(57)【要約】【課題】環境負荷を小さく抑えながら、地盤が液状化するほどの状況が訪れた場合でも地盤中に埋設した管が浮上することを防止することができる地盤改質方法を提供すること。【解決手段】地盤１０の液状化層１１内に配置された埋設管３の周囲の地盤に地盤改質材を含有させる地盤改質方法である。地盤改質材は尿素を含む。液状化層１１内に存在する微生物が有するウレアーゼ活性によって尿素が分解され、その結果、液状化層１１が改質される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤の液状化層内に配置された埋設管の周囲の地盤に地盤改質材を含有させ、
前記地盤改質材は、尿素を含む、地盤改質方法。
【請求項２】
前記地盤改質材と土とを混合して混合土を調製し、
前記液状化層内において露出している前記埋設管に前記混合土を接触させるようにして前記埋設管を埋める、請求項１記載の地盤改質方法。
【請求項３】
前記地盤改質材を含む液体を前記埋設管の周囲の地盤に注入することで、前記地盤に前記地盤改質材を含有させる、請求項１記載の地盤改質方法。
【請求項４】
前記地盤改質材は、ウレアーゼ活性を有する微生物、前記微生物の栄養源、及び、カルシウム源からなる群から選択される少なくとも一種を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項記載の地盤改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道やガス等のパイプラインやマンホールは、地盤中に埋設されている。これらを施工する際は、地盤を掘削した後に管を配置して、その上に掘削土を埋め戻すことで完了する。
【０００３】
しかしながら、これらの管は内部に空洞を有するため、管全体としての比重が水よりも小さい場合がある。ここで大地震等によって管周囲の地盤が液状化すると、管が浮上することに加え、管が破損して泥水が内部に侵入して大きな損害を被ることが想定される。従って、管を埋め戻す際の埋戻し土は、液状化を防止する対策を施すことが望ましい（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】公益社団法人日本下水道協会発行、“下水道施設の耐震対策指針と解説  ２０１４年版”、２０３〜２１４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
対策として種々の液状化防止方法が挙げられるところ、例えば埋戻し土を締固める場合では、管渠等が曲面を有して構成されているため、曲面部付近の締固めが十分でない場合が生じやすい。また、砕石によって埋め戻した場合では、現地での廃土処理が必要で環境・コストに負荷が生じやすい。更に、埋戻し土をセメント系固化材で固化させる場合では、環境負荷が生じる。
【０００６】
そこで本発明は、環境負荷を小さく抑えながら、地盤が液状化するほどの状況が訪れた場合でも地盤中に埋設した管が浮上することを防止することができる地盤改質方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、地盤の液状化層内に配置された埋設管の周囲の地盤に地盤改質材を含有させ、地盤改質材は尿素を含む、地盤改質方法を提供する。
【０００８】
地盤改質材として尿素を用いると、地盤中に存在する微生物が有するウレアーゼ活性によって尿素が分解され、地盤が改質される。より具体的には、尿素が分解されて生じる炭酸が地盤中のカルシウムと結合して炭酸カルシウムとなり、これが土粒子同士を結合させることで地盤が固化する。これによって、液状化層が液状化しにくい性状となる。従って、本発明によれば、埋設管の周囲の地盤が液状化することが防止され、埋設管が浮上することが防止される。
【０００９】
本発明では、地盤改質材と土とを混合して混合土を調製し、液状化層内において露出している埋設管に混合土を接触させるようにして埋設管を埋めてもよい。この場合、地盤改質材を粉末で取り扱うことができるとともに、土への混合を確実に行うことができる。
【００１０】
また、本発明では、地盤改質材を含む液体を埋設管の周囲の地盤に注入することで、地盤に地盤改質材を含有させてもよい。この方法は、既設の埋設管を対象とする場合に特に好適である。
【００１１】
地盤改質材は、ウレアーゼ活性を有する微生物、微生物の栄養源、及び、カルシウム源からなる群から選択される少なくとも一種を更に含むことが好ましい。これらの要素が地盤中に乏しい場合に、その乏しい要素を併せて添加することによって、地盤中の微生物を一層活性化し、地盤の固化を促進させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、環境負荷を小さく抑えながら、地盤が液状化するほどの状況が訪れた場合でも地盤中に埋設した管が浮上することを防止することができる地盤改質方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ），（Ｂ）ともに、第１の実施形態の地盤改質方法を示す図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）ともに、第１の実施形態の地盤改質方法を示す図である。
【図３】第１の実施形態の変形例を示す図である。
【図４】第２の実施形態の地盤改質方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。なお、本発明において「埋設管」とは、地盤中に埋めるための管をいい、外部に露出している状態であるか地盤中に埋められている状態であるかを問わないものとする。また、マンホールも埋設管とみなす。
【００１５】
また、本発明の地盤改質方法は、大地震等に起因して地盤が液状化することを防止するために、地盤の液状化層に対して液状化対策を施すものである。ここで「液状化層」とは、地盤のうち、比較的液状化しやすいと推定されている層をいう。液状化しやすいかどうかは、地盤の土質、粒度分布、ボーリングに基づくＮ値等を事前に調査することによって推定することができる。また、液状化する虞が小さいと推定されている層を「非液状化層」と呼ぶ。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
本実施形態の地盤改質方法の適用対象は、図１（Ａ）に示されているとおり、非液状化層１２と、その上方に位置して地表面に達している液状化層１１とからなる地盤１０のうち、液状化層１１である。図１（Ａ）では、地下水位が液状化層１１内にある様子、及び、路上を想定して液状化層１１の最表部にアスファルト１３が敷設されている様子を示している。
【００１７】
埋設管を新たに埋設する工事を行うに際し、はじめに、埋設管を埋設する場所の一帯を掘削し、掘削面に山留め壁１を設置する（図１（Ｂ））。液状化層１１内の所定の深さにまで掘削したら、その底面に基礎砂利２を敷設し、更に基礎砂利２の上に埋設管３を配置する（図２（Ａ））。
【００１８】
他方、掘削して生じた掘削土に対して、粉末状の地盤改質材を混合する。混合方法は、既存の混合方法を適宜採用することができる。地盤改質材は以下に示すものを用いる。
【００１９】
ここで地盤改質材とは、対象地盤に生息するウレアーゼ活性を有する微生物の活動を活性化し、地盤を固化させるものをいう。本実施形態において、地盤改質材は尿素を含むものである。地盤改質材は更に、ウレアーゼ活性を有する微生物、当該微生物の栄養源、及び、カルシウム源等を含んでいてもよい。これらの要素が地盤中に乏しい場合に、その乏しい要素を併せて添加することによって地盤中の微生物を一層活性化し、地盤の固化を促進させることができる。地盤改質材は、上記各要素を混合した組成物をして用意しておき、これを掘削土に混合して使用する。
【００２０】
微生物は、ウレアーゼ活性を有する微生物を用いる。用いる微生物は、対象地盤（液状化層１１）から採取した微生物を培養したものであってもよく、国内の他の場所から採取又は購入した微生物であってもよい。なお、ウレアーゼは当該微生物が産生する酵素であり、尿素を加水分解して炭酸とアンモニアを生成する反応を触媒する。
【００２１】
微生物の栄養源として用いるものには特に制限はなく、例えば、肉エキスや、グルコース等の糖類や、デンプン等の多糖類が挙げられる。掘削土への添加量としては、掘削土の乾燥重量１ｋｇに対して０．３〜６．５ｇであってもよく、０．５〜３．０ｇであってもよい。
【００２２】
尿素の添加量は、掘削土の乾燥重量１ｋｇに対して５〜３０ｇであってもよく、１０〜１５ｇであってもよい。尿素の含有量が高すぎると微生物の動きが悪くなり、地盤の固化効果が小さくなる傾向がある。
【００２３】
カルシウム源としては、水に溶解してカルシウムイオンを放出するものであればよく、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、硝酸カルシウム等が挙げられる。掘削土への添加量としては、掘削土の乾燥重量１ｋｇに対して１０〜５０ｇであってもよく、１５〜３０ｇであってもよい。カルシウム源の含有量が高すぎると微生物の動きが悪くなり、地盤の固化効果が小さくなる傾向がある。
【００２４】
地盤改質材は、上記の他にも種々の成分を含んでいてもよい。例えば、塩化アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、空気等が挙げられる。地盤改質材の比重が高い場合は地下水中で沈む傾向があるため、空気を含ませることで地盤改質材が沈むことを防止することができる。また、地盤改質材は、場合によって増粘剤を含んでいてもよい。増粘剤としてはセルロース誘導体が好ましく、中でも、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースが好ましい。増粘剤の含有量としては、地下水と混合した場合の地盤改質材の粘度が水の粘度の１〜１０倍、又は、２〜５倍となるように含むことが好ましい。
【００２５】
地盤改質材を掘削土に混合した混合土４を用いて、埋設管３に混合土４が接触するようにして掘削穴に投入し、転圧しながら埋設管３を埋めてゆく（図２（Ｂ））。このとき、山留め壁１を外していくに従って周囲の液状化層１１から地下水が浸入することで、地盤改質材が溶解してその効果が発揮されやすくなる。混合土４が液状化層１１の最上面に達したあと、アスファルト１３を敷設して施工が完了する。
【００２６】
地盤改質材に含まれている尿素は、微生物が有するウレアーゼ活性によって分解されて炭酸とアンモニアになる。炭酸は地盤中のカルシウム（又は地盤改質材に含まれているカルシウム）と結合して炭酸カルシウムとなり、これが土粒子同士を結合（セメンテーション）させることで混合土４が固化し、改質領域１１Ａとなる。これによって、液状化層１１が液状化しにくい性状となる。固化するための期間としては、例えば数か月間の養生期間を要する。養生期間を経て、液状化層１１が液状化しにくい性状となる。従って、本実施形態の地盤改質方法によれば、埋設管３の周囲の地盤が固化し、液状化することが防止され、大地震が起こったとき等でも埋設管３が浮上することが防止される。
【００２７】
また、本実施形態では、粉末状の地盤改質材を掘削土に混合しているため、地盤改質材を掘削土へ混合させることを確実に行うことができる。更に、本実施形態では施工部分において液状化層１１がその最上面まで固化されており、このため埋設管３の上方の地盤領域がすべて固化されており、埋設管３が浮上することがより確実に防止される。これによって同時に、埋設管３が破損することも防止され、ライフライン等が健全に保たれる。
【００２８】
なお、上記実施形態は、マンホールに対しても適用することができる。図３に示されているとおり、新たに設置するマンホール３Ｂの周囲の液状化層１１を埋め戻す際に地盤改質材を混合した混合土４を用いることで、マンホール３Ｂを含めた埋設管３全体の周囲を固化させることができる。
【００２９】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態として、既設の埋設管に対してその周囲の地盤を改質する方法を示す。図４は、既設の埋設管３を示しており、埋設管３は、液状化層１１内において略水平方向に延びる流路部３Ａと、流路部３Ａから鉛直上方へ向かって地上に通じるマンホール３Ｂとを有している。
【００３０】
この場合、施工対象部分に注入管５を差して埋設管３の近傍に到達させ、埋設管３の周囲の液状化層１１に地盤改質材を注入する。注入管５の代わりに井戸を設けて注入してもよい。地盤改質材としては、第１の実施形態におけるものと同様の組成を有するものを水に混合し、水溶液、懸濁液、乳濁液等（以下、これらをまとめて「液体」と呼ぶ場合がある。）の状態として使用する。
【００３１】
ここで、地盤改質材を含有した液体を調製する際、各成分の含有量（濃度）としては、次のようにすることが好ましい。微生物の栄養源の含有量は、水１リットル当たり１〜３０ｇであってもよく、４〜２０ｇであってもよい。尿素の含有量は、水１リットル当たり０．１〜１０モル（ｍｏｌ）であってもよく、０．２モル〜５モルであってもよく、０．３〜０．７モルであってもよい。カルシウム源の含有量は、水１リットル当たり０．１〜１０モル（ｍｏｌ）であってもよく、０．２モル〜５モルであってもよく、０．３〜０．７モルであってもよい。
【００３２】
液体の注入は、埋設管３の全長に亘る全ての箇所で行ってもよいし、図４に示されているとおり、互いに所定の間隔を空けた複数の箇所で行ってもよい。当該所定の間隔は、１ｍ〜３０ｍであってもよく、５ｍ〜１０ｍであってもよい。液状化した場合は特にマンホール３Ｂ部分の浮力が大きくなるので、特にマンホール３Ｂの周囲に液体を重点的に注入することが好ましい。注入した液体は埋設管３の周囲の地盤に浸透し、液体が浸透した部分（混合土４となる部分）は、例えば数か月間の養生期間を経て固化し、改質領域１１Ａとなる。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、第１の実施形態では、埋設管を新設する場合において掘削土に粉末状の地盤改質材を混合して使用する態様を説明したが、この方法は、既設の埋設管に対しても適用することができる。すなわち、既設の埋設管の周囲を掘削して埋設管を露出させ、その掘削土に地盤改質材を混合し、その混合土で埋設管を埋め戻すこととしてもよい。
【００３４】
また、第２の実施形態では既設の埋設管を対象としてその周囲の地盤に地盤改質材を含有する液体を注入する態様を示したが、この方法は、埋設管を新設する場合にも適用することができる。すなわち、埋設管を地盤中に埋設した直後に注入管を用いて地盤改質材を含有する液体を注入してもよい。
【００３５】
また、上記いずれの実施形態でも非液状化層１２とその上方に位置して地表面に達している液状化層１１とからなる地盤１０を示したが、地盤の構成はこれに限定されず、埋設管を液状化層内に配置する場合、及び、埋設管が液状化層内に配置されている場合であれば本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、地盤の液状化対策として利用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１…山留め壁、２…基礎砂利、３…埋設管、３Ａ…流路部、３Ｂ…マンホール、４…混合土、５…注入管、１０…地盤、１１…液状化層、１１Ａ…改質領域、１２…非液状化層、１３…アスファルト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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