JP2014136895A - 地盤改良工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液状化が予想される地盤に細粒子を主材とする注入液を注入して地盤中に5μmより小さい粒径を含む細粒分を増やして液状化対策を行う。地盤に細粒子又は細粒子とシリカ溶液を有効成分とする注入液を注入して地盤中に細粒分又は細粒分とシリカ分を増やして液状化対策を行う。該細粒子は粘土、シリカのコロイド粒子、シリカフューム、炭酸カルシウム、ホワイトカーボン、ブラックカーボンまたはこれらの混合物を有効成分とする。地粘土はベントナイトである。
【選択図】図1
Description
(1) 図1に示す粒径分布にある地盤に細粒子を注入して、その粒径分布を左側に移行させること、
(2) 並びにルーズな地盤に細粒分を加えることで、相対密度をルーズから中〜密の地盤に変える事により経済的に液状化しにくい地盤にできること、に着目した。
地盤を粘土化または高密度化することにより土粒子間の粘弾性のある連結機能や拘束機能を付与し、更にこの拘束下において気泡または気体を注入すると、地震動によるせん断力に対して気体体積収縮機能が効果的に生じ、間隙水圧の上昇を抑え経済的に液状化防止を可能にするものである。
(1) 細粒子はマイクロバブルよりも極めて微粒子であって比表面積が大きくかつ、電気的化学的性質を有していることから、マイクロバブル液と併在する場合、気泡を閉じ込め或は泡の流動を妨ぐ効果がある。
N1=D15/D85≧15
N2=D10/D95≧8
の関係が満足されないとグラウト(懸濁液)はスムーズに浸透できないことが知られている。
セメント,ベントナイトの85%、95%径の値として以下の例とすると、
セ メ ン ト :D95=0.074mm
D85=0.067mm
ベントナイト:D95=0.007mm
D85=0.007mm
懸濁液の浸透可能な土粒子の粒度は以下のようになる。
D10=D95×8=0.074×8=0.592mm
ベントナイト:D15=D85×15=0.002×15=0.030mm
D10=D95×8=0.007×8=0.056mm
してしまう。すなわち、Na2Oが0.2質量%〜4.0質量%の範囲で、Naイオンがシリカコロイドの表面に分布して安定したコロイド状に保ち得る。
珪砂のみの場合に比べて、液状化強度が高い値が得られた。
砂は、細かい砂質地盤を想定した7号珪砂と、粗い砂地盤を想定した5号珪砂を用いてモールドを作成した。なお、使用した砂の粒径曲線は図4に示す。
試験No.1、2の注入材を注入した供試体は改良前に対し液状化強度が0.26に上昇した。
さらに気泡混入を行ったものは0.32に上昇した。これより、ベントナイトや炭酸カルシウムが砂の間隙で膨潤し、液状化強度が上がること、さらに、間隙に気泡が混入することで、繰り返し載荷時の振幅を吸収する効果が得られることがわかった。その効果は水で飽和し、気泡混入した時に比べ、注入材の粘性が高いことから気泡残存量が多くなり液状化強度の上昇効果が高くなることがわかった。
粗い砂地盤(5号珪砂)に注入したものは細かい珪砂を使用したものに比べて液状化強度が高くなった。更に、気泡を混入したものも同様に珪砂7号に比べて高い液状化強度が得られた。これより、粗い砂地盤ではベントナイトや炭酸カルシウムが間隙に浸透しやすく、より高い効果が得られることがわかった。
Cは100程度であるが、D10は有効径といわれており、10%粒径が透水係数に大きく影響を及ぼすことが分かっている。
1-1 基本式
改良範囲の飽和度Srは以下の式に示すことができる。
改良範囲V,間隙率n
充填率α,マイクロバブル生成率β,ロス率d,注入量Qである。
空気の溶解度は1気圧(0.1MPa)あたり、水1cm3に対して20℃で0.019cm3(1.9%)である。
改良範囲Vが1000m3(10m×10m×10m),間隙率nが0.4の地盤とする。
地盤中に注入される前のマイクロバブル液の空気含有量を測定する。
マイクロバブルの溶存率δを計測する方法である。
1気圧(0.1MPa)あたり、水1cm3に対して20℃で空気は0.019cm3(1.9%)溶解する。
ヘンリーの法則より、注入圧と溶解度は比例関係にある。圧力目盛がx(atm)の場合における溶解度γ(%)は
γ=1.9×xで計算でき、この値とδを比較する。
溶存酸素計として、横河電機株式会社製の(DO402G,DO70G,DO30G)を使用する。
空気内に酸素はおよそ20%含まれている。計測値を5倍することで空気量を算出できる。
測定口から取り出した水をピクノメータに入れる。気体が外に逃げないように密閉する。水は下に,気泡が上に分離する。分離時間と気泡の径、水面の位置よりストークスの式を用いて気泡の量及び飽和度を計算する。
地盤中に含まれるマイクロバブル生成率βを求める方法である。
計測された誘電率より飽和度を算出してマイクロバブル生成率を求める。飽和度の計算式を式1、誘電率の計算式を式2に示す。Kairを1、Kwaterを81、Ksoilを4として間隙率nと体積含水比θをパラメータとした場合のSrとKとの関係を図25(a)に示す。計測値Kから図25(a)より飽和度Srを読み取る。
式1
Sr=θ/n×100
式2
K=(n-θ)Kair0.5+θKwater0.5+(1-n)Ksoil0.5
Sr:飽和度
θ:体積含水率
n:間隙率
K:誘電率
Kair:空気の誘電率
Kwater:水の誘電率
Ksoil:土の誘電率
土壌水分計では体積含水率θが得られる。体積含有率から飽和度を計算する。
(設計)
地盤中に一定領域を囲むように遮断壁を形成し、当該遮断壁内の地盤中に気体混入液を注入することにより地盤を不飽和化する。
目標飽和度は90%とし,実際の地盤におけるロス率dを10%として、飽和度80%となるように注入する。
改良体へ注入するマイクロバブルの総量を以下に示す。
地盤中のマイクロバブル生成速度v´を以下に示す。
注入前に下図に示す6箇所にセンサー(TDR土壌水分計(藤原製作所TDR-341F))を設置して品質管理を行った。飽和度Srは体積含水率θと間隙率nより以下の式で算出できる。
(請求項8→センサーの結果から注入量を管理、請求項9→センサーの限定、
請求項13・14→注入時間の管理)
体積含水率から飽和度を算出し、経過時間と飽和度の関係をプロットした。
注入口から同心球状にマイクロバブルが形成された際に、飽和度80%において必要となるマイクロバブル量L1を示す。
必要となるマイクロバブル量L21は下式により112.8lとなる。
このような構成において、隔壁18によって区画された既設構造物直下の地下水位が上昇したとしても、地下水は吸水管28の地下水流入口28aを通って吸水管28内に流れ込み、吸水管上部の地下水排水口28bを通って吸水管28の外に流出し、排水路30を通って排水される。これにより地震時の液状化を未然に防止することができる。
次に、本発明に係る地盤改良工法の実施に際しての品質管理方法について説明する。
[実施例1]
図25(c)より70分注入し続ければ飽和度が90%以下になる事がわかるのでその時点で注入を完了すればよい。
Sr=θ/n×100
式2
K=(n-θ)Kair0.5+θKwater0.5+(1-n)Ksoil0.5
Sr:飽和度
θ:体積含水率
n:間隙率
K:誘電率
Kair:空気の誘電率
Kwater:水の誘電率
Ksoil:土の誘電率
[実施例2]
2 溶液タンク、
3 注入管
4 送液管
5 エア供給管
6 圧送管
7 気体流量調整弁
8 マイクロバブル発生装置
9 給水ポンプ
10 コンプレッサー
11a 円形通路
11b 溶液放出路
12 給水管
12a 給水管の先端
13 注入細管
14 ケーシング
15 先端コーン
16 シールグラウト
17 ハンマー
18 カウンター
A 既存構造物
Claims (22)
- 液状化が予想される地盤に細粒子を有効成分とする注入液を注入して、地盤中に5μmより小さい粒径を含む細粒分を増やし、かつ地盤の相対密度を増やして液状化対策を行うことを特徴とする地盤改良工法。
- 液状化が予想される地盤にマイクロバブル含有液の注入と空気の注入を併用することによって地盤の飽和度を低減することを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項2に記載の地盤改良工法において、地盤に細粒子または細粒子とシリカ溶液を有効成分とする注入液を注入して、地盤中に細粒分または細粒分とシリカ分を増やして液状化対策を行うことを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項1〜3のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、細粒子とシリカ溶液を含有する注入液を注入することを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項1または請求項3,4のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、細粒子はベントナイト、シリカフューム、炭酸カルシウム、ホワイトカーボン、またはこれらの混合物を有効成分とすることを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項2に記載の地盤改良工法において、細粒子としてホワイトカーボンを有効成分とする注入液を注入することを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項1〜6のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、注入液としてセメント或いはスラグ或は超微粒子のセメントまたはスラグ等のいずれか又は複数の懸濁性材料の注入と気体を併用することを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項1〜6のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、気体を併用することを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項7または8に記載の地盤改良工法において、気体の併用はマイクロバブル液の注入を併用することを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項7〜9のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、気体の併用は注入液がマイクロバブルを含むことを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項7〜10のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、気体の併用は気体を含有する注入液を用いるか、固化する注入液の注入を別々に又は同時に注入することを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項7〜11のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、あらかじめ改良すべき地盤に細粒子或いは懸濁性材料を有効成分とする注入液を注入してのち、気体又はマイクロバブル液の注入を行うことを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項7〜12のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、懸濁粒子或いは細粒子を有効成分とする注入材で地盤を拘束し、当該拘束地盤内に気泡を有効成分とする注入材或いは気体を注入することを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項7〜13のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、細粒子、懸濁粒子および気体又はマイクロバブル液の注入は複数の注入管から同時に或は連続的に行うことを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項1〜14のいずれかひとつに地盤改良工法において、構造物を建造する予定の地盤内或は周辺部に沿って注入管を配置し、或いは線状に敷設された、または敷設される予定の構造物の地盤内又は近傍部に沿って注入管を配置し、当該注入管を介して地盤に注入材を注入し、地表面に近い地盤改良部および/または側面の改良部に懸濁粒子/細粒子又は/並びにシリカ溶液を有効成分とする注入材を注入して地盤を拘束し、拘束地盤内にマイクロバブルを有効成分とする注入材、或いは気体を注入することを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項15に記載の地盤改良工法において、注入管は1本の注入管あるいは複数の注入管を管軸方向に注入管の吐出口が異なるように並列に束ねて構成された結束注入管であることを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項15または16に記載の地盤改良工法おいて、複数の注入管のうち上部に吐出口のある注入管からは懸濁粒子又は細粒子および/またはシリカ溶液を有効成分とする注入材を注入し、下方に吐出口のある注入管からは気体またはマイクロバブルを有効成分とする注入液を注入することを特徴とする地盤改良工法。
- 液状化が予想される地盤に細粒子を有効成分とする注入液を注入して地盤中に5μmより小さい粒径を含む細粒分を増やして液状化対策を行う地盤改良土工法において、注入管を複数の注入地点にそれぞれライン状に配置し、当該各注入地点の注入管を注入ポンプ並びに圧力・流量検出器、送液管を介して接続し、かつこれらをコントローラーによって一括制御することにより、複数の注入地点における地盤注入を連続的に、または選択的に注入することを特徴とする地盤改良工法。
- 地中埋設管がライン状に設置されている液状化が予想される地盤に、細粒子を有効成分とする注入液を注入して地盤中に5μmより小さい粒径を含む細粒分を増やして液状化対策を行う地盤改良工法において、複数の注入管を管路に沿って設置し、該複数の注入管の上端部を送液管に流路変換装置を介して連結し、前記送液管はコントローラーによって制御している注入プラントに連通してなり、各注入管からの注入は流路変換バルブの作動によってライン状に連続的に注入管を変換して地盤に注入することを特徴とする地中埋設管周辺部の地盤改良工法。
- 請求項18または19に記載の地盤改良工法において、液状化が予想される地盤の、所定の改良領域にマイクロバブル含有液を注入するに際して目標とする不飽和度を設定して必要とする体積の気体量を設定して、その気体量を満たすようにマイクロバブル注入液のマイクロバブル含有率或は/並びにマイクロバブル含有液の注入量或は更にロス率を設定して地盤改良を行うことを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項18〜20のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、地盤中に地盤改良計測センサーを設けてマイクロバブル含有液を注入することを特徴とする地盤改良工法。
- 請求項21に記載の地盤改良工法において、マイクロバブル含有液の注入から算出した飽和度と地盤改良センサーから算出した飽和度から実際の飽和度を推定する地盤改良工法。
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