地盤への空気注入方法及び地盤への空気注入システム
【課題】地盤の飽和度を低下させ、且つ地盤の飽和度の低下状態を保持して液状化を防止すると共に、短時間で地盤の飽和度を低下させる。
【解決手段】本発明の地盤への空気注入方法によれば、軟弱地盤１８Ａに設けられた注入孔部２４の有孔管２８から空気Ｐ又は水と化学反応を起こさない液体Ｑが注入され、液体注入層Ｌが形成される。同時に又は液体注入層Ｌの形成後に液体注入層Ｌよりも下側の軟弱地盤１８Ａに空気Ｐが注入され、空気注入層Ｓが形成される。空気注入層Ｓ中の空気Ｐは、上側にある液体注入層Ｌによって移動が規制されて留まる。これにより、空気注入層Ｓでは飽和度の低下状態が保持され、地震発生時に軟弱地盤１８Ａの液状化を防ぐことができる。さらに、液体Ｑは、空気又は水と化学反応を起こさないため、化学反応のための待ち時間が不要となり、軟弱地盤１８Ａへの空気Ｐの注入を短時間で行うことができる。
【解決手段】本発明の地盤への空気注入方法によれば、軟弱地盤１８Ａに設けられた注入孔部２４の有孔管２８から空気Ｐ又は水と化学反応を起こさない液体Ｑが注入され、液体注入層Ｌが形成される。同時に又は液体注入層Ｌの形成後に液体注入層Ｌよりも下側の軟弱地盤１８Ａに空気Ｐが注入され、空気注入層Ｓが形成される。空気注入層Ｓ中の空気Ｐは、上側にある液体注入層Ｌによって移動が規制されて留まる。これにより、空気注入層Ｓでは飽和度の低下状態が保持され、地震発生時に軟弱地盤１８Ａの液状化を防ぐことができる。さらに、液体Ｑは、空気又は水と化学反応を起こさないため、化学反応のための待ち時間が不要となり、軟弱地盤１８Ａへの空気Ｐの注入を短時間で行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤への空気注入方法及び地盤への空気注入システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の液状化は、砂地盤の水圧が地震による振動によって静水圧より高くなり（この水圧を過剰間隙水圧という）、過剰間隙水圧が各深度における上載圧に等しくなったときに、砂粒子同士の結合が外れて水中に浮かんだような状態となるために起こる。ここで、地盤の液状化防止方法の例として、地盤に気泡を注入して地盤の飽和度を低下させる方法がある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１の液状化防止方法では、地盤を掘削して形成した注入孔へ水溶液を注入し、発泡剤によって水溶液を発泡させることで、地盤中に気泡を注入している。また、特許文献２の液状化防止方法では、地盤を掘削して形成した注入用の孔に注入内管を配置し、注入内管に形成された注入口から微細気泡を分散させた注入水を注入している。
【０００４】
さらに、特許文献３の液状化防止方法では、酸化剤溶液と鉄塩基溶液を混合して微粒粉末（二酸化マンガン、酸化鉄、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、塩化マグネシウムなど）を析出させて不透水層を形成することで、地盤に注入した空気を保持している。
【０００５】
特許文献１〜３の液状化防止方法は、いずれも、地震により地盤中の過剰間隙水圧が上昇しようとするとき、気泡により形成された空隙が圧縮されることによって水圧の上昇が抑えられ、地盤の液状化を防止している。
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２の液状化防止方法では、地盤に注入した空気（気泡）を地盤中に保持する手段が無いため、注入後の空気は上方へ移動して、地盤の飽和度の低下状態を保持することができなかった。
【０００７】
また、特許文献３の液状化防止方法では、微粒粉末が析出して不透水層が形成されるまで地盤中に空気を注入することができず、短時間で地盤の飽和度を低下させることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３５５２２８
【特許文献２】特開２００８−２１７０
【特許文献３】特開２００７−１３２０６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、地盤の飽和度を低下させ、且つ地盤の飽和度の低下状態を保持して液状化を防止すると共に、短時間で地盤の飽和度を低下させることができる地盤への空気注入方法及び地盤への空気注入システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る地盤への空気注入方法は、地盤上に構築された構造物の周辺に第１孔部を形成し、該構造物を挟んで前記第１孔部と反対側に第２孔部を形成する孔部形成工程と、前記第１孔部及び前記第２孔部へ有孔管を挿入する有孔管挿入工程と、前記第１孔部の前記有孔管へ、孔の形成位置が異なる空気供給管を挿入する空気供給管挿入工程と、前記第１孔部の前記有孔管へ、孔の形成位置が前記空気供給管の孔の上方となる液体供給管を挿入する液体供給管挿入工程と、前記液体供給管を通して、空気又は水と化学反応を起こさない液体を地盤に注入して液体注入層を形成する液体注入層形成工程と、前記液体注入層形成工程と同時又は前記液体注入層形成工程後に、前記空気供給管を通して、前記液体注入層よりも下側の地盤に空気を注入して空気注入層を形成する空気注入層形成工程と、液体及び水を前記第２孔部の有孔管から排出し、前記液体注入層と前記空気注入層を拡幅する排出工程と、を有する。
【００１１】
上記構成によれば、地盤に設けられた第１孔部の有孔管から液体供給管を通して、空気又は水と化学反応を起こさない液体が地盤に注入され、液体注入層が形成される。同時に又は液体注入層の形成後に空気供給管を通して、液体注入層よりも下側の地盤に空気が注入され、空気注入層が形成される。このとき、第２孔部の有孔管を通じて地盤から液体及び水を排出することで、液体注入層と空気注入層が構造物の下方に拡幅される。
【００１２】
空気注入層中の空気は上方へ抜けようとするが、上側にある液体注入層によって移動が規制されるため空気注入層中に留まる。これにより、地盤の空気注入層では、土砂と水による飽和状態が解消され飽和度が低下した状態となると共に、飽和度の低下状態が保持される。ここで、地震発生時は、地盤の空気注入層の飽和度が低下しているため、水の過剰間隙水圧が上がりにくい。これにより、土砂が自由移動しにくくなり、地盤の液状化を防ぐことができる。
【００１３】
さらに、液体注入層の液体は、空気又は水と化学反応を起こさないため、化学反応による微粒子等の析出が無い。これにより、地盤中で複数種類の液体を混合して化学反応を起こし、微粒子を析出させて地盤中に空気を保持するものに比べて、化学反応のための待ち時間が不要となり、地盤への空気注入を短時間で行うことができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係る地盤への空気注入方法は、前記第１孔部と前記第２孔部を構造物の周辺に沿って複数形成し、前記液体注入層形成工程では上下方向に複数の液体注入層を形成し、前記空気注入層形成工程では上下方向に複数の空気注入層を形成する。この構成によれば、地盤中の上下方向に複数の液体注入層及び空気注入層が形成されるので、空気注入層の気泡の偏りを抑制することができ、空気を地盤の特定の場所にとどめておくことができる。
【００１５】
本発明の請求項３に係る地盤への空気注入方法は、予め設定した期間経過後、前記液体注入層を形成する液体を前記第２孔部から排出する。博覧会のパビリオン等、有期の利用目的で構築された構造物は期間経過後に撤去されることになるが、撤去後は地盤の液状化防止が不要となる場合がある。ここで、上記構成によれば、予め設定した期間が経過した後は、地盤に形成された第２孔部の有孔管から液体が排出される。これにより液体及び空気が地盤から除去され、地盤を元の状態に戻すことができる。
【００１６】
本発明の請求項４に係る地盤への空気注入システムは、地盤上に構築された構造物の周辺に形成された第１孔部へ挿入された有孔管内に吊下げられ、供給された空気が放出される空気孔が形成された空気供給管と、前記有孔管内に吊下げられ、空気又は水と化学反応を起こさない液体が放出される液体放出孔が前記空気供給管の空気孔の上方となる位置に形成された液体供給管と、前記空気供給管に空気を供給する空気供給手段と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体供給手段と、前記液体放出孔よりも上方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ上部閉塞手段と、前記液体放出孔よりも下方で且つ前記空気孔よりも上方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ中部閉塞手段と、前記空気孔よりも下方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ下部閉塞手段と、前記構造物を挟んで前記第１孔部と反対側の地盤に形成された第２孔部へ挿入された有孔管内に吊下げられ、地盤に注入された液体及び水を前記第２孔部の有孔管から排出する液体排出手段と、を有する。
【００１７】
上記構成によれば、地盤に形成された孔部に液体供給管及び空気供給管が吊下げられ位置決めされている。そして、上部閉塞手段と中部閉塞手段とによって密閉された領域に液体放出孔が配置されており、中部閉塞手段と下部閉塞手段とによって密閉された領域に空気孔が配置されている。
【００１８】
ここで、液体供給手段から液体が供給され、液体放出孔から液体が放出されると、放出された液体は、上部閉塞手段と中部閉塞手段とで密閉された領域に相当する領域の地盤に供給される。そして、液体の放出と同時又は放出後に空気供給手段から空気が供給され空気孔から空気が放出されると、放出された空気は中部閉塞手段と下部閉塞手段とで密閉された領域に相当する領域の地盤に供給される。これにより、地盤の特定領域に空気を供給して地盤の飽和度を低下させ、液状化を防止することができる。
【００１９】
さらに、上部閉塞手段、中部閉塞手段、及び下部閉塞手段が液体供給管及び空気供給管と独立して吊下げられているので、吊下げ長さを調整して上部閉塞手段と中部閉塞手段、中部閉塞手段と下部閉塞手段の間隔が変更可能となっている。これにより、空気を供給する地盤の特定領域を変更することができる。
【００２０】
本発明の請求項５に係る地盤への空気注入システムは、前記空気供給管には、上下方向の異なる位置に複数の前記空気孔が形成され、前記液体供給管には、上下方向の異なる位置に複数の前記液体放出孔が形成されている。この構成によれば、地盤中に複数の液体注入層及び空気注入層が形成されるので、一つの層あたりの層厚を小さくすることができる。これにより、空気注入層中の空気が上方へ抜けようとしても、空気を地盤の特定の場所にとどめておくことができる。
【００２１】
本発明の請求項６に係る地盤への空気注入システムは、前記空気供給手段から前記空気供給管までの空気供給経路の途中には、前記空気供給管への空気の供給又は供給停止を行う切換手段が設けられている。この構成によれば、空気供給管への空気の供給を連続的又は断続的に行える。
【００２２】
本発明の請求項７に係る地盤への空気注入システムは、地盤の前記第１孔部及び前記第２孔部と異なる位置に掘削された第３孔部に配置され、地盤の導電率又は比抵抗を測定する電気特性測定手段が設けられ、前記切換手段が、設定された導電率又は比抵抗に応じて、前記空気供給管への空気の供給又は供給停止を行う。
【００２３】
空気は水に較べて比抵抗が大きい。このため、地盤中の空気量が多くなると比抵抗が大きくなり導電率が下がる。ここで、上記構成によれば、電気特性測定手段によって地盤の導電率又は比抵抗が測定され、この測定値に応じて地盤中の空気の過不足が判断される。これにより、地盤中の空気量を実測しなくても地盤中の空気の過不足状態を検知することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、上記構成としたので、地盤の飽和度を低下させ、且つ飽和度の低下状態を保持して液状化を防止すると共に、短時間で地盤の飽和度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）本発明の第１実施形態に係る空気注入システムの構成図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る空気注入システムの平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る空気注入装置の構成図である。
【図３】（ａ）本発明の第１実施形態に係る空気注入装置の部分斜視図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る空気注入装置の上部閉塞手段の横断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）本発明の第１実施形態に係る空気注入装置の設置工程を示す工程図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る空気注入装置を地盤の孔部に設置した状態の一部を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る空気注入システムによる地盤への空気注入状態を示す模式図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る空気注入システムを用いて地盤へ空気注入したときの時間と地盤の飽和度の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態に係る空気注入システムを用いて地盤から液体を排出する状態を示す模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る空気注入システムによる地盤への空気注入状態を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る空気注入装置の電気特性測定手段の構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る空気注入システムを用いて地盤へ空気注入したときの時間と地盤の飽和度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の空気注入装置、空気注入システム、及び地盤への空気注入方法の第１実施形態を図面に基づき説明する。図１（ａ）、（ｂ）には、地盤１２に設置された空気注入システム１０と、地盤１２上に構築された構造物としての建物１４が示されている。地盤１２は、不透水層としての非液状化地盤１６と、非液状化地盤１６の上層にある軟弱地盤１８とで構成されており、建物１４は軟弱地盤１８上に支持されている。
【００２７】
建物１４の周囲の軟弱地盤１８には、建物１４を取り囲んでコンクリートやソイルセメントなどの連続壁からなる止水壁２２が構築されており、止水壁２２の下端部は非液状化地盤１６に到達している。また、建物１４の一組の側壁１４Ａ、１４Ｂに隣接した軟弱地盤１８の一部には、空気注入用及び液体注入用の注入孔部２４（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ）と、揚水用の揚水孔部２６（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅ）とが、掘削により形成されている。なお、止水壁２２で囲まれた軟弱地盤１８を軟弱地盤１８Ａとする。
【００２８】
注入孔部２４Ａ〜２４Ｅは、建物１４を挟んで揚水孔部２６Ａ〜２６Ｅとそれぞれ対向配置状態となっている。なお、注入孔部２４Ａ〜２４Ｅはそれぞれ同様の掘削状態となっており、揚水孔部２６Ａ〜２６Ｅもそれぞれ同様の掘削状態となっているため、以後の説明では注入孔部２４、揚水孔部２６としてＡ〜Ｅの符号を省略して説明する。
【００２９】
注入孔部２４内には、塩化ビニルからなる断面円形状の有孔管２８が、開口を上側に向けて立設されている。有孔管２８は、注入孔部２４の深さと同程度の長さとなっており、空気注入又は液体注入を行う位置の側壁には、後述する貫通孔２９（図５参照）が形成されている。なお、以後の説明では、図５を除いて有孔管２８の貫通孔２９の図示を省略する。
【００３０】
また、有孔管２８の外径は、注入孔部２４の孔径よりも小さくなっており、有孔管２８と注入孔部２４の間には、予め設定された幅の隙間が形成されている。ここで、軟弱地盤１８Ａには、液状化対策のために空気注入が必要とされる空気注入層Ｓ（二点鎖線で表示）が複数段設定されている。さらに、各空気注入層Ｓの上側には、注入された空気を保持するために液体注入が必要とされる液体注入層Ｌ（破線で表示）が設定されている。
【００３１】
そして、有孔管２８と注入孔部２４の隙間には、各空気注入層Ｓ及び各液体注入層Ｌの深度に合わせて砂利層２５が形成されている。砂利層２５は、上下が粘土層２７で挟まれており、砂利層２５を通る空気又は液体が上方へ漏れることなく空気注入層Ｓ又は液体注入層Ｌに注入されるようになっている。
【００３２】
一方、空気注入システム１０は、軟弱地盤１８Ａに注入孔部２４から空気及び液体を注入する注入装置２０（２０Ａ〜２０Ｅ）と、軟弱地盤１８Ａ中の地下水を揚水孔部２６から地上へ揚げる揚水装置３０（３０Ａ〜３０Ｅ）と、揚水装置３０で地上に揚げられた地下水を注入孔部２４の有孔管２８に注入する注入配管４０とで構成されている。なお、注入装置２０Ａ〜２０Ｅはそれぞれ同様の構成となっており、揚水装置３０Ａ〜３０Ｅもそれぞれ同様の構成となっているため、以後の説明では注入装置２０、揚水装置３０としてＡ〜Ｅの符号を省略して説明する。
【００３３】
図２に示すように、注入装置２０は、空気供給管３２、液体供給管３３、供給装置３４、第１パッカー３６Ａ、第２パッカー３６Ｂ、第３パッカー３６Ｃ、第４パッカー３６Ｄ、及び第５パッカー３６Ｅを有している。
【００３４】
空気供給管３２は、注入孔部２４へ挿入された有孔管２８内に吊下げられており、供給装置３４から供給された空気が放出される複数の空気孔３２Ａ、３２Ｂが形成されている。また、空気供給管３２は、下端のみ硬質材となっており、それ以外の部位はビニール製チューブで構成されている。なお、空気孔３２Ａ、３２Ｂの位置は、予め砂利層２５の位置に合うように設定されている。
【００３５】
液体供給管３３は、有孔管２８内に吊下げられており、空気又は水と化学反応を起こさない液体が放出される液体放出孔３３Ａ、３３Ｂが、空気供給管３２の空気孔３２Ａ、３２Ｂの上方となる位置に形成されている。なお、液体放出孔３３Ａ、３３Ｂの位置は、予め砂利層２５の位置に合うように設定されている。また、本実施形態で用いる液体は水としているが、これに限らず、空気又は水と化学反応を起こさない液体であればよい。
【００３６】
供給装置３４は、箱状の筐体３４Ａを有しており、筐体３４Ａの側壁には、空気供給管３２の一端が連結された連結部４２と、液体供給管３３の一端が連結された連結部４３とが設けられている。また、供給装置３４は、空気供給管３２に空気を供給する空気供給部５０と、液体供給管３３に液体を供給する液体供給部６０と、空気供給部５０の動作制御又は液体供給部６０の動作制御を行う制御部５１とを有している。
【００３７】
空気供給部５０は、連結部４２に連結された空気供給管３２に空気を供給するためのコンプレッサー４４、供給配管４６、バルブ４８、レギュレータ５２、圧力計５４、流量計５６、電磁弁５８、及びタイマー５９が設けられている。さらに、供給装置３４には、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅに配管（図示省略）を介して空気の注入を行い、又は第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅから空気を排出するパッカー作動装置６１が設けられている。
【００３８】
また、空気供給部５０では、連結部４２とコンプレッサー４４が供給配管４６で接続されている。供給配管４６には、コンプレッサー４４側を上流側、連結部４２側を下流側として、上流側にバルブ４８が取付けられており、バルブ４８から下流側に向けて順にレギュレータ５２、圧力計５４、流量計５６、及び電磁弁５８が取付けられている。
【００３９】
コンプレッサー４４は、図示しない電源から電源供給されることにより作動して、供給配管４６へ空気を送出するようになっている。また、バルブ４８は、コンプレッサー４４の使用、未使用に合わせて供給配管４６を開放又は遮断させる。さらに、レギュレータ５２は、コンプレッサー４４から送出された空気の圧力を予め設定した設定圧力まで減圧させる構成となっている。
【００４０】
圧力計５４は、供給配管４６内に送り込まれた空気の圧力がレギュレータ５２によって設定圧力まで減圧されているかどうかを確認するためのものであり、流量計５６は、供給配管４６を空気が流れていることを確認するためのものである。また、電磁弁５８は、タイマー５９が接続されており、タイマー５９に設定された空気供給の時間に合わせて電気的にスイッチのＯＮ、ＯＦＦが行われ、供給配管４６を開放又は遮断させる。
【００４１】
液体供給部６０は、連結部４３に連結された液体供給管３３に液体Ｑ（本実施形態では水とする）を供給するための貯留タンク６２、供給配管６３、及びポンプ７３が設けられている。液体供給部６０では、連結部４３と貯留タンク６２が供給配管６３で接続されており、さらに、供給配管６３にポンプ７３が取り付けられた構成となっている。貯留タンク６２は、内部に液体Ｑが貯留されており、ポンプ７３は、図示しない電源から電源供給されることにより作動して、供給配管６３から液体供給管３３へ液体Ｑを送出するようになっている。
【００４２】
制御部５１は、コンプレッサー４４、電磁弁５８、及びパッカー作動装置６１の動作スイッチのＯＮ、ＯＦＦを、予め設定された動作プログラムに基づき自動で行うようになっている。なお、タイマー５９への時間設定は、制御部５１を介して設定される。
【００４３】
一方、図２及び図３（ａ）に示すように、空気供給管３２及び液体供給管３３には、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅが外挿されている。そして、図２に示すように、第２パッカー３６Ｂと第３パッカー３６Ｃの間の砂利層２５と対応する位置、及び第４パッカー３６Ｄと第５パッカー３６Ｅの間の砂利層２５と対応する位置には、空気供給管３２の空気孔３２Ａから空気が放出されていることを検知するための水圧計６７が設けられている。
【００４４】
水圧計６７は、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅが有孔管２８内に配置された後、地下水が注入配管４０（図１（ｂ）参照）から有孔管２８内に注入されることで水圧が計測可能となり、設置位置での水圧の変化を計測する。また、水圧計６７は、前述の制御部５１と電気的に接続されており、制御部５１は、予め設定された圧力設定値と水圧計６７で測定された圧力測定値との差異に応じて、電磁弁５８を開放又は遮断して空気の供給又は供給停止を行うようになっている。
【００４５】
図３（ａ）に示すように、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅは、いずれも同様の構成で全体が円筒状となっており、上端部と下端部に環状の円板部３８Ａ、３８Ｂがそれぞれ設けられている。また、各円板部３８Ａと円板部３８Ｂの間には、膨張又は収縮が可能なゴム等の弾性素材からなる環状（チューブ状）のパッカー袋３８Ｃが設けられている。なお、第５パッカー３６Ｅの下端部のみ円板状の底部３８Ｄが設けられている。各パッカー袋３８Ｃには、各円板部３８Ａを貫通してパッカー用配管４１（図３（ｂ）参照）が接続されており、各パッカー用配管４１の端部は、前述のパッカー作動装置６１（図２参照）にそれぞれ接続されている。
【００４６】
図３（ｂ）には、図３（ａ）の第１パッカー３６Ａを破線Ｇで切ったときの断面図が示されている。パッカー袋３８Ｃは環状であり、内部空間３８Ｅに空気が注入されることにより２点鎖線Ａ、Ｂで示すように内外へ膨張するようになっている。また、パッカー袋３８Ｃの穴部３８Ｆ内には、空気供給管３２と、液体供給管３３と、パッカー用配管４１と、水圧計６７の配線６９とが設けられている。
【００４７】
また、図２及び図３（ａ）に示すように、第１パッカー３６Ａの円板部３８Ａの上面には、第１パッカー３６Ａを液体放出孔３３Ａよりも上方に吊下げるためのワイヤー６４の一端が取り付けられている。なお、ワイヤー６４は円板部３８Ａの周方向で例えば４箇所に取り付けられるが、ここでは１本又は２本のワイヤー６４のみを図示して、他のワイヤー６４の図示を省略する。
【００４８】
第２パッカー３６Ｂは、第１パッカー３６Ａの円板部３８Ｂの底面と第２パッカー３６Ｂの円板部３８Ａの上面に複数の鎖６５の両端部がそれぞれ取り付けられることにより、液体放出孔３３Ａよりも下方で且つ空気孔３２Ａよりも上方の位置に吊下げられている。また、第３パッカー３６Ｃは、第２パッカー３６Ｂの円板部３８Ｂの底面と第３パッカー３６Ｃの円板部３８Ａの上面に複数の鎖６５の両端部がそれぞれ取り付けられることにより、空気孔３２Ａよりも下方で且つ液体放出孔３３Ｂよりも上方の位置に吊下げられている。
【００４９】
第４パッカー３６Ｄは、第３パッカー３６Ｃの円板部３８Ｂの底面と第４パッカー３６Ｄの円板部３８Ａの上面に複数の鎖６５の両端部がそれぞれ取り付けられることにより、液体放出孔３３Ｂよりも下方で且つ空気孔３２Ｂよりも上方の位置に吊下げられている。また、第５パッカー３６Ｅは、第４パッカー３６Ｄの円板部３８Ｂの底面と第５パッカー３６Ｅの円板部３８Ａの上面に複数の鎖６５の両端部がそれぞれ取り付けられることにより、空気孔３２Ｂよりも下方の位置に吊下げられている。なお、鎖６５は円板部３８Ａの周方向で例えば４箇所に取り付けられるが、ここでは２本の鎖６５のみを図示し、他の鎖６５の図示を省略している。
【００５０】
ここで、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅは、パッカー作動装置６１（図２参照）から気体が送り込まれ、圧力がかけられることでパッカー袋３８Ｃが膨張する。また、パッカー袋３８Ｃは、パッカー作動装置６１によってパッカー袋３８Ｃから気体が抜かれることで圧力が下がり収縮する。なお、有孔管２８へ第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅを吊下げるときは、パッカー袋３８Ｃが収縮状態となっている。
【００５１】
図２に示すように、第１パッカー３６Ａの上面に一端が取り付けられたワイヤー６４は、他端が軟弱地盤１８Ａ上に設けられた巻取装置７１で巻き取られるようになっており、これにより、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅが有孔管２８内に吊下げられている。ここで、巻取装置７１を動作させることで、有孔管２８内での第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの設置位置が変更される。
【００５２】
一方、図１に示すように、揚水孔部２６内には、塩化ビニルからなる断面円形状の有孔管３１が、開口を上側に向けて立設されている。有孔管３１は、揚水孔部２６の深さと同程度の長さとなっており、揚水を行う位置の側壁には複数の貫通孔（図示省略）が形成されている。また、有孔管３１の外径は、揚水孔部２６の孔径よりも小さくなっており、有孔管３１と揚水孔部２６の間には、予め設定された幅の隙間が形成されている。この隙間は、砂利や土砂で埋められている。
【００５３】
揚水孔部２６（有孔管３１）の内側には、揚水孔部２６内に流入した地下水を揚水する揚水ポンプ３５が設けられている。揚水ポンプ３５は、供給装置３４の制御部５１（図２参照）に電気的に接続されており、制御部５１によってスイッチのＯＮ、ＯＦＦが行われる。また、揚水ポンプ３５には、揚水孔部２６内から地上へ向けて延設された揚水パイプ３７の一端が接続されており、揚水パイプ３７の他端は、地上に設けられた揚水タンク３９に接続されている。
【００５４】
揚水タンク３９は、前述の注入配管４０が接続されており、注入配管４０の接続部位には、内部に貯留された水を所定の圧力で注入配管へ送出する送出ポンプ（図示省略）が設けられている。ここで、揚水ポンプ３５、揚水パイプ３７、及び揚水タンク３９により揚水装置３０が構成されている。
【００５５】
次に、本発明の第１実施形態の作用について説明する。まず、空気注入システム１０の設置工程について説明する。
【００５６】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、建物１４を囲むようにして軟弱地盤１８から非液状化地盤１６まで止水壁２２を構築する。これにより、止水壁２２の外側にある周辺地盤と、建物１４の下側の軟弱地盤１８Ａとの水（地下水）の移動が遮断される。また、地盤１２上には、供給装置３４と揚水タンク３９を設置する。なお、止水壁２２で囲まれた軟弱地盤１８Ａについては、予めどの深度に液体注入層Ｌ及び空気注入層Ｓを設けるかが決められている。
【００５７】
続いて、図４（ａ）に示すように、オーガー等の掘削機（図示省略）により軟弱地盤１８Ａに複数の注入孔部２４を形成する。そして、注入孔部２４内に有孔管２８を立設する。ここで、有孔管２８と注入孔部２４の間には隙間が形成されている。
【００５８】
続いて、図４（ｂ）に示すように、有孔管２８と注入孔部２４の隙間に粘土又は砂利を交互に充填することにより、液体注入層Ｌ及び空気注入層Ｓが設定された深度領域では砂利層２５を形成し、液体注入層Ｌ及び空気注入層Ｓが設定されていない深度領域では粘土層２７を形成する。これにより、有孔管２８が固定される。なお、砂利層２５は、空気の透過が十分可能となるように予め石及び砂が選定されているものとする。また、最も地上に近い粘土層２７については、粘土を地上まで充填して形成しなくともよく、空気が上方に抜けない程度の層厚となった後に土砂で埋めるようにしてもよい。
【００５９】
続いて、図４（ｃ）に示すように、有孔管２８内に空気供給管３２、液体供給管３３、及び第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅを一体で挿入する。各パッカー間は、予め鎖６５の長さが調整されることにより位置調整されている。また、各第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅは、巻取装置７１でワイヤー６４が引き出され又は巻き取られることにより位置調整され、保持される。なお、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの位置は、巻取装置７１において、ワイヤー６４の巻取り量に基づいて検出される。
【００６０】
有孔管２８内に挿入された空気供給管３２及び液体供給管３３は、接続されたチューブにスケールをつけておくことで位置検出が行われる。ここで、空気孔３２Ａが砂利層２５と対向する位置まで挿入された状態で、空気供給管３２の端部を供給装置３４の連結部４２に連結し、空気供給管３２の高さ位置を固定する。そして、液体放出孔３３Ａが砂利層２５と対向する位置まで挿入された状態で、液体供給管３３の端部を液体供給部６０の連結部４３に連結し、液体供給管３３の高さ位置を固定する。
【００６１】
続いて、パッカー作動装置６１（図２参照）を作動して、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの各パッカー袋３８Ｃ（図３（ａ）参照）に空気を注入する。なお、空気に換えて水を注入してもよい。空気が注入されたパッカー袋３８Ｃは、膨張して有孔管２８内を密閉すると共に、有孔管２８に圧着され位置が固定される。なお、前述の水圧計６７（図２参照）は、第２パッカー３６Ｂと第３パッカー３６Ｃの間の砂利層２５と対応する位置、及び第４パッカー３６Ｄと第５パッカー３６Ｅの間の砂利層２５と対応する位置に配置される。
【００６２】
このように、注入装置２０の各部（空気供給管３２、液体供給管３３、供給装置３４、及び第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅ）を軟弱地盤１８Ａに設置することで、図５に示すように、液体放出孔３３Ａから有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通して、液体注入層Ｌへ液体Ｑが送り込み可能となる。さらに、空気孔３２Ａから有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通して、空気注入層Ｓへ空気Ｐが送り込み可能となる。これにより、注入した液体Ｑ及び空気Ｐは、有孔管２８内の各パッカーの上部や下部へほとんど抜けないようになる。
【００６３】
一方、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、建物１４を挟んで注入孔部２４と反対側において、オーガー等の掘削機（図示省略）により軟弱地盤１８Ａに複数の揚水孔部２６Ａ〜２６Ｅを形成する。そして、各揚水孔部２６内に有孔管３１を立設する。ここで、有孔管３１と揚水孔部２６の隙間に土砂等を充填して有孔管３１を固定する。
【００６４】
続いて、クレーン（図示省略）等により揚水パイプ３７及び揚水ポンプ３５を吊下げると共に、有孔管３１内に挿入する。そして、揚水ポンプ３５が地下水面より十分深い位置まで挿入された状態で、揚水パイプ３７の端部を揚水タンク３９に接続し、揚水ポンプ３５の高さ位置を固定する。なお、空気孔３２Ａと揚水ポンプ３５は同じレベルでなくてもよい。揚水ポンプ３５は空気孔３２Ａと同じか、より深い位置がよい。
【００６５】
続いて、各揚水タンク３９を複数のパイプで連通させた状態で、注入配管４０の一方の端部を揚水タンク３９に接続する。ここで、注入配管４０の他方の端部は、予め複数の注入孔部２４Ａ〜２４Ｅに合わせて分岐されており、各注入孔部２４Ａ〜２４Ｅに挿入することで、揚水タンク３９から送出された水が有孔管２８内に注入される。
【００６６】
次に、軟弱地盤１８Ａへの液体Ｑ及び空気Ｐの注入作用について説明する。
【００６７】
図６に示すように、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅによって有孔管２８が塞がれている。ここで、供給装置３４において、ポンプ７３（図２参照）が駆動されることにより、液体供給管３３内に液体Ｑ（水）が供給される。そして、ポンプ７３の駆動と同時又はポンプ７３の駆動後に、バルブ４８及び電磁弁５８（図２参照）を開放した状態でコンプレッサー４４（図２参照）が駆動されることにより、空気供給管３２内に空気Ｐが供給される。
【００６８】
図２及び図５に示すように、注入装置２０では、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの各パッカー間が地下水（図示省略）で浸水されており、この地下水による水圧が水圧計６７で計測される。そして、制御部５１及び電磁弁５８が、予め設定された圧力設定値と水圧計６７で測定された圧力測定値との差異に応じて、空気供給管３２への空気Ｐの供給又は供給停止を行う。
【００６９】
ここで、水圧計６７によって計測される水圧の変化が、空気供給管３２から供給される空気Ｐの供給量の変化と対応しているため、空気供給管３２から軟弱地盤１８Ａへ所定の空気量が供給されているかどうかを検知することができる。また、供給配管４６及び空気供給管３２の途中で空気漏れが発生することがあっても、水圧計６７の水圧の変化で検知することができる。
【００７０】
続いて、液体供給管３３に供給された液体Ｑが液体放出孔３３Ａ、３３Ｂから放出されると、放出された液体Ｑは、有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通って軟弱地盤１８Ａに注入され、２つの液体注入層Ｌが形成される。この液体注入層Ｌは、液体Ｑが常時軟弱地盤１８Ａ中に注入されることで層形成状態が保持される。
【００７１】
一方、空気供給管３２に供給された空気Ｐが空気孔３２Ａ、３２Ｂから放出されると、放出された空気Ｐは、有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通って軟弱地盤１８Ａに気泡となって注入され、２つの空気注入層Ｓが形成される。なお、２つの液体注入層Ｌと２つの空気注入層Ｓは交互に積層配置され、空気注入層Ｓの上方に液体注入層Ｌが存在している。
【００７２】
ここで、図６に示すように、揚水ポンプ３５によって有孔管３１周辺の軟弱地盤１８Ａの地下水及び液体Ｑが汲み上げられると、注入孔部２４周辺の地下水は、揚水孔部２６に向けて移動する。この地下水の流れによって、軟弱地盤１８Ａ中に注入された液体Ｑは、揚水孔部２６に近い位置へ移動していく。これにより、液体注入層Ｌが建物１４の下方に拡幅される。
【００７３】
一方、空気注入層Ｓ中の空気Ｐは、上方へ抜けようとするが、上側にある液体注入層Ｌによって移動が規制されるため、空気注入層Ｓ中に留まり保持される。また、空気注入層Ｓ中では、液体注入層Ｌに近い位置にある空気Ｐが、液体注入層Ｌの拡幅、即ち液体Ｑの流れに沿って移動し、液体注入層Ｌから遠い位置にある空気Ｐは、地下水の流れに沿って移動する。このようにして、空気注入層Ｓが建物１４の下方に拡幅される。
【００７４】
空気Ｐが注入された軟弱地盤１８Ａの空気注入層Ｓでは、土砂と水による飽和状態が解消され、地下水による間隙の飽和度が低下した状態となると共に、この飽和度の低下状態が保持される。ここで、空気注入層Ｓの間隙に空気Ｐ（気泡）が存在し、飽和度が低下した状態において地盤１２に地震が発生すると、空気注入層Ｓでは、空気Ｐの気泡が収縮することで間隙水圧の上昇が抑えられる。これにより、砂粒子同士が接触したままの状態が保持され、水中を砂粒子が自由に移動することが抑制されるので、軟弱地盤１８Ａの液状化を防ぐことができる。
【００７５】
なお、揚水ポンプ３５で揚げられた水は、注入配管４０によって注入孔部２４の有孔管２８内に注水されるため、軟弱地盤１８Ａ内の合計の地下水量はあまり変化しない。このため、空気注入システム１０では、揚水孔部２６周辺の地下水の減少による地盤沈下を防止することができる。
【００７６】
図７には、軟弱地盤１８Ａへの空気Ｐの注入時間と軟弱地盤１８Ａの飽和度との関係がグラフで示されている。なお、軟弱地盤１８Ａの飽和度とは、軟弱地盤１８Ａ中の土砂の間隙を地下水がどの程度埋めているかを比率で表したものであり、土砂の間隙が全て地下水で埋まっている場合には、飽和度が１００％となる。
【００７７】
図７に示すように、軟弱地盤１８Ａへの空気Ｐの注入時間が０からｔ１、ｔ２（ｔ１＜ｔ２）と長くなると、軟弱地盤１８Ａの飽和度は１００％からＡ％、Ｂ％（Ａ＞Ｂ）と減少している。これにより、軟弱地盤１８Ａに空気Ｐを注入することで、軟弱地盤１８Ａが不飽和状態となることが分かる。なお、不飽和状態は、土砂の間隙に空気Ｐの気泡が入り込み、地下水による土砂の間隙空間の占有率が低減することによる。
【００７８】
また、図７において、時間ｔ３では空気の注入が停止されることを示しており、時間ｔ４では空気の注入が再開されることを示している。時間ｔ３から時間ｔ４までの間は、空気の注入が停止されているため、地盤の飽和度が上昇することになる。一方、時間ｔ４以降は、空気の注入が再開されるため、地盤の飽和度が低下する。このようにして、地盤の飽和度が適宜変化される。
【００７９】
ここで、本実施形態の地盤への空気注入方法によれば、液体注入層Ｌの液体Ｑ（本実施形態では水）が空気又は水と化学反応を起こさないため、化学反応による微粒子等の析出が無い。これにより、軟弱地盤１８Ａ中で複数種類の液体を混合して化学反応を起こし、微粒子を析出させて軟弱地盤１８Ａ中に空気を保持する方法に比べて、化学反応のための待ち時間が不要となり、軟弱地盤１８Ａへの空気Ｐの注入を短時間で行うことができる。
【００８０】
さらに、本実施形態の地盤への空気注入方法によれば、軟弱地盤１８Ａ中の上下方向に複数の液体注入層Ｌ及び空気注入層Ｓが形成されるので、一つの層あたりの層厚が小さくなると共に一つの空気注入層Ｓの空気Ｐ（気泡）の偏りが抑制される。これにより、空気注入層Ｓ中の空気Ｐが上方へ抜けようとしても、空気Ｐを軟弱地盤１８Ａの特定の場所にとどめておくことができる。なお、液体注入層Ｌの役割は、その下部に注入される空気の封じ込めが主であるが、揚水装置３０による揚水と併用することで軟弱地盤１８Ａ中に地下水の流れを作り、空気をより遠くまで運ぶことが可能となる。これにより、注入孔部２４と揚水孔部２６の間隔を広くすることができる。
【００８１】
また、空気注入システム１０では、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅが、液体供給管３３及び空気供給管３２と独立して吊下げられているため、吊下げ長さを調整して第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの間隔を変更することができる。これにより、空気Ｐが供給される軟弱地盤１８Ａの特定領域を変更することができる。
【００８２】
さらに、空気注入システム１０では、電磁弁５８（図２参照）がタイマー５９（図２参照）で設定された時間に合わせて供給配管４６の開放又は遮断を行うことが可能となっているため、空気供給管３２への空気Ｐの供給を連続的又は断続的に行える。
【００８３】
次に、揚水ポンプ３５による液体Ｑの排出について説明する。
【００８４】
図８（ａ）において、建物１４が、博覧会のパビリオン等、有期の利用目的で構築された構造物であった場合、建物１４は所定の期間経過後に撤去されることになるが、撤去後は地盤１２の液状化防止対策が不要となる。ここで、注入装置２０による軟弱地盤１８Ａへの液体Ｑ及び空気Ｐの注入が停止され、揚水ポンプ３５のみが継続して作動される。これにより、有孔管３１及び軟弱地盤１８Ａから液体Ｑが排出され、軟弱地盤１８Ａでは、液体注入層Ｌが徐々に消滅する。そして、液体注入層Ｌで保持されていた空気Ｐは、軟弱地盤１８Ａの上方へ向けて移動する。
【００８５】
続いて、図８（ｂ）に示すように、液体注入層Ｌが消滅した軟弱地盤１８Ａでは、大半の空気Ｐが上方に抜けて一部の空気Ｐが残存するのみとなる。これにより、軟弱地盤１８Ａを液状化防止対策を施す前の元の状態に戻すことができる。なお、液体Ｑ及び空気Ｐの除去後は、注入装置２０、揚水装置３０、及び止水壁２２が撤去される。
【００８６】
次に、本発明の地盤への空気注入方法及び地盤への空気注入システムの第２実施形態を図面に基づき説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００８７】
図９には、第２実施形態の空気注入システム７０が示されている。空気注入システム７０は、第１実施形態の空気注入システム１０（図１参照）に、さらに軟弱地盤１８Ａ中の空気Ｐの過不足状態を検知するための比抵抗測定装置８０を設けた構成となっている。
【００８８】
図９に示すように、建物１４の下部の軟弱地盤１８Ａにおいて、注入孔部２４と揚水孔部２６の間には、比抵抗測定装置８０を設けるための測定用孔部７２が掘削されている。測定用孔部７２内には、図示しない複数の貫通孔が形成された有孔管７４が挿入され固定されている。また、有孔管７４内には、比抵抗測定装置８０の一部である電極ユニット８４が、図示しないケーブル及び巻取装置によって吊下げられている。電極ユニット８４には配線８１、８２の一端が電気的に接続されており、配線８１、８２の他端は、供給装置３４内の制御部５１に接続されている。
【００８９】
図１０には、比抵抗測定装置８０の構成が示されている。比抵抗測定装置８０は、第１電極８５及び第３電極８６を有する電極ユニット８４と、軟弱地盤１８Ａの上面に固定された第２電極８７と、軟弱地盤１８Ａの上面で第２電極８７と異なる位置に固定された第４電極８８と、第１電極８５と第２電極８７の間に電流を流す電流供給源８９と、第４電極８８を基準として第３電極８６の電位を測定する電位計９３とを有している。なお、電極ユニット８４では、第１電極８５の鉛直上方に第３電極８６が取り付けられている。
【００９０】
第１電極８５と第２電極８７は、配線９１により電気的に接続されており、配線９１の経路途中に電流供給源８９が設けられている。電流供給源８９には、配線８１の一端が接続されており、配線８１の他端は制御部５１（図９参照）に接続されている。これにより、第１電極８５と第２電極８７の間に流した電流（Ｉ）が、制御部５１で記録されるようになっている。
【００９１】
一方、第３電極８６と第４電極８８は、配線９４により電気的に接続されており、配線９４の経路途中に電位計９３が設けられている。電位計９３には、配線８２の一端が接続されており、配線８２の他端は制御部５１（図９参照）に接続されている。これにより、第３電極８６を基準とした第４電極８８の電位（Ｖ）が、制御部５１で記録されるようになっている。
【００９２】
軟弱地盤１８Ａが等方均質媒体であるとすると、第１電極８５の周りの等電位面Ｍは球面となる。この等電位面Ｍの電位は、第３電極８６を基準とした第４電極８８の電位（Ｖ）として測定される。ここで、等電位面Ｍの電位Ｖは、軟弱地盤１８Ａの比抵抗ρｔに比例し、（１）式で求めることができる。（１）式において、Ｄは第１電極８５と第３電極８６の間隔、Ｖは第４電極８８の電位、Ｉは電流供給源８９で流された電流である。
【００９３】
【数１】
次に、軟弱地盤１８Ａの比抵抗測定方法について説明する。アーチー（Ａｒｃｈｉｅ）の法則によれば、岩石、土が水で飽和している場合、（２）式に示す関係式が成立する。
【００９４】
【数２】
（２）式において、ρｔは軟弱地盤１８Ａ（岩石、土）の比抵抗、ρｗは軟弱地盤１８Ａの岩石や土の間隙に存在する地下水（間隙水）の比抵抗であり、Ｆ（＝ρｔ／ρｗ）は地層比抵抗係数（フォーメーションファクタ）と呼ばれている。また、ａとｂは実験により求められる定数であり、Ｎは軟弱地盤１８Ａの岩石や土の間隙率である。
【００９５】
ここで、定数ａ、定数ｂ、及び間隙水の比抵抗ρｗが予め実験により得られており、軟弱地盤１８Ａの比抵抗ρｔの測定中に間隙水の比抵抗ρｗが変化しないとすると、（１）式を用いて比抵抗測定装置８０により測定された軟弱地盤１８Ａの比抵抗ρｔを（２）式に代入することで、軟弱地盤１８Ａの間隙率Ｎが求められる。
【００９６】
制御部５１（図９参照）では、軟弱地盤１８Ａに空気Ｐ（気泡）が必要量注入されたときの基準間隙率Ｎ１が予め設定されており、測定により得られた間隙率Ｎと基準間隙率Ｎ１との差分がゼロに近づくように、供給装置３４（図９参照）を作動させるようになっている。
【００９７】
なお、本実施形態では、比抵抗に着目して軟弱地盤１８Ａの間隙率Ｎを求めているが、比抵抗ρと導電率（σとする）は逆数の関係（ρ＝１／σ）にあるため、導電率計により軟弱地盤１８Ａの導電率σを測定し、比抵抗ρに変換して、（１）式、（２）式を用いて間隙率Ｎを求めるようにしてもよい。
【００９８】
次に、本発明の第２実施形態の作用について説明する。
【００９９】
図９に示すように、第１実施形態と同様の工程により、止水壁２２で囲まれた軟弱地盤１８Ａに注入装置２０及び揚水装置３０を設置する。続いて、供給装置３４が作動し、液体供給管３３に供給された液体Ｑが液体放出孔３３Ａから放出されると、放出された液体Ｑは、有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通って軟弱地盤１８Ａに注入され、液体注入層Ｌを形成する。
【０１００】
一方、空気供給管３２に供給された空気Ｐが空気孔３２Ａから放出されると、放出された空気Ｐは、有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通って軟弱地盤１８Ａに注入され、空気注入層Ｓを形成する。なお、軟弱地盤１８Ａ中の空気Ｐは、上方に液体注入層Ｌがあるため、軟弱地盤１８Ａ中に保持される。そして、空気Ｐが注入された軟弱地盤１８Ａの空気注入層Ｓでは、地下水による間隙の飽和度が低下することになる。
【０１０１】
ここで、空気注入層Ｓの間隙に空気Ｐ（気泡）が存在し、飽和度が低下した状態において地震が発生すると、空気注入層Ｓでは、空気Ｐの気泡が収縮することで間隙水圧の上昇が抑えられる。これにより、砂粒子同士が接触したままの状態が保持され、水中を砂粒子が自由に移動することが抑制されるので、軟弱地盤１８Ａの液状化を防止できる。
【０１０２】
また、比抵抗測定装置８０では、電流供給源８９の電流Ｉと、電位計９３の電位Ｖと、第１電極８５と第３電極８６の間隔Ｄと、（１）式とにより、軟弱地盤１８Ａの比抵抗ρｔが測定される。さらに、比抵抗測定装置８０では、得られた比抵抗ρｔと（２）式とにより、軟弱地盤１８Ａの間隙率Ｎが求められる。
【０１０３】
ここで、供給装置３４の制御部５１では、求められた間隙率Ｎと、予め設定されている基準間隙率Ｎ１との差に応じて、軟弱地盤１８Ａ中の空気Ｐの注入量の過不足が判断される。そして、空気Ｐの注入量が不足と判断された場合は、引き続き空気Ｐの注入が行われる。また、空気Ｐの注入量が必要十分と判断された場合は、電磁弁５８（図２参照）が遮断され、空気Ｐの注入が停止される。これにより、軟弱地盤１８Ａ中の空気量を実測しなくても、軟弱地盤１８Ａ中の空気Ｐの過不足状態を検知して、必要量の空気Ｐを注入することができる。
【０１０４】
図１１には、空気Ｐの注入を停止したときの時間（時間ｔ３、ｔ５）、あるいは、注入再開したときの時間（時間ｔ４）における地盤１２の飽和度のグラフが示されている。飽和度Ｃ％は、構造物（建物１４）の使用に有害とならない飽和度の下限値であり、飽和度Ｄ％は、液状化防止に必要な飽和度の上限値である。なお、地盤１２への空気Ｐの注入を停止すると、地盤１２中の空気が減少する（上方へ抜ける、溶ける）ため飽和度が上昇する。また、空気Ｐの注入を再開すれば、再び飽和度が低下することになる。
【０１０５】
ここで、図９及び図１１に示すように、軟弱地盤１８Ａに空気Ｐを注入して、比抵抗測定装置８０で得られる飽和度の値がＣ％に達したら、空気注入・揚水を自動停止させる。一方、比抵抗測定装置８０で得られる飽和度の値がＤ％を上回ったら、空気注入・揚水を再開する。このように、比抵抗測定装置８０を利用することにより、軟弱地盤１８Ａの飽和度を所定の範囲に保つことができる。
【０１０６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。
【０１０７】
注入孔部２４及び揚水孔部２６の数は、５だけでなく、１つ又は２つ以上の複数から自由に選択することができる。また、空気供給管３２の空気孔３２Ａの数、及び液体供給管３３の液体放出孔３３Ａの数についても、１つ又は２つ以上の複数から自由に選択することができる。
【０１０８】
第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅにおいて、パッカー袋３８Ｃの膨張又は収縮は、空気だけでなく液体を用いて行ってもよい。また、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの数は５個に限定されず、必要とされる液体注入層Ｌ及び空気注入層Ｓの数に合わせて複数（２以上）設定すればよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 空気注入システム（空気注入システム）
１４ 建物（構造物）
１８Ａ 軟弱地盤（地盤）
２４ 注入孔部（第１孔部）
２６ 揚水孔部（第２孔部）
２８ 有孔管（有孔管）
３０ 揚水装置（液体排出手段）
３１ 有孔管（有孔管）
３２ 空気供給管（空気供給管）
３２Ａ 空気孔（空気孔）
３３ 液体供給管（液体供給管）
３３Ａ 液体放出孔（液体放出孔）
３６Ａ 第１パッカー（上部閉塞手段）
３６Ｂ 第２パッカー（中部閉塞手段）
３６Ｃ 第３パッカー（下部閉塞手段、上部閉塞手段）
３６Ｄ 第４パッカー（中部閉塞手段）
３６Ｅ 第５パッカー（下部閉塞手段）
４６ （空気供給経路）
５０ 空気供給部（空気供給手段）
５１ 制御部（切換手段）
５８ 電磁弁（切換手段）
６０ 液体供給部（液体供給手段）
７２ 測定用孔部（第３孔部）
８０ 比抵抗測定装置（電気特性測定手段）
Ｌ 液体注入層（液体注入層）
Ｐ 空気
Ｑ 液体
Ｓ 空気注入層（空気注入層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤への空気注入方法及び地盤への空気注入システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の液状化は、砂地盤の水圧が地震による振動によって静水圧より高くなり（この水圧を過剰間隙水圧という）、過剰間隙水圧が各深度における上載圧に等しくなったときに、砂粒子同士の結合が外れて水中に浮かんだような状態となるために起こる。ここで、地盤の液状化防止方法の例として、地盤に気泡を注入して地盤の飽和度を低下させる方法がある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１の液状化防止方法では、地盤を掘削して形成した注入孔へ水溶液を注入し、発泡剤によって水溶液を発泡させることで、地盤中に気泡を注入している。また、特許文献２の液状化防止方法では、地盤を掘削して形成した注入用の孔に注入内管を配置し、注入内管に形成された注入口から微細気泡を分散させた注入水を注入している。
【０００４】
さらに、特許文献３の液状化防止方法では、酸化剤溶液と鉄塩基溶液を混合して微粒粉末（二酸化マンガン、酸化鉄、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、塩化マグネシウムなど）を析出させて不透水層を形成することで、地盤に注入した空気を保持している。
【０００５】
特許文献１〜３の液状化防止方法は、いずれも、地震により地盤中の過剰間隙水圧が上昇しようとするとき、気泡により形成された空隙が圧縮されることによって水圧の上昇が抑えられ、地盤の液状化を防止している。
【０００６】
しかし、特許文献１及び特許文献２の液状化防止方法では、地盤に注入した空気（気泡）を地盤中に保持する手段が無いため、注入後の空気は上方へ移動して、地盤の飽和度の低下状態を保持することができなかった。
【０００７】
また、特許文献３の液状化防止方法では、微粒粉末が析出して不透水層が形成されるまで地盤中に空気を注入することができず、短時間で地盤の飽和度を低下させることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３５５２２８
【特許文献２】特開２００８−２１７０
【特許文献３】特開２００７−１３２０６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、地盤の飽和度を低下させ、且つ地盤の飽和度の低下状態を保持して液状化を防止すると共に、短時間で地盤の飽和度を低下させることができる地盤への空気注入方法及び地盤への空気注入システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る地盤への空気注入方法は、地盤上に構築された構造物の周辺に第１孔部を形成し、該構造物を挟んで前記第１孔部と反対側に第２孔部を形成する孔部形成工程と、前記第１孔部及び前記第２孔部へ有孔管を挿入する有孔管挿入工程と、前記第１孔部の前記有孔管へ、孔の形成位置が異なる空気供給管を挿入する空気供給管挿入工程と、前記第１孔部の前記有孔管へ、孔の形成位置が前記空気供給管の孔の上方となる液体供給管を挿入する液体供給管挿入工程と、前記液体供給管を通して、空気又は水と化学反応を起こさない液体を地盤に注入して液体注入層を形成する液体注入層形成工程と、前記液体注入層形成工程と同時又は前記液体注入層形成工程後に、前記空気供給管を通して、前記液体注入層よりも下側の地盤に空気を注入して空気注入層を形成する空気注入層形成工程と、液体及び水を前記第２孔部の有孔管から排出し、前記液体注入層と前記空気注入層を拡幅する排出工程と、を有する。
【００１１】
上記構成によれば、地盤に設けられた第１孔部の有孔管から液体供給管を通して、空気又は水と化学反応を起こさない液体が地盤に注入され、液体注入層が形成される。同時に又は液体注入層の形成後に空気供給管を通して、液体注入層よりも下側の地盤に空気が注入され、空気注入層が形成される。このとき、第２孔部の有孔管を通じて地盤から液体及び水を排出することで、液体注入層と空気注入層が構造物の下方に拡幅される。
【００１２】
空気注入層中の空気は上方へ抜けようとするが、上側にある液体注入層によって移動が規制されるため空気注入層中に留まる。これにより、地盤の空気注入層では、土砂と水による飽和状態が解消され飽和度が低下した状態となると共に、飽和度の低下状態が保持される。ここで、地震発生時は、地盤の空気注入層の飽和度が低下しているため、水の過剰間隙水圧が上がりにくい。これにより、土砂が自由移動しにくくなり、地盤の液状化を防ぐことができる。
【００１３】
さらに、液体注入層の液体は、空気又は水と化学反応を起こさないため、化学反応による微粒子等の析出が無い。これにより、地盤中で複数種類の液体を混合して化学反応を起こし、微粒子を析出させて地盤中に空気を保持するものに比べて、化学反応のための待ち時間が不要となり、地盤への空気注入を短時間で行うことができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係る地盤への空気注入方法は、前記第１孔部と前記第２孔部を構造物の周辺に沿って複数形成し、前記液体注入層形成工程では上下方向に複数の液体注入層を形成し、前記空気注入層形成工程では上下方向に複数の空気注入層を形成する。この構成によれば、地盤中の上下方向に複数の液体注入層及び空気注入層が形成されるので、空気注入層の気泡の偏りを抑制することができ、空気を地盤の特定の場所にとどめておくことができる。
【００１５】
本発明の請求項３に係る地盤への空気注入方法は、予め設定した期間経過後、前記液体注入層を形成する液体を前記第２孔部から排出する。博覧会のパビリオン等、有期の利用目的で構築された構造物は期間経過後に撤去されることになるが、撤去後は地盤の液状化防止が不要となる場合がある。ここで、上記構成によれば、予め設定した期間が経過した後は、地盤に形成された第２孔部の有孔管から液体が排出される。これにより液体及び空気が地盤から除去され、地盤を元の状態に戻すことができる。
【００１６】
本発明の請求項４に係る地盤への空気注入システムは、地盤上に構築された構造物の周辺に形成された第１孔部へ挿入された有孔管内に吊下げられ、供給された空気が放出される空気孔が形成された空気供給管と、前記有孔管内に吊下げられ、空気又は水と化学反応を起こさない液体が放出される液体放出孔が前記空気供給管の空気孔の上方となる位置に形成された液体供給管と、前記空気供給管に空気を供給する空気供給手段と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体供給手段と、前記液体放出孔よりも上方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ上部閉塞手段と、前記液体放出孔よりも下方で且つ前記空気孔よりも上方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ中部閉塞手段と、前記空気孔よりも下方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ下部閉塞手段と、前記構造物を挟んで前記第１孔部と反対側の地盤に形成された第２孔部へ挿入された有孔管内に吊下げられ、地盤に注入された液体及び水を前記第２孔部の有孔管から排出する液体排出手段と、を有する。
【００１７】
上記構成によれば、地盤に形成された孔部に液体供給管及び空気供給管が吊下げられ位置決めされている。そして、上部閉塞手段と中部閉塞手段とによって密閉された領域に液体放出孔が配置されており、中部閉塞手段と下部閉塞手段とによって密閉された領域に空気孔が配置されている。
【００１８】
ここで、液体供給手段から液体が供給され、液体放出孔から液体が放出されると、放出された液体は、上部閉塞手段と中部閉塞手段とで密閉された領域に相当する領域の地盤に供給される。そして、液体の放出と同時又は放出後に空気供給手段から空気が供給され空気孔から空気が放出されると、放出された空気は中部閉塞手段と下部閉塞手段とで密閉された領域に相当する領域の地盤に供給される。これにより、地盤の特定領域に空気を供給して地盤の飽和度を低下させ、液状化を防止することができる。
【００１９】
さらに、上部閉塞手段、中部閉塞手段、及び下部閉塞手段が液体供給管及び空気供給管と独立して吊下げられているので、吊下げ長さを調整して上部閉塞手段と中部閉塞手段、中部閉塞手段と下部閉塞手段の間隔が変更可能となっている。これにより、空気を供給する地盤の特定領域を変更することができる。
【００２０】
本発明の請求項５に係る地盤への空気注入システムは、前記空気供給管には、上下方向の異なる位置に複数の前記空気孔が形成され、前記液体供給管には、上下方向の異なる位置に複数の前記液体放出孔が形成されている。この構成によれば、地盤中に複数の液体注入層及び空気注入層が形成されるので、一つの層あたりの層厚を小さくすることができる。これにより、空気注入層中の空気が上方へ抜けようとしても、空気を地盤の特定の場所にとどめておくことができる。
【００２１】
本発明の請求項６に係る地盤への空気注入システムは、前記空気供給手段から前記空気供給管までの空気供給経路の途中には、前記空気供給管への空気の供給又は供給停止を行う切換手段が設けられている。この構成によれば、空気供給管への空気の供給を連続的又は断続的に行える。
【００２２】
本発明の請求項７に係る地盤への空気注入システムは、地盤の前記第１孔部及び前記第２孔部と異なる位置に掘削された第３孔部に配置され、地盤の導電率又は比抵抗を測定する電気特性測定手段が設けられ、前記切換手段が、設定された導電率又は比抵抗に応じて、前記空気供給管への空気の供給又は供給停止を行う。
【００２３】
空気は水に較べて比抵抗が大きい。このため、地盤中の空気量が多くなると比抵抗が大きくなり導電率が下がる。ここで、上記構成によれば、電気特性測定手段によって地盤の導電率又は比抵抗が測定され、この測定値に応じて地盤中の空気の過不足が判断される。これにより、地盤中の空気量を実測しなくても地盤中の空気の過不足状態を検知することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、上記構成としたので、地盤の飽和度を低下させ、且つ飽和度の低下状態を保持して液状化を防止すると共に、短時間で地盤の飽和度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）本発明の第１実施形態に係る空気注入システムの構成図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る空気注入システムの平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る空気注入装置の構成図である。
【図３】（ａ）本発明の第１実施形態に係る空気注入装置の部分斜視図である。（ｂ）本発明の第１実施形態に係る空気注入装置の上部閉塞手段の横断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）本発明の第１実施形態に係る空気注入装置の設置工程を示す工程図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る空気注入装置を地盤の孔部に設置した状態の一部を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る空気注入システムによる地盤への空気注入状態を示す模式図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る空気注入システムを用いて地盤へ空気注入したときの時間と地盤の飽和度の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施形態に係る空気注入システムを用いて地盤から液体を排出する状態を示す模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る空気注入システムによる地盤への空気注入状態を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る空気注入装置の電気特性測定手段の構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る空気注入システムを用いて地盤へ空気注入したときの時間と地盤の飽和度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の空気注入装置、空気注入システム、及び地盤への空気注入方法の第１実施形態を図面に基づき説明する。図１（ａ）、（ｂ）には、地盤１２に設置された空気注入システム１０と、地盤１２上に構築された構造物としての建物１４が示されている。地盤１２は、不透水層としての非液状化地盤１６と、非液状化地盤１６の上層にある軟弱地盤１８とで構成されており、建物１４は軟弱地盤１８上に支持されている。
【００２７】
建物１４の周囲の軟弱地盤１８には、建物１４を取り囲んでコンクリートやソイルセメントなどの連続壁からなる止水壁２２が構築されており、止水壁２２の下端部は非液状化地盤１６に到達している。また、建物１４の一組の側壁１４Ａ、１４Ｂに隣接した軟弱地盤１８の一部には、空気注入用及び液体注入用の注入孔部２４（２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ、２４Ｅ）と、揚水用の揚水孔部２６（２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅ）とが、掘削により形成されている。なお、止水壁２２で囲まれた軟弱地盤１８を軟弱地盤１８Ａとする。
【００２８】
注入孔部２４Ａ〜２４Ｅは、建物１４を挟んで揚水孔部２６Ａ〜２６Ｅとそれぞれ対向配置状態となっている。なお、注入孔部２４Ａ〜２４Ｅはそれぞれ同様の掘削状態となっており、揚水孔部２６Ａ〜２６Ｅもそれぞれ同様の掘削状態となっているため、以後の説明では注入孔部２４、揚水孔部２６としてＡ〜Ｅの符号を省略して説明する。
【００２９】
注入孔部２４内には、塩化ビニルからなる断面円形状の有孔管２８が、開口を上側に向けて立設されている。有孔管２８は、注入孔部２４の深さと同程度の長さとなっており、空気注入又は液体注入を行う位置の側壁には、後述する貫通孔２９（図５参照）が形成されている。なお、以後の説明では、図５を除いて有孔管２８の貫通孔２９の図示を省略する。
【００３０】
また、有孔管２８の外径は、注入孔部２４の孔径よりも小さくなっており、有孔管２８と注入孔部２４の間には、予め設定された幅の隙間が形成されている。ここで、軟弱地盤１８Ａには、液状化対策のために空気注入が必要とされる空気注入層Ｓ（二点鎖線で表示）が複数段設定されている。さらに、各空気注入層Ｓの上側には、注入された空気を保持するために液体注入が必要とされる液体注入層Ｌ（破線で表示）が設定されている。
【００３１】
そして、有孔管２８と注入孔部２４の隙間には、各空気注入層Ｓ及び各液体注入層Ｌの深度に合わせて砂利層２５が形成されている。砂利層２５は、上下が粘土層２７で挟まれており、砂利層２５を通る空気又は液体が上方へ漏れることなく空気注入層Ｓ又は液体注入層Ｌに注入されるようになっている。
【００３２】
一方、空気注入システム１０は、軟弱地盤１８Ａに注入孔部２４から空気及び液体を注入する注入装置２０（２０Ａ〜２０Ｅ）と、軟弱地盤１８Ａ中の地下水を揚水孔部２６から地上へ揚げる揚水装置３０（３０Ａ〜３０Ｅ）と、揚水装置３０で地上に揚げられた地下水を注入孔部２４の有孔管２８に注入する注入配管４０とで構成されている。なお、注入装置２０Ａ〜２０Ｅはそれぞれ同様の構成となっており、揚水装置３０Ａ〜３０Ｅもそれぞれ同様の構成となっているため、以後の説明では注入装置２０、揚水装置３０としてＡ〜Ｅの符号を省略して説明する。
【００３３】
図２に示すように、注入装置２０は、空気供給管３２、液体供給管３３、供給装置３４、第１パッカー３６Ａ、第２パッカー３６Ｂ、第３パッカー３６Ｃ、第４パッカー３６Ｄ、及び第５パッカー３６Ｅを有している。
【００３４】
空気供給管３２は、注入孔部２４へ挿入された有孔管２８内に吊下げられており、供給装置３４から供給された空気が放出される複数の空気孔３２Ａ、３２Ｂが形成されている。また、空気供給管３２は、下端のみ硬質材となっており、それ以外の部位はビニール製チューブで構成されている。なお、空気孔３２Ａ、３２Ｂの位置は、予め砂利層２５の位置に合うように設定されている。
【００３５】
液体供給管３３は、有孔管２８内に吊下げられており、空気又は水と化学反応を起こさない液体が放出される液体放出孔３３Ａ、３３Ｂが、空気供給管３２の空気孔３２Ａ、３２Ｂの上方となる位置に形成されている。なお、液体放出孔３３Ａ、３３Ｂの位置は、予め砂利層２５の位置に合うように設定されている。また、本実施形態で用いる液体は水としているが、これに限らず、空気又は水と化学反応を起こさない液体であればよい。
【００３６】
供給装置３４は、箱状の筐体３４Ａを有しており、筐体３４Ａの側壁には、空気供給管３２の一端が連結された連結部４２と、液体供給管３３の一端が連結された連結部４３とが設けられている。また、供給装置３４は、空気供給管３２に空気を供給する空気供給部５０と、液体供給管３３に液体を供給する液体供給部６０と、空気供給部５０の動作制御又は液体供給部６０の動作制御を行う制御部５１とを有している。
【００３７】
空気供給部５０は、連結部４２に連結された空気供給管３２に空気を供給するためのコンプレッサー４４、供給配管４６、バルブ４８、レギュレータ５２、圧力計５４、流量計５６、電磁弁５８、及びタイマー５９が設けられている。さらに、供給装置３４には、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅに配管（図示省略）を介して空気の注入を行い、又は第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅから空気を排出するパッカー作動装置６１が設けられている。
【００３８】
また、空気供給部５０では、連結部４２とコンプレッサー４４が供給配管４６で接続されている。供給配管４６には、コンプレッサー４４側を上流側、連結部４２側を下流側として、上流側にバルブ４８が取付けられており、バルブ４８から下流側に向けて順にレギュレータ５２、圧力計５４、流量計５６、及び電磁弁５８が取付けられている。
【００３９】
コンプレッサー４４は、図示しない電源から電源供給されることにより作動して、供給配管４６へ空気を送出するようになっている。また、バルブ４８は、コンプレッサー４４の使用、未使用に合わせて供給配管４６を開放又は遮断させる。さらに、レギュレータ５２は、コンプレッサー４４から送出された空気の圧力を予め設定した設定圧力まで減圧させる構成となっている。
【００４０】
圧力計５４は、供給配管４６内に送り込まれた空気の圧力がレギュレータ５２によって設定圧力まで減圧されているかどうかを確認するためのものであり、流量計５６は、供給配管４６を空気が流れていることを確認するためのものである。また、電磁弁５８は、タイマー５９が接続されており、タイマー５９に設定された空気供給の時間に合わせて電気的にスイッチのＯＮ、ＯＦＦが行われ、供給配管４６を開放又は遮断させる。
【００４１】
液体供給部６０は、連結部４３に連結された液体供給管３３に液体Ｑ（本実施形態では水とする）を供給するための貯留タンク６２、供給配管６３、及びポンプ７３が設けられている。液体供給部６０では、連結部４３と貯留タンク６２が供給配管６３で接続されており、さらに、供給配管６３にポンプ７３が取り付けられた構成となっている。貯留タンク６２は、内部に液体Ｑが貯留されており、ポンプ７３は、図示しない電源から電源供給されることにより作動して、供給配管６３から液体供給管３３へ液体Ｑを送出するようになっている。
【００４２】
制御部５１は、コンプレッサー４４、電磁弁５８、及びパッカー作動装置６１の動作スイッチのＯＮ、ＯＦＦを、予め設定された動作プログラムに基づき自動で行うようになっている。なお、タイマー５９への時間設定は、制御部５１を介して設定される。
【００４３】
一方、図２及び図３（ａ）に示すように、空気供給管３２及び液体供給管３３には、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅが外挿されている。そして、図２に示すように、第２パッカー３６Ｂと第３パッカー３６Ｃの間の砂利層２５と対応する位置、及び第４パッカー３６Ｄと第５パッカー３６Ｅの間の砂利層２５と対応する位置には、空気供給管３２の空気孔３２Ａから空気が放出されていることを検知するための水圧計６７が設けられている。
【００４４】
水圧計６７は、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅが有孔管２８内に配置された後、地下水が注入配管４０（図１（ｂ）参照）から有孔管２８内に注入されることで水圧が計測可能となり、設置位置での水圧の変化を計測する。また、水圧計６７は、前述の制御部５１と電気的に接続されており、制御部５１は、予め設定された圧力設定値と水圧計６７で測定された圧力測定値との差異に応じて、電磁弁５８を開放又は遮断して空気の供給又は供給停止を行うようになっている。
【００４５】
図３（ａ）に示すように、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅは、いずれも同様の構成で全体が円筒状となっており、上端部と下端部に環状の円板部３８Ａ、３８Ｂがそれぞれ設けられている。また、各円板部３８Ａと円板部３８Ｂの間には、膨張又は収縮が可能なゴム等の弾性素材からなる環状（チューブ状）のパッカー袋３８Ｃが設けられている。なお、第５パッカー３６Ｅの下端部のみ円板状の底部３８Ｄが設けられている。各パッカー袋３８Ｃには、各円板部３８Ａを貫通してパッカー用配管４１（図３（ｂ）参照）が接続されており、各パッカー用配管４１の端部は、前述のパッカー作動装置６１（図２参照）にそれぞれ接続されている。
【００４６】
図３（ｂ）には、図３（ａ）の第１パッカー３６Ａを破線Ｇで切ったときの断面図が示されている。パッカー袋３８Ｃは環状であり、内部空間３８Ｅに空気が注入されることにより２点鎖線Ａ、Ｂで示すように内外へ膨張するようになっている。また、パッカー袋３８Ｃの穴部３８Ｆ内には、空気供給管３２と、液体供給管３３と、パッカー用配管４１と、水圧計６７の配線６９とが設けられている。
【００４７】
また、図２及び図３（ａ）に示すように、第１パッカー３６Ａの円板部３８Ａの上面には、第１パッカー３６Ａを液体放出孔３３Ａよりも上方に吊下げるためのワイヤー６４の一端が取り付けられている。なお、ワイヤー６４は円板部３８Ａの周方向で例えば４箇所に取り付けられるが、ここでは１本又は２本のワイヤー６４のみを図示して、他のワイヤー６４の図示を省略する。
【００４８】
第２パッカー３６Ｂは、第１パッカー３６Ａの円板部３８Ｂの底面と第２パッカー３６Ｂの円板部３８Ａの上面に複数の鎖６５の両端部がそれぞれ取り付けられることにより、液体放出孔３３Ａよりも下方で且つ空気孔３２Ａよりも上方の位置に吊下げられている。また、第３パッカー３６Ｃは、第２パッカー３６Ｂの円板部３８Ｂの底面と第３パッカー３６Ｃの円板部３８Ａの上面に複数の鎖６５の両端部がそれぞれ取り付けられることにより、空気孔３２Ａよりも下方で且つ液体放出孔３３Ｂよりも上方の位置に吊下げられている。
【００４９】
第４パッカー３６Ｄは、第３パッカー３６Ｃの円板部３８Ｂの底面と第４パッカー３６Ｄの円板部３８Ａの上面に複数の鎖６５の両端部がそれぞれ取り付けられることにより、液体放出孔３３Ｂよりも下方で且つ空気孔３２Ｂよりも上方の位置に吊下げられている。また、第５パッカー３６Ｅは、第４パッカー３６Ｄの円板部３８Ｂの底面と第５パッカー３６Ｅの円板部３８Ａの上面に複数の鎖６５の両端部がそれぞれ取り付けられることにより、空気孔３２Ｂよりも下方の位置に吊下げられている。なお、鎖６５は円板部３８Ａの周方向で例えば４箇所に取り付けられるが、ここでは２本の鎖６５のみを図示し、他の鎖６５の図示を省略している。
【００５０】
ここで、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅは、パッカー作動装置６１（図２参照）から気体が送り込まれ、圧力がかけられることでパッカー袋３８Ｃが膨張する。また、パッカー袋３８Ｃは、パッカー作動装置６１によってパッカー袋３８Ｃから気体が抜かれることで圧力が下がり収縮する。なお、有孔管２８へ第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅを吊下げるときは、パッカー袋３８Ｃが収縮状態となっている。
【００５１】
図２に示すように、第１パッカー３６Ａの上面に一端が取り付けられたワイヤー６４は、他端が軟弱地盤１８Ａ上に設けられた巻取装置７１で巻き取られるようになっており、これにより、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅが有孔管２８内に吊下げられている。ここで、巻取装置７１を動作させることで、有孔管２８内での第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの設置位置が変更される。
【００５２】
一方、図１に示すように、揚水孔部２６内には、塩化ビニルからなる断面円形状の有孔管３１が、開口を上側に向けて立設されている。有孔管３１は、揚水孔部２６の深さと同程度の長さとなっており、揚水を行う位置の側壁には複数の貫通孔（図示省略）が形成されている。また、有孔管３１の外径は、揚水孔部２６の孔径よりも小さくなっており、有孔管３１と揚水孔部２６の間には、予め設定された幅の隙間が形成されている。この隙間は、砂利や土砂で埋められている。
【００５３】
揚水孔部２６（有孔管３１）の内側には、揚水孔部２６内に流入した地下水を揚水する揚水ポンプ３５が設けられている。揚水ポンプ３５は、供給装置３４の制御部５１（図２参照）に電気的に接続されており、制御部５１によってスイッチのＯＮ、ＯＦＦが行われる。また、揚水ポンプ３５には、揚水孔部２６内から地上へ向けて延設された揚水パイプ３７の一端が接続されており、揚水パイプ３７の他端は、地上に設けられた揚水タンク３９に接続されている。
【００５４】
揚水タンク３９は、前述の注入配管４０が接続されており、注入配管４０の接続部位には、内部に貯留された水を所定の圧力で注入配管へ送出する送出ポンプ（図示省略）が設けられている。ここで、揚水ポンプ３５、揚水パイプ３７、及び揚水タンク３９により揚水装置３０が構成されている。
【００５５】
次に、本発明の第１実施形態の作用について説明する。まず、空気注入システム１０の設置工程について説明する。
【００５６】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、建物１４を囲むようにして軟弱地盤１８から非液状化地盤１６まで止水壁２２を構築する。これにより、止水壁２２の外側にある周辺地盤と、建物１４の下側の軟弱地盤１８Ａとの水（地下水）の移動が遮断される。また、地盤１２上には、供給装置３４と揚水タンク３９を設置する。なお、止水壁２２で囲まれた軟弱地盤１８Ａについては、予めどの深度に液体注入層Ｌ及び空気注入層Ｓを設けるかが決められている。
【００５７】
続いて、図４（ａ）に示すように、オーガー等の掘削機（図示省略）により軟弱地盤１８Ａに複数の注入孔部２４を形成する。そして、注入孔部２４内に有孔管２８を立設する。ここで、有孔管２８と注入孔部２４の間には隙間が形成されている。
【００５８】
続いて、図４（ｂ）に示すように、有孔管２８と注入孔部２４の隙間に粘土又は砂利を交互に充填することにより、液体注入層Ｌ及び空気注入層Ｓが設定された深度領域では砂利層２５を形成し、液体注入層Ｌ及び空気注入層Ｓが設定されていない深度領域では粘土層２７を形成する。これにより、有孔管２８が固定される。なお、砂利層２５は、空気の透過が十分可能となるように予め石及び砂が選定されているものとする。また、最も地上に近い粘土層２７については、粘土を地上まで充填して形成しなくともよく、空気が上方に抜けない程度の層厚となった後に土砂で埋めるようにしてもよい。
【００５９】
続いて、図４（ｃ）に示すように、有孔管２８内に空気供給管３２、液体供給管３３、及び第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅを一体で挿入する。各パッカー間は、予め鎖６５の長さが調整されることにより位置調整されている。また、各第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅは、巻取装置７１でワイヤー６４が引き出され又は巻き取られることにより位置調整され、保持される。なお、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの位置は、巻取装置７１において、ワイヤー６４の巻取り量に基づいて検出される。
【００６０】
有孔管２８内に挿入された空気供給管３２及び液体供給管３３は、接続されたチューブにスケールをつけておくことで位置検出が行われる。ここで、空気孔３２Ａが砂利層２５と対向する位置まで挿入された状態で、空気供給管３２の端部を供給装置３４の連結部４２に連結し、空気供給管３２の高さ位置を固定する。そして、液体放出孔３３Ａが砂利層２５と対向する位置まで挿入された状態で、液体供給管３３の端部を液体供給部６０の連結部４３に連結し、液体供給管３３の高さ位置を固定する。
【００６１】
続いて、パッカー作動装置６１（図２参照）を作動して、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの各パッカー袋３８Ｃ（図３（ａ）参照）に空気を注入する。なお、空気に換えて水を注入してもよい。空気が注入されたパッカー袋３８Ｃは、膨張して有孔管２８内を密閉すると共に、有孔管２８に圧着され位置が固定される。なお、前述の水圧計６７（図２参照）は、第２パッカー３６Ｂと第３パッカー３６Ｃの間の砂利層２５と対応する位置、及び第４パッカー３６Ｄと第５パッカー３６Ｅの間の砂利層２５と対応する位置に配置される。
【００６２】
このように、注入装置２０の各部（空気供給管３２、液体供給管３３、供給装置３４、及び第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅ）を軟弱地盤１８Ａに設置することで、図５に示すように、液体放出孔３３Ａから有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通して、液体注入層Ｌへ液体Ｑが送り込み可能となる。さらに、空気孔３２Ａから有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通して、空気注入層Ｓへ空気Ｐが送り込み可能となる。これにより、注入した液体Ｑ及び空気Ｐは、有孔管２８内の各パッカーの上部や下部へほとんど抜けないようになる。
【００６３】
一方、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、建物１４を挟んで注入孔部２４と反対側において、オーガー等の掘削機（図示省略）により軟弱地盤１８Ａに複数の揚水孔部２６Ａ〜２６Ｅを形成する。そして、各揚水孔部２６内に有孔管３１を立設する。ここで、有孔管３１と揚水孔部２６の隙間に土砂等を充填して有孔管３１を固定する。
【００６４】
続いて、クレーン（図示省略）等により揚水パイプ３７及び揚水ポンプ３５を吊下げると共に、有孔管３１内に挿入する。そして、揚水ポンプ３５が地下水面より十分深い位置まで挿入された状態で、揚水パイプ３７の端部を揚水タンク３９に接続し、揚水ポンプ３５の高さ位置を固定する。なお、空気孔３２Ａと揚水ポンプ３５は同じレベルでなくてもよい。揚水ポンプ３５は空気孔３２Ａと同じか、より深い位置がよい。
【００６５】
続いて、各揚水タンク３９を複数のパイプで連通させた状態で、注入配管４０の一方の端部を揚水タンク３９に接続する。ここで、注入配管４０の他方の端部は、予め複数の注入孔部２４Ａ〜２４Ｅに合わせて分岐されており、各注入孔部２４Ａ〜２４Ｅに挿入することで、揚水タンク３９から送出された水が有孔管２８内に注入される。
【００６６】
次に、軟弱地盤１８Ａへの液体Ｑ及び空気Ｐの注入作用について説明する。
【００６７】
図６に示すように、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅによって有孔管２８が塞がれている。ここで、供給装置３４において、ポンプ７３（図２参照）が駆動されることにより、液体供給管３３内に液体Ｑ（水）が供給される。そして、ポンプ７３の駆動と同時又はポンプ７３の駆動後に、バルブ４８及び電磁弁５８（図２参照）を開放した状態でコンプレッサー４４（図２参照）が駆動されることにより、空気供給管３２内に空気Ｐが供給される。
【００６８】
図２及び図５に示すように、注入装置２０では、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの各パッカー間が地下水（図示省略）で浸水されており、この地下水による水圧が水圧計６７で計測される。そして、制御部５１及び電磁弁５８が、予め設定された圧力設定値と水圧計６７で測定された圧力測定値との差異に応じて、空気供給管３２への空気Ｐの供給又は供給停止を行う。
【００６９】
ここで、水圧計６７によって計測される水圧の変化が、空気供給管３２から供給される空気Ｐの供給量の変化と対応しているため、空気供給管３２から軟弱地盤１８Ａへ所定の空気量が供給されているかどうかを検知することができる。また、供給配管４６及び空気供給管３２の途中で空気漏れが発生することがあっても、水圧計６７の水圧の変化で検知することができる。
【００７０】
続いて、液体供給管３３に供給された液体Ｑが液体放出孔３３Ａ、３３Ｂから放出されると、放出された液体Ｑは、有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通って軟弱地盤１８Ａに注入され、２つの液体注入層Ｌが形成される。この液体注入層Ｌは、液体Ｑが常時軟弱地盤１８Ａ中に注入されることで層形成状態が保持される。
【００７１】
一方、空気供給管３２に供給された空気Ｐが空気孔３２Ａ、３２Ｂから放出されると、放出された空気Ｐは、有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通って軟弱地盤１８Ａに気泡となって注入され、２つの空気注入層Ｓが形成される。なお、２つの液体注入層Ｌと２つの空気注入層Ｓは交互に積層配置され、空気注入層Ｓの上方に液体注入層Ｌが存在している。
【００７２】
ここで、図６に示すように、揚水ポンプ３５によって有孔管３１周辺の軟弱地盤１８Ａの地下水及び液体Ｑが汲み上げられると、注入孔部２４周辺の地下水は、揚水孔部２６に向けて移動する。この地下水の流れによって、軟弱地盤１８Ａ中に注入された液体Ｑは、揚水孔部２６に近い位置へ移動していく。これにより、液体注入層Ｌが建物１４の下方に拡幅される。
【００７３】
一方、空気注入層Ｓ中の空気Ｐは、上方へ抜けようとするが、上側にある液体注入層Ｌによって移動が規制されるため、空気注入層Ｓ中に留まり保持される。また、空気注入層Ｓ中では、液体注入層Ｌに近い位置にある空気Ｐが、液体注入層Ｌの拡幅、即ち液体Ｑの流れに沿って移動し、液体注入層Ｌから遠い位置にある空気Ｐは、地下水の流れに沿って移動する。このようにして、空気注入層Ｓが建物１４の下方に拡幅される。
【００７４】
空気Ｐが注入された軟弱地盤１８Ａの空気注入層Ｓでは、土砂と水による飽和状態が解消され、地下水による間隙の飽和度が低下した状態となると共に、この飽和度の低下状態が保持される。ここで、空気注入層Ｓの間隙に空気Ｐ（気泡）が存在し、飽和度が低下した状態において地盤１２に地震が発生すると、空気注入層Ｓでは、空気Ｐの気泡が収縮することで間隙水圧の上昇が抑えられる。これにより、砂粒子同士が接触したままの状態が保持され、水中を砂粒子が自由に移動することが抑制されるので、軟弱地盤１８Ａの液状化を防ぐことができる。
【００７５】
なお、揚水ポンプ３５で揚げられた水は、注入配管４０によって注入孔部２４の有孔管２８内に注水されるため、軟弱地盤１８Ａ内の合計の地下水量はあまり変化しない。このため、空気注入システム１０では、揚水孔部２６周辺の地下水の減少による地盤沈下を防止することができる。
【００７６】
図７には、軟弱地盤１８Ａへの空気Ｐの注入時間と軟弱地盤１８Ａの飽和度との関係がグラフで示されている。なお、軟弱地盤１８Ａの飽和度とは、軟弱地盤１８Ａ中の土砂の間隙を地下水がどの程度埋めているかを比率で表したものであり、土砂の間隙が全て地下水で埋まっている場合には、飽和度が１００％となる。
【００７７】
図７に示すように、軟弱地盤１８Ａへの空気Ｐの注入時間が０からｔ１、ｔ２（ｔ１＜ｔ２）と長くなると、軟弱地盤１８Ａの飽和度は１００％からＡ％、Ｂ％（Ａ＞Ｂ）と減少している。これにより、軟弱地盤１８Ａに空気Ｐを注入することで、軟弱地盤１８Ａが不飽和状態となることが分かる。なお、不飽和状態は、土砂の間隙に空気Ｐの気泡が入り込み、地下水による土砂の間隙空間の占有率が低減することによる。
【００７８】
また、図７において、時間ｔ３では空気の注入が停止されることを示しており、時間ｔ４では空気の注入が再開されることを示している。時間ｔ３から時間ｔ４までの間は、空気の注入が停止されているため、地盤の飽和度が上昇することになる。一方、時間ｔ４以降は、空気の注入が再開されるため、地盤の飽和度が低下する。このようにして、地盤の飽和度が適宜変化される。
【００７９】
ここで、本実施形態の地盤への空気注入方法によれば、液体注入層Ｌの液体Ｑ（本実施形態では水）が空気又は水と化学反応を起こさないため、化学反応による微粒子等の析出が無い。これにより、軟弱地盤１８Ａ中で複数種類の液体を混合して化学反応を起こし、微粒子を析出させて軟弱地盤１８Ａ中に空気を保持する方法に比べて、化学反応のための待ち時間が不要となり、軟弱地盤１８Ａへの空気Ｐの注入を短時間で行うことができる。
【００８０】
さらに、本実施形態の地盤への空気注入方法によれば、軟弱地盤１８Ａ中の上下方向に複数の液体注入層Ｌ及び空気注入層Ｓが形成されるので、一つの層あたりの層厚が小さくなると共に一つの空気注入層Ｓの空気Ｐ（気泡）の偏りが抑制される。これにより、空気注入層Ｓ中の空気Ｐが上方へ抜けようとしても、空気Ｐを軟弱地盤１８Ａの特定の場所にとどめておくことができる。なお、液体注入層Ｌの役割は、その下部に注入される空気の封じ込めが主であるが、揚水装置３０による揚水と併用することで軟弱地盤１８Ａ中に地下水の流れを作り、空気をより遠くまで運ぶことが可能となる。これにより、注入孔部２４と揚水孔部２６の間隔を広くすることができる。
【００８１】
また、空気注入システム１０では、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅが、液体供給管３３及び空気供給管３２と独立して吊下げられているため、吊下げ長さを調整して第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの間隔を変更することができる。これにより、空気Ｐが供給される軟弱地盤１８Ａの特定領域を変更することができる。
【００８２】
さらに、空気注入システム１０では、電磁弁５８（図２参照）がタイマー５９（図２参照）で設定された時間に合わせて供給配管４６の開放又は遮断を行うことが可能となっているため、空気供給管３２への空気Ｐの供給を連続的又は断続的に行える。
【００８３】
次に、揚水ポンプ３５による液体Ｑの排出について説明する。
【００８４】
図８（ａ）において、建物１４が、博覧会のパビリオン等、有期の利用目的で構築された構造物であった場合、建物１４は所定の期間経過後に撤去されることになるが、撤去後は地盤１２の液状化防止対策が不要となる。ここで、注入装置２０による軟弱地盤１８Ａへの液体Ｑ及び空気Ｐの注入が停止され、揚水ポンプ３５のみが継続して作動される。これにより、有孔管３１及び軟弱地盤１８Ａから液体Ｑが排出され、軟弱地盤１８Ａでは、液体注入層Ｌが徐々に消滅する。そして、液体注入層Ｌで保持されていた空気Ｐは、軟弱地盤１８Ａの上方へ向けて移動する。
【００８５】
続いて、図８（ｂ）に示すように、液体注入層Ｌが消滅した軟弱地盤１８Ａでは、大半の空気Ｐが上方に抜けて一部の空気Ｐが残存するのみとなる。これにより、軟弱地盤１８Ａを液状化防止対策を施す前の元の状態に戻すことができる。なお、液体Ｑ及び空気Ｐの除去後は、注入装置２０、揚水装置３０、及び止水壁２２が撤去される。
【００８６】
次に、本発明の地盤への空気注入方法及び地盤への空気注入システムの第２実施形態を図面に基づき説明する。なお、前述した第１実施形態と基本的に同一の部品には、前記第１実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する。
【００８７】
図９には、第２実施形態の空気注入システム７０が示されている。空気注入システム７０は、第１実施形態の空気注入システム１０（図１参照）に、さらに軟弱地盤１８Ａ中の空気Ｐの過不足状態を検知するための比抵抗測定装置８０を設けた構成となっている。
【００８８】
図９に示すように、建物１４の下部の軟弱地盤１８Ａにおいて、注入孔部２４と揚水孔部２６の間には、比抵抗測定装置８０を設けるための測定用孔部７２が掘削されている。測定用孔部７２内には、図示しない複数の貫通孔が形成された有孔管７４が挿入され固定されている。また、有孔管７４内には、比抵抗測定装置８０の一部である電極ユニット８４が、図示しないケーブル及び巻取装置によって吊下げられている。電極ユニット８４には配線８１、８２の一端が電気的に接続されており、配線８１、８２の他端は、供給装置３４内の制御部５１に接続されている。
【００８９】
図１０には、比抵抗測定装置８０の構成が示されている。比抵抗測定装置８０は、第１電極８５及び第３電極８６を有する電極ユニット８４と、軟弱地盤１８Ａの上面に固定された第２電極８７と、軟弱地盤１８Ａの上面で第２電極８７と異なる位置に固定された第４電極８８と、第１電極８５と第２電極８７の間に電流を流す電流供給源８９と、第４電極８８を基準として第３電極８６の電位を測定する電位計９３とを有している。なお、電極ユニット８４では、第１電極８５の鉛直上方に第３電極８６が取り付けられている。
【００９０】
第１電極８５と第２電極８７は、配線９１により電気的に接続されており、配線９１の経路途中に電流供給源８９が設けられている。電流供給源８９には、配線８１の一端が接続されており、配線８１の他端は制御部５１（図９参照）に接続されている。これにより、第１電極８５と第２電極８７の間に流した電流（Ｉ）が、制御部５１で記録されるようになっている。
【００９１】
一方、第３電極８６と第４電極８８は、配線９４により電気的に接続されており、配線９４の経路途中に電位計９３が設けられている。電位計９３には、配線８２の一端が接続されており、配線８２の他端は制御部５１（図９参照）に接続されている。これにより、第３電極８６を基準とした第４電極８８の電位（Ｖ）が、制御部５１で記録されるようになっている。
【００９２】
軟弱地盤１８Ａが等方均質媒体であるとすると、第１電極８５の周りの等電位面Ｍは球面となる。この等電位面Ｍの電位は、第３電極８６を基準とした第４電極８８の電位（Ｖ）として測定される。ここで、等電位面Ｍの電位Ｖは、軟弱地盤１８Ａの比抵抗ρｔに比例し、（１）式で求めることができる。（１）式において、Ｄは第１電極８５と第３電極８６の間隔、Ｖは第４電極８８の電位、Ｉは電流供給源８９で流された電流である。
【００９３】
【数１】
次に、軟弱地盤１８Ａの比抵抗測定方法について説明する。アーチー（Ａｒｃｈｉｅ）の法則によれば、岩石、土が水で飽和している場合、（２）式に示す関係式が成立する。
【００９４】
【数２】
（２）式において、ρｔは軟弱地盤１８Ａ（岩石、土）の比抵抗、ρｗは軟弱地盤１８Ａの岩石や土の間隙に存在する地下水（間隙水）の比抵抗であり、Ｆ（＝ρｔ／ρｗ）は地層比抵抗係数（フォーメーションファクタ）と呼ばれている。また、ａとｂは実験により求められる定数であり、Ｎは軟弱地盤１８Ａの岩石や土の間隙率である。
【００９５】
ここで、定数ａ、定数ｂ、及び間隙水の比抵抗ρｗが予め実験により得られており、軟弱地盤１８Ａの比抵抗ρｔの測定中に間隙水の比抵抗ρｗが変化しないとすると、（１）式を用いて比抵抗測定装置８０により測定された軟弱地盤１８Ａの比抵抗ρｔを（２）式に代入することで、軟弱地盤１８Ａの間隙率Ｎが求められる。
【００９６】
制御部５１（図９参照）では、軟弱地盤１８Ａに空気Ｐ（気泡）が必要量注入されたときの基準間隙率Ｎ１が予め設定されており、測定により得られた間隙率Ｎと基準間隙率Ｎ１との差分がゼロに近づくように、供給装置３４（図９参照）を作動させるようになっている。
【００９７】
なお、本実施形態では、比抵抗に着目して軟弱地盤１８Ａの間隙率Ｎを求めているが、比抵抗ρと導電率（σとする）は逆数の関係（ρ＝１／σ）にあるため、導電率計により軟弱地盤１８Ａの導電率σを測定し、比抵抗ρに変換して、（１）式、（２）式を用いて間隙率Ｎを求めるようにしてもよい。
【００９８】
次に、本発明の第２実施形態の作用について説明する。
【００９９】
図９に示すように、第１実施形態と同様の工程により、止水壁２２で囲まれた軟弱地盤１８Ａに注入装置２０及び揚水装置３０を設置する。続いて、供給装置３４が作動し、液体供給管３３に供給された液体Ｑが液体放出孔３３Ａから放出されると、放出された液体Ｑは、有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通って軟弱地盤１８Ａに注入され、液体注入層Ｌを形成する。
【０１００】
一方、空気供給管３２に供給された空気Ｐが空気孔３２Ａから放出されると、放出された空気Ｐは、有孔管２８の貫通孔２９及び砂利層２５を通って軟弱地盤１８Ａに注入され、空気注入層Ｓを形成する。なお、軟弱地盤１８Ａ中の空気Ｐは、上方に液体注入層Ｌがあるため、軟弱地盤１８Ａ中に保持される。そして、空気Ｐが注入された軟弱地盤１８Ａの空気注入層Ｓでは、地下水による間隙の飽和度が低下することになる。
【０１０１】
ここで、空気注入層Ｓの間隙に空気Ｐ（気泡）が存在し、飽和度が低下した状態において地震が発生すると、空気注入層Ｓでは、空気Ｐの気泡が収縮することで間隙水圧の上昇が抑えられる。これにより、砂粒子同士が接触したままの状態が保持され、水中を砂粒子が自由に移動することが抑制されるので、軟弱地盤１８Ａの液状化を防止できる。
【０１０２】
また、比抵抗測定装置８０では、電流供給源８９の電流Ｉと、電位計９３の電位Ｖと、第１電極８５と第３電極８６の間隔Ｄと、（１）式とにより、軟弱地盤１８Ａの比抵抗ρｔが測定される。さらに、比抵抗測定装置８０では、得られた比抵抗ρｔと（２）式とにより、軟弱地盤１８Ａの間隙率Ｎが求められる。
【０１０３】
ここで、供給装置３４の制御部５１では、求められた間隙率Ｎと、予め設定されている基準間隙率Ｎ１との差に応じて、軟弱地盤１８Ａ中の空気Ｐの注入量の過不足が判断される。そして、空気Ｐの注入量が不足と判断された場合は、引き続き空気Ｐの注入が行われる。また、空気Ｐの注入量が必要十分と判断された場合は、電磁弁５８（図２参照）が遮断され、空気Ｐの注入が停止される。これにより、軟弱地盤１８Ａ中の空気量を実測しなくても、軟弱地盤１８Ａ中の空気Ｐの過不足状態を検知して、必要量の空気Ｐを注入することができる。
【０１０４】
図１１には、空気Ｐの注入を停止したときの時間（時間ｔ３、ｔ５）、あるいは、注入再開したときの時間（時間ｔ４）における地盤１２の飽和度のグラフが示されている。飽和度Ｃ％は、構造物（建物１４）の使用に有害とならない飽和度の下限値であり、飽和度Ｄ％は、液状化防止に必要な飽和度の上限値である。なお、地盤１２への空気Ｐの注入を停止すると、地盤１２中の空気が減少する（上方へ抜ける、溶ける）ため飽和度が上昇する。また、空気Ｐの注入を再開すれば、再び飽和度が低下することになる。
【０１０５】
ここで、図９及び図１１に示すように、軟弱地盤１８Ａに空気Ｐを注入して、比抵抗測定装置８０で得られる飽和度の値がＣ％に達したら、空気注入・揚水を自動停止させる。一方、比抵抗測定装置８０で得られる飽和度の値がＤ％を上回ったら、空気注入・揚水を再開する。このように、比抵抗測定装置８０を利用することにより、軟弱地盤１８Ａの飽和度を所定の範囲に保つことができる。
【０１０６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。
【０１０７】
注入孔部２４及び揚水孔部２６の数は、５だけでなく、１つ又は２つ以上の複数から自由に選択することができる。また、空気供給管３２の空気孔３２Ａの数、及び液体供給管３３の液体放出孔３３Ａの数についても、１つ又は２つ以上の複数から自由に選択することができる。
【０１０８】
第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅにおいて、パッカー袋３８Ｃの膨張又は収縮は、空気だけでなく液体を用いて行ってもよい。また、第１パッカー３６Ａ〜第５パッカー３６Ｅの数は５個に限定されず、必要とされる液体注入層Ｌ及び空気注入層Ｓの数に合わせて複数（２以上）設定すればよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１０ 空気注入システム（空気注入システム）
１４ 建物（構造物）
１８Ａ 軟弱地盤（地盤）
２４ 注入孔部（第１孔部）
２６ 揚水孔部（第２孔部）
２８ 有孔管（有孔管）
３０ 揚水装置（液体排出手段）
３１ 有孔管（有孔管）
３２ 空気供給管（空気供給管）
３２Ａ 空気孔（空気孔）
３３ 液体供給管（液体供給管）
３３Ａ 液体放出孔（液体放出孔）
３６Ａ 第１パッカー（上部閉塞手段）
３６Ｂ 第２パッカー（中部閉塞手段）
３６Ｃ 第３パッカー（下部閉塞手段、上部閉塞手段）
３６Ｄ 第４パッカー（中部閉塞手段）
３６Ｅ 第５パッカー（下部閉塞手段）
４６ （空気供給経路）
５０ 空気供給部（空気供給手段）
５１ 制御部（切換手段）
５８ 電磁弁（切換手段）
６０ 液体供給部（液体供給手段）
７２ 測定用孔部（第３孔部）
８０ 比抵抗測定装置（電気特性測定手段）
Ｌ 液体注入層（液体注入層）
Ｐ 空気
Ｑ 液体
Ｓ 空気注入層（空気注入層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤上に構築された構造物の周辺に第１孔部を形成し、該構造物を挟んで前記第１孔部と反対側に第２孔部を形成する孔部形成工程と、
前記第１孔部及び前記第２孔部へ有孔管を挿入する有孔管挿入工程と、
前記第１孔部の前記有孔管へ、孔の形成位置が異なる空気供給管を挿入する空気供給管挿入工程と、
前記第１孔部の前記有孔管へ、孔の形成位置が前記空気供給管の孔の上方となる液体供給管を挿入する液体供給管挿入工程と、
前記液体供給管を通して、空気又は水と化学反応を起こさない液体を地盤に注入して液体注入層を形成する液体注入層形成工程と、
前記液体注入層形成工程と同時又は前記液体注入層形成工程後に、前記空気供給管を通して、前記液体注入層よりも下側の地盤に空気を注入して空気注入層を形成する空気注入層形成工程と、
液体及び水を前記第２孔部の有孔管から排出し、前記液体注入層と前記空気注入層を拡幅する排出工程と、
を有する地盤への空気注入方法。
【請求項２】
前記第１孔部と前記第２孔部を構造物の周辺に沿って複数形成し、
前記液体注入層形成工程では上下方向に複数の液体注入層を形成し、前記空気注入層形成工程では上下方向に複数の空気注入層を形成する請求項１記載の地盤への空気注入方法。
【請求項３】
予め設定した期間経過後、前記液体注入層を形成する液体を前記第２孔部から排出する請求項１又は請求項２に記載の地盤への空気注入方法。
【請求項４】
地盤上に構築された構造物の周辺に形成された第１孔部へ挿入された有孔管内に吊下げられ、供給された空気が放出される空気孔が形成された空気供給管と、
前記有孔管内に吊下げられ、空気又は水と化学反応を起こさない液体が放出される液体放出孔が前記空気供給管の空気孔の上方となる位置に形成された液体供給管と、
前記空気供給管に空気を供給する空気供給手段と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体供給手段と、
前記液体放出孔よりも上方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ上部閉塞手段と、
前記液体放出孔よりも下方で且つ前記空気孔よりも上方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ中部閉塞手段と、
前記空気孔よりも下方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ下部閉塞手段と、
前記構造物を挟んで前記第１孔部と反対側の地盤に形成された第２孔部へ挿入された有孔管内に吊下げられ、地盤に注入された液体及び水を前記第２孔部の有孔管から排出する液体排出手段と、
を有する地盤への空気注入システム。
【請求項５】
前記空気供給管には、上下方向の異なる位置に複数の前記空気孔が形成され、
前記液体供給管には、上下方向の異なる位置に複数の前記液体放出孔が形成されている請求項４に記載の地盤への空気注入システム。
【請求項６】
前記空気供給手段から前記空気供給管までの空気供給経路の途中には、前記空気供給管への空気の供給又は供給停止を行う切換手段が設けられている請求項４又は請求項５に記載の空気注入システム。
【請求項７】
地盤の前記第１孔部及び前記第２孔部と異なる位置に掘削された第３孔部に配置され、地盤の導電率又は比抵抗を測定する電気特性測定手段が設けられ、
前記切換手段が、設定された導電率又は比抵抗に応じて、前記空気供給管への空気の供給又は供給停止を行う請求項６に記載の空気注入システム。
【請求項１】
地盤上に構築された構造物の周辺に第１孔部を形成し、該構造物を挟んで前記第１孔部と反対側に第２孔部を形成する孔部形成工程と、
前記第１孔部及び前記第２孔部へ有孔管を挿入する有孔管挿入工程と、
前記第１孔部の前記有孔管へ、孔の形成位置が異なる空気供給管を挿入する空気供給管挿入工程と、
前記第１孔部の前記有孔管へ、孔の形成位置が前記空気供給管の孔の上方となる液体供給管を挿入する液体供給管挿入工程と、
前記液体供給管を通して、空気又は水と化学反応を起こさない液体を地盤に注入して液体注入層を形成する液体注入層形成工程と、
前記液体注入層形成工程と同時又は前記液体注入層形成工程後に、前記空気供給管を通して、前記液体注入層よりも下側の地盤に空気を注入して空気注入層を形成する空気注入層形成工程と、
液体及び水を前記第２孔部の有孔管から排出し、前記液体注入層と前記空気注入層を拡幅する排出工程と、
を有する地盤への空気注入方法。
【請求項２】
前記第１孔部と前記第２孔部を構造物の周辺に沿って複数形成し、
前記液体注入層形成工程では上下方向に複数の液体注入層を形成し、前記空気注入層形成工程では上下方向に複数の空気注入層を形成する請求項１記載の地盤への空気注入方法。
【請求項３】
予め設定した期間経過後、前記液体注入層を形成する液体を前記第２孔部から排出する請求項１又は請求項２に記載の地盤への空気注入方法。
【請求項４】
地盤上に構築された構造物の周辺に形成された第１孔部へ挿入された有孔管内に吊下げられ、供給された空気が放出される空気孔が形成された空気供給管と、
前記有孔管内に吊下げられ、空気又は水と化学反応を起こさない液体が放出される液体放出孔が前記空気供給管の空気孔の上方となる位置に形成された液体供給管と、
前記空気供給管に空気を供給する空気供給手段と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体供給手段と、
前記液体放出孔よりも上方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ上部閉塞手段と、
前記液体放出孔よりも下方で且つ前記空気孔よりも上方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ中部閉塞手段と、
前記空気孔よりも下方に吊下げられ、拡径して前記有孔管を塞ぐ下部閉塞手段と、
前記構造物を挟んで前記第１孔部と反対側の地盤に形成された第２孔部へ挿入された有孔管内に吊下げられ、地盤に注入された液体及び水を前記第２孔部の有孔管から排出する液体排出手段と、
を有する地盤への空気注入システム。
【請求項５】
前記空気供給管には、上下方向の異なる位置に複数の前記空気孔が形成され、
前記液体供給管には、上下方向の異なる位置に複数の前記液体放出孔が形成されている請求項４に記載の地盤への空気注入システム。
【請求項６】
前記空気供給手段から前記空気供給管までの空気供給経路の途中には、前記空気供給管への空気の供給又は供給停止を行う切換手段が設けられている請求項４又は請求項５に記載の空気注入システム。
【請求項７】
地盤の前記第１孔部及び前記第２孔部と異なる位置に掘削された第３孔部に配置され、地盤の導電率又は比抵抗を測定する電気特性測定手段が設けられ、
前記切換手段が、設定された導電率又は比抵抗に応じて、前記空気供給管への空気の供給又は供給停止を行う請求項６に記載の空気注入システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２４８６９８（Ｐ２０１０−２４８６９８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９６２３４（Ｐ２００９−９６２３４）
【出願日】平成２１年４月１０日（２００９．４．１０）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１０日（２００９．４．１０）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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