ジオシンセティックスとは、ジオテクニカル・エンジニアリングに使用される合成製品であり、補強土や安定化に不可欠なものとなっている。これらの材料は土壌の機械的特性を向上させるため、土木工学の幅広い用途に適しています。
この記事では、QIVOCが土壌安定化におけるジオシンセティックスの種類、メカニズム、用途、利点について説明する。
何をするのか？ ジオシンセティックス
ジオシンセティックス（Geosynthetics）とは、プラスチック、繊維、ゴムなどの合成高分子から作られる様々な種類の製品であり、通常、土体の内部、土体の表面、または土体の層間に配置され、土体を強化または保護する役割を果たす。現在、ジオシンセティックスの応用は、水利工学や土木工学のほぼすべての分野に浸透しており、特に地盤工学では非常に広く使用されている。
ジオシンセティックス（地盤補強材）は、実際のプロジェクトのあらゆる局面で使用することができ、一般的には、ろ過機能、排水機能、隔離機能、補強機能、浸透抑制機能、保護機能、荷重軽減機能の7つの役割に分けることができる。
その中で、補強の役割は主に土壌に混ぜたり、適切な補強材を敷いたりすることである。 ジオグリッド補強土の形成は、土壌の強度、安定性、性能の変形を改善し、向上させる。代表的な補強土構造には、補強擁壁、補強土法面、補強土基礎、補強土盛土、補強土橋台などがある。
ジオシンセティックスの開発は、合成樹脂（プラスチック）、合成繊維、合成ゴムなどの合成材料の開発と密接に結びついている。人工高分子が開発される以前にも、天然樹脂やプラスチック製品はあったが、生産量が少なく高価であったため、適用範囲が狭かった。人工高分子の開発により、合成樹脂、合成繊維、合成ゴムなどのコストはますます低くなり、生産も簡単で、応用力も強いため、近いうちに工学分野で広く使われるようになるだろう。
ジオシンセティックスの種類
ジオシンセティックスにはさまざまな製品があり、それぞれが土壌の補強や安定化において特定の役割を果たしている：
ジオテキスタイル：
織物ジオテキスタイル
特徴
構造：合成繊維（ポリプロピレンやポリエステルなど）を製織して作られ、通常は規則的な格子構造を示す。
高強度：密に織られた構造のため、織物のジオテキスタイルは高い引張強度と引裂強度を持つ。
低伸度：織物のジオテキスタイルは低伸度で変形が少ないため、構造的安定性を維持しやすい。
耐久性：化学薬品、紫外線、微生物に対する耐性が高く、耐用年数が長い。
アプリケーション
補強：急斜面、堤防、道路基礎などの土構造物の補強用。
分離：粒径の異なる土壌や材料の混合を防ぐ。道路や鉄道の基礎層の分離によく使用される。
濾過：土壌から粒子を濾過し、水が流れるようにするために使用される。
不織布ジオテキスタイル
特徴
構造：熱接着、ニードリング、化学接着などの不織布加工によって合成繊維で作られ、通常はランダムな繊維構造を示す。
良好な透水性：不織布ジオテキスタイルは空隙率が高く、良好な透水性と効果的な排水性を有する。
優れた柔軟性：柔軟性が高く、不規則な集落や地形の変化にも対応できる。
低コスト：製造工程が比較的単純で、低コストであり、大面積での使用に適している。
アプリケーション
濾過：濾過と排水のため、例えば埋立地、トンネル、坑道など。 地下排水システム.
保護：土壌浸食を防ぐためのもので、河岸の保護、海岸の保護などがある。 貯水池斜面保護.
分離：道路や鉄道の基礎工事などで、異なる種類の土や材料を分離し、混合を防ぐために使用される。
排水：排水効率向上のため、排水層の一部として排水システムに使用される。
ジオグリッド
ジオグリッドは通常、特殊な織り、溶接、またはメッシュ構造の成形プロセスを通じてポリマー（ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレンなど）で作られています。その高強度、低伸度、良好な耐久性のため、広く公式のアプリケーションの土壌基盤補強や擁壁工学で。
通常の長方形や正方形の穴には一軸グレーチング、正方形には二軸グレーチングなど、主なメッシュ構造の土壌補強と安定化にジオグリッド。
土壌基礎の補強と補強擁壁における主な用途は以下の通りである。
土壌基礎の補強安定化：
基礎の支持力を向上させ、基礎の沈下を抑え、基礎の安定性を高める。軟弱地盤の基礎にジオグリッドを敷設することで、荷重を分散させ、基礎地盤の横ずれを防ぐことができる。例としては、道路、空港滑走路、鉄道路の基礎補強などがある。
補強された擁壁：
盛土の安定性を高め、盛土の滑りや変形を防ぎ、土圧を軽減します。盛土層にジオグリッドを敷設することで、ジオグリッドと盛土の摩擦により補強土構造が形成され、擁壁の滑り止め安定性が大幅に向上します。例えば、高速道路や鉄道の擁壁、高所斜面の補強など。
ジオネット
ジオネットは主に排水システムに使用され、土壌から水分を素早く除去し、土壌の過飽和を防ぐことで、土壌体の安定性と支持力を向上させる。また、機械的な補強を行い、土体のせん断強度と全体的な安定性を向上させる。例えば、路盤、トンネル、堤防、埋立地の排水、斜面の保護、擁壁の補強、軟弱地盤の基礎補強などである。
ジオメンブレン
ジオメンブレンは主に防水や保護などの分野で使用される。
防水：ジオメンブレンは、埋立地、貯水池、ダム、運河、トンネルの底部、内部、外部に敷設され、浸出水が周囲の土壌や地下水系に漏出するのを限定的に防ぐ。
保護：産業廃棄物処分場、鉱山鉱滓池の底、石油タンク、化学薬品貯蔵タンクなどの液体貯蔵施設の底に敷設された地質膜は、有害物質が地下水に浸透するのを効果的に防止し、汚染物質を隔離し、環境を保護することができる。
ジオシンセティック・クレイ・ライナー（GCL）：
ジオシンセティッククレイライナー（GCL）は、天然ベントナイトナトリウムとジオシンセティックスを組み合わせた複合材料で、環境保護プロジェクトで広く使用されている。優れた不透水性を持ち、地下水資源を効果的に保護し、汚染の拡散を防ぎ、貯蔵施設の安全を確保することができる。埋立地、鉱滓貯蔵、汚水処理施設などによく使用される。
ジオセル
ジオセルとは、通常、高密度ポリエチレン（HDPE）などの高分子材料で作られた立体的なハニカム（蜂の巣）状のジオシンセティック材料のこと。ジオセルは、膨張することでハニカム構造を形成し、各セルに土、砂、砂利、コンクリートなどを充填することができ、地盤安定、法面保護、基礎補強、擁壁補強、路盤補強などに用いられる。
ジオシンセティックスによる土壌安定化の原理
エンジニアリング用途におけるジオシンセティックスには、主にろ過、排水、隔離、補強、浸透制御、保護、負荷分散の7つの役割があり、このうち補強の役割がより広く使われている。
補強土技術とは、土中に補強材を敷設することで、地盤システム全体の性能を向上させる地盤安定化工法である。
砂質土は、自重や外部負荷の作用で深刻な変形や崩壊を起こしやすいが、ひずみ方向に沿った土が柔軟なジオシンセティック材料に埋設されている場合、土と補強材との間の摩擦により、補強土はある程度の凝集力を持つかのようになり、それによって土の力学的特性が向上する。
補強のメカニズムについては、摩擦補強原理（アンカー理論）、準粘着原理、均質材料等、弾塑性層流理論、弾性膜理論、受動抵抗理論、さらには横応力リングの考察、リングアンカーの役割のアンカーリング理論等、多くの理論がある。現在では、摩擦補強の原理と準粘性凝集の原理を用いて解釈するのが一般的である。
摩擦補強の原理：
補強土はアンカーシステムとみなされ、固定された土体とジオシンセティックスとが密接に噛み合い、滑落する土体が滑落する、または滑落する傾向がある場合、土体と補強材との間に摩擦が発生し、土体の横方向の変形を制限し、土体の側面の拘束力に相当し、土体の支持力を向上させ、補強の目的を達成する。補強材が十分な強度を持ち、土と十分な摩擦力を発生する限り、補強土体は安定した状態を保つことができる。
Rankinの理論によると、壁面は活動破断面BCに沿って、活動帯と安定帯に分けられ、滑動土柱ABCの自重によって発生する水平推力は、補強材の各層に引張力を形成し、補強材を土から引き抜こうとするものであるが、安定帯の土と補強帯の摩擦抵抗によって、補強材が引き抜かれるのを防ぐものである。各層の補強材と土の摩擦抵抗が対応する土のスラストに抵抗できれば、壁全体がBCすべり面となることはなく、補強土の内部安定が保証される。簡単に言えば、土と補強材の摩擦を利用して斜面と土の安定を保つものである。補強材の引張特性をうまく利用し、土体の自重もうまく利用して摩擦を大きくする。
準凝集の原則
準粘性凝集の原理は、複合材料理論としても知られています。つまり、異方性複合材料としての補強土は、土にジオシンセティクスを添加した後、内部摩擦角の補強複合土本体は変化せず、「準粘性凝集」または「粘性凝集のようなもの」として知られる新たな凝集力を生み出します。したがって、補強材と路床盛土との間の接合作用は、盛土のせん断力、土と補強材との間の摩擦力、および補強材の引張力によってもたらされ、補強土はより強く、より安定する。
上記の理論は，補強土と非補強土の三軸比較試験によって実験的に検証されている。クーロン理論とムーアの損傷基準解析によれば，図に示すように，補強前後の砂質土の限界平衡状態を比較すると，補強砂質土は非補強砂質土よりもC'に起因する強度の増加が追加されており，これは強度理論における「準粘性凝集力」である。準粘性凝集力の増加は、土と補強材の複合体の強度の増加であり、複合土体の安定に寄与する。
2つの原理を総合的に比較すると、2つの理論の摩擦補強の原理と準粘性凝集の原理は、土の試料の補強を通して横方向の拘束力を増加させ、それによって土のせん断強度と圧縮強度を向上させるものであることがわかる。
土壌安定化におけるジオシンセティックス
土の安定化技術は実際の工学で広く使われており、代表的な補強土構造には、補強土擁壁、補強土法面、補強土基礎、軟弱地盤補強、補強土盛土、橋台背後の補強土盛土、補強土橋台、軟弱地盤上の杭支持補強盛土、さらに補強土捨石杭、繊維状土法面、補強基層、補強路床などがある。その中で、現在最も一般的で、最も研究が進んでいるのは、補強土擁壁、補強土法面、補強土基礎である。
強化擁壁
補強土擁壁は、補強材料の工学的応用の最も初期で最も多くの形態の一つである。その優れた機械的・変形特性、便利で効率的な施工、外観により、道路工学、空港高斜面、盛土工学の分野で広く使用されている。
補強土留め壁は、壁基礎、壁面（プレート）、ジオシンセティック材料、壁背後の盛土から構成される支持構造物の一種である。その配置形態を図に示す。
その構造はシンプルで、建設が容易で、パネルは現場で流し込むことも、鋼板やプレハブ鉄筋コンクリート板から組み立てることもできる。
材料組成の強力な引張特性を持つ補強材は、パネルが充填材の元の機械的特性を変更するには、摩擦の間に生成された充填材と補強材を介して、充填材の圧縮によって補強、補強範囲と接続されているので、充填耐力が大幅に改善されています。
補強土擁壁の安定計算は極限平衡法を採用している。外的安定計算は重力式擁壁と一致し、壁背面の土圧はランキン土圧の理論に従って計算する。内部安定計算には補強材の強度と引き抜き安定抵抗力の計算が含まれる。補強材の配置は材料引張強度の要求を満たし、長さは構造的要求を考慮して引抜抵抗力の計算を満たす必要がある。
補強された土の斜面
補強土法面の補強には2つの方法があり、1つは自然法面の補強で、もう1つは盛土によって形成された人工法面の安定化と補強である。前者では、補強のためにジオシンセティックスを斜面に固定するためにアンカー釘が一般的に使用され、補強材には高い強度と弾性率が要求される。後者の場合、一般にジオテキスタイルやジオグリッドを用いて、層状補強と層状締固めの効果を得るために、盛土の上昇に伴ってジオシンセティックスも層状に土中に充填することができる。補強土の急傾斜地の形態を上図に示す。
補強土斜面の設計法は極限平衡法であり、内部安定と外部安定を計算して補強材の大きさや配置、斜面構造を決定する。
補強された土の基礎
補強土基礎の実施方法は、基礎の下の一定範囲内の弱い土層を掘削し、ジオシンセティックスと砂礫を敷設層として層ごとに敷設し、基礎の保持層として機能させる。補強基礎は、基礎支持力の向上、基礎沈下の低減、不同沈下の抑制などの利点がある。補強基礎の補強材は一般的にジオテキスタイル、ジオグリッド、ジオセル、ジオベルトである。
ジオシンセティック補強土の利点
補強土技術は基本的に、従来の重力式支持構造に比べて土体を強化する技術であり、次のような特徴がある：
1）シンプルな技術、便利な建設：専門的な建設設備は必要なく、補強体を層ごとに埋め戻して柔軟な構造を形成するため、補強された急斜面自体の基礎変形による負荷はほとんど影響しない。
2) 地元の材料、土地の節約：充填材は一般的な砂質土で、幅広い供給源から調達できる。補強材も近くで調達でき、輸送コストを削減できる。
3）短い構造期間、安価、明らかな利点: 従来の重力の擁壁と比較されて、費用の減少は一般に 10%~50% です。
4）良好な一体性：補強材の接続性能により、土体間の力の分担を良好に保つことができ、変形に対する適応性がより良い。
5）斬新な構造と美しい造形：建設後、斜面緑化を通じて自然と一体化できる。
要約する。
地盤補強におけるジオシンセティックスの種類、メカニズム、用途、利点について説明することでジオシンセティックスの使用は、土壌を補強し、地盤の安定性を向上させる上で重要な役割を果たし、土木工学に大きな利益をもたらすことをよりよく理解していただけると思います。
キボック QIVOCはジオシンセティックスの生産と開発において長年の経験を有しています。QIVOCは地盤補強や壁用途のジオシンセティックスの生産と開発において長年の経験を持っています。補強土や擁壁の建設にジオシンセティックが必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。専門的な技術サポートと高品質のジオシンセティクスをご提供いたします。
よくあるご質問
ジオシンセティックスの正しい選び方とは？具体的な選択基準は？
適切なジオシンセティックスの選択には、プロジェクトの具体的なニーズ、環境条件、材料の性能、施工のしやすさ、経済性などを総合的に考慮する必要がある。
1.プロジェクトが達成しようとしていること：不透水性、補強、排水、保護。
2.環境条件：土壌の種類、気候の変化、地下水と降雨量の変化。
3.材料特性：強力な機械的特性、透水性、耐久性。
4.施工の利便性：設置、保管、輸送が容易。
5.経済性：ジオシンセティックスの価格、後のメンテナンス費用。
具体的な選定基準は、ジオシンセティックスの特性に基づくべきである。例えば、排水とろ過に使用するジオテキスタイルは不織布ジオテキスタイルを選ぶべきである。また、浸透防止の要求に応じて、0.5mm～3.0mmの厚さのジオメンブレンを選択する。
そして、ISO、ASTM、その他のジオシンセティックス試験と性能要件に関する国際規格を参照し、プロジェクトの要件を満たす材料を選択する。
ジオシンセティックスは極端な気象条件下でどのような性能を発揮するのか？
ジオシンセティックスは、以下の3つの環境を含む極端な気候条件下で優れた性能を発揮する。
高温環境
高温環境下では、ジオシンセティックスの性能は基本的に変化せず、熱伝導率、強度安定性、その他の性能指標はほとんど変化しない。
湿度の高い環境
ジオシンセティックスの保護特性と耐水性は、湿度の高い環境でも基本的に変わらない。
寒い環境
寒冷環境では、ジオシンセティックスの耐寒性、可塑性、凍結融解抵抗性は変わらない。
これらの材料の耐用年数は？どのようなメンテナンスや交換が必要ですか？
ジオシンセティックスによって耐用年数は異なる。例えば、ジオテキスタイルの耐用年数は20年から50年。ジオメンブレンの耐用年数は30～70年である。
工事完了後、ジオシンセティックスは定期的に点検、清掃、補修、補強などのメンテナンスを行う必要がある。損傷や老朽化したジオシンセティックスについては、適宜交換や補修を行う必要がある。
建設中にジオシンセティックスと土壌の良好な接触と摩擦を確保するには？
施工中、ジオシンセティックスと土壌の間の良好な接触と摩擦を、主に以下の点から確保する。
1.施工区域を清掃し、平らにし、特に緩い土や柔らかい土の場合は適切に締め固める。
2.ジオシンセティックスは、しわやはみ出しがないように分割して敷設される。ラップ幅は十分に大きくし、釘や土嚢などの重量物で固定し、材料が動かないようにする。
3.土を層ごとに埋め戻し、締め固め作業を行う。
4.施工中にリアルタイムでジオシンセティックスの敷設と固定を監視する専門人員を配置し、問題をいち早く発見して修正する。また、いつでもサンプリングテストを実施する。
ジオシンセティックス使用の全体的なコストは？従来の工法と比較した場合の節約額は？
ジオメンブレンを例にとると、ジオシンセティックスを使用する全体的なコストははるかに低い。ジオメンブレンは圧延材料であるため、輸送が容易で、施工が簡単で、工期が短く、コストが低いという利点がある。したがって、伝統的な鉄筋コンクリートの遮水構造体と比べて、30%から50%のコストを節約することができます。
ジオシンセティックスが環境に与える影響とは？
ジオシンセティックスの使用は環境に良い影響を与える。例えば 埋立地などの環境プロジェクトにおいてジオシンセティックスは、腐食や浸透を防ぎ、周辺環境の安全と健康を守る役割を果たすことができる。
QIVOCはどのような技術サポートやトレーニングを提供していますか？
QIVOCは、ジオシンセティックス施工指導、仕様試験、ニーズへの解決策、製品推奨などの技術サポートを提供している。トレーニングはジオシンセティックスの分割とオーバーラッピングに重点を置いています。
詳細はこちら お問い合わせ info@qivoc.com
ジオシンセティックスは、他の建設資材（コンクリート、鋼鉄など）と互換性があるか？
ジオシンセティックス（地盤補強材）は、他の建設資材（コンクリート、鋼鉄など）と互換性がある。例えば、セメントはジオセルの充填材として使用できる。
