(57)【要約】【課題】  適切かつ確実で安価に液状化強度を向上させることが可能な液状化対策における地盤改良工法を提供する。【解決手段】  改良対象地盤中に空気注入管２１を挿入して気泡を注入する工程と、改良対象地盤を間に挟んだ地盤中に、音波を発射する発信器３１と、上下方向に配列した複数の受信器３２とを設置して、発信器３１から発射された音波を各受信器３２で受信して、音波の到達時間と振幅とに基づいて、弾性波速度とエネルギー減衰の分布を求める工程と、弾性波速度とエネルギー減衰の分布とに基づき、改良対象地盤の液状化強度分布を推定する工程とを含む。さらに、推定した液状化強度分布に応じて、所定の液状化強度に達していない改良対象地盤部分に、さらに気泡を注入する工程を実施する。【選択図】図３
2013194362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改良対象地盤の液状化強度を向上させるための地盤改良工法であって、
前記改良対象地盤中に空気注入管を挿入して、当該空気注入管の先端部から前記改良対象地盤中に気泡を注入する工程と、
前記改良対象地盤を間に挟んだ地盤中に、音波を発射する発信器と、上下方向に配列した複数の受信器とを設置して、前記発信器から発射された音波を前記各受信器で受信して、音波の到達時間と振幅とに基づいて、弾性波速度とエネルギー減衰の分布を求める工程と、
前記弾性波速度とエネルギー減衰の分布とに基づき、前記改良対象地盤の液状化強度分布を推定する工程と、
を含むことを特徴とする液状化対策における地盤改良工法。
【請求項２】
前記液状化強度分布は、前記弾性波速度及び前記エネルギー減衰の分布から求められる前記改良対象地盤における気泡混入率及び地盤の固さを用いて、予め計測しておいた前記気泡混入率及び前記地盤の固さと前記液状化強度との相関関係に基づいて推定することを特徴とする請求項１に記載の液状化対策における地盤改良工法。
【請求項３】
前記推定した液状化強度分布に応じて、所定の液状化強度に達していない前記改良対象地盤部分に、さらに気泡を注入する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の液状化対策における地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適切かつ確実に液状化強度を向上させることが可能な地盤改良工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
埋め立て地をはじめとして、地下水位が高い砂質地盤では、地震の震動により液状化現象が発生し、マンホールや下水管が押し上げられて地表面から突出したり、建造物が傾いたりする被害が発生している。このような液状化現象を未然に防止するためには、液状化が懸念される地盤に対して改良工事を行わなければならない。
【０００３】
従来から行われている液状化対策工法には、対象地盤中に薬液を注入して地盤強度を増加させる工法や、地下水位を低下させる工法等があり、数多くの技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１（特開２０１２−２１２６９号公報）に記載された技術は、液状化対策地盤における液状化層に対して、複数の杭式改良体を造成する技術である。そして、杭式改良体は、液状化層を超えて基板層に到達しており、隣接する杭式改良体同士の間には、深さ方向に離間する複数の補強改良体が形成されている。また、補強改良体は、隣接する杭式改良体同士を繋げている。
【０００５】
特許文献２（特開２００８−２０８６３１号公報）に記載された技術は、杭基礎の地盤中に、杭に隣接させて固化工法により造成する改良体を、深さ方向に間隔をあけて配置する技術である。また、杭基礎の周辺地盤に、透水性を有するドレーン材を埋設すると共に、ドレーン材を改良体の外周側近傍に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２１２６９号公報
【特許文献２】特開２００８−２０８６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、液状化対策のための薬液注入工法は、恒久的なグラウト材が必要であるばかりでなく、大がかりな薬液注入装置が必要であるため、高コストとなってしまうという問題がある。さらに、注入材の長期耐久性の検証や、注入地盤の信頼性に関する検証も必要である。
【０００８】
また、液状化対策のための地下水位低下工法は、長期的な地盤沈下の問題があり、広域を対象とした場合には、居住者全員の合意が必要となる。また、個別対策では遮水壁が必要となり、遮水壁の構築にはコストが嵩むという問題がある。さらに、排水の長期的メンテナスが必要であり、数ｍの水位低下（液状化対象層の一部）を実現するためには、液状化対策効果の検証が必須である。
【０００９】
このように、液状化対策に関する各種の工法には、それぞれ長所及び短所が存在するが、未だ、適切かつ効果的で安価に液状化を防止することが可能な技術の開発には至っておらず、各工法の短所を補うべく、種々の技術開発が行われている。
【００１０】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、適切かつ確実で安価に液状化強度を向上させることが可能な液状化対策における地盤改良工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液状化対策における地盤改良工法は、改良対象地盤の液状化強度を向上させるための地盤改良工法であって、以下の工程を含むことを特徴とするものである。まず初めに、改良対象地盤中に空気注入管を挿入して、当該空気注入管の先端部から改良対象地盤中に気泡を注入する。続いて、改良対象地盤を間に挟んだ地盤中に、音波を発射する発信器と、上下方向に配列した複数の受信器とを設置して、発信器から発射された音波を各受信器で受信して、音波の到達時間と振幅とに基づいて、弾性波速度とエネルギー減衰の分布を求める。続いて、弾性波速度とエネルギー減衰の分布とに基づき、改良対象地盤の液状化強度分布を推定する。
【００１２】
また、改良対象地盤の液状化強度分布を推定する工程において、液状化強度分布は、弾性波速度及びエネルギー減衰の分布から求められる改良対象地盤における気泡混入率及び地盤の固さを用いて、予め計測しておいた気泡混入率及び地盤の固さと液状化強度との相関関係に基づいて推定することを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、推定した液状化強度分布に応じて、所定の液状化強度に達していない改良対象地盤部分に、さらに気泡を注入する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
このような構成からなる液状化対策における地盤改良工法では、改良対象地盤（飽和地盤）中に気泡を混入させることにより、地盤が不飽和化する。そして、地盤に地震動が作用すると、地盤中に存在する空気の圧縮性により、過剰間隙水圧の上昇が低減して液状化強度が上昇する。この際、地盤の不飽和化が不均一であると、当該不均一な部分では液状化強度を向上させることができず、十分な液状化対策を行うことができない。
【００１５】
そこで、本発明では、気泡を注入した後の地盤について、発信器から発射された音波を複数の受信器で受信して、音波の到達時間と振幅とに基づいて、弾性波速度とエネルギー減衰の分布を求めることにより、改良対象地盤の液状化強度分布を推定して、適切かつ効果的に液状化対策が行われたか否かを知ることができる。
【００１６】
さらに、推定した液状化強度分布に応じて、所定の液状化強度に達していない改良対象地盤部分に、さらに気泡を注入することができるので、より一層、適切かつ効果的に液状化対策を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の液状化対策における地盤改良工法によれば、改良対象地盤中に気泡を注入することにより液状化強度を向上せて、地震動による液状化を未然に防止することができる。この際、いわゆる音響トモグラフィー技術を用いて改良対象地盤の液状化強度を推定することにより、適切かつ確実で安価に液状化強度を向上させることが可能となる。
【００１８】
また、所定の液状化強度に達していない改良対象地盤部分が存在する場合には、当該部分に対してさらに液状化対策を行うことにより、改良対象地盤の全体にわたって、適切かつ確実で安価に液状化強度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る液状化対策における地盤改良工法で用いる空気注入装置の模式図。
【図２】本発明の実施形態に係る液状化対策における地盤改良工法で用いる音響トモグラフィー装置の模式図。
【図３】本発明の実施形態に係る液状化対策における地盤改良工法で用いる装置及び機能手段の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の液状化対策における地盤改良工法（以下、地盤改良工法と略記する）の実施形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施形態に係る液状化対策における地盤改良工法を説明するもので、図１は空気注入装置の模式図、図２は音響トモグラフィー装置の模式図、図３は地盤改良工法で用いる装置及び機能手段の説明図である。
【００２１】
＜地盤改良工法の概要＞
我が国では、プレート境界型巨大地震の発生により地盤の液状化現象が発生し、これによる大規模な被害が予想されている。実際、東日本大震災では、埋立地、堤防や盛り土、護岸等で液状化現象が発生して、様々な被害をもたらした。このため、近い将来発生すると予測されている大規模地震に備えて、早急に液状化対策を行うことが望まれている。本発明の実施形態に係る地盤改良工法は、大規模な設備及び機械を用いることなく、適切かつ確実で安価に改良対象地盤の液状化強度を向上させるための技術である。すなわち、本発明の実施形態に係る地盤改良工法は、改良対象地盤中に空気注入を行って、地震動に伴う過剰間隙水圧の上昇を低減することにより、液状化強度を向上させと共に、原位置にて地盤改良後の液状化強度を推定し、改良対象地盤中に改良が不十分な部分が残らないようにしている。
【００２２】
＜空気注入＞
飽和地盤に地震動が作用すると、過剰間隙水圧が上昇して有効上載圧に達すると、当該地盤の強度が低下して液状化現象が発生することが知られている。この点、間隙に空気（気泡）が存在する地盤では、地震動が作用した場合、空気の圧縮性により、過剰間隙水圧の上昇が低減されて液状化強度が向上することも知られている。そこで、液状化現象の発生が懸念される飽和地盤中に空気注入を行うことにより、液状化強度を向上させる技術が注目を浴びている。本実施形態の地盤改良工法は、このような空気注入による液状化対策工法を用いると共に、空気注入後の地盤における液状化強度を原位置で推定して、適切かつ確実で安価な地盤改良を行うことができるようにした技術である。
【００２３】
改良対象地盤に空気注入を行うには、図１に示すように、改良対象地盤中に空気注入管２１を挿入して、空気注入管２１の先端部から改良対象地盤中に気泡を注入する。具体的な装置は、改良対象地盤中に挿入する空気注入管２１と、この空気注入管２１に連続して接続した送気パイプ２２と、送気パイプ２２を介して空気注入管２１に空気を送出するコンプレッサー２３とを主な構成機器として、付随機器として送気圧を測定するための圧力計２４、送気パイプ２２への送気を制御する開閉弁２５等を備えている。
【００２４】
なお、空気注入を行うための機器は、図１に示すものに限られず、改良対象地盤の土質、面積、現場の事情等に応じて、適宜な機器を使用することができる。例えば、コンプレッサー２３を用いずに、圧縮空気を充填した空気ボンベを用い、減圧弁により適正圧力とした空気を空気注入管２１に送気してもよい。また、送気する空気の圧力、気泡の大きさは、改良対象地盤の土質等に応じて適宜選択されるが、飽和地盤中に満遍なく気泡が行き渡る圧力及び大きさとする必要がある。
【００２５】
＜音響トモグラフィー＞
一般的に、改良後の地盤の強度は、コアサンプリングを行い、実験室で一軸圧縮試験、三軸圧縮試験等を行うことにより求めることができる。しかし、このようなサンプリング試験を行う場合には、ボーリング作業が必須であり、試験費用が嵩むだけではなく、ボーリングマシンを設置するスペースがない現場では実施することができない。さらに、改良後の地盤全体に対するサンプリング（ボーリング）を行うことは不可能であり、サンプリングを行った位置における地盤強度を把握できるのみであるため、改良対象地盤の全体にわたって、適切に液状化対策を行うことができたという確証を得ることはできない。
【００２６】
そこで、本発明の地盤改良工法では、いわゆる音響トモグラフィー技術を用い、原位置にて、改良後の地盤における液状化強度を推定している。この音響トモグラフィーは、図２に示すように、改良対象地盤を間に挟んだ地盤中に、音波を発射する発信器３１と、上下方向に配列した複数の受信器３２とを設置する。そして、発信器３１から発射された音波を各受信器３２で受信して、音波の到達時間と振幅とに基づいて、弾性波速度とエネルギー減衰の分布を求めることができる。
【００２７】
すなわち、図２に示すように、改良対象地盤を挟んで２本の計測孔３３を削孔し、一方の計測孔３３に発信器３１（例えば圧電セラミックススピーカ）を設置し、他方の計測孔３３に複数の受信器３２（例えばマイクロホン）を上下方向に並べて設置する。そして、発信器３１から弾性波を発信し、受信器３２で受信した弾性波の到達時間と振幅とに基づいて、改良対象地盤の断面を複数のグリッドに分割し、速度分布図と減衰率分布図を作成する。速度分布図から地盤の固さや種類を推定することができ、減衰率分布図から間隙物の性状を推定することができる。
【００２８】
さらに、この速度分布図と減衰率分布図に基づいて、改良対象地盤の液状化強度分布を推定する。この際、予め、気泡混入率及び地盤の固さと液状化強度との相関関係を計測しておく。そして、弾性波速度及びエネルギー減衰の分布から求められる改良対象地盤における気泡混入率及び地盤の固さを用いて、予め計測しておいた気泡混入率及び地盤の固さと液状化強度との相関関係に基づいて、改良対象地盤の液状化強度分布を推定することができる。
【００２９】
なお、速度分布図及び減衰率分布図の作成や、改良対象地盤の液状化強度分布の推定は、所定のプログラムを用いたコンピュータ解析により行うことができる。このような音響トモグラフィーに用いる機器は、市販のものを使用することができる。
【００３０】
＜地盤改良の補充＞
本発明の地盤改良工法では、上述した手順で推定した液状化強度分布に応じて、所定の液状化強度に達していない改良対象地盤部分に、さらに気泡を注入する。すなわち、原位置にて地盤改良後の液状化強度を推定し、液状化強度が不足している部分に対してさらに空気注入を行うことにより、改良対象地盤中に改良が不十分な部分が残らないようにしている。
【００３１】
＜地盤改良装置＞
本発明の地盤改良工法に用いる地盤改良装置１０は、図３に示すように、空気注入手段１１と、音波発信手段１２と、音波受信手段１３と、弾性波速度・エネルギー減衰分布推定手段１４と、液状化強度分布推定手段１５とを備えている。
【００３２】
＜空気注入手段＞
空気注入手段１１は、上述したように、空気注入管２１、送気パイプ２２、コンプレッサー２３等の機器により構成される。この空気注入手段１１を用いて、改良対象地盤中に気泡を注入する。
【００３３】
＜音波発信手段／音波受信手段＞
音波発信手段１２は、改良対象地盤中に弾性波を発信するための装置であり、上述したように、圧電セラミックススピーカ等の発信器３１により構成される。また、音波受信手段１３は、音波発信手段１２から発信された弾性波を受信するための装置であり、上述したように、防水型のマイクロホン等の受信器３２により構成される。また、マイクロホンを上下方向に並べて複数設置し、各マイクロホンで圧電セラミックススピーカから発信される弾性波を受信することにより、改良対象地盤の全体にわたる弾性波速度とエネルギー減衰分布とを認識することができる。
【００３４】
＜弾性波速度・エネルギー減衰分布推定手段＞
弾性波速度・エネルギー減衰分布推定手段１４は、音波の到達時間と振幅とに基づいて、弾性波速度とエネルギー減衰の分布を求めるためのプログラムと、このプログラムを実行するためのＣＰＵ等を備えたコンピュータとにより構成される。弾性波速度・エネルギー減衰分布推定手段１４による演算結果は、コンピュータに接続された表示装置の表示画面に表示したり、プリンタにより印刷したりすることができる。
【００３５】
＜液状化強度分布推定手段＞
液状化強度分布推定手段１５は、弾性波速度とエネルギー減衰の分布とに基づき、改良対象地盤の液状化強度分布を推定するためのプログラムと、このプログラムを実行するためのＣＰＵ等を備えたコンピュータとにより構成される。液状化強度分布推定手段１５による演算結果は、コンピュータに接続された表示装置の表示画面に表示したり、プリンタにより印刷したりすることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  地盤改良装置
１１  空気注入手段
１２  音波発信手段
１３  音波受信手段
１４  弾性波速度・エネルギー減衰分布推定手段
１５  液状化強度分布推定手段
２１  空気注入管
２２  送気パイプ
２３  コンプレッサー
２４  圧力計
２５  開閉弁
３１  発信器
３２  受信器
３３  計測孔
【図１】
2013194362.tif 000003
【図２】
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【図３】
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