JP6431194B2 - 耐震補強及び品質管理のためのｃ．ｇ．ｓ注入管理図獲得装置 - Google Patents

Description

本発明は、耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置に係り、より詳しくは、地盤にパイルを挿入し難い環境の地盤内部に均一な形態のグラウト柱を形成することができる、耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置に関する。

一般に、軟弱地盤を補強するための方法として、鉄製パイル（ｐｉｌｅ）などを地盤の内部に挿入する工法を利用する。

しかし、時によっては、地盤の状態または施工現場の与件に応じて、このような工法を利用できない場合も生じる。

かかる場合、非流動性のモルタル型注入剤を地盤の内部に注入して柱状の固結体を形成し、周辺の地盤を圧縮及び強化させる方法をもって地盤を補強する地盤改良工法を適用することができ、このような工法は、Ｃ.Ｇ.Ｓ（Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）工法としてよく知られている。

このようなＣ.Ｇ.Ｓ工法は、スランプ値が５cm以下の低流動性材料を使うため、注入剤が計画された場所を比較的に少なく離脱しつつ、固結体の形成が可能であり、既存構造物の周辺または地下室などの狭い場所でも作業が可能である。

また、無振動／無騒音で施工が可能であって、市街地または住宅密集地域にも適用可能であり、使われる注入剤も環境に優しい特徴がある。

しかし、Ｃ.Ｇ.Ｓ工法を施工するにあたり、地盤の内部に注入する注入剤の注入状態が肉眼で確認できないため、注入現況の把握及び地盤状態に対する対策を立て難い問題点がある。

したがって、注入剤の注入で他の地盤破砕現象が発生しても、これに対して備えることが難しくて、破砕現象が発生した後で事後措置を取るようになる問題点がある。

また、設計された定量注入に対する確認及び施工品質管理が作業者の経験値に頼る実情であるため、施工完成度に対する疑問を解消しにくい問題点がある。

本発明の技術的課題は、背景技術で言及した問題点を解決するためであって、地盤にパイルを挿入し難い環境の地盤の内部に均一な形態のグラウト柱を形成することができる、耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置を提供することである。

本発明が成そうとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていない他の技術的課題は、以下の記載から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者には明確に理解できる。

技術的課題を解決するために案出された本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置は、地盤の内部にグラウトを単位時間当たり定量ずつ既設定された定圧の注入圧で注入するポンプユニット、上記ポンプユニットによって上記地盤の内部に注入される上記グラウトが上記ポンプユニットから吐出される圧力である吐出圧を測定するセンサーユニット、及び上記ポンプユニットが供給する上記グラウトの単位時間当たり注入量及び上記センサーユニットで測定された上記吐出圧に基づいて深度別注入管理図を算出するモニタリングユニットを含んでもよい。

ここで、上記ポンプユニットは、上記グラウトを定量ずつ注入する単位時間を調節する速度モジュール、及び上記グラウトの注入圧を調節する圧力モジュールのうちの少なくとも一つ以上を含んでもよい。

また、上記ポンプユニットは、上記モニタリングユニットで算出された上記注入管理図の深度別変化量が変動される場合、上記グラウトを定量ずつ注入する単位時間及び上記グラウトの注入圧のうちの少なくとも一つ以上を調節する制御モジュールを含んでもよい。

この際、上記制御モジュールは、上記注入管理図の深度別変化量値が大きくなるとき、上記グラウト注入圧を上記既設定された定圧に比べて低く調節することができる。

また、上記制御モジュールは、上記注入管理図の深度別変化量値が小さくなるとき、上記グラウトを定量ずつ注入する単位時間を増やすことができる。

一方、上記モニタリングユニットは、上記モニタリングユニットによって算出された上記注入管理図の情報を、使用者に上記グラウトが注入される注入深度別に提供する情報提供モジュールを含んでもよい。

また、上記モニタリングユニットは、上記注入管理図の深度別変化量が変動される場合、使用者に知らせるアラームモジュールを含んでもよい。

本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置によれば、地盤にパイルを挿入しにくい環境の地盤の内部に均一な形態のグラウト柱を形成することができる。

このような本発明による効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及されていない他の効果は請求範囲の記載から当業者には明確に理解できる。

土質が均一な地盤の内部にＣ.Ｇ.Ｓ工法を利用してグラウト柱を形成する状態を示す図面である。 図１の場合に表わされる深度別グラウト吐出圧とグラウトの単位時間当たり注入量の割合を図示したグラフである。 上下部の土質が相違する地盤の内部にＣ.Ｇ.Ｓ工法を利用してグラウト柱を形成する状態を示す図面である。 図３の場合に表わされる深度別グラウト吐出圧とグラウトの単位時間当たり注入量の割合を図示したグラフである。 本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置の全体的構成を示す図面である。 本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置のポンプユニットが速度モジュール、圧力モジュール及び制御モジュールをさらに含む構成を示す図面である。 本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置のモニタリングユニットが使用者に情報を伝達する状態を示す図面である。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明すれば、次のとおりである。ただし、本発明を説明するにあたり、既公知された機能あるいは構成に対する説明は、本発明の要旨を明瞭にするために省略する。

同時に、本発明を説明するのにあたり、前方／後方または上側／下側のように方向を指す用語は、当業者に本発明を明確に理解させるために記載したものであって、相対的な方向を指すものなので、これによって権利範囲が制限されるとは言えない。

先ず、図１ないし図４を参照し、本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置を利用してグラウト柱を形成する原理について詳しく説明する。

ここで、図１は土質が均一な地盤の内部にＣ.Ｇ.Ｓ工法を利用してグラウト柱を形成する状態を示す図面で、図２は図１の場合に表わされる深度別グラウト吐出圧とグラウトの単位時間当たり注入量の割合を図示したグラフである。

また、図３は上下部土質が相違する地盤の内部にＣ.Ｇ.Ｓ工法を利用してグラウト柱を形成する状態を示す図面で、図４は図３の場合に表わされる深度別グラウト吐出圧とグラウトの単位時間当たり注入量の割合を図示したグラフである。

図１に図示されたように、Ｃ.Ｇ.Ｓ工法を利用して地盤の内部に柱を形成する際、グラウトＧで形成される柱が地盤の内部に硬い岩盤層Ｂと地面を連結して構造物などを支持できるように、軟弱地盤Ａを貫通する形で形成してもよい。

一般的なＣ.Ｇ.Ｓ工法では、地盤の内部にグラウトＧを注入する注入管Ｔを軟弱地盤Ａを貫通して岩盤層Ｂに至る深い深度Ｄ２まで挿入した後、グラウトＧを注入し、注入管Ｔを上向に移動させる方法によって施工するが、本発明による耐震補強及び品質管理ができるＣ.Ｇ.Ｓ工法もこのような方法に基づいて説明する。

先ず、地盤の内部にグラウトＧを注入する際、グラウトＧを単位時間当たり定量ずつ既設定された定圧の注入圧で注入し、一定量の注入が完了されると注入管Ｔを所定の間隔で上昇させ、再び注入することができる。

この際、グラウトＧが注入される軟弱地盤Ａが深い深度Ｄ２から浅い深度Ｄ１まで土質がいずれも均一に形成されていれば、グラウトＧが注入される各深度ごとに類似の量と形態のグラウトＧ柱が形成されるようになり、凝固されたグラウトＧが柱としての役割をすることができる。

かかる場合、全工程を行う過程において、グラウトＧが注入される単位時間当たり注入量は同じであってもよい。

また、グラウトＧを注入する注入圧も同一であるが、注入管Ｔを通じて吐出されるグラウトＧの吐出圧は、グラウトＧの注入深度が深い深度Ｄ２から浅い深度Ｄ１へと移動する距離と比例して低くなってもよい。

したがって、図２に図示されたように、全体的な注入過程で表わされる注入深度別グラウトＧ吐出圧Ｖ２をグラウトＧの単位時間当たり注入量Ｖｓで分けた値をグラフで表すと、その変化量が一定することが分かる。

しかし、地盤内部の土質状態が均一な場合は非常に稀であるため、図３に図示されたように、地盤内部の土質状態の一部が相違することもある。

図３では、地盤内部の土質状態が上下部に分けて相違する場合に簡素化して表現し、このような場合に基づいて本発明に対する原理を説明する。

図３において、軟弱地盤Ａの下部層Ａ２に比べて上部層Ａ１がもっと稠密に形成された地盤で構成されている場合、Ｃ.Ｇ.Ｓ工法を通じてグラウトＧを注入しながら、注入管Ｔを上昇させる過程で、地盤の下部層Ａ２から上部層Ａ１への順にグラウトＧを注入することができる。

この際、上述したように、地盤の内部に注入されるグラウトＧの吐出圧が注入深度の変化に比例して低くなるが、比較的に稠密に形成された上部層Ａ１区間に注入すると、グラウトＧの吐出圧が比較的に少なめに低くなる。

すなわち、グラウトＧの注入過程中、地盤内部の土質状態が比較的に稠密になる場合は、地盤内部の土質状態が均一であるとき、期待できるグラウトＧの吐出圧より比較的高い吐出圧が測定されることがある。

このような場合、グラウトＧが注入されて形成される柱でグラウトＧ自体の密度が注入深度別に相違するようになって、地上から伝わる力をまともに支えられないことがあり、施工過程でグラウトＧの圧力によって地盤が破砕される現象まで発生することもできる。

一方、上述した仮定とは逆に、軟弱地盤Ａの下部層Ａ２が上部層Ａ１に比べてもっと稠密に形成された地盤で構成されている場合、Ｃ.Ｇ.Ｓ工法を通じてグラウトＧを注入しながら注入管Ｔを上昇させる過程で、地盤の下部層Ａ２から上部層Ａ１の順にグラウトＧを注入することもできる。

この際、グラウトＧの注入深度の変化に比例して低くなる吐出圧は、比較的に粗く形成された上部層Ａ１区間に注入しながら、比較的に大きく低まってもよい。

すなわち、グラウトＧの注入過程中、地盤内部の土質状態が比較的に粗くなる場合は、地盤内部の土質状態が均一であるとき、期待できるグラウトＧの吐出圧より比較的に低い吐出圧が測定されることがある。

このような場合、グラウトＧが注入されながら全体的なグラウトＧ柱の形態が片方へ広がるように形成されるなど、安定的な柱状を形成することができなくなって、地上から伝わる力をまともに支えられないこともありうる。

このような変化は、図４に図示されたように、全体的注入過程で表わされる注入深度別グラウトＧ吐出圧Ｖ２をグラウトＧの単位時間当たり注入量Ｖｓで分けた値を示したグラフを通じて見られる。

地盤内部の土質状態が全体的に均一な場合に表わされるグラフは、Ｃ１の形態を期待することができるが、深い深度Ｄ２から浅い深度Ｄ１へとグラウトＧを注入する過程で上部層Ａ１の土質状態が比較的に稠密になる場合は、Ｃ２のグラフ形態を示すことができ、上部層Ａ１の土質状態が比較的に粗くなる場合には、Ｃ３のグラフ形態を示すことができる。

したがって、このようなグラフ形態の変形を防止して、より均一で一定形態のグラウトＧ柱を形成することができる
次いで、図５ないし図７を参照して、上述した原理どおり工程を行うことができる、本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置の一実施例の構成に対して詳しく説明する。

ここで、図５は本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置の全体的な構成を示す図面で、図６は本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置のポンプユニットが速度モジュール、圧力モジュール及び制御モジュールをさらに含む構成を示す図面で、図７は本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置のモニタリングユニットが使用者に情報を伝達する状態を示す図面である。

先ず、図５に図示されたように、本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置は、ポンプユニット１００、センサーユニット２００及びモニタリングユニット３００を含んでもよい。

ポンプユニット１００は、地盤の内部にグラウトＧを注入する構成要素で、注入管Ｔと連結されて地盤の内部に挿入された注入管ＴにグラウトＧを供給することができる。

このようなポンプユニット１００がグラウトＧを注入する際、ポンプユニット１００は単位時間当たり定量ずつ既設定された定圧の注入圧でグラウトＧを注入することができる。

ここで既設定される単位時間当たりグラウトＧを注入する量及びグラウトＧの注入圧は、設計段階で採取した地盤のサンプルを通じて確認された地盤透水係数に基づいて設定されてもよい。

一方、センサーユニット２００は、上述したポンプユニット１００によって地盤の内部に注入されるグラウトがポンプユニット１００から吐出される圧力である吐出圧を測定する構成であって、ポンプユニット１００のグラウトＧ吐出口に接して設けられてもよい。

このようなセンサーユニット２００で測定された吐出圧は、後述するモニタリングユニット３００に伝達され、グラウトＧの注入状態を把握するために活用されてもよい。

また、吐出口に接して備えられるセンサーユニット２００は地上に備えられるため、相対的に安定的な環境で動作することができ、地盤の内部でグラウトＧの吐出圧を測定することに比べてセンサーユニット２００の耐久性を向上させることができ、メンテナンスが相対的に容易である。

本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置が、測定された吐出圧を通じてグラウトＧの注入状態を把握するもっと詳しい方法は後述する。

一方、モニタリングユニット３００は、ポンプユニット１００が供給するグラウトＧの単位時間当たり注入量及びセンサーユニット２００で測定されたグラウトＧの吐出圧に基づいて、グラウトＧが注入される深度別に注入管理図を算出することができる。

より詳細には、モニタリングユニット３００で算出される注入管理図は、図４に対する説明で上述した内容のように、各深度別にグラウトＧがポンプユニット１００で吐出される吐出圧Ｖ２をグラウトＧが単位時間当たり注入される注入量Ｖｓで分けた数値であってもよい。

モニタリングユニット３００は、このような注入管理図の数値が各深度別に変化される変化量をチェックしながら、各深度別注入管理図の変化量の数値が変動するか否かを感知及び判断することができる。

また、各深度別注入管理図の変化量数値が変動する場合、後続措置を取るようにしてもよい。

まず、上述したように、各深度別注入管理図の変化量数値が均一に表れる場合、地盤の内部に注入されるグラウトＧが均一な形態の柱へと形成されることができる。

したがって、各深度別注入管理図の変化量数値が変動されると、その数値を調節してグラウトＧ柱を均一に形成することができる。

注入管理図が各深度別にグラウトＧがポンプユニット１００から吐出される吐出圧Ｖ２をグラウトＧが単位時間当たり注入される注入量Ｖｓで分けた数値である場合、注入管理図の変化量数値が比較的に大きくなるとき、グラウトＧの注入圧を低めたり、またはグラウトＧが単位時間当たり注入される注入量Ｖｓを増やして注入管理図の数値を低くすることができる。

また、逆に注入管理図の変化量数値が比較的に小さくなるとき、グラウトＧの注入圧を高めたり、またはグラウトＧが単位時間当たり注入される注入量Ｖｓを減らす方法によって注入管理図の数値を高めることができる。

ただし、注入圧の数値を低めたりグラウトＧの単位時間当たり注入量Ｖｓを低めることが、注入圧を高めたりグラウトＧの単位時間当たり注入量Ｖｓを高めることより、発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置にかかる負担を減らすことができ、エネルギー節減にも效率的である。

したがって、注入管理図の変化量数値が大きくなるときはグラウトＧの注入圧を低めて、注入管理図の変化量数値が小さくなるときはグラウトＧが単位時間当たり注入される注入量Ｖｓを減らすために、単位時間を長く設定する方法を使うことができる。

このようなグラウトＧ注入設定を変更するために、本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置のポンプユニット１００は、速度モジュール１１０及び圧力モジュール１２０のうちの少なくとも一つ以上を含んでもよい。

速度モジュール１１０は、グラウトＧを定量ずつ注入する単位時間を調節することができ、圧力モジュール１２０はグラウトＧの注入圧を調節できるように構成されてもよい。

このような速度モジュール１１０及び圧力モジュール１２０は、施工作業者によって駆動されることができ、また、算出された注入管理図の値によって自動に制御されることもできる。

先ず、図６に図示されたように、速度モジュール１１０及び圧力モジュール１２０がモニタリングユニット３００によって算出された注入管理図の値によって自動に制御される場合は、ポンプユニット１００が制御モジュール１３０をさらに含んでもよい。

制御モジュール１３０は、モニタリングユニット３００によって算出された注入管理図の値の深度別変化量値をチェックしながら、その値の変化量が変動する際に、上述した速度モジュール１１０または圧力モジュール１２０を制御して全体的な深度別注入管理図の変化量の値を一定に保つことができる。

このような場合、全体工程管理にかかる時間及び費用を節約することができる効果があり得る。

また、速度モジュール１１０及び圧力モジュール１２０が施工作業者によって駆動される場合は、モニタリングユニット３００で算出された深度別注入管理図の数値を施工作業者に伝える必要がある。

したがって、図７に図示されたように、モニタリングユニット３００は別途の情報提供モジュール３１０をさらに含んで作業者Ｈに深度別注入管理図の情報を伝えることができる。

このような場合、情報提供モジュール３１０はディスプレイで構成され、図２及び図４のようなグラフを表示することができる。

作業者Ｈは、このような情報提供モジュール３１０に表示される情報に基づき、ポンプユニット１００の速度モジュール１１０及び圧力モジュール１２０を調節する措置を取って、Ｃ.Ｇ.Ｓ工程中に発生する問題に即時対処することができる。

または、モニタリングユニット３００が別途のアラームモジュール３２０をさらに含む構成も適用することが可能である。

アラームモジュール３２０は、モニタリングユニット３００によって算出された注入管理図数値の深度別変化量値が変動される時、作業者Ｈに異常状態を警告することができる。

このような場合、作業者Ｈが直接注入設定を変更したり、本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置に問題があるのかに対し、作業者Ｈがチェックすることができるので、即時対処することができる効果がある。

一方、上述した本発明による耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置を制御するにあたり、自動制御方式及び作業者操作方式を組み合わせて制御することも勿論可能である。

このような構成を通じて地盤の内部にグラウトＧを注入する全体工程を行う間、地盤の状態に合わせてグラウトＧ注入状態を持続的に管理することができる効果を得られる。

したがって、肉眼で確認し難い土層及び土質条件の不規則な変化に関わらず、均一なグラウトＧ柱を形成することが可能であり、施工過程中に生じえる問題に対して迅速に対処し、施工品質管理及び地盤破砕現象の防止などの効果を得られる。

すなわち、地盤の内部状態を把握するために別途の試錐または撮影などを通じて獲得した別途の事前データを利用せずに、グラウトＧ注入過程で測定されるデータに基づいてグラウトＧの注入を制御できる効果が得られる。

また、グラウトＧを注入するための装置にかかる部下を減らし、グラウトＧの注入に消耗されるエネルギーを節約することができるし、グラウトＧ注入工程に要される時間及び費用を節減することができる効果も得られる。

また、以上で説明したように、本発明の特定の実施例が説明されて図示されたが、本発明は記載された実施例に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を脱することなく多様に修正及び変形できることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には自明な事である。したがって、そのような修正例または変形例は、本発明の技術的思想や観点から個別的に理解されてはならず、変形された実施例は本発明の特許請求範囲に属すると言うべきである。

Claims (3)

1. 地盤の内部でグラウトを単位時間当たり定量ずつ既設定された定圧の注入圧で注入するポンプユニット；
   上記ポンプユニットによって上記地盤の内部に注入される上記グラウトが上記ポンプユニットから吐出される圧力である吐出圧を測定するセンサーユニット；及び
   上記ポンプユニットが供給する上記グラウトの単位時間当たり注入量及び上記センサーユニットで測定された上記吐出圧に基づいて深度別注入管理図を算出するモニタリングユニットを含み、
   上記ポンプユニットが、上記グラウトを定量ずつ注入する単位時間を調節する速度モジュールと、上記グラウトの単位時間当たりの注入圧を調節する圧力モジュールとを含み、
   上記モニタリングユニットにより算出される上記深度別注入管理図が、上記注入圧を上記注入量で割った数値であり、
   算出される上記深度別注入管理図の数値が均一に算出されるように、上記深度別注入管理図の数値が大きくなった場合は上記注入圧が上記既設定された定圧よりも低くなるように上記圧力モジュールを制御し、上記深度別注入管理図の数値が小さくなった場合は上記グラウトを定量ずつ注入する単位時間を増やすように上記速度モジュールを制御する、耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置。
2. 上記モニタリングユニットは、
   上記モニタリングユニットによって算出された上記深度別注入管理図の数値を上記グラウトが注入される注入深度別に使用者に提供する情報提供モジュールを含む、請求項１に記載の耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置。
3. 上記モニタリングユニットは、
   上記深度別注入管理図の数値が変動したことを使用者に知らせるアラームモジュールを含む、請求項１または２に記載の耐震補強及び品質管理のためのＣ.Ｇ.Ｓ注入管理図獲得装置。

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