JP2004211544A - 軟弱地盤の改良工法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤３の隆起等の変位を抑制しつつ、当該地盤３の強度の向上を側方圧密と脱水を介して確実に行う。
【解決手段】改良すべき対象地盤に複数の注入孔を設け、この注入孔に設置した注入管からグラウトを注入して該地盤の強度を向上させる軟弱地盤の改良工法であって、グラウトとしてゲル化時間の短いグラウトを地盤に圧入し、土粒子を周辺に押しやって周辺の土の密度を高めることにより地盤を強化することからなり、該注入管はスリーブを環設した、軸方向に複数設けた外管吐出口を有し、前記グラウトを所定深度毎に対象土層に対応して所定量注入することによって地盤を強化することから構成される。
【選択図】図１１

Description

本発明は軟弱地盤等の地盤を地盤の圧密により地盤強化する軟弱地盤の改良工法に関する。

周知の如く、市民社会の向上は各種産業の隆盛に基づいていることが分かってはいるが、該各種産業には工場等の施設が不可欠であり、当該施設を構築するに当たり、当該施設の構築地盤の充分な強度の確保が極めて重要である。

しかしながら、国土が狭隘で山間林野部が多く、しかも、内陸部が複雑に入り組んだ長い海岸線に近接しているような特殊な地勢条件の国土にあっては、上記各種施設の構築用に直接有効利用出来る土地は面積的に極めて限られており、したがって、軟弱地盤の改良工事等の施工により土地の有効再利用に供する技術が旧くから各種研究開発され、それらの内のいくつかは実用化が図られてはいる。

当該軟弱地盤の改良工法には旧来よりサンドドレーン工法やサンドコンパクション工法やセメント注入工法などか用いられてきた。しかしながら、これらの工法には大がかりな施工機械を要し、高価につく。そのうえ都市土木では作業上不便であり、又、注入工法を用いても、粘度層には注入出来ず、逸脱し易く、又、強度も弱く、充分に施工効果が果たせない不便さがある。

以上の他に薬液注入では当該地盤の表面の隆起や建造物の変化が生じ、当該地盤の表面の隆起や建造物の形状変化が生じ易い。

そして、本来的には当該建造物を構築する地盤表面の隆起現象等は生じないことが望まれるにもかかわらず、当該薬液注入工法に伴って地盤表面の隆起が防止される技術等については、例えば、特開平１０−１８２８２号公報記載の発明に示される様な技術がある。

しかしながら、通常の薬液注入技術に用いられるグラウトを瞬結性のグラウトにして、所定ゾーンに対し、一挙に注入を行うと、図１３に示す様な該瞬結性グラウト１が割裂して逸脱したり、注入された瞬結されたグラウトが地盤中で逸走したり、又、袋体の中に注入しても、該袋体が破れたり、或いは、破壊したりして砂質などに対する割裂浸透２を生じさせるような、設計的に好ましくないデメリットがあった。

又、当該地盤に対するグラウトの注入を行うに際して、当該地盤が隆起する現象を逆に用いて、地震等により、構築されている建造物が傾斜するのを復元する技術の利用として、例えば、特開平８−２６０５００号公報発明や、特開平９−２５６４２号公報発明等が開発されて、実用化が可能となってきてはいる。

而して、このよう地盤の液状化現象による地盤上に構築した建造物の傾斜を復元する技術は有効利用技術として用いられるものの、本来的には構築物を建造する際の地盤の強度を軟弱地盤等に対し、向上させる技術は前記特開平１０−１８２８２号公報発明技術に示されている如く、注入グラウトが瞬結性であるがために、注入初期において、発生するグラウトの粘性は低く、浸透し易いものの、当該粘性が低いことにより、地盤内を逸走してしまったり、当該瞬結性のグラウトの圧送を停止すると、直ちに重合固化し、後続して注入するグラウトは地盤の固結した部分を割って更に先に割裂部を生じてしまうため、又、抵抗の弱い地上方向に割裂しながら上昇し地盤を隆起させるため、浸透していない部分の強度増加は不可能である欠点があった。
特開平１０−１８２８２号公報 特開平８−２６０５００号公報 特開平９−２５６４２号公報

この出願の発明の目的は上記液状化現象等の防止や地盤上に構築する建造物の傾斜状態の復元を図る技術を逆利用し、又、地盤中に注入するグラウトを削孔の軸方向の所定のタイミングでステップアップしたり、ステップダウンしたり、或いは、所定エリアに複数所定数併設形成した削孔内に挿入される注入管に圧送時には流動性があり、圧送圧入を停止した場合には、速やかに粘性が増大して、流動性が停止する性質を有する懸濁型の可塑性グラウトを当該削孔の軸方向、或いは、横方向複数配列した削孔に対し、注入順番を所定タイミングで反復するインターバル方式により、反復する可塑性グラウトの注入中は注入された可塑性ゲルグラウトが流動性を有し、注入を中断すると流動性を失い、且つ、水分を失って凝固し、後続して注入する該可塑性グラウトが横方向に圧入されて、割裂を生ずる前に注入を停止し、圧密現象を重ねて、削孔の軸方向上方に上昇せず、したがって、当該削孔を形成した懸濁型の可塑性グラウト注入による地盤の隆起は避けられ、側方のみの圧密を反復して行わせうることにより、地盤強度をアップさせるようにして、建設産業における土木技術利用分野に益する優れた地盤強化工法を提供せんとするものである。

而して、上述可塑性グラウトはセメントベントナイト、或いは、セメントベントナイトに少量の水ガラスを添加したり、セメントベントナイトにスラグを加えて更に少量の水ガラスを添加したようなものや、該スラグに消石灰を加え、更にベントナイトと少量の水ガラスを添加したものや、セメントにベントナイトを加え、更に消石灰等の添加材を加えて、フライアッシュや粘土等の増量材を加えたり、アルミ粉を加えて発泡したり、エアを混入したりしても良い。

つまり、可塑性グラウトとは、ポンプ圧を加えている時は流動性を持つが、ポンプ圧を停止すると流動性を失うグラウトをいう。

可塑性グラウトとしては、一液性と二液性がある。一液性可塑性グラウトとしては、セメントベントナイトを主材とし、これに増量材としてスラグ、フライアッシュ、排土等を加えたり、更に少量の石灰、水ガラス等を加えて可塑性を調整したり、気泡剤を加えて流動性を調整したりする。又、二液性可塑性グラウトとしてはＡ液にセメントベントナイトや、更に、増量材や気泡剤を加え、Ｂ液に水ガラス液を用いて、Ａ液とＢ液を合流した時点で可塑性を呈するグラウトにするものである。その他、Ａ液にセメントベントナイト液を、Ｂ液にベントナイト液を組合せてブリージングを生じ難い可塑性グラウトを形成しても良い。又、Ａ液としてセメントベントナイトに更に気泡剤として動物性蛋白や界面活性剤を加えて、Ｂ液として石灰更に硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム等のアルミニウム塩を組合せ、合流して水酸化アルミニウムを生じさせて可塑性を付与してもよい。

上述目的に沿い、先述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成は、前記課題を解決するために、地盤中に形成した削孔を介し、該地盤中に注入管を介してグラウトを注入し、当該地盤の強度を向上させる軟弱地盤改良工法において、該グラウトを上述可塑性グラウト、或いは、ゲル化時間の短いグラウトとし、インターバル方式により、反復して地盤に圧入して土粒子を周辺に押しやって圧密して地盤を強化するようにすることを基幹とする。而して、上述注入において、注入管の所定位置に袋体を配設してパッカー化し、吐出口からグラウトを地盤中に圧入して該地盤の隆起を抑制し、周辺の土の密度を高めるようにし、土層に応じて土粒子間への浸透注入方式と可塑性グラウト、或いは、ゲル化時間の短いグラウトのインターバル注入を併用して用いるようにし、前記注入管の軸方向に袋体を配設し、該袋体内に可塑性グラウト、或いは、ゲル化時間の短いグラウトをインターバル方式で圧入するようにし、上記注入管の軸方向に所定ピッチで袋パッカーを配設し、該袋パッカー内に硬化材を圧入してパッカーを形成し、該パッカー間に設けられた注入管の注入口から可塑性グラウト又は、ゲル化時間の短いグラウトをインターバル方式で地盤中に圧入するようにし、更に又、前記軟弱地盤改良工法にドレーン材を配設するようにもし、前記可塑性グラウト、又は、ゲル化時間の短いグラウトのインターバル方式による注入に際し、当該地盤の変位計測を図りながら行うようにするようにもし、上記当該地盤の変位計測を行いながら可塑性グラウト、或いは、ゲル化時間の短いグラウトの注入深度、注入量の選択、或いは、調整しながらインターバル方式により行うようにもし、前記軟弱地盤改良工法にあっては、土層において、粒子間への浸透注入と可塑性グラウト、或いは、ゲル化時間の短いグラウトのインターバル方式による反復注入を併用して用いるようにもした技術的手段を講じたものである。

上述構成において、軟弱地盤等の強度を大幅に向上させるために、多量の可塑性グラウトを一度に過大の量を注入すると、地盤表面の隆起が生じたり、側方向に地盤を破壊し、逸脱して当該地盤の強度が設計通りに向上しない事態が生ずるが、このため可塑性グラウトの特性を生かし、注入中は流動性があり、注入を停止すると、流動性が停止して凝固状態が現出することから、対象注入土層に少量づつインターバル方式で反復注入する凝固により、注入された地盤を破壊することなく、圧密し、排除された水分は周辺の土粒子間に分散させ、地盤側方に対する圧密と脱水を行い、或いは、ゲル化時間の短いグラウトを用い、これらのグラウトを一定のタイムラグを介し、縦方向の注入にあっては、インターバル方式により回を重ねて、注入を行い、先行して注入された可塑性グラウトに対し、重ねて、該可塑性グラウトを圧入して、当該地盤を割裂する事なく、懸濁型の可塑性グラウトを反復的に圧入することにより、又、インターバル方式により、所定のタイムラグを介して、追討ち的に重ね注入することにより、当該地盤の側方に対する圧密脱水を行い、地盤強化が行われる。或いは、当該地盤の所定エリアに所定数の削孔を形成し、各削孔に対し、可塑性グラウトを所定のタイムラグを介し、一か所で設計量を一挙に可塑性グラウトの注入が行われないように、設計量をいくつかに分割して各削孔の可塑性グラウトを相互に所定タイムラグを介し、各土層、又は、各ステージ毎にインターバル方式により注入し、先行して注入した可塑性グラウトが周辺地盤を圧密し、又、自ら、又は、注入液か脱水することをもって、追い討ち的に重ね注入を行うことにより、当該所定数の多数の削孔内に注入する可塑性グラウトが各削孔の地盤に対し各土層又は各ステージ毎に、同様に側方に圧密脱水作用を行い、強度をアップし、全体的に変位を抑制し、当該所定エリアの地盤の強度を増強するようにし、当該各削孔に対する地盤強度に際しては削孔に挿入する注入管に１個又は複数個の袋体を所定ピッチで軸方向に設け、該袋体中に可塑性グラウトをインターバルに注入し、当該地盤に袋体を通して圧密脱水作用を起こさせて、又、一度に所定量を注入して周辺地盤破壊する事による該袋体の破損を防ぎ、少しずつ、該袋体の体積の範囲内で拡大する事により上方への移向を防ぎ、側方に注入液か圧入されることにより、地盤隆起を押さえながら、周辺地盤の密度の増加を図るようにし、前述同様に当該地盤強度を向上させ、更には、削孔に挿入する注入管に袋体を所定ピッチでセットし、各袋体綯いに懸濁型グラウトを圧入して袋パッカーを形成し、該袋パッカーを削孔の周辺の土層に圧締させることにより、実質的にパッカーが大サイズにされ袋パッカーを形成し、該袋体パッカーより下方から可塑性グラウトを圧入する事により、該袋パッカーに対する可塑性グラウトの乗り越えが無く、該袋パッカーによる拘束効果により地盤の隆起等の変位がなく、地盤脱水作用による強度か全体に及び、強度向上が全領域に図れる。更に、可塑性グラウトの当該地盤に対する注入において、土中水分が排除されるように、排水用のドレーン材を併設して、間欠的な排水効果による地盤の側方圧密脱水効果を促進させ、或いは、排水管を設置して地下水を排水し、当該圧密による速度を向上させるようにする。更に地盤の隆起等の変化を計測するためるにレーザー等のセンサーにより、リアルタイムで当該変化を測定し、地盤の圧縮量を把握し、或いは、当該変化が設計的に異常を生じた時には、即応的に可塑性グラウトの注入を調整したり、或いは、注入装置の制御装置を介し、注入量や注入深度や比重や注入量やインターバル時間等を自動的に切り換え的に調整して、所定変位を超えないうちに他のステージに移向し、設計通りの圧密脱水による地盤強度の向上が確実に行うことが出来、又、上記地盤の変位測定は地表面における地盤隆起の測定をすることも可能である。或いは、ストレンゲージを張った計測棒を地盤中にセットし測定方向への地盤の部位の変位を知ることが出来、又、地盤中に間隙水圧計を設けて、圧密脱水状況を把握することが出来るようにしたものである。

而して、この出願の発明は、懸濁型の可塑性グラウトを注入管から軟弱地盤に低速で圧入すると、送給管から注入管では注入管吐出口付近では流動性はあるがため、注入圧力を加えている間は流動性を保持して注入範囲を拡げるか、地盤中の注入グラウトの先進部では注入圧力による周辺土粒子への脱水によってグラウトの含水量が低減して流動性が失われる。このため、更に圧入を続けると、注入管の外側の土粒子を周辺に押しやり、可塑性グラウトが置き代わるため、注入孔の間の土の密度が増大して地盤の強度が増加し、引き続いて可塑性グラウトを圧入することにより周辺土を破壊する事なく周辺に押しやって密度を増大させ、これにより地盤を強化する。

即ち、改良地盤は注入孔を介し注入を、又、所定の領域に一度に多量の可塑性グラウトを圧入すると周辺土が圧密する前に破壊してしまう。しかし、全注入量を分割してインターバルで圧入すると可塑性であるがため注入の中断により流動が停止し、その位置に保持され、その周辺土は圧密脱水されて強化され、中心とする可塑性グラウトによる柱状固結体とその柱状固結体にはさまれた密度の増加した土粒子の複合地盤となることを見出し発明としたものである。

更に、この出願の発明は軟弱地盤における注入物周辺の土の密度の増大を確実にするために、以下の技術を得て完成したものである。
１．流動し難い注入材料を用いて注入材を土粒子間に浸透させずに周辺の土を割裂させ ずに押しやり、
２．地表面の隆起を出来るだけ防ぎ、且つ、注入管の軸方向の地盤の変位の増大を防ぎ 、
３．注入物が周辺地盤に割裂を起こして亀裂を生ずることなく、深度毎に注入物そのも のによる所定径の固結柱を形成して固結体による強度の付与とその周辺の土粒子を 横方向に押しやって、密度の増大を図り、
４．更に注入管の引張強度を地盤に対し付与し、
５．深度毎に固結径と密度の増大を把握出来る施工管理を可能にする
６．以上により地盤の改良効果の設計を可能ならしめる
このようにすれば、所定注入対象地盤に於ける土量Ｖ１、注入固結物を体積Ｖ２、地盤隆起量をＶ３とすると、所定領域に於ける地盤Ｖ１の間隙の減少量はＶ２−Ｖ３になり、これが密度の増大、即ち、強度、又は、支持力の増大となる。更に、砂の密度の増大と固結柱の強度とそれぞれの平面的な面積比を考慮した複合地盤としての強度増加を得ることが出来る。

このためには、可塑性グラウト、又は、瞬結性グラウトを用い、（特に可塑性グラウトが優れている）地表面の隆起を出来るだけ防ぎ、且つ、注入管の軸方向の地盤１の変位の増大を防ぎ、所定の地盤隆起を生ずる前に、或いは、周辺土が破壊割裂する前に、他の注入ステージに移向することをインターバル方式て繰り返し、或いは、固結物ふ周辺地盤が脱水圧密するのを待って、再度注入を繰り返す。

或いは、所定の領域に逸脱しない少量の可塑性グラウトの圧入をした後、ステージを移動することを繰り返す。

或いは、注入物が周辺地盤に割裂を起こして亀裂することなく、深度毎に注入物そのものによる所定径の固結柱を形成して固結体による充分な強度の付与とその周辺の土粒子を横方向に押しやって、地盤密度の増大を図り、注入管の軸方向にパッカー化する袋体を有する注入管を用い、袋体に固結柱を圧入して注入管を地盤に挿着した上で袋体の下部に位置する吐出口から可塑性グラウトを圧入する。これにより、流動性のある該可塑性グラウトを地表面近くに注入しても、注入したものが上方に移向したり、地盤が隆起せずに所定の領域に固結物か納まり易い。このため、所定の土層ごとに注入物が側方向に圧入されるようになる。

また、更に注入管の引張強度を地盤に付与し、圧密脱水を促進するようにドレーン材を併用したり、排水管を地盤中に設置して排水を併用することによって、上述目的を達成し、この出願の発明を達成した。

尚、軟弱地盤改良工法に注入物の体積Ｖと脱水後の体積Ｖ１′、地盤隆起量Ｖ２とすると、地盤注入における間隙の減少量はＶ１′−Ｖ２となり、密度の増大、即ち、強度のアップと支持力の増大が図られる。

この出願の発明は軟弱地盤改良を注入工法で可能とする地盤改良技術は以下の工法を採用した。以下にこの出願の発明の原理態様を説明する。
図１はこの出願の発明による軟弱地盤改良における可塑性グラウトの圧入による地盤強化モデルを示すものであり、図１（イ）にて改良対象地盤の土の容量をＶ０とし、可塑性グラウトによる固結柱の容量を１本当たりＶｉとしｎ本形成するとし、ｎ本形成した時の隆起性をΣ△Ｖｉ（ｉ＝１〜ｎ）とすると、改良対象地盤の土粒子間の空隙の圧縮量の合計はＶ＝ΣＶｉ−Σ△Ｖｉとなる。すなわち、改良対象地盤にて図１（ロ）において、注入１本当たりの受持改良面積をＳＯｉとし、固結柱の面積をＳｌｉとし、圧縮された土の面積はＳ２ｉとする。したがって、ＳＯｉの地盤強度はＳｌｉの固結柱の強度と圧縮された土のＳ２ｉの強度からなる複合強度となる。

図２は引張強度を有する注入管４（或いは、注入管に引張材を抱き合わせた補強材でもよい）に袋体パッカーＡを装着した注入管９を地盤に設置して可塑性グラウトＢを圧入した場合の地盤の強化モデルを図示する。図２の（ハ）に示す様に、地盤を削孔して袋体８付き注入管4 を埋設して該袋体８に懸濁型グラウトを圧入して周辺地盤に膨脹させて該袋体８のパッカーＡを形成することにより、周辺の土が圧縮して実際の袋体８よりも大きな土中アンカーが形成される。該土中アンカーによって引張強度を有する注入管４が地盤に定着される。この状態だけでも地盤が変位しようと、引張体に伸びが生じ地盤に引張強度が付与される。次に当該図２の（ニ）に示す様に、袋体８パッカーＡの間に注入管９の吐出口から該可塑性グラウトＢを圧入すると、その周辺の土が圧縮して密度の大きな領域Ｇを形成する。可塑性グラウトＢは袋体パッカーＡと更に大きな土中のパッカーＥによって上下への移動を押さえられているので、横方向の土層は押し広げるしかない。このために、その周辺に土粒子間隔が減少した密度の大きな領域Ｇが形成される。更に図２の（ホ）に示す様に、この可塑性グラウトＢの圧入は袋体パッカーＡ、Ｅ間で上下に膨脹しようにとするので、注入管（引張材）を伸ばそうとする力が作用し、それが注入管４の引張強度を発現し、地盤に引張強度を付与することになる。更に袋体パッカーＡ、Ｅの拘束効果により、各注入ステージに於ける注入圧による地盤隆起を抑制する。このことは、効果的に地盤の密度を増加させると同時に所定の土層毎に確実に改良せしめる結果各層毎の注入量に相当する強度増加の設計が可能になる。

即ち、各土層毎に注入量に相当する径を有する固結柱の形成とその固結体積と地盤隆起量Σ△Ｖｉを加味した土の体積の減少（△Ｖ）による密度増加が算定出来る。

即ち、△Ｖ＝ΣＡｉ＋ΣＢｉ−Σ△Ｖｉ＝間隙の減少＝密度の増加となる。

更に図３の（チ）に示す様に、固結柱Ｂの強度と増加密度領域Ｇの増加密度とそれぞれの面積比率より複合地盤としての強度が算出出来る。そして、注入前の地盤の間隙と強度を測定した上で各土層毎に可塑性グラウトの注入量を設定しておくことにより計画的に地盤改良効果を設計してそれを確実に実現出来る。

図３の（ト）、（チ）は上記地盤強化原理による建造物基礎の補強モデルを示す。図４は可塑性グラウトの圧入と、脱水又は吸水による地盤強化モデルを示す。Ｈはドレーン材または排水管である。一般に地盤注入において、これらの脱水又は排水を併用すると、その部分に流線が集中するため注入物がドレーン材や排水管Ｈに流入してつまってしまうので有効ではない。しかるに、可塑性グラウトの場合、地盤中に亀裂を生じて流出することなく固結柱を徐々に拡大していくため、固結柱の周辺の間隙水がこれらのドレーン材又は排水管Ｈを通して脱水するため周辺の土の密度増加が確実にかつ急速に行われるという効果が生ずる。

次に、この出願の発明実施しようとする形態を実施例の態様として図５乃至図１２にしたがってインターバル方式による形態として説明すれば以下の通りである。

尚、第１３図と同一態様部分は同一符号を用いて説明するものとする。

図５に示す実施形態はインターバル方式の基本的実施例の態様を示すものであり、所定の軟弱地盤３、同様に在来態様同様の形式により所定ピッチの横方向に介して削孔４を所定深度に形成し、図示しない通常の注入管９を該削孔４に挿入し、地上の図示しない注入装置から懸濁型の可塑性グラウトを所定のタイムラグでインターバル方式により当該注入管９を所定ピッチ、（リ）に示す様に、所定ステップアップ、或いは、ステップダウンを介し、反復して、注入を６，７，８との地盤３のゾーンごとに反復して追い討ち式に行っていく。

この場合、各サイクルに於ける可塑性グラウトの注入は注入初期にあっては流動性が保たれる為に地盤３内の排水を行いながら、スムーズな注入が可能であるが、所定タイミングの後、圧送を停止すると、前述の如く流動性を失って経時的に固化し、後注入する可塑性グラウトは先行して注入された可塑性グラウトを内側から側方向に押しやり、上側の地上方向には逸走せず、追い討ち的に横方向に重合する方式て注入され、側方地盤の圧密脱水を図り、注入部位に於ける脱水が図られて注入可塑性グラウトの強度は増大し、後注入の可塑性グラウトは回を重ねる度に強度を向上し、重なる圧密作用を介し、地盤強度はサイクルを重ねる度に向上していく。

このため、注入圧力は地盤隆起に作用するよりも側方向への圧密作用が生ずる。

尚、削孔４の軸方向上方向には所定のタイムラグで注入する可塑性グラウトの機能により、変位が垂直方向よりも水平方向におこり易く、したがって、地盤３の上方への隆起は避けられる。

当該タイムラグを介しての基本的インターバル方式での可塑性グラウトの注入態様は当該図５の（リ）に示す通りであるが、（ヌ）に示す態様においては、同一ゾーンに於ける可塑性グラウトの地盤注入のタイムラグを所定に替えることにより、該可塑性グラウトの経時的に固化された横方向の重積分がサイクル５′、６′、７′を重ねる度に地盤を圧密してその強度を向上させていく態様を示すものである。

図７に示す実施例は、袋体８１を１つ、又は、複数設けた注入管を介して所定の各袋体８１内にインターバル方式により可塑性グラウトの注入を行う態様であり、相隣る削孔４１・・・４ｎ間の地盤３の強化が全体的に集合的に行える態様である。

而して、削孔４に挿入する外管９に環設した袋体８１、８１′，８１′が初期には図７の（ル）にある様な、縮小状態にあるものが経時的に所定タイムラグを介し、インターバル方式により、追い討ち的に注入することにより、同じく図７の（オ）に示す８′、の様に、又、図７の（ワ）に示す様に、８１′′の如く膨脹して側方地盤に圧縮力を与えて、圧密作用を与えて、地盤の強化を図ることが出来るようにした態様である。

尚、当該プロセスのより可塑性グラウトの注入はインターバル方式を採るため、周辺地盤は割裂破断しないため、袋体８１は破れず、したがって、該可塑性グラウトは該袋体８１を破っての逸走が避けられる。当該実施例は袋体８１内に可塑性グラウトをインターバル方式で注入することのみによって周辺地盤を圧密強化して地盤を改良する例である。

而して、図５に示す当該実施例の態様においては、削孔４内に挿入した注入管９を所定タイムラグを介し、所定のステップアップ、或いは、ステップダウンによるインターバル方式を介し、地盤側方に注入する態様であるが、図６に示す実施例においては、当該地盤３の所定エリアに対し、削孔を横方向所定間隔を介し、設定数多数の削孔４１、４２、４３・・を形成させ、各削孔に対し、各別個に注入管を挿入し、所定タイムラグをバルブ５１、５２、５３、５４・・及び図示しないポンプを介し而して図示しない注入装置に接続し、可塑性グラウトをコンピューターを有するコントローラー６１により所定のプログラムを介して、当該図６に示す様に、削孔４１、４２、４３・・に対する注入タイミングをコンピューター１７を介してずらして、横方向に並列的に形成された該削孔４１、４２、４３・・に対し、バルブ５１、５２・・５５コントローラー６１を介して所定タイムラグを有して、インターバル方式により、可塑性グラウトを注入して地盤の相隣る削孔４１、４２、４３・・の側方地盤の全領域的な圧密脱水を行って、結果的に全領域的な地盤の強度の向上を図ることが出来る。

勿論、当該態様にあっては、所定のインターバル方式をとることにより、設定タイミングで全削孔４１、４２、４２・・を一巡した後は、初期の削孔４１に戻ることが可能であり、該管のインターバルの可塑性グラウト注入において、注入された可塑性グラウトは固化し、地盤３に対する圧密状態を維持する。

尚、この出願の発明にあっては、インターバル方式による可塑性グラウトの注入は、上述図５、図６を基本的に有した方式をとり、各削孔４の上下方向に注入管９、９、９・・をステップアップ、或いは、ステップダウンする共に、相隣って併設された削孔４１、４２、４３・・、コンピューター１７のプログラムにより、所定のタイムラグでインターバル方式を横方向に立体的に使うことで地盤表面の隆起を避け、側方地盤全体の圧密脱水を行うことが出来る。

次に、図７に示す様に、削孔４に挿入された外管の注入管９、９′、９″に軸方向所定ピッチで、不織布等の透水性袋体や合成樹脂製等の不透水性の袋体８を所定に折畳み状態で挿着し、削孔４内に挿着し、該袋体８内に可塑性グラウト等の懸濁型のグラウトを注入して膨脹させ、地盤３を側方に圧密化して脱水し、上述実施例同様に、該地盤３の強度を向上する。

当該態様においては、該袋体８が初期には図７の（オ）になるような縮小状態にあるものが経時的に所定タイムラグを介し、インターバル方式で、追い討ち的に回数を重ねて注入することにより、図７（ル）に示す８′の様に、又、当該図３の（ワ）に示す様に８″の如く膨脹して側方地盤に圧縮力を与えて、圧密作用を与えて、強化された地盤を図ることが出来るよにうした態様形態である。

而して、当回態様においては、袋体８により、注入されたグラウトは上下方向には注入されず、したがって、地盤３の隆起等な生じないように出来る態様であり、該袋体８のパッカー作用は充分に強固にされ、地盤の強化が確実に行うようにした態様である。

尚、図８に示した袋体１０のユニット長、縦方向の長さを長くして、可塑性グラウトを注入して膨脹させ、削孔４の側壁に圧着させる面積を広くして、圧密作用を砂層、粘度層、礫層の全層に対してより大きくする態様が適用可能である。

又、等該図８に示す実施例の態様は所定数地盤の所定エリアに併設した前記削孔４１、４２、４３・・に挿入した注入管９１、９２、９３、９４に軸方向所定ピッチで指定した位置に袋パッカー１０、１０、・・、１０′、１０′、１０′・・、１０″、１０″、１０″・・を挿着し、前述実施例同様に強度の可塑性グラウトを注入させる態様であり、当該実施例においては、該各袋パッカー１０、１０′、１０″は膨脹して、削孔壁に圧接され、圧密作用を行う為に、当該袋パッカー１０、１０′、１０″の実質的なサイズは大きくなり、したがって、軸方向相隣る該袋パッカー１０、１０′、１０″、１０ⁿ に於いて、注入される可塑性グラウトは実質的な該大サイズの該袋パッカー１０、１０′、１０″により軸方向には可塑性グラウトの逸走はされず、したがって、当該態様においては前述実施例以上に確実に地盤３の隆起等の変形は生ぜず、地盤３の側方への圧密脱水作用はより確実に行われ、地盤強化は確実に行われるという効果が得られるというものである。

而して、上述の如く、この出願の発明においては、各削孔４に注入された可塑性グラウトは地盤３の側方の圧密脱水作用を行って上方への逸走を阻止され、したがって、地盤の隆起等は生じ難いが、地盤表面の隆起や各相隣る削孔相互間の変形量を測定するために周公知のレベルセンサーによるレベル検出方式を用い、図１０に示すようにレーザービーム発生装置１１′に対し、注入管９の上部に設けたレーザー受信装置１２を介し、レーザービームセンサー１５を設け、受信装置を介し、コンピューター１７を介し、適宜注入制御装置により、図に示す様に注入管９に対する、可塑性グラウトの注入の注入量やインターバル時間や比重等を調整的に制御するようにし、レーザービーム装置１１′から発生するレーザービームが精密に作製されたレーザービームセンサー１５に対し、受信装置１３が上下に変位し、地盤３の隆起等が正確に検出されると、コンピューター１７を介し、図示しない注入制御装置を発停し、間欠的に注入する可塑性グラウトの側方地盤の圧密脱水に最適なタイミングと量て注入を行い、地盤の隆起等を測定しながら、最適に注入を行う態様である。

尚、当該図１０に示す様に、注入の圧密体の側方変位や地盤の隆起等の計測検知はレーザー光線を用い、又、光学的に検知する為に、ｍｍ単位の精密な計測が可能である。

したがって、当該削孔４の変位や地盤３の隆起は広範囲に亘って精密な計測が可能であり、該地盤３の変位等の微少な変位を正確に、検出して設計通りの地盤３の強度向上が行える。

尚、当該実施例においては削孔４の側部に側方変位測定削孔９′を形成して、上部にレーザービーム装置１１′の発生するレーザービームのハーフミラー１４を設けて当該測定用削孔９′の検出装置１３′により削孔９′の側方変位を検出し、同様に、修正補修を行うべく図示しない注入制御装置による可塑性グラウトの注入を所定タイムラグやその注入量や比重や圧密を再調整し、削孔即ち、可塑性グラウトの注入による地盤の変位を避け、設計通りの地盤３の強度地盤を図るようにしたものである。

而して、上述実施例において、側方地盤３に対する圧密脱水作用を介し、該地盤３の強度を向上することが基本的には可能であるが、可塑性グラウトの該地盤３に対する注入部位に地盤３中の水分が他方に逸走して他の地盤３部分の流動性を高めたりする虞があるが為に、液状化現象等の潜在的な原因を除くべく、可塑性グラウトの注入に伴って排除される地盤３中の水分を強制的に配設するべく図９に示す様に、削孔の内部の周公知のペーパードレーンやサンドドレーン等のドレーン材１８（排水性や土性の異なる地層を貫通して）を併設し、（当該ドレーン材１８の削孔中４への挿入セット技術については既に開発実用化されている技術が容易に用いることが出来るものである）袋体８や袋パッカー１０等の膨脹による圧密脱水に伴う地盤３中の水分をと当該ペーパードレーン材１８（単体とは限らない）や排水管により揚水、排水するようにし、可塑性グラウトによる圧密作用と脱水作用を両方に亘って間欠的積極的に行うことが出来るようにした態様である。

又、図１１に示す実施例の形態において、予め地盤３に対し所定深度に形成した削孔４内に上部のはに袋体８１を環設した外管としての注入管９に該袋体８１の下方の所定ピッチで環設したゴム製のスリーブ１９′・・を具備した吐出口より可塑性グラウトスを注入するようにした態様であり、当該実施例の態様においては可塑性ゲルなグラウトを所定のインターバルにより注入することにより上述各実施例と同様な作用効果が期待出来るものである。

当該図１１の（ネ）に示す実施形態の態様においては、削孔４内に挿入する外管９の長手方向に所定ピッチで袋体８１、８１、８１を環設し、外管９の各袋体８１間に所定段数のゴム製等のスリーブ１９、１９、１９を環設した吐出口より内管により袋体にグラウトを圧入してパッカーを形成してのち、該内管より可塑性グラウトを圧入する態様であり、或いは、インターバル方式により可塑性グラウトを注入する態様であり、この場合、可塑性グラウトは懸濁型の可塑性を呈するセメントベントナイトや、更にスラグを加えたものやこれらに水ガラスやベントナイトや消石灰等を添加して可塑性や強度を調整した行うようにしたものである。

而して、図１２に示す実施形態は、所定部位に削孔４に形成し最上部の外管９の部位に袋体８１を一体のみ環設し、該袋体８１の下部に当該地盤３の地層の表層２０、砂層２１、粘性土層２２、砂礫層２３のゾーン毎に該外管９の外周面の吐出口にゴム製のスリーブ１９、１９、・・を設けて各地層のゾーン毎に可塑性グラウトの薬液を選択的に注入することが出来るようにした態様であり、又、当該削孔４の所定部位離れた領域に注入やサンドドレーン等のドレーン材１８′を併設させて注入管９に注入する可塑性グラウトのインターバル方式による連続的な注入に対応して地盤３中の水分を該ドレーン材１８′を介し排出することにより注入する可塑性グラウトの該ドレーン材１８′を介しての逸脱がなく圧密が間欠的に作用し地盤全体の地盤強化が図れ、又、地盤の隆起が生じないようにした態様である。

勿論当該実施例において、可塑性グラウトの濃度や強度や流動性の選択は当該地盤３の地層３の地層ゾーン毎の土質や相対密度に応じて選択自在に出来るものである。

そして、当該実施例においては、ドレーン材１８′による排水が間欠的に行われるために可塑性グラウトの薬液の過剰な供給がおこらず、したがって、その限り、地盤３の隆起等は生ぜず、地盤表面変形等は避けられるものである。

尚、この出願の発明の実施態様は上述各上述実施例に限るものではないことは勿論である。

而して、可塑性グラウトの地盤３への注入を行うに際し、当該地盤３の隆起等の計測を行って、当該隆起に対し、調整的に可塑性グラウトの注入量や比重やインターバルのタイムラグ等の量をコントロールするようなことはしないで、地盤の隆起のみを施工中に行うようにすることも可能であることは勿論のことである。

以上、この出願の発明によれば、基本的に地盤の強度の向上を図る可塑性グラウトの注入施工において、当該可塑性グラウトの注入に際し、地盤の上方への隆起を押さえ、削孔の側方変位等を防止しながら、地盤の強化を側方にて図ることにより、懸濁型の可塑性グラウトによる改良工事や地盤の液状化防止対策が確実に行えるという優れた効果が奏される。

特に、グラウトを可塑性グラウトとすることにより、当該初回のグラウトの注入に際し、該グラウトを圧送する工程においては、流動性が保ちながら、注入液の地盤中の先進部では脱水より流動性は低下しながら表面部が凝固しつつある薄膜を形成しつつ周辺の地盤を割裂する事なく拡げて周辺の土の密度を増大して強度増加をうはかる事が出来る。又、強度の大きな増加を得るには全注入量を分割した注入するためにインターバル注入が行える利点があり、この場合所定の注入量の一部を圧送してから圧送を停止すると、可塑性グラウトは流動性を失い、凝固して注入周辺の地盤を圧密し、その後、注入する次回の可塑性グラウトの注入は先行して注入した可塑性グラウトが凝固し、したがって、周辺地盤を割裂する事等なく、横方向に薄膜状に重合されて、新たな圧密領域を形成しながら周辺地盤を押し拡げながら、可塑性グラウトの注入が拡大する。このように所定のタイムラグを介しながら、インターバル方式により、複数回注入することにより、当該領域に於ける地盤圧密脱水作用か行われて当該領域の地盤の隆起が避けられ、側方のみの強化が設計通りに行われ、軟弱地盤の改良や、液状化防止施工が行われるという優れた効果が奏される。

而して、可塑性グラウトの注入を削孔の軸方向にステップアップ方式やステップダウン方式にして、所定のタイムラグを介し、インターバル方式により注入を行うことにより、当該態様においては、確実に地盤の隆起等が行われず、側方の圧密脱水作用のみが行われるという優れた効果が奏される。

又、所定エリアの地盤に相互に所定間隔を介し、形成した所定の複数の削孔に対し、横方向において、所定のタイムラグを介し、インターバル方式にて可塑性グラウトの注入を行うことにより、所定の広大な面積の地盤エリアの側方圧密脱水作用を介しての強化が一挙に行われるという優れた効果が奏される。

又、削孔の軸方向にステップアップ方式やステップダウン方式と共に、上述横方向にインターバル方式を介して、可塑性グラウトの立体的な注入をする態様を相隣って行うことにより、地盤の総合的な強化が行われるという優れた効果が奏される。

更に、削孔に挿入した注入管に所定ピッチで袋体や袋パッカーを挿着し、袋体に可塑性なグラウトをインターバル方式で注入することにより、袋体から浸み出した可塑性グラウトが削孔の側壁とゲル化作用を生じ、実際のパッカーサイズよりも大サイズのパッカーを形成し、したがって、相隣る袋体等に注入した可塑性グラウトが袋体を越えて、上下方向に逸走して、地盤の隆起等の変位が行われることが無いという優れた効果が奏される。

このため、注入管又は注入管に抱き合わせた引張材の引張強度が地盤に付与されるという効果を生ずる。

而して、削孔に可塑性グラウトの注入をインターバル方式で行う際に、ペーバードレーン等のドレーン材等を併設することにより、該可塑性グラウトの注入に合わせて排除される脱水分が当該ステージの水分を当該ドレーン材を介し、積極的に排水出来るために圧密に伴う地盤の強度による、よりスムーズに地盤改良がなされるという優れた効果が奏される。

而して、可塑性グラウトのインターバル方式による地盤中への注入に際して、当該地盤の変位計測をレーザー光線等により、計測してコンピューター等を介し、リアルタイムに変位計測行うことにより、可塑性グラウトの注入量や注入タイミングを調節して、設計通りに地盤の強度の向上を行うことが出来るようにすることが出来るという優れた効果が奏される。

このように、可塑性グラウトをインターバル方式を介して、一定のタイムラグを介し、重ねて注入することにより、圧密が重ねられて地盤強化がより正確に設計通りに行えるという効果がある。

そして、在来態様の如く、溶液型の薬剤を一気に連続的に地盤中に注入することにより、当該注入された薬剤が地盤を割裂して逸走し、経時的に所定のゲルタイムで凝固することにより、圧密作用が図れないということがなく、形成される固結物の強度も地上で注入剤と砂を混合して形成されるサンドゲルの強度と大差はないものしか得られないというデメリットが避けられ、単なる懸濁型の注入剤を浸透させた場合、その粒子間に目詰まりによる固結物の強度が大きくなるという現象が見られず、強度の向上が期待出来ないということもない効果が奏される。

そして、この出願の発明によれば、地盤の隆起等が生じない為に、当該地盤上に構築されている建築物等が当該地盤の隆起により傾斜するような虞が全くないという効果がある。

又、可塑性グラウトについて所定の薬剤を混合することにより、その流動性や強度を適宜に調節出来るという柔軟性がある効果も奏される。

加えて、可塑性グラウトの地盤への注入に際し、地盤条件に応じて、注入力や注入回数を増減することが出来る施工上の柔軟性もある。

而して、この出願の発明の可塑性グラウトの注入に際し、適宜のダブルパッカー工法等、その他ロッド注入工法等も選択出来るという設計の自由度もある効果がある。

又、この出願の発明に使用される可塑性グラウトは実質的に非浸透的な注入材であって、懸濁型の瞬結性、或いは、粘度のような塑性を有する注入材であってもよく、好ましくはホモゲルは最終強度が所定値以上の配合性のものであればいい。

可塑性グラウト圧入による地盤強化モデル図であり、（イ）は改良対象領域に対する可塑性グラウトによる固結柱取り合い側面図であり、（ロ）は同部分断面図である。 引張り強化度を有する注入管に対して地盤に可塑性グラウトを圧入した地盤の強化モデルであり、（ハ）は地盤における袋体パッカーの可塑性グラウトによる地盤の強化モデル図であり、（ニ）は同部分平面図であり、（ホ）、（ヘ）は同袋体に対する引っ張り力付与の構造断面図である。 図３は地盤強化原理による構造物基礎の補強モデルであり、（ト）は同袋体に対する注入さた可塑性グラウトの張力付与の概略構造断面図であり、（チ）は同平面図である。 脱水又は、吸水による地盤強化モデル図である。 基本的実施例のプロセス図であり、（リ）はステップアップ方式によるタイムラグを介しての注入態様の断面図であり、（ヌ）は同一ゾーンに対するインターバル方式の注入態様の断面図である。 所定エリアの地盤に相隣って形成した削孔を介しての可塑性ゲルなグラウトの注入のインターバル方式による態様の断面図である。 袋体を介しての圧密プロセスの断面図であり、（ル）はその中間時期における断面図、（オ）は初期工程における断面、（ワ）は、終期における断面図である。 パッカー方式による注入施工の断面図であり、（カ）〜（ヨ）はパッカー袋の側方経時的膨大断面図である。 削孔にドレーン材を併設して脱水効果を促進する施工態様の断面図である。

地盤の施工中途における、変位計測態様の模式図である。（タ）はレベルセンサーによるレベル検出方式に用いるレーザービームの発生装置の概略側面図であり、（レ）は地盤の隆起の計測見地態様の模式側面図である。 この出願の発明の地盤注入の実施例の断面態様図であり、（ソ）はゲル化時間の短い可塑性ゲルのグラウトの薬液の注入態様の断面図であり、（ツ）はゲル化時間の長い可塑性グラウトの薬液の注入態様の概略断面図である。 地盤中に注入する可塑性グラウトのゲル化時間による圧密現象を促進するための注入削孔とドレーン材の取り合い構造模式図断面図である。 一度に過大の可塑性グラウトを注入した場合の地盤の割裂の態様断面図である。

符号の説明

３ 地盤
９ 削孔
８ 袋体（袋パッカー）
１８′ドレーン材
１７ コンピューター

Claims (6)

1. 改良すべき対象地盤に複数の注入孔を設け、この注入孔に設置した注入管からグラウトを注入して該地盤の強度を向上させる軟弱地盤の改良工法において、前記グラウトとしてゲル化時間の短いグラウトを地盤に圧入し、土粒子を周辺に押しやって周辺の土の密度を高めることにより地盤を強化することを特徴とし、該注入管はスリーブを環設した、軸方向に複数設けた外管吐出口を有し、該吐出口を通して前記グラウトを所定深度毎に対象土層に対応して所定量注入することによって地盤を強化することを特徴とする軟弱地盤の改良工法。
2. 改良すべき対象地盤に複数の注入孔を設け、この注入孔からグラウトを注入して該地盤の強度を向上させる軟弱地盤の改良工法において、一個または複数個の袋体を軸方向に設けた注入管を前記注入孔に複数本設置し、該袋体内にゲル化時間の短いグラウトをインターバル方式で注入して土粒子を周辺に押しやり、周辺の土の密度を高めることを特徴とする軟弱地盤の改良方法。
3. 請求項１または２において、ドレーン材による脱水、または吸水管による吸水を併用する請求項１または２に記載の軟弱地盤の改良方法。
4. 請求項１または２において、ゲル化時間の短いグラウトの圧入に際し、該地盤の変位を計測しながら圧入する請求項１または２に記載の軟弱地盤の改良方法。
5. 請求項１または２において、ゲル化時間の短いグラウトの圧入に際し、各土層にゲル化時間の短いグラウトの圧入量を設定して圧入する請求項１または２に記載の軟弱地盤の改良方法。
6. 請求項１または２において、該地盤の間隙と強度を算定した上で、土層毎にゲル化時間の短いグラウトの圧入量を設定し、固結柱の強度と、圧縮された領域の土の増加密度と、それぞれの面積比率より、複合地盤としての強度を設定する請求項１または２に記載の軟弱地盤の改良方法。
   

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