(57)【要約】【課題】地下水の流れが速い場合であっても十分に地盤を改質することができる地盤改質方法を提供する。【解決手段】地下水の流れを有する地盤をウレアーゼ活性を有する微生物の働きによって改質する地盤改質方法として、増粘剤及び尿素を含む液体を地盤に注入する。この液体は増粘剤によって粘性が高められているので、地下水の流れの中にあっても地盤に滞留する期間が長くなり、従って、ウレアーゼによる尿素の分解反応が十分に進行するための時間を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下水の流れを有する地盤をウレアーゼ活性を有する微生物の働きによって改質する地盤改質方法であって、
増粘剤及び尿素を含む液体を前記地盤に注入する、地盤改質方法。
【請求項２】
前記液体は、前記微生物、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記載の地盤改質方法。
【請求項３】
互いに組成が異なる複数種の前記液体を調製し、
前記地盤に対し、複数の箇所から前記複数種の液体をそれぞれ注入する、請求項１又は２記載の地盤改質方法。
【請求項４】
前記液体を、前記微生物の活動に適した温度に加温したうえで前記地盤に注入する、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】
従来、ウレアーゼ活性を有する微生物の培養方法と、この微生物を利用した地盤改質方法が知られている（例えば特許文献１参照）。この地盤改質方法では、ウレアーゼによる尿素の分解反応で生じる炭酸イオンが地盤中のカルシウムイオンと反応して炭酸カルシウムを生成し、炭酸カルシウムが土粒子同士を結合させ地盤を固化し、地盤の強度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２２０５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この地盤改質方法では、地盤が十分に改質するまでに相応の時間がかかる。従って、地下水の流れの速さによっては、反応に必要な薬液を注入しても所望の改質度合いを達成するよりも早く薬液が流れ去ってしまい、改質が不十分となる虞がある。
【０００５】
そこで本発明は、ウレアーゼ活性を有する微生物を利用した地盤改質方法であって、地下水の流れが速い場合であっても十分に地盤を改質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】
【０００６】
本発明は、地下水の流れを有する地盤をウレアーゼ活性を有する微生物の働きによって改質する地盤改質方法であって、増粘剤、及び、尿素を含む液体を地盤に注入する、地盤改質方法を提供する。
【０００７】
この地盤改質方法では、地盤に注入する液体が増粘剤を含んでいるので、液体の粘性が高められており、地下水の流れの中にあっても液体が地盤に滞留する期間が長くなる。従って、ウレアーゼによる尿素の分解反応が十分に進行するための時間を確保することができ、地盤を十分に改質することができる。
【０００８】
注入する液体は、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と、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。
【０００９】
この地盤改質方法では、互いに組成が異なる複数種の液体を調製し、地盤に対し、複数の箇所から当該複数種の液体をそれぞれ注入してもよい。例えば液体に含ませる要素候補のうち、例えばカルシウム源は、地盤に広く行き渡った状態で炭酸イオンと反応することが好ましいので、液体を地盤に注入する前では、カルシウム源は、微生物や尿素を含む液体とは別々の状態としておくことが好ましい。
【００１０】
地盤に注入する液体は、微生物の活動に適した温度に加温したうえで地盤に注入することが好ましい。地盤の温度は大抵１５〜２０℃程度で安定しているが、この温度は微生物の活動に最適な温度より低いのが通常である。従って、液体を注入する前に微生物の活動に適した温度に加温しておくと、注入した直後から所定の時間にわたって微生物の活動度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ウレアーゼ活性を有する微生物を利用した地盤改質方法であって、地下水の流れが速い場合であっても十分に地盤を改質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】
【００１２】
【図１】（Ａ）は、注入孔及び観測孔の位置関係を示す平面図である。（Ｂ）は、改質対象とする地盤と、地盤改質システムの様子を示す断面図である。
【図２】地盤を改質した領域の地表面における常時微動の観測点を示す平面図である。
【図３】地表面の常時微動の振幅比を示すグラフである。（Ａ）は、計測地点Ｑにおける振幅比を示している。（Ｂ）は、計測地点Ｒにおける振幅比を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
本実施形態の地盤改質方法は、図１に示されているとおり、地盤改質システム１０を用いる改質方法であって、地下水の流れを有する地盤１（１ａ，１ｂ，１ｃ）を、ウレアーゼ活性を有する微生物の働きによって改質するものである。地盤改質システム１０は、改質対象とする地盤１に対して設けた複数の注入孔５ａ，５ｂ及び観測孔７ａ，７ｂ、並びに、注入孔５ａ，５ｂに流す培養液を貯留する貯留タンク３を有している。図１は、地上から近い順に第１の帯水層１ａ、粘土層１ｂ、第２の帯水層１ｃをこの順に有する地盤１を示しており、本実施形態では細砂等からなる帯水層１ｃを改質対象とする。
【００１５】
図１に示されているとおり、地上に培養液を溜める貯留タンク３を設置する。そして、培養液を帯水層１ｃに注入するための注入孔５ａ，５ｂ、及び、帯水層１ｃの状態を計測するための観測孔７ａ，７ｂとして、それぞれ帯水層１ｃの深さに達する井戸を設ける。ここでは井戸の代わりにロッドや二重管を用いてもよい。ここでロッドとは、金属や塩化ビニルなどの材料による中空管をいう。培養液を注入する井戸は、パイプにより貯留タンク３に接続されており、その途中にはパイプ内を流れる培養液の流量を計測する計測器Ｍ、及び開閉バルブＶが設けられている。
【００１６】
図１（Ａ）は二つの注入孔５ａ，５ｂ及び二つの観測孔７ａ，７ｂの位置関係を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、二つの注入孔５ａ，５ｂ、及び、それらと同一直線上にある一つの観測孔７ａの位置における地盤１の断面図である。二つの注入孔５ａ，５ｂ及び二つの観測孔７ａ，７ｂは互いに１ｍ間隔で離間している。ここで、帯水層１ａの層厚は２．４ｍであり、粘土層１ｂの層厚は１．０ｍであり、帯水層１ｃはそれ以下の深さに存在する。
【００１７】
注入孔５ａ，５ｂである井戸は、帯水層１ｃに達している部分において壁面がストレーナーＳとされた部分を有しており、ここから帯水層１ｃとの水の出入りが行われる。観測孔７ａ，７ｂである井戸も、帯水層１ｃに達している部分において壁面がストレーナーＳとされた部分を有しており、ここから帯水層１ｃとの水の出入りが行われる。また、観測孔７ａ，７ｂである井戸の帯水層１ｃに達している部分において、電気伝導度を計測するための計測器９ａ，９ｂを設置する。観測孔７ａでは深さ３．６ｍの位置に、観測孔７ｂでは深さ４．７ｍの位置に設置する。また、一つの観測孔あたり複数の計測器を設置してもよい。なお図１では、観測孔７ｂは断面図として表れていないものであるが、説明の便宜のため計測器９ｂの位置が分かるように計測器９ｂを描いている。
【００１８】
本実施形態の地盤改質方法ではウレアーゼ活性を有する微生物の活動に資する培養液を帯水層１ｃに注入する。本実施形態において、培養液は微生物、微生物の栄養源、尿素、カルシウム源、及び、増粘剤を含む。培養液は、これらを水に混合し、水溶液、懸濁液、乳濁液等の状態で注入する。
【００１９】
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、地盤１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。
【００２０】
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。含有量としては、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。
【００２１】
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。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。ただし、地下水によって尿素が薄まって適度な濃度となることが期待される。
【００２２】
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。含有量としては、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。ただし、地下水によってカルシウム源が薄まって適度な濃度となることが期待される。
【００２３】
増粘剤は、培養液の粘度を高めることができるものであればよく、セルロース誘導体が好ましい。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。含有量としては、培養液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。
【００２４】
培養液は、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。培養液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培養液が沈むことを防止することができる。
【００２５】
上記各要素を混合して培養液を調製し、貯留タンク３に溜める。帯水層１ｃへの注入前に完全に混合しておくことで、帯水層１ｃ内で所望の反応を起こすことを期待することができる。
【００２６】
貯留タンク３内における培養液の電気伝導度を計測する。そして、開閉バルブＶを開いて注入孔５ａ，５ｂへ培養液を供給し、帯水層１ｃへ培養液を注入する。注入された培養液は、注入孔５ａ，５ｂのストレーナーＳ部分において帯水層１ｃ内へ進入し拡散する（図１に示した拡散範囲Ｄ）。注入の流速による圧力が拡散力となり、また、地下水の流れによっても徐々に拡散する。
【００２７】
培養液の注入量は計測器Ｍで計測することができる。
【００２８】
帯水層１ｃ中では、微生物が産生するウレアーゼによって尿素の分解反応が起こる。この反応で生じる炭酸イオンが帯水層１ｃ中に存在しているカルシウムイオン、又は培養液中に由来するカルシウムイオンと反応して炭酸カルシウムを生成する。そして、炭酸カルシウムが土粒子同士を結合させ地盤を固化し、地盤の強度が向上する。
【００２９】
注入した培養液は増粘剤を含んでいるので粘性が高められており、地下水の流れの中にあっても培養液が帯水層１ｃに滞留する期間が長くなる。従って、ウレアーゼによる尿素の分解反応が十分に進行するための時間を確保することができ、帯水層１ｃを十分に改質することができる効果が奏される。
【００３０】
ここで、注入する培養液は、微生物の活動に適した温度に加温したうえで注入することが好ましい。帯水層１ｃを含む地盤１の温度は大抵１５〜２０℃程度で安定しているが、この温度は微生物の活動に最適な温度より低いのが通常である。従って、培養液を注入する前に、微生物の活動に適した温度（例えば２５〜４０℃）に加温しておくと、注入した直後から所定の時間にわたって微生物の活動度を高くすることができる。
【００３１】
培養液の注入は、地下水の流速に応じた量で行い、注入期間としては数時間、数日間、又は数週間にわたって行うことができる。注入が長期間にわたる場合、又は、一旦注入を止めたあとに再開する場合、培養液の拡散状況や帯水層１ｃの目詰まりの想定から、注入孔５ａと観測孔７ａとの役割を入れ替え、注入孔５ａに計測器９ａを設置し、観測孔７ａのほうから培養液を注入してもよい。
【００３２】
培養液を注入している間から注入後の所定の期間にわたって、計測器９ａ，９ｂで地下水の電気伝導度（ｍＳ／ｍ）を経時的に計測する。拡散した培養液が計測器９ａ，９ｂに到達したとき、その濃度に応じて地下水の電気伝導度が高まり、貯留タンク３において計測した培養液の電気伝導度の値に近づいていく。この伝電導度の変化によって、帯水層１ｃ中での培養液の拡散範囲Ｄを推定することができる。
【００３３】
電気伝導度の計測は、数日間〜二週間程度続けることが好ましい。増粘剤によって粘度が高められている培養液は、通常の地下水よりも滞留する時間が長くなっており、微生物の活動によって地盤が改質（ここでは固化）される期間が長い。培養液の注入を止めた後、電気伝導度の値が下がって変化率が小さくなるまでは電気伝導度の計測を継続することが好ましい。最終的に、電気伝導度の変化率が小さくなったことを以って、帯水層１ｃの改質が完了したと判断することもできる。
【００３４】
改質が完了したあと、例えば地盤の常時微動を計測することによって、改質度合い及び改質された範囲を確認することができる。図２に示されているとおり、注入孔５ａ，５ｂから十分な距離が離れている地表地点（計測地点Ｐ）を基準振動の計測位置とし、注入孔５ａ，５ｂから十分な距離が離れていてその帯水層１ｃが改質されていないと考えられる地表地点を第１の計測地点Ｑとし、注入孔５ａ，５ｂの周辺であって帯水層１ｃが改質されたと考えられる地表地点を第２の計測地点Ｒとする。ここで、図２において地下水は図示右上方向から左下方向へ向かって流れているものとし、円Ｄ’で囲われた部分は、その流れ方向、流速、及び、上記の電気伝導度の計測によって推定される、帯水層１ｃが改質された領域（すなわち図１における培養液の拡散範囲Ｄの平面視形状）を示している。
【００３５】
地表面に対する鉛直振動を計測すると、計測地点Ｑ，Ｒでは各振動数に対して図３に示されているような振幅比を示す。図３（Ａ）に示されているように、計測地点Ｑでは、振幅比が約１．０であることから、基準振動の計測位置と比べて振動状況が同様であり、従って地盤強度が一様であることが分かる。他方、図３（Ｂ）に示されているように、計測地点Ｒでは、高振動数側において振幅比が０．４程度となっていることから、基準振動の計測位置と比べて振動が小さくなっており、従って地盤強度が向上したことが分かる。
【００３６】
そして、このような常時微動の計測を地表面の複数の箇所で行うことによって、地盤が改質された範囲やその改質度合いを特定することができる。図２において、Ｐ，Ｑ，Ｒの符号を付した点以外の点が、その計測地点候補である。計測間隔は、できるだけ密とすることが望ましいが、例えば円Ｄ’の内部及び周辺では１ｍ間隔で、円Ｄ’から離れた位置では２ｍ間隔でもよい。
【００３７】
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、帯水層１ｃに注入する液体として、上記実施形態では微生物、微生物の栄養源、尿素、カルシウム源、及び、増粘剤を含む培養液を挙げたが、微生物、微生物の栄養源及びカルシウム源については、帯水層１ｃに十分に含まれていることが事前の調査によって判明している場合は、その要素については液体に含ませなくてもよい。反対に、帯水層１ｃに含まれている量が乏しい要素については、その要素を多めに添加することで、微生物を一層活性化し、地盤の固化を促進することができるので好ましい。
【００３８】
また、上記実施形態では二つの注入孔５ａ，５ｂに対して同一の培養液を注入する例を示したが、注入する培養液は互いに組成が異なるものであってもよい。すなわち、互いに組成が異なる二種類の培養液を調製し、注入孔５ａ及び注入孔５ｂから別々に注入してもよい。例えば培養液に含ませる要素のうちカルシウム源は帯水層１ｃに広く行き渡った状態で炭酸イオンと反応することが好ましいので、培養液を帯水層１ｃに注入する前では、カルシウム源は微生物や尿素を含む液体とは別々の状態としておくことが好ましい。すなわち、カルシウム源を含む培養液を一方の注入孔５ａから注入し、カルシウム源を含まない培養液を他方の注入孔５ｂから注入することが好ましい。
【００３９】
また、上記実施形態では、地盤が改質された範囲やその度合いを特定する方法として常時微動を計測する方法を挙げたが、これに代えて、地盤を掘削して試験サンプルとして取り出し、強度試験を行うことで強度を確認してもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では粘土層１ｂよりも深い部分にある帯水層１ｃを改質対象とした例を示したが、本発明は粘土層１ｂよりも浅い部分にある帯水層１ａに対しても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、例えば地盤の液状化対策として利用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１…地盤、１ａ…第１の帯水層、１ｂ…粘土層、１ｃ…第２の帯水層、３…貯留タンク、５ａ，５ｂ…注入孔、７ａ，７ｂ…観測孔、９ａ，９ｂ…計測器、１０…地盤改質システム、Ｄ，Ｄ’…拡散範囲、Ｍ…計測器、Ｐ，Ｑ，Ｒ…計測地点、Ｓ…ストレーナー、Ｖ…開閉バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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