JP2017110463A - 地盤改良工法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤改良材を地盤中の必要な個所に大きな吐出量で低圧で土粒子間浸透により、より効率的に浸透させることができる地盤注入装置及び地盤改良工法を提供する。【解決手段】削孔１内に複数の注入管２が建て込まれており、各注入管２の先端の注入材吐出口部分には柱状浸透源４が設けられている。削孔１の孔壁と各注入管２との間に、硅砂等を柱状に充填したフィルター層Ｓとベントナイトを含むシールパッカー層ＢＰが互層に形成され、最上部にセメントベントナイト等によるシール材ＣＢが充填されている。各注入管２の柱状浸透源４はそれぞれ異なる高さのフィルター層Ｓに位置し、各注入管２から吐出される地盤改良材が、シールパッカー層ＢＰで上部並びに下部が拘束されたフィルター層Ｓを通してフィルター層Ｓの高さに応じた幅で削孔１の孔壁から地盤中の複数の注入ステージＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ内に浸透する。【選択図】図４

Description

本発明は、地盤中に形成された削孔内に設置された注入管と、注入管と削孔壁との間に充填された砂を主体とするフィルター層及びシール手段により柱状浸透源を構成する地盤注入装置、及び該地盤注入装置を用いた地盤改良工法に関するものである。

地盤内に浸透させる地盤注入材としては、シリカ系グラウト材、可塑状グラウト材などの固結性の地盤改良材、地盤改良用のマイクロバブルなどが用いられる。

なお、本願でいう地盤改良工法は、固結性の地盤改良材により直接地盤強度を向上させたり、マイクロバブルや空気などの地盤内への注入により地盤を不飽和化させて液状化強度を向上させる場合のように地盤の性質を改良する工法を指し、汚染物質の除去や固定による地盤浄化技術は含まず、また本願でいう地盤注入材は地盤改良を目的とする注入材であり、土壌浄化を目的とする土壌浄化剤は含まれない。

特許文献１には、低圧注入の下で可能な限り大容量の注入材を可能な限り広範囲に均一に注入することができる注入管装置及び注入工法として、削孔内に建て込まれた注入管に当該注入管に設けられた注入材吐出口を開閉する逆止弁と、当該逆止弁を含む管軸方向の一定範囲を覆う柱状空間導水部材をそれぞれ取り付け、かつ前記削孔壁と前記注入管との間の間隙内にシールグラウトを充填することにより構成され、特に削孔壁と注入管との間のシールグラウトで覆われた柱状空間導水部材からなる柱状浸透源が管軸方向に一定範囲に形成されることにより、削孔の孔壁から周囲の地盤中に大容量の注入材を注入しても、注入材は柱状空間導水部材で覆われた一定長さの範囲からシールグラウトを破って柱状注入により低圧注入することができるようにした技術が開示されている。

特許文献２には、ヒ素拡散防止用注入薬液として、ヒ素不溶化剤として硫酸第二鉄及び／又はポリ硫酸第二鉄、土壌固化剤として非アルカリシリカゾルを用い、非アルカリシリカゾルを固化させるための硬化剤及びｐＨ調整剤の機能を有する酸として、リン原子を含まない酸を用いることにより、薬液自体のゲル化時間を適度に長くすることができ、かつ注入後のヒ素の不溶化、土壌の固化を速やかに行うことができ、さらにその固化を高い強度で実現することができる汚染土壌の浄化技術が開示されている。

特許文献３には、バイオレメディエーション等の原位置浄化工法において、多点注入による浄化液の注入・浸透を、地盤の状況に応じて、各受け持ち対象範囲間で互いに拘束し合うように同時間内で所定量の注入が拘束し合って完了するようにシンクロナイズさせて行うことで、浄化液を当該対象範囲に一様に浸透させ、浸透が不十分な箇所が発生したり、或は汚染物質が対象範囲外へ押し出され逸脱することを防止する技術が開示されている。

特許第４８４８５５３号公報 特許第５２０９１２８号公報 特許第５５６９６１８号公報

例えば、バイオレメディエーションにおいて、浄化液は微生物の栄養剤を水に溶かした非固化性水溶液であり、粘性や地中の挙動は水とほとんど同じである。ところで、このような浄化液は固結性がないため、地中に注入すると透水性が高い箇所へ流れ、地盤が互層の場合、シルト・粘土質には浸透させることが困難である。また、浄化液自体は土質の透水性に影響を及ぼすことなく、注入圧力により地下水と共に移動する。

硬化性のない浄化液は注入するとゲル化しないため、どこまでも浸透してしまい、粗い層や層境に沿って逸脱しやすく、同時に汚染物質も押し出してしまう或は汚染物質が蓄積されやすい細粒土地盤には浸透しにくく原位置浄化が困難である。

例えば、従来の一般的なダブルパッカー工法での注入は、一つの注入管において一深度（通常３３ｃｍ）ごとの注入となるが、任意の注入ステージ（吐出口）で注入（通常毎分吐出量１０リットル〜１５リットル）した後、次の箇所の注入ステージ（吐出口）に移動して注入する際に、当該注入の圧力によって先行して注入した浄化液を押し出すため、浄化液が粗い土層へ移向し、それに伴って汚染物質が押し出されて拡散しやすく、また細粒土中の汚染物質に浄化液が作用しにくいという問題がある。

また、ゲル化を伴うシリカグラウトと浄化材を併用して注入した場合（特許文献２）、ゲル化した浄化液中の浄化材が汚染物質に効果的に作用しない、あるいはゲルの存在により土中の微生物の活性化が阻害されるという問題がある。また、ゲル化を伴わない浄化材を注入した場合、浄化材が浸透しやすい土層に逸脱して汚染物の分布している地盤への浄化液の浸透が不十分となる。このため微生物の活性の環境が十分に整わず、汚染物質の濃度低減が進まないという問題が生ずる。

また、自然注入は、帯水層の深度に有孔管又はスリットを設けた井戸を介して、地上から浄化液を重力によって地中に浸透させる方法であるが、自然注入では、透水性の良い土質に浄化液は浸透するものの、シルト・粘土質では浸透しないという問題がある。

このような地盤中の浸透に関する問題はシリカ系グラウト材、可塑状グラウト材などの地盤改良用の地盤注入材の注入においても同様である。

特許文献３記載の技術はこのような課題の解決を図ったものであるが、地盤条件などによっては効率的な制御が難しい場合もあり得る。また、注入管のまわりに形成したシールグラウトを地盤注入材の注入圧を利用して壊し、浸透注入を図る工法もバラツキが生じるなどの問題がある。

本発明は従来技術における上述のような課題を解決することを目的としたものであり、地盤注入材を地盤中の必要な個所に大きな吐出量で低圧で土粒子間浸透により、より効率的に浸透させることができ、又シールグラウトの化学的特性（特にアルカリ性やカルシウム塩等）や強度により注入材のゲル化や浸透性が影響を受けない地盤注入装置及地盤改良工法を提供することを目的としている。

本発明の地盤注入装置は、地盤中に形成された削孔内に設置され、管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管と、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置を含む下方に充填された砂を主体とするフィルター層と、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置より上方に充填されたシール材とからなり、前記注入材吐出口から吐出される地盤改良用の地盤注入材が、前記シール材で上部が拘束された前記フィルター層の全長を通して前記削孔壁から地盤中に浸透するように構成されてなることを特徴とする。

本発明で用いる地盤注入材としては、例えばシリカ系グラウト材、可塑状グラウト材等の硬化性の地盤注入材の他、地盤を不飽和化させて液状化強度を向上させるマイクロバブルや空気などが挙げられる。

これらの地盤注入材は、注入管の注入材吐出口から注入された注入材が砂を主体とするフィルター層で均等に分散されながら、削孔壁から対象とする地層に浸透して行くため、大きな吐出量で注入材を低圧で浸透させることができる。また、その分、注入管の間隔を大きくとることができる。

本発明の地盤注入装置は、地盤注入材の注入において、砂を主体とするフィルター層が柱状浸透源として機能し、大きな吐出量で単位浸透面積当たりの浸透速度は小さく注入圧が低い状態での大容量の浸透注入が可能となる。

なお、本発明では、砂を主体とするフィルター層が柱状浸透源としての機能を有するが、注入管の吐出口部分に従来知られている柱状浸透源を用いることにより、二重の柱状浸透源を形成させてもよい。その他、注入管の吐出部分については、１又は複数の吐出口を有するもの、吐出口の高さが異なる複数の注入細管を組み合わせたもの、ダブルパッカー方式に注入位置を変えられるものなどを用いてもよい。

フィルター層の上方に充填されるシール材は、水密性を備え、注入材が対象とする地層以外に流出するのを防止するためのものであり、セメントベントナイトなどの水密性に加え硬化性及び強度を備えた材料を用いることが好ましい。

本発明のもう一つの態様における地盤注入装置は、地盤中に形成された削孔内に設置され、管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管と、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置より上方、又は上方並びに下方に形成されたベントナイトを含むシールパッカー層と、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記シールパッカー層の下方又は上下のシールパッカー層間に充填された砂を主体とするフィルター層とからなり、前記注入材吐出口から吐出される地盤改良用の地盤注入材が、前記シールパッカー層で上部、又は上部並びに下部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透するように構成されてなることを特徴とする。

この場合も、地盤改良用の地盤注入材に関しては、シリカ系グラウト材や可塑状グラウト材などの固結性の注入材の他、空気、マイクロバブルなどを注入材として利用することができる。

なお、注入管の吐出口部分についても、１又は複数の吐出口を有するもの、吐出口の高さが異なる複数の注入細管を組み合わせたもの、ダブルパッカー方式に注入位置を変えられるもの、柱状浸透源などが適用可能である。

シールパッカー層については、吸水膨張性のあるベントナイトペレットなどを用いることができる。ベントナイトペレットは、粒状に成型したものなどが市販されており、充填したフィルター層の上部にベントナイトペレットを投入することで、削孔内の水分を吸収して膨潤し、止水性のあるシールパッカー層が形成される。

対象となる地盤の土質分布に応じ、透水性の高い砂層やシルト層位置に対応させて砂を主体とするフィルター層を設け、その境界部分や透水性の低い粘土層との境界部分にベントナイトを含むシールパッカー層を設け、フィルター層を通して注入材が効率よく狙った地層に浸透して行くようにする。

また、フィルター層を形成する砂の粒度はその周辺の土よりも透水性がよいものであるのが好ましい。

砂を主体とするフィルター層が上下方向に形成される場合、最上部のフィルター層の上部又は最上部のシールパッカー層の上部には必要に応じ、セメントベントナイトなどによるシール材を充填する。

なお、砂を主体とするフィルター層は、施工条件にもよるが、径よりも高さが大きい柱状とすることで、その高さに応じた広い幅で地盤改良材としての注入材を柱状浸透させることができる。

本発明の地盤改良工法は、上述した本発明の注入管装置を用いた工法であり、
(1) ケーシングを用いて地盤を掘削し、地盤中に削孔を形成する工程と、
(2) 管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管を前記削孔内に設置する工程と、
(3) 前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置より上方まで砂を充填して砂を主体とするフィルター層を形成する工程と、
(4) 前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記フィルター層の上方にベントナイトを含むシールパッカー層やセメントベントナイト等のシール材を充填する工程と、
(5) 前記注入管の注入材吐出口から地盤改良用の地盤注入材を吐出させる工程と、
を有し、
前記注入材吐出口から吐出させた前記地盤注入材を、前記シール材により上部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透させることを特徴とする。

地盤注入材として、シリカ系グラウト材や可塑状グラウト材などの固結性の注入材の他、空気、マイクロバブルなどを注入材として利用することができることや、各種注入管の形態に関しては上述した通りである。

注入管からの注入において、ダブルパッカー工法を用いる場合の形態としては、注入管が管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入外管と、注入外管内に設置された注入内管とからなり、注入内管から注入外管内に吐出させた地盤注入材を注入外管の注入材吐出口から吐出させ、砂を主体とするフィルター層を通して削孔壁から地盤中に浸透させる形態となる。

注入内管は先端部にある吐出口の上下にダブルパッカーを設け、上下のダブルパッカー間に位置する注入外管の逆止弁を有する１つ又は複数の吐出口から注入材がフィルター層を通して地盤中に注入される（図６）。

本発明のもう一つの態様における地盤改良工法は、
(1) ケーシングを用いて地盤を掘削し、地盤中に削孔を形成する工程と、
(2) 管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管を前記削孔内に設置する工程と、
(3) 前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口を含む下方まで砂を充填して砂を主体とするフィルター層を形成する工程と、
(4) 前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記フィルター層の上方にベントナイトを含むシールパッカー層やセメントベントナイト等のシール材の層を形成させる工程と、
(5)-1 前記シールパッカー層の上方に、さらに前記注入管の注入材吐出口がある場合には、前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置の下方まで砂を充填して砂を主体とするフィルター層を形成する工程と、
(5)-2 前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記フィルター層の上方にシールパッカー層を形成させる工程、
の(5)-1及び(5)-2の工程を一又は複数回繰り返す工程と、
(6) 前記注入管の注入材吐出口から地盤改良用の地盤注入材を吐出させる工程と、
を有し、
前記注入材吐出口から吐出させた前記地盤注入材を、前記シールパッカー層で上部、又は上部並びに下部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透させることを特徴とする。

地盤改良用の地盤注入材として、シリカ系グラウト材、可塑状グラウト材などの固結性の注入材の注入、マイクロバブルや空気などの地盤注入などに利用することができることや、ダブルパッカー工法を用いる場合も含め、各種注入管の形態に関しては上述した通りである。

本発明の地盤注入装置は、注入管の周囲に地盤改良用の地盤注入材の浸透を促す砂を主体とするフィルター層と、地盤注入材の浸透を阻止するセメントベントナイト等のシール材やベントナイトペレット等のベントナイトを含むシールパッカー層が互層に形成されており、注入管の注入材吐出口が砂を主体とするフィルター材層に位置するよう構成されていることで、注入材吐出口から吐出される地盤改良用の地盤注入材が、シール材でシールパッカーの層で拘束された砂を主体とするフィルター層を通して地盤中に柱状浸透するように構成されており、地盤注入材を地盤中の必要な個所に大きな吐出量で低圧で土粒子間浸透により効率的に浸透させることができる。

従来のシールグラウトの場合、シールグラウトの成分が、地盤注入材と化学的変化を起こしたりする恐れがあったのに対し、又セメントベントナイト等の強度の高いシールグラウトが注入管の吐出口を覆っているのに対し、本発明の地盤注入装置は砂を主体とするフィルター層の中を浸透させるため、化学的変化や注入時のスムーズな吐出等についての問題が生じない。

本発明の一実施形態における施工手順を示す鉛直断面図である。 本発明に関し、多点同時注入を行う場合の多点地盤注入装置の構成を示す概要図である。 本発明の他の実施形態における施工手順を示す鉛直断面図である。 地盤の各層に同時注入を行う場合を概略的に示した鉛直断面図である。 地盤の特定の層に注入を行う場合を概略的に示した鉛直断面図である。 本発明にダブルパッカー工法を適用して施工を行う場合を概略的に示した鉛直断面図である。 図３に対応する地盤改良工法について、多点同時注入を行う場合の装置構成を示す概要図である。 多点同時注入を行う場合の他の実施形態を示す概要図である。 実証実験における土質柱状図と注入試験孔及び観測孔（観測井戸）の標準断面を示した図である。 実証実験における注入試験孔と観測孔（観測井戸）、確認孔（ボーリング）の平面配置図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

図１は本発明の一実施形態における施工手順を示したものであり、以下の手順で施工を行うことができる。
(1) ケーシング３を用いて地盤を掘削し、地盤中に削孔１を形成する（図１(a)参照）。
(2) 注入管２を削孔１内に設置する（図１(b)参照）。なお、図示した例は、注入管２の先端の１又は複数の吐出口の周囲に柱状浸透源４を有する場合である。この柱状浸透源４は地盤中の注入を行う層の深さに対応する位置に設ける。
(3) ケーシング３を引き上げながら、注入管２の外周部と削孔１の削孔壁との間に硅砂などの砂を柱状浸透源４の上方まで充填して砂による柱状のフィルター層Ｓを形成する（図１(c)〜(d)参照）。
(4) ケーシング３を引き上げながら、注入管２の外周部と削孔１の削孔壁との間のフィルター層Ｓの上に、ベントナイトを粒状に加工したベントナイトペレットを充填する。ベントナイトペレット削孔２内で水分を吸収して膨潤し、水密性のシールパッカー層ＢＰ（ベントナイトペレット）を形成する（図１(e)参照）。
(5) さらにケーシング３を引き上げながら、注入管２の外周部と削孔１の削孔壁との間のシールパッカー層ＢＰの上にセメントベントナイトなどによるシール材ＣＢ（セメントベントナイト）を充填する（図１(f)参照）。
(6) 以上の手順により本発明の地盤注入装置が形成され、注入管２の吐出口に設けられた柱状浸透源４から地盤改良用の地盤注入材を吐出する（図１(g)参照）。吐出された地盤注入材は透水性の高い砂を主体とする柱状フィルター層Ｓをスムーズに浸透し、大容量の地盤注入材を削孔壁から低圧で地盤中の対象とする地層に浸透させることができる。

なお、注入の対象とする地盤の深さ、その他の条件に応じて、上述の(4)の手順を省略し、フィルター層Ｓの上に直接セメントベントナイトなどによるシール材ＣＢを充填してもよい。

地盤注入材はシリカ系グラウト材や可塑状グラウト材などの固結性の注入材に限らず、施工の目的に応じてマイクロバブルや空気などの不飽和材でもよい。

図２は本発明に関し、多点同時注入を行う場合の多点地盤注入装置の構成を概略的に示したものである。

多点地盤注入装置Ａは地盤改良材貯蔵タンク１０と、それぞれモータ等の独立した駆動源１５で作動し、かつ集中管理装置１７に接続されて制御される多数のユニットポンプ１２を備え、貯蔵タンク２にそれぞれ導管９を通して連結される多連装注入装置と、地盤中の注入ポイントに配置された、それぞれ各ユニットポンプ１２と導管１１を通して接続された複数の注入管２とを備える。

独立した多数のユニットポンプ１２には集中管理装置１７に接続して制御されるインバータ等の回転数変速機１５が備えられ、さらにユニットポンプ１２と注入管２を連結する導管１１には、それぞれ集中管理装置１７に接続して制御される流量圧力検出器１３が備えられる。

上述の構成により、流量圧力検出器１３からの流量／及び又は圧力データの信号を集中管理装置１７に送信し、注入材貯蔵タンク１０中の地盤注入材を各ユニットポンプ１２の作動により任意の注入速度、注入圧力あるいは注入量で各注入管２に圧送し、砂を主体とする複数のフィルター層Ｓから同時に地盤中に多点注入することができる。

図３は本発明の他の実施形態における施工手順を示したものであり、以下の手順で施工を行うことができる。
(1) ケーシング３を用いて地盤を掘削し、地盤中に削孔１を形成する（図３(a)参照）。
(2) 異なる地層を対象とする複数の注入管２を削孔１内に設置する（図３(b)参照）。なお、図示した例は、各注入管２の先端の１又は複数の吐出口の周囲に柱状浸透源４を有する場合である。この柱状浸透源４は地盤中の注入を行う層の深さに対応する位置に設ける。
(3) ケーシング３を引き上げながら、注入管２の外周部と削孔１の削孔壁との間に硅砂などの砂を最下段の柱状浸透源４の上方まで充填して砂によるフィルター層Ｓを形成する（図３(c)参照）。
(4) ケーシング３を引き上げながら、注入管２の外周部と削孔１の削孔壁との間の最下層のフィルター層Ｃの上に、ベントナイトを粒状に加工したベントナイトペレットを充填する。ベントナイトペレットが削孔２内で水分を吸収して膨潤し、水密性のシールパッカー層ＢＰ（ベントナイトペレット）を形成する（図３(d)参照）。
(5) さらにケーシング３を引き上げながら、同様に２段目のフィルター層Ｓ及びシールパッカー層ＢＰを形成する（図３(e)参照）。
(6) 同様に３段目のフィルター層Ｓ、シールパッカー層ＢＰ、４段目のフィルター層Ｓを形成する（図３(f)参照）。
(7) さらにケーシング３を引き上げながら、注入管２の外周部と削孔１の削孔壁との間の最上段（４段目）のフィルター層Ｓの上にセメントベントナイトなどによるシール材ＣＢを充填する（図３(g)参照）。場合によっては、最上段（４段目）のフィルター層Ｓの上に、ベントナイトペレットによる４段目のシールパッカー層ＢＰを形成し、その上にセメントベントナイトなどによるシール材ＣＢを充填するようにしてもよい。
(8) 以上の手順により本発明の地盤注入装置が形成され、注入管２の吐出口に設けられた柱状浸透源４から地盤改良用の地盤注入材を吐出する（図３(h)参照）。吐出された地盤注入材は、柱状浸透源４の位置する各層ごと透水性の高い砂を主体とするフィルター層Ｓをスムーズに浸透し、大容量の地盤注入材を削孔壁から低圧で地盤中の対象とする地層に浸透させることができる。

地盤注入材はシリカ系グラウト材や可塑状グラウト材などの固結性の注入材に限らず、施工の目的に応じてマイクロバブルや空気などでもよい。

図４は図３の実施形態において、地盤の各層に同時注入を行う場合を概略的に示した鉛直断面図である。

削孔１内に複数の注入管２が建て込まれており、各注入管２の先端に柱状浸透源４が設けられている。柱状浸透源４の構成は、例えば注入管２の先端を閉塞した構造とし、先端の側部に１又は複数の注入材吐出口が形成され、逆止弁を設け、その周りに柱状空間導水部材がそれぞれ取り付けられている。

注入管外周部の、注入材吐出口を有する部分を含む管軸方向の一定範囲に透水性被覆を形成するものであればよい。この場合、一定の厚さを有し、網状またはスポンジ状で、透水性と弾力性に富む素材から筒状または帯状に形成されたものが望ましいが、他に織布、不織布、透水性合成樹脂材、各種ドレーン材、さらには、全体に複数の注入材吐出口や注入材吐出スリットを有するチューブ、袋体或いは樹脂繊維などからなる網状体またはかご状体、さらには合成樹脂テープ等を用いることができる。

また、注入管先端部に１又は複数の吐出口が設けられ、その上に逆止弁の作用をする被覆材を設ければ、吐出口から出た地盤注入材は柱状の砂柱を軸方向に流れ、或いは分散してから周辺地盤に浸透して柱状浸透することになる。

このように構成された各注入管２の先端は削孔１の深さ方向に所定間隔をおいて位置するように配置されている。そして、削孔１の孔壁と各注入管２との間に、硅砂等を柱状に充填したフィルター層Ｓが形成されている。

このような構成において、フィルター層Ｓが２重の柱状浸透源を構成し、複数の注入管２に注入材を同時に注入することにより、複数の注入ステージＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ内に注入材を同時に注入することができる。

図５は地盤の特定の層に注入を行う場合を概略的に示した鉛直断面図である。

本発明により、削孔１内に、砂による柱状のフィルター層Ｓとベントナイトペレットを充填してなるシールパッカー層ＢＰが互層に形成され、注入管２の側面に設けられた吐出口から特定の柱状フィルター層Ｓに地盤改良用の地盤注入材が吐出され、フィルター層Ｓが柱状浸透源として作用し、削孔１の孔壁から特定の地層に対し地盤注入が行われる。

図５(a)は上下の２層について同時に注入が行われた場合、図５(b)は上側の一層のみに注入が行われた場合であり、フィルター層Ｓが柱状浸透源として作用し、周囲の地盤中に注入材を均等に浸透注入させることができる。

図６は本発明にダブルパッカー工法を適用して施工を行う場合を概略的に示した鉛直断面図である。

注入管２はこの例で管軸方向の複数箇所に注入材吐出口５ｂを有する注入外管２ａと、注入外管２ａ内に設置された注入内管２ｂとからなり、注入内管２ｂから注入外管２ａ内に吐出させた地盤注入材を注入外管２ａの注入材吐出口５ａから吐出させ、シールパッカー層ＢＰで上部及び下部が拘束された柱状フィルター層Ｓを通して削孔１の孔壁から地盤中に浸透させる構成となっている。

注入内管２ｂは先端部にある吐出口５ｂの上下にダブルパッカー６を設け、上下のダブルパッカー６間に位置する注入外管２ａの逆止弁を有する１つ又は複数の吐出口５ｂから注入材がフィルター層Ｓを通して地盤中に注入される。

この場合も、砂によるフィルター層Ｓが均質で透水性の高い柱状浸透源として作用し、地盤注入材を地盤中の必要な個所に大きな吐出量で低圧で土粒子間浸透により効率的に浸透させることができる。

図７は図３に対応する地盤改良工法について、多点同時注入を行う場合の装置構成を概略的に示したものである。

すなわち、複数の注入地点において複数の注入ステージＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに注入材を同時に注入できるように構成したものである。図において、複数の注入地点にそれぞれ形成された各削孔１内に、図３、図４に示した地盤注入装置の複数の注入管２が建て込まれている。

各注入管２の先端は削孔１の深さ方向に所定間隔をおいて位置するように配置されている。また、削孔１の孔壁と各注入管２との間に砂による柱状のフィルター層Ｓとベントナイトペレットを充填してなるシールパッカー層ＢＰが互層に形成され、最上部にはセメントベントナイトによるシール材ＣＢが充填されている。

また、注入材貯蔵タンク１０、導管１１、ユニットポンプ１２、流量圧力検出器１３などを備えている点等の、その他の構成は図２の多点注入の場合と基本的に同じである。

そして、各注入地点の注入管２に注入材を同時に或いは選択的に注入することにより、複数の注入地点の複数の注入ステージＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの地盤中に注入材を同時に注入することができる。

図８も多点注入の方式により、複数の注入地点の複数の深さにおいて注入ステージＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの地盤中に地盤改良用の注入材を順に又は同時に注入できるように構成された地盤注入装置の他の実施形態を概略的に示したものである。この例は、図６のように注入外管２ａと注入内管２ｂを備えた注入管２を用いたダブルパッカー工法を適用して施工を行う場合である。

図において、複数の注入地点にそれぞれ形成された各削孔１内に、注入外管２が建て込まれている。また、注入内管２ｂを昇降させて注入ステージを変える注入内管昇降装置１８と注入内管２ｂの注入ステージを管理する注入ステージ管理装置１９がそれぞれ取り付けられている。

図８では図示を省略しているが、各注入外管２ａの先端が閉塞され、その側部に複数の注入材吐出口５が形成され、さらに各吐出口５に逆止弁がそれぞれ取り付けられ、シールパッカー層ＢＰで上部及び下部が拘束されたフィルター層Ｓを通して削孔１の孔壁から地盤中に浸透させる構成は図６の場合と同様である。

また、注入材貯蔵タンク１０、導管１１、ユニットポンプ１２、流量圧力検出器１３などを備えている等の点は、図２、図７の実施形態と同様である。

このような構成において、流量圧力検出器１３からの流量／及び又は圧力データの信号が集中管理装置１７に送信されると、貯蔵タンク１０内の注入材がそれぞれ各ユニットポンプ１２の作動により任意の注入速度、注入圧力及び注入量で各注入内管２ｂに圧送される。

そして、複数の注入地点において、注入材が各注入外管２ａの複数の注入材吐出口５から柱状浸透源として機能する複数の７内にそれぞれ吐出され、さらに各注入地点において柱状フィルター層Ｓから周囲の地盤中に同時に浸透注入される。

その際、各注入地点における注入内管２ｂが、集中管理装置１７からの信号による指示によって注入内管昇降装置１８が作動することにより、注入外管２ａ内を注入内管２ｂが上昇することにより、複数の注入地点の各注入ステージＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの地盤中に注入材を順に注入することができる。

ユニットポンプ１２はいずれもそれぞれがモータ等の駆動源１６で作動させることができる。さらに、各駆動源１６は集中管理装置１７で制御されるインバータ等の回転数変速機１５によって作動させることができる。

したがって、この実施形態によれば、多数のユニットポンプ１２で構成しながら全体として容量が小さい、コンパクトな、一体化した１セットの注入装置として構成することができる。

〔実証実験〕
本発明による浸透状況を確認するため、注入液（トレーサー）として塩化リチウムを溶解した水溶液を使用した実証実験を行った。

図９は土質柱状図と注入試験孔及び観測孔（観測井戸）の標準断面を示したものであり、図１０は注入試験孔Ｉと観測孔（観測井戸）Ｗ１〜Ｗ４、確認孔（ボーリング）Ｂ１〜Ｂ４の平面配置図である。

注入試験孔Ｉについては、図９の左側に示すようにケーシングで土質柱状図における細粒砂岩層内に達する地表面から３．５ｍの深さまで削孔し、土質柱状図における砂（礫）層に到達する長い方の注入管（吐出口には２００ｍｍの柱状浸透源を形成）を設置して削孔壁との間に硅砂（３号）の柱状フィルター層を９００ｍｍの厚さに形成させ、その上にベントナイトペレットで２００ｍｍの厚さのシールパッカー層を形成させ、土質柱状図における有機質シルト層に到達する短い方の注入管（吐出口は柱状浸透源）を設置して削孔壁との間に硅砂（３号）の柱状フィルター層を９００ｍｍの厚さに形成させ、その上にベントナイトペレットで３００ｍｍの厚さのシールパッカー層を形成させ、さらにその上にセメントベントナイトを充填してなるシール材によって土質柱状図における有機質粘土層及び改良土層に対応する深さをシールし拘束している。

注入液（トレーサー）として塩化リチウムを溶解した水溶液を用いた。塩化リチウムの希釈率は２００ｍｇ／ｌ（ｐｐｍ）とした。

観測孔（観測井戸）Ｗ１〜Ｗ４については、図９の右側に示すように注入試験孔Ｉの場合と同様にして（ただし、最下部の細粒砂岩層部分にもベントナイトペレットによるシールパッカー層は設けている）、下部の地下水を観測する長い方のケーシング管の先端に設けた長さ５００ｍｍのストレーナー管が砂（礫）層における地下水を観測し、上部の地下水を観測する短い方のケーシング管の先端に設けた長さ５００ｍｍのストレーナー管が有機質シルト層における地下水を観測する構成とした。

確認孔（ボーリング）Ｂ１〜Ｂ４については、φ８６ｍｍのコア採取を行い、土壌資料の分析を行った。

リチウムの分析は、土壌資料については検液を環境省告示第１９号（平成１５年）を準用して作成し、フレーム原子吸光法で測定した。地下水についてはフレーム原子吸光法で測定した。

表１は本試験における確認孔Ｂ１〜Ｂ４における各深さでのリチウム含有量、表２は観測孔Ｗ１〜Ｗ４の上部及び下部における各深さでのリチウム含有量をまとめたものである。

なお、塩化リチウムは自然状態の土壌には存在しないため、上述のようなトレーサーとして適しており、溶解液はほぼ中性に近いので、土壌や地盤注入材に与える影響も少ない。

また、事前の浸透確認試験に限らず、本発明による地盤改良工法において、シリカ系グラウト材、可塑状グラウト材などの固結性の注入材、地盤改良用のマイクロバブルなどに塩化リチウムを添加しておき、浸透の確認に利用することもできる。

Ｓ…フィルター層（砂）、
ＢＰ…シールパッカー層（ベントナイトペレット）、
ＣＢ…シール材（セメントベントナイト）、
１…削孔、
２…注入管、
２ａ…外管、
２ｂ…内管、
３…ケーシング、
４…柱状浸透源、
５…吐出口、
１０…注入材貯蔵タンク、
１１…導管、
１２…ユニットポンプ、
１３…流量圧力検出器、
１４…逆止弁、
１５…回転数変速機、
１６…駆動源、
１７…集中管理装置、
１８…注入内管昇降装置、
１９…注入ステージ管理装置

本発明は、地盤中に形成された削孔内に設置された注入管と、注入管と削孔壁との間に充填された砂を主体とするフィルター層及びシール手段により柱状浸透源を構成する地盤注入装置を用いた地盤改良工法に関するものである。

なお、本願でいう地盤改良工法は、固結性の地盤改良材により直接地盤強度を向上させたり、マイクロバブルの地盤内への注入により地盤を不飽和化させて液状化強度を向上させる場合のように地盤の性質を改良する工法を指し、汚染物質の除去や固定による地盤浄化技術は含まず、また本願でいう地盤注入材は地盤改良を目的とする注入材であり、土壌浄化を目的とする土壌浄化剤は含まれない。

本発明で用いる地盤注入装置は、地盤中に形成された削孔内に設置され、管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管と、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置を含む下方に充填された砂を主体とするフィルター層と、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置より上方に充填されたシール材とからなり、前記注入材吐出口から吐出される地盤改良用の固結性又はマイクロバブルの地盤注入材が、前記シール材で上部が拘束された前記フィルター層の全長を通して前記削孔壁から地盤中に浸透するように構成されてなることを特徴とする。

本発明で用いる地盤注入材としては、例えばシリカ系グラウト材、可塑状グラウト材等の硬化性の地盤注入材の他、地盤を不飽和化させて液状化強度を向上させるマイクロバブルが挙げられる。

本発明で用いるもう一つの態様における地盤注入装置は、地盤中に形成された削孔内に設置され、管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管と、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置より上方、又は上方並びに下方に形成されたベントナイトを含むシールパッカー層と、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記シールパッカー層の下方又は上下のシールパッカー層間に充填された砂を主体とするフィルター層とからなり、前記注入材吐出口から吐出される地盤改良用の固結性又はマイクロバブルの地盤注入材が、前記シールパッカー層で上部、又は上部並びに下部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透するように構成されてなることを特徴とする。

この場合も、地盤改良用の地盤注入材に関しては、シリカ系グラウト材や可塑状グラウト材などの固結性の注入材の他、マイクロバブルを注入材として利用することができる。

本発明の地盤改良工法は、上述した注入管装置を用いた工法であり、
(1) ケーシングを用いて地盤を掘削し、地盤中に削孔を形成する工程と、
(2) 管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管を前記削孔内に設置する工程と、
(3) 前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置より上方まで砂を充填して砂を主体とするフィルター層を形成する工程と、
(4) 前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記フィルター層の上方にベントナイトを含むシールパッカー層やセメントベントナイト等のシール材を充填する工程と、
(5) 前記注入管の注入材吐出口から地盤改良用の固結性又はマイクロバブルの地盤注入材を吐出させる工程と、
を有し、
前記注入材吐出口から吐出させた前記地盤注入材を、前記シール材により上部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透させることを特徴とする。

地盤注入材として、シリカ系グラウト材や可塑状グラウト材などの固結性の注入材の他、マイクロバブルを注入材として利用することができることや、各種注入管の形態に関しては上述した通りである。

本発明のもう一つの態様における地盤改良工法は、
(1) ケーシングを用いて地盤を掘削し、地盤中に削孔を形成する工程と、
(2) 管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管を前記削孔内に設置する工程と、
(3) 前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口を含む下方まで砂を充填して砂を主体とするフィルター層を形成する工程と、
(4) 前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記フィルター層の上方にベントナイトを含むシールパッカー層やセメントベントナイト等のシール材の層を形成させる工程と、
(5)-1 前記シールパッカー層の上方に、さらに前記注入管の注入材吐出口がある場合には、前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置の下方まで砂を充填して砂を主体とするフィルター層を形成する工程と、
(5)-2 前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記フィルター層の上方にシールパッカー層を形成させる工程、
の(5)-1及び(5)-2の工程を一又は複数回繰り返す工程と、
(6) 前記注入管の注入材吐出口から地盤改良用の固結性又はマイクロバブルの地盤注入材を吐出させる工程と、
を有し、
前記注入材吐出口から吐出させた前記地盤注入材を、前記シールパッカー層で上部、又は上部並びに下部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透させることを特徴とする。

地盤改良用の地盤注入材として、シリカ系グラウト材、可塑状グラウト材などの固結性の注入材の注入、マイクロバブルの地盤注入などに利用することができることや、ダブルパッカー工法を用いる場合も含め、各種注入管の形態に関しては上述した通りである。

地盤注入材はシリカ系グラウト材や可塑状グラウト材などの固結性の注入材に限らず、施工の目的に応じてマイクロバブルのような不飽和材でもよい。

地盤注入材はシリカ系グラウト材や可塑状グラウト材などの固結性の注入材に限らず、施工の目的に応じてマイクロバブルでもよい。

Claims (19)

1. 地盤中に形成された削孔内に設置され、管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管と、
   前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置を含む下方に充填された砂を主体とするフィルター層と、
   前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置より上方に充填されたシール材とからなり、
   前記注入材吐出口から吐出される地盤改良用の地盤注入材が、前記シール材で上部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透するように構成されてなることを特徴とする地盤注入装置。
2. 請求項１記載の地盤注入装置において、前記注入管は管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入細管が複数結束され、各注入細管の吐出口が異なる高さに設けられた結束注入細管であることを特徴とする地盤注入装置。
3. 請求項１記載の地盤注入装置において、前記注入管は管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入外管と、前記注入外管内に設置された注入内管とからなり、前記注入内管を経由して前記注入外管の注入材吐出口から吐出される前記地盤注入材が、前記シール材で上部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透するように構成されてなることを特徴とする地盤注入装置。
4. 地盤中に形成された削孔内に設置され、管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管と、
   前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置より上方、又は上方並びに下方に形成されたベントナイトを含むシールパッカー層と、
   前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記シールパッカー層の下方又は上下のシールパッカー層間に充填された砂を主体とするフィルター層とからなり、
   前記注入材吐出口から吐出される地盤改良用の地盤注入材が、前記シールパッカー層で上部、又は上部並びに下部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透するように構成されてなることを特徴とする地盤注入装置。
5. 請求項４記載の地盤注入装置において、前記注入管は管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入細管が複数結束され、各注入細管の吐出口が異なる高さに設けられた結束注入細管であって、前記結束注入細管の吐出口の周りに砂を主体とするフィルター層が形成されていることを特徴とする地盤注入装置。
6. 請求項４記載の地盤注入装置において、前記注入管は管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入外管と、前記注入外管内に設置された注入内管とからなり、前記注入内管を経由して前記注入外管の注入材吐出口から吐出される前記地盤注入材が、前記シールパッカー層で上部、又は上部並びに下部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透するように構成されてなることを特徴とする地盤注入装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の地盤注入装置において、前記砂を主体とするフィルター層は径よりも高さが大きい柱状であることを特徴とする地盤注入装置。
8. ケーシングを用いて地盤を掘削し、地盤中に削孔を形成する工程と、
   管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管を前記削孔内に設置する工程と、
   前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置より上方まで砂を充填して砂を主体とするフィルター層を形成する工程と、
   前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記フィルター層の上方にシール材を充填する工程と、
   前記注入管の注入材吐出口から地盤改良用の地盤注入材を吐出させる工程とを有し、
   前記注入材吐出口から吐出させた前記地盤注入材を、前記シール材により上部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透させることを特徴とする地盤改良工法。
9. 請求項８記載の地盤改良工法において、前記シール材が、セメントベントナイトであることを特徴とする地盤改良工法。
10. 請求項８又は９記載の地盤改良工法において、前記注入管は管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入外管と、前記注入外管内に設置された注入内管とからなり、前記注入内管から前記注入外管内に吐出させた前記地盤注入材を前記注入外管の注入材吐出口から吐出させ、前記シール材により上部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透させることを特徴とする地盤改良工法。
11. ケーシングを用いて地盤を掘削し、地盤中に削孔を形成する工程と、
    管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入管を前記削孔内に設置する工程と、
    前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置の下方まで砂を充填して砂を主体とするフィルター層を形成する工程と、
    前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記フィルター層の上方にベントナイトを含むシールパッカー層を形成させる工程と、
    前記シールパッカー層の上方に、さらに前記注入管の注入材吐出口がある場合には、前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記注入材吐出口位置の下方まで砂を充填して砂を主体とするフィルター層を形成する工程と、前記ケーシングを引き上げながら、前記注入管の外周部と前記削孔の削孔壁との間の前記フィルター層の上方にベントナイトを含むシールパッカー層を形成させる工程を、一又は複数回繰り返す工程と、
    前記注入管の注入材吐出口から地盤改良用の地盤注入材を吐出させる工程とを有し、
    前記注入材吐出口から吐出させた前記地盤注入材を、前記シールパッカー層で上部、又は上部並びに下部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透させることを特徴とする地盤改良工法。
12. 請求項１１記載の地盤改良工法において、前記シールパッカー層が、ベントナイトペレットからなることを特徴とする地盤改良工法。
13. 請求項１１又は１２記載の地盤改良工法において、前記注入管は管軸方向の一箇所又は複数個所に注入材吐出口を有する注入外管と、前記注入外管内に設置された注入内管とからなり、前記注入内管から前記注入外管内に吐出させた前記地盤注入材を前記注入外管の注入材吐出口から吐出させ、前記シールパッカー層で上部、又は上部並びに下部が拘束された前記フィルター層を通して前記削孔壁から地盤中に浸透させることを特徴とする地盤改良工法。
14. 請求項８〜１３のいずれか一項に記載の地盤改良工法において、前記砂を主体とするフィルター層は径よりも高さが大きい柱状であることを特徴とする地盤改良工法。
15. 請求項８〜１４のいずれか一項に記載の地盤改良工法において、前記地盤注入材がシリカ系グラウト材であることを特徴とする地盤改良工法。
16. 請求項８〜１４のいずれか一項に記載の地盤改良工法において、前記地盤注入材が可塑状グラウト材であることを特徴とする地盤改良工法。
17. 請求項８〜１４のいずれか一項に記載の地盤改良工法において、前記地盤注入材が地盤改良用のマイクロバブル又は空気であることを特徴とする地盤改良工法。
18. 請求項８〜１７のいずれか一項に記載の地盤改良工法において、前記地盤注入材にトレーサーとしての塩化リチウムを添加しておくことを特徴とする地盤改良工法。
19. 請求項８〜１４のいずれか一項に記載の地盤改良工法における地盤改良用の地盤注入材に代えてトレーサーとしての塩化リチウムを溶解した水溶液を地盤中に注入し、注入位置から離れた観測井戸及び／又はボーリングによる確認孔における塩化リチウムの濃度を測定することで、地盤中における地盤注入材の浸透を推定することを特徴とする地盤注入材の浸透推定方法。