JPH0530928B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、砂質地盤に対する地盤改良工法の一
種で、次の場合、すなわち建築物の基礎工事にお
ける直接基礎を建造する場合、砂質地盤に対し遮
水壁を建造する場合、砂質地盤の地震時液状化を
防止するため地盤改良しようとする場合、等に利
用される液状化混合処理工法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、軟質あるいは砂質地盤に遮水壁や柱列山
留壁、あるいは建造物の直接基礎などを建造する
場合、シートパイルや鋼管、あるいはコンクリー
ト杭などを地盤に打設したり、掘削機で地盤を穿
孔し、ここにコンクリートやモルタル、地盤安定
液と固化材の混合物を打設する、という方法がと
られていた。

ところが、これらの方法は、掘削された土砂の
処分を行わなければならないため、大変コストが
高くつき、最近では、コストの低減を図るため、
原地盤の土砂そのものを固結せしめたり、間〓を
減少させて難透水化させる工法がとられるように
なつてきた。

そうした地盤改良工法の例として、深層混合処
理工法、あるいは薬液注入工法がある。

深層混合処理工法は、回転翼の付いた注入管を
回転させながら地盤にもみ込み、回転翼近傍から
セメントミルクを噴射して回転翼を回転させつつ
上下して地盤の土砂と、セメントミルクを混合攪
拌することにより、土を化学的に固結させるとい
うものである。

また、薬液注入工法は、注入管を地盤にボーリ
ングによつて貫入し、固化材を高圧ないしは低圧
で噴射して地盤の間〓を埋めたり、土砂を高圧で
排除した部分に固化材塊を造成するというもので
ある。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、施工能力と工費の点を考えると、前
記深層混合処理工法は、地盤が軟弱粘性土なら、
回転翼の攪拌によつて強度が低下するので回転翼
を比較的容易に地盤に貫入できるが、砂質地盤で
は、それより高い撹拌抵抗を受けるので、回転翼
の直径を大きくできず、施工能率を高くできない
という問題がある。

また、薬液注入工法は、非常に高価であり、通
常はごく狭い範囲の地盤改良にのみ用いられ、大
規模な工事に適用するには、コストが高すぎるだ
けでなく、施工速度が著しく遅いという点で不向
きである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、砂質地盤に対し、低コスト、高能率
で地盤改良し得る、全く新規な工法を提供するも
のであり、その特徴は、砂質地盤に振動を与えて
液状化させ、その液状化した地盤中下部において
高圧（または低圧）水流または高圧（または低
圧）気流を噴射し、それにより液状化地盤中に上
昇流及び下降流を発生させ、その流れの中に、液
体状または粉体状の固化材ないしは細粒土を投入
して、前記液状化した地盤の土砂と、前記固化材
ないしは細粒土とを混合攪拌する点にある。

固化材または細粒土は、前記高圧（または低
圧）流体とともに地盤中下部において一緒に噴射
してもよいが、液状化した（または液状化しよう
とする）地盤の表面に散布してもよい。

詳しく述べると、たとえば、まず頂部に振動機
を設置し、下端に開放の振動中空管を地盤中に所
定深度まで打ち込み、振動中空管を加振して振動
中空管の内部の砂地盤を液状化させる。

この振動中空管には、振動中空管の内壁あるい
は外壁に沿い、振動中空管先端付近でその内側へ
上向きになつたノズルを持つ複数の注入管が予め
装備されている。なお、注入管を振動中空管と独
立分離させておき、地盤を液状化させた後で注入
管を砂地盤中に挿入するようにしてもよい。そし
て、高圧（または低圧）流体とともに固化材等を
噴射する場合は、セメント、石灰、石膏、高分子
凝固剤などの固化材を水に溶いたスラリーを、前
記ノズルから振動中空管内に噴射する。

この際、出来上がつた壁の両側とも掘削せず、
単に広い敷地を遮断するだけの遮水壁のように、
砂質地盤の大きな強度増加を要求しないような用
途に本発明の方法を用いる場合は、上記注入管を
通して廃棄ベントナイト泥水、あるいは付近で発
生する粘土、シルト、火力発電所から排出される
フラツシユアイ等の細粒土を水に溶いたスラリー
を噴射するようにしてもよい。

また、攪拌混合を急速に行いたい場合は、注入
管から、前記のようにスラリーでなく、圧縮空気
で移送した粉体状のままの固化材あるいは細粒土
を噴射するようにするこたが望ましい。

また、上記の場合は、固化材等を高圧（または
低圧）流体とともに地盤中下部において噴射する
場合であつたが、固化材等は液状化させた（また
は液状化しようとする）地盤の表面に散布するよ
うにしてもよい。

［作用］ 上記の方法を実行した場合、振動中空管内部の
砂質地盤は、中空管から伝達される激しい振動に
よつて数秒のうちに間〓水圧が上昇し、強度を全
く失つて、比重2.0前後の液状体になる。

ここで、注入間先端のノズルから固化材等のス
ラリーを噴射する場合、噴射するスラリーが、水
セメント比60％〜70％のセメントミルクならば比
重が1.74〜1.67、また石膏、高分子凝固剤、石灰
などのスラリーならば比重はさらに小さい。ま
た、廃棄ベントナイト、粘土、シルト、フラツシ
ユアイなどの細粒土のスラリーならば、水固形分
比60％以上とすると比重は1.5以下となる。

このため、噴射されたスラリーは、液体状の砂
質土との比重の差によつて、振動中空管下部から
上部に向つて激しい勢いで上昇し、この上昇流近
傍の液体状砂質土は液体を剪断力によつてスラリ
ーの上昇流に引きずられるように上昇する。上昇
するスラリーは、上昇中に液体状砂質土の中へ拡
散し、振動中空管上部に到達するまでに、スラリ
ーと液体状砂質土とは均質に混合する。

一方、振動中空管下部の、スラリーの上昇に引
きずられる液体状砂質土から離れた位置では、上
昇した分の液体状砂質土に見合う体積相当分の液
体状砂質土が上方から下方に向つて降下する。す
なわち、物質の温度差に伴う対流と同様な流動が
振動中空管内部で生ずる。したがつて、振動中空
管上部で均質に混合した固化材と砂質土は再び下
降し、新たなスラリーと再度混合され、この現象
が数分間で継続して繰り返されることによつて、
振動中空管内の砂質土は、すべてスラリーと均質
に混合された混合体に変わる。

また、噴射されるものがスラリーでなく、圧縮
空気によつて噴射した粉体状固化材または細粒土
の場合は、空気の上昇流の勢いがスラリーより格
段に激しいため、より一層急激に対流的流動が振
動中空管内で生じる。このために、スラリーより
急速に上記混合体が出来上がる。

また、固化材体等を高圧（または低圧）流体と
ともに噴射せず、表面に散布する場合も、土砂の
上昇流、下降流により上記とほぼ同様に混合攪拌
される。すなわち、液状化した地盤中下部におい
て高圧（または低圧）流体を噴射すると、液状化
地盤内には、あたかも温度差による対流のような
流れが発生する。このとき、砂質液状体上面に散
布された固化材等は、この対流的流体運動に巻き
込まれて、その流れに乗つて振動中空管内全体に
拡散し、拡散しながら砂質液状体と次第に混合さ
れ、ついには均一に混合される。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参
照して説明する。

まず、第１図に示すように、スラリープラント
（または粉体整流プラント）１をもつ櫓やクレー
ン２などで支持した振動機（バイブロハンマーな
ど）３により、下端開放の振動中空管４を砂質地
盤Ｓ中所定深度まで打ち込む。振動中空管４の直
径は任意であり、たとえば50cm〜200cm程度のも
のを用いる。なお、この振動中空管４の外周に
は、円周４箇所に注入管５を付設しておき、その
注入管５の先端は振動中空管４内の下部にノズル
６として開口させておく。ノズル６は振動中空管
４の内周に沿つて設けられ、上を向いている。

振動中空管４を所定深度まで貫入したら、第２
図に示すように、振動中空管４を矢印イの如く上
下に振動させる。そうすると、数秒から十数秒で
振動中空管４内の砂質土Ｓ１は下端から上端まで
一様に液状化する。なおも、振動を継続すると、
継続時間中を通じて液状化の状態が保たれる。こ
のとき、この液状体の比重は、砂質土の湿潤単位
体積重量に等しくなる。第３図に液状化評価のた
めに過剰間〓水圧比の経時的変化を測定した場合
の３つの例を示すが、この図に示すように、比重
は、2.008〜2.14の間にあり、残留過剰間〓水圧
比はほぼ1.0に近く、完全に液状化している。

次に、このように液状化している振動中空管４
内砂質土Ｓ１中に、振動中空管４内に突き出した
ノズル６から上向きに混合材スラリーまたは圧縮
空気によつて移送した混合材粉体７を噴射する。
数十秒間噴射を続け、この間振動中空間４の振動
も継続しておくと、混合材スラリーまたは混合材
粉体７と液体状砂質土Ｓ１は、矢印ロ，ハの如く
上昇及び下降し、均一に混合される。

噴射しながら、振動を続け、ノズル６が地表面
に出てくるまで振動中空管４を引き抜く。引く抜
いている間にも常にノズル６より上方では、液体
状砂質土Ｓ１と混合材スラリーまたは混合材粉体
７の混合が続く。

そして、粉射を止め、振動中空管４を完全に引
き抜いて作業を終了する。そうすると、振動中空
管４を引き抜き後数秒間で、中空間４内地盤の水
圧は静水圧まで低下し、混合材が固化材料の場合
は固化が終わり、その後、長期にわたり強度が増
加する。

以上においては、固化材等を高圧流体とともに
地盤中下部において噴射するようにした場合を説
明したが、次に液状化地盤の表面に固化材等を散
布する場合の実施例を第４図を参照して説明す
る。

この場合は、振動中空管４の上部にホツパー８
を備え、振動中空管４内に固化材等の混合材９を
投入できるようにしてあり、まずホツパー８の弁
を開き、混合材９を振動中空管４内の地表面に散
布する。振動中空管４内の砂地盤の水位が地表面
よりかなり低い場合は、液状化を容易に発生させ
るため、地表面がかくれるまで水を注入し、そし
て振動機３を作動させて振動中空管４内の砂地盤
を液状化させる。

液状化させたら、その段階で注入管５の先端の
ノズル６から、圧力１Kgｆ／cm²〜400Kgｆ／cm²の
範囲の低圧〜高圧水または圧力10Kgｆ／cm²前後の
中圧空気を噴出する。振動と噴出を10数秒間続け
ると、振動中空管４内に対流的流動が盛んに生
じ、混合材９と砂質液状体が均一に混合される。
噴射を続けながら、ノズル６が地表面に出てくる
まで振動中空管４を引き抜くと、引き抜き後数時
間で振動中空管４内の水圧が静水圧に戻り、混合
材９が固化材の場合は固化が終了する。その後、
長期にわたり強度が増加する。

［発明の効果］ 以上の説明から、本発明によれば、次のような
すぐれた効果を奏する。

地盤を振動させて液状化させ、その地盤中下
部において高圧または低圧流体を噴射し、砂質
液状体に上昇流及び下降流を発生させるととも
に、その流れの中に固化材等を投入する、とい
う簡単な手段で、地盤の砂と、固化材や細粒土
のような混合材を、地盤の深い部分まで均質に
混合することができるので、施工コストが極め
て安くすむ。

地盤を液状化させて、その液状化した地盤の
下方から流体を噴射するので、振動中空管内に
対流的な自然発生流が生じたり、噴射によつて
急激な流動が生じる。このため、エネルギ消費
が極めて少ない状態で、数十秒という極めて短
時間で固化材等と土砂が均質に撹拌混合され
る。したがつて、施工費が圧倒的に安くすむ。

本発明により、施工された混合体地盤は、混
合材として、セメント、石灰、石膏、高分子凝
固材を用いた場合は、特に強度が大きく、通常
数Kgｆ／cm²の圧縮強度になるから、第５図に示
すように、タンクなど重量構造物１０の直接基
礎１１となる。また、施工費が安くすむので、
広い幅の壁体が安価に建造でき、第６図に示す
ように、掘削工事における自立式山留壁１２と
して用いることができる。また、混合材とし
て、粘土や細粒の産業廃棄物（たとえば廃棄ベ
ントナイト）を用いた場合は、強度は大きくな
らないが、透水性を小さくでき、遮水壁として
用いることができる。さらに、どこにでもある
粘土やシルトを混合材として用いた場合は、地
盤の平均粒径を小さくすることができ、また砂
質土に粘性をもたせることができるので、振動
によつても間〓水圧が上昇しない地盤に変える
ことができる。すなわち、地震時の砂地盤の液
状化を防ぐ極めて安価な方法として適用できる
こととなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するために示
す側面図、第２図は振動中空管内の土砂等の流動
状態を示す側断面図、第３図は時間を横軸、残留
間〓水圧比を縦軸にとつた液状化評価のための間
〓水圧比の経時変化を示す図、第４図は本発明の
他の実施例を説明するために示す側面図、第５図
及び第６図はそれぞれ本発明の適用例を示す側断
面図である。 １……スラリープラント、３……振動機、４…
…振動中空管、５……注入管、６……ノズル、７
……混合材スラリーあるいは混合材粉体、８……
ホツパー、９……混合材、Ｓ……砂質地盤、Ｓ１
……砂質土。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 砂質地盤に振動を与えて液状化させ、その液
   状化した地盤中下部において高圧または低圧流体
   を噴射し、それにより液状化地盤中に上昇流及び
   下降流を発生させ、その流れの中に、液体状また
   は粉体状の固化材ないしは細粒土を投入して、前
   記液状化した地盤の土砂と、前記固化材ないしは
   細粒土とを混合攪拌することを特徴とする液状化
   混合処理工法。