(57)【要約】【課題】超音波振動併用薬液注入工法により固化材を効果的に周囲地盤へ浸透拡散させると共に超音波振動による薬液注入装置の劣化損傷を防止する。【解決手段】超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置3であって、注入管本体31と、注入管本体31の下端にて軸方向に所定の間隔を空けて設けられた上部パッカー32及び下部パッカー33と、注入管本体31を通して圧送された固化材を吐出するために上部パッカー32と下部パッカー33の間に開口した吐出口34と、上部パッカー32と下部パッカー33の間に設けられた超音波振動発生部4と、を有し、超音波振動発生部4は、中心軸上に配置された超音波発生装置41及び超音波増幅器42と、超音波増幅器42の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され超音波を拡散する反射防止体43と、を具備する。【選択図】図１
2018048460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置（3）であって、
注入管本体（31）と、
前記注入管本体（31）の下端にて軸方向に所定の間隔を空けて設けられた上部パッカー（32）及び下部パッカー（33）と、
前記注入管本体（31）を通して圧送された固化材を吐出するために前記上部パッカー（32）と前記下部パッカー（33）の間に開口した吐出口（34）と、
前記上部パッカー（32）と前記下部パッカー（33）の間に設けられた超音波振動発生部（4）と、を有し、
前記超音波振動発生部（4）は、中心軸上に配置された超音波発生装置（41）及び超音波増幅器（42）と、該超音波増幅器（42）の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され超音波を拡散する反射防止体（43）と、を具備することを特徴とする
超音波振動併用薬液注入装置。
【請求項２】
前記反射防止体（43）が、前記超音波増幅器（42）の超音波出力端の方を向いた円錐形であることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動併用薬液注入装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超音波振動併用薬液注入装置（3）を用いる工法であって、
地盤に削孔（9）を形成する工程と、
軸方向に複数の薬液吐出部（15）を所定の間隔で設けられた注入外管（1,1A）を、前記削孔（9）に建込む工程と、
前記超音波振動併用薬液注入装置（3）を前記注入外管（1,1A）に挿入し、前記上部パッカー（32）及び下部パッカー（33）を前記注入外管（1,1A）の内周面に密着固定する工程と、
前記超音波振動併用薬液注入装置（3）の前記超音波振動発生部（4）により超音波を発生させつつ前記吐出口（34）から固化材を吐出し、前記注入外管（1）の前記薬液吐出部（15,15A）を通して地盤中に固化材を浸透させる工程と、を少なくとも有することを特徴とする
超音波振動併用薬液注入工法。
【請求項４】
前記超音波を、１分〜１０分の稼動時間と１分〜１０分の休止時間を繰り返すことにより断続的に発生させることを特徴とする請求項３に記載の超音波振動併用薬液注入工法。
【請求項５】
前記超音波は、出力が２００〜３００Ｗであり、周波数が１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚであることを特徴とする請求項３又は４に記載の超音波振動併用薬液注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を併用して薬液注入工法を行うための装置及びその工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震による液状化現象等の被害や地盤掘削による土砂崩壊を防止するための薬液注入工法は周知である。当該工法においては、固化材である薬液をグラウトポンプにて圧送することにより地盤の土粒子間隙に浸透させ固結させる。その場合、細粒分が多く土粒子間隙が小さい地盤では、薬液の圧送により地盤の細粒分が移動して土粒子間隙が目詰まりを起こして透水性が悪くなり、薬液の浸透が妨げられ易いという問題がある。目詰まりが起きると、薬液が土粒子間隙に浸透せずに注入圧力により地盤が割裂し、その中に薬液が入って固結するという、好ましくない割裂注入状態となる。
【０００３】
特許文献１には、薬液注入圧力を数秒〜１５秒程度の周期で経時的かつ連続的に増減させかつ周期毎に最大圧力と最小圧力を漸増させることにより、粘性の高いセメント系薬液の高圧注入でも地盤の割裂を起こさず全方向に浸透注入するための薬液注入工法（動的注入工法）が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、超音波振動発生装置を具備する棒状振動体で構成された固化材振動注入装置により、超音波領域の振動を加えつつ固化材を注入することにより周囲地盤への固化材の浸透拡散効果を高める薬液注入工法（固化材振動注入工法）が開示されている。
【０００５】
一方、薬液注入工法の一つである二重管ダブルパッカー薬液注入工法が知られている（例えば特許文献３）。当該工法は、ケーシング削孔に注入外管を建て込み、注入外管にダブルパッカーを具備する注入内管を挿入し、注入内管の軸方向位置を変えながらダブルパッカー間の周囲地盤領域に薬液を注入するものである。
【０００６】
特許文献４では、二重管ダブルパッカー薬液注入工法においてダブルパッカー間に偏心重錘による振動子を設けて振動を与えつつ薬液注入を行う工法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３３０８０５号公報
【特許文献２】特開２００８−２０８６３３号公報
【特許文献３】特開平９-３８６８号公報
【特許文献４】特開平３−２７１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の動的注入工法では、割裂注入を完全に解消することはできず、均一な固化体を得ることは難しい。また、常に変動する注入圧力を管理することも困難である。
【０００９】
特許文献２に記載の超音波振動を併用した固化材振動注入工法は、スラリー状の懸濁タイプの固化材を用いた場合、超音波振動を併用しても固化材が削孔周囲地盤に留まり、遠方に浸透拡散させることは難しい。また、スラリー状の固化材をできるだけ広範囲に浸透拡散させるために、硬化時間の長い低粘性のものとすると、削孔内で吐出されても地盤に浸透する前に孔口から地表に漏れ出し易いという問題がある。また、超音波振動を併用した薬液注入工法では、薬液注入装置の内部にも超音波振動が伝達されることにより、装置内部の部材が常時超音波振動に曝されて劣化損傷し易くなるという問題もある。
【００１０】
二重管ダブルパッカー薬液注入工法を用いると、地盤中での固化材の吐出領域を規定できるという利点があるが、薬液が一点から半球状に拡散する球状浸透であるため、細粒分の多い地盤では注入抵抗が大きく、上述した割裂注入を生じやすい。注入抵抗を低減するために吐出速度を遅くすると施工時間が長くなるという問題がある。これらの理由から、広い浸透範囲が得られない場合は削孔本数を多くして密に（例えば１ｍピッチ）施工しなければならなかった。また、特許文献４の二重管ダブルパッカー薬液注入工法と機械的振動の併用では、十分な浸透注入効果が得られないのが現状である。
【００１１】
本発明は、二重管ダブルパッカー薬液注入工法に超音波振動を併用する超音波振動併用薬液注入工法により固化材を効果的に周囲地盤へ浸透拡散させると共に、超音波振動による薬液注入装置の劣化損傷を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下の構成を提供する。なお、括弧内の数字は後述する図面中の符号であり参考のために付するものである。
【００１３】
・  本発明による超音波振動併用薬液注入装置の態様は、超音波振動を併用するダブルパッカー薬液注入工法に用いられる超音波振動併用薬液注入装置（3）であって、
注入管本体（31）と、
前記注入管本体（31）の下端にて軸方向に所定の間隔を空けて設けられた上部パッカー（32）及び下部パッカー（33）と、
前記注入管本体（31）を通して圧送された固化材を吐出するために前記上部パッカー（32）と前記下部パッカー（33）の間に開口した吐出口（34）と、
前記上部パッカー（32）と前記下部パッカー（33）の間に設けられた超音波振動発生部（4）と、を有し、
前記超音波振動発生部（4）は、中心軸上に配置された超音波発生装置（41）及び超音波増幅器（42）と、該超音波増幅器（42）の超音波出力端から離間して中心軸上に配置され超音波を拡散する反射防止体（43）と、を具備することを特徴とする。
・  上記態様において、前記反射防止体（43）が、前記超音波増幅器（42）の超音波出力端の方を向いた円錐形であることが、好適である。
・  本発明による超音波振動併用薬液注入工法の態様は、上記の超音波振動併用薬液注入装置（3）を用いる工法であって、
地盤に削孔（9）を形成する工程と、
軸方向に複数の薬液吐出部（15）を所定の間隔で設けられた注入外管（1,1A）を、前記削孔（9）に建込む工程と、
前記超音波振動併用薬液注入装置（3）を前記注入外管（1,1A）に挿入し、前記上部パッカー（32）及び下部パッカー（33）を前記注入外管（1,1A）の内周面に密着固定する工程と、
前記超音波振動併用薬液注入装置（3）の前記超音波振動発生部（4）により超音波を発生させつつ前記吐出口（34）から固化材を吐出し、前記注入外管（1）の前記薬液吐出部（15,15A）を通して地盤中に固化材を浸透させる工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
・  上記態様において、前記超音波を、１分〜１０分の稼動時間と１分〜１０分の休止時間を繰り返すことにより断続的に発生させることが、好適である。
・  上記態様において、前記超音波は、出力が２００〜３００Ｗであり、周波数が１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚであることが、好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の超音波振動併用薬液注入装置及びその工法においては、二重管ダブルパッカー薬液注入工法を用いて固化材を地盤に注入すると同時に、薬液注入装置において超音波を発生することにより、固化材及び注入外管に超音波が伝搬し、これらが超音波振動する。これにより、固化材粒子及び周囲地盤の土粒子が超音波振動する。その結果、固化材粒子及び土粒子が浮遊して移動するため、細粒分の多い地盤であっても土粒子間隙が閉塞せず、毛細管現象により固化材粒子が土粒子間隙に入り込みかつ遠方まで到達する。また、超音波振動の効果により、従来の球状浸透に替わって又は球状浸透に加えて柱状浸透が促進され、注入抵抗が小さくなり均質で大型の固化体を得ることができる。本発明によれば、スラリー状の懸濁タイプの固化材の浸透注入も可能である。
【００１５】
１本の注入孔によって従来よりも広範囲に固化体が造成できるため、削孔本数を低減でき、施工コストを縮減できる。削孔本数は、例えば従来１ｍピッチであったところ、２ｍピッチとすることが可能である。
【００１６】
さらに、本発明の超音波振動併用薬液注入装置の超音波振動発生部においては、超音波増幅器の超音波出力端の前方に超音波の反射を防ぎ拡散させる反射防止体を設けているので、それより先には超音波が伝搬せずかつ反射もしない。これにより、薬液注入装置における振動に弱い部材が超音波振動に曝されないので、超音波によるそれらの部材の劣化損傷を防止できる。また、超音波増幅器の劣化損傷も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の振動併用薬液注入工法の第１実施形態において用いられる各装置を概略的に示した図である。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ公知の注入外管と薬液注入装置の側面図であり、（ｃ）は本発明の振動併用薬液注入装置の側面図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示した注入外管に薬液注入装置を挿入した場合、（ｂ）は注入外管に振動併用薬液注入装置を挿入した場合における、薬液注入時の様子を模式的に示した概略断面図である。
【図３】図３は、図１に示した各装置を用いて行う本発明による振動併用薬液注入工法の一例を概略的に説明する図である。
【図４】図４は、図３の続きの図である。
【図５】図５は、本発明の振動併用薬液注入工法の第２実施形態において用いられる注入外管を概略的に示した図である。
【図６】図６（ａ）は、図５に示した注入外管に薬液注入装置を挿入した場合、（ｂ）は、注入外管に振動併用薬液注入装置を挿入した場合における、薬液注入時の様子を模式的に示した概略断面図である。
【図７】図７（ａ１）（ａ２）は従来工法による対象地盤中の固化体の大きさを示す断面図及び平面図であり、（ｂ１）（ｂ２）は本発明の工法によるものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の構成を例示した図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、各実施形態において同一の構成要素については、図面において同じ符号で示す。
【００１９】
本発明による超音波振動併用薬液注入装置（以下「振動併用薬液注入装置」と略称する）及びその工法は、二重管ダブルパッカー薬液注入工法（以下「ダブルパッカー薬液注入工法」と略称する）において超音波振動を併用するものである。本発明は、ダブルパッカー薬液注入工法における従来の薬液注入装置と組合せて用いることができる新規の振動併用薬液注入装置を提示すると共に、この振動併用薬液注入装置を用いてダブルパッカー薬液注入工法を行う超音波振動併用薬液注入工法（以下「振動併用薬液注入工法」と略称する）を提示する。
【００２０】
公知のダブルパッカー薬液注入工法の施工手順は、地盤状況等の施工条件により種々のバリエーションがあるが、以下では、典型的な施工手順を例として本発明を説明する。但し、本発明の適用対象は、例示する典型的な施工手順に限定されるものではない。
【００２１】
図１は、本発明による振動併用薬液注入工法の第１実施形態において用いられる各装置を概略的に示した図である。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれダブルパッカー薬液注入工法で用いられる公知の注入外管及び薬液注入装置の側面図であり、（ｃ）は本発明による振動併用薬液注入装置の側面図である。
【００２２】
図１（ａ）は、注入外管１の一部を示している。注入外管１は、長尺の管体である外管本体１１を有し、外管本体１１の軸方向に複数の薬液吐出部１５が所定の間隔で形成されている。隣同士の薬液吐出部１５の間隔は、従来は２５０〜３３０ｍｍ程度であるが、本発明では、１０００ｍｍ程度とすることも可能である。これは後述する振動併用の効果による。外管本体１１は、例えばポリ塩化ビニル等の合成樹脂製である。図１（ａ）では一箇所の薬液吐出部１５のみを示している。薬液吐出部１５は、外管本体１１の管壁を貫通する複数の吐出孔１２と、吐出孔１２を覆って外周面上に巻かれたスリーブ１３とを有する。複数の吐出孔１２は、周方向に適宜の間隔で一列に穿設されている。スリーブ１３は、例えば熱収縮チューブにより形成される。
【００２３】
スリーブ１３には、周方向に適宜の間隔で複数のスリット１４が穿設されている。図示の例では、スリーブ１３のスリット１４が、吐出孔１２に対向する位置の上方と下方に２列で設けられている。スリーブ１３の上下端部は、適宜のかしめ部材により外管本体１１の外周面に密閉固定されている。
【００２４】
図示しないが、図１（ａ）の例とは逆に、外管本体１１の複数の吐出孔１２が上下方向に所定の間隔を空けて２列で設けられ、一方、それら２列の吐出孔１２を覆うスリーブ１３の複数のスリット１４は、２列の吐出孔１２に対向する位置の中間に一列で設けられていてもよい。なお、外管本体１１の吐出孔１２とスリーブ１３のスリット１４の配置構成は、これらの例に限られない。
【００２５】
なお、本発明による振動併用薬液注入工法に用いる注入外管１の薬液吐出部１５の構成は図示の例に限られず、公知のダブルパッカー薬液注入工法の注入外管のいずれの構成も採用できる。
【００２６】
図１（ｂ）は、注入外管１に挿入される薬液注入装置２の下端近傍部分を示している。薬液注入装置２は、公知のダブルパッカー薬液注入工法におけるものである。薬液注入装置２は、薬液を圧送するための長尺の管体である注入管本体２１を有し、その下端近傍には適宜の数の吐出口２４が穿設されている。吐出口２４の上側には上部パッカー２２が、下側には下部パッカー２３が取り付けられている。上部パッカー２２及び下部パッカー２３は、例えば、空気又は水等の媒体の入出により膨張収縮可能な弾性材から形成されている。図示しないが、上部パッカー２２及び下部パッカー２３を膨張収縮させる媒体の送管が注入管本体２１に内設又は併設されている。
【００２７】
なお、本発明による振動併用薬液注入工法における薬液注入装置２の上部パッカー２２及び下部パッカー２３の具体的構成は、公知のダブルパッカー薬液注入工法の薬液注入装置のいずれの構成も採用できる。
【００２８】
図１（ｃ）は、注入外管１に挿入される本発明の振動併用薬液注入装置３の下端近傍部分を示している。振動併用薬液注入装置３は、固化材である薬液を圧送するための長尺の管体である注入管本体３１を有する。注入管本体３１の下端近傍には適宜の数の吐出口３４が穿設されている。吐出口３４の上側には上部パッカー３２が、吐出口３４の下側には下部パッカー３３が取り付けられている。
【００２９】
さらに、上部パッカー３２と下部パッカー３３の間に超音波振動発生部４が設けられている。超音波振動発生部４は、超音波発生装置４１及び超音波増幅器４２を有し、これらにより超音波を発生する。超音波発生装置４１は、好適には圧電素子である振動子を具備し、発振機（地表に設置）から送信される高周波電圧を印加されることにより超音波を発生する。高周波電圧送信用の電気配線は、好適には注入管本体３１に内設又は併設されている。必要とされる出力及び周波数をもつ超音波を発生可能であれば、圧電素子以外の振動子も本発明に含まれる。
【００３０】
超音波増幅器４２は、超音波発生装置４１により発生した超音波の振幅を例えば数倍に増幅する。超音波増幅器４２は、超音波に曝され浸食が激しいため硬質で錆難い材質のものが用いられ、例えばステンレス製でフランジ付き円筒円錐台形状のものがある。超音波発生装置４１及び超音波増幅器４２は、通常、一体として製品化されている。
【００３１】
超音波発生装置４１及び超音波増幅器４２は、注入管本体３１の中心軸上に上下に配置されており、超音波増幅器４２の下端が超音波出力端となっている。超音波出力は２００〜３００Ｗが好適であり、周波数は１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚが好適である。但しこれらの範囲に限定しない。一般的に超音波は２０ｋＨｚ以上とされているが、本発明に関しては１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの間も含むものとする。
【００３２】
さらに、超音波増幅器４２の超音波出力端から所定の距離だけ離間した中心軸上に、超音波の反射を防ぎ拡散するための反射防止体４３が配置されている。反射防止体４３は、例えばステンレス製で４５°の傾斜をもつ円錐形状である。反射防止体４３の円錐の頂点は、超音波増幅器４２の超音波出力端の方を向いている。
【００３３】
反射防止体４３は、超音波増幅器４２から出力された超音波がそれより先に伝搬することを阻止することにより、装置下端近傍の部材（例えば下部パッカー３３の弾性材等）が超音波により劣化損傷することを防止する。また、反射防止体４３は、超音波が超音波増幅器４２の方へ反射して戻ることを阻止することにより、超音波増幅器４２が超音波により劣化損傷することを防止する。反射防止体４３自体は消耗するが、その場合はこれを交換するのみでよい。
【００３４】
超音波増幅器４２と反射防止体４３の間の距離は、超音波波長（例えば２０ｋＨｚの場合は波長１６．５ｍｍ）の１／２となる距離が好ましい。また、装置全体をコンパクトとするためには短い方が好ましい。
【００３５】
超音波振動発生部４０は、構造的に上下に分離しているため、下部の反射防止体４３と下部パッカー３３を支持するための連結支柱４４が必要な本数だけ設けられている。図示しないが、上部パッカー３２及び下部パッカー３３を膨張収縮させる媒体の送管及び冷却用エア送管が注入管本体３１に内設又は併設されている。下部パッカー３３への媒体の移送は、連結支柱４４を管体とすることにより、これを介して行うことができる。
【００３６】
公知のダブルパッカー薬液注入工法では、図１（ａ）（ｂ）の注入外管１と薬液注入装置２を用いる。一方、本発明による振動併用薬液注入工法では、注入外管１、薬液注入装置２及び振動併用薬液注入装置３を用いる。
【００３７】
図２（ａ）は、図１に示した注入外管１に薬液注入装置２を挿入した場合、（ｂ）は注入外管１に振動併用薬液注入装置３を挿入した場合における、薬液注入時の様子を模式的に示した概略断面図である。
【００３８】
図２（ａ）では、地中の削孔（図示せず）に建て込まれた注入外管１に薬液注入装置２を挿入し、所定の位置で上部及び下部パッカー２２、２３を膨張させて注入外管１の内周面に密着固定した状態である。このとき、薬液Ｃ１を吐出させようとする薬液吐出部１５を間に挟んでその上下に上部パッカー２２と下部パッカー２３が位置するようにする。
【００３９】
注入管本体２１を通って薬液Ｃ１が圧送され、吐出口２４から薬液Ｃ１が吐出されると、上部パッカー２２と下部パッカー２３により閉じられた空間に薬液Ｃ１が充填され、管内圧力が高まる。それにより、吐出孔１２を通りスリット１４を押し開いて薬液Ｃ１が吐出される。
【００４０】
図２（ｂ）も同様に、地中の削孔（図示せず）に建て込まれた注入外管１に振動併用薬液注入装置３を挿入し、所定の位置で上部及び下部パッカー３２、３３を膨張させて注入外管１の内周面に密着固定した状態である。
【００４１】
注入管本体３１を通って薬液Ｃ２が圧送され、吐出口３４から薬液Ｃ２が吐出され、上部パッカー３２と下部パッカー３３により閉じられた空間に薬液Ｃ２が充填される。同時に、超音波振動発生部４の稼動を開始する。超音波発生装置４１で発生した超音波は超音波増幅器４２で増幅され、超音波出力端から放射される（白矢印参照）。超音波は縦波であり、伝搬方向と同じ方向に振動する。薬液Ｃ２を通して注入外管１に到達した超音波振動は、注入外管１（スリーブ１３も一体）を振動させる。注入外管１の振動は周囲地盤に伝達され、地盤中の土粒子も振動することになる。
【００４２】
また、薬液Ｃ２自体も、その粒子が振動しつつ吐出孔１２を通りスリット１４を押し開いて吐出される。吐出孔１２へ向かう薬液Ｃ２の移動方向と、超音波の伝搬方向及び振動方向が同じであるので、薬液Ｃ２中の粒子が振動しやすい。
【００４３】
本発明では、振動併用の結果、従来のダブルパッカー薬液注入工法における球状浸透に替わって又は球状浸透に加えて柱状浸透が促進される。これに関しては、後述する図４（ｂ）において詳細に説明する。周囲の地盤中では、薬液Ｃ２中の粒子及び土粒子が振動しつつ移動するため、土粒子間隙の目詰まりを生じることなく、薬液Ｃ２は土粒子間隙に入り込み、地盤中に浸透することができる。薬液Ｃ２は、硬化するまで移動することができるので、硬化時間が長いほど遠方に到達できる。
【００４４】
薬液Ｃ１と薬液Ｃ２が同じ種類及び粘性である場合、振動併用薬液注入装置３を用いた方が、薬液注入装置２を用いたときよりも薬液が遠方まで到達することができる。これに関しては、後述する図７の実施例で示す。
【００４５】
図３及び図４を参照して、図１に示した各装置を用いて行う本発明による振動併用薬液注入工法の一例を概略的に説明する。
【００４６】
図３（ａ）の状態となるまでの工程を説明する。先ず、地盤Ｇに削孔９を形成する。例えば直径１００〜１６５ｍｍ程度のケーシングパイプを用い、薬液注入対象範囲の底面位置である所定深度までケーシング削孔を行う。削孔９に注入外管１を建て込み、シールグラウトＣ０を注入すると同時にケーシングパイプを引き抜く。シールグラウトＣ０は、例えばセメント・ベントナイト液である。その後、シールグラウトＣ０を、その強度が発現するまで養生させる。シールグラウトＣ０が固化することにより、その後の薬液注入工程において注入外管１の周囲から地上へ薬液が漏出することを防止する。
【００４７】
図３（ａ）は、削孔９に建て込まれた注入外管１を示している。周囲には所定の強度をもつシールグラウトＣ０が存在する。注入外管１の内部は空洞である。
【００４８】
次に図３（ｂ）は、注入外管１に薬液注入装置２を挿入し、所定の位置で固定した状態を示している。挿入時は、上部パッカー２２と下部パッカー２３を収縮状態とする。地表には、薬液材料を混合する材料混合ミキサー７と、材料混合ミキサー７から薬液を供給されるグラウトポンプ６が設置され、グラウトポンプ６が薬液注入装置２と接続されている。
【００４９】
２つのパッカー２２、２３用の媒体送出ポンプ（図示せず）も設置されている。上部パッカー２２と下部パッカー２３を、最下位置の薬液吐出部１５を挟んで上下に位置させた後、双方のパッカー２２、２３を膨張させて注入外管１の内周面に密着固定させる。
【００５０】
続いて図４（ａ）は、薬液注入装置２に一次薬液Ｃ１を圧送し、地盤Ｇに注入した状態を示している。一次薬液Ｃ１は、例えば比較的高粘度のセメント・ベントナイト液である。一次薬液Ｃ１の注入は、上述した図２（ａ）のように行われる。一次薬液Ｃ１は、注入外管１の周囲のシールグラウトＣ０及びその近傍の周囲地盤を割裂（クラッキング）させる。一次薬液Ｃ１による周囲のクラッキングと、クラッキングへの一次薬液Ｃ１の浸透により削孔周囲地盤の粗詰めを行う。
【００５１】
軸方向における一箇所での一次薬液Ｃ１の注入を終えたならば、パッカー２２、２３を解除して薬液注入装置２を所定の距離だけ引き上げ、次の薬液吐出部１５にて繰り返し一次薬液Ｃ１の注入を行う。薬液注入対象範囲の全ての薬液吐出部１５にて一次薬液Ｃ１の注入を完了した後、薬液注入装置２を引き抜く。
【００５２】
続いて図４（ｂ）は、注入外管１に振動併用薬液注入装置３を挿入し、所定の位置で固定し、固化材Ｃ２である薬液を注入している状態を示している。注入外管１に対する振動併用薬液注入装置３の固定位置及び、パッカー３２、３３による固定方法は、薬液注入装置２と同様である。振動併用薬液注入装置３による固化材Ｃ２の注入は、上述した図２（ｂ）のように行われる。振動併用薬液注入装置３では超音波振動を併用するが、注入圧力において視認可能な程度の脈動を生じることはないため、注入圧力傾向を管理することは容易である。
【００５３】
超音波振動発生部４は、地表に設置した発振機５から送信される高周波電圧により駆動され超音波を発生する。超音波の出力は２００〜３００Ｗが好適であり、周波数は１０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚであることが好適である。但しこれらの範囲に限定しない。一般的に超音波は２０ｋＨｚ以上とされているが、本発明に関しては１０〜２０ｋＨｚの間も含むものとする。
【００５４】
超音波の発生を開始すると、注入外管１の周辺地盤に超音波振動が伝搬し、削孔９の近傍地盤が緩められて緩み領域Ｓが形成される。この緩み領域Ｓが円筒状の浸透面となって、小さい注入抵抗で固化材Ｃ２が略水平方向に放射状に浸透することができる（白矢印参照）。すなわち、従来のダブルパッカー薬液注入工法における球状浸透に替わって又は球状浸透に加えて柱状浸透が促進される。点の浸透源による球状浸透に比べて、面の浸透源による柱状浸透では、吐出された薬液がより広く分散する。浸透面の単位体積当たりの注入抵抗が下がることにより、注入速度を高めることができ、施工時間の短縮を図ることができる。但し、点の浸透源による球状浸透と面の浸透源による柱状浸透の浸透態様はモデル的表現であり、これらの間に厳密な境界が存在するものではなく、実際には双方の浸透態様が混在する場合もある。
【００５５】
また、鉛直方向への浸透抵抗も振動により緩和されるため、軸方向における注入間隔を、従来の２５０〜３３０ｍｍ程度から１０００ｍｍ程度とすることができる。これによっても、施工時間及び作業負担を軽減することができる。
【００５６】
超音波振動は微細な振動であり、視認可能な大きな脈動ではないため、固化材Ｃ２が同じ割裂脈を何度も押し広げてムラのある改良体を造成することはない。すなわち割裂注入を生じることなく、固化材Ｃ２が円滑で均質な浸透を行うことができる。
【００５７】
超音波振動発生部４は、基本的に固化材Ｃ２を注入する間を通して稼動する。しかしながら、実質的な超音波の発生は、連続的に行っても断続的に行ってもよい。好適には、超音波の発生は断続的に行う。例えば、超音波振動発生部４が、１分〜１０分の稼動時間と１分〜１０分の休止時間を繰り返すことにより断続的に超音波を発生させることが好ましい。このとき、対象地盤の粒径に応じた土粒子の沈降時間に基づいて休止時間を設定することが好ましい。断続的に超音波を発生させると、連続的に超音波を発生させる場合に比べて土粒子や固化材粒子に加わる振動にさらに緩急が加わるので、土粒子間隙の目詰まりがより起こり難くなり、発生した目詰まりを除去する効果も得られる。なお、断続的に超音波を発生する期間と、１０分以上連続的に超音波を発生する期間を組み合わせてもよい。
【００５８】
固化材Ｃ２は、比較的硬化時間の長い低粘性のものであり、例えば溶液タイプを使用できる。また、振動併用するので浸透性の比較的低い懸濁タイプ（スラリー状）のセメント系グラウトも使用できる。固化材Ｃ２が、硬化時間の長いものであっても、周囲のシールグラウトＣ０及びパッカー３２、３３により地上への漏れ出しが遮断されているので、地盤中に浸透していくことができる。固化材Ｃ２の種類や粘性は、土質条件により適宜選択される。
【００５９】
固化材Ｃ２の注入速度は、例えば６〜２０リットル／分程度である。低注入速度による注入は、周囲地盤に対する影響が少ないので好ましい。しかしながら注入速度をこの範囲に限定はしない。軸方向における一箇所での固化材Ｃ２の注入を終えたならば、パッカー３２、３３を解除して振動併用薬液注入装置３を所定の距離だけ引き上げ、次の薬液吐出部１５にて繰り返し固化材Ｃ２の注入を行う。薬液注入対象範囲の全ての薬液吐出部１５にて固化材Ｃ２の注入を完了した後、振動併用薬液注入装置３を引き抜く。
【００６０】
その後、次の施工箇所に移動して同じように施工する。
【００６１】
なお、ダブルパッカー薬液注入工法の特徴として、薬液注入装置の上下位置を任意に変更したり、同一箇所において再度注入を行ったりすることが容易であるということがある。従って、本発明による振動併用薬液注入装置を用いた振動併用薬液注入工法においても、上述した施工例に限られず、多様な施工が可能である。対象地盤は、シルト粘土層、砂質土、砂礫層等、いずれの地盤にも適用可能である。
【００６２】
図５は、本発明による振動併用薬液注入工法の第２実施形態において用いられる注入外管を概略的に示した図である。
【００６３】
第２実施形態における注入外管１Ａは、長尺の管体である外管本体１１Ａを有し、外管本体１１Ａの軸方向に複数の薬液吐出部１５Ａが所定の間隔で形成されている。薬液吐出部１５Ａは、外管本体１１Ａの管壁を貫通する吐出孔１２Ａと、吐出孔１２Ａを覆って外周面上に巻かれたスリーブ１３Ａとを有する。図示の例では複数の吐出孔１２Ａが、周方向に適宜の間隔で形成され、上下２列で設けられている。スリーブ１３Ａは、例えば熱収縮チューブにより形成される。この場合、スリーブ１３Ａにはスリットがなく、スリーブ１３Ａの上下端部は外管本体１１Ａに対して密閉固定されていない。好適には、スリーブ１３Ａの上下端部から軸方向にほぼ等距離の位置に、外管本体１１Ａの各列の吐出孔１２Ａが位置するようにスリーブ１３Ａが巻かれている。
【００６４】
図６（ａ）は、図５に示した注入外管１Ａに薬液注入装置２を挿入した場合、（ｂ）は、注入外管１Ａに振動併用薬液注入装置３を挿入した場合における、薬液注入時の様子を模式的に示した概略断面図である。
【００６５】
図６（ａ）（ｂ）に示す第２実施形態では、図２（ａ）（ｂ）に示した第１実施形態と異なり、薬液Ｃ１、Ｃ２が吐出孔１２Ａを出てスリーブ１３Ａと外管本体１１Ａの間の隙間を通り、スリーブ１３Ａの上下端部から吐出される。
【００６６】
第２実施形態の注入外管１Ａを用いた振動併用薬液注入工法では、第１実施形態とは薬液の吐出される位置が異なるが、超音波振動により柱状浸透を促進する効果を含め、効果については第１実施形態とほぼ同様である。
【実施例】
【００６７】
図７は、従来工法と本発明の工法の比較試験結果を示す図であり、（ａ１）（ａ２）は従来工法による対象地盤中の固化体の大きさを示す断面図及び平面図であり、（ｂ１）（ｂ２）は本発明の工法によるものである。
【００６８】
本発明の工法は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）の注入外管１、薬液注入装置２及び振動併用薬液注入装置３を用いた振動併用薬液注入工法である。基本的に図３及び図４に示した工程に沿って行った。
【００６９】
従来工法は、図１（ａ）（ｂ）の注入外管１と薬液注入装置２のみを用いたダブルパッカー薬液注入工法である。基本的に図３及び図４に示した工程に沿って行ったが、従来工法においては、薬液注入装置２により一次薬液を注入した後、注入管本体２１の管内を洗浄し、同じ薬液注入装置２により固化材の注入を行った。
【００７０】
共通する試験条件は、以下の通りである。
・対象地盤：砂質土、Ｎ値１０、細粒分含有率Ｆｃ１５％
・施工深度：地表からの深度２．０〜４．０ｍの範囲
・全注入量：３，２００リットル
・注入速度：６リットル／分
・固化材  ：水ガラス系溶液型（緩結）
本発明の工法における超音波条件は、以下の通りである。
・３００Ｗ、２０ｋＨｚ、断続発生（２分稼動／４分休止の６分周期）
【００７１】
図７（ａ１）と（ｂ１）の断面図を比較すると、従来工法では対象範囲の特に下部において水平方向の浸透範囲が狭くなっている。これに対し、本発明の工法では対象範囲の全深度に亘って水平方向の到達位置が均等で広く浸透している。
【００７２】
図７（ａ２）と（ｂ２）の平面図を比較すると、従来工法では面積が２．７４ｍ２であり固化体の形状に偏りがある。本発明の工法では面積が４．４７ｍ２であり固化体の形状も中心の周りにほぼ均等に拡がっている。この比較試験の結果、本発明の振動併用薬液注入工法によれば、従来工法に比べて深度方向及び水平方向について固化材の浸透距離が長くかつ均等であることが裏付けられた。
【００７３】
比較試験結果により、本発明の工法では、従来工法よりも柱状浸透が促進されることも立証された。
【００７４】
以上述べた本発明による振動併用薬液注入装置及びその工法は、地盤強化や地盤掘削に伴う止水、遮水、又は、地盤の液状化対策や耐震補強などに適用できる。ダブルパッカー薬液注入工法に超音波振動注入を併用したことにより、薬液の地盤への最初の浸入を注入圧力の補助を受けて行えると共に、その先への浸透は超音波振動の補助を受けて広範囲に拡散することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１、１Ａ  注入外管
１１、１１Ａ  外管本体
１２、１２Ａ  吐出孔
１３、１３Ａ  スリーブ
１４  スリット
１５、１５Ａ  薬液吐出部
２  薬液注入装置
２１  注入管本体
２２  上部パッカー
２３  下部パッカー
２４  吐出口
３  振動併用薬液注入装置
３１  注入管本体
３２  上部パッカー
３３  下部パッカー
３４  吐出口
４  超音波振動発生部
４１  超音波発生装置
４２  超音波増幅器
４３  反射防止体
４４  連結支柱
５  発振機
６  グラウトポンプ
７  材料混合ミキサー
９  削孔
Ｇ  地盤
Ｃ０  シールグラウト
Ｃ１  一次薬液
Ｃ２  固化材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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