(57)【要約】  【課題】石灰化細菌を活性化した状態で用いることにより効果的な地盤改良を行うことができるとともに、石灰化細菌を大量購入したり搬送途中での管理をしたりしないで済むことから施工コストの低減が図れる、石灰化細菌を用いた地盤改良工法を提供する。  【解決手段】培養タンク（Ａ1〜Ａ2）と、カルシウム源タンク（Ｂ）と、供給タンク（Ｄ）と、注入管（Ｅ）と、これらを適宜繋ぐ送材系統（Ｆ）からなる地盤改良装置２を施工現場１に設置し、培養タンク（Ａ1〜Ａ2）で培養し増殖させた石灰化細菌を用いて混合槽（Ｃ）を兼ねた培養タンク（Ａ2）で地盤注入材１２を製造し、それを注入管（Ｅ）を介して地盤に注入する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石灰化細菌を用いた地盤改良工法であって、施工現場に石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンクを設置し、該培養タンク中の培養液で石灰化細菌を栄養源、尿素とともに培養して増殖させ、増殖した石灰化細菌を含む培養液及びカルシウム源を含む地盤注入材を地盤に注入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２】
請求項１に記載の地盤改良工法であって、施工現場に、少なくとも石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンク（Ａ）と、前記地盤注入材を地盤に注入するための注入管（Ｅ）と、流量調整バルブを備えた送材系統（Ｆ）とが設けられている地盤改良装置を設置し、施工現場に搬入した少量の石灰化細菌を前記培養タンク（Ａ）の培養液中で栄養源、尿素とともに培養して増殖させ、増殖した石灰化細菌を含む培養液にカルシウム源を添加して地盤注入材を製造し、製造した地盤注入材を送材系統（Ｆ）により注入管に送って地盤に注入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３】
請求項１又は２に記載の地盤改良工法であって、施工現場に、石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンク（Ａ）と、カルシウム源を供給するためのカルシウム源タンク（Ｂ）と、増殖した石灰化細菌を含む前記培養タンクからの培養液と前記カルシウム源タンクからのカルシウム源とを混合し前記地盤注入材を製造する混合槽（Ｃ）と、製造した地盤注入材を供給するための供給タンク（Ｄ）と、前記地盤注入材を地盤に注入するための注入管（Ｅ）と、前記培養タンク及び前記カルシウム源タンクと前記混合槽、前記混合槽と前記供給タンク、前記供給タンクと前記注入管とを各々繋ぐ、流量調整バルブを備えた送材系統（Ｆ）とが設けられている地盤改良装置を設置し、施工現場に搬入した少量の石灰化細菌を前記培養タンク（Ａ）の培養液中で栄養源、尿素とともに培養して増殖させ、増殖した石灰化細菌を含む培養液とカルシウム源タンク（Ｂ）からのカルシウム源とを各々送材系統（Ｆ）により混合槽（Ｃ）に送ってここで地盤注入材を製造し、製造した地盤注入材を送材系統（Ｆ）により供給タンク（Ｄ）に送り、供給タンク（Ｄ）から送材系統（Ｆ）により地盤注入材を注入管（Ｅ）に送って地盤に注入して地盤改良を行うことを特徴とする地盤改良方法。
【請求項４】
前記培養による石灰化細菌の増殖は、対数増殖期の後半から静止期の範囲に達するまで行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良工法。
【請求項５】
前記培養タンクは、前記培養液を加温できる加温手段を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石灰化細菌を含む地盤注入材による地盤改良工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、構造物を構築する際の軟弱地盤の改良、地震の発生による地盤の液状化や斜面災害の防止、汚染地盤の浄化のため種々の工法による地盤改良が行われてきている。その中の一工法として、地盤への薬液注入による地盤改良があり、環境を配慮したものとして、微生物や細菌の代謝を利用したバイオグラウトによる注入工法が普及しつつある。
【０００３】
最近では、石灰化細菌（ウレアーゼ産生微生物）には、1)培地を介して土に深く浸透することができる、2)栄養を与える限り地中での生存が可能、3)土の粒子表面上での炭酸塩の成長を引き起こして必要に応じて開放気孔率を維持することが可能、4)地盤を酸性化し難い、といった様々なメリットがあることから、石灰化細菌を用いた地盤改良が注目されおり、幾つか論文発表や特許出願がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、下記の工程：
ａ）石灰化細菌の１つ以上の溶液を土に導入する工程；
ｂ）土中で前記溶液を循環させる工程；
ｃ）石灰化細菌のための１つ以上の栄養溶液を土に導入し、次いで土中で前記溶液を循環させる工程；並びに
ｄ）脱窒細菌の１つ以上の溶液を土に導入し、次いで土中で前記溶液を循環させる工程；
を含む土圧密方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、出発原料と、有効量の(i)ウレアーゼ産生微生物、(ii)尿素、および(iii)カルシウムイオンとを混合する段階を含む、透過性出発原料中で高強度セメントを形成する方法であって、有効量のウレアーゼ産生生物が、標準的条件下で、0.5〜50mM尿素加水分解/minの尿素加水分解速度を提供する方法、土地改良には好適なこと等が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、ウレアーゼ酵素による尿素の加水分解を用いて炭酸塩を沈殿させることによって地盤改良を行うセメント工法において、（１）ウレアーゼ産生微生物と、（２）尿素と、（３）第１金属イオンとしてカルシウムイオンと、（４）マグネシウムイオン、鉄イオン及びストロンチウムイオンから選ばれる１種又は２種以上の第２金属イオンとを、（３）第１金属イオンに対する（４）第２金属イオンのモル比として第１金属イオン／第２金属イオンが９／１〜１／９となるように反応液中で反応させて炭酸塩を生成することを特徴とするセメント工法が開示されている。
【０００７】
一方、地盤への薬液注入による地盤改良における薬液の注入方法として、加圧注入、減圧注入といった強制注入の他、重力や水頭差による自然浸透が知られている。例えば、特許文献１には、石灰化細菌を重力により注入することが記載されている。また、特許文献４には、有孔管（注入管）とその直上部に設けた栄養材の貯蔵タンクからなる注入井戸において、貯蔵タンクから地下水面までの水頭差に応じた圧力で、栄養材が有孔管に供給されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００８−５０８４５０号公報
【特許文献２】特表２００８−５２４０９６号公報
【特許文献３】特開２０１１−４５３３３号公報
【特許文献４】特開２０１１−２１８２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、石灰化細菌等の細菌や微生物を用いて地盤改良を行う場合、これら細菌や微生物は、工場、研究室等で生産された凍結乾燥した状態で保存されているものや培養液中で保存されているものを施工現場まで搬送して用いていた。そのため、細菌や微生物が高活性のピークにある最良の状態で使用するためには、施工現場での管理とともに搬送途中での管理もしなければならなかった。また、広範囲な地盤を改良するためには、高価な細菌や微生物を大量に購入しなければならなかった。これらのことから施工コストが高くなるため、実用化があまり進んでいなかった。
【００１０】
上記各引用文献には、石灰化細菌等の細菌や微生物を用いて地盤改良を行う方法が記載されているものの、施工現場で石灰化細菌をどのような装置によりどのようにして注入するかといった具体的な注入方法等の工法までは記載されていないし、まだ実用化されるにも至っていない。
【００１１】
本願発明は、上述のような課題の解決を図ったものであり、石灰化細菌を活性化した状態で用いることにより効果的な地盤改良を行うことができるとともに、石灰化細菌を大量購入したり搬送途中での管理をしたりしないで済むことから施工コストの低減が図れる、石灰化細菌を用いた地盤改良工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】
【００１２】
本発明者らは、石灰化細菌を用いた地盤改良工法における上記課題について鋭意検討した結果、施工現場に石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンクや薬剤注入装置を備えた地盤改良装置を設置し、該培養タンク中の培養液で石灰化細菌を栄養源、尿素とともに培養して増殖させ、増殖した石灰化細菌を含む培養液及びカルシウム源を含む地盤注入材を、地盤中に設置された注入管を通して注入し地盤を固結すれば良いことを見出し、発明を完成させた。
【００１３】
本願の請求項１に係る発明は、石灰化細菌を用いた地盤改良工法であって、施工現場に石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンクを設置し、該培養タンク中の培養液で石灰化細菌を栄養源、尿素とともに培養して増殖させ、増殖した石灰化細菌を含む培養液及びカルシウム源を含む地盤注入材を地盤に注入して地盤改良を行うことを特徴とする地盤改良工法である。
【００１４】
[地盤注入材関連]
石灰化細菌とは、広い意味では「炭酸塩を成長させるかまたはその成長を引き起こす細菌」と定義され炭酸塩発生性細菌と言われるものであるが、狭い意味では「ウレアーゼ産生微生物とも称され、石灰化細菌が出すウレアーゼ酵素の触媒作用により尿素を分解して炭酸イオンを生成させるもの」である。カルシウム源（カルシウムイオン）の存在により炭酸カルシウムを形成する。本発明では、後者の狭義のものを指す。
【００１５】
石灰化細菌としては、バチルス、スポロサルシナ、スポロラクトバチルス、クロストリジウム、デスルホトマキュルムを含む属の一覧から選択される細菌が挙げられるが、中でも、カルシウム耐性が有り培養速度の速いスポロサルシナ・パストゥリは好ましい。
【００１６】
なお、カルシウム耐性とは、カルシウム存在下でのウレアーゼ活性であり、例えば、石灰化細菌が石灰水または塩化カルシウム溶液中で生存でき、かつウレアーゼ活性を有するかを調べることによってわかる。
【００１７】
栄養源は、石灰化細菌に栄養を与えて生存させ、更には、増殖させるために用いる。栄養源としては、グルコースやフラクトースなどの単糖類、スクロース、マルトース或いはガラクトースなどの２糖類、その他のオリゴ糖、デンプンやマルトデキストリンなどの多糖類、その他糖類、有機物、塩類、ｐＨ調整のためのリン酸化合物などが挙げられる。微生物によって、あるいは栄養源によって代謝速度が変化するため、施工地盤によって選択する必要がある。
【００１８】
尿素は（ＮＨ2）2ＣＯからなり加水分解して炭酸イオンＣＯ32-を生成するので、炭酸イオン供給源として用いる。市販されている尿素培地が挙げられる。
【００１９】
本発明では、施工現場に石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンクを設置し、該培養タンク中の培養液で前記石灰化細菌を前記栄養源、前記尿素とともに培養して増殖させる。
【００２０】
培養タンクは、既存の培養槽を用いれば良い。攪拌翼や培養液の温度調整機能を備えているものが好ましい。培養タンクは１つでも良いが、複数設置するのが好ましい。複数設置することにより、故障時の切り替えや、きめ細やかな培養が可能となる。
【００２１】
稼働中の培養タンク中には前記石灰化細菌と前記栄養源と前記尿素を含む培養液があり、ここで石灰化細菌を培養して増殖する。培養液等の培養条件や培養方法は、例えば、特許文献１〜４に記載されている情報を参考にして定められる。
【００２２】
増殖した石灰化細菌を含む培養液はカルシウム源と混合され、地盤注入材となる。カルシウム源としては、消石灰、スラグ、セメント水和物、塩化カルシウムや水酸化カルシウムや酢酸カルシウムやカルシウムサッカロース等のカルシウム化合物などが挙げられる。
【００２３】
前記地盤注入材を用いるのが好適な施工現場としては、液状化対策が必要な地盤、止水が必要な地盤、強度増加が必要な軟弱地盤などが挙げられ、該地盤注入材による本発明の地盤改良工法を用いることにより、従来の注入工法に比べて装置が少なく、簡易に地盤改良を行うことができるといった効果が得られる。前記地盤注入材の注入は、従来の地盤注入技術を用いて行えばよく、特に限定されない。
【００２４】
本願の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の地盤改良工法であって、施工現場に、少なくとも石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンク（Ａ）と、前記地盤注入材を地盤に注入するための注入管（Ｅ）と、流量調整バルブを備えた送材系統（Ｆ）とが設けられている地盤改良装置を設置し、施工現場に搬入した少量の石灰化細菌を前記培養タンク（Ａ）の培養液中で栄養源、尿素とともに培養して増殖させ、増殖した石灰化細菌を含む培養液にカルシウム源を添加して地盤注入材を製造し、製造した地盤注入材を送材系統（Ｆ）により注入管に送って地盤に注入して地盤改良を行うことを特徴とする地盤改良工法である。
【００２５】
本発明の地盤改良工法では、施工現場に地盤改良装置を設置して施工するが、該地盤改良装置は、少なくとも石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンク（Ａ）と、前記地盤注入材を地盤に注入するための注入管（Ｅ）と、流量調整バルブを備えた送材系統（Ｆ）とを備えるものである。
【００２６】
施工現場に培養タンク（Ａ）を設置し、そこから、直接、注入管（Ｅ）を通じて活性の高い石灰化細菌を地盤に注入するので、効果的な地盤改良を行うことができる。
【００２７】
本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の地盤改良工法であって、施工現場に、石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンク（Ａ）と、カルシウム源を供給するためのカルシウム源タンク（Ｂ）と、増殖した石灰化細菌を含む前記培養タンクからの培養液と前記カルシウム源タンクからのカルシウム源とを混合し前記地盤注入材を製造する混合槽（Ｃ）と、製造した地盤注入材を供給するための供給タンク（Ｄ）と、前記地盤注入材を地盤に注入するための注入管（Ｅ）と、前記培養タンク及び前記カルシウム源タンクと前記混合槽、前記混合槽と前記供給タンク、前記供給タンクと前記注入管とを各々繋ぐ、流量調整バルブを備えた送材系統（Ｆ）とが設けられている地盤改良装置を設置し、施工現場に搬入した少量の石灰化細菌を前記培養タンク（Ａ）の培養液中で栄養源、尿素とともに培養して増殖させ、増殖した石灰化細菌を含む培養液とカルシウム源タンク（Ｂ）からのカルシウム源とを各々送材系統（Ｆ）により混合槽（Ｃ）に送ってここで地盤注入材を製造し、製造した地盤注入材を送材系統（Ｆ）により供給タンク（Ｄ）に送り、供給タンク（Ｄ）から送材系統（Ｆ）により地盤注入材を注入管（Ｅ）に送って地盤に注入して地盤改良を行うことを特徴とする地盤改良方法である。
【００２８】
上記本願の請求項３に係る発明は、上記本願の請求項２に記載の施工現場に設置される地盤改良装置と、それによる地盤注入材の地盤への注入システムを、より詳細に限定したものである。
【００２９】
[施工現場に設置される地盤改良装置]
本発明の地盤改良工法では、施工現場に、少なくとも石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンク（Ａ）と、前記地盤注入材を地盤に注入するための注入管（Ｅ）と、流量調整バルブを備えた送材系統（Ｆ）とを備えた地盤改良装置を設置して地盤改良を行う。
【００３０】
より好ましくは、石灰化細菌を増殖するための１つ以上の培養タンク（Ａ）と、カルシウム源を供給するためのカルシウム源タンク（Ｂ）と、増殖した石灰化細菌を含む前記培養タンクからの培養液と前記カルシウム源タンクからのカルシウム源とを混合し前記地盤注入材を製造する混合槽（Ｃ）と、製造した地盤注入材を供給するための供給タンク（Ｄ）と、前記地盤注入材を地盤に注入するための注入管（Ｅ）と、前記培養タンク及び前記カルシウム源タンクと前記混合槽、前記混合槽と前記供給タンク、前記供給タンクと前記注入管とを各々繋ぐ、流量調整バルブを備えた送材系統（Ｆ）とが設けられている地盤改良装置を設置する。
【００３１】
培養タンク（Ａ）は上記の通りである。カルシウム源タンク（Ｂ）は現場に搬入したカルシウム源を一時的に保管し地盤注入材を製造する際に供給するためのタンクであり必要に応じて設置される。タンクへの投入手段とタンクからの排出手段を備えたものが好ましい。従来の施工現場に設置される材料供給タンクが流用できる。
【００３２】
混合槽（Ｃ）は、地盤注入材の製造装置であり、この槽で増殖した石灰化細菌を含む前記培養液前記カルシウム源とが攪拌混合されて地盤注入材となる。混合槽（Ｃ）は、培養液を充分攪拌できれば公知の攪拌槽でよく特に限定されない。前記培養タンク（Ａ）が混合槽（Ｃ）を兼ねても良く、その場合は混合槽（Ｃ）は新たに必要としない。
【００３３】
供給タンク（Ｄ）は、地盤注入材を地盤に注入する際、注入速度、注入量等を調整するために一時的に地盤注入材を貯留するためのものであり、従来から地盤注入材で地盤改良する際に施工現場に設置される薬液タンクがそのまま流用できる。
【００３４】
また、小規模施工や施工現場の環境条件によっては、上記培養タンク（Ａ）が上記混合槽（Ｃ）と供給タンク（Ｄ）の両方を兼ねることもできる。その場合は、培養タンク（Ａ）が供給タンク（Ｄ）となる。
【００３５】
注入管（Ｅ）は、地盤改良材を地盤に注入するための複数の注入孔のある有孔管であり、地盤中の施工対象領域（注入領域）の深さに前記注入孔を配置することが可能な長さを有する。
【００３６】
管の先端は閉じており、前記注入孔は管の下方から先端にかけての側周面に設けられている。注入管（Ｅ）は、通常、施工現場の複数個所でほぼ同時に地盤改良材の注入ができるよう、一つの施工現場に複数個設置される。
【００３７】
また、注入管（Ｅ）は、特開２０１１−２１８２５１に示されるように、供給タンク（Ｄ）を一体化し、各注入管（Ｅ）の上部に小さな供給タンク（Ｄ）を備えたものとすることもできる。この場合は、供給タンク（Ｄ）から注入管（Ｅ）までの送材系統（Ｆ）は省略されるが、このように、送材系統（Ｆ）の一部を省略した場合も、本発明の範囲に含まれる。
【００３８】
送材系統（Ｆ）は、培養液、カルシウム源、地盤改良材を各々地盤改良装置における各設備に送るための各設備を繋ぐラインであり、送管、流量調整バルブを備え、必要に応じて、加圧ポンプ、流量計や圧力計等の計測機器も備える。
【００３９】
なお、微生物を好気条件下において培養する場合、エアレーションの機能を各タンク、配管、注入管接続部に設けておくことは好ましい。
【００４０】
[地盤改良装置による地盤注入材の地盤への注入システム]
本発明の地盤改良工法では、上記請求項３に記載の地盤改良装置を用いて、次のような工程で施工現場で地盤改良材を製造し、それを地盤に注入するのが好ましい。
【００４１】
すなわち、施工現場に搬入した少量の石灰化細菌を前記培養タンク（Ａ）の培養液中で栄養源、尿素とともに培養して増殖させ、増殖した石灰化細菌を含む培養液とカルシウム源タンク（Ｂ）からのカルシウム源とを各々送材系統（Ｆ）により混合槽（Ｃ）に送ってここで地盤注入材を製造し、製造した地盤注入材を送材系統（Ｆ）により供給タンク（Ｄ）に送り、供給タンク（Ｄ）から送材系統（Ｆ）により地盤注入材を注入管（Ｅ）に送って地盤に注入するのが好ましい。
【００４２】
施工現場に搬入する少量の石灰化細菌は図１に示す細菌培養の一般的増殖曲線における静止期のものである。これを前記培養液が貯留されている前記培養タンク（Ａ）に前記栄養源及び前記尿素とともに上述の割合で投入し、ゆっくり攪拌しながら培養して増殖させ、活性な石灰化細菌が多く含まれる培養液を得る。
【００４３】
次に、この培養液と前記カルシウム源タンク（Ｂ）からのカルシウム源とを上述の割合で各々前記送材系統（Ｆ）により前記混合槽（Ｃ）に送り、ここで両者を攪拌混合して地盤注入材を得る。
【００４４】
得られた地盤注入材を前記送材系統（Ｆ）により前記供給タンク（Ｄ）に送る。輸送は必要に応じて加圧ポンプ等により圧送し、前記送材系統（Ｆ）の途中に設けた流量調整バルブにより輸送速度や輸送量を調整する。
【００４５】
前記供給タンク（Ｄ）に貯留された地盤改良材は前記注入管（Ｅ）に送られ、該注入管の注入孔から地盤に注入される。
【００４６】
注入は、最初は供給タンク（Ｄ）における液面と地盤中の地下水面との水頭差による自然浸透とし、その後必要に応じて、従来法による加圧注入とするのが好ましい。
【００４７】
なお、上述の前記混合槽（Ｃ）から前記供給タンク（Ｄ）への地盤改良材への輸送は、該供給タンク（Ｄ）から地盤改良材が前記注入管（Ｅ）に送られ、該注入管の注入孔から地盤に注入されることにより該供給タンク（Ｄ）の液面レベルが下がるので、それに合せて地盤改良材の必要量を該供給タンク（Ｄ）に供給するという形で、地盤改良材の地盤への注入時に適宜行っても良い。
【００４８】
本願の請求項４に係る発明は、前記培養による石灰化細菌の増殖は、対数増殖期の後半から静止期の範囲に達するまで行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の地盤改良工法である。
【００４９】
細菌や微生物を培養する場合、一般的に、図１に示すような増殖曲線を描く。静止期培養の細胞を同じ組成の新鮮培地に移すと、増殖開始可能となる前に細胞の化学組成に変化が起る。この適応の時期が遅滞期である。次に細胞は対数的に増殖するが、この時期が対数増殖期である。しかし、細菌集団の増殖は普通の場合、利用可能な栄養源の消耗によるか、さもなければ有毒代謝物の蓄積によって制限され、増殖し続けることはない。増殖速度が低下し、ついには増殖停止する。このような時期が静止期である。非増殖状態に置かれた細菌細胞は、細胞内エネルギー貯蔵物の欠如等によりついには死滅し始め細菌集団における生細胞数は減少する。この時期が死滅期である。
【００５０】
石灰化細菌を地盤注入材として用いる場合、できるだけ数多くの細菌を生きた活性状態で用いるのが好ましいことは言うまでもない。具体的には、図１の増殖曲線において、対数増殖期の後半から静止期の範囲にある石灰化細菌である。したがって、本発明では、施工現場での石灰化細菌の培養による増殖は、該範囲に達するまで行うのが好ましい。
【００５１】
本願の請求項５に係る発明は、前記培養タンクは、前記培養液を加温できる加温手段を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地盤改良工法である。
【００５２】
石灰化細菌を培養し増殖させるには、本来、温湿度が管理された屋内の培養器で行うのが好ましい。施工現場は屋外であるため天候や気候の影響を直に受ける。石灰化細菌の培養では特に培養温度が重要であるため、施工現場で培養する場合でも、培養液の温度を２０〜３７℃にしておくのが好ましい。したがって、外気温が２０℃以下となる冬場等でも前記範囲の温度が保てるよう、培養タンクは、培養液を加温できる加温手段を備えたものであるのが好ましい。
【００５３】
加温手段としては、例えば、オイルヒーター、蛇管式ヒーター、投げ込み式ヒーター、シート式ヒーター、リボン式ヒーターが挙げられる。
【００５４】
なお、加温は、培養タンクだけでなく配管や注入管接続部に対しても行うことにより、加温効果を挙げることができる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明の石灰化細菌を用いた地盤改良工法では、石灰化細菌を施工現場で培養し増殖させて用いるので、石灰化細菌を高活性のピークにある最良の状態で使用でき、得られた高品質の地盤注入材を品質を低下させることなく直ぐに使用できる。
【００５６】
また、石灰化細菌を大量購入したり搬送途中での管理をしたりしないで済むことから施工コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】細菌培養の一般的増殖曲線を示す図である。
【図２】試験施工における本発明の地盤改良装置の設置概要を示す図である。
【図３】施工現場に設置した本発明の地盤改良装置の一例を示す概略正面図である。
【図４】集中コントロール装置による施工管理の一例を示す図であり、地盤注入材の注入量や注入圧力の管理システムを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００５９】
本発明の地盤改良工法は、培養液中で栄養源、尿素とともに培養して増殖させた石灰化細菌を含む培養液とカルシウム源とからなる地場改良材を対象地盤に注入し、尿素の分解により生成した炭酸イオンとカルシウム源からのカルシウムイオンを地盤中で反応させて炭酸カルシウムを形成させ、該炭酸カルシウムで地盤の空隙を充填することにより地盤改良を行うものである。
【００６０】
石灰化細菌による尿素の加水分解と、該加水分解により生成する炭酸イオンとカルシウム源（塩化カルシウム）からのカルシウムイオンとの反応による石灰化（炭酸カルシウムの形成）は次式で表すことができる。
【００６１】
（ＣＯ（ＮＨ2）2）＋３Ｈ2Ｏ→２ＮＨ4+＋２ＯＨ-＋ＣＯ2
ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ⇔Ｈ2ＣＯ3
Ｈ2ＣＯ3⇔ＨＣＯ3-＋Ｈ+
ＨＣＯ3-⇔ＣＯ32-＋Ｈ+
ＣａＣｌ2⇔Ｃａ2+＋２Ｃｌ-
Ｃａ2+＋ＣＯ32-→ＣａＣＯ3↓
【００６２】
図１は、細菌培養の一般的増殖曲線を示す図である。該増殖曲線については、前述の通りである。本発明では、施工現場で培養し増殖させた石灰化細菌は、図中の太線で示す対数増殖期の後半から静止期の範囲のものを用いるのが好ましい。この範囲のものを用いて地盤注入材を製造すれば、高品質の地盤注入材が得られる。
【００６３】
[地盤注入材]
本発明の地盤改良工法で用いられる地盤注入材は、施工現場で製造され、施工現場で培養し増殖された対数増殖期の後半から静止期の範囲にある石灰化細菌を含む培養液とカルシウム源とからなる。
【００６４】
１）石灰化細菌の培養による増殖
石灰化細菌の培養による増殖は、施工現場に設置された培養タンク中で、従来の培養方法の中から最適と思われるものを選択して行う。培養方法は石灰化細菌の種類等によって異なるので特に限定されるものではない。知られている培養方法を幾つかを示す。
【００６５】
（ａ）アンモニウムYE培養
アンモニウムYE培養は、Ｓ．パストゥリを、バッチ条件下で、滅菌前に４ＭのＮａＯＨでｐＨ９に調整し、２０ｇ／Ｌイーストエキストラクトおよび７５ｍＭの（ＮＨ4）2ＳＯ4上で、２８℃で培養する。
【００６６】
（ｂ）尿素YE培養
尿素YE培養は、バッチ条件下で、２０ｇ／Ｌイーストエキストラクトおよび７５ｍＭのＣＯ（ＮＨ2）2上で行う。培地のｐＨは、高圧滅菌後７．５程度になる。高圧滅菌条件下での化学的分解を予防するために、尿素を高圧滅菌後に０．２μｍフィルター滅菌によって加える。
【００６７】
（ｃ）酢酸YE培養
酢酸YE培養は、培地が１０ｇ／Ｌイーストエキストラクト、１００ｍＭのＮａＣＨ3ＣＯＯ、および７５ｍＭの（ＮＨ4）2ＳＯ4であること以外、アンモニウムYE培養と同様の条件で行う。
【００６８】
２）地盤注入材の製造
前記地盤注入材の製造は、例えば、後述の＜試験施工＞の欄に示すような形で、施工現場で行う。
【００６９】
[地盤改良装置及びそれによる地盤注入材の地盤への注入システム]
＜試験施工＞
図２は、試験施工における本発明の地盤改良装置２の設置概要を示す図である。図に示すように、施工現場１の地盤１０に注入孔が掘削され、注入管（Ｅ）、供給タンク（Ｄ）、流量調整バルブ３のある送材系統（供給管）（Ｆ）からなる地盤改良装置２が施工現場に設置されている。
【００７０】
供給タンク（Ｄ）はドラム缶（容量；２００リットル、直径；約０．６ｍ、高さ；約０．９ｍ）を改造したものであり、攪拌翼９が設けられている。ここでは、供給タンク（Ｄ）が混合槽（Ｃ）と培養タンク（Ａ）を兼ねている。また、注入管（Ｅ）には、注入領域４に地盤注入材１２が浸透するような形態で注入孔８が設けられている。
【００７１】
地盤注入材１２の製造は、次のようにして行った。まず、培養液中での石灰化細菌の培養・増殖を行ったが、該培養・増殖は、培養タンク（Ａ）内に、栄養源として無菌水１リットル当たり、ヘプトン１ｇ、ブドウ糖１ｇ、塩化ナトリウム５ｇ、リン酸水素二ナトリウム１．２ｇ、リン酸二水素カリウム０．８ｇを添加したものを１００リットル入れ、攪拌翼９で攪拌後、更に、４０％尿素溶液５ｍｌ／リットルと、石灰化細菌としてＳ．パストゥリ１ｇ／リットルを添加して４８時間攪拌して行った。なお、培養・増殖は２５〜３５℃の範囲で温度調整して行った。
【００７２】
その後、更に、上記培養液に上記栄養源と尿素溶液を上記割合で合せて１００リットル添加し、カルシウム源として酢酸カルシウム２ｋｇを添加して攪拌し、地盤注入材１２を得た。
【００７３】
得られた地盤注入材１２を供給タンク（Ｄ）から送材系統（供給管）（Ｆ）を通じて注入管（Ｅ）に送り、地盤中の地下水位６と供給タンク（Ｄ）の液面５との水頭差により注入管（Ｅ）の注入孔８から注入し注入領域４に自然浸透させた。注入速度は流量調整バルブ３により調整した。
【００７４】
一週間後、対象地盤（注入領域４）を掘削したところ直径８０ｃｍ程度の固結地盤が得られ、注入領域４が直径８０ｃｍ程度であることがわかった。また、この固結地盤のコアサンプリングを行い一軸圧縮強度を測定したところ、地盤注入材１２を注入前は３２ｋＮ／ｍ2であったのに対し、注入後は５８ｋＮ／ｍ2まで向上していることがわかった。
【００７５】
＜地盤改良装置の設置例＞
図３は、施工現場に設置した本発明の地盤改良装置の一例を示す概略正面図である。紙面の都合上、また地盤改良装置の構造を理解し易くするため、寸法は実体とはかなり異なる形で記載している。
【００７６】
施工現場１に設置される地盤改良装置２については、この場合は、攪拌翼９のある培養タンクは（Ａ1）と（Ａ2）の２つが設置され、培養タンク（Ａ2）は混合槽（Ｃ）を兼ねている。また、培養タンク（Ａ1）と培養タンク（Ａ2）の周囲には、タンクを加温し保温する加温手段１１が設けられており、培養温度が２５〜３５℃になるようになっている。注入管（Ｅ）は、注入孔８を有する有孔管であり、上部に供給タンク（Ｄ）を備えている。
【００７７】
注入管（Ｅ）は、地盤１０中の注入領域４より深く、かつ、注入孔８が注入領域４に配されるようにして垂直に埋設されている。
【００７８】
培養タンク（Ａ1）で培養・増殖された石灰化細菌を含む培養液は培養タンク（Ａ2）に送られ、更に培養されるとともに培養液の調整（量やｐＨ等）がなされ、施工スケジュールに合せてカルシウム源タンク（Ｂ）からカルシウム源が培養タンク（Ａ2）に送られ、これらが培養タンク（Ａ2）で混合されて地盤注入材１２が製造される。
【００７９】
その後、地盤注入材１２は培養タンク（Ａ2）から供給タンク（Ｄ）に送られ、供給タンク（Ｄ）の下方にある注入管（Ｅ）の注入孔８から注入領域４に注入される。注入は、少なくとも最初は、液面５と地下水位６との水頭差による自然浸透で行う。各材の輸送・供給は、送材系統（Ｆ）により行われ、量や速度の調整は流量調整バルブ３により行われる。
【００８０】
図４は、集中コントロール装置による施工管理の一例を示す図であり、地盤注入材の注入量や注入圧力の管理システムを示す正面図である。
【００８１】
地盤注入材１２の供給タンク（Ｄ）から複数の注入管（Ｅ）に至る送材系統（Ｆ）には、流量調整バルブ３、流量計１３、圧力計１４が設けられており、集中コントロール装置（Ｇ）からの無線制御により制御できるようになっている。
【００８２】
本発明の地盤改良工法において、集中コントロール装置（Ｇ）は必ず施工現場にしなければならないというものではないが、石灰化細菌の培養速度、地盤改良材の製造、地盤改良材の地盤への注入量や注入圧力を制御するうえで設置しておくのが好ましい。無線により施工現場外から行っても良い。
【００８３】
集中コントロール装置（Ｇ）と該装置による地盤注入材１２の注入量や注入圧力の制御は公知の装置や方法を用いれば良く、例えば、特開２０１１−１５３４０１や特開２０１１−７４５９１等に記載される集中管理装置とそれによる制御と同様である。
【符号の説明】
【００８４】
Ａ1〜Ａ3…培養タンク、Ｂ…カルシウム源タンク、Ｃ…混合槽、Ｄ…供給タンク、Ｅ…注入管、Ｆ…送材系統、Ｇ…集中コントロール装置
１…施工現場、２…地盤改良装置、３…流量調整バルブ、４…注入領域、５…液面、
６…地下水位、７…地面、８…注入孔、９…攪拌翼、１０…地盤、１１…加温手段、
１２…地盤注入材、１３…流量計、１４…圧力計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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