JP3731189B2 - Chemical injection method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する分野】
本発明は止水工、地盤補強工、アンカー工等に適用できる薬液注入工法に関し、より詳細には注入圧力又は注入速度を増減変化させて地中に薬液を動的に注入する薬液注入工法に関する。
【0002】
【従来の技術】
薬液注入工法としては、例えば、ストレーナ注入管の周面に形成された多数の注入孔を通じて放射状に硬化性の薬液を注入するストレーナ注入工法や、ボリーング孔内に逆流防止機能を具備する外管を内挿すると共に、ダブルパッカを具備する内管を外管に内挿し、ダブルパッカで隔絶した外管の限定空間域を通じて外管に形成した任意の吐出孔から薬液を吐出するソレタンシュ薬液注入工法が知られている。
注入形態としては注入位置を中心に全方向に浸透させる「浸透注入」と、注入位置から放射状に浸透する「割裂注入」に大別できる。「割裂注入」は目的とする改良範囲以外の部分に薬液が注入される可能性があるため、「浸透注入」が理想とされている。
また「浸透注入」における薬液の注入条件については、「割裂注入」に比べて低圧で緩やかな速度で静的に注入を行っている。
しかしながら、「浸透注入」にあっては浸透に時間がかかるだけでなく、浸透範囲が狭い範囲に限定される。これは薬液の粘性が高いほど顕著である。
これらを解消策として注入圧や注入速度を高めることが考えられるが、割裂が生じやすく注入圧を高めることに限界がある。
また低圧で浸透注入を行っても、粘性土等の地盤にあっては地中で割裂を起こす可能性のあることがいくつかの検証により知られている。
特に、地上から地中の浸透状況を確認できないだけに浸透性に対して常に不安が残る。
【0003】
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、地盤を割裂させることなく、短時間で広範囲に亘り浸透注入を行える、薬液注入工法を提供することにある。
さらに本発明は部分的に割裂を生じても割裂の発達を抑制して目的とする範囲に薬液を浸透できる、薬液注入工法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、薬液注入手段を対象地盤に設置し、薬液注入手段により対象地盤中に注入する薬液注入工法において、薬液の注入圧力を経時的かつ段階的に増減させ、前記増減の繰り返しの度に注入圧力の最大値を増加させて注入することを特徴とする、薬液注入工法である。
【0005】
【発明の実施の形態1】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【0006】
<イ>注入原理
発明者は地中の浸透性能を改善するため種々の試行を繰り返し行った結果、薬液の注入速度又は注入圧力を動的に制御することで、割裂を起こさずに効率良く注入できることが判明した。
すなわち図1に示す本発明の概念図を基に説明すると、注入管1が地中に貫挿され、地上側には薬液の注入速度又は注入圧力を動的に制御して供給する注入手段が配置されている。
本例では注入手段が駆動源2で稼働するポンプ3で構成し、ポンプ3の回転数を変化させることで、ポンプ3に接続するタンク4内の薬液5の注入速度を任意に制御できるようになっている。
またタンク4に図示しない圧力制御手段を接続し、タンク4の内圧を制御可能に構成すれば、注入管1の先端から周囲に吐出される薬液5の注入圧力を動的に制御することができる。この場合ポンプ3は不要となる。
本発明における注入手段は、注入目的や用途に応じた公知の薬液注入装置を含み、これらの各種注入手段の駆動源の回転数や圧送圧力を動的に制御できる構造であれば良い。
尚、図1では発明の理解を助けるためにタンク4をひとつしか図示していないが、実際は薬液5を構成する材料数に応じて複数存在する。
【0007】
図2は薬液の注入圧力(又は注入速度)を動的に制御する制御波形例を示す。
図2の(A)は注入圧力を連続的に増減変化させる場合を示し、図2の(B)は鋸刃状に設定した範囲内で注入圧力の増減を繰り返す場合を示し、図2の(C)はパルス状に漸増する場合を示す。
これらの制御波形は例示であり、これらの波形に限定されるものではない。
注入速度又は注入圧力のいずれを制御する場合も、制御波形のピッチ、振幅、周期等は、薬液の性状や対象地盤を考慮して適宜選択する性質のものである。
【0008】
尚、従来技術において薬液の注入時に圧力変動が起こり得るが、これは注入速度を一定に保つことにより結果として生じる現象である。
したがって、従来の圧力変動現象と本発明はその本質を異にする。
【0009】
<ロ>割裂が発生しない理由
以上のように本発明は動的に注入を制御することで、割裂を起こさずに浸透注入が可能である。
一般に地盤の割裂は地盤の剪断強度を越えた外力が作用したときに起こるとされ、また地盤の剪断強度は速度依存性のあることが知られている。
本発明は、荷重(外力)の変化速度が速いと地盤の剪断強度が向上するという地盤の材料特性に着目して成されたもので、液圧の圧力を速く変化させることで地盤に割裂が生じないほどの剪断強度を発揮させることで、高圧注入によっても割裂を生じにくくするものである。
さらに本発明は、部分的に小規模の割裂が発生しても薬液の注入圧力が降下するように制御されることと、薬液がコーキング材的機能を果たすため、圧力が再び上昇しても当該割裂に注入圧力が集中することを回避できる。
このように仮に小規模な割裂が生じても、この割裂を発達させる可能性は極めて低く、したがって、目的とする範囲に薬液を浸透させることができる。
【0010】
【実施例1】
本発明の浸透性を証明するため以下のような試験を行った。
<イ>試験方法
硅砂6号(Gs =2.65、D50 =0.32、Uc =1.62)を用い、水中落下法で相対密度が40%となる模型地盤を製作した。
薬液は水ガラス系溶液型薬液を用いた。薬液(ゲルタイム30秒)の配合を表1に示す。
【0011】
【表1】
【0012】
動的注入は注入速度を最大速度毎分 5.0リットル、最小速度を毎分 1.0リットルとし、その間をある周期で繰り返すように行った。平均注入速度は毎分 3.0リットルである。
注入速度の周期は15秒と30秒の2種類とした。
比較のために静的注入も行った。
以上の試験ケースをまとめるとつぎのようになる。
[ケース1]
注入方法:静的注入
注入速度:1.0リットル/毎分
[ケース2]
注入方法:静的注入
注入速度:3.0リットル/毎分
[ケース3]
注入方法:静的注入
注入速度:5.0リットル/毎分
[ケース4]
注入方法:動的注入
注入速度:最小速度1.0リットル/毎分
最大速度5.0リットル/毎分
周 期:30秒
[ケース5]
注入方法:動的注入
注入速度:最小速度1.0リットル/毎分
最大速度5.0リットル/毎分
周 期:15秒
【0013】
<ロ>試験結果
図3に各ケース1〜3における注入速度の経時変化を示し、図4に注入圧力の経時変化を示す。
従来の静的注入であるケース1〜3についてみると、ケース1,2は注入圧力が急激に上昇する挙動はみられなかった。ケース3では注入開始後約40秒で注入圧力が上昇する挙動がみられた。ケース3の注入後の固結体を目視した結果、注入孔の周りに若干のホモゲルがみられた。
これに対して、本発明に係るケース4,5をみると、各周期で注入圧力の最大値が注入開始から100秒までは300kPa 程度で、各周期での注入力の最大値が徐々に増加している。
また各周期での注入圧力の最小値はケース5で30kPa とケース1と同程度であるのに対し、ケース4では100kPa 程度までしか下がっていない。
【0014】
また図4に各ケース1〜5の仕事(各時間での注入圧力と注入速度の積の累計)と時間の関係を示す。
静的注入であるケース1〜3では注入速度が速くなるにつれて仕事が大きくなることが理解できる。
また動的注入である周期15秒(ケース5)の方は周期30秒(ケース4)と比べて仕事が小さく、ケース3と同程度の仕事であることがわかる。
したがって、周期を15秒より短くすれば、動的注入の有効性が向上するものと推測される。
【0015】
また図6に各ケース1〜5における注入効率(単位時間当たりの注入量)と仕事の関係を示す。
静的注入であるケース1〜3は注入速度が速くなるにしたがって注入効率が高くなっている。
これに対して、動的注入であるケース4,5では、周期30秒(ケース4)のほうが周期15秒(ケース5)より注入効率がよいことがわかる。
またケース4,5の注入効率は共に、注入速度が毎分3.0リットルで注入した場合と同程度であった。
したがって、注入周期を15秒より短くすれば、動的注入がより有効であることが判明した。
【0016】
【実施例2】
つぎに条件を代えて前記実施例1と同様の試験を行った。
本例の場合の試験ケースは以下の通りである。
また各ケースにおける経時的な注入圧力の変化は図7に示す通りである。
[ケース6]
注入方法:静的注入
注入速度:2.0リットル/毎分
[ケース7]
注入方法:静的注入
注入速度:6.0リットル/毎分
[ケース8]
注入方法:静的注入
注入速度:8.0リットル/毎分
[ケース9]
注入方法:動的注入
注入速度:最小速度2.0リットル/毎分
最大速度6.0リットル/毎分
周 期:7秒
[ケース10]
注入方法:動的注入
注入速度:最小速度4.0リットル/毎分
最大速度8.0リットル/毎分
周 期:7秒
【0017】
<イ>固結体の断面形状
図8に各ケース6〜10の固結体の横断面を示す。
従来の静的注入であるケース6〜8についてみると以下の通りであった。
[ケース6]
低圧注入であるため、浸透範囲がケースのなかで最も小さかく、また注入中心からの距離にばらつきがみられた。
[ケース7]
ケース6〜8のなかで最も浸透範囲が大きいものの、固結体の中心が注入中心からずれていた。
[ケース8]
注入開始後の圧力が急激に上昇するためか、注入管の周りにホモゲルがみられた。
これに対して、動的注入であるケース9,10についてみると、両ケース9,10共注入管からの距離にばらつきが少なく、特にケース10が最も浸透範囲が広かった。
【0018】
<ロ>固結体の体積
図9に上記した各ケース6〜10における固結体の体積を示す。
静的注入であるケース6〜8にあっては、注入圧力が高いほど固結体の体積が小さくなるが、動的注入であるケース9〜10にあっては共に、動的低圧注入のケース6とほぼ同程度の体積を確保できた。
このことから、動的注入は従来の低圧注入と同程度の浸透性能を得られることが立証された。
【0019】
<ハ>圧縮強度
図10に従来の静的注入のケース6〜8と動的注入のケース10の場合における一軸圧縮強度について試験を行ったときの試験結果を示す。
同図によれば、静的注入の場合は、ケース8のように限界注入圧力を越えると圧縮強度が低下することが確認された。
また動的注入のケース10にあっては同圧で静的に注入するケース7と比べて格段に圧縮強度が向上することが立証された。
【0020】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように注入圧力又は注入速度を動的に制御することで次効果を得ることができる。
<イ> 割裂を起こさずに高圧注入が可能となるため、従来の静的注入と比べて薬液の浸透範囲が広がり、注入ピッチや注入本数の低減が図れる。
<ロ> 注入圧力を高くしても割裂を起こし難いので、注入時間を大幅に短縮できる。
<ハ> 注入圧力又は注入速度の急激な変化の繰り返しにより、仮に割裂が生じても割裂の発達を抑制でき、目的とする範囲に薬液を効率良く浸透させることできる。
<ニ> 薬液の特性や対象地盤に応じた動的制御を行うことで、セメント系の粘性の高い薬液でも広範囲に亘る浸透注入が可能である。
<ホ> 動的に制御して構築した固結体の強度が従来に比べて向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係る注入原理を示す概念図
【図2】 注入圧力又は注入速度を動的に制御するための波形モデル図
【図3】 実施例1における各ケースにおける注入速度の経時変化を示す図
【図4】 注入圧力の経時変化を示す図
【図5】 仕事と時間の関係を示す説明図
【図6】 注入効率と仕事の関係を示す説明図
【図7】 実施例2における各ケースの経時的な注入圧力の変化
【図8】 静的注入と動的注入の各ケースにおける固結体の断面図
【図9】 静的注入と動的注入の各ケースにおける固結体の体積結果を示す図
【図10】 静的注入と動的注入の各ケースにおける固結体の一軸圧縮強度を示す図[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a chemical solution injection method that can be applied to waterstops, ground reinforcement, anchor works, etc., and more particularly to a chemical solution injection method that dynamically injects a chemical solution into the ground by changing the injection pressure or injection rate. .
[0002]
[Prior art]
Examples of the chemical solution injection method include a strainer injection method in which a curable chemical solution is injected radially through a large number of injection holes formed on the peripheral surface of the strainer injection tube, and an outer tube having a backflow prevention function in the boring hole. Soletans chemical injection method that inserts an inner tube with a double packer into an outer tube and discharges a chemical solution from an arbitrary discharge hole formed in the outer tube through a limited space area of the outer tube separated by the double packer is known ing.
The injection mode can be broadly divided into “penetration injection” that penetrates in all directions around the injection position and “split injection” that penetrates radially from the injection position. Since “split injection” may cause a chemical solution to be injected into a portion other than the target improved range, “osmotic injection” is ideal.
As for the injection conditions of the chemical solution in “osmotic injection”, the injection is statically performed at a lower pressure and at a slower rate than in “split injection”.
However, in “osmotic injection”, not only does it take time to penetrate, but the penetration range is limited to a narrow range. This is more remarkable as the viscosity of the chemical is higher.
Although it is conceivable to increase the injection pressure and the injection speed as a solution to these problems, there is a limit to increasing the injection pressure because splitting easily occurs.
In addition, it is known by some verifications that even if osmotic injection is performed at a low pressure, there is a possibility of splitting in the ground in the ground such as cohesive soil.
In particular, there is always anxiety about permeability because it cannot be confirmed from the ground.
[0003]
This invention is made in view of the above point, and is providing the chemical | medical solution injection | pouring method which can perform osmotic injection over a wide range in a short time, without splitting the ground.
It is another object of the present invention to provide a chemical solution injection method capable of suppressing the development of splitting and allowing a chemical solution to penetrate into a target range even when partial splitting occurs.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a chemical solution injection method in which a chemical solution injection means is installed on the target ground and injected into the target ground by the chemical solution injection means, and the injection pressure of the chemical solution is increased and decreased over time, step by step. This is a chemical solution injection method characterized by increasing the maximum value of the injection pressure.
[0005]
DESCRIPTION OF THE
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0006]
<A> Injection principle As a result of repeated trials by the inventor to improve the penetration performance in the ground, the injection rate or injection pressure of the chemical solution is dynamically controlled to efficiently inject without causing splitting. It turns out that you can.
That is, based on the conceptual diagram of the present invention shown in FIG. 1, the
In this example, the injection means is composed of a pump 3 operated by a
If the pressure control means (not shown) is connected to the
The injection means in the present invention may include a known chemical solution injection apparatus corresponding to the purpose and application of injection, and may have any structure that can dynamically control the rotational speed and pumping pressure of the drive source of these various injection means.
Although only one
[0007]
FIG. 2 shows an example of a control waveform for dynamically controlling the injection pressure (or injection speed) of the chemical solution.
2A shows a case where the injection pressure is continuously increased or decreased, and FIG. 2B shows a case where the increase or decrease of the injection pressure is repeated within a sawtooth-shaped range. C) shows a case where the pulse is gradually increased.
These control waveforms are examples, and are not limited to these waveforms.
When controlling either the injection speed or the injection pressure, the pitch, amplitude, period, etc. of the control waveform are appropriately selected in consideration of the properties of the chemical solution and the target ground.
[0008]
In the prior art, pressure fluctuations may occur during the injection of a chemical solution, but this is a phenomenon that occurs as a result of keeping the injection rate constant.
Therefore, the conventional pressure fluctuation phenomenon and the present invention are different in essence.
[0009]
<B> Reason why splitting does not occur As described above, the present invention can control the injection dynamically, so that osmotic injection is possible without causing splitting.
In general, the splitting of the ground is considered to occur when an external force exceeding the shear strength of the ground is applied, and the shear strength of the ground is known to be speed dependent.
The present invention is made by paying attention to the material properties of the ground that the ground shear strength improves when the load (external force) change speed is fast. By changing the hydraulic pressure quickly, the ground is split. By exhibiting a shear strength that does not occur, splitting is less likely to occur even by high-pressure injection.
Furthermore, the present invention is controlled so that the injection pressure of the chemical solution drops even if a small-scale split occurs partially, and the chemical solution performs the function of a caulking material. It is possible to avoid the injection pressure from concentrating on the split.
Thus, even if a small-scale split occurs, the possibility of developing this split is very low, and therefore, the chemical solution can penetrate into the target range.
[0010]
[Example 1]
In order to prove the permeability of the present invention, the following tests were conducted.
<A> Test method A model ground with a relative density of 40% was manufactured by the underwater dropping method using cinnabar No. 6 (Gs = 2.65, D50 = 0.32, Uc = 1.62).
As the chemical solution, a water glass solution type chemical solution was used. Table 1 shows the composition of the chemical solution (gel time 30 seconds).
[0011]
[Table 1]
[0012]
The dynamic injection was performed so that the injection rate was 5.0 liters per minute and the minimum rate was 1.0 liters per minute, and the interval was repeated at a certain cycle. The average injection rate is 3.0 liters per minute.
There were two types of injection rate cycles of 15 seconds and 30 seconds.
Static injection was also performed for comparison.
The above test cases are summarized as follows.
[Case 1]
Injection method: Static injection Injection speed: 1.0 liter / min [Case 2]
Injection method: Static injection Injection speed: 3.0 liters / minute [Case 3]
Injection method: Static injection Injection speed: 5.0 liters / minute [Case 4]
Injection method: dynamic injection injection speed: minimum speed 1.0 liter / min maximum speed 5.0 liter / min per period: 30 seconds [Case 5]
Injection method: Dynamic injection Injection speed: Minimum speed 1.0 liter / min Maximum speed 5.0 liter / min Period: 15 seconds
<B> Test Results FIG. 3 shows the change over time in the injection rate in each
In
On the other hand, in the
In addition, the minimum value of the injection pressure in each cycle is 30 kPa in
[0014]
FIG. 4 shows the relationship between the work (accumulation of the product of the injection pressure and the injection speed at each time) of each
In
Further, it can be seen that the work of the
Therefore, it is estimated that if the period is shorter than 15 seconds, the effectiveness of dynamic injection is improved.
[0015]
FIG. 6 shows the relationship between the injection efficiency (injection amount per unit time) and work in each case 1-5.
In
On the other hand, in
In addition, the injection efficiency of
Therefore, it has been found that dynamic injection is more effective if the injection period is shorter than 15 seconds.
[0016]
[Example 2]
Next, the same test as in Example 1 was performed under the different conditions.
The test cases in this example are as follows.
Further, the change of the injection pressure with time in each case is as shown in FIG.
[Case 6]
Injection method: Static injection Injection speed: 2.0 liters / minute [Case 7]
Injection method: Static injection Injection speed: 6.0 liters / minute [Case 8]
Injection method: Static injection Injection speed: 8.0 liters / minute [Case 9]
Injection method: Dynamic injection Injection speed: Minimum speed 2.0 liters / minute Maximum speed 6.0 liters / minute per minute Period: 7 seconds [Case 10]
Injection method: Dynamic injection Injection speed: Minimum speed 4.0 liters / minute Maximum speed 8.0 liters / minute frequency Period: 7 seconds
<A> Cross-sectional shape of consolidated body FIG. 8 shows a cross-section of the consolidated body of each case 6-10.
The
[Case 6]
Due to the low pressure injection, the penetration range was the smallest of the cases, and the distance from the injection center varied.
[Case 7]
Although the penetration range was the largest among
[Case 8]
A homogel was seen around the injection tube because the pressure after the start of injection increased rapidly.
On the other hand, in the
[0018]
<B> Volume of consolidated body FIG. 9 shows the volume of the consolidated body in each of the
In
From this, it was proved that the dynamic injection can obtain the same penetration performance as the conventional low pressure injection.
[0019]
<C> Compressive strength FIG. 10 shows the test results when the tests were conducted for the uniaxial compressive strength in the case of the conventional
According to the figure, in the case of static injection, it was confirmed that the compressive strength decreases when the limit injection pressure is exceeded as in
In addition, it was proved that the compressive strength is significantly improved in the
[0020]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can obtain the following effects by dynamically controlling the injection pressure or the injection speed.
<A> Since high-pressure injection is possible without causing splitting, the infiltration range of the chemical solution is widened compared to conventional static injection, and the injection pitch and the number of injections can be reduced.
<B> Since it is difficult to cause splitting even if the injection pressure is increased, the injection time can be greatly shortened.
<C> By repeating the rapid change of the injection pressure or the injection speed, the development of splitting can be suppressed even if splitting occurs, and the drug solution can be efficiently infiltrated into the target range.
<D> By performing dynamic control in accordance with the characteristics of the chemical solution and the target ground, it is possible to infiltrate a wide range of chemical solutions with high cement viscosity.
<E> The strength of the consolidated body constructed by dynamically controlling is improved as compared with the conventional structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an injection principle according to
Claims (1)
薬液注入手段により対象地盤中に注入する薬液注入工法において、
薬液の注入圧力を経時的かつ段階的に増減させ、前記増減の繰り返しの度に注入圧力の最大値を増加させて注入することを特徴とする、薬液注入工法。Install the chemical injection means on the target ground,
In the chemical injection method to inject into the target ground by the chemical injection means,
A method for injecting a chemical solution, wherein the injection pressure of the chemical solution is increased and decreased over time and in steps, and the maximum value of the injection pressure is increased each time the increase and decrease are repeated.
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