(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に注入して地盤を改良する懸濁型改良材の打設範囲の設計方法であって、
前記懸濁型改良材が地盤に浸透する範囲の仮想形状を設定し、地盤の土粒子による前記懸濁型改良材の吸着量をパラメータとして含む、前記仮想形状に対応する移流分散方程式を立て、
濃度が異なる複数の懸濁型改良材、及び、平均粒径が異なる試料により形成した複数の模擬地盤又は施工対象地盤から採取した土により形成した模擬地盤を用いた一次元注入実験と、該一次元注入実験において形成した改良体の一軸圧縮試験とを実施して、これらの結果から、施工対象地盤の分配係数、及び、前記懸濁型改良材の固形成分の質量と改良体の一軸圧縮強度との関係を求め、
前記分配係数から遅延係数を算出し、
該遅延係数と前記懸濁型改良材の濃度及び注入量とをパラメータとして利用して、前記移流分散方程式を解くことにより、前記施工対象地盤内における前記懸濁型改良材の固形成分の予測分布を求め、
該固形成分の予測分布と、前記固形成分の質量と改良体の一軸圧縮強度との関係とから、前記施工対象地盤内の一軸圧縮強度の予測分布を求め、
該一軸圧縮強度の予測分布に基づいて、所定の強度以上の一軸圧縮強度を有する、前記施工対象地盤の改良体の大きさを求めることを特徴とする懸濁型改良材の打設範囲の設計方法。
【請求項２】
前記一次元注入実験を、濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、平均粒径が異なる試料により形成した複数の模擬地盤とを用いて実施し、この実験結果から、前記模擬地盤を構成する試料の平均粒径と分配係数との関係を求め、該平均粒径と分配係数との関係に基づいて、施工対象地盤の分配係数を推定することを特徴とする請求項１記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法。
【請求項３】
前記一次元注入実験を、濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、施工対象地盤から採取した土により形成した模擬地盤とを用いて実施し、この実験結果から、施工対象地盤の分配係数を推定することを特徴とする請求項１記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法。
【請求項４】
前記移流分散方程式を立てる際の仮想形状として、前記懸濁型改良材が、地盤内の一点から、該一点を中心とする球形に浸透する仮想形状を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法。
【請求項５】
前記所定の強度が１００ｋＰａであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法。
【請求項６】
前記懸濁型改良材は、主材としての球形の二酸化ケイ素と、硬化剤としての水酸化カルシウムとを含む、超微粒子球状シリカ系改良材であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法により求める、前記施工対象地盤の改良体の大きさに基づいて決定される、前記懸濁型改良材の濃度及び注入量に従って、前記施工対象地盤へ前記懸濁型改良材を注入することを特徴とする地盤注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤に注入して地盤を改良する懸濁型改良材の打設範囲の設計方法、及び、この設計方法を利用した地盤注入工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液状化対策や耐震補強等を目的とする地盤改良工法の１つとして、地盤に改良材を注入する地盤注入工法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。この地盤注入工法は、既設構造物の近傍及び直下や狭隘部等といった、施工の制約条件がある地盤に対しても適用できることから、多くの現場で実施されている。又、地盤注入工法では、必要とされる範囲を所定強度で確実に改良するために、特に溶液型改良材で所定強度を満足できないような場合に、懸濁型改良材が選定される。改良材の注入量は、注入対象土量に土粒子の間隙率と間隙への充填率とを乗じて求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２５２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、懸濁型改良材が注入された地盤は、注入口からの距離が遠くなると一軸圧縮強度が小さくなる傾向にある。このため、注入口から遠い位置でも所定強度を満足するために、改良材を富配合としたり充填率を割り増すことによって、品質を担保する方法が取られているが、必要以上の量及び濃度の改良材が注入される場合もあると考えられ、コストを上げる一因となっている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、地盤注入工法のコストを抑制すると共に信頼性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００６】
（１）地盤に注入して地盤を改良する懸濁型改良材の打設範囲の設計方法であって、前記懸濁型改良材が地盤に浸透する範囲の仮想形状を設定し、地盤の土粒子による前記懸濁型改良材の吸着量をパラメータとして含む、前記仮想形状に対応する移流分散方程式を立て、濃度が異なる複数の懸濁型改良材、及び、平均粒径が異なる試料により形成した複数の模擬地盤又は施工対象地盤から採取した土により形成した模擬地盤を用いた一次元注入実験と、該一次元注入実験において形成した改良体の一軸圧縮試験とを実施して、これらの結果から、施工対象地盤の分配係数、及び、前記懸濁型改良材の固形成分の質量と改良体の一軸圧縮強度との関係を求め、前記分配係数から遅延係数を算出し、該遅延係数と前記懸濁型改良材の濃度及び注入量とをパラメータとして利用して、前記移流分散方程式を解くことにより、前記施工対象地盤内における前記懸濁型改良材の固形成分の予測分布を求め、該固形成分の予測分布と、前記固形成分の質量と改良体の一軸圧縮強度との関係とから、前記施工対象地盤内の一軸圧縮強度の予測分布を求め、該一軸圧縮強度の予測分布に基づいて、所定の強度以上の一軸圧縮強度を有する、前記施工対象地盤の改良体の大きさを求める懸濁型改良材の打設範囲の設計方法（請求項１）。
【０００７】
本項に記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、土粒子による懸濁型改良材の吸着量を考慮した移流分散方程式を利用して、地盤の改良体の大きさや強度を求めるものである。すなわち、まず、懸濁型改良材を地盤に注入したときに、懸濁型改良材が地盤内に浸透する範囲の形状を、仮想的に設定する。そして、設定した仮想形状に対応する移流分散方程式を、地盤の土粒子によって懸濁型改良材が吸着される量をパラメータとして含めて立式する。この際、例えば、懸濁型改良材の濃度と吸着量との間に、分配係数を用いた線形吸着等温の関係が成り立つものとして立式する。
【０００８】
次に、濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、平均粒径が異なる試料により形成した複数の模擬地盤又は施工対象地盤から採取した土により形成した模擬地盤とを用いて、一次元注入実験を実施する。試料により形成した模擬地盤を用いるか、施工対象地盤からの採取土により形成した模擬地盤を用いるかは、状況に応じて適宜選択できるものとする。一次元注入実験は、例えば、アクリル管等の内部に模擬地盤を形成し、模擬地盤に懸濁型改良材を注入する試験を、懸濁型改良材の濃度を変更しながら複数回実施する。更に、一次元注入実験により得られた複数の模擬地盤の改良体を対象として、一軸圧縮試験を実施する。そして、双方の実験結果から、分配係数、及び、懸濁型改良材の固形成分の質量と改良体の一軸圧縮強度との関係を求める。すなわち、例えば、一次元注入実験のモデルに対応する移流分散方程式を立てて、この移流分散方程式を差分法等を利用して計算することで、施工対象地盤の分配係数を求める。又、移流分散方程式から得られる、改良体の位置毎の単位体積当たりの固形成分質量から、改良体内における固形成分の分布を求め、更に、一軸圧縮試験の結果と合わせて、固形成分の質量と改良体の一軸圧縮強度との関係を求める。続いて、施工対象地盤の分配係数と、施工対象地盤の土粒子の間隙率及び密度とから、施工対象地盤の遅延係数を算出する。
【０００９】
次に、設定した仮想形状に対応する移流分散方程式を、施工対象地盤の遅延係数、注入する懸濁型改良材の濃度及び注入量等を用いて、差分法等により解くことによって、施工対象地盤に懸濁型改良材を注入した場合の、施工対象地盤内の固形成分の予測分布を求める。更に、施工対象地盤内の固形成分の予測分布に対して、実験から求めた固形成分の質量と改良体の一軸圧縮強度との関係を適用することで、施工対象地盤内の一軸圧縮強度の予測分布を求める。そして、施工対象地盤内の一軸圧縮強度の予測分布から、例えば、施工対象地盤に対して要求される所定の強度以上の範囲を抽出して、その範囲の大きさを求める。
本項に記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、上記のような手順により、施工対象地盤へ構築する改良体の大きさや強度を求めるものである。このため、地盤注入工法に用いる懸濁型改良材の濃度や注入量を、施工対象地盤の土粒子の平均粒径等に応じて、適切に設定するものとなり、地盤注入工法のコストを抑制すると共に、信頼性を向上するものとなる。
【００１０】
（２）上記（１）項において、前記一次元注入実験を、濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、平均粒径が異なる試料により形成した複数の模擬地盤とを用いて実施し、この実験結果から、前記模擬地盤を構成する試料の平均粒径と分配係数との関係を求め、該平均粒径と分配係数との関係に基づいて、施工対象地盤の分配係数を推定する懸濁型改良材の打設範囲の設計方法（請求項２）。
本項に記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、平均粒径が異なる試料により形成した複数の模擬地盤とを用いて、一次元注入実験を実施する。一次元注入実験は、模擬地盤を形成する試料と懸濁型改良材の濃度との組み合わせを変更しながら、複数回実施する。そして、一次元注入実験の実験結果から、模擬地盤を構成する試料の平均粒径と分配係数との関係を求める。すなわち、例えば、一次元注入実験のモデルに対応する移流分散方程式を立てて、この移流分散方程式を差分法等を利用して計算することで、試料の平均粒径毎の遅延係数及び分配係数を算出して、土粒子の平均粒径と分配係数との関係を求める。
【００１１】
続いて、一次元注入実験から求めた土粒子の平均粒径と分配係数との関係に基づいて、実際に懸濁型改良材を注入して改良を行う施工対象地盤の分配係数を求める。すなわち、予め行う調査等から、施工対象地盤の土粒子の平均粒径を把握し、把握した平均粒径に対して、上記の平均粒径と分配係数との関係を適用することで、施工対象地盤の分配係数を推定する。この際、施工対象地盤内で、位置や深さによって土粒子の平均粒径が異なるような場合は、夫々の平均粒径毎に分配係数を推定すればよい。このように、本項に記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、試料を用いた一次元注入実験により、平均粒径と分配係数との関係を求めるため、施工対象地盤からの採取土で実験を行えないような場合であっても、施工対象地盤の分配係数が推定されるものである。更に、試料を用いた一次元注入実験と、試料から形成した改良体の一軸圧縮試験とは、懸濁型改良材の打設範囲の設計毎に行う必要はなく、一度行った実験から得た、平均粒径と分配係数との関係及び固形成分質量と一軸圧縮強度との関係を、繰り返し利用するものである。従って、打設範囲の設計を効率よく行うものとなる。
【００１２】
（３）上記（１）項において、前記一次元注入実験を、濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、施工対象地盤から採取した土により形成した模擬地盤とを用いて実施し、この実験結果から、施工対象地盤の分配係数を推定する懸濁型改良材の打設範囲の設計方法（請求項３）。
本項に記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、施工対象地盤から採取した土により形成した模擬地盤とを用いて、一次元注入実験を実施する。この際、模擬地盤は、施工対象地盤内で位置や深さを変えて複数個所から採取した土を用いて、複数形成してもよい。この場合は、形成した模擬地盤と懸濁型改良材の濃度との組み合わせを変更しながら、一次元注入実験を複数回実施する。そして、例えば、実験から得られる、模擬地盤通過後の固形成分質量と排水量との関係から、施工対象地盤の分配係数を推定する。更に、引き続き行う一軸圧縮試験は、施工対象地盤の採取土から形成した模擬地盤の、改良体を用いて行うこととなる。従って、本項に記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、分配係数だけではなく、分配係数から算出する遅延係数、固形成分質量と一軸圧縮強度との関係といった、施工対象地盤の採取土を用いた実験から得られるパラメータを用いて計算を行うものである。このため、設計結果と施工結果との差分を低減し、より正確に設計を行うものとなる。
【００１３】
（４）上記（１）から（３）項において、前記移流分散方程式を立てる際の仮想形状として、前記懸濁型改良材が、地盤内の一点から、該一点を中心とする球形に浸透する仮想形状を設定する懸濁型改良材の打設範囲の設計方法（請求項４）。
本項に記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、移流分散方程式を立てる際に設定する、懸濁型改良材が地盤内に浸透する範囲の仮想形状として、地盤内の一点から、その一点を中心とする球形に浸透する仮想形状を設定するものである。これにより、設定した形状が実際に地盤内に構築される改良体の形状に近くなるだけではなく、懸濁型改良材が球形に浸透する場合の移流分散方程式は、球形の半径をパラメータとして含む、比較的単純な式で表される。このため、設計の正確性と合理性とを両立して、効率よく計算を行うものとなる。
【００１４】
（５）上記（１）から（４）項において、前記所定の強度が１００ｋＰａである懸濁型改良材の打設範囲の設計方法（請求項５）。
本項に記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、施工対象地盤の改良体の大きさを求める際に、改良体が一軸圧縮強度として備えるべき所定の強度を、一般的に液状化対策に必要とされている１００ｋＰａとするものである。これにより、本設計方法を利用して地盤注入工法を行うこととすれば、少なくとも地盤の液状化を抑制するだけの強度が確保されるため、地盤改良の信頼性をより向上するものとなる。
【００１５】
（６）上記（１）から（５）項において、前記懸濁型改良材は、主材としての球形の二酸化ケイ素と、硬化剤としての水酸化カルシウムとを含む、超微粒子球状シリカ系改良材である懸濁型改良材の打設範囲の設計方法（請求項６）。
本項に記載の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、地盤に注入する懸濁型改良材として、超微粒子球状シリカ系改良材を用いるものである。この超微粒子球状シリカ系改良材は、主材としての精製された球形の二酸化ケイ素と、硬化剤としての水酸化カルシウムとを含むものであり、更に、球形の二酸化ケイ素が、例えば、粒径が１μｍ程度のものであるため、比較的円滑に地盤内に浸透する。従って、改良材が実際に地盤内に注入されたときの、地盤内での浸透のし難さ等に起因する、設計結果と施工結果との差分を、低減するものとなる。
【００１６】
（７）上記（１）から（６）項の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法により求める、前記施工対象地盤の改良体の大きさに基づいて決定される、前記懸濁型改良材の濃度及び注入量に従って、前記施工対象地盤へ前記懸濁型改良材を注入する地盤注入工法（請求項７）。
本項に記載の地盤注入工法は、上述した（１）から（６）項の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法を利用するものである。すなわち、施工対象地盤に対して求められている、改良体の強度や大きさを満足するように、懸濁型改良材の打設範囲の設計方法により、所定強度以上の改良体の大きさを求める。そして、その場合に設定した懸濁型改良材の濃度及び注入量に従って、実際に施工対象地盤に懸濁型改良材を注入する。これにより、上記（１）から（６）項の懸濁型改良材の打設範囲の設計方法と同様の作用を奏しながら、施工対象地盤に要求される強度を満たすように、効率よく作業を進めるものとなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は上記のような構成であるため、地盤注入工法のコストを抑制すると共に信頼性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法の、手順の一例を示すフロー図である。
【図２】懸濁型改良材の浸透範囲の仮想形状を示すイメージ図である。
【図３】一次元注入実験で用いた試料の物理特性を示した図表である。
【図４】一次元注入実験の実験条件を示した図表である。
【図５】一次元注入実験の実験手順の模式図である。
【図６】図５に引き続いての一次元注入実験の実験手順と一軸圧縮試験との模式図である。
【図７】一軸圧縮試験の試験結果を示した図表である。
【図８】一次元注入実験の諸元と遅延係数及び分配係数とを合わせて示した図表である。
【図９】一次元注入実験のモデルを示したイメージ図である。
【図１０】試料の平均粒径と分配係数との関係を示したグラフである。
【図１１】図１０のグラフの近似直線の切片及び傾きの絶対値を示したグラフである。
【図１２】供試体の位置と供試体内の単位体積当たりの固形成分質量との関係を示したグラフである。
【図１３】供試体内の単位体積当たりの固形成分質量と一軸圧縮強度との関係を示したグラフである。
【図１４】土粒子の平均粒径と図１３に示した近似直線の傾きとの関係を示したグラフである。
【図１５】ドラム缶注入実験の模式図である。
【図１６】ドラム缶注入実験の実験条件と実験結果とを示した図表である。
【図１７】移流分散方程式から計算した、ドラム缶内の改良体の、固形成分濃度の分布、固形成分質量の分布、一軸圧縮強度の分布を示すグラフである。
【図１８】移流分散方程式から推定した一軸圧縮強度とドラム缶注入実験から求めた一軸圧縮強度とを比較したプロット図である。
【図１９】移流分散方程式から推定した改良体の半径とドラム缶注入実験から求めた改良体の半径とを比較したプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面に基づき説明する。なお、図面の全体にわたって、同一部分は同一符号で示している。
図１は、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法の、手順の一例を示したフロー図である。まずは図１のフロー図に沿って、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法について説明する。
Ｓ１０（浸透範囲の仮想形状設定）：図２（ａ）に示すように、懸濁型改良材を注入管２０の先端２０ａから地盤Ｇ内に注入したときに、懸濁型改良材が地盤Ｇ内で浸透する範囲の形状を仮想的に設定する。図２の例では、懸濁型改良材が、注入管２０の先端２０ａの位置から、先端２０ａの位置を中心ｃとする球形に浸透する仮想形状２４を設定している。
【００２０】
Ｓ２０（移流分散方程式立式）：上記Ｓ１０で設定した仮想形状に対応する移流分散方程式を立てる。例えば、図２（ａ）に示した球形の仮想形状２４に対応する移流分散方程式を立てるに当たり、図２（ｂ）に示すように半径をｒ、半径ｒの地点のダルシー流速をｖｒ、地盤Ｇの土粒子の間隙率をｎｅ、地盤Ｇの土粒子の密度（乾燥密度）をρａ、半径ｒの地点での懸濁型改良材の濃度をＣｒ、土粒子に吸着される懸濁型改良材の量をｑとする。そして、図２（ｂ）に示すΔｒの層における懸濁型改良材の入力及び出力を式で表すと、下記のようになる。
【数１】
0006473036.tif 000002
【数２】
0006473036.tif 000003
【数３】
0006473036.tif 000004
【数４】
0006473036.tif 000005
ここで、〔数１〕〜〔数４〕は、順に、懸濁型改良材の入ってくる量、溜まる量、吸着される量、出ていく量を示している。
【００２１】
更に、Ｋｄを分配係数としたときに、ｑ＝ＫｄＣという線形吸着等温の関係が成り立つものとして、上記の〔数１〕〜〔数４〕から、改良材の収支式を考えると、〔数５〕のような関係が成り立ち、〔数５〕を整理すると〔数６〕のようになる。
【数５】
0006473036.tif 000006
【数６】
0006473036.tif 000007
ここで、土粒子の密度をρＳとして、遅延係数Ｒｄを〔数７〕のように定義する。
【数７】
0006473036.tif 000008
すると、〔数７〕の関係から、移流分散方程式は、最終的に〔数６〕から〔数８〕のように書ける。
【数８】
0006473036.tif 000009
【００２２】
Ｓ３０（採取土の実験選択）：後述する一次元注入実験及び一軸圧縮試験を、施工対象地盤から採取した土を用いて行うか否かを選択する。そして、採取土を用いて実験を行うことを選択した場合（ＹＥＳ）は、Ｓ１１０へ移行し、採取土を用いて実験を行わないことを選択した場合（ＮＯ）は、Ｓ４０へ移行する。
Ｓ４０（試料の実験選択）：後述する一次元注入実験及び一軸圧縮試験を、試料の土粒子を用いて行うか否かを選択する。そして、試料を用いて実験を行うことを選択した場合（ＹＥＳ）は、Ｓ５０へ移行し、試料を用いて実験を行わないことを選択した場合（ＮＯ）は、Ｓ９０へ移行する。
【００２３】
Ｓ５０（一次元注入実験実施）：濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、平均粒径が異なる試料により形成した複数の模擬地盤とを用いて、一次元注入実験を実施する。ここでは、懸濁型改良材として、粒径が約１μｍの球形の二酸化ケイ素を主材として含み、水酸化カルシウムを硬化剤として含む、超微粒子球状シリカ系改良材を採用するものとし、濃度が水シリカ質量比（Ｗ／Ｓｉ）で４００％、８００％、１０００％のものを用いる。又、模擬地盤を形成する試料として、ケイ砂６号、７号、８号を用いた、図３の図表に特性を示したような試料Ａ〜Ｃを採用するものとする。図４の図表に、一次元注入実験の実験条件を示している。又、本実験では、長さ６０ｃｍ、直径５ｃｍのアクリル管を用いて、管内部の上下端に厚さ５ｃｍのフィルタ層を粒径５ｍｍ程度の礫で形成し、フィルタ層で挟む形で試料土を作成する。アクリル管の下部は、脱気水槽及び改良材槽と接続する。
【００２４】
図５及び図６を参照しながら、一次元注入実験の具体的な手順を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、下ペデスタル３２とフィルタ層を設置した後、アクリル管３０内に試料（試料Ａ〜Ｃ）を乾燥落下法で堆積させ、側面を軽くたたくことで相対密度を調整する。更に、図５（ｂ）に示すように、上ペデスタル３４とフィルタ層を設置した後、脱気水槽３６から、アクリル管３０の下部から水頭差１．７ｍで脱気水を通水する。そして、アクリル管３０の上部から脱気水が流出したことを確認して、通水を止める。次に、図５（ｃ）に示すように、所定濃度（Ｗ／Ｓｉで４００％、８００％、１０００％）の改良材を、改良材槽３８から、アクリル管３０の下部から注入圧（水頭差に換算して１．７ｍ〜２．０ｍ）をかけて浸透させる。すると、図５（ｄ）に示すように、計算上で試料内の脱気水が改良材に置き換わった直後の時点で、若干濁った透明に近い改良材が、アクリル管３０の上部から流出する。
【００２５】
その後、図６（ａ）に示すように、継続して改良材を流すことにより、アクリル管３０の上部から白く懸濁した改良材が排出される。白く懸濁した改良材がアクリル管３０から排出されたら、まず１００ｍｌを採取し、次に７５ｍｌ、更に６５ｍｌを、容器に個別に採取し、採取後に改良材の浸透を止める。そして、採取した排水を個別に蒸発皿４０に入れて、含水比測定の方法に準じて送風式恒温乾燥炉に２４時間静置し、蒸発後に残留した固形成分の質量を計測する。次に、図６（ｂ）に示すように、アクリル管３０内の試料から改良材が流出しないように注入孔の部分を閉じた後、改良材の注入管をアクリル管３０から取り外す。そして、室温２５℃で所定日数（図４参照）の養生を行う。
なお、本工程では、上記のような手順による一次元注入実験を、試料Ａ〜Ｃと、改良材の濃度（Ｗ／Ｓｉ）との組み合わせを変更ながら、複数回実施する（図４の図表内の組み合わせを参照）。
【００２６】
Ｓ６０（一軸圧縮試験実施）：上記Ｓ５０の一次元注入実験により作成した、複数の改良体を対象として、一軸圧縮試験を実施する。すなわち、図６（ｂ）に示したアクリル管３０内での養生が所定日数に達して、試料の改良体が構築されたら、図４の図表に示した注入孔からの採取位置に従って、図６（ｃ）に示すように、改良体４２をアクリル管３０ごと高さ１０ｃｍに切断する。そして、アクリル管３０から試料の改良体４２を取り出し、一軸圧縮試験機４４にセットして、一軸圧縮試験を行う。本発明者らが行った、試料の改良体毎の一軸圧縮試験の結果を、図７の図表に示している。図７に示す結果では、全ての供試体（試料の改良体）の一軸圧縮強度が、１００ｋＰａ（ｋＮ／ｍ２）以上を示している。
【００２７】
Ｓ７０（平均粒径と分配係数との関係導出）：上記Ｓ５０の一次元注入実験の結果に基づいて、土粒子の平均粒径と分配係数との関係を求める。図８には、本発明者らが行った一次元注入実験の諸元を示している。ここで、図８の図表中の「排出液の単位体積当たりの固形成分質量」は、図６（ａ）に示したように、アクリル管３０の上部から排出される排出液を採取し、排出液を炉乾燥した後に、残留した固形成分の質量を計測し、計測した質量を単位体積当たりの質量に換算したものである。この結果から、排出液量が増えると、徐々に排出液中の固形成分質量が増加していることが分かる。これは、改良材の浸透の継続によって、改良材の固形成分が砂粒子に吸着される量が、少なくなっていくことを意味するものである。
【００２８】
ここで、上記Ｓ５０で行った一次元注入実験のモデルとして、浸透方向の軸をｘ軸、注入孔を原点とする、図９に示すようなモデルを考える。土粒子による、改良材の固形成分の吸着は、常に線形吸着等温線で表現されると仮定して、ｑ＝ＫｄＣ  で表現する（ｑ：単位体積当たりの土粒子に吸着される物質濃度、Ｋｄ：分配係数、Ｃ：改良材の濃度）。そして、遅延係数をＲｄ、分散係数をＤｘ、試料の間隙率をｎｅ、ｘ軸方向の平均間隙流速をｖｘ、固形成分の濃度をＣとすると、図９に示すような一次元の移流分散方程式は、〔数９〕のようになる。
【数９】
0006473036.tif 000010
そして、上記Ｓ５０で行った一次元注入実験では、改良材の注入時間が短く、アクリル管の管路が小さいことから、分散の影響は小さいと考えて、〔数９〕から分散項を外して〔数１０〕のようにする。
【数１０】
0006473036.tif 000011
【００２９】
本実施例では、差分法を利用して〔数１０〕を解くこととする。アクリル管をΔｘの厚さでｎ層に分割したと考えた場合、ｋ＋１層における時間ｉの濃度Ｃｋ＋１ｉの計算は、〔数１１〕のように表すことができる。
【数１１】
0006473036.tif 000012
又、Δｘ＝１．０ｃｍ、Δｔ＝０．１秒とし、アクリル管の端部ｘ＝０ｃｍから注入する改良材の濃度は常に１００％で、ｘ＝６０ｃｍで排出されると考える。ここでは、流速は常に一定であると仮定し、図８の図表に示した注入継続時間と排出液量の総和とから平均的な流速を計算し、使用することとする。
【００３０】
供試体内に存在する改良材の固形成分の量は、土粒子の間隙に存在する改良材溶液内の固形成分と、土粒子により吸着された固形成分の和となる。このため、単位体積当たりの試料中に存在する固形成分の物質濃度をＱとすると、Ｑは〔数１２〕のようになる。
【数１２】
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〔数１１〕を計算するためには、遅延係数Ｒｄが定められている必要があることから、計測終了時の排出液（６５ｍｌ）の固形成分の濃度に対して、〔数１１〕を用いて計算した同時刻（計測終了時に相当）の濃度が最も近くなる、遅延係数Ｒｄを同定する。更に、同定した遅延係数Ｒｄと〔数７〕とから、分配係数Ｋｄを計算する。図８の図表には、同定した遅延係数Ｒｄ及び分配係数Ｋｄを合わせて示している。そして、図８に示した試料の平均粒径と分配係数とから、図１０に示すような、平均粒径と分配係数との関係を導出する。なお、本実施例における平均粒径とは、５０％粒径を示している。図１０から、平均粒径と分配係数との関係は、略直線で近似でき、改良材の濃度によって傾きが異なることが分かる。
【００３１】
Ｓ８０（固形成分質量と一軸圧縮強度との関係導出）：上記Ｓ５０の一次元注入実験及び上記Ｓ６０の一軸圧縮試験の結果に基づいて、試料内の固形成分質量と試料改良体の一軸圧縮強度との関係を求める。具体的に、まず、上述した〔数１１〕、〔数１２〕、遅延係数Ｒｄ、及び、分配係数Ｋｄを利用して、試料内の単位体積当たりの固形成分質量を算出し、図１２に示すように、試料毎に、単位体積当たりの固形成分質量と供試体位置との関係を求める。図１２（ａ）〜（ｃ）は、夫々、試料Ａ〜Ｃに対応している。何れの試料の結果も、改良材の濃度が低い条件では、供試体内に存在する固形成分質量が少なく、又、注入孔から４５ｃｍ程度までは、固形成分質量が略一定になっていることが分かる。
次に、図１２から供試体の中間位置の単位体積当たりの固形成分質量を求めると共に、図７に示した一軸圧縮試験の結果を利用して、固形成分質量と一軸圧縮強度との関係を、図１３に示すように求める。なお、図１３に示す近似直線は、原点を通るように調整したものである。図１３から、固形成分質量と一軸圧縮強度とは、概ね比例関係にあり、又、同じ固形成分質量では、試料の粒径が小さくなると一軸圧縮強度が大きくなる傾向にあることが分かる。
【００３２】
Ｓ９０（以前の実験結果流用）：上記Ｓ５０及びＳ６０で説明した実験と同様の実験を以前に行っている場合は、以前の実験結果を流用することとして、Ｓ５０〜Ｓ８０を省略してもよい。
Ｓ１００（分配係数推定）：上記Ｓ７０で求めた平均粒径と分配係数との関係、或いは、以前に行った実験結果から得た平均粒径と分配係数との関係を利用して、施工対象地盤の分配係数を求める。ここでは、平均粒径と分配係数との関係として、図１０のグラフに示す関係を用いることとする。ｘを５０％粒径、ｙを分配係数として、図１０に示した近似直線を式で表すと、水シリカ比が４００％の近似直線がｙ＝０．６６５−２．２９ｘ、水シリカ比が８００％の近似直線がｙ＝１．１５−４．５８ｘ、水シリカ比が１０００％の近似直線がｙ＝１．９５−８．２８ｘとなる。このため、これらの近似直線の切片と傾きの絶対値とをグラフに示すと、図１１のようになる。図１１中の曲線は、指数関数による近似曲線である。これらの近似曲線から、改良材の水シリカ比Ｗ／Ｓｉと土粒子の平均粒径Ｄ５０とから、分配係数Ｋｄを求める近似式は、〔数１３〕のようになる。
【数１３】
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そのため、上記の〔数１３〕に、分配係数を特定したい位置の土粒子の平均粒径と、任意の懸濁型改良材の濃度（水シリカ比）とを適用すれば、分配係数が求まることとなる。このようにして、施工対象地盤の分配係数を推定する。なお、ここでは、図１０の３本の近似直線から、分配係数を特定したい位置の土粒子の平均粒径が０．１５ｍｍである場合の、分配係数を推定する。すると、上述した近似直線の式から、平均粒径が０．１５ｍｍの場合の分配係数は、水シリカ比が４００％で０．３２２、水シリカ比が８００％で０．４６３、水シリカ比が１０００％で０．７０８となる。
【００３３】
Ｓ１１０（一次元注入実験実施）：濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、施工対象地盤から採取した土により形成した模擬地盤とを用いて、一次元注入実験を実施する。上記Ｓ５０と同様に、懸濁型改良材として、粒径が約１μｍの球形の二酸化ケイ素を主材として含み、水酸化カルシウムを硬化剤として含む、超微粒子球状シリカ系改良材を採用するものとし、濃度が水シリカ質量比（Ｗ／Ｓｉ）で４００％、８００％、１０００％のものを用いる。又、模擬地盤は、施工対象地盤内の異なる位置から採取した土を使用して、複数形成する。施工対象地盤の土粒子の平均粒径等が、施工対象地盤内であまり変わらない場合等は、模擬地盤を１つのみ形成してもよい。本実験では、上記Ｓ５０で用いた実験器具と同様の器具を用いて、上記Ｓ５０で説明した手順と同様の手順で実験を行うものとし、詳しい説明は省略する。
Ｓ１２０（一軸圧縮試験実施）：上記Ｓ１１０の一次元注入実験により作成した、施工対象地盤の採取土の改良体を対象として、一軸圧縮試験を実施する。本試験は、上記Ｓ６０で説明した手順と同様の手順で行うため、詳しい説明を省略する。
【００３４】
Ｓ１３０（分配係数推定）：上記Ｓ１１０の一次元注入実験の結果に基づいて、施工対象地盤の分配係数を求める。まず、一次元注入実験の結果から、図８の図表に示した「排出液の単位体積当たりの固形成分質量」に該当する値を算出する。更に、上記Ｓ１１０で行った一次元注入実験のモデルとして、浸透方向の軸をｘ軸、注入孔を原点とする、図９に示すようなモデルを考える。すると、上記Ｓ７０と同様に、〔数１１〕の式が導き出される。そこで、計測終了時の排出液（６５ｍｌ）の固形成分の濃度に対して、〔数１１〕を用いて計算した同時刻（計測終了時に相当）の濃度が最も近くなる、遅延係数Ｒｄを同定する。更に、同定した遅延係数Ｒｄと〔数７〕とから、分配係数Ｋｄを計算する。この分配係数Ｋｄが、推定される施工対象地盤の分配係数である。
Ｓ１４０（固形成分質量と一軸圧縮強度との関係導出）：上記Ｓ１１０の一次元注入実験及び上記Ｓ１２０の一軸圧縮試験の結果に基づいて、施工対象地盤の採取土から形成した模擬地盤の、改良体内の固形成分質量と改良体の一軸圧縮強度との関係を求める。本工程は、上記Ｓ８０で説明した手順と同様であるため、詳しい説明を省略する。
【００３５】
Ｓ１５０（遅延係数算出）：推定した施工対象地盤の分配係数を利用して、遅延係数を算出する。分配係数Ｋｄと遅延係数Ｒｄとの関係は、〔数７〕に示した通りであるため、分配係数Ｋｄと、施工対象地盤の土粒子の密度ρｓ及び間隙率ｎｅとから、遅延係数Ｒｄを算出する。例えば、土粒子の密度ρｓ及び間隙率ｎｅが２．７０７及び０．５であり、上記Ｓ１００に示した例のように、平均粒径が０．１５ｍｍのときの分配係数が、水シリカ比が４００％で０．３２２、水シリカ比が８００％で０．４６３、水シリカ比が１０００％で０．７０８となる場合の遅延係数は、夫々、１．８７（水シリカ比４００％）、２．２５（水シリカ比８００％）、２．９２（水シリカ比１０００％）となる。なお、上記Ｓ１３０で分配係数を推定した場合は、分配係数を推定する前に遅延係数を同定しているため、その際に同定した遅延係数が施工対象地盤の遅延係数となる。
【００３６】
Ｓ１６０（固形成分の予測分布導出）：算出した遅延係数を利用して〔数８〕を解き、施工対象地盤内での固形成分の予測分布を求める。まず、遅延係数Ｒｄを用いると共に、懸濁型改良材の注入量や濃度等を設定して、差分法等によって〔数８〕の移流分散方程式を解き、球形の改良体の半径と固形成分の濃度との関係を求める（例えば、後に説明する図１７（ａ）参照）。更に、求めた結果と〔数１２〕とを利用して、球形の改良体の半径と固形成分質量との関係を求める（例えば、後に説明する図１７（ｂ）参照）ことで、施工対象地盤内に球形に形成される改良体の、固形成分の予測分布を求める。
【００３７】
Ｓ１７０（一軸圧縮強度の予測分布導出）：上記Ｓ８０又はＳ１４０で求めた、固形成分質量と一軸圧縮強度との関係に基づいて、施工対象地盤内での一軸圧縮強度の予測分布を求める。すなわち、固形成分質量と一軸圧縮強度とが、例えば、図１３に示すような関係にある場合、ｘを固形成分質量、ｙを一軸圧縮強度とすると、試料Ａの実験の近似直線はｙ＝５７．５６８、試料Ｂの実験の近似直線はｙ＝５９．３９８、試料Ｃの実験の近似直線はｙ＝１１９．９３と表せる。これらの近似直線の傾きと、図８で確認できる各試料の５０％粒径との関係をグラフに示すと、図１４のようになる。更に、図１４に示す近似直線は、ｘを５０％粒径、ｙを図１３の近似直線の傾きとすると、ｙ＝２２６．３７−９０２．４８ｘとなる。このため、施工対象地盤の５０％粒径が０．１５ｍｍであるとすると、この場合の固形成分質量と一軸圧縮強度との関係の近似曲線の傾きは、９０．９９８（≒９１）と計算できる。従って、施工対象地盤の５０％粒径が０．１５ｍｍの場合の、固形成分質量（ｘ）と一軸圧縮強度（ｙ）との関係は、ｙ＝９１ｘという近似式で表せる。この関係と、上記Ｓ１６０で求めた固形成分の予測分布とから、施工対象地盤における一軸圧縮強度の予測分布を求める（例えば、後に説明する図１７（ｃ）参照）。
【００３８】
Ｓ１８０（改良体の大きさ導出）：上記Ｓ１７０で求めた一軸圧縮強度の予測分布に基づいて、所定の強度以上の一軸圧縮強度を有する改良体の大きさを求める。すなわち、一軸圧縮強度の予測分布から、例えば、１００ｋＰａ以上の一軸圧縮強度を有する部分を特定して、その部分の大きさ（上記Ｓ１０で球形の仮想形状を設定している場合は球形の半径）を求めればよい。
ここまでの工程により、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法の、一例の手順が終了となる。
【００３９】
次に、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法を検証するために、本発明者らが行ったドラム缶注入実験について説明する。図１５に、ドラム缶注入実験の模式図を示している。実験に使用したドラム缶５０の大きさは、図１５に示す通りである。ドラム缶５０の最下層に砕石の排水層５２を設け、ドラム缶５０の内周面に沿って４本のドレーンパイプ５４を設置した。ドレーンパイプ５４は、飽和過程では注水用として利用し、改良材の注入時は排水用として利用するものである。そして、ドラム缶５０内に、粒度を調整したケイ砂（試料Ａ〜Ｃ）を５層に分けて投入し、各層毎に手動ランマーにより締め固めて、相対密度６０％を目標に調整すると共に、砂層の中央部に、吐出口５６ａを備えた注入管５６を設置した。砂詰め終了後に、ドラム缶５０の上部５ｃｍにモルタル５８を打設してキャッピングした。その後、下方から脱気水を流し、脱気水がドラム缶５０内の砂試料を満たした後に、注入管５６から懸濁型改良材を注入した。注入速度は１分当たり１リットルで、計４２リットルの改良材を注入した。そして、一定期間養生後に、改良体を掘り出して寸法を計測し、その後、供試体を切り出して一軸圧縮試験を行った。図１６の図表に、実験条件と実験結果とを、まとめて示している。なお、実験は、１回目と２回目とで、大きく２回に分けて行なっている。図１６中、配合は、改良材の水シリカ比（Ｗ／Ｓｉ）であり、改良率は、実験で形成された改良体の体積を、改良材が間隙を充填したときの理想的な改良体体積で除した値を示している。
【００４０】
本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法に従い、ドラム缶内に、図２に示したような球形の範囲で改良材が浸透すると仮定し、〔数８〕の式を解いた。１回目の実験のＮｏ．１、３〜５に対応する計算結果として、改良体半径と改良材の濃度（注入した改良材の濃度を１００％とした場合）との関係を図１７（ａ）に、改良体半径と固形成分質量との関係を図１７（ｂ）に、改良体半径と一軸圧縮強度との関係を図１７（ｃ）に、夫々示している。なお、計算に使用した遅延係数は、図１０に示した平均粒径と分配係数との関係、図１０の近似直線から得られる図１１のグラフ及び〔数１３〕から、分配係数を求め（図１のＳ１００参照）、更に、〔数７〕から同定した遅延係数である（図１のＳ１５０参照）。
【００４１】
更に、図１８及び図１９に、ドラム缶注入実験から得た結果と、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法から推定した結果との比較を示している。図１８が一軸圧縮強度、図１９が改良体の半径の比較結果である。図から分かるように、実験結果と推定結果とが離れているものもあるが、概ね良好な結果が得られた。なお、図示は省略するが、ドラム缶注入実験から得た改良体の体積と、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法から推定した改良体の体積とを比較した結果、図１９に示した改良体の半径の比較結果と同様の傾向が見られた。
【００４２】
さて、上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、土粒子による懸濁型改良材の吸着量を考慮した移流分散方程式を利用して、地盤の改良体の大きさや強度を求めるものである。すなわち、まず、図２に示すように、懸濁型改良材を地盤Ｇに注入したときに、懸濁型改良材が地盤Ｇ内に浸透する範囲の形状２４を、仮想的に設定する（図１のＳ１０）。そして、設定した仮想形状２４に対応する移流分散方程式を、地盤の土粒子によって懸濁型改良材が吸着される量をパラメータとして含めて立式する（図１のＳ２０）。この際、例えば、〔数１〕〜〔数５〕に示すように、懸濁型改良材の濃度Ｃと吸着量ｑとの間に、分配係数Ｋｄを用いた線形吸着等温の関係が成り立つものとして立式する。
【００４３】
次に、濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、平均粒径が異なる試料により形成した複数の模擬地盤又は施工対象地盤から採取した土により形成した模擬地盤とを用いて、一次元注入実験を実施する（図１のＳ５０又はＳ１１０）。試料により形成した模擬地盤を用いるか、施工対象地盤からの採取土により形成した模擬地盤を用いるかは、状況に応じて適宜選択できるものとする（図１のＳ３０、Ｓ４０）。一次元注入実験は、例えば、図５及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、アクリル管３０の内部に模擬地盤を形成し、模擬地盤に懸濁型改良材を注入する試験を、懸濁型改良材の濃度を変更しながら複数回実施する。更に、一次元注入実験により得られた複数の模擬地盤の改良体を対象として、図６（ｃ）に示すように、一軸圧縮試験を実施する（図１のＳ６０又はＳ１２０）。そして、双方の実験結果から、分配係数Ｋｄ、及び、懸濁型改良材の固形成分の質量と改良体の一軸圧縮強度との関係を求める（図１のＳ８０又はＳ１４０）。すなわち、例えば、一次元注入実験のモデル（図９参照）に対応する、〔数１０〕のような移流分散方程式を立てて、この移流分散方程式を差分法等を利用して計算することで、施工対象地盤の分配係数Ｋｄを求める。又、移流分散方程式から得られる、改良体の位置毎の単位体積当たりの固形成分質量から、図１２に示すような改良体内における固形成分の分布を求め、更に、一軸圧縮試験の結果と合わせて、図１３に示すような固形成分の質量と改良体の一軸圧縮強度との関係を求める。続いて、〔数７〕を利用して、施工対象地盤の分配係数Ｋｄと、施工対象地盤の土粒子の間隙率ｎｅ及び密度ρｓとから、施工対象地盤の遅延係数Ｒｄを算出する（図１のＳ１５０）。
【００４４】
次に、設定した仮想形状に対応する移流分散方程式〔数８〕を、施工対象地盤の遅延係数Ｒｄ、注入する懸濁型改良材の濃度及び注入量等を用いて、差分法等により解くことによって、施工対象地盤に懸濁型改良材を注入した場合の、施工対象地盤内の固形成分の予測分布を求める（図１のＳ１６０）。更に、施工対象地盤内の固形成分の予測分布に対して、実験から求めた固形成分の質量と改良体の一軸圧縮強度との関係を適用することで、施工対象地盤内の一軸圧縮強度の予測分布を求める（図１のＳ１７０）。そして、施工対象地盤内の一軸圧縮強度の予測分布から、例えば、施工対象地盤に対して要求される所定の強度以上の範囲を抽出して、その範囲の大きさを求める（図１のＳ１８０）。
本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、上記のような手順により、施工対象地盤へ構築する改良体の大きさや強度を求めるものである。このため、地盤注入工法に用いる懸濁型改良材の濃度や注入量を、施工対象地盤の土粒子の平均粒径等に応じて、適切に設定することができ、地盤注入工法のコストを抑制すると共に、信頼性を向上することが可能となる。
【００４５】
又、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、平均粒径が異なる試料により形成した複数の模擬地盤とを用いて、一次元注入実験を実施する場合に、模擬地盤を形成する試料と懸濁型改良材の濃度との組み合わせ（図４参照）を変更しながら、複数回実施する。そして、一次元注入実験の実験結果から、模擬地盤を構成する試料の平均粒径と分配係数Ｋｄとの関係を求める（図１のＳ７０）。すなわち、例えば、一次元注入実験のモデルに対応する移流分散方程式を立てて、この移流分散方程式を差分法等を利用して計算することで、試料の平均粒径毎の遅延係数Ｒｄ及び分配係数Ｋｄを算出して（図８参照）、図１０に示すような土粒子の平均粒径と分配係数Ｋｄとの関係を求める。
【００４６】
続いて、一次元注入実験から求めた土粒子の平均粒径と分配係数Ｋｄとの関係に基づいて、実際に懸濁型改良材を注入して改良を行う施工対象地盤の分配係数Ｋｄを求める（図１のＳ１００）。すなわち、例えば、図１０から図１１のようなグラフを求め、更に〔数１３〕に示すような近似式を求める。そして、予め行う調査等から、施工対象地盤の土粒子の平均粒径を把握し、把握した平均粒径と改良材の任意の濃度とを〔数１３〕に対して適用することで、施工対象地盤の分配係数Ｋｄを推定する。この際、施工対象地盤内で、位置や深さによって土粒子の平均粒径が異なるような場合は、夫々の平均粒径毎に分配係数Ｋｄを推定すればよい。このように、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、試料を用いた一次元注入実験により、平均粒径と分配係数Ｋｄとの関係を求めるため、施工対象地盤からの採取土で実験を行えないような場合であっても、施工対象地盤の分配係数Ｋｄを推定することができる。更に、試料を用いた一次元注入実験と、試料から形成した改良体の一軸圧縮試験とは、懸濁型改良材の打設範囲の設計毎に行う必要はなく、一度行った実験から得た、平均粒径と分配係数Ｋｄとの関係及び固形成分質量と一軸圧縮強度との関係を、繰り返し利用することができる（図１のＳ９０）。従って、打設範囲の設計を効率よく行うことが可能となる。
【００４７】
又、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、濃度が異なる複数の懸濁型改良材と、施工対象地盤から採取した土により形成した模擬地盤とを用いて、一次元注入実験を実施する場合に、模擬地盤は、施工対象地盤内で位置や深さを変えて複数個所から採取した土を用いて、複数形成してもよい。この場合は、形成した模擬地盤と懸濁型改良材の濃度との組み合わせを変更しながら、一次元注入実験を複数回実施する。そして、例えば、実験から得られる、模擬地盤通過後の固形成分質量と排水量との関係から、施工対象地盤の分配係数Ｋｄを推定する（図１のＳ１３０）。更に、引き続き行う一軸圧縮試験は、施工対象地盤の採取土から形成した模擬地盤の、改良体を用いて行うこととなる。従って、分配係数Ｋｄだけではなく、分配係数Ｋｄから算出する遅延係数Ｒｄ、固形成分質量と一軸圧縮強度との関係といった、施工対象地盤の採取土を用いた実験から得られるパラメータを用いて計算を行うものである。このため、設計結果と施工結果との差分を低減し、より正確に設計を行うことができる。
【００４８】
更に、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、移流分散方程式を立てる際に設定する、懸濁型改良材が地盤内に浸透する範囲の仮想形状として、図２に示すような、地盤Ｇ内の一点から、その一点を中心ｃとする球形に浸透する仮想形状２４を設定してもよい。これにより、設定した形状２４が実際に地盤Ｇ内に構築される改良体の形状に近くなるだけではなく、懸濁型改良材が球形に浸透する場合の移流分散方程式は、〔数８〕のように、球形の半径ｒをパラメータとして含む、比較的単純な式で表すことができる。このため、設計の正確性と合理性とを両立して、効率よく計算を行うことが可能となる。
又、施工対象地盤の改良体の大きさを求める際に、改良体が一軸圧縮強度として備えるべき所定の強度を、一般的に液状化対策に必要とされている１００ｋＰａとしてもよい。これにより、本設計方法を利用して地盤注入工法を行うこととすれば、少なくとも地盤の液状化を抑制するだけの強度を確保することができるため、地盤改良の信頼性をより向上することが可能となる。
【００４９】
更に、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、地盤に注入する懸濁型改良材として、超微粒子球状シリカ系改良材を用いてもよい。この超微粒子球状シリカ系改良材は、主材としての精製された球形の二酸化ケイ素と、硬化剤としての水酸化カルシウムとを含むものであり、更に、球形の二酸化ケイ素が、例えば、粒径が１μｍ程度のものであるため、比較的円滑に地盤内に浸透する。従って、改良材が実際に地盤内に注入されたときの、地盤内での浸透のし難さ等に起因する、設計結果と施工結果との差分を、低減することができる。
なお、本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法は、液状化対策や耐震補強といった本設用途の地盤注入工法だけではなく、例えば、掘削工事におけるヒービングや盤ぶくれ対策、トンネル掘削時の鏡切部や切羽の崩壊防止といった、仮設用途の地盤注入工法に対しても、適用可能なものである。
【００５０】
一方、本発明の実施の形態に係る地盤注入工法は、上述した本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法を利用するものである。すなわち、施工対象地盤に対して求められている、改良体の強度や大きさを満足するように、懸濁型改良材の打設範囲の設計方法により、所定強度以上の改良体の大きさを求める。そして、その場合に設定した懸濁型改良材の濃度及び注入量に従って、実際に施工対象地盤に懸濁型改良材を注入する。これにより、上述した本発明の実施の形態に係る懸濁型改良材の打設範囲の設計方法と同様の作用効果を奏しながら、施工対象地盤に要求される強度を満たすように、効率よく作業を進めることが可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ：地盤、２４：仮想形状、４２：改良体
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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