(57)【要約】【課題】グラウト材の目詰まり効果をモデル化して定量評価ができるようにする。【解決手段】地盤へ注入して止水や改良を行うグラウト材の目詰まりによる地盤の浸透性低下を定量的に評価するグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法であって、前記目詰まりによる浸透性低下を、グラウト材の積算流量の関数となる０〜１の範囲の補正係数を計算し、その計算された補正係数を地盤の浸透率に乗じてモデル化して評価するグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法を提供する。【選択図】図１
2014206007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤へ注入して止水や改良を行うグラウト材の目詰まりによる地盤の浸透性低下を定量的に評価するグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法であって、
前記目詰まりによる浸透性低下を、グラウト材の積算流量の関数となる０〜１の範囲の補正係数を計算し、その計算された補正係数を地盤の浸透率に乗じてモデル化して定量評価することを特徴とするグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法。
【請求項２】
前記モデル化は、（１）式及び（２）式に基づいて生成されることを特徴とする請求項１に記載のグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法。
【数１】
2014206007.tif 000008
ここで、ｑは流動流体の単位面積当たり流量、ρは流動流量の密度、μは流動流量の粘度、ｄｐ／ｄｘは流動方向の圧力勾配、ｋは地盤の浸透率（固有等価係数）、ｋｅは０〜１の範囲の補正係数で（２）式によって定義される。なお、「流動流量」とは、地盤または岩盤中に元から存在する水とグラウト材の混合流体である。
【数２】
2014206007.tif 000009
ここで、ｃは流動流体中のグラウト材の濃度、積分記号は注入開始からの時間積分量を示している。
【請求項３】
グラウト材の注入対象の地盤を試料として室内でグラウト材の注入実験により、前記モデル化された計算結果又は数値シミュレーション結果を比較して前記補正係数の（２）式中のパラメータを設定し、その設定されたパラメータを用いて実際に注入工事を行う地盤のモデルを対象に数値シミュレーションを行って実工事におけるグラウト材の浸透挙動を予測評価することを特徴とする請求項２に記載のグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法。
【請求項４】
前記グラウト材は、懸濁液型のグラウト材又は水ガラス系溶液型のグラウト材からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラウト材の目詰まり効果をモデル化して定量評価ができるようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントミル等の懸濁液型のグラウト材や水ガラスやシリカ材等の水ガラス系溶液型のグラウト材は、地盤や岩盤の止水や改良のために広く利用されている。これらグラウト材は、地盤の間隙や岩盤の亀裂へ入り込んで止水や改良を行うので、グラウト材の配合設計や注入計画に当たっては、注入したグラウト材が地盤等にどの程度浸透するかを事前に評価することが極めて重要である。このため、例えば、特許文献１に示されるような透水性の評価方法が提案されている。
【０００３】
上記特許文献１に示される評価方法は、評価対象区間に水を圧入して所定の圧力にし、次いで、水の供給を停止すると同時に、バルブを閉じて評価対象区間内を閉鎖し、評価対象区間内の所定の圧力から所定の度合いだけ低下するまでの経過時間Ｔｔを測定するようにしている。また、複数の透水係数Ｋｃを設定し、これらの各透水係数Ｋｃにおける評価対象区間内の圧力と経過時間Ｔｃとの関係を算出して、所定の度合いだけ低下するまでの経過時間Ｔｃと各透水係数Ｋｃとの関係を図示するようにしている。そして、経過時間Ｔｔに対応する透水係数Ｋｃを図から読み取り、この値を評価対象区間内の透水係数Ｋｔとするようにしている。
【０００４】
また、近年、情報化施工の進展やＣＩＭ（Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）活用による施工管理の高度化等を背景に、グラウト材の注入による地盤改良範囲や改良効果を定量的に予想する予測解析手法のニーズは高まりつつあり、上記特許文献１に示される評価方法以外にも多くの評価方法が提案されている。
【０００５】
ところで、注入工によるグラウト材の地盤や岩盤（以下、「地盤」で説明する）中の挙動は、地下水解析と同じように、多孔質体や亀裂内の粘性流体の浸透挙動としてモデル化できるが、水とは異なるグラウト材特有の性状を考慮する必要があり、その一つにグラウト材内の粒子による地盤間隙の目詰まりがある。
【０００６】
現在、一般的に広く用いられているグラウト材は、懸濁液型のグラウト材及び水ガラス系溶液型のグラウト材に大別される。これらグラウト材のうち、懸濁液型のグラウト材は、若材齢の段階では水とセメント粒子などの固液混合流体として挙動し、グラウト材の注入時において粒子による地盤間隙の目詰まりが流動状況や地盤内の浸透範囲に大きく影響することが知られている。
【０００７】
これに対して、水ガラス系溶液型のグラウト材は、粒子を含まない均質流体として挙動するので、地盤間隙の目詰まりが生じないと考えられていた。しかし、本出願人の実験によって、水ガラス系溶液型のグラウト材においても目詰まりを起こすことが分かってきている。例えば、水ガラス系溶液型のグラウト材がコロイダルシリカ系の場合、硬化促進剤の配合後に早期に急激なゲル化が局所的に進行することにより粒径の大きなゲルが生成され、これにより地盤間隙の目詰まりがおこることが分かってきている。
【０００８】
水ガラス系溶液型のグラウト材の目詰まりについて、図３及び図４のグラフを用いてさらに説明すると、図３は粒径６０μｍのガラスビーズを模擬地盤として行われた浸透実験を示し、図４は粒径３０μｍのガラスビーズを模擬地盤として行われた浸透実験におけるグラウト注入流量の時間変化を示している。そして、各模擬地盤には、コロイダルシリカを主成分とするグラウト材を一定圧で注入して浸透実験が行われている。これら図中、実線はコロイダルシリカの粘度から計算された理論値をそれぞれ示し、プロットは測定値をそれぞれ示している。
【０００９】
図３の粒径６０μｍの間隙径の大きな模擬地盤では、グラウト注入流量の理論値と測定値とが良好に一致しているのに対して、図４の粒径３０μｍの間隙径の小さな模擬地盤では、注入開始後に測定値が急激に低下していることから、間隙に目詰まりが発生することにより浸透性の低下が生じていることが予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４８０３５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、懸濁液型のグラウト材及び水ガラス系溶液型のグラウト材のいずれにおいても、グラウト材は、グラウト材中の粒子による地盤の目詰まりと、これに伴う地盤の浸透性の低下が生じる可能性を有している。グラウト材の浸透範囲や改良効果の判定の予測においては、この目詰まり効果を適切に評価して予測結果に反映する必要がある。しかし、過去の検討事例においては、目詰まりによる地盤の浸透性低下の効果についての言及はあるものの、その定量的なモデルや予測評価への具体的な反映方法については検討されていない。上述の特許文献１においても同様である。
【００１２】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、グラウト材の目詰まり効果をモデル化して定量評価ができるようにしたグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係るグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法では、地盤へ注入して止水や改良を行うグラウト材の目詰まりによる地盤の浸透性低下を定量的に評価するグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法であって、目詰まりによる浸透性低下を、グラウト材の積算流量の関数となる０〜１の範囲の補正係数を計算し、その計算された補正係数を地盤の浸透率に乗じてモデル化して定量評価することを特徴としている。
【００１４】
本発明では、地盤の浸透率に０〜１の範囲の補正係数を乗じて、すなわち、ダルシー式を所定の補正係数で修正してグラウト材の目詰まり効果をモデル化する。この場合、グラウト材の目詰まりによる浸透性低下の効果をモデル化することができ、目詰まり効果を適切に定量評価することが可能となるので、その評価に基づいてグラウト材の配合設計や注入計画等を効果的に行うことができる。
【００１５】
また、本発明に係るグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法では、モデル化は、（１）式及び（２）式に基づいて生成されることが好ましい。
【００１６】
【数１】
2014206007.tif 000003
【００１７】
ここで、ｑは流動流体の単位面積当たり流量、ρは流動流量の密度、μは流動流量の粘度、ｄｐ／ｄｘは流動方向の圧力勾配、ｋは地盤の浸透率（固有等価係数）、ｋｅは０〜１の範囲の補正係数で（２）式によって定義される。なお、「流動流量」とは、地盤または岩盤中に元から存在する水とグラウト材の混合流体である。
【００１８】
【数２】
2014206007.tif 000004
【００１９】
ここで、ｃは流動流体中のグラウト材の濃度、積分記号は注入開始からの時間積分量を示している。
【００２０】
本発明によれば、補正係数ｋｅはクラウド材の積算流量の関数として定義されるので、グラウト材の目詰まりによる浸透性低下の効果を容易にモデル化することができる。
【００２１】
また、本発明に係るグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法では、グラウト材の注入対象の地盤を試料として室内でグラウト材の注入実験により、モデル化された計算結果又は数値シミュレーション結果を比較して補正係数の（２）式中のパラメータを設定し、その設定されたパラメータを用いて実際に注入工事を行う地盤のモデルを対象に数値シミュレーションを行って実工事におけるグラウト材の浸透挙動を予測評価することが好ましい。
【００２２】
本発明によれば、補正係数ｋｅを求める上記（２）式中のパラメータが室内のグラウト材の注入実験により設定され、設定されたパラメータを用いてグラウト材の浸透挙動を予測評価できるので、容易に実工事に適用することができる。
【００２３】
また、本発明に係るグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法では、グラウト材は、懸濁液型のグラウト材又は水ガラス系溶液型のグラウト材からなることを特徴としている。
【００２４】
本発明によれば、懸濁液型あるいは水ガラス系溶液型のいずれのグラウト材にも適用することができるから、広範囲のグラウト材に適用することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法によれば、ダルシー式を所定の補正係数ｋｅで修正してグラウト材の目詰まりによる浸透性低下の効果をモデル化できるので、グラウト材の配合設計や注入計画等を効果的に行うことができるとともに、情報化施工やＣＩＭ活用による施工管理のニーズに応えることができる予測解析手法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態によるグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法で用いた室内浸透実験装置の模式図である。
【図２】グラウト材の目詰まり効果の定量評価方法を適用した時間経過とグラウト材浸透距離との関係を示すグラフである。
【図３】粒径６０μｍのガラスビーズを模擬地盤とした浸透実験により得られた時間経過とグラウト注入流量との関係を示すグラフである。
【図４】粒径３０μｍのガラスビーズを模擬地盤とした浸透実験により得られた時間経過とグラウト注入流量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態によるグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、この実施の形態により限定されるものではなく、また、下記の実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一ものも含まれる。
【００２８】
本実施の形態に係るグラウト材は、コロイダルシリカを主成分とするグラウト材であり、地盤の止水や改良に用いられる。すなわち、このグラウト材は、周知のコロイダルシリカを主成分とする水ガラス系溶液型のグラウト材と同様に、コロイダルシリカ、塩化カリウム（ＫＣｌ）等の硬化促進剤及び工業用精製水の混合流体である。
【００２９】
上記グラウト材の目詰まり効果の定量評価方法は、目詰まりによる浸透性低下を、グラウト材の積算流量の関数となる０〜１の範囲の補正係数ｋｅを計算し、その計算された補正係数を地盤の浸透率に乗じてモデル化される。
【００３０】
このモデル化は、（１）式に基づいて生成される。
【００３１】
【数３】
2014206007.tif 000005
【００３２】
ここで、（１）式において、ｑは流動流体の単位面積当たり流量、ρは流動流量の密度、μは流動流量の粘度、ｄｐ／ｄｘは流動方向の圧力勾配、ｋは地盤の浸透率（固有等価係数）、ｋｅは０〜１の範囲の補正係数で（２）式によって定義される。なお、「流動流量」とは、地盤または岩盤中に元から存在する水とグラウト材の混合流体である。また、コロイダルシリカを主成分とするグラウト材は時間経過とともに粘度が変化するため、この適用事例ではμをグラウト材作液からの経過時間ｔの関数として定義している。
【００３３】
【数４】
2014206007.tif 000006
【００３４】
ここで、（２）式において、ｃは流動流体中のグラウト材の濃度、積分記号は注入開始からの時間積分量を示している。
【００３５】
地盤の浸透性低下の影響度は、補正係数ｋｅの計算式中のパラメータによって調整される。また、有限要素法（ＦＥＭ）や差分法などの数値解法を用いる場合は、地盤領域を分割した計算要素毎に補正係数ｋｅを算定して各要素の計算に用いることにより、目詰まりによる局所的な地盤浸透性の低下を再現することができる。
【００３６】
以下、上記モデル化の適用事例について説明する。この適用事例は、直径５ｃｍ、高さ４０ｃｍのカラムを有する実験装置（図１参照）を用いて行われている。使用される地盤の条件は、乾燥密度；１．５５３（ｇ／ｃｍ３）、間隙率；４１．２ （φ（％））、透水係数；１．３×１０−６（ｋ（ｍ／ｓ））、及び、グラウト材の条件は、コロイダルシリカ；９７０．４ｇ（８００ｍｌ）、硬化促進剤（ＫＣｌ）；１４．７ｇ（７．３ｍｌ）、工業用精製水；１９２．７ｇ（１９２．７ｍｌ）（合計１１７７．８ｇ（１０００．０ｍｌ））である。
【００３７】
上記グラウト材を圧力３００ｋＰａで注入したときのグラウト材の浸透距離の実験結果と数値解析結果が図２に示されている。図中のプロットは実測値を示している。また、破線は、目詰まりによる浸透性低下（ｋｅ）を考慮しない場合を示し、実線は目詰まりによる浸透性低下を考慮した場合を示している。この実験の補正係数ｋｅは、（３）式により定義されている。
【００３８】
【数５】
2014206007.tif 000007
【００３９】
ここで、ａ、ｂは、目詰りによる浸透率低下の影響度を示すパラメータで、ここでの設定値は、ａは６．５ｅ−３、ｂは１．５である。
【００４０】
図２から明らかなように、目詰まりモデルを用いた場合の解析結果は、実験結果と良好に一致しており、グラウト材の目詰まり効果をモデル化した定量評価方法の有効性が裏付けられている。
【００４１】
本定量評価方法の実現場への適用においては、グラウト材の注入対象の地盤を試料として室内でグラウト材の注入実験を行うことにより、モデル化された計算結果又は数値シミュレーション結果を比較して補正係数の式中のパラメータを同定し、その同定されたパラメータを用いて実際に注入工事を行う地盤のモデルを対象に数値シミュレーションを行って実工事におけるグラウト材の浸透挙動が予測評価される。
【００４２】
図１には、上記実験に好適な室内浸透実験装置１が示されている。すなわち、この室内浸透実験装置１は、直径５０ｍｍ、高さ３０ｍｍの空間を有するカラム２内に実際のグラウト材の注入の対象となる地盤から採集した試料３をフィルターメッシュ４，４で挟むように構成されている。
【００４３】
浸透実験は、グラウト材を充填したカラム２を精製水で満たした後、貯槽５に用意されているグラウト材に所定の圧力を付加してグラウト材をカラム２の下方に供給し、そのカラム２の上方から押し出されて排出される流体をメスシリンダ６で計測して行われる。
【００４４】
上述の実施例では、グラウト材の注入される対象が地盤として説明したが、グラウト材の注入される対象が岩盤でもよく、また、グラウト材は、水ガラス系溶液型のグラウト材を用いたがセメントミル等の懸濁液型のグラウト材であってもよい。したがって、本発明の特許請求の範囲で「地盤」というときは、岩盤も含まれている。
【００４５】
次に、上述したグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法の作用について、詳細に説明する。
本実施の形態では、地盤の浸透率に０〜１の範囲の補正係数を乗じて、すなわち、ダルシー式を所定の補正係数で修正してグラウト材の目詰まり効果をモデル化する。この場合、グラウト材の目詰まりによる地盤の浸透性低下の効果をモデル化することができ、目詰まり効果を適切に定量評価することが可能となるので、その評価に基づいてグラウト材の配合設計や注入計画等を効果的に行うことができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、上述した（１）式及び（２）式を用いてモデル化する方法であり、補正係数ｋｅがクラウド材の積算流量の関数として定義されるので、グラウト材の目詰まりによる浸透性低下の効果を容易にモデル化することができる。
【００４７】
さらに、補正係数ｋｅを求める上記（２）式中のパラメータが室内のグラウト材の注入実験により設定され、設定されたパラメータを用いて実地盤におけるグラウト材の浸透挙動を予測評価できるので、容易に実工事に適用することができる。
【００４８】
また、懸濁液型あるいは水ガラス系溶液型のいずれのグラウト材にも適用することができるから、広範囲のグラウト材に適用することができる。
【００４９】
上述のように本実施の形態によるグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法では、ダルシー式を所定の補正係数ｋｅで修正してグラウト材の目詰まりによる地盤の浸透性低下の効果をモデル化できるので、グラウト材の配合設計や注入計画等を効果的に行うことができるとともに、情報化施工やＣＩＭ活用による施工管理のニーズに応えることができる予測解析手法を提供することができる。
【００５０】
以上、本発明によるグラウト材の目詰まり効果の定量評価方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、また上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１  室内浸透実験装置
２  カラム
３  試料
４  フィルターメッシュ
５  貯槽
６  メスシリンダ
【図１】
2014206007.tif 000010
【図２】
2014206007.tif 000011
【図３】
2014206007.tif 000012
【図４】
2014206007.tif 000013