(57)【要約】      （修正有）【課題】凍結工法を用いて、地上構造物の支持地盤の液状化層のみを効率良く地盤改良することができる液状化対策方法を提供する。【解決手段】地上から削孔ロッドを発進させて、盛土３の支持地盤１の液状化層５に向けて曲がりボーリング孔１１を削孔した後、液状化層５内を略水平方向に通過するように、曲がりボーリング孔１１をさらに削孔する。そして、液状化層５内の曲がりボーリング孔１１に凍結管１３を配置する。また、凍結管１３の群の間を通るように、曲がりボーリング孔１１に沿った方向に第１の測温管１９ａを、鉛直方向に第２の測温管１９ｂを設置する。その後、測温管１９を用いて地中温度を計測しつつ、凍結管１３に凍結冷媒を循環させて凍結梁を形成する。凍結梁の完成後は、測温管１９による温度計測結果に基づいて凍結管１３の運転を制御して、凍結梁を維持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上から削孔ロッドを発進させて、地上構造物の支持地盤の液状化層に向けて曲がりボーリング孔を削孔する工程ａと、
前記液状化層内を略水平方向に通過するように曲がりボーリング孔をさらに削孔する工程ｂと、
前記液状化層内の前記曲がりボーリング孔に凍結管を配置して、前記凍結管に凍結冷媒を循環させて凍結梁を形成する工程ｃと、
を具備し、
前記工程ａおよび前記工程ｂを、前記液状化層内において前記曲がりボーリング孔が所定の間隔で削孔されるように繰り返すことを特徴とする液状化対策方法。
【請求項２】
前記地上構造物は、盛土、鉄道盛土、道路盛土、堤防、護岸、高架橋のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の液状化対策方法。
【請求項３】
前記凍結管の群の間を通るように、前記曲がりボーリング孔に沿った方向に第１の測温管を設置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液状化対策方法。
【請求項４】
前記凍結管の群の間を通るように、鉛直方向に第２の測温管を設置することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液状化対策方法。
【請求項５】
前記凍結梁の完成後に、前記第１の測温管または／および前記第２の測温管による温度計測結果に基づいて、前記凍結管の運転を制御することを特徴とする請求項３または請求項４記載の液状化対策方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状化対策方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤の液状化対策として、パワーブレンダー工法、鉛直ボーリングによる高圧噴射工法や薬液注入工法などによって地盤改良をする方法が用いられてきた。また、既設構造物下方の地盤の補強方法として、既設構造物下方の地盤に対して、地盤内をほぼ水平にボーリングしながらボーリング孔の周囲に地盤改良部分を造成し、地盤改良部分を鉛直断面で見て補強対象となる地盤を取り囲むように設ける方法が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７１４３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、従来では考えられない深度、粒径の地盤に対しても液状化対策が求められている。しかしながら、パワーブレンダー工法は、大深度の地盤には適用できなかった。また、鉛直ボーリングによる高圧噴射工法や薬液注入工法は、多くの本数を施工する必要があることに加え、非液状化層が間にあると無駄が多く、経済的でなかった。さらに、薬液注入工法では、液状化層中に粘性土層が介在する場合や互層が存在する場合、薬液が行き届かないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、凍結工法を用いて、地上構造物の支持地盤の液状化層のみを効率良く地盤改良することができる液状化対策方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために本発明は、地上から削孔ロッドを発進させて、地上構造物の支持地盤の液状化層に向けて曲がりボーリング孔を削孔する工程ａと、前記液状化層内を略水平方向に通過するように曲がりボーリング孔をさらに削孔する工程ｂと、前記液状化層内の前記曲がりボーリング孔に凍結管を配置して、前記凍結管に凍結冷媒を循環させて凍結梁を形成する工程ｃと、を具備し、前記工程ａおよび前記工程ｂを、前記液状化層内において前記曲がりボーリング孔が所定の間隔で削孔されるように繰り返すことを特徴とする液状化対策方法である。
【０００７】
本発明では、地上から液状化層に到達して液状化層内を略水平方向に通過するように曲がりボーリング孔を削孔し、液状化層内の曲がりボーリング孔に凍結管を配置することにより、液状化層のみに凍結梁を形成することができる。凍結工法を用いれば、薬液注入工法を適用しにくい粘性土層や互層が存在する場合にも、確実に地盤改良を行うことができる。また、凍結梁を仮設で使用し、不要となった時に融解させることにより、元の地盤に容易に戻すことができるため、期間限定での液状化対策にも適用が可能である。
【０００８】
前記地上構造物は、例えば、盛土、鉄道盛土、道路盛土、堤防、護岸、高架橋のいずれかである。
地上構造物が、上述したような線状構造物である場合、線状構造物の延長方向に沿ってボーリング孔を削孔することにより、効率良く凍結梁を形成できる。
【０００９】
前記凍結管の群の間を通るように、前記曲がりボーリング孔に沿った方向に第１の測温管を設置することが望ましい。
また、前記凍結管の群の間を通るように、鉛直方向に第２の測温管を設置してもよい。
第１の測温管または／および第２の測温管を設置して地盤の温度を測定すれば、工程ｃにおいて、液状化層の凍結状況を適切に把握することができる。
【００１０】
第１の測温管または／および第２の測温管を設置する場合、前記凍結梁の完成後に、前記第１の測温管または／および前記第２の測温管による温度計測結果に基づいて、前記凍結管の運転を制御することが望ましい。
前記第１の測温管または／および前記第２の測温管による温度計測結果に基づいて、前記凍結管の運転を制御すれば、凍結梁の融解や凍上を防ぐことができ、凍結膨張によって構造物に影響が生じる可能性を低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、凍結工法を用いて、地上構造物の支持地盤の液状化層のみを効率良く地盤改良することができる液状化対策方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】曲がりボーリング孔１１を削孔する工程を示す図
【図２】曲がりボーリング孔１１に凍結管１３を配置する工程を示す図
【図３】凍結梁２３を形成する工程を示す図
【図４】地中温度の変化を示す図
【図５】盛土３の両側部の凍結管１３のみに凍結冷媒２１を循環させる例を示す図
【図６】ヒートパイプを併用して凍結梁２３を維持する例を示す図
【図７】液状化層５の一部を凍結させた例を示す図
【図８】液状化層５に格子状凍結梁３９を形成した例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、曲がりボーリング孔１１を削孔する工程を示す図である。図１（ａ）は、地上から液状化層５に向けて曲がりボーリング孔１１を削孔する工程を示す図である。図１（ｂ）、図１（ｃ）は、液状化層５に曲がりボーリング孔１１を削孔する工程を示す図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す矢印Ａ−Ａによる断面図である。
【００１４】
図１に示すように、地盤１上には、地上構造物である盛土３が設置されている。盛土３の支持地盤には、液状化層５が存在する。地盤１中の液状化層５の位置は、ボーリング調査によってあらかじめ把握しておく。盛土３の延長線上の地盤１上には、削孔ロッド９を駆動するためのボーリングマシン７が配置される。
【００１５】
図１（ａ）に示す工程では、ボーリングマシン７を用いて、地上から削孔ロッド９を発進させて、盛土３の支持地盤である地盤１の液状化層５に向けて曲がりボーリング孔１１を削孔する。
【００１６】
図１（ｂ）に示す工程では、液状化層５内を略水平方向に通過するように、曲がりボーリング孔１１をさらに削孔する。曲がりボーリング孔１１は、盛土３の延長方向に削孔される。曲がりボーリング孔１１は、盛土３の下方の液状化層５内に設定された凍結管設置範囲１５を通過するように削孔される。
【００１７】
図１に示す工程では、図１（ａ）に示す工程と図１（ｂ）に示す工程とを繰り返して、図１（ｃ）に示すように、液状化層５内に曲がりボーリング孔１１を所定の間隔１７で削孔する。
【００１８】
なお、図１（ｃ）では、曲がりボーリング孔１１が一定の間隔１７で削孔された例を示しているが、削孔の間隔１７は一定に限らない。曲がりボーリング孔１１の削孔間隔は、例えば、凍りにくいと想定される部位を密とするなど、液状化層５の条件によって適切に設定される。
【００１９】
また、図１（ｃ）では、水平方向に間隔１７をおいて曲がりボーリング孔１１を１段に削孔した例を示しているが、曲がりボーリング孔１１の削孔段数は１段に限らない。例えば、液状化層５が厚い場合は、曲がりボーリング孔１１を鉛直方向に間隔をおいて削孔し、図１（ｃ）に示すような曲がりボーリング孔１１の群を上下２段以上に配置してもよい。
【００２０】
図２は、曲がりボーリング孔１１に凍結管１３を配置する工程を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す矢印Ｂ−Ｂによる断面図である。図２に示す工程では、図２（ａ）に示すように、液状化層５内の曲がりボーリング孔１１に凍結管１３を配置する。凍結管１３は、凍結管設置範囲１５に設置される。
【００２１】
そして、図２（ｂ）に示すように、凍結管１３の群の間を通るように、曲がりボーリング孔１１に沿った方向、すなわち水平方向に第１の測温管１９ａを設置する。また、凍結管１３の群の間を通るように、鉛直方向に第２の測温管１９ｂを設置する。測温管１９（以下、測温管１９ａ、１９ｂを総称して測温管１９とする）には、光ファイバセンサ等の測温計が配置される。
【００２２】
なお、図２（ｂ）では、測温管１９を、凍結管１３の群の中央付近に設置した例を示したが、測温管１９の設置位置はこれに限らない。
【００２３】
図３は、凍結梁２３を形成する工程を示す図である。図４は、地中温度の変化を示す図である。図４の縦軸は測温管１９の位置での地中温度、横軸は時間である。
【００２４】
図３に示す工程では、凍結冷媒２１を供給、回収するための図示しない送り用ヘッダー管、戻り用ヘッダー管等を用いて、凍結管１３に凍結冷媒２１を循環させる。図３に示す工程では、全ての凍結管１３に凍結冷媒２１を循環させて、液状化層５と略同等の厚さの凍結梁２３を形成する。
【００２５】
図３に示す工程では、測温管１９ａ、測温管１９ｂに配置した図示しない測温計を用いて、例えば１ｍ毎に設定された測温箇所で地盤１の地中温度を測定する。そして、特定の深度の地中温度または全深度の平均地中温度を用いて、凍結梁２３の凍結状態を判断する。
【００２６】
図４に示す例では、例えば、−５℃を凍結冷媒２１の循環停止の基準となる管理値としている。これは、低温下では凍土の造成が促され、液状化層５だけではなく近傍の粘土層が凍って凍上のリスクが高まるためである。また、−０．５℃を凍結冷媒２１の再循環開始の基準となる管理値としている。これは、凍土温度が０℃近くまで上昇しても融解しない限り強度が保たれることが、実験により確認されているためである。
【００２７】
図３に示す工程で、通常運転として全ての凍結管１３への凍結冷媒２１の循環を開始すると、図４の実線３１に示すように、時間の経過とともに測温管１９の位置での地中温度が低下する。通常運転の開始後、測温管１９で計測した所定の位置での地中温度が−５℃を下回ったら、凍結梁２３の形成が完了したと判断し、通常運転実施期間２５を終了する。
【００２８】
図４に示すように、凍結梁２３の形成が完了し、通常運転実施期間２５を終了した後は、凍結梁２３を必要以上に成長させず且つ融解させないように、凍結管１３への凍結冷媒２１の循環と停止を繰り返す間欠運転実施期間２７に移行する。測温管１９を用いた地中温度の測定は、間欠運転実施期間２７にも継続される。
【００２９】
間欠運転実施期間２７には、測温管１９による地中温度の計測結果に基づいて、凍結管１３の運転を制御する。例えば、測温管１９で計測した地中温度が循環停止の基準となる管理値である−５℃以下となると、凍結管１３への凍結冷媒の循環を停止する。また、測温管１９で計測した地中温度が再循環開始の基準となる管理値である−０．５℃を上回ると、凍結管１３への凍結冷媒の循環を再開する。
【００３０】
間欠運転実施期間２７中は、凍結冷媒の停止期間２７ａと運転期間２７ｂとを繰り返すことにより、地中温度を適切な範囲に保ち、凍結梁２３の融解や過大生成を防止し、凍結梁２３の厚さを適度に維持する。なお、停止期間２７ａと運転期間２７ｂとの繰り返しの回数は、２回に限らない。
【００３１】
凍結梁２３が仮設である場合には、凍結梁２３が不要となる前後の適切な時期に間欠運転実施期間２７を終了し、自然融解期間２９に移行する。自然融解期間２９には、凍結管１３への凍結冷媒２１の循環を終了する。凍結冷媒２１の循環を終了すると、凍結梁２３は徐々に融解し、地盤１が元の状態に戻る。
【００３２】
このように、本実施の形態によれば、地上から液状化層５に到達して液状化層５内を略水平方向に通過するように曲がりボーリング孔１１を削孔し、液状化層５内の曲がりボーリング孔１１に凍結管１３を配置することにより、液状化層５のみに凍結梁２３を形成することができる。凍結工法を用いれば、薬液注入工法を適用しにくい粘性土層や互層が存在する場合にも、確実に地盤改良を行うことができる。
【００３３】
本実施の形態では、線状構造物である盛土３の延長方向に沿って曲がりボーリング孔１１を削孔することにより、無駄な地盤改良箇所が生じることがないように、効率良く凍結梁２３を形成できる。
【００３４】
本実施の形態では、凍結管１３の群の間を通るように、曲がりボーリング孔１１に沿った方向に第１の測温管１９ａを設置し、鉛直方向に第２の測温管１９ｂを設置して地中温度を測定することにより、凍結梁２３を形成する際に液状化層５の凍結状況を適切に把握することができる。また、凍結梁２３の完成後、第１の測温管１９ａ、第２の測温管１９ｂによる温度計測結果に基づいて凍結管１３の運転を制御すれば、凍結梁２３の融解や凍上を防ぐことができ、凍結膨張によって盛土３等の地上構造物に影響が生じる可能性を低減できる。
【００３５】
本実施の形態では、図４に示す間欠運転実施期間２７に凍結梁２３を仮設で使用し、その後自然融解期間２９に移行して凍結梁２３を融解させることにより、地盤１を元の状態に容易に戻すことができる。凍結梁２３は、期間限定での液状化対策にも適用が可能である。
【００３６】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。以降の例では、上述した実施の形態と異なる点について説明し、同様の点については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。
【００３７】
本実施の形態では、測温管１９による温度計測結果に基づいて凍結管１３の運転を制御する際に、全ての凍結管１３への凍結冷媒２１の循環と停止との切り替えを一斉に行う間欠運転を行ったが、制御方法はこれに限らない。
【００３８】
図５は、盛土３の両側部の凍結管１３のみに凍結冷媒２１を循環させる例を示す図である。図５に示す例では、凍結梁２３が完成した後、盛土３の両側部の凍結管１３のみに凍結冷媒２１を循環させて、その他の凍結管１３への凍結冷媒２１の循環を終了する間引き運転を行う。凍結梁２３が完成された状態では、未形成の状態よりも液状化層５内での冷熱の伝わりが良くなるので、盛土３の両側部の凍結管１３のみに凍結冷媒２１を循環すれば、凍結梁２３の全体を維持することができる。
【００３９】
図６は、ヒートパイプを併用して凍結梁２３を維持する例を示す図である。図６（ａ）は、鉛直方向にヒートパイプ３３を設置する例を示す図である。図６（ａ）に示す図では、ヒートパイプ３３を鉛直方向に設置する。図８（ａ）に示す例では、夏季には凍結管１３の間欠運転（図４）や間引き運転（図５）によって凍結梁２３を維持し、冬季の零下環境ではヒートパイプ３３で地盤１中の熱を放出する。
【００４０】
図６（ｂ）は、水平方向にヒートパイプ３５を設置する例を示す図である。図６（ｂ）に示す例では、液状化層５内にヒートパイプ３５を水平に設置する。ヒートパイプ３５の両端は、地上に設置したチャンバ３７に接続される。図８（ｂ）に示す例では、夏季には凍結管１３の間欠運転（図４）や間引き運転（図５）によって凍結梁２３を維持し、冬季の零下環境ではチャンバ３７内の冷熱をヒートパイプ３５に供給する。
【００４１】
図６に示す例では、凍結管１３とヒートパイプを併用したが、ヒートパイプを用いず、地盤１中にパイプを設置して冬季にパイプ中に冷水や液体窒素を注入してもよい。夏季には凍結管１３の間欠運転（図４）や間引き運転（図５）を行い、冬季には凍結冷媒２１を循環させるための機器類の使用を全面的に停止して上述したような手段を用いることにより、少ない電力で凍結梁２３を維持することができる。
【００４２】
上述した実施の形態では、液状化層５の全面を凍結させて凍結梁２３を形成したが、液状化層５の全面が凍結していなくてもよい。図７は、液状化層５の一部を凍結させた例を示す図である。図７に示す例では、盛土３の支持地盤の液状化層５の一部に凍結梁２３ａが形成される。液状化層５が全面凍結していなくても、一部が凍っていれば液状化はしない可能性がある。
【００４３】
図８は、液状化層５に格子状凍結梁３９を形成した例を示す図である。図８（ａ）は、凍結管１３ａ、１３ｂを配置した状態を示す図、図８（ｂ）は、格子状凍結梁３９を形成した状態を示す図である。
【００４４】
図８に示す例においても、上述した実施の形態と同様に、盛土３の支持地盤の液状化層５に向けて曲がりボーリング孔を削孔し、液状化層５内を略水平方向に通過するように曲がりボーリング孔をさらに削孔するが、このとき、図８（ａ）に示すように、盛土３の長手方向に曲がりボーリング孔１１ａを、短手方向に曲がりボーリング孔１１ｂを削孔する。そして、曲がりボーリング孔１１ａに凍結管１３ａを配置し、曲がりボーリング孔１１ｂに凍結管１３ｂを配置する。
【００４５】
その後、凍結管１３ａ、凍結管１３ｂに凍結冷媒を循環させて、図８（ｂ）に示すように、盛土３の長手方向の凍結梁３９ａと、短手方向の凍結梁３９ｂとからなる格子状凍結梁３９を形成する。格子状凍結梁３９を形成する際には、鉛直方向に測温管を設置して、液状化層５の層厚の全体を凍結させる。格子状に凍結させると、格子状凍結梁３９に囲まれた部分は液状化が発生しない。格子状凍結梁３９を用いれば、液状化層５の全面を凍結させる場合と比較して、凍土造成量を減らすことができる。
【００４６】
図１から図８では、地上構造物として盛土３を例に示したが、地上構造物は盛土３に限らない。地上構造物は、例えば、鉄道盛土、道路盛土、堤防、護岸、高架橋等の線状の構造物でもよいし、円形の低温タンク等の線状以外の形状の構造物でもよい。また、地上構造物は、新設の構造物でもよいし、既設の構造物でもよい。図１から図７に示す例では、線状の地上構造物の延長方向すなわち長手方向に凍結管１３を設置したが、短手方向に凍結管を設置して凍結梁を形成してもよい。
【００４７】
本実施の形態では、図４に示すように自然融解期間２９を設けて、凍結梁２３を期間限定の仮設の液状化対策に用いたが、自然融解期間２９を設けず、本設の液状化対策に用いてもよい。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４９】
１………地盤
３………盛土
５………液状化層
７………ボーリングマシン
９………削孔ロッド
１１、１１ａ、１１ｂ………曲がりボーリング孔
１３、１３ａ、１３ｂ………凍結管
１５………凍結管設置範囲
１７………間隔
１９、１９ａ、１９ｂ………測温管
２１………凍結冷媒
２３、２３ａ、３９ａ、３９ｂ………凍結梁
２５………通常運転実施期間
２７………間欠運転実施期間
２７ａ………停止期間
２７ｂ………運転期間
２９………自然融解期間
３１………実線
３３、３５………ヒートパイプ
３７………チャンバ
３９………格子状凍結梁
【図１】
2019112836.tif 000003
【図２】
2019112836.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019112836.tif 000009
【図８】
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