４の外形Ｎより大きくする。また、薬液Ｙの種類、すなわちＡ液及びＢ液の組合わせや配合比率を変えることで、第１改良体１４の形成時と比較して、薬液Ｙの硬化時間を長くする。

ここで、薬液Ｙの注入量Ｃ（総注入量）を多くする方法としては、例えば薬液Ｙの注入時間を長くする方法や、薬液Ｙの注入速度、すなわち単位時間あたりの注入流量を増やす方法等が挙げられる。このうち、薬液Ｙの注入速度は、地盤変動を起こさない範囲で設定する必要がある。

なお、本実施形態では、一例として、間隙比Ｅが０．３の地盤１２において、硬化時間が２８３２（ｓｅｃ）に設定された薬液Ｙを、注入量Ｃが７０８．０（Ｌ）、注入速度が１５．０（Ｌ／ｍｉｎ）で注入することで、外形Ｍが２．０（ｍ）、体積Ｑが２．３６（ｍ^３）の第２改良体１６を形成した。

その後、同様の手順により、複数の第２改良体１６を鉛直方向に連続して形成し、第１改良体柱１８の間に第２改良体柱２０を構築していくことで、図３（Ｃ）に示すように、外側壁１０Ｂを構築する。

以上の工程により、互いに接触する複数の第１改良体１４と複数の第２改良体１６とによって遮水壁１０を構築することができる。なお、上記の手順は一例であり、手順が異なっていたり、他の手順が含まれたりしても構わない。

例えば、上記の手順では、遮水壁１０の外側壁１０Ｂにおいて、第１改良体柱１８を構築した後、第１改良体柱１８の間に第２改良体柱２０を構築していた。しかし、第２改良体柱２０を構築した後で第１改良体柱１８を構築してもよく、第１改良体柱１８と第２改良体柱２０を交互に構築してもよい。

また、上記の手順では、遮水壁１０の内側壁１０Ａを構築した後で外側壁１０Ｂを構築していた。しかし、外側壁１０Ｂを構築した後で内側壁１０Ａを構築してもよく、内側壁１０Ａと外側壁１０Ｂを同時に構築してもよい。

さらに、上記の手順では、二重管ストレーナ工法によって第１改良体１４及び第２改良体１６を形成する方法について説明したが、他の工法によって第１改良体１４及び第２改良体１６を形成してもよい。

（作用、効果）
図４（Ａ）に示すように、一般的に、従来の遮水壁３０は、外形が単一の大きさとされた複数の改良体３２によって構築されている。また、計画時において、この従来の遮水壁３０は、改良体３２同士が互いに深さ方向及び水平方向にそれぞれ接触して配置されるように、薬液Ｙの注入量Ｃ（外形）や間隔が調整されている。

しかしながら、実際の地盤中では、図４（Ｂ）に示すように、地盤１２の性状のばらつきによって薬液Ｙの浸透に差が生じるため、改良体３２は球形状にはならず、いびつな形状となる。このため、実際の地盤１２中では、改良体３２同士の間に水が通る隙間が空き、遮水壁３０の遮水性が低下することがあった。

一方、本実施形態の遮水壁１０は、図５（Ａ）に示すように、外形の大きさが異なる複数の第１改良体１４と複数の第２改良体１６とによって構築されている。換言すれば、遮水壁１０を構成する第１改良体１４の一部が第２改良体１６に置換されることで、第１改良体１４の間に、第１改良体１４同士の間隔より外形が大きい第２改良体１６が配置されている。

このため、図５（Ｂ）に示すように、薬液Ｙの浸透に差が生じて第１改良体１４及び第２改良体１６がいびつな形状となった場合でも、第１改良体１４と第２改良体１６の接触状態を保つことができ、第１改良体１４と第２改良体１６の間に隙間が形成されることを抑制することができる。

なお、図５（Ｂ）において、第２改良体１６が第１改良体１４と重なり合っている（オーバーラップしている）。しかし、実際の地盤１２中では、一般的に、第２改良体１６の形成時には第１改良体１４はすでに硬化しているため、第２改良体１６は第１改良体１４同士の隙間に入り込むように浸透する。

また、本実施形態によれば、第１改良体１４及び第２改良体１６を地盤１２中に深さ方向に連続して配置することで、第１改良体柱１８及び第２改良体柱２０が構築されている。このため、第１改良体１４及び第２改良体１６を地盤１２中に非連続に配置する構成と比較して、薬液Ｙの種類や注入量Ｃを変更する回数を減らすことができ、遮水壁１０の施工性が低下することを抑制することができるとともに、所望の遮水性を確保することが容易となる。

また、一般的に、薬液Ｙの注入量Ｃを所定量以上とした場合、遮水効果が頭打ちとなるだけでなく、地盤１２の性状によっては、薬液Ｙによって地盤変動が生じる虞が高まる。ここで、本実施形態によれば、第２改良体１６の外形Ｍを第１改良体１４の外形Ｎの２０倍以下としているため、第２改良体１６の外形Ｍが第１改良体１４の外形Ｎの２０倍より大きい場合と比較して、遮水性を確保しつつ、薬液Ｙの地盤１２への注入量Ｃを抑制することができる。これにより、地盤変動を抑制するとともに、工期等の施工負荷を削減することができる。

また、本実施形態によれば、第１改良体柱１８の構築後に第２改良体柱２０を構築している。このように、外形の大きい第２改良体１６を外形の小さい第１改良体１４の形成後に形成することで、第２改良体１６の形成後に第１改良体１４を形成する場合と比較して、改良体間の隙間を大きく取ることができ、この隙間を狙って薬液Ｙを注入させ易くなる。

（その他の実施形態）
以上、本発明について実施形態の一例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。

上記実施形態では、第１改良体１４及び第２改良体１６を地盤１２中に深さ方向に連続して配置することで、遮水壁１０を構築していた。しかし、例えば図６（Ａ）に示すように、第１改良体４４及び第２改良体４６を地盤１２中に水平方向に連続して配置して遮水壁４０を構築する構成としてもよい。

また、図６（Ｂ）に示すように、遮水壁５０の内側壁５０Ａを第１改良体５４のみによって構築し、外側壁５０Ｂを第２改良体５６のみによって構築する構成としてもよい。さらに、図６（Ｃ）に示すように、第１改良体６４の間に第２改良体６６を水平方向及び鉛直方向に交互に配置して遮水壁６０を構築する構成としてもよい。その他、遮水壁の設置位置や大きさ等の条件によって、第１改良体及び第２改良体の配置位置や配置比率を適宜定めることができる。

また、上記実施形態において、第１改良体１４及び第２改良体１６とは外形の大きさが異なる第３改良体を形成し、この第３改良体と第１改良体１４及び第２改良体１６とによって遮水壁を構築する構成としてもよい。

１０、４０、５０、６０遮水壁
１２地盤
１４、４４、５４、６４第１改良体
１６、４６、５６、６６第２改良体
Ｃ注入量
Ｍ第２改良体の外形
Ｎ第１改良体の外形
Ｙ薬液

Claims

薬液を注入することで地盤を固化させ形成された複数の塊状の第１改良体と、
前記第１改良体の前記薬液の注入量より多い注入量の薬液によって前記地盤を固化させ形成され、前記第１改良体より外形が大きい第２改良体と、
を備え、
前記地盤中に深さ方向及び水平方向に前記第１改良体と前記第２改良体を接触させて構築した遮水壁であって、
複数の前記第１改良体が深さ方向に連続した第１改良体柱が水平方向に連続することで形成された内側壁と、複数の前記第２改良体が深さ方向に連続した第２改良体柱と前記第１改良体柱とが水平方向に交互に配置され、前記内側壁の外側に配置された外側壁とを備えた前記遮水壁。
前記内側壁を構成する前記第１改良体柱の中心軸と、前記外側壁を構成する前記第２改良体柱の中心軸とは、互いに前記内側壁及び前記外側壁の延設方向にずれた位置とされている、
請求項１に記載の遮水壁。
前記第２改良体の外形は、前記第１改良体の外形の２０倍以下とされている、請求項１又は２に記載の遮水壁。