JP4097671B2 - 地盤注入工法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば地盤の液状化防止に使用される地盤注入工法に係り、詳細には既設建造物直下の基礎地盤改良等、注入管を斜め方向、あるいは水平方向に挿入して削孔壁の崩壊を防止しながら、地盤を急速かつ確実に固結する地盤注入工法に係り、特に、注入管外壁に、上方に部分的に不透水加工の施された透水性孔壁保持材を装着し、この保持材を通して下方向への流線を多くし、これにより注入量を下方向に多くして地盤中の計画通りの場所に注入材を注入する地盤注入工法に関する。

地盤の液状化防止等、既設建造物の基礎直下の地盤改良では、通常、大容量土の急速施工が望まれている。この種の技術として、従来、注入管外壁に袋体を間隔をあけて複数個取りつけ、かつ、袋体内部ならびに上下に隣接する袋体間に外管吐出口を開孔した注入管装置を地盤の削孔中に挿入し、次いで前記袋体内部に開孔する外管吐出口から袋体中に硬化性懸濁液を充填し、膨らませて袋パッカを形成するとともに、上下に隣接する袋パッカ間に開孔する外管吐出口から注入材を注入して前記地盤を固結する地盤注入工法であって、注入管外壁の上下に隣接する袋パッカ間に透水性孔壁保持材を装着し、この保持材を通して注入材を上下に隣接する袋パッカ間に開孔する外管吐出口から地盤中に注入する工法が知られている。

さらに、この種の技術として、改良すべき地盤中に水平または斜めにボーリングし、得られたボーリング孔中に、注入管外壁に袋体を間隔をあけて複数個取りつけ、かつ袋体内部ならびに隣接する袋体間に外管吐出口を開孔した注入管装置を挿入し、次いで前記袋体内部に開孔する外管吐出口から袋体中に硬化性懸濁液を充填し、膨らませて袋パッカを形成するとともに、前記隣接するパッカ間に開孔する外管吐出口から注入材を注入して前記地盤を固結する地盤注入工法であって、前記注入管外壁の隣接する袋パッカ間に透水性孔壁保持材を装着し、この保持材を通して注入材を隣接する袋パッカ間に開孔する外管吐出口から地盤中に注入する工法が知られている。

しかし、上述の公知技術はいずれも注入管外壁の隣接する袋パッカ間に透水性孔壁保持材を装着し、この保持材を通して注入材を隣接する袋パッカ間に開孔する外管吐出口から地盤に注入するものであるから、削孔壁の崩壊を防止しながら、地盤を急速かつ確実に固結する。

しかし、地盤は通常、図２および図３に示されるように、深いほど水圧が大きく、浅くなるにつれて小さくなる。このため、注入材を図２に示すような計画範囲に注入し、固結しようとしても、深い場所で水圧が大きいため、下方からの流線が小さくなり、実際に固結された範囲は計画範囲とは異なり、やや上方が固結され、計画通りの固結は不可能である。
特願２００４−１２４１５３号明細書

そこで、本発明の課題は注入管外壁に、上方に部分的に不透水加工の施された透水性孔壁保持材を装着し、この保持材を通して下方向への流線を多くし、注入量を下方向に多くして地盤中の計画通りの場所に注入材を注入し、上述の公知技術に存する欠点を改良した地盤注入工法を提供することにある。

上述の課題を解決するため、本発明によれば、注入管外壁に袋体を間隔をあけて複数個取りつけ、かつ袋体内部ならびに隣接する袋体間に外管吐出口の開孔された注入管装置を地盤の削孔中に挿入し、次いで前記袋体内部に開孔された外管吐出口から袋体中に硬化性懸濁液を填充し、膨らませて袋パッカを形成するとともに、隣接する袋パッカ間に開孔された外管吐出口から注入材を注入して前記地盤を固結する地盤注入工法において、前記隣接する袋パッカ間の注入管外壁に部分的に不透水加工の施された透水性孔壁保持材を装着してなり、この保持材を通して注入材を、隣接する袋パッカ間の外管吐出口から地盤中に下方への流線を多くして注入量を下方に多く注入することを特徴とする。

上記注入管装置は地盤中に水平または斜めにボーリングされた削孔中に挿入される。また、隣接する袋パッカ間の注入管外壁には、上方に部分的に不透水加工の施された透水性孔壁保持材が装着される。そして、この保持材を通して下方向への流線を多くして注入量を下方向に多く注入する。

本発明は上述のように、注入管外壁に、上方に部分的に不透水加工の施された透水性孔壁保持材が装着し、この保持材を通して下方向への流線を多くして注入量を下方向に多くしたから、地盤中の計画通りの場所に注入材を注入することができる。

以下、本発明を添付図面を用いて詳述する。

図１は地盤を改良する際の標準的な注入管配置を表した説明図であって、地盤の改良範囲内に注入管を鉛直に配置する施工例および地盤の改良範囲内に注入管を水平に配置する施工例を示す。

図２は注入管配置を水平方向にした際の注入状況の説明図である。図２に示されるように、通常、地盤内では深くなるにつれて水圧が高く、浅い位置では水圧は小さいと推測される。この場合、注入管装置Ｘから図９に示される透水性孔壁保持材８を通して地盤６中に均一に注入すると、注入材の流線が均等にでてくる。しかし、水圧は下方が上方よりも大きいため、注入材は上方に向かいやすく、このため固結範囲は当初の計画範囲よりも実際には上方に改良される。

図３は水平方向対応注入方式の概念図である。図２の現象を防ぐためには図３に示されるように、下方向に流線を多くして下方向の注入量を多くすることが必要である。

図４は下方向に流線を増やすための方式を表した説明図である。すなわち、図４に示されるように、注入浸透源に図９に示される透水性孔壁保持材８を装着し、保持材８の上部に部分的に不透水加工を施して不透水部分１８を形成することにより下方への注入量を多くすることができる。

図５は下方向に流線を増やすための他の方式を表した説明図である。すなわち、図５に示されるように、図４と同様、注入浸透源に図９に示される透水性孔壁保持材８を装着し、この保持材８の上部に水膨張性ゴム１６を張りつけて部分的に不透水部分１８を形成する。この水膨張性ゴム１６は給水により膨張して孔壁上部密着し、上部への注入量が小さくなる。

上述の本発明原理を具体的化すると、図６および図７のようになる。図６は本発明に用いられる鉛直施工の注入管装置の一具体例の断面図、図７は本発明に用いられる水平施工の注入管装置の一具体例の断面図である。まず、図６において、注入管１の外壁２には袋パッカ３を形成する袋体４を間隔をあけて複数個取りつけ、かつ、袋体４の内部ならびに上下に隣接する袋体４、４間に開孔する外管吐出口５、５・・・５を備えて注入管装置Ｘを構成する。

このようにして構成される注入管装置Ｘは本発明では地盤６中に設けられた削孔７中に挿入する。次いで、袋体４の内部に開孔する吐出口５から袋体４中に硬化性懸濁液を注入管１を通して填充し、膨らませて袋パッカ３を形成する。そして、上下に隣接する袋パッカ３、３間に開孔する外管吐出口５から注入管１を通して注入材を、削孔壁９から地盤６中に注入し、地盤６を固結する。

袋体４は硬化性懸濁液の一部を通過する透水性袋体で構成される。この種の透水性袋体として、織布、不織布、透水性合成樹脂、網体、ドレーン材等が用いられる。具体的には例えば、東レ（株）製のスパンボンド不織布Ｇ２０４０、Ｇ２０５０が用いられる。Ｇ２０４０は目付４０（ｇ／ｍ^２）、厚み０．１６（ｍｍ）、引張強度たて１６（ｋｇｆ／５ｃｍ^２）、よこ８（ｋｇｆ／５ｃｍ^２）、透水係数２．１３×１０^２（ｃｍ／秒）の特性を有し、Ｇ２０５０目付５０（ｇ／ｍ^２）、厚み０．２１（ｍｍ）、引張強度たて２０（ｋｇｆ／５ｃｍ^２）、よこ１０（ｋｇｆ／５ｃｍ^２）、透水係数３．１４×１０^２（ｃｍ／秒）の特性を有する。その他、不透水性シートやゴム袋等も用いることができるが、透水性を有する方が懸濁液が加圧により密に詰まって強固なパッカとなるので好ましい。

また、袋体４は削孔７の径よりも大きな直径を有する。具体的には、好ましくは袋体４は削孔径よりも１．２〜５．０倍の直径を有する。このような袋体４中に懸濁液を填充し、膨らませて袋パッカ３を形成すると、袋体４の直径が削孔７の径よりも大きいため、袋パッカ３周りの削孔壁９が圧密される。これにより袋パッカ３周りの地盤領域に注入材の浸透しにくい、密な地盤内パッカ１０を形成する。

袋体４の直径が１．２倍よりも小さいと、袋パッカ３周りの削孔壁９の圧密が少ない。また、５．０倍よりも大きいと、袋体４が填充圧力で破れやすくなる。すなわち、袋体４に張力が均等に生じず、周辺土層の弱い部分に接触する袋体部分が不均質に加圧されて袋体が破断されやすくなる。

本発明に用いられる硬化性懸濁液としてはセメント懸濁液等、任意の懸濁液が挙げられる。このような懸濁液を例えば平均０．０５ｍｍの目のあいた不織布からなる透水性袋体４に填充して膨らませ、袋パッカ３を形成すると、粒径０．０５ｍｍよりも細かい粒子を含む懸濁液が袋体４から外側に通過し、圧密された削孔壁に浸透硬化する。このとき、袋体４内は高濃度で硬化して高強度の袋パッカ３を形成するとともに、袋パッカ３周りの地盤領域に注入材が浸透しにくい、密で強固な地盤内パッカ１０を形成する。すなわち、例えば、不織布からなる袋体４中の硬化性懸濁液が加圧されると、この一部が袋体４から外部の地盤に浸透して地盤を強固に固結し、地盤内パッカ１０を形成する。

この状態で、隣接する上下の袋パッカ３、３間の外管吐出口５から、ゴムスリーブ１５を押し拡げて図９に示される透水性孔壁保持材８で保持された大きな柱状空間を通し、さらに削孔壁９を通して地盤６中に注入材を注入すると、注入材は地盤６中で地盤内パッカ１０に遮断されて上下方向に逸脱せず、水平方向の注入対象土層に矢印方向に、より遠くに、広く浸透し、この結果、削孔間隔（注入孔間隔）を広くとって削孔数を少なくすることができ、注入操作が簡略化されるとともに、経済的にも有利である。

上述の本発明にかかる利点を一層増大させるためには、袋体４の長さをＬとし、隣接する袋体４、４間の間隙をＡとした場合、Ａ≦２Ｌの関係にあることが好ましい。このような関係を維持することにより、本発明の上述利点は一層増大する。

図７は本発明の地盤注入工法の水平施工に用いられる注入管装置の一例を表した説明図であって、注入管１の外壁２には袋体パッカ３を形成する上述と同様の袋体４を間隔をあけて複数個取りつけ、かつ、袋体４の内部に開孔する外管吐出口５、５・・・５ならびに隣接する袋体４、４間に開孔する外管吐出口５、５・・・５を備えて注入管装置Ｘを構成する。

このようにして構成される注入管装置Ｘは本発明では地盤６中に設けられた削孔７中に挿入する。次いで、袋体４の内部に開孔する吐出口５から袋体４中に上述と同様の硬化性懸濁液を注入管１を通して填充し、膨らませて袋パッカ３を形成する。そして、隣接する袋パッカ３、３間に開孔する外管吐出口５から注入管１、例えば後後述する図８の内管１２を通して注入材を削孔壁９から地盤６中に注入し、地盤６を固結する。

本発明の特徴は注入管１の外壁２に隣接する袋体４、４間に部分的に不透水性加工の施された図９に示される透水性孔壁保持材８を装着したことに存する。注入材はこの保持材８を通じて、隣接する袋体４、４間の外管吐出口５、５・・・５から地盤６中に注入される。注入材としては、活性シリカ、コロイダルシリカ、シリカゾル等が用いられる。

透水性孔壁保持材８に部分的に不透水性加工を施すには、透水性孔壁保持材の任意の個所、特に上方の個所に部分的に目づまりを起こすか、あるいは上方の個所に部分的に水膨張性ゴムを張りつけるか、さらには上方の個所に部分的にポリウレタンゴムシート等のシートを張りつけることにより不透水性加工の施す。

本発明では、このような不透水性部分１８が部分的に上方に有する透水性孔壁保持材８を、隣接する袋パッカ３、３間に装着することにより、図３〜図５に示されるように下方向に流線を多くして下方向への注入量を多くし、この結果図２に示されるような計画範囲からはずれた改良範囲の固結を防止する。

本発明では、この透水性孔壁保持材８を装着することにより、上下に隣接する袋パッカ３、３間を長くとっても削孔壁９は崩壊しない。このため、大きな柱状空間を保持でき、大きな吐出量で低圧注入が可能であり、しかも注入孔間隔を大きくとった広範囲の浸透注入が可能になる。

なお、本発明に用いられる透水性孔壁保持材８は網体から製造されてもよいが、その他織布、不織布、透水性合成樹脂、各種ドレーン材、合成樹脂繊維や植物繊維をマット状に成形した材料等、透水性を有する種々の材料から図９に示される形状に製造することができる。

図８は注入管１として二重管ダブルパッカ１を用いた本発明に用いられる注入管装置Ｘを示す。図８において、二重管ダブルパッカ１は外管１１と内管１２から構成される。この内管１２は先端の管壁に内管吐出口１３を設け、かつ、この内管吐出口１３を挟むように一対のパッカ１４、１４を備えて構成され、左右に移動自在である。

そして、まず、内管１２を移動して袋体４の各吐出口５に合わせ、これら各吐出口５、５・・・５からゴムスリーブ１５を押し拡げて硬化性懸濁液を袋体中４に填充して膨らませ、袋パッカ３を形成する。このとき、袋体４の直径が削孔７の径よりも大きいため、袋パッカ３によってパッカの周りの削孔壁９が圧密される。しかも、袋体４が透水性袋体であるため、袋体４から通過した硬化性懸濁液が圧密された削孔壁９に浸透硬化し、これにより袋体４内を高濃度で硬化して高強度の袋パッカ３を形成するとともに、袋パッカ３周りの地盤６領域に注入材の浸透しにくい、密な土中パッカ１０を形成する。

地盤内パッカ１０を形成してのち、内管１２を隣接する袋パッカ３、３間の吐出口５に合わせ、ここから内管１２および吐出口５を通し、さらに透水性孔壁保持材８で保持された柱状空間を通して注入材を削孔壁９から地盤６中に注入すると、注入材は左右方向に逸脱せず、上下方向の注入対象土層に矢印方向により遠くに広く浸透し、この結果、削孔間隔（注入孔間隔）を広くとって削孔数を少なくすることができ、注入操作が簡略化されるとともに経済的にも有利である。

なお、図７および図８の注入管装置Ｘにおいて、隣接する袋パッカ３、３間の吐出口５は複数個設けてもよい。この場合、複数の吐出口５は内管１２の一対のパッカ１４、１４内に位置するように設けられ、これにより、複数の吐出口５からの同時注入が可能となる。もちろん内管１２の吐出口１３を複数の吐出口１３にそれぞれ順次に合わせて注入してもかまわない。また、本発明において、図７、図８に示される最も遠い個所の袋パッカ３は必ずしも必要としない。また、図８において、内管パッカ１４は膨縮可能なパッカであって、内管に設けられたパッカ用流体流路（図示せず）からの流体圧によって膨張してパッカが形成されてもよい。

注入管を地盤の斜め方向、あるいは水平方向に挿入して長尺柱状空間から注入材を注入し、既設建造物直下の基礎地盤を液状化防止注入するに当り、注入管外壁の外管吐出口を有する上下に隣接する袋パッカ間に上方に部分的に不透水加工の施された透水性孔壁保持材を装着し、外管吐出口からの注入材を保持材を通して柱状空間から地盤中に注入するようにしたから、下方への流線が多くなって下方への注入量が多くなり、このため、所望の計画範囲に注入が可能である。また、外管吐出口は透水性孔壁保持材によって保護され、このため削孔壁が崩壊して柱状空間が埋まって、注入が困難になるようなことはなく、たとえ、注入管を斜め方向あるいは水平方向に挿入しても削孔壁が崩壊せずに注入が良好に達成される。このため、本発明は既設建造物直下の地盤の液状化防止に利用性が高い。

地盤を改良する際の標準的な注入管配置を表した説明図である。 注入管配置を水平方向にした際の注入状況の説明図である。 水平方向対応注入方式の概念図である。 下方向に流線を増やすための方式を表した説明図である。 下方向に流線を増やすための他の方式を表した説明図である。 本発明に用いられる鉛直施工の注入管装置の一具体例の断面図である。 本発明に用いられる水平施工の注入管装置の一具体例の断面図である。 二重管ダブルパッカを用いた本発明に用いられる注入管装置の断面図である。 本発明に用いられる透水性孔壁保持材の一具体例の斜視図である。

符号の説明

Ｘ 注入管装置
１ 注入管
２ 外壁
３ 袋パッカ
４ 袋体
５ 外管吐出口
６ 地盤
７ 削孔
８ 透水性孔壁保持材
９ 削孔壁
１０ 土中パッカ
１１ 外管
１２ 内管
１３ 内管吐出口
１４ パッカ
１５ ゴムスリーブ
１６ 水膨張性ゴム
１７ 地表面
１８ 不透水性部分

Claims (6)

1. 注入管外壁に袋体を間隔をあけて複数個取りつけ、かつ袋体内部ならびに隣接する袋体間に外管吐出口の開孔された注入管装置を地盤の削孔中に挿入し、次いで前記袋体内部に開孔された外管吐出口から袋体中に硬化性懸濁液を填充し、膨らませて袋パッカを形成するとともに、隣接する袋パッカ間に開孔された外管吐出口から注入材を注入して前記地盤を固結する地盤注入工法において、前記隣接する袋パッカ間の注入管外壁に、部分的に不透水加工の施された透水性孔壁保持材を装着してなり、この保持材を通して注入材を、隣接する袋パッカ間の外管吐出口から地盤中に下方への流線を多くして注入量を下方に多く、注入することを特徴とする地盤注入工法。
2. 請求項１において、前記注入管装置を地盤中に水平または斜めにボーリングされた削孔中に挿入し、かつ隣接する袋パッカ間の注入管外壁に、上方に、または斜め上方に部分的に不透水加工の施された透水性孔壁保持材を装着し、この保持材を通して下方向への流線を多くし、これにより注入量を下方向に多くして地盤中に注入することを特徴とする請求項１に記載の地盤注入工法。
3. 請求項１において、前記透水性孔壁保持材に樹脂により部分的に目づまりを起して不透水加工を施す請求項１に記載の地盤注入工法。
4. 請求項１において、前記透水性孔壁保持材に部分的に水膨張性ゴムを張りつけて不透水加工を施す請求項１に記載の地盤注入工法。
5. 請求項１において、前記透水性孔壁保持材に部分的にシートを張りつけて不透水加工を施す請求項１に記載の地盤注入工法。
6. 請求項５において、シートがポリウレタンゴムシートである請求項５に記載の地盤注入工法。
   

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