JPH0849242A - 地下構造体およびその施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い柔軟性，自己補修性，止水性，耐久性を
有した地下構造体を形成することのできる地下構造体お
よびその施工方法を提供することを目的とする。 【構成】 地盤Ｇ中に形成した孔２内の地下水中に、エ
タノールを含有した溶媒とベントナイトとを混合してな
るベントナイトスラリー３を充填することにより連続地
中壁１を形成する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、止水，有害物の遮蔽を
目的として、地盤中に止水体，遮蔽体等の地下構造体を
形成するのに好適な地下構造体およびその施工方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工事中における止水を目的とした
止水体、有害物の遮蔽を目的とした遮蔽体、空隙部の止
水充填、トンネル，シールド等の裏込め充填等、止水，
有害物の遮蔽を目的として地盤中に地下構造体を形成す
るに際しては、以下に示すような止水材を用いている。 水，セメントを主体としたコンクリート，モルタル材 土とセメントとを混合したソイルモルタル 水ガラスを主体とした薬液注入材 アスファルトを主体としたアスファルト系材料

【０００３】ここで、止水材として要求される特性とし
ては、１）地盤や構造物の変形に追従でき、しかもクラ
ック等の発生しない高い柔軟性、２）大きな変形によっ
てクラックが発生して一時的に止水性が低下しても、止
水機能を回復できる高い自己補修性、３）優れた止水
性、等がある。上記各材料の特性について表１に示す。

【０００４】

【表１】

【０００５】これからも明らかなように、上記ないし
に示した止水材は、いずれも、必要とされる特性を満
足するものではなく、当然、高い止水性を長期に亘って
確保することのできる地下構造体を形成することができ
るものではなかった。

【０００６】近年、このような問題を解決するため、ベ
ントナイトを止水材として用い、これを土と混合させて
地下構造体を形成することが試みられている。ベントナ
イトは以下に掲げる性質を持ち止水材として優れたもの
である。 ａ）水によって膨潤するため高い止水性を発揮すること
ができる。 ｂ）一度クラックが発生してもベントナイト粒子が再配
列・構造化し、止水性を維持し得るため、地盤の変形に
追従することが可能で止水性を長期に亘って確保するこ
とができる。 ｃ）無機質であるため長期安定性に優れている。

【０００７】このようなベントナイトを用いることによ
って、高い止水性，耐久性を有する止水体を形成するこ
とができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなベントナイトを用いた従来の地下構造体および
その施工方法には、以下のような問題が存在する。ベン
トナイトを地盤中に注入するには、ポンプ等で圧送する
のが一般的である。このとき、ポンプで注入可能な流動
性を得るためにベントナイトをスラリー化するには、ベ
ントナイトに多量の水を添加する必要がある。しかし、
このような高含水比ではベントナイトと土との混合土は
自立せず、止水体，遮蔽体として機能することができな
い。また、ベントナイトに多量の水を添加すると土の密
度が低下し、これによって止水性が低下してしまうとい
う問題があった。さらに、注入後も容易に流動化してし
まうため、トンネル，シールド等の裏込め充填には用い
ることができなかった。本発明は、以上のような点を考
慮してなされたもので、高い柔軟性，自己補修性，止水
性，耐久性を有した地下構造体を形成することのできる
地下構造体およびその施工方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
止水または有害物を遮蔽するための地下構造体が、地盤
中の空隙または地盤中に形成された孔内に充填されたス
ラリーから形成され、かつ該スラリーが水溶性有機溶剤
を含有した溶媒とベントナイトとを混合してなる構成と
されていることを特徴としている。

【００１０】請求項２に係る発明は、地盤中の空隙内ま
たは地盤中に形成した孔内の地下水中に、水溶性有機溶
剤を含有した溶媒とベントナイトとを混合したベントナ
イトスラリーを注入充填することにより、前記空隙また
は孔内に地下構造体を形成することを特徴としている。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明では、地盤中の空隙または
地盤中に形成された孔内に充填された、水溶性有機溶剤
を含有した溶媒とベントナイトとを混合してなるスラリ
ーによって、地下構造体を形成する構成とした。水溶性
有機溶剤、例えばエタノールはベントナイトと高い親和
性を有しているので、水を溶媒とした場合に比較して、
ベントナイトをスラリー状とするために要する溶媒量を
大幅に削減することができる。これにより、ベントナイ
ト含有量の高い低透水性のベントナイト層が形成され、
地下構造体が高い止水性を有したものとなる。このと
き、水溶性有機溶剤として例えばエタノールを用いるの
であれば、エタノールは、膨潤性と良好なポンプ圧送
性，打設性を得るために、ベントナイト１００質量部に
対して８０〜１１０質量部とするのが好ましい。

【００１２】請求項２記載の発明では、地盤中の空隙内
または地盤中に形成した孔内の地下水中に、水溶性有機
溶剤を含有した溶媒とベントナイトとを混合したスラリ
ーを注入充填することにより、前記空隙または孔内に地
下構造体を形成する構成とした。スラリーが地下水と接
触すると水溶性有機溶剤と水とが置換し、低透水層が形
成されるとともに、ベントナイトが膨潤し、空隙または
孔の周壁面に密着し、これによって、地下構造体が形成
される。このようにして、スラリーと土とを混合するこ
となく地下構造体を形成することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図面に示す一実施例を参照し
て説明する。ここでは、本発明に係る地下構造体および
その施工方法を適用して、連続地中壁を形成する場合の
実施例を用いて説明する。図１（ａ）に示すように、地
盤Ｇ中にて水平方向に連続するよう形成された連続地中
壁（地下構造体）１は、地盤Ｇ中一定深さまで形成され
た孔２内に、掘削用安定液である低密度のベントナイト
スラリー（スラリー）３が充填されることによって形成
されている。

【００１４】このような連続地中壁１を施工するには、
まず、図１（ｂ）に示すように、地盤Ｇを掘削して孔２
を形成する。すると孔２内には、周囲の地盤Ｇから地下
水が流入してくる。

【００１５】次いで、図１（ｃ）に示すように、孔２に
流入した水中に、図示しないポンプ等を用いて、ベント
ナイトスラリー３を打設充填する。このベントナイトス
ラリー３は、予め、エタノール（水溶性有機溶剤）を主
成分とした溶媒とベントナイトとをミキサー等で混合し
たものである。このとき、エタノールは、ベントナイト
１００質量部に対して８０〜１１０質量部程度とするの
が好ましい。

【００１６】図１（ａ）に示したように、孔２内に打設
されたベントナイトスラリー３は、地下水と接触し、エ
タノールと水とが置換して、低透水層を形成する。図１
において、白抜きの矢印はエタノールの移動方向を、黒
塗りの矢印は水の移動方向をそれぞれ示すものである。
また、この置換にともなってベントナイトが膨潤し、ベ
ントナイトスラリー３は孔２の内周壁に密着する。この
ようにして孔２内に連続地中壁１が形成されることにな
る。

【００１７】上述したように、連続地中壁１は、地盤Ｇ
に形成された孔２内に、エタノールを含有した溶媒とベ
ントナイトとを混合したベントナイトスラリー３が充填
されて形成された構成からなっている。ベントナイトは
柔軟性に富むので、連続地中壁１は十分な柔軟性を備え
たものとなる。また、エタノールはベントナイトと高い
親和性を有しているので、従来のように水をベントナイ
トの溶媒とした場合に比較して、溶媒量を大幅に削減す
ることができる。これにより、ベントナイトスラリー３
がベントナイトの密度の高い低透水層を形成し、連続地
中壁１を高い止水性を有したものとすることができる。
また、ベントナイトスラリー３は、水とエタノールとの
置換によって膨潤するので、地盤Ｇの変形等によって連
続地中壁１にクラック等が生じても、新たに生じた水と
ベントナイトスラリー３との界面において水とエタノー
ルとの置換が行われてベントナイトスラリー３が膨潤
し、これによってクラックが塞がれ、連続地中壁１を高
い自己補修性を備えて耐久性に優れたものとすることが
できる。さらには、ベントナイトは重金属などの吸着能
力が高いので、連続地中壁１は有害物の遮蔽のために用
いることも可能である。また、エタノールは環境に悪影
響を与えることもない。このようにして、連続地中壁１
を、止水体，遮蔽体として要求される全ての特性を備え
たものとすることができる。

【００１８】また、上述した連続地中壁１の施工方法で
は、地盤Ｇ中に形成した孔２内の地下水中にベントナイ
トスラリー３を充填することにより連続地中壁１を形成
する構成とされている。このようにして、地下水中にベ
ントナイトスラリー３を注入するのみで連続地中壁１を
形成することができ、従来のようにベントナイトスラリ
ーと土とを攪拌する必要がないので、攪拌装置等を用い
る必要がなく、連続地中壁１の施工を容易かつ低コスト
で行うことが可能となる。

【００１９】なお、上記実施例において、形成すべき地
下構造体の例として連続地中壁１を用いたが、これ以外
にも、工事用の仮設の止水壁や、有害物の遮蔽処理を目
的とした止水・遮蔽体等に適用してもよい。また、上述
したようにベントナイトスラリー３を土と攪拌すること
なく単に注入充填すればよいので、例えば地下水流によ
り地中に形成された空隙等の空隙部の止水充填や、トン
ネル，シールド等の裏込め充填をするに際しても適用す
ることができ、これによって上記と同様の効果を奏する
ことが可能である。また、高い止水性が要求されない場
合には、ベントナイトスラリー３に他の材料を添加して
もよく、例えばフライアッシュや細かい砂等を添加すれ
ばベントナイトスラリー３の価格を低減することが可能
である。

【００２０】次に、上述したようにして水中にベントナ
イトスラリーを打設したときのベントナイトスラリーの
形状や膨潤の状態についての実験を行ったので、その結
果を以下に示す。

【００２１】ベントナイトスラリーを構成するベントナ
イトには泥水掘削用の３００メッシュのものを用いた。

【００２２】そして、前記ベントナイトとエタノールと
を混合してベントナイトスラリーを作成した。なお、ベ
ントナイトとエタノールとは手の攪拌によって容易に混
合でき、スラリーとすることが可能である。

【００２３】ここで、ベントナイトスラリーの流動性を
見るために、エタノール／ベントナイト質量比（以下、
「Ｅ／Ｂ」と略称する）と、１５ｃｍスランプコーンで
のスランプ値との関係を図２に示す。水中打設には、ス
ランプ値で９〜１４ｃｍ、好ましくは１１ｃｍ程度が適
している。これにより、Ｅ／Ｂ＝８０〜１１０％が水中
打設に適しているのがわかる。また、Ｅ／Ｂ＞１１０％
であっても水中打設は可能であるが、エタノールを必要
以上に使用することになり、材料の無駄となる。

【００２４】次いで、このようなベントナイトスラリー
を、一軸連続ポンプを用いて１３５リットルの水槽中に
水底から静かに打設した。このときの、ベントナイトス
ラリーの形状を図３に示す。ここでは、例えば、Ｅ／Ｂ
＝８９％の試料と、１００％の試料についてのデータを
示す。打設直後のベントナイトスラリーの表面には、深
さ１０〜２０ｍｍのヒダ状の凹凸が発生しており、特に
Ｅ／Ｂ＝８９％の試料に顕著であった。また、図３から
もわかるように、スランプ値（すなわちＥ／Ｂ）の低下
に伴ってベントナイトスラリーの勾配が増し、Ｅ／Ｂ＝
８９％の試料では打設直後の形状を保つことができな
い。さらに、打設したベントナイトスラリーは、材令の
進行とともに打設時に生じていた表面の凹凸が滑らかに
なる。これは、ベントナイトスラリーのエタノールと水
とが置換してベントナイトスラリーが膨潤しているため
である。

【００２５】次に、図３における水平位置３０〜３５ｃ
ｍでのベントナイトスラリーの膨潤高さ（平均高さ）の
変化を測定した結果を図４に示す。また、この図４に
は、１リットルのメスシリンダ中におけるベントナイト
スラリーの膨潤高さの変化も示した。図４から明らかな
ように、水中に打設した試料と、メスシリンダ中の試料
とでは、Ｅ／Ｂすなわちベントナイトの量や表面の凹凸
の影響により、初期状態での膨潤量に差が生じている
が、時間の経過とともに、最終的な膨潤量が同程度とな
っていく。

【００２６】ここで、膨潤圧が過大であると、周囲の地
盤や構造物を変位させてしまうことがあるため、膨潤圧
の変化についても測定を行った。まず、圧密試験機にお
いて、試料に圧密圧力をかけたものとかけないもの（メ
スシリンダ）とでの膨潤量の変化の測定結果を、図５に
示す。試料にかける圧密圧力は１ｋＰａ，５ｋＰａ，１
０ｋＰａの３通りとした。その結果、試験開始直後にお
いては、圧密圧力をかけた試料は、いずれも若干の沈下
を示すが、その後数時間で膨潤しはじめることがわか
る。また、膨潤量は圧密圧力が高くなるにしたがって、
小さくなることがわかる。

【００２７】そして、図６に、試験開始後３２４時間に
おける各試料の膨潤量と圧力との関係を示す。この図６
からわかるように、Ｅ／Ｂ＝８９％の試料では７０ｋＰ
ａ、１００％の試料では２５ｋＰａで、それぞれ膨潤量
が０ｍｍとなる。この結果、水中に打設するベントナイ
トスラリーは、２５〜７０ｋＰａの膨潤圧を発生するこ
とになり、構造物や地盤への影響は小さいと言える。な
お、この膨潤圧を低下させるために例えばカルシウム等
を添加することも考えられるが、これはベントナイトス
ラリーの長所である自己補修性を低下させることになっ
てしまう。

【００２８】さらに、上記の膨潤試験終了後、前記試料
のうち、Ｅ／Ｂ＝８９％，１００％それぞれにおいて、
圧密圧力を１ｋＰａかけた試料に、ベーンを挿入し剪断
強度を測定した。その結果、いずれの試料も、約２ｋＰ
ａの強度を発揮した。なお、圧密容器中であっても、水
との置換が進行している上部に比較して、下部の強度が
低かった。このため、さらに水との置換が進行すれば２
ｋＰａ以上の剪断強度が発現するのは明らかである。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る地
下構造体によれば、地盤中の空隙または地盤中に形成さ
れた孔内に充填された、水溶性有機溶剤、例えばエタノ
ールを含有した溶媒とベントナイトとを混合してなるス
ラリーによって地下構造体を形成する構成とした。ベン
トナイトは柔軟性に富むので、これにより、地下構造体
は十分な柔軟性を備えたものとなる。また、水溶性有機
溶剤はベントナイトと高い親和性を有しているので、従
来のように水をベントナイトの溶媒とした場合に比較し
て溶媒量を大幅に削減することができ、これにより、ス
ラリーが低透水層を形成して地下構造体を高い止水性を
有したものとすることができる。また、スラリーは、水
と水溶性有機溶剤との置換によって膨潤するので、孔ま
たは空隙の周壁に密着し、かつ地下構造体にクラック等
生じてもこの膨潤作用によりクラックを塞ぐことがで
き、地下構造体を高い自己補修性を備えた耐久性に優れ
たものとすることができる。さらには、ベントナイトは
重金属などの吸着能力が高いので、地下構造体を有害物
の遮蔽のために用いることが可能である。このようにし
て、地下構造体を、止水体，遮蔽体として要求される全
ての特性を備えたものとすることができる。

【００３０】請求項２に係る地下構造体の施工方法によ
れば、地盤中の空隙内または地盤中に形成した孔内の地
下水中に、水溶性有機溶剤、例えばエタノールを含有し
た溶媒とベントナイトとを混合したスラリーを注入充填
することにより、前記空隙または孔内に地下構造体を形
成する構成とした。このようにして、地下水中にスラリ
ーを注入するのみで地下構造体を形成することができ、
従来のようにスラリーと土とを攪拌する必要がないの
で、地下構造体の施工を容易かつ低コストで行うことが
可能となる。さらに、例えば地下水流によって形成され
た空隙の充填やトンネル，シールドの裏込め充填等も容
易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地下構造体およびその施工方法を
適用して形成した地下構造体の一例を示す立断面図であ
る。

【図２】前記地下構造体に用いるスラリーのエタノール
／ベントナイト質量比とスランプ値との関係、すなわち
スラリーの流動性を示す図である。

【図３】前記スラリーの打設後の形状の変化を示す図で
ある。

【図４】前記スラリーの打設後の膨潤量の変化を示す図
である。

【図５】前記スラリーに圧力をかけたときの膨潤量の変
化を示す図である。

【図６】前記スラリーにかける圧力と膨潤量との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１ 連続地中壁（地下構造体） ２ 孔 ３ ベントナイトスラリー（スラリー） Ｇ 地盤

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 止水または有害物を遮蔽するための地下
   構造体が、地盤中の空隙または地盤中に形成された孔内
   に充填されたスラリーから形成され、かつ該スラリーが
   水溶性有機溶剤を含有した溶媒とベントナイトとを混合
   してなる構成とされていることを特徴とする地下構造
   体。
2. 【請求項２】 地盤中の空隙内または地盤中に形成した
   孔内の地下水中に、水溶性有機溶剤を含有した溶媒とベ
   ントナイトとを混合したベントナイトスラリーを注入充
   填することにより、前記空隙または孔内に地下構造体を
   形成することを特徴とする地下構造体の施工方法。