JP3632956B2 - 地盤注入装置および注入工法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は地盤注入液を地盤中に設置された注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結する地盤注入装置および工法に係り、特に注入の際の圧力変化にもかかわらず、所定の吐出量で注入し得る地盤注入装置および工法に係り、詳細には、地盤中に設置した複数の注入管路に同時に注入したときに、それぞれの注入管路の地盤の注入抵抗圧力に違いがあっても、それぞれの注入管路において適切な吐出量または圧力に調整して注入し得る地盤注入装置および工法に係り、さらに詳細には、複数の注入管路に同時に注入したときに、これらの注入管路のうちの一部の注入情況が変化しても、他の注入管路の注入圧力に影響を与えることなく、それぞれの注入管において適切な注入圧力または吐出量に調整して同時注入が続行され、あるいはこれらの注入管路のうちの一部の注入が変化した場合、その注入管路のみを所望の圧力または吐出速度に変動させて所定量の注入を可能とする地盤注入装置および工法に関する。
【0002】
【従来の技術】
地盤中に注入液を注入して該地盤を改良する地盤改良技術として、従来、注入すべき地盤に注入管を設置し、これら注入管を一本づつ下方から上方に引き上げ、あるいは上方から下方に押し下げて注入ステージを移向しながら注入する方法が知られている。
【0003】
【発明が解決すべき課題】
しかし、注入すべき対象地盤は大方、軟弱な沖積層であって、透水性の異なる土層が積層して構成されており、このため、注入ステージを移向させながらそれぞれの土層に最適な注入を達成すること、すなわち、最適な注入圧、注入速度、注入量、注入率等による注入を達成することは極めて煩雑であって、長時間を必要とし、不経済となり、実質的に不可能であった。
【0004】
また、近年、地盤注入により液状化防止を行なうことが要求されている。このような液状化防止には大容量土の経済的急速施工が必要である。しかし、従来の注入工法ではこのような急速施工は不可能であった。
【0005】
特に、地盤は上述のとおり、透水性の異なる土層が積層して構成されており、このため、各土層間で注入圧が異なって圧力変化を起こし、あるいは注入中に注入圧力の変化を起こし、この地盤内圧力変化のため一定量の吐出量で地盤注入することは非常に困難であった。また、地盤中に設置した複数の注入管路に一つのポンプから同時に注入する場合、各注入管路吐出口の地盤の注入圧力が異なれば、圧力の低い注入管路のみに注入液が吐出され、所定の注入量を複数の注入管路に同時に注入することは不可能であった。
【0006】
また、一台のポンプから多数のオリフイスまたは噴射口を介して多数の注入管に同時に注入液を送液し、地盤中に注入する方法も提案されている。この方法では個々の注入管について、地盤の抵抗圧の変化の幅が大きい場合、それぞれの注入管毎の注入圧力、注入量を変動させて所定注入量の注入を行なうことは困難である。また、多数の注入管のうち、いずれかの注入管の注入が終了してのち、残りの注入管からの注入を所定圧力および吐出量を保ちながら注入することもまた困難なため、実用化には至っていないのが実情である。
【0007】
例えば、複数の注入管のうち、一部の注入管の注入が完了してこの注入管路のバルブを閉束した場合、送液管内の圧力は急上昇して残りの注入管への注入量が急激に増大してしまい、一定の注入圧力で一定の注入量を維持して注入を継続することが困難になる。また、各注入管毎に注入管からの吐出量を注入状況に応じて変動させることも困難である。
【0008】
そこで、本発明の目的は地盤注入の際の注入圧力の変化にもかかわらず、所定の吐出量で注入し得、また、複数の注入管路吐出口の浸透抵抗圧力がそれぞれ異なっても、複数の注入管路から同時に、所定の注入速度で注入し得、さらに、複数の注入管路のうち、一部の注入が完了して注入を停止しても、他の残りの注入管路に影響を与えず、所定の圧力および吐出量を保ったまま、最後の一本の注入管路まで容易に注入し得、さらにまた、注入中、各注入管路毎にその吐出量を注入状況に応じて調整し得、上述公知技術に存する欠点を改良した地盤注入装置および工法を提供することにある。
【0009】
さらに、本発明の他の目的は液状化防止工事あるいは大規模工事における急速施工のための地盤改良等、大容量土の地盤改良に適し、特に、改良すべき地盤に複数の注入管路を設置し、これら複数の注入管路から注入液を同時に、かつ選択的に、さらには自動的に注入し得る地盤注入装置および工法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明装置によれば、地盤注入液を地盤中に設置された注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結する地盤注入装置において、該注入液を加圧する注入液加圧部と、この注入液加圧部に連通され、前記加圧部によって加圧された注入液を前記複数の注入管路にそれぞれ送液する複数の分岐管とを備え、前記複数の分岐管にはそれぞれ、絞り調整装置および、これよりも下流側に圧力計および/または流量計が設けられ、前記絞り調整装置は圧力計および/または流量計からの情報に基づき、絞りを調整することにより、各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および/または吐出圧力をそれぞれの注入管路における状況に応じて調整し、複数の注入管路から同時に注入することを特徴とする。
【0011】
さらに上述の目的を達成するため、本発明方法によれば、地盤注入液を地盤中に設置された複数の注入管路を通して地盤中に駆動し、該地盤を固結する地盤注入工法において、該注入液を加圧する注入液加圧部と、この注入液加圧部に連通され、前記加圧部によって加圧された注入液を前記複数の注入管路にそれぞれ送液する複数の分岐管と、前記複数の分岐管にそれぞれ設けられた絞り調整装置およびこれより下流側の分岐管に設けられた圧力計および/または流量計と、前記圧力計および/または流量計に接続されてこれらからの情報を受け、かつ絞り調整装置に接続され、前記情報に基づいて絞り調整装置に指示を与える制御装置とを備えた地盤注入装置を用い、前記注入液を注入加圧部から分岐管および注入管路を経て地盤中に注入するに際して、絞り調整装置に絞りの指示を与えながら注入を行って絞りを調整することを特徴とし、これにより各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および/または吐出圧力をそれぞれの注入管路における注入状況に応じて調整し、複数の注入管路から同時に注入することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を添付図面を用いて詳述する。
【0013】
図1は本発明にかかる地盤注入装置の一具体例のフローシートである。図2は本発明にかかる地盤注入装置の他の具体例のフローシートである。図3は本発明にかかる地盤注入装置のさらに他の具体例のフローシートである。図4は注入液加圧部として複数台の注入ポンプを用いたときのフローシートである。図5、図6は本発明にかかる絞り調整装置の具体例である。図7は本発明にかかる地盤注入工法の一具体例のフローシートである。
【0014】
図1において、地盤注入装置Aは注入液槽4中の地盤注入液5を地盤3中に設置された複数の注入管路2、2・・・2を通して地盤3中に注入し、地盤3を固結する。このような本発明にかかる地盤注入装置Aは注入液加圧部1と、複数の分岐管6、6・・・6とを基本的に備えて構成される。
【0015】
注入液加圧部1は注入液槽4と導管(送液系13)を介して連結され、槽4中の地盤注入液5を注入液加圧部1に導き入れ、加圧する。この注入液加圧部1は具体的には例えば、一台の注入ポンプから構成され、あるいは図4に示されるように、複数台の注入ポンプ12、12・・・12を並列して構成され、さらには図示しないがコンプレッサから構成される。
【0016】
分岐管6、6・・・6はそれぞれ送液系13を介して注入液加圧部1に連通され、注入液加圧部1によって加圧された注入液を注入管路2、2・・・2に送液する。これら分岐管6、6・・・6にはそれぞれ、絞り調整装置7およびこれよりも下流側に圧力計8および/または流量計9が設けられる。14は地盤3中の注入管路2と、分岐管6とを連結する連結部である。
【0017】
本発明にかかる地盤注入装置Aはさらに、図1に示されるように、制御装置10を備える。この制御装置10は図1の装置の例ではそれぞれの分岐管6、6・・・6に備えられ、各分岐管6の圧力計8および/または流量計9に接続されてこれらの情報を受け、さらに絞り調整装置7に接続され、圧力計8および/または流量計9からの情報に基づいて、絞り調整装置7に指示を与える。
【0018】
絞り調整装置7は制御装置10からの指示を受け、分岐管6中に送液中の注入液が所定の圧力範囲および/または瞬時流量範囲を保持するように、絞りを調整して分岐管6の液圧を所望の圧力範囲および/または瞬時流量範囲に保持する。
【0019】
すなわち、注入液槽4中の注入液5は送液系13を介し、注入液加圧部1から分岐管6を経て注入管路2から地盤3中に注入されるが、この際、絞り調整装置7に絞りの指示を与えながら注入を行なって分岐管6中の液圧を所望の圧力範囲および/または瞬時流量範囲に保持する。
【0020】
注入液5は注入液加圧部1を経て送液系13に加圧送液され、次いで、後述の図5および図6に示されるように、分岐管6に設置された絞り調整装置7の上下に移動自在なシヤフト17により流路がしぼられる。シヤフト17で絞られた流路の断面をAとすると、流路Aを流れる注入液5の瞬時流量qはシヤフト17よりも上流側の圧力P0 (注入液加圧部1による送液系13の圧力) と注入管路2内圧力P1 (地盤注入圧)の差圧△P=P0 −P1 によって定まる。差圧△Pが大きいほど、また、流路Aが大きいほど、瞬時流量qは大きくなる。また、△Pがゼロに近づくにつれてqはゼロに近づく。
【0021】
したがって、地盤注入圧P1 が注入経過とともに変動して注入圧力が上昇し、△Pが小さくなっても流路Aを大きくすることによって瞬時流量qを所定範囲に保つことができ、あるいは流路Aを小さくすることによって瞬時流量を小さくし、P1 の上昇を抑えて地盤の変状を少なくすることができる。
【0022】
そして、これらの調整を各分岐管6毎に行なうことができる。すなわち、本発明によれば、注入加圧部1の圧力と、絞り調整装置7のシヤフト17の調整による流路Aの開度を変動することにより、個々の分岐管6毎に、注入状況に応じて注入圧力、瞬時注入量の調整が可能であり、圧力が上がっても瞬時注入量を低くすることによって低圧にして所定量に達するまで注入しつづけたり、あるいは地盤変位を最小限にして所定注入量を注入することが可能となる。
【0023】
図5および図6を用いて具体的に説明すると、あらかじめ制御装置10に所望の圧力値および/または流量値を設定しておき、この状態で、圧力計8および/または流量計9から実際の圧力値および/または流量値を制御装置10に送る。絞り調整装置7にはリバーシブルモータ16が内在し、制御装置10の指示により実際の圧力値および/または流量値が設定値に近付き、かつ同じ値を保つように、リバーシブルモータ16を正転あるいは逆転し、シヤフト17を上下して開度を調整し、注入管路2への流量を調整する。図6は分岐管6中の注入液を絞り調整装置7からリターン管路11に分流して注入管路2への流量を調整する例であって、この種の絞り調整装置7を用いた例は図2に示される。
【0024】
なお、本発明において、制御装置10と、絞り調整装置7と、圧力計8および/または流量計9とを一体化して流量圧力制御装置Xとして用いることもできる。
【0025】
これにより、各分岐管6から注入管路2に送液される注入液の吐出量および/または吐出圧力は所望の範囲に保持されるのみならず、複数の分岐管6、6・・・6のいずれかが注入を停止しても、残りの各分岐管6の吐出量および/または吐出圧力もまた、所望の範囲に保持される。
【0026】
図2は制御装置10を一個備えた例である。この場合、複数の分岐管6の圧力計8および/または流量計9は一個所の制御装置10に接続されるとともに、この一個所の制御装置10からそれぞれの絞り調整装置7に指示を与える。したがって、制御装置10は一個で済むので装置が簡略化される。また、図2において、複数の分岐管6、6・・・6は分配装置15に連結される。
【0027】
さらに、図2ではインバータ1aを有するポンプ1、絞り調整装置7として図6に示すリターン管路11を備える。インバータ1aとリターン管路11は必ずしも必要はなく、いずれか一つまたは両方あってもよい。なお、図5の絞り調整装置7を用いた場合、注入するにつれて差圧△P1 が少なくなってきたら、インバータ(あるいは無段変速機。これらを有するポンプを注入速度可変ポンプという)1aを調整してP0 を高め、△Pを高くすることができる。
【0028】
さらにその上、各注入管路2の注入情況に応じて、最も適切な流量、圧力を保つような流路Aとなるように、シヤフト17を絞り調整装置7で調整すればよい。また、インバータ(あるいは無段変速機)1aを有せず、かつ、図6の絞り調整装置7を用いる場合、例えば、△Pi が小さくなりすぎた時に、リターン管路11の絞りを小さくすることにより注入管路2への流量を少なくして圧力Pi を低くし、△Pi を大きくすることができる。
【0029】
さらに、この△Pi に対応してシヤフト17を調整して各注入管路2への流量を各注入管路2における注入情況の変化に応じて調整することもできる。また、図2および図3の分配装置15は送液系13に設けた耐圧容器であって、この容器から複数の分岐管6、6・・・6が分岐する。このようにすると同一条件で各分岐管6、6・・・6に注入液が分流する。
【0030】
図3は図2の装置において、さらに送液系13、すなわち、注入液加圧部1から分岐管6に至る途中の導管(送液系13)に、注入液リターン装置7aおよび、これよりも下流側に圧力計8aおよび/または流量計9aを設けるとともに、これら注入液リターン装置7a、および圧力計8aあるいは流量計9aをそれぞれ制御装置10に接続した例である。この場合、注入液リターン装置7aは圧力計8aおよび/または流量計9aからの情報に基づき、送液系13中の注入液を送液系13からリターン管路11に分流することにより送液系13の液圧を所望の圧力に保持する。この場合も、注入液リターン装置7a、圧力計8aおよび/または流量計9a、および制御装置10を一体化して流量圧力制御装置Xaとすることもできる。
【0031】
これにより、注入液が分岐管6に導入される以前の送液系13の段階で送液系13から分岐管6に送液される注入液の吐出量および/または吐出圧力を所望の範囲に保持し得る。
【0032】
この場合、注入加圧部1で加圧された送液系13の流圧は注入液リターン装置7aによって制御装置10で指示された一定圧P0 を保持する。各分岐管6の注入圧力Pi との差圧△Pi =P0 −Pi を充分に保持するようにP0 と、各分岐管6の流路断面Ai とを選定すれば、差圧△Pi と流路断面Ai によって各注入管路2の瞬時吐出量が保持できる。
【0033】
注入過程中で注入圧力Pi が変動して差圧△Pi が変化した場合、流量断面Ai を変動することによって該当する注入管路2の瞬時流量qi を所定範囲に保つことができ、あるいは差圧△Pi が所定の範囲を保つように流路断面Ai を変動して地盤の変位を最小限に抑えることができる。
【0034】
したがって、各分岐管6から注入管路2に送液される注入液の吐出量および/または吐出圧力は一層正確に所望の範囲に保持されるとともに、複数の分岐管6のいずれかが注入を停止しても、残りの各分岐管6の吐出量および/または吐出圧力もまた、一層正確に所望の範囲に保持される。
【0035】
本発明に用いられる地盤注入液5は次のa)〜f)に示される注入液から任意に選択される。これらの注入液5はいずれもゲル化時間を十数時間に設定できるので、大量の注入液をつくって置いてもゲル化の心配がないのみならず、大量の注入液を長時間かけて送液でき、かつ地盤中に注入した後、確実にゲル化し、さらに粘性が小さく、ねばりが少ないため、シヤフト17にシリカゲルが詰まることがなく、本発明装置に用いられる地盤注入液として極めて優れたものである。また、セメント、スラグ等の懸濁性注入液もまた、ねばりが少ないので、シヤフト17に詰まり難く、本発明に適している。
【0036】
また、図7に示すように、本発明装置を複数セットで用い、それぞれ主材、例えば水ガラスあるいは水ガラスと反応剤の混合液(A液)と反応剤(B液)とを別々に分岐管6を通して送液し、注入管路2内で合流するか、あるいは地盤中に吐出後反応させれば、全ての注入材を注入することができる。
【0037】
a)水ガラス中のアルカリの一部または全部をイオン交換樹脂またはイオン交換膜で除去して得られるシリカ溶液を主材とした注入液。
【0038】
b)水ガラスのアルカリを酸で中和して得られる非アルカリ領域のシリカ溶液を主材とした注入液。
【0039】
c)水ガラスをイオン交換によってアルカリを除去し、得られたシリカを造粒したコロイダルシリカを主材とした注入液。
【0040】
d)水ガラスのアルカリを除去して得られるシリカ溶液に水ガラスおよび/またはコロイダルシリカを添加してなるシリカ溶液を主材とした注入液。
【0041】
e)水ガラスと、コロイダルシリカと、反応剤とを混合してなるシリカ溶液を 主材とした注入液。
【0042】
f)懸濁性注入液。
【0043】
g)二液合流型注入液、
【0044】
h)二液地中反応型注入液。
【0045】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は地盤注入液を地盤中に設置された複数の注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結するに際して、該注入液を加圧する注入液加圧部と、この注入液加圧部に連結され、前記加圧部によって加圧された注入液を前記複数の注入管路にそれぞれ送液する複数の分岐管と、前記複数の分岐管にそれぞれ設けられた絞り調整装置およびこれより下流側の分岐管に設けられた圧力計および/または流量計と、前記圧力計および/または流量計に接続されてこれらからの情報を受け、かつ絞り調整装置に接続されてこれら情報に基づいて絞り調整装置に指示を与える制御装置とを備えた地盤注入装置を用いて地盤注入を行なう。
【0046】
このため、前記注入液を注入液加圧部から分岐管を経て注入管路から地盤中に注入するに際して、この注入を絞り調整装置に絞りの指示を与えながら行なって分岐管中の液圧を所望の圧力に保持し得る。
【0047】
したがって、各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および/または吐出圧力を所望の範囲に保持するとともに、複数の分岐管のいずれかが注入を停止しても、残りの各分岐管の吐出量および/または吐出圧力を所望の範囲に保持する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる地盤注入装置の一具体例のフローシートである。
【図2】本発明にかかる地盤注入装置の他の具体例のフローシートである。
【図3】本発明にかかる地盤注入装置のさらに他の具体例のフローシートである。
【図4】注入液加圧部として複数台の注入ポンプを用いたフローシートである。
【図5】本発明にかかる絞り調整装置の具体例である。
【図6】本発明にかかる絞り調整装置の他の具体例である。
【図7】本発明にかかる地盤注入工法の一具体例のフローシートである。
【符号の説明】
A 地盤注入装置
1 注入液加圧部
1a インバータ
2 注入管路
3 地盤
4 注入液槽
5 地盤注入液
6 分岐管
7 絞り調整装置
7a リターン装置
8 圧力計
8a 圧力計
9 流量計
9a 流量計
10 制御装置
11 リターン管路
12 注入ポンプ
13 送液系
14 連結部
15 分配装置
16 リバーシブルモータ
17 シヤフト
X 流量圧力制御装置
Xa 流量圧力制御装置
Claims (13)
- 地盤注入液を地盤中に設置された複数の注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結する地盤注入装置において、該注入液を加圧する注入液加圧部と、この注入液加圧部に連通され、前記加圧部によって加圧された注入液を前記複数の注入管路にそれぞれ送液する複数の分岐管とを備え、前記複数の分岐管にはそれぞれ、絞り調整装置および、これよりも下流側に圧力計および/または流量計が設けられ、前記絞り調整装置は圧力計および/または流量計からの情報に基づき、絞りを調整することにより、各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および/または吐出圧力をそれぞれの注入管路における情況に応じて調整し、複数の注入管路から同時に注入することを特徴とする地盤注入装置。
- 請求項1において、注入液加圧部は一台または複数台の注入ポンプからなる請求項1に記載の地盤注入装置。
- 請求項1において、注入液加圧部はコンプレッサからなる請求項1に記載の地盤注入装置。
- 請求項1において、注入液加圧部は注入速度可変ポンプからなる請求項1に記載の地盤注入装置。
- 請求項1において、さらに制御装置を備え、この制御装置は圧力計および/または流量計に接続されてこれらの情報を受け、かつ絞り調整装置に接続されてこれら情報に基づいて絞り調整装置に指示を与えて絞りを調整し、送液中の注入液がそれぞれの注入管路における情況に応じて圧力および/または流量を調整して分岐管から注入管路に送液するようにした請求項1に記載の地盤注入装置。
- 請求項5において、圧力計および/または流量計と、絞り調整装置と、制御装置とを一体化して流量圧力制御装置として用いる請求項5に記載の地盤注入装置。
- 請求項1において、注入液加圧部から分岐管に至るまでの送液系には注入液リターン装置およびこれよりも下流側に流量計および/または圧力計が設けられ、この注入液リターン装置は圧力計および/または流量計からの情報に基づき、前記送液系中の注入液を送液系から分流することにより、送液系の注入液を所望の圧力に保持して分岐管に送液する請求項1に記載の地盤注入装置。
- 地盤注入液を地盤中に設置された複数の注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結する地盤注入工法において、該注入液を加圧する注入液加圧部と、この注入液加圧部に連通され、前記加圧部によって加圧された注入液を前記複数の注入管路にそれぞれ送液する複数の分岐管と、前記複数の分岐管にそれぞれ設けられた絞り調整装置およびこれより下流側の分岐管に設けられた圧力計および/または流量計と、前記圧力計および/または流量計に接続されてこれらからの情報を受け、かつ絞り調整装置に接続され、前記情報に基づいて絞り調整装置に指示を与える制御装置とを備えた地盤注入装置を用い、前記注入液を注入加圧部から分岐管および注入管路を経て地盤中に注入するに際して、絞り調整装置に絞りの指示を与えながら注入を行って絞りを調整することを特徴とし、これにより各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および/または吐出圧力をそれぞれの注入管路における注入情況に応じて調整し、複数の注入管路から同時に注入することを特徴とする地盤注入工法。
- 請求項8において、注入液加圧部から分岐管に至るまでの送液系には流量計および/または圧力計が設けられ、また分岐管の絞り調整装置よりも下流に流量計および/または圧力計が設けられ、これら流量計および/または圧力計からの情報に基づき、該送液系の送液圧力および/または送液流量と絞り調整装置の絞りを調整して各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および/または吐出圧力をそれぞれの注入管路における注入情況に応じて圧力および/または流量を調整するようにした請求項8に記載の地盤注入工法。
- 請求項8において、注入液加圧部から分岐管に至るまでの送液系には注入液リターン装置およびこれよりも下流側に流量計および/または圧力計が設けられ、この注入液リターン装置は圧力計および/または流量計からの情報に基づき、前記送液系中の注入液を送液系から分流することにより、送液系の注入液を所望の圧力に保持して分岐管に送液する請求項8に記載の地盤注入工法。
- 請求項8において、地盤注入液が、
a)水ガラス中のアルカリの一部または全部を除去して得られるシリカ溶液を主材とした注入液、
b)水ガラスのアルカリを酸で中和して得られる非アルカリ領域のシリカ溶液を主材とした注入液、
c)コロイダルシリカを主材とした注入液、
d)水ガラスのアルカリを除去して得られるシリカ溶液に水ガラスおよび/またはコロイダルシリカを添加してなるシリカ溶液を主材とした注入液、
e)水ガラスと、コロイダルシリカと、反応剤とを混合してなるシリカ溶液を主材とした注入液、
f)懸濁性注入液、
g)二液合流型注入液、
h)二液地中反応型注入液、
の群から選択される請求項8に記載の地盤注入工法。 - 請求項8において、複数の注入液をそれぞれ送液する複数の注入液加圧部を有し、複数の注入液は合流されて地盤に注入されるか地盤中に別々に吐出される請求項8に記載の地盤注入工法。
- 請求項12において、複数の注入液は水ガラス、水ガラスと反応剤の混合液、および反応剤のうちの少なくとも2種である請求項12に記載の地盤注入工法。
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