JPS6039814B2 - 地盤の凍結膨脹を抑制する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は凍結工法に付随して発生する凍結膨脹現象を抑
制する方法に関するものである。

凍結工法は主として軟弱地盤中の水を凍結させて湧水を
止め、該地盤を硬化させる場合に採用される工法である
が、この工法には必ず凍結膨脹現象が発生し、また解凍
すると地盤が沈下するので、好ましくない事態を招来す
るおそれがある。

実際に軟弱地盤を凍結し、その後解凍する作業を２回以
上繰り返すと、凍結速度と応力が全く同じでも凍結膨脹
による凍上及び解凍による沈下現象はその都度大きく異
なる。これは軟弱地盤が凍結，解凍の繰り返し‘こ対し
て再現性のないことを示すものであり、また大きな特徴
として最初の凍結，解凍のサイクルで解凍時の沈下が極
めて大きことが挙げられる。このような凍上沈下現象が
起るのは、地盤の構成粒径が小さく含水比が大きこと及
び先行応力が小さいことに起因する。即ち、軟弱地盤を
構成する軟弱士の粒蓬加積曲線を調べて見ると、７０〆
以上の砂及び磯成分が１０％以上含まれることは稀で、
９０％以上がシルト及び粘土成分であり、これら粒子の
細かい士は毛管力に基づく吸水力が強く、その結果、保
水性が大きくなっているので、該地盤が堆積してから現
在までに自重以上の大きな応力を受けず、乾燥の機会が
なければ、含水比が大きいまま保持されているわけであ
るから、凍結，解凍に伴って上記現象が起るのであり、
また軟弱地盤は先行応力が小さくてｌｋ９／均以下であ
ることが多く、それ以上の力が地盤に加えられると、忽
ち圧密して体積が減少するから、凍結によって凍結面に
水が吸引されると、凍結面より前方の士の間隙水圧は降
下して有効応力が増加し、該部分では土が圧密収縮され
る結果、凍結，解凍に際し、前記と併せ凍上沈下を大き
くするのである。従って、凍結工法に於て、凍上，沈下
現象をできる限り小さくするためには、まず凍結膨脹現
象を抑制しなければならない。本発明の発明者は、上記
のような観点から凍結工法に於ける凍結膨脹現象を抑制
することを目的として鋭意研究の結果、地盤中の間隙水
の粘性を高めればよいことを知得し、本発明をなしとげ
たのであって、その発明の構成は、地盤の凍結すべき範
囲及びその外周の所要の範囲にわたる地盤中に予め間隙
水の粘性を高める薬液を注入してから、前記地盤を凍結
することを特徴とするもので夕ある。尚、上記に於ける
地盤の凍結すべき範囲とは、地盤を凍結させて硬化させ
るべき範囲をいい、また、その外周の所要の範囲とは、
凍結膨脹を抑制するために間隙水の移動速度を小さくす
べき範囲であって、前記凍結すべき範囲の外周１割乃至
３割程度の範囲である。従って、本発明に於いて、間隙
水の粘性を高める薬液を注入するのは前記凍結すべき範
囲とその外周１割乃至３割程度の範囲となる。

次に本発明の内容を詳述する。

いま、実際の凍結工事に於いて、均質な飽和土の中を凍
結前線が左から右に定速度で進む場合の凍結面付近の状
態を立体的に示すと、第１図の通りであって、コンクリ
ート壁１の前面の地盤の凍結すべき範囲に凍結管Ｆを並
べて埋設し、凍士を造成して行くと、凍結によって凍結
面に水が吸引され、凍結面より前方の土の間隙水圧が降
下して、該部分では土が圧密収縮するのであり、その凍
結面付近の状態を実験から得た模式図により示せば、第
２図の通りであって、図中の各領域について説明すれば
、次の通りである。

凍結膨脹領域 間隙水中の自由水が凍結前線の後方（猿士側）或一定の
距離の間で水を吸って膨脹する領域で、この領域の左端
吸水終息線までは未凍結士側の間隙水はつながっていて
、この領域では自由水の凍った水と、未だ凍らない水と
が共存し、この間隙水のつながりを通して未凍結士側の
水が吸い寄せられ、凍結して膨脹する。

二次膨脹領域 前記凍結膨脹領域の左側で、それより早く凍結し、もは
や間隙水の供給はないから、膨脹があるとしても土粒子
の回りの不凍水が凍るための膨脹だけであり、その量は
４・こい。

熱収縮領域 前記二次膨脹領域の左側で、それより早く凍結しており
、不猿水が凍って膨脹するよりも、土粒子及び氷が温度
降下のために収縮する方が大きかつ〈、全体としては僅
かながら収縮する。

脱水圧密収縮領域 凍結前線の右即ち先の未凍結領域で、間隙水が凍結膨脹
領域に吸い寄せられるために間隙水圧が低下し、その結
果圧密が起り、凍結膨脹率は小さくなる。

間接影響領域 前記脱水圧密収縮領域の右側で、凍結膨脹領域の影響を
間接的に受ける領域であり、前記薬液を注入する範囲の
中に含まれる。

従って巨視的に見れば、凍結前線を境にして左側は膨脹
、右側は収縮ということになり、圧密による収縮を起す
範囲は、軟弱地盤の透水係数が小さいので、遠くから水
を呼ぶことができないため、あまり広範囲にはならない
が、凍結面に於ける吸水によって生じる未凍結士内の間
隙水圧低下の影響範囲は第３図々示の通りである。

ここで、脱水圧密収縮領域８は、凍結面に於ける間隙水
圧分布曲線の切線と無限遠に於ける間隙水圧の切線との
交点Ｎと凍結面との距離であり、第３図は時間と共に左
から右へ成長する猿士の凍結面から右側の未凍士内の間
隙水圧の分布状況を或瞬間を取って時間を停止し、その
時の間隙水圧分布を凍結面を、き＝０の基準に取って横
軸に凍結面からの距離さ（ｍ）を、縦軸に疎士側に吸引
されて低下した間隙水圧の分布Ｐ（ｋ９／地）及び未凍
結土中の間隙水圧分布と脱水圧密領域８との関係を表わ
している。而して、前述したように、凍結膨脹は地盤の
間隙水中の自由水が凍結する凍結前線の後方（廉士側）
或一定の距離の間で水を吸引することにより発生するも
のであるから、凍結膨脹を抑制するには、未凍結士領域
から凍結膨脹領域に吸い寄せられる水の量を少なくすれ
ばよく、そのためには間隙水の移動速度を遅くすればよ
いのであるが、この間隙水の移動速度Ｖはダルシ−の法
則から、ｖ＝夫・浄さで表わされる。

ここで、ｋ＝間隙水の透水係数、ッｗ＝間隙水の粘度、
Ｐ＝間隙水圧、き＝凍結面からの距離で、溝１さ は間隙水の所在により定まるものであり、ｋは一定であ
るから、間隙水の移動速度Ｖを遅くするには、その粘土
ｙｗを大きくすればよいことになる。

本発明は上記のような解析により、なしとげられたもの
であり、少量のＣＭＣ（カルボキシメチルセルローズ）
を軟弱地盤の凍結すべき範囲及びそ外周１割乃至３割の
園にわたって注入し、該地盤中の間隙水の粘土を高めて
該地盤を凍結したところ、凍結膨脹は従来の１／母屋度
となり、凍上，沈下現象は著しく減少した。

而して、上記に於けるＣＭＣの注入は、地盤の凍結すべ
き範囲にあっては凍結管設置のためにボーリングを行な
う際に行ない、また、凍結すべき範囲の外周の所要の範
囲にあってはＣＭＣの注入孔Ａを設けて該孔から圧入す
るものとする。

尚、間隙水の粘土を高くするために、上記に於いてはＣ
ＭＣを注入したが、本発明に於いてはこれに限られない
こと勿論である。しかし、ＣＭＣは食品などにも使用さ
れている無害のものであるから、これを用いれば、公害
問題を起こすおそれはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は凍結工法に於いて均質な飽和士の中を凍結前線
が左から右に定速度で進む場合の凍結面付近の状態を立
体的に示した図、第２図はその模式図、第３図は前記凍
結工法に於ける未凍結土中の間隙水圧分布と脱水圧密収
縮領域との関係を示す図である。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地盤の凍結すべき範囲及びその外周の所要の範囲に
   わたる地盤中に予め間隙水の粘性を高める薬液を注入し
   てから、前記地盤を凍結することを特徴とする凍結工法
   に於ける凍結膨脹を抑制する方法。