(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象地盤に井戸を設け、
井戸にアルカリ及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一つを含む塩化物を水に溶解したアルカリ金属塩の水溶液を注入し、
炭酸イオンを含んだ水溶液を井戸に注入し、
対象地盤内部でアルカリ及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一つを含む難溶解性塩を形成することを特徴とする、
液状化防止方法。
【請求項２】
対象地盤に井戸を設け、
井戸に二価の陽イオンを形成する金属水酸化物の水溶液を注入し、
炭酸ガスを水に溶解した水溶液を井戸に注入し、
対象地盤内部で炭酸塩の結晶を形成することを特徴とする、
液状化防止方法。
【請求項３】
対象地盤に井戸を設け、
井戸に水酸化カルシウムの水溶液を注入し、
炭酸ガスを水に溶解した水溶液を井戸に注入し、
対象地盤内部で炭酸カルシウムの結晶を形成することを特徴とする、
液状化防止方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の液状化防止方法において、
対象地盤に複数の井戸を設け、
前記した各水溶液を注入する井戸とは別の井戸から連続して地下水を汲み上げることを特徴とする、
液状化防止方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の液状化防止方法において、
前記した各水溶液の注入は同じ井戸に対して交互に繰り返しておこなうことを特徴とする、
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、砂地盤などの液状化防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱な砂地盤では、地震が発生した際に液状化を起こすおそれがあるため、従来、以下の方法により液状化の防止を行っていた。
＜イ＞対象地盤全体を固化させ、液状化に対する地盤強度を増加させる方法。
＜ロ＞対象地盤を格子状に固化し、地盤のせん断変形に対する強度を増加させて液状化を防止する方法。
＜ハ＞対象地盤内において鉛直方向に排水材を配置し、液状化の際に発生した水圧を消散させて液状化を防止する方法。
＜ニ＞対象地盤の地下水位を低下させて液状化を防止する方法。
＜ホ＞対象地盤に砂杭等を打設して、対象地盤の密度を増大させ、地盤の液状化に対する抵抗を増大させる方法。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
前記した従来の液状化防止方法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞前記した液状化防止方法はいずれも大がかりであり、多大な工費や工期を要する。特に、対象地盤を固化する方法は、使用する薬剤が高価なため、工費が高くなる。
＜ロ＞前記した液状化防止方法のうち地下水位を低下させる方法を除き、対象地盤の上方から直接施工する必要がある。このため、既設の構造物の直下に軟弱な砂地盤が存在する場合に液状化を防止することが困難となる。
【０００４】
【本発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、安価かつ安全な材料を利用して行う液状化防止方法を提供することを目的とする。
また、本発明は簡単な方法で実施可能な液状化防止方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は既設構造物が存在する場合でも実施可能な液状化防止方法を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の液状化防止方法は、対象地盤に井戸を設け、井戸にアルカリ及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一つを含む塩化物を水に溶解したアルカリ金属塩の水溶液を注入し、炭酸イオンを含んだ水溶液を井戸に注入し、対象地盤内部でアルカリ及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一つを含む難溶解性塩を形成することを特徴とする方法である。
【０００６】
また、対象地盤に井戸を設け、井戸に二価の陽イオンを形成する金属水酸化物の水溶液を注入し、炭酸ガスを水に溶解した水溶液を井戸に注入し、対象地盤内部で炭酸塩の結晶を形成することを特徴とする方法である。
【０００７】
さらに、対象地盤に井戸を設け、井戸に水酸化カルシウムの水溶液を注入し、炭酸ガスを水に溶解した水溶液を井戸に注入し、対象地盤内部で炭酸カルシウムの結晶を形成することを特徴とする方法である。
【０００８】
ここで、対象地盤に複数の井戸を設け、上記したアルカリ金属塩の水溶液、炭酸イオンを含んだ水溶液、二価の陽イオンを形成する金属水酸化物の水溶液、炭酸ガスを水に溶解した水溶液又は水酸化カルシウムの水溶液の各水溶液を注入する井戸とは別の井戸から連続して地下水を汲み上げることもできる。
【０００９】
また、上記した各水溶液の注入は同じ井戸に対して交互に繰り返しておこなうこともできる。
【００１０】
【本発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
＜イ＞アルカリ金属塩の水溶液
アルカリ金属塩の水溶液１とは、ここではアルカリ及びアルカリ土類金属のうち少なくとも一つを含む水溶性塩を水に溶解したものをいう。
アルカリ金属塩の水溶液１は、カルシウムやアルミニウム等の塩化物を水に溶解して製造する。これらの塩化物は水に溶解しやすく、高濃度のアルカリ金属塩の水溶液１を製造することができる。
また、カルシウム、アルミニウムは土の中にも存在する非常に安全で安価な材料である。
なお、二価の陽イオンを形成する金属水酸化物には、マグネシウムやアルミニウムがある。
【００１２】
＜ロ＞炭酸水溶液
炭酸イオンを含んだ水溶液（以下、炭酸水溶液２という）は、炭酸ガス（二酸化炭素）がイオン化したものを含む水溶液である。
炭酸水溶液２は、炭酸ガスを水に溶解して製造する。なお、炭酸水溶液２としてpHの高い溶液（アルカリ性溶液）や硫酸イオンを含むものも使用できる。
【００１３】
＜ハ＞難溶解性塩
難溶解性塩とは、ここではアルカリ金属塩の水溶液１と炭酸水溶液２を混合して生成される、水に対して溶解度の低い炭酸塩をいう。例えば、カルシウムやアルミニウムを含む炭酸塩をいう。
難溶解性塩は、水に溶解しにくく、沈殿して対象地盤４の間隙を埋めることが可能である。
【００１４】
＜ニ＞井戸
井戸５１は、対象地盤４中の地下水の汲み上げ、又はアルカリ金属塩の水溶液１、炭酸水溶液２、二価の陽イオンを形成する金属水酸化物の水溶液又は水酸化カルシウムの水溶液の各水溶液を注入するための孔である。
例えば、対象地盤４の所定の場所をボーリング機などで掘削して井戸５１を設け、その中に有孔のストレーナ管５２を設置して、井戸５１の孔壁との隙間をフィルター材５３で充填するなどして構築する。
ストレーナ管５２内部に水中ポンプ５５を設置すれば、対象地盤４から地下水を汲み上げることができる。この結果、対象地盤４中に地下水の流れを作ることも可能となる。
また、ストレーナ管５２内部に注入ポンプ５４に接続するホースなどを挿入して、アルカリ金属塩の水溶液１や炭酸水溶液２等を注入することも可能である。この場合、一方の井戸５１ｂからアルカリ金属塩の水溶液１や炭酸水溶液２等を注入し、他方の井戸５１ａから地下水を汲み上げれば、効果的にアルカリ金属塩の水溶液１や炭酸水溶液２等を対象地盤４内に浸透させることが可能となる。
【００１５】
以下図面を参照しながら本発明の液状化防止方法について説明する。
【００１６】
＜イ＞井戸の設置
対象地盤４に井戸５１を１箇所又は複数箇所に設置する。ここで、対象地盤４とは液状化防止のために対策を施す地盤をいう。一般に、対象地盤４は軟弱な砂地盤を主とする地盤であるが、これに限定されるわけではない。
井戸５１が１箇所の場合は、地下水の汲み上げは行わない。
井戸５１を複数箇所に設置する場合は、１箇所又は数箇所の井戸５１ｂ（注入用の井戸）から水溶液を注入し、残りの井戸５１ａ（揚水用の井戸）から地下水を汲み上げる。
ここで、水溶液を注入する井戸５１ｂと隣り合う井戸は地下水を汲み上げる井戸５１ａとするのが好ましい。
【００１７】
＜ロ＞アルカリ金属塩の水溶液の注入
アルカリ金属塩の水溶液１を、注入用の井戸５１ｂに例えば注入ポンプ５４を使用して注入する。井戸５１ｂ内は加圧しても、しなくても（重力式）よい。
揚水用の井戸５１ａからは常に地下水を汲み上げる。
この結果、注入用の井戸５１ｂと揚水用の井戸５１ａとの間には地下水の流れが形成される。即ち、導水勾配がつくため、高い地下水位にある注入用の井戸５１ｂからアルカリ金属塩の水溶液１を注水すると、容易に揚水用の井戸５１ａへ向かってアルカリ金属塩の水溶液１が流れる。
この作業を連続して行うと揚水用の井戸５１ａからカルシウムやアルミニウムを含んだ地下水が上がってくるようになる。
それをしばらく続けると所定濃度のアルカリ金属塩の水溶液１が揚水されるようになる。この結果、対象地盤４内にアルカリ金属塩の水溶液１が充填されたと考えることができる。
【００１８】
＜ハ＞炭酸水溶液の注入
所定濃度のアルカリ金属塩の水溶液１が揚水用の井戸５１ａから揚水されるようになった後に、炭酸水溶液２を注入用の井戸５１ｂから注入する。
アルカリ金属塩の水溶液１を注水したときと同様に、揚水用の井戸５１ａから地下水を汲み上げ続けると、対象地盤４内に炭酸水溶液２が浸透する。
なお、炭酸水溶液２の注入は、アルカリ金属塩の水溶液１を注入した井戸５１ｂとは別の井戸（図示せず）を使用しておこなってもよい。この場合は、アルカリ金属塩の水溶液１を注入しながら炭酸水溶液２の注入を行うことも可能となる。
【００１９】
＜ニ＞繰り返し注入
上記したようなアルカリ金属塩の水溶液１と炭酸水溶液２の注入を繰り返し行うと、次第に対象地盤４への注水量が低下してくる。
即ち、上記作業を繰り返すと対象地盤４の間隙が難溶解性塩で埋められて砂粒子間を充填するため、透水係数も低下する。
なお、対象地盤４は均一なものばかりではなく、砂質土と粘性土が交互に形成されている場合があるが、その場合でも砂の方が粘性土と比較して透水係数が大きいために、水溶液も砂質土の方に流れる量が多くなり、砂質土の改良を効果的におこなうことができる。
【００２０】
＜ホ＞作用
以下、本発明を適用した場合の作用について説明する。
地震が発生すると、間隙水圧が上昇して砂地盤は液状化し、対象地盤内の砂は側方に流れ出したり、上方に噴き出したりする。
しかし、本発明においては、対象地盤４の間隙に難溶解性塩が配置されるため、砂粒子間の結合が改良前の地盤の結合より大きくなっている。
また、砂粒子間の間隙を難溶解性塩で埋めた結果、対象地盤４の透水係数が小さくなり、又、粒子間の結合力が増加して、液状化が発生しにくい地盤に改良される。
この結果、対象地盤内では液状化は発生しない。
【００２１】
【実施例】
以下に本発明の基本原理を確認した実験について説明する。
【００２２】
対象地盤４として４号けい砂を充填した試験モールドを作成する。
そして、アルカリ金属塩の水溶液１として塩化カルシウムの２０％溶液を作成し、試験モールドの下部からゆっくり注水する。
ほぼ試験モールド全体の間隙水が塩化カルシウム溶液で満たされた状態で、炭酸ガスで飽和した水（炭酸水溶液２）に切り替えて注水を続ける。
しばらくすると、オーバーフローした水は白濁するようになる。
その状態で再び塩化カルシウム溶液を注水する。
この操作を２度繰り返すとアクリル製の試験モールドの内面は白濁する。
この試験モールドを約１週間放置したあと、試験モールド内のけい砂を取り出すと、砂供試体は自立するようになり強度を増したことがわかる。
水溶液を浸透させる前の４号けい砂は結合力が非常に弱く、地下水で湿潤状態になっていても自立することはなかったため、地盤の結合力が増加するという本発明の効果を窺い知ることができる。
【００２３】
【本発明の効果】
本発明の液状化防止方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞カルシウム、アルミニウム、炭酸ガスなど安価な材料を使用して液状化を防止できる地盤を形成する。このため、大きな機械や高価な薬剤を使用する従来の液状化防止方法に比べて、安価に実施できる。また、カルシウム、アルミニウム、炭酸ガスの安全性はよく知られており、安全な液状化防止方法を実施することができる。
＜ロ＞アルカリ金属塩の水溶液と炭酸水溶液とを交互に注入するだけで液状化を防止できる。このため、簡単な方法で液状化防止方法を実施することができる。
＜ハ＞既設構造物が存在する場合でも、既設構造物の周辺に井戸を設ければよい。このため、既設構造物に改変を加えないで対象地盤に対して液状化防止方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液状化防止方法の実施例の説明図
【符号の説明】
１・・・アルカリ金属塩の水溶液
２・・・炭酸水溶液
４・・・対象地盤
５１・・井戸
【図１】
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