(57)【要約】【課題】費用が低廉で、効果の高い地盤液状化防止方法等を提供する。【解決手段】直径が５〜６０マイクロメートル程度の空気の泡であるマイクロバブル５４を含む水を地盤Ｇ２内に浸透させて、地盤Ｇ２中の土粒子５１の表面にマイクロバブル５４を付着させ、地震の振動が地盤Ｇ２に作用して地盤Ｇ２を変位させたときに、土粒子５１に付着したマイクロバブル５４が縮小するように変形し、地盤Ｇ２内の間隙水５３の間隙水圧の増大を抑制することにより、地震時の地盤Ｇ２の液状化を防止する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水を地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、前記土粒子に付着した微細気泡が、前記土粒子の間を通過して浸透する透過水の流れを妨げることにより、前記地盤の透水係数値を減少させることを特徴とする微細気泡利用式地盤改良工法。
【請求項２】
直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水を地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、地震の振動が前記地盤に作用して前記地盤を変位させたときに、前記土粒子に付着した微細気泡が縮小するように変形し、地盤内の間隙水圧の増大を抑制することにより、前記地震時の前記地盤の液状化を防止することを特徴とする微細気泡利用式地盤改良工法。
【請求項３】
直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水を地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、前記土粒子に付着した微細気泡が、前記地盤内の生物に酸素を供給することにより、前記地盤内の生物の生存を可能にし、前記地盤の浄化を行うことを特徴とする微細気泡利用式地盤改良工法。
【請求項４】
水と空気を取り入れ、直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水である微細気泡包含水を生成する微細気泡包含水生成手段と、
前記微細気泡包含水を送出する微細気泡包含水送出手段と、
管状に形成され、多数の放水孔を有し、一端が前記微細気泡包含水送出手段に接続され、地盤中に埋設される微細気泡包含水浸透パイプを備え、
前記微細気泡包含水を前記放水孔から前記地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、前記土粒子に付着した微細気泡が、前記土粒子の間を通過して浸透する透過水の流れを妨げることにより、前記地盤の透水係数値を減少させることを特徴とする微細気泡利用式地盤改良システム。
【請求項５】
水と空気を取り入れ、直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水である微細気泡包含水を生成する微細気泡包含水生成手段と、
前記微細気泡包含水を送出する微細気泡包含水送出手段と、
管状に形成され、多数の放水孔を有し、一端が前記微細気泡包含水送出手段に接続され、地盤中に埋設される微細気泡包含水浸透パイプを備え、
前記微細気泡包含水を前記放水孔から前記地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、地震の振動が前記地盤に作用して前記地盤を変位させたときに、前記土粒子に付着した微細気泡が縮小するように変形し、地盤内の間隙水圧の増大を抑制することにより、前記地震時の前記地盤の液状化を防止すること
を特徴とする微細気泡利用式地盤改良システム。
【請求項６】
水と空気を取り入れ、直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水である微細気泡包含水を生成する微細気泡包含水生成手段と、
前記微細気泡包含水を送出する微細気泡包含水送出手段と、
管状に形成され、多数の放水孔を有し、一端が前記微細気泡包含水送出手段に接続され、地盤中に埋設される微細気泡包含水浸透パイプを備え、
前記微細気泡包含水を前記放水孔から前記地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、前記土粒子に付着した微細気泡が、前記地盤内の生物に酸素を供給することにより、前記地盤内の生物の生存を可能にし、前記地盤の浄化を行うこと
を特徴とする微細気泡利用式地盤改良システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡（以下、「微細気泡」という。）を含む水を地盤内に浸透させることにより、地盤の性質を改良する微細気泡利用式地盤改良工法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震の振動が地盤に作用して地盤を変位させたとき、土粒子の間の間隙に存在する水（以下、「間隙水」という。）の圧力（以下、「間隙水圧」という。）が増大し、過大な水圧が発生することがある。このような場合には、土粒子と水があたかも流動体のような状態となる。この現象は、地盤の「液状化」と呼ばれている。地盤の液状化が発生すると、地盤上などに設置された建物や構造物に大きな被害を与える。このため、地震時の液状化を防止する有効な方法が求められている。
【０００３】
地盤の液状化を防止する方法としては、各種のものが提案されている（特許文献１を参照）。しかし、費用が低廉で、有効な方法は確立されていない、というのが現状である。そこで、、費用が低廉で、有効な地盤液状化防止方法の開発が望まれている。
【特許文献１】特開２００５−２００８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、費用が低廉で、効果の高い地盤液状化防止方法等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る微細気泡利用式地盤改良工法は、
直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水を地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、前記土粒子に付着した微細気泡が、前記土粒子の間を通過して浸透する透過水の流れを妨げることにより、前記地盤の透水係数値を減少させることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の請求項２に係る微細気泡利用式地盤改良工法は、
直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水を地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、地震の振動が前記地盤に作用して前記地盤を変位させたときに、前記土粒子に付着した微細気泡が縮小するように変形し、地盤内の間隙水圧の増大を抑制することにより、前記地震時の前記地盤の液状化を防止することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項３に係る微細気泡利用式地盤改良工法は、
直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水を地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、前記土粒子に付着した微細気泡が、前記地盤内の生物に酸素を供給することにより、前記地盤内の生物の生存を可能にし、前記地盤の浄化を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項４に係る微細気泡利用式地盤改良システムは、
水と空気を取り入れ、直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水である微細気泡包含水を生成する微細気泡包含水生成手段と、
前記微細気泡包含水を送出する微細気泡包含水送出手段と、
管状に形成され、多数の放水孔を有し、一端が前記微細気泡包含水送出手段に接続され、地盤中に埋設される微細気泡包含水浸透パイプを備え、
前記微細気泡包含水を前記放水孔から前記地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、前記土粒子に付着した微細気泡が、前記土粒子の間を通過して浸透する透過水の流れを妨げることにより、前記地盤の透水係数値を減少させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項５に係る微細気泡利用式地盤改良システムは、
水と空気を取り入れ、直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水である微細気泡包含水を生成する微細気泡包含水生成手段と、
前記微細気泡包含水を送出する微細気泡包含水送出手段と、
管状に形成され、多数の放水孔を有し、一端が前記微細気泡包含水送出手段に接続され、地盤中に埋設される微細気泡包含水浸透パイプを備え、
前記微細気泡包含水を前記放水孔から前記地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、地震の振動が前記地盤に作用して前記地盤を変位させたときに、前記土粒子に付着した微細気泡が縮小するように変形し、地盤内の間隙水圧の増大を抑制することにより、前記地震時の前記地盤の液状化を防止すること
を特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項６に係る微細気泡利用式地盤改良システムは、
水と空気を取り入れ、直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水である微細気泡包含水を生成する微細気泡包含水生成手段と、
前記微細気泡包含水を送出する微細気泡包含水送出手段と、
管状に形成され、多数の放水孔を有し、一端が前記微細気泡包含水送出手段に接続され、地盤中に埋設される微細気泡包含水浸透パイプを備え、
前記微細気泡包含水を前記放水孔から前記地盤内に浸透させて、前記地盤中の土粒子の表面に前記微細気泡を付着させ、前記土粒子に付着した微細気泡が、前記地盤内の生物に酸素を供給することにより、前記地盤内の生物の生存を可能にし、前記地盤の浄化を行うこと
を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水を地盤内に浸透させることにより、地盤の性質を改良する微細気泡利用式地盤改良工法であり、地盤中の土粒子の表面に微細気泡を付着させ、土粒子に付着した微細気泡が、土粒子の間を通過して浸透する透過水の流れを妨げることにより、地盤の透水係数値を減少させることができる、という利点がある。また、地盤中の土粒子の表面に微細気泡を付着させ、地震の振動が地盤に作用して地盤を変位させたときに、土粒子に付着した微細気泡が縮小するように変形し、地盤内の間隙水圧の増大を抑制することにより、地震時の地盤の液状化を防止することができる、という利点も有している。また、地盤中の土粒子の表面に微細気泡を付着させ、土粒子に付着した微細気泡が、地盤内の生物に酸素を供給することにより、地盤内の生物の生存を可能にし、地盤の浄化を行うことができる、という利点も有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に説明する実施例は、直径が５〜６０マイクロメートル程度の気泡である微細気泡を含む水を地盤内に浸透させることにより、地盤の性質を改良する微細気泡利用式地盤改良工法であり、地盤中の土粒子の表面に微細気泡を付着させ、土粒子に付着した微細気泡が、土粒子の間を通過して浸透する透過水の流れを妨げることにより、地盤の透水係数値を減少させることができる、という利点を有し、また、地盤中の土粒子の表面に微細気泡を付着させ、地震の振動が地盤に作用して地盤を変位させたときに、土粒子に付着した微細気泡が縮小するように変形し、地盤内の間隙水圧の増大を抑制することにより、地震時の地盤の液状化を防止することができる、という利点も有し、また、地盤中の土粒子の表面に微細気泡を付着させ、土粒子に付着した微細気泡が、地盤内の生物に酸素を供給することにより、地盤内の生物の生存を可能にし、地盤の浄化を行うことができる、という利点も有しており、本発明を実現するための構成として最良の形態である。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明を行う。図１は、本発明の第１実施例である微細気泡利用式地盤改良工法を説明する図である。図１において、符号１は、本発明の第１実施例に用いる微細気泡利用式地盤改良システムを示している。
【００１４】
この微細気泡利用式地盤改良システム１は、水域に設置される例を示しており、取水管５と、空気取入管６と、マイクロバブル包含水生成送出部１０と、マイクロバブル包含水浸透パイプ４を備えて構成されている。
【００１５】
図２は、本発明の第１実施例に用いる微細気泡利用式地盤改良システム１の構成を説明する図である。図２に示すように、マイクロバブル包含水生成送出部１０は、マイクロバブル包含水生成機構２と、ポンプ３と、圧送部９を有している。
【００１６】
図１及び図２に示すように、取水管５は、水４７中に開口が位置するように設置され、水４７を取り込み、圧送部９へ送る。圧送部９は、水４７を加圧して圧力水とし、配管１２により、マイクロバブル包含水生成機構２へ送出する。また、空気取入管６は、水面上に開口が位置するように設置され、空気を取り込み、マイクロバブル包含水生成機構２へ送る。
【００１７】
図３は、本発明の第１実施例である微細気泡利用式地盤改良システム１におけるマイクロバブル包含水生成機構２の構成と作用を説明する図である。図３に示すように、マイクロバブル包含水生成機構２は、例えば、略円筒状の容器である本体部２ａを有しており、その下方の側部に配管１２が接続して開口している。また、本体部２ａの上端（天井部）には、空気取入管６が接続して開口している。
【００１８】
このような構成により、配管１２から、マイクロバブル包含水生成機構２の本体部２ａの内部へ下方から圧力水４８を送り込むと、回転する水流４８ａが発生する。そして、後述する負圧により、空気取入管６から、マイクロバブル包含水生成機構２の本体部２ａの内部の上端へ空気４９が吸入される。本体部２ａの中心部には、水と空気の２層旋回流５０が発生する。また、この２層旋回流５０の回転軸（図３における上下方向の中心軸線）部分には、空洞が形成される。この空洞部分を細くして、竜巻状にし、強力な回転せん断力を発生させる。空洞部分は、負圧となっており、空気取入管６から、本体部２ａへ空気４９が吸入され、吸入された空気は、空洞部分に吸引され、空洞部分を通過する。
【００１９】
次に、空洞部分を回転制御作用により切断し、粉砕する。これにより、非常に微細な空気の泡であるマイクロバブル５４が水の中に大量に発生する。マイクロバブル５４の直径は、５〜６０マイクロメートル程度である。特に、１０〜３０マイクロメートル程度の気泡が最頻値となっている。通常の気泡発生装置で生成される気泡の直径は、数ミリメートルであるから、マイクロバブル５４の直径は、非常に小さいことがわかる。マイクロバブル５４の水中での上昇速度は、毎秒数ミリメートル程度であり、通常の気泡発生装置で生成される気泡の場合の上昇速度である毎秒数センチメートル〜数十センチメートルよりもきわめて遅い。
【００２０】
マイクロバブル５４を包含した水であるマイクロバブル包含水５２は、マイクロバブル包含水生成機構２の下端に開口して接続するマイクロバブル包含水送出管７から、ポンプ３（図２参照）へ送られる。
【００２１】
ポンプ３は、マイクロバブル包含水５２を、マイクロバブル包含水送出管８を介して、マイクロバブル包含水浸透パイプ４に送る。マイクロバブル包含水浸透パイプ４は、水底の地盤Ｇの中に略水平方向に延びるようにして埋設されている。また、マイクロバブル包含水浸透パイプ４には、例えば、埋設状態で上端となる部分に、放水孔４ａが多数、開設されている。
【００２２】
このような構成により、マイクロバブル包含水５２は、放水孔４ａから放出され、水底の地盤Ｇの中へ浸透していく。
【００２３】
図４は、本発明の第１実施例である微細気泡利用式地盤改良工法の作用を説明する図である。図４（Ａ）は、通常の水底地盤Ｇ１の構成を拡大して示した図である。図４（Ａ）において、符号５１は、土粒子を示しており、符号５３は、土粒子の間に存在する水である間隙水を示している。
【００２４】
次に、図４（Ｂ）は、上記の水底地盤の中に、マイクロバブル包含水を浸透させた後の状態の水底地盤Ｇ２の構成を拡大して示した図である。図４（Ｂ）において、符号５１は、土粒子を示しており、符号５３は、土粒子の間に存在する水である間隙水を示している。また、図４（Ｂ）において、符号５４は、マイクロバブル包含水の中に含まれていたマイクロバブルを示している。図４（Ｂ）に示すように、マイクロバブル５４は、土粒子５１に表面に付着している。
【００２５】
上記のようなマイクロバブル５４の性状により、水底地盤Ｇ２では、以下のような作用がある。
【００２６】
第１に、土粒子５１に付着したマイクロバブル５４は、土粒子５４の間を通過して浸透する水（図示せず。以下、「透過水」という。）の流れを妨げる。この結果、地盤Ｇ２の透水係数の値は、地盤Ｇ１の透水係数の値よりも減少する。
【００２７】
第２に、地震の振動が地盤Ｇ２に作用して地盤Ｇ２を変位させようとするときには、土粒子５１に付着したマイクロバブル５４が縮小するように変形する。このため、地盤Ｇ２内の間隙水圧の増大は抑制され、過大となることがない。これにより、地震時の地盤Ｇ２の液状化を防止することができる。特に、埋立地などや岸壁などでの液状化防止対策の工法として有効である。
【００２８】
図５は、本発明の第１実施例の応用例である微細気泡利用式地盤改良工法を示した図である。図５において、符号６１は原地盤を示し、符号６２は埋立て地盤を示している。また、図５において、符号６５は、埋立て地盤６２の上に構築される構造物、例えば岸壁などを示している。すなわち、本発明の微細気泡利用式地盤改良工法、微細気泡利用式地盤改良システムは、水底地盤だけでなく、地上の地盤においても適用可能である。
【００２９】
第３に、土粒子５１に付着したマイクロバブル５４は空気の泡であり、酸素を含んでいる。また、マイクロバブル５４は、土粒子５１に付着して、比較的長期間存在する。このため、地盤Ｇ２内の生物に酸素を供給することができ、地盤Ｇ２内の生物は、この酸素により生存が可能となる。微生物などの生存が可能になり、あるいは既存生物の活動が活発化することにより、地盤Ｇ２の浄化を行うことができる。また、海浜などにおける貝類などの生物の棲息域を拡大することが可能であり、貝類などの漁獲高を増大させることができる。
【００３０】
マイクロバブル５４は、期間の経過によって、徐々に水の中に溶け込むことによって消滅していく。このため、マイクロバブル包含水５２を、ある期間の経過後に、上記したマイクロバブル包含水生成送出部１０を再稼働するなどして、再度地盤中へ浸透させ、地盤中の土粒子にマイクロバブル５４を再度付着させる必要がある。また、マイクロバブル包含水生成機構２における諸元の値、例えば、本体部２ａ等の寸法値、圧力水の圧力値などを適宜の値に設定することにより、マイクロバブル５４の直径値を設定することが可能である。マイクロバブル５４の直径により、地盤中での存在期間、透水係数値などを調整することができる。
【００３１】
上記した第１実施例において、マイクロバブル５４は、特許請求の範囲における微少気泡に相当している。また、マイクロバブル包含水５２は、特許請求の範囲における微少気泡包含水に相当している。また、取水管５と、圧送部９と、配管１２と、空気取入管６と、マイクロバブル包含水生成機構２と、マイクロバブル包含水送出管７は、特許請求の範囲における微少気泡包含水生成手段を構成している。また、ポンプ３と、マイクロバブル包含水送出管８は、微細気泡包含水送出手段を構成している。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、地盤の改良を行う建設業等の産業、微細気泡利用式地盤改良システムを製造する機械製造業等で実施可能であり、これらの産業で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施例である微細気泡利用式地盤改良工法を説明する図である。
【図２】本発明の第１実施例に用いる微細気泡利用式地盤改良システムの構成を説明する図である。
【図３】本発明の第１実施例である微細気泡利用式地盤改良システムにおけるマイクロバブル包含水生成機構の構成と作用を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施例である微細気泡利用式地盤改良工法の作用を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施例の応用例である微細気泡利用式地盤改良工法を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  微細気泡利用式地盤改良システム
２  マイクロバブル包含水生成機構
２ａ  本体部
３  ポンプ
４  マイクロバブル包含水浸透パイプ
４ａ  放水孔
５  取水管
６  空気取入管
７、８  マイクロバブル包含水送出管
９  圧送部
１０  マイクロバブル包含水生成送出部
１２  配管
４７  水
４８  圧力水
４８ａ  回転水流
４９  空気
５０  ２層旋回流
５１  土粒子
５２  マイクロバブル包含水
５３  間隙水
５４  マイクロバブル
６１  地盤
６２  埋立て地盤
６５  構造物
Ｅ１  地震動
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２  地盤
【図１】
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【図２】
2007211537.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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