JPH0621452B2 - 地盤の改良施工法及びその施工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、粉体ガスをグラウトの代りに用いて行う地盤
の改良施工及びその施工装置に関する。

本明細書において、本発明に関し「地盤」なる語は、岩
盤を含む広義の意味で使用されている。これは特許請求
の範囲の項における記載についても同様である。

従来の技術とその問題点 近年、グラウティング法に代る地盤の改良施工法とし
て、粉体ガス（例えばセメントの如き微粒子を高圧ガス
と攪拌して調製された稀薄な粉埃状のもの）を軟弱な地
盤の空間や岩盤の割れ目に吹込み、吹込まれた粉体と、
その個所に存在する間隙残留水、附着水と反応させ、そ
れ等空隙を閉塞かつ癒着させ、透水性を低下せしめかつ
地盤全体、岩盤全体の強度を高めようという工法が提案
された。しかしこの工法には、次の２つの大きな問題が
あり、実用化されていない。

第１の問題は、粉体ガスを製造する機械の非経済性にあ
る。試験室で小規模な供試体を対象として、粉体注入実
験を行うときは、必要とする粉体ガスの量も限られるの
で、その製作に手間と高価な費用を有しても、それ程の
障害ならないが、現地で巨大な地盤や岩盤を対象とし
て、改良工事を行うときは問題である。因みに在来、粉
体ガスを製造する手法として用いられて来た方法は、例
えば粉体を入れた容器中でスクリュー状の羽根を回転さ
せ、それを吹出す形式のものや、任意の時間毎に回転す
るシャフトが中にあるシリンダを中間部の上に設けたパ
イプ中に高圧ガスを一定方向に強く流し、その過程で前
記シャフトに設けられている凹状部分に取込んだ粉体を
繰返し高圧ガス流れの中に落し込んで、粉体ガスをつく
るという所謂ロータリフィーダ型のものなど各種のもの
があるが、実際の地盤や岩盤の改良工事には極めて多量
の粉体ガスを必要とし、それに即応させるには何れも相
当に大型の機械とならざるを得ず、大型のものをつくろ
うとすると、その費用が極めて高価となり、経済上、実
用化からは程遠い。

第２の問題は、粉体ガスの浸透性の点である。粉体ガス
の材料としては、手軽に入手できるところから市販され
ている通常のセメントが好適である。通常のセメントを
使っても、勿論粉体ガスはできる。しかし、セメントの
中には０．３〜０．５ミクロンといった超微粒子もあれ
ば、１０ミクロンというやや大きな微粒子もある。これ
等の粉体を高圧ガスと共に地盤、岩盤の空隙中に吹込む
場合、粒径の小さいものの法がよく浸透すると考えられ
勝ちであるが、現実はその反対である。粒子計が小さい
程、その粒子表面に帯電する負の電荷力が大きくなるた
め、混入物を吸着し易くなる。セメント中の混入物とし
ては各種粘土鉱物や石膏などもあるが、最も障害となる
のは水分、つまり湿気として存在する水蒸気である。水
はとの２つのカチオン、アニオンを持つので、超微
粒セメント表面ののアニオンと結合して、次の集合体
をつくり易い。

結果として超微粒子は、あちこちに集合して数十ミクロ
ンの凹凸の大きい綿埃状の形態となってしまい、セメン
トをそのまま使用してつくった粉体ガスは浸透性が悪
く、現実的に使用価値がない。

従来、粉体ガス材料としてのセメントを改良したものと
して、当業者にコーティングセメントと称されているも
のがある。このセメントは、通常のセメントと異なり粉
体同志が凝集することも少なく、それを用いた粉体ガス
の浸透性は良好であるが、その価格が通常のセメントの
数十倍もするため、この粉体を使った場合、工事費は殆
ど採算ベースにのらない程、極めて高価となる。

即ち、浸透性の優れた粉体ガスを安く、手軽に多量に現
場で製造することにつき、未だ開発されていない実状に
ある。

本発明の目的はセメント粒子・空気の粉体ガスを優れた
浸透性にて注入し得る地盤の改良施工法、及び浸透性の
優れたセメント粒子・空気の粉体ガスを安く、手軽に多
量に現場で製造することが可能な地盤の改良施工装置を
提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明の上記目的は、次の構成の地盤改良施工法、地盤
改良施工装置によって達成される。

１ セメント粒子・空気の粉体ガスを調製するに際し、
粉体ガス或いは空気に、アンモニアまたはアンモニアを
主体とするガスを加え、そのアンモニア添加粉体ガスを
地盤の被改良施工部位へ注入することを特徴とする地盤
の改良施工法。

２ セメント粒子・空気の粉体ガスを調製するための粉
体ガス調製タンク、及び該タンクに粉体ガス調製用の高
圧空気を供給する圧力タンクを具有する地盤の改良施工
装置であって、前記粉体ガス調製タンクが、セメントを
収容する且つ通気型周壁の内タンク、及び該内タンクを
空所の介在下に囲繞して該空所へ前記圧力タンクより高
圧空気を供給される外タンクを包含しており、アンモニ
ア或いはアンモニアを主体とするガスを吹き出すガス供
給器と粉体ガス調製タンクを、ガス供給器よりのガス粉
体調製タンクの粉体ガス或いは空気に吹き込まれるよう
統合し、粉体ガス調製タンクに、当該タンクのセメント
粒子・空気の粉体ガスゾーンに通じるアンモニア添加粉
体ガス取出し口を設けたことを特徴とする地盤の改良施
工装置。

３ 粉体ガス調製タンクと圧力タンクの組合せ体を複数
組有し、その各組においてアンモニア添加粉体ガス取出
し口から延びる配管、及び圧力タンクから高圧空気を粉
体ガス調製タンクの外タンクへ送る配管に、前記複数組
の組合せ体を選択稼働させるための切換え手段を備えた
上記構成２記載の地盤の改良施工装置。

粉体調性タンク及び圧力タンク組合せ体の複数組の数
は、一般的に二組でよい。

作 用 構成１の本発明において、セメント粒子・空気の粉体ガ
スを調製するに際し、粉体ガス或いは空気にアンモニア
またはアンモニアを主体とするガスを添加することは次
の意義がある。

アンモニアはアルカリ化合物からなるガスで、水分との
反応が著しく、極めて速やかに水に溶けてアンモニア水
をつくる、空気より軽いガスである。従って、本発明に
係る前記セメント粒子・空気の粉体ガスでは、セメント
微粒子間に湿気があっても、それと粉体ガス中のアンモ
ニアが直ちには反応し、アンモニア水の被膜をつくり、
それによってセメント微粒子の凝集を防ぐ。即ち、粉体
ガスの調製に際し、粉体ガス或いは空気にアンモニアま
たはアンモニアを主体とするガスを加えると、粉体ガス
の浸透能力が高まり、優れた浸透性にて粉体ガスを地盤
の空隙に注入し得るのである。事実、本発明者の実験結
果から、市販の通常のセメントをそのまま粉体材料とし
て使った場合でも、それよりつくられたアンモニア添加
粉体ガスは、優れた浸透能力を示すことが確められた。

構成２の本発明においては、通気型周壁の内タンクとこ
れを空所を介して気密下に囲繞する外タンクを構成要素
として包含するものを粉体調製タンクとして備えたか
ら、その内タンクにセメントを収容し、内タンクと外タ
ンクの間の空所に加圧タンクから高圧空気を供給する
と、その供給された高圧空気が内タンクの通気型周壁を
通って、内タンクに進攻的に入り、ここにセメント粒子
・空気の粉体ガスが調製される。この粉体ガス調製時に
は、ガス供給器よりアンモニアまたアンモニアを主体と
するガスを粉体ガス或いは空気に添加することができ
る。こうして得られたアンモニア添加セメント粒子・空
気粉体ガスは、粉体ガス調製タンクの取出し口から地盤
の被改良施工部位へ注入することができる。

このように構成２の本発明では、タンク内に高圧空気を
吹込んでセメント粒子・空気の粉体ガスを調製するの
で、従来のスクリュー羽根回転式やロータリフィーダ型
の粉体製造装置と異なり、主要部分がタンク及びそれに
附随する配管等という機構的に単純で固装のない設備で
粉体ガスが得られ、従って必要とする多量の粉体ガスを
製造するのに即した大型の設備を経済的に作成でき、こ
の設備の適用の下、現場で多量に浸透性に優れたセメン
ト粒子・空気の粉体ガスを製造し得る。しかも前述した
ように、市販通常のセメントをそのまま粉体材料に充当
できるから、アンモニアが手軽に入手できまた安価なこ
とも加え、セメント粒子・空気の粉体ガスを安く、手軽
に製造することができる。

構成３の本発明においては、粉体調製タンク、圧力タン
クの配管の切換え手段を切換え、粉体調製タンク及び圧
力タンク組合せ体の所要のものを選択稼働させている間
に、他の粉体調製タンク及び圧力タンク組合せ体では例
えば粉体調製タンクにセメントを補給するというよう
に、常に一つの粉体調製タンク及び圧力タンク組合せ体
を用い、地盤の被改良施工部位に対する粉体ガスの注入
を中断させずに行うことができる。

発明の効果 上記のように本発明によれば、セメント粒子・空気の粉
体ガスを優れた浸透性にて注入し得る地盤の改良施工
法、及び浸透性の優れたセメント粒子・空気の粉体ガス
を安く、手軽に多量に現場で製造することが可能な地盤
の改良施工装置を提供し得るのである。

実施例 次に本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

図で（１）が粉体ガス調製タンクであり、該タンク
（１）はセメントを収容する内セメント（１ａ）と、こ
れに空所（２）を介して気密下に囲繞する外タンク（１
ｂ）の二重構造を得る。内タンク（１ａ）の周壁は通気
型である。その通気型周壁としては、穴（３）を多数あ
けた鉄板（４）とそれに内張りしたステンレス金網
（５）の組合せからなるものを有利に適用できる。

（６）は粉体ガス調製タンク（１）の後述するセメント
粒子・空気の粉体ガス或いは空気にアンモニアまたはア
ンモニアを主体とするガスを添加するガス供給器、
（７）は粉体ガス調製タンク（１）からアンモニア添加
セメント粒子・空気の粉体ガスを取出す取出し口で、ガ
ス供給器（６）は外タンク（１ｂ）の内空、好ましくは
頂部内空に備え、取出し口（７）は外タンク（１ｂ）の
上端に備える。（８）（８′）はガス供給器（６）にア
ンモニアまたはアンモニアを主体とするガスを送る導管
を示し、管（８′）の始端はアンモニアまたは当該ガス
源に接続される。管（８）は平面放射状に適当本数、例
えば４本配置され、それぞれに噴気ノズル（６′）を有
する。

上記タンク（１ａ）は、その中央部を上下に延びる空気
型周壁の管（９）を有する、該管（９）の通気型周壁と
しては、穴（１０）を多数あけた管路にステンレス金網
（１１）を内張りしたものを有利に適用できる。該管
（９）の上端は、内タンク（１ａ）上面に形勢れた粉体
ガス室（１２）に開口している。その粉体ガス室（１
２）は、適当数、例えば上記噴気ノズルル（６′）と同
数の粉体ガス噴出口（１３）を有する。管（９）の下端
は、内タンク（１ａ）の底板中央に設けられたシリンダ
（１４）上端即に連通している。該シリンダ（１４）内
には、バランスピストン（１５）の上端側が延びて嵌合
しており、該ピストン（１５）の下端側は、外タンク
（１ｂ）の下面中央に附設された高圧空気が注入される
シリンダ（１６）内に延びて嵌合している。該シリンダ
（１４）、バランスピストン（１５）及びシリンダ（１
６）の嵌合の下、内タンク（１ａ）の底は外タンク（１
ｂ）の底に対し、気密下、上下動可能である。また内タ
ンク（１ａ）は上端にセメント投入管（１７）を有し、
該管（１７）は外タンク（１ｂ）を貫通して上方に延
び、気密下、内タンク（１ａ）につれ上下動が可能であ
る。

（１８）は粉体ガス調製タンク（１）の空所（２）に高
圧空気を供給する圧力タンクで、該圧力タンク（１８）
から配管（１９）及び（２０）が延び、管（１９）は上
記シリンダ（１６）に、管（２０）は外タンク（１ｂ）
の底に開通している。

（２１）は内タンク（１ａ）の投入したセメント量及び
その消費によって減少するセメント量を計量する油圧ピ
ストン・シリンダ装置で、該装置（２１）におけるピス
トン（２１ａ）が内タンク（１ａ）の底面に、シリンダ
（２１ｂ）が外タンク（１ｂ）の底面に取付けられてい
る。該油圧ピストン・シリンダ装置（２１）は、内タン
ク（１ａ）の縦軸線の回りに複数、例えば４つ配設され
る。油圧ピストン・シリンダ装置（２１）のシリンダ
（２１ｂ）は管（２２）により計量ゲージ（２３）に接
続されている。

図示の形式では、上記セメント粒子・空気の粉体ガス調
製タンク（１）と圧力タンク（１８）の組合せ体は、二
組が配置されている。その各組において、圧力タンク
（１８）から延びる配管（２８）、（１９）にはそれ等
二組の組合せ体を選択稼働させるための切換え手段とし
ての切換え弁（２４）、（２５）が介入されている。二
基の粉体調製タンク（１）（１）の粉体ガス取出し口
（７）（７）から延びる配管（７′）（７′）は一つに
集合され、その集合部に管（７′）（７′）を選択稼働
させる切換え手段としての切換え弁（２６）が設けられ
ている。二基の圧力タンク（１８）（１８）には、高圧
空気源、例えばエアコンプレッサ（図示せず）に接続さ
れた管（２７）から延びる配管（２８）（２８）が接続
され、管（２７）（２８）（２８）の集合部には、管
（２８）（２８）を選択稼働させる切換え手段としての
切換え弁（２９）が設けられている。上記切換え弁（２
４）（２５）（２６）（２９）は、電気的に接続されて
所要時間に所要のものが所定の作動或いは非作動状態に
転換されるようにされた電動型回転弁或いは電磁弁、手
動切換え弁の何れでもよい。当該切換え弁が電動型回転
弁或いは電磁弁の場合、各組において切換え弁（２４）
（２５）が連動して開閉され、切換え弁（２９）の一つ
の方向制御設定で一方の組の切換え弁（２４）（２５）
が開通し、かつその開通した側の組に所属する粉調製タ
ンク（１）の配管（７′）が稼働となるよう切換え弁
（２６）が転換し、切換え弁（２９）の他の方向制御設
定で他の組の切換え弁（２４）（２５）の開通、今一つ
の配管（７′）が稼働となる切換え弁（２６）のポジシ
ョンに切換わる。

（３０）は粉体ガス調製タンク（１）の圧力ゲージ、
（３１）は管（１９）の圧力ゲーシ、（３２）は管（２
０）の圧力ゲージを示している。

図示の装置を用いて行う地盤の改良施工は、次の如くで
ある。

圧力タンク（１８）から管（１９）、（２０）を通じ粉
体調製タンク（１）に高圧空気を送気すると、管（１
９）よりの高圧空気はシリンダ（１６）→（１４）→管
（９）の経路に流れ、管（２０）よりの高圧空気は空所
（２）→内タンク（１ａ）の通気型周壁→内タンク（１
ａ）→管（９）の経路に流れる。こうして、内タンク
（１ａ）に高圧空気が進攻的に入り、内タンク（１ａ）
に投入されているセメント粒子と空気の粉体ガスがタン
ク（１）で調製され、室（１２）に流入する。

室（１２）内のセメント粒子・空気の粉体ガスは排出口
（１３）より排出され、空所（２）の上部に溜り、それ
にガス供給器（６）の噴気ノズル（６′）からアンモニ
アまたはアンモニアを主体とするガスが吹込まれる。こ
のアンモニア添加粉体ガスは、取し口（７）から取出さ
れ、管（７′）及びこれに連通する管（３３）を経て地
盤の改良施工部位、つまり空隙に注入される。

その注入は、それ自体公知の適当な方法により行えばよ
い。

粉体調製タンク（１）を適用しての上述したセメント粒
子・空気の粉体ガス調製におて、粉体ガス中のセメント
濃度は、管（１９）からシリンダ（１６）に送気する空
気圧と、内タンク（１ａ）の外周面から粉体を管（９）
に押しつける空気圧を適時調整することにより、変化せ
しめ得る。

前示粉体ガスの調製中、内タンク（１ａ）はその中に存
在するセメント重量によって上下する。該内タンク（１
ａ）の投入されたセメント量及びその消費つまり内タン
ク（１ａ）外への噴出によって減少するセメント量は、
油圧ピストン・シリンダ装置（２１）のピストン（２１
ａ）の負荷重によって算出できる。

また粉体ガスの調製中、圧力空気によってバランスピス
トン（１５）が上下し、内タンク（１ａ）のぶれを防止
する。

二組の粉体ガス調製タンク（１）及び圧力タンク（１
８）組合せ体は、既に述べたようにして一方を選択稼働
させ、他方の休止中のものをセメント補充等の準備に当
て、全体として管（３３）より地盤の被改良施工部位へ
粉体ガスを連続供給せしめる。この二組の選択稼働の切
換え時機は、計量ゲージ（２３）で内タンク（１ａ）の
セメント残存量を判断して決定すればよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明装置の一実施例を示し、第１図は粉体ガス
調製タンクの縦断面図、第２図は粉体ガス調製タンク及
び圧力タンクの組合せ態様を示す平面図である。 （１）……セメント粒子・空気の粉体ガス調製タンク （１ａ）……内タンク （１ｂ）……外タンク （２）……空所 （６）……ガス供給器 （６′）……噴気ノズル （７）……アンモニア添加粉体ガスの取出し口 （１８）……圧力タンク （７′）（１９）（２０）（２８）……粉体ガス調製タ
ンク、圧力タンクの配管 （２４）（２５）（２６）（２９）……切換え弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セメント粒子・空気の粉体ガスを調製する
   に際し、粉体ガス或いは空気に、アンモニアまたはアン
   モニアを主体とするガスを加え、そのアンモニア添加粉
   体ガスを地盤の被改良施工部位へ注入することを特徴と
   する地盤の改良施工法。
2. 【請求項２】セメント粒子・空気の粉体ガスを調製する
   ための粉体ガス調製タンク、及び該タンクに粉体ガス調
   製用の高圧空気を供給する圧力タンクを具有する地盤の
   改良施工装置であって、前記粉体ガス調製タンクが、セ
   メントを収容する且つ通気型周壁の内タンク、及び該内
   タンクを空所の介在下に囲繞して該空所へ前記圧力タン
   クより高圧空気を供給される外タンクを包含しており、
   アンモニア或いはアンモニアを主体とするガスを吹き出
   すガス供給器と粉体ガス調製タンクを、ガス供給器より
   のガスが粉体調製タンクの粉体ガス或いは空気に吹き込
   まれるよう統合し、粉体ガス調製タンクに、当該タンク
   のセメント粒子・空気の粉体ガスゾーンに通じるアンモ
   ニア添加粉体ガス取出し口を設けたことを特徴とする地
   盤の改良施工装置。
3. 【請求項３】粉体ガス調製タンクと圧力タンクの組合せ
   体を複数組有し、その各組においてアンモニア添加粉体
   ガス取出し口から延びる配管、及び圧力タンクから高圧
   空気を粉体ガス調製タンクの外タンクへ送る配管に、前
   記複数組の組合せ体を選択稼働させるための切換え手段
   を備えた請求項記載の地盤の改良施工装置。