JP4527809B2 - グラウチング装置およびこれを利用したグラウチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、グラウチング装置およびこれを利用したグラウチング方法に関する。
詳細には、土木工事の際、脆弱地盤に対する補強および遮水のために地盤に充填材を注入する施工の際に、各注入段階に従って減る注入管の長さに対応するように延長ホースの長さを延長させ、深度変化に伴う注入ラインの注入圧力が変化しないようにしたグラウチング装置およびこれを利用したグラウチング方法に関する。

一般に、グラウチング工法とは、軟弱な地盤を補強したり、軟弱な地盤に建てられた構造物の沈下を予防するために、沈下した地盤に穴を突き抜いて、セメントスラリーや薬液等の流動性の注入材を充填させ、一定時間の間に凝固させることにより、地盤の支持力を補強する工法である。

かかるグラウチング工法は、従来に多様な形態で開始されているが、この中でＬＷ(Labiles Wasserglass)工法は、地盤特性を使用目的に符合するように改良するために、特殊な性質の充填材(注入材)を地盤に浸透させる方式であって、水ガラス液(珪酸ナトリウム)と少量のセメントをよく混合し、セメントが沈殿するのを待ち、上に浮かび上がった水を注入する工法をいう。

このようなＬＷ工法には、充填材の注入方式により１ショット(shot)工法と１.５ショット工法がある。

前記１ショット工法は、希釈された水ガラス液と少量のセメントを混合した後、一定時間の経過後に浮かび上がった水を地盤に注入する工法である。

しかし、このように１ショット工法で注入する方式は、理論上合理的で浸透効果も良好であるが、セメントが沈殿する間は注入できないし、ゲルタイムが３０〜６０分程度に長くて急結形で利用不可であり、ゲルタイムの調整が難しく、セメントを除いて上に浮かび上がった水のみを注入することで、材料が無駄になる欠点があった。

このような欠点を補完するために１.５ショット工法が開始されたが、前記１.５ショット工法は、セメント液と水ガラス液を各々別のポンプを通して同圧同量で送り、Ｙ管に連結された主入管内に異質の溶液を混合した状態で供給し、下部に形成された貫通孔を通して地盤へ充填材を噴射する方式で成される。

このような１.５ショット工法を利用した代表的な例として、マンシェットチューブ(Manchette Tube)を利用したグラウチング工法があり、これに対して簡略に説明すれば次のようである。

図１は、従来のグラウチング施工に適用されるマンシェットチューブが地中に挿入された状態を示す部分断面図である。

従来のマンシェットチューブを利用した１.５ショット工法は、外周面に多数個の注入口(Ａ)を設け、この注入口(Ａ)にゴムスリーブ(５)を取り付けてマンシェットチューブ(２)を製作する。

次に、このマンシェットチューブ(２)を地中に挿入されたケーシングに引き込ませ、マンシェットチューブ(２)とケーシング(未図示)との間にシーリング材(４)を注入した後、ケーシングを引き抜いて取り除く。

続いて、二つのパッカー(Packer；３ａ，３ｂ)が一定間隔に離隔して取り付けられた圧送水注入管(１)をマンシェットチューブ(２)に挿入し、所望の位置から圧送水を注入する。

この時、前記マンシェットチューブ(２)の一定空間は図１に示したように、前記パッカー(３ａ，３ｂ)により密閉された状態を保持することになる。

これにより、マンシェットチューブ(２)の密閉された空間部に圧送水が噴出し、空間部の圧力が上昇することにより、噴出した圧送水は注入口(Ａ)を塞いでいるゴムスリーブ(５)を押して出て、マンシェットチューブ(２)の外周面に沿い形成されたシーリング材(４)を破壊し、以後の段階で充填材が噴出する通路を形成することになる。

次に、マンシェットチューブ(２)に挿入された注入管(１)に充填材を注入し、注入された充填材は、先の段階で破壊されたシーリング材(４)により形成された通路を通して地盤へ噴出し、グラウチング領域を形成する。

かかる一連の工程を地中での位置に応じて繰り返して実施することにより、地盤に対するグラウチング施工を完了する。

KR 10-2002-0046834 A JP 08-326499 A JP 04-283290 A US 04808038 A

しかしながら、このような従来のマンシェットチューブを利用した１.５ショット工法は、充填材の注入位置変化によって注入ライン全体の長さが長くなったり短くなることにより、充填材の注入圧力を一定に保持することが難しい問題点があった。特に、マンシェットチューブの注入領域とダブルパッカーのパッキング位置が対応しない場合、充填材の注入が困難な問題点があった。

また、このように注入圧力の偏差幅が大きくなることにより、注入圧力が高圧で成されたグラウチング領域は地盤を隆起させることになり、相対的に注入圧力が低圧で成されたグラウチング領域は地盤の部分沈下が発生し、全体グラウチング領域の構造的安定性を確保するに難しい問題点がある。

なお、従来のマンシェットチューブを利用した１.５ショット工法は、マンシェットチューブがゴム材質の管で成され、地盤に傾斜して施工される傾斜施工の場合、充填材の注入時にマンシェットチューブが変形(傾斜した一方に反る)することにより、一定したグラウチング領域を確保しにくい問題点がある。また、マンシェットチューブを軟弱地盤に施工する場合、地盤の内圧によって変形することにより、円滑な充填材の注入が困難な問題点がある。

更に、地中の深度の深いところにグラウチングを施工する場合には、深くなった深度だけ充填材の注入圧力も高まることになるが、ゴム材質で成されたマンシェットチューブは、このような高圧に対する剛性を有していないので、深度の深いグラウチング施工には適用が容易ではない問題点があった。

本発明は、上記の従来の技術が有する問題点等を改善するために案出されたことであって、グラウチング施工の際、各注入段階に応じて注入ライン全体の長さを一定に保持することにより、充填材の注入位置に応じる注入圧力を一定になるようにしたグラウチング装置およびこれを利用したグラウチング方法を提供するにその目的がある。

上記の目的を達成するための本発明のグラウチング装置は、複数種類の材料物質の混合により成される充填材を地中に注入する先端装置と、前記先端装置に連結されて前記充填材を供給する注入管と、前記注入管に連結されて前記充填材を供給する延長ホースとを含んでなるグラウチング装置において、前記注入管は、(１)あらかじめ定められている長さで形成された複数のパイプセグメントが互いに着脱可能に直列結合されて形成され、(２)前記結合された後の形状は全体として一筋のパイプであり、前記延長ホースは、(１)前記パイプセグメントに対応する長さで形成された複数のホースセグメントが互いに着脱可能に直列結合されて形成され、(２)前記結合された後の形状は全体として一筋のホースであり、(３)前記注入管が連結された側の反対側の端部には、前記複数種類の材料物質を各々供給する複数の供給ホースが連結され、(４)前記延長ホースの結合された後の総長さは、前記注入管の結合された後の総長さが減少しただけ増加するように構成されることを特徴とする。

また、本発明のグラウチング装置を利用したグラウチング方法は、前記グラウチング装置を利用して行うグラウチング方法において、(１)地盤を穿孔し、ケーシングを挿入する段階；(２)地上に位置すべきホースセグメントを各々直列連結して延長ホースを形成する一方、地中に位置すべきパイプセグメントを各々直列連結して注入管を形成した後、前記注入管およびこれに連結された先端装置を前記ケーシングに挿入する段階；(３)前記ケーシングを引き抜く段階；(４)前記注入管に前記延長ホースを直列連結し、前記延長ホースに複数の供給ホースを連結する段階；および(５)前記先端装置の位置をステップ別に上部へ移動させて、地中の充填材の注入位置を移動させ、これにより地上に露出した前記パイプセグメントを分離させ、前記分離したパイプセグメントの長さだけホースセグメントを追加連結する過程を繰り返す段階とを含んでなることを特徴とする。

以上のように、本発明のグラウチング装置およびこれを利用したグラウチング方法により、充填材の注入段階に従って短くなった注入管の長さに対応するように延長ホースの長さを延長させ、注入位置による注入圧力が一定になるように保持することにより、一定幅のグラウチング領域を地盤に形成するように誘導し、地盤に堅固な補強が成されると共に、グラウチング領域の深度が深くなっても安定したグラウチングが可能な効果がある。

上述した目的、特徴および長所は、添付した図面と関連した次の詳細な説明を通してより明確になる。先ず、各図面の構成要素に参照番号を付加するにおいて、同一の構成要素に限っては、たとえ他の図面上に示されてもなるべく同一の番号を付加するようにしたことに留意しなければならない。

従来のグラウチング施工に適用されるマンシェットチューブ(Manchette Tube)が地中に挿入された状態を示す部分断面図 本発明の実施例によるグラウチング装置を示す構成図 本発明の実施例によるグラウチング装置の一構成である先端装置を示す断面図 本発明の実施例によるグラウチング装置の一構成である充填材攪拌装置を示す斜視図 本発明の実施例によるグラウチング装置の注入管を挿入する工程を示す概略図 本発明の実施例によるグラウチング装置のグラウチング注入１段階を示す状態図 本発明の実施例によるグラウチング装置の第３パイプセグメントを離脱した状態を示す状態図 本発明の実施例によるグラウチング装置のグラウチング注入２段階を示す状態図 本発明の実施例によるグラウチング装置の第２パイプセグメントを離脱した状態を示す状態図、および 本発明の実施例によるグラウチング装置のグラウチング注入３段階を示す状態図である。

以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面を参考にし、詳細に説明すれば次のようである。

図２は、本発明の実施例によるグラウチング装置を示す構成図であり、図３は、本発明の実施例によるグラウチング装置の一構成である先端装置を示す断面図であり、図４は、本発明の実施例によるグラウチング装置の一構成である充填材攪拌装置を示す斜視図である。

図２に示されたように、本発明の実施例によるグラウチング装置は、充填材を地盤へ噴出する先端装置(１０)と、先端装置(１０)の上段に連結されて先端装置(１０)に充填材を供給する注入管(２０)と、前記注入管(２０)の最上端に連結された延長ホース(３０)および前記延長ホース(３０)に連結されてセメント液と水ガラス液を供給する供給ホース(５０ａ，５０ｂ)で構成される。前記セメント液と水ガラス液は、前記グラウチング用充填材の材料となる物質の例示であり、他の材料物質の組合が利用されても良いことはもちろんである。

前記注入管(２０)は、図２に示したように、先端装置(１０)を第１パイプセグメント(２０ａ)に連結し、また、第２パイプセグメント(２０ｂ)および第３パイプセグメント(２０ｃ)を相互脱着可能にカップリングまたはネジ結合を通して直列連結させる。

なお、本発明に添付した図面では、パイプセグメント(２０ａ、２０ｂ、２０ｃ)が３つで図示されたが、これは地盤の深度に応じて異にして適用され得ることはもちろんである。

一方、第３パイプセグメント(２０ｃ)には、エルボー(２５)を媒介に延長ホース(３０)が結合されてなるが、前記延長ホース(３０)は上記した多数個のパイプセグメントに対応する長さを有する第１ホースセグメント(３０ａ)、第２ホースセグメント(３０ｂ)、第３ホースセグメント(３０ｃ)が相互脱着可能にカップリングまたはネジ結合を通して連続して連結されてなる。

上記の構成において、先端装置(１０)は、図３に示したように外周面に多数個の噴射孔が貫通形成され、一端が閉鎖された内管(１２)と、内管(１２)が収められ内圧によって外側に開放するように外周面に多数個の開放チップ(１６)が形成された外管(１４)とからなることができる。なお、前記開放チップ(１６)は多角形や円形等のように多様な形態からなることができる。

言い換えれば、先端装置(１０)は充填材の噴出が可能な内管(１２)と外管(１４)との二重管で成り得ることである。

また、先端装置(１０)の前記注入管が連結される端部には、前記注入管(２０)に連結および離脱が容易になるようにネジ山が形成され得る。

一方、上記の構成において、延長ホース(３０)は供給ホース(５０ａ，５０ｂ)に充填材攪拌装置(４０)を媒介に連結されることができる。

なお、前記充填材攪拌装置(４０)は、図４に示したようにハウジングパイプ(４２)と、ハウジングパイプ(４２)内に収められ内部に一定直径のホールを有するセンターリング(４８)と、センターリング(４８)を基準として両側方向に次第に減少した直径を有するように一定間隔毎に配列されたサイドリング、および前記センターリング(４８)とサイドリングとの間に固定した多数個の固定バー(４４)とからなることができる。

また、前記サイドリングは、各々異なる直径を有するように形成された第１サイドリング(４５)、第２サイドリング(４６)、第３サイドリング(４７)のように多数個となり、各々固定バー(４４)を通して軸方向(Ｘ)に沿い連結固定されることができる。

また、固定バー(４４)はセンターリング(４８)とサイドリングに各々軸方向の斜線で固定してなることができる。すなわち、通常のスクリューに類似した形態を有するように軸方向(Ｘ)に曲げられた形態に各々形成される。

以下、上記の構成を有する本発明のグラウチング装置を利用したグラウチング方法に対して下記の図面を参考に説明すれば次のようである。

図５は、本発明の実施例によるグラウチング装置の注入管(２０)を挿入する工程を示す概略図であり、図６は、本発明の実施例によるグラウチング装置のグラウチング注入１段階を示す状態図であり、図７は、本発明の実施例によるグラウチング装置の第３パイプセグメントを離脱した状態を示す状態図であり、図８は、本発明の実施例によるグラウチング装置のグラウチング注入２段階を示す状態図であり、図９は、本発明の実施例によるグラウチング装置の第２パイプセグメントを離脱した状態を示す状態図であり、図１０は、本発明の実施例によるグラウチング装置の注入３段階を示す状態図である。

図面に示したように、本発明の実施例によるグラウチング装置を利用したグラウチング方法は、次のような順序で成される。
１）先ず、地盤を穿孔しケーシング(６０)を挿入する。(ケーシング挿入段階)
２）先端装置(１０)を第１パイプセグメント(２０ａ)に取り付け、深度の深さに応じて第２パイプセグメント(２０ｂ)および第３パイプセグメント(２０ｃ)を第１パイプセグメント(２０ａ)に連続的に直列取り付けながら、ケーシング(６０)に挿入する。(注入管連結段階)
３）地盤に挿入されたケーシング(６０)を引き抜いて離脱させる。(ケーシング引き抜き段階)
４）地上に位置した第３パイプセグメント(２０ｃ)にエルボー(２５)を媒介に第１ホースセグメント(３０ａ)を連結し、充填材攪拌装置(４０)を媒介に供給ホース(５０ａ，５０ｂ)を連結する。(注入準備段階)
５）地中の最下部に充填材を噴出してグラウチングを実施する。(注入１段階；Ｓ１)
６）注入１段階が完了すると、先端装置(１０)の位置を上部へ上昇させて地中の充填材の注入位置を移動させ、地上に露出した第３パイプセグメント(２０ｃ)を離脱させる。(第１セグメント離脱段階)
７）離脱した第３パイプセグメント(２０ｃ)の長さだけ総長さを補充するために、第２パイプセグメント(２０ｂ)と第１ホースセグメント(３０ａ)との間に第２ホースセグメント(３０ｂ)を更に連結(エルボー(２５)を媒介にすることができる)し、充填材を注入する。(注入２段階；Ｓ２)
８）注入２段階が完了すると、先端装置(１０)の位置を上部へ上昇させて地中の充填材の注入位置を移動させ、前述した第１セグメント離脱段階と同様に、地上に露出した第２パイプセグメント(２０ｂ)を離脱させる。(第２セグメント離脱段階)
９）離脱した第２パイプセグメント(２０ｂ)の長さだけ総長さを補充するために、第１パイプセグメント(２０ａ)と第２ホースセグメント(３０ｂ)との間に第３ホースセグメント(３０ｃ)を更に連結(エルボー(２５)を媒介にすることができる)し、充填材を注入する。(注入３段階；Ｓ３)

このような方式で地盤に穿孔した深度に応じて注入段階を増やしたり減らしてグラウチング施工を完了することができる。

以下、本発明のグラウチング装置およびこれを利用したグラウチング方法の作用に対して説明する。

第一に、充填材を供給する注入管(２０)の中、取り除かれた長さに対応するようにホースセグメントを連結することにより、充填材注入ライン全体の長さが常に同一になるように保持することができる。

これにより、先端装置(１０)から噴出する充填材の圧力は、地中のいずれの位置でも一定の圧力を有するようにし、充填材の噴出時に、不安定な噴出圧により地盤が隆起したり地盤が部分沈下するのを防止する。

また、地盤全体に亘って均一な充填材の噴出が可能であり、一定幅のグラウチング領域を地盤に形成することにより、地盤に対する安定した補強を期待することができるし、これにより、グラウチング領域の深度が深くなっても、安定したグラウチングが可能になる。

第二に、供給ホース(５０ａ，５０ｂ)と延長ホース(３０)のと間に連結された充填材攪拌装置(４０)は、供給されるセメント液と水ガラス液が容易に混ざり合うように誘導し、混ざり合った状態の充填材を前記延長ホース(３０)に供給する作用をする。

即ち、充填材攪拌装置(４０)は異質の液体を同時に流入し、内部に形成されたセンターリング(４８)とサイドリング(４５、４６、４７)を通過させることにより、流体が渦流作用によって互いに混ざり合うように誘導することである。

このような混合作用をより容易に誘導するために、各々のリングを?ぐ固定バー(４４)は軸方向(Ｘ)の斜め方向(スクリュー形)に連結することが好ましい。

第三に、内管(１２)と外管(１４)の二重管で構成された先端装置(１０)は、図３に示したように充填材の注入が成されない場合には、(Ａ)のように開放チップ(１６)が密閉された状態のままであり、反対に、注入管(２０)を通して充填材が供給されると、充填材はまず先端装置(１０)の内管(１２)に流入し、内管(１２)に形成された噴射孔を通して流出され、内管(１２)と外管(１４)との間の空間を満たすことになる。

続いて、この空間に充填材が満たされて内部の圧力が上昇すると、図３の(Ｂ)のように外管(１４)に形成された開放チップ(１６)を開放させ地盤へ噴出する。

即ち、先端装置(１０)によって噴出する充填材の噴出圧が低圧となるようにすることにより、地盤に構造的衝撃が加えられるのを最大限防止し、安定した注入が可能になる。

これにより、従来の単管の先端装置が充填材を地盤に高圧で噴出することにより、地盤に構造的衝撃を与えて発生する、地盤の隆起およびグラウチング領域の局部損傷を防止する作用をする。

以上、図面に図示された実施例を持って本発明を説明したが、これは例示であるだけであり、本発明に対して多用な変形及び置き換えが行えることは、当業者にとっては自明なことであると言える。従って、本発明の真正の技術範疇は特許請求の範囲により規定される。

本発明は、建設分野におけるグラウチング装置及びこれを利用するグラウチング方法に利用されることができる。

１０：先端装置 １２：内管
１４：外管 １６：開放チップ
２０ａ：第１パイプセグメント ２０ｂ：第２パイプセグメント
２０ｃ：第３パイプセグメント ２５：エルボー
３０ａ：第１ホースセグメント ３０ｂ：第２ホースセグメント
３０ｃ：第３ホースセグメント ４０：充填材攪拌装置
４２：ハウジングパイプ ４４：固定バー
４５、４６、４７：サイドリング ４８：センターリング
５０ａ，５０ｂ：供給ホース ６０：ケーシング

Claims (6)

1. 複数種類の材料物質の混合によってなる充填材を地中に注入する先端装置と、前記先端装置に連結されて前記充填材を供給する注入管と、前記注入管に連結されて前記充填材を供給する延長ホースとを含んでなるグラウチング装置において、
   前記注入管は、
   (１)あらかじめ定められている長さで形成された複数のパイプセグメントが互いに着脱可能に直列結合されて形成され、
   (２)前記結合された後の形状は全体として一筋のパイプであり、
   前記延長ホースは、
   (１)前記各々のパイプセグメントに対応する長さで形成された複数のホースセグメントが互いに着脱可能に直列結合されて形成され、
   (２)前記結合された後の形状は全体として一筋のホースであり、
   (３)前記注入管が連結された側の反対側端部には、前記複数種類の材料物質を各々供給する複数の供給ホースが連結され、
   (４)前記先端装置を上部へ移動させたことにより、前記注入管の結合された後の総長さが減少しただけ、前記延長ホースの結合された後の総長さが増加することで、前記注入管の結合された後の総長さと前記延長ホースの結合された後の総長さとの和が常に一定となるように構成されることを特徴とするグラウチング装置。
2. 請求項１において、
   前記延長ホースと前記供給ホースとの間には、
   複数種類の材料物質を混合するための充填材攪拌装置を更に含んでなることを特徴とするグラウチング装置。
3. 請求項２において、
   前記充填材攪拌装置は、
   ハウジングパイプ；
   前記ハウジングパイプ内に収められ、内部に一定直径のホールを有するセンターリング；
   前記センターリングを基準として両側方向に次第に減少した直径を有するように一定間隔毎に配列された複数のサイドリング；および
   前記センターリングとサイドリングとの間に固定した複数の固定バーとを含んでなることを特徴とするグラウチング装置。
4. 請求項３において、
   前記固定バーは、
   前記センターリングとサイドリングの同心軸方向に対して傾斜を成しつつ、前記センターリングとサイドリングに各々固定したことを特徴とするグラウチング装置。
5. 請求項１において、
   前記先端装置は、
   外周面に複数の噴射孔が貫通形成され、その先端が閉鎖された内管；
   前記内管が収められ、前記内管によって圧力調整および攪拌された前記充填材の内圧によって外側に開放されるように、外周面に複数の開放チップが形成された外管とを含んでなることを特徴とするグラウチング装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載されたグラウチング装置を利用して行うグラウチング方法において、
   (１)地盤を穿孔し、ケーシングを挿入する段階；
   (２)地上に位置すべきホースセグメントを各々直列連結して延長ホースを形成する一方、地中に位置すべきパイプセグメントを各々直列連結して注入管を形成した後、前記注入管およびこれに連結された先端装置を前記ケーシングに挿入する段階；
   (３)前記ケーシングを引き抜ける段階；
   (４)前記注入管に前記延長ホースを直列連結し、前記延長ホースに複数の供給ホースを連結する段階；および
   (５)前記先端装置の位置をステップ別に上部に移動させて、地中の充填材注入位置を移動させ、これにより地上に露出した前記パイプセグメントを分離させ、前記分離したパイプセグメントの長さだけホースセグメントを追加連結する過程を繰り返す段階とを含んでなることを特徴とするグラウチング方法。

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