(57)【要約】 【課題】地中においてマイクロバブルを遠方まで伝播させることを可能とし、もって可及的に安価な工費にて広範な液状化対策エリアに対してマイクロバブルを到達させることのできるマイクロバブルの伝播システムと伝播方法を提供すること。【解決手段】地中Ｇに配設されている注入管１と、マイクロバブル水を生成する生成機構と、注入管１の内部に配設されてマイクロバブル水が通過した際にマイクロバブルを発生させるノズル２と、から構成されるマイクロバブルジェネレータ１０と、地中Ｇに形成された空洞２０に挿入されている超音波発信器３０と、から構成され、注入管１から地中Ｇに提供されたマイクロバブルＢによって地中ＧにマイクロバブルのクラウドＣが形成され、超音波発信器３０から照射された超音波によってマイクロバブルのクラウドＣを地中Ｇで伝播させるマイクロバブルの伝播システム１００である。【選択図】図１
2015048689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に配設されている注入管と、マイクロバブルを生成する生成機構と、から構成されるマイクロバブルジェネレータと、
地中に形成された空洞に挿入されている超音波発信器と、から構成され、
注入管から地中に提供されたマイクロバブルによって地中にマイクロバブルのクラウドが形成され、超音波発信器から照射された超音波によってマイクロバブルのクラウドを地中で伝播させるマイクロバブルの伝播システム。
【請求項２】
マイクロバブル水を生成し、このマイクロバブル水からマイクロバブルを発生させ、地中にマイクロバブルを浸透させてマイクロバブルのクラウドを形成する第１のステップ、
マイクロバブルのクラウドに対して超音波を照射してマイクロバブルのクラウドを振動させ、マイクロバブルのクラウドを地中で伝播させる第２のステップからなるマイクロバブルの伝播方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に形成されたマイクロバブルのクラウドを伝播させるシステムと方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
砂質系の地盤で地下水位が高い場合、地震の振動によって間隙水圧が上昇し、上昇した間隙水圧によって土粒子（砂粒子）の結合が外れて拘束力を失い、土粒子が水中に浮遊した状態となる現象が液状化現象である。
【０００３】
液状化に対しては様々な対策があり、たとえば、サンドコンパクションパイル工法やバイブロフローテーション工法等のいわゆる密度増大工法にて地盤の密度を増大させる方法や、深層混合処理工法や表層安定処理工法、薬液注入工法、高圧噴射攪拌工法等のいわゆる固結工法にて地盤の固結を図る方法、ディープウェルにて地下水位を低下させて飽和度の低下を図る方法、グラベルドレーン等の柱状ドレーン工法や巻立てドレーン工法等にて間隙水圧を消散させる方法、連壁やシートパイル等で一定領域を締切り、せん断変形の抑制を図る方法などを挙げることができる。
【０００４】
これら様々な液状化対策工法の中で、マイクロバブルを地盤に浸透させて地盤の性質を改良し、耐液状化性能を高めるマイクロバブル注入工法が注目される液状化対策工法の一つとなっている。
【０００５】
この工法は、直径が数マイクロメートルの微細気泡（マイクロバブル）を地中に注入することにより、地盤を不飽和化させるとともに、地盤内に存在する空気（気泡）がクッションの役割を担い、地震時に発生する間隙水圧の上昇を抑制するものである。
【０００６】
このマイクロバブルを地盤内に注入する方法に関する公開技術として、特許文献１，２を挙げることができる。
【０００７】
特許文献１には、マイクロバブル水を地盤内に浸透させるパイプを地盤内に水平方向に敷設し、マイクロバブル水生成機構で生成されたマイクロバブル水をパイプを介して地盤（海底の地盤）に提供するシステムが開示されている。
【０００８】
一方、特許文献２には、マイクロバブルを発生させる液体供給装置、放出口が形成された液体供給管、放出口に設けられた開閉弁を有し、開閉弁を閉じた状態で放出口までマイクロバブル水を到達させ、マイクロバブル水の圧力が設定圧力を超えた際に開閉弁が開放されてマイクロバブル水が放出されるようになっているマイクロバブル液体注入装置が開示されている。
【０００９】
特許文献１に記載のシステムでは、液状化対策を実施するに当たり、対策エリアの地盤内にパイプを敷設する必要があり、パイプの敷設施工に時間とコストを要することは理解に易い。一方、特許文献２に記載の装置では、マイクロバブル水を圧入圧によって地盤内に浸透させることから、地盤内においてマイクロバブルの到達する距離には自ずと限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２１１５３７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４０７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、地中においてマイクロバブルを遠方まで伝播させることを可能とし、もって可及的に安価な工費にて広範な液状化対策エリアに対してマイクロバブルを到達させることのできるマイクロバブルの伝播システムと伝播方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明によるマイクロバブルの伝播システムは、地中に配設されている注入管と、マイクロバブルを生成する生成機構と、から構成されるマイクロバブルジェネレータと、地中に形成された空洞に挿入されている超音波発信器と、から構成され、注入管から地中に提供されたマイクロバブルによって地中にマイクロバブルのクラウドが形成され、超音波発信器から照射された超音波によってマイクロバブルのクラウドを地中で伝播させるものである。
【００１３】
本発明の伝播システムは、地中に形成されたマイクロバブルのクラウドに対し、地中に形成された空洞に挿入されている超音波発信器から超音波を照射してマイクロバブルのクラウドを地中で伝播させることを特徴とするものである。
【００１４】
マイクロバブルジェネレータには多様な形態があり、たとえば、水を収容したタンク内に高圧下で気体を大量に溶解させ、減圧して再気泡化させる加圧減圧装置を使用する形態や、水の渦流に気体を提供し、気体を破砕して気泡を発生させる気液せん断装置を使用する形態などを挙げることができる。
【００１５】
マイクロバブル水を生成する際の水は、たとえば原地盤から地下水を揚水してタンクに収容し、使用することができる。
【００１６】
注入管にはたとえば薬液注入にて使用される二重管や、その他、所望径のロッドを適用でき、地盤内に注入管を圧入等することで注入管の設置がおこなわれる。
【００１７】
生成された空気溶存量の高いマイクロバブル水が注入管内に設置されたノズルを通過する過程でマイクロバブルを発生させ、注入管の吐出孔を介して地中にマイクロバブルが提供される。
【００１８】
ここで、「マイクロバブル」とは、数マイクロメートル〜数百マイクロメートルの範囲の粒径の気泡のことであり、地中に多数のマイクロバブルが提供されることでマイクロバブルの集合体である、マイクロバブルのクラウド（もしくはマイクロバブルのプルーム）が形成される。
【００１９】
また、注入管から所定距離離れた地中には空洞が形成されており、この空洞に超音波発信器が挿入されている。
【００２０】
ここで、「空洞」とは、マイクロバブルジェネレータを構成する注入管と同じ注入管であってもよいし、ボーリング削孔にて管状の孔が形成されたものであってもよいし、連壁のように地中に壁状に形成された孔（シートパイル等で土留めが形成されている形態など）であってもよい。
【００２１】
たとえば、液状化対策エリアの規模に応じて、マイクロバブルジェネレータを構成する注入管を所定間隔で複数本地中に設置する。この複数の注入管に対し、液状化対策エリアと反対側に空洞を形成する。このケースでは、各注入管に固有の柱状の空洞を注入管から所定距離離した位置に形成したり、各注入管から所定距離離した位置に壁状の空洞を形成する。各注入管に対応した位置に形成された空洞には超音波発信器が配設されており、各注入管の周囲の地盤内に形成されているマイクロバブルのクラウドに対して各超音波発信器から同時に、もしくは連続的に超音波が照射できる。あるいは、壁状の空洞内に一台の超音波発信器を移動自在に配設し、各注入管に対応する位置で超音波を照射するような制御を実行してもよい。
【００２２】
地中に提供されたマイクロバブルは、地中の間隙流体（間隙水）がマイクロバブルの成分で飽和するまで溶け込んでいく。
【００２３】
そして、マイクロバブルの溶解度が100%に達すると、溶解できないマイクロバブルがクラウドを形成し始める。このマイクロバブルのクラウド形成の過程では、マイクロバブル同士で結合するものもあり、間隙の大きさよりも大きなマイクロバブルの結合体は間隙の毛管圧（表面張力による負圧）によってトラップされる。
【００２４】
超音波発信器からマイクロバブルのクラウドに対して超音波が照射されると、この超音波によってマイクロバブルのクラウドには振動が生じる。
【００２５】
そして、マイクロバブルのクラウドが振動すると、地中の間隙流体は一般に粘性を有していることからクラウドの振動の一部は間隙流体中に熱として発散されることになる。
【００２６】
また、クラウドの振動によって間隙流体も振動し、この振動によって間隙流体の圧力が上昇する。この間隙流体の圧力上昇により、地盤を構成する岩石骨格が広がる。間隙流体の圧力が上昇すると、間隙流体中に存在しているマイクロバブルの体積、ひいてはマイクロバブルのクラウドの体積は減少し、この体積減少によってマイクロバブル内の圧力は上昇し、内部圧力が上昇したマイクロバブルからなるクラウドが形成される。
【００２７】
体積が減少したマイクロバブルは、地中の間隙内を通過し易くなる。
【００２８】
さらに、間隙の毛管圧にてトラップされていたマイクロバブルは、高められた内圧が毛管圧を上回ることでトラップ解除され、マイクロバブルが形成されていた地点よりも遠方に押し流されることになる。
【００２９】
上記するクラウドの振動、間隙流体の振動とその圧力上昇、マイクロバブルの内圧の上昇と体積減少、マイクロバブルのトラップ解除と押し流されといった一連の作用が高周波で繰り返されることにより、地中におけるマイクロバブルの伝播距離を伸ばすことが可能となる。
【００３０】
本発明のマイクロバブルの伝播システムによれば、一定領域の液状化対策エリアの地盤下方にマイクロバブルを提供するパイプを挿入等する必要はなく、たとえば液状化対策エリアの一端側の地中内に所定本数の注入管を配設し、その後方（液状化対策エリアと反対側）に超音波発信器挿入用の空洞を設け、それらの内部に機器を設置するだけでシステムが構成されることから、システムの構築に要する時間も短くてよく、システムの構築コストも安価となる。
【００３１】
また、本発明はマイクロバブルの伝播方法にも及ぶものであり、この方法は、マイクロバブル水を生成し、このマイクロバブル水からマイクロバブルを発生させ、地中にマイクロバブルを浸透させてマイクロバブルのクラウドを形成する第１のステップ、マイクロバブルのクラウドに対して超音波を照射してマイクロバブルのクラウドを振動させ、マイクロバブルのクラウドを地中で伝播させる第２のステップからなるものである。
【００３２】
本発明の伝播方法によれば、システムを構築する工程に要する期間が短くてよく、システム構築コストも安価となることから、従来のマイクロバブルを適用した液状化対策工法に比して短い工期でかつ安価な工費で液状化対策を実施することができる。さらに、超音波照射にてマイクロバブルを遠方まで伝播させることが可能となることから、液状化対策エリアにアクセスが困難な場合や、液状化対策エリア周辺に障害物があってシステムの設置が困難な場合であっても、液状化対策エリアにマイクロバブルを提供して地盤を改良するのを保証することができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上の説明から理解できるように、本発明のマイクロバブルの伝播システムと伝播方法によれば、地中に形成されたマイクロバブルのクラウドに対して超音波を照射することにより、マイクロバブルのクラウドを地中にて遠方まで伝播させることができ、液状化対策エリアやその周辺に装置の設置が困難な場合であっても液状化対策エリアへのマイクロバブルの提供を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のマイクロバブルの伝播システムを説明した縦断面図であって、マイクロバブルの伝播方法をともに説明した図である。
【図２】マイクロバブルの伝播システムを説明した平面図その１である。
【図３】マイクロバブルの伝播システムを説明した平面図その２である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明のマイクロバブルの伝播システムと伝播方法の実施の形態を説明する。なお、マイクロバブル水の生成方法は図示例の形態に限定されるものでなく、渦流に気体を提供し、破砕して気泡を発生させるマイクロバブル水の生成方法などであってもよいことは勿論のことである。
【００３６】
（マイクロバブルの伝播システムと伝播方法の実施の形態）
図１は本発明のマイクロバブルの伝播システムを説明した縦断面図であって、マイクロバブルの伝播方法をともに説明した図であり、図２はマイクロバブルの伝播システムを説明した平面図その１である。
【００３７】
図示するマイクロバブルの伝播システム１００は、平面視矩形（図２参照）で所定深度までの範囲を有する液状化対策エリアＳＡの側方に構築されたものであり、マイクロバブルジェネレータ１０と、地中Ｇに造成された空洞２０と、空洞２０内に挿入された超音波発信器３０と、からシステムの全体が大略構成される。
【００３８】
マイクロバブルジェネレータ１０は、液状化対策エリアＳＡの側方の地中Ｇに造成された注入管１と、地上に設置された水タンク３、水タンク３とパイプで繋がれるとともに水タンク３内の水を吸引するポンプ４、ポンプ４とパイプで繋がれてマイクロバブル水を生成するマイクロバブル水生成装置５、注入管１内に提供されたマイクロバブル水が流通する過程でマイクロバブルを生成するノズル２、注入管１内でノズル２を固定する上下のパッカー６から大略構成されている（水タンク３、ポンプ４、マイクロバブル水生成装置５、ノズル２からマイクロバブルを生成する生成機構が構成される）。
【００３９】
水タンク３には、原地盤の地下水を揚水した水を収容し、マイクロバブル水の生成に供するのがよい。
【００４０】
図１，２で示すように、液状化対策エリアＳＡの側方の４箇所に注入管１を設置し（注入管１の基数は任意）、各注入管１から液状化対策エリアＳＡ側と反対側に一定距離離れた位置には、円柱状の空洞２０が造成されている。
【００４１】
この空洞２０は、不図示の鋼管やケーシング、シートパイルなどで孔壁防護を図っておくのが好ましい。
【００４２】
空洞２０内には、超音波発信器３０が吊り下げ姿勢で挿入され、前方の注入管１の周囲  に形成されるマイクロバブルのクラウドＣと同程度の深度にて固定されている。
【００４３】
水タンク３とポンプ４を繋ぐパイプには高圧下でエアが大量に提供されて溶解し（Ｘ１方向）、エアが大量に溶解した高圧の水がポンプ４を介してマイクロバブル水生成装置５に提供され、マイクロバブル水生成装置５にて減圧されて再気泡化されることでマイクロバブル水が生成される。
【００４４】
注入管１は二重管から構成され、二重管の内管の一端にはマイクロバブル水生成装置５に通じるパイプが伸びており、内管の他端にはノズル２が接続されている。
【００４５】
マイクロバブル水生成装置５内で生成されたマイクロバブル水を、注入管１を構成する二重管の内管を介し、ノズル２を介して流通させてマイクロバブルＢを生成し、注入管１を構成する二重管の外管に開設された吐出孔１ａを介してマイクロバブルＢを地中に提供する（Ｙ１方向）。
【００４６】
地中の間隙内に提供されたマイクロバブルＢの溶解度が100%に達すると、溶解できないマイクロバブルＢがクラウドＣを形成し始める。このマイクロバブルのクラウドＣの形成過程においては、マイクロバブル同士で結合するものもあり、間隙の大きさよりも大きなマイクロバブルＢの結合体は間隙の毛管圧によってトラップされる。
【００４７】
たとえば図２で示す４つの注入管１の周囲に同時に、もしくは順次、マイクロバブルのクラウドＣを形成する。
【００４８】
注入管１の周囲の地盤内にマイクロバブルのクラウドＣが形成されたら、超音波発信器３０からマイクロバブルのクラウドＣに向けて超音波を照射する（Ｙ２方向）。マイクロバブルのクラウドＣに対して超音波が照射されると、この超音波によってマイクロバブルのクラウドＣには振動が生じる。
【００４９】
マイクロバブルのクラウドＣの振動によって間隙流体も振動し、この振動によって間隙流体の圧力が上昇する。この間隙流体の圧力上昇により、地盤を構成する岩石骨格が広がる。間隙流体の圧力が上昇すると、間隙流体中に存在しているマイクロバブルＢ（マイクロバブルのクラウドＣ）の体積は減少し、この体積減少によってマイクロバブルＢ内の圧力は上昇し、内部圧力が上昇したマイクロバブルＢからなるクラウドＣが形成される。このマイクロバブルＢは体積が減少したことにより、地中の間隙内を通過し易くなる。
【００５０】
また、間隙の毛管圧にてトラップされていたマイクロバブルは、高められた内圧が毛管圧を上回ることでトラップ解除され、マイクロバブルＢが形成されていた地点よりも遠方の液状化対策エリアＳＡに押し流されることになる（Ｙ３方向）。
【００５１】
このように、図示するマイクロバブルの伝播システム１００を適用してなる、マイクロバブルを液状化対策エリアＳＡに伝播させる方法によれば、一定領域の液状化対策エリアＳＡの地盤下方にマイクロバブルを提供するパイプを挿入等する必要はなく、液状化対策エリアの一端側の地中Ｇ内に所定本数の注入管１を配設し、その後方（液状化対策エリアＳＡと反対側）に超音波発信器３０挿入用の空洞２０を設け、それらの内部にノズル２や超音波発信器３０等を設置するだけでシステム１００が構成されることから、短期間で、かつ安価な構築コストにてシステム１００を構築しながら、液状化対策エリアＳＡにマイクロバブルＢを提供して液状化対策をおこなうことができる。
【００５２】
特に、液状化対策エリアＳＡから離れた位置を起点としてマイクロバブルＢを伝播させて液状化対策エリアＳＡに到達させることができることより、液状化対策エリアＳＡにアクセスが困難な場合や、液状化対策エリアＳＡの周辺に障害物があって装置１００の設置が困難な場合であっても、液状化対策エリアＳＡにマイクロバブルＢを提供して地盤を改良するのを保証することができる。
【００５３】
また、図３は、マイクロバブルの伝播システムを説明した平面図その２である。
【００５４】
図示する装置１００は、４つの注入管１の端部間の離間に相当する平面長さを有する壁状の空洞２０Ａを有するものであり、この壁状の空洞２０Ａ内に、地上から吊り下げられた超音波発信器３０が移動し（Ｚ方向）、各注入管１に対応する位置で超音波を照射する制御が実行されるものである。
【００５５】
なお、図示例以外にも、液状化対策エリアＳＡの周囲（４つの端辺の全周）に図２や図３で示す注入管１が間隔を置いて造成され、それぞれの注入管１の後方に空洞２０が造成されたり、あるいは、壁状の空洞２０Ａが矩形環状に造成され、液状化対策エリアＳＡの360度方向からマイクロバブルのクラウドＣが液状化対策エリアＳＡに伝播されるような形態のシステムであってもよい。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５７】
１…注入管、１ａ…吐出孔、２…ノズル、３…タンク、４…ポンプ、５…マイクロバブル水生成装置、６…パッカー、１０…マイクロバブルジェネレータ、２０…空洞、３０…超音波発信器、１００…マイクロバブルの伝播システム、Ｇ…地中（地盤）、Ｂ…マイクロバブル、Ｃ…クラウド（マイクロバブルのクラウド）、ＳＡ…液状化対策エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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