(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンホール本体の外周縁から所定距離離隔した地盤部位に、先端部側壁に１又は複数の側方噴射ノズルを設けた注入ロッドを、マンホール本体埋設深度まで挿入し、前記側方噴射ノズルから地盤硬化材を圧力噴射しながら注入ロッドを回転上昇させて、地盤硬化材注入による円柱状硬化層を造成し、同円柱状硬化層をマンホール本体の外周縁に並列造成することを特徴とするマンホール等浮上防止工法
【請求項２】
マンホール本体の外周縁から所定距離離隔した地盤部位から、地表面にパッカー処理を行って、注入ロッドを側方噴射ノズルから地盤硬化材を圧力噴射しながらマンホール本体埋設深度まで回転下降させて注入ロッド周辺土壌に地盤硬化材を注入した後、注入ロッドを抜去して円柱状硬化層を造成するようにした請求項１記載のマンホール等浮上防止工法
【請求項３】
注入ロッドを、瞬結性硬化材のＡ液を圧力噴射しながらマンホール本体埋設深度まで回転下降させ、同地点から圧力噴射硬化材を瞬結性硬化材のＢ液に切り替えて注入ロッドを回転上昇させて、瞬結性の地盤硬化材注入による円柱状硬化層を造成するように構成した請求項１記載のマンホール等浮上防止工法
【請求項４】
硬化材の噴射注入時において、地内圧或いはマンホール本体の形状変化に対応して噴射圧力或いは硬化材吐出量、又はその双方を切り替え調整してマンホール本体の外周面に衝接する硬化材噴流先端の衝圧を変化させるように構成した請求項１又は請求項２又は請求項３記載のマンホール等浮上防止工法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震による地盤の液状化現象等により発生するマンホール等が地表から浮上することの防止工法で、特に、液状化現象等に対する対策が採られていない既設のマンホールに対しても施工することができるマンホール等浮上防止工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
道路などの地下には、上水道、下水道、電気、ガス、通信等のための様々な管路が埋設されており、これらの管路の接続位置に設けられるマンホールなどは、土圧に耐える強靱な重量のある構造に構築されているが、埋設地盤の範囲内で地質が一定かつ均一であることは期待し難く、また、埋設構造物の周囲に充填される土砂の密度は不均一になり易いため、地震による液状化現象によるマンホールの浮上が起き易く、その防止が重要な問題となっている。
【０００３】
地盤液状化現象については、地震動が発生するとそれまで土粒子と土粒子とが互いに接合していた状態が崩れ、先ず地下水の中で土粒子が浮いた状態となり、その後、その土粒子は重力によって沈み込み、地盤の見かけ体積が減少し地表面では沈下現象が発生する。沈下現象により土粒子間では間隙水圧が上昇し、上昇水流となり、更に地盤の土粒子の液状化を引起すことになり、マンホールの浮上は地盤の沈下により発生するとされる。
【０００４】
一方、マンホールなどは、土圧に耐える強靱な重量のある構造に構築されているが、中空となっているので見掛け比重は水よりも軽く地震の際に液状化現象が起きると浮力が発生し、その揚力によってマンホールが浮上する。
【０００５】
地震の液状化現象による地盤の流動化は地盤を比重の高い泥状の液体に変えてしまい、比重の高い液体ほどマンホールの重量、水平土圧による地盤の摩擦力等の合計による下方力との差が揚力となってマンホールに掛かることになる。流動化に伴いマンホールと地盤の摩擦係数は減少するので、下方力が揚力より小さくなるとマンホールは地表に浮き上がるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
地震動により地下水の中で土粒子が浮いて重力によって沈み込み、地盤の見かけ体積の減少と沈下現象により土粒子間では間隙水圧が上昇し、上昇水流となり、更に地盤の土粒子の液状化を引起すことになり、マンホールの浮上が発生するとされること対応するものとして、例えば特許文献１の発明ではマンホールの周囲に埋設された複数のドレーンパイプをマンホールの側部貫通穴に挿入された接続パイプに接合し、ドレーンパイプに浸入した水を接続パイプでマンホール内に流入させて間隙水圧の上昇を防止することが行われてきている。
【０００７】
また、マンホールの見掛け比重が水より軽いため、液状化により浮力が発生してマンホールの浮上が発生することに対応して、特許文献２のように緊結具によって間隙水圧をプレート上に消散するプレートをマンホールに連結し、緊結具の自重とプレート上の路盤や舗装表層材の重量により浮上を防止し、或いは特許文献３のように平均年間最高地下水位より高い位置から水平方向に路盤材支持用床板を延設し、その床板上に安定化路盤材を敷設する試みもなされている。
【０００８】
更に、特許文献４の発明は地中とマンホール内を連通する孔を開け、その孔に地中からマンホール内への水の流入を許容し、流出を遮断する逆止弁を設定することの提案もある。一方、特許文献５記載の工法を用いて、液状化を発生させる水流をマンホール内に流入させることなく、マンホールの外周に地盤硬化材を注入して固める方法が、ＥＳＰ工法の名で行われている。
【０００９】
この工法は、ストレーナによる外管と内管の２重管を下方から掘削孔水を吐出してマンホール周囲の地盤に挿入し、内管だけを上昇させて外管のストレーナ孔を通じて先ずパッカー部に瞬結注入を行い、パッカー部をベースにステップダウンして緩結材注入を行って注入２重管を抜去して、マンホール外周を注入硬化層によって固めるものである。
【特許文献１】特開２００６−２１４２４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４７５１号公報
【特許文献３】特開２００７−１６９９２７号公報
【特許文献４】特開２００６−１２４９６６号公報
【特許文献５】特開平９−８８０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１乃至４記載の方法は、何れもマンホールの外周を物理的な構築物によって支持すると共に、液状化を発生させる水流をマンホール内に流入させてマンホールの浮上を防止しようとするものであるが、マンホールに支持体を構築したり、マンホール構造体に水流を流入させる導入孔を形成しなければならない等、マンホール周囲地盤の掘削に加えてマンホール構造体に対する加工が必要であるため、既設マンホールに対する対応ができないという問題がある。
【００１１】
特許文献５記載の工法を用いて、マンホールの外周に地盤硬化材を注入して固める方法は、上記のようなマンホール周囲地盤の掘削や大規模な工事が必要なく、既設マンホールに対しても適用できるが、硬化材注入がストレーナ管を介しての硬化材液の浸透圧に頼る間接的なもので、パッカー部以外は緩結性硬化材を用いるため注入にも凝固するまでに極めて長時間を要する。
【００１２】
また、注入ロッドとして、多数の周面吐出孔を設けたストレーナ外管と、その内部に外管の周面吐出孔を内側から塞ぐようにスライド自在に密に嵌合された吐出孔を設けた内管で構成され、外管内を内管がスライドしながら注入するという複雑なものとなる、一方、注入圧が自然圧に近い低圧であるため注入硬化材に方向性がなく、注入域の把握が困難で、注入硬化材層に疎密を生じて安定性を欠くという問題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記した課題に対応しようとするものであり、マンホール外周部地盤に、先端側壁に側方噴射ノズルを備えた注入ロッドを、マンホール構造体底部深度まで挿入し、側方に地盤硬化材を噴射しながら５〜６Ｒｐｍで回転上昇させ、或いは、上記注入ロッドに地盤硬化材を圧送しながら、マンホール構造体底部深度まで回転下降させて円柱状硬化層を造成し、この円柱状硬化層をマンホール外周部に並列することにより、マンホール外周部地盤を固結するようにした。
【００１４】
また、複数の注入ロッドを噴流接触距離内に隣接並列して挿入し、マンホール構造体底部深度において、隣接する注入ロッド同士の回転方向を相互に正逆となるようにして同時に回転上昇させながら地盤硬化材を噴射し、各注入ロッドからの硬化材噴射流が正逆の方向に交錯して硬化材と土粒子とを攪拌混合して混合密度の高い硬化材注入層を造成するようにした。
【００１５】
即ち、マンホール構造体の埋設深度は５〜６メートル程度であり、地盤が高圧注入圧を吸収できないため、ストレーナによる浸透注入が採用されているものであるが、浸透注入では必ずしも均一でない地層の空隙部に硬化材が流入する一方、圧密地層には硬化材が浸入せず、浸透に疎密のある脆弱な硬化層が造成されてしまうことになる。
【００１６】
本発明は、硬化材を側方噴射ノズルから０．５〜４Ｍｐａの噴射圧力で噴射注入することにより、注入硬化材に方向性を与えると共に、ロッドを回転させることにより対象地盤の土壌を硬化材噴流によって切削攪拌して混合密度の高いバランスの取れた硬化層が造成されるようにしたものである。
【００１７】
また、硬化材は０．５〜４Ｍｐａの噴射圧力で噴射注入されるので、噴射圧力に強弱を与えて調整することにより、マンホール構造体外周に衝接する硬化材噴流に強弱を生じさせて、硬化材層とマンホール構造体外周の接面部に凹凸構造による掌握力を持たせて硬化材層とマンホール構造体外周との着合力を高めることができる。
【００１８】
更に、複数の注入ロッドを噴流接触距離内に隣接並列して挿入し、隣接する注入ロッド同士の回転方向を相互に正逆となるようにして同時に回転上昇させることにより、噴射される硬化材噴射流が正逆の方向に交錯して硬化材と土粒子とが攪拌混合されて混合が高められるようにした。
【００１９】
このようにして造成された硬化材層は、意図的な形状ベースを持たないストレーナによる浸透による浸透層と異なり、圧力噴射される硬化材による切削力とロッドの回転による攪拌力によってロッドを中心軸とする円柱形をベースとする特定の形状に形成されるので、これをマンホール構造体の周囲に並列造成して取り囲めば、単に地盤固結によって土粒子の流動を防止のとは異なり、強度の高い防護壁としても地盤液状化に対応できるものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、以上のように構成したことにより、地盤掘削や大規模な工事により、マンホール構造体に浮上を阻止する構造物を設定したり、液状化水流をマンホール内に流入させるための水流導入孔をマンホールに穿設することなく、単管構造の注入ロッドをマンホール構造体の周囲に挿入して施工することができるので、既設マンホールに対する事後的対応として活用できる。
【００２１】
また、硬化材を側方ノズルによる圧力噴射によって注入するので、マンホール構造体の底部や、マンホールから側方に延設される排水管の下部など、障害物があって地表から垂直に注入することのできない部位にも注入することができ、マンホール周辺を総合的に防護することが可能である。
【００２２】
更に、単管構造の注入ロッドで簡易に施工でき、緩結性の硬化材に加えて瞬結性の硬化材も用いることができ、時間と労力を大幅に節約することができ、また、攪拌混合によるバランスの取れた地盤硬化層が造成でき、土粒子の流動性を固結によって抑えるだけでなく、地盤硬化層が支持力のある強靱な構造体として地震等に対して積極的に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例を示すもので、マンホール構造体の外周両側に注入ロッドを挿入した状態を示すマンホール埋設地盤の縦断面側面図
【図２】同じく、マンホール構造体の外周側部に挿入した注入ロッドを回転上昇させつつ硬化材を噴射注入している施工状况を示す、装置と対象地盤の一部を断面とした全体側面図
【図３】同じく、マンホール構造体の外周地盤に円柱状硬化層を並列造成した状况を示す施工イメージ平面図
【図４】同じく、マンホール構造体の外周地盤に地盤硬化層が造成された状况を示すマンホール埋設地盤の縦断面側面図
【図５】同じく、マンホール構造体の外周側部に挿入した注入ロッドの側方噴射ノズルからの硬化材噴射状况を示す、注入ロッド先端部の拡大斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。１はマンホール構造体の本体で、地表から地盤Ｇ内に矢板などを打ち込んでマンホール設置用の縦孔を掘削し、その底に基礎１１を形成したうえ、底板１ａを設け、底板１ａ上に管取付ブロック１ｂを設けてその両端部に下水道管等の地下埋設管１２を接続して連通させる。
【００２５】
マンホール本体１は、上記管取付壁筒１ｂの上部に１又は複数の円筒状の胴部ブロック１ｃを積み上げ、その上に片側をテーパー状に傾斜させた下傾斜壁ブロック１ｄを積み上げ、更に、その上に下調整ブロック１ｅ、上傾斜壁ブロック１ｆ、上調整ブロック１ｇを順次積み重ねて、セメントモルタル等で接合し、更に、蓋取付枠１ｈを設けたうえ、蓋１ｉを嵌め込んで成っている。
【００２６】
一般的なマンホールでは、上記縦孔を掘削した際に排出された土砂などを埋め戻し用として利用することが多く、蓋１ｉの上面が地面ＧＬと一致するように土被りが設けられるが、マンホール自体は地下埋設管２の接続のために設けられるので、その接続地点に設定されるものである。
【００２７】
マンホール外周部地盤に挿入して硬化材を注入する注入ロッド３は、先端に掘削刃３１、側壁に１又は複数の側方噴射ノズル３２を備えたモニター部を装着し、ジョイント機構により延長接合可能な単管ロッドによって構成される。
【００２８】
ロッド３の後端は、スイベル３３を介して硬化材プラント（図示しない。）に連絡する硬化材供給ホース３４と連結し、これを通じて硬化材プラントにおいて調製され供給されるスラリー状硬化材を受けてロッド内の硬化材圧送流路により側方噴射ノズル３２の開口部に圧送され、同ノズルから対象地盤中の水平方向に噴射される。
【００２９】
注入ロッド３は、４０．５ミリ径の単管で、マンホール外周部地盤にマンホール構造体埋設深度の５〜６メートル程度まで挿入され、側方噴射ノズル３２から地盤硬化材を１０リッター／ｍｉｎの吐出量、０．５〜４Ｍｐａの噴射圧力で噴射しながら５〜６Ｒｐｍで回転上昇させ、或いは、上記注入ロッドに地盤硬化材を圧送しながら、マンホール構造体底部深度まで回転下降させて円柱状硬化層Ｗを造成し、この円柱状硬化層Ｗをマンホール外周部に並列することにより、マンホール外周部地盤を固結するものである。
【実施例１】
【００３０】
実施例１は、地下水位が比較的高い場所で既設マンホールに施工したもので、マンホール本体１の外周縁から３００ミリ程度離隔した地盤部位に、側方噴射ノズル３２から水ガラス（瞬結性硬化材Ａ液）を吐出量１０リッター／ｍｉｎで噴出しながら注入ロッド３を高速回転してマンホール構造体埋設深度まで下降挿入し、そこでノズル３２からの噴射材料をセメントスラリー（瞬結性硬化材Ｂ液）に切り替え、１０リッター／ｍｉｎの吐出量、３Ｍｐａの噴射圧力で噴射しながら５〜６Ｒｐｍで回転上昇させた。
【００３１】
このようにすることによって、下降挿入時に周辺土壌に噴射注入される水ガラスはロッド３の回転トルクを軽減する潤滑液として作用すると共に、ロッドの回転上昇時に圧力噴射されるセメントスラリー噴流によって攪拌混合されて反応し、短時間のゲルタイムで固結効果を挙げることができる。
【実施例２】
【００３２】
実施例２は、Ｎ値の高い軟弱地盤に設置された既設マンホールに施工したもので、マンホールの周囲に鉄板等を敷いて地表をパックした上で、マンホール本体１の外周縁から５００ミリ程度離隔した地盤部位に、側方噴射ノズル３２から１液性の瞬結性硬化材を吐出量１０リッター／ｍｉｎで噴出しながら注入ロッド３を５〜６Ｒｐｍで回転してマンホール構造体埋設深度まで下降挿入してロッドを抜去し、ロッドの回転下降軌跡の周辺土壌に硬化材を注入して硬化層Ｗを造成してこれを並列することによりマンホールの周囲土壌を固結するものである。
【００３３】
この実施例は、１液性の瞬結性硬化材を用い、硬化材の地表への溢出を鉄板等の敷設によりパックして、硬化材を噴射しながら注入ロッド３を回転下降して一挙に硬化材注入を行うので短時間で施工が可能であるが、注入施工完了後、速やかにロッドを抜去しないとロッドの抜去が困難となる。
【実施例３】
【００３４】
実施例３は、硬化材の噴射注入時の噴射圧力を切り替え調整してマンホール本体１の外周面に衝接する硬化材噴流先端の衝圧を変化させ、硬化層Ｗとマンホール本体１の外周面との衝接面に凹凸をつけて地盤とマンホール本体１との摩擦力を大きくして地盤とマンホールとの一体性を高めるものである。
【００３５】
この実施例は注入ロッド１の対象地盤への挿入態様はどのような態様でも良く、硬化材の噴射圧力を、例えば、注入ロッド引揚げの所定間隔毎に噴射圧力を２Ｍｐａから５Ｍｐａに交互に切り替えつつ注入することにより、硬化層Ｗとマンホール本体外周面との接面摩擦が高くなりマンホールと埋設地盤との着合が強化される。
【００３６】
また、噴射圧力を切り替え調整と共に、硬化材吐出量の調整も行うことにより、硬化層Ｗの圧密にバラエティを持たせることができ、マンホール本体１の径が変化する複雑な形状に対応することができると共に、余分な部分への注入を避けることができ硬化材の節約にも繋がるものである。
【００３７】
更に、注入ロッド１のモニター部に地内圧計測機構を付設することにより、硬化層Ｗ内の内圧を計測して内圧のバランスを図りながら、噴射圧力と硬化材吐出量の調整を行うことにより、マンホール構造体を囲包するバランスの取れた固結層を造成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るマンホール等浮上防止工法は、近代産業の血管にも似た地下埋設管の接合部を保守する極めて重要な機構であるマンホールを地震や地盤の液状化から防護するもので、比較的小規模な工事施工により、確実な効果を得ることができ、既設マンホールの保守にも適用できるので、産業上の利用価値は極めて高いものである。
【符号の説明】
【００３９】
１      マンホール本体
１１    マンホール設置孔の基礎部
１ａ    マンホール本体の底板
１ｂ    マンホール本体の管取付ブロック
１ｃ    マンホール本体の胴部ブロック
１ｄ    マンホール本体の下傾斜壁ブロック
１ｅ    マンホール本体の下調整ブロック
１ｆ    マンホール本体の上傾斜壁ブロック
１ｇ    マンホール本体の上調整ブロック
１ｈ    マンホール本体の蓋取付枠
１ｉ    マンホール本体の蓋
２      地下埋設管
３      硬化材注入ロッド
３１    注入ロッド先端の掘削刃
３２    モニター部先端の側方噴射ノズル
３３    注入ロッド後端のスイベル
３４    注入ロッドへの硬化材供給ホース
３５    注入ロッドの駆動機構
Ｇ      マンホール設置地盤
Ｗ      造成硬化層
【図１】
0005250660.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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