JPH03271419A - 薬液注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主に砂質地盤等を対象として、薬液注入域に
振動を与えながら薬液を注入する薬液注入工法およびそ
の装置に関する。

〔従来の技術〕

薬液注入工法は、地盤改良の一種で、目的の地盤中に固
結剤を注入して固結させ、地盤の強度を増加させたり、
地盤の透水性を減少させたりするための工法である。近
年、薬液注入工法およびその装置の開発には目覚ましい
ものがある。

近時の汎用工法としては、ストレーナ−注入工法、ソレ
タンシュ工法その他多種のものがある。

前記ストレーナ−注入工法とは、ポーリング機械によっ
て削孔された孔内にストレーナ−注入管を設置し、前記
ストレーナ−注入管に形成された多数の注入孔より注入
材を地盤水平方向に吐出し、注入する方法である。また
、前記ソレタンシュ工法とは、ポーリング削孔された孔
内に、注入孔が一定間隔で形成されるとともに前記注入
孔の周囲にゴムスリーブが包着された外管を設置し、そ
の外管内に深さ方向の上下にゴム製パッカーを備えた内
管を嵌挿し、順次注入対象地盤を変えながらゲルタイム
が数分ないしは数十分といった薬液を圧入する方法であ
る。

一方、主に砂質地盤の液状化防止のために、砂質地盤の
密度を上げるための地盤改良方法に振動締固め工法があ
る。前記振動締固め工法は、緩い砂地盤の締固めは振動
を与えることが最も有効に地盤密度を上げ得るという原
理を応用したものであり、その工法には、たとえばパイ
プロフローテション工法、バイブロロッド工法等のもの
がある。

前記バイブロフローテーション工法は、偏心荷重の回転
によって水平振動を起こすパイプロフロットと呼ばれる
管体をウォータージェットと水平振動の併用により地盤
の所定の深さまで貫入させ、貫入後フロット周囲より砂
利、砕石等を充填し、前記骨材を介して地盤を振動させ
て締固める方法である。一方、前記バイブロロッド工法
は、振動杭打機などにより、先端を特殊加工した圧入ロ
ッド２を地盤中に貫入・引き上げを繰り返すことにより
砂地盤の締固めを行う方法である。

前記振動締固め工法等による締固め効果について第３図
に基づき説明する。

第３図は緩い砂質地盤に対し前記振動締固め工法により
地盤改良を行い、その改良効果を表した図である。第３
図より明らかなように、改良前において、斜線部分に示
されるＮ値≦１０の地盤が、振動により締固められ、改
良後はＮ値が２０〜４０程度に向上していることが判明
される。このように砂質地盤の場合には、地盤に振動を
与えることによって、格段に締固めが行えるのは、振動
により土の骨格構造が破壊されるとともに、地下水があ
る場合には、液状化現象を生じさせ、地下水を表面に噴
出さえるためと考えられる。

他方、グラウト材等の流体においても、前記グラウト材
に振動を与えると同様な効果があることは、一般に知ら
れるところであり、たとえばコンクリート打設において
は、通常パイブレークによって振動が与えられる。

ところで、地盤改良に振動を利用した先行開示技術とし
ては、多種のものがある。たとえば、特開昭５６−１３
１７０９号公報においては、軟弱地盤の土と薬液とを万
遍なくかつ十分に攪拌混合するためにオーガーヘッド付
近にエアー垂直振動機または水平振動機を取付けた装置
が開示されている。また、特開昭５７−１８７４１７号
公報においては、ヘドロ層中に上下方向の連続的振動を
与えたエレメントを挿入沈下せしめ、ヘドロ層に前記エ
レメントを介して振動を伝えつつ、エレメントに設けた
ノズルより固化処理剤を吐出し、ヘドロと固化処理剤を
振動混合しようと薬液注入工法が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

通常、砂質地盤、あるいは砂礫地盤などに、セメントミ
ルク、あるいはセメントベントナイトミルクなどをグラ
ウトする場合には、後述する理由により浸透注入は期待
できないため、大きな注入圧で割裂注入あるいは脈状注
入を行う。これは、砂質地盤の間隙にその間隙より大き
な粒子を持った流体を流した場合、その粒子が地盤の粒
子間の間隙を閉塞するためであり、また砂質地盤の間隙
より小さな粒子で構成される流体を流した場合でも、あ
る一定の距離に浸透が進めば流速は小さくなり、注入材
は土粒子間に沈澱し地盤の間隙を閉塞し、あるいは注入
材の粒子が地盤の粒子間の間隙に集合しアーチを構成し
、その間隙を閉塞するためである。従来、前記課題を解
決した開示技術は見当たらない。

なお、従来の地盤改良方法において振動を利用した公知
技術として多種のものが・開示されているが、これらの
ものはすべて薬液と軟弱土との混合のために振動を利用
したものであり、たとえば前述したコンクリート打設に
おいてバイブレータを用いて混合を行うことの応用技術
の範囲であり、前述した薬液注入における浸透注入ある
いは脈状注入の場合の問題点を解決すべく振動を利用し
たものではない。

そこで本発明の目的は、主に砂質・砂礫地盤における薬
液注入に際して、注入した薬液によって土粒子間の間隙
が閉塞されることなく、浸透注入または脈状注入が成さ
れ、もって良好な改良地盤を得ることのできる薬液注入
工法およびその装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題は、薬液注入手段を対象地盤中に設置し、前記
薬液注入手段より薬液を対象地盤中に注入し成される薬
液注入工法において、 対象とする地盤中に前記薬液注入手段に付設された振動
機により、または別個独立的に前記対象地盤中に貫入さ
れた振動機により、地盤中の注入対象域に対して振動を
与えつつ薬液注入を行うことで解決することができる。

また、前記薬液注入を行うための単一管方式の装置とし
ては、地盤中に設置される注入管と、この注入管内に設
置され、かつ注入管の細心と偏位した位置に重心を有す
る振動子と、この振動子を注入管の軸心回りに回転させ
る地上設置の回転駆動手段と、前記振動子と回転駆動手
段とを連結する回転力伝達手段とを備え、さらに前記振
動子のこれと一体化された回転軸は注入管内面に接触し
て保持されていることを特徴とするものである。

また、二重背方式の装置としては、地盤中に設置される
同心状の外管および内管からなる注入管と、この注入内
管内に設置され、かつ注入管の細心と偏位した位置に重
心を有する振動子と、この振動子を注入内管の軸心回り
に回転させる地上設置の回転駆動手段と、前記振動子と
回転駆動手段とを連結する回転力伝達手段とを備え、さ
らに前記振動子のこれと一体化された回転軸は注入内管
内面に接触して保持されており、かつ前記注入内管は注
入外管内面に接触していることを特徴とするものである
。

〔作用〕

本発明においては、特に砂質地盤の薬液注入に際し、対
象とする地盤中に前記薬液注入手段に内装された振動機
により、または別個独立的に前記対象地盤中に貫入され
た振動機により振動を与えつつ薬液を注入するため、土
粒子の骨格構造を破壊しつつ薬液注入を行うことができ
る。したがって、注入材の粒子が地盤の粒子間の間隙を
閉塞するのを防ぐとともに、また注入材の粒子が地盤の
粒子間の間隙に集合しアーチを構成しその間隙を閉塞す
るのを防ぐことができる。また、地盤に振動を与えると
、その地盤が締固められることは前述した通りであるが
、この現象は言い換えれば、Ｎ値の上昇、すなわち間隙
率の減少を意味し、上層の砂が落ちてこなければ、その
振動部分に空間が発生すると考えられる。本発明は、局
部的に振動を与え、その部分に薬液注入が成されるわけ
であるから、上層の砂の落下はなく、空隙発生させると
同時にその部分に薬液の注入が成されるため、効果的に
かつ広範囲に薬液注入が行われる。

また、その注入のための単一管方式の装置としては、地
盤中に設置される注入管内に注入管の軸心と偏位した位
置に重心を有する振動子と、この振動子を注入管の軸心
回りに回転させる地上設置の回転駆動手段と、前記振動
子と回転駆動手段とを連結する回転力伝達手段とを備え
る。したがって、地上に設置された回転駆動手段による
回転力が前記回転力伝達手段により前記振動子まで伝達
される。前記振動子は回転軸心と偏位した位置にその重
心を有しているため、回転により振動を発するようにな
っており、この振動は前記振動子と一体化された回転軸
が注入管内面に接触して保持されていることによりこの
回転保持部を介して注入対象地盤へと伝達される。

一方、二重背方式の場合には、起振構造については単一
管方式と同様であるが、前記振動子と−体化された回転
軸は注入内管内面に接触して保持され、さらに前記注入
内管は注入外管内面に接触していることで、前記振動子
による振動は前記回転保持部を介して注入内管へ伝えら
れ、さらに注入外管との接触部より注入外管、さらには
注入対象地盤へと伝達される。

〔発明の具体的な構成〕

以下、本発明を具体例により図面に基づき詳説する。

第１図は本発明に係る薬液注入装置の要部縦断面図を示
し、第２図は本発明に係る薬液注入工法の施工順序を示
す。

まず、最初に第１図に示す本発明装置について詳述する
。

本具体例は二重管構造となっており、注入外管２と注入
内管１とからなる。前記注入外管２は後述するように、
地盤の削孔内に建込まれる長尺管であり、−箇所当り複
数の注入孔２ａ、２ａ・・・が形成されると同時に、前
記注入孔２ａ、２ａ・・・を覆うように管体２にゴムス
リーブ３が設けられている。前記ゴムスリーブ３は、薬
液注入時においてはバルブとして作用し、かつ薬液注入
停止時においてはスライムの逆流を防止するもので、注
入薬液の注入圧によって外方に膨らみ、その膨らみによ
って注入外管２との間の隙間を作り、薬液が前記隙間を
通り地盤中に注入される。

なお、前記薬液注入部は注入外管２の長手方向に一定間
隔で、たとえば３０■程度の間隔で設けられる。また、
前記注入外管２．２同士の連結は、ジヨイント４におい
て、一方の注入外管２の端部が他方の注入外管２の端部
に螺入されることにより成されている。

一方、前記注入外管２の内空部には、ダブルパッカー形
式の注入内管１が挿入されている。注入内管１には、注
入外管２との空間６に連通ずる吐出孔１０ｂ、１０ｂ・
・・が形成されるとともに、前記吐出孔１０ｂ、１０ｂ
・・・の下方側には前記空間６を封止するための第２パ
ッカ一体１６と、さらに前記吐出孔１０ｂ、１０ｂ・・
・の上方側には同じく前記空間６を封止するための第１
パッカ一体１０が形成されている。前記パッカ一体１０
．１６は共に注入外管２の内面にほぼ接する程の外径に
形成されるとともに、その周囲には地盤深さ方向に三本
の凹状溝１０ａ、１０ｄが形成されており、この凹状溝
１０ａ、１０ｄに横断面円形のＯリング７が嵌装され、
そして前記Ｏリング７が注入外管２の内面と当接するこ
とにより前記空間６の密封が成されている。

他方、前記注入内管１には、本発明の要旨とするところ
の振動機を構成する振動子１３が、前記第２パッカ一体
１６の上方側に設けられている。

前記振動子１３は、注入内管１に形成された振動子室１
４に収容されるとともに、地盤深さ上下方向に延在して
回転軸１３ａ、１３ｂが形成されている。前記上側回転
軸１３ａは、回転継手１２を介して回転ワイヤー１１と
連結されており、さらに図示されない注入内管１外の回
転モータに接続されている。前記下側回転軸１３ｂはベ
アリング装置１７により軸受けされている。なお、前記
回転軸１３ａは、前記摺動子室１４と液路５との堰壁８
を貫通して設けられるとともに、前記堰壁８の回転軸５
ａとの接触部に形成された凹状溝１０Ｃに嵌装されたＯ
リング１５により薬剤が前記振動子室１４に流入しない
ように封止されている。

また、前記回転軸１３ａ、１３ｂの回転中心と前記振動
子１３の重心位置とは偏心して構成されている。

したがって、図示されない回転モータによって伝えられ
る回転は、回転ワイヤー１１、回転継手１２、回転軸１
３ａを介して、前記振動子１３に伝えられる。前記振動
子１３は、その回転軸心と自身の重心位置とにずれがあ
るため、その回転に伴い振動を引き起こす。この振動は
、注入外管２との接触部である第１パツカー１０および
第２パッカー１６部より注入外管２へと伝わり、さらに
地盤中へと伝達される。

次に、本発明装置を用いた薬液注入方法の具体例につい
て述べる。

第２図（ａ）に示されるように図示されないホーリング
削孔機を用い、対象とする軟弱地盤中に孔壁保護のため
ケーシングチューブ２０を用いつつ孔を形成させる。こ
の際、孔壁が崩壊するおそれがない場合には、図示され
るケーシング２０を省略することができる。次に、削孔
が完了したならば、第２図（ｂ）に示されるように注入
外管２を前記孔内に建て込み、その後前記注入外管２と
地盤との間にたとえばベントナイト系のスリーブグラウ
ト２１を充填する。前記スリーブグラウト２１は、薬液
が注入予定箇所以外に逸出するのを防ぐ役目をする。ス
リーブグラウト２１の充填後、前記スリーブグラウト２
１が完全固結しない内に前記ケーシング２０を引き抜く
。その後、前記スリーブグラウト２１が完全固結したな
らば、前記注入外管２内に本発明に係る注入内管１を挿
入させ薬液注入を行う。前記注入外管２は、前述したよ
うに地盤深さ方向に一定間隔で注入孔２ａ、２ａ・・・
群が設けられており、前記注入内管１のパッカー１０．
１６の中間部の薬液吐出孔１０ｂ、１０ｂ・・・部を前
記注入外管２の注入孔２ａ、２ａ・・・部に合わせた状
態で薬液注入が行われる。なお、薬液注入は順次、注入
対象地盤を移動しながら行われることにより地盤深さ方
向の全域に渡って薬液注入が成される。ただし、地下水
のある場合には振動によって液状化現象が生じ、地下水
は地盤上方に噴出しようとするため、この地下水の排出
の関係から地盤最深部から順に行うのが望ましい。

また、薬液注入に際しては、振動を与えることにより、
地盤の骨格構造を破壊しつつ、薬液注入が行われて初め
て、通常の注入では到達し得ない注入域まで薬液を注入
することが可能となるため、地盤に対する薬液注入開始
と同時に振動が与えるのが望ましい。

ところで、注入外管２のジヨイント４を可撓性とした場
合には、隣接する注入外管２には伝達されずに振動を局
部的に地盤に伝えることができ、注入終了箇所の地盤へ
の影響を無くすことができる。

なお、本発明に係る薬液注入工法は、前述した装置およ
び注入工法に限定されるものではない。

たとえば、一般に行われているロット注入に対しても、
本発明を採用することができる。単管方式の場合には、
薬液注入機構を備えたロッド先端に振動機を設け、所定
深さまで削孔を行った後、その位置で薬液注入とともに
、振動を与え地盤改良を行うことができる。また、二重
管方式の場合でも同様に行うことができる。

他方、以上に説明した薬液注入方法はすべて、薬液注入
を行う管体に振動機を一体的に備えた場合であるが、薬
液注入とは別にその薬液注入を行う地盤領域に振動を与
えることでもよい（以下、間接法という）。たとえば、
第４図に示されるようにストレーナ注入工法において、
ストレーナ注入管３０が挿入されている箇所とは別にそ
の近傍にロッド３３先端に振動機３１を備えた削孔機で
ポーリング削孔を行い、前記ストレーナ注入により薬液
注入が行われる地盤領域に前記ロッド３３先端の振動機
３１を近接させ、薬液注入と同時に回転モータ３２によ
り前記振動機３１を起振させその周辺地盤に振動を与え
ることにより、薬液を広がりを補助することができる。

なお、振動機３１の有効振動伝達領域は、約５０〜１０
０　ａｎ以内と考えられるため、ストレーナ注入管３０
の注入部と前記振動機３１との離間距離は好ましくは５
０■程度とされる。

また、従来の薬液注入においては、砂質土の場合、浸透
性の悪い懸濁液（たとえばセメント系グラウト）はグラ
ウト材料として使用できなかったが、本発明薬液注入方
法によれば地盤に振動を与え骨格構造を破壊しつつ、薬
液の注入が行われるため、懸濁型グラウトを使用するこ
とができるようになり、強度の高い固結体が得られると
ともに、経済的となる。さらに、溶液タイプの薬液、た
とえば水ガラス系薬液も当然に用いることができる。

また、従来の砂質土における薬液注入能力は、注入圧６
　ｋｇ７ｃｍ２で、８〜１０１／分程度であったが、本
発明によれば薬液と置換される地下水の移動が容易にな
ることにより注入圧を高く設定することが可能となり、
注入圧３〜１０ｋｇ／ｃｍ２で１０〜１５１／分の薬液
注入が可能となる。

さらに、過去の実例より砂質土に対して振動締固めの地
盤改良を行った軟弱地盤は、地盤の密度が上がった結果
、地震時において液状化しにく（なることが判明してい
るが、本発明の薬液注入工法によれば、振動により周辺
地盤の密度を上げ得るとともに、地下水を上方に噴出さ
せ、その際に生じた間隙部分に同時に薬液を注入するこ
とによって、地下水が排出された高密度の地盤が形成さ
れるため、液状化現象の防止にも効果を奏し得る。

ところで、前記振動機の振動数は、粒径が小さいほど高
振動数の方が効果的であるため、地盤粒子の粒径によっ
て最も効果的な振動数帯が適時選択できるように、好ま
しくは５０００〜１５０００ｖｐｍの振動数帯を持ち、
任意に振動数を設定し得るようにすることが望ましい。

また、振動機としては、コンクリート用振動機として市
販されているものを使用することもできる。この場合も
同様に選択する振動機によって７０００〜１５０００ｖ
ｐｍの範囲の振動数の選択が可能であり、適宜地盤に合
わせ最も効果的な振動数帯のものを選定すればよい。ま
た、振動の強弱、振動位置および注入圧とを調整するこ
とにより薬液注入範囲を限定することもできる。

なお、本発明方法の場合、振動機の有効振動伝達領域は
、約５Ｑ〜１００　ｃｍ以内と考えられるため、好まし
くは設計有効径５０ａｌｌｌとしてポーリング削孔位置
を決定することが望ましい。

〔発明の効果〕

以上詳説したように本発明によれば、軟弱砂質地盤等に
おける薬液注入に際し、注入した薬液によって土粒子間
の間隙が閉塞されることがなく、効果的に浸透および脈
状注入を行うことができ、もって高品質の改良地盤を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る薬液注入装置の要部縦断面図、第
２図は本発明に係る薬液注入工法の具体例を示す図、第
３図は振動締固め工法による締固めの効果を示す図、第
４図本発明薬液注入工法に係る間接法を示す図である。 １・・・注入内管、２・・・注入外管、３・・・ゴムス
リーブ、４・・・ジヨイント、５・・・液路、６・・・
空間、７・・・Ｏリング、８・・・堰壁、１０・・・第
１パッカ一体、１１・・・回転ワイヤー　１２・・・回
転継手、１３・・・振動子、】４・・・振動子室、１５
・・・０リング、１６・・・第２パッカ一体、１７・・
・ベアリング 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）薬液注入手段を対象地盤中に設置し、前記薬液注
   入手段より薬液を対象地盤中に注入し成される薬液注入
   工法において、 対象とする地盤中に前記薬液注入手段に付設された振動
   機により、または別個独立的に前記対象地盤中に貫入さ
   れた振動機により、地盤中の注入対象域に対して振動を
   与えつつ薬液注入を行うことを特徴とする薬液注入工法
   。
2. （２）地盤中に設置される注入管と、この注入管内に設
   置され、かつ注入管の軸心と偏位した位置に重心を有す
   る振動子と、この振動子を注入管の軸心回りに回転させ
   る地上設置の回転駆動手段と、前記振動子と回転駆動手
   段とを連結する回転力伝達手段とを備え、さらに前記振
   動子のこれと一体化された回転軸は注入管内面に接触し
   て保持されていることを特徴とする薬液注入装置。
3. （３）地盤中に設置される同心状の外管および内管から
   なる注入管と、この注入内管内に設置され、かつ注入管
   の軸心と偏位した位置に重心を有する振動子と、この振
   動子を注入内管の軸心回りに回転させる地上設置の回転
   駆動手段と、前記振動子と回転駆動手段とを連結する回
   転力伝達手段とを備え、さらに前記振動子のこれと一体
   化された回転軸は注入内管内面に接触して保持されてお
   り、かつ前記注入内管は注入外管内面に接触しているこ
   とを特徴とする薬液注入装置。