JP4300326B2 - 地盤改良材の注入工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液状化対策等を目的とした地盤改良工事に用いられる地盤改良材の注入工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば砂礫層からなる地盤の場合、地震の発生などによって液状化現象が生じるおそれがあるため、これを未然に阻止するために地盤改良材を注入して地盤を強化する対策がとられる。この工法は注入工法と呼ばれ、注入装置を掘削孔内に挿入して地盤改良材である薬液を注入し、これを地盤に浸透させて硬化させることにより地盤を強化するものである。
【０００３】
図６は、従来の注入工法の一例であるスリーブ注入工法を示す断面図である。図において、１０１は砂礫層からなる地盤、１０２はこの地盤１０１に掘削した掘削孔、１０３は掘削孔１０２に挿入された注入装置である。注入装置１０３は、スリーブパイプ１０４とこのスリーブパイプ１０４の内部に挿入されるインジェクションパイプ１０５とを備えており、スリーブパイプ１０４には薬液の注入口１０６が形成されているとともに、この注入口１０６を覆う円筒形のゴムスリーブ１０７が外周に装着されている。このゴムスリーブ１０７には、スリット１０８が形成されている。また、インジェクションパイプ１０５は、上下にゴム製のパッカー１０９，１１０を備えているとともに、薬液の吐出口１１１が設けられている。１１２はスリーブパイプ１０４と掘削孔１０３との間に充填されたシール材、１１３はゴムスリーブ１０７のスリット１０８から噴射されて地盤１０１の内部に注入される薬液である。
【０００４】
次に、上記のような注入装置１０３を用いた地盤改良工事の施工手順について説明する。まず、ボーリングにより地盤１０１に掘削孔１０２を形成する。このボーリングは、図示しないケーシングパイプを用いて行われる。所定深度までボーリングを行ない、ケーシングパイプが土中に埋設されると、次に、ケーシングパイプ内にＣＢ（セメント・ベントナイト）のようなシール材１１２を注入する。続いて、スリーブパイプ１０４をケーシングパイプ内に挿入し、シール材１１２が硬化しないうちにケーシングパイプを掘削孔１０２から引き抜く。これによって図のように、シール材１１２がスリーブパイプ１０４と掘削孔１０２との間に充填される。
【０００５】
次に、インジェクションパイプ１０５をスリーブパイプ１０４内に挿入する。そして、外部からインジェクションパイプ１０５内に薬液を導入し、この薬液を所定の圧力で吐出口１１１から注入口１０６およびスリット１０８を通して噴射させると、その圧力によりシール材１１２にはクラックが発生する。したがって、噴射された薬液１１３はこのクラックを通って地盤１０１の砂礫層に浸透し、浸透した薬液１１３が硬化することによって地盤１０１が強化される。
【０００６】
しかしながら、上記従来の工法では、スリーブパイプ１０４と掘削孔１０２との間にシール材１１２が介在しており、このシール材１１２のクラックを通して薬液１１３を地盤１０１に注入するので、薬液１１３の浸透面積が小さく、浸透に時間がかかるという難点がある。もっとも、浸透時間を短くするには薬液の注入量を多くすればよいが、注入量をあまり多くすると、その注入圧力によって砂礫層のような地盤１０１が崩れるおそれがあるから、実際には注入量には限界がある。
【０００７】
これに対して、パッカーを膨張させることによりパッカー間に注入空間を形成し、この空間に薬液を注入して地盤へ浸透させる工法が考えられる。図７はこの工法を示しており、（ａ）のように地盤３０に形成した掘削孔３１にパッカー１および注入管２を備えた注入装置を挿入し、パイプ３２からパッカー１内へ圧縮空気やガス等の気体を送り込んでパッカー１を膨張させ、パッカー１で隔離された注入空間３７を形成する。その後、注入管２へ薬液を供給し、これを吐出口２２から注入空間３７へ注入して、（ｂ）のように薬液３４を地盤３０内へ浸透させるものである。
【０００８】
これによると、注入管２２と地盤３０との間に広い注入空間３７が形成され、この注入空間３７に注入された薬液３４は広い接触面積で直接地盤３０と接してすみやかに浸透するため、地盤３０を崩すことなく注入空間３７に大量の薬液３４を注入することが可能となり、注入速度を上げて施工効率を向上することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７の工法においては、先に注入された薬液が、薬液未注入の空間の周囲へ侵入して硬化すると、後から注入する薬液は地盤への浸透が阻害され、浸透径が小さくなって満足すべき地盤強度が得られなくなる。
【００１０】
そこで本発明の主たる課題は、注入した薬液が未注入領域へ侵入して硬化するのを阻止し、あとから注入する薬液が十分に地盤に浸透するようにして、地盤の強度を確保することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る地盤改良材の注入工法は、液体透過性を有する膨張自在な複数のパッカーを用い、このパッカーの内部に硬化時間の比較的短い浸透性注入材を注入して、隣り合うパッカー間に複数の注入空間が形成されるように全てのパッカーを膨張させ、膨張したパッカーの中間部を掘削孔の内面に密着させ、注入材を前記パッカーの中間部を通して当該中間部と接する地盤へ浸透させ硬化させた後に、注入管から地盤改良材を複数の注入空間へ１つおきに注入し、その後残りの注入空間に注入するものである。
【００１２】
このようにすることで、パッカーの周辺地盤には注入材の硬化層が形成され、この硬化層が隔壁となって、その後に注入する地盤改良材が未注入領域へ侵入するのを阻止することができる。
【００１３】
また、本発明の注入工法では、浸透性注入材をパッカーの内部に注入して地盤へ浸透させた後、懸濁液型注入材をパッカー内部に注入して硬化させるのが好ましい。こうすることにより、パッカーは内部に注入材が充填されて地盤と強固に密着するため、注入空間に注入された地盤改良材が隣の注入空間に漏出するのを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の注入工法においては、両側部にゴム引きなどの止水加工を施したパッカーを用いるのが好ましい。こうすることにより、パッカーに充填した浸透性注入材は地盤と接する部分だけから滲み出し、無駄なく地盤に浸透する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、図を参照しながら説明する。図１は本発明の注入工法に用いる地盤改良材の注入装置を示す図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。図において、１は所定間隔をおいて設けられた膨張自在なパッカー、２はパッカー１と連続して設けられた地盤改良材の注入管であり、これらは交互に複数個設けられている。パッカー１は本体３を備えており、この本体３は両端部において、それぞれカシメリング４ａ，４ｂによって固定具５ａ，５ｂにカシメ固定されている。なお、本体３は液体透過性のある材質からなり、ここでは布を用いている。また、固定具５ａ，５ｂはプラスチックなどの樹脂で形成されているが、これに代えて金属により形成してもよい。
【００１６】
パッカー１の内部には、パッカー１を膨張させるための流体を供給するホース６と、注入管２へ地盤改良材を供給するためのホース７とが収納されており、これらのホース６，７は可撓性の樹脂材料からなるフレキシブルパイプ１２の内部に挿通されている。フレキシブルパイプ１２の両端部は、カシメリング１３によって固定具５ａ，５ｂに固定されている。
【００１７】
注入管２は、地盤改良材を注入するための多数の吐出口２２を周面に有するフレキシブルストレーナ２０と、このフレキシブルストレーナ２０の外周に装着されたメッシュシート２３とを備え、これらは両端部においてカシメリング２１ａ，２１ｂにより固定具５ａ，５ｂに固定されている。フレキシブルストレーナ２０は、フレキシブルパイプ１２と同様に可撓性の樹脂材料からなり、これによって全体がフレキシブルな装置となって、巻取りが可能となる。メッシュシート２３は、土中の砂などが内部に侵入しない程度の網目状の細孔が形成された薄い樹脂材料からなる。この注入管２の内部には、パッカー１内のホース６，７と連通するホース６，７が収納されている。
【００１８】
ホース６およびホース７は、図１（ｂ）に示すように、１つのパッカー１および注入管２の内部にそれぞれ複数本が収納されており、ホース６は各パッカー１に対応して設けられていて、対応するパッカー１へ流体を個別に供給できるように、各ホース６は独立したものとなっている。一方、ホース７も各注入管２に対応して設けられていて、対応する注入管２へ地盤改良材を個別に供給できるように、各ホース７は独立したものとなっている。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、パッカー１の内部のホース６は、一端が固定具５ａ、他端が固定具５ｂにそれぞれ支持され、固定具５ａに形成された通路６ａと接続されているとともに、固定具５ｂに形成された通路６ｂと接続されている。また、ホース７も一端が固定具５ａ、他端が固定具５ｂにそれぞれ支持され、固定具５ａに形成された通路７ａと接続されているとともに、固定具５ｂに形成された通路７ｂと接続されている。このような構造によると、パッカー１の長さを地質に合わせて製造段階で自由に調節することができる。
【００２０】
一方、注入管２の内部のホース６は、一端が固定具５ｂ、他端が固定具５ａにそれぞれ支持され、固定具５ｂに形成された通路６ｂと接続されて、パッカー１の内部のホース６と連通しているとともに、固定具５ａに形成された通路６ａと接続されている。また、注入管２の内部のホース７も、一端が固定具５ｂ、他端が固定具５ａにそれぞれ支持され、固定具５ｂに形成された通路７ｂと接続されて、パッカー１の内部のホース７と連通しているとともに、固定具５ａに形成された通路７ａと接続されている。このような構造によると、注入管２の長さ、したがってパッカー１の間隔を地質に合わせて製造段階で自由に調節することができる。
【００２１】
このようにして、ホース６と通路６ａ，６ｂとによって膨張流体供給路が形成され、ホース７と通路７ａ，７ｂとによって地盤改良材供給路が形成される。そして、固定具５ａにおける通路６ａの１つは、その端部にパッカー１の内部空間９と連通する開口８を有しており、当該パッカー１と対応するホース６および通路６ａ，６ｂから供給される膨張用流体が開口８から内部空間９に送り込まれて、パッカー１が膨張するようになっている。したがって、複数のパッカー１は、それぞれに対応して独立して設けられた膨張流体供給路から供給される流体によって、個別に膨張させることができる。この場合、ホース６，７は、フレキシブルパイプ１２によってパッカー１の内圧から保護される。なお、通路６ａの開口８の手前には、逆流防止弁１０が設けられている。
【００２２】
一方、固定具５ｂにおける通路７ｂの１つは、その端部に注入管２の内部空間２４と連通する開口１１を有しており、当該注入管２と対応するホース７および通路７ａ，７ｂから供給される地盤改良材が開口１１から内部空間２４に送り込まれて、吐出口２２から吐出されるようになっている。したがって、複数の注入管２は、それぞれに対応して独立して設けられた地盤改良材供給路から供給される地盤改良材を、個別に吐出させることができる。
【００２３】
次に、以上の構成からなる注入装置を用いて地盤改良工事を行なう場合の注入工法について説明する。図２は、本発明に係る注入工法の一例を示す工程図である。まず、図２（ａ）のように、地盤３０にボーリングにより形成した掘削孔３１に、図１の注入装置を縦方向に挿入する。なお、３２は前述したホース６，７が挿通されているパイプである。ここでは、地盤３０が砂礫層からなるため、掘削孔３１を形成するには、ケーシングパイプ（図示省略）を用いたボーリングが好ましい。掘削孔３１の深さはたとえば１５ｍ〜２０ｍ、孔径はたとえば１２ｃｍ程度である。
【００２４】
次に、パイプ３２の外部からホース６を通して注入材を供給すると、図３に示すように、注入材３３は、開口８からパッカー１の内部へ注入されて充填され、これによってパッカー１が膨張する。ここでは、注入材として硬化時間（ゲルタイム）の比較的短い浸透性注入材を供給する。このような注入材としては、たとえば水ガラス系やシリカゾル系もしくはシリカ系の注入材などが用いられる。なお、開口８の手前には逆流防止弁１０を設けてあるので、パッカー１の内部に充填された注入材３３が逆流することはない。
【００２５】
注入材３３が充填されてパッカー１が膨張すると、図２（ｂ）のようにパッカー１の中間部は掘削孔３１の内面に密着し、隣り合うパッカー１，１の間に、後述する地盤改良材が注入される複数の注入空間３７が形成される。また、前述のようにパッカー１の本体３は布製であるため、図３に示すように、パッカー１の地盤と接する中間部において、充填された注入材３３が本体３を通して滲み出す。滲み出した注入材３３は、図２（ｂ）のように地盤３０の砂礫層に浸透してゆく。この場合、注入材３３は硬化時間が短く、数分程度で硬化するので、パッカー１の周囲にはごく短時間で注入材３３の硬化層が形成される。この硬化層は、浸透径がたとえば０．５ｍ〜１ｍであり、後述する地盤改良材の他領域への侵入を防ぐ役割を果たす。
【００２６】
好ましい実施形態としては、上記に続いてパイプ３２の外部からホース６を通して懸濁液型注入材を供給し、図４に示すように、この注入材３５を開口８からパッカー１の内部へ注入し充填する。このような懸濁液型注入材３５としては、たとえば水ガラスとセメント懸濁液との混合液であるＬＷ（LabiresWasserglas）が推奨される。ＬＷの硬化時間は３０秒〜３分程度であるから、パッカー１の内部へ充填された注入材３５は短時間で硬化する。ここで、注入材３５にはセメントが混合されているため、パッカー１の本体３の布地がセメントにより目詰まりされ、水ガラスが布地を通して滲出するのを防止することができる。このようにして注入材３５が充填されたパッカー１は、掘削孔３１の内壁に圧着して隣り合う注入空間３７を相互に遮蔽するとともに、地盤３０を補強する機能も併せ持つ。
【００２７】
次に、パイプ３２の外部からホース７を通して地盤改良材を供給し、これを図１の通路７ｂを介して開口１１から注入管２の内部空間２４へ送り込み、これをフレキシブルストレーナ２０の吐出口２２からメッシュシート２３を通して吐出させ、注入空間３７に注入する。この場合、すべての注入空間３７に同時に地盤改良材を注入すると、地盤３０内の水圧が上がりすぎて地盤３０が持ち上がることがあるので、図２（ｃ）のように、複数の注入空間３７へは１つおきに地盤改良材を注入する。注入空間３７へ注入された地盤改良材は、パッカー１が隔壁となって隣の注入空間３７への漏出が防止される。
【００２８】
地盤改良材としては、硬化時間の長い溶液型水ガラス系やシリカゾル系、あるいは超微粒子シリカ系のような耐久性を備えた高浸透性の薬液を用いるのが好ましい。
【００２９】
注入空間３７に注入された薬液３４ａは、図２（ｃ）のように地盤３０の砂礫層に浸透してゆく。ここで、注入空間３７には図７のようなシール材１１２が存在せず、また、注入空間３７の上下寸法はたとえば０．７５ｍ〜１ｍ程度に設定できるので、注入空間３７に注入された薬液３４ａは広い接触面積で直接地盤３０と接し、しかも高浸透性を有することから、薬液３４ａはすみやかに地盤３０に浸透する。
【００３０】
続いて、薬液が未注入の残りの注入空間３７に、薬液３４ａと同じ薬液３４ｂを上記と同様に注入する。ここで、先に注入された薬液３４ａが薬液未注入の空間３７の周囲へ侵入して硬化すると、後から注入する薬液３４ｂの浸透が阻害されるが、図２（ｃ）のようにパッカー１の周囲には注入材３３の硬化層が存在するので、この硬化層が隔壁となって薬液３４ａの未注入領域への侵入を阻止することができる。
【００３１】
後から注入された薬液３４ｂは、先の薬液３４ａと同様に図２（ｄ）のように地盤３０内に浸透してゆき、薬液３４ａ，３４ｂ（まとめて３４で表す）は最終的に、図２（ｅ）のように掘削孔３１の周囲の広い範囲まで浸透して硬化する。これによって、地盤３０の砂礫層は薬液３４で固められ強化される。そして、薬液３４は耐久性があり長期にわたって劣化することがないため、液状化対策に大きな威力を発揮する。
【００３２】
なお、図２では地盤３０が単一の砂礫層からなる場合を例に挙げたが、地盤３０が複数の層から構成されている場合は、各層の地質に見合った注入条件（薬液の種類、注入速度、注入圧力等）で薬液を個別に注入すればよい。
【００３３】
図５は、上述した工法で用いるパッカーの他の実施形態を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。ここでは、パッカー１の布製本体３の両側部に、ゴム３６ａ、３６ｂをコーティングすることにより止水加工を施してある。このような構造にすれば、パッカー１に充填した注入材３３は、地盤３０と接する部分だけから滲み出すので、注入材３３を無駄なく地盤３０に浸透させることができる。なお、止水加工としては、上記のようなゴム引きに代えて、樹脂をコーティングしてもよい。あるいは、これらに代えて、パッカー１の両側部を樹脂材料で形成し、中間部のみを布で形成してもよい。また、パッカー１の材質としては、布以外に、皮、ゴム、ビニール等に小径の穴を設けて液体透過性を付与したものを用いてもよい。
【００３４】
なお、上述した実施形態では、注入管２が複数設けられている例を示したが、本発明は注入管２が単一の場合でも適用が可能である。また、図２では、垂直にボーリングを行なって掘削孔３１を形成する場合を示したが、タンクなどの既設構造物の直下の液状化対策を行なう際には、構造物の側方から斜めにボーリングを行なって掘削孔３１を形成するとよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、地盤改良材を注入するに先だってパッカーの周辺に注入材の硬化層が形成されるため、この硬化層が隔壁となって地盤改良材の未注入領域への侵入を阻止することができ、あとから注入される地盤改良材を十分に浸透させて強固な地盤を確保することができる。
【００３６】
また、浸透性注入材を地盤へ浸透させた後に、懸濁液型注入材をパッカー内部に注入して硬化させることで、パッカーは地盤と強固に密着し、注入空間に注入された地盤改良材が隣の注入空間に漏出するのを防止できる。
【００３７】
さらに、パッカーの両側部に止水加工を施すことで、パッカーに充填した注入材は地盤と接する部分だけから滲み出すため、注入材を無駄なく地盤に浸透させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工法に用いる注入装置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る地盤改良材の注入工法を示す工程図である。
【図３】浸透性注入材が充填されたパッカーの断面図である。
【図４】懸濁液型注入材が充填されたパッカーの断面図である。
【図５】パッカーの他の実施形態を示す図である。
【図６】従来の注入工法の一例を示す断面図である。
【図７】浸透による注入工法を示す工程図である。
【符号の説明】
１ パッカー
２ 注入管
２２ 吐出口
３０ 地盤
３１ 掘削孔
３３ 浸透性注入材
３４ 薬液（地盤改良材）
３５ 懸濁液型注入材
３６ａ，３６ｂ ゴム
３７ 注入空間

Claims (3)

1. 液体透過性を有しかつ膨張自在な複数のパッカーと、このパッカーに連続して設けられ地盤改良材の吐出口を有する注入管とを地盤の掘削孔に挿入し、
   前記パッカーの内部に硬化時間の比較的短い浸透性注入材を注入して、隣り合うパッカー間に複数の注入空間が形成されるように全てのパッカーを膨張させ、膨張したパッカーの中間部を前記掘削孔の内面に密着させ、
   前記注入材を前記パッカーの中間部を通して当該中間部と接する地盤へ浸透させ硬化させた後、前記注入管の吐出口から地盤改良材を前記複数の注入空間へ１つおきに注入し、その後残りの注入空間に注入することを特徴とする地盤改良材の注入工法。
2. 浸透性注入材をパッカーの内部に注入して地盤へ浸透させた後、懸濁液型注入材をパッカー内部に注入して硬化させる請求項１に記載の地盤改良材の注入工法。
3. 前記パッカーとして、両側部に止水加工を施したパッカーを用いる請求項１または２に記載の地盤改良材の注入工法。

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