(57)【要約】【課題】Ａ液とＢ液とからなる地盤改良用薬液のＡ液の相分離を防止することが可能な地盤改良用薬液注入装置を提供する。【解決手段】Ａ液及びＢ液をそれぞれ貯蔵するタンク１Ａ，１Ｂと、該タンク１Ａ，１ＢからＡ液及びＢ液をそれぞれ供給するための供給ホース２Ａ，２Ｂと、該Ａ液の供給ホース２ＡとＢ液の供給ホース２Ｂとを連結する連結部３と、該連結部３から突出させて設けた前記Ａ液とＢ液との混合液を地盤に注入するための注入パイプ４とを備えた地盤改良用薬液注入装置において、前記連結部３と前記Ａ液供給ホース２Ａとの間に三方コック８を設け、該三方コック８に前記Ａ液のタンク１ＡにＡ液を戻すためのＡ液フィードバックホース９を連結したことを特徴とする地盤改良用薬液注入装置である。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二液タイプの地盤改良用薬液を構成するＡ液及びＢ液をそれぞれ貯蔵するタンクと、該タンクからＡ液及びＢ液をそれぞれ供給するための供給ホースと、該Ａ液の供給ホースとＢ液の供給ホースとを連結する連結部と、該連結部から突出させて設けた前記Ａ液とＢ液との混合液を地盤に注入するための注入パイプとを備えた地盤改良用薬液注入装置において、
前記連結部と前記Ａ液供給ホースとの間に三方コックを設け、該三方コックに前記Ａ液のタンクにＡ液を戻すためのＡ液フィードバックホースを連結したことを特徴とする地盤改良用薬液注入装置。
【請求項２】
前記連結部と前記注入パイプとの間にスタティックミキサーを設けたことを特徴とする請求項１に記載の地盤改良用薬液注入装置。
【請求項３】
前記Ａ液がケイ酸ナトリウム水溶液及びウレタン反応触媒を主成分とし、前記Ｂ液がイソシアネートを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の地盤改良用薬液注入装置。
【請求項４】
前記Ａ液が更にポリオールを含んでなることを特徴とする請求項３に記載の地盤改良用薬液注入装置。
【請求項５】
請求項１に記載の地盤改良用薬液注入装置を用いて、前記Ａ液と前記Ｂ液との混合液を地盤に注入することを特徴とする地盤改良工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤改良用薬液注入装置及びそれを用いた地盤改良工法に関し、特にケイ酸ナトリウム水溶液、ポリオール及び触媒を主成分とするＡ液と、イソシアネートを主成分とするＢ液とからなる地盤改良用薬液のＡ液の相分離を防止することが可能な地盤改良用薬液注入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル又は地中構造物等と周囲地盤との空隙部に充填することにより周囲地盤の崩落を防止したり、空隙発生の原因となる湧水を止水したり、柔軟若しくは破砕された岩盤を堅固な岩盤に改良したり、埋立地等の軟弱地盤を補強するために地盤改良用薬液が用いられている。
【０００３】
現在、上記地盤改良用薬液は、ケイ酸ナトリウム水溶液、ポリオール及び触媒を主成分とする液体（Ａ液）と、イソシアネートを主成分とする液体（Ｂ液）との二液で構成されており、薬液注入装置によって該Ａ液とＢ液とを混合した後、地盤に注入し、反応固化させることにより地盤の強度を改善する工法が広く行われている（特許文献１及び２参照）。
【０００４】
ここで、従来の薬液注入装置は、図１及び図２に示すように、Ａ液及びＢ液をそれぞれ貯蔵するためのタンク１Ａ，１Ｂと、該タンク１Ａ，１ＢからＡ液及びＢ液をそれぞれ供給するための供給ホース２Ａ，２Ｂと、該Ａ液の供給ホース２ＡとＢ液の供給ホース２Ｂとを連結する連結部３と、該連結部３から突出させて設けた前記Ａ液とＢ液との混合液を地盤に注入するための注入パイプ４とを備えている。また、供給ホース２Ａ，２Ｂには、Ａ液及びＢ液をそれぞれ圧送するためのポンプ５Ａ，５Ｂが設けられており、連結部３と、供給ホース２Ａ，２Ｂとは、バルブ６Ａ，６Ｂで連結されている。更に、連結部３と注入パイプ４との間には、ミキサー７が配設されており、該ミキサー７で供給ホース２Ａから送られてくるＡ液と供給ホース２Ｂから送られてくるＢ液とが混合され、ミキサー７を経た混合液が、注入パイプ４から吐出されて、地盤に浸透し、固結して地盤を補強する。
【０００５】
しかしながら、上記Ａ液中の無機成分であるケイ酸ナトリウム水溶液と、有機成分であるポリオール及び触媒とは、相溶性が悪く、極めて短時間（数分〜数時間）で相分離が起こるという問題がある。ここで、Ａ液中で相分離が生じたまま、Ａ液とＢ液とを混合すると、Ａ液とＢ液とが正常に反応せず、地盤の強度を充分に改善できないため、Ａ液の貯蔵タンク中に撹拌機を設け、Ａ液を絶えず撹拌して相分離の発生を抑制している。
【０００６】
上記対策によって、貯蔵タンク中でのＡ液の相分離は抑制できるものの、施工作業の休み時間中は言うに及ばず、注入施工の間の短い待ち時間中でもホースや配管中に静止したＡ液が、前述のように相分離を起こしてしまう。そのため、休止後の注入施工再開時には、Ａ液供給ホースの先端部をバルブごと外し、先端部をＡ液の貯蔵タンク上に移動して、ポンプを稼動させ、該タンクにＡ液を戻し、ホース内のＡ液とタンク内のＡ液を循環させて、相分離したＡ液を再混合して均一にした後、注入施工を行っていた。このような作業は、注入施工を再開する度に行わなければならないため、従来の注入装置を用いた地盤改良工法には、施工の作業効率が著しく低いという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−３２０６４５号公報
【特許文献２】
特開平８−３０２３４８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題に対して、注入する薬液の面からの対策として、Ａ液の相溶性を改良して、相分離を遅延化する方法が採られているが、相分離を無くすことはできず、実用性のあるＡ液の場合、通常、数分〜数時間の静置によって相分離が生じてしまう。また、注入装置の面からの対策としては、前述のようにＡ液貯蔵タンク中に撹拌機を設け、絶えずＡ液を撹拌する方法が採られているが、配管及びホース内のＡ液の相分離を解消することはできない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、上記地盤改良用薬液のＡ液の相分離を防止することが可能な地盤改良用薬液注入装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる地盤改良用薬液注入装置を用いた地盤改良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】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、従来の地盤改良用薬液注入装置において、Ａ液供給ホースの先端にバルブの代わりに三方コックを設け、Ａ液をタンクにフィードバックするためのホースを該三方コックに連結することにより、ホース及び配管内のＡ液を循環させることができ、その結果、Ａ液の相分離を防止して、注入施工の作業効率を大幅に改善できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
即ち、本発明の地盤改良用薬液注入装置は、二液タイプの地盤改良用薬液を構成するＡ液及びＢ液をそれぞれ貯蔵するタンクと、該タンクからＡ液及びＢ液をそれぞれ供給するための供給ホースと、該Ａ液の供給ホースとＢ液の供給ホースとを連結する連結部と、該連結部から突出させて設けた前記Ａ液とＢ液との混合液を地盤に注入するための注入パイプとを備えた地盤改良用薬液注入装置において、前記連結部と前記Ａ液供給ホースとの間に三方コックを設け、該三方コックに前記Ａ液の貯蔵タンクにＡ液を戻すためのＡ液フィードバックホースを連結したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の地盤改良用薬液注入装置の好適例においては、前記連結部と前記注入パイプとの間にスタティックミキサーを設ける。
【００１３】
本発明の地盤改良用薬液注入装置は、ケイ酸ナトリウム水溶液及びウレタン反応触媒を主成分とするＡ液と、イソシアネートを主成分とするＢ液とで構成された二液タイプの地盤改良用薬液を地盤に注入するのに好適であり、Ａ液が更にポリオールを含む二液タイプの地盤改良用薬液を地盤に注入するのに特に好適である。
【００１４】
また、本発明の地盤改良工法は、前記地盤改良用薬液注入装置を用いて、前記Ａ液と前記Ｂ液との混合液を地盤に注入することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。図３は、本発明の地盤改良用薬液注入装置の一実施態様の概略図である。図３に示す地盤改良用薬液注入装置は、Ａ液を貯蔵するタンク１Ａと、Ｂ液を貯蔵するタンク１Ｂと、タンク１ＡからＡ液を送るためのＡ液供給ホース２Ａと、タンク１ＢからＢ液を送るためのＢ液供給ホース２Ｂと、Ａ液供給ホース２ＡとＢ液供給ホース２Ｂとを連結する連結部３と、該連結部３から突出させて設けた前記Ａ液とＢ液との混合液を地盤に注入するための注入パイプ４とを備えており、更に、前記連結部３と前記Ａ液供給ホース２Ａとの間に三方コック８が配設され、該三方コック８に前記Ａ液タンク１ＡにＡ液を戻すためのＡ液フィードバックホース９が連結されている。
【００１６】
また、供給ホース２Ａ，２Ｂには、それぞれＡ液及びＢ液を圧送するためのポンプ５Ａ，５Ｂが設けられている。なお、前記連結部３とＢ液供給ホース２Ｂとの間には従来の注入装置と同様にバルブ６Ｂが配設されている。また、図示例の注入装置においては、連結部３と注入パイプ４との間に、ミキサー７が配設されており、供給ホース２Ａを通して送られてくるＡ液と供給ホース２Ｂを通して送られてくるＢ液とを混合して、均一な混合液を生成することができる。ここで、ミキサー７としては、Ａ液及びＢ液の注入圧力を利用したスタティックミキサーが好ましい。ミキサー７を経た混合液は、注入パイプ４から吐出され、地盤に浸透して、固結し、地盤の強度を改善する。なお、注入パイプ４は、側面部に細孔を有するタイプでも、先端部に開口を有するタイプでもよく、従来よりフォアパイリング工法で使用されているものを、目的に応じて適宜選択して使用することができる。
【００１７】
上記地盤改良用薬液注入装置においては、三方コック８により、Ａ液フィードバックホース９を通して、Ａ液をタンク１Ａに容易に戻すことができる。そのため、本発明の注入装置を用いた場合、Ａ液の相溶性が悪く、極めて短時間で相分離が起こる場合であっても、注入施工作業の休止時に、供給ホース２ＡとＡ液フィードバックホース９とを通してＡ液を循環させておくことにより、Ａ液の相分離を防止することができ、作業再開時に速やかに、注入作業を再開することができる。従って、本発明の注入装置を用いた場合、Ａ液供給ホースの先端部をバルブごと外す等して相分離したＡ液を再混合する工程が不要で、注入施工の作業効率を大幅に改善することができる。
【００１８】
図４は、本発明の地盤改良用薬液注入装置のミキシングユニットの一例の概略図である。図中、ミキシングユニットは、三方コック８及びバルブ６Ｂと、それら８，６Ｂを連結する連結部３からなる。ここで、三方コック及びバルブ（ストップバルブ等）としては、通常の市販品を使用でき、形状は特に限定されない。
【００１９】
本発明の地盤改良用薬液注入装置は、上記Ａ液がケイ酸ナトリウム水溶液及びウレタン反応触媒を主成分とし、上記Ｂ液がイソシアネートを主成分とする二液タイプの地盤改良用薬液を地盤に注入するのに好適であり、上記Ａ液がケイ酸ナトリウム水溶液、ポリオール及びウレタン反応触媒を主成分とし、上記Ｂ液がイソシアネートを主成分とする二液タイプの地盤改良用薬液を地盤に注入するのに特に好適である。この場合、Ａ液中の無機成分であるケイ酸ナトリウム水溶液と、有機成分であるウレタン反応触媒及びポリオール（該ポリオールはＡ液に任意に含まれる）とは、相溶性が悪く、極めて短時間で相分離が起こるが、本発明の地盤改良用薬液注入装置を用いた場合、上述のように注入施工作業の休止時にＡ液を循環させておくことにより、Ａ液の相分離を防止することができる。
【００２０】
上記Ａ液に用いるケイ酸ナトリウム水溶液としては、ＪＩＳ  Ｋ−１４０８に規定のケイ酸ナトリウム１号、２号、３号及び４号等が挙げられ、特に制限はない。
【００２１】
また、上記Ａ液に用いることができるポリオールとしては、多官能アルコールにプロピレンオキサイドを開環付加重合してなる化合物が好適であるが、多官能アルコールにエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとを開環付加重合させた化合物でもよい。多官能アルコールとしては、グリセリン系、ソルビトール系、スクロース系、ペンタエリスリトール系等が使用できる。該ポリオールの添加量は、Ａ液中２〜２５質量％が好ましく、５〜１５質量％が更に好ましい。ポリオールの添加量が２５質量％を超えると、固結体の難燃性が低下して燃えやすくなる。
【００２２】
また、上記Ａ液に用いるウレタン反応触媒としては、トリエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン等の３級アミンが挙げられ、該触媒の使用量は、Ａ液中０．０２〜６．０質量％が好ましく、０．２〜２．０質量％が更に好ましい。
【００２３】
一方、上記Ｂ液に用いられるイソシアネートとしては、ポリメリックイソシアネート、イソシアネートプレポリマー等が挙げられ、常温で液状であるものが用いられる。例えば、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）等のポリメリックイソシアネート、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、更にこれらのイソシアネート化合物にポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等を反応させ、末端が−ＮＣＯ基を有してなるイソシアネートプレポリマー、及びこれらの２種以上の混合物が使用できる。
【００２４】
なお、Ａ液に対するＢ液の割合は、Ａ液：Ｂ液＝２：１〜１：３（質量比）が好ましく、この範囲外では、所望の発泡硬化体強度や発泡倍率が得られず、空隙充填剤としての止水性能や岩盤固結剤としての固結強度を確保できない。
【００２５】
本発明の地盤改良用薬液注入装置は、上記連結部３と上記Ａ液供給ホース２Ａとの間に三方コック８が配設され、該三方コック８に前記Ａ液タンク１ＡにＡ液を戻すためのＡ液フィードバックホース９が連結されている以外、従来の地盤改良用薬液注入装置と同じ構造を有し、従来の注入装置のバルブ６Ａに代えて三方コック８を設け、該三方コック８にＡ液フィードバックホース９を連結して容易に作製することができる。
【００２６】
また、本発明の地盤改良工法は、上述した地盤改良用薬液注入装置を用いて、前記Ａ液と前記Ｂ液との混合液を地盤に注入することを特徴とする。本発明の地盤改良工法では、注入施工の休止中には、供給ホース２Ａとフィードバックホース９を通して、Ａ液を循環させて、Ａ液の相分離を回避する。そのため、本発明の地盤改良工法においては、Ａ液供給ホースの先端部をバルブごと外す等して相分離したＡ液を再混合する工程が不要で、作業効率が高い。なお、注入施工の休止中に、Ａ液を循環させない場合、Ａ液が相分離するが、上記の注入装置を用いた場合、三方コック８でＡ液の流路を切替えることで、Ａ液を循環させて、容易にＡ液を再混合することができるため、作業効率が高い。また、本発明の地盤改良工法では、Ａ液が相分離していないため、Ａ液とＢ液とが正常に反応して、地盤の強度を充分に改善することができる。
【００２７】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００２８】
地盤改良用薬液として、ケイ酸ナトリウム水溶液１００質量部、分子量６７０で水酸基価２５０のポリオール１０質量部及びペンタメチルジエチレントリアミン（ウレタン反応触媒）０．５質量部からなるＡ液と、ＮＣＯ含量３１％で粘度７０ｍＰａ・ｓ（２５℃）のイソシアネートからなるＢ液とで構成された２液タイプの薬液を用いた。
【００２９】
図３及び４に示す構造の注入装置（実施例）と、図１及び２に示す構造の従来の注入装置（従来例）をそれぞれ用い、実施例の注入装置ではＡ液を循環させ、従来例の注入装置ではＡ液をホース内に３０分間静止させ、その後、Ａ液供給ホースとＢ液供給ホースの連結部を通してＡ液及びＢ液の混合液をそれぞれ吐出させ、該混合液のＣＴ（クリームタイム）及びＲＴ（ライズタイム）を測定した。
【００３０】
また、連結部の先に、長さ３ｍ、直径２２ｍｍの鋼管を接続し、その中に混合液を注入して鋼管内で混合液の詰まりが生じるか否かを確認した。結果を表１に示す。
【００３１】
ここで、クリームタイムとは、Ａ液及びＢ液の混合時点から混合物が泡化反応により体積が膨脹し始めるまでの時間をいい、実際の施工の際の適正な注入作業の点で３０±１０秒が好適である。また、ライズタイムとは、Ａ液及びＢ液の混合時点から混合物が膨脹して最大体積に達するまでの時間をいい、実際の施工の際の適正な注入作業の点で４０±１０秒が好適である。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
従来例の注入装置を用いた場合、配管やホース内で静止状態におかれたＡ液は、比重の大きいケイ酸ソーダ水溶液が下方に、比重の小さい触媒及びポリオール成分が上方に移動して分離し、分離したＡ液の上部には触媒がリッチな部分が存在するため、吐出直後の混合液の反応が、通常の配合のＡ液とＢ液との混合液の反応よりもかなり速く、ＣＴ及びＲＴ共に適正な時間よりも短かった。一方、実施例の注入装置を用いた場合、ホース及び配管内でのＡ液の相分離が防止されているため、ＣＴ及びＲＴが適正な範囲を維持していた。また、従来例の注入装置では、鋼管内で混合液の詰まりが生じたが、実施例の注入装置では、詰まりが生じず、薬液の反応特性の違いが、鋼管内での詰まりに影響することが確認された。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、二液タイプの地盤改良用薬液のＡ液の相分離を防止することが可能で、注入施工の作業効率を大幅に改善することが可能な地盤改良用薬液注入装置を提供することができる。また、該地盤改良用薬液注入装置を用いた、作業効率の良好な地盤改良工法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の地盤改良用薬液注入装置の一例の概略図である。
【図２】従来の地盤改良用薬液注入装置のミキシングユニットの一例を示す図である。
【図３】本発明の地盤改良用薬液注入装置の一例の概略図である。
【図４】本発明の地盤改良用薬液注入装置のミキシングユニットの一例を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ  タンク
２Ａ，２Ｂ  供給ホース
３  連結部
４  注入パイプ
５Ａ，５Ｂ  ポンプ
６Ａ，６Ｂ  バルブ
７  ミキサー
８  三方コック
９  Ａ液フィードバックホース
【図１】
2004360274.tif 000004
【図２】
2004360274.tif 000005
【図３】
2004360274.tif 000006
【図４】
2004360274.tif 000007