JPH033770B2

JPH033770B2 -

Info

Publication number: JPH033770B2
Application number: JP58067786A
Authority: JP
Inventors: Sakae Sano; Hisashi Kitajima; Hiroshi Iimori; Akira Nishio
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1991-01-21
Also published as: GB2141764B; US4514112A; FR2544762A1; FR2544762B1; GB2141764A; IT1175832B; NL8401300A; JPS59195920A; IT8420618A1; DE3414464A1; IT8420618A0

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、軟弱地盤の強化や透水性地層の止水
を目的とする地盤改良工法及び該工法を実施する
ための装置に関する。

従来、粘性土や砂質土及び砂礫土等から成る地
盤の湧水乃至漏水防止あるいは土壌の崩壊防止、
土壌の強化等の方法として薬液（グラウト）をボ
ーリングロツド、ストレーナパイプ、二重管式注
入パイプ等の注入管を用いて地盤内に注入し固化
させる方法が一般に実施されているが、これら公
知の地盤改良方法は以下に述べる理由により地盤
を安定に一様に改良するには必ずしも満足するも
のでなかつた。

即ち、従来の工法に於て薬液を注入する際に屡
屡地盤の破壊が見られ、一旦地盤が破壊されると
薬液は破壊面に沿つて流れるために浸透固結体は
不規則な断面形状を呈する。この地盤破壊は、こ
れまで地盤の剪断抵抗に対して薬液注入に起因す
る浸透圧力が過剰になるために生ずるものと考え
られて来た。従つて、従来は浸透圧力が剪断抵抗
を起えないような一定の圧力で薬液を注入してい
た。

本願発明者等は鋭意研究の結果、従来の理論は
不完全であつて、地盤の破壊現象は、薬液の注入
により地盤中に引張応力を生じ、それが地盤の引
張強度を越えることが主たる要因であることを発
見した。この引張応力は注入管の中心から放射方
向に遠去かるに従つて急速に減少し、逆に中心に
向うに従つて急速に増大する。従つてこの発見が
正しいとするならば注入の初期に於ては可及的に
低吐出量で注入し、過剰引張応力が生じ易い中心
に近い部分の浸透が完了した後、上記引張応力の
曲線と反対に連続的に又は段階的に吐出量を増大
せしめ得る筈である。この推論は多くの実験に於
て正しいことが立証された。

また一般に公知の工法においては、地盤内に挿
入した注入管より地盤安定化薬液を注入し固化さ
せる際薬液が注入管の周囲に沿つて上部方向乃至
下部方向へ噴出したり漏洩したりするために地盤
の中に薬液を注入して目的とする場所に固結物を
生成させることが極めて困難であり、従つて止水
並びに地盤の強化改良等を充分に達成することが
できない。

このような薬液の噴出、漏洩防止を解決する方
法として、注入予定個所に瞬結性薬液を注入して
強制的に注入管の周囲に沿つて噴出、漏洩、固化
させることにより薬液のゲル化物によるパツカー
を形成するケミカルパツカーがあるが、前記ゲル
化物の強度が弱いため注入圧に耐えられずゲル化
物が破壊して割れ目を生じパツカー効果がなくな
る。またゲル化物は削孔された地盤の孔壁及びグ
ラウト注入管への密着性がほとんどないため、パ
ツカー形成後の注入において薬液は再噴出または
再漏洩する等の欠点を有する。またロータリー削
孔機あるいはロータリーパーカツシヨン削孔機を
用いてケーシング掘削を行つた後、外管を設置
し、ケーシングパイプと外管の間隙にシール材を
充填し注入個所にダブルパツカーをセツトした
後、薬液を圧送し、シール材を破壊し、その割れ
目を通して薬液を注入する方法、さらに注入管の
周囲と掘削孔壁との間隙をシールする方法として
ゴムリングをスクリユー手段にて膨張せしめるメ
カニカルパツカーまたは圧縮空気を利用するエア
パツカー等を利用して薬液を注入する方法等があ
るが、これらはいずれもパツカーの据付けにケー
シング掘削を必要とするため注入作業が繁雑化す
る。掘削孔壁の保持が困難でメカニカルパツカー
あるいはエアパツカーの機能が低下する等充分な
パツカー効果が得られなかつた。

また単管（ロツド）注入管を用いたロツド注入
工法は、沖積層のような未固結性地盤ではパツカ
ー機能を有せず、注入管まわりの空隙や粗い層の
境界面から薬液が逸脱しやすい。注入範囲外への
逸脱防止のため、二重管を用いて薬液を瞬結注入
する方法もあるがゲル化時間が短いため被注入地
盤へは薬液は脈状割裂注入が主体となり、土粒子
間浸透が不完全となりやすく、注入圧力も高くな
るため地盤の変化をきたしやすい。

ストレーナパイプによる注入工法は注入後スト
レーナを被注入地盤に埋め殺しとなり且つストレ
ーナパイプの被注入地盤への設置が繁雑となる等
の理由により好ましくない。さらに二重管ロツド
を用いてまず瞬結パツカーを形成した後、浸透性
薬液で土粒子間浸透をはかる複合注入工法もある
が前記のパツカーはケミカルパツカーのため前述
のごとく、パツカーの強度が弱く掘削孔壁及び注
入管への密着性が低いため浸透性薬液の再噴出ま
たは再漏洩する等の根本的な欠点を有する。

本発明はかかる問題点を解消すべく開発された
ものであつて、複雑な構造及び性質を有する地盤
内に、安定にかつ一様に薬液注入を実施でき、し
たがつてその対象地盤の強度や止水性能を一様に
改良することのできる工法及び該工法を実施する
ための装置を提供せんとするものである。

本発明によれば、この目的は削孔ロツドを兼ね
る薬液注入管の内管の下端に流体圧により膨脹す
るパツカーと少なくとも２つ以上の薬液吐出部と
を有する先端装置を装着し、外管を地盤内で移動
させるときは該先端装置を外管内に引き込め、注
入予定個所に達した際、薬液送液に先立つて外管
より露出させてパツカーを作用させ、次いで凝固
時間が約30秒以上の薬液の内管に導入し、上記吐
出部から吐出させ、その際薬液の注入によつて被
注入地盤に生ぜしめられる引張応力を、該地盤の
引張強度よりも低く維持するよう、薬液吐出量を
低い値に設定することにより、注入圧力を制御し
つつ薬液を注入し、該地盤に於ける薬液注入予定
領域のうちの注入管に近い領域に一様に薬液が浸
透している初期注入領域を形成せしめ、更なる薬
液の注入によつて該地盤に生ずる引張応力を、該
初期注入領域の外側の地盤に於ける引張強度より
も低く維持するよう、薬液吐出量を連続的にまた
は段階的に変化させることにより、注入圧力を制
御しつつ薬液を更に注入し、該初期注入領域の外
側の地盤に於ける上記薬液注入予定領域全体に一
様に薬液が浸透している更なる注入領域を形成せ
しめることによつて達成される。

また本発明の更なる特徴は、前記先端装置を圧
力流体により突出させた後、パツカーへの加圧力
を注入圧力および孔壁の状態に応じて圧力を信号
に変換する圧力変換器で膨張圧を調節し、初期注
入において被注入地盤の引張強度以下の引張応力
となるように、送液量設定値と指示送液量との差
を信号に変換する送液量調節手段によつて送液量
を調整し、また初期注入終了後は連続的に又は段
階的に大きい吐出量で注入するよう送液量を調節
する手段により遂次送液量を調整し、且つ送液量
変換器の信号を自動調節吐出弁に伝送することに
より薬液の硬化時間を調整できるように構成した
点に存するものである。

このように被注入地盤内の土質の変化に応じて
薬液吐出量を逐次、すみやかに変動させることに
より、複雑な構造及び性質を有する地盤に対して
安定に、一様に該薬液を注入し硬化させることが
できるので、本発明は地盤の強化、改良効果の点
で極めて実用的価値の大きいものである。

本発明の薬液吐出量を変動させ注入効果を発揮
させる注入工法の機構は次の通りである。薬液注
入に際してグラウト注入管より吐出された薬液の
注入圧力の地盤中での変化を注入管吐出孔から軸
線上における減圧比（＝軸線上の圧力／吐出孔出
口圧力）でみると被注入地盤中では土質、相対密
度、（例えばＮ値）、間隙率、含水率、地下水の有
無等の状況によるが、一般には注入管を中心に同
心円でみると注入管の中心より20cm程度の半径の
同心円内では減圧比は大きくないが、それより外
周の距離が離れるにつれて減圧比は極端に大きく
なり吐出孔出口圧力の維持は困難になる。

このため薬液注入に際しては注入管の比較的近
傍では、減圧比が大きくないため、注入圧力が直
接被注入地盤に負荷されるため、被注入地盤を破
壊しないように薬液を均等に浸透させるには被注
入地盤の抵抗圧力以下に設定した注入圧力となる
ように薬液の吐出量を低吐出量に限定して注入
し、ついで注入管近傍外周部の被注入地盤では、
前記減圧比が大きくなるため、被注入地盤は薬液
の吐出孔出口圧力の影響をほとんど受けなくなる
ため薬液吐出量（圧力）を高吐出量に設定し注入
しても被注入地盤では注入圧力は、被注入地盤の
抵抗圧力より低目になり、被注入地盤を破壊する
ことなく、薬液は充分に均等浸透していく。

本発明の薬液吐出量を変動させ注入効果を発揮
させる注入方法は、薬液変動吐出量の方法のみで
も効果を発揮するが、本発明の先端装置のパツカ
ーにより、より顕著に被注入地盤への薬液の均等
浸透が可能になる。

本発明で使用される薬液の組合せとしてはセメ
ントスラリーと水ガラス、水ガラスと酸性物質及
びその添加剤としてはアルカリ土類金属の鉱酸
塩、三価の金属塩、水ガラスとアルカリの重炭酸
塩及びその添加剤としてはアルカリ土類金属の鉱
酸塩、三価の金属塩またはアルカリ性領域で分解
して酸性物質を生成する有機性物質などがある。

次に図面を用いて本発明の一実施例を更に詳細
に説明する。

図において、１は主剤液用の、２は硬化剤液用
の、そして３は硬化促進剤液などの添加剤液用又
は水用のタンクであり、４及び５は送液ポンプ、
６及び７は注入ポンプ、８はラインミキサー（管
路混合機）、９は送液流量を信号に変換する流量
変換器、１０は流量変換器９からの信号を受けて
送液ポンプ４，５及び注入ポンプ６，７に付属す
る自動調節吐出弁１１，１２，１３及び１４に指
示信号を送る指示計（流量変換器９と指示計１０
とを注入流量調節手段と総称する。）、１５圧力
計、１６は流量計、１７は先端装置を装着したグ
ラウト注入管である。ラインミキサー８として
は、たとえばシヨツトミキサー、ブラシミキサ
ー、エジエクター、スタテイツクミキサーなどが
使用でき、また指示計１０には記録計１８を連結
する。記録計１８は薬液流量積算機構が組み込ま
れている。２０は圧力変換器１９からの信号を受
けて指示信号を送る指示計、２１は記録計１８で
積算されたステツプ当りの所定注入量の信号を受
けて指示信号を送る指示計、２２は圧力変換器１
９からの信号を受けて圧力流体タンク２３に付属
する自動調節吐出弁２４に指示信号を送る指示計
で先端装置２５を突出させ且つ先端装置２５のパ
ツカー部の膨脹圧を調節させる。なお図における
点線は信号の系路を示している。

前記先端装置の突出圧力は通常１Kg／cm²以上と
し、パツカー部の膨脹圧力は薬液の注入圧力と掘
削孔壁の状態に応じて設定する。

硬化剤液は送液ポンプ４によつて、硬化添加剤
液などの添加剤液又は水は送液ポンプ５によつて
それぞれ送液され、ラインミキサー８で混合さ
れ、該混合液は注入ポンプ７によつてグラウト注
入管１７まで圧送され、該注入管１７内で、注入
ポンプ６によつて圧送されてきた主剤液と混合さ
れ、先端装置に装着された薬液吐出部より地盤内
に注入される。

本発明の初期注入及び初期注入終了後の二次注
入以降に用いる薬液の硬化時間は脈状割裂注入を
避けるため通常30秒以上に設定する。すなわち、
硬化時間をたとえば30秒以下にすることにより、
薬液の硬化が注入管の近傍で起り引き続いての注
入は、この硬化した薬液のゲルをつき進んで行な
われるために、該ゲルのもつ注入抵抗分だけ注入
圧力を余分に負荷しないと注入が行えなくなるた
め、注入圧力は被注入地盤の抵抗力より大きくな
り、したがつて被注入地盤への均等浸透注入が困
難となる。

実施例幅350cm、長さ600cm、高さ300cmのコンクリー
ト製の人工ピツトの中に透水係数1.12×10^-2cm／
sec、間隙率42％、含水比13％に締め固めた砂質
土試験地盤を形成した。該試験地盤に下端に掘削
刃を有する外径45mmの外管と、その内部に間隙を
もたせて配置された外径20mm内管との２重管より
成つていて、該内管の下端に長さ100mmのゴム製
のパツカー及び該パツカーの下方向の管の同一位
置の円周方向にそつて90度の角度で開孔径５mmの
薬液吐出部が４孔開孔し且つ該位置よりさらに20
mmずつ下方向のずれた位置の、円周方向に４段、
夫々薬液吐出部が第１段と同様に４孔開孔され、
薬液吐出部の各段部は弾性リングにより嵌着され
ている先端装置が装着されている。グラウト注入
装置を用意した注入改良深度範囲GL−2.75〜−
0.5m注入改良径0.8mの柱状固結体形成を目的と
してまず該２重管をボーリングマシンにより管先
端位置GL−2.75ｍまで削孔、該位置で先端装置
を突出圧力４Kg／cm²で外管より突出し露出させて
から、先端装置のパツカー部にコンプレツサーに
よりエアー圧4.5Kg／cm²で送圧しパツカーを膨脹
させる。

ついで水ガラス系薬液MGロツク１号（三井東
圧化学製）を用いて前記薬液吐出部より初期注入
として、硬化時間６分に設定したMGロツク１号
を吐出量２／分で５分間送液した後、引き続い
て薬液の硬化時間を15分に調整し吐出量８／分
で４分間、さらに同一硬化時間で吐出量16／分
で４分間と同一位置で合計66注入した。１ステ
ツプ当り66注入後パツカーへの送圧を中止しパ
ツカーを収縮させてから該２重管を自動引き上げ
機で50cmづつ上方に引き上げ、夫々の位置で上記
と同様の注入作業を実施した。パツカー膨脹の位
置はGL−2.0m、−1.5m、−−1.0m、−0.5mの４つ
の位置で、４ステツプ注入である。

注入終了後に試験地盤を掘削し、薬液の注入状
態を調べたところ、GL−2.75〜−0.5mの範囲で
薬液は注入管を中心として直径約80cmの円筒状に
均一に注入されていた。特にGL−0.5mの地表面
より浅いところで注入しても薬液の噴出は全く認
められなかつた。また実際の注入圧力は全注入時
間にわたつて1.0〜2.5Kg／cm²であつた。

次に、同じ試験地盤で先端装置を装着しない二
重管を用いて注入試験を行なつた。注入ステツプ
位置、薬液の硬化時間、吐出量の変動、ステツプ
当りの注入量は上記と全く同じ注入条件で行つ
た。注入終了後に試験地盤を掘削し薬液の注入状
態を調べたところ、薬液は注入管にそつて噴出し
たためGL−2.75〜−1.0mの範囲では固結土はほ
とんど認められず、GL−1.0〜−0.3mの範囲で円
筒状均一浸透ではない不均一な固結体が形成され
ていた。

【図面の簡単な説明】

添附図面は本発明の一実施例の概要を示す線図
である。図において、１は主剤液用タンク、２は
硬化剤液用タンク、３は添加剤液用又は水用のタ
ンク、４，５は送液ポンプ、６，７は注入ポン
プ、８はラインミキサー、９は流量変換器、１０
は流量指示計、１１，１２，１３，１４は自動調
節吐出弁、１５は圧力計、１６は流量計、１７は
グラウト注入管、１８は記録計、１９は圧力変換
器、２０は圧力指示計、２１は注入量積算指示
計、２２は先端装置用圧力指示計、２３は圧力流
体タンク、２４は自動調節吐出弁、２５は先端装
置である。

Claims

【特許請求の範囲】１削孔ロツドを兼ねる薬液注入管下の内管の下
端に流体圧により膨脹するパツカーと、少なくと
も２つ以上の薬液吐出部とを有する先端装置を装
着し、外管を地盤内で移動させるときは該先端装
置を外管内に引き込め、注入予定個所に達した
際、薬液送液に先立つて外管より露出させてパツ
カーを作用させ、次いで凝固時間が約30秒以上の
薬液を内管に導入し、上記吐出部から吐出させ、
その際薬液の注入によつて被注入地盤に生ぜしめ
られる引張応力を、該地盤の引張強度よりも低く
維持するよう、薬液吐出量を低い値に設定するこ
とにより、注入圧力を制御しつつ薬液を注入し、
該地盤に於ける薬液注入予定領域のうちの注入管
に近い領域に一様に薬液が浸透している初期注入
領域を形成せしめ、更なる薬液の注入によつて該
地盤に生ずる引張応力を、該初期注入領域の外側
の地盤に於ける引張強度よりも低く維持するよ
う、薬液吐出量を連続的にまたは段階的に変化さ
せることにより、注入圧力を制御しつつ薬液を更
に注入し、該初期注入領域の外側の地盤に於ける
上記薬液注入予定領域全体に一様に薬液が浸透し
ている更なる注入領域を形成せしめることを特徴
とする薬液注入工法。２特許請求の範囲第１項記載の工法において、
薬液の浸透が被注入地盤に於て注入管を中心とし
て所望の半径に達する迄は、薬液の粘性をほぼ一
定に保ちつつ薬液を注入し、しかる後注入主剤、
硬化剤、添加剤間の混合割合を連続的にすみやか
に変化させつつ更に長い注入予定半径に達する迄
薬液を注入して硬化させることを特徴とする薬液
注入工法。３削孔ロツドを兼ねる薬液注入管の内管の下端
に流体圧により膨脹するパツカーと、少なくとも
２つ以上の薬液吐出部とを有する先端装置を装着
し、外管を地盤内で移動させるときは該先端装置
を外管内に引き込め、注入予定個所に達した際、
薬液送液に先立つて外管より露出させてパツカー
を作用させ、次いで凝固時間が約30秒以上の薬液
を内管に導入し、上記吐出部から吐出させ、その
際薬液の注入によつて被注入地盤に生ぜしめられ
る引張応力を、該地盤の引張強度よりも低く維持
するよう、薬液吐出量を低い値に設定することに
より、注入圧力を制御しつつ薬液を注入し、該地
盤に於ける薬液注入予定領域のうちの注入管に近
い領域に一様に薬液が浸透している初期注入領域
を形成せしめ、更なる薬液の注入によつて該地盤
に生ずる引張応力を、該初期注入領域の外側の地
盤に於ける引張強度よりも低く維持するよう、薬
液吐出量を連続的にまたは段階的に変化させるこ
とにより、注入圧力を制御しつつ薬液を更に注入
し、該初期注入領域の外側の地盤に於ける上記薬
液注入予定領域全体に一様に薬液が浸透している
更なる注入領域を形成せしめる、薬液注入工法を
実施するために用いる装置であつて、ａ）注入管を地盤内で駆動する手段と、ｂ）パツカーを作用可能な状態にさせる手段
と、ｃ）薬液を貯えるタンクと、ｄ）上記タンクから薬液を送出するポンプと、ｅ）受信信号に応答して上記ポンプからの吐出
量を連続的に又は段階的に調節する吐出量調節
手段と、ｆ）上記吐出量調節手段の下流に配置されて注
入管への薬液の注入圧を検出し、検出圧に応じ
た信号を発生する圧力変換器と、ｇ）上記吐出量調節手段の下流に配置されて上
記注入管への薬液の流量を検出し、検出流量に
応じた信号を発する流量変換器と、ｈ）上記ポンプから注入管に送られた薬液の流
量を積算し、該積算値に応じた信号を発生する
流量積算手段と、ｉ）上記第１工程に於ける注入予定量と上記薬
液吐出量設定値とを記憶し、上記流量積算値が
上記注入予定量に達したとき、上記流量変換器
から与えられる信号で表示された検出値と上記
吐出量設定値とを比較して、その差を表示する
信号を発生し、上記吐出量調節手段に与える指
示手段と、を有することを特徴とする薬液注入装置。４特許請求の範囲第３項記載の装置において、ａ）上記タンクは、薬液を構成する主剤、硬化
剤、添加剤用の第１、第２及び第３のタンクと
を含み、ｂ）上記ポンプは上記第１、第２及び第３のタ
ンクの各々から夫々の薬液を送出する第１、第
２及び第３のポンプと、硬化剤と添加剤との混
合薬液を送出する第４のポンプとを含み、ｃ）上記吐出量調節手段は上記第１〜第４の各
ポンプの下流に夫々設けられた第１、第２、第
３及び第４の吐出量調節手段を含み、ｄ）上記第４のポンプは、上記第２と第３の吐
出量調節手段に接続されたラインミキサを介し
てそられの混合薬液を受け取り、それを注入管
へ送出するよう接続されており、ｅ）上記圧力変換器は、上記第１及び第４の吐
出量調節手段の少なくとも何れか一方の下流に
接続されており、ｆ）上記流量変換器は上記第１と第４の吐出量
調節手段の少なくとも何れか一方の下流に接続
されており、ｇ）上記流量積算手段は、上記主剤又は混合薬
液の少なくとも何れか一方の注入管への流量を
積算するよう接続されており、ｈ）上記指示手段は、薬液の地盤への浸透が上
記注入管を中心として上記所望の半径に達する
のに必要な注入量の設定値をも記憶し、上記流
量積算値が上記の所要注入量設定値に達したと
き信号を発生して上記三種の薬液の混合割合を
連続的にすみやかに変化させること、を特徴とする薬液注入装置。５特許請求の範囲第３項又は第４項記載の装置
において、ａ）上記パツカーは２以上の薬液吐出部と共に
先端装置上に設けられた圧力流体により膨張、
収縮せしめられるメカニカルパツカーであり、ｂ）上記先端装置は注入管の内管の先端に装着
されており、ｃ）上記注入管の外管が地盤内で運動する際
は、上記圧力変換器からの信号により圧力流体
タンクの自動調節弁を開き、該タンクからの圧
力流体によつて上記先端装置を外管内に引込
め、ｄ）薬液を注入するのに先立つて上記圧力流体
タンクの自動調節弁を開き、該タンクからの圧
力流体によつて上記先端装置を外管から突出せ
しめ、更にパツカーを膨張せしめ、ｅ）上記圧力変換器は注入圧力を検知して、検
知圧力に応じた信号を発生し、上記圧力流体タ
ンクの自動調節弁を開き、該タンクからの圧力
流体によつて上記パツカーが薬液注入圧に応じ
て膨張、収縮せしめられることを特徴とする薬
液注入装置。