專利名稱：：防止由液狀化現象引起的損害和使受損地基復原的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用于防止和減輕由地震時易在由松軟的砂土或砂質土構成的自然堆積地基、填土地基和填筑地基等發(fā)生的液狀化現象引起的地基損害以及對受損地基進行復原和加固的施工方法。在大都市集中在由松軟地基構成的沿海平原的日本，在沿海地段和斜坡地段等進行產業(yè)基礎建設和開發(fā)時，如何對松軟地基進行處理和防止由地震等引起的災害是個極為重要的問題。本文中，將美國專利第4,309,129號和第4,540,316引為參考。在現有技術中，作為預防上述液狀化的對策，有下述幾種方法(a)挖去易液狀化的土，用透水性好的砂礫質材料替換。(b)用振搗壓路機、振動浮選、擠密砂樁等壓實，增加松軟的砂和砂質土的密度和強度。(c)用基樁將易液狀化的地層和同地層的、預測會發(fā)生液狀化的部分貫穿，將樁打入下面的穩(wěn)定的地層。(d)若施工條件和周圍條件許可，在地基上填土或降低地基的地下水位，增加地中的有效應力。(e)在填筑地基時，目前較多的是使用泥砂泵將細粒質的土用作填筑材料，但作為預防液狀化的對策，用難以液狀化的粗粒土代替上述填筑材料。(f)在預測會發(fā)生液狀化的地基中設置使用了粗粒材料的排水砂樁和砂礫排水溝，防止地震時孔隙水壓過大。就為得到權利要求1中的第1次效果而使用的注水材料而言，現有技術中沒有與本發(fā)明同樣的技術，但作為一般水泥漿的標準配料，使用下列標準砂漿配比表所示的材料。表1標準砂漿配比表(每1000升砂漿的重量比)</tables>注水泥的真比重為3.15，標準砂的真比重為2.65就由水泥(C)和水(W)組成的、以C∶W的重量比為1∶0.47進行配比的注水材料而言，現有技術中沒有與本發(fā)明同樣的技術，但作為一般水泥漿的標準配料，使用下列標準水泥漿配比表所示的材料。表2標準水泥漿配比表(每200升水泥漿的重量比注水泥的真比重為3.15(1)在未充分實施現有的上述方法(a)至(e)的松軟填土地基、填筑地基上進行建筑時，由于鋼筋混凝土建筑、高層建筑的基礎多采用基樁，因此，當地震而發(fā)生液狀化時，建筑物主體較少出現損壞，但若基樁之間的地基或建筑物周圍的地基出現液狀化，則會出現水管、煤氣管、下水道破裂或斷裂等，導致被稱為生命線的生活功能喪失等嚴重事態(tài)。(2)就易遭地震損害的河川構筑物(當然，受損程度視地震的規(guī)模而異)而言，若為防止河堤根基出現液狀化而用礫質材料進行替換或埋設排水材料，則由于在堤體下面形成了透水性的地基，在出現洪水或異常大水時，有可能成為決堤的原因。此外，就閘門、泄水管等河川構筑物而言，同樣地會出現沉陷、橫向流動、樁基構筑物與堤防的填土之間龜裂等情況。(3)除上述(1)、(2)的情況以外，當為由易液狀化的松軟砂土或砂質土形成厚層的自然堆積地基或廣域的人造地基時，必須采用可獲得必要的最低限度的效果且經濟的施工方法。本發(fā)明的目的在于解決上述(1)、(2)、(3)的問題以及解決由于施工條件或環(huán)境條件等而無法采用(d)等現有方法的問題。本發(fā)明系在上述觀點的基礎上形成的。即，本發(fā)明提供這樣一種施工方法在第階段，使用帶噴口的注入裝置，將根據松軟的砂～砂質地基的柔軟程度確定的一定量的由水泥(C)、砂(S)、膨潤土(B)、水(W)組成的、C∶S∶B∶W的重量比為1∶3.57～2.74∶0.014～0.0095∶1.19～1.03的注入材料，通過位于多個邊長為0.5～3.0m的多角形的頂點的注入點，注入由松軟的砂土或砂質土形成的地基中，作為第1次效果，由于注入材料的壓實作用，相當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減小，地基的密度增大；在第2階段，通過位于上述多角形中心的注入點，將裝有壓入或打入用的貫入頂錐裝置的注入管壓入和打入至一定深度，作為第2次效果，由于產生了樁的作用，相當于打入或壓入的頂錐裝置的截面積×深度的的圓筒形容積的砂土或砂質土被壓縮，被注入地基的空隙比進一步地減小，地基的密度進一步地增大；在第3階段，從第2階段的壓入和打入的貫入頂錐裝置的深度，在0.1～1.0m的注入范圍，多次以階段性的間隔，在提升注入管的同時，注入根據松軟的砂～砂質地基的柔軟程度確定的一定量的由水泥(C)和水(W)組成的、C∶W的重量比為1∶0.59～0.46的注入材料，這樣，作為第3次效果，由于注入材料的壓實作用，相當于注入量的孔隙水被排出，被注入地基的空隙比更進一步地減小，地基密度更進一步地增大，同時，作為第4次效果，根據松軟的砂～砂質地基的柔軟程度，以一定的壓力注入由水泥(C)和水(W)組成的、C∶W的重量比為1∶0.59～0.46的注入材料，這樣，由于由注入材料的壓力注入產生的浸透效果和固化效果，松軟的砂土或砂質土的粒子間的空隙部分被充填，受到浸透的區(qū)域發(fā)生固化，而且，進行被注入地基的密度又進一步增大；通過上述第1次效果～第4次效果的4次效果的復合作用，使松軟的砂或砂質地基在地震時由液狀化現象而受到的損害得以防止或減輕，使受損地基得以復原或加固。下面說明本發(fā)明的作用。實施上述手段的結果，可使N值或Nd值小于4的由松軟的砂土或砂質土構成的、易發(fā)生液狀化的地基改良、強化成(1)N值或Nd值為5～10的第1種改良地基、(2)N值或Nd值為10～30的第2種改良地基、和(3)N值或Nd值大于30的第3種改良地基，并可根據預測到的災害，從安全性、重要性、緊急性等角度按施工目的選擇上述3種改良地基的任一種。N值是為衡量地基的軟硬程度和構筑物的支承力等而使用的數值。該試驗是動態(tài)測深試驗的一種，試驗方法為，讓63.5kg的重錘從75cm的高度自由落下，使標準貫入試驗機(又稱雷蒙德試驗機)貫入30cm所需的打擊次數即為N值。Nd值也是為衡量地基的軟硬程度和構筑物的支承力等而使用的數值。該試驗與標準貫入試驗同樣，也是動態(tài)測深試驗的一種，試驗方法為，讓63.5kg的重錘從75cm的高度自由落下，使外形與標準貫入試驗中使用的雷蒙德試驗機相同的圓錐體(頂角為60°)貫入30cm所需的打擊次數即為Nd值。當為砂質地基時，N值與Nd值的關系為N值＝Nd值。日本是世界屈指可數的地震多發(fā)國家。由引起地震災害的有兩個原因構筑物的耐震性問題和構筑物的地基問題。本發(fā)明涉及構筑物的地基。已有許多飽和的松軟砂或砂質地基由地震引起的液狀化而受到損害的事例，液狀化是指由土粒構成的土在地震時，由于地基中的孔隙水壓的上升而成液體狀，失去對外力的抵抗力的現象。普通材料也會出現在外力下，抵抗力下降的情況。由地震引起的液狀化的特征在伴隨地基的有效應力下降而出現地基受損這一點上是土的固有現象。當為松軟的砂土或砂質土時，粒子間的結合力小，尤其是負膨脹顯著的土，與粘性土或結實的高密度的土不同，在由液狀化引起的有效應力為零的狀態(tài)，其抵抗力完全喪失，根據地震的規(guī)模和地基的條件而受到各種形態(tài)和規(guī)模的損害。膨脹是指土在由于地震等外力引起的剪切力而受到破壞時，土粒的排列狀態(tài)發(fā)生變化，導致體積變化的現象，當為松軟的砂土或砂質土時，體積收縮，膨脹出現負值，當為結實的砂土或砂質土時，體積膨脹，為正值。基于上述觀點，對易發(fā)生液狀化的圖1所示的松軟砂土進行了多次現場試驗，目的在于通過提高松軟砂的密度和地基強度，防止或減輕地基液狀化。試驗結果見表3，表3中同時顯示了易液狀化的砂土或砂質土(原地基)和三種改良后的地基的相對密度、空隙率、N值、Nd值。表3</tables>圖1至圖4是表示原地基和三種改良地基的土粒和土粒的空隙部分的模式圖，其中，1表示土粒，2表示土粒間的空隙部分，S1、S2和S3表示被壓實后，相對于圖1狀態(tài)的壓縮量。圖5和圖6是改良地基的調查結果。下面詳細說明本發(fā)明的一實施例。在第1階段，使用具有4至6個噴口的注入裝置，從圖12、13和14所示的1.0～2.5m的正方形配置的4個注入點，往預測地震時會發(fā)生液狀化現象的、由松軟的砂土或砂質土構成的地基中，注入一定量的由水泥(C)、砂(S)、膨潤土(B)、水(W)組成的、C∶S∶B∶W的重量比為1∶3.57～2.74∶0.014～0.0095∶1.19～1.03的的注入材料，這樣，作為第1次效果，由于注入材料的壓實作用，相當于注入量的孔隙水被排出，地基的空隙比減小，被注入地基的密度和強度增大。在第2階段，在位于上述4點中央的注入點，將裝有壓入或打入用的貫入頂錐裝置的注入管設置至一定深度，作為第2次效果，由于產生了樁的作用，相當于(在打入或壓入的頂錐裝置的截面積×深度的范圍內形成的)圓筒形容積部分的砂土或砂質土被壓縮，地基的空隙比減小，地基的密度增大。在第3階段，從在第2階段壓入或打入的貫入頂錐裝置的深度，在0.1～1.0m的注入范圍，在提升注入管的同時，以一定的注入壓力，注入由水泥(C)和水(W)組成的、C∶W的重量比為1∶0.59～0.46的注入材料，這樣，作為第3次效果，由于注入材料的壓實作用，相當于注入量的孔隙水被排出，被注入地基的空隙比比第1階段更加減小，地基的密度增大，同時，作為第4次效果，通過由于壓力注入由水泥(C)和水(W)組成的、C∶W的重量比為1∶0.59～0.46的注入材料而產生的浸透作用和注入液的固化作用，松軟的砂土或砂質土的粒子間的空隙部分被充填，受到浸透的直徑2～5m的范圍成固化狀態(tài)，被注入地基的密度和強度進一步增大。通過上述第1次效果～第4次效果的4次效果的復合作用，可使松軟的砂或砂質地基在地震時由液狀化現象而受到的損害得以防止或減輕。此外，還可使受損地基復原或加固成可經受由液狀化產生的損害的地基。圖7是用于本發(fā)明的第2和第4次壓實注入的頂錐的注入裝置，1表示與注入管連接部分的螺旋，2表示具4至6個噴口的注入用噴嘴。圖8是為得到樁的壓縮效果而使用的頂錐的壓入或貫入裝置，1表示注入管，2表示壓入或貫入裝置，當到達一定的深度后，可與注入管分離。圖9是注入管1從貫入裝置2分離后的狀態(tài)。圖10是注入管1從貫入裝置2分離后被提升的狀態(tài)。圖11是在提升注入管1的同時，進行地基注入的狀態(tài)。將注入材料5從薄弱處注入圓筒形范圍4，由此達到壓實效果和注入材料在土粒間的浸透效果。根據施工地基的土質特性和將改良成第1種改良地基～第3種改良地基中的何種，采用分步加快的方式，使注入管1的提升以0.1～1.0m的間隔，用地基改良計劃所確定的恒壓進行。圖12是用于第1種改良的標準注入點配置圖，1表示第1次壓實注入的注入點，2表示第2次壓實注入和為得到浸透效果而進行的空隙注入的注入點，3表示第1次壓實注入的注入點間隔(以2.0～2.5m為標準)。圖13是用于第2種改良的標準注入點配置圖，1表示第1次壓實注入的注入點，2表示第2次壓實注入和為得到浸透效果而進行的空隙注入的注入點，3表示第1次壓實注入的注入點間隔(以1.5～2.0m為標準)。圖14是用于第3種改良的標準注入點配置圖，1表示第1次壓實注入的注入點，2表示第2次壓實注入和為得到浸透效果而進行的空隙注入的注入點，3表示第1次壓實注入的注入點間隔(以1.0～1.5m為標準)。上述說明表明，根據本發(fā)明，可將由松軟的砂土或砂質土構成的、地震時易液狀化而受到損害的N值(Nd值)小于5的低強度砂土或砂質土地基，按改良目的而可選擇地強化成N值(Nd值)5、N值(Nd值)310、N值(Nd值)330的改良地基。因此，在日本列島進入地震活動期，預測會有各種由地震引起的損害的情況下，本發(fā)明會有助于日本的地基防災和構筑物防災。圖1是表示土粒和土粒的空隙部分的模式圖。圖2是表示土粒和土粒的空隙部分的模式圖。圖3是表示土粒和土粒的空隙部分的模式圖。圖4是表示土粒和土粒的空隙部分的模式圖。圖5是顯示改良地基的調查結果的圖表。圖7是用于第2和第4次壓實注入的頂錐的注入裝置的簡圖。圖8是為得到樁的壓縮效果而使用的頂錐的壓入或貫入裝置的簡圖。圖9是顯示將注入管從貫入裝置分離的狀態(tài)的簡圖。圖10是將注入管從貫入裝置分離后的提升狀態(tài)的簡圖。圖11是在提升注入管的同時，進行地基注入的狀態(tài)的簡圖。圖12是用于第1種改良的標準注入點配置圖。圖13是用于第2種改良的標準注入點配置圖。圖14是用于第3種改良的標準注入點配置圖。權利要求1.防止和減輕松軟的砂土或砂質土地基在地震時由液狀化現象引起的損害，將受損地基復原和加固的方法，它包括在第1階段，使用帶噴口的注入裝置，將根據松軟的砂～砂質地基的柔軟程度確定的一定量的由重量比為1/3.57～2.74/0.014～0.0095/1.19～1.03的水泥/砂/膨潤土/水組成的注入材料，通過在多個邊長為0.5～3.0m的多角形的頂點的注入點，注入由松軟的砂土或砂質土形成的地基中，作為第1次效果，由于注入材料的壓實作用，相當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減小，地基的密度增大；在第2階段，通過位于上述多角形中心的注入點，將裝有壓入或打入用的貫入頂錐裝置的注入管壓入和打入至一定深度，作為第2次效果，由于產生樁的作用，相當于打入或壓入的頂錐裝置的截面積×深度的的圓筒形容積的砂土或砂質土被壓縮，被注入地基的空隙比進一步地減小，地基的密度進一步地增大；在第3階段，從第2階段壓入和打入的貫入頂錐裝置的深度，在0.1～1.0m的注入范圍，多次以階段性的間隔，在提升注入管的同時，注入根據松軟的砂～砂質地基的柔軟程度確定的一定量的由重量比為1/0.59～0.46的水泥/水組成的注入材料，這樣，作為第3次效果，由于注入材料的壓實作用，相當于注入量的孔隙水被排出，被注入地基的空隙比更進一步地減小，地基密度更進一步地增大，同時，作為第4次效果，根據松軟的砂～砂質地基的柔軟程度，以一定的壓力注入由重量比為1/0.59～0.46的水泥/水組成的注入材料，這樣，由于由注入材料的壓力注入產生的浸透效果和固化效果，松軟的砂土或砂質土的粒子間的空隙部分被充填，受到浸透的區(qū)域發(fā)生固化，而且，被注入地基的密度又進一步增大；通過上述第1次效果～第4次效果的4次效果的復合作用，使松軟的砂或砂質地基在地震時由液狀化現象而受到的損害得以防止或減輕，使受損地基得以復原或加固。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在第1階段中使用的注入材料由水泥/砂/膨潤土/水組成，其重量比為1/3.0/0.0125/1.05。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在第3和第4階段中使用的注入材料由水泥和水組成，其重量比為1∶0.47。4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，當為N值或Nd值在5～10的第1種改良地基時，最佳注入點的間隔為2.0m，當為N值或Nd值在10～30的第2種改良地基時，最佳注入點的間隔為1.5m，當為N值或Nd值在大于30的第3種改良地基時，最佳注入點的間隔為1.0m，各最佳注入點位于正方形的頂點。全文摘要一種防止和減輕松軟的砂土或砂質土地基在地震時由液狀化現象引起的損害，將受損地基復原和加固的方法，它包括在第1階段，往地基中注入一定量的由水泥/砂/膨潤土/水組成的注入材料，在第2階段，將裝有壓入或打入用的貫入頂錐裝置的注入管壓入和打入至一定深度，產生作為樁的壓縮效果，在第3和第4階段，注入一定量的由水泥/水組成的注入材料。文檔編號E02D3/00GK1153846SQ9612100公開日1997年7月9日申請日期1996年11月13日優(yōu)先權日1996年11月13日發(fā)明者高橋雄一郎申請人:株式會社高雄企業(yè)