JPH0432894B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、土木構造物と地盤との間に生じてい
る空隙を充填する方法に関し、更に詳しくは、経
時的に変化する可能性のある空隙に吸水膨張性高
分子材料を充填して長期間にわたつて前記空隙の
変形に追従して閉塞させることができる土中空隙
の充填方法に関するものである。

［従来の技術］ 土木構造物が地下水低下地帯や軟弱地盤地帯等
のような地盤沈下を起こす可能性がある地帯に築
造される場合がしばしばある。そのような場合、
土木構造物が地盤とともに沈下することのないよ
うに、あるいは不等沈下等が起こつて傾斜しない
ように地中深い不動点に達する杭を打ち込み、そ
れに構造物の荷重がかかるように設計築造する。
このような築造方法を採る場合、その後の地盤沈
下の進展により結果的に構造物が浮き上がつた形
となつて該構造物と地盤との間に程度の差はあれ
大小様々な空隙が生ずる。

地下水が存在する場合、特に降雨等で大きい動
水勾配がかかるような個所、あるいは地下水が常
時存在する場合には、この空隙への水の流動が生
じ土砂が洗掘されて災害に発展する可能性があ
る。上記のような空隙は、時間の経過とともに拡
大し、地下水汲み上げの制限や盛土荷重が地盤応
力と平衡に達し沈下が低下するまで続く。

これに対して従来の空隙を充填する技術は、土
砂やコンクリートの流し込み固化法、あるいは構
造物間の空隙については築造時に空隙発生が予測
される部分に対して予めゴム等の弾性物質を取り
付ける方法が採られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし前者のコンクリートや土砂の流し込み法
の場合には、充填時点における空隙を充填するこ
とは可能であるが、その時点で閉塞固化するだけ
であるから将来的に続行する空隙拡大に追従する
ことは本来不可能である。また構造物間について
用いるゴム性の充填材は、ある程度変状に追従し
うるが、その変形可能な範囲は狭く、その限界を
超えた場合にはもはや充填効果は零となる。

従つて従来技術では充填した時点では有効であ
るものの、その後に拡大発生する空隙に対しては
何ら効果はなく、発生が認められた時点で再充填
を行わなければならない。空隙拡大の速度は様々
であるが、速度が大きい地点ではその間に上記の
理由で災害が発生しないという保証は全くない。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点
を解消し、空隙の発生が検出されたならば、空隙
形状の観察と周囲の土質調査に基づき、所定量の
充填材を投入するだけで投入直後から長期間にわ
たつて該空隙を緻密に充填することができ、しか
も構造物に害を与えることもなく、地下水流動に
よる土砂の洗掘等による災害発生を未然に防止で
きるような土中空隙の充填方法を提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 上記のような目的を達成することのできる本発
明は、水を吸収して膨張する高分子材料を充填材
として用い、それを所定の仕様に従つて土中空隙
に充填する方法である。ここで投入する吸水膨張
性高分子材料の種類と量は、構造物の強度よりも
小さな初期圧力を生じ、かつ構造物の耐用期間内
において予想される空隙最大拡大量を塞ぐにたる
潜在的な膨張量を発揮しうる量である。周囲に地
下水が存在する場合には空隙に単に所定量の充填
材を投入すればよく、周囲に常時水が存在しない
場合には水とともにあるいは充填後水を注入して
膨張させればよい。また空隙を充填するに際して
は、該空隙に土砂等のようなダミー充填材を同時
に投入することもできる。

ここで充填する吸水膨張性高分子材料として
は、既に公知の各種材料を利用することができる
が、土中において分解等を受けず安定であり、か
つ地下水等に混入した場合には毒性その他の点で
公害上の問題を引き起こさないような材料が選択
される。

［作用］ 本発明によつて土中空隙に充填された吸水膨張
性高分子材料は、周囲に存在する水分を吸収して
膨張し空隙を充填する。この際かなり大きな圧力
を発生するが、その初期圧力は空隙の大きさと投
入した材料の材質並びに量によつて決定される。
この初期圧力は、本発明では土木構造物の強度よ
りもはるかに小さくなるように設定されるから、
周囲の土層を締め固めて強度を増大させることは
あつても構造物自体に悪い影響を及ぼすことはな
い。

長い年月オーダーの時間経過によつて通常空隙
は拡大するが、中に入つている充填材は周囲の水
分を吸収してその空隙変形に追従して膨張するか
ら、隙間が発生することはなく常に空隙を閉塞さ
せることができる。

空隙の最大拡大量は、予め土質調査等によつて
求めることができるから、それに応じた量の充填
材を入れておくだけで、長時間にわたつて空隙の
充填が完全になされることになる。吸水膨張した
材料は、大きく歪むことができる弾性体であり、
吸水によつて発生する自己の圧力により押しつぶ
され蜜に充填するため材料自体の透水性は無視で
きる程度となる。また浸透した水は材料に吸収さ
れてしまうため、透水してしまうことはない。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明について更に詳しく
説明する。本発明は、前述の如く、構造物と地盤
との間に生じている空隙に、該構造物の強度より
も小さな初期圧力を生じ、かつ耐用期間中に予想
される空隙最大拡大量を塞ぐにたる潜在膨張量を
有する吸水膨張性高分子材料を投入し、吸水膨張
させて前記の空隙を閉塞させるように構成した土
中空隙の充填方法である。ここで用いる吸水膨張
性高分子材料としては、吸水膨張性高分子化合物
そのもの、あるいはそれを軟質樹脂やゴム等に配
合した複合体、またはそれらの混合物等である。
またこれらの吸水膨張性高分子材料と一緒に土砂
やコンクリート等、従来空隙の充填に使用してい
た材料を混合して使用することもできる。

吸水膨張性高分子化合物とは、水を吸収して自
重の数倍から千倍程度まで膨潤するが水に溶解す
ることがない物質をいう。例えば具体例として
は、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体ケ
ン化物、酢酸ビニル−α，β不飽和ジカルボン酸
エステル共重合体ケン化物、イソブチレン−無水
マレイン酸共重合体の変性物の架橋体、架橋構造
を有するポリアクリル酸（塩）重合体、デンプン
−アクリロニトリルグラフト共重合体ケン化物ま
たはデンプン−アクリル酸（塩）共重合体等が挙
げられるが、これらに限定されるものではない。
前記吸水膨張性高分子化合物は単独で用いてもよ
く、二種以上混合してもよい。なかでも酢酸ビニ
ル−アクリル酸エステル共重合体ケン化物は吸収
倍率が高くかつ吸水時の強度にもすぐれ、更に耐
候性が良く毒性も全く問題がないので最も好まし
いものの一つである。また吸水膨張性高分子化合
物を配合した軟質樹脂またはゴムの複合体は、自
重の２倍から300倍の水を吸収しうるように調整
したものが望ましい。軟質樹脂としては例えば、
エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−αオ
レフイン共重合体、エチレン−アクリル酸エステ
ル共重合体、エチレン−アクリル酸塩共重合体、
塩化ビニル重合体、塩化ビニル共重合体、ウレタ
ン樹脂等がある。またゴムとしてはブタジエンゴ
ム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴ
ム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エピクロ
ロヒドリンゴム、天然ゴム、EPDM等が挙げら
れる。

さて上記のような材料を粒状に成形して使つた
場合の充填仕様は以下のようにして求めることが
できる。例えば吸水膨張性高分子材料として酢酸
ビニル−アクリル酸エステル共重合体をスチレン
−ブタジエンゴムと混合し自重の50倍の水を吸収
するように調整した材料について空隙倍率に対す
る発生圧力をプロツトした線図を第１図に示す。
ここで空隙倍率Ｓとは、材料の体積に対する空隙
量の割合である。吸水膨張によつて発生する圧力
Ｐと空隙倍率Ｓとの間にはある関数関係が成立す
る。

Ｓ＝ｆ(P) 従つて土木構造物の強度（勿論、安全係数等を
考慮した値）よりも小さい初期圧力を発生すると
いう条件から空隙倍率の最小値が求まり、それに
よつて空隙に充填することのできる吸水膨張性高
分子材料の最大量が決定される。次に周囲の土質
調査によつて土木構造物の耐用期間内に発生する
ことが予想される空隙最大拡大量を算出すること
ができ、それによつて空隙最大拡大量を充填する
にたる材料の最少量も求めることができる。従つ
て上記の二つの条件を満足するように材料とその
量を選定し、それを空隙に充填することによつて
空隙発生を検知した時点から土木構造物の耐用期
間限度に至るまで空隙変化に追従して該空隙を常
時閉塞させることが可能となるのである。

空隙の拡大量がさほど大きくならない場合には
経済的効果を考えて他の物質、例えば土砂等をダ
ミー充填材（増量材）として同時に充填すること
が望ましい。例えば第２図に模式的に示すよう
に、土木構造物１０と地盤１２との間に空隙１４
が形成されているとする。この空隙１４内に土砂
等のようなダミー充填材１６と吸水膨張性高分子
材料１８とが投入される。充填時における空隙の
大きさW₁は実際の調査によつて求める。それに
対してダミー充填材１６の量をＺ、吸水膨張性高
分子材料１８の量をＸとすると、それぞれの投入
量は、 S_MIN＜（W₁−Ｚ）／Ｘ ……(1) でなければならない。ここでS_MINは、土木構造物
の強度よりも小さい初期圧力を生じる空隙倍率の
最小値である。また土木構造物１０の耐用期間中
に拡大が予想される最大空隙量W₂は、地盤調査
や土質試験から求めることができる。吸水膨張性
高分子材料１８の最大膨潤倍率をＡとすると、空
隙が最も大きくなつた時にも該空隙が充填されて
いるためには、 W₂−Ｚ＜Ａ・Ｘ ……(2) でなければならない。ここで最大膨潤倍率Ａは材
料の特性によつて決まる値である。従つて上記
(1)、(2)の連立不等式からダミー充填材１６の量Ｚ
および吸水膨張性高分子材料１８の量Ｘの範囲を
求めることができる。ダミー充填材１６も加圧圧
密されるが、その特性を土質試験等から求め、最
大空隙拡大量の中に含めれば上記の式には何ら影
響はない。

本発明は、このような仕様に基づき吸水膨張性
高分子材料を充填する。吸水膨張したこの材料は
大きく歪むことができる弾性体であり、発生した
圧力により粒子同士の間隙が押しつぶされて密に
充填するため、透水性は無視できる程度となる。
一方その材料がもつ吸水力が未だ残つている状態
では浸透する水は材料に吸収されてしまうため透
水することはない。

発生する空隙量が極めて大きくなると予想され
る場合には第３図Ａ，Ｂに示すような多層状に充
填するのがよい。第３図Ａは空隙が発見された直
後において充填材を投入した場合の説明図であ
り、第３図Ｂはその空隙量が拡大したときの状態
を示す図である。このように土木構造物１０と地
盤１２との間に生じた空隙が年月と経過とともに
非常に大きくなることが予想される場合には、土
砂等のようなダミー充填材１６と吸水膨張性高分
子材料１８とを交互に多層に分けて入れる。吸水
膨張性高分子材料１８は空隙があるかぎり周囲の
水を吸収して膨張し続ける。このとき水の供給は
地盤１２あるいは構造物１０の近傍からであり、
吸水膨張性高分子材料は中心部よりも周辺部の方
が膨張しやすい。そして周囲が膨張する結果、内
部に水が行きにくくなる虞れがある。つまり材料
自体としては未だ膨張しうる能力を有しているに
もかかわらず、水が材料内部に浸透し難いために
膨張できない状態が生じうる。そのような問題は
本実施例のような多層充填構造とすることによつ
て解決できる。つまり間に存在している土砂等の
ダミー充填材１８が浸透する水の通路となるた
め、複数層に分かれた吸水膨張性高分子材料１８
は第３図Ｂに示すようにほぼ均一な状態で膨張
し、大きな空隙を完全に閉塞させることができる
のである。この場合、吸水膨張性高分子材料が膨
張したならば、発生圧力により間に位置している
土砂の層が圧密され、またその圧力によつて土砂
が押さえられるため、流出する心配は全くない。

［発明の効果］ 本発明は上記のように構成した土中空隙の充填
方法であるから、空隙の存在が検知されたなら
ば、その空隙容積の測定と周囲の土質試験等に基
づき決められた仕様の充填材を投入するだけで、
空隙を経時的な変形変動に追従して、常時閉塞し
止水することができ、各種の災害の発生を未然に
防止できるし、一旦充填したならば地盤変動が生
じても再充填の必要がないから、作業性が極めて
良好であるなどすぐれた効果を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重
合体とスチレン−ブタジエンゴムとの混合物から
なる吸水膨張性高分子材料の空隙倍率に対する発
生圧力の関係を示す線図、第２図は本発明方法に
より空隙を充填する際の模式図、第３図Ａ，Ｂは
それぞれ本発明方法の他の実施例を示す説明図で
ある。 １０……土木構造物、１２……地盤、１４……
空隙、１６……ダミー充填材、１８……吸水膨張
性高分子材料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 土木構造物と地盤との間に生じている空隙
   に、該土木構造物の強度よりも小さい初期圧力を
   生じ、かつ予想される空隙最大拡大量を塞ぐにた
   る潜在膨張量を有する吸水膨張性高分子材料を投
   入し、吸水膨張させて前記空隙を閉塞させること
   を特徴とする土中空隙の充填方法。