JP6867662B1

JP6867662B1 - 多段同時注入装置

Info

Publication number: JP6867662B1
Application number: JP2020151926A
Authority: JP
Inventors: 了古谷; 一雄下田; 壱岐　和雄; 和雄壱岐
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2040-09-10
Also published as: JP2022046072A

Abstract

【課題】砂質土粒子間隙にグラウトを低吐出量で注入することにより、低圧力できめ細かく浸透させることができる多段同時注入装置並びに工法を提供する。【解決手段】多段同時注入装置１は、グラウトを注入する注入ステップに応じた深さ方向に外管ノズル３〜３’’’を４段以上設けた外管２と、４筒４連式の注入ポンプ４と、気体を圧送するエア発生機９と、を備え、注入ポンプ４が備える４つの吐出口５〜５’’’は、注入ステップに応じた深さ方向に４段設置された吐出孔８〜８’’’を有する注入パイプ７〜７’’’に接続され、エア発生機９は、上下間を閉塞する５カ所のエアパッカー部材１２〜１２’’’’に、連通するエアパイプ１１を通じて気体を圧送可能に接続され、一本のエアパイプ１１の周りに４本の注入パイプ７〜７’’’が配置されて束になった内管を有し、内管は、外管２内に挿入されて外管２に対して昇降自在に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、軟弱地盤、特に砂質土粒子の間隙にグラウトを浸透させて止水や地盤強化を図るストレーナー工法に関するものであり、詳しくは、４筒４連式ポンプを用いて、１注入工あたり４段にグラウトを同時に注入する多段同時注入装置及びそれを用いた多段同時注入工法に関するのである。

従来、軟弱地盤の止水や地盤強化を目的として薬液（以下、グラウトという）注入工法が広く使われている。特に、近年は地震や自然災害の頻発により、液状化対策、或いは、既設構造物などに対する耐震化が求められている。

これらの対象となる地盤は、河川や海辺域に永年にわたり堆積した軟弱な沖積層の砂質土は、堆積の過程で粒子が沈降して層状に生成されているため、砂質土であっても一様ではなく、下部が粗く上部が細かい砂粒子で構成されている場合が多い。

また、砂質土は、粘性土や礫など複雑多岐に互層をなして層状を呈して堆積した地盤である。このため、透水性（透水係数）も大きく異なり、縦方向に比べて横方向の方が透水係数が大となり、また層境も大となる傾向を示している。

このような、地下水下の不均一な砂質土層にグラウトを注入する工法として、主にストレーナー工法が用いられている。このストレーナー工法には、開発された時系列順に、単管ストレーナー工法（非特許文献１、Ｐ１３１参照）、ダブルパッカー工法がある。ダブルパッカー工法としては、代表的なものとして、ソレタンシュ工法、スリーブ工法（非特許文献１、Ｐ１３２〜１３３参照）がある。その後、超多点注入工法（特許文献２、非特許文献２参照）が開発されている。

［単管ストレーナー工法］
我が国で初めて開発されたのが単管ストレーナー工法である。この単管ストレーナー工法は、第１工程で注入管の設置と、第２工程で注入する２工程で構成されている。第１工程は、先端が尖ったガス管パイプで周囲の多数の注入孔が設けられた注入管を対象地盤に打込んで設置している。第２工程の注入は、予め注入管内に溶液型薬液を充填して、注入管と地山の隙間と注入管内をゲル化させた後、注入範囲（注入作用長で約１ｍ）の注入管内を水洗いで排出して注入孔を確保する。

次に、グラウトを１台のポンプで１本のホースで注入すると地盤（地盤抵抗圧）の違いにより、注入されたグラウトは、極僅かの圧力差であっても圧力のかからないところの注入孔に多く浸入し、逆に圧力がかかるところの注入孔には浸入がし難くなる。

この傾向は、時間と共に拡大して行き、さらに、ゲルタイムより長い時間注入を続けると、ついには、ゲル化と相俟って孔は閉塞される。逆に、注入される孔は、数個となり、その結果、不均一な浸透となる。このため、単管ストレーナー工法は、止水や地盤強化を図ることはできないという致命的な欠陥があり、現在、全く使用されていない。

［ダブルパッカー工法］
その後、フランスから技術導入されたダブルパッカー工法（別名、ソレタンシュ工法）やスリーブ注入工法、ダブルストレーナー工法が開発されて、現在では主流をなしている。また、このダブルパッカー工法は、分類的には、二重管ストレーナー工法に属している。

このダブルパッカー工法は、第１工程で注入管の設置、第２工程でグラウト注入の２工程で構成されている。第１工程は、削孔してケーシングパイプを設定し、パイプ内にシールグラウト（主にＣＢ液）を充填する。その後、注入管（外管）を挿入し、シールグラウトが硬化する前に、ケーシングパイプを引き抜く。そして、シールグラウトの硬化後に、水圧で硬化したシールグラウトをクラッキングしてグラウト流路を確保する。

第２工程は、注入管（外管）内に、注入管（内管）にダブルパッカー装置を接続して所定の位置で外管ノズル上下にパッカー（ダブルパッカー）を形成させて固定し、グラウトを注入する。次に、ダブルパッカー装置を上部のステップまで引き上げて、同様にグラウトを注入する。これを繰り返し行い、注入終了後、ダブルパッカー装置が回収される。このダブルパッカー装置が内管に相当する。

このダブルパッカー工法は、低吐出、低圧の注入が可能であるが、１注入工あたり１地点のみの注入であるため、注入に長時間を要する。このため、グラウトの吐出量は、毎分８〜１０Ｌと多くしても作業効率が劣るという施工上の難点があり、効率よく低吐出で低圧で注入することができないという問題がある。

なお、ダブルパッカー工法は、装置上ダブルパッカー装置を１注入工に多数段に複数個（例えば、３〜４地点）連結することは、技術的には可能である。しかし、注入管が１本であるため、前述の単管ストレーナー工法で述べたように、注入時に地盤抵抗圧の違いにより、各注入孔から均一に吐出することができないため、現状では実施されていない。

［超多点注入工法］
超多点注入工法は、第１工程で注入パイプの設置と、第２工程でグラウト注入の２工程で構成されている。第１工程は、ケーシングを所定の位置に設置し、その中にシールグラウトを充填する。その後、シールグラウトがまだ固まらない時に、注入パイプを挿入し、ケーシングパイプを引き抜き、注入パイプを固定する。この注入パイプは、複数の多段位置（注入ステップ）に束にして用いられ、１注入工あたり複数（通常３〜５地点）に同時注入する装置として使用される。

第２工程は、シールグラウトをクラッキング後、１ユニット（大容量多連装重連ポンプから複数の小容量のポンプに接続）から各ポンプ、注入ホース、及び注入ポンプの先端のノズルチップよりグラウトを多段（地点）に同時注入する。このため、１地点からの注入は、低吐出量（毎分３〜５Ｌ程度）で低圧できめ細かな浸透注入ができること、及び１注入工は、１回で注入が終了するため、作業効率が向上する利点がある。

その反面、技術的には、ダブルパッカー工法のように、注入管（内管）を使用せず、またパッカーも使用せず、シールグラウトの中心部に注入パイプを設置させ、確実にパッカー効果を発揮でき難いという難点がある。

また、例えば、５本のパイプを段差毎に設置すると、最上段の注入パイプの位置は、他の４本の注入パイプと重なっており、ノズルから噴射したグラウトは、クラッキング（割れ目の流路）全面を通じて地盤に均一に注入することができ難たいとう難点もある。

さらに、施工的には、注入後の注入パイプと先端ノズルは、シールグラウトに固定されており、回収することができず、そのまま残置されることも難点となる。また、超多点注入工法に用いられる超多点注入装置は、高価なものとなることも難点である。

以上説明したダブルパッカー工法と超多点注入工法には、それぞれ長所、短所があり、これらの短所を取り除き、長所を取り入れた（又は活かした）工法が望まれている。即ち、１注入に対し注入管（外管でストレーナー管）内に複数の注入孔の上下にパッカーを設けた多段パッカー装置を用い、多段同時注入を可能にして低吐出量により低圧でグラウト注入ができる注入工法が望まれている。それに加え、注入終了後に内管（多段同時注入装置）を回収できる注入工法も望まれている。

特開２０１５−３６５０３号公報特開平１１−８１２９６号公報

草野一人、「薬液注入工法ハンドブック」、吉井書店、昭和５８年７月５日、Ｐ１３１〜１３５米倉亮三・島田俊介著、「恒久グラウト本設注入工法の設計施工」、近代科学社、２０１６年１０月３１日、Ｐ１３３〜１３５

そこで、本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであり、その目的とするところは、砂質土粒子間隙にグラウトを低吐出量（毎分１〜８Ｌ）で注入することにより、低圧力できめ細かく浸透させることができる多段同時注入工法を提供することにある。

第１発明に係る多段同時注入装置は、砂質土粒子間隙に深さ方向に４筒４連式の注入ポンプを用いて複数段において同時にグラウトを浸透させて止水や地盤強化を図る多段同時注入装置であって、グラウトを注入する注入ステップに応じた深さ方向に外管ノズルを４段以上設けた外管と、気体を圧送するエア発生機と、を備え、前記注入ポンプは、４つの吐出口を有し、これらの４つの吐出口は、注入ステップに応じた深さ方向に４段設置された吐出孔を有する注入パイプに接続され、前記エア発生機は、注入ステップの上下間を閉塞する５カ所のエアパッカー部材に連通するエアパイプを通じて各エアパッカー部材に気体を圧送可能に接続され、一本の前記エアパイプの周りに４本の前記注入パイプが配置されて束にして固定されて纏めて持ち上げ移動でき、前記エアパッカー部材を膨張させることで前記外管に固定可能な先端装置である内管を有し、前記内管は、前記外管内に挿入されて前記外管に対して昇降自在に構成されていることを特徴とする。

第１発明によれば、低圧、低吐出量により、土粒子間隙に割裂浸透注入ではなく、きめ細かく浸透させることができるだけでなく、多段（４地点）に同時注入できるため注入時間を短縮して施工労力を省力化し、施工費を低減することができる。その上、第１発明によれば、超多点注入工法と違い、グラウト注入完了後に、内管を簡単に回収することもできる。

図１は、本発明の実施の形態に係る多段同時注入装置の構成を模式的に示す模式断面図である。図２は、図１のイ−イ’線断面図である。図３は、図１のロ−ロ’線断面図である。図４は、図１のハ−ハ’線断面図である。図５は、本発明の実施形態に係る多段同時注入工法の施工手順を示す工程説明図である。図６は、グラウト固結体を模式的に示す平面図であり、（ａ）が実施例１で形成したグラウト固結体であり、（ｂ）が比較例１で形成したグラウト固結体である。図７は、グラウト固結体を模式的に示す側面図であり、（ａ）が実施例１で形成したグラウト固結体であり、（ｂ）が比較例１で形成したグラウト固結体である。図８は、グラウト固結体を模式的に示す水平断面図であり、（ａ）が実施例１で形成したグラウト固結体であり、（ｂ）が比較例１で形成したグラウト固結体である。

以下、図面を用いて、本発明の実施の形態に係る多段同時注入装置及びそれを用いた多段同時注入方法について説明する。

＜多段同時注入装置＞
先ず、図１を用いて、本発明の実施の形態に係る多段同時注入装置１について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る多段同時注入装置１の構成を模式的に示す模式断面図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る多段同時注入装置１は、塩ビ管である外管２と、この外管２を通じてグラウトを圧送する注入ポンプ４など、を備えている。

（外管）
外管２は、前述のダブルパッカー工法や超多点注入工法（外管２は無くホースを束にして挿入）と同様に設置される。つまり、地盤に削孔してケーシングパイプ（図示せず）が設置され、ケーシングパイプ内に主にＣＢ液（セメントベントナイト液）からなるシールグラウト１４が充填される。その後、注入管である外管２が挿入されて、シールグラウト１４が硬化する前に、ケーシングパイプを引き抜きくことで、外管２がシールグラウト１４で固められて固定される。勿論、シールグラウト１４には、水圧でクラッキングされてグラウト流路が確保される。

この外管２には、グラウトを注入する注入ステップに応じた上下方向（深さ方向）複数段に亘り、外管ノズル３〜３’’’が設けられ、これらの外管ノズル３〜３’’’を通じて、軟弱地盤の止水や地盤強化のために、後述のグラウトが砂質土からなる地盤に注入される。

（注入ポンプ）
この注入ポンプ４は、グラウト圧送に用いられる４筒２連式のプランジャー型（ピストン型）多筒式ポンプを改良して１筒毎に吐出口を設けた４筒４連式のプランジャー型多筒式ポンプである。

この注入ポンプ４は、４つの吐出口５〜５’’’を有し、これらの４つの吐出口５〜５’’’には、それぞれ樹脂製の４つの注入ホース６〜６’’’が接続されている。また、これらの４つの注入ホース６〜６’’’には、金属製の注入パイプ７〜７’’’が接続されている。注入パイプ７〜７’’’の先端が吐出孔８〜８’’’であり、これらの吐出孔８〜８’’’から注入ポンプ４で圧送されたグラウトが吐出されてシールグラウト１４のクラッキングを通じて地盤に注入される。

これらの吐出孔８〜８’’’や外管ノズル３〜３’’は、前述の外管ノズル３〜３’’’と同様に、グラウトを注入する注入ステップ深さ方向（上下方向）に４段設置されている。即ち、これらの吐出孔８〜８’’’や外管ノズル３〜３’’の各段の設置深さ（高さ）は、多段同時注入方法のグラウトの注入ステップに相当し、これらの上下間隔は、通常、約３０ｃｍ〜５０ｃｍとなっている。

（エア発生機）
また、多段同時注入装置１は、コンプレッサーなどからなるエア発生機９を備えている。このエア発生機９には、樹脂製のエアホース１０が接続され、このエアホース１０には、金属管であるエアパイプ１１が接続されている。そして、エアパイプ１１には、各段の注入ステップである吐出孔８〜８’’’を挟むように５つのエア吐出口が設けられ、最下段の吐出孔８’’’より深い位置までエアパイプ１１が達している。

（エアパッカー部材）
これらの５つのエア吐出口には、５カ所のエアパッカー部材１２が装着されている。このエアパッカー部材１２は、ゴム弾性体などの伸縮性を有する素材からなり、エア発生機９から気体が送り込まれることにより膨らんで、注入ステップの上下間を閉塞し、注入するグラウトが下方の注入ステップへ逸走することを防止する仕機能を有している。

本実施形態に係るエアパッカー部材１２を膨らませる気体としては、窒素ガスが採用されている。勿論、空気など他の気体を用いてもよいことは云うまでもない。このエアパッカー部材１２により、外管２内の４段の各段の外管ノズル３〜３’’’の上下を閉塞して、外管ノズル３〜３’’’からグラウトを確実に土粒子間隙に浸透させることが可能となる。

（内管）
図２は、図１のイ−イ’線断面図であり、図３は、図１のロ−ロ’線断面図である。
また、図４は、図１のハ−ハ’線断面図である。図２〜図４に示すように、４本の注入パイプ７〜７’’’とエアパイプ１１は、予め、エアパイプ１１を中心に、その周りに４本の注入パイプ７〜７’’’が配置されて束にして固定されている。このように、前述のエアパッカー部材１２が装着された状態のエアパイプ１１の周りに４本の注入パイプ７〜７’’’が配置されて束になったものを内管１５（先端装置、図１）と称している。

図２〜図４に示すように、内管１５（上部は注入ホース、エアホースで巻取り可能）で束にしてまとめているので、外管２内が注入パイプ７〜７’’’やエアパイプ１１などで埋め尽くされることがなく、グラウトが流通するスペースが確保されており、外管ノズル３〜３’’’からグラウトを自由に注入することができる。この点が、背景技術で述べた超多点工法との違いである。また、この内管１５は、後述のように、外管２内に挿入されて外管２に対して昇降機１８により昇降自在に構成されている（図５参照）。

なお、図１に示すシールグラウト１４は、外管２設置時に外管２と地盤（地山）との隙間に注入充填されるものであり、後述の施工手順で詳しく述べる。

＜多段同時注入工法＞
次に、本発明の実施の形態に係る多段同時注入工法について説明する。先ず、吐出量と注入圧力について説明する。

［吐出量と注入圧力］
前述のように、本発明の実施の形態に係る多段同時注入装置１の注入ポンプ４は、１台のポンプから独立した４つの吐出口５〜５’’’からグラウトを多段（４地点：深さの異なる４つの注入ステップ）に同時に注入する。このため、各段毎の注入は、毎分あたり１〜８Ｌと極めて少量の吐出量（注入速度）が可能となり、その結果、低圧で土粒子間隙にきめ細かく浸透注入ができ、且つ、注入時間が大幅に短縮されるという利点がある。

具体的には、ポンプの吐出量が毎分１２Ｌとすると、各段（４地点）の吐出量は、１２×１／４＝３Ｌと極めて少量の吐出量で注入できるため、注入圧も極めて低圧で浸透注入が可能となる。

さらに、ポンプの吐出量が毎分８Ｌとすると、各段の吐出量は、８×１／４＝２Ｌとなる。これは、通常の４筒２連式のポンプ（二液性で毎分８〜１６Ｌに設定されている）では、正確に吐出させることができない程度の低圧である。

例えば、軟弱な沖積層の細砂土（Ｎ値１０程度で透水係数１０⁻³［cm/sec］）に毎分８Ｌ（ダブルパッカー）の吐出量で注入すると、圧力は０．３［ＭＰａ］と高い値が必要であることが実証されている（表１参照）。

これに対して、後述のように、本実施形態に係る多段同時注入工法では、毎分３Ｌの低吐出量で０．１５［ＭＰａ］と非常に低い圧力で注入できることが確認されている（表１参照）。即ち、本実施形態に係る多段同時注入工法の対象となる砂質土の土粒子間隙にグラウトを浸透させるには、グラウトを受け入れる抵抗圧（地盤抵抗圧）を超える注入圧力を必要とする。この抵抗圧は、吐出量（注入する時間あたりグラウトの容量）と比例関係にあり、吐出量が多いと高い圧力がかかり、土粒子間隙に浸透することができず地盤を押し広げて割裂（脈状）に浸入しながら浸透するになり、均一に浸透させることができない。この現象を割裂浸透注入と称している。

一方、吐出量が少ない程、土粒子間隙に小さい圧力でゆっくりときめ細かく浸透させることができる。つまり、吐出量が少ない程、低圧で浸透できるので理想的である。

しかし、施工性を考慮すれば、一定以上の吐出量が必要であり、また、実用的な注入ポンプの性能を加味して、本実施形態に係る多段同時注入工法では、吐出量は、好ましくは、毎分２Ｌを下限としている。また、吐出量の上限は、好ましくは、きめ細かい浸透が可能な毎分５Ｌとしている。即ち、本実施形態に係る多段同時注入工法における吐出量は、１注入地点あたり２〜５Ｌ／分（４地点合計で８〜２０Ｌ／分）の範囲としている。

［施工手順］
以下に、図５を用いて、本発明の実施の形態に係る多段同時注入工法の施工手順について説明する。前述の多段同時注入装置１を用いて、軟弱地盤の止水や地盤強化のために、砂質土からなる地盤に注入する場合を例示して説明する。図５は、本実施形態に係る多段同時注入工法の施工手順を示す工程説明図である。

なお、本発明の実施の形態に係る多段同時注入工法も、外管２を設置するまでには、背景技術で述べたダブルパッカー工法の第１工程と同じであり、異なる点は、多段同時注入装置１の内管１５を用いる点である。

（１．削孔・ケーシングパイプ設置）
図５（１）に示すように、本実施形態に係る多段同時注入工法では、先ず、（１）ボーリングマシンにより所定深さまで地盤を削孔して立穴を設け、そこにケーシングパイプ（図示せず）を設置する削孔・ケーシングパイプ設置工程を行う。

（２．シールグラウト充填）
次に、図５（２）に示すように、本実施形態に係る多段同時注入工法では、（２）ケーシング内に、主にＣＢ液（セメントベントナイト液）からなるシールグラウト１４を注入して充填するシールグラウト充填工程を行う。

（３．外管設置）
次に、図５（３）に示すように、本実施形態に係る多段同時注入工法では、前工程で充填したシールグラウト１４が硬化する前に、外管２を挿入した後、（３）ケーシングパイプを引き抜いて、シールグラウト１４を硬化させて外管２を設置する外管設置工程を行う。

また、前述のように、外管２には、内管１５の各吐出孔８〜８’’’の位置の周囲に、複数の外管ノズル３〜３’’’が設けられている。本工程では、シールグラウト１４が硬化した後、注入ホース６〜６’’’及び注入パイプ７〜７’’’を介して外管ノズル３〜３’’’から水を圧送し、水圧をかけてクラッキング（割れ目）を発生させ、グラウトの注入流路を確保しておく。

なお、（１．削孔・ケーシングパイプ設置）〜（３．外管設置）までの工程は、背景技術で述べたダブルパッカー工法と同じである。

（４−１．エアパッカー膨張工程）
次に、図５（４−１）に示すように、本実施形態に係る多段同時注入工法では、前述のように、エアパッカー部材１２が装着された状態のエアパイプ１１の周りに４本の注入パイプ７〜７’’’が配置されて束になった内管１５を挿入する。

そして、図５（４−１）に示すように、本実施形態に係る多段同時注入工法では、エアホース１０、エアパイプ１１及びエア流路１３を介してエア発生機９から気体として窒素を送り込み、５か所の各エアパッカー部材１２〜１２’’’’を膨らませて、注入ステップの上下間を閉塞するエアパッカー膨張工程を行う（図２〜図４も参照）。

（４−２．グラウト注入工程）
その後、図５（４−２）に示すように、本実施形態に係る多段同時注入工法では、注入ポンプ４を用いて、注入パイプ７〜７’’’の吐出孔８〜８’’’から一液性グラウトを注入するグラウト注入工程を行う。

具体的には、４筒４連式のプランジャー型多筒式ポンプである注入ポンプ４で、［吐出量と注入圧力］で述べたように、各段毎の注入を毎分あたり１〜８Ｌ、好ましくは、２〜５Ｌの極めて少量の吐出量で注入する。このため、本実施形態に係る多段同時注入工法によれば、砂質土の土粒子間隙に一液性グラウトを小さい圧力でゆっくりときめ細かく浸透させるが可能となり、均一なグラウト固結体１７（サンドゲル）を造成させて地盤の強化と止水を達成することができる（図５（５−１）等参照）。

（５．注入ステップ盛替工程）
次に、本実施形態に係る多段同時注入工法では、エア発生機９を作動させてエアパッカー部材１２〜１２’’’’から窒素（気体）を抜き、エアパッカー部材１２〜１２’’’’をしぼませる。そして、図５（５−１）に示すように、本実施形態に係る多段同時注入工法では、モーターで内管１５を吊るしたワイヤロープ１９を巻き上げる昇降機１８を用いて、束になった先端装置の内管１５を上方の多段の注入ステップまで引き上げる注入ステップ盛替工程を行う。

次に、図５（５−１）に示すように、前述のエアパッカー膨張工程を行う。その後、図５（５−２）に示すように、前述のグラウト注入工程を行う。

このように、エアパッカー膨張工程とグラウト注入工程を順次繰り返し、４段の注入ステップを同時に注入する工程を繰り返して、所定の深度の地盤に後述の一液性グラウトを注入する注入工（注入工事）を完了する。

なお、昇降機１８として、モーターでワイヤロープを巻き上げる構成のものを図示して例示したが、内管１５を纏めて持ち上げて移動できる機能有した機構であればどのような構成の機械でも採用できることは云うまでもない。

以上説明したように、本実施形態に係る多段同時注入工法によれば、４筒４連式の注入ポンプ４を中心とする簡略な設備である多段同時注入装置１を用いることにより、一度に４段（４地点）を同時に低吐出量で一液性グラウトを注入することができる。このため、本実施形態に係る多段同時注入工法によれば、低圧、低吐出量により、土粒子間隙に割裂浸透注入ではなく、きめ細かく浸透させることができるだけでなく、多段に同時注入できるため注入時間を短縮して施工労力を省力化し、施工費を低減することができる。その上、グラウト注入完了後に、内管１５を昇降機１８で引き上げて簡単に回収することもできる。

［一液性グラウト］
次に、前述の本発明の実施形態に係る多段同時注入工法で地盤に注入するグラウトについてさらに詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る多段同時注入工法で用いるグラウトは、４筒４連式の注入ポンプ４を用いて４本の注入ホース６〜６’’’等を介して圧送することを前提としているため、ゲルタイム（ゲル化時間）が３０分以上の一液性のグラウトを採用する。

一液性グラウトは、特に限定されないが、代表的なものとしては、水ガラスから酸でアルカリを取り除いた酸性シリカゾル溶液型（以下、単にシリカゾルグラウトという）、水ガラス−超微粒子セメント系、又は超微粒子セメント系の浸透性グラウトを挙げることができる。

ここで、超微粒子は、粒子径が概ね２．５μｍ以下の粒子からなり、プレーン値６，０００［ｃｍ^３/ｇ］以上混入するものとする。また、セメント系には、普通ポルトラントセメント、早強ポルトラントセメント、超早強ポルトラントセメント、中庸熱ポルトラントセメント、低熱ポルトラントセメント、耐硫酸塩ポルトラントセメントのポルトラントセメント類が含まれるだけでなく、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメントのセメント−スラグ系の混合セメントも含まれる。その上、セメント系には、スラグ−石灰系も含むものとする。

しかし、一液性グラウトとしては、シリカゾル系が最も好ましい。このシリカゾルは、水ガラスを水に希釈した水ガラス水液と硫酸（７５％の工業用のもの）を比例連続混合（シリカゾル製造装置）したｐＨ４以下のゲルタイム３０分以上の酸性シリカゾルグラウトであり、浸透性に極めて優れているからである。

［効果確認実験］
次に、前述の多段同時注入装置１を用いて、前述の多段同時注入工法に準じて実行し、グラウトの吐出量の多少の違いによる注入圧値の変化を測定した結果を下記表１に示して説明する。また、注入後のグラウト固結体１７の形状を確認するとともに、グラウト固結体１７を半割にしてグラウトの浸透形態を確認した。

注入地盤は、河川に近い地表下１．５〜５ｍの軟弱な沖積細砂層（Ｎ値５、透水係数１０^−３［cm/sec］オーダー）である。

使用した一液性グラウトは、シリカゾル系溶液型で水ガラス（ＳｉＯ_２２５．２％、Ｎａ_２７．０％、モル比３．７２）１５０Ｌに水３５０Ｌを加えた水ガラス溶液５００Ｌに希硫酸（７５％工業用）１７Ｌを加えてシリカゾル製造機で１ｍ^３のシリカゾルグラウトを製造した。このシリカゾルは、粘性１．８cP（センチポアズ：mPa・s)、ｐＨ３．０の酸性液でゲルタイムは、１０時間であった。

注入は、地表下２．０ｍ、２．５ｍ、３．０ｍ、及び３．５ｍの４段の注入地点で各外管ノズル（径３ｍｍ、４か所）から４筒４連式の注入ポンプを用いて同時注入を行った。

但し、比較として行った注入は、４筒４連式の注入ポンプの４つの吐出口のうち１つの吐出口からでたグラウトを注入ポンプにリターンし、残りの３つの吐出口から出たグラウトを１本の注入ホースにまとめて地表下２．０ｍの１地点に注入した。

表１より、４筒４連式の注入ポンプを用いた多段同時注入では、極めて少ない毎分３Ｌの第１〜第４段（地点）の実施例１〜４で注入したところ、注入開始１分後の注入圧力は、０．０５［ＭＰａ］であり、注入時間（測定時間）が経過するに従って、少しずつ上昇し、注入終了時（１５分後）まで注入圧力が低下することなく上昇を続け、０．１０〜０．１５［ＭＰａ］となるが、極めて低圧で注入できることが確認できた。

これに対して、吐出量の多い毎分９．０Ｌの比較例１では、注入開始１分後でも０．２０［ＭＰａ］と高く、２．５分後は、０．２５［ＭＰａ］と上昇し、注入終了時には、０．３０［ＭＰａ］と最も高い注入圧力を示していた。これにより、注入圧力は、吐出量が毎分３．０Ｌ（実施例１〜４）の場合と、毎分９．０Ｌ（比較例１）の場合とでは、大差があることが判明した。

次に、図６〜図８を用いて、グラウト固結体の形状等について説明する。図６は、グラウト固結体を模式的に示す平面図であり、（ａ）が前述の実施例１で形成したグラウト固結体であり、（ｂ）が前述の比較例１で形成したグラウト固結体である。また、図７は、グラウト固結体を模式的に示す側面図であり、（ａ）が前述の実施例１で形成したグラウト固結体であり、（ｂ）が前述の比較例１で形成したグラウト固結体である。

前述の多段同時注入で形成したグラウト固結体を注入一週間後に地表から２．５ｍまで掘り起こして、その形状を確認したところ、図６（ａ）に示すように、実施例１に係るグラウト固結体は、平面視でほぼ円形状（球体状）に浸透固結していることが確認できた。これに対して、図６（ｂ）に示すように、比較例１に係るラウト固結体は、平面視で水平方向の２方向に長くなった楕円状となっていることが確認できた。

また、図７（ａ）に示すように、側面視では、実施例１に係るグラウト固結体は、ほぼ円形状となっており、平面視と併せて球体状に浸透固結していることが確認できた。一方、図７（ｂ）に示すように、比較例１に係るラウト固結体は、側面視でも水平方向の２方向に長くなった楕円状となっており、平面視と併せてある水平方向の長さが厚みより小さい扁平な形状となっていることが確認できた。

さらに、グラウト固結体のグラウトの浸透形態を確認するために、グラウト固結体の中心部で半割りしても目視により確認し、図８に示した。図８は、グラウト固結体を模式的に示す水平断面図であり、（ａ）が前述の実施例１で形成したグラウト固結体であり、（ｂ）が前述の比較例１で形成したグラウト固結体である。

図８（ａ）に示すように、実施例１に係るグラウト固結体の断面は、グラウトが割裂浸入した痕跡が全く見られなかった。これは、グラウトを低吐出量で低圧でゆっくり注入したため、土粒子間隙に浸透しながら外側に徐々に浸透を拡げて球体状に浸透固結体を形成したからと考えられる。

このことを踏まえると、このグラウト固結体の半割目視検証により、前述の低吐出量で低圧で多段同時注入することにより、割裂浸入ではなく、きめ細かく浸透でき、且つ、短時間でグラウトを注入することができる極めて優れた浸透注入型の注入工法であることが実証できた。

これに対して、図８（ｂ）に示すように、時間あたりの吐出量が実施例より多い比較例１に係るラウト固結体の断面は、中心部を中心に筋状に白色になった割裂浸入した痕跡を見て取ることができ、割裂に伴いその周辺に浸透していたことが確認できた。このことから、比較例１に係る注入形態は、割裂浸透であることが判明したといえる。

要するに、この両者の注入形態の違いは、グラウト吐出量の違いによるものと結論付けることができる。

以上、本発明の実施形態に係る多段同時注入装置及びそれを用いた多段同時注入工法について説明した。しかし、前述した又は図示した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたって具体化した一実施形態を示したものに過ぎず、例示した実施形態によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

１：多段同時注入装置
２：外管
３〜３’’’：外管ノズル
４：注入ポンプ
５〜５’’’：吐出口
６〜６’’’：注入ホース
７〜７’’’：注入パイプ
８〜８’’’：吐出孔
９；エア発生機
１０：エアホース
１１：エアパイプ（内管）
１２〜１２’’’’：エアパッカー部材
１３：エア流路
１４：シールグラウト
１５：内管
１７：グラウト固結体
１８：昇降機
１９：ワイヤー

Claims

砂質土粒子間隙に深さ方向に４筒４連式の注入ポンプを用いて複数段において同時にグラウトを浸透させて止水や地盤強化を図る多段同時注入装置であって、
グラウトを注入する注入ステップに応じた深さ方向に外管ノズルを４段以上設けた外管と、気体を圧送するエア発生機と、を備え、
前記注入ポンプは、４つの吐出口を有し、これらの４つの吐出口は、注入ステップに応じた深さ方向に４段設置された吐出孔を有する注入パイプに接続され、
前記エア発生機は、注入ステップの上下間を閉塞する５カ所のエアパッカー部材に連通するエアパイプを通じて各エアパッカー部材に気体を圧送可能に接続され、
一本の前記エアパイプの周りに４本の前記注入パイプが配置されて束にして固定されて纏めて持ち上げ移動でき、前記エアパッカー部材を膨張させることで前記外管に固定可能な先端装置である内管を有し、
前記内管は、前記外管内に挿入されて前記外管に対して昇降自在に構成されていること
を特徴とする多段同時注入装置。