(57)【要約】      （修正有）【課題】周辺環境への影響がなく、また周辺環境に起因した施工困難性がなく、地盤の液状化強度を効果的に高めることのできる液状化地盤の改良方法を提供する。【解決手段】地震時に液状化の可能性のある液状化地盤に対し、水溶性の高分子ポリマーを浸透させて液状化地盤を改良する、液状化地盤の改良方法である。水溶性の高分子ポリマーの粘性に着目し、この水溶性の高分子ポリマーを適用することで液状化強度を向上させる。地盤に当該ポリマーを浸透させる工程において、注水側と集水側のそれぞれで水溶性の高分子ポリマーを採取し、それらの濃度差を計測することで、施工範囲の地盤中に当該ポリマーがどの程度浸透しているかを容易に確認することができるため、確実に地盤の液状化強度を高めることが可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震時に液状化の可能性のある液状化地盤に対し、水溶性の高分子ポリマーを浸透させて液状化地盤を改良する、液状化地盤の改良方法。
【請求項２】
前記高分子ポリマーは、合成ポリマー、半合成ポリマーのいずれか一種もしくは双方からなる請求項１に記載の液状化地盤の改良方法。
【請求項３】
前記液状化地盤のうち、改良エリアの一端に注水井戸を施工し、該改良エリアの他端に集水井戸を施工し、
前記集水井戸を介して前記改良エリア内の間隙水を集水しながら、前記注水井戸を介して該改良エリアに前記水溶性の高分子ポリマーを浸透させて該間隙水との置換をおこなう、請求項１または２に記載の液状化地盤の改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震時に液状化の可能性のある液状化地盤を改良する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地震時に液状化の可能性のある、いわゆる液状化地盤の改良方法は多岐に亘っており、特許文献１〜５や非特許文献１に記載の改良方法を挙げることができる。
【０００３】
特許文献１，２に記載の地盤改良工法は、地盤中に存在する微生物の代謝を促す養分を地盤中に供給し、微生物の代謝による地盤の不飽和化および代謝産物による間隙水の粘性増加によって地盤の液状化強度を高める方法である。
【０００４】
また、特許文献３に記載の地盤改良工法は、生分解性ポリマーと生分解性硬化剤の混合物を地盤に注入することで、地盤中の微生物の代謝により、固化物が分解されるまでの一定期間のみ地山を補強する方法である。
【０００５】
また、特許文献４に記載の地盤改良工法は、吸水性膨潤ポリマーを液状化地盤に注入し、当該ポリマーの膨張圧によって周囲の地盤の密度を増大させる方法である。
【０００６】
また、特許文献５に記載の地盤改良工法は、多孔式浸透注入管を用いて、生物由来のナノファイバーを含む水溶液を液状化地盤に浸透させることで地盤の液状化強度を高める方法である。この工法では、地盤を事前に削孔した後、高圧噴射管によってナノファイバーを含む水溶液を地盤中で強制攪拌させる。また、盛土構造物を構築する際には、盛土材に事前にナノファイバーを混練して盛土をおこなうことで、盛土の安定性を高めることとしている。
【０００７】
一方、非特許文献１には、密度増大工法、固結工法、置換工法、地下水低下工法、および間隙水圧消散工法などの地盤改良工法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−１０７５０２号公報
【特許文献２】特開２０１２−９２６４８号公報
【特許文献３】特開２０１４−４７３３７号公報
【特許文献４】特開２０１４−１４８８８４号公報
【特許文献５】特開２０１５−１０４３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】地盤工学・実務シリーズ１８  液状化対策工法  公益社団法人地盤工学会  ２０１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１，２で記載される地盤改良工法は、微生物の代謝産物を利用することから、地盤の間隙水の粘度がどの程度まで上昇するかが未知数である。
【００１１】
特許文献３で記載される地盤改良工法も地盤中の微生物の代謝産物を利用することから、地盤の間隙水の粘度がどの程度まで上昇するかが未知数であり、さらには、固化物が分解されるまでの一定期間のみ地山を補強できるに過ぎない。
【００１２】
特許文献４で記載される地盤改良工法は、膨張量の管理が極めて困難であることが容易に想定されることに加えて、仮に膨張量が過大になった場合には地盤が隆起し、既存の構造物に影響を与える可能性がある。
【００１３】
特許文献５で記載される地盤改良工法に関し、浸透管方式の場合においては、ナノファイバーが土の間隙にトラップされることから、改良効果が広域かつ均等に得られ難いことが想定される。また、高圧噴射方式の場合においては、噴射装置が非常に大きくなることから、住宅地などの空頭制限や用地制限などがある場合に施工が困難となり、さらには、地盤中に改良体を造成する際に多量に排出される汚泥の処理に費用を要する。
【００１４】
非特許文献１で記載される地盤改良工法に関し、密度増大工法の場合には施工機械が大規模になり、住宅地などの空頭制限や用地制限などがある場合に施工が困難となるし、騒音や振動の問題が懸念される。固結工法の場合は改良材が周辺環境に及ぼす影響が懸念され、さらには施工に伴う周辺地盤の変形が懸念される。置換工法の場合は改良範囲と同体積分の良質な土質材料を準備する必要が生じ、新設構造物にしか適用できない。地下水低下工法の場合、元々の地下水位から水位を低下させた分の地盤には浮力が働かなくなるため、有効上載圧が上昇し、液状化地盤の下層に粘土層がある場合には粘度の圧密沈下によって地盤が沈下することが懸念される。間隙水圧消散工法の場合、地盤そのものの液状化強度を上げるものでないため、超過外力が作用した際には水圧の上昇に伴って地盤の耐力が低下することが懸念される。また、仮に液状化を防止することはできても、地盤沈下が生じる可能性がある。
【００１５】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、周辺環境への影響がなく、また周辺環境に起因した施工困難性がなく、地盤の液状化強度を効果的に高めることのできる液状化地盤の改良方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】
【００１６】
前記目的を達成すべく、本発明による液状化地盤の改良方法は、地震時に液状化の可能性のある液状化地盤に対し、水溶性の高分子ポリマーを浸透させて液状化地盤を改良するものである。
【００１７】
本発明の液状化地盤の改良方法は、液状化地盤に対して粘性を有する水溶性の高分子ポリマーを浸透させて改良することにより、周辺環境へ影響を与えることなく、地盤の液状化強度を効果的に高めることを可能としたものである。
【００１８】
地盤中の微生物の代謝に期待する生分解性ポリマー等ではなく、水溶性の高分子ポリマーの粘性に着目し、この水溶性の高分子ポリマーを適用することで液状化強度を向上させる。地盤に当該ポリマーを浸透させる工程において、注水側と集水側のそれぞれで水溶性の高分子ポリマーを採取し、それらの濃度差を計測することで、施工範囲の地盤中に当該ポリマーがどの程度浸透しているかを容易に確認することができるため、確実に地盤の液状化強度を高めることが可能になる。
【００１９】
ここで、「液状化地盤」とは、地下水位が高く、たとえば砂質系の地盤で液状化強度が低く、地震時に液状化の可能性がある地盤のことを意味している。また、「水溶性の高分子ポリマーを浸透させて液状化地盤を改良する」とは、液状化地盤中に粘性のある水溶性の高分子ポリマーを浸透させ、間隙水を水溶性の高分子ポリマーによって置換すること等により、地盤の液状化強度を高め、非液状化地盤もしくは難液状化地盤を造成することを意味している。
【００２０】
ここで、高分子ポリマーには、合成ポリマーや半合成ポリマーが含まれる。
合成ポリマーとして、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール等が挙げられ、半合成ポリマーとして、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
【００２１】
上記素材のうち、本発明者等がその中のヒドロキシプロピルメチルセルロースを用いて非排水繰返し三軸試験をおこなって液状化強度を特定した結果、液状化強度が大きく向上することが特定されている。
【００２２】
また、本発明による液状化地盤の改良方法の実施の形態は、前記液状化地盤のうち、改良エリアの一端に注水井戸を施工し、該改良エリアの他端に集水井戸を施工し、前記集水井戸を介して前記改良エリア内の間隙水を集水しながら、前記注水井戸を介して該改良エリアに前記水溶性の高分子ポリマーを浸透させて該間隙水との置換をおこなうものである。
【００２３】
液状化地盤が広範囲に及ぶ場合でも、改良エリアはその全範囲に及ぶ場合もあれば、その一部の範囲のみの場合もある。
【００２４】
たとえば、広範な液状化地盤のうち、既存建物が密集したエリアを改良エリアとする場合や、公共施設や各種工場が立設したエリアを改良エリアとする場合等が挙げられる。
【００２５】
いずれにせよ、改良エリアの一端に注水井戸を施工し、改良エリアの他端に集水井戸を施工する。より詳細には、地盤内に掘削孔を造成し、注水管を配設して注水井戸を施工するとともに、地上には注水設備を設置し、注水管内に地上から水溶性の高分子ポリマーを提供できるように準備する。また、地盤内に掘削孔を造成し、集水管を配設して集水井戸を施工するとともに、地上にはたとえば集水管内を真空引き等するバキューム装置を設置し、さらに集水された地下水を溜める収容容器等を配設しておく等の措置を講じる。
【００２６】
集水井戸を介して改良エリア内の間隙水を集水しながら、注水井戸を介して改良エリアに水溶性の高分子ポリマーを浸透させることにより、間隙水が高分子ポリマーに置換され、液状化地盤に高分子ポリマーの有する粘性を付与することができる。
【００２７】
また、この改良方法によれば、改良エリアが住宅地の場合には住宅での居住を継続したままで、改良エリアが各種工場の場合には工場の稼働を継続したままで、住宅や工場直下の液状化地盤の地盤改良をおこなうことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の液状化地盤の改良方法によれば、液状化地盤に対して粘性を有する水溶性の高分子ポリマーを浸透させて改良することにより、周辺環境へ影響を与えることなく、液状化強度を向上させるとともに、向上した液状化強度を精度よく特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の液状化地盤の改良方法の実施の形態を示した模式図である。
【図２】非排水繰返し三軸試験で用いた試料の粒径加積曲線を示した図である。
【図３】実験にて特定された液状化強度曲線を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の液状化地盤の改良方法の実施の形態を説明する。
【００３１】
（液状化地盤の改良方法の実施の形態）
図１は本発明の液状化地盤の改良方法の実施の形態を示した模式図である。図示する改良方法が適用される液状化地盤は、粘土層等の非液状化地盤上にある砂質系の地盤であり、地下水位も高くなっており、液状化強度の低い地盤である。液状化地盤のうち、既存建物５の直下のエリアを改良エリアとして地盤改良対象とする。
【００３２】
改良エリアの一端（図１の右端）に掘削孔を造成し、注水管を配設して注水井戸１を施工し、注水井戸１に対して注水設備２を取り付ける。ここで、注水設備２には、地盤内に注入される水溶性の高分子ポリマーを収容したタンク、高分子ポリマーを注水井戸１に送り込むポンプなどが含まれる。
【００３３】
また、改良エリアの反対側の他端（図１の左端）に掘削孔を造成し、集水管を配設して集水井戸３を施工し、集水井戸３に集水設備４を取り付ける。ここで、集水設備４には、地盤内の間隙水を集水井戸３に取り込むバキューム装置、集水井戸３内に取り込まれた間隙水を地上に汲み上げて収容する収容容器などが含まれる。
【００３４】
図示する改良方法では、集水井戸３を介して改良エリア内の間隙水を集水しながら（Ｘ１方向）、注水井戸１を介して改良エリアに水溶性の高分子ポリマーを浸透させて（Ｘ２方向）間隙水との置換をおこなうことにより、水溶性の高分子ポリマーの有する粘性を液状化地盤に付与し、改良エリアの液状化強度を向上させる。
【００３５】
ここで、高分子ポリマーには、合成ポリマーや半合成ポリマーが含まれる。合成ポリマーとして、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール等が挙げられ、半合成ポリマーとして、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
【００３６】
図示する改良方法によれば、既存建物５が住宅の場合には住宅での居住を継続したままで、既存建物５が各種工場の場合には工場の稼働を継続したままで、住宅や工場直下の液状化地盤の地盤改良をおこなうことができる。
【００３７】
また、液状化地盤に対して粘性を有する水溶性の高分子ポリマーを浸透させて改良することより、周辺環境へ影響を与えることなく、地盤の液状化強度を効果的に高めることができる。
【００３８】
（液状化強度を検証した実験とその結果）
本発明者等は、中間土に対し、水、分子量が異なるセルロースエーテル水溶液2種、のそれぞれの粘性流体を用いた要素実験をおこない、間隙流体の違いが中間土の液状化強度に与える影響について検討した。
【００３９】
本実験で用いた試料は、2011年東北地方太平洋沖地震において、液状化被害を生じたサイトの液状化層から浦安市内で掘削によって採取した撹乱試料の2mmふるい通過分であり、その粒径加積曲線を図２に示し、以下の表１に試料の物性一覧を示す。なお、表１の最小間隙比は安田らの方法（細粒分を多く含む砂に対する最大・最小密度試験結果, 地盤工学会関東支部発表会, pp.139-141, 2014）により求めた。
【００４０】
セルロースエーテルとしてヒドロキシプロピルメチルセルロースを選択し、分子量が多いHPMC4000（以下、H-CE）、分子量が少ないHPMC50（以下、L-CE）を用いた。液温20℃の2%溶液で、H-CEは4000mPa・s、L-CEは50mPa・sになる。セルロースエーテル水溶液は、両者とも動粘性係数ν = 50cStになるよう濃度を調整して用いた。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
試験方法として、非排水繰返し三軸試験を用いた。供試体は直径5cm、高さ10cmの円筒形であり、ドライタンピング法で作製した。供試体の飽和は、有効拘束圧σ’c = 29.4kPaの等方応力状態において二重負圧法により実施し、B値が0.95以上であることを確認した。
【００４３】
その後、σ’c = 49kPaで等方圧密をおこなった。初期密度は水で飽和した供試体の圧密後の間隙比が1.0程度になるよう調整し、全ての試験で初期密度を揃えた。また、せん断時の載荷周波数はf = 0.01Hzとした。
【００４４】
表２に試験結果の一覧を示し、図３に液状化強度曲線を示す。
【００４５】
【表２】
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【００４６】
図３より、セルロースエーテル溶液の液状化強度曲線は水の液状化強度曲線と一致しない結果が得られた。セルロースエーテルと水の液状化強度曲線はほぼ同じ傾きであるものの、液状化強度ＲＬ２０が水より2割程度も大きくなった。
【００４７】
また，分子量が小さいL-CEを用いると、多少、水に近い側に曲線が移動した。セルロースエーテル溶液は粘土やセメント等の微細粒子表面に吸着する（Chang, S. -H. et al. : The adsorption of water-soluble polymers on mica, talc, limestone, and various clay minerals, Colloids and Surfaces, 59, pp.59-70, 1991）。したがって、分子量が多くなるほど、溶液の非ニュートン性が顕著に現れる（信越化学工業 : メトローズカタログ、2013）。
【００４８】
今回用いた試料に含まれる細粒分との相互作用や、セルロースエーテル溶液自体のレオロジー特性により、液状化強度が増加したと推察される。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１…注水井戸、２…注水設備、３…集水井戸、４…集水設備、５…既存建物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年6月15日(2016.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
本実験で用いた試料は、2011年東北地方太平洋沖地震において、液状化被害を生じたサイトの液状化層から掘削によって採取した撹乱試料の2mmふるい通過分であり、その粒径加積曲線を図２に示し、以下の表１に試料の物性一覧を示す。なお、表１の最小間隙比は安田らの方法（細粒分を多く含む砂に対する最大・最小密度試験結果, 地盤工学会関東支部発表会, pp.139-141, 2014）により求めた。