JP5812324B2 - 地山補強材及びグラウト材の注入方法 - Google Patents

Description

本発明は、法面や山留め壁の安定化を図る際に用いられる地山補強材及びグラウト材の注入方法に関する。

グランドアンカー工法は、法面に配置された法枠等の法面構造体と該法面の背後に拡がる地山に定着されたアンカーとを引張材を介して相互連結するとともに該引張材に緊張力を導入するものであって、引張材に導入された緊張力が法面構造体を介して法面に作用して地山のせん断抵抗が大きくなり、その崩壊を未然に防止することが可能となる。

これに対し、ネイリング工法は、地山に芯材となる鉄筋を差し込んでその周囲と地山との間にグラウト材を充填するものであって、鉄筋をその全長にわたって地山に定着することで、地山が動き出そうとするときの変形が鉄筋のせん断、曲げあるいは引張剛性で拘束されるものであり、グランドアンカー工法と同様、法面の崩落を防止しその安定化を図ることができる。

一方、芯材とそれを取り囲むように配置された袋体とを、地山に先行形成された補強材挿入孔に挿入し、しかる後、袋体の周面が補強材挿入孔の内面に当接するように該袋体にグラウト材を加圧注入する工法が知られている（特許文献１）。

かかる工法においては、袋体は、グラウト注入による膨張に伴い、補強材挿入孔を押し拡げるように周面が削孔内面に当接するので、グラウト材が固化した後は、周辺地山と強固に一体化する。

すなわち、同工法は、芯材全長にわたる地山への定着力に、袋体の押し拡げ作用による定着力が加わった形で地山の変形を拘束するものであって、ハイスペックネイリング（登録商標）の名称でもわかる通り、従前のネイリング工法よりも定着力が格段に優れたあらたな工法として大いに期待されている。

特開２００６−１８８８４５号公報

ハイスペックネイリング工法においては、袋体の押し拡げ作用が削孔軸方向に沿って確実に発揮されるよう、複数の袋体を芯材の材軸方向に沿って直列状に配置することがあり、その場合、グラウト材を注入する方式としては、各袋体の内部空間に共通して連通するように単体のグラウト注入パイプを設置するケースと、各袋体の内部空間に個別に連通するように複数のグラウト注入パイプを設置するケースに大別されるが、後者のケースでは、パイプ構成が複雑になり削孔径も大きくする必要があるので、施工性が低下しがちとなる。

一方、単体のパイプ構成においては、ポンプ圧送時の管路に沿った圧力損失に起因して、削孔口に近い側の袋体でグラウト注入が先行するとともに、それに伴い、透水性材料で形成された袋体からグラウト材が滲出する。

かかるグラウト材の滲出は、本来、袋体の外側に滲出したグラウト材が削孔内面から地山に浸透し、削孔内に別途充填されたグラウト材とも相俟って、地山との一体化をよりいっそう確実ならしめるものであるが、その反面、グラウト材が滲出する際には、水分がより多く排出されるため、袋体内ではおのずとグラウト材の濃度が高くなる。

そのため、削孔口に近い袋体内、さらにはそれに連通するグラウト注入パイプ内でグラウト材の流動性が低下し、その結果、削孔口から遠い側の袋体へは十分な圧力でグラウト材を注入することができないという問題を生じていた。

また、削孔口に近い側の袋体が先行して膨張すると、削孔口から遠い側の袋体が膨張する際、その膨張に伴って滲出するグラウト材が、削孔口側で膨張した袋体との間に挟まれて圧力が高くなり、結果として削孔口から遠い側の袋体を十分に膨張させることができないという問題も生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、複数の袋体をグラウト注入パイプの管軸方向に沿って直列に配置するにあたり、すべての袋体にグラウト材を確実に加圧注入して十分に膨張させることが可能な地山補強材及びグラウト材の注入方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る地山補強材は請求項１に記載したように、管軸方向に沿って複数の吐出口が形成されたグラウト注入パイプと前記各吐出口を介して内部空間が前記グラウト注入パイプ内にそれぞれ連通されるように前記グラウト注入パイプの管軸方向に沿って直列に配置された透水性を有する複数の袋体とを備えるとともに地山に形成された補強材挿入孔に挿入されるようになっている地山補強材において、
前記吐出口のうち、前記グラウト注入パイプの先端側からｉ番目(i=1,2,3・・・N)に位置する吐出口からのグラウト材の吐出圧がしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)を越えたときに該吐出口の開閉状態を閉じた状態から開いた状態に移行させることが可能な吐出制御機構を前記吐出口にそれぞれ設けるとともに、該各吐出制御機構を、それらのしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)が前記グラウト注入パイプの先端側で最小となり、該グラウト注入パイプの基端側に沿って大きくなるように構成したものである。

また、本発明に係る地山補強材は、前記各吐出制御機構を、径方向に拡大可能なスリーブを前記各吐出口が覆われるように前記グラウト注入パイプにそれぞれ嵌め込んで構成するとともに、前記グラウト注入パイプの先端側からｉ番目の吐出口におけるグラウト材の吐出圧がしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)を上回ったとき、該吐出口のスリーブが径方向に拡大するように該スリーブのスリーブ長、スリーブ厚若しくは材質又は前記吐出口の内径を選定したものである。

また、本発明に係る地山補強材は、前記吐出制御機構のうち、前記グラウト注入パイプの先端側から１番目に位置する吐出制御機構を省略したものである。

また、本発明に係る地山補強材は、前記グラウト注入パイプを中空ボルトで構成するとともに、該中空ボルトを地山安定用の芯材としたものである。

また、本発明に係るグラウト材の注入方法は請求項５に記載したように、管軸方向に沿って複数の吐出口が形成されたグラウト注入パイプと前記各吐出口を介して内部空間が前記グラウト注入パイプ内にそれぞれ連通されるように前記グラウト注入パイプの管軸方向に沿って直列に配置された透水性を有する複数の袋体とを備えた地山補強材を地山に形成された補強材挿入孔に挿入し、前記グラウト注入パイプの基端側に接続されたグラウト圧送ポンプを駆動することで前記グラウト注入パイプを介して前記各袋体にグラウト材を加圧注入するグラウト材の注入方法において、
前記吐出口のうち、前記グラウト注入パイプの先端側からｉ番目(i=1,2,3・・・N)に位置する吐出口での吐出圧がしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)を越えたときに該吐出口の開閉状態を閉じた状態から開いた状態に移行させることが可能な吐出制御機構を前記吐出口にそれぞれ設けるとともに、該各吐出制御機構を、それらのしきい値Ｒ_i(i=2,3・・・N)が前記グラウト注入パイプの先端側で最小となり、該グラウト注入パイプの基端側に沿って大きくなるように設定し、前記グラウト圧送ポンプを、そのポンプ圧が時間経過とともに増加するように駆動するものである。

また、本発明に係るグラウト材の注入方法は、前記グラウト注入パイプの先端側から１番目に位置する吐出口での吐出圧が該吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ₁を上回るとともに２番目〜Ｎ番目に位置する吐出口での吐出圧が該各吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ_i(i=2,3・・・N)をそれぞれ下回るようにポンプ圧Ｐ₁を設定し、
前記グラウト注入パイプの先端側から２番目に位置する吐出口での吐出圧が該吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ₂を上回るとともに３番目〜Ｎ番目に位置する吐出口での吐出圧が該各吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ_i(i=3・・・N)をそれぞれ下回るようにポンプ圧Ｐ₂を設定し、
以下、Ｎ番目に位置する吐出口まで上記ポンプ圧設定プロセスを繰り返すことでポンプ圧Ｐ_j(j=1,2,3・・・N)を設定し、
前記グラウト圧送ポンプを、ポンプ圧が時間経過とともにＰ₁,Ｐ₂,Ｐ₃・・・Ｐ_Nとなるように駆動するものである。

本発明に係る地山補強材及びグラウト材の注入方法においては、まず、地山を削孔して補強材挿入孔を形成するとともに、該補強材挿入孔にグラウト材を充填する。

次に、グラウト注入パイプを、該グラウト注入パイプに複数の袋体が取り付けられた状態で補強材挿入孔に挿入する。

次に、グラウト注入パイプの基端側にグラウト圧送ポンプを接続するとともに、該グラウト圧送ポンプを駆動する。

このようにすると、グラウト圧送ポンプによってグラウト注入パイプの基端側に供給されたグラウト材は、グラウト注入パイプを経て、該グラウト注入パイプに形成された各吐出口からそれぞれの袋体に吐出されるが、各吐出口には、吐出口からのグラウト材の吐出圧が所定のしきい値を越えたときにその開閉状態を閉じた状態から開いた状態に移行させることが可能な吐出制御機構をそれぞれ設けてあるとともに、該各吐出制御機構は、それらのしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)がグラウト注入パイプの先端側で最小となり、該グラウト注入パイプの基端側に沿って大きくなるように構成してある。

ここで、吐出制御機構のしきい値が一律である場合には、圧力損失の関係上、グラウト注入パイプの基端側に位置する吐出口での吐出圧が最大となり、先端側に向かうについれて吐出圧が順次低下するので、先端側に位置する袋体から加圧注入を行うことはできない。

しかし、上述したように、グラウト注入パイプの先端側から基端側に沿ってしきい値を増加させた場合には、それらの値を、圧力損失の勾配より十分に大きく増加させることにより、グラウト圧送ポンプを、そのポンプ圧が時間経過とともに増加するように駆動することにより、吐出制御機構を先端側から順に作動させることが可能となる。

具体例としてはまず、グラウト注入パイプの先端側から１番目に位置する吐出口での吐出圧が、該吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ₁を上回るとともに、２番目〜Ｎ番目に位置する吐出口での吐出圧が、該各吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ_i(i=2,3・・・N)をそれぞれ下回るようにポンプ圧Ｐ₁を設定する。

また、グラウト注入パイプの先端側から２番目に位置する吐出口での吐出圧が、該吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ₂を上回るとともに、３番目〜Ｎ番目に位置する吐出口での吐出圧が、該各吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ_i(i=3・・・N)をそれぞれ下回るようにポンプ圧Ｐ₂を設定する。

以下、Ｎ番目に位置する吐出口まで上記ポンプ圧設定プロセスを繰り返すことでポンプ圧Ｐ_j(j=1,2,3・・・N)を設定する。

このように設定すれば、開始直後のポンプ圧をＰ₁とし、以降、時間経過とともに、Ｐ₂，Ｐ₃・・・とポンプ圧を引き上げていくと、ポンプ圧がＰ₁のときは、先頭の吐出口だけが開いた状態、２番目以降の吐出口が閉じた状態となるため、グラウト材は、先頭の袋体だけに注入される。

そのため、先頭の袋体から滲出したグラウト材のうち、地山に浸透せずに補強材挿入孔に残留した余剰分は、スムーズに削孔口側へと押し出されるとともに、先頭の袋体もスムーズに膨張を続ける。

また、適当なタイミングでグラウト圧送ポンプのポンプ圧をＰ₂に引き上げると、先頭の吐出口と２番目の吐出口が開いた状態、３番目以降の吐出口が閉じた状態となるため、グラウト材は、先頭の袋体と２番目の袋体に注入され、３番目以降の袋体には注入されない。

そのため、先頭の袋体は、膨張の余地が残っている場合には膨張を続け、２番目の袋体はあらたに膨張を開始する。

ここで、２番目の袋体から滲出したグラウト材のうち、地山に浸透せずに補強材挿入孔に残留した余剰分は、３番目以降の袋体が未だ膨張を開始していないため、スムーズに削孔口側へと押し出される。

また、２番目の袋体が遅れて膨張するため、先頭の袋体から滲出したグラウト材は、２番目の袋体と補強材挿入孔の削孔内面との隙間を通って削孔口へと容易に移動し、かくして先頭の袋体も、膨張余地がある場合にはスムーズに膨張し続ける。

なお、２番目の袋体が遅れて膨張することにより、グラウト注入パイプ挿入前に充填されたグラウト材が先頭の袋体と２番目の袋体の間に閉じこめられることはない。

さらに、適当なタイミングでグラウト圧送ポンプのポンプ圧をＰ₃に引き上げると、先頭の吐出口から３番目の吐出口までが開いた状態、４番目以降の吐出口が閉じた状態となるため、グラウト材は、先頭の袋体から３番目の袋体まで注入され、４番目以降の袋体には注入されない。

そのため、先頭から２番目までの袋体は、膨張の余地が残っている場合には膨張を続け、３番目の袋体はあらたに膨張を開始する。

ここで、３番目の袋体から滲出したグラウト材のうち、地山に浸透せずに補強材挿入孔に残留した余剰分は、４番目以降の袋体が未だ膨張を開始していないため、スムーズに削孔口側へと押し出される。

また、３番目の袋体が遅れて膨張するため、２番目の袋体から滲出したグラウト材は、３番目の袋体と補強材挿入孔の削孔内面との隙間を通って削孔口へと容易に移動し、かくして２番目の袋体も、膨張余地がある場合にはスムーズに膨張し続ける。

なお、３番目の袋体が遅れて膨張することにより、グラウト注入パイプ挿入前に充填されたグラウト材が２番目の袋体と３番目の袋体の間に閉じこめられることはない。

以下、同様にして、Ｐ₄,・・・,Ｐ_Nとポンプ圧を順次引き上げながら、グラウト注入パイプの基端側に向かう方向、すなわち削孔口に向かう方向に沿って各袋体にグラウト材を次々に注入する。

このように本発明によれば、グラウト注入パイプの先端側に位置する袋体から順にグラウト材の加圧注入を行うことが可能となり、かくしてすべての袋体にグラウト材を確実に加圧注入して十分に膨張させることができるとともに、袋体から滲出したグラウト材はスムーズに削孔口へと移動するので、袋体と削孔内面との間に閉じこめられて袋体の膨張が阻害されるといった懸念もない。

また、膨張開始直後の袋体においては、水分を多く含んだ状態でグラウト材が滲出するため、袋体内が脱水状態となってグラウト材の濃度が高まり、該袋体内及びその近傍のグラウト注入パイプ内ではグラウト材の流動性が低下するが、該袋体よりも奥側に位置する袋体は、奥に行くほど既に十分な大きさに膨張しているため、流動性が低下したとしても、ほとんど問題にはならない。

そのため、袋体の膨張とそれによる補強材挿入孔の押し拡げが確実に行われるとともに、その結果、袋体と一体化するように別途配置される芯材を介した引張力や引抜力に対し、十分な抵抗力が確保される。

グラウト圧送ポンプのポンプ圧Ｐ_j(j=1,2,3・・・N)は、連続的に増加する場合における瞬間値となる場合と、段階的に増加する場合における各ステップ値となる場合の２つが考えられるが、しきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)は、それらのいずれが前提であってもかまわない。

しきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)は、それを上回る圧力がすなわちｉ番目の袋体への吐出圧となるものであって、そのときの吐出圧でｉ番目の袋体が膨張を開始するものであるため、ポンプ圧が段階的に増加する場合においては、例えばｉ番目の袋体が補強材挿入孔の削孔内面に当接するときの吐出圧をしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)として定めることができるし、ポンプ圧が連続的に増加する場合においては、例えばｉ番目の袋体が補強材挿入孔の削孔内面に当接するときの吐出圧を、(i+1)番目の吐出制御機構に係るしきい値Ｒ_i+1(i=1,2,3・・・N)とすることができる。

このようにすれば、膨張開始直後の吐出圧や膨張途中の吐出圧を目安とするよりも、より確実に膨張を進行させることが可能となり、グラウト注入パイプ内の流動性低下に起因する注入不足の問題がほぼ完全に解消される。

吐出制御機構は、グラウト材の吐出圧が所定のしきい値を越えたときに、吐出口の開閉状態を移行させることができる限り、どのように構成するかは任意であるが、圧力制御弁とは異なり、吐出圧が戻ったときに再び閉じた状態に移行する必要はない。

吐出制御機構は例えば、径方向に拡大可能なスリーブを各吐出口が覆われるようにグラウト注入パイプにそれぞれ嵌め込んで構成するとともに、グラウト注入パイプの先端側からｉ番目の吐出口におけるグラウト材の吐出圧がしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)を上回ったとき、該吐出口のスリーブが径方向に拡大するように該スリーブのスリーブ長、スリーブ厚若しくは材質又は吐出口の内径を選定して構成することができる。

なお、かかるスリーブは上述したように、拡大後に元に戻る必要はないため、弾性材以外に塑性材で構成することも可能である。

グラウト注入パイプの先頭に位置する袋体は、全体の注入工程において最初にグラウト材の注入が行なわれるものであるため、該袋体へのグラウト材の吐出を制限する必要はない。そのため、先頭位置の吐出制御機構については、これを省略することができる。

本発明に係る地山補強材は、地山安定用の芯材を介して法面に設置された法枠等の法面構造体や土留め壁と連結することで地山の安定化を図ることができるが、これら法面構造体や土留め壁を設けなくても、上述した芯材の曲げ、引張あるいはせん断剛性を利用して地山の安定化を図ることは可能であり、ネイリング工法、ハイスペックネイリング工法その他の地山補強工法に広く適用が可能であるとともに、芯材のうち、該芯材と一体化される袋体の全長や補強材挿入孔へのグラウト材の充填深さ（定着長）を除く範囲において緊張力導入のための自由長を確保できるのであれば、グランドアンカー工法のアンカーとしても使用することが可能である。

ここで、鉄筋等の補強材を地山安定用の芯材とし、かかる芯材がグラウト材の硬化後に複数の袋体と一体化するように構成してもよいが、グラウト注入パイプを中空ボルトで構成するとともに、該中空ボルトを地山安定用の芯材とした場合、グラウト注入パイプを芯材と兼用することができるため、工事コストの低減や工期の短縮を図ることができる。

本実施形態に係る地山補強材の全体斜視図。 本実施形態に係る地山補強材の詳細図であり、(a)は縦断面図、(b)は吐出口及びそれを覆う吐出制御機構の詳細斜視図、(c)は横断面図。 本実施形態に係るグラウト材の注入方法の実施手順を示した説明図。 引き続き実施手順を示した図。 引き続き実施手順を示した図。 吐出圧ｐ_ijとしきい値Ｒ_i(i=1,2,3)との関係を示した説明図。

以下、本発明に係る地山補強材及びグラウト材の注入方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る地山補強材を示した全体斜視図、図２は詳細図である。これらの図でわかるように、本実施形態に係る地山補強材１は、グラウト注入パイプ３の管軸方向に沿って袋体２ａ，２ｂ，２ｃを直列に配置してなる。

グラウト注入パイプ３は、その管軸方向に沿って吐出口１２ａ，１２ｂ，１２ｃを形成してあるとともに、該吐出口を介して袋体２ａ，２ｂ，２ｃの内部空間がグラウト注入パイプ３内にそれぞれ連通されるようになっており、グラウト注入パイプ３の基端側に接続されたグラウト圧送ポンプ（図示せず）を駆動することにより、吐出口１２ａ，１２ｂ，１２ｃを介してグラウト材を袋体２ａ，２ｂ，２ｃに加圧注入できるようになっている。なお、グラウト注入パイプ３は、中空ボルトで構成してあり、地山安定用の芯材を兼用する。

袋体２ａ，２ｂ，２ｃは、透水性材料である織布からなるチューブ材にグラウト注入パイプ３を挿通した上、該チューブ材の両端を拘束バンド４，４でグラウト注入パイプ３に縛り付けることにより、グラウト材が加圧注入される袋状の内部空間を形成してなる。

グラウト注入パイプ３の吐出口１２ａ，１２ｂ，１２ｃのうち、先頭に位置する吐出口１２ａを除く吐出口１２ｂ，１２ｃには吐出制御機構１１ｂ，１１ｃをそれぞれ設けてある。

吐出制御機構１１ｂ，１１ｃは図２(b)及び(c)でよくわかるように、径方向に拡大可能なスリーブ１３を吐出口１２ｂ，１２ｃが覆われるようにグラウト注入パイプ３にそれぞれ嵌め込んで構成してあり、吐出口１２ｂ，１２ｃからのグラウト材の吐出圧が所定のしきい値を越えたとき、スリーブ３が径方向に拡大して該スリーブの内面とグラウト注入パイプ３の周面との間に隙間が形成されることにより、吐出口１２ｂ，１２ｃの開閉状態を、閉じた状態から開いた状態に移行させることができるようになっている。

吐出制御機構１１ｂ，１１ｃのしきい値Ｒ_i(i=2,3)は、グラウト注入パイプ３の先端側で最小となり、該グラウト注入パイプの基端側に沿って大きくなるように、本実施形態では、Ｒ₂よりもＲ₃の方が大きくなるように構成してある。

これらのしきい値は、スリーブ３のスリーブ長、スリーブ厚若しくは材質又は吐出口１２ｂ，１２ｃの内径を適宜変更することで調整が可能であり、しきい値を高くするのであれば、スリーブ長やスリーブ厚を大きくしたり強度が高い材料を用いたり、あるいは吐出口１２ｂ，１２ｃの内径を小さくすることで径方向に拡大しにくくすればよいし、逆にしきい値を低くしたいのであれば、スリーブ長やスリーブ厚を小さくしたり強度が低い材料を用いたり、あるいは吐出口１２ｂ，１２ｃの内径を大きくすることで径方向に拡大しやすくすればよい。スリーブ３は、例えば熱収縮チューブで構成することができる。

図３乃至図５は、地山補強材１を構成する袋体２ａ，２ｂ，２ｃへのグラウト材の注入手順を示した説明図である。これらの図でわかるように、地山補強材１を用いて地山を補強するにあたり、各袋体２ａ，２ｂ，２ｃにグラウト材を注入するには、まず、地山３１を削孔して内径が１００ｍｍ程度の補強材挿入孔３２を形成し（図３(a)）、次いで、補強材挿入孔３２にグラウト材３３を充填する（図３(b)）。

次に、図４に示すように補強材挿入孔３２に地山補強材１を挿入するとともに、該地山補強材を構成するグラウト注入パイプ３の基端側にグラウト圧送ポンプ４１を接続し、しかる後、グラウト圧送ポンプ４１を、そのポンプ圧が時間経過とともに段階的に増加するように駆動する。

グラウト圧送ポンプ４１を駆動するにあたっては、まず、グラウト注入パイプ３の先頭に位置する吐出口１２ａでの吐出圧が袋体２ａを十分に膨張させる程度、例えば補強材挿入孔３２に当接する程度の圧力となり、２，３番目に位置する吐出口１２ｂ，１２ｃでの吐出圧が、該各吐出口に設けられた吐出制御機構１１ｂ，１１ｃのしきい値Ｒ₂,Ｒ₃をそれぞれ下回るようにポンプ圧Ｐ₁を設定する。

また、グラウト注入パイプ３の先端側から２番目に位置する吐出口１２ｂでの吐出圧が、該吐出口に設けられた吐出制御機構１１ｂのしきい値Ｒ₂を上回るとともに、３番目に位置する吐出口１２ｃでの吐出圧が、該吐出口に設けられた吐出制御機構１１ｃのしきい値Ｒ₃を下回るようにポンプ圧Ｐ₂を設定する。しきい値Ｒ₂は、袋体２ｂを十分に膨張させる程度、例えば補強材挿入孔３２に当接する程度の圧力として設定しておく。

また、グラウト注入パイプ３の先端側から３番目に位置する吐出口１２ｃでの吐出圧が、該吐出口に設けられた吐出制御機構１１ｃのしきい値Ｒ₃を上回るようにポンプ圧Ｐ₃を設定する。しきい値Ｒ₃は、袋体２ｃを十分に膨張させる程度の圧力、、例えば補強材挿入孔３２に当接する程度の圧力として設定しておく。

図６は、ポンプ圧がＰ_j(j=1,2,3)として順次増加していくのに伴い、各吐出口１２ａ，１２ｂ，１２ｃでの吐出圧ｐ_ij(i=1,2,3, j=1,2,3)の変化と、かかる吐出圧ｐ_ijとしきい値Ｒ_i(i=2,3)との関係を示したものであり、添字ｉは、吐出口の位置に関するパラメータ、添字ｊは、時間とともに増加するポンプ圧の大きさに関するパラメータを表す。なお、同図では、管路長に沿った圧力損失によってポンプ圧が直線的に減少するものとして吐出圧を表現してある。

ここで、同図上段は、ポンプ圧Ｐ₁をグラウト注入パイプ３の基端側に作用させることで、吐出口１２ａを介してグラウトを袋体２ａに加圧注入している様子を示したものであるとともに、各吐出口１２ａ，１２ｂ，１２ｃに生じる吐出圧が、ｐ₁₁,ｐ₂₁,ｐ₃₁であって、吐出口１２ｂ，１２ｃに設けられた吐出制御機構１１ｂ，１１ｃのしきい値がこれらより上回っているために、吐出口１２ｂ，１２ｃは未だ閉じていることを示している。なお、吐出口１２ａには吐出制御機構が設けられておらず、常に開いた状態である。

また、同図中段は、ポンプ圧Ｐ₂をグラウト注入パイプ３の基端側に作用させることで、吐出口１２ｂを介してグラウトを袋体２ｂに加圧注入している様子を示したものであるとともに、各吐出口１２ａ，１２ｂ，１２ｃに生じる吐出圧が、ｐ₁₂,ｐ₂₂,ｐ₃₂であって、ｐ₂₂が吐出口１２ｂに設けられた吐出制御機構１１ｂのしきい値Ｒ₂を上回ったために該吐出制御機構が作動して吐出口１２ｂが開いた状態に移行し、吐出口１２ｃは未だ閉じていることを示している。

また、同図下段は、ポンプ圧Ｐ₃をグラウト注入パイプ３の基端側に作用させることで、吐出口１２ｃを介してグラウトを袋体２ｃに加圧注入している様子を示したものであるとともに、各吐出口１２ａ，１２ｂ，１２ｃに生じる吐出圧が、ｐ₁₃,ｐ₂₃,ｐ₃₃であって、ｐ₃₃が吐出口１２ｃに設けられた吐出制御機構１１ｃのしきい値Ｒ₃を上回ったために該吐出制御機構が作動して吐出口１２ｃが開いた状態に移行したことを示している。

一例としては、開始直後のポンプ圧Ｐ₁が０．２ＭＰａの場合における吐出圧p₁₁を０．１ＭＰａ、吐出圧p₂₁を０．１２ＭＰａ、吐出圧p₃₁を０．１４ＭＰａと定め、ポンプ圧Ｐ₂が０．４ＭＰａの場合における吐出圧p₁₂を０．３ＭＰａ、吐出圧p₂₂を０．３２ＭＰａ、吐出圧p₃₂を０．３４ＭＰａと定め、ポンプ圧Ｐ₃が０．６ＭＰａの場合における吐出圧p₁₃を０．５ＭＰａ、吐出圧p₂₃を０．５２ＭＰａ、吐出圧p₃₃を０．５４ＭＰａと定めた上、これらを前提として吐出制御機構１１ｂのしきい値Ｒ₂を０．３２ＭＰａより若干小さな０．３１ＭＰａ、吐出制御機構１１ｃのしきい値Ｒ₃を０．５４ＭＰａよりも若干小さな０．５３ＭＰａと設定することができる。

このように設定されたポンプ圧Ｐ_j(j=1,2,3)に従ってグラウト圧送ポンプ４１を駆動すると、ポンプ圧がＰ₁のときは、先頭の吐出口１２ａだけが開いた状態、２番目以降の吐出口が閉じた状態となるため、グラウト材は図４(a)に示すように、先頭の袋体２ａだけに注入される。

そのため、先頭の袋体２ａから滲出したグラウト材のうち、地山３１に浸透せずに補強材挿入孔３２に残留した余剰分は、スムーズに削孔口側へと押し出されるとともに、先頭の袋体２ａもスムーズに膨張を続ける。

上述したポンプ圧Ｐ₁で一定時間グラウト注入を行った後、適当なタイミングでグラウト圧送ポンプ４１のポンプ圧をＰ₂に引き上げると、先頭の吐出口１２ａと２番目の吐出口１２ｂが開いた状態、３番目の吐出口１２ｃが閉じた状態となるため、グラウト材は図４(b)に示すように、先頭の袋体２ａと２番目の袋体２ｂに注入され、３番目の袋体２ｃには注入されない。

そのため、先頭の袋体２ａは、膨張の余地が残っている場合には膨張を続け、２番目の袋体２ｂはあらたに膨張を開始する。

ここで、２番目の袋体２ｂから滲出したグラウト材のうち、地山３１に浸透せずに補強材挿入孔３２に残留した余剰分は、３番目の袋体２ｃが未だ膨張を開始していないため、スムーズに削孔口側へと押し出される。

また、２番目の袋体２ｂが遅れて膨張するため、先頭の袋体２ａから滲出したグラウト材は、２番目の袋体２ｂと補強材挿入孔３２の削孔内面との隙間を通って削孔口へと容易に移動し、かくして先頭の袋体２ａも、膨張余地がある場合にはスムーズに膨張し続ける。

なお、２番目の袋体２ｂが遅れて膨張することにより、グラウト注入パイプ３の挿入前に充填されたグラウト材が先頭の袋体２ａと２番目の袋体２ｂの間に閉じこめられることはない。

上述したポンプ圧Ｐ₂で一定時間グラウト注入を行った後、適当なタイミングでグラウト圧送ポンプのポンプ圧をＰ₃に引き上げると、吐出口１２ａ，１２ｂ，１２ｃがすべて開いた状態となるため、グラウト材は図５に示すように、袋体２ａ，２ｂ，２ｃに注入される。

そのため、袋体２ａ，２ｂは、膨張の余地が残っている場合には膨張を続け、３番目の袋体２ｃはあらたに膨張を開始する。

ここで、袋体２ｃから滲出したグラウト材のうち、地山３１に浸透せずに補強材挿入孔３２に残留した余剰分は、スムーズに削孔口側へと押し出される。

また、袋体２ｃが遅れて膨張するため、袋体２ｂから滲出したグラウト材は、袋体２ｂと補強材挿入孔３２の削孔内面との隙間を通って削孔口へと容易に移動し、かくして袋体２ｂも、膨張余地がある場合にはスムーズに膨張し続ける。

なお、３番目の袋体２ｃが遅れて膨張することにより、グラウト注入パイプ３の挿入前に充填されたグラウト材が２番目の袋体２ｂと３番目の袋体２ｃの間に閉じこめられることはない。

袋体２ａ，２ｂ，２ｃへのグラウト注入が終了したならば、グラウト圧送ポンプ４１を撤去するとともに、グラウト注入パイプ３に対し、地山安定用の芯材として頭部処理を行う。グラウト注入パイプ３の頭部処理については、基端側にナットを螺着することで補強材挿入孔３２からのグラウト材の流失を防止したり、土留め壁に連結したりといった処理が想定されるが、ここでは詳細な説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態に係る地山補強材１及びグラウト材の注入方法によれば、袋体２ａ，２ｂ，２ｃへのグラウト材の加圧注入が、グラウト注入パイプ３の先端側に位置するものから順に行われるので、袋体２ａ，２ｂ，２ｃから滲出したグラウト材はスムーズに削孔口へと移動し、袋体２ａ，２ｂ，２ｃと補強材挿入孔３２の削孔内面との間に閉じこめられることはない。

また、膨張開始直後の袋体２ａ，２ｂ，２ｃにおいては、水分を多く含んだ状態でグラウト材が滲出するため、袋体２ａ，２ｂ，２ｃ内が脱水状態となってグラウト材の濃度が高まり、該袋体内及びその近傍のグラウト注入パイプ３内ではグラウト材の流動性が低下するが、該袋体よりも奥側に位置する袋体においては、奥に行くほど既に十分な大きさに膨張しているため、上述した流動性低下はほとんど問題にはならない。

そのため、袋体２ａ，２ｂ，２ｃの膨張とそれによる補強材挿入孔３２の押し拡げが確実に行われるとともに、その結果、地山安定用の芯材であるグラウト注入パイプ３を介した引張力や引抜力に対し、十分な抵抗力が確保される。ちなみに、補強材挿入孔３２の内径が１００ｍｍ程度であるのに対し、袋体２ａ，２ｂ，２ｃの外径は概ね１５０ｍｍ程度となる。

また、本実施形態に係る地山補強材１によれば、グラウト注入パイプ３を中空ボルトで構成するとともに、該中空ボルトを地山安定用の芯材としたので、グラウト注入パイプ３を芯材と兼用することが可能となり、かくして工事コストの低減や工期の短縮を図ることができる。

本実施形態では、先頭に位置する吐出口１２ａについては、吐出制御機構を省略するようにしたが、吐出制御機構１１ｂ，１１ｃと同様の吐出制御機構を吐出口１２ａに設けるようにしてもかまわない。

また、本実施形態では、複数の袋体を３つの袋体２ａ，２ｂ，２ｃで構成した例で説明したが、個数に制限がないことは言うまでもない。

また、本実施形態では、グラウト注入パイプ３を中空ボルトで構成することで地山安定用の芯材と兼用するように構成したが、これに代えて、鉄筋等の芯材を地山安定用の芯材として別途備えるようにしてもかまわない。

この場合においては、グラウト注入パイプと芯材とを抱き合わせた上、袋体２ａ，２ｂ，２ｃと同様に、グラウト注入パイプ及び芯材を不織布等の透水性材料からなるチューブ材に挿通した上、該チューブ材の両端を拘束バンド４，４で縛り付けるようにすればよい。

また、本実施形態では、袋体の数と吐出口の数とを一致させたが、一つの袋体に対し、複数の吐出口を設ける構成を採用することも可能である。

また、本実施形態では、袋体を透水性材料である織布からなるチューブ材で構成したが、織布に代えて不織布を用いてもよいし、グラウト注入パイプに配置された状態で袋体である限り、チューブ材に代えて任意の部材を用いて構成することが可能である。

１ 地山補強材
２ａ，２ｂ，２ｃ 袋体
３ グラウト注入パイプ（芯材）
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 吐出制御機構
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 吐出口
１３ スリーブ
３１ 地山
３２ 補強材挿入孔
４１ グラウト圧送ポンプ

Claims (6)

1. 管軸方向に沿って複数の吐出口が形成されたグラウト注入パイプと前記各吐出口を介して内部空間が前記グラウト注入パイプ内にそれぞれ連通されるように前記グラウト注入パイプの管軸方向に沿って直列に配置された透水性を有する複数の袋体とを備えるとともに地山に形成された補強材挿入孔に挿入されるようになっている地山補強材において、
   前記吐出口のうち、前記グラウト注入パイプの先端側からｉ番目(i=1,2,3・・・N)に位置する吐出口からのグラウト材の吐出圧がしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)を越えたときに該吐出口の開閉状態を閉じた状態から開いた状態に移行させることが可能な吐出制御機構を前記吐出口にそれぞれ設けるとともに、該各吐出制御機構を、それらのしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)が前記グラウト注入パイプの先端側で最小となり、該グラウト注入パイプの基端側に沿って大きくなるように構成したことを特徴とする地山補強材。
2. 前記各吐出制御機構を、径方向に拡大可能なスリーブを前記各吐出口が覆われるように前記グラウト注入パイプにそれぞれ嵌め込んで構成するとともに、前記グラウト注入パイプの先端側からｉ番目の吐出口におけるグラウト材の吐出圧がしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)を上回ったとき、該吐出口のスリーブが径方向に拡大するように該スリーブのスリーブ長、スリーブ厚若しくは材質又は前記吐出口の内径を選定した請求項１記載の地山補強材。
3. 前記吐出制御機構のうち、前記グラウト注入パイプの先端側から１番目に位置する吐出制御機構を省略した請求項１又は請求項２記載の地山補強材。
4. 前記グラウト注入パイプを中空ボルトで構成するとともに、該中空ボルトを地山安定用の芯材とした請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の地山補強材。
5. 管軸方向に沿って複数の吐出口が形成されたグラウト注入パイプと前記各吐出口を介して内部空間が前記グラウト注入パイプ内にそれぞれ連通されるように前記グラウト注入パイプの管軸方向に沿って直列に配置された透水性を有する複数の袋体とを備えた地山補強材を地山に形成された補強材挿入孔に挿入し、前記グラウト注入パイプの基端側に接続されたグラウト圧送ポンプを駆動することで前記グラウト注入パイプを介して前記各袋体にグラウト材を加圧注入するグラウト材の注入方法において、
   前記吐出口のうち、前記グラウト注入パイプの先端側からｉ番目(i=1,2,3・・・N)に位置する吐出口での吐出圧がしきい値Ｒ_i(i=1,2,3・・・N)を越えたときに該吐出口の開閉状態を閉じた状態から開いた状態に移行させることが可能な吐出制御機構を前記吐出口にそれぞれ設けるとともに、該各吐出制御機構を、それらのしきい値Ｒ_i(i=2,3・・・N)が前記グラウト注入パイプの先端側で最小となり、該グラウト注入パイプの基端側に沿って大きくなるように設定し、前記グラウト圧送ポンプを、そのポンプ圧が時間経過とともに増加するように駆動することを特徴とするグラウト材の注入方法。
6. 前記グラウト注入パイプの先端側から１番目に位置する吐出口での吐出圧が該吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ₁を上回るとともに２番目〜Ｎ番目に位置する吐出口での吐出圧が該各吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ_i(i=2,3・・・N)をそれぞれ下回るようにポンプ圧Ｐ₁を設定し、
   前記グラウト注入パイプの先端側から２番目に位置する吐出口での吐出圧が該吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ₂を上回るとともに３番目〜Ｎ番目に位置する吐出口での吐出圧が該各吐出口に設けられた吐出制御機構のしきい値Ｒ_i(i=3・・・N)をそれぞれ下回るようにポンプ圧Ｐ₂を設定し、
   以下、Ｎ番目に位置する吐出口まで上記ポンプ圧設定プロセスを繰り返すことでポンプ圧Ｐ_j(j=1,2,3・・・N)を設定し、
   前記グラウト圧送ポンプを、ポンプ圧が時間経過とともにＰ₁,Ｐ₂,Ｐ₃・・・Ｐ_Nとなるように駆動する請求項５記載のグラウト材の注入方法。

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