JP5870438B1 - 地盤注入工法および地盤注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】注入材を孔壁周囲の地盤中に低圧力で広範囲かつ均一に浸透注入可能な地盤注入工法及び地盤注入装置を提供する。【解決手段】削孔2内に注入管1を設置して孔壁周囲の地盤中に注入材を浸透注入する。注入管1は管軸方向に複数の注入材吐出口4aを有する注入管本体4と注入管本体4の外周に密着し、かつ注入材吐出口4aと重ならない位置に複数の注入材噴射スリット5aを有する長尺ゴムスリットチューブ5とから構成する。注入管本体4に送液された注入材は複数の注入材吐出口4aから吐出圧によって長尺ゴムスリットチューブ5を押し広げて長尺ゴムスリットチューブ5と注入管本体4間に吐出し、かつ長尺ゴムスリットチューブ5と注入管本体4間を管軸方向及び円周方向に流れ、複数の注入材噴射スリット5aから長尺ゴムスリットチューブ5の外に長尺ゴムスリットチューブ5の弾性力に打ち克つ液圧をもって噴射することにより孔壁周囲の地盤中に浸透注入する。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤に形成された削孔内に注入管を埋設して孔壁周囲の地盤中に注入材を注入することにより、地盤の止水性の向上、強度増大、液状化防止等の地盤改良を実施するための地盤注入装置および地盤注入工法に関する。従来、メタルクラウン付きの注入管で削孔して後、注入ステージを上に移動しながら、複数の小口を有する注入管先端部から注入液を注入する方法は知られているが、このタイプの注入管は地中埋設型と違って、逆止機能も、再注入による繰り返し注入機能もなく、確実な効果を期待できなかった。近年、液状化対策工等の注入工法において、広範囲に土粒子間浸透し、かつ大きな吐出速度で経済的に施工することが要求されるようになってきた。本発明者はこれら相反する課題を解決するために軟弱地盤に埋設した注入管からの注入による柱状浸透注入工法や多点同時注入工法により大きな吐出量で均等に土粒子間浸透を可能にする急速浸透注入工法(特許文献１)を開発した。本発明は上記柱状浸透注入工法を更に発展せしめたものである。

地盤注入工法は、地盤にボーリング等によって削孔を形成し、当該削孔内に埋設した注入管を通してセメント系またはシリカ系の注入材等の地盤強化材、あるいは気泡やマイクロバブル等の地盤不飽和材、或いは土壌浄化材等を注入して地盤を改良する方法が用いられ、主に地盤の止水性向上、強度増大、液状化防止、さらには空洞部の充填や地盤の浄化等を目的に行われる。

例えば、特許文献１には地盤に形成した削孔内に注入管を埋設し、当該注入管を通して地盤内にセメント系またはシリカ系の注入材を注入して地盤を固結強化する地盤改良工法が開示されている。

上記先願特許の注入管は、注入管本体と注入管本体の外周に形成された柱状浸透源より構成されている。注入管本体の外周の一定範囲内に管軸方向に間隔をおいて複数箇所に吐出口が設けられ、各吐出口にはそれぞれ逆止弁が取り付けられている。

柱状浸透源は、注入管本体の外周の複数の吐出口とそれぞれの逆止弁を覆うように織布や不織布やマットなどのある厚さを有するシート材を注入管本体の外周に取り付けて、或いはさらにその上に透水性シートを被覆して注入口の周りにある厚さの柱状浸透源が形成されている。

このような構成された注入管は地盤の削孔内に挿入され、その周囲の空隙は低強度のセメントスラリー等からなるシールグラウトを充填して埋める。そして、地上より注入管本体内に注入材を注入すると、注入材は注入管本体の各吐出口から柱状浸透源内に吐出され、柱状浸透源からシールグラウトを砕いて孔壁周囲の各ステージの地盤中に浸透注入される。その際、特に吐出口より柱状浸透源内に吐出された注入材は柱状浸透源の全体に広まり、柱状浸透源から地盤中に浸透注入されることにより、大きな吐出量の注入材が低圧力で広範囲にかつ均一に浸透注入させることができる。

特許第4848553号公報

しかし、特許文献１に記載された注入管は、注入管本体の外周に織布や不織布やマットなどのある厚さを有する透水性材料で覆い、或いは更にその上から透水性シートで被覆した柱状空間をからなる柱状浸透源を形成し、注入に当って注入管吐出口から吐出された注入液がその柱状浸透源から容易に全面に拡がり、地盤中に浸透して柱状注入を可能にするものである。従って注入管の外径が太くなるため、注入管を挿入するための削孔径を大きくする必要があり、コストが嵩む等の課題があった。

また、外径が太いことにより曲がりにくいため曲線形にボーリングされた削孔内への挿入は困難となり、このため既存の建物の地盤面下に挿入して地盤改良を行うことには不向きであった。

また、懸濁液を注入する場合、マット等の空隙に懸濁液が目詰まりしてその後の溶液型注入液が注入されにくいという問題があった。また浸透性の良いゲル化時間の長い溶液型グラウトを用いて柱状浸透を試みた場合、柱状浸透源を長くとると削孔壁の弱い部分、或いはシールグラウトの弱い部分があるとその弱い部分に注入液が集中しやすいため柱状浸透源の全長から地盤に注入されにくいという傾向があった。

その他、柱状浸透を目的として注入外管の外周に四角形等の多角形の断面形状に被覆する被覆材を用いたり、被覆材の内側にたて溝を設けた被覆材を用いる方法も提示されているが、これらの手法は、いずれも構造および形状的に製作が面倒であり製作コストが嵩む等の他、必要な角部や溝をつくるにはそれなりの厚さを必要とし、或いは注入管の円周方向に被覆材の張力が充分作用しにくく、また注入管孔径が大きくなり、従って、削孔径も大きくなったり、逆止弁の効果やシールグラウトの固結体を縦方向に破壊する機能が不十分等の課題がある。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、構造が簡単で製作が容易であり、注入管の外側の地盤やシール状況のいかんにかかわらず、軸方向に均等に注入液が地盤中に噴出され地盤に噴出後、ほぼ横方向に平行して浸透し（層流）、確実に柱状浸透が可能になって柱状固結体を形成し、また任意の複数のステージへの同時注入や懸濁注入材の繰り返し注入や懸濁液と溶液の複合注入も可能になり、かつまた自在に変形可能で曲線状に形成された削孔への挿入も可能にした

本発明は、上記問題を解決した発明であり、地盤に形成された削孔内に設置して孔壁周囲の地盤中に注入材を柱状浸透注入させるための注入管を備えた地盤注入装置並びに注入工法である。即ち本発明は管軸方向に複数の注入材吐出口を有する注入管本体と当該注入管本体の外周に密着され、かつ前記複数の注入材吐出口と重ならない位置に注入管の管軸方向に沿って複数の注入材噴射スリットを有する円形断面の筒状弾性被覆体（ゴムスリットチューブ）とから構成され、前記筒状弾性被覆体（ゴムスリットチューブ）は弾性力によって断面円型の接線方向にゴムの引張力が全長にわたって生ずるように注入管本体の外周面に所定の長さの筒状体全面が密着して前記注入材吐出口を密閉してなり、前記注入管本体に送液された注入材は前記複数の注入材吐出口よりその吐出圧によって前記引張力に打ち克って前記筒状弾性被覆体を押し広げて当該筒状弾性被覆体と注入管本体との間に吐出すると共に、前記筒状弾性被覆体と注入管本体との間を注入管本体の管軸方向および円周方向に流れて、前記複数の注入材噴射スリットに達して筒状弾性被覆体の外に注入管の長軸に沿って前記筒状弾性体の全長にわたって作用するゴム弾性の引張力に打ち克つ吐出圧力で同時に噴射することによってシールグラウトの固結体、或いは削孔径に縦方向に生じた亀裂を浸透源とし孔壁周囲の地盤中に柱状浸透し、大きな吐出量でも地盤に吐出後は低圧力で土粒子間浸透する。

また、注入管本体への送液の停止と共に前記筒状弾性被覆体（ゴムスリットチューブ）の全面がその弾性力で注入管本体の外周面に密着して注入材吐出口を閉塞することにより筒状弾性被覆体の外に噴射した注入材が注入管本体内に逆流しないように構成されてなることを特徴とするものである。

特に本発明注入管は注入管周りの被覆体はゴム弾性の引張力が作用したうすい断面円型の筒状体全面で注入管に密着して逆止弁の効果が前面に生じているため、前述の柱状浸透源のようにマットに懸濁液が目詰まりすることがない。

また、同様の理由で懸濁型グラウトを注入後も円形断面の筒状弾性被覆体の弾性力によって外部からの注入液の逆流を防ぐため、逆止弁の効果が筒状体全体に機能し、懸濁グラウトの再注入、或いは懸濁グラウトを注入後、溶液型グラウトの注入も可能にすることを特徴とする。特に溶液型注入材は勿論のこと懸濁型注入材でも所定量注入した段階で注入をストップすると弾性被覆体中の残存注入液は弾性被覆体のゴム弾性によってスリットから外部に押し出されてしまうため弾性被覆体と注入管本体の間に懸濁液やゲルが残存して固まって、その後の再注入を妨げることはないし、逆止効果を妨げることはない。

このように本発明は、大きな吐出量で孔壁周囲に噴出した注入液が地盤中に低圧力でも広範囲かつ均一に浸透注入させるようにした地盤注入装置の発明であり、その概要を説明すると以下の通りである。

(1).注入管本体の外周に管軸方向に間隔を開けて複数の注入材吐出口を設け、当該注入管本体の外周に円形断面の筒状弾性被覆体（ゴムスリットチューブ）を密着すると共に、当該円形断面の筒状弾性被覆体に複数の注入材噴射スリットを注入管軸方向に沿って前記注入材吐出口と重ならないように設ける。

円形断面の筒状弾性被覆体は長尺のゴムスリットチューブ等であり、注入管本体の外周にゴム弾性によって密着することにより複数の注入材吐出口を密閉するように注入管本体の管軸方向の所定の長さの外周に密着させる。

(2).このような構成において、注入管本体に注入材を送液すると、注入材は各注入材吐出口よりその吐出圧によって円形断面の筒状弾性被覆体を押し広げて注入管本体と筒状弾性被覆体との間に吐出すると共に、筒状弾性被覆体全面の弾性力に打ち克って注入管本体と筒状弾性被覆体との間に注入管本体の管軸方向および円周方向に隙間をつくって注入材噴射スリットに達する。

(3).これにより、注入材は筒状弾性被覆体の各注入材噴射スリットより筒状弾性被覆体の外に軸方向に沿って筒状弾性被覆材の弾性力に打ち克った液圧をもって孔壁の軸方向全長に噴出して柱状浸透注入する。また、注入管本体と孔壁との間にシールグラウトが充填してあれば、注入材はその噴射圧によって固化したシールグラウトを管軸方向にキレツを形成する等して破壊し、当該キレツより孔壁周囲の地盤中に柱状浸透注入する。

従来、削孔内に或いはシールグラウトを通して柱状空間から注入材を注入しても、注入材は削孔壁の弱い部分或いはシールグラウトの強度の弱い部分を破壊し、この破壊された部分を通って孔壁周囲の地盤中に集中的に流入するものと考えられていた。

しかし、本発明者は、注入管の所定範囲の軸方向の外周に長尺のゴムスリーブ等の円形断面の筒状弾性被覆体（ゴムスリットチューブ）を注入管の外周に形成して注入材吐出口を密閉した状態でゴムの引張力が作用するように密着して構成し注入液を注入管に送液するとで、注入液は注入液吐出口から円形断面を有する弾性被覆体の張力にうちかって被覆体を押し広げて弾性被覆体と注入管本体との間に隙間を生じるだけの液圧と張力が円周方向に作用しているスリットを開口させる液圧で注入管の軸方向に設けられた各注入材噴射スリットから噴射すると、削孔壁に管軸方向に沿って集中して同時に全長に浸透源を形成して地盤中に柱状浸透し、或いはシールグラウトの固結体を管軸方向全長に容易に破壊して孔壁周囲の地盤中に柱状に浸透することを実験により確認することができた。

(4).またその際に、注入材噴射スリットは管軸に対して直角になるように、かつ管軸に沿って配列するのが好ましい（図１）。このようにすることにより、注入管との削孔壁の空間に設けられたシールグラウト（固結体）は管軸方向に所定長設置した複数のスリットに沿って、集中して噴出し、軸方向全長に連続した亀裂を生じてその亀裂を柱状浸透源として地盤中に注入材を浸透注入させることができることも確認することができた（図３（ｂ）、図６（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ））。

なお、注入管の注入管本体は単管でもよいし、単管を結束した結束細管でも良いし、内部にダブルパッカー内管を挿入するダブルパッカー用外管でもよい。

また、ダブルパッカー用外管には1ケ又は複数の袋パッカーを設けた注入管でもよい。さらに、注入管本体として軟質の合成樹脂や生分解性樹脂等でつくることもできる。また二重管ダブルパッカー注入管でもよい。また、外管内にトリプルパッカーを装着した内管を挿入するトリプルパッカー注入管でもよい。単管の注入管本体の孔径は1cm〜4cm程度が望ましい。注入外管としては３cm〜15cm程度が使用される。

また、出願人は本願発明における注入管について、以下に記載するような実験を実施して上述した作用効果を確認した。

実験．１
図17は、図１〜図３に図示する注入管の写真である。注入管本体は円形断面の長尺筒状弾性被覆材（長尺筒状ゴムスリットチューブ）で覆われている。横方向のスリットを管軸方向に配列した。

図18は図１〜図３に図示する注入管に空気中で注水して注入材噴射スリットから噴射される水の噴射状況を確認した写真である。水は複数の注入管吐出口を閉塞した長尺筒状ゴム弾性の抵抗に逆らう液圧で、各注入材噴射スリットから全長にわたって噴射することが確認できた。

実験．２
側面が透明プラスチック板からなるプラスチック容器に詰めた砂内に注入管を設置すると共に透明プラスチックからなる側面に添わせ、かつ周囲に隙間を生じないように砂を充填した。注入管より青色に着色した水を注入したところ、図19の写真で示すように柱状浸透することが確認できた。プラスチック容器の砂地盤に水を満たし、同様に注水したところ、乾燥砂中に注水した場合は、注入液はやや下にたれるのに対して(図19)、水面下では上下ほぼ同径の柱状浸透することを確認できた（図20）。更に、注入液を注入したところ柱状固結体が形成されることが確認できた（図21）。

以上より、本発明の注入管を地盤に形成した削孔にそのまま立て込んだ後、注入管と孔壁との間に孔壁が崩れて注入管周囲の間隙を埋めたとしても柱状に浸透することが確認できた。

実験.３
大きなプラスチック容器に水を満たして水中にシールグラウトによる柱状シール固結物（アルカリ性）中に埋め込まれた本発明の注入管を設置した。この注入管にフェノールフタレン液を手押しポンプで注入した。注入中にシールグラウトが軸方向に沿って赤色の亀裂を生じ、注入液が軸方向に生じた亀裂に沿って浸出していることが確認できた（図22）。その後、シールグラウトの固結体を破壊して観察したところ、管軸方向の亀裂面全面に沿って赤色反応がみられ注入液が管軸に沿って生じた亀裂の全面から浸出したことが確認できた（図23）。以上より筒状弾性被覆体の弾性力に打ち克つ液圧で噴出した注入液は被覆体の全長にわたってシールグラウトの固結体に、縦方向の割裂を生じさせて柱状浸透することが判った。

実験．４
上記注入管の表面を透水性ウレタンフォームで被覆して実験２と同様に青色の水を手押しポンプで注入して浸透状況を確認した。その結果、注入材噴射スリットより噴射した注入材は注入管の軸方向に柱状浸透することが確認できた。

図24より、注入直後の状態で円形断面の筒状弾性体の円周の接線方向の引張力の抵抗に打ち克つだけの液圧をもってウレタンフォームを突き抜けて削孔壁全長に突き刺さるように噴射して侵入する状況が判る。図25は5分注入し続けた浸透状況を示す。噴射して孔壁に噴出して侵入した注入液は、その後互いに連続して平行して全断面に均等に土粒子間浸透して柱状浸透することが判る。

以上の実験より、ゴム弾性による筒状体全面に作用する引張力に打ち克つ液圧で長軸方向に注入液が噴出する力で注入管の周りにシールグラウトの固結柱があっても、またシールグラウトがなくて削孔壁と注入管の間に削孔壁から土が注入管周りにくずれてきても注入液は長尺の筒状弾性被覆の全長から柱状浸透することが判った。

また以上の実験より、管軸に沿って上記ゴム弾性に打ち克つ液圧で噴出した注入液（図１８）は削孔壁、或いはシールグラウトの固結柱を縦方向に破壊し（図２２、図２４）、その後、横方向に層流となって浸透し柱状固結体を形成する（図２５、図１９〜図２１）。即ち、点注入と違って、本発明注入管による柱状浸透注入では削孔壁、或いはシールグラウトをゴム弾性の引張力に打ち克つ液でもって縦報告に破壊して噴出した注入液は上下の注入液が互いに拘束し合うため水平方向に層流となって浸透する。このため柱状浸透による柱状固結体が形成されることが判った。

本発明は、長尺のゴムスリットチューブ全長にわたって同時に柱状浸透注入させることができ、このため注入材を大きな吐出量でかつ低圧力で土粒子間浸透することができるため急速施工による経済性と土粒子間浸透による高品質の施工という相反する効果を得ることができる。また本発明は小径の簡単な構造で注入管を用いて注入管の製造も削孔も経済的な地盤改良が可能になる。このような効果を有する本発明は固結液の注入による地盤の止水性向上、強度増大、空気やマイクロバブル液や土壌浄化材等の非固結性材料の注入による液状化防止、土壌浄化、さらには空洞部の充填注入等に利用することができる。

本発明の地盤注入装置が備える注入管であり、図1(a)はその一部を破断した側面図、図1(b)はその一部拡大図である。 図１に図示する注入管の構造を示し、図2(a)はその一部を破断した側面図、図2(b)は横断眼図である 図１に図示する注入管の構造を示し、図3(a)は注入管本体に送液した注入材が孔壁周囲のシールグラウトを管軸方向に亀裂を生じせしめて地盤中に柱状浸透注入する状態を示す一部破断側面図、図3(b)はその横断面図である。 本発明の地盤注入装置が備える注入管を示し、図4(a)は複数箇所に間隔をあけて長尺スリーブを設けた本発明注入管を削孔内に設置された姿態を示す側面図、図4(b)はその一部拡大側面図である。 図４に図示する注入管の構造を示し、図5(a)はその一部破断側面図、図5(b)は横断眼図である。 図４に図示する注入管の構造を示し、図6(a)は注入管本体に送液した注入材が孔壁周囲のシールグラウトを管軸方向に亀裂を生じせしめて地盤中に柱状浸透注入する状態を示す一部破断側面図、図6(b)はその横断面図である。 本発明の地盤注入装置が備える注入管を示し、図7(a)は複数のステージで全長にわたって長尺ゴムスリットチューブを設けた本発明注入管を削孔内に設置された姿態を示す一部破断した側面図、図7(b)はその一部拡大側面図である。 図７に図示する注入管の構造を示し、図8(a)は1つのステージ長の筒状弾性スリットチューブに対応してダブルパッカ内管を設けて1ステージ毎に注入する例の一部破断側面図、図8(b)はその横断面図である 図７に図示する注入管の構造を示し、図9(a)は2つのステージをカバーした筒状弾性スリットチューブに対応してダブルパッカー内管を設け1対のダブルパッカーから2つのステージに同時に注入する一部破断側面図、図9(b)はその横断面図である。 図10(a)は、袋パッカー12を設けた注入外管を有する本発明注入管を示し、削孔内に設置された姿態を示す、一部を破断した側面図、図10(b)はその一部拡大側面図、図10(c)はゴムスリットチューブの外周に透水性シートや透水性マット等を設置して柱状浸透源とした注入管の一部を破断した拡大側面図である。 本発明の地盤注入装置が備える注入管であり、複数の注入細管からなる結束注入管であり、図11は削孔内に設置された姿態を示す側面図である芯材（支柱）15である。 本発明の地盤注入装置が備える注入管であり、複数の注入細管を芯材に束ねた結束注入細管を削孔内に設置された姿態を示す側面図である。 複数地点の地盤内に注入材を同時に、あるいは一部または複数地点に同時にまたは選択して注入可能に配置された地盤注入装置の概要図である。 複数地点の地盤内に注入材を同時に、あるいは一部または複数地点に同時にまたは選択して、或いは連続して注入可能に構成された地盤注入装置の概要図である。 図15は、複数地点の地盤内に注入材を同時に、あるいは一部または複数地点に同時にまたは選択して注入可能に構成された地盤注入装置の概要図である。 既存構造物直下の地盤内に注入材を注入する方法を示し、図16(a)は図４に図示する注入管を用いて注入する方法、図16(b)は図７に図示する注入管を用いて注入する方法、図16(c)は図11に図示する注入管を用いて注入する方法を示す側面図、そして図16(d)はこれらの平面図である。 注入管本体の外周に長尺ゴムスリットチューブを密着することにより構成された、図１に図示する注入管を示す写真である。 図１に図示する注入管に注水して、注入材噴射スリットから噴射される水の噴射状況を確認した写真である。 乾燥砂地盤中に設置した図１に図示する注入管に注水して、水が周囲に柱状浸透することを確認した写真である。 水中の砂地盤中に設置した図１に図示する注入管に注水して、水が周囲に浸透する状態を確認した写真である。 図20において、注入液を注入して、柱状固結体が形成されることを確認した写真である。 シールグラウトによる柱状固結物中に埋設された、図１図示する注入管を水中に設置してフェノール液を手押しポンプで注入して、シールグラウトの柱状固結物が管軸方向に沿って亀裂を生じ、フェノール液が管軸方向に生じた亀裂に沿って浸出していることを赤色反応で確認した写真である。 図22に図示するシールグラウトの柱状固結物を亀裂に沿って破壊した断面を示す。注入液が管軸方向に沿って生じた亀裂の全面から管軸方向の亀裂面全面に沿って浸出したことを確認した写真である。 図19と同様の条件下で表面が透水性ウレタンフォームで被覆された、図１に図示する注入管に手押しポンプで注入して浸透状況を確認した写真であって、注水直後の状況を示す。 図24において５分間注入した時点の浸透状況を確認した写真である

図１〜図３は本発明の一実施形態であり、注入材供給プラント(図省略)に送液管(図省略)を介して接続された注入管を図示したものである。図において、注入管１は地盤に形成された削孔２内に立て込まれている。また、削孔２の孔壁と注入管１との間隙にシールグラウト３が充填されている。

注入管１は、注入管本体４と注入管本体４の外周に密着された円形断面の筒状弾性被覆体(以下「長尺ゴムスリットチューブ」)５とから構成されている。

注入管本体４は鋼管、硬質塩ビ管、または軟質プラスチック細管やナイロン製の細管、或いは生分解性プラスチック管などから形成され、当該注入管本体４の先端部に複数の注入材吐出口4aが管軸方向および円周方向に間隔をおいて形成され、先端面は閉じている。なお、図示する注入材吐出口4aは管軸方向に所定の区間に複数個間隔をあけて開口している。

シールグラウト３は、削孔１内で固化することにより注入管１を削孔２内に固定すると共に削孔２の孔壁崩壊を防止し、さらに削孔２の先端部において注入材吐出口4aから吐出された注入材が注入管１の管軸方向に逸送するのを防止する働きをするものであり、シールグラウト３には固化しても注入材の吐出圧で容易に砕けるような低強度のセメントモルタルやベントナイト、或いは低アルカリ性セメント、石灰、石膏などが用いられている。

長尺ゴムスリットチューブ５は、注入管本体４に複数の注入材吐出口4aを覆うように所定の長さに形成され、かつ円形断面のゴムの弾性力の円周方向に作用する引張力によって注入管本体４の外周面に密着することにより各注入材吐出口4aを密閉している(図2(a),(b)参照)。

また、長尺ゴムスリットチューブ５には各注入材吐出口4aと重ならないように複数の注入材噴射スリット5aが形成されている。注入材噴射スリット5aは注入管本体４の円周方向に一定長に形成され、かつ注入管本体４の管軸方向および円周方向に間隔をおいて複数形成されている。

このような構成において、注入材供給プラント(図省略)から送液管(図省略)を通して注入管１に注入材を送液すると、注入材は注入管本体４の各注入材吐出口4aから全長にわたって密着している長尺ゴムスリットチューブ５の引張力に打ち克つ液圧でゴムスリットチューブを押し広げることにより注入管本体４の外周面と長尺ゴムスリットチューブ５の内周面との間に 吐出される(図3(a),(b)参照)。

そして、吐出した注入材は注入管本体４の外周面とゴムスリットチューブ５の内周面に沿って注入管本体４の管軸方向および円周方向に流れ、かつ長尺ゴムスリットチューブ５の引張力にうちかつ液圧を保ったまま、更に各注入材噴射スリット5aの閉塞を押し広げる圧力で管軸方向に沿って集中して外部に噴出する。その結果噴射圧によって固化したシールグラウト３に各注入材噴射スリット5aの配列方向に連続した亀裂を形成し、その亀裂を通って孔壁周囲の地盤中に柱状浸透注入する(図3(a),(b)参照)。

その際、特に長尺ゴムスリットチューブ５に沿って形成された縦方向の亀裂が柱状浸透源となって、大きな吐出量の注入材が複数の注入材噴射スリット5aから孔壁周囲の地盤中に長尺ゴムスリットチューブ５の全長に沿って噴射されて、広い浸透断面から地盤中に低圧力で広範囲かつ均一に浸透注入される。
また、注入材供給プラント(図省略)からの注入を停止すると、長尺ゴムスリットチューブ５がその長尺全長にわたって作用しているそのゴム弾性によって注入管本体４の外周面に密着することにより各注入材吐出口4aを完全に密閉するため、注入管１の外に吐出された注入材が管内に逆流することはない(図2(a),(b))。

なお、注入管本体４の注入材吐出口4aを有する範囲および長尺ゴムスリットチューブ５の管軸方向の長さＬは、注入ステージの長さ、土層や間隙や密度等の地盤状況などを参酌して適切な寸法に設定することができる(図1(a)、図4、図7)。また注入材吐出口4aの径および間隔、注入材噴射スリット5aの長さおよび間隔等は、孔壁周囲の地盤中に注入材が管長軸方向にステージの全長および全周にわたって噴射するように設定することができる（図7）。

図４〜図６は本発明の他の実施形態であり、同じく注入材供給プラント(図省略)に送液管(図省略)を介して接続された注入管を図示したものである。図において、注入管１は注入外管７と注入内管８を備え、注入外管７は地盤に形成された削孔２内に立て込まれ、当該注入外管７内に注入内管８が立て込まれている。また、削孔２の孔壁と注入外管７との間隙にシールグラウト３が充填されている。なお、注入管外管７は図１〜図３で説明した注入管の注入管本体４に相当する。

注入外管７と注入内管８は、いずれも鋼管、硬質塩ビ管、軟質で曲がりやすい合成樹脂パイプ、或いは生分解性プラスチック管などから形成され、注入外管７の外周には複数の注入材吐出口7aが管軸方向および円周方向に間隔をおいて放射状に形成されている。

また、注入外管７の外周に複数の長尺ゴムスリットチューブ５が管軸方向に間隔をおいて或いは連続して密着されている。各長尺ゴムスリットチューブ５は複数の注入材注入材吐出口7aを管軸方向に複数個ずつ覆うように密着され、かつゴムの弾性力によって注入外管７の外周面に密着することにより各注入材吐出口7aを密閉している(図5(a),(b))。

注入内管８は、先端部に側方に開口する複数の注入材吐出口8aと当該注入材吐出口8aを挟んでその上下両側部に膨縮パッカー8b,8bをそれぞれ備えたダブルパッカー用内管である。

膨縮パッカー8b,8bは、注入内管８の外周にゴムチューブ等を環状に取り付ける等して形成されている。
或いは地上から別途送液管を介してエアまたは液体を封入することにより膨張し、また、膨縮パッカー8b,8b内のエアまたは液体を抜くことにより収縮し、かつ膨縮パッカー8b,8bを収縮させた状態で注入内管８を昇降させて注入ステージを移動することができる。

このような構成において、膨縮パッカー8b,8bを膨張させた状態で地上から注入内管８内に注入材を送液すると、注入材は後述する注入材流路９を通って複数の注入材噴射スリット5aからゴムスリットチューブ５の外に高い圧力で噴射し、さらにその噴射圧によって固化したシールグラウト３に各注入材噴射スリット5aの配列方向に亀裂を形成して、柱状浸透源を形成し、その亀裂を通って孔壁周囲の地盤内に浸透注入される(図6(a),(b)参照)。

前記注入材流路９は、注入材吐出口8a、上下パッカー8b,8bによってシールされた注入外管７と注入内管８間の間隙10、注入材吐出口7a、注入外管７と長尺ゴムスリットチューブ５間の間隙６および注入材噴射スリット5aからなる(図６(a),(b))。

さらに、注入内管８を昇降させて注入材吐出口8aと膨縮パッカー8b,8bのセットする位置を注入外管７の管軸方向に移動し、各ステージごとに注入内管８を通して注入材を送液することにより、各ステージの地盤中に注入材を浸透注入させることができる。長尺ゴムスリットチューブは図７の異なる土層L１,・・・L4に対応して分割してもよい。また土層によってスリットの密度や大きさを設定してもよい。このようにすれば内管のパッカを複数の区間を挟む位置に設置して注入することにより各土層に最適の注入量を同一柱状固結径になるように注入内管を移動しなくても所定区間を一度に注入することができる。

また、注入材供給プラント(図省略)からの注入を停止すると、ゴムスリットチューブ５がその弾性力によって注入外管７の外周面に密着することにより注入外管７の注入材吐出口7aを完全に密閉することにより、注入外管７の外に吐出された注入材が管内に逆流することはない(図5(a),(b))。

図７〜図９は、図４〜図６で説明した注入管の変形例を図示したものであり、注入外管７の外周に長尺ゴムスリットチューブ５が注入外管７の地盤注入の対象となる全長に連続して密着されている。
当該長尺ゴムスリットチューブ５は分割締結具11によって管軸方向に複数の区間に仕切られ、これにより注入材が分割締結具11を超えて上下の区間に流入しないようになっている。

また長尺ゴムスリットチューブ５は、複数の短尺ゴムスリットチューブを分割締結具11によって管軸方向に脱着自在に連結することにより、地盤の深さに応じて全長の長さを自由に調整できるように形成されてもよい。

この構造では長尺ゴムスリットチューブ５が所定の注入ステージ長に分割締具11で分割され、上下の長尺ゴムスリットチューブ5,5は分割締具11で分離している。長尺ゴムスリットチューブ５の１分割長は30cm〜2ｍ程度が望ましい。

長尺ゴムスリットチューブ５の中に吐出された注入材は分割締具11で上下の長尺ゴムスリットチューブ5,5内に分割してそれぞれから吐出する事もできるし、又ダブルパッカー内管の位置に分割したゴムスリットチューブの複数を挟むように設置すれば複数の分割部分の注入ステージを同時に注入することができる。

図8(a),(b)は、ステージ毎に注入内管８を昇降させて孔壁周囲の地盤中に注入材を注入する例であり、また、図9(a),(b)は注入内管８の膨縮パッカー8b,8bの位置を複数の注入ステージｎＬにまたがるように設置して複数の注入ステージに同時に注入材を注入する例である。複数の注入ステージの土質が均質ならば複数の注入ステージを同時にかつ均質に注入することができる。

図10(a),(b)は、同じく注入管の変形例を図示したものであり、注入外管７の外周に複数の袋パッカー12,12が管軸方向に間隔をあけて取り付けられ、各袋パッカー12,12の間には長尺ゴムスリットチューブ５が取り付けられている。

袋パッカー12,12は、モルタル等の固結材を封入することにより削孔２の内径より大きく膨張して削孔２の孔壁と注入外管７との間をステージごとに完全にシールするように構成されている。

そして、各袋パッカー12,12を膨張させて各ステージごとに袋パッカーでシールした状態で注入内管８に注入材を送液すると、注入材は長尺ゴムスリットチューブ５の各注入材噴射スリット5aから袋パッカー12,12間の孔壁に高い圧力で噴射することにより、例え孔壁が崩壊しても各袋パッカー12,12間のゴムスリットチューブ５の全長にわたって孔壁周囲の地盤中に柱状浸透する。

なお、削孔２内の上下袋パッカー12,12間は、空間のままでもよいし、また図示するようにシールグラウト３を充填しても良い。また、袋パッカーは布製でも良いし、ゴムや不透水性の弾性袋体でもよい。また袋体は1個でも良いし、複数個でも良い。

また、図10(c)に図示するように長尺ゴムスリットチューブ５の外周に織布や不織布やマットなどからなる透水性シート13を取り付けて柱状浸透源とすることもできる。また図1の注入管に透水性シートを取り付けても良い。

図11は、図１〜図３で説明した注入管を結束して用いる例を図示したものであり、図示するように一地点の削孔２内に複数の注入管１が立て込まれている(結束注入管)。また、各注入管1,1同士は、各注入管1,1間にシールグラウトが充填されやすいように隙間を保持した状態で互いに結束しても良い。また、削孔２の孔壁と各注入管１との間および各注入管1,1間にシールグラウト３が充填されている。またシールグラウトを用いなくても、その注入管を削孔中に設置するにあたって、その削孔壁の間に砂等の透水性材料を落とし込んでおいても良い。

図12は、注入管１に補強用の芯材(支持棒)15を抱き合わせて注入管を補強した例を図示したものである。芯材15には鉄筋や鋼棒、または硬質プラスチック棒や生分解性芯材などが用いられている。

図13は、図１〜図３、図１１、図１２で説明した注入管を用いて実施する地盤注入工法の一例を図示したものであり、図示するように複数の注入管１が一定領域の地盤内に一定の間隔をおいて設置されている。また、複数の注入管１は互いに深さを変えて設置してもよい。

そして、各注入地点の注入管１に注入材を送液すると、注入材は各注入地点の地盤内で長尺ゴムスリットチューブ５より孔壁周囲の地盤中に浸透注入されることにより、造成地などの広い面積の地盤改良もきわめて効率的かつ迅速に行うことができる。特に、注入ステージ(地層)の厚さに合わせて長尺ゴムスリットチューブ５を長くすることにより、吐出量の大きな注入材を孔壁周囲の地盤中に低圧力で浸透注入させることが可能なため、各注入管１どうしの間隔Ｄを大きくして、造成地など広い地盤の地盤改良をきわめて効率的かつ経済的に行うことができる。

図14は、本発明の他の実施形態を図示したものであり、特に図２〜図４、図６で説明した結束注入管を複数備えている。当該地盤注入装置によれば、広大な面積を有する地盤の地盤改良や地盤浄化をきわめて効率的にしかも短期間で行うことができる。

具体的に説明すると、所定領域の地盤に間隔をおいて形成された複数の削孔２内に上記した結束注入管１がそれぞれ挿入されている。また、各結束注入管１に注入材供給プラント16から延びる共通の送液管17がそれぞれ接続され、送液管17には注入材供給プラント16から各注入地点の結束注入管１に注入材を送液するための送液ポンプ24、各結束注入管１に送液される注入材の流量と圧力を計測するための流量・圧力計19、各結束注入管１への送液の開始と停止を切り替える流路切替バルブ25、さらに各結束注入管１において各注入細管への送液を調整する流量調整バルブ26等がそれぞれ接続されている。

この流量調節バルブ26は、単なる送液バルブでもよいし、オリフィスでもよいし、または開度を調整できるしぼり部でもよい。オリフィスやしぼり部などの細孔を設けた場合、ポンプの送液圧力と細孔の面積に対応した一定の吐出量が得られるため、一つのポンプから多数の流量調節バルブ26から複数の注入管１に同時に注入できる。

さらに送液ポンプ24、各流量調節バルブ26および各流路切替バルブ25にはこれらの機器を適切な状態に制御するための集中管理装置23が接続されている。

このような構成において、送液ポンプ24、流量・圧力計19、流路切替バルブ25および流量調節バルブを集中管理装置23によって適切に制御することにより、各注入地点に所定の流量の注入材を送液すると共に、各注入地点において孔壁周囲の各ステージ内に所定の流量の注入材を注入することができる。また、流路切替バルブ25を操作することにより一または複数地点への注入を連続的に注入したり、選択的に注入したり停止したり或いは流量を調節したりすることができる。

図15は、同じく本発明の他の実施形態を図示したものであり、特にユニットポンプ18、流量・圧力計19および流量調節バルブは、結束注入管１毎に注入材供給プラント16から延びる送液管17に接続されていることにより、各結束注入管１がそれぞれ独立した地盤注入装置を構成し、また各結束注入管1,1どうしが共通の送液管17によって接続され、かつ各結束注入管１との接続部に流路切替バルブ25が接続されていることにより、仮に一部の地盤注入装置がユニットポンプ18やバルブ等の故障やメンテナンス等で停止した場合においても、送液管17を介して停止中の結束注入管１に注入材を送液することにより継続して地盤注入を行うことができるようになっている。

図15は独立して駆動するユニットポンプ18からなる多連装ポンプを集中管理装置で一括管理する注入装置を用いて各ユニットポンプ18に対応した注入管を経て地盤に注入する。注入管は本発明の結束注入細管或いは単管注入管でもよい。 各ユニットポンプ18からの送液は注入土層の複数の注入細管にそれぞれ行っても良いし、1本の注入細管の軸方向の異なる吐出口に同時に或いは選択的に注入できる。

図16(a)〜(d)は、既存の建物や貯蔵タンク等の地上に建つ既存の建物26や構造物直下の地盤に対して実施する地盤注入工法を図示したものであり、既存の建物27の周囲地盤面より既存の建物の下方に向けて複数の削孔が間隔を開けて形成され、各削孔内に注入管１が削孔ごとに複数挿入されている。また、削孔の孔壁と注入管１との間にシールグラウトが充填されている。

このうち、図16(a)は 図４〜６で説明した注入管を用いた例であり、図16(b)は図７〜９で説明した注入管を用いた例であり、そして図16(c)は図11(a),(b)で説明した注入管を用いた例である。

いずれの例においても、注入材供給プラント(図省略)から送液管を介して各注入管１に注入材を送液すると、注入材は各注入管１において注入管本体４の各注入材吐出口4aより注入管本体４の外に吐出して、ゴムスリットチューブ５を注入材の吐出圧によって押し広げて注入管本体４の外周面とゴムスリットチューブ５の内周面との間に間隙６を形成する(図6(a),(b)参照)。

そして、注入材は、注入管本体４の外周面とゴムスリットチューブ５の内周面との間隙部６内を注入管本体４の管軸方向および円周方向に流れ、長尺ゴムスリットチューブ５の各注入材噴射スリット5aからゴムスリットチューブ５の外に吐出し、さらにその噴射圧によって固化したシールグラウト３に各注入材噴射スリット5aが配列してある管軸方向に亀裂を形成し、その亀裂を通って孔壁周囲の各ステージの地盤内に浸透注入されることにより、既存の建物や構造物の直下地盤に対して小さな削孔径によって経済的に地盤改良を実施することができる。

上述したように、本発明によれば、円形断面の筒状弾性被覆体(ゴム膜等)は注入管の外周に複数の注入材吐出口を密閉するように弾性力(ゴム弾性等)によって密着しているため、注入材吐出口は弾性被覆体によって密閉されるため、注入液は、これらの長尺筒状ゴム弾性の円周の接線方向に生ずる引張力に打ち克つ噴射圧で削孔壁、或いはシールグラウトに噴射するため、その噴射圧力によって削孔壁、或いはシールグラウト（固結体）が削孔壁の深度方向に多少の強度のばらつきがあっても軸方向に沿って筒状体の全長に連続した亀裂を生じ、そこから柱状浸透する。また長尺筒状ゴム弾性が注入管表面全面に作用しているため大きな逆止効果によって吐出口が密閉されるため地盤中に吐出された注入材や他の注入管からの注入液は注入管内に逆流することはない。従って各吐出口に逆止弁を取り付ける必要もないし、また長軸方向に沿って、柱状浸透源をつくるためにマットを形成しなくても済む。また懸濁液を注入した場合、スリットチューブにゆるみがある場合は吐出後、吐出口とスリットチューブのスリットと管壁の間に懸濁物が残り、それが壁の青の繰り返し注入や外部からの逆流に対する逆止効果を阻害するが、円形断面の筒状弾性スリットチューブが吐出後も引張力が作用していると残存している懸濁液がスリットから排出されてしまい、逆止効果が阻害されないことが判った。また、従来の注入管のように懸濁液がマットをつめてしまう事もなく所定注入領域全体の注入管外周に作用する長尺円筒弾性ゴムの弾性によって逆止機能を失う事もなく懸濁液の繰り返し注入や懸濁液の一次注入、溶液グラウトの二次注入も容易となる。また、このようにスリットチューブ全長にわたって引張力が作用しているため、その逆止効果がすぐれているところから土壌浄化液や気体や気体混入液のような非固結性の透過性にすぐれた注入液を注入した後、注入液が注入管内に逆流することがないため、また効果が不十分なら同じ注入管で何回でも繰り返し注入ができるため、土壌浄化工法や不飽和化工法等にも適用できる。スリットはゴム面の縦方向でも横方向でも設けることができるが、前述したように、スリットは管径の円周に沿う方向、即ち横方向が好ましい。縦方向のスリットだと、スリットが縦に開いて、円周方向の引張力が切れてしまうので、管径方向にゆるみが生じやすくゴム弾性の効果が損なわれるからである。また筒状被覆材としてスリットのある熱収縮性樹脂の薄膜は不向きである。なぜならばこのような樹脂の薄膜は注入管を被覆して熱を加えれば収縮して管壁に密着するものの、注入材を注入したあとはスリットが開いたまま密着が失われるため、逆止効果が得られないからである。それに対してゴム製の筒状被覆材は加熱の有無にかかわらず弾性を失わず、注入前後において逆止効果を失わない。また本発明注入管は注入吐出口から吐出された注入液はゴム弾性の引張力に抵抗してスリットから噴出する際に生ずる長尺の筒状弾性体の膨張力で外側のシールグラウトに管軸方向に連続した亀裂を生じさせて長軸方向の亀裂面からの浸透を容易にする効果も生ずる。

また、弾性被覆体は薄いゴムシート等で注入管に密着して円筒状に形成することが可能なため、注入管の径を小さくすることができ、これに伴い注入管を立て込む削孔の径も小さくてよいため、削孔が容易になりコスト削減が図れる。また、注入管の径を細くすることが可能なことにより注入管に可とう性を付与することも可能になり、曲線状に削孔された孔内にも抽入することができる。

本発明は、主に地盤の止水性向上、強度増大、液状化防止、さらには空洞部の充填や地盤の浄化等に適し、大きな吐出量の注入材を孔壁周囲の地盤中に低圧力で広範囲かつ均一に浸透注入させることができる。本発明は、任意の固結性注入材のみならず、非固結性の空気やマイクロバブル等の不飽和化工法や土壌浄化材の注入にも効果的に実施することができる。

１ 注入管
２ 削孔
３ シールグラウト
４ 注入管本体
4a 注入材吐出口
５ 長尺ゴムスリットチューブ(筒状弾性被覆体)
5a 注入材噴射スリット
６ 間隙
７ 注入外管
８ 注入内管
９ 注入材流路
10 間隙
11 分割締結具
12 袋パッカー
13 透水性シート
14 結束金具
15 芯材
16 入材供給プラント
17 送液管
18 ユニットポンプ
19 流量圧力計
20 開閉バルブ
21 回転数変速機
22 駆動源
23 集中管理装置
24 送液ポンプ
25 流路切替バルブ
26 既存構造物

Claims (12)

1. 地盤に形成された削孔内に設置して孔壁周囲の地盤中に注入材を浸透注入するための注入管を備えた地盤注入装置において、前記注入管は管軸方向に複数の注入材吐出口を有する注入管本体と当該注入管本体の外周に密着された、長尺ゴムスリットチューブからなる筒状弾性被覆体とから構成され、前記筒状弾性被覆体には複数の注入材噴射スリットが前記注入材吐出口と重ならないようにかつ注入管本体の周方向に形成され、前記注入管本体に送液された注入材は、前記注入材吐出口より前記注入管本体と筒状弾性被覆体との間に吐出すると共に、当該注入材の吐出圧によって前記筒状弾性被覆体を押し広げて、前記注入管本体と筒状弾性被覆体との間を注入管本体の管軸方向および円周方向に流れ、かつ前記複数の注入材噴射スリットより前記筒状弾性被覆体のゴム弾性の円周方向に作用する引張力に打ち克つ液圧をもって筒状弾性被覆体の外に噴射することにより孔壁周囲の地盤中に柱状浸透し、かつ前記注入管本体への送液の停止と共に、前記筒状弾性被覆体が当該筒状弾性被覆体のゴム弾性の円周方向に作用する引張力によって注入管本体の外周面に密着することにより前記注入管本体と筒状弾性被覆体との間に残存する注入材を筒状弾性被覆体の外に押して注入材の再注入を可能にし、かつ前記注入管本体の外周面に密着して前記注入材吐出口を閉塞することにより前記筒状弾性被覆体の外に噴射した注入材が前記注入材吐出口より注入管本体内に逆流するのを阻止するように構成されていることを特徴とする地盤注入装置。
2. 請求項１記載の地盤注入装置において、注入管本体と孔壁との間にシールグラウトが充填され、注入材噴射スリットから筒状弾性被覆体の外に噴射した注入材は、当該注入材の噴射圧によって前記シールグラウトに管軸に沿ったキレツを形成せしめ、当該キレツから孔壁周囲の地盤中に柱状浸透するように構成されてなることを特徴とする地盤注入装置。
3. 請求項１または２記載の地盤注入装置において、筒状弾性被覆体は、注入管本体の管軸方向に間隔をおいて複数密着されていることを特徴とする地盤注入装置。
4. 請求項１または２記載の地盤注入装置において、筒状弾性被覆体は、注入管本体の管軸方向の全長に連続して密着され、かつ管軸方向に複数の区間に仕切ることにより各区間の間を注入材が流入しないように構成されていることを特徴とする地盤注入装置。
5. 請求項１〜４のいずれかひとつに記載の地盤注入装置において、筒状弾性被覆体の外周は透水性材料によって覆われていることを特徴とする地盤注入装置。
6. 請求項１〜５のいずれかひとつに記載の地盤注入装置において、注入材は、注入管本体内に設置されたパッカー付き注入内管を通して孔壁周囲の地盤中に浸透注入するように構成されていることを特徴とする地盤注入装置。
7. 請求項１〜６のいずれかひとつに記載の地盤注入装置において、注入管本体の外周に１または複数の袋パッカーが設置されていることを特徴とする地盤注入装置。
8. 請求項１〜７のいずれかひとつに記載の地盤注入装置において、複数の注入管が、各注入管の筒状弾性被覆体が管軸方向の異なる位置に位置するように配置され、かつ互いに結束されていることを特徴する地盤注入装置。
9. 請求項１〜８のいずれかひとつに記載の地盤注入装置による地盤注入工法において、地盤に形成された削孔内に注入管を設置し、当該注入管と孔壁との間隙にシールグラウトまたは砂質土を充填することを特徴とする地盤注入工法。
10. 請求項１〜８のいずれかひとつに記載の地盤注入装置による地盤注入工法において、複数の注入地点に形成された削孔内に注入管をそれぞれ設置して複数の地点に同時に、または一または複数の地点を選択して注入材を注入することを特徴とする地盤注入工法。
11. 請求項３〜８のいずれかひとつに記載の地盤注入装置による地盤注入工法において、注入材は１または複数に分割された筒状弾性被覆体から１または複数の注入ステージに同時に或いは選択的に注入することを特徴とする地盤注入工法。
12. 請求項１〜８のいずれかひとつに記載の地盤注入装置による地盤注入工法において、既存建物または既存構造物の周囲地盤より当該既存建物または既存構造物の下方の地盤中に削孔を形成し、当該削孔内に注入管を設置して前記既存建物の直下または既存構造物の直下の地盤中に注入材を注入することを特徴とする地盤注入工法。