(57)【要約】【課題】地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができる地中免震壁構造およびその構築方法を提供する。【解決手段】周辺地盤１２と構造物１４との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁１６の構造の構築方法であって、地中に掘削した溝状の地中空間１８を水または泥水Ｗで満たし、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレット２０を地表ＧＬから地中空間１８に投入し、投入したベントナイトペレット２０が水または泥水Ｗの中を重力で沈降して地中空間１８の底部から上方に向かって順に堆積することによって、地中に吸水膨張性を有する柔らかい粘土壁を構築するようにする。【選択図】図１−２
2015045188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造であって、
地中に掘削した溝状の地中空間を水または泥水で満たして、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記地中空間の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記地中空間の底部から上方に向かって順に堆積することによって、地中に吸水膨張性を有する柔らかい粘土壁として構築したことを特徴とする地中免震壁構造。
【請求項２】
周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造であって、
地中に掘削した孔状の地中空間に、水または泥水を満たした袋状の柱状体を設置し、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記柱状体の中の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記柱状体の底部から上方に向かって順に堆積することによって、柔らかい粘土で満たされた袋状の柱状体からなる粘土壁として構築したことを特徴とする地中免震壁構造。
【請求項３】
投入するベントナイトペレットの粒径範囲を変えることによって、前記水または泥水の中を沈降して堆積するベントナイト粘土の密度を所定の密度に設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の地中免震壁構造。
【請求項４】
所定の深さ区間にベントナイトペレットを沈降して堆積させた後、ベントナイトペレットが吸水膨張して密度が減少するまで待機し、その後に、さらに上方の深さ区間に対して、より小さい密度となるようなベントナイトペレットを沈降して堆積させるという手順を繰り返すことによって、より小さい密度のベントナイト粘土材料を深さに応じて充てん構築したことを特徴とする請求項３に記載の地中免震壁構造。
【請求項５】
沈降に要する時間が長くなるような粒径と粒子密度のベントナイトペレットを使用し、沈降時間の間にベントナイトペレットが吸水膨張することによる堆積密度の減少を生じさせて、所定の深さ区間に所定の密度のベントナイト粘土を充てん構築したことを特徴とする請求項３または４に記載の地中免震壁構造。
【請求項６】
周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造の構築方法であって、
地中に掘削した溝状の地中空間を水または泥水で満たし、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記地中空間に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記地中空間の底部から上方に向かって順に堆積することによって、地中に吸水膨張性を有する柔らかい粘土壁を構築することを特徴とする地中免震壁構造の構築方法。
【請求項７】
周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造の構築方法であって、
地中に掘削した孔状の地中空間に、水または泥水を満たした袋状の柱状体を設置し、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記柱状体の中の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記柱状体の底部から上方に向かって順に堆積することによって、柔らかい粘土で満たされた袋状の柱状体からなる粘土壁として構築することを特徴とする地中免震壁構造の構築方法。
【請求項８】
投入するベントナイトペレットの粒径範囲を変えることによって、前記水または泥水の中を沈降して堆積するベントナイト粘土の密度を所定の密度に設定することを特徴とする請求項６または７に記載の地中免震壁構造の構築方法。
【請求項９】
所定の深さ区間にベントナイトペレットを沈降して堆積させた後、ベントナイトペレットが吸水膨張して密度が減少するまで待機し、その後に、さらに上方の深さ区間に対して、より小さい密度となるようなベントナイトペレットを沈降して堆積させるという手順を繰り返すことによって、より小さい密度のベントナイト粘土材料を深さに応じて充てん構築することを特徴とする請求項８に記載の地中免震壁構造の構築方法。
【請求項１０】
沈降に要する時間が長くなるような粒径と粒子密度のベントナイトペレットを使用し、沈降時間の間にベントナイトペレットが吸水膨張することによる堆積密度の減少を生じさせて、所定の深さ区間に所定の密度のベントナイト粘土を充てん構築することを特徴とする請求項８または９に記載の地中免震壁構造の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震時の開削トンネルなどの地中構造物への応力低減を図るための地盤変位吸収免震構造を構成する地中免震壁構造およびその構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震時の開削トンネルなどの地中構造物への応力低減を図るための地盤変位吸収免震構造が知られている（例えば、特許文献１または２を参照）。図７は、特許文献１の地盤変位吸収免震構造の概略斜視図である。図７に示すように、周辺地盤１中に埋設された地中構造物２に沿って地中免震壁３を設ける場合には、地中免震壁３に作用する土圧に対して十分に対抗でき長期的安定性が確保できる材料である一方で、免震効果を発揮するためには、材料の剛性が小さいことが望ましいとされ、この両者がバランスよく設定された地中免震壁が求められている。
【０００３】
上記の特許文献１は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、地中免震壁の長期安定性を確保できるうえ、地震時の開削トンネルなどの地中構造物への応力低減を図ることができる地盤変位吸収免震構造を下記の（１）〜（４）の工夫を施して実現している。
【０００４】
（１）図７に示すように、周辺地盤１と構造物２の間に、吸水膨潤性の粘土系材料からなる連続した壁状の免震層３（地中壁または地中免震壁）を設置する。
（２）地中壁を構成する粘土系材料として、ベントナイトと水の混合物、あるいは、ベントナイトと骨材（砂礫等の土質材料あるいはガラスビーズ等の長期変質しにくい人工材料）と水の混合物を用いる。
（３）地中壁を構成する粘土系材料においてベントナイトと水の混合物からなる材料で満たされている領域は、ベントナイト乾燥密度の値において３００〜１２００ｋｇ／ｍ３の範囲であることを特徴とする。
（４）地中壁を構成する粘土系材料のベントナイトと骨材と水の混合物からなる材料において、ベントナイトと水で満たされている領域（骨材領域を除いた領域を満たしているベントナイトと水の混合物）は、ベントナイト乾燥密度の値において３００〜１２００ｋｇ／ｍ３の範囲であることを特徴とする。
【０００５】
一方、特許文献２の地中壁の構築方法は、ベントナイト１００％配合の材料に限らずに、所定のベントナイト有効乾燥密度となるように調整したベントナイトの材料、またはベントナイトと骨材の混合物の材料を袋体に詰めたものを、地中空間に充てんする工程を有するものである。
【０００６】
ところで、上記の特許文献１は、連続する地中壁でありながら、土圧に対抗できる膨潤圧（吸水膨張圧）を発揮する吸水膨張性粘土（例えばベントナイト）を使うことによって、地中壁の構造形態を維持するところに特徴があった。一方、免震効果をアップするためには、よりせん断剛性の小さい（別の特性で言えば、横波速度Ｖｓが小さい）材料を地中壁材料として使えることが望ましい。
【０００７】
例えば、非特許文献１によれば、図８に示すように、地中壁（免震壁）材料のせん断波速度Ｖｓの周辺地盤のせん断波速度に対する比（Ｖｓ比）が小さいほど、躯体部（構造物）のせん断力の低減率（対策後／対策前）が小さくなるので免震効果は大きい。しかし、本願発明者の一人による研究によれば、図９のグラフに示すように、ベントナイトの構築密度を乾燥密度に換算して０．４〜１．０ｇ／ｃｍ３程度とすることが望ましい、という知見が得られている。
【０００８】
また、特許文献１では、地中免震壁に作用する土圧に対して十分に抵抗でき長期的安定性が確保できる材料で構築することが前提となっている。すなわち、周囲の地盤から受ける側方土圧に対して、対抗できる土被り圧あるいは吸水膨張圧力を有している材料（例えば吸水膨張性のベントナイト粘土）を溝状あるいは孔状に掘削された空間に充てんすることが求められる。その方法としては、特許文献２に述べられている袋詰めされたベントナイト粒状品（具体的にはベントナイト原鉱を破砕して粒度調整した材料）を掘削された地中壁に充てんする方法、および、特許文献３に述べられているようなベントナイトをスラリー状にして掘削された地中溝に充てんする方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−０３１６６２号公報
【特許文献２】特開２０１２−０３１６６３号公報
【特許文献３】特開２０１２−０３１６６４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】張至鎬、福武毅芳他、「ベントナイトを用いた地中構造物の免震壁構造の検討（その２：ＦＥＭ解析による免震効果の考察）」、土木学会第６５回年次学術講演会、平成２２年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
地中壁もしくは地中孔が柱列状に配置されてなる地中免震構築物は、周囲の地盤よりも柔らかくて地震時の地盤の変位を吸収できる材料であることが第一に求められるが、一方で、周囲の地盤から作用する土圧によって変形したり、厚さが減少することがないような材料で構築することが必要である。
【００１２】
そのためには、地中免震構築物の材料は深くなるにつれて密度を大きくすることが望ましい。例えば、地表に近い部位では密度が小さく、より柔らかい粘土材料であり、深い部位では密度が大きく柔らかさが多少なくなる粘土材料で、その中間はその中間的な材料となる。このように、深さに応じて充てん密度を段階的にあるいは漸進的に変えて構築することが望ましい。
【００１３】
このように深さに応じて次第に充てん密度が増加するようにベントナイト粘土を充てんするには、上記の従来の特許文献２、３にあるように、ねらった密度の材料を所定の深さ位置に定置していく、あるいは、注入充てんしていく方法があるが、前者ではさまざまな密度仕様の部材を事前に用意しておくという煩雑な準備が必要であること、後者では注入充てんしていく途中でスラリーの密度を漸増させるという高度な操作が必要なことがデメリットであった。
【００１４】
以下で開示する本発明は、上記のような既存の構築方法とは異なり、事前に高密度で球体状のベントナイトペレットを作成し、そのペレットの平均粒径を工夫することで、地中に掘削した地中溝もしくは地中孔に投入するという単純な方法で沈降させることで構築できることが特徴である。
【００１５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができる地中免震壁構造およびその構築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】
【００１６】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る地中免震壁構造は、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造であって、地中に掘削した溝状の地中空間を水または泥水で満たして、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記地中空間の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記地中空間の底部から上方に向かって順に堆積することによって、地中に吸水膨張性を有する柔らかい粘土壁として構築したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造は、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造であって、地中に掘削した孔状の地中空間に、水または泥水を満たした袋状の柱状体を設置し、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記柱状体の中の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記柱状体の底部から上方に向かって順に堆積することによって、柔らかい粘土で満たされた袋状の柱状体からなる粘土壁として構築したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造は、上述した発明において、投入するベントナイトペレットの粒径範囲を変えることによって、前記水または泥水の中を沈降して堆積するベントナイト粘土の密度を所定の密度に設定したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造は、上述した発明において、所定の深さ区間にベントナイトペレットを沈降して堆積させた後、ベントナイトペレットが吸水膨張して密度が減少するまで待機し、その後に、さらに上方の深さ区間に対して、より小さい密度となるようなベントナイトペレットを沈降して堆積させるという手順を繰り返すことによって、より小さい密度のベントナイト粘土材料を深さに応じて充てん構築したことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造は、上述した発明において、沈降に要する時間が長くなるような粒径と粒子密度のベントナイトペレットを使用し、沈降時間の間にベントナイトペレットが吸水膨張することによる堆積密度の減少を生じさせて、所定の深さ区間に所定の密度のベントナイト粘土を充てん構築したことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る地中免震壁構造の構築方法は、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造の構築方法であって、地中に掘削した溝状の地中空間を水または泥水で満たし、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記地中空間に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記地中空間の底部から上方に向かって順に堆積することによって、地中に吸水膨張性を有する柔らかい粘土壁を構築することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法は、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造の構築方法であって、地中に掘削した孔状の地中空間に、水または泥水を満たした袋状の柱状体を設置し、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記柱状体の中の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記柱状体の底部から上方に向かって順に堆積することによって、柔らかい粘土で満たされた袋状の柱状体からなる粘土壁として構築することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法は、上述した発明において、投入するベントナイトペレットの粒径範囲を変えることによって、前記水または泥水の中を沈降して堆積するベントナイト粘土の密度を所定の密度に設定することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法は、上述した発明において、所定の深さ区間にベントナイトペレットを沈降して堆積させた後、ベントナイトペレットが吸水膨張して密度が減少するまで待機し、その後に、さらに上方の深さ区間に対して、より小さい密度となるようなベントナイトペレットを沈降して堆積させるという手順を繰り返すことによって、より小さい密度のベントナイト粘土材料を深さに応じて充てん構築することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法は、上述した発明において、沈降に要する時間が長くなるような粒径と粒子密度のベントナイトペレットを使用し、沈降時間の間にベントナイトペレットが吸水膨張することによる堆積密度の減少を生じさせて、所定の深さ区間に所定の密度のベントナイト粘土を充てん構築することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る地中免震壁構造によれば、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造であって、地中に掘削した溝状の地中空間を水または泥水で満たして、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記地中空間の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記地中空間の底部から上方に向かって順に堆積することによって、地中に吸水膨張性を有する柔らかい粘土壁として構築したので、ベントナイトペレットを水中沈降させることによって、その水中堆積密度を小さくできる。このため、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができるという効果を奏する。
【００２７】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造によれば、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造であって、地中に掘削した孔状の地中空間に、水または泥水を満たした袋状の柱状体を設置し、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記柱状体の中の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記柱状体の底部から上方に向かって順に堆積することによって、柔らかい粘土で満たされた袋状の柱状体からなる粘土壁として構築したので、ベントナイトペレットを水中沈降させることによって、その水中堆積密度を小さくできる。このため、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができるという効果を奏する。
【００２８】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造によれば、投入するベントナイトペレットの粒径範囲を変えることによって、前記水または泥水の中を沈降して堆積するベントナイト粘土の密度を所定の密度に設定したので、例えば、粒径が小さいほど水中堆積密度は小さくなるといった原理を利用することによって、対象とする深さ区間の堆積密度を所望の密度に容易に充てんすることができるという効果を奏する。
【００２９】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造によれば、所定の深さ区間にベントナイトペレットを沈降して堆積させた後、ベントナイトペレットが吸水膨張して密度が減少するまで待機し、その後に、さらに上方の深さ区間に対して、より小さい密度となるようなベントナイトペレットを沈降して堆積させるという手順を繰り返すことによって、より小さい密度のベントナイト粘土材料を深さに応じて充てん構築したので、ベントナイトペレットを沈降堆積させてから次の区間への充てんを行うまでの待機時間の調整によって、充てん密度を容易にコントロールすることができるという効果を奏する。
【００３０】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造によれば、沈降に要する時間が長くなるような粒径と粒子密度のベントナイトペレットを使用し、沈降時間の間にベントナイトペレットが吸水膨張することによる堆積密度の減少を生じさせて、所定の深さ区間に所定の密度のベントナイト粘土を充てん構築したので、ベントナイトペレットの粒径に応じた沈降時間の調整によって、充てん密度を容易にコントロールすることができるという効果を奏する。
【００３１】
また、本発明に係る地中免震壁構造の構築方法によれば、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造の構築方法であって、地中に掘削した溝状の地中空間を水または泥水で満たし、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記地中空間に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記地中空間の底部から上方に向かって順に堆積することによって、地中に吸水膨張性を有する柔らかい粘土壁を構築するので、ベントナイトペレットを水中沈降させることによって、その水中堆積密度を小さくできる。このため、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができるという効果を奏する。
【００３２】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法によれば、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造の構築方法であって、地中に掘削した孔状の地中空間に、水または泥水を満たした袋状の柱状体を設置し、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記柱状体の中の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記柱状体の底部から上方に向かって順に堆積することによって、柔らかい粘土で満たされた袋状の柱状体からなる粘土壁として構築するので、ベントナイトペレットを水中沈降させることによって、その水中堆積密度を小さくできる。このため、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができるという効果を奏する。
【００３３】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法によれば、投入するベントナイトペレットの粒径範囲を変えることによって、前記水または泥水の中を沈降して堆積するベントナイト粘土の密度を所定の密度に設定するので、例えば、粒径が小さいほど水中堆積密度は小さくなるといった原理を利用することによって、対象とする深さ区間の堆積密度を所望の密度に容易に充てんすることができるという効果を奏する。
【００３４】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法によれば、所定の深さ区間にベントナイトペレットを沈降して堆積させた後、ベントナイトペレットが吸水膨張して密度が減少するまで待機し、その後に、さらに上方の深さ区間に対して、より小さい密度となるようなベントナイトペレットを沈降して堆積させるという手順を繰り返すことによって、より小さい密度のベントナイト粘土材料を深さに応じて充てん構築するので、ベントナイトペレットを沈降堆積させてから次の区間への充てんを行うまでの待機時間の調整によって、充てん密度を容易にコントロールすることができるという効果を奏する。
【００３５】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法によれば、沈降に要する時間が長くなるような粒径と粒子密度のベントナイトペレットを使用し、沈降時間の間にベントナイトペレットが吸水膨張することによる堆積密度の減少を生じさせて、所定の深さ区間に所定の密度のベントナイト粘土を充てん構築するので、ベントナイトペレットの粒径に応じた沈降時間の調整によって、充てん密度を容易にコントロールすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１−１】図１−１は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例１の工程１を示す正面断面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例１の工程２を示す正面断面図である。
【図１−３】図１−３は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例１の工程３を示す正面断面図である。
【図１−４】図１−４は、水を満たしたメスシリンダーを使ってベントナイトペレットを投入して充てんする実験例を示したものであり、（１）は投入時の状況、（２）は投入直後の状況、（３）は投入直後からさらに時間が経過した後の状況を示す写真図である。
【図２−１】図２−１は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例２を模擬した小型実験例を示す写真図であり、大気中でのペレット充てん体積の測定状況を示す写真図である。
【図２−２】図２−２は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例２を模擬した小型実験例を示す写真図であり、水中を沈降させてペレットを堆積させる状況を示す写真図である。
【図２−３】図２−３は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例２を模擬した小型実験例を示す写真図であり、水中でのペレット充てん体積の測定状況を示す写真図である。
【図３−１】図３−１は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例２の変形例の工程１を示す断面斜視図である。
【図３−２】図３−２は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例２の変形例の工程２を示す断面斜視図である。
【図３−３】図３−３は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例２の変形例の工程３を示す断面斜視図である。
【図３−４】図３−４は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例２の変形例の工程４を示す断面斜視図である。
【図３−５】図３−５は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例２の変形例の工程５を示す断面斜視図である。
【図４】図４は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例２の他の変形例を示す断面斜視図である。
【図５−１】図５−１は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例３に関する実験例を示す写真図であり、大気中で堆積させた場合のペレット充てん容積を示す写真図である。
【図５−２】図５−２は、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施例３に関する実験例を示す写真図であり、水中で堆積させた場合のペレット充てん容積を示す写真図である。
【図６】図６は、沈降堆積後の経過時間と堆積密度の関係を示す図である。
【図７】図７は、従来の地盤変位吸収免震構造を示す概略斜視図である。
【図８】図８は、地中壁材料のせん断波速度の周辺地盤のせん断波速度に対する比と免震効果の関係を示す図である。
【図９】図９は、ベントナイト乾燥密度とせん断波速度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
まず、本発明の前提となる地盤変位吸収免震構造について図１−３を参照しながら説明する。地盤変位吸収免震構造１０は、周辺地盤１２に設けられる開削トンネルなどの地中構造物１４に作用する地震時の応力を低減するためのものである。地中構造物１４は、ボックスカルバートなどの鉄筋コンクリート製の構造物であり、周辺地盤１２に埋設された状態で所定方向（図１−３の紙面に垂直な方向）に延びて構築されている。
【００３８】
地中構造物１４と周辺地盤１２との間には、吸水膨張性を有する粘土系材料からなる連続した壁状の地中免震壁１６（地中壁）が設置される。地中免震壁１６は、所定の壁幅を有し、地中構造物１４の左右両側に接した状態もしくは地盤中の地中構造物１４の左右両側壁面に近い状態で配置され、地中構造物１４の延長方向に連続する壁状体である。この地中免震壁１６は、周辺地盤１２内に配置され、地表ＧＬ部分から地中構造物１４の下端と略同じ深さまで設けられる。なお、地中免震壁１６は、延設される地中構造物１４の全長にわたって設けられることに限定されず、延長方向で部分的に設けてもよいものである。
【００３９】
以下に、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
まず、本発明の実施例１について説明する。
本実施例１は、地中に掘削した溝状の地中空間を水または泥水で満たし、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記地中空間に投入するものである。
【００４１】
図１−１に示すように、まず、地中（周辺地盤１２）を溝状に掘削して、地中溝空間１８（地中空間）を形成する。続いて、この地中溝空間１８に水（または泥水）Ｗを満たす（工程１）。次に、図１−２に示すように、水Ｗで満たされている地中溝空間１８にベントナイトペレット２０を投入する。投入したベントナイトペレット２０は重力の作用により水中を沈降し、地中溝空間１８の底部から上方に向かって順に堆積して地中溝空間１８を充てんしていく（工程２）。図１−３に示すように、地中溝空間１８にベントナイトペレット２０の充てんが完了し、ベントナイトペレットの吸水膨張現象が終了すれば、吸水膨張性を有する柔らかいベントナイト粘土壁（地中免震壁１６）が地中に構築される（工程３）。
【００４２】
図１−４は、水を満たしたメスシリンダーを使ってベントナイトペレットを投入して充てんする実験例を示したものである。図１−４中、（１）→（２）→（３）の順に時間が経過している。ベントナイトペレットは、ベントナイトの粉状態を固めて概球体状に成形したもので、粒子密度は約２ｇ／ｃｍ３のものを用いている。図１−４に示すように、このベントナイトペレットは速やかに水中を沈降することが分かる。
【００４３】
ベントナイトペレットの製造方法の一例としては下記の参考文献１〜３に記載の方法がある。粒径範囲は随意であるが、ベントナイトペレットの製造例としては下記の参考文献４に表１のような製造例が示されている。
【００４４】
［参考文献１］  特開２００９−２７４９１０号公報
［参考文献２］  特開２０１０−１４３１４６号公報
［参考文献３］  特開２０１１−２４２２８９号公報
［参考文献４］  中島均、斉藤亮、石井卓、「高密度で真球度が高いベントナイトペレットの製造方法」、日本原子力学会２０１３年春の大会、Ａ１９、ｐ．１９、２０１３年
【００４５】
【表１】
2015045188.tif 000003
【００４６】
本実施例１によれば、ベントナイトペレットを水中沈降させることによって、その水中堆積密度を小さくできる。このため、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができる。
【００４７】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。
本実施例２は、地中に掘削した孔状の地中空間に、水または泥水を満たした袋状の柱状体を設置し、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記柱状体の中の水または泥水の中に投入するものである。
【００４８】
本実施例２の方法を模擬して、図２−１〜図２−３に示すような小型実験を行った。袋状の柱状体としては、図２−２に示すように、内径５０ｍｍの有底円筒状のポリエチレン袋を用い、この袋の中に投入するベントナイトペレットとしては、呼び径１ｍｍ級ペレットを約１００ｇ使用した。
【００４９】
この実験によれば、上記の図１−４のメスシリンダーを使った実験と同様に、袋状の柱状体の底部から上方に向かって順にベントナイトペレットを沈降堆積させることによる充てんが可能であった。また、同じペレット重量を投入したときでは、図２−１に示すように、大気中であれば体積が約７７ｃｍ３（乾燥密度１．３０ｇ／ｃｍ３）と小さい充てん体積となるが、図２−２に示すように水中を沈降させて堆積させると、図２−３に示すように、水中では体積が約１６２ｃｍ３（乾燥密度０．６２ｇ／ｃｍ３）となり、大気中の約２倍の充てん体積となる。このため、本実施例２によれば、上記の実施例１と同様に、ベントナイトペレットを水中沈降堆積させることによって、水中堆積密度を小さく構築することができる。このため、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができる。
【００５０】
（実施例２の変形例）
なお、地中に連続した溝を掘削する方法ではなくて、図３−１〜図３−５に示すように、地中に独立した孔を掘削し、地中に掘削した孔状の地中空間に、水または泥水を満たした袋状の柱状体を設置し、この中にベントナイトペレットを投入することにより柱列状に配置された地中免震壁を構築することが可能である。
【００５１】
この場合の地中免震壁の構築方法としては、まず、図３−１に示すように、地中（周辺地盤１２）に地中孔２２を掘削する（工程１）。次に、図３−２に示すように、地中孔２２（地中空間）に袋２４を挿入しながら水Ｗを満たす（工程２）。これを繰り返しながら、図３−３に示すように、地中孔２２への袋２４の挿入を完了する（工程３）。
なお、図３−３に示すように、水を充てんした袋の水位を地表面よりも高くすることによって、地中に掘削した孔の孔壁を安定させることが可能である。
その後、図３−４に示すように、袋２４の上端からベントナイトペレット２０を投入して水中を沈降させ、袋２４の底部から上方に向かって順に堆積させて内部を充てんする（工程４）。
【００５２】
この一連の作業を、横方向に隣接配置した複数の地中孔２２とこれに挿入する袋２４について実施することで、図３−５に示すように、ベントナイトペレット２０が充てんされた複数の袋２４からなる柱列状の地中免震壁１６を容易に構築することができる（工程５）。なお、図４に示すように、千鳥配置した複数の地中孔２２とこれに挿入する袋２４について上記の一連の作業を実施して、千鳥配置した柱列状の地中免震壁１６を構築することも可能である。
【００５３】
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。
本実施例３は、投入するベントナイトペレットの粒径範囲を変えることによって、水または泥水の中を沈降して堆積するベントナイト粘土の密度を所定の密度に設定するものである。
【００５４】
図５−１および図５−２は、本実施例３の原理を確認する目的で行った実験の結果を示したものである。図５−１は、空のメスシリンダー内にベントナイトペレットを投入して大気中で堆積させたもの、図５−２は、水で満たされたメスシリンダー内にベントナイトペレットを投入して水中で堆積させたものである。本実験では表２に示すベントナイトペレットを使用しており、その粒子密度は約２ｇ／ｃｍ３である。本実験による結果（ペレットの粒径と水中沈降堆積密度の関係）を表３に示す。
【００５５】
ベントナイトペレットを大気中において堆積させた充てん容積（図５−１を参照）は、水中において堆積させた充てん容積（図５−２を参照）よりも小さい。すなわち、水中堆積密度はより小さくすることができる。
【００５６】
【表２】
2015045188.tif 000004
【００５７】
【表３】
2015045188.tif 000005
【００５８】
表３に示すように、ペレットが水中を沈降して堆積したときの密度はペレットの粒径によって異なる。粒径が小さいほど水中堆積密度は小さくなる。その理由は下記の（１）、（２）の現象による。
【００５９】
（１）ペレットに浮力が作用するので大気中における堆積に比べて、水中では密実には充てんされない。
（２）ペレットは粒径が小さい方が水中における吸水膨張が著しくなるため、水中堆積時の粒径は大気中における粒径に比べて大きくなり、結果として堆積時の充てん容積が大きく、堆積密度は小さくなる。
【００６０】
ペレットの粒子径が小さくなるにつれて、水中における堆積密度の大気中における堆積密度に対する比は小さくなる傾向が表３から読み取れることから、より粒径の小さいペレットを利用することで、より小さい堆積密度を実現することができると判断できる。この原理を利用することによって、対象とする充てん区間のペレット堆積密度を目標とする所望の密度（例えば、図９に示されている乾燥密度０．４〜１．０ｇ／ｃｍ３）に充てんすることができる。
【００６１】
（実施例４）
次に、本発明の実施例４について説明する。
本実施例４は、所定の深さ区間にベントナイトペレットを沈降して堆積させた後、ベントナイトペレットが吸水膨張して密度が減少するまで待機し、その後に、さらに上方の深さ区間に対して、より小さい密度となるようなベントナイトペレットを沈降して堆積させるという手順を繰り返すことによって、より小さい密度のベントナイト粘土材料を深さに応じて充てん構築するものである。
【００６２】
図５−１および図５−２のペレット水中充てん実験の後において、時間の経過とともに充てんしたベントナイトが吸水膨張して体積増加し、結果として充てん密度が小さくなる傾向を測定した結果（時間経過に伴う密度変化）を、図６に示す。
【００６３】
例えば、堆積後３０分あるいは６０分待機することによって、充てんされたベントナイトは吸水膨張によって、表４に示すような密度変化を呈する。
【００６４】
【表４】
2015045188.tif 000006
【００６５】
すなわち、ペレットの粒径を調整する方法とは別に、沈降堆積してからしばらく吸水膨張するのを待ってから、次の上層へのペレット充てんを実施するという方法によって、充てん密度をコントロールすることが可能である。
【００６６】
実際の充てん作業においては、（１）ペレットの密度の調整、（２）ペレットの粒径の調整、（３）ペレットを沈降堆積させてから次の区間への充てんを行うまでの待機時間の調整、によって、所定の密度に充てんすることができる。
【００６７】
（実施例５）
次に、本発明の実施例５について説明する。
本実施例５は、沈降に要する時間が長くなるような粒径と粒子密度のベントナイトペレットを使用し、沈降時間の間にベントナイトペレットが吸水膨張することによる堆積密度の減少を生じさせて、所定の深さ区間に所定の密度のベントナイト粘土を充てん構築するものである。
【００６８】
表５は、ストークス抵抗法則を使って、ベントナイトペレットの沈降に要する時間を試算した結果である。ペレットの粒径Ｄが２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２５ｍｍの場合を想定して、水中における沈降速度ｖを計算し、深さ５ｍ、１０ｍ、１５ｍまで沈降するのにそれぞれ要する時間ｔ５、ｔ１０、ｔ１５を計算した。なお、水の密度ηは、１．０×１０−３（Ｐａ・ｓ）とした。
【００６９】
【表５】
2015045188.tif 000007
【００７０】
表５によれば、ペレットの粒径が０．２５〜１ｍｍであれば、所定深度まで沈降するまでに、数１０秒〜数１００秒を要する。この時間の間にペレット粒子は吸水膨張するので、粒径が次第に増加し、結果として沈降堆積したときの充てん密度は瞬時に充てんする場合よりも小さくすることができる。
【００７１】
すなわち、対象深度区間へのベントナイトペレットの充てん密度は、沈降時間をコントロールすることによっても調整可能である。すなわち、実際の充てん作業においては、（１）ペレットの密度の調整、（２）ペレットの粒径の調整、（３）ペレットを沈降堆積させてから次の区間への充てんを行うまでの待機時間の調整、さらには（４）ペレットの粒径に応じた沈降時間の調整、によって、所定の密度に充てんすることができる。
【００７２】
以上説明したように、本発明に係る地中免震壁構造によれば、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造であって、地中に掘削した溝状の地中空間を水または泥水で満たして、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記地中空間の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記地中空間の底部から上方に向かって順に堆積することによって、地中に吸水膨張性を有する柔らかい粘土壁として構築したので、ベントナイトペレットを水中沈降させることによって、その水中堆積密度を小さくできる。このため、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができる。
【００７３】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造によれば、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造であって、地中に掘削した孔状の地中空間に、水または泥水を満たした袋状の柱状体を設置し、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記柱状体の中の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記柱状体の底部から上方に向かって順に堆積することによって、柔らかい粘土で満たされた袋状の柱状体からなる粘土壁として構築したので、ベントナイトペレットを水中沈降させることによって、その水中堆積密度を小さくできる。このため、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができる。
【００７４】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造によれば、投入するベントナイトペレットの粒径範囲を変えることによって、前記水または泥水の中を沈降して堆積するベントナイト粘土の密度を所定の密度に設定したので、例えば、粒径が小さいほど水中堆積密度は小さくなるといった原理を利用することによって、対象とする深さ区間の堆積密度を所望の密度に容易に充てんすることができる。
【００７５】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造によれば、所定の深さ区間にベントナイトペレットを沈降して堆積させた後、ベントナイトペレットが吸水膨張して密度が減少するまで待機し、その後に、さらに上方の深さ区間に対して、より小さい密度となるようなベントナイトペレットを沈降して堆積させるという手順を繰り返すことによって、より小さい密度のベントナイト粘土材料を深さに応じて充てん構築したので、ベントナイトペレットを沈降堆積させてから次の区間への充てんを行うまでの待機時間の調整によって、充てん密度を容易にコントロールすることができる。
【００７６】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造によれば、沈降に要する時間が長くなるような粒径と粒子密度のベントナイトペレットを使用し、沈降時間の間にベントナイトペレットが吸水膨張することによる堆積密度の減少を生じさせて、所定の深さ区間に所定の密度のベントナイト粘土を充てん構築したので、ベントナイトペレットの粒径に応じた沈降時間の調整によって、充てん密度を容易にコントロールすることができる。
【００７７】
また、本発明に係る地中免震壁構造の構築方法によれば、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造の構築方法であって、地中に掘削した溝状の地中空間を水または泥水で満たし、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記地中空間に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記地中空間の底部から上方に向かって順に堆積することによって、地中に吸水膨張性を有する柔らかい粘土壁を構築するので、ベントナイトペレットを水中沈降させることによって、その水中堆積密度を小さくできる。このため、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができる。
【００７８】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法によれば、周辺地盤と構造物との間に設けられ、ベントナイトを含む材料により構成される連続した壁状の地中免震壁の構造の構築方法であって、地中に掘削した孔状の地中空間に、水または泥水を満たした袋状の柱状体を設置し、その後、ベントナイトを概球体状に固めたベントナイトペレットを地表から前記柱状体の中の水または泥水の中に投入し、投入したベントナイトペレットが前記水または泥水の中を重力で沈降して前記柱状体の底部から上方に向かって順に堆積することによって、柔らかい粘土で満たされた袋状の柱状体からなる粘土壁として構築するので、ベントナイトペレットを水中沈降させることによって、その水中堆積密度を小さくできる。このため、地中免震壁を構成するベントナイト粘土を、深さに応じた密度で容易に構築することができる。
【００７９】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法によれば、投入するベントナイトペレットの粒径範囲を変えることによって、前記水または泥水の中を沈降して堆積するベントナイト粘土の密度を所定の密度に設定するので、例えば、粒径が小さいほど水中堆積密度は小さくなるといった原理を利用することによって、対象とする深さ区間の堆積密度を所望の密度に容易に充てんすることができる。
【００８０】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法によれば、所定の深さ区間にベントナイトペレットを沈降して堆積させた後、ベントナイトペレットが吸水膨張して密度が減少するまで待機し、その後に、さらに上方の深さ区間に対して、より小さい密度となるようなベントナイトペレットを沈降して堆積させるという手順を繰り返すことによって、より小さい密度のベントナイト粘土材料を深さに応じて充てん構築するので、ベントナイトペレットを沈降堆積させてから次の区間への充てんを行うまでの待機時間の調整によって、充てん密度を容易にコントロールすることができる。
【００８１】
また、本発明に係る他の地中免震壁構造の構築方法によれば、沈降に要する時間が長くなるような粒径と粒子密度のベントナイトペレットを使用し、沈降時間の間にベントナイトペレットが吸水膨張することによる堆積密度の減少を生じさせて、所定の深さ区間に所定の密度のベントナイト粘土を充てん構築するので、ベントナイトペレットの粒径に応じた沈降時間の調整によって、充てん密度を容易にコントロールすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明に係る地中免震壁構造およびその構築方法は、地震時の開削トンネルなどの地中構造物への応力低減を図るための地盤変位吸収免震構造を構成する地中免震壁構造に有用であり、特に、地中溝もしくは地中孔の深さに応じて次第に充てん密度が増加するようにベントナイト粘土を容易に充てん構築するのに適している。
【符号の説明】
【００８３】
１０  地盤変位吸収免震構造
１２  周辺地盤
１４  地中構造物（構造物）
１６  地中免震壁（地中免震壁構造）
１８  地中溝空間（地中空間）
２０  ベントナイトペレット
２２  地中孔（地中空間）
２４  袋（柱状体）
ＧＬ  地表
Ｗ  水または泥水
【図１−１】
2015045188.tif 000008
【図１−２】
2015045188.tif 000009
【図１−３】
2015045188.tif 000010
【図３−１】
2015045188.tif 000011
【図３−２】
2015045188.tif 000012
【図３−３】
2015045188.tif 000013
【図３−４】
2015045188.tif 000014
【図３−５】
2015045188.tif 000015
【図４】
2015045188.tif 000016
【図６】
2015045188.tif 000017
【図７】
2015045188.tif 000018
【図８】
2015045188.tif 000019
【図９】
2015045188.tif 000020
【図１−４】
2015045188.tif 000021
【図２−１】
2015045188.tif 000022
【図２−２】
2015045188.tif 000023
【図２−３】
2015045188.tif 000024
【図５−１】
2015045188.tif 000025
【図５−２】
2015045188.tif 000026