(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂地盤に孔を穿ち、該孔にストレーナー型薬液注入管を立設し、先ずシリカ濃度が高く且つ硬化剤濃度の低い初期注入薬液を砂地盤中に前記孔を中心とした半径方向の外側に放射状に圧入し、次いで、該初期注入薬液のゲル化した領域を避けながら初期注入薬液の前方に浸透することのないシリカ濃度が低く且つ硬化剤濃度の高い後期注入薬液を砂地盤中に圧入することを特徴とする、砂地盤の液状化対策工法。
【請求項２】
初期に注入される薬液のゲル化タイムは 6 時間程度に設定され、後期に注入される薬液のゲル化タイムは短く設定されることを特徴とする、請求項１に記載の砂地盤の液状化対策工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は砂地盤の液状化対策工法に係り、殊にシリカ系の水溶液型薬液を孔に挿入したストレーナー型薬液注入部材により砂地盤中に孔を中心にした半径方向の外側に放射状に注入し、この薬液注入操作を砂地盤中において垂直方向及び水平方向において繰り返し、これにより砂地盤中に連接した大きな且つほぼ球状の砂固結体を形成して大地震等による砂地盤の液状化に対応しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリカ系の水溶液型薬液を孔に挿入したストレーナー型薬液注入部材により砂地盤中に孔を中心にした半径方向の外側に放射状に注入し、固化させて直径が 3 - 4m 程度の固化体を作成し得ることは既に知られている。例えば、直径が 3m の固化体を作成した場合に、薬液注入部材のストレーナー部分からの薬液の浸透距離と固化体の各部から採取したサンプルの一軸圧縮強度との関係は図 1 に示されている通りであり、外周部に近づくにつれて固化体の強度に低下が生じることが判る。これは砂地盤中に存在する間隙水により薬液が希釈されたためと考えられ、ストレーナー部分からの薬液の浸透距離と該薬液の希釈率との関係は図 2 に示される通りとなる。
【０００３】
前記の課題、即ち各部の強度が不均等な固化体の形成を防止する手段としては、薬液注入の初期の段階ではシリカ濃度を高く設定し、後期になるに従いシリカ濃度を低くして行くことが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題乃至発明の目的】
しかしながら、薬液のシリカ濃度を低くすると (実際には水で希釈)、薬液の粘性が低下し且つ硬化剤の濃度も低下するために薬液のゲル化タイムが長くなる。即ち、シリカ濃度の高い初期注入薬液は砂地盤中で比較的早期にゲル化し、一方シリカ濃度の低い後期注入薬液はゲル化した初期薬液部分を避けながら初期注入薬液の前方（孔を中心とした半径方向の外側に放射状に注入された初期注入薬液の外側）に向って砂地盤中を更に浸透して行くことが判明した。換言すれば、固化体の外層に近い部分はシリカ濃度の低い後期注入薬液がゲル化し固化して形成される可能性があり、依然として強度的に問題が残る。
【０００５】
従って、本発明の目的は中心部や外層部付近を問わず、内部の各部がほぼ等しい強度を示す固化体を形成し、これによって砂地盤の液状化に対応し得る工法を提供することにある。
【０００６】
以上の課題を解決するための砂地盤の液状化対策工法は、砂地盤に孔を穿ち、該孔にストレーナー型薬液注入管を立設し、先ずシリカ濃度が高く且つ硬化剤濃度の低い初期注入薬液を砂地盤中に前記孔を中心とした半径方向の外側に放射状に圧入し、次いで、該初期注入薬液のゲル化した領域を避けながら初期注入薬液の前方に浸透することのないシリカ濃度が低く且つ硬化剤濃度の高い後期注入薬液を砂地盤中に圧入することを特徴とする。また初期に注入される薬液のゲル化タイムは 6 時間程度に設定され、後期に注入される薬液のゲル化タイムは短く設定されることを特徴とする。
【０００７】
本発明において、初期に注入される薬液のゲル化タイム (シリカ微粒子水分散液と硬化剤水溶液との混合により薬液が調製されてから砂層内で薬液のゲル化が開始される迄の所要時間) はシリカ粒子の水分散液に添加される硬化剤 (ゲル化剤) の濃度により調整される。
【０００８】
【実施例】
次に、実施例に代わる試験例に関連して本発明を説明する。
試験例 1
砂地盤改良用のシリカ系水溶液型薬剤としては「水ガラス」製造用の原料である Na2O/SiO2 又は K2O/nSiO2  とその硬化剤である無機塩類、有機塩類、金属酸化物、金属水酸化物、無機酸、有機酸酸性塩、塩基性塩並びにシリカ微粒子とその硬化剤がある。これらの薬剤を用いて調製された薬液は固化原理が若干異なるが、何れのタイプの薬剤を用いても本発明による工法は実施することができる。
【０００９】
例えば、シリカ微粒子としてはライト工業株式会社製の「エコシリカ (商標) II」があり、その硬化剤としては同社製の「硬化剤 (クエン酸が主原料)」がある。これらを用いる薬液は、所定量のシリカ微粒子を水に添加して撹拌することにより水分散液になし、該水分散液に所定量の硬化剤を添加して混合することにより調製される。
【００１０】
エコシリカ水分散液 190リットル、水 798 リットル及び上記の硬化剤 20kg を用いて薬液 1000 リットル (シリカ濃度 6 重量%) を調製すると、該薬液の砂層中のゲル化タイムは約 6 時間程度であって、硬化剤の量乃至濃度を調整することにより約 1 - 6 時間の範囲で任意に設定することができる。即ち、上記の硬化剤は酸であり、その濃度を高くするとゲル化タイムは短縮する。
【００１１】
ストレーナー型注入管を使用して上記の薬液を水飽和砂地盤中に約 9.5リットル／分 の割合で注入して放置すると砂層中に直径が約 3m 程度の球状固化体が形成される。大地震等の振動による砂地盤の液状化を防止又は抑制するためには形成された固化体の一軸圧縮強度が 80kN/m2 (kPa) を示すことが目安とされている。形成された固化体の内部における各部の一軸圧縮強度は図 １に示されているように、100 - 20kN/m2 であって、薬液の浸透距離に応じて低下しているが、相重なり合った固化体が形成されるように薬液の注入を行えば改良領域の各部における一軸圧縮強度をほぼ一定になすことができる。尚、薬液の希釈率と注入孔からの距離との関係は図 2 に示されている通りであった。
【００１２】
試験例 ２
図３に示されているように、実験領域の砂地盤 (表面積：１３．８×１６．７２０ｍ) に間隔約２００ｃｍで深さ約７ｍ、直径約３０ｃｍの孔を穿ち、該孔にストレーナー型薬液注入管を立設した。直径が約４ｍに達する球状固形体の形成を想定して薬液を圧入した。薬液は既述の微粒シリカの水分散液と硬化剤との混合物であり、１回当りの注入量は約１０ｍ３であった。初期に注入した薬液のシリカ濃度は６重量％、硬化剤濃度は０．９重量％であり、初期注入薬液の注入開始から５時間後に注入した後期注入薬液のシリカ濃度は３重量％、硬化剤濃度は２重量％であり、又注入量は９．５ｍ３であった。この薬液注入時におけるストレーナーの中心位置は深度６．５０ｍであった (図５参照)。砂層中における初期注入薬液のゲル化タイムは約６時間に設定され、後期注入薬液のゲル化タイムは約４時間に設定された。
【００１３】
次いで、ストレーナーの中心位置が深度 3.80m となるように薬液注入管を引き上げて上記と同様の薬液注入操作を行った。
【００１４】
更に、図 3 及び図 4 に示されているように、3 箇所 (合計 4 箇所) の注入孔から上記と同様にして薬液が砂地盤中に孔を中心にした半径方向の外側に放射状に注入された。何れの場合にも、薬液の注入後に注入孔は水飽和砂にて埋め戻され、実験砂地盤領域は放置され、薬液の養生に供せられた。
【００１５】
薬液の注入を開始した試験開始日から 30 日後に、薬液注入領域の砂地盤を掘り起こして形成された砂固化体を取出し、水をジェット噴射して未固化の砂を除去して固化砂塊状体を得た。この塊状体を解体すると共に、各部からサンプルブロックを採取し、各サンプルブロックの一軸圧縮強度を測定した。結果は図 6 に示されている通りであり、各サンプルブロックの一軸圧縮強度は 100kN/m2 又はそれ以上であって、所要の条件を満たしていることが判明した。尚、注入孔掘削時に判明済みであったが、シルト (粘土) 層に関しては当然のことながら改良は行われていない。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、シリカ濃度が高く且つ硬化剤濃度が低い薬液が砂地盤中に注入され、次いで逆にシリカ濃度が低く且つ硬化剤濃度が高い薬液が砂地盤中に注入される。その結果、先に注入された薬液は遠方まで浸透し且つ間隙水により希釈されてもシリカ濃度は所定範囲内に留まり、一方後から注入された薬液のシリカ濃度は低いが、硬化剤濃度が高いので早期にゲル化し、この薬液が初期に注入され且つゲル化した領域を避けながら更に初期注入薬液の前方（孔を中心とした半径方向の外側に放射状に注入された初期注入薬液の外側）に浸透することはない。従って、内部の各部における強度がほぼ一定した固化体を砂地盤中に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリカ系薬液を用いて従来法により模型砂地盤中に形成された固化体を解体して得た各サンプルの一軸圧縮強度と各サンプルが得られた薬液注入孔からの距離との関係を示すグラフである。
【図２】注入孔からの薬液の浸透距離と薬液の希釈率との関係を示すグラフである。
【図３】薬液注入実験の行われた砂地盤領域を示す概念図である。
【図４】図 3 に示されている領域内であって、実際に注入実験の行われた A-2 エリアの詳細図であり、図中の数値の単位は mm である。
【図５】  A-2 エリアの鉛直方向状態において示す図面であり、図中の数値の単位は m である。
【図６】  A-2 エリアにおいて形成された砂固化体を解体し、各部からサンプルを採取 し、該サンプルが採取された位置と一軸圧縮強度と調べた結果を示す図面であ る。
【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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