(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状化防止の対象となる地盤を囲繞するように必要深さまで遮水壁を地上部から構築する工程と、その次の地上から空気を送気する配管を地盤内に延設する工程と、その次のケーシング・気密蓋・ストレーナ・土砂ビット・揚水ポンプ・排水ポンプ・真空ポンプ・配管及び水槽を主要構成部材としてなり、真空ポンプ及び揚水ポンプが井戸内への収水機能と井戸外への揚水機能とを独立したものであるシステムにより、前記地盤内の近傍の地下水を揚水すると同時に前記地盤内の周辺域を減圧して前記地盤内をほぼ真空状態にする工程と、その次の地上から前記地盤内に前記配管を通じて空気を送気する工程と、その次の自然地下水位まで前記地盤内の地下水を復水する工程と、を有することを特徴とする地盤の液状化防止方法。
【請求項２】
地盤内及び地上との内外圧力差による自然給気の空気の送気に引き続いて、配管に接続される空気圧縮機により強制的に空気を送気することを特徴とする請求項１記載の地盤の液状化防止方法。
【請求項３】
地盤内及び地上との内外圧力差による自然給気の空気の送気に引き続いて、配管に接続される空気圧縮機により強制的に空気を送気することを特徴とする請求項１または請求項２記載の地盤の液状化防止方法。
【請求項４】
地盤内に空気を送気する配管を鉛直方向または水平方向に延設することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の地盤の液状化防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設分野の土壌改良技術における地盤の液状化防止対策であって、地上部から地盤内部に空気などの気体を送気することで前記地盤の強度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤改良により地盤の強度増加を図る方法としては、（１）セメント系材料などの薬液を地盤内に注入することで化学的な処理をもって地盤を固化させる方法、（２）地盤内の地下水を排水することで地盤の土粒子相互の摩擦力を増大させる方法、（３）地盤に強力な振動などを付与し締め固める方法、（４）対象となる土壌を掘削排土し良質な土砂または改良土に置換する方法、および（５）地盤内に空気などの気体を送気し地下水中の空気含有量を増大させることで地盤の飽和度を低下させて土粒子間に存在する間隙水の水圧上昇を抑制し土粒子間摩擦力の低減を回避することで液状化を防止する方法などがある。
【０００３】
本発明は前記（５）の方法に該当し、従来例では地下水の排水工程において地盤内に送気する空気量に従って、地下水頭を維持すべく水頭差相当となる地下水の余剰分を排水する方法に留まっていた（例えば、特許文献１〜２）。
【０００４】
【特許文献１】特願２００４−１２４６９２号公報
【特許文献２】特願平１０−３３８９３９号公報
【特許文献３】特開２０００−  ２７１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記の従来技術では、地盤内に送気される空気（気体）が液状化防止を目的とする対象地盤に対して地盤内部に均一に拡散しているか不明確な要素を有し、かつ液状化防止策の事後に確認調査を行うとすればその分の工費負担が増加し、また事後に地盤内部を経時計測でモニタリングする方法を採ればその分の工期延長に繋がる。
【０００６】
さらに、従来方法では、地上部から地盤内に前記地盤内の地下水相当圧力の空気に代表される圧縮気体を送気する方法が採用されていたが、施工規模によるものの、送気開始から送気完了までに時間を要する点において短期施工が要求された場合には不向きである。
【０００７】
そこで、本発明は上述した問題点を鑑みて案出されたものであり、空気のみを地盤内に送気するのではなく、地盤内に存在する地下水と空気との両方について必要量を短時間で一時的に排出し、前記排出後、速やかに復水する方法とすることで、工費の低減、工期の短縮、および地盤内への空気の拡散を迅速かつ均一に施工する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は次のように構成される。
【０００９】
本発明に係る地盤の液状化防止方法は、地上から空気を送気する配管を地盤内に延設する工程と、スーパーウェルポイント工法（第4583742号登録商標「以下、同じ」）により前記地盤内の近傍の地下水を揚水すると同時に前記地盤内の周辺域を減圧し、前記地盤内をほぼ真空状態にする工程と、地上から前記地盤内に前記配管を通じて空気を送気する工程と、自然地下水位まで前記地盤内の地下水を復水する工程とを有する（先述、特許文献３に記載の装置を利用する）。
そして、本発明の第１は地盤の液状化防止方法において、液状化防止の対象となる地盤を囲繞するように必要深さまで遮水壁を地上部から構築する工程と、地上から空気を送気する配管を地盤内に延設する工程と、スーパーウェルポイント工法（登録商標）により前記地盤内の近傍の地下水を揚水すると同時に前記地盤内の周辺域を減圧し、前記地盤内をほぼ真空状態にして、地盤の主要構成材料となる土粒子に吸着している付着水を減圧蒸発させる工程と、地上から前記地盤内に前記配管を通じて空気を送気する工程と、前記地盤の地表部に気密性材料を覆設する工程と、自然地下水位まで前記地盤内の地下水を復水する工程を有するようにしたものである。
【００１０】
また、地盤内の周辺域を減圧し前記地盤内をほぼ真空状態にする工程において、第２の発明は、第１の発明に係る地盤の液状化防止方法において、地上から地盤内に配管を通じて空気を送気工程において、空気圧縮機を用いることなしに前記地盤内及び地上との内外圧力差による自然給気で送気するようにして土粒子の周りに付いた附着水を附着空気に入れ替えるようにしたものである。
【００１１】
また、地上から地盤内に配管を通じて空気を送気する工程において、前記地盤内及び地上との内外差による自然給気で空気を送気するものである。
本発明の第３は、第1の発明に係る地盤の液状化防止方法において、地盤内及び地上との内外圧力差による自然給気の空気の送気に引き続いて、配管に接続される空気圧縮機により強制的に空気を送気するようにして土粒子の周りに付いた附着水を附着空気に入れ替えるようにしたものである。
【００１２】
また、地盤内及び地上との内外圧力差による自然給気の空気の送気に引き続いて、配管に接続される空気を空気圧縮機により強制的に空気を送気することを特徴とする。
そして、本発明の第４は第1又は第２又は第３の発明に係る地盤の液状化防止方法において、地盤内に空気を送気する配管を鉛直方向または水平方向に延設するようにしたものである。
【００１３】
地盤内に空気を送気する配管を鉛直方向または水平方向に延設することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、地盤内に送気される空気（気体）が液状化防止を目的とする対象地盤に対して地盤内部に均一に拡散させることを可能とするため、液状化防止策の事後に確認調査が不要となるため工費低減に繋がり、さらに地盤内部を経時計測が不要となるため工期短縮をなす。
【００１５】
さらに、地盤内に圧縮空気（気体）を送気することなく地盤内外の圧力差を利用して空気を送気するため、送気開始から送気完了までを短時間の内に終了させることが可能となり、短期施工に有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、地下水の揚水方法として揚水効率の高いスーパーウェルポイント工法の採用を基に、図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態の地盤の液状化防止方法を示すフローチャートである。図１に示すように、本実施形態の地盤の液状化防止方法においては、先ず、準備工として、対象地盤を囲繞するように遮水壁を構築し（ステップＳ１）、井戸（スーパーウェルポイント）を設置し（ステップＳ２）、地上及び地盤内に送気設備を設置し（ステップＳ３）、地表部に気密シートを覆設し（ステップＳ４）、ステップＳ２で設置したスーパーウェルポイントにより地盤の地下水の揚水及び空気泡を脱気し（ステップＳ５）、ステップＳ３で設置した送気設備により地盤内に空気を送気する（ステップＳ６）。次いで、ステップＳ４で覆設した気密シートを撤去し（ステップＳ７）、ステップＳ３で設置した送気設備を撤去し（ステップＳ８）、地盤の地下水を自然水位まで復水する（ステップＳ９）。最後に、ステップＳ２で設置した井戸を撤去し（ステップＳ１０）、ステップＳ１で構築した遮水壁を撤去する（ステップＳ１１）手順となる。ただし、対象とする地盤の構造及び地上部に存在する構造物や地表面の状態などによっては、ステップＳ１、ステップＳ３、及びそれぞれこれらに対応するステップＳ８、ステップＳ１１を省略可能な例もある。以下、上述した各工程について詳細に説明し、続いて地盤内部の状態変化について説明する。
【００１７】
ステップＳ１：遮水壁構築
図２に示すように、まず液状化防止の対象となる地盤１ｂを囲繞するように、必要深さまで鋼矢板などで遮水壁４ａを地上部から施工し構築する。この際、遮水壁４ａの天端高さは地表面１ａから突出するように構築し、かつ遮水壁４ａを構成する鋼矢板などの部材相互間では遮水性が確保されているものとする。
【００１８】
ステップＳ２：井戸（スーパーウェルポイント）設置
次に、ステップＳ１において構築された遮水壁４ａの内部に必要本数の井戸（スーパーウェルポイント）２を設置する。
【００１９】
ここで、図８に示すように、井戸（スーパーウェルポイント）２は、ケーシング２ａ、気密蓋２ｂ、ストレーナ２ｃ、土砂ピット２ｄ、揚水ポンプ２ｅ、排水ポンプ２ｆ、真空ポンプ２ｇ、配管２ｈ，２ｉ、及び水槽２ｊを主要構成部材としてなる、井戸２内への収水機能と井戸２外への揚水機能とを独立した真空ポンプ２ｇ及び揚水ポンプ２ｅで満足させる大容量かつ高揚程型の揚水システムであり、本出願人により提案されたものである（特許文献３参照）。ここで、図８は地下水面１ｃの低下の状態を現し、図面内の矢印は地下水及び空気の流れ方向を示している。また、図２においては、図８に記載の地上設備及び井戸２の構成要素を省略して記載している。
【００２０】
ステップＳ３：送気設備設置
次に、図２に示すように、ステップＳ１において構築された遮水壁４ａの内部に必要本数の有孔配管３ａをボーリング工等の穿孔削孔方法を用いて設置し、有孔配管３ａの上端部には配管３ｂ，３ｂ及びバルブ３ｃを設備し、地上からの空気導入路として機能させる送気設備３を構成する。なお、配管３ｂの地上側端末には、別途に空気を乾燥させるドライヤや圧縮空気を製造する空気圧縮機などを接続することも可能である（図示は省略する）。また、送気設備３の設置段階ではバルブ３ｃを閉止しておく。ここで、矢印は地上部から、及び地盤１ｂへの空気の流れ方向を示している。
【００２１】
ステップＳ４：気密シート覆設
続いて、ステップＳ１において構築された遮水壁４ａで囲繞された液状化防止の対象となる地盤１ｂの地表面１ａに気密性材料となるポリエチレンシートなどの気密シート４ｂを覆設し、気密シート４ｂの端部及び有孔配管３ａや井戸２により生ずる一部の開口部について気密性を保持できるように処理することで、地上部からの空気の流通経路をステップＳ３で設置した送気設備３の一系統に制限する。
【００２２】
以上のステップＳ１〜Ｓ５の各工程を経ることにより、対象となる地盤１ｂは、ある一定の範囲において側部及び上部を密閉された領域が構築される。
【００２３】
ステップＳ５：地下水揚水、空気泡脱気
ここで、スーパーウェルポイント工法を利用しステップＳ２で設置した井戸２を機能させることで、地盤１ｂに存在する地下水を井戸２内に収水し、かつ井戸２内から収水された地下水を地上まで揚排水し、所要の地下水位まで地下水面１ｃを下げる。この時、地盤１ｂの状態は、地下水面１ｃより上位の領域において地盤１ｂ内に存在していた地下水が揚水排除されていると共に、地盤１ｂ内に存在していた空気（気体）についても脱気排除されており、地盤１ｂを構成する土粒子こそ存在するものの非常に真空度の高い状態（以降、「ほぼ真空」という）が形成される。図８では、自然地下水位となる地下水面１ｃの低下の状態を現している。
【００２４】
ステップＳ６：空気送気
次に、ステップＳ３で設置した送気設備３により、地上に存在する空気を配管３ｂ，３ｂ及び有孔配管３ａを経由してバルブ３ｃを開放することで地盤１ｂ内に気圧差を利用して送気する。ただし、地盤１ｂ内に空気を送気する本工程に移行する前に、井戸２の揚排水及び脱気の機能を停止しておく。ここで、地盤１ｂ内は前記のように圧力一定でほぼ真空状態となっていることから、送気する空気は非常に速い拡散速度でしかも均一に地盤１ｂ内に充填される。もちろん、ステップＳ３でドライヤや空気圧縮機などを設備した場合には、ドライヤを利用した乾燥空気を送気することも可能であり、また前記気圧差による自然送気後に空気圧縮機で補足充填することも可能である。
【００２５】
ステップＳ７：気密シート撤去
次に、ステップＳ４において覆設した気密シート４ｂを撤去する。この時、前記ステップＳ３の工程により、地盤１ｂの地表面１ａ近傍の気圧は大気圧相当に近づいているため地盤１ｂと地上との内外圧差がなくなり容易に撤去可能となる。ここで、前記ステップＳ６の工程において、液状化対策を必要とする範囲が浅深度域に限定される場合をはじめとしてその施工規模により、地盤１ｂ内の圧力を極低圧とする必要がない例については、地盤１ｂ内と地上部との圧力差が小さくなることから当然このステップＳ７をステップＳ６の前段階で行うことも可能となる。この場合、ステップＳ６の空気は、先述の送気設備３及び地表面１ａの双方から地盤１ｂ内に送気されることとなる。
【００２６】
ステップＳ８：送気設備撤去
続いて、送気設備３を撤去し、配管坑を埋め戻す。
【００２７】
ステップＳ９：復水
ここで、ステップＳ５において揚水した地下水を井戸２を利用して自然地下水位となる地下水面１ｃまで復水する。この工程において、地下水の揚水後の地下水面１ｃと自然状態の地下水面１ｃとの水頭差が小さい施工物件については、井戸２から取水した地下水を戻すことなく次のステップＳ１０の工程に進むことで自然に地下水を復水してもよく、施工規模によって決定すればよい。
【００２８】
ステップＳ１０：井戸（スーパーウェルポイント）撤去
次に、井戸２を撤去し、井戸坑を埋め戻す。
【００２９】
ステップＳ１１：遮水壁撤去
最後に、遮水壁４ａを撤去し、一連の工程を終える。ここで、地盤１ｂの液状化防止対策を定期的に繰り返す必要がある場合等は、送気設備３の有孔配管３ａ、井戸２、及び遮水壁４ａを撤去することなく、次期施工の工数低減のため残置しておけばよい。
【００３０】
ここでは、前記するステップＳ１〜Ｓ１０とは異なった環境下における実施例について説明する。ただし、説明にあたって前記する部分と重複する記載は省略し、変更部分のみを記載する。
【００３１】
図３に示すような、地表面１ａがセメントコンクリートなどによる舗装４ｃがなされている場合、さらに液状化防止の対象となる地盤１ｂに構造物基礎５ａ及び地上構造物５ｂが築造されている場合、さらには液状化防止の対象となる地盤１ｂが広範に渡る場合などのそれぞれの例について、まとめて説明する。
【００３２】
このような例では、前記ステップＳ１，Ｓ４，Ｓ７及びＳ１１の工程を省略することが可能であり、広範囲の地盤１ｂを対象とする理由から前記ステップＳ１における遮水壁４ａを構築することなく、目的とする地盤１ｂの周域に渡って地下水面１ｃを低下させることで対応可能となり、前記ステップＳ１１に記載の遮水壁４ａの撤去も不要となる。また、地表面１ａに気密性材料として機能する舗装４ｃが施されているため、舗装４ｃを気密シート４ｂの代替材料として機能させることが可能となるため前記ステップＳ４に記載の気密シート４ｂの覆設工程を省略することができ、当然ながら前記ステップＳ７の気密シート４ｂの撤去も不要となる。また、舗装４ｃが施工されていない場合であっても、液状化防止を目的とする地盤１ｂの上層域に気密性の高い不透水層が広範に形成されているような地盤構造である場合は、この不透水層が気密シート４ｂの代替材料となり得るため、このような自然環境を利用できる場合はステップＳ４及びＳ７の工程を省略可能となる（図示は省略する）。
【００３３】
しかし、既設の構造物基礎５ａ及び地上構造物５ｂが液状化防止を対象とする地盤１ｂの地表１ａ位置に存在するため、前記ステップＳ３における送気設備３の構成の一部を変え、図２に示したような鉛直配置の有孔配管３ａではなくして構造物基礎５ａのさらに下層地盤を図示するように曲線ボーリングし、構造物基礎５ａの端部から他端部までを地盤１ｂ内で渡設する形態で有孔配管３ａを設置することで、前記ステップＳ６に記載の効果的な空気の送気が可能となる。また、有孔配管３ａの設置形態は、鉛直削孔した孔間を水平ボーリングにより接続する形態でもよく、もちろん斜坑形状であっても有孔配管３ａが設置可能ならば構わない。
【００３４】
その他の構成はステップＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６及びＳ８〜Ｓ１０に同様とする。
【００３５】
ここからは、本実施例の地下水揚水工程をスーパーウェルポイント工法の採用効果も併せて、液状化防止の対象となる地盤１ｂ内で生じている物理現象について微視的に説明する。
【００３６】
図４に示すように、液状化防止の施策前における定常状態では、地盤１ｂの主要構成材料となる土粒子６ａ、自由水６ｂの形態を採る地下水（６ｂ）、物理化学的（電気的）な結合力をもって土粒子６ａに吸着する吸着水６ｃ、及び自由水６ｂに介在する空気泡６ｄがそれぞれ存在する。
【００３７】
次に、図５に示すように、前記ステップＳ５の工程において、地盤１ｂの減圧作用及び地下水（自由水６ｂ）の揚排水がなされた後の地盤１ｂの状態は、地下水が自由水６ｂの状態にあることから井戸２内に収水されるため、土粒子６ａ及び吸着水６ｃのみが存在する形になる。ここで、土粒子６ａ及び吸着水６ｃの場の圧力はほぼ真空６ｅの状態となる。この真空度の向上が、一般的なウェルポイント工法とスーパーウェルポイント工法との差異となり、以降の段落に記載する地盤１ｂ内への空気の送気を円滑に行うことができると共に空気の送気量も極大となることから、スーパーウェルポイント工法が採用可能な条件下においては非常に有効的手段となる。
【００３８】
次に、図６に示すように、前記ステップＳ６の工程において、地盤１ｂに地上から空気６ｄ′を送気した状態は、一時的にほぼ真空６ｅの状態におかれていた領域が送気された空気６ｄ′で充填される。
【００３９】
次に、図７に示すように、前記ステップＳ９の工程において、地盤１ｂに地下水６ｂを復水し地下水面１ｃを定常状態における自然地下水位まで回復させた状態は、空気６ｄ´が充満した領域に自由水６ｂが浸水することから、地下水（自由水６ｂ）に介在する空気量が増えるため、地下水（自由水６ｂ）の空気含有量が増加する。これより、一般的に不飽和状態である地下水（自由水６ｂ）の不飽和度が一層のこと進行するため、土粒子間に存在する間隙水の水圧上昇を抑制し土粒子間摩擦力の低減を回避することで液状化を防止することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態の地盤の液状化防止方法の構成を適宜設計変更して実施することは、本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態の地盤の液状化防止方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態の地盤の液状化防止方法における井戸、遮断壁、鉛直有孔配管及び気密シートによる構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態の地盤の液状化防止方法における井戸、地上構造物、湾曲有孔配管及び舗装による構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態の地盤の液状化防止方法の定常状態における土粒子、自由水、吸着水及び空気泡との関係を示す部分断面図である。
【図５】本発明の実施形態の地盤の液状化防止方法の地下水（自由水）及び空気泡排除状態における土粒子及び吸着水との関係を示す部分断面図である。
【図６】本発明の実施形態の地盤の液状化防止方法の空気送気状態における土粒子、吸着水及び空気との関係を示す部分断面図である。
【図７】本発明の実施形態の地盤の液状化防止方法の復水状態における土粒子、地下水（自由水）、吸着水及び空気泡との関係を示す部分断面図である。
【図８】本発明の実施形態の地盤の液状化防止方法の地下水を揚水する工程及び地盤内の減圧工程で利用する井戸（スーパーウェルポイント）を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ａ  地表面
１ｂ  地盤
１ｃ  地下水面
２  井戸（スーパーウェルポイント）
２ａ  ケーシング
２ｂ  気密蓋
２ｃ  ストレーナ
２ｄ  土砂ピット
２ｅ  揚水ポンプ
２ｆ  排水ポンプ
２ｇ  真空ポンプ
２ｈ，２ｉ  配管
２ｊ  水槽
３  送気設備
３ａ  有孔配管
３ｂ  配管
３ｃ  バルブ
４ａ  遮水壁
４ｂ  気密シート
４ｃ  舗装
５ａ  構造物基礎
５ｂ  地上構造物
６ａ  土粒子
６ｂ  自由水（地下水）
６ｃ  吸着水
６ｄ  空気泡
６ｄ′  空気
６ｅ  真空
【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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