JPH044412B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軸方向に異つた位置に吐出口を有する
二重管を用い、これら吐出口を通じて団結時間の
異なるグラウトを地盤中に注入して地盤を改良す
る地盤注入工法に関する。

軟弱地盤は通常、粗粒土層と細粒土層とが互層
になつて形成された軟弱な地盤であるが、これは
該地盤内にグラウトを注入して均質に固結するこ
とが必要である。

又、最近の建設工事における環境保全、水質保
全の問題から、注入した水ガラスグラウトが注入
範囲外へ逸脱することなく、注入した地点で確実
に固結する事が公害防止の点から望まれている。

本発明は特に固結時間の異なる複数のグラウト
を地盤中に注入するものであつて、複数のグラウ
トが吐出される吐出口の位置が注入管の軸方向に
異つた個所に位置する二重管を用いて上方の浅い
場所に位置する吐出口からは固結時間の速いグラ
ウトを注入し、下方の深い場所に位置する吐出口
からは固結時間の長いグラウトを注入し、これに
よつて上記の問題を解決し、均質な地盤固結を可
能ならしめたものである。

すなわち、本発明の目的は複雑な粗粒土層およ
び細粒土層を簡便に一工程で、くまなく固結して
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軟弱地盤の注
入工法を提供することにある。

前述の目的を達成するため、本発明によれば、
軸方向に異つた位置、すなわち、上下に異つた位
置に吐出口を有する外管およびこの外管内に内蔵
された内管からなる二重管を用いて地盤中にグラ
ウトを注入するにあたり、この地盤注入工法が次
のＡ，ＢおよびＣの工程からなることを特徴とす
る。

(A) 前記外管を通して水を吐出してボーリングす
る第一工程。

(B) 前記外管から水ガラス水溶液または水ガラス
と反応剤の配合液および前記内管から瞬結用反
応剤水溶液をそれぞれ流入し、両者を前記外管
の先端部付近で合流して得られる瞬結性グラウ
トを前記外管の上部側壁吐出口から地盤中に注
入する第二工程。

(C) 前記外管の下部吐出口から浸透性グラウトを
地盤中に注入する第三工程。

以下、本発明を具体的に詳述する。

本発明の考え方を上述の従来の注入工法との関
連のもとに説明すると以下のとおりである。ただ
し、ここで本発明を理解しやすくするために、固
結時間が30秒以内のグラウトを瞬結性グラウトと
称し、それよりも固結時間の長いグラウトを浸透
性グラウトと表現する。

注入したグラウトが注入管まわりから逸脱する
のを防ぐためにはゲル化時間を短くした方がよい
が、そうすると地盤への浸透は脈状が主体となつ
てしまう。このため固結の連続性がえられない。
一方、土粒子間浸透を行なうためにはゲル化時間
が長い方がよいが、そうすると注入管まわりの空
隙から逸脱しやすくなる。このような相反する施
工上の要素を一つのグラウトで同時で満足させよ
うとすると無理が生じやすい。したがつて、ゲル
化時間の短いグラウトには、注入管まわりの空隙
を填充してパツカーを形成する機能を受けもた
せ、ゲル化時間の長いグラウトには土粒子間浸透
による固結という機能を分担させれば、無理のな
い注入が可能になる。

本発明はこのような注入を一工程で可能ならし
めたものである。すなわち本発明は二重管を用
い、瞬結性グラウトでパツカー機能を形成せしめ
たあとで浸透性グラウトを注入すると、浸透性グ
ラウトはゲル化時間が長いにもかかわらず、注入
管まわりがシールされているため逸脱することな
く土粒子間浸透により注入口を中心として固結体
を形成し、対象範囲を計画通り固結しうるもので
ある。

以上の工程を一工程で連続的に行うために本発
明では固結時間の異なるグラウトが吐出される吐
出口の位置が軸方向の異つた個所に位置する二重
管を用いて上部の吐出口から瞬結性グラウトを地
盤中に注入して注入管まわりの空隙を填充し、か
つ弱い層、大きな空隙の層にも瞬結性グラウトを
圧入して大きな空隙を填充すると共に、弱い層を
圧密強化して注入領域を拘束化した上で下部の吐
出口から浸透性グラウトを注入して浸透性グラウ
トが注入対象範囲外へ逸脱することなく、所定の
深度において細粒土間にも粒子間浸透を行わせし
めたものである。

通常ゲル化時間の長いグラウトを地盤中に注入
した場合注入抵抗の少ない上方の地表面の方向に
注入液は逸脱していく傾向を有するが、本発明で
は上部の吐出口からの瞬結性グラウトにより上部
の層に瞬結性グラウトによる固結層が形成される
傾向があるため浸透性グラウトは上部に逸脱する
事なく所定の深度に浸透固結する事が可能にな
る。

以上を第１図にて説明する。注入管Ａを地盤中
に設置して上部吐出口Ｂより瞬結性グラウトを注
入すると、グラウトは注入管まわりの空隙を填充
し、かつ周辺の土層に圧入される。図中、Ｄは瞬
結性グラウト固結部である。（第１図Ａ）。次いで
下部吐出口Ｃより、浸透性グラウトを注入すると
注入管まわりと特に上部の粗い層や弱い層が瞬結
性グラウトで填充されているので浸透性グラウト
は地表面の方向に逸脱することを阻害されて所定
深度で固化され、更に瞬結性グラウトが浸透しき
れなかつた細粒子間にも粒子間浸透して地盤強化
を可能にする。図中Ｅは浸透性グラウト固結部で
ある。（第１図Ｂ）。さらにステージを上げて以上
の操作をくり返えせば、地盤全体を完全に改良す
ることができる。

本発明にかかる二重管はグラウトが吐出される
吐出口の位置が注入管の軸方向に異つた個所、す
なわち注入管の上下に異つた個所に複数存在する
二重注入管を用いるが、実際の施工においては、
固結時間の異なるグラウトを簡便に切り換え得る
こと、また、ゲル化時間の長いグラウトを下部吐
出口から注入している間に上部吐出口付近にゲル
化時間の短いグラウトがゲル化して詰まつてしま
うようなことがないことが実用上必要である。本
発明は新規な二重管を提供することによつてこの
ような問題を解決したものである。

以下、本発明にかかる二重管を第２図Ａ，Ｂお
よび第３図Ａ，Ｂ、さらには第４図、第５図Ａ，
Ｂを用いて詳述し、併わせて本発明にかかる地盤
注入工法をも説明する。

第２図Ａ，Ｂは本発明にかかる注入管の一般
例、第３図Ａ，Ｂはこの具体例を示し、第４図は
前記注入管に設置されるスライド弁を示し、第５
図Ａ，Ｂはそれぞれ前記注入管に設置される圧力
逆止弁の一具体例を示す。

ａは注入管である。この注入管ａは外管１と、
その中に内蔵された内管２とから構成される。外
管１には上部側壁部吐出口８および下部吐出口９
が設けられ、この外管１から逆止弁６を通じてグ
ラウト用配合液であるＡ液あるいはボーリング水
が流入される。内管２には先端部に上下に移動自
在のスライド弁３が嵌合され、かつ内管２の先端
部付近の側壁には圧力逆止弁５が備えられ、この
内管２を通じてグラウト用配合液であるＢ液が流
入される。スライド弁３は第２図または第３図、
特に第４図に示すとおり閉塞板３ａを備え、この
閉塞板３ａはスライド弁３が上下に移動する際に
外管１の内壁をスライドして外管１の上部側壁吐
出口８を開閉するものである。

このような構成からなるスライド弁３は第２図
Ａおよび第３図Ａの状態から内管２のＢ液の流圧
により下方に移動し、やがて先端部３ｂが台座７
に接触して外管１の下部吐出口９を閉塞するとと
もに外管１の上部側壁吐出口８を開口し、このと
き内管２のＢ液は圧力逆止弁５を通つて外管１内
の混合室１４内に吐出されてＡ，Ｂ液がここで合
流され、この合流液（例えば瞬結性グラウト）が
外管１の上部側壁吐出口８を通じて地盤中に注入
される。（第２図Ｂおよび第３図Ｂ）。圧力逆止弁
５は例えば第５図Ａに示すように内管２の側壁に
設けられた吐出口５ｂと、これを覆うスリーブと
から構成され、あるいはまた、第５図Ｂに示すよ
うに内管２の側壁に設けられた吐出口５ｂと、こ
の吐出口５ｂをスプリング５ｃの圧力によつて閉
塞する栓５a′とから構成され、スリーブ５ａの収
縮力またはスプリング５ｃの圧力により外管１か
らの逆流を防止するものである。

さらにスライド弁３は内管２からのＢ液の流入
が停止されたときにバネ４の作用により上方に移
動して外管１の下部吐出口９を開口するとともに
外管１の上部側壁吐出口８を閉塞板３ａにより閉
塞する。（第２図Ａおよび第３図Ａ）。このとき、
外管１からのＡ液（例えば浸透性グラウト）ある
いはボーリング水がスライド弁３の流路１０を通
つて外管１の下部吐出口９からボールバルブ１２
を押し開けて地盤中に注入あるいは吐出される。
なお、１１はメタルクラウン、１３はバネであ
る。

本発明にかかる地盤注入工法は前述の注入管を
用いて次のＡ，Ｂ、およびＣの工程によりグラウ
トを地盤中に注入する。すなわち、Ａ外管１から
スライド弁３の流路１０および下部吐出口９を通
して地盤中に水を吐出し、注入すべき地盤をボー
リングする。（第２図Ａおよび第３図Ａ）。このと
き第２図および第３図に示すように注入管の先端
メタルクラウン１１を取りつけることが好まし
い。Ｂ次いで、外管１からグラウト用配合液であ
るＡ液および内管２からグラウト用配合液である
Ｂ液をそれぞれ流入する。やがてスライド弁３は
内管２を流れるＢ液の流圧により下方に移動して
スライド弁３の先端部３ｂが台座７に接触し、下
部吐出口９を閉塞する。（第２図Ｂおよび第３図
Ｂ）。このとき内管２内のＢ液は圧力逆止弁５の
吐出口５ｂを通じ、スリーブ５ａまたは栓５a′を
押し開けて外管１の混合室１４に吐出し、ここで
Ｂ液が外管１内のＡ液と合流され、この合流液は
外管１の上部側壁吐出口８から地盤中に注入され
る。

Ｃ次いで、内管２のＢ液の流入を中止するとス
ライド弁３はバネ４の作用により上方に移動さ
れ、このとき閉塞板３ａが外管１の上部側壁吐出
口８を閉塞するとともに下部吐出口９を開口し、
ここからＡ液のみがボールバルブ１２を押し開け
て地盤中に注入される。

なお、前述の本発明工法において、Ａ液として
水ガラス水溶液または水ガラスと反応剤の配合液
が用いられ、Ｂ液として反応剤配合液が用いられ
る。この結果、Ａ液とＢ液の混合液はゲル化時間
の短いグラウト、例えばゲル化時間が30秒以内、
通常15秒以内の瞬結性グラウトとなり、Ａ液はゲ
ル化時間の長いグラウト、すなわち浸透性グラウ
トとなる。

ゲル化時間の長いグラウトである前記Ａ液は水
ガラスと反応剤をあらかじめミキサー中で混合し
て調整してもよいし、また注入管の先端部でＹ字
管を用いて水ガラスと反応剤の水溶液を合流して
得てもよい。

上記においてＡ液がPHが酸性から中性領域の
水ガラスグラウトを用いる場合はＢ液として水ガ
ラス、アルカリ性塩、セメントから選ばれた配合
液或いはPHがアルカリ領域の水ガラスグラウト
を用いることも出来る。なぜならば水ガラスグラ
ウトは弱アルカリ領域でゲル化時間が最も短くな
るために上記Ａ液、Ｂ液の合流液は短いゲル化時
間になるからである。

同様にＡ液がアルカリ領域のPH値を呈する水
ガラスグラウトの場合、Ｂ液は酸性ないし中性領
域の水ガラス配合液を用いる事が出来る。

また同様にＡ液としてセメントを含む懸濁型グ
ラウトを用いる場合はＢ液としてセメント急結剤
または水ガラス液または酸性ないし中性の水ガラ
ス液を用いる事が出来る。

以上のように本発明に用いるグラウトをまとめ
ると以下の通りである。

ａ セメントや粘土を有効成分とする懸濁型グラ
ウト。

ｂ 水ガラス系グラウトや樹脂系グラウト。

本発明において通常用いられる水ガラスグラウ
トの反応剤としては酸（無機酸、有機酸等）、塩
（無機塩、有機塩、塩機性塩、中性塩、酸性塩等）
エステル類、アルデヒド類、アミド類、アルコー
ル類、セメント、石灰のようなアルカリ類等、任
意のものを用いることができる。

水ガラスとしてはモル比（SiO₂／M₂O）：1.5〜
5.0液状水ガラス、無水水ガラス、和水水ガラス
結晶性水ガラス等を含めた任意のモル比の珪酸の
アルカリ金属塩、或は珪酸のアルカリ金属塩と珪
酸の混合物をいう。

又水ガラスグラウトとしてはアルカリ領域、中
性領域、酸性領域等、いかなるPH領域のものも
用いる事が出来る。

又、本発明において通常用いられる瞬結性水ガ
ラスグラウトあるいは浸透性水ガラスグラウトに
おける瞬結用反応剤配合液、および浸透用反応剤
配合液は、反応剤の種類ないしは反応剤そのもの
は同じであつて濃度を変える事により定められ
る。たとえば、無機塩や無機酸の反応剤は瞬結性
グラウト用反応剤配合液に適しているし、エステ
ルやグリオキザール等は浸透性グラウト用配合液
に適しているが、たとえば水ガラス濃度をうすく
し、かつ無機反応剤の濃度をうすくして用いるこ
とにより浸透性水ガラスグラウトとして用いるこ
とも出来るし、有機反応剤に無機反応剤を併用し
て瞬結性水ガラスグラウトに用いる事も出来る。
又酸性水ガラス水溶液に対しては水ガラスやアル
カリ性塩やセメントやその他のアルカリ性液等を
含有する配合液が反応剤として作用し、濃度が濃
ければ瞬結性グラウト用反応剤配合液ともなり、
うすければ浸透性グラウト用反応剤配合液ともな
る。

一般に瞬結性グラウトを注入管内の混合室で充
分に混合して形成し、これを地盤中に注入する工
法は注入管外で合流して形成する工法に較べて混
合性がよく、均質なグラウトを形成するので優れ
ているが、一方、瞬結性グラウトを浸透性グラウ
トに変換してこれを地盤中に注入している間に混
合室に残存している瞬結性グラウトがゲル化して
しまい、このため浸透性グラウトを注入したのち
再度瞬結性グラウトを注入する際に注入が不能に
なつてしまつたり、あるいはつまりやすくなつて
しまい、注入の際に非常な高圧を必要とする。

本発明では前述したとおり、瞬結性グラウトが
地盤中に注入の後、混合室１４を通して浸透性グ
ラウトが注入されるので、混合室１４が浸透性グ
ラウトで洗浄されることになり、このため混合室
１４に残存する瞬結性グラウトは注入管外に押し
出されるので、前述のような残存瞬結性グラウト
のゲル化による障害が防止される。

また本発明において、瞬結性グラウトと浸透性
グラウトを併用する場合は瞬結性グラウトの注入
量は注入対象領域において注入深長1mあたり５
以上が好ましく、また、瞬結性グラウトを吐出
する位置の深度方向の間隔は1m以内、通常は
0.5m以内がよい。さらに瞬結性グラウトの固結
時間は30秒以内、望ましくは15秒以内である。こ
れによつて瞬結性グラウトによる注入管まわりの
パツカー効果が呈せられ、かつ地盤を拘束状態に
する効果も呈せられる。

なお、浸透性グラウトの固結時間は30秒以上、
通常は１分以上が望ましい。

以下、本発明を実施例によつてさらに詳述す
る。

実施例 １ 第３図の二重管を用いて都内の細砂地盤と砂レ
キ地盤の互層よりなる地層に以下のグラウトを以
下に示す方法で注入した。

Ｉ液： ３号水ガラス 30 （50当り） 水 20 液： エチレングリコールジアセテート ３ （50当り） 重炭酸ナトリウム ２Kg 液： 75％リン酸 ３ （50当り） 水 75 液と液を同量づつ合流させるとゲル化時間
は５分になり、液と液を同量づつ合流させる
とゲル化時間は２秒になる。

二重管を所定の深度に設置し、次いで外管より
液を内管より液を同量づつ吐出して瞬結性グ
ラウトを注入してのち、液の注入を中止し、外
管上端部で液、液を同量づつ合流して浸透性
グラウトを注入し、所定量注入しおわつてからス
テージを上げて、以上をくり返した。

注入後掘削調査したところ、注入管の地盤との
間、並びに粗い層には瞬結性グラウトが浸透し、
上記瞬結性グラウトが浸透しきれなかつた部分及
び細い層には浸透性グラウトが浸透して地盤を均
質に固結している事が判つた。

実施例 ２ 第３図の二重管を用いて地下水のある河床砂レ
キ層で本発明方法を用い、試験工事を実施した。

液：炭酸ナトリウム５％ 液：硫酸に水ガラスを加え〔SiO₂〕を７モル
濃度としPHを３に調整し、ゲル化時間が１時
間になるように配合を設定した。

液、液を同量づつ合流すると15秒でゲル化
する。

実施例１と同じように内管より液を、外管よ
り液を同量づつ合流して所定量注入してのち
液のみを注入してステージを引き上げ、この繰り
返しで注入を続けた。

注入後、掘削したところ、注入管まわりと地盤
の粗粒土層に瞬結性グラウトが主として固結し、
細粒土層には浸透性グラウトが主として浸透し固
結していた。浸透性グラウトの逸脱はなかつた。

実施例 ３ 東京都内の砂レキと細砂の互層よりなる地盤で
本発明を実施した。所定深度に第３図に示す二重
管を設置して試験した。

〔配合〕 液：硫酸水溶液に３号水ガラスを混入して
〔SiO₂〕：７モル濃度 PH：1.0、ゲル化時間15時間の配合液を調整し
た。

液：重炭酸ナトリウム10％液 液：３号水ガラス水溶液20％液 まず、内管から液を、外管から液を送り、
これらを合流してPHが7.5でゲル化時間が２秒を
呈する合流液を注入してのち、液の合流を中断
して内管上端部にてＹ字管で液を液に合流し
PHが5.5、ゲル化時間が10分を呈する合流液を注
入して、ステージを上昇し、以上をくり返した。

その後掘削調査したところ、注入管のまわりと
互層の境界面には瞬結性グラウトが填充され、そ
の土粒子間には浸透性グラウトが浸透して均質に
固結している事が判つた。

実施例 ４ 実施例３と同じ地盤を用い、かつ第３図に示す
注入管を用いて、実施例３と同様に試験を行つ
た。

〔配合〕 液：実施例３の液と同じ 液：実施例３の液と同じ 液 高炉セメント 25重量％ 炭酸ナトリウム ３重量％ ベントナイト ２重量％ を含む懸濁液 まず外管から液を、内管から液を送り、こ
れらを合流してゲル化時間が５秒を呈する合流液
を注入してから液の合流を中断して液を外管
上端部のＹ字管を用いて液に合流し、PHが5.5
ゲル化時間が10分を呈する合流液を注入してステ
ージを上昇し、以上をくり返した。

掘削調査したところ、注入管のまわりと互層の
境界面にはゲル化時間の短い懸濁液が填充され、
土粒子間にはゲル化時間の長いグラウトが浸透し
て均質に固結している事が判つた。

実施例 ５ 第３図の二重管を用いて実施例３と同じ地盤で
注入実験を行つた。

〔配合〕

１液100当り ３号水ガラス 30 エチレングリコールアセテート ３ 重炭酸ナトリウム １Kg 水 残り この配合液は20分／20℃でゲル化する。

液 実施例３の液と同じ。

液、液を同量づつ合流すると２秒でゲル化す
る。

二重管を所定の深度に設置したのち、外管より
液を、内管より液を同量づつ吐出して瞬結性
グラウトを注入してのち、液の注入を中止して
液のみを注入し、所定量注入しおわつてからス
テージを上げて以上をくり返した。注入後掘削調
査したところ、注入管と地盤との間並びに粗い層
には瞬結性グラウトが浸透しきれなかつた部分及
び細い層には浸透性グラウトが浸透して均質に固
結しているのが判つた。

実施例 ６ 第３図の注入管を用いて上から下へ砂レキ層、
砂層、粘土層、シルト層からなる地盤に注入し
た。

注入は上から下へステージを移行して行つた。
注入液は実施例５と同一の配合を用いた。砂レキ
層では，合流液を注入し、砂層では，合
流液を注入し、シルト層では液のみを注入し
た。注入後掘削したところ地盤全体が強固に固結
していた。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂはそれぞれ本発明にかかる注入機
構を表わした模型図であり、第２図Ａ，Ｂは本発
明にかかる注入管の一般例、第３図Ａ，Ｂはこの
具体例を示し、第４図は前記注入管に設置される
スライド弁の一例を示し、第５図Ａ，Ｂはそれぞ
れ前記注入管に設置される圧力逆止弁の一具体例
を示す。 ａ……注入管、１……外管、２……内管、３…
…スライド弁、３ａ……閉塞板、３ｂ……スライ
ド弁の先端部、４……バネ、５……圧力逆止弁、
５ａ……スリーブ、５a′……栓、５ｂ……吐出
口、５ｃ……スプリング、６……逆止弁、７……
台座、８……上部側壁吐出口、９……下部吐出
口、１０……流路、１１……メタルクラウン、１
２……ボールバルブ、１３……バネ、１４……混
合室、Ａ……注入管、Ｂ……上部吐出口、Ｃ……
下部吐出口、Ｄ……瞬結性グラウト固結部、Ｅ…
…浸透性グラウト固結部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸方向に異つた位置に吐出口を有する外管お
   よびこの外管内に内蔵された内管からなる二重管
   を用いて地盤中にグラウトを注入する地盤注入工
   法において、次のＡ，ＢおよびＣの工程からなる
   ことを特徴とする地盤注入工法。 (A) 前記外管を通して水を吐出してボーリングす
   る第一工程。 (B) 前記外管から水ガラス水溶液または水ガラス
   と反応剤の配合液および前記内管から瞬結用反
   応剤水溶液をそれぞれ流入し、両者を前記外管
   の先端部付近で合流して得られる瞬結性グラウ
   トを前記外管の上部側壁吐出口から地盤中に注
   入する第二工程。 (C) 前記外管の下部吐出口から浸透性グラウトを
   地盤中に注入する第三工程。