(57)【要約】【課題】高い浸透性が得られ、液状化対策として優れた注入工法の提供。【解決手段】シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する注入工法において、微粒子シリカ濃度が0.1％以上５％未満、微粒子水酸化カルシウム濃度が0.1％以上５％未満の注入材を、0.5MPa以下の注入圧力で注入する地盤注入工法であり、シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する注入工法において、10リットル／分以下の注入速度で注入する前記地盤注入工法であり、シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する注入工法において、５％以下の脈動率で注入する前記地盤注入工法である。また、前記地盤注入工法で形成した注入改良体のせん断弾性係数が50〜1,000MN/m2である前記地盤注入工法である。さらに、液状化対策として用いる前記地盤注入工法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する地盤注入工法において、微粒子シリカ濃度が0.1％以上５％未満、微粒子水酸化カルシウム濃度が0.1％以上５％未満の注入材を、0.5MPa以下の注入圧力で注入することを特徴とする地盤注入工法。
【請求項２】
シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する注入工法において、10リットル／分以下の注入速度で注入することを特徴とする請求項１記載の地盤注入工法。
【請求項３】
シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する注入工法において、５％以下の脈動率で注入することを特徴とする請求項１又は２記載の地盤注入工法。
【請求項４】
前記の地盤注入工法で形成された注入改良体のせん断弾性係数が50〜1,000MN/m2であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の地盤注入工法。
【請求項５】
液状化対策として用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の地盤注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤に対して優れた浸透性を有する注入材を注入し、形成された注入改良体が良好なせん断弾性係数を示し、例えば、液状化対策として使用することができる地盤注入工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２０１１年３月に発生した東北地方太平洋沖地震では、東北から関東にかけて広範囲で液状化が発生した。
液状化が発生した箇所は埋立地など人工地盤がほとんどであり、多くの戸建住宅が沈下や傾斜し、上下水道・ガスといったライフラインや道路が甚大な被害を受けた。
この地震を契機に、地盤工学会の委員会における提言では、既設のインフラ及び宅地における経済的・効果的な液状化対策工法の技術開発が必要であるとされている。
しかしながら、構造物直下や狭隘部で液状化対策を行う場合には、周辺環境への影響や敷地の制約上、ローラーなどで締め固める工法である締固め工法や、強固に締め固めた砂杭を地中に造成して地盤を改良する密度増大工法などは、比較的安価であるが、対象地盤を上部から改良する工法であるため、採用が難しい。
一方、地盤注入工法は、施工機械が小型でありまた高圧噴射撹拌工法に比べて排泥などの建設副産物の発生が無い特徴があり、従来は超微粒子セメント系注入材や溶液型注入材が使用されてきた。
【０００３】
超微粒子セメント系注入材は、最大粒径が15μｍ程度であり、溶液型注入材に比べ耐久性は高いが、シルトや砂質地盤に注入する場合は浸透性の点で課題があった（特許文献１）。
セメントの粒径をさらに小さくすることで浸透性は高まるが、粉体の粒径が小さくなるにつれて粒子は凝集しやすくなり、また水と接触直後から水和によりセメントが肥大化するため、浸透性に限界があった。
【０００４】
一方、溶液型注入材としては、例えば、水ガラスやシリカゾルからなる注入材が挙げられ、浸透性が良好で優れることが提案されている（特許文献２、３、４）。
しかしながら、せん断弾性係数が小さいことと、貝殻を含む地盤においては、注入材として酸性反応剤を使用すると、酸性反応剤と貝殻との反応により炭酸ガスが発生し強度が低下することなどの課題があった。
【０００５】
そこで、高浸透の微粒子シリカを主体とする注入材が提案された（特許文献５、６）。
しかしながら、この注入材では、剛性が高くなり、破壊の仕方が脆性的で変形追随性の確保が難しくなるなどの課題があった。
強度が高いことや剛性が高いことは必ずしも悪いことではないが、高すぎる場合、後日構造物を作るときに掘削等がしにくくなることや基礎地盤の沈下によりクラックが生じ、水みちができるなどの課題があった。
【０００６】
一方、地盤改良材を、複数の吐出口から地盤中の複数の注入ポントを通してそれぞれ最も適した注入速度、注入圧力で、かつ、一括管理のもとに多点注入する多点地盤注入工法が提案された（特許文献７）。
しかしながら、特許文献７には、所定の濃度の微粒子シリカと微粒子水酸化カルシウムを使用することによって、優れた浸透性を有する注入材とすること、注入後に形成される注入改良体のせん断弾性係数を最適にすることなどについては全く記載がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２３３６４５号公報
【特許文献２】特開平０５−０７０７７６号公報
【特許文献３】特開２０１０−１８５０２０号公報
【特許文献４】特開２００１−００３０４７号公報
【特許文献５】特開２０１１−０２６５７２号公報
【特許文献６】ＷＯ２０１１／１６１９７８号公報
【特許文献７】特開２００３−２３２０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、地盤に対して優れた浸透性を有する注入材を注入し、形成された注入改良体が最適なせん断弾性係数を有する地盤注入工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する地盤注入工法において、微粒子シリカ濃度が0.1質量％以上５質量％未満、微粒子水酸化カルシウム濃度が0.1質量％以上５質量％未満の注入材を、0.5MPa以下の注入圧力で注入することを特徴とする地盤注入工法である。
（２）シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する注入工法において、10リットル／分以下の注入速度で注入することを特徴とする前記（１）の地盤注入工法である。
（３）シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する注入工法において、５％以下の脈動率で注入することを特徴とする前記（１）又は（２）の地盤注入工法である。
（４）前記の地盤注入工法で形成された注入改良体のせん断弾性係数が50〜1,000MN/m2であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項の地盤注入工法である。
（５）液状化対策として用いることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項の地盤注入工法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、例えば、液状化する恐れのあるシルト及び／又は砂質地盤に注入することによって、良好な浸透性を示し、その注入改良体が、均一で、最適な範囲のせん断弾性係数を有する注入工法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に記載する部や％は、記載が無い限りは、質量部、質量％を意味する。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態につき具体的に説明する。
【００１３】
本発明で注入するシルト及び／又は砂質地盤は、土質学的にシルトに分類される粒径５〜74μｍや、砂に分類される74μｍ〜２ｍｍのシルト及び／又は砂質の地盤をいう。
シルト地盤とは、粘土ほどの粘りけがないが、砂ほど粒が大きく、さらさらしていない、粘土と砂の中間の性質をもつ粒子からなる地盤であり、砂質地盤とは、粘着性のない粒の粗い粒子の砂が、締まりが緩い状態で、積み重なっている地盤である。
【００１４】
シルト及び／又は砂質地盤の粒子間には広い隙間があり、粒子が、互いにつながって全体を支えている。地下水面が高いと、この隙間は水で完全に満たされている。
ここに、地震動が加わり、粒子が繰り返し揺すられると、お互いの支えがはずれ、粒子間の接触はなくなり、粒子は水の中にばらばらになって浮いた状態になる。これが、地盤の液状化である。
【００１５】
本発明は、粒子の隙間に注入材を充填することにより、例えば、液状化を防ぎ、良好な地盤を形成することを目的とするものである。
ただし、細粒土やれきを50％程度含む地盤であっても、本発明の注入工法を採用することにより、良好な浸透性で最適な範囲のせん断弾性係数を有する、均一な注入改良体を提供することが可能である。
【００１６】
地盤への注入形態には、注入材が土粒子の隙間を押し広げることなく移動する浸透注入と、部分的に土粒子を押し広げて脈状に入る割裂注入がある。
均一な注入改良体を得るには、浸透注入が望ましいが、注入材の粒径が大きかったり、注入材の濃度が高かったり、注入圧力が高かったり、注入速度が大きかったり、脈動率が高いと割裂注入となる可能性が高くなる。従って、最適な注入材の粒径、注入材の濃度、注入圧力、注入速度、及び脈動率を選択することにより、最適な範囲のせん断弾性係数を有する、均一な注入改良体を得ることができる。
【００１７】
地盤に注入材を注入することによって、改良した地盤などを注入改良体という。
また、液状化など地震による事象に対抗する評価として、変形特性を求めるため、注入改良体のせん断弾性係数を測定する。
注入改良体のせん断弾性係数は、50〜1,000MN/m2が好ましく、100〜500MN/m2がより好ましい。せん断弾性係数が1,000MN/m2を超えるとせん断弾性係数が大きすぎるため、地震により、後日構造物を作るときに再掘削等がしににくなったり、基礎地盤の沈下によりクラックが生じたりして、建物や上下水管やガス管等、地中のライフラインの損傷が大きくなる恐れがあり、逆に、せん断弾性係数が50MN/m2未満だと注入の効果が小さいため、均一な注入改良体が得られない場合があり、また、比較的大きな地震発生時に液状化する恐れがある。
せん断弾性係数を最適な範囲にするためには、最適な注入材の粒径、注入材の濃度、注入圧力、注入速度、及び／又は脈動率を選択することが必要である。
【００１８】
本発明では、微粒子シリカと微粒子水酸化カルシウムを注入材として使用する。
本発明の微粒子シリカや微粒子水酸化カルシウムは、あらかじめ各々を水に分散しスラリー化することによって、注入工事を効率的に行うことができる。
【００１９】
微粒子シリカとは、微粒子球状シリカ（例えば、デンカＳＦＰ２０Ｍ）やシリカフユームなどのシリカ質物質であり、その粒度は、地盤への浸透性の点で平均粒径1.0μｍ以下が好ましく、0.1〜1.0μｍがより好ましい。
微粒子シリカは水と混合して使用するもので、その濃度は、0.1％以上５％未満であり、0.5〜３％がより好ましい。微粒子シリカ濃度が５％以上では、割裂注入となり、微粒子水酸化カルシウムとの配合割合のバランスで、その注入改良体のせん断弾性係数が1,000MN/m2を超え、再掘削等がしににくなったり、基礎地盤の沈下によりクラックが生じたりする恐れがあることから好ましくない。また、微粒子シリカ濃度が0.1％未満では、せん断弾性係数が小さすぎて、均一な注入改良体が得られない場合がある。
【００２０】
微粒子水酸化カルシウムとは、水酸化カルシウムを微粉砕した微粒子水酸化カルシウムが挙げられ、その粒度は、地盤への浸透性の点で平均粒径1.0μｍ以下が好ましく、0.１〜1.0μｍがより好ましい。
微粒子水酸化カルシウムは水と混合して使用するもので、その濃度は、0.1％以上５％未満であり、0.5〜３％がより好ましい。微粒子水酸化カルシウム濃度が５％以上では、割裂注入となり、微粒子シリカとの配合割合のバランスで、その注入改良体のせん断弾性係数が1,000MN/m2を超え、再掘削等がしににくなったり、基礎地盤の沈下によりクラックが生じたりする恐れがあることから好ましくない。また、微粒子水酸化カルシウム濃度が0.1％未満では、せん断弾性係数が小さすぎて、均一な注入改良体が得られない場合がある。
【００２１】
本発明の注入材として、具体的には、例えば、電気化学工業社製商品名「シリカボール」が使用可能である。微粒子シリカ濃度が10〜60％の微粒子シリカスラリー、例えば、電気化学工業社製商品名「シリカボール主材」、微粒子水酸化カルシウム濃度が10〜50％の微粒子水酸化カルシウムスラリー、例えば、電気化学工業社製商品名「シリカボール硬化材」を水で希釈することにより、微粒子シリカ濃度が0.1％以上５％未満、微粒子水酸化カルシウム濃度が0.1％以上５％未満の注入材を作製することができる。
【００２２】
微粒子シリカと微粒子水酸化カルシウムの配合割合は、微粒子シリカ100部に対して、微粒子水酸化カルシウム30〜300部が好ましい。この範囲外では、剛性が極めて小さくなる恐れがある。
【００２３】
微粒子シリカのスラリーをＡ材、微粒子水酸化カルシウムのスラリーをＢ材とすると、各々のスラリーはできるだけ高濃度とし、施工時に水で希釈して使用することが輸送コスト低減のうえから好ましい。本発明のＡ材中の微粒子シリカ、Ｂ材中の微粒子水酸化カルシウムの濃度は、それぞれ20％以上が好ましく、粘度が高くなる場合は、事前に分散剤を添加することが望ましい。施工時に、Ａ材、Ｂ材を水で希釈し、微粒子シリカ濃度を0.1％以上５％未満、微粒子水酸化カルシウム濃度を0.1％以上５％未満として地盤に注入する。
【００２４】
本発明の地盤に注入材を注入する地盤注入工法において、対象地盤がシルト及び／又は砂質地盤の場合、その注入圧力は一般的な注入工法よりも小さくする必要があり、0.5MPa以下であることが好ましく、0.2MPa以下であることがより好ましい。注入圧力が0.5MPaを超えると割裂注入が主体となり、均一な注入改良体が得られない場合やせん断弾性率が低下する場合がある。
【００２５】
また、シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する注入工法において、注入性の点から、注入速度が10リットル／分以下となるようにして注入することが好ましく、注入速度が７リットル／分以下となるようにして注入することがより好ましい。
【００２６】
さらに、シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入する注入工法において、注入性の点から、脈動率が５％以下となるようにして注入することが好ましく、脈動率が３％以下となるようにして注入することがより好ましい。
ここで、脈動率とは、注入速度の最大値と最小値の差を平均注入速度で割った値をいう。
【００２７】
これらの注入圧力、注入速度、及び脈動率を達成する方法としては、例えば、超多点注入工法などの結束細管多点注入工法や、二重管ダブルパッカ注入工法、及び二重管ストレーナ注入工法等が挙げられる。このうち、上記条件を容易に達成するための注入工法である超多点注入工法を使用することが好ましい。
【００２８】
ここで、超多点注入工法とは、数十から数百という多数のノズルを地盤中に配置し、各ノズルから低吐出注入で、同時に注入する注入工法である。
この工法によれば、均一な改良地盤を確実に形成することができ、経済的にも優れている。
【００２９】
本発明の注入工法は、広く地盤の改良目的に使用できるが、シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入可能である特徴を生かし、液状化対策として用いることが好ましい。液状化は、主に、ゆるく堆積したシルト及び／又は砂質地盤が、地震などの振動により液体のような泥水状態になってしまう現象である。液状化が起こると、砂混じりの水が地表面に噴き出したり、部分的に陥没したりして、建物や地中に埋設していた配管類に損傷を与える。
【００３０】
本発明では、微粒子シリカのスラリー、微粒子水酸化カルシウムのスラリー、それぞれに分散剤を併用することが好ましい。
【００３１】
本発明で使用する分散剤としては、ナフタレンスルホン酸系、リグニンスルホン酸系、メラミンスルホン酸系、ポリカルボン酸系、及びポリエーテル系の分散剤が挙げられるが、これらのうち、ナフタレンスルホン酸系分散剤が浸透性の点で好ましい。
分散剤の使用量は固形分換算で、微粒子シリカと微粒子水酸化カルシウムの合計量に対して１〜20％が好ましく、３〜10％がより好ましい。
【００３２】
本発明の注入材を地盤に注入するにあたっては、Ａ材とＢ材とを混合する方法として、二重管を用いて先端部でＡ材とＢ材を合流混合して注入するいわゆる２ショット方式、Ａ材とＢ材の両液を注入ポンプから注入管に至る途中で合流混合して注入するいわゆる１．５ショット方式、更にミキサー等の調合槽でＡ材又はＢ材を調合した後、他液を加える１ショット方式いずれの方式でも行うことができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実験例によって説明するが、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。
【００３４】
実験例１
表１に示す微粒子シリカと微粒子水酸化カルシウムの配合になるように、デンカ  シリカボール主材とデンカ  シリカボール硬化材をそれぞれ水で希釈して、混合して注入材とした。
最大ドラム径550mmで、200リットルのドラム缶に、試験用調整砂を充填し、表１に示すように、注入材の濃度を変えて超多点注入工法用装置（日本基礎技術社製）を用いて各42リットル注入した。注入時の注入圧力は0.1MPa、注入速度は５リットル／分、及び脈動率は1.0％である。20℃で１カ月養生後、ドラム缶から球状の注入改良体を取り出し、改良径とせん断弾性係数を測定し、注入形態を評価した。
また比較のため、注入材α、注入材βの注入を同様に行った。
【００３５】
＜使用材料＞
デンカ  シリカボール主材：シリカ濃度40％の微粒子シリカ（デンカＳＦＰ２０Ｍ）スラリー、平均粒径0.6μｍ、分散剤を微粒子シリカに対して５％（固形分換算）添加
デンカ  シリカボール硬化材：水酸化カルシウム濃度30％の微粒子水酸化カルシウムスラリー、平均粒径0.6μｍ、分散剤を微粒子シリカに対して５％（固形分換算）添加
分散剤    ：ナフタレンスルホン酸系市販品、液状、固形分濃度40％
注入材α  ：市販超微粒子セメント、濃度10％
注入材β  ：市販シリカコロイド系、濃度５％
試験用調整砂：44μｍ以下；5.0％、45〜74μｍ；16.6％、75〜105μｍ；32.6％、106〜149μｍ；36.9％、150〜211μｍ；8.9％（JIS  Ｚ  ２６０１による粒度測定結果）
【００３６】
＜評価方法＞
脈動率    ：注入速度の最大値と最小値の差を平均注入速度で割った値
改良径    ：球状の注入改良体を中心で切断し、直径の平均値を改良径とした。
せん断弾性係数：球状の注入供試体を切断し、地盤工学会基準ＪＧＳ０５４２〜ＪＧＳ０５４４に準じてせん断弾性係数（MN/m2）を求めた。
注入形態  ：球状の注入改良体を切断し、目視観察
【００３７】
【表１】
2014185428.tif 000002
【００３８】
表１から明らかなように、微粒子シリカ濃度や微粒子水酸化カルシウム濃度を最適化することにより、良好な改良径、最適なせん断弾性係数を示す注入改良体を得ることができる。
【００３９】
実験例２
微粒子シリカ１％、微粒子水酸化カルシウム１％の配合になる注入材を調製し、表２に示す注入圧力、注入速度、及び脈動率で注入したこと以外は、実験例１と同様に行った。結果を表２に併記する。
【００４０】
【表２】
2014185428.tif 000003
【００４１】
表２から明らかなように、注入圧力、注入速度、及び脈動率を最適化することにより、良好な改良径、最適なせん断弾性係数を示す注入改良体を得ることができる。
【００４２】
実験例３
実験例１の実験No.1- 4の配合を用い、実験例１の注入条件で、電気化学工業株式会社千葉工場内の、シルト分を45％含有する砂質地盤で、超多点注入工法による本注入を行った。
注入一カ月後に掘削し、注入改良体を確認したところ、注入材は全体にわたって浸透注入しており、切り出した注入改良体のせん断弾性係数は130〜460MN/m2であった。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の注入工法は、用途は特に限定しないが、シルト及び／又は砂質地盤に浸透注入可能である特徴を生かし、液状化対策として用いることが好ましい。