気泡安定液,環境負荷の低減,排泥土量の削減,施工速度の向上,砂礫土での安定性の向上,容易な施工管理,

気泡工法

気泡安定液の原理

気泡安定液とは


気泡安定液の原理と性能

溝壁の安定性

 気泡安定液は掘削土に微細な気泡と水を添加した均質な懸濁混合液であり、掘削時の溝壁面における難透水層の形成性(溝壁安定性、止水性)、流動性、懸濁保持性等に優れた安定液です。

 気泡安定液による溝壁安定化のメカニズムは、微小な独立気泡が溝壁周辺の原地盤の土粒子間隙部分に入り込むことにより、ベントナイト系安定液のマッドケーキと類似した難透水層が掘削溝中に形成され、泥圧が溝壁に伝わることにより溝壁の安定化が図られます。

また、不透水層の形成までの時間がベントナイト安定液よりも早く比較的粗い砂礫層にいても不透水層の形成が可能です。

     溝壁の安定機構


また、不透水層の形成までの時間がベントナイト安定液よりも早く比較的粗い砂礫層にいても不透水層の形成が可能です。

難透水層気泡画像の説明

流動性

 気泡安定液の流動性は、気泡のベアリング効果により高く保たれているものと考えられています。ベアリング効果とは、土粒子の間隙に気泡が満たされることによって、骨格構造を形成していた土粒子間が離され土粒子間に生じる摩擦を軽減させる効果です。

そのため、含水比が小さくても一定量の気泡を添加することにより土の流動性が確保でき、ベントナイト安定液により掘削した残土に比べて、掘削残土の性状が良好です。

気泡安定液の管理

気泡安定液の管理は、安定液の懸濁状態を保つため、掘削対象となる地山に応じた適切な気泡添加量と加水量の組み合わせにより比較的容易に管理され、ベントナイト系安定液で使用するCMC(増粘剤)、分散剤、変質防止剤などの添加剤等を必要としません。

また、排泥土中の気泡は、自然消泡または破泡剤を添加することで容易に消泡されます。そのため、壁造成時には固化液に破泡剤を添加することで気泡安定液中の気泡を消泡させるため、排泥土量は気泡体積分減少し、従来のベントナイト系安定液に比べて産廃処分量を大幅に減量化できます。

写真

気泡安定液の配合

気泡安定液は、希釈起泡剤を発泡させた気泡と水を注入し、掘削土と混合した安定液です。
気泡安定液の配合フロー及び安定液・固化液の標準配合を以下に示します。

標準配合

表-を持ってくる


気泡安定液の管理

 ベントナイト系安定液を用いた地中連続壁工事では、比重とファンネル粘性の測定結果をもとに、右図に示す性状管理図を用いて管理が行われています。この図の網目及び斜線の領域では、安定液が良好な性状を保持するが、領域外に安定液の性状が変化した場合には、ベントナイトの量を増やしたり、CMCなどの添加剤を加えたりして調整を行っています。

気泡安定液においても、ベントナイト安定液と同様の管理指標として、気泡安定液の単位体積重量γcとテーブルフロー値(TF値)を用いて性状管理を行います。

気泡安定液の性状管理図は、気泡添加率Qと含水比wをパラメータとした管理図で、掘削土砂の物性値(粒度分布、含水比、密度等)により作成されます。また、掘削土砂に対する気泡添加率、加水調整(含水比w)は、この性状管理図をもとに気泡安定液の比重、テーブルフロー値(TF値)、ブリージング率等により決定します。

掘削中の気泡安定液は、ベントナイト安定液の比重とファンネル粘性と同様に、単位体積重量、TF値を測定し、この管理図の領域内にあるか否かで掘削状態の良否の判断し、気泡および水の添加量を調整することで常時良好な状態に保ちます。


安定液の性能比較

気泡安定液とベントナイト系安定液の透水係数等を比較します。

気泡安定液とベントナイト系安定液による不透水層の形成状況と透水特性を比較した安定液透過試験結果を以下に示します。試験は、下図の安定液透過試験装置に各安定液と模擬地盤を配し、安定液上部から圧力(19.61kN/m2)を作用させ、シリンダーBから流出する透水量が一定になるまで透水量とその時間を計測しました。
 <試験結果>

  • 透水量は不透水層が形成されると、単位時間当たりの透水量が急激に減少。
  • 気泡安定液はベントナイト安定液よりも短時間(1/2~1/6)で不透水層を形成し、透水量も少ない(1/3~1/6)。
  • ベントナイト安定液で形成できない粗い粒径においても不透水層を形成され、粗粒分を多く含む地盤への適用が可能。

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