(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤注入液を地盤中に設置された複数の注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結する地盤注入装置において、該注入液を加圧する注入液加圧部と、この注入液加圧に連通され、前記加圧部によって加圧された注入液を前記複数の注入管路にそれぞれ送液する複数の分岐管とを備え、前記複数の分岐管にはそれぞれ、注入液リターン装置および、これよりも下流側に圧力計および／または流量計が設けられ、前記注入液リターン装置は圧力計および／または流量計からの情報に基づき、分岐管中の前記注入液を分岐管から分流することにより、分岐管中の液圧を所望の圧力に保持し、これにより各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持して複数の注入管路から同時に注入するとともに、複数の分岐管のいずれかが注入を停止しても、残りの各分岐管の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持して同時注入することを特徴とする地盤注入装置。
【請求項２】
請求項１において、注入液加圧部は一台または複数台の注入ポンプからなる請求項１に記載の地盤注入装置。
【請求項３】
請求項１において、注入液加圧部はコンプレッサからなる請求項１に記載の地盤注入装置。
【請求項４】
請求項１において、注入液リターン装置は三方コックからなる請求項１に記載の地盤注入装置。
【請求項５】
請求項１において、さらに流量圧力制御装置を備え、この流量圧力制御装置は圧力計および／または流量計に接続されてこれらの情報を受け、かつ注入液リターン装置に接続されてこれら情報に基づいてリターン装置に指示を与え、リターン装置はこの指示を受けて送液中の注入液が所定の圧力を保持するように注入液を分岐管から分流するようにした請求項１に記載の地盤注入装置。
【請求項６】
請求項５において、圧力計および／または流量計と、注入液リターン装置と、流量圧力制御装置とを一体化して流量圧力制御装置として用いる請求項５に記載の地盤注入装置。
【請求項７】
請求項１において、注入液加圧部から分岐管に至るまでの送液系には注入液リターン装置およびこれよりも下流側に流量計および／または圧力計が設けられ、この注入液リターン装置は圧力計および／または流量計からの情報に基づき、前記送液系中の注入液を送液系から分流することにより、送液系の注入液を所望の圧力に保持して分岐管に送液する請求項１に記載の地盤注入装置。
【請求項８】
地盤注入液を地盤中に設置された複数の注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結する地盤注入工法において、該注入液を加圧する注入液加圧部と、この注入液加圧部に連通され、前記加圧部によって加圧された注入液を前記複数の注入管路にそれぞれ送液する複数の分岐管と、前記複数の分岐管にそれぞれ設けられた注入液リターン装置およびこれより下流側の分岐管に設けられた圧力計および／または流量計と、前記圧力計および／または流量計に接続されてこれらからの情報を受け、かつ注入液リターン装置に接続され、前記情報に基づいてリターン装置に指示を与える流量圧力制御装置とを備えた地盤注入装置を用い、前記注入液を注入加圧部から分岐管および注入管路を経て地盤中に注入するに際して、この注入を注入液リターン装置に分流の指示を与えながら行って分岐管中の液圧を所望の圧力に保持することを特徴とし、これにより各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持して複数の注入管路から同時に注入するとともに、複数の分岐管のいずれかが注入を停止しても、残りの各分岐管の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持して同時注入することを特徴とする地盤注入工法。
【請求項９】
請求項８において、圧力計および／または流量計と、注入液リターン装置と、流量圧力制御装置とを一体化して流量圧力制御装置として用いる請求項８に記載の地盤注入工法。
【請求項１０】
請求項８において、注入液加圧部は一台または複数台の注入ポンプからなる請求項８に記載の地盤注入工法。
【請求項１１】
請求項８において、注入液加圧部はコンプレッサからなる請求項８に記載の地盤注入工法。
【請求項１２】
請求項８において、注入液リターン装置は三方コックからなる請求項８に記載の地盤注入工法。
【請求項１３】
請求項８において、注入液加圧部から分岐管に至るまでの送液系には注入液リターン装置およびこれよりも下流側に流量計および／または圧力計が設けられ、この注入液リターン装置は圧力計および／または流量計から情報に基づき、前記送液系中の注入液を送液系から分流することにより、送液系の注入液を所望の圧力に保持して分岐管に送液する請求項８に記載の地盤注入工法。
【請求項１４】
請求項８において、地盤注入液が、
ａ）水ガラス中のアルカリの一部または全部を除去して得られるシリカ溶液を主材とした注入液、
ｂ）水ガラスのアルカリを酸で中和して得られる非アルカリ領域のシリカ溶液を主材とした注入液、
ｃ）コロイダルシリカを主材とした注入液、
ｄ）水ガラスのアルカリを除去して得られるシリカ溶液に水ガラスおよび／またはコロイダルシリカを添加してなるシリカ溶液を主材とした注入液、
ｅ）水ガラスと、コロイダルシリカと、反応剤とを混合してなるシリカ溶液を主材とした注入液、
ｆ）懸濁性注入液。
の群から選択される請求項８に記載の地盤注入工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地盤注入液を地盤中に設置された注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結する地盤注入装置および工法に係り、特に注入の際の圧力変化にもかかわらず、所定の吐出量で注入し得る地盤注入装置および工法に係り、詳細には、地盤中に設置した複数の注入管路に同時に注入したときに、それぞれの注入管路の地盤の注入抵抗圧力に違いがあっても、所定の吐出量で同時に注入し得る地盤注入装置および工法に係り、さらに詳細には、複数の注入管路に同時に注入したときに、これらの注入管路のうちの一部が先に注入を停止しても、他の注入管路の注入圧力に影響を与えることなく、所定の吐出量で同時注入が続行され、あるいはこれらの注入管路のうちの一部の注入が変化した場合、その注入管路のみを所望の圧力または吐出速度に変動させて所定量の注入を可能とする地盤注入装置および工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤中に注入液を注入して該地盤を改良する地盤改良技術として、従来、注入すべき地盤に注入管を設置し、これら注入管を一本づつ下方から上方に引き上げ、あるいは上方から下方に押し下げて注入ステージを移向しながら注入する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
しかし、注入すべき対象地盤は大方、軟弱な沖積層であって、透水性の異なる土層が積層して構成されており、このため、注入ステージを移向させながらそれぞれの土層に最適な注入を達成すること、すなわち、最適な注入圧、注入速度、注入量、注入率等による注入を達成することは極めて煩雑であって、長時間を必要とし、不経済となり、実質的に不可能であった。
【０００４】
また、近年、地盤注入により液状化防止を行なうことが要求されている。このような液状化防止には大容量土の経済的急速施工が必要である。しかし、従来の注入工法ではこのような急速施工は不可能であった。
【０００５】
特に、地盤は上述のとおり、透水性の異なる土層が積層して構成されており、このため、各土層間で注入圧が異なって圧力変化を起こし、あるいは注入中に注入圧力の変化を起こし、この地盤内圧力変化のため一定量の吐出量で地盤注入することは非常に困難であった。また、地盤中に設置した複数の注入管路に一つのポンプから同時に注入する場合、各注入管路吐出口の地盤の注入圧力が異なれば、圧力の低い注入管路のみに注入液が吐出され、所定の注入量を複数の注入管路に同時に注入することは不可能であった。
【０００６】
また、一台のポンプから多数のオリフイスまたは噴射口を介して多数の注入管に同時に注入液を送液し、地盤中に注入する方法も提案されている。この方法では個々の注入管について、地盤の抵抗圧の変化の幅が大きい場合、それぞれの注入管毎の注入圧力、注入量を変動させて所定注入量の注入を行なうことは困難である。また、多数の注入管のうち、いずれかの注入管の注入が終了してのち、残りの注入管からの注入を所定圧力および吐出量を保ちながら注入することもまた困難なため、実用化には至っていないのが実情である。
【０００７】
例えば、複数の注入管のうち、一部の注入管の注入が完了してこの注入管路のバルブを閉束した場合、送液管内の圧力は急上昇して残りの注入管への注入量が急激に増大してしまい、一定の注入圧力で一定の注入量を維持して注入を継続することが困難になる。また、各注入管毎に注入管からの吐出量を注入状況に応じて変動させることも困難である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は地盤注入の際の注入圧力の変化にもかかわらず、所定の吐出量で注入し得、また、複数の注入管路吐出口の浸透抵抗圧力がそれぞれ異なっても、複数の注入管路から同時に、所定の注入速度で注入し得、さらに、複数の注入管路のうち、一部の注入が完了して注入を停止しても、他の残りの注入管路に影響を与えず、所定の圧力および吐出量を保ったまま、最後の一本の注入管路まで容易に注入し得、さらにまた、注入中、各注入管路毎にその吐出量を注入状況に応じて調整し得、上述公知技術に存する欠点を改良した地盤注入装置および工法を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の他の目的は液状化防止工事あるいは大規模工事における急速施工のための地盤改良等、大容量土の地盤改良に適し、特に、改良すべき地盤に複数の注入管路を設置し、これら複数の注入管路から注入液を同時に、かつ選択的に、さらには自動的に注入し得る地盤注入装置および工法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明によれば、地盤注入液を地盤中に設置された注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結する地盤注入装置において、該注入液を加圧する注入液加圧部と、この注入液加圧部に連通され、前記加圧部によって加圧された注入液を前記複数の注入管路にそれぞれ送液する複数の分岐管とを備え、前記複数の分岐管にはそれぞれ、注入液リターン装置および、これよりも下流側に圧力計および／または流量計が設けられ、前記注入液リターン装置は圧力計および／または流量計からの情報に基づき、分岐管中の前記注入液を分岐管から分流することにより、分岐管中の液圧を所望の圧力に保持し、これにより各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持するとともに、複数の分岐管のいずれかが注入を停止しても、残りの各分岐管の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持し、あるいは、各分岐管毎に所定の圧力または吐出速度に変動させることを特徴とする。
【００１１】
さらに上述の目的を達成するため、本発明によれば、地盤注入液を地盤中に設置された複数の注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結する地盤注入工法において、該注入液を加圧する注入液加圧部と、この注入液加圧部に連通され、前記加圧部によって加圧された注入液を前記複数の注入管路にそれぞれ送液する複数の分岐管と、前記複数の分岐管にそれぞれ設けられた注入液リターン装置およびこれより下流側の分岐管に設けられた圧力計および／または流量計と、前記圧力計および／または流量計に接続されてこれらからの情報を受け、かつ注入液リターン装置に接続され、前記情報に基づいてリターン装置に指示を与える流量圧力制御装置とを備えた地盤注入装置を用い、前記注入液を注入加圧部から分岐管および注入管路を経て地盤中に注入するに際して、この注入を注入液リターン装置に分流の指示を与えながら行って分岐管中の液圧を所望の圧力に保持することを特徴とし、これにより各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持するとともに、複数の分岐管のいずれかが注入を停止しても、残りの各分岐管の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持し、あるいは、各分岐管毎に所定の圧力または吐出速度に変動させることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を添付図面を用いて詳述する。
【００１３】
図１は本発明にかかる地盤注入装置の一具体例のフローシートである。図２は本発明にかかる地盤注入装置の他の具体例のフローシートである。図３は本発明にかかる地盤注入装置のさらに他の具体例のフローシートである。図４は注入液加圧部として複数台の注入ポンプを用いたときのフローシートである。
【００１４】
図１において、地盤注入装置Ａは注入液槽４中の地盤注入液５を地盤３中に設置された複数の注入管路２、２・・・２を通して地盤３中に注入し、地盤３を固結する。このような本発明にかかる地盤注入装置Ａは注入液加圧部１と、複数の分岐管６、６・・・６とを基本的に備えて構成される。
【００１５】
注入液加圧部１は注入液槽４と導管（送液系１３）を介して連結され、槽４中の地盤注入液５を注入液加圧部１に導き入れ、加圧する。この注入液加圧部１は具体的には例えば、一台の注入ポンプから構成され、あるいは図４に示されるように、複数台の注入ポンプ１２、１２・・・１２を並列して構成され、さらには図示しないがコンプレッサから構成される。
【００１６】
分岐管６、６・・・６はそれぞれ送液系１３を介して注入液加圧部１に連通され、注入液加圧部１によって加圧された注入液を注入管路２、２・・・２に送液する。これら分岐管６、６・・・６にはそれぞれ、注入液リターン装置７（例えば、図１に示される三方コック）およびこれよりも下流側に圧力計８および／または流量計９が設けられる。１４は地盤３中の注入管路２と、分岐管６とを連結する連結部である。
【００１７】
本発明にかかる地盤注入装置Ａはさらに、図１に示されるように、流量圧力制御装置１０を備える。この流量圧力制御装置１０は図１の装置の例ではそれぞれの分岐管６、６・・・６に備えられ、各分岐管６の圧力計８および／または流量計９に接続されてこれらの情報を受ける。さらに、流量圧力制御装置１０は注入液リターン装置７に接続され、圧力計８および／または流量計９からの情報に基づいてリターン装置７に指示を与える。
【００１８】
リターン装置７は流量圧力制御装置１０からの指示を受け、分岐管６中に送液中の注入液が所定の圧力範囲および／または瞬時流量範囲を保持するように、注入液を分岐管６からリターン管路１１に分流して注入液槽４中にもどし、分岐管６の液圧を所望の圧力範囲および／または瞬時流量範囲に保持する。
【００１９】
すなわち、注入液槽４中の注入液５は送液系１３を介し、注入液加圧部１から分岐管６を経て注入管路２から地盤３中に注入されるが、この際、注入液リターン装置７に分流の指示を与えながら注入を行なって分岐管６中の液圧を所望の圧力範囲および／または瞬時流量範囲に保持する。
【００２０】
注入液５は注入液加圧部１を経て送液系１３に加圧送液され、次いで、分岐管６に設置されたリターン装置７（三方コック７）で流路がしぼられる。三方コック７の流路の断面をＡとすると、流路Ａを流れる注入液５の瞬時流量ｑは三方コック７よりも上流側の圧力Ｐ０  （注入液加圧部１による送液系１３の圧力）  と注入管路２内圧力Ｐ１  （地盤注入圧）の差圧△Ｐ＝Ｐ０  −Ｐ１  によって定まる。差圧△Ｐが大きいほど、また、流路Ａが大きいほど、瞬時流量ｑは大きくなる。また、△Ｐがゼロに近づくにつれてｑはゼロに近づく。
【００２１】
したがって、地盤注入圧Ｐ１  が注入経過とともに変動して注入圧力が上昇し、△Ｐが小さくなっても流路Ａを大きくすることによって瞬時流路ｑを所定範囲に保つことができ、あるいは流路Ａを大きくすることによって瞬時流路を小さくし、Ｐ１  の上昇を抑えて地盤の変状を少なくすることができる。
【００２２】
そして、これらの調整を各分岐管６毎に行なうことができる。すなわち、本発明によれば、注入加圧部１の圧力と、三方コック７の調整による三方コック７内の流路Ａの開度を変動することにより、個々の分岐管６毎に、注入状況に応じて注入圧力、瞬時注入量の調整が可能であり、所定注入量を地盤変位を最小限にして注入することが可能となる。
【００２３】
具体的には、流量圧力制御装置１０に所望の圧力値および／または流量値を設定しておき、この状態で、圧力計８および／または流量計９から実際の圧力値および／または流量値を流量圧力制御装置１０に送る。リターン装置７、すなわち、三方コック７には図示しないが、リバーシブルモータが内在し、流量圧力制御装置１０の指示により実際の圧力値および／または流量値が設定値に近付き、かつ同じ値を保つように、リバーシブルモータを正転あるいは逆転し、シヤフトを上下して三方コック７の開度を調整してリターン管路１１への分流量（リターン量）を調整する。
【００２４】
なお、本発明において、流量圧力制御装置１０と、圧力計８および／または流量計９と、リターン装置７（三方コック７）とを一体化して流量圧力制御装置１０として用いることもできる。
【００２５】
これにより、各分岐管６から注入管路２に送液される注入液の吐出量および／または吐出圧力は所望の範囲に保持されるのみならず、複数の分岐管６、６・・・６のいずれかが注入を停止しても、残りの各分岐管６の吐出量および／または吐出圧力もまた、所望の範囲に保持される。
【００２６】
図２は流量圧力制御装置１０を一個備えた例である。この場合、複数の分岐管６の圧力計８および／または流量計９は一個所の流量圧力制御装置１０に接続されるとともに、この一個所の流量圧力制御装置１０からそれぞれのリターン装置７に指示を与える。したがって、流量圧力制御装置１０は一個で済むので装置が簡略化される。
【００２７】
図３は図２の装置において、さらに送液系１３、すなわち、注入液加圧部１から分岐管６に至る途中の導管にも、注入液リターン装置７ａおよび、これよりも下流側に圧力計８ａおよび／または流量計９ａを設けるとともに、これら注入液リターン装置７ａ、および圧力計８ａあるいは流量計９ａをそれぞれ流量圧力制御装置１０に接続した例である。この場合、注入液リターン装置７ａは圧力計８ａおよび／または流量計９ａからの情報に基づき、送液系１３中の注入液を送液系１３からリターン管路１１に分流することにより送液系１３の液圧を所望の圧力に保持する。この場合も、注入液リターン装置７、圧力計８ａおよび／または流量計９ａ、および流量圧力制御装置１０を一体化して流量圧力制御装置１０とすることもできる。
【００２８】
これにより、注入液が分岐管６に導入される以前の送液系１３の段階で送液系１３から分岐管６に送液される注入液の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持し得る。
【００２９】
この場合、注入加圧部１で加圧された送液系１３の流圧は注入液リターン装置７によって圧力流量制御装置１０で指示された一定圧Ｐ０  を保持する。各分岐管６の注入圧力Ｐｉ  との差圧△Ｐｉ  ＝Ｐ０  −Ｐｉ  を充分に保持するようにＰ０  と、各分岐管６の三方コック７の流路断面Ａｉ  とを選定すれば、差圧△Ｐｉ  と流路断面Ａｉ  によって各注入管路２の瞬時吐出量が保持できる。
【００３０】
注入過程中で注入圧力Ｐｉ  が変動して差圧△Ｐｉ  が変化した場合、流量断面Ａｉ  を変動することによって該当する注入管路２の瞬時流量ｑｉ  を所定範囲に保つことができ、あるいは差圧△Ｐｉ  が所定の範囲を保つように流路断面Ａｉ  を変動して地盤の変位を最小限に抑えることができる。
【００３１】
したがって、各分岐管６から注入管路２に送液される注入液の吐出量および／または吐出圧力は一層正確に所望の範囲に保持されるとともに、複数の分岐管６のいずれかが注入を停止しても、残りの各分岐管６の吐出量および／または吐出圧力もまた、一層正確に所望の範囲に保持される。
【００３２】
本発明に用いられる地盤注入液５は次のａ）〜ｆ）に示される注入液から任意に選択される。これらの注入液５はいずれもゲル化時間を十数時間に設定できるので、大量の注入液をつくって置いてもゲル化の心配がないのみならず、大量の注入液を長時間かけて送液でき、かつ地盤中に注入した後、確実にゲル化し、さらに粘性が小さく、ねばりが少ないため、リターン装置７の三方コックにシリカゲルが詰まることがなく、本発明装置に用いられる地盤注入液として極めて優れたものである。また、セメント、スラグ等の懸濁性注入液もまた、ねばりが少ないので、三方コックに詰まり難く、本発明に適している。また、本発明装置を複数セットで用い、それぞれ主材、反応剤を別々に分岐管を通して送液し、注入管内で合流するか、あるいは地盤中に吐出後反応させれば、全ての注入材を注入することができる。
【００３３】
ａ）水ガラス中のアルカリの一部または全部をイオン交換樹脂またはイオン交換膜で除去して得られるシリカ溶液を主材とした注入液。
【００３４】
ｂ）水ガラスのアルカリを酸で中和して得られる非アルカリ領域のシリカ溶液を主材とした注入液。
【００３５】
ｃ）水ガラスをイオン交換によってアルカリを除去し、得られたシリカを造粒したコロイダルシリカを主材とした注入液。
【００３６】
ｄ）水ガラスのアルカリを除去して得られるシリカ溶液に水ガラスおよび／またはコロイダルシリカを添加してなるシリカ溶液を主材とした注入液。
【００３７】
ｅ）水ガラスと、コロイダルシリカと、反応剤とを混合してなるシリカ溶液を主材とした注入液。
【００３８】
ｆ）懸濁性注入液。
【００３９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は地盤注入液を地盤中に設置された複数の注入管路を通して地盤中に注入し、該地盤を固結するに際して、該注入液を加圧する注入液加圧部と、この注入液加圧部に連結され、前記加圧部によって加圧された注入液を前記複数の注入管路にそれぞれ送液する複数の分岐管と、前記複数の分岐管にそれぞれ設けられた注入液リターン装置およびこれより下流側の分岐管に設けられた圧力計および／または流量計と、前記圧力計および／または流量計に接続されてこれらからの情報を受け、かつ注入液リターン装置に接続されてこれら情報に基づいてリターン装置に指示を与える流量圧力制御装置とを備えた地盤注入装置を用いて地盤注入を行なう。
【００４０】
このため、前記注入液を注入液加圧部から分岐管を経て注入管路から地盤中に注入するに際して、この注入を注入液リターン装置に分流の指示を与えながら行なって分岐管中の液圧を所望の圧力に保持し得る。
【００４１】
したがって、各分岐管から注入管路に送液される注入液の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持するとともに、複数の分岐管のいずれかが注入を停止しても、残りの各分岐管の吐出量および／または吐出圧力を所望の範囲に保持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる地盤注入装置の一具体例のフローシートである。
【図２】本発明にかかる地盤注入装置の他の具体例のフローシートである。
【図３】本発明にかかる地盤注入装置のさらに他の具体例のフローシートである。
【図４】注入液加圧部として複数台の注入ポンプを用いたフローシートである。
【符号の説明】
Ａ  地盤注入装置
１  注入液加圧部
２  注入管路
３  地盤
４  注入液槽
５  地盤注入液
６  分岐管
７  リターン装置
７ａ    リターン装置
８  圧力計
８ａ    圧力計
９  流量計
９ａ    流量計
１０  流量圧力制御装置
１１  リターン管路
１２  注入ポンプ
１３  送液系
１４  連結部
【図１】
0003634746.tif 000002
【図２】
0003634746.tif 000003
【図３】
0003634746.tif 000004
【図４】
0003634746.tif 000005