JP2898154B2 - 薬液注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば軟弱地盤の改良
に使用される薬液注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の薬液注入工法及び装置を、図１０
を参照して説明する。図１０は所謂複相式二重管ストレ
ーナ工法の系統を示しており、全体を符号１で示す従来
の薬液注入装置は、ボーリングマシン２に三重管３を設
け、該三重管３に５０％珪酸ソーダ撹拌槽４、瞬結型硬
化材撹拌槽５、中長結型硬化材撹拌槽６をそれぞれ接続
してある。なお、符号７はグラウトポンプ、符号８は圧
力流量計を示し、符号９はグラウトモニタを示してい
る。

【０００３】薬液注入に際しては、地盤改良が必要な軟
弱地盤Ｇをボーリングマシン２により掘削してボーリン
グ孔１０を穿孔する。所定の深さまで穿孔したら中長結
型硬化材６Ｓを注入しつつボーリングマシン２の掘削部
を引き上げる。ここで、該硬化材６Ｓの流出を防止する
ために、ボーリング孔１０の内側をシールする必要があ
る。その際に、従来は、軟弱地盤に対してはパッカ（メ
カニカルパッカ）はかけられないと言われていた。シー
ルに際して、パッカを半径方向外方に拡大（拡径）する
と、地盤がそれに対応して変形してしまうからである。
これに対して従来技術では、瞬結型硬化材５Ｓを注入し
てボーリング孔１０の近傍箇所を瞬間的に固結せしめる
ことにより、硬化材の流出を防止していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記した従来
技術では、薬液注入は下方から上方へ移動するように行
われる（所謂「ステップアップ」）。しかし、薬液注入
工法はその性質上、上方から下方へ移動する所謂「ステ
ップダウン」が好ましく、そのため従来の薬液注入工法
或いは地盤改良工法は作業効率の点で問題が存在した。

【０００５】また、瞬結型硬化材と長中結型硬化材とが
混合すると瞬時に固結してしまうので、瞬結型硬化材及
び長中結型硬化材を各々注入した後、ボーリングマシン
の内部で両者が混合しないようにするため、薬液注入機
構の構造が非常に複雑になり、薬液注入作業コストの上
昇を招いていた。

【０００６】本発明は上記した従来技術の問題点に鑑み
て提案されたものであり、所謂「ステップダウン」方式
の薬液注入を可能とし、しかも薬液注入に用いられる設
備の構成を簡略化する事が出来る様な薬液注入装置の提
供を目的としている。

【０００７】本発明によれば、ボーリングマシーンに三
重管を設け、その三重管はパッカに供給される圧力気体
の通路と削孔水又は薬液を供給する通路と削孔水或いは
別の薬液を供給する通路とを有している薬液注入装置に
おいて、前記パッカは前記の圧力の気体の圧力により膨
脹可能な可撓性部材により構成され、前記削孔水又は薬
液を供給する通路はいずれもパッカの下方の混合室に連
通しており、そして前記パッカは断面形状が円形の内周
面と、断面形状が多角形状の外周面とを有し、外周面に
は等間隔で山部と谷部とが形成されており、該谷部によ
り上記パッカは２以上の区画に仕切られている。

【０００８】

【０００９】

【００１０】本発明の実施に際して、上記パッカは単一
で使用されても良いが、複数個、好ましくは３個設けて
も良い。そして、複数個のパッカを使用する場合には、
山と谷とが交互になった状態の配置にする事が好まし
い。

【００１１】ここで、注入される薬液は硬化時間が２０
分程度のものが好ましい。

【００１２】また、パッカに作用する気体は、例えば圧
縮空気や加圧窒素が用いられる。

【００１３】

【作用】上記した様な構成を具備する本発明により地盤
改良を行うために薬液注入をするに際しては、先ず、改
良するべき地盤を、所定の距離（掘削距離）だけ掘削し
てボーリング孔を穿孔する。この掘削距離は、一回の薬
液注入で地盤改良を行うべき区域のレベルに対応して設
定される。穿孔後、膨張可能な可撓性部材により構成さ
れたパッカに流体圧を供給して膨張させる事によりボー
リング孔をシールして、そのパッカの下方から薬液を注
入する。ここで、可撓性部材により構成されたパッカを
流体圧により膨張せしめれば、従来のメカニカルパッカ
のように地盤を変形する事がなく、ボーリング孔内壁と
確実に当接してシール作用を行うのである。

【００１４】この状態で地盤改良用の薬液（中長結型硬
化材）を注入しても、該薬液はパッカよりも上方に流出
する事無く、そのレベルの区画の地盤中に浸透するの
で、従来の複相式二重管ストレーナ工法の様に瞬結型硬
化材を注入する必要は無い。薬液を注入した後は、所定
の硬化時間の間、待機する。

【００１５】硬化時間が経過したら、流体圧を排出する
事によりパッカを収縮して元の状態に復帰させ、再び所
定の掘削距離だけ穿孔をおこなう。以下、上記した作業
を繰り返せば良い。

【００１６】ここで、本発明の薬液注入に際しては、従
来技術の様に下方から上方へ移動させる必要性はまった
く存在しないので、一つの区画の地盤改良が完了する毎
に、上方から下方に向かって上述した作業を繰り返す事
が可能である。すなわち、所謂ステップダウン方式によ
る薬液注入が可能となるので、作業効率が非常に改善さ
れるのである。

【００１７】また、瞬結型硬化材を使用する必要性が無
くなるため、注入すべき薬液の種類が減少し、その分だ
け薬液注入設備の構造を簡素化する事が出来る。そし
て、瞬結型硬化材と長中結型硬化材との混合による不都
合が完全に防止されるので、作業者の負担が減少し、作
業コストが低減する。

【００１８】

【実施例】以下、添付図面の図１−９を参照して、本発
明の実施例を説明する。なお、図１０と同一の部材には
同一の符号を付してある。ここで図示の実施例は、図１
−４で示すようなパッカを有している事、その他の構成
等で、図１０で示す従来技術とは相違している。

【００１９】図１及び図２は、従来技術と本発明とが最
も相違している部分であるホッパ近傍の構成を示すもの
であり、軟弱地盤Ｇに掘削された直径４５ｍｍのボーリ
ング孔１０と、ボーリングマシン２（図１０）の先端部
分１２が示されている。そして、先端部分１２の先端部
（下端部）には、掘削用のリングビット１４が設けられ
ており、リングビット１４の反対側は硬質ゴム性のメカ
ニカルパッカ１６及び三重管３と接続している。このパ
ッカ１６は、図１の状態では膨張しておらず、図２にお
いて膨張状態が示されている。また、先端部分１２には
薬液の組成分混合用の混合室１７が設けられ、その混合
室１７の下部には噴出孔１９が形成されている。

【００２０】三重管３は、その内部に３本の流路が形成
されており、半径方向について最も外側の流路１８には
パッカ１６に供給される圧力流体である圧縮空気（図２
の点線で示す矢印Ｎ）が流過し、半径方向中間の流路２
０には水圧ボーリング用の削孔水（矢印Ｗ）或いは地盤
改良用に注入される薬液の組成分である所謂「Ａ液」
（矢印Ａ）が流過し、三重管３の中心線付近の流路２２
には水圧ボーリング用の削孔水Ｗ或いは注入薬液の組成
分である所謂「Ｂ液」（矢印Ｂ）が流過する。ここで、
図１の状態では流路２０、２２に削孔水Ｗが流れ、図２
の状態では薬液の組成分が流れる。

【００２１】次に、圧縮空気Ｎ、削孔水Ｗ、注入薬液の
組成分Ａ及びＢの流れについて、図１、２を参照して説
明する。

【００２２】図１で示す掘削或いは穿孔処理の際には、
パッカ１６は膨張しないので圧縮空気Ｎは流路１８を流
れない。一方、水圧ボーリング用の削孔水Ｗは流路２
０、２２内を流れ、混合室１７、噴出孔１９を介してリ
ングビット１４の半径方向内方から噴射し、地盤Ｇを掘
削する。掘削した後、削孔水Ｗは、先端部分１２、パッ
カ１６、三重管３の外周面とボーリング孔１０の内壁面
１０ｉとの間の空間Ｌから、矢印ＷＲで示す様に、地上
に向かって流出する。勿論、この穿孔処理の間は、注入
薬液の組成分Ａ、Ｂは流路２０、２２中を流れない。

【００２３】所定の深度まで掘削され、図１の穿孔処理
から図２の薬液注入処理に移行すると、流路１８を介し
て圧縮空気Ｎがパッカ１６内に供給されて、図２で示す
様に、ボーリング孔１０の内壁面１０ｉと当接するまで
パッカ１６を膨張せしめる。パッカ１６が膨張した後
に、流路２０には注入薬液の組成分Ａ（Ａ液）が流れ、
流路２２には組成分Ｂ（Ｂ液）が流れる。組成分Ａ及び
Ｂは、混合室１７内で混合されて地盤改良用の注入液Ａ
＋Ｂ（矢印Ａ＋Ｂ）として、噴出孔１９を介して地盤Ｇ
に注入される。

【００２４】ここで、ボーリング孔１０の内壁面１０ｉ
との間の空間Ｌは、パッカ１６が膨張する事によりその
部分だけ遮断されているので、注入薬液Ａ＋Ｂがパッカ
１６よりも上方の領域に流出する事はない。同様な理由
により、注入薬液Ａ＋Ｂによる地盤改良も、パッカ１６
よりも下方のレベルの区域についてのみ行われる。

【００２５】薬液注入処理が完了し、所定時間が経過し
た後に、再び掘削処理を開始するが、その際には流路１
８を介してパッカ１６から圧縮空気を排出する。その結
果、再び図１で示す状態となる。そして、削孔水Ｗを流
路２０、２２を介して流過せしめる。この際に、薬液注
入処理で残存した注入液Ａ＋Ｂは、削孔水Ｗにより洗浄
されるので、残存する注入液の硬化による不都合は防止
される。

【００２６】図１、２で示された実施例は硬質ゴム製の
パッカが１つのみ設けられていたが、パッカを複数設け
てシール性を向上させる事も可能である。図３、４はパ
ッカを複数設けた実施例を示している。図３において、
三重管３と先端部分１２は、３個のパッカ１６−１、１
６−２、１６−３及びロッド３０が介装されている。パ
ッカ１６−１乃至１６−３の断面形状は、図４に示され
ている通り、概略環状となっており、円形の内周面３２
と多角形状の外周面３４とから構成されている。そし
て、外周面３４には等間隔で山部Ｙと谷部Ｔとが形成さ
れており、その谷部Ｔにより図４の実施例ではパッカ１
６−１、１６−２、１６−３は５区画に仕切られてい
る。なお、ロッド３０の外径すなわちパッカ１６−１、
１６−２、１６−３の内径は４５ｍｍである。ロッド３
０の径については、その内径が１０ｃｍ以下となれば、
特に限定条件は存在しない。

【００２７】ここで、パッカの断面形状を円環状とせず
に山部Ｙ及び谷部Ｔを設けたのは、円環状にするとパッ
カ膨張後に圧縮空気を排出したときの復元力が低下する
のに対して、山部Ｙ及び谷部Ｔを設ければ復元力が維持
されるからである。なお、図３から明らかなように、３
個のパッカ１６−１、１６−２、１６−３を配置する際
には、上下のパッカの山部Ｙと谷部Ｔとが交互に配列さ
れている。谷部Ｔが同一直線上に配置されると、そこか
ら注入薬液が漏れ出る恐れがあるのに対して、このよう
に配置すればラビリンスシールと同様な作用効果により
シール性がさらに向上するからである。

【００２８】次に図５−９を参照して、図示の実施例に
おける地盤改良作業を更に詳しく説明する。

【００２９】作業に際しては、先ず、仮設工を行い（図
９のステップＳ１）、そしてボーリング機械等を据え付
ける（ステップＳ２）。次に、図５で示す掘削或いは穿
孔工程を行う（ステップＳ３）。穿孔工程においては、
図１で関連して説明した様に、削孔水Ｗ（図１）を噴出
して地盤Ｇを掘削する所謂水圧ボーリングを行う。

【００３０】所定のレベルまで穿孔したならば、図２で
示す様にパッカ１６を膨張する（ステップＳ４）。な
お、図９のステップＳ４に相当する工程は、図５で示す
工程と図６で示す工程の中間に該当する。

【００３１】パッカ１６が膨張した後に、地盤改良用の
注入材として薬液Ａ及びＢが注入される（ステップＳ
５）。注入後、注入材の効果時間に対応する時間（例え
ば２０分間）だけ待機する（ステップＳ６）。待機時間
終了後、薬液が注入された領域の地盤Ｇが改良される。
図５−８においては、地盤改良された領域は符号
（１）、（２）、（３）・・・で示されている。

【００３２】次に、パッカ１６から圧縮空気を排出して
元の状態に復帰せしめる（ステップＳ７）。この状態
で、地盤改良作業を同一のボーリング孔１０に沿って更
に行う場合は（ステップＳ８がＹＥＳ）、ステップＳ３
に戻って再び穿孔作業を行い（図７）、上述の工程を繰
り返す（図８）。ここで、図７、８において明確に示さ
れている様に、図示の実施例においては下降式工法（ス
テップダウン）が行われる。

【００３３】ボーリング孔１０に沿って行われる地盤改
良が終了したならば（ステップＳ９）、、図示しない別
のボーリング孔で地盤改良工法を施工するべく、ボーリ
ングマシン２その他を移動して該別のボーリング孔の箇
所へ据え付ける（ステップＳ２）。別のボーリング孔で
は施工しない場合には（ステップＳ９がＮＯ）、地盤改
良工法は終了しているので機材を撤去する（ステップＳ
１０）。

【００３４】なお、図示の実施例はあくまでも例示であ
り、本発明の技術範囲を限定するものではない旨を付記
する。

【００３５】

【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。

【００３６】（１） 上方から下方に向かって地盤改良
作業を繰り返す事が可能であり、所謂ステップダウン方
式による薬液注入が可能となるので、作業効率が非常に
改善される。

【００３７】（２） パッカの断面形状が山部と谷部と
を有しているので、膨張後に圧力気体を排出した後の復
元力が得られる。

【００３８】（３） 従来のメカニカルパッカのように
地盤を変形する事がなく、ボーリング孔内壁と穿孔手段
との間の空間を確実にシールして注入薬液の流出を完全
に防止できる。

【００３９】（４） パッカの膨張、復帰は加圧気体の
供給、排出により行い得るので、気体圧を高圧にする事
が容易であり、高圧設備がその分だけ簡略化される。

【００４０】

【００４１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用されるパッカの正面図。

【図２】図１のパッカが膨張した状態を示す正面図。

【図３】その他のパッカを示す正面図。

【図４】図３のパッカの平面形状を示す断面図。

【図５】図示の実施例による地盤改良工法の１工程を示
す正面図。

【図６】図示の実施例による地盤改良工法の１工程を示
す正面図。

【図７】図示の実施例による地盤改良工法の１工程を示
す正面図。

【図８】図示の実施例による地盤改良工法の１工程を示
す正面図。

【図９】図５−９で示す地盤改良工法の手順をフローチ
ャートで示す図。

【図１０】従来の地盤改良工法を示す図。

【符号の説明】

１・・・薬液注入装置 ２・・・ボーリングマシン ３・・・三重管 ４・・・５０％珪酸ソーダ撹拌槽 ５・・・瞬結型硬化材撹拌槽 ５Ｓ・・・瞬結型硬化材 ６・・・中長結型硬化材撹拌槽 ６Ｓ・・・中長結型硬化材 ７・・・グラウトポンプ ８・・・圧力流量計 ９・・・グラウトモニタ １０・・・ボーリング孔 １０ｉ・・・ボーリング孔の内壁面 １２・・・ボーリングマシンの先端部分 １４・・・掘削用リングビット １６、１６−１、１６−２・・・パッカ １７・・・薬液の組成分混合用の混合室 １８、２０、２２・・・流路 １９・・・噴出孔 Ｇ・・・地盤 Ｌ・・・ボーリングマシンとボーリング孔内壁との間の
空間 Ｎ・・・圧縮空気 Ａ・・・注入薬液の組成分（Ａ液） Ｂ・・・注入薬液の組成分（Ｂ液） Ａ＋Ｂ・・・地盤改良用の注入液 ３０・・・ロッド ３２・・・内周面 ３４・・・外周面 Ｙ・・・山部 Ｔ・・・谷部 （１）、（２）、（３）、（４）、（５）・・・地盤改
良された領域（区画）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02D 3/12 101

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボーリングマシーンに三重管を設け、そ
   の三重管はパッカに供給される圧力気体の通路と削孔水
   又は薬液を供給する通路と削孔水或いは別の薬液を供給
   する通路とを有している薬液注入装置において、前記パ
   ッカは前記の圧力の気体の圧力により膨脹可能な可撓性
   部材により構成され、前記削孔水又は薬液を供給する通
   路はいずれもパッカの下方の混合室に連通しており、そ
   して前記パッカは断面形状が円形の内周面と、断面形状
   が多角形状の外周面とを有し、外周面には等間隔で山部
   と谷部とが形成されており、該谷部により上記パッカは
   ２以上の区画に仕切られていることを特徴とする薬液注
   入装置。