(57)【要約】【課題】  地盤を割裂させることなく、短時間で広範囲に亘り浸透注入を行える、薬液注入工法を提供すること。【解決手段】  薬液の注入圧力又は注入速度を動的に制御しながら注入する。【選択図】図１
2005330805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液注入手段を対象地盤に設置し、
薬液注入手段により対象地盤中に注入する薬液注入工法において、
薬液の注入圧力を経時的かつ連続的に増減させ、前記増減の繰り返しの度に注入圧力の最大値及び最小値を増加させて注入することを特徴とする、薬液注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は止水工、地盤補強工、アンカー工等に適用できる薬液注入工法に関し、より詳細には注入圧力又は注入速度を増減変化させて地中に薬液を動的に注入する薬液注入工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薬液注入工法としては、例えば、ストレーナ注入管の周面に形成された多数の注入孔を通じて放射状に硬化性の薬液を注入するストレーナ注入工法や、ボーリング孔内に逆流防止機能を具備する外管を内挿すると共に、ダブルパッカを具備する内管を外管に内挿し、ダブルパッカで隔絶した外管の限定空間域を通じて外管に形成した任意の吐出孔から薬液を吐出するソレタンシュ薬液注入工法が知られている。注入形態としては注入位置を中心に全方向に浸透させる「浸透注入」と、注入位置から放射状に浸透する「割裂注入」に大別できる。「割裂注入」は目的とする改良範囲以外の部分に薬液が注入される可能性があるため、「浸透注入」が理想とされている。また「浸透注入」における薬液の注入条件については、「割裂注入」に比べて低圧で緩やかな速度で静的に注入を行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、「浸透注入」にあっては浸透に時間がかかるだけでなく、浸透範囲が狭い範囲に限定される。これは薬液の粘性が高いほど顕著である。これらを解消策として注入圧や注入速度を高めることが考えられるが、割裂が生じやすく注入圧を高めることに限界がある。また低圧で浸透注入を行っても、粘性土等の地盤にあっては地中で割裂を起こす可能性のあることがいくつかの検証により知られている。特に、地上から地中の浸透状況を確認できないだけに浸透性に対して常に不安が残る。
【０００４】
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、地盤を割裂させることなく、短時間で広範囲に亘り浸透注入を行える、薬液注入工法を提供することにある。さらに本発明は部分的に割裂を生じても割裂の発達を抑制して目的とする範囲に薬液を浸透できる、薬液注入工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、薬液注入手段を対象地盤に設置し、薬液注入手段により対象地盤中に薬液を注入する薬液注入工法において、薬液の注入圧力を動的に制御しながら注入することを特徴とする、薬液注入工法である。さらに本発明は薬液注入手段を対象地盤に設置し、薬液注入手段により対象地盤中に薬液を注入する薬液注入工法において、薬液の注入速度を動的に制御しながら注入することを特徴とする、薬液注入工法である。さらに本発明は薬液の注入圧力又は注入速度を経時的に増減を繰り返すことを特徴とする、薬液注入工法である。さらに本発明は、薬液の注入圧力又は注入速度を経時的に漸増させることを特徴とする、薬液注入工法である。さらに本発明は、薬液の注入圧力を経時的かつ連続的に増減させ、前記増減の繰り返しの度に注入圧力の最大値及び最小値を増加させて注入することを特徴とする、薬液注入工法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は以上説明したように注入圧力又は注入速度を動的に制御することで次効果を得ることができる。
＜イ＞ 割裂を起こさずに高圧注入が可能となるため、従来の静的注入と比べて薬液の浸透範囲が広がり、注入ピッチや注入本数の低減が図れる。
＜ロ＞ 注入圧力を高くしても割裂を起こし難いので、注入時間を大幅に短縮できる。
＜ハ＞ 注入圧力又は注入速度の急激な変化の繰り返しにより、仮に割裂が生じても割裂の発達を抑制でき、目的とする範囲に薬液を効率良く浸透させることできる。
＜ニ＞ 薬液の特性や対象地盤に応じた動的制御を行うことで、セメント系の粘性の高い薬液でも広範囲に亘る浸透注入が可能である。
＜ホ＞ 動的に制御して構築した固結体の強度が従来に比べて向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
＜イ＞注入原理
発明者は地中の浸透性能を改善するため種々の試行を繰り返し行った結果、薬液の注入速度又は注入圧力を動的に制御することで、割裂を起こさずに効率良く注入できることが判明した。すなわち図１に示す本発明の概念図を基に説明すると、注入管１が地中に貫挿され、地上側には薬液の注入速度又は注入圧力を動的に制御して供給する注入手段が配置されている。本例では注入手段が駆動源２で稼働するポンプ３で構成し、ポンプ３の回転数を変化させることで、ポンプ３に接続するタンク４内の薬液５の注入速度を任意に制御できるようになっている。またタンク４に図示しない圧力制御手段を接続し、タンク４の内圧を制御可能に構成すれば、注入管１の先端から周囲に吐出される薬液５の注入圧力を動的に制御することができる。この場合ポンプ３は不要となる。本発明における注入手段は、注入目的や用途に応じた公知の薬液注入装置を含み、これらの各種注入手段の駆動源の回転数や圧送圧力を動的に制御できる構造であれば良い。尚、図１では発明の理解を助けるためにタンク４をひとつしか図示していないが、実際は薬液５を構成する材料数に応じて複数存在する。
【０００９】
図２は薬液の注入圧力（又は注入速度）を動的に制御する制御波形例を示す。図２の（Ａ）は注入圧力を連続的に増減変化させる場合を示し、図２の（Ｂ）は鋸刃状に設定した範囲内で注入圧力の増減を繰り返す場合を示し、図２の（Ｃ）はパルス状に漸増する場合を示す。これらの制御波形は例示であり、これらの波形に限定されるものではない。注入速度又は注入圧力のいずれを制御する場合も、制御波形のピッチ、振幅、周期等は、薬液の性状や対象地盤を考慮して適宜選択する性質のものである。
【００１０】
尚、従来技術において薬液の注入時に圧力変動が起こり得るが、これは注入速度を一定に保つことにより結果として生じる現象である。したがって、従来の圧力変動現象と本発明はその本質を異にする。
【００１１】
＜ロ＞割裂が発生しない理由
以上のように本発明は動的に注入を制御することで、割裂を起こさずに浸透注入が可能である。一般に地盤の割裂は地盤の剪断強度を越えた外力が作用したときに起こるとされ、また地盤の剪断強度は速度依存性のあることが知られている。本発明は、荷重（外力）の変化速度が速いと地盤の剪断強度が向上するという地盤の材料特性に着目して成されたもので、液圧の圧力を速く変化させることで地盤に割裂が生じないほどの剪断強度を発揮させることで、高圧注入によっても割裂を生じにくくするものである。さらに本発明は、部分的に小規模の割裂が発生しても薬液の注入圧力が降下するように制御されることと、薬液がコーキング材的機能を果たすため、圧力が再び上昇しても当該割裂に注入圧力が集中することを回避できる。このように仮に小規模な割裂が生じても、この割裂を発達させる可能性は極めて低く、したがって、目的とする範囲に薬液を浸透させることができる。
【実施例１】
【００１２】
本発明の浸透性を証明するため以下のような試験を行った。
＜イ＞試験方法硅砂６号（Ｇs ＝2.65、D50 ＝0.32、Ｕc ＝1.62）を用い、水中落下法で相対密度が４０％となる模型地盤を製作した。薬液は水ガラス系溶液型薬液を用いた。薬液（ゲルタイム３０秒）の配合を表１に示す。
【００１３】
【表１】
2005330805.tif 000003
【００１４】
動的注入は注入速度を最大速度毎分 5.0リットル、最小速度を毎分 1.0リットルとし、その間をある周期で繰り返すように行った。平均注入速度は毎分 3.0リットルである。注入速度の周期は１５秒と３０秒の２種類とした。比較のために静的注入も行った。以上の試験ケースをまとめるとつぎのようになる。
2005330805.tif 000004
【００１５】
＜ロ＞試験結果
図３に各ケース１〜３における注入速度の経時変化を示し、図４に注入圧力の経時変化を示す。従来の静的注入であるケース１〜３についてみると、ケース１，２は注入圧力が急激に上昇する挙動はみられなかった。ケース３では注入開始後約４０秒で注入圧力が上昇する挙動がみられた。ケース３の注入後の固結体を目視した結果、注入孔の周りに若干のホモゲルがみられた。これに対して、本発明に係るケース４，５をみると、各周期で注入圧力の最大値が注入開始から１００秒までは３００kPa 程度で、各周期での注入力の最大値が徐々に増加している。また各周期での注入圧力の最小値はケース５で３０kPa とケース１と同程度であるのに対し、ケース４では１００kPa 程度までしか下がっていない。
【００１６】
また図４に各ケース１〜５の仕事（各時間での注入圧力と注入速度の積の累計）と時間の関係を示す。静的注入であるケース１〜３では注入速度が速くなるにつれて仕事が大きくなることが理解できる。また動的注入である周期１５秒（ケース５）の方は周期３０秒（ケース４）と比べて仕事が小さく、ケース３と同程度の仕事であることがわかる。したがって、周期を１５秒より短くすれば、動的注入の有効性が向上するものと推測される。
【００１７】
また図６に各ケース１〜５における注入効率（単位時間当たりの注入量）と仕事の関係を示す。静的注入であるケース１〜３は注入速度が速くなるにしたがって注入効率が高くなっている。これに対して、動的注入であるケース４，５では、周期３０秒（ケース４）のほうが周期１５秒（ケース５）より注入効率がよいことがわかる。またケース４，５の注入効率は共に、注入速度が毎分３．０リットルで注入した場合と同程度であった。したがって、注入周期を１５秒より短くすれば、動的注入がより有効であることが判明した。
【実施例２】
【００１８】
つぎに条件を代えて前記実施例１と同様の試験を行った。本例の場合の試験ケースは以下の通りである。また各ケースにおける経時的な注入圧力の変化は図７に示す通りである。
2005330805.tif 000005
【００１９】
＜イ＞固結体の断面形状
図８に各ケース６〜１０の固結体の横断面を示す。従来の静的注入であるケース６〜８についてみると以下の通りであった。
［ケース６］低圧注入であるため、浸透範囲がケースのなかで最も小さかく、また注入中心からの距離にばらつきがみられた。
［ケース７］ケース６〜８のなかで最も浸透範囲が大きいものの、固結体の中心が注入中心からずれていた。
［ケース８］注入開始後の圧力が急激に上昇するためか、注入管の周りにホモゲルがみられた。これに対して、動的注入であるケース９，１０についてみると、両ケース９，１０共注入管からの距離にばらつきが少なく、特にケース１０が最も浸透範囲が広かった。
【００２０】
＜ロ＞固結体の体積
図９に上記した各ケース６〜１０における固結体の体積を示す。静的注入であるケース６〜８にあっては、注入圧力が高いほど固結体の体積が小さくなるが、動的注入であるケース９〜１０にあっては共に、動的低圧注入のケース６とほぼ同程度の体積を確保できた。このことから、動的注入は従来の低圧注入と同程度の浸透性能を得られることが立証された。
【００２１】
＜ハ＞圧縮強度
図１０に従来の静的注入のケース６〜８と動的注入のケース１０の場合における一軸圧縮強度について試験を行ったときの試験結果を示す。同図によれば、静的注入の場合は、ケース８のように限界注入圧力を越えると圧縮強度が低下することが確認された。また動的注入のケース１０にあっては同圧で静的に注入するケース７と比べて格段に圧縮強度が向上することが立証された。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る注入原理を示す概念図
【図２】注入圧力又は注入速度を動的に制御するための波形モデル図
【図３】実施例１における各ケースにおける注入速度の経時変化を示す図
【図４】注入圧力の経時変化を示す図
【図５】仕事と時間の関係を示す説明図
【図６】注入効率と仕事の関係を示す説明図
【図７】実施例２における各ケースの経時的な注入圧力の変化
【図８】静的注入と動的注入の各ケースにおける固結体の断面図
【図９】静的注入と動的注入の各ケースにおける固結体の体積結果を示す図
【図１０】静的注入と動的注入の各ケースにおける固結体の一軸圧縮強度を示す図
【図１】
2005330805.tif 000006
【図２】
2005330805.tif 000007
【図３】
2005330805.tif 000008
【図４】
2005330805.tif 000009
【図５】
2005330805.tif 000010
【図６】
2005330805.tif 000011
【図７】
2005330805.tif 000012
【図８】
2005330805.tif 000013
【図９】
2005330805.tif 000014
【図１０】
2005330805.tif 000015