(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に設けた複数の注入孔を介して以下の地盤注入材、すなわち
（１）フライアッシュ（Ｆ材）
（２）セメント、石灰、石膏およびスラグの群から選択される一種または複数種 のカルシウム系粉状硬化発現材（Ｃ材）
（３）水（Ｗ材）
の三成分を有効成分として含み、硬化発現材比Ｃ／（Ｆ＋Ｃ）×１００（％）        が１〜２０重量％であり、水粉体比Ｗ／（Ｆ＋Ｃ）×１００（％）が２０〜            １５０重量（％）であり、注入時のスランプ（ｃｍ）が４〜２６ｃｍであり、 フロー（ｃｍ）が１３〜２８ｃｍである地盤注入材を注入する地盤強化方法に          おいて、前記地盤注入材が可塑性地盤注入材であって、注入に当たり、先端に 吐出口を有する注入管を用い、複数の注入ポイントから同時注入方式、連続注 入方式、インターバル注入方式、間欠注入方式またはこれらの組み合わせ方式 により注入し、かつ初期注入圧力を低くして注入を開始し、先行注入材の脱水 を図って地盤注入材のゲルの生成を図りながら注入圧力を高め、これにより地 盤注入材のゲルによる土粒子間浸透と地盤の割裂による逸脱を防ぎながら土粒 子を周辺に押し広げて地盤の密度を増大させながら地盤を強化し、かつ、前記 注入孔間隔を０．５ｍ〜３ｍとして注入管を上方または下方に移動して注入ス テージを移行させながら前記可塑性地盤注入材を圧入し、この注入材のゲル化 物を圧入によって土粒子を周囲に押しやり、地盤中に可塑性地盤注入材のゲル          化物からなる複数の塊状固結体を形成するとともに、複数の注入孔間の地盤の          密度を増加して地盤強化することを特徴とする地盤強化方法。ただし、上記に          おいて、Ｗ、Ｆ、Ｃはそれぞれ重量を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフライアッシュの流動性とカルシウム系粉状硬化発現物とのポラゾン反応による地盤注入材のゲル化の特殊な特性を応用した地盤注入材およびこれを地盤中に圧入して地盤注入材のゲルの拡大によって土粒子を周辺に押しやり、地盤中にゲル化物からなる塊状固結体を造成し、地盤強化を図る地盤強化方法にかかわる。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメントを主材とするモルタル注入液はスラリー状で流動性を有し、水和反応により固化に到るものであった。このような流動性モルタルはセメントの含有量が少なければ大きなブリージングを生じ、地盤中に材料分離して沈殿して固化する。このため空隙充填には不適である。
【０００３】
一方、ブリージングを小さくするためにはセメントの含有量を大きくすればよいが、このようにするとセメントの硬化発現が早くなり広範囲を充填する事が出来なくなるといる問題がある。このため、このセメントを主材とする流動性モルタルにアルミニウムや水ガラス等を可塑材として用いる方法が提案されたが、このような可塑状グラウトは粘性が大きく流動性が悪いためミキサーから送液管、注入管を通して地盤に注入する迄の管路の途中で流動性を失ってしまう。
【０００４】
このため近年セメント系懸濁液と可塑材を別々にポンプで送り、注入管の手前で合流して注入する可塑性グラウトが開発され、空隙充填や裏込め材として用いられている。更に同一の方法で地盤中に圧入して周辺の土粒子を圧縮する地盤強化方法も提案されている。
【０００５】
しかし実際には、地盤中に注入すると地盤中で水分と紛体が分離し脱水によって急速に流動性を失い急速に硬化してしまい、可塑性保持時間を長くする事が出来ない。この結果、脈状に地盤を割裂して不特定の方向に逸出してしまい地盤強化効果が得られない。
【０００６】
又、空隙充填や護岸の吸出し防止の目的に用いても亀裂から漏出しやすい、地下水中で分散されやすい等の問題があった。
【０００７】
近年、既設トンネルや基礎下の空洞やシールドトンネルの裏込材等空隙充填材として可塑性グラウトが適用されている。又、軟弱な地盤中に可塑性グラウトを圧入して地盤を強化する地盤改良工法が提案されている。
【０００８】
本発明は、このような従来のセメントを主体としてモルタル或はこれに可塑材を加えたり合流する可塑性グラウトの問題をフライアッシュを主材とするグラウトを用いて注入する事によって解決したものである。本発明者は、フライアッシュモルタルが地盤注入工法に用いた場合、従来のセメントを主材とした流動性モルタルともセメントを主材とした流動性モルタルに可塑材を加えた可塑性グラウトとも全く異なる特性を見出し本発明を完成させた。
【０００９】
即ち、従来セメントグラウトにフライアッシュを添加して流動性を改善する方法はすでに知られているが、フライアッシュを主材としてそれに少量のセメントを加えて地盤注入材を注入する方法は用いられていない。本発明者によれば、フライアッシュを主材としそれにセメント等のカルシウム系粉状硬化発現材を混合するとその混合液そのものが時間の経過とともに増粘し、その硬化発現材比並びに水紛体比を調整する事により紛体濃度を大きく粘性を大きくしても、流動性に優れ、水と分離して沈殿する事なく安定した流動性のある懸濁液が得られることが判った。
【００１０】
更に、この懸濁液を地盤注入に用いた場合、その懸濁液自体時間と共に可塑状を呈し、或は地盤中における脱水によって可塑性ゲルを呈し、可塑状ゲルから非可塑状ゲルを経て硬化する事が判った。しかも可塑状ゲルを呈する可塑状保持時間が極めて長いことも判った。従って、透水性のある地盤や老朽トンネルのように脱水が生じやすい空洞に注入されたり、圧入されたりするとコンクリートの亀裂からの脱水によって急速に可塑状ゲルに変化し、或は密度の少ない土砂中に圧入すると脱水されて可塑状ゲルに変化して塊状固結体を形成すると共に、周辺地盤を押し広げて密度を増加する事が可能になる。すなわち、注入前の状態では、可塑状を呈していない地盤注入液を地盤中に注入し、地盤中に注入してから可塑状になるため、注入液の配合操作や送液が極めて容易であるため、簡便な装置による注入が可能であることがわかった。この結果、大きな空隙或は長大な空洞に注入した場合の充填性に優れ、かつ作業性に優れ、未充填部分を生じずかつ地下水があっても分散しにくく均等な固結性が得られる事が判った。
【００１１】
又、老朽したトンネルの空隙充填においてもコンクリート部からの漏出が生じやすい亀裂があっても逸脱しにくい性質があることが判った。また、水紛体比を調整する事によりそれ自体でも可塑状ゲルとなり、静止状態では流動性を失い力を加えると流動性を生ずる特性が得られる事が判った。即ち、特に可塑剤を加える事なく可塑状グラウトになり、しかも可塑状ゲルの保持時間が極めて長いグラウトを得る事が判った。更に、上記懸濁液に水ガラス又はアルミニウム塩を添加する事により、可塑状ゲルに到る迄のゲル化時間を短縮出来る事が判った。特に注目すべき性質は、上記懸濁液に水ガラスやアルミニウム塩をミキサーで添加して可塑状ゲルを形成したあとそれをポンプで送液しても充分な送液性が得られ、そのまま地盤中に注入できる。即ち、別々のポンプを用いてセメント系懸濁液と可塑材を合流注入するような従来の方法を用いる事をしなくても地盤中に注入出来る。
【００１２】
このため、懸濁液のA液に溶液のB液を合流する事に懸濁液の配合比率が薄まってしまって分散しやすい注入液が地盤中に注入されたりする問題が生じない。また、セメント主体のA液にB液を少量に比率（例えば９：１とか１９：１等）で合液する方法も提示されているが空隙充填の場合はともかく地盤中に圧力をかけて圧入する場合は、ポンプ圧が高くなる程異なるポンプを用いて同一比率で合液させる事は困難になり、確実に地盤中に可塑性グラウトを注入する事が困難になる。このような流動特性のちがいはセメント主体のグラウトとフライアッシュ主体のグラウトが本質的に異なると考える事が出来る。
【００１３】
このような本発明の地盤注入材が従来の流動性モルタル或は、可塑性グラウトと異なる特性を有する理由は、フライアッシュそのものが有する特殊な性質とそれに少量のセメント等のカルシウム系硬化発現材を混合する事によって形成され、更にその硬化発現材比、水紛体比、ゲル化調整剤比を所定の配合で調整することにより種々の流動性を発現でき、これを配合装置から送液管を経て注入孔からの地盤中に注入することによって、注入目的に応じた理想的な特性を発現する事を見出し、本発明を完成したものである。
【００１４】
可塑性注入材とは、懸濁液と可塑剤を混合する事によって形成され加圧すると流動性を呈し、静止すれば非流動性を呈する注入材を云う。この種の可塑性注入材として従来、セメント懸濁液やセメントベントナイト懸濁液に水ガラスやアルミニウム塩を合流したもの、或はスラグに消石灰を加えた懸濁液に、水ガラスやアルミニウム塩等を合流したもの、等が知られており、（特開２００３−１０５７４５号公報参照）従来裏込め注入や空隙注入等の充填に用いられてきた。
【００１５】
これらの特性の違いについて、以下の事が判った。
・  フライアッシュに対してセメント量の混合比率が多くなるにつれて可塑性グラウトとしての特性が低下する。
・  フライアッシュとセメントの混合物においてセメントを主材とするグラウトはフライアッシュを主材とするグラウトに比べて、粘性が高く硬化時間が早く、可塑性保持時間が短くブリージングが大きい。
【００１６】
これに対して、フライアッシュを主材とする場合は粘性が低く可塑性になった場合、可塑状保持時間が長くブリージングが小さい。即ち、空洞注入用流動性グラウトとしてみた場合、フライアッシュを主材とする事が極めて効果的である事が判ったが、更にこれを軟弱地盤に圧入した場合、地盤中に塊状ゲル化物を形成して周辺を密にして地盤強化が可能になる事が判った。
【００１７】
また、上述公知の可塑性注入材は漠然と可塑性を呈するというだけで、裏込め注入としては使用できるものの、本発明の目的である地盤中にゲル化物からなる塊状の固結体を形成して周辺地盤を圧縮するという目的には使用することが困難であることが判った。なぜならば従来このような目的を達するために可塑性グラウトを地盤中に注入すると地盤中で割裂注入となって注入対象外に不均等に逸脱して塊状の固結が不可能であったからである。これは可塑性グラウトの流動特性と地盤中における塊状固結性を具体的に明らかにした研究がなく、したがってこのような目的に応じた実用性のある可塑性注入材の組成や施工方法の開発が行われていなかった。
【００１８】
地盤中に固結材を静的に圧入して土砂を周辺に押しやって密度を増大して地盤を強化する方法として従来、非流動性の低スランプ或は殆んどスランプゼロの注入材（モルタル）を地盤中に圧入することにより、地盤中に固結体を造成し、地盤を圧密強化する工法が知られている。（特開２００２−２９４６８６号工法参照）また、セメントを主材とした流動性のモルタル懸濁液と可塑材をそれぞれポンプで送液し注入管に入る前に合流注入して、可塑状グラウトを地盤に圧入する方法も提案されている。
【００１９】
しかし、上述公知の工法のうち前者は大きな装置を必要とし、作業性からも建築物の建て込んだ施工条件や建造物直下の基礎の補強は不可能であった。
【００２０】
一方後者の工法は、前述のように流動可能なセメントを主成分とするモルタルで水ガラスやアルミニウム塩等の可塑材をポンプでそれぞれ移送して注入口付近のパイプ状混合装置で合流混合して可塑状にしてそのまま圧入せんとするものであるが、地盤中で塊状ゲル化物を形成するのは困難で、パイプ中で可塑状になりきれない場合は勿論可塑状になったところで地盤中で塊状ゲルを形成する事は難しく地盤中の範囲外に割裂注入して脈状に逸脱するのが普通である。
【特許文献１】特開２００３−１０５７４５号公報
【特許文献２】特開２００２−２９４６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述したように、地盤強化用可塑状グラウトとしては数十ｍもの長いホース中の送液流動性が必要な一方地盤中に圧入されたら土粒子間浸透せず、かつ、所定の改良受け持ち範囲以外に割裂現場により逸脱する事なく所定の位置に塊状にゲル化物を形成し、かつ、出来るだけ大きな注入液自体によるゲル化物を形成して、しかも固化に到る迄の間に周辺の土粒子を押しやって大きな塊状ゲルを形成してその分周辺の土砂の密度を高くするという相反する特徴を同時に満たす事が要求される。
【００２２】
そこで、本発明は産業副生品であるフライアッシュを主材としこれに少量のセメント又は石灰や石膏やスラグ等のカルシウム系硬化発現紛体と水を所定比率で配合し、流動特性、固結特性を明らかにして、これを地盤中に圧入し、地盤中に可塑状ゲルによる塊状固結体を造成することにより、地盤強化を図ることに成功したもので、上述の公知技術に存する問題を解決した産業副生品を有効利用した地盤注入材および地盤強化方法、並びにその注入管理方法を提供することにある。勿論、この地盤注入材は圧入工法のみならず一般の裏込め注入、護岸の吸出し防止注入、など空隙充填に使用したりする事も出来る。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明者は、流動性と地盤中における地盤注入材のゲルによる塊状固結体の形成と大径への成長という相反する問題を解決するためにフライアッシュの特殊な特性を利用する事に着目した。これらはフライアッシュは焼成されているところから多孔質で軽量である事と、カルシウム系硬化発現材の少量と反応してポゾラン作用で一次反応で可塑状となり、可塑状ゲルを経て非可塑状ゲルを経て水和反応による二次反応で固化する事に着目し、このような特性は石炭灰（フライアッシュ）を主材として用いることによって地盤中で大きな塊状の可塑状ゲルを形成するのに極めて優れている事を見出した。
【００２４】
従来、石炭灰はセメントグラウトの骨材の一部として流動性を改善させるための添加材として使用されていた。しかるに地盤中に注入管を通して注入する注入液の主材として使用されることはなかった。なぜならばそれ自体固結性がなかったからである。
【００２５】
本発明者は石炭灰の以下の点に着目し、上記目的に使用する地盤注入材の主材としてこれを注入管に通して地盤中に圧入する事により極めてすぐれた特性を発現する事を見出した。
【００２６】
１）焼成シリカを主成分とすることから、単位体積重量が軽く表面が活性化されてＣａとの反応性に優れている。
【００２７】
２）フライアッシュは単体では自硬性がないが、少量のセメントを添加し適量の水と混合することで硬化する。例えばフライアッシュモルタルは、フライアッシュに添加するセメント量は硬化発現材比が１０重量％以下の極めて少量でも強固な硬化体となる。
【００２８】
３）フライアッシュは球状粒子をしており、モルタル状にするとベアリング効果により極めて流動性のよい材料となる。また、球状粒子間に含まれる混練水の混合により、毛管現象に近い状態で結合力が大きくなり、分離しにくく粘性がある材用となる。
【００２９】
４）以上の特性を持つため、セメントや石灰等のＣａ組成物の少量と反応して、初期の段階で表面にＣａを吸着して電気的化学的反応を起こし、それ自体自硬性の可塑性懸濁液となりつづいて可塑状ゲルを形成し、更に非可塑状ゲル化物を経て固化する事が判った。
【００３０】
５）一方、フライアッシュとセメントの混合液はわずかな水紛体比の違いによりスランプやフロー値が大きく変化することから、水に対して非常に敏感な材料であり、水紛体比の管理が重要なものとなる。水が少ないと流動性がなくなり、水が多すぎるとスラリー状態となって、粒子の結合が不充分となる。
【００３１】
６）更に、非自硬性粉状素材であるフライアッシュと粉状のカルシウム系硬化発現材からなる粉状体の水紛体比、全紛体中の硬化発現材比を調制する事により、上記地盤注入材の地盤中における流動特性や地盤中におけるゲル化物の拡大を調整して、更にこのゲルに到る迄のゲル化時間を促進剤又は遅延剤によって調整して、作業性や地盤中のゲルの大きさを調整することが判った。
【００３２】
７）フライアッシュは石炭灰の産地や発電所での燃焼状態により、性状成分は大きくばらつく。この性状のばらつきよって比重や単位重量、水紛体比に対する性状等々が変化する。さらに注入液の送液過程、注入地盤の圧入過程で時間と共に流動性が変動していく。その配合液はこれが注入液の配合調整や注入管理を難しくさせる。このため、配合範囲の設定のみならず配合管理システム、注入管理システムが重要になる。
【００３３】
８）単位体積重量は１．７ｔｆ／ｍ２度と小さく、特に地下水面下に注入した場合は有効重量が小さくなるため、地盤の沈下量や土圧の低減などに有効となる。
【００３４】
９）フライアッシュの粒度分布は１００ミクロン以下が大半を占め、本発明のフライアッシュモルタルは調密な硬化体となるため、それ自体の透水係数が１０−７ｃｍ／ｓｅｃオーダーとなり、地盤中に注入した注入固結体同士を連続させて均密な遮水構造体が出来る。
【００３５】
１０）経年劣化が非常に少なく、本発明のフライアッシュモルタルは水質試験及び溶出試験結果で環境基準を満足する。また、地下水下の地盤中の空洞中に注入しても濁度は部分的に集中に、拡散しにくい。充分に混練された本発明のフライアッシュモルタル注入液は、ブリージングが少なく固結体の体積変化が殆どなく注入固結体同士の境界面は一体となり空洞を隙間なく充填する。ゲル化促進剤を添加することで、直ちに水中でも自立しうる可塑状ゲルを形成する。
【００３６】
１１）フライアッシュの性質である“嫌水性”により水と馴染みにくく、フローやスランプが安定するまでに混合水との混練に長時間を要する。一般のコンクリートの混練時間は１分以内であるのに対し、フライアッシュモルタルは３分以上を必要とする。このため、充分な混練装置と圧送装置が重要となる。又、フライアッシュとセメントを粉のまま所定比率で混合してから混合水と混練してもよい。この場合、各ベルトコンベアに備えた連続計量器によりフライアッシュとセメントをそれぞれ計量しながら混練し、更にパッチ式ミキサにより混練してもよい。
【００３７】
１２）フライアッシュモルタルの混練や圧送に適したワーカビリティは、テーブルフローで２５ｃｍ付近、スランプ２０ｃｍ付近が最も好ましい。スランプやフローを支配する混練水量の決定が、ワーカビリティを大きく左右させる。時間と共に逐次変化するこれらの流動性を的確に判断し、迅速に配合並びに水紛体比を調整することが地盤中に塊状の可塑状ゲルを形成するために重要である。フローによって水粉体比と硬化発現材比を管理して地盤中における可塑状ゲルの成長をはかることが出来る。
【００３８】
１３）上述したように、フライアッシュ・セメントにゲル化促進材を添加すると添加量に応じた可塑状ゲルを形成するゲルタイムを調整できる。促進材として水ガラスや硫酸アルミニウム塩をフライアッシュモルタルを添加することにより容易にスランプを２０ｃｍ付近から１０ｃｍ以下に減少させて地盤中における脱水と共に可塑性ゲルを形成させかつそのゲルが可塑状を保持する時間が長いところから圧入を継続する事により塊状ゲルが成長し地盤中に大きな塊状ゲル化物を形成し更に時間の経過又は脱水によって非可塑状ゲルを経て硬化体に変化する。このような特性は、フライアッシュモルタルの有効成分の殆どがフライアッシュであり、セメントがわずかですむためフライアッシュの特性が大きく現れている事による。即ち、フライアッシュが球状のためベアリング作用による優れた流動性と毛管現象に近い混練水の結合力による分離しにくい粘性と嫌水性による水となじみにくい分離しにくさによって、塊状ゲル化物をつくりながらゲル化物が大きく成長する現象を可能にするものと思われる。
【００３９】
１４）上記において更に骨材を加えることが出来る。骨材は増量材として役立つのみならず固結強度や流動性の調整にも役立つ。一般に粉体中の骨材の比率が多くなれば強度は小さくなり、骨材の粒径が大きくなればその流動性は低下する。
【００４０】
１５）フライアッシュモルタルに硫酸アルミニウム等のアルミニウム塩や水ガラス（水ガラスと酸を混合して得られた酸性水ガラスも含むものも本発明では水ガラスとてみなすものとする）を添加すると直ちにフローやスランプが大幅に減少する。硫酸アルミニウムとフライアッシュモルタル中の水酸化カルシウムが反応しエトリンガイドを生成すると考えられる。エトリンガイドと水和化合物の生成やそれに伴う結晶水の消費などによって、フライアッシュモルタルの粘性が直ちに高くなり、流動性が低減する。
【００４１】
（Ａｌ２（ＳＯ4）3・18Ｈ2Ｏ／硫酸ばんど）+（６Ｃａ（ＯＨ）２／水酸化カルシウム）+
８Ｈ２Ｏ
→  ３ＣａＯ・３ＣａＳＯ4・Ａｌ2Ｏ3・３２Ｈ２Ｏ／エトリンガイド
【００４２】
硫酸ばんどをフライアッシュモルタルに添加すると、１〜２分間の間の攪拌でスランプの減少、フローの減少、粘性の増大を生ずる。フライアッシュモルタルが脈状に割裂する事なく可塑状ゲルが地盤中に形成して塊状ゲルが大きく成長するには、フライアッシュモルタルの硬化材発現比、水紛体比、アルミニウム比、フロー値、スランプ値の範囲等、可塑性注入材としての条件や注入の手法が重要となる。
【００４３】
本発明におけるフライアッシュモルタル比の配合と流動特性の関係を示すと次のとおりである。
硬化発現材比  Ｃ／Ｆ＋Ｃ×１００（％）  ：１重量％以上５０重量％未満
好ましくは１〜４０重量％
さらに好ましくは１〜２０重量％
水粉体比      Ｗ／Ｆ＋Ｃ×１００（％）  ：２０〜１５０重量％  
アルミニウム比  アルミニウム／Ｆ＋Ｃ×１００  ：０〜２．０重量％
水ガラス                                ：シリカ分で０〜７．０重量％
スランプ（ｃｍ）                        ：２６ｃｍ以下
好ましくは約４〜２６ｃｍ
フロー（ｃｍ）                          ：３０ｃｍ未満
好ましくは約１３〜２８ｃｍ
【００４４】
１６）可塑状グラウトを地盤中に圧入する際の最も大きな課題は、セメント系懸濁型グラウトはただでさえ粘性が大きいのにそれを可塑状にすれば地盤中に開口する注入管の注入口からの圧入抵抗並びに注入口に到る迄の送液管の送液抵抗が極めて大きく、かつ送液管やポンプの中でつまりやすいという問題があった。このため送液を容易にするために薄い配合を用いると地盤中で脈状になるという点が懸念された。このため先願技術では裏込め注入と同じように流動性の良いセメント系懸濁液と可塑材を注入管に送液される前の時点で合液して瞬時に可塑状ゲルにして地盤中に圧入する方法が提案された。しかし、注入管の中で可塑状ゲルになってしまった強度の高い瞬結性のセメント系可塑状ゲルが地盤中で大きな塊状ゲルに成長するのは困難であり又、大きな注入圧力を必要とする。
【００４５】
本発明者は裏込め注入や空隙充填のための可塑状グラウトの注入が注入圧を殆ど必要としない注入に比べて、地盤中に圧入して大きなゲルを形成して周辺土砂を圧縮する地盤改良の注入においては全く異なる事に着目した。なぜならば、圧入の場合は脱水現象を生ずるから、地上部に放置しておけば可塑状を呈さない配合液でもいずれは可塑性を呈するものの、可塑性を呈する迄には長い時間がかかる（ゲル化時間が長い）。懸濁配合液をＡ液とし、可塑材をB液とし、注入管に合流された時点では可塑状にならなくても地盤中に注入されると同時におきる脱水の過程で急速に水紛体比が減少して可塑状グラウトとなり、可塑状ゲルが大きく成長し非可塑状ゲルを経て固化する事を見出した。
【００４６】
特にこのような現象はフライアッシュを主体とし、硬化発現材比が小さな本発明において極めて顕著になる事が判った。これは上述のフライアッシュの流動性によるものと思われる。
【００４７】
この結果、送液中の送液管中の抵抗圧やポンプ中におけるつまりが生じなくなった。
即ち、注入管の吐出口から地盤に注入される時点では非可塑状グラウトであるにもかかわらず、地盤中に浸透される過程において急速に可塑状ゲルとなり、可塑状ゲルを保持しながらゲルが拡大する事になる。
【００４８】
すなわち、表−１に示すように配合１、２は地上部（注入管吐出口に至る迄）では可塑状ゲルになる迄のゲル化時間は４８０分とか３００分を要する。しかるに地盤中においては、脱水によって水紛体比が３５％→３０％→２５％に低下するにつれて０．１分迄減少し、しかも可塑状保持時間は７．５時間となりブリージングが小さく、粘性が増大して拡散しにくくなり固化物は大きな強度となる。このような特性は従来知られていなかった本発明注入材の流動特性である。
【００４９】
従って、このように注入時点で可塑状を呈さないが地盤中の脱水によって初めて可塑状になる。可塑性グラウトの注入においては配合液を一液のまま注入しても懸濁液をＡ液としゲル化促進材をB液とし合流注入しようと、その手段は問わないで施工する事が出来る。又、フライアッシュの反応性により注入管内で配合装置等を用いなくても、地盤中で可塑状ゲルを形成出来る。
【００５０】
１７）フライアッシュモルタルは流動性がありながら、かつ、優れた反応性により流動性を保持している過程で反応が経時的に変化が生ずる特性を発現する。本発明者はこの経時的特性の変化を利用する事により、前述の可塑性注入材の目的に適合せしめるための相矛盾する条件をクリアーして本発明を完成するに到ったものである。
【００５１】
以下の本発明者による研究の結果、地盤注入材を圧入して地盤中に大きなゲル化物を形成して強度増加による設計可能な信頼性のある地盤改良工法を可能になった。
【００５２】
１．注入液そのものはポンプによる流動性があるが地盤中に注入したものが脈状に割裂を生じて不特定に浸透して固結しないようにする。なぜならばそれぞれの注入孔の受けもち範囲内でゲル化物による塊状固結体が形成されてはじめてその受けもち範囲における土粒子間隙が減少して塊状固結体周辺の注入孔の間の地盤の密度増加が確実に期待できるからである。
【００５３】
２．地盤中に注入したものが土粒子間浸透して固結しないようにして複数の注入孔の間の地盤の土粒子を塊状ゲル化物で押しのけるようにする。なぜならば、土粒子間に注入液が浸透したのでは複数の注入孔の間の地盤を圧縮することが出来ず、注入孔の受け持ち範囲における地盤の圧縮による密度増加が確実に期待できないからである。
【００５４】
３．地盤中に圧入されたゲルが塊状に固結体を形成し、なおかつ大径の固結塊に成長するようにする。
【００５５】
４．地表面近くは地盤隆起しやすく、又注入液が地表面に逸脱しやすいのでそのような現象を防止する手法も併用する。
【００５６】
５．長距離の送液パイプ中で分離する事なく流動性を保持しうる事が建造物が密集した地盤の耐震補強に本技術を適用するための作業性を可能にする。
【００５７】
６．砂地盤だけでなく粘性土地盤にも適用出来るようにする。
注入液の配合システムから送液管と注入管管路を経て地盤中に注入される経路において、流動性を保持しながら（要件５）地盤に注入されてから以上の１、２、３、４の要件を可能にする。
【００５８】
このような経過を注入という手段で地盤中に土粒子間で生じせしめるには、セメント系モルタルでは不可能であって、上記焼却処理したフライアッシュにそれよりも少量の上記硬化発現材を混合してはじめて可能である。
【００５９】
可塑状ゲルを呈する迄の時間を短縮するには、水ガラスやアルミニウム塩を加える事により調整出来る。即ちこれらはゲル化促進剤として作用する。水ガラスと硫酸等の酸を混合して水ガラスのアルカリを除去した酸性水ガラスを用いると殆んど瞬結的にゲルが形成される。本発明では酸性水ガラスも水ガラスとして扱う。この場合、重曹や炭酸ナトリウムを併用することによりゲル化時間を調整できる。又、リグニンスルフォン酸塩等のゲル化遅延剤を用いる事も出来る。
【００６０】
本注入材はポンプで注入地盤中に圧入される時点では可塑状を呈していなくても地盤中で加圧脱水する事により容易に可塑状ゲルになる。又、静止すればゲル状となって流動性を失うそれ自体可塑性を呈する自硬性可塑性懸濁液をミキサー等で練り混ぜ、流動化せしめて地盤中に圧入すると、地盤中で注入圧力によるわずかの脱水で懸濁液の水紛体比が減少して流動性を失い次々に送り込まれる可塑性グラウトが先行して流動性を失ったゲル化物を注入圧で押し拡げながら周辺の地盤を加圧圧縮して塊状固結体の体積を拡大して最終的には注入圧力で拡大不能な強度に達し、ゲル化物からなる固結体を形成し最終的には水和反応で硬化する。
【００６１】
この結果、地盤中に造成される固結体は土粒間にも浸透せず、又脈状にも浸透せず注入圧で圧縮されたゲル化物による固結体が形成されその固結量に相当する土粒子の間隔が減少する結果高密度化された信頼性のある地盤改良が可能になるといえる。このような現象は骨材がセメントよりも多くてもセメントを硬化発現材の主材としたものである以上、脈状に割裂しやすくなる。
【００６２】
これに対しフライアッシュを主材とした可塑性グラウトの利点は地盤に注入する前、あるいは注入後の地盤中において大きなフロー、すなわち２０ｃｍ以上３０ｃｍ未満、スランプが１５〜２６ｃｍを呈する流動性がある配合を用いても、地盤中に圧入することにより脱水を伴って、注入前にフローが３０ｃｍ以上でも、あるいはスランプが２６ｃｍ以上でも、地盤中で可塑状ゲルになり、かつ可塑性保持時間が充分ある可塑性ゲルを形成し、充分大きな塊状ゲル化物に成長できる点にある。
【００６３】
この結果、フライアッシュを主材として製造した自硬性懸濁液をポンプで地盤中に圧入する事によって地盤中で１、２、３、４、５の現象を生じせしめ、地盤中で大きく塊状ゲルを固結せしめることに成功したものである。
【００６４】
また、本発明者はフローやスランプが小さい流動性の小さな可塑状ゲルを注入するに当って、ミキサーで配合後ポンプで圧送する。更にミキサーからスネークポンプやスパイラル状の羽を有する回転軸を有する送液装置を介してポンプに送液する事により、容易に高粘性の可塑状グラウトを送液する事を可能にした。この方法にすれば、1000ｃｐｓ以上の高粘性の可塑状ゲルでも圧送可能である事が判った。
【００６５】
本発明の可塑性注入材の代表的例を云えば、懸濁液を構成する主材となる紛体のフライアッシュに加えるセメント又は消石灰等からなる粉状の硬化発現材は使用する粉粒素材中の５０重量％未満、好ましくは１〜４０重量％、更に好ましくは１〜２０重量％、また水粉対比は２０〜１５０重量％、好ましくは２０〜８０重量％である。ゲル化促進材を加える場合は注入材に含まれる粉体、つまり主材と硬化発現材の総量に対してアルミニウム塩Ａｌ２Ｏ３換算で０．０１〜０．３５％練り混ぜることにより、フロー１３〜２８ｃｍ（地盤中で脱水すれば、注入前に２８ｃｍ以上でも地盤中で可塑状ゲルを形成する）、好ましくは１５〜２５ｃｍ、ゲルタイムが３分以内から数１００分、可塑状保持時間が数時間から１０時間以上、ブリージング率が５％以内、スランプが２６ｃｍ以下（地盤中で脱水すれば、注入前にスランプが２６ｃｍ以上でも地盤中で可塑状ゲルになる）好ましくは２５〜５ｃｍの可塑性注入材でとなる。
【００６６】
本発明のこのような特性により、又、ゲル化促進材として水ガラスや酸性水ガラス等のシリカ分を加えるとゲルタイムも可塑状保持時間も大幅に減少させる事が出来、又、ブリージングもスランプも更にフローも小さくなる。本発明地盤注入材は地盤中に圧入されて可塑状ゲルとなり土粒子を周辺に押しやり、地盤中で大きな塊状固結体に成長し、地盤強化を図ることが出来る。
【発明の効果】
【００６７】
本発明はフライアッシュの流動性とカルシウム系粉状硬化発現物とのポラゾン反応による可塑性ゲルの特殊な特性を応用した地盤注入材と、これを地盤中に圧入して可塑状ゲルの拡大によって土粒子を周辺に押しやり、地盤中にゲル化物からなる塊状固結体を造成し、地盤強化を図る。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
本発明は上述のとおり、フライアッシュにそれより少ないカルシウム系硬化発現材を加えたそれ自体可塑性を呈する懸濁液を用いるが、使用する粉粒素材の種類と組合せ、および特定の配合比率で配合するようにしたから、目的に応じた流動特性、固結特性を呈する所望の可塑性注入材を得、この注入材を地盤中に圧入して、地盤中に塊状固結体を造成することにより注入孔に囲まれた地盤の土粒子を周辺におしやり、地盤強化を図ることができる。
【００６９】
地盤中の塊状の固結物は、加圧することにより移動できるものの、土粒子間には浸透せず、かつ脈状に割裂しない程度の可塑状ゲルを形成する地盤注入材であって、フローで現すと地盤中あるいは注入前の状態で１３〜２８ｃｍ、好ましくは１５〜２５ｃｍ、スランプでは２６ｃｍ以下好ましくは４〜２６ｃｍの範囲を示す可塑性ゲルを形成する地盤注入液であることが好ましい。また、前述したように、地盤中で脱水することによって、注入前の状態でフローが２８ｃｍ以上、スランプが２６ｃｍ以上でも地盤中で可塑状ゲルを形成する。
【００７０】
フロー値やスランプがこれ以下だと、地盤中で可塑状ゲルの塊状固結体の成長が困難になるが大きな空隙が存在したり地盤が極めて軟弱な場合は必要に応じてゲル化促進材の量を増やしてフローやスランプをこれ以下にして適用できる。
【００７１】
本発明は上述の通り、フライアッシュと硬化発現材の粉粒素材および水を特定比率で配合するが、フライアッシュ（Ｆ材）と、カルシウム系紛体である硬化発現材としてセメント、石灰、石膏、スラグ、のいずれか又は複数の一群（Ｃ材）と、水（Ｗ材）と混合する。
【００７２】
なお、上記にてスラグは通常の4000（ｃｍ２/ｇ）のブレーン等の一般品でもよいし、15000（ｃｍ２/ｇ）ブレーン等の超微粒子スラグでもよい。硬化発現材比は５０重量％未満、好ましくは１〜４０重量％、更に好ましくは１〜２０重量％、また１〜１０重量％の配合でも極めて優れた効果がある。水粉体比は２０〜１５０％、好ましくは２０〜６０％の配合である。ここで、硬化発現材比とはＣ／（Ｆ＋Ｃ）×１００であり、また、水粉体比とはＷ／（Ｆ＋Ｃ）×１００であり、Ｆ、Ｃ、Ｗはそれぞれ重量である。
【００７３】
このような配合液は混合すれば、水粉体比が小さければそのままで、水粉体比が大きい場合は地盤中で脱水することにより遅かれ早かれフローが１５〜２５ｃｍの可塑状ゲルになる。可塑状ゲルは力を加えれば流動するが静止すれば流動を停止する。従って地盤中で加圧脱水する事により水粉体比が大きい場合でも上記範囲のフロー値を呈する可塑性ゲルが地盤中に形成する。
【００７４】
地盤中において形成された可塑性ゲルは流動性が少ない状態でありながら出来るだけ広範囲に拡大されて大きな塊状固結体を形成する必要がある。このためには水粉体比が重要であるのみならず硬化発現材比が重要である。
【００７５】
硬化発現材比が過大であると、セメント等を主材とするモルタルグラウトの特性が強くなり水が分離してブリージングが大きくなり可塑状ゲルになりにくく、かつ脱水によって可塑状ゲルでなく非可塑性ゲルとなって短時間のうちに固化して高強度固結体を形成する。このため割裂して逸脱するか固化して注入不能になる。即ち主材がフライアッシュであるからこそ、又硬化発現材比が５０％未満、好ましくは１〜４０％、更に好ましくは１〜２０％の間で、最も好ましくは１〜１５％であって、地盤中で可塑性ゲルを経て大きく成長した塊状固化物が形成される。
【００７６】
さらに、本発明はフライアッシュと、硬化発現材としてセメント、石灰、スラグ、のいずれか又は複数の一群と、水からなる自硬性懸濁液が、可塑性を発現する時間を調整するために硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム塩を含むこともできる。この場合、好ましくは硬化発現材比を２重量％以上５０重量％未満、水粉体比２０〜６０重量％およびアルミニウム比を２．０重量％以下、好ましくは０．１〜１．０重量％、Ａｌ２Ｏ３換算で０．０１〜０．３５重量％である配合グラウトとする。ここで、アルミニウム比とはアルミニウム材／（Ｆ＋Ｃ）×１００である。アルミニウム材は重量を表す。
【００７７】
なお、上記においてゲル化促進剤としてのアルミニウム塩や水ガラスは、フライアッシュ、硬化発現材と混合してポンプで地盤に圧入しても良いし、注入管中、或は注入管の近くで合流混合しても良いし、或はフライアッシュと硬化発現材とゲル化促進剤の混合液を注入する過程で更にゲル化促進剤を合流混合して注入しても良い。
【００７８】
さらに本発明は、粉粒素材の主材としてフライアッシュと、硬化発現材として石膏、又は石膏、セメント、石灰、スラグ、のいずれか又は複数の一群（Ｇ）と、水（Ｗ）を混合する。石膏比、および石膏の混合物を１〜４０重量％、好ましくは１〜２０重量％、水粉体比を２０〜７０重量％の配合グラウトとする。ここで、石膏比、石膏の混合物比とはＧ／（Ｆ＋Ｇ）×１００であり、また、水粉体比とはＷ／（Ｆ＋Ｇ）×１００である。Ｇは重量を表す。
【００７９】
さらに本発明は、粉粒素材の主材としてフライアッシュと、硬化発現材としてセメント、石灰、石膏、スラグ、のいずれか又は複数の一群と、水に加えて、焼却灰、粘土、現場発生土、および珪砂を混合することも可能である。又、本発明の可塑性注入材は発泡剤や起泡剤を加えて軽量化をはかることが出来る。上記において、粘土としてベントナイトやさらに高分子系増粘剤すなわちポリビニルアルコールやカルボキシメチルセルローズ（ＣＭＣ）やメチルセルローズ等を添加することにより水に対する分散性を抑制し、沈殿を少なくし、ワーカビリティの改善効果がある。
【００８０】
又、本発明の地盤注入材が焼却灰、粘土、現場発生土、および珪砂のいずれかを含む場合は、硬化発現材比が1重量％以上５０重量％未満、水粉体比が２０〜１５０％とすれば良い。ここで、水紛体比＝Ｗ／Ｆ+Ｃ+Ｂ×１００（％）であって、ここでＢは焼却灰、粘土、現場発生土、および珪砂のいずれか或はこれらの複数の重量をいう。
【００８１】
本発明は静的可塑状ゲル圧入工法というべき工法であってサンドコンパクション工法のように大きな機械で振動等を生じず、又低スランプのモルタル圧入工法のように流動性のないモルタルを特殊な装置で圧入する工法のように大きな設備を必要としない。これはフライアッシュの流動性の故にワーカビリティに優れている事による。このため本発明工法は通常の注入孔法に用いる簡便な装置を用いて静的にかつ騒音がなく作業場所の狭い領域でも簡単に施工出来るため、きわめて公害のない作業性に優れた工法といえる。以下に本発明の施工法について説明する。
【００８２】
上述の本発明にかかる可塑性注入材は地盤中に挿入した注入管を通して、老朽トンネルの空隙充填、シールドトンネルの裏込注入、基礎の空隙充填、護岸背部の空隙充填に適している事は勿論であるが、更に地盤中に圧入し、土粒子を周辺に押しやって塊状に固結しながら周辺土砂を押しやって地盤強化を図ったり同じ原理で沈下した建造物の復元注入工法に適している。このような地盤注入材の注入に当たり、初期注入圧力を低くして先行注入物の脱水を図りながら注入圧力を段階的に高め、あるいは注入と中断を繰り返して間欠的に加圧しながら注入し、これにより可塑性を呈するゲル化物の土粒子間浸透と地盤の割裂による逸脱を防ぎながら土粒子を周辺に押し広げて地盤の密度を増大させながら固結してもよい。
【００８３】
しかも、この注入は複数の注入ポイントからの同時注入方式、別の注入ポイントへの切り替え注入、即ち図２（ｂ）のような連続注入方式、１つの注入ポイントから他の注入ポイントに移行して注入してから再び戻ってきて繰り返し注入するインターバル注入方式、またはこれら方式の組み合わせて行われる。
【００８４】
さらに、本発明にかかる地盤注入材は複数の注入ポイントから注入して注入ポイント間の地盤を拘束し、あるいは複数の注入管を０．５ｍ以上３ｍ以内の間隔で地盤に設置し、注入管間の地盤密度を増大して地盤を固結することもできる。なお、本発明注入材の地盤への注入に際し、地盤が粘性土の場合或は粘性土層を介在した地盤の場合、地盤中にドレーン材を設置して地盤中に注入された地盤注入材の脱水あるいは地盤の脱水を促進しながら注入を行うこともできる。
【００８５】
上述の注入は例えば次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す注入管を用いて行われる。
（ａ）先端部に吐出口がある注入管。
（ｂ）軸方向に複数の吐出口を有する注入管を用いて注入する。
（ｃ）外管に少なくとも一つの袋体パッカを備えた多重管を用い、内管から外管を通して注入する。
【００８６】
軟弱地盤等の強度を大幅に向上させるために、多量の地盤注入材を一度に過大の量を注入すると、地盤表面に隆起が生じたり、側方向に地盤を破壊し、逸脱して当該地盤の強度が設定通りに向上しない事態が生ずるが、このため地盤注入材の特性を生かし、注入中は流動性があり、注入を停止すると、流動性が停止してゲル化或は加圧脱水してゲル状態が現出することから、対象注入土層に少量づつインターバル方式（時間の間隔をあけて注入する）で反復注入して擬固せしめ、注入された地盤を破壊することなく、圧密し、排除された水分は周辺の土粒子間に分散させ、地盤側方に対する圧密と脱水を行い、ゲル化物による固結径を大きくし或はこれらのグラウトを一定のタイムラグ（時間差）をもって注入する。
【００８７】
例えば縦方向の注入にあっては、インターバル方式により回を重ねて、注入を行い、先行して注入された可塑性グラウトに対し、重ねて、該可塑性グラウトを圧入して、当該地盤を割裂する事なく、懸濁型の地盤注入材を反復的に圧入することにより、当該地盤の側方に対する圧密脱水を行い、地盤強化が行わる。或は当該地盤の所定エリアに所定数の削孔を形成し、各削孔に対し、地盤注入材を所定タイムラグを介し、一か所で設計量を一挙に地盤注入材の注入が行われないように、設計注入量をいくつかに分割して注入することも出来る。このようにして各削孔の地盤注入材を相互に所定タイムラグで各土層、又は、各ステージ毎にインターバル方式により注入し、先行して注入した可塑性グラウトが周辺地盤を圧密し、又は、自ら、注入液が脱水することをもって、追い討ち的に重ね注入をすることにより、当該所定数の多数の削孔内に注入する可塑性グラウトが各削孔の地盤に対し土層又は各ステージ毎に、同様に側方に圧密脱水作用を行い、強度をアップし、全体的に変位を抑制し、当該所定エリアの地盤の強度を増強する事が出来る。
【００８８】
例えば所定深度まで先端に吐出口のある注入管を挿入し、注入管の引き上げステップを非可塑状ゲルになる前の可塑状ゲルの範囲内に吐出口が位置するようにステップアップしながら可塑状ゲルの塊状体を拡大せしめて圧入する。更には、削孔に挿入する注入管に袋体を地表面近くの領域にセットし、内部に懸濁型グラウトを圧入して袋を周辺に膨張させて周辺地盤を圧密することにより、地表面に地盤注入材を逸脱する事なく地表面を改良し、かつ該袋体より下方から地盤注入材を圧入する事により、該袋体硬化体に対する地盤注入材の乗り越えがなく、該袋体による拘束効果により地盤の隆起等の変位がなく、地盤脱水作用による強度が全体に及び、強度向上が全領域的に図れるようにする事が出来る。
【００８９】
この場合、袋体の設置領域は地表面に近い深度、例えば３ｍ範囲内にあるようにするのが好ましい。なぜならこの領域は地盤注入材といえども地表面に逸脱しやすいからである。又、同じ理由でこの地表面に近い領域には注入孔を密に設置することにより地表面の圧縮の均等化を図り、かつ地表面隆起を防ぐ事が出来る。なぜならば地表面に近い深度例えば３ｍ以内の領域では一本の注入孔から多量の注入を行うと土被りが少ないために地表面に逸脱しやすく、かつ地盤隆起を起こしやすいからである。従って、この領域は注入孔を深度の大きい領域よりも密にして一本当りの注入量を少なくする事によって地表面付近を均等に強化出来る。又、地表面の地盤改良は上載圧が少ないために地盤隆起を起こしやすく、地盤隆起は地表面数ｍ径に及ぶ。従って、注入する注入孔を隣接する注入孔へ移行するのではなく地盤隆起の影響範囲外の注入孔に移行して注入し、地盤隆起が治まった時点で隣接する注入孔の注入を行うのが望ましい。又、地表面に近い領域においては上部から下方に注入ステップを移行して可塑性注入材を圧入して地表面付近の地盤を圧縮してから改良地盤の最下部まで注入管を挿入し、下部から上方に注入ステップを移行して注入することにより地表面の地盤隆起を低減して、或は上部の拘束効果によりそれより下の確実な改良が可能になる。
【００９０】
更に、地盤注入材の当該地盤に対する注入において、土中水分が排除されるように、排水用のドレーン材を併設して、間欠的（時間をあけて注入する）な排水効果（注入を中断している間に脱水する）による地盤の側方圧密脱水効果を促進させ、或は地盤注入材の脱水を促進する事が出来る（このドレーン材の適用は粘性土層の地盤強化に適している）。或は排水管を設置して地下水を排除し、当該圧密による速度を向上させるようにする。
【００９１】
更に地盤の隆起等の変化を計測するためにレーザー等のセンサーにより、リアルタイムで当該変化を測定し、地盤の圧縮量を把握し、或は、当該変化が設計的に異常を生じた時には、即応的に地盤注入材の注入を調整したり、或は、注入装置の制御装置を介し、注入量や注入深度の変更を行い、或は注入液の比重や注入量やインターバル時間等を自動的に切り換え的に調整して、所定変位を超えないうちに他のステージに移行し、設計通りの圧密脱水による地盤強度の向上が確実に行うことが出来、上記地盤の変位測定は地表面における地盤隆起の測定の他、ストレンゲージを張った計測棒を地盤中にセットして測定方向への地盤の部位の変化を知ることが出来、又、地盤中に間隙水圧計を設けて、圧密脱水状況を把握することが出来る。
【００９２】
図１は地盤注入材の注入配置を示す。この発明は、懸濁型の地盤注入材を注入管から軟弱地盤に低速で圧入すると、注入圧力を加えている間は流動性を呈する可塑性ゲルが塊状ゲルの範囲を拡げるが、地盤中の注入グラウトの先進部では注入圧力による周辺土粒子への脱水によってグラウトの含水量が低減して流動性が失われ非可塑性ゲルになる。このようにして注入孔の間の土の密度が増大して地盤の強度が増加し、地盤を強化する。注入孔間隔は上質や目標改良度や土かぶりの大きさに応じ０．５〜３．０ｍが有効である。
【００９３】
次に、この出願の発明実施しようとする形態を実施例の態様として図２に従って説明すれば以下の通りである。この場合の注入は図２（ａ）のようにロッド注入管９を用いて下から上、又は上から下に順次注入する。或は二重管ダブルパッカ注入外管を設置し内管から複数の吐出口を経て注入してもよい。この場合は地盤に注入された地盤注入材のゲルが非可塑状ゲルになる前の状態になっている範囲にその吐出口が位置するようにステージが移動するようにするのがゲル化物を拡大する上に好ましい。
【００９４】
図２（ｂ）の実施形態はインターバル方式の基本的実施例の態様を示すものであり、所定の軟弱地盤３、同様に在来態様同様の形式により所定ピッチの横方向に介して削孔４を所定深度に形成し、図示しない注入管９を該削孔４に挿入し、地上の図示しない注入装置から懸濁型の本発明地盤注入材を所定のタイムラグでインターバル方式により当該注入管９の所定ステージに変換しながら連ねながら注入し、又、所定ステップアップ、或はステップダウンを介し、反復して、注入を地盤３のゾーンごとに反復して追い討ち式に行っていく。この場合、注入管は注入管ロッドを用いてもよいし、注入外管内に注入内管を挿入して注入ステージを移向して注入してもよい。
【００９５】
この場合、各サイクルに於ける可塑性グラウトの注入は注入初期にあっては逸脱しないように低圧で注入し、地盤３内の排水を行いながら、或は注入液の脱水を行いながら注入し所定タイミングの後、圧送を停止すると、前述の如く流動性を失って経時的に固化し、後注入する地盤注入材は先行して注入された可塑性グラウトを内側から側方向に押しやり、上側の地上方向には逸脱せず、追い討ち的に横方向に重合する方式で注入され、側方地盤の圧密脱水を図り、注入部位に於ける脱水が図られて地盤注入材のゲルと地盤の強度は増大し、後注入の地盤注入材は回を重ねる度に向上していく。
【００９６】
この場合、当該地盤３の所定エリアに対し、削孔を横方向所定間隔を介し、設定数多数の削孔4を形成させ、各削孔に対し、各別個に注入管９を挿入し、所定タイムラグでバルブ５、ポンプｐを介し而して注入装置に接続し、可塑性グラウトをコンピューター７を有するコントローラー６により所定のプログラムを介して、削孔４に対する注入タイミングをコンピューター７を介してずらして、横方向に並列的に形成された該削孔４に対し、バルブ５、コントローラー６を介して所定タイムラグで、インターバル方式により、可塑性グラウトを注入して地盤の相隣る削孔４の側方地盤の全領域的な圧密脱水を行って結果的に全領域的な地盤の強度の向上を図ることが出来る。
【００９７】
すなわち、改良地盤は注入孔を介し注入を、又、所定お領域に一度に多量の地盤注入材を圧入すると周辺土が充分な範囲を圧密する前に破壊したり、地盤隆起したりしてしまうが、全注入量を分割してインターバルで圧入すると可塑性であるがために注入の中断により流動が停止し、その位置に保持され、その周辺土は圧密脱水されてる時間と、地盤注入材の脱水の時間が与えられ順次塊状ゲル化物による固結体の大きさが成長し柱状固結体とその柱状固結体にはさまれた密度の増加した複合地盤となる。
【００９８】
もちろん、当該態様にあっては、所定のインターバル方式をとることにより、所定タイミングで全削孔４を一巡した後は、初期の削孔４に戻ることが可能であり、該管のインターバルの地盤注入材の注入において、注入された可塑性グラウトは固化し、地盤３に対する圧密状態を維持する。即ち、改良地盤は注入孔を介し注入を、又、所定の領域に一度に多量の地盤注入材を圧入すると周辺土が充分の範囲を圧密する前に破壊してしまうが、全注入量を分割してインターバルで圧入すると可塑性であるがため注入の中断により流動が停止し、その位置に保持され、その周辺土は圧密脱水されてる時間と、地盤注入材の脱水の時間が与えられ順次塊状可塑性ゲルによる固結体の大きさが成長し柱状固結体とその柱状固結体にはさまれた密度の増加した領域の複合地盤となる。
【００９９】
このため、注入圧力は地盤隆起に作用するよりも側方向への圧密作用が生ずる。
【０１００】
尚、削孔４の軸方向上方向には所定タイムラグで注入する地盤注入材の機能により、変位が垂直方向よりも水平方向に起こり易く、従って、地盤３の上方への隆起は避けられる。
【０１０１】
図２（ｃ）は引張強度を有する注入管９（或は、注入管に引張材を抱き合わせた補強材でもよい）を地盤に設置して可塑性グラウトを圧入した場合の地盤の強化モデルを図示する。図２（ｃ）に示す様に、地盤を削孔して注入管９を埋設して所定の位置で地盤注入材を圧入して周辺地盤に固結体形成することにより、周辺の土が圧縮して固結による大きな土中アンカーが形成される。該土中アンカーによって引張強度を有する注入管９が地盤に定着される。この状態だけでも地盤が変位しようと、引張体に伸びが生じ地盤に引張強度が付与される。
【０１０２】
なお、図２（ａ）、（ｂ）において注入外管から注入内管を通して注入する場合、軸方向に複数の吐出口を有する注入外管には吐出口にゴムスリーブをかぶせて逆止弁の役をする。この注入外管内にシングルパッカ或はダブルパッカを有する注入内管を挿入して最下部の外管吐出口から地盤注入材を圧入しては上方へステップアップし圧入して地盤強化を行う。
【０１０３】
この場合注入外管の設置のためのボーリング作業と注入作業は別々に行うことが出来る。又、注入外管内を再ボーリングして再注入することも出来るし、注入深度毎に確実な注入が出来、かつ注入外管の引張力を地盤に付与でき杭効果をうることも出来る。
【０１０４】
また、本発明注入材と溶液型注入材を併用する事によって砂質土と粘性土の互層からなる地盤を改良することが出来る。本粘性土は溶液型グラウトによる浸透注入が不可能なためゲル強度の大きい懸濁型グラウトの脈状注入が行われてたが、所定範囲に注入する事が不可能なためその効果は不確実だった。しかるに上記注入管を用いて浸透不能な土層に地盤注入材による圧密注入を行い、浸透注入可能な土層は溶液型グラウトで改良する事が可能になる。例えば溶液型グラウトを注入した上で可塑状グラウトを圧入すれば全体の地盤改良が可能になる。
【０１０５】
而して、上述の如く、この出願の発明においては、各削孔４に注入された地盤注入材は地盤３の側方の加圧脱水作用を行って上方への逸脱は阻止される。従って、地盤の隆起等は生じ難いが、地盤表面の隆起や各相隣る削孔相互間の変形量を測定するために図３に示すようにレベルセンサーによるレベル検出方式を用いる。図３に示すようにレーザービーム発生装置１１に対し、地上部の地表面或は建造物注入の影響をうける位置に設けたレーザー受信装置１２を介し、レーザービームセンサー１５を設ける。そして、受信装置およびコンピューター１７を介し、適宜注入制御装置１８により、図に示す様に注入管９に対する注入ステージの移向、地盤注入材の注入の注入量やインターバル時間や比重等を調整的に制御するようにする。このときレーザービーム装置１１から発生するレーザービームが精密に作製されたレーザービームセンサー１５に対し、受信装置１２が上下に変位し、地盤３の隆起等が正確に検出される。そして、コンピューター１７を介し、図示しない注入制御装置を発停し、間欠的に注入する地盤注入材の側方地盤の圧密脱水に最適なタイミングと量で注入を行い、地盤の隆起等を測定しながら、注入の中止、注入量の調整、他の注入地点への移向等最適に注入を行う。
【０１０６】
なお、当該図３に示す様に、注入の圧密体の側方変位や地盤の隆起等の計測検知はレーザー光線を用い、又、光学的に検知する為に、ｍｍ単位の精密な計測が必要である。
【０１０７】
従って、当該削孔４の変位や地盤３の隆起は広範囲に亘って精密な計測が可能であり、該地盤３の変位等の微少な変位を正確に、検出して設計通りの地盤３の強度向上が行える。
【０１０８】
而して、上述実施例において、側方地盤３に対する圧密脱水作用を介し、該地盤３の強度を向上することが基本的には可能であるが、地盤注入材の該地盤３に対する注入部位に地盤３中の水分が他方に逸走して他の地盤３部分の流動性を高めたりする虞れがあるが為に、液状化現象等の潜在的な原因を除くべく、地盤注入材の注入に伴って排除される地盤３中の水分を強制的に配設するべくペーパードレーンやサンドドレーン等のドレーン材（排水性や土性の異なる地層を貫通して）を併設し、圧密作用と脱水作用を両方に亘って積極的に行うことが出来る。
【０１０９】
図４は改良すべき地盤に屈曲して、また屈曲と直線を任意に組み合わせボーリングし、或はたて杭から建造物の基礎下に水平ボーリングして得られたボーリング孔中に、複数の外管吐出口を有する外管を設置し、この外管内に、内管を移動自在に挿入し、これにより内管と出口から外管吐出口を経て地盤注入材を地盤中に注入するようにした態様を示すものであり、これにより地盤注入を施し難い既設構造物下方の支持地盤を急速かつ確実に、かつ経済的に地盤注入し、地盤沈下や、地震時における地盤の液状化を未然に防止する事が出来る。
【０１１０】
図４（ａ）は構造物１０直下の改良すべき地盤処理の基本模式図である。図４（ａ）に示されるように、ビル、廃棄物処理場、溜め池、貯水池等、移動不可能な構造物１０の直下の改良すべき地盤の近傍地表面から地盤中に屈曲して、または屈曲と直線を組み合わせて、ボーリング孔を形成する。次にこのボーリング孔中に設けた注入管から可塑性注入材を圧入する。
【０１１１】
図４（ｂ）は構造物１０下方の地盤注入例であり、構造物下方の深さ方向に複数層積層して処理することも出来る。
【０１１２】
次にこの出願の発明実施しようとする他の実施例の態様を図５に示す。図５（ａ）は地盤中にケーシング等管体を設けた上で鉄筋等の引張材を挿入した上で、可塑性注入材に圧入しながらケーシングを引き抜き、地盤中に塊状固結体を形成し周辺地盤を圧縮して強化するのみならず、圧縮杭又は引張杭としての効果もある杭体との複合的地盤強化を図る態様であり、図５（ｂ）地盤注入材の圧入による杭基礎の地盤の強化モデルであり、図５（ｃ）は土留め壁における可塑性注入材によるアンカー形成の態様を示す。図５（ａ）図５（ｃ）とも図５（ａ）の手法を用いてもよいし、引張力を有する外管を用いて内管から注入する事により外管の引張材としての効果を付与してもよい。
【０１１３】
本発明の注入管理方法としては、注入材の配合から注入材送液系統を通して地盤中の複数の注入ポイントに注入するまでの注入状況を画面表示し、一括監視を行って注入管理を行う。
【０１１４】
図６は、本発明の実施に供される注入管理方法の一具体例を示すフローシートであって、集中管理装置Ｘ１により注入状況の一括監視、管理を行い、常にその状況が注入監視盤Ｘ２に画面表示される。
【０１１５】
図７に集中管理装置Ｘ１の操作フローチャートを示しながら、図６について説明する。まず注入目的、注入条件に応じて注入仕様ファイルを集中管理システムＸ１に予め設定しておき（システム仕様設定登録）、次いで集中管理装置Ｘ１の開始スイッチをＯＮにしてデータ記録を開始する。このとき、注入監視盤Ｘ２にもランプでＯＮ表示がなされており、注入データを画面に表示される。なお、ここで云う注入仕様ファイルとは材料の配合量、グラウトの流動規定値（適正流動範囲）、また圧力規定値（適正圧力範囲）、規定注入量（適正積算注入量範囲）、すなわち、所望のグラウトの流動特性、注入圧力、流量（単位時間当たり流量および／または積算流量）等である。又、上記において地盤隆起の適正範囲を加えても良い。
【０１１６】
集中管理装置Ｘ１の指示により、水、粉粒素材が、それぞれ計量器２３を備えた水タンク２４、および粉粒素材を貯蔵するホッパ２５からミキサー２７へ定量供給され、攪拌混合される。またこの時点でゲル化促進剤を添加する場合は、ゲル化促進剤を貯蔵するホッパ２６より計量器２３を介して添加される。
【０１１７】
ミキサー２７内で充分に混合されたグラウトはミキサー２７に取り付けられた或は別に備えられた流動特性計測装置２８により流動測定が行われ、結果は集中管理装置Ｘ１を介して注入監視盤に表示される。ここで示す流動特性とはグラウトのフロー、或はスランプ、ゲルタイムあるいは粘度、或はせん断強度（コーンによる貫入測定等が用いられる）等により判断される。所定の流動性が得られると配合完了となり、グラウトはミキサー２７より導管２９を介して、さらにグラウトポンプ３０へと送液される。また所定の流動性が得られていない場合、集中管理装置Ｘ１の指示により再度、材料（水、或は粉粒素材、或はゲル化促進剤）の添加が行なわれ、これは所定の流動特性が得られるまで繰り返される。
【０１１８】
ここではミキサー２７内から直接グラウトを取り出すことも可能であり、流動特性計測装置２８および集中管理装置Ｘ１を介さなくても、実際に手動で流動性を確認することも出来る。
【０１１９】
グラウトポンプ３０へと送られグラウトは注入過程へと移向する。集中管理装置Ｘ１からの指示により、バルブ５が開けられ、グラウトポンプ３０は所望の圧力でグラウトを加圧する。加圧されたグラウトは、導管２９´、注入ホース３１、注入管９を介して地盤３に注入、圧入される。
【０１２０】
導管２９´には、圧力計ｐ0、流量計ｆ0が取り付けられ、測定された注入圧力、流量（単位時間当たり流量および／または積算流量）は流量圧力制御装置３２に送信されるとともに、集中管理装置Ｘ１により管理される。
【０１２１】
注入圧力および流量が、予め設定された圧力規定値（適正圧力範囲）、規定注入量（適正積算注入量範囲）でない場合、或は地盤隆起量が適正範囲より大きくなった場合、注入は中断されるか、もしくは集中管理装置により調整、および制御の指示が送信される。また常時データは注入監視盤に画面表示されるので注入状況に応じて、注入条件の変更が可能であり、または注入緊急停止が行える。
【０１２２】
なお、流量計ｆ0としては、回転流量計、電磁流量計等、任意の流量計を使用でき、パルスで出力された電気信号が流量は流量圧力制御装置３２を介して集中管理装置Ｘ１に入力され、カウントされる。流量計ｆ0および／または圧力計ｐ0からの情報に基づく集中管理装置Ｘ１からの指示によりグラウトポンプ３０の回転数を調整して毎分流量や注入圧力を制御する。
【０１２３】
また、集中管理装置Ｘ１により、インバータによってポンプの回転数を調節して流量を制御する。
【０１２４】
グラウトポンプ３０はインバータ又は無断変速機を有するポンプ、或はリターン装置を有するポンプであってもよい。インバータや無断変速機は集中管理装置Ｘ１の指示を受けなくても、直接流量を調整して所定の圧力値にセットすることもできる。またリターン装置も直接調整して導管２９´の圧力が所望の圧力を保つようにリターンさせることも可能である。なお、上述の調整は手動で行ってもよい。
【０１２５】
またグラウトポンプ３０に代えて、コンプレッサを用いることも出来る。ミキサー２７からグラウトをまず、加圧容器を設けて、これに充填し、次いでコンプレッサの作動により加圧容器中のグラウトを加圧して加圧注入グラウトとする。
【０１２６】
注入管９にはバルブ５が取り付けられ、このバルブ５は集中管理装置Ｘ１からの電気信号によって自動的に開閉される。複数本の注入管９を用いて、地盤３中の複数の注入ポイント２２からの同時注入、連続注入、インターバル注入、またはこれらを組み合せて注入を行なう。またバルブ５は注入が完了した時点で手動により閉束することも出来る。
【０１２７】
全ての注入が完了の後、集中管理装置Ｘ１の開始スイッチをＯＦＦにすることにより集中管理装置Ｘ１によるデータの記録が終了する。
【０１２８】
配合から注入までのデータを集中管理装置Ｘ１に送信し、注入監視盤Ｘ２に画面表示することにより注入状況の一括監視を行なって、グラウトの流動特性、送液系統の注入圧力、流量を所定の範囲に維持しながら注入するとともに、注入の完了、中止、継続、また再注入を行なう。
【０１２９】
また集中管理装置Ｘ１の指示により自動開閉されるゲル化促進材分岐バルブ３４を設置することにより、ゲル化促進剤の配合時を管理する。予めシステム仕様設定にゲル化促進剤の添加時を登録し、ミキサー２７内での混合、グラウトポンプ３０への送液前の添加、およびゲル化促進剤ポンプ３５を介することでグラウトポンプ３０から圧送されたグラウトにゲル化促進剤を添加することも可能である。
【０１３０】
本発明に使用される注入工法は図７において、流動特性計測装置２８、流量圧力制御装置３２や地盤（或は構造物）変位計測器或は更に自動開閉可能なバルブ５を設け、これを集中管理装置Ｘ１に接続し、かつデータを注入監視盤Ｘ２に画面表示したことに特徴を有する。注入監視盤Ｘ２には注入年月日、注入時間等の「時データ」、材料の配合量、グラウト性状等の「グラウトデータ」、注入ブロックＮｏ．注入孔の孔番、注入ポイント等の「場所データ」、注入圧力、流量（単位時間流量や積算流量）等の「注入データ」が表示される。その他、注入液識別データや地盤（或は構造物）変位データを表示することも出来る。
【０１３１】
図９に例えば10本の送液系統を有する注入をおこなった際の送液系統のデータ（流量、圧力、積算流量、最大圧力の合計４０データ）を注入監視盤Ｘ２上に一つの画面で表示した画面を示す。図９の画面を詳述すると、以下の通りである。
【０１３２】
上半分の２画面：
グループ１：１号〜  ５号の積算流量、最大圧力デジタル表示
グループ２：６号〜１０号の積算流量、最大圧力デジタル表示
積算流量は２０分間の注入量である。また最大圧力は３０秒毎に表示され、１９分３０秒から２０分までの間の最大値を表示した。最大圧力が設定圧力以上になり続けたら、その送液系統の注入は終了することの判断になる。また、積算流量が設定積算流量に達した場合も、この送液系統の注入は終了することの判断になる。
【０１３３】
下半分の２画面：
グループ３：１号〜  ５号の流量、圧力    トレンド表示
グループ４：６号〜１０号の流量、圧力    トレンド表示
２画面のそれぞれの左側は各送液系統における時間（ｔ）の経過に対応した瞬時流量と瞬時圧力のチャートを示し、右側は１９分３０秒から２０分までの平均瞬時流量（ｌ／分）と平均瞬時圧力（MPａ）を示す。
【０１３４】
このようにして、図８の画面に示されるように、注入監視盤X２には送液系統No．１〜１０の送液状態が同時に表示されるが、一つの送液系統毎に画面を切り換えながら表示することもできる。なお、流量圧力制御装置３２における設定圧力、実際圧力、送液流量、積算送液流量を同一画面または別の画面に表示してもよい。これにより、圧力、流量との関係をリアルタイムで把握でき、注入を所定の設定範囲内に納まるように管理できる。また、図８において最大圧力の代わりに、圧力や流量を表示してもよい。さらに、集中管理装置Ｘ1は注入仕様ファイル、注入結果一覧表、注入チャート、日計表、週計表、月計表等の帳票作成ならびに解析データの作成をも行うことができる。
【０１３５】
注入仕様ファイルは集中管理装置Ｘ１の動作設定ファイルであり、注入液送液系統の注入完了条件の規定圧力値、規定注入量の設定を行う。各帳票ファイルは登録された流量、圧力、積算流量あるいは最大圧力の各データと、孔番等の手動入力、または自動入力によるデータとから変換作成される。さらに解析データは各帳票から変換作成される。
【０１３６】
図８の注入監視盤Ｘ２の画面において、各送液系統の１本毎に一枚ずつ、例えば図９に示される注入孔における注入ポイント毎に、ブロックＮｏ．注入孔Ｎｏ．及びステージNo.とともに、圧力、流量、チャートを表示することもできる。
【０１３７】
さらに、これらのデータから注入孔毎に、例えば、図９のブロックＮｏ．1、注入孔No.．３について表示すれば、図１０に示されるように、各ステージ毎に、時間ｔに対する注入圧力Ｐ、流量Ｑ、および積算流量を表示することもできる。又、これらを図−１１に示すように三次元的に表示する事によって、各ステージでのN値と土被り圧から想定した許容注入圧力、範囲、目標N値から想定した許容注入量を基準に設定した。各注入ステージにおける注入量から注入前のN値のデータから注入後の目的N値に対応した地盤改良効果の予測がリアルタイムで可能になる。流量を制御する。
【０１３８】
このようにして、加圧注入グラウトの所定設定の流量ないしは設定圧力をもって、或は限界範囲内の流量ないしは圧力をもって、送液圧入する。この結果、確実にかつ改良効果の予測迄可能になる。又、上記の設定圧力、設定注入量は試験注入のデータを加味して補正する事が出来る。
【０１３９】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に記述するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【０１４０】
使用材料
・  フライアッシュ
火力発電所より排出される石炭灰：ＦＡ、
密度１．９〜２．３g/ｃｍ３、粒度分布０．１ｍｍ以下が９０％以上
（２）焼却灰
ごみ焼却炉より排出される焼却灰
密度２．５〜２．７g/ｃｍ３
（３）セメント
普通ポルトランドセメント：ＰＣ、硬化発現材
（４）硫酸バンド
硫酸アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３＝１７．２％、ゲル化促進剤
（５）水ガラス
JIS３号水ガラス、ＳｉＯ２＝２９．０％、Ｎａ２Ｏ＝９．０％、モル比３．３
（６）消石灰
工業用水酸化カルシウム
（７）スラグ
スラグ８０００ブレーン値
（８）石膏
半水石膏
【０１４１】
配合例１〜３
フライアッシュ、セメント、水を練り混ぜる。フライアッシュとセメントの配合量は同様にして水の配合量のみを変化させた。このようにして得られた配合例１〜３の地盤注入材の調整条件および物性値を下記の表１に示す。
【０１４２】
【表１】
0005390060.tif 000002
【０１４３】
表１において、ゲル化時間とは可塑性ゲルを呈する時間を云う。又、可塑性保持時間とは静止しておけばゲル状を保持するが、力を加えると流動する状態を呈している時間を云う。配合後ただちに非流動性の可塑状グラウトとするためには、配合例３に示すように、水粉体比が２５％以下である必要があると考えられる。しかし、混合条件や使用する材料により、出来上がりのグラウト性状は変わってくる。よって配合比率だけでなく、上記のようなブリージングやフロー、強度の測定が重要となる
【０１４４】
配合例４〜６
フライアッシュ、セメント、水を練り混ぜる。水の配合量は同様にしてフライアッシュとセメントの配合量を変化させた。このようにして得られた配合例４〜６の地盤注入材の調整条件および物性値を下記の表２に示す。
【０１４５】
【表２】
0005390060.tif 000003
【０１４６】
表２より、ＰＣ添加量が大きくなるとブリージング率が大きくなり、可塑状保持時間が短くなって、初期粘性も高くなるため作業性も低下する。よって、ＰＣ添加量は５０％より少なく、好ましくは１〜２０％、さらに好ましくは１〜１５％、最も好ましくは１〜１０％が適している。なお、本発明において、ポルトランドセメントでなくても、高炉セメント、アルミナセメント、早強セメント、スラグセメント、その他任意のセメントを用いることができる。
【０１４７】
配合例７，８
表１の配合例１，２に硫酸バンドを添加し、ゲル化を促進させた。ここでゲル化を促進するとは配合後可塑性を呈するまでの時間を短縮し、或はフローを小さくすることを云う。このようにして得られた配合例７，８の地盤注入材の調整条件および物性値を下記の表３に示す。
【０１４８】
【表３】
0005390060.tif 000004
【０１４９】
表３より、硫酸バンドを添加することで、ゲルタイムが短縮されるが、可塑状保持時間はそれ程短縮されず、またブリージング率も減少し、可塑状グラウトとしての作業性が向上できると考えられる。ただし、硫酸バンドには強度発現を低下させる性質のあるため、粉体に対して添加量は２．０％以内、好ましくは１．０％以内を用いる。
【０１５０】
［可塑性グラウトとしての要因と条件］
（１）硬化発現材比
グラウトに含まれる粉体、つまりフライアッシュと、セメントの含有量に対するセメントの含有量：セメント重量／（フライアッシュ重量＋セメント重量）×１００（％）
セメントは硬化発現材であり、かつフライアッシュの可塑材という事もできる。フライアッシュはセメントと混合することによりポゾラン反応を起こし固結強度を得る。しかしＰＣ添加量を多くすることにつれ、可塑状グラウトとしての特性が低下する。即ち、沈殿してブリージングが大きくなり沈殿したものは流動しにくく可塑状ゲルになりにくいため、ＰＣ添加量は５０％未満とするが、その好ましい範囲は硫酸バンド（ゲル化促進剤）添加しない場合１〜２０％、好ましくは１〜１５％、さらに好ましくは１〜１０％である。また硫酸バンドを添加する場合は２〜４０％、好ましくは２〜２０％である。
【０１５１】
（２）水粉体比
グラウト中の粉体に対する水の含有量：水重量／（フライアッシュ（焼却灰）重量＋セメント重量）×１００（％）
この値が小さいと可塑状になりやすい。即ち配合後可塑状ゲルになる時間が短くなり、かつフロー値が小さくなる。しかし水粉体比が小さすぎると作業性を損なうため、その範囲は２０〜１５０％、好ましくは２０〜６０％とする。しかし、混合条件、環境、また材料により、グラウトの性状は異なってくるため、後に示すブリージング率、フロー値、強度の測定が重要となる。
【０１５２】
（３）硫酸バンド添加量
グラウト中の粉体に対する硫酸バンドの添加量：硫酸バンド重量／（フライアッシュ重量＋セメント重量）×１００（％）
硫酸バンドはゲル化促進剤であり、フライアッシュとセメントの流動性ある状態の中に添加すると、ゲル化を促進させ、可塑状ゲルになる時間を早める。ただし、硫酸バンドには固結強度を低下させる作用もあるので、その添加量は２．０％以下、好ましくは０．１〜１．０％とする。
【０１５３】
（４）ゲル化時間
ここでは一般的な水ガラス系グラウトにみられるような固化状となる化学的ゲル化を意味するのではなく、配合後、自重による流動性がなくなり、力を加えると流動する可塑状ゲルとなるまでの物理的ゲル化時間をゲル化時間と表現する。一般の水ガラスを主材とするグラウトと違って、明確なゲル化時間を示すことはできない。よってフロー値を用いてその値が２０ｃｍ以下になった時をゲル化とみなし、これをゲル化時間とした。
【０１５４】
（５）可塑状保持時間
アスファルト針入度試験方法ＪＩＳ  K  2530-1961に準じて総質量２３０g、先端角度１５度、３６ｍｍの貫入コーンを用いて静的貫入抵抗を測定し、貫入抵抗値が０．０１ＭＮ／ｍ２を越えた時を固結とみなして、ゲル化から固結に至るまでの時間を可塑状保持時間とした。
【０１５５】
（６）ブリージング率
配合後、グラウトを充分に混合させ、次いで、２００ｍｌメスシリンダにグラウトを入れて静止密閉し、1時間経過後にブリージング水量（上ずみ液）を測定し、次式よりブリージング率を求める。（ブリージング水量／メスシリンダ容量）×１００（％）
ここでは1時間経過後のブリージング率を示す。1時間経過後のブリージング率が５％以上の配合では、その後、時間が経過すると更にブリージング率が増大するので、1時間経過のブリージング率が５％以内の配合が好ましい。図１２に、表１，３における硫酸バンドの有無による水粉体比とブリージング率の関係を示す。
【０１５６】
（７）フロー値
フロー試験（ＪＩＳ  R  5201）に基づき、グラウトに１５秒間に１５回の落下運動を与え、その広がりを測定した。可塑状グラウトとしては約１８〜１９ｃｍが適しているとされているが、本発明ではフロー値が２０ｃｍ以下になる時点で自重による流動性がなくなったものとして、ゲルタイムとした。水粉体比が２０〜１５０％のものでも地盤中に注入すると脱水によって水粉体比が少なくなりフローが２０ｃｍ以下になってゲル化する。
【０１５７】
また、この範囲で水粉体比が大きな配合でも脱水によって地盤中で水粉体比が２０％以下にあると可塑状ゲルから非可塑状ゲルを経て固化する。
【０１５８】
本発明において、フライアッシュと硬化発現材である粉体の混合液はそれ自体で時間の経過に伴い、あるいは地盤中で脱水により可塑性ゲルになるので、また本発明において可塑性ゲル化物そのものを注入する場合は、可塑性グラウトとしては１３〜２８ｃｍ、好ましくは１５〜２４ｃｍ、更に好ましくは１８〜２３ｃｍが適している。これはグラウトを地盤中に圧入することによる脱水、およびポンプ圧送性や施工性を考慮したものである。また、注入時において、フローが２８ｃｍ以上の配合でも地盤中で脱水することにより可塑状ゲルとなる。
【０１５９】
注入した注入液が最も塊状に固まりやすいフローは約１８〜１９ｃｍとなるが、本発明では地盤中に圧入することによりグラウトからの脱水が生じるため、上述したように流動性のよい状態でも地盤中で可塑状となり、塊状固結体の造成が可能となる。また前述したように初期の低圧注入、インターバル注入による脱水作用を  低送することにより、或はゲル化付近で遅延剤を添加して、フローが２８ｃｍ以内、或は水粉体比が２０〜１５０％の注入液を適用できる。地盤状況や使用機器、装置、また設計条件に応じて、最適フローを設定することが出来る。表における×は、グラウトに流動性があるため測定できなかったことを表す。
【０１６０】
（８）初期粘性
B形粘度形を用いて配合直後の配合液の粘度を計測した。混合直後は流動性があるため計測できたが、ゲル化すると100000ｃｐｓ以上となり、測定不可となる。図１３に、表１，３における硫酸バンドの有無による水粉体比と一軸圧縮強度の関係を示す。
【０１６１】
（９）一軸圧縮強度
配合後、充分に混合したグラウトを直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍのモールドにつめ、静止した状態で1日養生し、一軸圧縮強度を測定した。図１４に、表１，３における硫酸バンドの有無による水粉体比と一軸圧縮強度の関係を示す。
【０１６２】
図１４によると、硫酸バンドの添加により強度が低下している。また水粉体比が多いと固結するまでの時間が長くなるため、水粉体比が小さいものよりも強度発現が遅くなる。
【０１６３】
配合例９〜１１
水ガラスを水で希釈し、これにフライアッシュ、セメント、消石灰、水を混合した懸濁液を混合する。このようにして得られた配合例９〜１１の地盤注入材の調製条件および物性値を下記の表４に示す。
【０１６４】
【表４】
0005390060.tif 000005
【０１６５】
（1）消石灰添加量
グラウト中の粉体に対する消石灰の添加量
消石灰添加量／（フライアッシュ重量＋セメント重量）×１００  （％）
消石灰はゲル化促進剤であり、セメントと同様フライアッシュと混ぜるとポラゾン反応を起す。ただしセメントほど固結強度は得られない。ここでは可塑状とするため、またその保持時間を有するためのゲル化促進剤として用いた。その範囲はセメント添加量にもよるが３〜１５％とする。
【０１６６】
（2）シリカ濃度
グラウト中のＳｉＯ２量
水ガラスのＳｉＯ２％×（水ガラス重量／グラウト重量）（％）
本出願人による実験によればグラウトを可塑状、および固結させるためには、その他の材料の配合比率にもよるが、シリカ濃度は０．２〜７．０％とする。ただし３号水ガラスのモル比以下の低モル比水ガラスを用いる場合は３．０〜７．０％が好ましい。もちろん、高モル比の水ガラスや、粉状水ガラスを用いることも出来る。
【０１６７】
（3）特性および比較
この配合の特徴としてゲルタイムの調製がしやすく、また可塑状保持時間はやや短いが早期強度の発現は顕著であることがあげられる。よって早期強度の発現を重要視する場合に適している。またグラウトをゲル化後よく練り混ぜることによって、早期強度の発現は低下するが可塑状保持時間を長くすることができる。よってゲル化後よく練り混ぜたものを注入することにより長時間の注入を要する目的やインターバル注入により、一度注入した注入ポイントに再度注入をくり返して、注入体を拡大する地盤改良に適している。
【０１６８】
配合例１２
配合例２では硬化発現材としてセメントを用いたが、同様の配合量で硬化発現材として消石灰を用いる。このようにして得られた配合例１２の地盤注入材の調整条件および物性値を下記の表５に示す。
【０１６９】
【表５】
0005390060.tif 000006
【０１７０】
配合例１３
配合例２では硬化発現材としてセメントを用いたが、同様の配合量で硬化発現材としてスラグを用いる。このようにして得られた配合例１３の地盤注入材の調整条件および物性値を下記の表６に示す。
【０１７１】
【表６】
0005390060.tif 000007
【０１７２】
配合例１４
硬化発現材として石膏を用いる。このようにして得られた配合例１４の地盤注入材の調整条件および物性値を下記の表７に示す。
【０１７３】
【表７】
0005390060.tif 000008
【０１７４】
（１）硬化材添加量
グラウトに含まれる粉体の含有量に対する硬化発現材の含有量：硬化発現材重量／（フライアッシュ重量＋硬化発現材重量）×１００（％）
配合例１〜１１に示すＰＣ添加量と同様であり、配合例１２〜１４ではそれぞれ硬化発現材として消石灰、スラグ、石膏を使用したので、消石灰添加量、スラグ添加量、石膏添加量を意味する。ただし配合例９〜１１の消石灰添加量はゲル化促進剤として用いているため、配合例９の消石灰の使用目的が違う。よって硬化材添加量と表記した。
【０１７５】
（２）配合例１２の特性および比較
硬化発現材として消石灰を用いた場合、セメントと同様フライアッシュに添加するとポゾラン反応を起こすが、この反応は非常に緩慢であるため可塑状にはなるが固結には時間がかかり、また充分な固結強度を得るためには数週間かかる。ただし同量のセメントを用いるよりも可塑状になりやすくため、セメントと併用することにより優れた効果が期待できると考える。
【０１７６】
（３）配合例１３の特性および比較
硬化発現材としてスラグを用いた場合、セメントよりも若干早くゲル化し、可塑状保持時間は長くなるが、セメントに類似した結果となる。ただし、強度発現はセメントよりも遅くなるので、硫酸バンド等の可塑剤を用いてゲル化を促進させる場合、硫酸バンドには長期強度の発現性を低下させる性質があるので、添加量に注意が必要となる。
【０１７７】
（４）配合例１４の特性および比較
硬化発現材として石膏を用いる場合、石膏は反応が早いため可塑状にもなりやすいが、
強度発現も早いため可塑状保持時間が極めて短くなる。よって適用範囲が限定される。
【０１７８】
配合例１５，１６
２液式の配合として、フライアッシュ、セメント、水および可塑剤を配合した経時的に可塑状となり固結する上述のグラウトにさらに可塑剤を添加し、ゲルタイムを早めた。フライアッシュ、セメント、水および可塑剤を配合した上述の配合例７を用いて、ゲル化する前の流動性がある状態の中に、硫酸バンド水溶液、ならびに水ガラスを水で希釈した水溶液を添加した。配合比率は配合例７のグラウトが２０に対し、可塑剤の水溶液を1とした。このようにして得られた配合例１５、１６の地盤注入材の調整条件および物性値を下記の表８、９に示す。
【０１７９】
【表８】
0005390060.tif 000009
【０１８０】
【表９】
0005390060.tif 000010
【０１８１】
（１）配合例１５，１６の特性および比較
流動性あるグラウトに硫酸バンド水溶液を添加した場合、グラウト中の硫酸バンド添加量が増えたためゲルタイムは短くなったが、強度発現に影響した。また水ガラスを水で希釈した水溶液を添加した場合、ゲルタイムは極めて短くなり、また可塑状保持時間も短くなるが強度発現は顕著である。よって早期強度の発現を重要視する場合に適している。２液式の配合としては、可塑剤として水ガラスを用いた配合が優れた効果が得られると考える。
【０１８２】
配合例１７
表１の配合例３のフライアッシュに焼却灰を混合した。フライアッシュと焼却灰の混合比率は１対1である。このようにして得られた配合例１７の地盤注入材の調整条件および物性値を下記の表１０に示す。
【０１８３】
【表１０】
0005390060.tif 000011
【０１８４】
配合例１８
フライアッシュに硬化発現材としてセメントを添加し、さらにベントナイトを混合した。その配合例１８の地盤注入材の調製条件および物性値を下記の表１１に示す。
【０１８５】
【表１１】
0005390060.tif 000012
【０１８６】
（１）水粉体比
グラウト中の粉体に対する水の含有量：水重量／（フライアッシュ重量＋セメント重量＋焼却灰量、あるいはベントナイト重量）×１００（％）
ここで、硬化発現材とフライアッシュ以外の粉体として焼却灰、ベントナイトを例として用いた。その他に現場発生土や珪砂等を用いることができる。これら増量材としても、また骨材としても用いることができ、かつその粒径や粒度によって流動性や強度を調整することができる。
【０１８７】
（２）配合例１７の特性および比較
表１０の配合例１７と、表１の配合例３を比較すると、焼却灰を混合した配合例１７の方がブリージング率は減少し、フロー値が小さくなった。焼却灰を混合すると、フライアッシュのみの場合よりも流動性を失いやすく、また強度発現も低下する傾向にあると考えられる。硬化発現材比は５０％未満、好ましくは１〜２０％、水粉体は２０〜１５０％とする。
【０１８８】
（３）配合例１８の特性および比較
フライアッシュ（セメント＋ベントナイト）を添加したものは、同量のセメントのみを用いたときと比較すると若干反応が遅くなるものの可塑状固結（可塑状保持時間）として大差はなかった。しかしベントナイトを添加することでセメントの添加量を減らすと固結強度が低下するので、ＰＣ添加量は３％以上として、ベントナイトは増粘剤として用いることによって４動性を調整することができる。硬化発現材比は５０％未満、好ましくは1〜２０％、水粉体比は２０〜１５０％とする。
【０１８９】
配合例１９，２０
エア発生剤として事前発泡型の起泡剤と事後発泡型のアルミニウム粉末をフライアッシュとセメントのモルタルに混合した。起泡剤を用いた配合としては一般的なエアーミルクの配合にフライアッシュを添加するものとした。アルミニウム粉末も比較のため同様とした。起泡剤、アルミニウム粉末はともに標準添加量を添加した。その配合例１９，２０の地盤注入材の調製条件および物性値を下記の表１２、表１３に示す。
【０１９０】
【表１２】
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【０１９１】
【表１３】
0005390060.tif 000014
【０１９２】
（１）起泡剤添加量
グラウト中に含まれるセメントに対する起泡剤の含有量：起泡剤重量／（セメント重量）×１００  （％）
起泡剤添加量は対セメント重量比により規定されている。使用した起泡剤の標準添加量は０．５〜１．５％（対セメント重量比）であった。よって、その範囲に従うこととする。
【０１９３】
（２）アルミニウム粉末添加量
グラウト中に含まれる粉末に対するアルミニウム粉末の含有量：アルミニウム粉末重量／（フライアッシュ重量＋セメント重量）×１００  （％）
アルミニウム粉末はセメント等のアルカリに反応して水素ガス（起泡）を発生する。ただしフライアッシュにもアルカリが含まれるため、アルミニウム粉末添加量はセメントとフライアッシュの総量と対するものとする。対セメント比でこの添加量を決定すると配合時に気泡の発生量がきわめて少なく、エア発生剤としての効果を発揮しない。よって使用したアルミニウム粉末はその標準添加量が０．０１％（対セメント比）だったので、ここではアルミニウム粉末添加量０．０１％（対フライアッシュ＋セメント比）とした。
【０１９４】
（３）配合例１９、２０の特性および比較
エアを用いた可塑状グラウトは前述までの可塑状グラウトの性状が異なり、グラウトの中の気泡を多量に混入させることでグラウトの流動性を失わせるため、比重がかなり小さいグラウトとなる。起泡剤は事前発泡型であるアルミニウムはアルカリと反応することで水素ガスを発生し、グラウトを膨張させる。その反応は配合より約１０〜１００分をかけて起こるため、ゲルタイムもその間となる。セメントの添加量が少ないと固結強度が低くなるのでＰＣ添加量は７％以上が好ましい。
【実施例２】
【０１９５】
本発明の特徴である塊状固結体の造成について、従来の水ガラス系懸濁型瞬結配合（以下、瞬結配合）、水ガラス−セメント系のLW、また可塑性注入材を用いて検討した結果を下記の表１４に示す。表1４における比較例１は瞬結配合であり、比較例２はLWである。比較例１、比較例２の配合はそれぞれ表１５、表１６に示す。比較例２、比較例３、実用例は本発明における２種類の粉状素材と水を表１４に示した水粉体比、硬化発現材比で混合したものである。下記の配合では粉状素材の主材としてフライアッシュ、硬化発現材としてセメントを使用した。対象とした地盤はおよそN値が７、相対密度が４０％、細粒分含有率が２０％未満である砂質土地盤である。
【０１９６】
【表１４】
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【０１９７】
【表１５】
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【０１９８】
【表１６】
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【０１９９】
比較例１〜３は地盤中に脈状となって注入されていた。比較例４および実用例は水粉体比が少なく、スランプ２６以下、フロー値１３〜２８ｃｍの可塑状となり、地盤中に圧入することにより、地盤に塊状固結体が造成されることが確認された。また比較例４では硬化発現材比が大きいためグラウトの固結が早まり、厚さ１５ｃｍ以下の脈状固結体となった。よって地盤中に２０ｃｍ以上の大きな固結体を造成するには、水粉体比２０〜１５０％、硬化発現材比が１〜４０％、好ましくは１〜２０％、およびフローが１３〜２８ｃｍの本発明の地盤注入材が適している事が判る。
【０２００】
また従来の裏込め注入で使用されている下記表１７、１８に示す配合の可塑状注入材を地盤中に圧入すると、割裂注入となって地盤対象外に不均等に逸脱し、塊状の固結が困難であることが判った。
【０２０１】
【表１７】
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【０２０２】
【表１８】
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【０２０３】
本発明における図１に示す試験施工による研究の結果、以下のように注入設計することにより地盤強化効果をうることが判った。
【０２０４】
図１において注入間隔は０．５〜３．０ｍとする。改良率は５〜４０％とする。ここで改良率とは一注入孔の分担改良面積1ｍ２当りに換算して固結塊の断面積に相当し、改良率５〜４０％とは０．０５〜０．４ｍ２を意味する。又、この改良率は改良対象地盤のＮ値と改良目標Ｎ値から1孔当りの受持面積のうちの間隙の減少量が算出され、その減少量がゲル化物に置き換えられる面積に対応することから算出される。以下、表１７に本発明における地盤強化として有効な設計例を示す。これは実施例２で砂地盤にて行った実験例に基づくものであり、注入配置は図１（ロ）に示す正方形配置、注入間隔は１ｍ、２ｍ、また改良率は５％、１０％、１５％、２０％である。
【０２０５】
【表１９】
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【０２０６】
このように算出された注入量が所定深度におさまるように毎分注入速度（ｌ/min）と注入圧力を設定していくことが必要である。このためには毎分吐出量５〜５０ｌ/min、注入圧力０．５〜１０MPで注入管理しながら注入するのが望ましいことが判った。
【０２０７】
この際、地盤隆起は２０cm以内、好ましくは１０ｃｍ以内におさめれば数日後には地盤中のゲルが脱水によって地盤隆起が５〜１０ｃｍ程度におさまることが判った。
【０２０８】
又、注入深度がＧＬ３．０ｍ以浅になると地盤がやや隆起しやすくなり、ＧＬ１．５ｍ以浅になると１０ｃｍ以上に隆起することが判った。従って、３．０ｍ以浅、或いは１．５ｍ以浅において地盤隆起しにくい対応をとることが有効であることが判った。また、地盤改良効果は上記注入孔間隔の範囲で複数本の削孔から圧入することによって互いに拘束しあってその間の地盤が圧縮されてはじめて可能でありことが判った。
【実施例３】
【０２０９】
主剤のフライアッシュとして火力発電所より排出される石炭灰（ＦＡ）、固化発現材としてセメント（Ｃ）、添加剤として硫酸バンド（Ｂ）を用い、ＦＡ剤を４００ｇ、Ｃ剤を３５ｇ、Ｂ剤を２．１６ｇに固定し、水の量を変化させて水粉体比を２５乃至３０（％）に変化させたときの各注入材のフロー値（ｃｍ）の変化を図１５のグラフに示した。図１５は配合一分後の水粉体比（％）とフロー値との関係を表したグラフである。また、配合量は表２０に示した。
【０２１０】
【表２０】
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【０２１１】
表２０において、各配合の注入材は液体状態から固結状態へと変化する過程でそれぞれ、それ自体は流動性を失うが、加圧すれば容易に流動する特徴を有する。なお、添加剤としての硫酸バンド（Ｂ）を用いることにより、任意の流動性や固結性を有する注入材を得ることができる。
【０２１２】
表２０および図１５からわかるように、石炭灰（ＦＡ）と硫酸バンド（Ｂ）の配合比率を一定にし、水（Ｗ）の量を少しづつ添加して水粉体比（％）を大きくすると、水粉体比もそれに応じて大きくなり、水粉体比（％）に対するフロー値（ｃｍ）は図１５に示されるように、ほぼ直線状に変化することがわかる。これによって、同一配合で加水量のみを調整することでフロー値を現場管理することができる。
【０２１３】
また、表１と表２０とを比較してわかるように、硫酸バンド（Ｂ）の添加量をゼロから増やすことにより、また、配合時から地盤中に注入するまでの時間の経過により、フロー値を変化させて最も適切なフロー値を設定することができる。また、地盤中で脱水すれば、水粉体比が大きくなり、注入前に大きなフロー値でも地盤中で流動可能で、ゲル化状塊状物で拡大するゲル化物を形成することができる。
【０２１４】
一般に、フライアッシュそのものの懸濁液は非硬化性で、かつ流動性に優れているが、これに少量のセメントが加わると、フライアッシュ同志の間にセメント粒子が介在し、セメントのカルシウムイオンが電気化学的にフライアッシュの粒子同志を弱結合し、分散しにくい、かつ流動性のある構造体を構成する。この流動特性はフライアッシュに対するセメント量によって変化する。
【０２１５】
さらに、時間とともにセメントが水和反応を起こし、進行するにつれて流動性が低減する。この流動特性は水粉体比によって変化する。また、アルミニウムやシリカの量によっても変化する。このような配合の調整と、配合から経過時間までの流動性の変化を効果的に利用することによって、地盤中で逸脱することなく、拡大するゲル状固化物を形成して最終的に大きな固化物を形成し、地盤の密度を高めて地盤強化する。
【図面の簡単な説明】
【０２１６】
【図１】可塑性グラウト圧入による地盤強化モデル図であり、（イ）は改良対象領域に対する可塑性グラウトによる固結柱取り合い断面図であり、（ロ）、（ハ）は平面図および可塑性注入材の注入配置図である。（ロ）は正方形配置図であり、（ハ）は三角形配置図である。
【図２】（ａ）は所定エリアの地盤に相隣って形成した削孔を介しての可塑性ゲルなグラウトのロッド注入管による注入の態様の断面図であり、（ｂ）は所定エリアの地盤に相隣って形成した削孔を介しての可塑性グラウトゲルなグラウトの注入のインターバル方式による態様の断面図であり、（ｃ）はパッカー方式による注入施工の断面図であり、パッカー袋の側方経時的膨張側面図である。
【図３】地盤の施工中途における、変位計測態様の模式図である。
【図４】（ａ）は構造物直下の改良すべき地盤処理の基本模式図であり、（ｂ）は構造物下方の地盤注入例の縦断面図である。
【図５】（ａ）はケーシング引き抜きによる可塑性グラウトの圧入の模式図であり、（ｂ）は可塑性グラウトによる杭基礎の地盤強化の断面図であり、（ｃ）は土留め壁における可塑性グラウトの圧入によるアンカー形成の断面図である。
【図６】本発明における材料の混合およびグラウトの注入までの注入管理方法の一具体例を示すフローシートである。
【図７】集中管理装置の操作、および集中管理システムが管理する配合と注入のフローチャートである。
【図８】集中管理装置を用い、送液系統１０本についての積算流量と最大圧、および流量と圧力を注入監視盤に表した画面表示の例である。
【図９】注入領域の４つの注入ブロック区分Ｎｏ．１〜４を注入監視盤に表した画面表示の例である。
【図１０】地盤のステージＮｏ．１〜３における流量と注入圧力を注入監視盤に表したグラフ（チャート）である。
【図１１】注入量、または注入圧の三次元的表示例である。
【図１２】硫酸バンドの有無によるブリージング率の違いを表したグラフである。
【図１３】硫酸バンドの有無による初期粘性の違いを表したグラフである。
【図１４】硫酸バンドの有無による強度発現の違いを表したグラフである。
【図１５】水粉体比（％）とフロー値（ｃｍ）の関係を表したグラフである。
【符号の説明】
【０２１７】
３  地盤
４  削孔
５  バルブ
６  コントローラー
７  コンピューター
８  ケーシング
９  注入管
【図１】
0005390060.tif 000022
【図２】
0005390060.tif 000023
【図３】
0005390060.tif 000024
【図４】
0005390060.tif 000025
【図５】
0005390060.tif 000026
【図６】
0005390060.tif 000027
【図７】
0005390060.tif 000028
【図８】
0005390060.tif 000029
【図９】
0005390060.tif 000030
【図１０】
0005390060.tif 000031
【図１１】
0005390060.tif 000032
【図１２】
0005390060.tif 000033
【図１３】
0005390060.tif 000034
【図１４】
0005390060.tif 000035
【図１５】
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