(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入管を介し、当該注入管に接続された圧入装置と吸入装置によって流動性注入材を地盤内に注入し、かつ地盤内の土粒子と混合固化させて地盤を固結強化する地盤改良工法であって、前記圧入装置と吸入装置にそれぞれ設置されたシリンダー内のピストンを往復動させて前記注入管内および地盤内で前記流動性注入材の圧入と吸入を繰り返すことにより地盤内に加圧と負圧を交互に付与して、地盤内における土粒子間の結合を解きながら土粒子と流動性注入材を混合させて固化することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２】
請求項１記載の地盤改良工法において、流動性注入材は、注入材製造装置から圧入装置と吸入装置を経て注入管に圧入し、前記圧入装置は吸入装置を付加されて吸入装置と併用して作動することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項３】
請求項１または２記載の地盤改良工法において、流動性注入材を追加しながら圧入と吸入を繰り返して地盤内に加圧と負圧を交互に付与することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、圧入装置は、シリンダー内をピストンが往復動することによって流動性注入材の地盤内への圧入と地盤または/並びに注入管内からの吸入を繰り返すように構成されていることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、注入材製造装置から圧入装置のシリンダー内に流動性注入材を充填し、当該流動性注入材の流動性保持時間内にシリンダー内のピストンの往復駆動によって流動性注入材の圧入と吸入を地盤の隆起と変位を管理しながら繰り返すことにより、流動性注入材と土粒子の混合領域を徐々に拡大させることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、流動性注入材を追加しながら、かつ流動性注入材の圧入と吸入を繰り返して土粒子間の結合を解きながら土粒子と流動性注入材を混合し、かつ流動性注入材注入量の調整、注入の継続、中断、完了および注入ステージの移行を行うことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、流動性注入材は注入材製造装置から圧入装置と吸入装置を経て注入管に圧送し、前記圧入装置は吸入装置を付加されて吸入装置と併用して作動することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、圧入装置は、注入材製造装置とピストンが内部で反復運動するシリンダーと注入管とそれらを接続する管路とその管路内に設けたバルブと圧力流量計と該流動性注入材の送液と前記各装置を管理する制御装置からなり、流動性注入材の注入は圧力流量計からの情報による制御装置の指示によって、圧入、吸入の切換、圧入又は/並びに吸入の反復数、シリンダー内への注入材の追加、該各装置の作動、中断、終了を制御することにより流動性注入材を充填するシリンダーと当該シリンダー内を往復動するピストンと当該ピストンを作動させる駆動装置を備え、前記ピストンの往復運動によって、該注入液の地盤中への圧入と地盤からの吸入を繰り返して注入地盤に加圧と減圧を繰り返すことにより地盤中で土粒子と流動性注入材を混合して固結体を形成することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、吸入は流動性注入材の流動性保持時間内に行うことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、シリンダー内への流動性注入材の吸入量はシリンダーの吐出口から注入管の先端部までの容積以下で行うことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１１】
請求項１〜10のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、吸入量と圧入量は吸入を中止した時、流動性注入材が自動的に注入管内に逆流してくるまで行うことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１２】
請求項１〜11のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、流動性注入材の加圧と負圧は同一のシリンダー内におけるピストンの往復動作用によって、加圧と減圧を繰り返すことにより行うことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１３】
請求項１〜12のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、圧入装置は複数のピストンポンプを有し、いずれかのピストンポンプがそれぞれ圧入、吸入を交互に或いは同時に行うことを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１４】
請求項１〜13のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、圧入装置は、複数のピストンポンプを備え、少なくとも2つのピストンポンプのシリンダーの一方には主剤、他方には反応剤、または一方には主剤+反応剤、他方には促進剤からなる流動性注入材を交互に或いは同時に吸入することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１５】
請求項１〜14のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、流動性注入材は、水ガラス系グラウト、シリカゾル系グラウト、コロイダルシリカ系グラウト、またはセメント、粘土、セメントベントナイト、スラグ系グラウト等の懸濁型グラウト、或いはこれらに流動性調整剤若しくはゲル化調整剤を加えた懸濁型グラウトであることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１６】
請求項１〜15のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、流動性注入材は複数の注入管に連続的に、または同時に、あるいは選択的に、更には間欠的のいずれかあるいは複数に注入することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１７】
請求項１〜16のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、地盤内に挿入された注入管は複数の管路から構成されていることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１８】
請求項１〜17のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、流動性注入材は空気又は気泡と共に注入されることを特徴とする地盤改良工法。
【請求項１９】
請求項１〜18のいずれかひとつに記載の地盤改良工法において、注入管内および地盤内で前記流動性注入材の圧入と吸入を繰り返すことにより地盤内に加圧と負圧を交互に付与して、地盤内における土粒子間の結合を解きながら土粒子と流動性注入材を混合させた後、可塑状ゲル注入材を圧入することを特徴とする地盤改良工法。
【請求項２０】
地盤内に設置された注入管と当該注入管にそれぞれ圧入管と吸入管を介して接続された圧入装置および吸入装置を備え、かつ前記圧入装置と吸入装置は、前記注入管を介し、前記注入管内および地盤内で前記流動性注入材の圧入と吸入を繰り返すことにより地盤内に加圧と負圧を交互に付与して、地盤内における土粒子間の結合を解きながら土粒子と流動性注入材を混合させ得るように構成されたシリンダーとピストンを備えていることを特徴とする地盤注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注入材と土粒子を地盤中で混合しながら固結体を徐々に拡大させながら形成する地盤注入工法および地盤注入装置に関し、特に地盤の隆起や沈下等の地盤変位をコントロールすると共に、注入可能限界外にある細粒土地盤の強化や液状化対策工に適した地盤改良が可能であり、さらに固結体同志の連結性や固結体間の止水性を可能にする地盤改良を確実に行えるようにしたものである。
【０００２】
特に、通常の浸透注入工法と異なり、すでに強度を有する領域には浸透しなくてもよいから、所定の強度以下の領域を自動的に固結して、その結果、所定の強度以上の地盤を得られる合理的な地盤改良をも可能にしたものである。
【０００３】
また、セメントやスラグや粘土等の低廉な注入材を用いて経済的に地盤強化や止水が可能になり、また地盤の低強度の部分を強化して全体的に強度や止水性の均等化を自動的に可能にした地盤改良をして、地盤の支持力を均等化して建造物の不動沈下を防止した地盤改良工法に関するものである。
【０００４】
また、本発明は、例えば宅地や工場建設地、あるいは道路などの地盤の安定化や斜面(法面)の強化に適用でき、さらには既存構造物直下の地盤改良にも適用が可能で、既存構造物の変位に伴う損傷等を回避しながらの耐震補強も可能であり、また、工事や地震による液状化等で沈下した地盤の復旧工事にも適用できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００５】
地盤注入は地盤に存在する土粒子を素材としてその土粒子を動かすことなく、土粒子の間隙の地下水を薬液に置き換えることによって、地盤を改良することができる点で極めて優れた特長を有するが、注入材が浸透し得ない細粒土には適用できず、無理に注入すれば地盤を隆起させたり脈状に注入されて、注入対象外へ逸脱して注入効果が得られないという問題があった。
【０００６】
また、脈状に注入される場合、注入材は局部的に長く伸び、所定領域に密実に脈状注入されることは困難であった。そのため浸透性の悪い地盤の改良は期待できなかった。また、一定の注入速度で注入する一般の注入工法の上記問題を解決するために動的注入工法として注入速度をsin波で変化させて注入速度と注入圧力を変化させて割裂・浸透・ゲル化を行なって脈状注入をできるだけ細かい密度で行う方法も開発されているが、広範囲を均等に改良することは困難である。
【０００７】
また、高圧噴射工法のように高圧でセメント懸濁液を噴射して、或いは水と空気を噴射して生じた空隙をセメント懸濁液で置き換えて地盤を強化する工法が多く採用されている。しかし、この工法は産業廃棄物となる排土が発生するという大きな問題があった。
【０００８】
一方、本出願人は既に可塑状ゲルの圧入・吸入を繰り返すことにより可塑状ゲルの固結体を地盤中に拡大して周辺地盤の高密度化をはかる地盤強化工法を発明している(特許文献１参照)。
【０００９】
地盤に可塑状ゲルを注入して地盤中に形成された塊状ゲルの表面が脱水によって流動性を失って薄膜を形成し、その薄膜の内部の可塑状のゲルの圧入・吸入を繰り返すことにより地盤に載荷・負荷を作用させて土粒同志の連結を壊して間隙水圧の上昇に伴う液状化に類似した土粒子の浮遊を生じさせながら、生じた空隙に可塑状ゲルを圧入し、塊状ゲルの固結体を拡大して周辺地盤の高密度化を可能にしたものである。
【００１０】
この発明は軟弱地盤の高密度化には優れているが、固結体同志の連続性が得られにくいという点に課題が残っている。また、注入中に可塑状ゲルの流動性が低下すると固結体の拡大が困難になったり、作業性が困難になるという問題があった。
【００１１】
また、特許文献２並びに特許文献３には、流動性のほとんどない地盤改良材を地盤に圧入して改良体(塊)を形成し、この改良体による締固め効果によって周辺地盤を圧縮強化する地盤改良工法が開示されている。
【００１２】
この工法は、骨材とセメント等からなる非流動性または低流動性の改良材を地盤に注入管を通して圧入することにより周辺地盤を締め固めるための改良体を形成し、さらに地盤に貫入させた状態の注入管を繰返しアップダウンさせることで地盤変位を抑制するといものである。
【００１３】
すなわち、地盤に貫入させた状態の注入管を改良体内でアップダウンさせ、アップダウンを繰り返すことで周辺地盤に沈下が生ずるため、改良材の圧入に伴う地盤の隆起を相殺させるものである。
【００１４】
これらの特許における地盤改良材は非流動性または低流動性であって地盤中に注入された後、注入管を打ち込んで直接力を加えることによって外側に拡大するか、或いは注入管を引き上げて生ずる負荷を加えることを繰り返して地盤の隆起を抑制する工法である。
【００１５】
しかし、この工法は大きなエネルギーを必要とし、また注入プラントから注入地点までの距離が長い時、注入材の圧送が困難であり、また施工も難しい。
【００１６】
本発明は、注入管から流動性のある注入材を地盤中に注入しながら、圧入・吸入を繰り返して地盤載荷と負荷を繰り返して地盤に+、−のダイレタンシーを生じさせることにより地盤中において土と注入材を混合した固結体を形成できる事、また地盤変位を制御しながら注入液と土を混合した地盤改良体を拡大しながら地盤改良できる事、また高圧噴射注入のように産業廃棄物になる排土を生ずることなく、すでにある土そのものを素材としながら地盤を強化できることを見出して上記先行発明の問題点を解決して本発明を完成した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特許第４８０８２４１号公報
【特許文献２】特許第４３００３６７号公報
【特許文献３】特許５５９８９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、すでに特許文献１に開示された可塑状ゲル圧入工法において、地盤に可塑状ゲル注入材を圧入し、可塑状ゲル注入材からなる塊状ゲル体を地盤中で周囲に逸脱することなく大きく拡大させる方法を開発している。
【００１９】
上記発明は、可塑状ゲルの特性を応用して可塑状ゲルの流動性と脱水による流動性の低下した薄膜の形成を巧妙に応用したすぐれた地盤改良工法であるが、固結体同志の連続性と固結体間の止水効果は困難であった。なぜならば可塑状ゲルはそれ自体の固結体を形成するが土粒子との混合、或いは土粒子間への浸透は不可能だからである。また、注入中に流動性が低下した場合、固結体の拡大が困難な場合もある。
【００２０】
また、都市部の狭隘な作業条件下で、住宅地などの地盤改良を可塑状ゲルを用いて実施する場合、一般に注入材は遠方のプラントから注入地点まで圧送管を通して送液し、そこで建造物直下の地盤中に斜めまたは水平に設置した圧入管を通して地盤に圧入する。
【００２１】
この場合、注入プラントから注入地点に到るまでの間で可塑状ゲルの流動性が低下して充分な圧入やまた作業性が困難である可能性があった。
【００２２】
一方、特許文献２と特許文献３に開示された締固め工法では、注入管自体を流動性のない固結物内で繰り返しアップダウンさせる必要があるため、作業が複雑でその作業に大きなエネルギーを必要とした。
【００２３】
また、この方式による地盤改良は流動性のない材料を圧入するため大きな装置を必要とし、さらに材料を遠方から送流することができないため都市部の狭隘な施工条件下では適用が困難であった。
【００２４】
また、水平方向または斜め方向から、或いは上方に向っての地盤改良も困難であり、また圧入に伴う周辺地盤の隆起を生じやすい等の問題もあった。
【００２５】
その他注入液に動的エネルギーを加える脈動注入による注入工法も提案されているが、本発明における注入管を介しての注入液の圧入・吸入を繰り返して土粒子と注入材を地盤内で混合する注入工法とは本質的に異なるものである。
【００２６】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、地盤内に流動性注入材を注入管を介して圧入・吸入を繰り返すことによって、当該注入材と土粒子を混合し、その混合物の固結体を地盤中で徐々に拡大させながら形成すると共に、隣接する固結体同志の連続性のある固結領域を形成し、或いは隣接する固結体間の止水性を高めると共に、地盤変位をコントロールしながら、また、都市部の狭隘な作業条件下で注入プラントから注入地点までの距離が長くても作業性が優れた広範囲の地盤改良を容易にした地盤変位調整型地盤強化を行う地盤改良工法および地盤注入装置を提供することを目的とする。
【００２７】
特に、本発明は、安価で強度を有する懸濁液を用いて、従来の注入工法では浸透し得なかった細粒土地盤においても土粒子と懸濁液と混合させて確実に固化することを可能にしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、注入管と注入材圧入装置、注入材吸入装置、或いは注入材の圧入と吸入の両方の機能を備えた装置(例えば圧入ポンプまたは吸入ポンプ、あるいは圧入と吸入の両方の機能を備えたポンプ)を用いて行う。
【００２９】
例えば、ピストンポンプを用いる場合、地盤中に流動性注入材(以下「注入材」)を圧入すると共に、当該地盤中の注入材にピストンポンプのピストンの往復動により加圧（載荷重）と減圧（吸入）を交互に繰返し付与することにより、周辺地盤の土粒子同志の結合を破壊して、流動性注入材と土粒子の混合体を形成し、以上を繰り返すことにより、上記注入管と混合体を介して周辺地盤の土粒子間の結合を破壊することを繰り返して混合体を徐々に拡大させて周辺地盤を広範囲に固化し、同時に注入材の圧入に伴う周辺地盤の隆起や沈下などの地盤変位を制御することを可能にした地盤改良工法並びに注入装置の発明である。
【００３０】
また本発明における、注入材は流動性があるため、混合体中の注入材の一部は土粒子間に浸透して混合物による固結体同志を連続し、或いはその間の止水性を高めることが可能になる。
【００３１】
本発明は、地盤中に注入管と当該注入管に接続されたピストンポンプによって流動性注入材を圧入すると共に、当該流動性注入材からなる地盤中の注入材又は土粒子と注入材の混合物に前記ピストンポンプの往復動によって加圧と負圧を交互に付与して地盤または土粒子と注入材の混合物を膨縮させることにより前記混合物の外側のルーズな周辺地盤の土粒子同士の摩擦を切断して緩ませて生じた間隙に前記流動性注入材や土との混合物を圧入して拡大させなから周辺地盤の密度増加と地盤強化を図ると共に、注入材の圧入或いは注入材と土の混合物の圧入に伴う周辺地盤の変位をコントロールすることを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明は注入管と当該注入管に接続されたピストンポンプを備えた圧入装置によって注入材を地盤中に圧入すると共に、前記ピストンポンプの往復動によって地盤中の注入材に加圧と減圧を交互に付与することにより軟弱な地盤中の土粒子に液状化と同様な現象、即ち間隙水圧の上昇により土粒子を浸透させて土粒子と注入材を混合し、かつ注入材と土粒子とからなる混合体を膨縮させながら徐々に拡大させて周辺地盤の地盤強度を増大させ、かつ注入材の圧入に伴う周辺地盤の変位をコントロールすることを特徴とするものである。この場合の注入材は流動性のある溶液型、或いは懸濁型注入材を用いることができる。
【００３３】
そして、このような手法を取ることにより、注入可能限界より細かい土粒子地盤でも混合という手法を用いて地盤改良することができる。
【００３４】
表１は、土の粒土による比表面積と透水係数を示すが、注入材の浸透し得る範囲はk＝10-3ｃｍ/sec以上の細砂であって、シルト質砂には浸透が困難になる。
【００３５】
【表１】
0005948626.tif 000002
【００３６】
また、液状化対策工法において、液状化の可能性のある土の粒土分布は、図１に図示する通りであるが、この図から分るように注入可能限界より細かい土の領域を含む。したがって、この領域は注入によっては液状化を防ぐことができない。
【００３７】
しかし、本発明においてはこのような領域であっても、地盤中で注入材と土粒子の混合を注入によって行うことにより液状化を防ぐことのできる地盤にすることができる。また、セメント等の懸濁液は、k=10-2ｃｍ/sec以上しか浸透しないが、本発明によればそれ以下の土でも、懸濁液と混合させることが可能なため、経済的に強度の高い固結地盤を構築することができる。
【００３８】
また、本発明は通常の注入工法と併用することができる。図3a、は、懸濁液の浸透しにくい地盤に対して脈状注入した後、吸入・圧入を繰り返して混合する概念を図示したものである。
【００３９】
上記のように本発明は、注入材を地盤に可塑状ゲルを注入したり或いは非流動性或いは流動性の少ない懸濁物を圧入したり、懸濁液や瞬結性薬液を脈状浸透させて地盤を固結強化したり、或いは注入液そのものに脈動を加えて注入したりする従来の薬液注入とは異なるものである。
【００４０】
本発明は、注入管を介して地盤中に注入された注入液に圧入による載荷と吸入による負荷を繰返し載荷することで、周辺地盤の間隙水圧の上昇と負圧を繰り返すことによりダイレタンシーを生じせしめ地盤がゆるみ、そのゆるんだ部分に流動性注入材が圧入され、その工程が繰り返されることにより注入材と土粒子の混合物が形成される(図2a)。
【００４１】
地盤の改良効果は、圧入力を大きくすれば、原地盤の密度が高くても、それを圧入力で破壊してかつ吸入することによって、かつ固結液の強度と注入量を大きくすることによって地盤強化をすることができる。したがって、その地盤を破壊できる強度に対応して、かつ地盤の変位の許容範囲になるように所定の強度の地盤改良を行なうことができる(図2b、表２)。
【００４２】
この工程を繰返すことにより地盤に亀裂を生ずることなく、注入可能限界より細い地盤においても地盤中の混合体が拡大し、また、固結体同志が連続した地盤が形成される。
【００４３】
図2bと表２は、本発明の改良設計の例を示し、改良地盤の土層の初期Ｎ値が目標Ｎ値に達するように各土層における固結材の混入量をあらかじめ注入実験を行って、圧入圧力と圧入量、吸入圧力と吸入量および繰り返す回数を地盤変位と対応して設定したものである。
【００４４】
【表２】
0005948626.tif 000003
【００４５】
本発明装置の例を図４に示す。ピストンの駆動源として油圧シリンダーを利用することで、ピストンを適宜往復動させて地盤中に注入された注入材に加圧・減圧を繰り返すことにより周辺地盤に繰り返し載荷の過程を容易に実現することが可能なため、体積ひずみ(ダイレイタンシー）を容易に発生させることができ、生じた間隙に注入材を圧入することにより注入材と土粒子の混合物からなる地盤の固結効果を得ることができる。油圧シリンダーのほかに、図５(a),(b),(c),(d)に図示するようにピストンを上げ下げすることができる。
【００４６】
また、この場合単調に注入材を圧入するよりも加圧力、減圧力、圧入量、吸入量、地盤変位に応じて加圧・減圧を繰り返したり、或いは一定のインターバルを取りながら加圧・減圧を繰り返したり、或いは一定のインターバルによる加圧、または減圧を交互に組み合わせる方が、また以下の方法を用いながら注入することにより地盤の体積ひずみ(ダイレイタンシー）が発生しやく固結体の固結範囲はさらに大きくなる。
【００４７】
a.流動性のある注入材を注入管を介して地盤中に注入された注入材を圧入・吸入を反復する。
b.流動性注入材の圧入・吸入を反復しながら新たな注入材を追加する。
c.流動性注入材の注入と圧入・吸入の反復注入を併用する。
d.流動性注入材の圧入吸入の反復注入と可塑状ゲルの注入を併用する。
e.１回に吸入される注入材は、シリンダー吐出口から注入管先端部までの体積内に納まるようにしておけば、注入材と土との混合液がシリンダー内に入ってシリンダーの往復作用を阻害しないですむ。
【００４８】
また、注入材のゲル化時間、あるいは注入材と土との混合液のゲル化時間が注入管の先端部からシリンダー吐出口までの吸入時間より長くなるようにしておけば、注入材がシリンダー内でゲル化することはない。また、注入管の先端部からシリンダーの吐出口までの距離を吸入時間より長くなるようにしておけば、シリンダー内でゲル化しないですむ。もっとも、注入材が非ゲル化性の懸濁液であれば、その注入系統内でゲル化しないが、シリンダー内に流入しないようにする方が作業上望ましい。
【００４９】
或いは、比較的密な地盤や粘質土の多い地盤で注入材を高い圧力で多く圧入して吸入を繰り返す場合、地盤隆起を抑えながら所定の強度を得るために吸入量を多くせざるを得ない場合は、図4(c)に図示するように別回路の貯留槽35に貯留して調整することもできる。
【００５０】
f.圧入・吸入を繰り返して対象地盤が注入材と土粒子が充分に混合されて固化が進行すると、注入材が地盤内で加圧状態となり、吸入しなくても、注入材が逆流する傾向が生じる。
【００５１】
この場合、吸入が容易になるか、或いは自動的に吸入されることになり、この現象を利用して圧入混合を効果的に行なうことができる。
【００５２】
あるいは、地盤が隆起する傾向が生じる。そのとき、或いはそのような現象が生ずる前にそのステージでの注入を中断して次のステージに進むことができる。
【００５３】
本発明の原理を以下に述べる。
(1).流動性注入材は、セメント、粘土、セメントベントナイト、スラグ系グラウト等の懸濁型グラウト、或いはこれらに流動性調整剤を加えたり、ゲル化剤を加えた懸濁型グラウト、または水ガラス系グラウト、シリカゾル系グラウト、コロイダルシリカ系グラウト等をいう。これらは時間と共に脱水または化学的なゲル化反応により流動性を失って固化する（固結時間或いはゲル化時間）。
【００５４】
(2).注入液の周辺地盤は加圧されて間隙水圧が上昇し、土粒子の摩擦がはずれて浮き上がり、そのまま加圧注入がなされると地盤は隆起する。しかし、加圧を吸入に切り替えると、液状化が起こりやすいルーズな土層では、土粒子は急速に沈降して締め固まる。その際、地表面にその影響がある場合は地盤表面が沈下する。
【００５５】
従って圧入・吸入を繰り返すことによって、地盤は間隙水圧の上昇、減少を繰り返して粒子は浮き上がり、沈降を繰り返すため、その間に注入材を圧入すれば、その注入液が通常の注入では注入可能限界よりも細かい土でも注入材を混合して地盤を強化することができる。その際、地盤変位を計測していることにより地盤変位を抑制しながら圧入と吸入の量と圧力を管理することにより地盤強度の増大と固結地盤の拡大ができる。さらに注入液の圧力による周辺地盤への浸透による固結体同志の連続或いは止水性の連続が可能になる。以上が本発明の圧入・中断による地盤強化の原理である。
【００５６】
このように本発明は、流動性注入材の流動性を効果的に利用することにより、圧入量を増やしても地盤の隆起と沈下を短時間のうちに相殺できるという効果を得ることができる。勿論、地盤変位をコントロールすることによって沈下した地盤を所定の高さに隆起させることもできる。
【００５７】
また、圧入・吸入の際に空気を注入して、または注入材に気泡を混入して注入材と土粒子の混合を向上させることができる。また、注入材や気泡混入液や空気の強制噴射を併用することもできる。
【発明の効果】
【００５８】
本発明は、地盤に流動性注入材の圧入・吸入を繰り返し、地盤中で注入材と土粒子の混合物からなる固結体を形成して地盤を強化しながら、固結範囲を徐々に拡大させて形成することで、軟弱地盤に大きな固結体を形成することができ、これにより地盤変位をコントロールしながら効率的に地盤改良することができる。
【００５９】
表１は薬液注入を浸透注入する場合の適用限界を示す。
特に懸濁型注入材は細粒土（細砂以下、k=10-2cm/sec以下）には土粒子浸透しないで脈状に浸透しやすく逸脱しやすい。また溶液型注入材でも粘性土が多くなると（k=10-3cm/sec以下）浸透しないため脈状に逸脱して注入効果が得られない。
【００６０】
図１は液状化しやすい地盤の粒径分布を示す。
表１から判るように薬液注入を行なっても液状化しやすい地盤にすべて浸透させることができない。特に懸濁液を用いて高強度を得ようとしても浸透し得ないことが判る。
【００６１】
図2aは本発明の改良効果の原理を示す。
図2a(イ)は土粒子の配列の例を示す。このような地盤の土の粒径が浸透限界外だと注入液は図2a(ロ)のように脈状注入によって対象範囲外へ逸脱する。
【００６２】
しかし本発明のように注入液の圧入・吸入を繰り返す（図2a(ハ)）とルーズな地盤に載荷と負荷を繰り返して間隙水圧の上昇・減少を繰り返すことによって、土粒子同士の結合が失われて液状化のように土粒子が浮き上がり（図2a(ニ)）、その内部に注入液が入り込み、この過程が繰り返すことによって土と注入液が混合され（図2a(ホ)）注入液の圧入と吸入を繰り返している間、その作用がさらに外部まで拡大する。
【００６３】
勿論、混合が充分行われ、或いは注入液のゲル化による流動性の低下が進行するにつれ、注入液の吸入は低減するので、さらに、圧入圧と吸入圧を高くして吐出量を調整して繰り返すか、或いは次の注入ステップに移動することになる。
【００６４】
図3a(イ),(ロ)は脈状注入を併用する方法であり、注入材を脈状注入した後、注入材の圧入と吸入を繰り返すことにより注入材と土粒子との結合の消滅および注入材と土粒子との混合によって注入材と土粒子との混合物からなる固結体を形成する。懸濁液の浸透しにくい組粒土地盤や粘性土地盤の改良に適している。脈状注入は流動性注入材の浸透注入であってもよい。
【００６５】
図3b(イ),(ロ)は可塑状ゲルの圧入を併用する方法であり、流動性注入材の圧入と吸入の繰返しによって注入材と土粒子とを混合した後に可塑状ゲルを圧入することにより、混合領域を外部に押し広げて隣接する混合領域を連続させて固結体どうしの連続性と固結範囲の拡大と密度増加による強度増加を図る。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図1(a),(b)は、液状化の可能性のある土の粒径分布を示すグラフである。
【図２ａ】図2a(イ),(ハ),(ニ),(ホ)は、流動性注入材の圧入・吸入を繰り返したときの土粒子間の結合の消滅および注入材と土粒子との混合物の形成を示す説明図、図2a(ロ)は単なる圧入のみの場合の脈状注入による注入材の逸脱を示す説明図である。
【図２ｂ】本発明の改良設計の一例を示した説明図である。
【図３ａ】図3a(イ),(ロ)は、脈状注入を併用して注入材の圧入・吸入を繰り返したときの注入材と土粒子の結合の消滅および注入材と土粒子との混合物の形成を示す説明図である。
【図３ｂ】図3b(イ),(ロ)は、可塑状ゲルの圧入を併用して混合領域を外部に押し広げて隣接する混合領域を連続させることにより固結体どうしの連続性、固結範囲の拡大および密度増加による強度増加を図る説明図である。
【図４ａ】地盤中で圧入・吸入を繰り返して注入材と土粒子を混合することにより、注入材と土粒子の混合物からなる固結体を徐々に拡大させながら形成して地盤を固結強化する本発明の地盤改良工法を実施するための装置を示す説明図である。
【図４ｂ】本発明の地盤改良工法を実施するための他の装置を示す説明図である。
【図４ｃ】図4bに図示する装置において、圧入・吸入を繰り返すことにより注入材(または注入材材と土粒子の混合物)が循環、補充、地盤変位を確認しながらも吸入の系からの一部除去(貯留槽から除去)、調整を行なう状態を示す説明図である。
【図５ａ】本発明の地盤改良工法を実施するための他の装置によるシリンダーへの注入材の供給方法と地盤への注入材の圧入・吸入方法の説明図である。
【図５ｂ】本発明の地盤改良工法を実施するための他の装置によるシリンダーへの注入材の供給方法と地盤への注入材の圧入・吸入方法の説明図である。
【図５ｃ】本発明の地盤改良工法を実施するための他の装置によるシリンダーへの注入材の供給方法と地盤への注入材の圧入・吸入方法の説明図である。
【図５ｄ】本発明の地盤改良工法を実施するための他の装置によるシリンダーへの注入材の供給方法と地盤への注入材の圧入・吸入方法を示し、特に、リバーシブルモーターの正転・逆転によるシリンダーの上下運動を図示したものである。
【図６ａ】本発明の地盤改良方法の原理を示し、圧入状況を図示したものである。
【図６ｂ】本発明の地盤改良方法の原理を示す説明図である。吸入状況を示す。
【図６ｃ】本発明の地盤改良方法の原理を示し、１シリンダーによる一回分の注入材を圧入・吸入を繰り返して圧入する状況を図示したものである。
【図７】２台のピストンポンプと当該ピストンポンプに送液管を介して接続された１本の注入管によって注入材を地盤内に圧入・吸入する方法を示す説明図である。
【図８】図８は図７の注入材の圧入・吸入方法を説明する一部フロー図である。
【図９】図７の注入材の圧入・吸入方法を説明する一部フロー図である。
【図１０ａ】本発明の地盤改良工法を実施するための他の装置の説明図である。
【図１０ｂ】本発明の地盤改良工法を実施するための他の装置の説明図である。
【図１０ｃ】本発明の地盤改良工法を実施するための他の装置の説明図である。
【図１０ｄ】本発明の地盤改良工法を実施するための他の装置の説明図である。
【図１１】図11(a),(b)は、本発明の地盤改良工法を実施するための改良方法の平面図である。
【図１２】地盤中に注入材と土粒子との混合物からなる固結体を地盤の一定領域を取り囲むように徐々に拡大させながら形成して一定領域の地盤を強化する方法の説明図である。
【図１３】図13(a),(b)は、既存の構造物直下の地盤中に注入材と土粒子との混合物からなる固結体を徐々に拡大させながら形成して構造物直下の支持地盤を強化する方法の説明図である。
【図１４】外管と内管とからなる二重管構造の注入管を用いてＡ液とＢ液をそれぞれ地盤中に注入し、注入管先端部において土粒子と混合させることによりＡ液とＢ液と土粒子との混合物からなる固結体を徐々に拡大させながら形成して地盤を強化する方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
図4aは本発明に用いる具体的な装置の例であって、その施工法も説明する。
【００６８】
Zは注入装置、Bは地盤変位計測装置、Cは制御装置、Dは油圧ピストン、Eはピストン変位タッチプレート、LはMS1,MS2間の長さに相当するピストン上下移動部、Iは地盤、3（S1）はピストン押圧部、１は圧入送液管、MSはタッチバーセンサー、２は吸入送液管、３はピストンシリンダー、MVはバルブ、Fは流量計、Pは圧力計、4は注入管、Gは注入材、５はホッパー、Hはシリンダー充填室である。
【００６９】
まずホッパー５に充填された、流動性注入材GはバルブMV1-1が開いて供給流量計F1を通してシリンダー充填室Hに充填される。次に油圧ピストンDが作動してピストン上下移動部Lが押されてピストン変位タッチプレートEがタッチバーセンサーMS1に接触するとバルブMV1-1、MV1-3が閉塞し、MV1-2が開放し、ピストン押圧3（S1）が注入材Gを注入材充填室Hから圧入送液管1，バルブMV1-2、圧入流量計F2を通して、注入管4から地盤中Iに圧入される。その際、バルブMV1-4は吸い込み送液管2方向を閉束して、注入管4のみの方向に開放する。
【００７０】
ピストン上下移動部LのタッチプレートEがタッチバーセンサーMS2に接触するとピストン押圧部3（S1）は押圧を中止し、MV1-4は圧入送液管１方向を閉束し、吸い込み送液管2方向に開放し、バルブMV1-3を開放し、油圧ピストンDのタッチプレートEがセンサーMS1に接触するまで移動して、即ちピストン押圧部3（S1）が移動して、地盤中に注入された注入材GはMV1-4、吸い込み流量計F3、MV1-3を通してシリンダー内充填室Hに吸入される。
【００７１】
この際、注入管４の先端部から油圧シリンダー先端Ｈまでの管路内の体積より吸入量を少なくしておけば、地盤中の土砂と混ざった注入材がシリンダー内充填室Ｈ内まで入ることはない。
【００７２】
しかし、この管路内の注入材の体積分に相当する注入量を繰り返して圧入・吸入で動かせば充分なダイレタンシーを起すことができる。
【００７３】
もちろん、吸い込み送液管のいずれかのヶ所にフィルターを設けておけば、土砂の充填室Hへの流入を防ぐことができるので、充填中の注入材を極限まで吸入することができる。
【００７４】
コントローラーCにはバルブMV1-1〜MV1-4の開閉、センサーMS1の感知と油圧ピストンの作動、センサーMS12とMS2の間隔、即ちピストン上下動の距離とピストン上下動の方向と速度の管理、流量計F1、F2、F3並びに圧力計P1、P2からの情報に基づく油圧シリンダーの作動、バルブの開閉、圧入と吸入の切り替え、圧入回数、吸入回数、圧入・吸入の繰り返し数、ホッパー５への注入材の充填、地盤変位計Bからの情報に基づく油圧ピストンや各バルブや注入量の制御、圧入と吸い込みの管理を予め地盤情報（深度毎の間隙率やN値等の強度分布、粒径分布等）、改良度、注入圧、注入量、地盤変位量等に基づき設定しておいた数値に基づき行うことができる。
【００７５】
これによって、リアルタイムで所定の改良効果を得られる地盤注入を行うことができる。なお、流量計Ｆに圧入・吸入を計測できるタイプのものを用いる場合は、圧入管路と吸入管路の合流部に設けることができる。
【００７６】
図4bは、本発明に用いる具体的な装置の他の例であり、当該装置による施工法と共に説明する。
【００７７】
図において、符号４は地盤に挿入された注入管、17は注入材貯留槽18内の注入材を送液管19、圧入管20および注入管４を介して地盤内に圧入するための圧入ポンプである。
【００７８】
また、符号21は、地盤内に圧入された注入材(または注入材と土粒子との混合物)を注入管4、吸入管22および吸入管23を介して注入材貯留槽18内に吸入するための吸入ポンプである。圧入ポンプ17と吸入ポンプ21はピストンポンプに限られるものではなく、渦巻きポンプ、軸流ポンプ、プランジャーポンプ等が使用される。
【００７９】
特に、吸入ポンプ21にはリバーシブルポンプや真空ポンプ(チャンバー式)等が利用され、また、地下水位低下工法(ウェルポイント工法)で利用される揚水ポンプ(真空ポンプ)とその排水管システムなども利用することができる。
【００８０】
地下水位低下工法で利用される揚水ポンプ(真空ポンプ)と排水管システムは、複数の注入管を介して広域的に注入材の圧入と吸入を繰り返して地盤に載荷と負圧を交互に付与することにより、地盤中にて土粒子間の結合を解き、土粒子と注入材を混合して地盤を固結強化する場合に適している。
【００８１】
また、リバーシブルポンプは、渦巻きポンプの一種で、１台のポンプに１ケ所の吸入口と２カ所の吐出口を有し、羽根車の正転又は逆転に応じて、吸水口から吸入した流体をいずれか一方の吐出口に送り吐出せるように構成されている。また、正転用、逆転用の羽根車を１種類に統合してポンプの内部構造や駆動方式を簡単にし、羽根車の回転方向によってポンプ内の流水路を選択できるようにして、ポンプの小形化、コストの低減さらにはポンプ性能の向上等が図られている。
【００８２】
図4bに図示する装置において、吸入ポンプ21にリバーシブルポンプを利用するには、吸入口を地盤に挿入された注入管４に接続し、２ケ所の吸入口を注入材貯留槽18に通じる吸入管23と注入材補充用貯留槽35に通じる吸入管34にそれぞれ接続すればよい。
【００８３】
そして、注入管４と吸引管22を介して吸入ポンプ(リバーシブルポンプ)21内に吸引された地盤内の注入材(または注入材と土粒子との混合物)は、吸引管23を介して注入材貯留槽18に吸入したり、或いは吸引管34を介して注入材補充層35に吸入することができる。
【００８４】
圧入管20と吸入管22には圧力・流量計24と25がそれぞれ接続され、また、圧入管20と吸入管22との分岐部には流路切替バルブ26が接続され、さらに、送液管19と吸入管23にはバルブ33と27がそれぞれ接続されている。
【００８５】
また、注入材貯留槽18に送液管28を介して注入材製造プラント29が接続され、さらに送液管28にバルブ30が接続されている。また、注入管４の周囲地盤上に地盤変位計31が設置されている。
【００８６】
そして、これらは全てコントローラ32に信号ケーブを介してそれぞれ接続され、コントローラ32においてリアルタイムでコントロールされている。
【００８７】
このような構成において、次に、図4bに図示する装置による地盤改良工法について説明する。なお、図4cは、注入材の圧入、吸入および補充、追加における注入材(または注入材と土粒子の混合物の流れを図示したものである。
【００８８】
(1).最初に、バルブ30を開けて注入材製造プラント29から注入材貯留槽18内に所定量の注入材を送液する。
【００８９】
(2).次に、バルブ30と27を閉め、バルブ33を開ける。また、流路切換バルブ26を圧入管20側に開け、吸入管22側を閉める。そして、圧入ポンプ17を作動させる。これにより、注入材貯留槽18内の注入材は送液管19、圧入ポンプ17、圧入管20および注入管４を通って地盤中に一定量圧入される。
【００９０】
(3).次に、バルブ33を閉め、バルブ27を開ける。バルブ30は閉めたままとする。また、流路切換バルブ26を吸入管22側に開け、圧入管20側を閉める。そして、吸入ポンプ21を作動させる。これにより、地盤内に吸入された注入材(または注入材と土粒子との混合液)が注入管４、吸入管22、吸入ポンプ21および吸入管23を通って注入材貯留槽18内に吸入される。
【００９１】
(4).以下、このようにして圧入ポンプ17による注入材の圧入と吸入ポンプ21による注入材の吸入を交互に繰り返すことにより、地盤中の注入管４の先端部において、地盤中の土流子間の結合が解かれ、土粒子と注入材が混合して固結することにより地盤改良される。
【００９２】
(5).また特に、圧入と吸入が繰り返されることにより、地盤内における注入材の濃度が一定濃度以下に希釈化した場合は、吸入管22と吸入管34を介し、吸入ポンプ21によって地盤中の注入材と土粒子の混合液が注入材補充用貯留槽35内に吸入され、注入材補充用貯留槽35内で注入材を補充して注入材の濃度が高められた後、送液管36を介して注入材貯留槽18内に送液される。また、注入材貯留槽18内の注入材の量が少なくなったときは、バルブ30を開けて注入材貯留槽18に新たに注入材が補充される。
【００９３】
符号37と38はそれぞれ吸入管34と送液管36に接続されたバルブであり、地盤中の注入材と土粒子の混合液が吸入ポンプ21によって注入材補充用貯留槽35内に吸入されるとき、バルブ37が開いてバルブ38は閉じる。また、注入材補充用貯留槽35内の混合液が送液管36を介して注入材貯留槽18内に送液されるとき、バルブ37が閉じてバルブ38が開く。
【００９４】
また、前記(1)〜(5)の工程中、地盤中に圧入される注入材の流量および圧入圧と、地盤中から吸入される注入材(または注入材と土粒子との混合液)の流量および吸入圧は、それぞれ流量・圧力計24と25によってリアルタイムで計測され、また、注入管４周囲の地盤の変位(隆起および沈下)がリアルタイムで計測され、さらにコントローラ32において最適な状態で圧入と吸入がなされるようにコントロールされる。
【００９５】
図５は、シリンダー内充填室Ｈに注入材Ｇがホッパー５から充填する構造の例である。図5(a)は注入材が重力によってシリンダー充填室Jからシリンダー内充填室Ｈ内に充填され、図5(b)は油圧シリンダーKの上下作動によって注入材Ｇがシリンダー充填室Jに充填されてシリンダー内充填室H内に充填される。
【００９６】
そして、図5(c)は、シリンダー内充填室H内の圧力空間R内にはコンプレッサーまたはポンプＵによって圧気または流体を圧入または吸入してピストンＴを上下させてシリンダー充填室Ｈ内の注入材Ｇの圧入と吸入を行う。なお、符号Ｖはバルブである。
【００９７】
また、図5(d)は、ピストンＴに正逆回転を付与するリバーシブルポンプＶを用いて、ピストンＴを上下動させてシリンダー内充填室Ｈ内の注入材Ｇの圧入・注入を行う。
【００９８】
なお、リバーシブルポンプＶの正逆回転をコントローラＣおいてコントロールすることによって、圧入・吸入時の圧入圧力と吸入圧力、回転並びに回転速度を自由に管理することができる。
【００９９】
図６は本発明による地盤改良の原理の具体例を示す。
図6(a)は、流動性注入材Ｇをシリンダー充填室Ｈ内に充填してのち、ピストンＴによって地盤中に注入管４を通して圧入する、次に流動性保持時間内でピストンＴを引き上げると注入材Ｇは注入管４に沿って注入管４内、あるいはシリンダー内充填室Ｈ内に逆流する（図６(b)）。
【０１００】
このような流動特性は、流動性保持時間以内に吸入することにより可能になる。
そして、図６(c)に図示するように再び加圧して地盤に押し出すことを繰返せば、地盤に繰返し加圧負荷を与えて土粒子同志の結合を破壊するため土粒子と注入材が混合される(図2)。この際、バルブMVを開放して注入液を追加して圧入する事ができる。このようにして注入材を圧入・吸入を繰り返しながら、これをコントロールすることにより地盤の変位をコントロールしながら、地盤の固結領域を拡大することができる。
【０１０１】
図７は、２台のピストンポンプ３と当該ピストンポンプ３に送液管を介して接続された１本の注入管4によって注入材を地盤内に圧入する方法を示す説明図である。
【０１０２】
また、上記においてG1を主材、G2を反応材またはG1を主材、G2を促進剤とし、G1とG2を合流して注入することができる。
【０１０３】
また、図８は図７の注入材の圧入方法を説明するフロー図であり、図９は図８の続きを示すフローである。
【０１０４】
以下に図７の圧入方法を図８、図９のフロー図に基づいて説明する。
【０１０５】
ホッパー５には内部に混合装置を設けてもよいし、起振機Ｍを設けて流動性の低下を防ぐこともできる。
【０１０６】
まずホッパー５よりシリンダー内充填室Hに注入材Gを充填する。その時、油圧シリンダー６1が作動して油圧ピストンS1が引き上げられて油圧ピストンS1のタッチプレートEが上部のタッチセンサーMS1にタッチするまでMV1が開放させて注入材G1が油圧シリンダー充填室H1に充填される。タッチプレートE1がMS1にタッチするとMV1が閉束する。
【０１０７】
同じようにMV2が開放されて油圧シリンダー内充填室H2に注入材G2が油圧ピストンS2を引き上げてタッチプレートE2がMS3をたたくまでMV2が開放されて充填されてMV2が閉束する。
【０１０８】
次にMV3が開放されて油圧シリンダー61が作動してタッチパネルE1がMS2にタッチするまでH1内のG1が地盤中に注入される。
【０１０９】
同様に油圧シリンダー62が作動してMV4が開放されて（MV3は閉束）タッチプレートE2がMS4をたたくまでG2が地盤内に注入される。
【０１１０】
これを交互に行えば連続的にG1、G2が地盤中に注入される。また同時に注入することもできる。G1を注入後MV1は閉束したままでMV3を開放した状態で油圧ピストンS1をMS1まで引き上げればH1内は負圧になり、注入された地盤中G(あるいは送液管内G)はH1中に逆流してくる。その時吸い込み流量計（吸い込み圧力計）で逆流量(吸入量)を計測できる。
【０１１１】
また、流量計、圧力計は圧入の際の流量、圧力と吸入の際の流量圧力それぞれ、いずれも計測できるタイプのものを用いることができるし、別々に計測できるタイプのものを使用してもよい。
【０１１２】
注入流量計、注入圧力計も注入流路に設ける事ができる。その工程を繰り返せば、地盤中で前述したように土粒子と注入液が混合されて固結する。同様に油圧シリンダー6を作動させて地盤を固結することができる。また油圧シリンダー6aで圧入を油圧シリンダー6bで吸入を交互に行なって地盤改良をすることができる。
【０１１３】
また１ステージ中で油圧シリンダーにおける圧入設定回数、油圧シリンダーの吸入の設定回数、或いは交互の作動の設定回数を予め、中央集中管理システム(c)中でプログラムすることができる。その際、MV3、MV4の開放、閉束、MS1MS2のセンター、MS3、MS4のカウンターを設定することができる。
【０１１４】
また、吸い込み流量、注入流量、吸い込み圧力、注入圧力と地盤情報（地盤の密度、間隙率、N値、透水係数、粒径分布）、地盤変位計Bにより地盤変位状況等に応じて注入深度毎に注入中の情報に応じて注入作動、注入量をコントロールして所定の目標とする地盤改良を行う事ができる。
【０１１５】
ここで、図７において上記操作は、図4aと同様にコントローラCによって管理できるが、また、流量計として圧入・吸入の流動を計測するタイプのものを用いることもできるが、図中では詳細を省略する。
【０１１６】
図10(a)は、図６で説明した装置を複数作動させて複数の注入地点に注入する方法を図示したものであり、２本のピストンポンプを用い、当該２本のピストンポンプの各シリンダー3A,3Bに送液管7,8を介して接続された２本の注入管4,4によって注入材を地盤中に圧入し、注入と吸入を交互に繰り返して地盤改良することが可能であり、この注入方法によれば、注入材を複数地点に同時に圧入することができて作業性がよい。また、隣接する注入領域を連続させ、一体的に地盤改良することができる。
【０１１７】
また、図10(b)は、図５(c)で説明した装置を複数作動させて複数の注入地点に同時注入する方法を図示したものであり、注入材供給プラント9に送液管10を介して接続された複数のピストンポンプ3と当該複数のピストンポンプ3のそれぞれに送液管11を介して接続された複数の注入管４によって複数の注入地点に注入材を同時注入することができる。
【０１１８】
注入材の圧入工程において、注入管４を徐々に引き抜いてステージ毎(深度毎)に固結体Ａを形成し、かつ各ステージの固結体Ａを鉛直方向に柱状に連続させて形成することにより複数のステージに渡って注入材を注入することができる。
【０１１９】
また、複数地点に間隔をおいて注入することにより工場建設地や宅地造成地などの広い地盤もきわめて効率的に地盤改良することができる。水平方向に連続して注入することにより地中連続壁を形成することもできる(図12参照)。符号12は複数のピストンポンプ３を制御するための制御装置であり、当該制御装置によって各ピストンポンプ３を制御することにより複数の注入地点に同時にまたは順に注入材を圧入することができる。
【０１２０】
図10(c),(d)は、図5(d)で説明した注入装置による注入方法であり、ピストンポンプ３にタンデム型ピストンポンプを用い、当該ピストンポンプ３の左右シリンダー3A,3BにそれぞれバルブMVをそれぞれ備えた送液管7,8を介して接続された２本の注入管4,4によって注入材を地盤中に注入する方法を図示したものである。
【０１２１】
また特に、図10(d)は、ピストンポンプに複数のタンデム型ピストンポンプを用い、当該各ピストンポンプの左右シリンダー3A,3BにそれぞれバルブMVを備えた送液管7,8を介して接続された複数の注入管4,4によって注入材を複数地点の地盤中に注入する方法を図示したものである。
【０１２２】
いずれの実施形態においても、ピストンポンプを用い、その駆動源にサーボモーター、リバーシブルモーター、例えば油圧モーターや電動モーター、電動アクチュエーター、或いは油圧ジャッキが用いられる。ピストンポンプ3A,3Bの駆動源としてこれらのサーボモーターや油圧ジャッキを用いることにより、ピストンポンプ3A,3Bのストローク量を自由に設定することができるため、注入材の１シリンダー容積分と付与する加圧量と減圧量(吸入量)、さらに各ポンプのピストンが進退移動する速度等を自由に設定することができる。
【０１２３】
また、注入材供給プラント9は、ピストンポンプ3A,3Bより高所に設置することにより、水頭差を利用した自然流下方式によって注入材供給プラント９から各ポンプのシリンダー内に高粘性の注入材を効率的に給液することができ、また各ポンプの起動が容易になる。
【０１２４】
なお、タンデム型ピストンポンプとは、同一軸線上に間隔をおいて配置された一組のシリンダー3A,3Bと、駆動モーター13の出力軸13aの端部にピストンロッドが動力伝達部14を介して繋がれ、シリダー内を同一軸線上で交互に進退移動する一組のピストンを備えたポンプをいう。
【０１２５】
また、図11(a)に図示するように複数の注入管４を対象地盤の複数地点に間隔をおいて配置し、各注入地点の地盤中に注入材を圧入することで、各注入地点の地盤中に注入材と土粒子との混合物からなる固結体Ａを形成して地盤全体を改良することができる。
【０１２６】
また、図11(b)に図示するように近接する三地点または四地点の注入地点に注入材を同時に圧入することにより、互いに拘束しながら効果的に土粒子と注入材を効果的に混合して、きわめて経済的な地盤改良を行なうこともできる。
【０１２７】
なお、注入材を複数地点に列状に圧入することで、混合物を連続的に壁状に形成することができる。
【０１２８】
また、図12(a),(b)に図示するように、地盤を一定領域ごとに完全に取り囲むように、例えば平面矩形状または円形状に連続する固結体を形成することにより、地震時においても、固結体Ａからなる固結壁は地震などの繰り返しせん断力を固結ゾーンによって遮断し、固結壁によって取り囲まれた内部の過剰間隙水圧の上昇を抑制して液状化を防止することができる。
【０１２９】
図13(a),(b)は、既存の建物や貯蔵タンク等の既存の構造物直下の地盤中に注入材を圧入して、地盤中に注入材と土粒子との混合物からなる固結体Ａを形成することにより、既存建物15などの構造物直下の地盤を締め固めて強化する方法を図示したものである。この場合、流動性にすぐれた注入材を用いて同粒子と混合させて固結するため、削孔長が長くても作業性に問題を生じることはない。
【０１３０】
図14は、外管16aと当該外管16a内に設置された内管16bとからなる二重管構造の注入管を利用して行う注入工法を図示したものであり、地盤中に外管16aによってＡ液、内管16bによってＢ液をそれぞれ注入し、かつ外管16aと内管16bの先端部においてＡ液とＢ液を混合させ、かつ土粒子と混合させて固結体を形成することにより地盤を強化することができる。
【０１３１】
この場合、注入管は二重管構造の注入管でなくてもよい。例えば、三重管を用いて気体を注入して注入材と土粒子との混合性を向上させることができる。また、注入材に気泡を混合しても同様の効果を生じる。さらに、三重管などの鋼管を用いて空気を混入して混合性を良くすることもできる。
【０１３２】
さらに、地盤密度が高く、注入材と土粒子が混合しにくい場合は、元々地盤の強度が大きいのであるから特に問題はない。しかし、本発明によって地盤強度を増大可能なら、地盤全体としての支持力が増大し、また流動化しにくい地盤が形成されたことになる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明は、注入材と土粒子を地盤中で圧入と吸入を繰り返して混合しつつ、固結体を徐々に拡大させながら形成することにより、注入可能限界外にある細粒土地盤の強化と液状化対策工に適し、特に固結体同志の連結性と固結体間の止水性を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１３４】
Ｚ  注入装置
B  地盤変位計測装置
C  制御装置
D  油圧ピストン
E  ピストン変位タッチプレート
L  ピストン上下タッチプレート間の長さ(上下移動部)
I  地盤
3(S1)  ピストン押圧部
MS  タッチバーセンサー、
MV  バルブ
F  流量計
P  圧力計
G  注入材
Ｓ  油圧ピストン
H  シリンダー内充填室
J  シリンダー充填室
Ｍ  起振機
１  圧入送液管
２  吸入送液管
３  ピストンシリンダー
4  注入管
５  ホッパー
61 油圧シリンダー
62 油圧シリンダー
７  送液管
８  送液管
９  注入材供給プラント
10  送液管
11  送液管
12  制御装置
13  駆動モーター
14  動力伝達部
15  構造物
16  注入管
17  圧入ポンプ
18  注入材貯留槽
19  送液管
20  圧入管
21  吸入ポンプ
22  吸入管
23  吸入管
26  流路切替バルブ
27  バルブ
28  送液管
29  注入材製造プラント
30  バルブ
31  地盤変位計
32  コントローラ
33  バルブ
35  注入材補充用貯留槽
36  送液管
37  バルブ
38  バルブ
【要約】
【課題】注入可能限界外にある細粒土地盤の強化と液状化対策を可能にした地盤改良工法を提供する。
【解決手段】地盤内に流動性注入材を注入管４を介しピストンシリンダー３によって圧入する。ピストンスリンダー３のピストン3S1を往復動させて圧入と吸入を繰り返すことにより、地盤に載荷と負圧を交互に付与することにより、土粒子間の結合を解きながら、土粒子と注入材を地盤中にて混合し、固結体を形成することにより地盤を固結強化する。
【選択図】図４ａ【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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