(57)【要約】【課題】液状化防止方法として、圧密沈下による地盤沈下のない、施工コストが安価で安全な液状化防止方法を提供すること。【解決手段】液状化防止対象地盤の上部に天然あるいは人工的に難透水気層を存在させ、地表より液状化防止対象地盤に達する注入井戸と水抜き井戸を形成し、注入井戸から液状化防止対象地盤にその地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入し、液状化防止対象地盤下部に存在する難透水気層の地下水位を低下することなく水抜き井戸から地下水を排除し、その後、注入井戸からの圧縮気体の注入を止め、水抜き井戸から排除された地下水を注入井戸を通して液状化対象地盤内に復帰させることにより地盤の飽和度を低下するようにしたことを特徴とする圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化防止対象地盤の上部に天然あるいは人工的に難透水気層を存在させ、地表より液状化防止対象地盤に達する注入井戸と水抜き井戸を形成し、注入井戸から液状化防止対象地盤に液状化防止対象地盤の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入し、周囲の地下水位を低下することなく水抜き井戸から地下水を排除し、その後、注入井戸からの圧縮気体の注入を止め、水抜き井戸から排除された地下水を注入井戸を通して液状化防止対象地盤内に復帰させることにより地盤の飽和度を低下するようにしたことを特徴とする圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法。
【請求項２】
前記水抜き井戸から排除された地下水を注入井戸を通して液状化防止対象地盤内に復帰させる際に、前記排除された地下水に適量の界面活性剤を混入することを特徴とする請求項１に記載の圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法。
【請求項３】
前記注入井戸からの圧縮気体の注入は、液状化防止工事区域外への圧縮気体の拡散を防止するために指向性を持たせた注入井戸により行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法。
【請求項４】
前記水抜き井戸は下端部のみが開口していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法。
【請求項５】
前記注入井戸および水抜き井戸を地表部から液状化防止対象地盤下方に曲線状に延びる曲線状井戸としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法。
【請求項６】
前記液状化防止工事区域の周囲に、液状化防止対象地盤の下部層に達する止水壁を構築することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法。
【請求項７】
液状化防止対象地盤の上部に天然あるいは人工的に難透水気層を存在させ、地表より液状化防止対象地盤に達する曲線状の注入井戸を形成し、注入井戸から液状化防止対象地盤に液状化防止対象地盤の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入し、周囲の地下水位を低下することなく地盤の飽和度を低下するようにしたことを特徴とする圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法。
【請求項８】
液状化防止対象地盤の上部に天然あるいは人工的に難透水気層を存在させ、地表より液状化防止対象地盤に達する立坑を掘削し、立坑下部から液状化防止対象地盤に向けて放射状に水平方向に延びる注入井戸を形成し、注入井戸から液状化防止対象地盤に液状化防止対象地盤の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入し、周囲の地下水位を低下することなく地盤の飽和度を低下するようにしたことを特徴とする圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法。
【請求項９】
前記液状化防止対象地盤に水圧計、飽和度計器を設置し、各計器のデータに基づいて注入井戸からの圧縮気体の注入圧力及び注入量が制御されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震時に液状化する地盤の液状化防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤の液状化とは、含水率の高い地盤が地震により衝撃、振動を受けて変形した場合、土粒子間に飽和状態で存在している間隙水の水圧が急激に上昇して土粒子間の摩擦抵抗が消失してしまい、その結果、地盤があたかも液体のように挙動して支持耐力を失ってしまう現象をいう。
【０００３】
地盤を液状化しないように改良する工法としては、従来、強力な振動等により地盤を締め固め地盤の密度を増大する工法、薬液注入等により地盤を固結する工法、良質の土と地盤土を置き換える工法、地盤の飽和度（地層の粒子間空隙内における水の容積と空隙の全容積との比を百分率で表した値。）を低下する工法が実施されてきた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３９７５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１２３４３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来工法としての、前記地盤密度を増大する工法、地盤を固結する工法、地盤置換工法は、局部的な液状化防止工法としては採用可能であるけれども、都市部の広範囲に液状化防止工法として適用した場合、莫大な費用と時間を必要とし、現実的な液状化防止工法とはいえない。
【０００６】
地盤の飽和度を低下する従来工法としては、地下水位を低下させ復水する工法（特開平８−３９７５号公報）と、地盤に圧縮空気または空気溶存水を井戸から注入し、併行して一方の井戸から地下水を汲み上げて気泡を水平方向へ浸透させる工法（特開２００１−１２３４３８号公報）があるが、地下水位を低下させ復水する工法においては、地下水位の低下によって地盤内有効応力が変化するため、液状化防止工法の対象地盤の上部あるいは下部に難透水気層が存在すると、この層の圧密により地盤沈下が生じる可能性がある。また、地下水位低下の影響が工事区域外に生じることを防ぐため、工事区域との境界に止水壁を設ける必要がある。
圧縮空気または空気溶存水を注入する工法においては、注入口の井戸周辺で空気溜りが形成され、気泡を分散・注入することが困難になる。また、地盤中に第二酸化鉄が存在すると注入される空気と反応し地盤中に酸欠空気が発生する。
【０００７】
本発明は、従来の液状化防止工法の問題点を解決するため、圧密沈下による地盤沈下を抑制した施工コストの安い液状化防止工法を提供することを目的とする。
【０００８】
【問題を解決するための手段】
本願発明は、上記課題を解決するために下記のように構成される。
本第１発明は、圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法において、液状化防止対象地盤の上部に天然あるいは人工的に難透水気層を存在させ、地表より液状化防止対象地盤に達する注入井戸と水抜き井戸を形成し、注入井戸から液状化防止対象地盤に液状化防止対象地盤の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入し、周囲の地下水位を低下することなく水抜き井戸から地下水を排除し、その後、注入井戸からの圧縮気体の注入を止め、水抜き井戸から排除された地下水を注入井戸を通して液状化防止対象地盤内に復帰させることにより地盤の飽和度を低下するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
本第２発明は、本第１発明の圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法において、前記水抜き井戸から排除された地下水を注入井戸を通して液状化防止対象地盤内に復帰させる際に、前記排除された地下水に適量の界面活性剤を混入することを特徴とする。
【００１０】
本第３発明は、本第１又は第２発明の圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法において、前記注入井戸からの圧縮気体の注入は、工事区域外への圧縮気体の拡散を防止するために指向性を持たせた注入井戸より行うことを特徴とする。
【００１１】
本第４発明は、本第１〜第３発明のいずれか１つの発明の圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法において、前記水抜き井戸は下端部のみが開口していることを特徴とする。
【００１２】
本第５発明は、本第１〜第４発明のいずれか１つの発明の圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法において、前記注入井戸および水抜き井戸を地表部から液状化防止対象地盤下方に曲線状に延びる曲線状井戸としたことを特徴とする。
【００１３】
本第６発明は、本第１〜第５発明にいずれか１つの発明の圧縮気体注入による飽和地盤の液状化防止方法において、前記液状化防止工事区域の周囲に、液状化防止対象地盤の下部層に達する止水壁を構築することを特徴とする。
【００１４】
本第７発明は、圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法において、液状化防止対象地盤の上部に天然あるいは人工的に難透水気層を存在させ、地表より液状化防止対象地盤に達する曲線状の注入井戸を形成し、注入井戸から液状化防止対象地盤に液状化防止対象地盤の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入し、周囲の地下水位を低下することなく地盤の飽和度を低下するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
本第８発明は、圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法において、液状化防止対象地盤の上部に天然あるいは人工的に難透水気層を存在させ、地表より液状化防止対象地盤に達する立坑を掘削し、立坑下部から液状化防止対象地盤に向けて放射状に水平方向に延びる注入井戸を形成し、注入井戸から液状化防止対象地盤に液状化防止対象地盤の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入し、周囲の地下水位を低下することなく地盤の飽和度を低下するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
本第９発明は、本第１〜第８発明のいずれか１つの発明の圧縮気体注入による飽和地盤の液状化防止方法において、前記液状化対象地盤に水圧計、飽和度計を設置し、各計器のデータに基づいて注入井戸からの圧縮気体の注入圧力及び注入量が制御されることを特徴とする。
【００１７】
【作用】
上述したように、本発明においては、液状化防止工法として、液状化防止対象地盤の飽和度を低下する工法を採用し、液状化防止対象地盤の上部に天然または人工的に難透水気層を存在させた状態で、注入井戸から液状化防止対象地盤の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を液状化防止対象地盤に注入し、地下水位を低下することなく液状化防止対象地盤に位置する水抜き井戸の下部開口から地下水を排除し、液状化防止対象地盤下部まで飽和度を低下させた後、圧縮気体の注入を止め、水抜き井戸から排除された地下水を注入井戸を通して液状化防止対象地盤に復帰させることにより液状化防止対象地盤の飽和度を低下させる工法を採用しているので、注入された圧縮気体が液状化防止対象地盤の上部から脱気することがなく、液状化防止対象地盤内の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入することで、周囲の地下水位を低下させることがなく地盤内の有効応力を変化させないため、液状化防止対象地盤の上下部の粘性土層の圧密沈下が抑制され、安全で施工コストの安い液状化防止工法を可能とする。
水抜き井戸から排除された地下水を注入井戸を通して液状化防止対象地盤内に復帰させる際に、前記排除された地下水に適量の界面活性剤を混入する構成により、界面活性剤を構成する親油基が空気と、親水基が水と結びついて、独立して壊れにくい安定な微小気泡を形成し、不飽和土を効率よく地盤に生成する。
また、注入井戸からの圧縮気体の注入が工事区域外に拡散するのを防止するために指向性を持たせて実施されるので、工事区域外への地盤沈下等の影響を抑制することができる。
注入井戸および水抜き井戸を曲線状井戸とすることにより、注入井戸と水抜き井戸の地表部分での間隔が長い場合でも効率よく液状化防止方法を施工することができ、液状化防止工事区域の地表部に大きな構造物等が存在するような場合には有効である。
液状化防止工事区域の周囲に、液状化防止対象地盤の下部層に達する止水壁を構築することにより、工事区域周辺への圧縮空気の漏出や地下水位の影響をより確実に抑制することができる。
また、液状化防止工事区域の周囲に、工事により影響を受ける構造物等が存在しない場合には、水抜き井戸を設けることなく、地表より液状化防止対象地盤に達する曲線状の注入井戸を形成するか、地表より液状化防止対象地盤に達する立坑を掘削し、立坑下部から液状化対象地盤に向けて放射状に水平方向に延びる注入井戸を形成し、注入井戸から液状化防止対象地盤に液状化防止対象地盤の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入し、周囲の地下水位を低下することなく地盤の飽和度を低下することができるので、より施工コストの低減化を図ることができる。
さらに、圧縮気体の注入等の作業が液状化防止対象地盤に設置した水圧計、飽和度計等の計器からのデータにより制御されるので、信頼性の高い液状化防止工法とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図により説明する。図１〜１０は、本発明の飽和度低下による液状化防止方法の一実施例を示すものである。粘着力が微弱な砂質地盤等からなる液状化防止対象地盤１の上部に、天然あるいは人工的な難透水気性（水と気体の透過性が小さい）の地盤２を存在させる。人工的に難透水気性の地盤を存在させるとは、液状化防止対象地盤の上部に天然の難透水気性の地盤が存在しない場合、上部地盤を薬液注入による地盤固結或いは機械による締め固めによる地盤密度の増大等の地盤改良をして人工的に難透水気性の地盤を形成するということである。液状化防止対象地盤１の下部には、難透水気性の地盤３が存在する。液状化防止対象地盤１の上部に難透水気性の地盤を存在させる技術的意義は、液状化防止対象地盤１に注入される圧縮気体が、上部地盤を通して漏気するのを防止するためである。
【００１９】
本発明の液状化防止方法を一定幅の帯状区域に沿って実施する形態において、帯状区域の両側の工事区域の境界近傍に一定間隔で地表より液状化防止対象地盤１の下部に達する注入井戸４を掘削する。注入井戸４は、液状化防止対象地盤１に対応する部分に複数の注入孔５を形成した注入管６を直接井戸掘削機により設置して形成しても、井戸を井戸掘削機により掘削した後、液状化防止対象地盤１に対応する部分に複数の注入孔５を形成した注入管６を設置し、井戸と注入管６との間隙に砕石７等を充填して注入井戸４を形成しても良い。注入管６は、地表に設置したコンプレッサ等の圧縮気体供給手段８と送気管９を介して連結される。圧縮気体としては通常圧縮空気が使用される。注入井戸４の液状化防止対象地盤１に対応する部分に形成される注入孔５は、工事区域である帯状区域外への圧縮気体の漏気を防止するため、例えば、注入井戸４の帯状区域外側をカバー板１０等で塞ぎ、圧縮気体の注入方向に指向性を持たせている。また、帯状区域のほぼ中央部に一定間隔で地表より液状化防止対象地盤１の下部に達する水抜き井戸１１を掘削する。水抜き井戸１１の下端には開口部１２が形成される。水抜き井戸１１の上部には、排水管１３が連結され、排水管１３には必要に応じてポンプのような排水手段を設置する。
図４に示されるように地震時液状化防止工事区域の周囲に、鋼矢板等を液状化対象地盤１の下部の下部難透水気地盤３に達するように打設して止水壁１８を構築し、地震時液状化防止工事区域外への圧縮気体の漏出や、地下水位の変動等の影響をより確実に抑制してもよい。
図５に示されるように、注入井戸４からの地下水圧に相当する圧力の圧縮気体の注入により、液状化対象地盤中の地下水の一部が圧縮気体により置き換えされ、液状化対象地盤上部から下部方向に向かって飽和地盤が不飽和地盤に移行する。
【００２０】
図６、図７は、本発明の他の実施形態を示す。
この実施形態においては、液状化防止工事区域の地表部に大きな構造物等が存在する場合、注入井戸４と水抜き井戸１１の地表部での設置位置の間隔が長くなり、液状化防止工事の施工性が低下する。そのような場合、注入井戸４と水抜き井戸１１を曲線ボーリング機で形成される曲線状注入井戸１９、曲線状水抜き井戸２０とすることにより施工性のよい圧縮気体注入による飽和地盤の地震時液状化防止方法とすることが可能となる。
【００２１】
図８は、本発明の他の実施形態を示すものである。
この実施形態においては、液状化防止工事区域の周辺に、工事により影響を受ける構造物等が存在しない場合には、水抜き井戸を設けることなく、地表より液状化防止対象地盤１の下部に達する曲線状注入井戸１９のみを形成し、曲線状注入井戸１９から液状化防止対象地盤１内の地下水圧に相当する圧縮気体を注入し、液状化防止対象地盤１の飽和度を低下させるものである。
図９、図１０は、本発明の他の実施形態を示すものである。
この実施形態においては、液状化防止工事区域の周辺に、工事により影響を受ける構造物等が存在しない場合に、地表から液状化防止対象地盤１の下部に達する立坑２１を掘削し、立坑２１の下部から液状化防止対象地盤１に複数の水平注入井戸２２を放射状に形成し、水平注入井戸２２から液状化防止対象地盤１内の地下水圧に相当する圧縮気体を注入し、液状化防止対象地盤１の飽和度を低下させるものである。
【００２２】
注入井戸４近傍の液状化防止対象地盤１内には、液状化防止対象地盤１の地下水圧および液状化防止対象地盤１の飽和度を測定する圧力センサ１４および飽和度計１５が深さ方向に沿って複数設置され、各センサ１４、１５はライン１６により地表の圧縮気体注入手段７の制御装置１７と連結される。
【００２３】
本発明の圧縮気体注入による液状化防止方法の手順を説明する。
（１）注入井戸４に設置した液状化防止対象地盤１の地下水圧を測定する圧力センサ１４のデータが制御装置１７に送られ、地表に設置した圧縮気体供給手段８から供給される圧縮気体の圧力を地下水圧と同じ圧力に圧力調節して注入井戸４に供給する。
（２）注入井戸４から液状化防止対象地盤１に注入された圧縮気体は、液状化防止対象地盤１の上部に難透水気性地盤２が存在するため、上部に排気されることなく、液状化防止対象地盤１内の地下水を排除する圧力として作用する。圧縮空気の注入により排除される地下水は、水抜き井戸１１の下端開口１２から水抜き井戸内に入り、水抜き井戸１１、排水管１３を通して排水される。
（３）水抜井戸１１からの地下水の排除により飽和状態から不飽和状態に移行する。不飽和状態への移行は、液状化防止対象地盤１の上部から下部に徐徐に進行する。
（４）液状化防止対象地盤１の地下水位と飽和度の変化は、注入井戸４の近傍の液状化防止対象地盤１内に深さ方向に複数配置された水圧計１４と飽和度計１５からなる各センサにより計測され、各センサ１４、１５からのデータが制御装置１７に送られ、制御装置１７が圧縮気体供給手段７を制御し、圧縮気体の注入圧力及び注入量を調節する。
（５）各センサ１４，１５からのデータが、不飽和状態が液状化防止対象地盤１の最下部まで達したことを検知すると、圧縮気体供給手段８からの圧縮気体の供給を止める。
（６）圧縮気体の供給を止め、水抜き井戸１１から排水された地下水を、注入井戸４を通して液状化防止対象地盤１内に復帰させる。液状化防止対象地盤１内に注入された圧縮空気の一部は水抜き井戸１１を通して排気される。
水抜き井戸１１から排水された地下水を、注入井戸４を通して液状化防止対象地盤１内に復帰させる際、地下水に適量の界面活性剤を混入する。界面活性剤分子は、油となじみ易い親油基（疎水基）と水になじみ易い親水基の２つの相反する性質の部分から成っており、親油基は空気と、親水基は水とそれぞれ結びついて、独立した壊れにくい安定な微小気泡を形成する。
（７）液状化防止対象地盤１内の地下水は元の状態に復帰するが、液状化対象地盤の土壌内には安定した微小気泡が無数に存在することにより、地下水が元の状態に復帰しても液状化対象地盤全体の不飽和状態が継続する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明においては、液状化防止工法として、液状化防止対象地盤の飽和度を低下する工法を採用し、液状化防止対象地盤の上部に天然または人工的に難透水気層を存在させた状態で、注入井戸から液状化防止対象地盤の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を液状化防止対象地盤に注入し、周囲の地下水位を低下することなく液状化防止対象地盤に位置する水抜き井戸の下部開口から地下水を排除し、液状化防止対象地盤下部まで飽和度を低下させた後、圧縮気体の注入を止めて、水抜き井戸から排除された地下水を注入井戸を通して液状化防止対象地盤に復帰させることにより液状化防止対象地盤の飽和度を低下させる工法を採用しているので、注入された圧縮気体が液状化防止対象地盤の上部から脱気することがなく、液状化防止対象地盤内の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入することで、地下水位を低下させることがなく地盤内の有効応力を変化させないため、液状化防止対象地盤の上下部の粘性土層の圧密沈下が抑制され、安全で施工コストの安い液状化防止工法を可能とする。
水抜き井戸から排除された地下水を注入井戸を通して液状化防止対象地盤内に復帰させる際に、前記排除された地下水に適量の界面活性剤を混入する構成により、界面活性剤を構成する親油基が空気と、親水基が水と結びついて、独立して壊れにくい安定な微小気泡を形成し、不飽和土を効率よく地盤に生成する。
また、注入井戸からの圧縮気体の注入が工事区域外に拡散するのを防止するために指向性を持たせて実施されるので、工事区域外への地盤沈下等の影響を抑制することができる。
注入井戸および水抜き井戸を曲線状井戸とすることにより、注入井戸と水抜き井戸の地表部分での間隔が長い場合でも効率よく液状化防止方法を施工することができ、液状化防止工事区域の地表部に大きな構造物等が存在するような場合には有効である。
液状化防止工事区域の周囲に、液状化防止対象地盤の下部層に達する止水壁を構築することにより、工事区域周辺への圧縮空気の漏出や地下水位の影響をより確実に抑制することができる。
また、液状化防止工事区域の周囲に、工事により影響を受ける構造物等が存在しない場合には、水抜き井戸を設けることなく、地表より液状化防止対象地盤に達する曲線状の注入井戸を形成するか、地表より液状化防止対象地盤に達する立坑を掘削し、立坑下部から液状化対象地盤に向けて放射状に水平方向に延びる注入井戸を形成し、注入井戸から液状化防止対象地盤に液状化防止対象地盤の地下水圧に相当する圧力の圧縮気体を注入し、周囲の地下水位を低下することなく地盤の飽和度を低下することができるので、より施工コストの低減化を図ることができる。
さらに、圧縮気体の注入等の作業が液状化防止対象地盤に設置した水圧計、飽和度計等の計器からのデータにより制御されるので、信頼性の高い液状化防止工法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液状化防止方法の一実施例を示す断面図
【図２】本発明の液状化防止方法の一実施例を示す平面図
【図３】本発明の液状化防止方法の一実施例の注入井戸の拡大断面図
【図４】本発明の液状化防止方法の一実施例を示す断面図
【図５】本発明の液状化防止方法の一実施例の概略図
【図６】本発明の液状化防止方法の一実施例を示す断面図
【図７】本発明の液状化防止方法の一実施例を示す平面図
【図８】本発明の液状化防止方法の一実施例を示す断面図
【図９】本発明の液状化防止方法の一実施例を示す断面図
【図１０】本発明の液状化防止方法の一実施例を示す平面図
【符号の説明】
１：液状化防止対象地盤
２：上部難透水気地盤
３：下部難透水気地盤
４：注入井戸
５：注入孔
６：注入管
７：砕石
８：圧縮気体供給手段
９：送気管
１０：カバー板
１１：水抜き井戸
１２：下端開口
１３：排水管
１４：圧力センサ
１５：飽和度計
１６：ライン
１７：制御装置
１８：止水壁
１９：曲線状注入井戸
２０：曲線状水抜き井戸
２１：立坑
２２：水平注入井戸
【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】
2004124692.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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