JP7265301B1

JP7265301B1 - 地盤注入工法

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Publication number: JP7265301B1
Application number: JP2022207182A
Authority: JP
Inventors: 百合花角田; 俊介島田; 隆光佐々木; 智大田井; 正木嶋
Original assignee: 強化土エンジニヤリング株式会社
Priority date: 2022-12-23
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2023-04-26
Anticipated expiration: 2042-12-23

Abstract

【課題】軟弱地盤などにおける複雑な地盤状況に応じ、全体的に一体化され、均質で、止水の完全な、しかも高強度な固結地盤を形成できる地盤注入工法を提供する。【解決手段】地盤中に注入管を挿入して懸濁グラウトを注入する地盤注入工法である。Ａ液とＢ液の合流液である懸濁グラウトを注入管から地盤に注入するにあたり、Ａ液として懸濁粒子を含む懸濁液を、Ｂ液として懸濁粒子および反応剤を含む懸濁液を用いるとともに、Ａ，Ｂ液をそれぞれポンプＡ，Ｂにより送液する複数の駆動装置と、圧力計および流量計と、複数の駆動装置を一括管理する制御装置を用い、圧力計および流量計より得られる情報に基づき制御装置により駆動装置のインバータを制御して、地盤状況に応じて合流液の流量および合流比率を連続的に可変制御することで、Ａ，Ｂ液のゲルタイムを連続的に変動させて、所定の懸濁粒子濃度およびゲルタイムを有する懸濁グラウトを地盤に注入する。【選択図】なし

Description

本発明はスラグを用いた軟弱地盤に対する注入固結法に関し、詳細には、軟弱あるいは漏水地盤を、地盤状況に合わせてゲルタイムを連続的に可変として、均質にかつ強固に固結あるいは止水する地盤注入工法に関する。また、本発明は、水ガラスとスラグと反応剤とを有効成分とする懸濁液を用いた地盤注入工法に関する。

近年における地震の多発化や掘削工事の大規模化に伴い、工事の長期化や複雑な地盤条件における安全施工が要求される工事が増大するにつれて、薬液注入においても、長期耐久性に優れ、かつ、地下水面下における浸透固結性に優れた注入技術が要求されるようになってきている。

従来、水ガラスおよびセメントを用いた懸濁液のゲルタイムは１分程度であり、ゲルタイムをより長くするためにセメント量を減らすとゲル化が不安定になり、強度も不確実になっていた。また、長いゲルタイムにおけるゲルタイムの調整も困難であった。さらに、ゲルタイムを調整するためにセメントの添加量を変化させると、大幅に強度が変化した。すなわち、ゲルタイムを変化させて強度をほぼ一定にしたり、強度を一定にしながらゲルタイムを変化させることは困難であった。

また、スラグ系グラウトは、長いゲルタイムが可能であるため、浸透性に優れ、高強度の大径の固結体を得ることができるという特性を持つが、長いゲルタイムを用いると浸透範囲外への逸脱や地表面への逸脱という問題が生ずる。このような現象が生ずると、均質な高強度の地盤改良が不可能になる。

本出願人は既にセメントやスラグ含有懸濁型グラウトを開発しているが、注入にあたっては瞬結配合の一次注入によって粗詰め注入してから、緩結配合の二次注入において浸透注入を行ってきた。この場合、スラグを主成分とする配合タンク（Ａ液）、緩結用反応剤タンク（Ｂ液）、および、瞬結用配合タンク（Ｃ液）の３つ以上のタンクが必要であり、Ａ・Ｂ合流液とＡ・Ｃ合流液とを切り替えながら注入していた。

しかし、従来の３つのタンクの切り替えでは、切り替えた後もホースの中に事前に用いられていた配合が残り、どのタイミングで配合が完全に切り替わっているかが分からなかった。また、２つのタンクを用いる場合も配合を変更しなければならず、配合を変更する場合は配合タンクと送液ポンプ内の洗浄を行う必要があった。

このように、従来、懸濁グラウトの注入中に配合を変えることなくゲルタイムを変えることは困難であった。このため主剤（懸濁液）と瞬結反応剤、緩結反応剤のタンクをそれぞれ設けて、これらの合流を切り替えながら注入していた。従って、ゲルタイムを地盤状況や注入状況に応じて適切に変えつつ連続的に注入することが困難であった。

また、軟弱地盤は通常、粗粒土層と細粒土層とが相互に堆積して形成された軟弱な地盤であるが、これは、地盤内に固結材を注入して均質に固結することが必要である。軟弱地盤の固結法としては、従来、次の方法が知られている。

（１）ロッド注入方法
この方法は、固結材として、反応剤の水溶液あるいはセメント物質を含む懸濁液（Ａ液）と、水ガラス水溶液（Ｂ液）とを用い、これらをＹ字管を用いて合流させながら地盤中に圧入する方法である。しかし、ボーリングロッドと地盤との間に隙間が生じ、この隙間から固結材が地表に噴出したり、また、粗い層を通して注入液が逸脱してしまうため、細粒土層部分の固結や、所定範囲の固結が困難である。

（２）二重管注入工法
この方法は、Ａ液として水ガラスを、Ｂ液としてゲル化反応剤を用いて、これらを地盤中に設置された二重管の先端部で合流して、短いゲルタイムでも固結する配合のグラウトを注入する方法である。この工法によれば、ゲルタイムが短いためにロッド周辺に沿ってグラウトが地上部に噴出することは防止できるが、ゲルタイムが短いために粗い層を脈状にしか固結し得ず、土粒子間に浸透させることはできない。このため、掘削にあたって、湧水土砂の崩壊が生じやすい。

上記問題を解決するために、従来より、まずゲルタイムの短い注入材で注入管と地盤との隙間を充填することにより、パッカー効果のあるシールを形成するとともに粗い層や層の境界面を填充した脈状の主体となる固結層を形成し、その後、ゲルタイムの長い注入材を、上記シールを破って、ゲルタイムの短い注入材が既に注入してある領域に注入する地盤注入工法が開発されている。この工法によれば、ゲルタイムの長い注入材が注入管周囲や粗い層から逸脱することがないので、注入対象に確実に浸透して固結することができる。

施工法は、地盤中に内管および外管からなる二重管を挿入し、この二重管を移動して注入ステージを変化させながら、二重管内の管路を通して瞬結グラウトを一次注入した後、緩結グラウトを二次注入する方法である。

特許文献１記載の発明は、注入材を形成するために主剤配合液に反応剤を合流するもので、主剤配合液として水ガラス配合液或いは水ガラスと反応剤の混合配合液を用い、それにセメント懸濁液或いはセメント急結剤を加えたセメント懸濁液を合流する。

特許文献２記載の発明は、セメントや粘土を有効成分とする懸濁型グラウトや、セメントと水ガラスグラウトからなる懸濁物グラウトや溶液性水ガラスグラウトを用いる。水溶性水ガラスグラウトとしては、アルカリ領域、中性領域、酸性領域のグラウトを用いる。また、瞬結性水ガラスグラウトは、水ガラスに瞬結用反応剤配合液を用い、浸透性水ガラスグラウトは、水ガラスに浸透用反応剤配合液を用いる。

特許文献３記載の発明は、少なくとも二種類の原料液を合流させて注入する工法である。この技術では、正確にＡ液、Ｂ液を合流させて注入することを述べている。

特公昭６１－０１７９７０号公報特公昭５８－０２４５６８号公報特許第５０１７４８８号公報

このように、従来の注入工法では、瞬結と緩結との切り替えを地上プラントにて、主剤懸濁液に対する瞬結剤の合流のオン、オフで、あるいはサクションの切り替えで行っている。このため、瞬結グラウトと緩結グラウトとの切り替えは断続的であり、Ａ，Ｂ合流液のゲルタイムも不明確であって、懸濁液の濃度も変わってしまう。したがって、その地盤条件に最適なゲルタイムと強度を得ることが困難であった。すなわち、ゲルタイムを短いゲルタイムから緩結に切り替えると懸濁液の濃度が変わって強度も変わり、短いゲルタイムのグラウトと緩結グラウトを同じ強度にすることができなかった。

このように懸濁グラウトでは、反応剤の量を多くすると瞬結グラウトになるが、緩結グラウトを得るために反応剤の量を少なくすると瞬結グラウトに比べて緩結グラウトの強度が低くなり、また、ゲル化が不安定になって強度にばらつきが生じ、均質な地盤改良が困難となる。

一方、軟弱地盤の土壌は層状に堆積しており、異なる層同士の間や、それぞれの層の厚さにわたり、各ステージで最適なゲルタイムと最適な強度が一定に保たれる必要があるとともに、それぞれの層の厚さまたは各層間のステージごとに異なる最適なゲルタイムを組み合わせても、同一の層において強度がほぼ一定であって初めて、注入目的に適合した均質な地盤改良が可能になる。また、異なる土層においてそれぞれ最適なゲルタイムと強度を適用することが必要である。

そこで本発明の目的は、軟弱地盤などにおける複雑な地盤状況に応じて、全体的に一体化された、均質で、止水の完全な、しかも高強度な固結地盤を形成することができる地盤注入工法を提供することにある。

本発明者らは、具体的には、以下の手法によって上記課題を解決した。

すなわち、本発明は、地盤中に注入管を挿入して懸濁グラウトを注入する地盤注入工法であって、
Ａ液とＢ液とを合流させた合流液としての前記懸濁グラウトを、前記注入管から前記地盤に注入するにあたり、
前記Ａ液として懸濁粒子を含む懸濁液を用い、前記Ｂ液として懸濁粒子および反応剤を含む懸濁液を用いるとともに、
前記Ａ液および前記Ｂ液をそれぞれポンプＡおよびポンプＢにより送液する複数の駆動装置と、圧力計および流量計と、該複数の駆動装置を一括管理する制御装置とを用いて、
前記圧力計および流量計より得られる情報に基づき、前記制御装置により前記駆動装置のインバータを制御して、地盤状況に応じて前記合流液の流量および合流比率を連続的に可変制御することにより、前記Ａ液および前記Ｂ液のゲルタイムを連続的に変動させて、所定の懸濁粒子濃度およびゲルタイムを有する前記懸濁グラウトを前記地盤に注入することを特徴とするものである。

本発明において、前記懸濁粒子としては、スラグまたはスラグおよびアルカリ剤を用いることができる。

また、本発明においては、前記合流液の流量、および、前記Ａ液と前記Ｂ液との合流比率の連続的変化に対するゲルタイムの変化の関係をあらかじめ把握しておくことで、前記懸濁グラウトの懸濁粒子濃度およびゲルタイムが注入時に所定の値になるように前記合流液の流量および前記合流比率を設定して地盤に注入するか、または、注入時における前記懸濁グラウトの懸濁粒子濃度および前記合流比率に基づき、前記地盤に注入されている前記懸濁グラウトの懸濁粒子濃度およびゲルタイムを把握することができる。

さらに、本発明においては、前記合流液の流量および前記Ａ液と前記Ｂ液との合流比率を制御することにより、瞬結～数十時間の間の任意のゲルタイムを設定して、前記懸濁グラウトを前記地盤に注入することができる。

さらにまた、本発明においては、前記懸濁グラウトを、ゲルタイムおよび懸濁粒子濃度を連続的に変化させて前記地盤に注入することができ、所定の懸濁粒子濃度を維持したままゲルタイムを連続的に変化させて前記地盤に注入することもできる。

さらにまた、本発明においては、前記Ａ液と前記Ｂ液との吐出量の比率を連続的に可変とすることにより、前記合流液のゲルタイムを連続的に可変とすることができる。

さらにまた、本発明においては、前記Ａ液と前記Ｂ液との合流比率を連続的に変化させることにより、地盤状況および注入状況に応じて適合した懸濁粒子濃度およびゲルタイムを有する前記懸濁グラウトを前記地盤に注入することができる。

さらにまた、本発明においては、前記Ａ液と前記Ｂ液との合流比率を連続的に変化させることにより、前記懸濁グラウトとして、瞬結懸濁グラウトと、該瞬結懸濁グラウトよりもゲルタイムの長い懸濁グラウトとを、連続して前記地盤に注入するにあたり、該瞬結懸濁グラウトを一次注入材として該地盤に粗結注入し、該瞬結懸濁グラウトよりもゲルタイムの長い懸濁グラウトを二次注入材として該地盤に浸透注入することができる。

さらにまた、本発明においては、前記瞬結懸濁グラウトを、前記瞬結懸濁グラウトよりもゲルタイムの長い懸濁グラウトが地表面に逸脱することを防ぐために注入することができる。

さらにまた、本発明においては、前記懸濁グラウトを異なる複数の土層からなる地盤に注入するにあたり、同一土層ごとに同一の懸濁粒子濃度を有する懸濁グラウトを用いることができる。

さらにまた、本発明においては、前記懸濁グラウトとして、注入ステージごとに地盤状況に対応したゲルタイムおよび懸濁粒子濃度が得られる懸濁グラウトを注入することができる。

さらにまた、本発明においては、前記懸濁グラウトとして、相対的にゲルタイムの短い懸濁グラウトと、相対的にゲルタイムの長い懸濁グラウトとを、連続的に前記地盤に注入することができる。

上述した特許文献３のように、従来、二種類の原料液を合流して注入する工法はあるが、本発明におけるようにＡ液として懸濁粒子を含む懸濁液、Ｂ液として懸濁粒子と反応剤を含む懸濁液を用いて、Ａ・Ｂ液の合流液の合流比率を連続的に制御し、かつ、合流液の懸濁粒子濃度を所定の値に保って、ゲルタイムを連続的に変化させて注入することにより、地盤状況および注入状況に応じて最適なゲルタイムと強度を得るという思想はこれまでなかった。

本発明は、地盤を構成する土層に対して高い強度が得られ、最適な流量とゲルタイムを有する懸濁グラウトを用いる地盤注入工法である。このため、水ガラスとスラグを用いて、スラグ濃度（強度）を一定にしたままゲルタイムを連続的に可変して注入することができる。また、本発明は、長いゲルタイムの調整や地表面に逸脱した場合のゲルタイムの短縮を可能とするものである。さらに、本発明は、２つのタンクだけで配合組成の割合、したがってゲルタイムを、瞬時に連続的に可変制御することができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）Ａ液およびＢ液それぞれのスラグ濃度を一定にして、Ａ液とＢ液との合流液の合流比率を連続的に変化させ、スラグ濃度（すなわち、強度）を一定にしたまま合流比率Ａ／Ｂ＝αに対応してゲルタイムを変動させることができる。
（２）上記スラグ濃度と、Ａ液とＢ液との合流比率と、ゲルタイムとの関係は、室内試験においても、また、注入前に現場で実際にシステムを稼働してＡ液とＢ液の合流液の合流比率を変化させることによっても、正確に把握できる。
（３）その上で、地盤に注入するに当たって、Ａ液・Ｂ液の合計流量とＡ液・Ｂ液の流量の比率（Ａ／Ｂ＝α）を、コントローラによって、αになるようにインバータで設定しておけば、所定のスラグ濃度およびゲルタイムを有する懸濁グラウトを、正確に地盤に注入することができ、また、異なるαになるようにインバータを設定すれば、連続的に所定のゲルタイムに変化させることができる。さらに、同じ理由で、地盤に注入しているＡ液とＢ液との流量計の流量からαを確認することで、懸濁グラウトの注入中のスラグ濃度およびゲルタイムを把握できる。この結果、従来はゲルタイムと強度の調節が困難であったのに対し、正確に所定の強度およびゲルタイムを有する懸濁グラウトを注入できるようになった。
（４）土層に対応して層ごとに最適な流量および最適なゲルタイムを有する懸濁グラウトを、スラグ濃度（強度）を一定にしたまま、連続的に変化させて注入することができる。
（５）土層ごとにまたはステージごとにスラグ濃度（強度）を一定にしたまま、短いゲルタイムの配合による一次注入と、緩結配合による二次注入とを行うことによって、均質な地盤改良が可能になる。
（６）地表面に逸出した場合、スラグ濃度を変えることなく直ちに短いゲルタイムのグラウトに変換して、逸出を止めることができる。

これにより、軟弱地盤などにおける複雑な地盤状況に応じて、全体的に一体化された、均質で、止水の完全な、しかも高強度な固結地盤を形成することができる。

実験例１～３の合流比率Ａ／Ｂ＝αとゲルタイムとの関係を示すグラフである。実験例４～６の合流比率Ａ／Ｂ＝αとゲルタイムとの関係を示すグラフである。石膏を併用した実験例７～１１の合流比率Ａ／Ｂ＝αとゲルタイムとの関係を示すグラフである。本発明に係る注入システムにおける瞬結と緩結との切り替えのイメージを示した説明図である。従来の瞬結・緩結注入工法の注入システムの例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

本発明は、地盤中に注入管を挿入して懸濁グラウトを注入する地盤注入工法であり、Ａ液とＢ液とを合流させた合流液としての懸濁グラウトを、注入管から地盤に注入する。

本発明の地盤注入工法においては、Ａ液として懸濁粒子を含む懸濁液を用い、Ｂ液として懸濁粒子および反応剤を含む懸濁液を用いる。ここで、懸濁粒子とは、スラグまたはスラグおよびアルカリ剤を用いることができる。反応剤は、Ａ液にも含有させてもよい。

本発明の地盤注入工法においては、Ａ液およびＢ液をそれぞれポンプＡおよびポンプＢにより送液する複数の駆動装置と、圧力計および流量計と、複数の駆動装置を一括管理する制御装置とを用いる。ここで、圧力計は、それぞれのポンプの送液圧力を測定する装置であり、流量計は、各液の流量を測定する装置である。

本発明の地盤注入工法においては、圧力計および流量計より得られる情報に基づき、制御装置により駆動装置のインバータを制御して、地盤状況に応じて合流液の流量および合流比率を連続的に可変制御することにより、Ａ液およびＢ液のゲルタイムを連続的に変動させて、所定の懸濁粒子濃度およびゲルタイムを有する懸濁グラウトを地盤に注入する。

本発明によれば、上記懸濁グラウトのゲルタイムを、２つのタンクのみで瞬時に切り替えることができる。前述したように、従来の３つのタンクの切り替えでは、どのタイミングで配合が完全に切り替わっているかが判別できず、２つのタンクを用いる場合も配合を変更しなければ同一強度の配合にはできなかったが、本発明によれば、この問題を解消することができる。また、本発明によれば、Ａ液およびＢ液それぞれの吐出量と、その合流液の吐出量を、常に一定量にすることも、連続的に変化させることもできる。

具体的には、本発明によれば、合流液の流量、および、Ａ液とＢ液との合流比率の連続的変化に対するゲルタイムの変化の関係をあらかじめ把握しておくことで、懸濁グラウトの懸濁粒子濃度およびゲルタイムが注入時に所定の値になるように合流液の流量および合流比率を設定して地盤に注入するか、または、注入時における懸濁グラウトの懸濁粒子濃度および合流比率に基づき、地盤に注入されている懸濁グラウトの懸濁粒子濃度およびゲルタイムを把握することができる。

また、合流液の流量およびＡ液とＢ液との合流比率を制御することにより、懸濁グラウトを地盤に注入する際に、瞬結～数十時間の間の任意のゲルタイムを設定することができ、ゲルタイムおよび懸濁粒子濃度を連続的に変化させることもできる。合流液のゲルタイムを連続的に可変とするには、例えば、Ａ液とＢ液との吐出量の比率を連続的に可変とすればよい。また、懸濁グラウトを地盤に注入する際に、所定の懸濁粒子濃度を維持したままゲルタイムを連続的に変化させることもできる。

Ａ液とＢ液との合流比率を連続的に変化させることで、地盤状況および注入状況に応じて適合した懸濁粒子濃度およびゲルタイムを有する懸濁グラウトを地盤に注入することができる。また、Ａ液とＢ液との合流比率を連続的に変化させることにより、懸濁グラウトとして、瞬結懸濁グラウトと、よりゲルタイムの長い懸濁グラウトとを、連続して地盤に注入するにあたり、瞬結懸濁グラウトを一次注入材として地盤に粗結注入し、よりゲルタイムの長い懸濁グラウトを二次注入材として地盤に浸透注入することもできる。この場合、瞬結懸濁グラウトは、よりゲルタイムの長い懸濁グラウトが地表面に逸脱することを防ぐために注入することができる。懸濁グラウトとして、相対的にゲルタイムの短い懸濁グラウトと、相対的にゲルタイムの長い懸濁グラウトとを、連続的に地盤に注入することもできる。

本発明においては、懸濁グラウトを異なる複数の土層からなる地盤に注入するにあたり、同一土層ごとに同一の懸濁粒子濃度を有する懸濁グラウトを用いることができる。また、懸濁グラウトとして、注入ステージごとに地盤状況に対応したゲルタイムおよび懸濁粒子濃度が得られる懸濁グラウトを注入することができる。

本発明においては、下記１）～８）のいずれかの注入方法により、懸濁グラウトを地盤に注入することができる。
１）ロッド注入工法
２）ダブルパッカ工法
３）点注入工法
４）多点同時注入工法
５）柱状注入工法
６）瞬結・緩結複合注入工法
７）多ステージ同時注入工法
８）多注入孔同時注入工法

本発明に係る注入システムの一例を、図４に示す。Ａ液およびＢ液は、材料配合部から、注入液送液部、流量検出部ＰＱ（圧力計・流量計）を通して送液管、注入管部へと送液される。注入液送液部、流量検出部ＰＱおよび送液管から制御部（注入管理部，コントローラ）へ、リアルタイムでデータが入力され、記録部にて記録されて、地盤状況や注入状況に応じて注入製造部で配合などが調整される。

注入液送液部には、インバータ、ポンプ、流量検出部ＰＱがそれぞれ配置され、これらは制御部により調整されて、この注入液は、注入液送液部（駆動装置）にて地上の注入管先端部で合流するか、または、地中の注入管先端部で合流する。制御部は材料配合部、注入液送液部およびインバータを制御し、記録部にデータを送信する。

Ａ液とＢ液とは、図５に示すように、注入管の地上部で合流してもよいし、二重管先端部で合流してもよいし、また、注入外管内の複数の管路から合流して注入されてもよい。単管ロッド注入でも、各種注入方式に適用できる。

図４は、本発明を実施する注入システムの例の概略図を示すものであって、ダイヤフラム式二連グラウトポンプを用いた注入システムの例を示す（東陽商事株式会社製）。この注入システムを用いることによって、地盤状況や注入状況により、制御部（コントローラ）によって、Ａ液ポンプおよびＢ液ポンプのそれぞれのインバータを連動して制御して、Ａ液とＢ液との合流液の吐出量、および、それぞれのポンプの流量比率を可変管理することで、合流液の吐出量やＡ液およびＢ液の吐出量の比率を連続的に変化させることができる。また、材料配合部におけるＡ液、Ｂ液のスラグ濃度や反応剤の濃度を調整することができる。

なお、本発明の実施に用いる注入システムとしては、ダイヤフラムポンプ以外にも、プランジャーポンプやピストンポンプも用いて、少なくともＡ液およびＢ液を送液する多連式注入システムであって、Ａ液およびＢ液の合計流量とＡ液、Ｂ液の送液比率をインバータの制御によって連続的に可変とする制御システムを有する注入システムを用いることができる。ゲルタイムの長いスラグを有効成分とする懸濁グラウトを使用することによって、ゲルタイムの連続的可変配合や、瞬結から長結までの連続的可変注入が可能である。

このように、本発明においては、Ａ液およびＢ液の合計流量と、Ａ液とＢ液との比率をインバータによってコントロールして、ゲルタイムを連続的に可変とすることができる。従って、短いゲルタイムの配合と緩結配合とを、注入中に瞬時に切り替えることができ、しかも、比率をインバータ制御によって連続的に可変とすることができ、緩結配合のゲルタイムを制御することができるため、設定した比率に対応したゲルタイムを設定することができる。また、ゲルタイムを連続的に可変としながら主剤のスラグ濃度を一定に保つことにより、一定の強度を得ることができる。

現場で配合液を用いて事前にインバータによるＡ液、Ｂ液の比率とゲルタイムをキャリブレーションしておけば、実際の注入にあたってインバータによるＡ液とＢ液との配合比率αを設定することで、所定のゲルタイムの配合液を注入することができる。また、注入中にインバータにより調整された比率αを可変とすることにより、注入中のゲルタイムや懸濁グラウトの濃度を所定の値に可変とすることができる。さらに、注入中にインバータによるαを確認すれば、注入中の懸濁グラウトのゲルタイムや濃度を確認することができる。Ａ液とＢ液の合計吐出量は、常に一定量にすることも、連続的に変化させることもできる。

また、注入対象外への逸脱があれば、インバータの調整により、リアルタイムでゲルタイムを短縮して、逸脱を容易に防ぐことができる。

このように瞬結と緩結との切り替えには従来はタンクが３つ必要であったが、本発明では２つのタンクのみで瞬結と緩結が切り替えられ、さらに、連続的にゲルタイムも可変としながら注入することができる。

また、従来の地盤注入材では、Ａ液とＢ液の両方にスラグが入った配合はなかった。しかし、本発明では、Ａ液とＢ液にスラグを用い、一方にゲル化反応剤を含有させることによって、合流液のゲルタイムを可変としながら、合流液の強度を所定の強度とすることができる。

本発明で用いる懸濁グラウトとしては、スラグとセメント系硬化性材料、スラグと水ガラスと反応剤とを含有する非セメント系硬化性材料、スラグとアルカリ剤を含有する非アルカリセメント系材料、スラグと中性シリカゾルとセメントや消石灰やアルカリ性を呈する塩等を有効成分とする硬化性材料などが挙げられる。

また、これらにポリアクリル酸塩やＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）等の高分子系増粘剤を加えて粘性を増加させたり、マイクロバブルやナノバブルを加えて増粘させたまま流動性を増加させて、大きな固結体を形成することもできる。

スラグと水ガラスを有効成分とする非セメント系硬化性材料は、高炉スラグ微粉末に水ガラスのアルカリが作用して、スラグの潜在水硬性を刺激するとともに水ガラスのシリカがゲル化をもたらすことにより、長いゲルタイムで高強度を発現する。

また、スラグとアルカリ剤（例えば、消石灰や炭酸塩などのアルカリ性を呈する塩）を有効成分とする材料を用いることもできる。以上の硬化性材料は、本出願人によるハイブリッドシリカ（商標登録第３３０１９２１号）に相当し、低炭素系グラウト（ジオポリマーグラウト）ということができる。

スラグと中性シリカゾルとセメントや消石灰、石膏を含有する材料は、少ないセメント量でスラグの潜在水硬性を刺激して、かつ、中性シリカゾルでゲル化するので、低炭素系グラウトということができる。以上の硬化性材料は、本出願人によるハイブリッドシリカやハイブリッドジオポリマー（商標登録第４８３６３９０号）に相当する。

上記において、スラグの代わりにフライアッシュを用いることもでき、また、フライアッシュの代わりにスラグを用いることができ、両者を併用することもできる。

また、上記において、スラグやフライアッシュの代わりに、焼成スラッジや二和土、三和土、火山灰、凝石灰、珪藻土、焼成粘土等、Ｃａ（石灰など）やＭｇ（塩化マグネシウム等）と反応してポゾラン作用で固化する材料を用いることもできる。

また、近年、地球温暖化防止の観点から、非アルカリセメント系またはセメント量を低減した低炭素型地盤改良工法の提供が課題となっているが、上記固結材料は、産業副生品を用いることにより、その課題を解決した環境保全型地盤改良工法ということができる。

本発明の地盤注入工法に用いる懸濁グラウトの具体的構成は、例えば、以下のとおりとすることができる。
１）水ガラス
モル比１．５以上。
２）微粒子スラグ
ブレーン比表面積４０００ｃｍ^２／ｇ以上、好ましくは６０００ｃｍ^２／ｇ～２００００ｃｍ^２／ｇ。
スラグは、鉄鋼スラグまたは高炉スラグ、水砕スラグ、ステンレススラグ、フェロアロイスラグ等である。
３）ゲル化調整剤
アルカリ金属やアルカリ土類金属の塩、重炭酸塩、炭酸塩、リン酸塩、酸性リン酸塩、ピロリン酸塩等、その他、酸や塩など、ゲル化調整剤や有機系反応剤、高分子増粘剤、マイクロバブル、ナノバブル等が挙げられる。

また、本発明の地盤注入工法に用いる懸濁グラウトは、充分な浸透時間を得ることができる。ゲル化調整剤を配合する場合には、その配合量は、ゲル化調整剤の種類、他の成分組成等により一概に規定することは難しいが、一般には、全配合液中の１０質量％以下が好ましい。

ゲル化調整剤としては、酸、アルカリ、塩を用いてゲル化促進剤または遅延剤として用いることができる。また、有機系材料を用いたゲル化調整剤も使用できる。さらに、本発明の地盤注入工法に用いる懸濁グラウトは、石膏、無水石膏、半水石膏、消石灰、ポゾラン、粘土、セメントおよび塩のうちのいずれかまたは複数種を含むことで、ゲル化またはゲル化および強度を調整することができる。

以下に、本発明の実験例を示す。なお、これらの実験例は本発明の一例に過ぎず、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。

（使用材料）
３号水ガラス：比重１．４１
５号水ガラス：比重１．３２
スラグ：比重２．９、ブレーン比表面積８０００ｃｍ^２／ｇ
消石灰：比重２．２
石膏：比重２．１６

表１に、配合比率とゲルタイムと強度発現（変色）の結果を示す。また、懸濁配合の一例を示す。

表１および図１，図２に試験結果を示す。
実験例１～６のＮｏ．１はＡ液とＢ液の比率が１００：３００であり、ゲルタイムが１０秒以内であった。また、１日以内に変色した。
実験例１～６のＮｏ．２はＡ液とＢ液の比率が１５０：２５０であり、ゲルタイムが１００秒以内であった。
実験例１～６のＮｏ．３はＡ液とＢ液の比率が２５０：１５０であり、ゲルタイムが２５０秒以内であった。
実験例１～６のＮｏ．４はＡ液とＢ液の比率が３００：１００であり、ゲルタイムが３５０秒以内であった。
実験例１のＮｏ．５はＡ液とＢ液の比率が３５０：５０であり、ゲルタイムが３６００秒（６０分）であった。今回の配合ではαが大きくなるとゲルタイムが長くなることが分かった。

試験結果から、以下のことが分かった。
消石灰の使用量を減少させると、ゲルタイムが延びた。水ガラスの使用量を増やすと、ゲルタイムは早くなった。また、水ガラスの種類を変えても、同様の傾向を示した。
同量配合の場合は、５号水ガラスよりも３号水ガラスのほうが瞬結のゲルタイムが長く、緩結のゲルタイムは短くなる傾向にあった。また、強度発現の変色は３号水ガラスの方が早かった。
ゲル化後のホモゲルの強度発現（変色）については、消石灰が多いほど早かった。

強度測定に用いた供試体は、５ｃｍ×１０ｃｍのホモゲルである。２８日強度の結果は、スラグ量が一定であれば、水ガラス量と消石灰の量が変動しても、強度もほぼ一定になることが分かった。
使用する水ガラスのモル比は１．５以上であって、好ましくはモル比３～４である。また、使用するスラグ、消石灰の粒径は特に限定されない。

表２および図３に、水ガラスとスラグと石膏を用いた実験例７～１２の配合結果を示す。実験例７，８では５号水ガラスを用いた。実験例９，１０，１１，１２では３号水ガラスを用いた。
水ガラス量が少ないとゲルタイムが短縮され、石膏が多いとゲルタイムが短縮される結果になった。また、水ガラスの種類が異なっても同様の傾向を示し、ゲルタイムの結果には違いがなかった。このように、スラグが一定の場合は水ガラスと石膏の量を変化させることによって、ゲルタイムを瞬時に変えることができることが分かった。
使用する水ガラスのモル比は１．５以上であって、好ましくはモル比３～４である。また、使用するスラグ、石膏の粒径は特に限定されない。

表２に、配合比率とゲルタイムの一例を示す。

１，１’，１” 配合液配合装置
２，２’，２” 注入ポンプ
３多重管外管
３’ 多重管内管
４，４’，４” 送液管
５，５’，５” 圧力測定器
６，６’，６” 流量測定器
７昇降機
７’ 注入管深度計
８コントローラ
９内管から注入管先端部への流入部
９’ 注入管先端部
１０，１０’，１０” 圧力計からコントローラへの情報通知回路
１１，１１’，１１” 流量計からコントローラへの情報通知回路
１２注入深度計からコントローラへの情報通知回路
１３，１３’，１３” コントローラから注入ポンプへの指示回路
１４注入材組み合わせ調整装置
１５コントローラから注入材組み合わせ調整装置への指示回路
１６コントローラから昇降機への指示回路
１７，１７’，１７” コントローラから配合液配合装置への指示回路
Ａ急結用反応配合液
Ｂ主材配合液
Ｃ反応剤配合液

Claims

地盤中に注入管を挿入して懸濁グラウトを注入する地盤注入工法であって、
Ａ液とＢ液とを合流させた合流液としての前記懸濁グラウトを、前記注入管から前記地盤に注入するにあたり、
前記Ａ液として懸濁粒子を含む懸濁液を用い、前記Ｂ液として懸濁粒子および反応剤を含む懸濁液を用いるとともに、
前記Ａ液および前記Ｂ液をそれぞれポンプＡおよびポンプＢにより送液する複数の駆動装置と、圧力計および流量計と、該複数の駆動装置を一括管理する制御装置とを用いて、
前記圧力計および流量計より得られる情報に基づき、前記制御装置により前記駆動装置のインバータを制御して、地盤状況に応じて前記合流液の流量および合流比率を連続的に可変制御することにより、前記Ａ液および前記Ｂ液のゲルタイムを連続的に変動させて、所定の懸濁粒子濃度およびゲルタイムを有する前記懸濁グラウトを前記地盤に注入することを特徴とする地盤注入工法。
前記懸濁粒子がスラグまたはスラグおよびアルカリ剤である請求項１記載の地盤注入工法。
前記合流液の流量、および、前記Ａ液と前記Ｂ液との合流比率の連続的変化に対するゲルタイムの変化の関係をあらかじめ把握しておくことで、前記懸濁グラウトの懸濁粒子濃度およびゲルタイムが注入時に所定の値になるように前記合流液の流量および前記合流比率を設定して地盤に注入するか、または、注入時における前記懸濁グラウトの懸濁粒子濃度および前記合流比率に基づき、前記地盤に注入されている前記懸濁グラウトの懸濁粒子濃度およびゲルタイムを把握する請求項１記載の地盤注入工法。
前記合流液の流量および前記Ａ液と前記Ｂ液との合流比率を制御することにより、瞬結～数十時間の間の任意のゲルタイムを設定して、前記懸濁グラウトを前記地盤に注入する請求項１記載の地盤注入工法。
前記懸濁グラウトを、ゲルタイムおよび懸濁粒子濃度を連続的に変化させて前記地盤に注入する請求項４記載の地盤注入工法。
前記懸濁グラウトを、所定の懸濁粒子濃度を維持したままゲルタイムを連続的に変化させて前記地盤に注入する請求項４記載の地盤注入工法。
前記Ａ液と前記Ｂ液との吐出量の比率を連続的に可変とすることにより、前記合流液のゲルタイムを連続的に可変とする請求項１記載の地盤注入工法。
前記Ａ液と前記Ｂ液との合流比率を連続的に変化させることにより、地盤状況および注入状況に応じて適合した懸濁粒子濃度およびゲルタイムを有する前記懸濁グラウトを前記地盤に注入する請求項１記載の地盤注入工法。
前記Ａ液と前記Ｂ液との合流比率を連続的に変化させることにより、前記懸濁グラウトとして、瞬結懸濁グラウトと、該瞬結懸濁グラウトよりもゲルタイムの長い懸濁グラウトとを、連続して前記地盤に注入するにあたり、該瞬結懸濁グラウトを一次注入材として該地盤に粗結注入し、該瞬結懸濁グラウトよりもゲルタイムの長い懸濁グラウトを二次注入材として該地盤に浸透注入する請求項１記載の地盤注入工法。
前記瞬結懸濁グラウトを、前記瞬結懸濁グラウトよりもゲルタイムの長い懸濁グラウトが地表面に逸脱することを防ぐために注入する請求項９記載の地盤注入工法。
前記懸濁グラウトを異なる複数の土層からなる地盤に注入するにあたり、同一土層ごとに同一の懸濁粒子濃度を有する懸濁グラウトを用いる請求項１記載の地盤注入工法。
前記懸濁グラウトとして、注入ステージごとに地盤状況に対応したゲルタイムおよび懸濁粒子濃度が得られる懸濁グラウトを注入する請求項１記載の地盤注入工法。
前記懸濁グラウトとして、相対的にゲルタイムの短い懸濁グラウトと、相対的にゲルタイムの長い懸濁グラウトとを、連続的に前記地盤に注入する請求項８記載の地盤注入工法。