JP5126001B2 - 地盤の補強方法、補強地盤 - Google Patents

Description

本発明は、山岳トンネル坑口などの切羽崩壊や対象地盤の沈下を生じ得る地盤の表面に孔を削孔し、孔内に芯材を挿入した後、孔内にグラウトを注入することにより、地盤を補強する方法に関する。

従来より、山岳トンネル坑口などの切羽崩壊や対象地盤の沈下が生じ易い斜面では、垂直縫地工法による補強が行われている（非特許文献１参照）。垂直縫地工法とは、まず、斜面表面から必要な深度まで孔を削孔し、削孔した孔内に芯材を挿入し、孔内にグラウト材を充填する工法である。このように地盤内に複数の芯材を格子状に埋設することで、芯材が滑り荷重に対してせん断抵抗するため、切羽崩壊や対象地盤の沈下の発生を抑えることができる。
ＮＥＴＩＳ、新技術情報提供システム"マイクロパイルネイリング工法"、［online］、２００７年６月１日、国土交通省、［平成２０年９月２６日検索］、インターネット〈URL：http://www.netis.mlit.go.jp/RenewNetis/Search/Nt/NtDetail1.asp?REG_NO=CB-050045&TabType=2&nt=nt〉

ここで、斜面の地盤に強度が必要とされる場合には、垂直縫地工法に加えて、地盤改良を別途行っていた。しかしながら、このように垂直縫地工法に加えて、地盤改良を別途行うと、施工期間が長期化してしまうという問題がある。

本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、施工期間を長期化させることなく、垂直縫地工法を行いながら周囲の地盤改良を行うことができるようにすることである。

本発明の地盤の補強方法は、前記地盤の表面の複数個所において、ドリル先端からグラウトを排出する機構を有する削孔機により前記地盤の表面に孔を掘削する削孔ステップと、前記孔内に芯材を挿入する芯材挿入ステップと、前記孔の上部を密閉した状態で、前記ドリル先端から前記孔内に略中間高さまでグラウトを注入する第１の注入ステップと、 グラウトを注入するための注入管と、当該注入管を取り囲むように設けられた袋体とを備えた注入冶具を前記孔内に挿入し、前記袋体を膨張させて前記孔の内周面に密着させた状態で、前記注入管を通して前記孔内にグラウトを注入する第２の注入ステップと、を行うことを特徴とする。

上記の補強方法において、前記複数個所のうちの何れかの箇所において、前記第２の注入ステップを行うのと並行して、前記複数個所のうちの他の何れかの箇所において、前記削孔ステップ、芯材挿入ステップ、及び第１の注入ステップのうち少なくとも何れかを行ってもよい。
また、前記第１の注入ステップでは、前記ドリルと孔の間にパッキンを介在させることにより、前記孔の上部を密閉してもよい。

また、前記複数個所のうちの何れかの箇所において、前記第１の注入ステップ又は第２の注入ステップを行う際に、前記複数個所のうちの、前記第２の注入ステップが完了した箇所の前記孔を閉塞部材により密閉してもよい。
また、本発明の補強地盤は、上記の地盤の補強方法により補強されたことを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２の注入ステップにおいて、孔の上部を密閉した状態とするため、孔内にグラウトを圧入することができる。このため、周囲の地盤にグラウトが浸透することとなり、周囲の地盤の地盤改良を行うことができる。また、第１の注入ステップの完了後、第２の注入ステップを行うのと並行して、この削孔機を他の孔における削孔ステップ、及び第１の注入ステップに用いることができ、施工期間を短縮することができる。

以下、本発明の地盤の補強方法の一実施形態を図面を参照しながら、詳細に説明する。
本実施形態の補強の対象となるのは、例えば、トンネル坑口などの土砂たい積部分をトンネル掘削するような場合の土砂の地山である。本実施形態の補強方法は、このような地盤の表面における縦横に所定の間隔をあけた複数個所において、孔を削孔し、孔内に芯材を挿入し、孔内にグラウトを注入することにより、地盤をせん断補強する方法である。

図１は、本実施形態の補強方法に用いられるグラウト注入用パッカー１０を示す図である。同図に示すように、グラウト注入用パッカー１０は、長尺な鋼製の注入管１１と、注入管１１の中間部に間隔を開けて取り付けられた上下の袋体１２と、を備える。

注入管１１の上部には、カムロック１５が取り付けられており、このカムロック１５にグラウト圧入装置から延びるグラウト圧送用のホースを接続することで、グラウト圧入装置から圧送されたグラウトを、注入管１１を通して、その下端から排出することができる。

袋体１２は、外側の布材と内側のゴム材の二層構造のチューブからなり、その上下の縁がゴムバンド１３により注入管１１の外周面に締め付けられることで取り付けられており、チューブと注入管１１の外周面との間に密閉された空間が形成されている。

また、グラウト注入用パッカー１０は、注入管１１の内側を通って、下端が夫々上下の袋体１２内に開口するように取り付けられた一対の小径の空気管１４を備えている。これら一対の空気管１４には、上部にボールバルブ１６が設けられている。かかる構成により、空気管１４の上端から空気もしくは水を送り込むことで、袋体１２を膨張させることができ、さらに、この状態でボールバルブ１６により空気管１４を閉塞することで、袋体１２が膨張した状態を保つことができる。

また、図２は、本実施形態の補強方法に用いられるリーク防止用パッカー２０である。同図に示すように、リーク防止用パッカー２０は、グラウト注入用パッカー１０に比べて短い、鋼製の注入管２１と、注入管２１の中間部に取り付けられた袋体２２と、注入管２１の内側を通って下端が袋体２２内に開口するように取り付けられ、上部にボールバルブ２６が介装された空気管２４を備える。グラウト注入用パッカー１０と同様に、空気管２４から空気もしくは水を送り込むことで、袋体２２を膨張させることができ、さらに、この状態でボールバルブ２６により空気管２４を閉塞することで、袋体２２が膨張した状態を保つことができる。なお、リーク防止用パッカー２０は、グラウト注入用パッカー１０と異なり、注入管２１の上端は閉塞されている。

以下、本実施形態の補強方法を、図３Ａ〜図３Ｇを参照しながら、説明する。
まず、図３Ａに示すように、ロータリーパーカッション４０により、地盤を掘削し、孔３０を形成する。なお、ロータリーパーカッション４０は、地盤を掘削するためのドリル４１を備え、ドリル４１の先端から削孔した孔内にグラウトを注入する機構を備えた重機である。地盤を掘削する際には、予め、ドリル４１の上端部の周囲に、円環状のゴムパッキン５０を、中央の孔にドリル４１が挿通した状態で取り付けておく。

次に、図３Ｂに示すように、地盤に形成された孔３０内に芯材３１を挿入する。
次に、図３Ｃに示すように、ロータリーパーカッション４０によりゴムパッキン５０を下方に向かって押し付け、ゴムパッキン５０をドリル４１上部に密着させるとともに、孔３０の開口部周縁の地表面と密着させることにより、ゴムパッキン４０とドリル４１によって孔３０の上部を密閉した状態で、ドリル４１下部からグラウト３２を孔３０内に圧入する。この際、上記のようにドリル４１の上部にゴムパッキン５０を取り付けておくことにより、孔３０の上端を密閉しているので、孔３０内に圧入したグラウト３２を効果的に周囲の地盤内に浸透させることが可能となる。

次に、孔３０の略中間高さまでグラウト３２の注入が完了したら、図３Ｄに示すように、孔３０からロータリーパーカッション４０のドリル４１を撤去する。次に、図３Ｅに示すように、袋体１２が収縮した状態のグラウト注入用パッカー１０を、芯材３１の上部が注入管１１内に収容されるように、孔３０内に挿入する。そして、空気管１４を通して袋体１２内に空気もしくは水を圧入する。これにより、各袋体１２が膨張して孔３０の内周面と密着し、孔３０の上部を密閉することができる。なお、本実施形態では、グラウト注入用パッカー１０に複数の袋体１２を取り付けているため、より確実に孔３０の上部を密閉することができる。

次に、図３Ｆに示すように、カムロック１５にグラウト圧入装置から延びるグラウト圧送用のホース７０を接続し、注入管１１を通して、孔３０内にグラウト３２を圧入する。この際、袋体１２により孔３０の上部を密閉した状態で、孔３０内にグラウト３２を圧入することで、圧入したグラウト３２を周囲の地盤内に効果的に浸透させることができる。

なお、グラウト３２を孔３０内に圧入する際、その近傍にグラウト３２の注入が完了した孔３０が存在する場合には、図３Ｇに示すように予め、グラウト３２を圧入する前に、この近傍の孔３０にリーク防止用パッカー２０を挿入し、空気管２４を通して袋体２２内に空気もしくは水を圧入する。これにより、袋体２２が膨張し、孔３０の内周面と密着するため、これらグラウト３２の注入が完了した孔３０の上部がリーク防止用パッカー２０により密封されることとなる。

このように、グラウト３２の注入が完了した孔３０の上部を閉塞することで、近傍の他の孔３０にグラウト３２を圧入する際に、周囲の地盤に伝播した圧力の影響で、グラウト３２が孔３０からあふれ出すのを防止できる。

また、図３Ｆを参照して説明したグラウト注入用パッカー１０を用いてグラウト３２を注入する工程と並行して、ロータリーパーカッション４０を、次に削孔を行う位置に移動して、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明したのと同様に、地盤に孔３０を削孔し、孔３０内に鉄筋３１を挿入し、孔３０の中間高さまでグラウト３２の注入を行う工程を行う。
以上、図３Ａ〜図３Ｆを参照して説明した工程を、地表面の複数個所において行い、各箇所において孔３０内に圧入したグラウト３２が硬化することにより、地盤の補強が完了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ロータリーパーカッション４０のドリル４１の上部にゴムパッキン５０を取り付けておき、また、グラウト注入用パッカー１０の袋体１２を膨張させることにより、孔３０の上部を密閉した状態でグラウト３２を圧入することができ、圧入したグラウト３２を孔３０の周囲の地盤内に効果的に浸透させることができる。これにより、垂直縫地工法により地盤に作用する滑り荷重に対する補強を施すことができるとともに、地盤にグラウト３２が浸透することで地盤を更に補強することができる。

また、ロータリーパーカッション４０により、孔３０の下部にグラウト３２を注入した後、残りのグラウト３２は、グラウト注入用パッカー１０により孔３０内に圧入することとしたため、孔３０の上部にグラウト３２を圧入する作業と並行して、ロータリーパーカッション４０により他の孔３０を削孔し、この孔３０内に芯材３１を挿入し、さらに、この孔３０の下部にグラウト３２を注入する作業を行うことができる。このため、作業効率を向上し、短期間で施工を行うことができる。

また、グラウト３２を孔３０内に圧入する際に、その近傍のグラウト３２の注入が完了した他の孔の上部をリーク防止用パッカー２０により閉塞しておくことで、孔３０内にグラウト３２を圧入する際の圧力が地盤を伝播して、他の孔３０内のグラウト３２に作用したとしても、グラウト３２があふれ出すことを防止できる。

なお、本実施形態では、グラウト注入用パッカー１０に一対の袋体１２を設けることとしたが、これに限らず、袋体を一つ又は三つ以上設けることとしてもよい。これと同様に、リーク防止用パッカー２０に袋体２２を一つのみ設けることとしたが、袋体を複数もうけることとしてもよい。

また、本実施形態では、ロータリーパーカッション４０により、孔の掘削や孔内へのグラウトの圧入を行うこととしたが、これに限らず、孔の掘削及び孔内へのグラウトの圧入を行うことができる装置であれば用いることができる。

本実施形態の補強方法に用いられるグラウト注入用パッカーを示す図である。 本実施形態の補強方法に用いられるリーク防止用パッカーである。 本実施形態の地盤の補強方法を説明するための図（その１）である。 本実施形態の地盤の補強方法を説明するための図（その２）である。 本実施形態の地盤の補強方法を説明するための図（その３）である。 本実施形態の地盤の補強方法を説明するための図（その４）である。 本実施形態の地盤の補強方法を説明するための図（その５）である。 本実施形態の地盤の補強方法を説明するための図（その６）である。 本実施形態の地盤の補強方法を説明するための図（その７）である。

符号の説明

１０ グラウト注入用パッカー
１１、２１ 注入管
１２、２２ 袋体
１３、２３ ゴムバンド
１４、２４ 空気管
１５ カムロック
１６、２６ ボールバルブ
２０ リーク防止用パッカー
３０ 孔
３１ 芯材
３２ グラウト
４０ ロータリーパーカッション
４１ ドリル
５０ ゴムパッキン

Claims (5)

1. 地盤の補強方法であって、
   前記地盤の表面の複数個所において、
   ドリル先端からグラウトを排出する機構を有する削孔機により前記地盤の表面に孔を掘削する削孔ステップと、
   前記孔内に芯材を挿入する芯材挿入ステップと、
   前記孔の上部を密閉した状態で、前記ドリル先端から前記孔内に略中間高さまでグラウトを注入する第１の注入ステップと、
   グラウトを注入するための注入管と、当該注入管を取り囲むように設けられた袋体とを備えた注入冶具を前記孔内に挿入し、前記袋体を膨張させて前記孔の内周面に密着させた状態で、前記注入管を通して前記孔内にグラウトを注入する第２の注入ステップと、を行うことを特徴とする地盤の補強方法。
2. 請求項１記載の地盤の補強方法であって、
   前記複数個所のうちの何れかの箇所において、前記第２の注入ステップを行うのと並行して、
   前記複数個所のうちの他の何れかの箇所において、前記削孔ステップ、芯材挿入ステップ、及び第１の注入ステップのうち少なくとも何れかを行うことを特徴とする地盤の補強方法。
3. 請求項１又は２記載の地盤の補強方法であって、
   前記第１の注入ステップでは、
   前記ドリルと孔の間にパッキンを介在させることにより、前記孔の上部を密閉することを特徴とする地盤の補強方法。
4. 請求項１から３のうち何れか１項に記載の地盤の補強方法であって、
   前記複数個所のうちの何れかの箇所において、前記第１の注入ステップ又は第２の注入ステップを行う際に、
   前記複数個所のうちの、前記第２の注入ステップが完了した箇所の前記孔を閉塞部材により密閉することを特徴とする地盤の補強方法。
5. 請求項１から４のうち何れか１項に記載の地盤の補強方法により補強されたことを特徴とする補強地盤。