(57)【要約】【課題】複雑な設備を用いることなく、地盤中に空気を注入している際に、地盤の不飽和化が確実に進行していることを把握しながら施工できる地盤中への空気注入方法を提供する。【解決手段】砂質地盤中に設置した空気注入管２の空気注入孔３での空気ａの注入圧力ｐおよび注入流量ｑを、空気供給管４に設置した圧力計５および流量計６を用いて逐次取得し、取得した注入圧力ｐが予め設定した範囲内で一定になるように、圧力供給管４に設置された圧力調整弁９ａを制御して、その一定の注入圧力下で注入流量ｑを増加させて空気ａを地盤中に注入することにより砂質地盤を不飽和化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂質地盤中に設置した空気注入管を通じて空気を注入することにより、砂質地盤を不飽和化する地盤中への空気注入方法において、
前記空気注入管に形成された空気注入孔での空気の注入圧力ｐおよび注入流量ｑを逐次取得し、取得した注入圧力ｐを予め設定した範囲内で一定になるように制御して、その一定の注入圧力下で注入流量ｑを増加させて空気を注入することを特徴とする地盤中への空気注入方法。
【請求項２】
前記空気注入管に接続されて地盤上に延設される空気供給管に、圧力計および流量計を設置し、前記圧力計による測定圧力と、予め把握している空気流路での圧力損失とに基づいて前記注入圧力ｐを取得し、前記流量計による測定流量と、予め把握している前記空気供給管の空気流路の断面積および前記空気注入孔の開口面積と、予め把握している空気の圧力と圧縮率とに基づいて前記注入流量ｑを取得する請求項１に記載の地盤中への空気注入方法。
【請求項３】
前記注入圧力ｐの予め設定した範囲の上限ｐｍを、前記空気注入孔の位置での静水圧ｕおよび有効土被り圧σとした場合、ｐｍ＝ｕ＋０．５σに設定する請求項１または２に記載の地盤中への空気注入方法。
【請求項４】
砂質地盤中に設置される空気注入管と、この空気注入管に空気を供給する空気供給源を備えた地盤中への空気注入システムにおいて、
前記空気注入管に形成された空気注入孔での空気の注入圧力ｐを逐次取得する圧力取得手段および注入流量ｑを逐次取得する流量取得手段と、注入する空気の圧力を調整する圧力調整弁とを備え、前記圧力取得手段および流量取得手段による取得データに基づいて、前記圧力調整弁により、前記注入圧力ｐを予め設定した範囲内で一定になるように制御して、その一定の注入圧力下で前記注入流量ｑを増加させて空気を注入することを特徴とする地盤中への空気注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤中への空気注入方法および空気注入システムに関し、さらに詳しくは、複雑な設備を用いることなく、地盤中に空気を注入している際に、地盤の不飽和化が確実に進行していることを把握しながら施工することができる地盤中への空気注入方法および空気注入システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水で飽和した砂質地盤の液状化を防止するために、砂質地盤中に気泡を混入させた水を注入したり、空気を直接注入することにより、水で飽和した砂質地盤中に多数の気泡を混在させて砂質地盤の飽和度を低下させる工事が提案されている。この際に、空気を注入した砂質地盤の比抵抗に基づいて地盤の飽和度を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の発明では、地盤中に注入した空気による不飽和化の程度を把握するために、空気注入管を埋設した周辺地盤に間隔をあけて削孔し、比抵抗トモグラフィ計測装置を構成する複数の電極や比誘電率計測装置を構成する複数のプローブを設置する。このように、地盤の不飽和化の程度を把握するには複雑な設備が必要になる。また、地盤中に空気を注入している際に、即座に不飽和化が確実に進行しているか否かを把握することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２１０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、複雑な設備を用いることなく、地盤中に空気を注入している際に、地盤の不飽和化が確実に進行していることを把握しながら施工することができる地盤中への空気注入方法および空気注入システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明の地盤への空気注入方法は、砂質地盤中に設置した空気注入管を通じて空気を注入することにより、砂質地盤を不飽和化する地盤中への空気注入方法において、前記空気注入管に形成された空気注入孔での空気の注入圧力ｐおよび注入流量ｑを逐次取得し、取得した注入圧力ｐを予め設定した範囲内で一定になるように制御して、その一定の注入圧力下で注入流量ｑを増加させて空気を注入することを特徴とする。
【０００７】
本発明の地盤への空気注入システムは、砂質地盤中に設置される空気注入管と、この空気注入管に空気を供給する空気供給源を備えた地盤中への空気注入システムにおいて、前記空気注入管に形成された空気注入孔での空気の注入圧力ｐを逐次取得する圧力取得手段および注入流量ｑを逐次取得する流量取得手段と、注入する空気の圧力を調整する圧力調整弁とを備え、前記圧力取得手段および流量取得手段による取得データに基づいて、前記圧力調整弁により、前記注入圧力ｐを予め設定した範囲内で一定になるように制御して、その一定の注入圧力下で前記注入流量ｑを増加させて空気を注入することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、空気注入管に形成された空気注入孔での空気の注入圧力ｐおよび注入流量ｑを逐次取得し、取得した注入圧力ｐを予め設定した範囲内で一定になるように制御して空気を注入するので、複雑な装置を設置する必要がなく、設備を簡素にできる。そして、空気注入孔における注入圧力を一定にした条件下で注入流量ｑを増加させて空気を注入することにより、地盤中に空気を注入している際に、確実に地盤の不飽和化が進行していることを把握しながら施工ができる。
【０００９】
ここで、前記空気注入管に接続されて地盤上に延設される空気供給管に、圧力計および流量計を設置し、前記圧力計による測定圧力と、予め把握している空気流路での圧力損失とに基づいて前記注入圧力ｐを取得し、前記流量計による測定流量と、予め把握している前記空気供給管の空気流路の断面積および前記空気注入孔の開口面積と、予め把握している空気の圧力と圧縮率とに基づいて前記注入流量ｑを取得することもできる。これにより、設備を益々簡素にすることができる。前記注入圧力ｐの予め設定した範囲の上限ｐｍを、例えば、前記空気注入孔の位置での静水圧ｕおよび有効土被り圧σとした場合、ｐｍ＝ｕ＋０．５σに設定する。これにより、地盤に割裂破壊を生じさせずに意図した範囲を不飽和化するには有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の空気注入システムを用いて地盤中に空気を注入している状態を例示する説明図である。
【図２】空気の注入圧力および注入流量の履歴を例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の地盤中への空気注入方法および空気注入システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
本発明は、軟弱な砂質地盤に対する液状化防止工事として、地盤中に空気を注入することにより対象地盤を不飽和化する。そこで、図１に例示する本発明の空気注入システム１を用いて地盤中に空気ａを注入する。この空気注入システム１は、長孔Ｈに挿入されて砂質地盤中に埋設される空気注入管２と、空気注入管２に空気を供給する空気供給源となるコンプレッサ９を備えている。空気注入管２の先端部の周壁には、複数の空気注入孔３が形成されている。空気注入管２の後端部には、コンプレッサ９につながれた空気供給管４が接続されている。
【００１３】
さらに、空気注入孔３での空気ａの注入圧力ｐを逐次取得する圧力取得手段および注入流量ｑを逐次取得する流量取得手段と、注入する空気ａの圧力を調整する圧力調整弁９ａとを備えている。この実施形態では、地盤上に延設される空気供給管４に、圧力計５および流量計６が設置されていて、これらの取得データが入力される制御装置７が設けられている。この圧力計５および制御装置７が圧力取得手段を構成し、流量計６および制御装置７が流量取得手段を構成している。制御装置７としてはパーソナルコンピュータ等が用いられる。制御装置７に接続されたモニタ１０には、注入圧力ｐおよび注入流量ｑが逐次表示される。
【００１４】
そして、圧力取得手段および流量取得手段による取得データに基づいて、圧力調整弁９ａを弁操作することにより、注入圧力ｐを予め設定した範囲内で一定になるように制御して、一定に制御した注入圧力ｐ下で注入流量ｑを増加させて地盤中に空気ａを注入する。
【００１５】
この実施形態では、圧力計５による測定圧力と、予め把握している空気流路（空気注入管２および空気供給管４）での圧力損失とに基づいて空気注入孔３での注入圧力ｐが逐次取得される。また、流量計６による測定流量と、予め把握している空気流路（空気供給管４）の断面積および空気注入孔３の開口面積と、予め把握している空気ａの圧力と圧縮率とに基づいて空気注入孔３での注入流量ｑが逐次取得される構成になっている。尚、注入流量ｑについては、温度と水蒸気圧の影響による補正を行なうとより好ましい。
【００１６】
空気注入管２が挿入された長孔Ｈには、下から順に、硅砂８ａ、ＢＰ（ベントナイトペレット）８ｂ、超微粒子セメント８ｃまたはセメントベントナイトが充填される。各々の充填材料は、各々と同等もしくは、それ以上の優れた機能（性能）を有する材料であれば用いることができる。硅砂８ａは、空気注入孔３に対応する位置に充填され、硅砂８ａの上に充填されるＢＰ８ｂはシール材として機能する。超微粒子セメント８ｃは地表近傍まで充填される。
【００１７】
コンプレッサ９から空気供給管４を通じて空気注入管２に供給した空気ａを、空気注入孔３から地盤に注入する。これにより、水で飽和した砂質地盤中に多数の気泡を混在させて地盤の飽和度を低下させる。その際の注入圧力ｐおよび注入流量ｑの履歴を図２に例示する。
【００１８】
空気ａを注入開始直後の調整過程（過程１）では、注入圧力ｐと注入流量ｑとは比例関係にある。そして、調整過程以降（過程２）では、注入圧力ｐと注入流量ｑとの関係が変化して、注入圧力ｐは略一定圧力になっているが注入流量ｑは増加している。したがって、過程２では地盤の透気性が向上したことを示している。
【００１９】
そして、多くの地盤条件のうち、飽和度のみを低下させると透気性が向上することが知られている。ここで、空気注入施工では、地盤構造などの条件を変化させることなく施工が行なえるので、透気性が向上している図２に示す関係は、空気ａの注入に伴って不飽和化が徐々に進行していることを示していることになる。
【００２０】
したがって、注入圧力ｐを予め設定した範囲内で一定になるように制御して、その一定の注入圧力下で注入流量ｑを増加させて空気を注入することにより、地盤中に空気ａを注入している際に、即座に、確実に地盤の不飽和化が進行していることを把握しながら施工ができる。具体的には、モニタ１０に表示された注入圧力ｐおよび注入流量ｑを確認しながら、圧力調整弁９ａの弁操作（弁の開閉具合）をして、注入圧力ｐを予め設定した範囲内で一定にしつつ、注入流量ｑを増加させる。尚、圧力調整弁９ａの弁操作は手動に限らず、制御装置７により行なうこともできる。
【００２１】
ここで、重要なのは、空気流路（空気注入管２や空気供給管４）における空気の圧力ではなく、空気注入孔３における注入圧力ｐを所定の範囲内で一定に制御することである。種々の実験では、空気流路（空気注入管２や空気供給管４）での空気の圧力を所定の範囲内で一定に制御するのではなく、実際に空気ａを地盤中に注入する空気注入孔３での注入圧力ｐを一定に制御しなければ、地盤の不飽和化を確実に進行させることが難しかった。
【００２２】
また、本発明は複雑な装置が不要なので設備が簡素化できる。不飽和化の程度は、例えば、空気注入管２から所定の間隔をあけて施工現場の地盤に電極を埋設して、これら電極によって地盤の比抵抗を測定し、この比抵抗の値に基づいて把握することもできる。このようなシステムと、本発明とを併用する場合であっても、本発明の設備は簡素なので、施工現場が雑然とした状態になることを回避できる。
【００２３】
沿岸域の水位変動が大きい施工現場では、空気ａを注入する場所の近傍に井戸を掘って、井戸内に設置した水位計等によって水位を計測する。そして、計測した水位データから空気注入孔３の位置での静水圧を算出して注入圧力ｐを一定に制御する。
【００２４】
注入する空気ａによって地盤に割裂破壊を生じさせずに、意図した範囲を不飽和化するには、注入圧力ｐの予め設定した範囲の上限ｐｍは、例えば、空気注入孔３の位置での静水圧ｕおよび有効土被り圧σとした場合、ｐｍ＝ｕ＋０．５σに設定することが好ましい。注入圧力ｐの下限ｐｎは例えば、ｐｎ＝ｕ＋０．２σ程度である。即ち、注入圧力ｐは、ｕ＋０．２σ以上ｕ＋０．５σ以下の範囲内の一定圧力に制御する。
【００２５】
空気ａの注入は、例えば、ある１本の空気注入管２を通じて、空気ａを地盤中に注入して所定範囲を不飽和化した後、別の地点に設置された１本の空気注入管２を通じて空気ａを地盤中に注入して所定範囲を不飽和化する。このように順次、別の地点に設置された空気注入管２を通じて空気ａを地盤に注入することにより、必要な範囲を不飽和化する。
【００２６】
上記した実施形態とは異なり、空気注入孔３の近傍に圧力計５および流量計６を設けて、注入圧力ｐおよび注入流量ｑを直接的に逐次取得することもできる。ただし、この実施形態のように地盤上に延設される空気供給管４に、圧力計５および流量計６を設置して、注入圧力ｐおよび注入流量ｑを間接的に取得する構成にすると、設備をより簡素化でき、施工現場の雑然化を回避するには一段と有利になる。
【符号の説明】
【００２７】
１  空気注入システム
２  空気注入管
３  空気注入孔
４  空気供給管
５  圧力計
６  流量計
７  制御装置
８ａ  硅砂
８ｂ  ベントナイトペレット
８ｃ  セメントベントナイト
９  コンプレッサ（空気供給源）
９ａ  圧力調整弁
１０  モニタ
Ｈ  長孔
ａ  空気
【図１】
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【図２】
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