(57)【要約】【課題】パイピングを確実かつ早急に防止する技術を提供する。【解決手段】パイピングの兆候とされるボイリング発生孔１の周囲を掘削面５において管材７で囲繞することにより動水勾配を減少させて、パイピングを防止するパイピング防止工法であって、ボイリング発生孔内における水流に抗して落下するほどに比重の大きな砂鉄を投入する投入工程と、砂鉄１０の投入後、固化剤を地中内に注入する固化剤注入工程を有する。固化剤注入工程は、複数の通し孔を壁面に有する有孔管９をボイリング発生孔１に挿入し、この有孔管経由で前記固化剤を地中内に注入する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイピングの兆候とされるボイリング発生孔の周囲を地表面において囲繞することにより動水勾配を減少させて、パイピングを防止するパイピング防止工法であって、前記ボイリング発生孔内における水流に抗して落下するほどに比重の大きな物質を投入する投入工程を有するパイピング防止工法。
【請求項２】
前記比重の大きな物質の投入後、固化剤を地中内に注入する固化剤注入工程を有することを特徴とする請求項１に記載のパイピング防止工法。
【請求項３】
前記比重の大きな物質の投入前に、複数の通し孔を壁面に有する有効管を前記ボイリング発生孔に挿入し、当該有効管の外壁面に沿って前記比重の大きな物質を前記ボイリング発生孔に案内することを特徴とする請求項２に記載のパイピング防止工法。
【請求項４】
前記固化剤を前記有孔管内に注入し、当該有孔管経由で前記ボイリング発生孔又は／及びその周辺に前記固化剤を浸透させることを特徴とする請求項３に記載のパイピング防止工法。
【請求項５】
前記ボイリング発生孔周りの適所にボーリングを行い、当該ボーリングにより形成されたボーリング孔に固化剤を投入し、当該ボーリング孔経由で前記ボイリング発生孔又は／及びその周辺に前記固化剤を浸透させることを特徴とする請求項２に記載のパイピング防止工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパイピング防止工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下水位の高い地盤においては、堀削工事中に地中内の土粒子が掘削面に水と共に噴出するボイリングが発生しやすい。これは掘削をすることにより、ダルジーの法則で周知の動水勾配が大きくなるため、地山側から掘削側に向けて水が漏出し易くなるからである。
【０００３】
ボイリング現象を生じると、地盤中にパイプの如き細長い穴を現出しそれが順次生長して行く、いわゆるパイピング現象を惹起する。
【０００４】
パイピング現象が地盤中に深く拡大しながら生じたならば、基礎地盤の安定性を欠くことになり好ましくない。パイピングは、動水勾配が大きくなることに起因して地山側から掘山側に浸透して流れる水の勢いが、地中内土粒子の安定性を上回る程の大きさになった時に発生すると考えられている。しかし、パイピングの発生原因として動水勾配の影響によるところが大きいことはわかっているが未だ正確にはつかめていない。
【０００５】
また、河川の多くはその中・下流域において堤防により陸域と河道とに分断されている。堤防は通常、土砂で作られ、土砂の搬送利便性から堤防を造っている現場の川砂等が利用される。このため、堤防は透水性が高い傾向にある。そして洪水によって河道の水位が上がると、掘削工事の場合と同様にボイリング延いてはパイピング現象が生じることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これまでの技術では、前記動水勾配を小さくする方法、例えば堤防のパイピング対策として「月の輪工」とよばれる水防工法が周知である。
【０００７】
しかしながら、月の輪工では動水勾配を小さくするためにボイリング現象を生じている箇所を土砂または管材等で囲繞して貯水し、当該貯水箇所の水位が河川の水位に近づくように囲繞壁を積まなければならず、緊急時の対応としては十分ではない。
【０００８】
また、掘削工事中にボイリング現象が生じていることがわかった場合、掘削範囲を掘り起こした土粒子で埋め戻したり、注水したりする等の対策がなされる。また、注入剤を土粒子の吹き出し口に注入したりする等の止水対策がなされる。しかしながら、埋戻し及び注水は抜本的な対策となりえず、また止水対策のための施工の段取りが容易でなく、やはり緊急時の対応には苦慮していた。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みて為されたものであり、その解決しようとする課題はパイピングを確実かつ早急に防止できる技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明は以下の手段とした。
【００１１】
即ち、本発明パイピング防止工法は、パイピング防止のために、動水勾配を小さくするとともに、ボイリング発生孔内における水流に抗して落下するほどに比重の大きな物質をボイリング発生孔に投入するようにした。
【００１２】
詳しくは、パイピングの兆候とされるボイリング発生孔の周囲を地表面において囲繞することにより動水勾配を減少させて、パイピングを防止するパイピング防止工法であって、ボイリング発生孔内における水流に抗して落下するほどに比重の大きな物質を投入する投入工程を有するパイピング防止工法である。
【００１３】
当該物質をボイリング発生孔に投入すれば、当該孔は前記比重の大きな物質で充填される。この結果、ボイリング発生孔が前記比重の大きな物質で閉塞されるので、水流に対する基礎地盤の安定度を高くし、パイピングを防止する。
【００１４】
また、囲繞により動水勾配が所望の値になるまで待たずとも、囲繞がある程度進んだらあるいは囲繞と平行して、比重の大きな物質を投入することもできるので、緊急時の対策として有効である。
【００１５】
前記比重の大きな物質の投入後、固化剤を地中内に注入すれば、固化剤によって土粒子が固化するため、さらに地中内土粒子の安定化を図れる。
【００１６】
前記比重の大きな物質の投入前に、複数の通し孔を壁面に有する有孔管を前記ボイリング発生孔に挿入し、当該有効管の外壁面に沿って前記比重の大きな物質を前記ボイリング発生孔に案内することもできる。このようにすれば有効管の外壁面に沿って前記比重の大きな物質なボイリング発生孔内に効率よく供給できる。
【００１７】
この状態で前記固化剤を前記有孔管内に注入すれば、有効管の通し孔を経由して、固化剤が有効管の壁面の外、すなわち前記ボイリング発生孔又は／及びその周辺にまで浸透し、固化剤のボイリング発生孔への注入が確実になる。併せて固化剤は前記比重の大きな物質と混ざり合い、ボイリング発生孔が固化する。このため、ボイリング発生孔の閉塞が確実となり、パイピング防止工法として一層有効である。
【００１８】
土質または地中内の環境によっては有孔管を挿入できない場合もあり得る。その場合、ボイリング発生孔周りの適所にボーリングを行い、当該ボーリングにより形成されたボーリング孔に固化剤を投入し、当該ボーリング孔経由で前記ボイリング発生孔又は／及びその周辺に前記固化剤を浸透させるようしてもパイピング防止工法として有効である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発の実施の形態を添付した図面を参照して説明する。
【００２０】
図１はパイピング防止工法を順を追って説明するための垂直断面である。
【００２１】
本発明に係るパイピング防止工法の施工者は、（ａ）図のように、掘削面５にできたボイリング発生孔１から土粒子１１を含む水Ｗとともに掘削面５に噴出するボイリング現象を見つけたら、（ｂ）図のように掘削面５においてボイリング発生孔１の周囲を管材（または土砂）７で囲繞する。当該囲繞により管材７内には土粒子１１を含む水Ｗが貯留されて行き、その位置水頭（全水頭）が次第に大きくなる。そして管材７内の位置水頭の増大に伴い管材７の位置水頭と地山側の位置水頭（全水頭）との差は小さくなり、動水勾配も小さくなる。なお積極的に動水勾配を小さくするために、ポンプ等を利用して水を管材７内に導入してもよい。
【００２２】
そして、（ｃ）図に示すように、図示しない多数の通し孔を壁面に有する有孔管９を前記ボイリング発生孔１に挿入する。この時、有効管９の全部を入れてしまわずに、管材７よりも高位に先端が位置するように突出させる。そして、管材７の突出した部分における一端開口９ａの周辺から、（ｄ）図で示すように、有効管９周辺に比重の大きな物質である砂鉄１０が入れられる。このようにすれば有効管９の外壁面に沿って前記比重の大きな物質がボイリング発生孔内に効率よく供給できる。なお比重の大きな物質であれば、砂鉄に限られないのは勿論であるが、ボイリング発生孔内における水流に抗して落下するほどに比重の大きな物質であることが好ましい。
【００２３】
そして次に（ｅ）図に示すように、固化剤（図示せず）を有孔管９より注入する。この結果、斜線で示すように、砂鉄１０の充填により閉塞されたボイリング発生孔１及びその周辺に固化剤からなる注入ゾーン１３が形成される。
【００２４】
次にこのようなパイピング防止工法の作用効果を述べる。
【００２５】
このようなパイピング防止工法は、パイピング防止のために、パイピングの兆候といわれるボイリング発生孔の周辺を地表面において管材７で囲繞することにより動水勾配を小さくするばかりでなく、ボイリング発生孔内における水流に抗して落下する程に比重の大きな物質である砂鉄１０を投入する。当該比重の大きな物質は砂鉄ばかりではないが、砂鉄１０は水流に対して十分落下し易いので、ボイリング発生孔内は、砂鉄１０により比較的短時間で充填される。この結果、ボイリング発生孔１が閉塞され、水流に対する基礎地盤の安定性を高めることができるので、ボイリング延いてはパイピングの防止に有効である。
【００２６】
ボイリングの検討法の一例としてテルツァーギの方法がある。テルツァーギの方法を解説した図２を参照して、砂鉄等比重の大きな物質をボイリング発生孔内に投入することによる土粒子の安定性を説明する。
【００２７】
ボイリングの式（１式）から、ボイリング発生孔内に比重の大きな物質を投入することにより基礎地盤の安定性が高まる。すなわちパイピングが発生しにくくなることは、明らかである。
【００２８】
Ｆ＝Ｗ／Ｕ＝（２γ’Ｌｄ）／（γｗ・ｈｗ）・・・・・・・・（１式）
但し、Ｆ：安全率
Ｗ：土の有効重量
Ｕ：平均過剰間隙水圧
γ’：土の水中単位体積重量
Ｌｄ：根入れ長
γｗ：水の単位体積重量
ｈｗ：水位差
【００２９】
ここで、γ’は通常０．７〜１．２程度であるが純粋な砂鉄を使用すると最大で６．８５となる。したがって、砂鉄がボイリング発生孔１（根入れ長の全長Ｌｄ）に十分に充填できれば、その単位体積重量比でその孔の安定性が高まる。したがって前記の場合、純粋な砂鉄を使用した場合、通常の場合と比較して、安定性は、６．８５を０．７〜１．２で割った除数、すなわち９．８〜５．７倍であり、かなり高いことがわかる。
【００３０】
ボイリング発生孔１に比重の大きな物質である砂鉄１０を投入するだけでも基礎地盤の安定性は従来よりもかなり高くなるが、前記砂鉄の投入前に、複数の通し孔を壁面に有する有孔管９をボイリング発生孔１に挿入し、有効管９の外壁面に沿って砂鉄１０をボイリング発生孔１に案内する。このようにすれば、砂鉄１０がボイリング発生孔１内に効率よく供給できるので、基礎地盤の安定性を一層高められる。
【００３１】
そして、この状態で前記固化剤を前記有孔管９内に注入すれば、有効管９の通し孔を経由して、固化剤が有効管９の壁面の外、すなわち前記ボイリング発生孔又は／及びその周辺にまで浸透し、固化剤のボイリング発生孔１への注入が確実になる。併せて、固化剤は砂鉄１０と混ざり合い、ボイリング発生孔１が固化する。このため、ボイリング発生孔１の閉塞が確実となり、ボイリング現象、延いてはパイピング現象を有効に防止することができる。
なお、砂鉄は比較的安価であり、また細かい粒径から粗めの粒径まで入手が可能であるので、土質にあわせて砂鉄の適用範囲を広げられる。
【００３２】
また、固化剤は有孔管経由で地中に送り込まれるので、固化剤のパイピング発生孔内への搬送が確実になる。
【００３３】
さらに囲繞により動水勾配が所望の値になるまで待たずとも、囲繞がある程度進んだらあるいは囲繞するのと平行して比重の大きな物質を投入することもできるので、緊急時の対策として有効である。
【００３４】
なお、土質または地中内の環境によっては有孔管９を地中に挿入できない場合もあり得る。その場合、有孔管９を用いずに砂鉄１０をボイリング発生孔１に投入後、ボイリング発生孔周りの適所にボーリング（図示せず）を行い、当該ボーリングにより形成された図示しないボーリング孔に固化剤を注入し、当該ボーリング孔経由で前記ボイリング発生孔又は／及びその周辺に固化剤を浸透させることにより基礎地盤の安定化を期待できる。
【００３５】
ところで、パイピングは局所的な破壊から生じる傾向にあるが、本発明に係るパイピング防止工法によればその局所的な場所での補強が上述のように十分なされるため、極めて有効にその後の工事（例えば掘削工事）が可能になる。
【００３６】
尚、本発明は、上述の図示例にのみ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内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本実施形態では、地表面に垂直なボイリング発生孔について述べたが、地表面に対して斜めなボイリング発生孔でもよい。砂鉄を重力によって地中内に供給できるからである。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、パイピングを確実かつ早急に防止できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための概念図である。
【図２】ボイリングの検討法（テルツァーギの方法）についての解説図である。
【符号の説明】
１  ボイリング発生孔
５  掘削面
７  管材
９  有孔管
９ａ  開口
１０  砂鉄
１１  土粒子
１３  注入ゾーン
Ｗ  土粒子１１を含む水
【図１】
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【図２】
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