JP4157531B2 - 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および注入管装置に係り、特に、既設建造物直下の基礎地盤改良等、注入管を斜め方向、水平方向あるいは曲線状の削孔中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および注入管装置に関する。

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、注入管の軸方向に吐出口をはさんで、間隔をあけて設置された上下の袋パッカと、注入管まわりの削孔壁との間に大きな柱状浸透源を形成し、この柱状浸透源から大きな吐出量で注入材を注入し、低圧で注入材の土粒子間浸透を図っていた。

上述の従来技術では、大きな吐出量による急速施工であるため経済性を得るのみならず、大きな浸透源の単位浸透面積からは小さな浸透速度で、低圧の土粒子浸透が可能であり、優れた浸透固結をも同時に満足するものであった。

一方、上述の従来技術では、液状化防止工事の場合、既設建造物直下の大きな基礎地盤の改良である事から、注入管を斜めに挿入したり、水平に挿入したり、あるいはわん曲に挿入したり等の必要性が生じる。この場合、柱状浸透による急速施工を行うには、袋パッカ間を長くとり、長尺の柱状空間を形成することが必要である。

しかし、上述のように、注入管を斜め方向や、水平方向や、わん曲状に設置した場合、削孔壁も斜めや、水平や、わん曲に形成しなければならず、このため、削孔壁が崩壊して柱状空間が崩れることになりやすい。
特開２００２−１６７７４５号公報 特許第２７７２６３７号（特開平１−５２９１０号）

そこで、本発明の課題は注入管を地盤の斜め方向、水平方向、あるいは曲線状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たり、削孔壁が崩壊して柱状空間が埋まり、注入が困難になることを防止し、上述の公知技術に存する欠点を改良した地盤注入工法および注入管装置を提供することにある。

上述の課題を達成するため、本発明の地盤注入工法によれば、改良すべき地盤中に水平または斜めに、または屈曲と直線を任意に組み合わせてボーリングし、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付け、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填充し、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において、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ことを特徴とする。

さらに、上述の課題を達成するため、本発明の注入管装置によれば、改良すべき地盤中に水平または斜めに、または屈曲と直線を任意に組み合わせてボーリングされたボーリング孔中に挿入し、地盤を固結する注入管装置であって、注入管と、この注入管外壁に間隔をあけて複数個取りつけられた袋体と、この袋体の内部ならびに隣接する袋体間に開孔された外管吐出口とを備え、前記袋体の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注入管装置において、前記袋パッカ間の注入管外壁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ことを特徴とする。

本発明は上述のように、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、外管吐出口は透水性孔壁保持材によって保護され、削孔壁が崩壊して柱状空間が埋まり、注入が困難になるようなことはなく、急速かつ注入管を斜め方向、水平方向、あるいは曲線状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。

以下、本発明を添付図面を用いて詳述する。

図１は本発明にかかる地盤注入工法および注入管装置の基本的構成を説明するための断面図である。図２は二重管ダブルパッカを用いた本発明にかかる注入管装置およびこの注入管装置を用いた地盤注入工法を説明するための断面図である。図３は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。図４は構造物直下の改良すべき地盤処理の基本模式図である。図5は構造物下方のボーリング状態を表した説明図である。

図１は本発明の地盤注入工法および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４、４間に開孔する外管吐出口５から注入管１、例えば後述する図２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。

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／ｍ² ）、厚み０．１６（ｍｍ）、引張強度たて１６（ｋｇｆ／５ｃｍ²）、よこ８（ｋｇｆ／５ｃｍ²）、透水係数２．１３×１０²（ｃｍ／秒）の特性を有し、Ｇ２０５０は目付５０（ｇ／ｍ² ）、厚み０．２１（ｍｍ）、引張強度たて２０（ｋｇｆ／５ｃｍ²）、よこ１０（ｋｇｆ／５ｃｍ²）、透水係数３．１４×１０²（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中に懸濁液を充填し、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、密な土中パッカ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、密で強固な土中パッカ（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、土中パッカ１０を形成する。

この状態で、隣接する袋パッカ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中で土中パッカ１０に遮断されて逸脱せず、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。

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。

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を通して隣接する袋体４、４間に開孔する外管吐出口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。

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、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３に示される形状に製造することができる。

図２は注入管１として二重管ダブルパッカ１を用いた本発明の注入管装置Ｘおよびこれを用いた地盤注入工法を示す。図２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４中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１および図２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１、図２に示される最も遠い箇所の袋パッカ３は必ずしも必要としない。また、図２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。

図４は構造物直下の改良すべき地盤処理の基本模式図である。まず、図４に示されるように、ビル、廃棄物処理場、溜め池、貯水池等、移動不可能な構造物１６の直下の改良すべき地盤６ａの近傍地表面１７から地盤６中に屈曲して、または屈曲と直線を組み合わせて、例えば、図４では最初に斜めに屈曲して、続いて構造物１６の直下の改良すべき地盤６ａに直線状に、さらに続いて、斜めに屈曲して、対向側の近傍地表面１７まで削孔し、削孔７を形成する。このようにして得られた削孔７中に図１または図2の注入管１を挿入し、改良すべき地盤６ａに注入材を注入して固結領域１８を形成する。

注入管１は地盤６中に、例えば図５に示されるように挿入される。これを図５を用いて説明すると、近傍地表面２に発進杭２０を形成するとともに、ボーリングマシン２１を設置する。次いで、近傍地表面１９のボーリングマシン２１から発進杭２０を経て、先端にドリルヘッド２２を備えたボーリングロッド２３を、ドリルヘッド２２を回転しながら改良すべき地盤６ａ中に押し込み、削孔する。このとき、ボーリングロッド２３はケーシング２４中に挿入された状態で削孔する。削孔を曲げるときには、図示しないが、ドリルヘッド２２の先端テーパ刃を曲げる方向に調整して削孔を続ける。この削孔は反対側の近傍地表面１９に到達するまで行ってもよいが、図５に示されるように、改良すべき地盤６ａの末端まで行なうだけでも充分である。

注入管を地盤の斜め方向、水平方向、あるいは曲線状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たり、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、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、水平方向、あるいは曲線状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。

本発明にかかる地盤注入工法および注入管装置の基本的構成を説明するための断面図である。 二重管ダブルパッカを用いた本発明にかかる注入管装置およびこの注入管装置を用いた地盤注入工法を説明するための断面図である。 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。 構造物直下の改良すべき地盤処理の基本模式図である。 構造物下方のボーリング状態を表した説明図である。

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
６ａ 改良すべき地盤
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 構造物
１７ 地表面
１８ 固結領域

Claims (5)

1. 改良すべき地盤中に水平または斜めに、または屈曲と直線を任意に組み合わせてボーリングし、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付け、
   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填充し、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において、前記注入管外壁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し、これにより隣接する袋パッカ間を長くとっても削孔壁が崩壊して前記透水性孔壁保持材で保持された柱状空間が埋まることがなく、大きな吐出量で低圧注入が可能となり、注入管を斜め方向、水平方向、あるいは曲線状の削孔中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ことを特徴とする地盤注入工法。
2. 請求項１において、透水性孔壁保持材が織布、不織布、透水性合成樹脂、網体、ドレーン材、合成樹脂繊維、または植物繊維をマット状に成形した材料からなる請求項１に記載の地盤注入工法。
3. 請求項１において、前記注入管内に軸方向に内管吐出口を有する内管を挿入し、該内管吐出口は内管パッカで囲まれ、かつ、外管吐出口に通じる空間内に位置し、注入材を内管吐出口から外管吐出口および透水性孔壁保持材を通して地盤中に注入する請求項１に記載の地盤注入工法。
4. 請求項１において、前記袋体が硬化性懸濁液の一部を透過する透水性袋体であって、削孔径よりも１．２〜５．０倍の直径を有し、かつ、袋体の長さをＬとし、上下に隣接する袋体間の間隙をＡとした場合、Ａ≦２Ｌとしてなる請求項１に記載の地盤注入工法。
5. 請求項１において、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際、袋体の直径が削孔径よりも大きくし、袋パッカによってパッカ周りの削孔壁が圧密されるとともに、袋体が透水性袋体であって、袋体から透過された一部の硬化性懸濁液が圧密された削孔壁に浸透固結し、これにより袋体内を高濃度で硬化して高強度の袋パッカを形成するとともに、袋パッカ周りの地盤領域に注入材の浸透しにくい密な土中パッカを形成する請求項１に記載の地盤注入工法。

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