石油儲存槽地盤之液化處理對策案例

隨著日本在平成 7 年（1995）修正消防法施行後，在昭和 52 年（1977）

以前興建之室外危險物儲存槽，必須採取緊急安全對策，以解決地震時 可能發生液化之問題。當時，由日本消防廳所公佈的地盤液化對策工 法，計有下列 4 種，如圖 3-8 所示：

1.利用鋼板樁的剪力變形抑制工法 2.灌漿固化（固結）工法

3.孔隙水壓消散工法（礫石排水工法等）

4.地下水位降低工法

圖 3-8 地盤液化對策工法

在以上工法之中，考慮儲存槽基地之實際狀況，其周圍空間很狹小 狹隘，而且管線配置錯綜複雜。在此情形下，灌漿固化工法應是最具可 行性之地盤改良工法。但是受到藥液之耐久性與工法之經濟性之限制，

尚未有實際之液化地盤灌漿改良工程案例。可是，近年來，日本研發出 改善以上缺點的藥液及工法，在日本的危險物保安技術協會，對此工法 進行研究，並將相關之設計概念與研究成果進行匯集整理。

本文係就此項新的灌漿固化工法，將危險物保安技術協會之前的研 究所實施的實驗工程加以分析整理。本實驗工程乃是採用溶液型藥液灌 漿工法，對實際石油儲存槽正下方進行地盤改良。由現場施工及其後拆 除儲存槽的鑽探結果，確認了下列事項：對計畫改良範圍進行了充分改 良，確保了目標品質，具有高的施工性與安全性。

一、溶液型藥液灌漿工法之概要

本項灌漿工法使用一種凝結時間（gel time）較長，且滲透性高的 特殊矽土系水玻璃為灌漿材料的特殊栓塞工法。與傳統的工法比較，有 下列的特徵：

1.可由一個灌漿點形成大型改良體。因此，可以使灌漿孔間隔 加大，鑽孔數量減少，鑽孔費用比較低廉。

2.因為使藥液滲透灌入，故地盤隆起等之變形和對既有結構物 之影響，幾乎不會發生。

3.因為是 SiO2的固結膠凝體，又具有恆久性（永久性），改良 過的地盤，固化後立即中性化，故藥液之注入對週邊地盤和 地下水均無影響。

此次使用之溶液型藥液注入工法之施工順序，如圖 3-9 所示。

二、實驗工程 (一)概要

對於千葉縣市川市某預定封閉拆除之儲存槽基地（圖

3-10），在石油儲存槽（容量 1900K l ，直徑 14.5m，圖 3-11）下

圖 3-12，乃設置灌漿桿的鑽探施工（作業）狀況，因施工 機械重量輕又小型，以輕巧的臨時設施（單管足架），能在不受 現地配管之影響下，照常進行作業。

1.鑽孔並插入套管。

2.插入外灌漿管(含特殊透水灌與環塞)。

3.拔出套管。

4.外灌漿管內插入具有雙環塞之雙重管，形成特殊之環塞。

5.漿液之注入。

圖 3-9 注入固化工法施工順序【46】

圖 3-10 儲存槽基地圖【46】

圖 3-11 石油儲存槽全景【46】

圖 3-12 設置灌漿桿之鑽探施工作業狀況【46】

係由 N 值 3 左右的疏鬆沉泥質細砂所組成，以 5m 至 10m 止，係 N 值 15 以上的細砂，再以下至 17.5m 止，為 N 值 1~2 左右的黏土 質沉泥，調查範圍內最底層之土壤，係由 N 值 30 左右的細砂所 組成的沖積地盤。

圖 3-13 灌漿範圍與地質概況【46】

此次之實驗工程，係以液化層為對象，至於平面範圍，則以 能控制灌漿改良範圍、生成形狀、改良強度及施工上各項問題為 原則，以儲存槽規模之一半作為灌漿範圍。

本次實驗工程之目的，是為了實驗低壓灌漿工法，能否改良 既有建物液化地盤。所以故意選擇儲存槽周圍之配管、走廊、階 梯密集處，即在施工條件不良處進行施工。

(三)改良目標強度

改良目標強度係由利用經藥液改良的 8 號矽砂及新瀉砂 的單軸壓縮強度 qu與反覆強度有關之應力比

c d

σ τ

′ 之關係（圖 3-14），作為改良土不液化的單軸壓縮強度，而設定 qu=50~100kPa。

(四)改良直徑雖係由灌漿材料之凝結時間和能否均勻滲透來決定，

但在儲存槽工作場，施工作業時間有所限制，故此次實驗工程係 依臨界灌漿速度試驗結果（圖 3-15）與施工作業限制時間，設計 之改良直徑為 3m。

圖 3-14 單軸壓縮強度與液化強度應力比【46】 圖 3-15 臨界灌漿速度試驗結果【46】

(五)監測工程

為了確認灌漿對儲存槽底板和鄰接的儲存槽基礎是否有影 響，對環形板、儲存槽底板、基礎環圈混凝土之垂直變位（沉陷 與隆起）進行水準測量。此外，對周邊地盤，鄰接基礎和地中變 位，亦利用水準測量和插入式傾斜計量測變位。

依據水準量測結果顯示，儲存槽底板其中一處垂直變位分佈

化（異狀）。

(六)事後調查工作

1.土壤試驗結果（灌漿前）

利用事前鑽探所採取的試體，其中心部不能保持自立，

不能進行單軸壓縮試驗。但利用事後（灌漿後）的鑽探所採 取的試體進行單軸壓縮試驗，顯示改良土體具備設計改良強 度的標準，如圖 3-17 所示。又關於改良土之液化強度，亦 能確保應力比有 0.4。（圖 3-14）

2.改良範圍之確認

因本實驗工程完成後半年，要封鎖拆除儲存槽基地，故 可拆除儲存槽後，再以進行灌漿地盤之鑽探或試挖調查。

圖 3-18 及 3-19，係試挖後之改良地盤的狀況，與圖中 左側灌漿部分具有自立性者相比較，右側及正面未灌漿範圍 部分容易發生崩塌。

圖 3-16 儲存槽底板之監測結果【46】 圖 3-17 改良地盤之單軸 壓縮強度【46】

圖 3-18 改良地盤之試挖狀況 圖 3-19 改良地盤之試挖狀況

(改良體周圍)【46】 (底板下之改良體)【46】

三、檢討

由施工結果可知：

1.因為是滲透方式的灌漿，若保持灌漿壓力不超過臨界灌漿速 度，則對儲存槽本身和周邊結構物不會造成影響。

2.本實驗雖已選定了配管、走廊、階梯等最密集的位置，但因 鑽孔間隔能放大，故能依照計劃進行施工，障礙物等之存 在，沒有對施工造成問題。

3.經由鑽探，確認了儲存槽底板下，計畫改良範圍之改良土體 形狀與改良效果。

4.在灌漿固化後改良地盤強度之確認方面，因灌漿藥液之強度 並不大，進行標準貫入試驗，N 值幾乎沒有變化。因此，對 於改良效果之判定，標準貫入試驗並不是適切的方法。但另 一方面，進行單軸壓縮試驗能夠得到改良目標強度。

利用灌漿固化工法改良既有儲存槽地盤之液化對策，即使在狹 小、狹隘的工作環境，也能滿足施工之安全需求，並達到要求的改 良效果。

本文係就神奈川縣管理之地方港灣「湘南港」，對設置於高液 化危險性的基礎地盤上之臨港橋樑(直承基礎形式)，在不影響交通 之前提下，利用滲透固化處理工法進行液化地盤改良之案例予以報 告。

(一)工程地點之概要

湘南港乃作為東京奧運的帆船競技會場使用，於昭和 39 年（西 元 1964 年）建設完成的港灣，帆船停駐數量約有 1000 艘，對帆船 活動之推廣貢獻很大。依照神奈川縣的地區防災計畫，因湘南港被 指定為大規模地震發生時的緊急物資輸入港，故進行岸壁等港灣設 施的耐震研究。

其中，臨港橋樑－江之島大橋不僅是連結湘南港與 134 號國道 的緊急運輸路線，而且是往江之島的唯一汽車聯絡道路，對島民生 活和島內觀光具有重要貢獻，但耐震檢查之結果，被判斷為有施以 液化對策和橋樑補強的必要，而自平成 11 年（西元 1999 年）起進 行耐震改善工程。

圖 3-20 湘南港【47】

江之島大橋之概要如下：

線路名稱：湘南臨港道路

位 置：藤澤市江之島 1 丁目 橋 格：一等橋（TL-20）

橋 長：324.0m

跨 度：17.3m×18 跨度 寬 度：10.8m

上部結構形式：pc 後拉式簡支 T 桁橋 下部結構形式：（橋台）倒 T 式

（橋墩）T 型橋 （基礎）直承基礎 竣工年：昭和 38 年（1963 年）

(二)基礎地盤的概要

基礎地盤為泥岩層，以層狀圖（圖 3-21）表示。基礎地盤 深度在橋樑中央附近較深，最深部分為橋墩 p6 地點處之 30m，

最淺部分為江之島旁的橋墩 p14 地點處之 5m。

因影響動力分析的地震波之入射基盤（第三紀層）的起伏 大，其上面堆積的第四紀層地層，係由粗粒成分多的土層組成，

又砂礫層及砂質沉泥薄層互層情況非常複雜，故以整體地盤的連 續性將各層作大分類。

土層名稱係以日本統一土壤分類的細粒成分含有率 Fc

（﹪）、級配粒徑分佈、層序、N 值等作為參考，將提供動力分 析的層狀區分 1~9 的層序，此外土壤特性之調查結果係依據粒徑 組成之物理特性、N 值之力學特性及反覆三軸試驗等之動力特性 加以檢討。

(三)地盤液化之檢討

依據港灣設施之技術基準[平成 11 年（西元 1999 年）4 月：

日本港灣協會]進行液化檢討，利用粒徑分佈與 N 值做預測、判 定，以及利用反覆三軸試驗做預測、判定的順序，檢討液化對策 之改良範圍。

對各土層，利用粒徑分佈做液化之判定，將現地地盤模式 化，使用計算程式（SHAKE）依等值加速度、等值 N 值來判定，

同時利用反覆三軸試驗得到液化判定之結果，在 2 座橋台、17 座橋墩之中，除了 5 座橋墩外，幾乎全部的基礎地盤都有液化的 可能。

(四)液化對策工法之檢討

A1 橋台~p2 橋墩區間，第 1 層的細砂及下方第 3 層的砂質沉 泥，被判定為可能液化，其他區間，僅第 1 層的細砂有液化可能，

故對策工法之選定條件大為不同。

本文係就 P3 橋墩~A2 橋台區間之液化對策加以報告。

關於液化對策工法，係著重於下列四點進行檢討：

1.此橋樑為生活道路，必需一面供交通使用，一面進行橋樑正

下方基礎的液化對策處理。

2.對鄰接的人行道路不產生變位等之影響。

3.桁下空間狹窄（2m 左右），作業空間受到限制。

4.因下部結構在海中，必須顧慮施工方面和環境方面的影響。

再考量地盤改良工法的經濟性，並以灌漿泵將液狀（態）材 料注入地盤形式的幾種工法進行比較檢討。

比較檢討後，得到下列結果：

1.因改良地點在結構正下方，故採取傾斜鑽探（孔）的灌漿（可 以自結構物的側面進行正下方地盤的改良）。

2.無需做橋墩基腳部的拔心（抽心）。

2.無需做橋墩基腳部的拔心（抽心）。