专利名称：：防止由液状化现象引起的损害和使受损地基复原的方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于防止和减轻由地震时易在由松软的砂土或砂质土构成的自然堆积地基、填土地基和填筑地基等发生的液状化现象引起的地基损害以及对受损地基进行复原和加固的施工方法。在大都市集中在由松软地基构成的沿海平原的日本，在沿海地段和斜坡地段等进行产业基础建设和开发时，如何对松软地基进行处理和防止由地震等引起的灾害是个极为重要的问题。本文中，将美国专利第4,309,129号和第4,540,316引为参考。在现有技术中，作为预防上述液状化的对策，有下述几种方法(a)挖去易液状化的土，用透水性好的砂砾质材料替换。(b)用振捣压路机、振动浮选、挤密砂桩等压实，增加松软的砂和砂质土的密度和强度。(c)用基桩将易液状化的地层和同地层的、预测会发生液状化的部分贯穿，将桩打入下面的稳定的地层。(d)若施工条件和周围条件许可，在地基上填土或降低地基的地下水位，增加地中的有效应力。(e)在填筑地基时，目前较多的是使用泥砂泵将细粒质的土用作填筑材料，但作为预防液状化的对策，用难以液状化的粗粒土代替上述填筑材料。(f)在预测会发生液状化的地基中设置使用了粗粒材料的排水砂桩和砂砾排水沟，防止地震时孔隙水压过大。就为得到权利要求1中的第1次效果而使用的注水材料而言，现有技术中没有与本发明同样的技术，但作为一般水泥浆的标准配料，使用下列标准砂浆配比表所示的材料。表1标准砂浆配比表(每1000升砂浆的重量比)</tables>注水泥的真比重为3.15，标准砂的真比重为2.65就由水泥(C)和水(W)组成的、以C∶W的重量比为1∶0.47进行配比的注水材料而言，现有技术中没有与本发明同样的技术，但作为一般水泥浆的标准配料，使用下列标准水泥浆配比表所示的材料。表2标准水泥浆配比表(每200升水泥浆的重量比注水泥的真比重为3.15(1)在未充分实施现有的上述方法(a)至(e)的松软填土地基、填筑地基上进行建筑时，由于钢筋混凝土建筑、高层建筑的基础多采用基桩，因此，当地震而发生液状化时，建筑物主体较少出现损坏，但若基桩之间的地基或建筑物周围的地基出现液状化，则会出现水管、煤气管、下水道破裂或断裂等，导致被称为生命线的生活功能丧失等严重事态。(2)就易遭地震损害的河川构筑物(当然，受损程度视地震的规模而异)而言，若为防止河堤根基出现液状化而用砾质材料进行替换或埋设排水材料，则由于在堤体下面形成了透水性的地基，在出现洪水或异常大水时，有可能成为决堤的原因。此外，就闸门、泄水管等河川构筑物而言，同样地会出现沉陷、横向流动、桩基构筑物与堤防的填土之间龟裂等情况。(3)除上述(1)、(2)的情况以外，当为由易液状化的松软砂土或砂质土形成厚层的自然堆积地基或广域的人造地基时，必须采用可获得必要的最低限度的效果且经济的施工方法。本发明的目的在于解决上述(1)、(2)、(3)的问题以及解决由于施工条件或环境条件等而无法采用(d)等现有方法的问题。本发明系在上述观点的基础上形成的。即，本发明提供这样一种施工方法在第阶段，使用带喷口的注入装置，将根据松软的砂～砂质地基的柔软程度确定的一定量的由水泥(C)、砂(S)、膨润土(B)、水(W)组成的、C∶S∶B∶W的重量比为1∶3.57～2.74∶0.014～0.0095∶1.19～1.03的注入材料，通过位于多个边长为0.5～3.0m的多角形的顶点的注入点，注入由松软的砂土或砂质土形成的地基中，作为第1次效果，由于注入材料的压实作用，相当于注入的注入材料量的孔隙水被排出，被注入地基的空隙比减小，地基的密度增大；在第2阶段，通过位于上述多角形中心的注入点，将装有压入或打入用的贯入顶锥装置的注入管压入和打入至一定深度，作为第2次效果，由于产生了桩的作用，相当于打入或压入的顶锥装置的截面积×深度的的圆筒形容积的砂土或砂质土被压缩，被注入地基的空隙比进一步地减小，地基的密度进一步地增大；在第3阶段，从第2阶段的压入和打入的贯入顶锥装置的深度，在0.1～1.0m的注入范围，多次以阶段性的间隔，在提升注入管的同时，注入根据松软的砂～砂质地基的柔软程度确定的一定量的由水泥(C)和水(W)组成的、C∶W的重量比为1∶0.59～0.46的注入材料，这样，作为第3次效果，由于注入材料的压实作用，相当于注入量的孔隙水被排出，被注入地基的空隙比更进一步地减小，地基密度更进一步地增大，同时，作为第4次效果，根据松软的砂～砂质地基的柔软程度，以一定的压力注入由水泥(C)和水(W)组成的、C∶W的重量比为1∶0.59～0.46的注入材料，这样，由于由注入材料的压力注入产生的浸透效果和固化效果，松软的砂土或砂质土的粒子间的空隙部分被充填，受到浸透的区域发生固化，而且，进行被注入地基的密度又进一步增大；通过上述第1次效果～第4次效果的4次效果的复合作用，使松软的砂或砂质地基在地震时由液状化现象而受到的损害得以防止或减轻，使受损地基得以复原或加固。下面说明本发明的作用。实施上述手段的结果，可使N值或Nd值小于4的由松软的砂土或砂质土构成的、易发生液状化的地基改良、强化成(1)N值或Nd值为5～10的第1种改良地基、(2)N值或Nd值为10～30的第2种改良地基、和(3)N值或Nd值大于30的第3种改良地基，并可根据预测到的灾害，从安全性、重要性、紧急性等角度按施工目的选择上述3种改良地基的任一种。N值是为衡量地基的软硬程度和构筑物的支承力等而使用的数值。该试验是动态测深试验的一种，试验方法为，让63.5kg的重锤从75cm的高度自由落下，使标准贯入试验机(又称雷蒙德试验机)贯入30cm所需的打击次数即为N值。Nd值也是为衡量地基的软硬程度和构筑物的支承力等而使用的数值。该试验与标准贯入试验同样，也是动态测深试验的一种，试验方法为，让63.5kg的重锤从75cm的高度自由落下，使外形与标准贯入试验中使用的雷蒙德试验机相同的圆锥体(顶角为60°)贯入30cm所需的打击次数即为Nd值。当为砂质地基时，N值与Nd值的关系为N值＝Nd值。日本是世界屈指可数的地震多发国家。由引起地震灾害的有两个原因构筑物的耐震性问题和构筑物的地基问题。本发明涉及构筑物的地基。已有许多饱和的松软砂或砂质地基由地震引起的液状化而受到损害的事例，液状化是指由土粒构成的土在地震时，由于地基中的孔隙水压的上升而成液体状，失去对外力的抵抗力的现象。普通材料也会出现在外力下，抵抗力下降的情况。由地震引起的液状化的特征在伴随地基的有效应力下降而出现地基受损这一点上是土的固有现象。当为松软的砂土或砂质土时，粒子间的结合力小，尤其是负膨胀显著的土，与粘性土或结实的高密度的土不同，在由液状化引起的有效应力为零的状态，其抵抗力完全丧失，根据地震的规模和地基的条件而受到各种形态和规模的损害。膨胀是指土在由于地震等外力引起的剪切力而受到破坏时，土粒的排列状态发生变化，导致体积变化的现象，当为松软的砂土或砂质土时，体积收缩，膨胀出现负值，当为结实的砂土或砂质土时，体积膨胀，为正值。基于上述观点，对易发生液状化的图1所示的松软砂土进行了多次现场试验，目的在于通过提高松软砂的密度和地基强度，防止或减轻地基液状化。试验结果见表3，表3中同时显示了易液状化的砂土或砂质土(原地基)和三种改良后的地基的相对密度、空隙率、N值、Nd值。表3</tables>图1至图4是表示原地基和三种改良地基的土粒和土粒的空隙部分的模式图，其中，1表示土粒，2表示土粒间的空隙部分，S1、S2和S3表示被压实后，相对于图1状态的压缩量。图5和图6是改良地基的调查结果。下面详细说明本发明的一实施例。在第1阶段，使用具有4至6个喷口的注入装置，从图12、13和14所示的1.0～2.5m的正方形配置的4个注入点，往预测地震时会发生液状化现象的、由松软的砂土或砂质土构成的地基中，注入一定量的由水泥(C)、砂(S)、膨润土(B)、水(W)组成的、C∶S∶B∶W的重量比为1∶3.57～2.74∶0.014～0.0095∶1.19～1.03的的注入材料，这样，作为第1次效果，由于注入材料的压实作用，相当于注入量的孔隙水被排出，地基的空隙比减小，被注入地基的密度和强度增大。在第2阶段，在位于上述4点中央的注入点，将装有压入或打入用的贯入顶锥装置的注入管设置至一定深度，作为第2次效果，由于产生了桩的作用，相当于(在打入或压入的顶锥装置的截面积×深度的范围内形成的)圆筒形容积部分的砂土或砂质土被压缩，地基的空隙比减小，地基的密度增大。在第3阶段，从在第2阶段压入或打入的贯入顶锥装置的深度，在0.1～1.0m的注入范围，在提升注入管的同时，以一定的注入压力，注入由水泥(C)和水(W)组成的、C∶W的重量比为1∶0.59～0.46的注入材料，这样，作为第3次效果，由于注入材料的压实作用，相当于注入量的孔隙水被排出，被注入地基的空隙比比第1阶段更加减小，地基的密度增大，同时，作为第4次效果，通过由于压力注入由水泥(C)和水(W)组成的、C∶W的重量比为1∶0.59～0.46的注入材料而产生的浸透作用和注入液的固化作用，松软的砂土或砂质土的粒子间的空隙部分被充填，受到浸透的直径2～5m的范围成固化状态，被注入地基的密度和强度进一步增大。通过上述第1次效果～第4次效果的4次效果的复合作用，可使松软的砂或砂质地基在地震时由液状化现象而受到的损害得以防止或减轻。此外，还可使受损地基复原或加固成可经受由液状化产生的损害的地基。图7是用于本发明的第2和第4次压实注入的顶锥的注入装置，1表示与注入管连接部分的螺旋，2表示具4至6个喷口的注入用喷嘴。图8是为得到桩的压缩效果而使用的顶锥的压入或贯入装置，1表示注入管，2表示压入或贯入装置，当到达一定的深度后，可与注入管分离。图9是注入管1从贯入装置2分离后的状态。图10是注入管1从贯入装置2分离后被提升的状态。图11是在提升注入管1的同时，进行地基注入的状态。将注入材料5从薄弱处注入圆筒形范围4，由此达到压实效果和注入材料在土粒间的浸透效果。根据施工地基的土质特性和将改良成第1种改良地基～第3种改良地基中的何种，采用分步加快的方式，使注入管1的提升以0.1～1.0m的间隔，用地基改良计划所确定的恒压进行。图12是用于第1种改良的标准注入点配置图，1表示第1次压实注入的注入点，2表示第2次压实注入和为得到浸透效果而进行的空隙注入的注入点，3表示第1次压实注入的注入点间隔(以2.0～2.5m为标准)。图13是用于第2种改良的标准注入点配置图，1表示第1次压实注入的注入点，2表示第2次压实注入和为得到浸透效果而进行的空隙注入的注入点，3表示第1次压实注入的注入点间隔(以1.5～2.0m为标准)。图14是用于第3种改良的标准注入点配置图，1表示第1次压实注入的注入点，2表示第2次压实注入和为得到浸透效果而进行的空隙注入的注入点，3表示第1次压实注入的注入点间隔(以1.0～1.5m为标准)。上述说明表明，根据本发明，可将由松软的砂土或砂质土构成的、地震时易液状化而受到损害的N值(Nd值)小于5的低强度砂土或砂质土地基，按改良目的而可选择地强化成N值(Nd值)5、N值(Nd值)310、N值(Nd值)330的改良地基。因此，在日本列岛进入地震活动期，预测会有各种由地震引起的损害的情况下，本发明会有助于日本的地基防灾和构筑物防灾。图1是表示土粒和土粒的空隙部分的模式图。图2是表示土粒和土粒的空隙部分的模式图。图3是表示土粒和土粒的空隙部分的模式图。图4是表示土粒和土粒的空隙部分的模式图。图5是显示改良地基的调查结果的图表。图7是用于第2和第4次压实注入的顶锥的注入装置的简图。图8是为得到桩的压缩效果而使用的顶锥的压入或贯入装置的简图。图9是显示将注入管从贯入装置分离的状态的简图。图10是将注入管从贯入装置分离后的提升状态的简图。图11是在提升注入管的同时，进行地基注入的状态的简图。图12是用于第1种改良的标准注入点配置图。图13是用于第2种改良的标准注入点配置图。图14是用于第3种改良的标准注入点配置图。权利要求1.防止和减轻松软的砂土或砂质土地基在地震时由液状化现象引起的损害，将受损地基复原和加固的方法，它包括在第1阶段，使用带喷口的注入装置，将根据松软的砂～砂质地基的柔软程度确定的一定量的由重量比为1/3.57～2.74/0.014～0.0095/1.19～1.03的水泥/砂/膨润土/水组成的注入材料，通过在多个边长为0.5～3.0m的多角形的顶点的注入点，注入由松软的砂土或砂质土形成的地基中，作为第1次效果，由于注入材料的压实作用，相当于注入的注入材料量的孔隙水被排出，被注入地基的空隙比减小，地基的密度增大；在第2阶段，通过位于上述多角形中心的注入点，将装有压入或打入用的贯入顶锥装置的注入管压入和打入至一定深度，作为第2次效果，由于产生桩的作用，相当于打入或压入的顶锥装置的截面积×深度的的圆筒形容积的砂土或砂质土被压缩，被注入地基的空隙比进一步地减小，地基的密度进一步地增大；在第3阶段，从第2阶段压入和打入的贯入顶锥装置的深度，在0.1～1.0m的注入范围，多次以阶段性的间隔，在提升注入管的同时，注入根据松软的砂～砂质地基的柔软程度确定的一定量的由重量比为1/0.59～0.46的水泥/水组成的注入材料，这样，作为第3次效果，由于注入材料的压实作用，相当于注入量的孔隙水被排出，被注入地基的空隙比更进一步地减小，地基密度更进一步地增大，同时，作为第4次效果，根据松软的砂～砂质地基的柔软程度，以一定的压力注入由重量比为1/0.59～0.46的水泥/水组成的注入材料，这样，由于由注入材料的压力注入产生的浸透效果和固化效果，松软的砂土或砂质土的粒子间的空隙部分被充填，受到浸透的区域发生固化，而且，被注入地基的密度又进一步增大；通过上述第1次效果～第4次效果的4次效果的复合作用，使松软的砂或砂质地基在地震时由液状化现象而受到的损害得以防止或减轻，使受损地基得以复原或加固。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第1阶段中使用的注入材料由水泥/砂/膨润土/水组成，其重量比为1/3.0/0.0125/1.05。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第3和第4阶段中使用的注入材料由水泥和水组成，其重量比为1∶0.47。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当为N值或Nd值在5～10的第1种改良地基时，最佳注入点的间隔为2.0m，当为N值或Nd值在10～30的第2种改良地基时，最佳注入点的间隔为1.5m，当为N值或Nd值在大于30的第3种改良地基时，最佳注入点的间隔为1.0m，各最佳注入点位于正方形的顶点。全文摘要一种防止和减轻松软的砂土或砂质土地基在地震时由液状化现象引起的损害，将受损地基复原和加固的方法，它包括在第1阶段，往地基中注入一定量的由水泥/砂/膨润土/水组成的注入材料，在第2阶段，将装有压入或打入用的贯入顶锥装置的注入管压入和打入至一定深度，产生作为桩的压缩效果，在第3和第4阶段，注入一定量的由水泥/水组成的注入材料。文档编号E02D3/00GK1153846SQ9612100公开日1997年7月9日申请日期1996年11月13日优先权日1996年11月13日发明者高桥雄一郎申请人:株式会社高雄企业