JP5521022B2 - 地下障壁を構成するための方法 - Google Patents
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Description
図1aおよび図1bによって示される従来技術の方法を用いて形成されるパネルの深さ範囲は、深さが深くなるにつれて、隣接パネルが交差することがより困難になることが確実であるため、限定される。本発明の種々の実施形態によれば、図1cおよび図1dに示されているように、ワイヤロープケーブルなどの引張部材を備える機械的係留によって第1のジェッティングパイプに取り付けられる第2のジェッティングパイプの使用によって、1枚のジェットグラウト式パネルが隣接パネルと交差することの検証は容易に行われることができる。少なくとも2本のジェッティングパイプが、同時に用いられる。2本のパイプ122は、ばね、剛性バー、チェーンまたはケーブルなどの引張部材124と連係される。望ましくは、引張部材が、ある程度可撓性である。好ましい引張部材124は、好ましくは鋼ワイヤロープから構成されるケーブルである。便宜上、引張部材124は、本明細書では「係留ケーブル」と呼ばれてもよい。しかしながら、この語の使用は、任意の具体的な構成の引張部材の使用に本発明を限定することを意図しているわけではない。
図2aおよび図2bにおいて、グラウト/土混合物によって充填される切開経路を形成するために、ジェットグラウト式パネルの複数の断面が、同時に2本のジェッティングパイプ9を土壌を通り抜けさせることによって、形成される。グラウトは、地面に途中で注入され、任意にさらに、地面から抜き出される途中にも注入される。複数のパネルは、中心線断面図2bにも示されているように、パイプ間を切開するジェット噴流の重なり8により結合される。各ジェッティングパイプ9は、少なくとも1つのジェットノズル(たとえば、グラウティングジェット)17を有し、パネルを切開するのに役立つが、2本のパイプ9に延在するケーブル10などの引張部材によって連結もされ、ジェットが十分に離れて切開しない場合であっても、パネルが連結されることを確保する。Xパターンが壁の連続性を確保するために必要ではないため、ケーブルはまたジェットの配列も維持する。
本発明の種々の実施形態によって形成される障壁は、完全に垂直である必要はなく、水平であってもよく、水平構成要素を有してもよく、または窪地のような形状であってもよい。たとえば、障壁は、「V」字形の谷の形態であってもよい。垂直側面および平坦な底面を有する谷もまた、水平底パネルを垂直側壁に連結することによって形成されてもよい。
係留ケーブルは、任意の適切な方法でパイプに取り付けられてもよい。種々の取り付け方法の非限定的な実施例が、図3から図8および図13に示されている。図3において、ワイヤロープ15は、ジェッティングパイプの外径にある広い溝16の周囲に巻き付けられる。ワイヤロープ15は、溝16の周囲にきつく引っ張られ、ワイヤロープのストランドの両端が、適切な締め付けデバイス18と共に固定される。すなわち、ケーブルは、パイプの減少した直径部分の周囲に巻きつけて、ケーブルスウェッジクリップなど巻きつけのケーブル内側に端部を固定することによって、パイプに取り付けられる。これらは、ケーブルに形成して、2本のケーブルを共に固定するために、油圧プレスによって圧迫される軟質金属に過ぎない。パイプはそれぞれ、互いに向けられる1つの掘削孔ジェット17を有する。ジェットオリフィス17は、グラウトを放出するパイプに開けられた孔である。摩擦は、ケーブルとジェットとの間の配列を維持するのに役立つ。この実施形態は、他の実施形態以外の分野では組立がより困難である可能性があるが、薄壁パイプの場合には適している。
孔は、地面にある簡単な開口部であり、ケーブルループが所定の位置に配置され、土を切開するために引っ張られることを可能にする。実施形態に応じて、地面にあるこれらの開口部は、掘削穿孔、水平傾斜掘り孔または打ち込まれるパイプによって機械的に造られた孔であってもよい。開口部は、予め掘削されてもよく、または所定の場所に形成されてもよい。これらの開口部は、ケーブルが土壌を通って引っ張られることができるように、パイプを所望の断面の縁に沿って配置することを可能にする。孔は、土壌を通って、水平であってもよく、垂直であってもよく、または湾曲していてもよい。
用語「パイプ」は、パイプを所定の位置に打ち込むかまたは掘削することによって、孔が予め掘削されているか、または所定の場所に形成されているかどうかに関係なく、孔の中の細長い部材を指す。「パイプ」は、中空である必要はなく、金属または複合材料から構成される中実ロッド、Iビームまたは平坦なバーであってもよい。垂直用途では、パイプは、下向きに押し込まれるが、孔が反対側の端部で地表面に戻る水平用途では、パイプは、取り付けたケーブルを土に食い込ませるために、いずれかの端部から引っ張られてもよい。パイプの経路は、孔が予め掘削されているか、または所定の場所に形成されているかどうかに関係なく、または孔がまっすぐであるか、または傾斜掘り技術によって案内されるかどうかに関係なく、または孔が土壌を通って水平であるか、垂直であるかまたは湾曲しているかに関係なく、「孔」と呼ばれる。
引張部材(または係留ケーブル)の長さは、実験データまたは公称の動作圧力およびジェッティングパイプ直線速度で土における通常の浸透距離に関する実験に基づいている。係留ケーブルは好ましくは、土を機械的に切開するほど十分に強い鋼ワイヤロープケーブルであり、パイプ操作機器の後退パワーは好ましくは、この作用を容易にするほど十分に強い。
図12は、相互連結されるジェットグラウト式コラムに係留ケーブルを適用する手段を示す。係留によって、2本のジェッティングパイプを共に取り付ける概念もまた、予め掘削された孔の湾曲水平経路に沿って、または回転掘削によって形成される孔の場合には、きわめて深く相互に連結される垂直コラム(複数可)を形成する際に有用である可能性がある。そのような実施形態において、係留ケーブルの取り付けにより、ジェッティングパイプの回転を可能にする。ジェッティングパイプは、ジェッティングパイプで自由に回転するが、パイプの長さに沿ってその位置に固締される回転カラーまたはリングを備える。
溶融ワックスのジェットを用いた薄いダイヤフラム隔壁の障壁を形成することは、ジェットグラウティングの態様と浸透グラウティングの態様を組み合わせることが多く、さらに、機械的な切開も用いる。そのようなワックスの強固な壁は、さらに経済的にするために、結合されたコラムを構成するために必要な溶融ワックスの容量の一部のみを用いる。グラウトの浸透品質は、ワックス壁が包囲して、障害物をカプセル化することを可能にし、ジェット噴流を遮断する。本明細書において、用語「溶融ワックス」は、その融点を超えるまで加熱されるワックスを表し、水またはベントナイトスラリ中の固体ワックスの大気温度エマルジョンではないことを留意されたい。好ましい溶融ワックスは、周囲地面温度で、可鍛プラスチックの固体であり、亀裂を生じることなく、土壌の移動に対して変形することができるが、あらゆるタイプの土に対して浸透する能力も有する。ある実施形態において、含水土と混合し、水を移動することが可能な界面活性剤特性を有するように、ワックスを化学的に改質することが望ましい場合がある。好ましいワックスの浸透性は、セメントおよびベントナイト系グラウトより数桁低い。したがって、厚さ1から2インチの薄い障壁が、セメント質のジェットグラウト式コラムから構成される2から4フィートの厚い障壁の油圧性能と等しいか、または超える可能性がある。
埋立地障壁用のグラウトは、複数の要因に基づいて選択されてもよい。特殊な高比重掘削泥水が、高濃度の前水和高級ワイオミング等級ベントナイトで構成され、実際に、浸透性のきわめて低い障壁グラウトである。その半液体状態において、グラウトは実際に、活性液圧勾配障壁を形成する。その流体は、その流体を障壁の上ならびに下の構造に押し付けようとする静水圧力を受けている。数ヶ月にわたって、泥水は、地面にある程度の湿気を与え、ピーナッツバターの稠度(consistency)に達するまで、さらに粘性が増すようになる。グラウトの浸透性はまた、この平衡化工程が進行するにつれて、著しく減少し、毎秒1×10−9センチメートルに容易に達することができる。
図17は、グラウト対土の相対密度、トレンチの充填高さおよび下部切開部の深さに基づき、特定の地点で、底部障壁厚さを計算する方法を記述している。地面に立つと、地形観察者は実際には、ブロックの水中の厚さ(TS)を見ることはできない。図17において、ブロックの厚さ(Tb)とブロックの水中部分の厚さ(TS)との間の差は、底部障壁厚さ(TBB)に「余裕高」(F)またはトレンチにおける地面の高さから流体までの深さに等しい。
底部障壁厚さ
TBB=[Tb−{(Db/Dg)×Tb}]−F
以下の参照符号は、図17によって示される寸法を指す。
100=Tb=土壌のブロックの垂直厚さ
101=TS=グラウトに沈められた土壌のブロックの部分の垂直厚さ
102=Dg=グラウトの密度
103=Db=土壌のブロックの密度
104=F=余裕高(トレンチにおけるグラウトの高さの上の元の地面までの高度)
105=TBB=底部障壁の厚さ
106=F+TBB=浮力による土ブロックの高度の増大分
107=TBB=底部障壁の厚さ
107および106が常に等しいことは留意されたい。
底部障壁の厚さ=TBB=[70ft−{(105pcf/131pcf)×70ft}]−13dt=.89ft
底部障壁の厚さ=TBB=[20ft−{(105pcf/131pcf)×20ft}]−3dt=0.96ft
既存の埋立地の下に水平障壁を構成することはまた、グラウトを加圧することによって、セメント/ベントナイトグラウトなどのより低密度のグラウトを用いて行われてもよい。この動機は、高密度グラウトが比較的高価であり、水を多く含むセメント/ベントナイトグラウトが比較的安価であることにある。障壁を形成するための工程は、液体障壁が地表面になんらかの封止手段がないと地表面まで戻るように延在することができない点を除き、本質的に同一である。
本発明の方法は、6インチより大きい岩がほとんどない砂土の地質学的環境に位置している約400フィート×600フィートの仮説的既存の地方自治による埋立地の下に簡素な前水和ベントナイトグラウト障壁を構成するために適用されてもよい。寸法に関するすべての参照は一例であり、理解を明確にするために過ぎず、本発明または好ましい実施形態に対する限定を構成するわけではない。この実施形態の方法は、現場の下に、水平から15から18°の角度で、最大深さ60フィートまでの地面に入る一列の水平傾斜掘り(HDD)穿孔を準備することから始まり、次に、図11の場合と同様に、類似の15から18°の角度で出るように地表面に向かって湾曲する。穿孔は、図12の場合と同様に互いに略平行であるが、総円弧が約36°の埋立地の下に、浅い円弧で20から40フィート離れるように容易に変更することは可能である。孔は、現場の一方の側で浅い溝から始まる。孔は、直径8インチまで掘削され、高比重掘削泥水で安定化される。この泥水は、最終的な障壁を形成するグラウトでもある。泥水の比重は、公称では、土の平均密度を20%超える。掘削泥水は、一方の側でHDD孔に泥水を追加し、それを他方の側まで孔に流し込むことによって、孔を通って循環されてもよい。各孔が構成された後、直径4インチの鋼パイプが、各孔に残される。湾曲した孔を通ってチュービングを引っ張るときに、摩擦を最小限に抑えるために、パイプは、好ましくはその長さにわたって一様な外径である。HYDRIL(TM)外部平張り油井掘削パイプ、チュービングおよびケーシングが、ねじ接続のこの種の実施例であり、長さは約30フィートに達する。必要に応じて、孔の中にさらなるパイプを引っ張るために、パイプが用いられてもよく、切開部を構成するために、パイプに取り付けられるケーブルを有する。
切開部の曲線の周囲を通過するケーブルの摩擦は、総接触角および摩擦係数に関して、指数関数的に増大する。摩擦因子は、土との接触角に摩擦係数を乗じたものの指数関数である。抵抗摩擦は、地面において水平に置かれるケーブルの重量に摩擦係数を乗じたものである。この抵抗摩擦は、摩擦因子を適用した後に残っている切開力から減算され、きわめて広い切開部の場合には、ゼロ以下まで減少させることができ、これは、ぴんと張ったケーブルをさす。
ポンド総摩擦=eλα+Wh×λ
式中、λは、摩擦係数であり、
αはラジアン単位の接触角であり、
Whは、地面の表面および水平切開部に置かれているケーブルの重量である。
直径3/4”のワイヤロープケーブルの引張ループを用いて、50トンの土壌ブロックの下で切開部を構成する実地試験が行われた。側面に沿い、切開部の経路に連結されたトレンチは、切開部が構成される前に、高密度のベントナイトグラウトで充填された。ケーブルループが引っ張られると、土ブロックの下で、土壌に食い込み、すべての側において土壌を自在に切開した。グラウトは、土ブロックの下でケーブルに即座に従った。土ブロックは次に、周囲の土より約4インチ高い高密度流体グラウトで浮遊された。トレンチを完全に充填するために、グラウトがさらに18インチ追加され、土ブロックの頂上は、18インチ高くなった。ブロックのより深い側がブロックのより浅い側より高く浮遊され、したがって、以下の浮力の公式が確認されたことに留意した。グラウトおよび浮遊ブロックは次に、覆われて、硬化するために放置された。6ヵ月後、障壁におけるグラウトは、湿潤粘土の稠度となり、掘削され、サンプルが収集された。ベントナイトグラウト材料は、6ヵ月後、1×10−9cm/秒の浸透性に達した。
Claims (11)
- 地下構造において障壁を形成する方法において、
a)1対の実質的に平行な孔に沿って地下構造の中に少なくとも2本のパイプを挿入するステップであって、これらのパイプは、一定の長さをもつ鋼製のワイヤロープケーブルを用いて互いに係留されており、ワイヤロープケーブルが、パイプ間の間隔を制限するとともに、パイプの挿入にともなってパイプ間の地下構造を通る切開部を形成するようになっている、ステップと、
b)グラウトを切開部の経路に提供して、第1の障壁部分を形成するステップとを含む、方法。 - グラウトが、
a)地表面の上の位置から2本のパイプの少なくとも1本の周囲の環状空間を通るグラウトの重力流、または
b)2本のパイプの少なくとも1本を通るグラウトの低圧注入、または
c)2本のパイプの少なくとも1本における少なくとも1つのノズルオリフィスを通るグラウトの高圧注入、または
d)グラウトの周囲の圧縮空気の同心的なジェットを注入するためにも適合されるノズルを通るグラウトの高圧注入、またはそれらの組み合わせによって切開部に提供される、請求項1に記載の方法。 - 障壁の追加部分が、前の孔に1本のパイプを挿入し、新しい孔に第2のパイプを挿入することによって追加され、第2の障壁部分が、第1の障壁部分に接合され、各地下部分が、前の障壁部分を有する1つの連続障壁を形成する、請求項1に記載の方法。
- 切開部を圧搾して、遮断する傾向があり、切開部の厚さの拡大に抵抗する地下構造の任意の横方向の土圧が、
a)グラウトにおける圧力を維持して、切開部内のその静水圧を増大すること、または
b)グラウトの密度を調整して、切開部内のその静水圧を増大すること、または
c)静水圧頭の流体上昇を変化させること、または
d)障壁の深さを変化させること、または
e)切開部が完全に閉鎖される場合であっても、残っている耐水層を形成する切開部の壁に浸透する溶融ワックスグラウトを用いること、または
f)切開部が完全に閉鎖される場合であっても、残っている耐水層を形成する切開部の壁に浸透する化学グラウトを用いること、またはそれらの組み合わせを用いることによって克服される、請求項1に記載の方法。 - 障壁が、現場の下で実質的に水平であり、不浸透性グラウトから構成される障壁の最終的な厚さが、障壁の形成前後の地形測量の差によって測定される、請求項1に記載の方法。
- ワイヤロープケーブルの切開作用が、2本のパイプの交互の移動によって強化される、請求項1に記載の方法。
- ワイヤロープケーブルの切開作用が、衝撃または振動によるパイプ駆動手段からの振動によって強化される、請求項1に記載の方法。
- ケーブルを妨害する障害物によってさらなる移動が制限されると、障害物の地点まで引き出される、隣接するパイプにおけるジェットにより、ワイヤロープケーブルの切開作用が強化される、請求項1に記載の方法。
- 障壁の1つ以上の部分の構成後に、合成裏打ち材料のシートが、2本のパイプ間にワイヤロープケーブルの懸垂線ループに取り付けて、2本のパイプを用いて切開部を通るようにループを引っ張ることによって、切開部の経路に引っ張られる、請求項1に記載の方法。
- 合成裏打ち材料のシートが、障壁の各部分の幅の2倍であり、1つおきの孔のパイプを用いて引っ張られ、それぞれの次のシートは、それぞれの新しいシートが前のシートの2分の1に重なるように、1つおきに抜かされた孔を用いる、請求項9に記載の方法。
- グラウトが、溶融ワックスを含んでおり、該溶融ワックスは、砂、ヘマタイトおよびバライトから選択された増量剤を含んでいる、請求項1に記載の方法。
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