(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に薬液注入モニタ（４２）を有するロッド（４０）を改良すべき地盤（Ｇ）に穿設したボーリング孔（Ｈ）に挿入して、薬液注入モニタ（４２）から地盤改良用薬液を注入する注入装置において、地上側に地盤改良用薬液の貯蔵タンク（１２）と、その貯蔵タンク（１２）に貯蔵された地盤改良用薬液を供給するポンプ（１６）と、そのポンプ（１６）と前記ロッド（４０）とを接続する配管（１４）と、その配管（１４）を流れる地盤改良用薬液に脈動を生ぜしめる圧力源（２６）を有し、前記配管（１４）におけるポンプ（１６）の下流側の領域に接続されたアキュームレータ（１８）とを備え、さらに薬液注入モニタ（４２）に設けた圧力センサ（４４）で圧力振幅を計測してアキュームレータ（１８）の圧力源（２６）に制御信号を伝達してアキュームレータ（１８）で生ずる脈動の圧力振幅を制御する制御手段（２０）を設け、その制御手段（２０）は、地盤改良用薬液が地盤（Ｇ）に注入する圧力振幅を圧力センサ（４４）で計測し、記憶ブロック（４６）に格納されている注入圧振幅値の範囲とを比較し、所定の圧力振幅より大きい場合にアキュームレータ（１８）側の振幅を減少させ、適正な場合はその振幅を維持し、小さい場合はアキュームレータ（１８）側の振幅を増加させる機能を有することを特徴とする注入装置。
【請求項２】
薬液注入モニタ（４２）に超音波発生手段（５０）を設けた請求項１記載の注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤中に地盤改良用の薬液を注入する注入装置に関するものであり、特に、注入するべき薬液に脈動を付加するタイプの注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この様な薬液に脈動を付加しつつ注入する注入工法は、例えば、特開平９−７８５６４号公報、特開平７−３１７０５２号公報、特開平１０−１１４９３８号公報、特開２０００−２７１７１号公報等に開示されている。
【０００３】
従来の薬液注入工法では、脈動の周波数としては３０Ｈｚ未満の場合が多い。しかし、発明者等の研究では、３０Ｈｚ未満の周波数の脈動では、静圧で薬液注入する場合と大差が無く、脈動を付加する効果に乏しい。
一方、高周波振動は非常に減衰し易い。
従って、脈動を付加する効果が十分に発揮され、且つ、減衰・消失し難い様な脈動を発生させることが困難であった。
さらに、超音波を薬液に付加しても、注入ノズルから噴射するまでに減衰して、消失するので、効果を奏することが出来なかった。
【０００４】
また、各施工地盤毎に、最も効果的に注入が出来る様な注入圧力変動の振幅値の範囲が存在し、その様な振幅値範囲は施工の事前に行われる各種調査により求められる。
しかし、注入圧力の振幅を、事前調査で判明した振幅値の範囲とする様な制御を行うことは、現状では行われていない。すなわち、現状の注入工法では、事前調査結果を有効に利用していない。
【０００５】
これに加えて従来の注入工法では、薬液を搬送する配管が可撓性材料で形成されている場合が多く、配管自体の膨張・復元により、脈動を減衰せしめてしまうという問題も存在する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した様な従来技術の各種問題点に鑑みて提案されたものであり、脈動を付加する効果が十分に発揮され、且つ、減衰・消失し難い様な脈動を発生させることが出来て、事前調査の結果を十分に活かすことが出来て、各種振動を減衰させてしまうことが無く、注入効率が高い注入装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、先端に薬液注入モニタ４２を有するロッド４０を改良すべき地盤Ｇに穿設したボーリング孔Ｈに挿入して、薬液注入モニタ４２から地盤改良用薬液を注入する注入装置において、地上側に地盤改良用薬液の貯蔵タンク１２と、その貯蔵タンク１２に貯蔵された地盤改良用薬液を供給するポンプ１６と、そのポンプ１６と前記ロッド４０とを接続する配管１４と、その配管１４を流れる地盤改良用薬液に脈動を生ぜしめる圧力源２６を有し、前記配管１４におけるポンプ（１６）の下流側の領域に接続されたアキュームレータ１８とを備え、さらに薬液注入モニタ４２に設けた圧力センサ４４で圧力振幅を計測してアキュームレータ１８の圧力源２６に制御信号を伝達してアキュームレータ１８で生ずる脈動の圧力振幅を制御する制御手段２０を設け、その制御手段２０は、地盤改良用薬液が地盤Ｇに注入する圧力振幅を圧力センサ４４で計測し、記憶ブロック４６に格納されている注入圧振幅値の範囲とを比較し、所定の圧力振幅より大きい場合にアキュームレータ１８側の振幅を減少させ、適正な場合はその振幅を維持し、小さい場合はアキュームレータ１８側の振幅を増加させる機能を有している。
【０００８】
係る構成を具備する本発明によれば、脈動発生手段により配管内を流過する薬液に脈動を生ぜしめることにより、脈動を付加する効果が十分に発揮され、且つ、減衰・消失し難い様な脈動、例えば１００Ｈｚ−１２０Ｈｚの周波数を有する脈動、を発生させることが出来る。
【０００９】
また、地盤中への薬液注入圧の圧力振幅を計測し、予め決定された所定の圧力振幅と比較することにより、脈動発生手段により薬液中に発生する脈動の圧力振幅を制御しているので、注入工法に先だって行われる各種調査の結果を十分に活用して、薬液注入効率を飛躍的に向上させることが出来る。
【００１０】
ここで前記配管は、剛性の高い材料で構成されていることが好ましい。配管自体が膨張・復元することにより脈動を吸収してしまうことを防止出来るからである。
【００１１】
また本発明によれば、薬液注入モニタ４２に超音波発生手段５０を設けてある。
【００１２】
ここで超音波振動としては、１０ｋＨｚ−４０ｋＨｚ程度が好ましい。特に、２０ｋＨｚ程度が好適である。
【００１３】
注入される薬液に超音波振動が付加される結果、土壌の粒子が移動し、みかけの粘性係数が下がり、薬液が土壌中に浸入し易くなり、薬液の注入が効率的に行われる。
また、注入用モニタに超音波発生手段が設けられているため、超音波振動の発生源から超音波を付加するべき箇所までの距離が非常に短くなり、超音波は殆ど減衰しない。そのため、薬液注入に際して十分な超音波振動が付加される。
【００１５】
係る構成を具備する本発明によれば、上述した各発明が奏する作用効果を全て奏することが出来る。すなわち、脈動を付加する効果が十分に発揮され、且つ、減衰・消失し難い様な脈動、例えば１００Ｈｚ−１２０Ｈｚの周波数を有する脈動、を発生させることが出来る。
そして、注入工法に先だって行われる各種調査の結果を十分に活用して、最適な注入圧力の圧力振幅により薬液を注入し、以て、注入効率を飛躍的に向上させることが出来る。
さらに、超音波振動を付加して、土壌の粒子が移動せしめ、みかけの粘性係数を下げて、薬液が土壌中に浸入し易くせしめ、薬液の注入を効率的に行うことが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。添付図面において、同様な部材については、同様な符号が付されている。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態を示している。
地盤改良をするべき地盤Ｇには、ボーリング孔Ｈが穿孔されている。そして、地上側に設置される機器は、図１において全体を符号１０で示されている。
【００１８】
地上側に設置される機器としては、地盤改良用の薬液（各種グラウト材を含む）の貯蔵タンク１２と、タンク１２に貯蔵されている地盤改良用薬液を後述する薬液注入モニタ４２に供給するための配管１４と、薬液に対して配管１４を流れるのに必要なヘッドを付加するためのポンプ１６と、配管１４を流過する薬液に脈動を生じせしめるパルス発生手段であるアキュームレータ１８と、制御手段２０等がある。
【００１９】
ここで、ポンプ１６はモータ２２で駆動され、その直ぐ下流側（後流側）には圧力センサ２４が設けられている。
アキュームレータ１８は、圧力源（公知の構造を有する市販の機器で、圧力発生装置として機能するものであれば、全て適用可能である）２６により配管１４を流れる薬液に脈動を生じる様に構成されており、圧力センサ２８を具備している。そして、アキュームレータ１８の下流側（後流側）にも圧力センサ３０が設けられている。
【００２０】
配管１４は、剛性の高い材料製の管で構成されている。配管１４の剛性が高いので、可撓性材料性のチューブで薬液を供給する場合とは異なり、配管１４自体の膨張・復元によりアキュームレータ１８で発生し薬液中に伝播する脈動が減衰してしまうことが防止される。
【００２１】
地上に設置される機器類１０において、符号３２は戻り配管１４−１に介装されたレリーフ弁であり、符号３４は戻り配管１４−２に介装された可変オリフィスであり、符号３６は配管１４のタンク１２側の端部に設けられたベルマウス、符号３８は逆止弁である。
【００２２】
タンク１２内で貯蔵されていた地盤改良用の薬液は、ポンプ１６でヘッドが付加されて配管１４を流れ、ボーリング孔Ｈに挿入されたロッド４０内の流路（図示せず）を介して、ロッド４０先端のモニタ４２（図示せず）から、地盤中に浸透する。
図１において、モニタ４２から薬液が注入される状態が、矢印Ａで示されている。
【００２３】
図１の実施形態では、当該「配管１４を流れる薬液中の脈動」は、例えば、１００Ｈｚに設定される。
１００Ｈｚ未満の周波数の脈動では、薬液に脈動を与えない注入工法と大差が無く、薬液に圧力振幅を与えることによるメリットが十分に享受出来ない。一方、周波数が高過ぎると、当該（高周波の）脈動は減衰し易いため、モニタ４２に到達する以前の段階で当該脈動は減衰して消失してしまう。
【００２４】
ここで、図１の実施形態では、アキュームレータ１８と、その直ぐ下流側の圧力センサ３０とを組み合わせることにより、従来技術では発生できなかった１００Ｈｚ異常の周波数を有する脈動を発生出来るのである。
【００２５】
モニタ４２には圧力センサ４４が設けられており、圧力センサ４４によって、薬液注入（矢印Ａ）に際して注入圧の振幅（圧力振幅）が計測される。
圧力センサ４４で計測される薬液注入における圧力振幅は、信号伝達ラインＣＬ−１により制御手段２０に供給され、当該圧力振幅により、アキュームレータ１８で発生する配管１４を流れる薬液中の脈動の振幅が制御される。
【００２６】
詳細には説明されていないが、地盤改良工法（注入工法も含む）に先だって行われる各種調査により、改良するべき地盤における薬液注入に最適な圧力振幅の範囲は予め得られている。従って、アキュームレータ１８で発生する脈動の振幅を制御して、注入圧の圧力振幅を最適な範囲に調整すれば、薬液注入効率が飛躍的に向上するのである。
【００２７】
この様な制御を、図１及び図２を参照して説明する。
モータ２２によりポンプ２４を駆動して、タンク１２内の薬液をモニタ４２の注入ノズル（図示せず）から地盤Ｇ内へ注入（矢印Ａ）しつつ、当該薬液にアキュームレータ１８により脈動を生ぜしめたならば、薬液が地盤Ｇに注入される圧力は一定の振幅で変動する。この圧力変動或いは圧力振幅（計測された圧力振幅）を、圧力センサ４４で計測する（図２：ステップＳ１）。
【００２８】
ここで、注入工法に先だって行われる調査により、地盤Ｇにおける薬液注入に最適な圧力振幅の範囲は既に求められており、当該注入圧振幅値の範囲（所定の注入圧力振幅）は、制御手段２０の記憶ブロック４６に格納されている。ステップＳ１で注入圧の圧力振幅の値（計測された圧力振幅）が計測されたならば、所定の注入圧力振幅（地盤Ｇにおける薬液注入に最適な圧力振幅の範囲）と比較する（ステップＳ２）。
【００２９】
計測された圧力振幅が所定の圧力振幅よりも大きい場合には（ステップＳ２における「振幅大」）、信号伝達ラインＣＬ−２を介して制御手段２０からアキュームレータ１８の圧力源２６へ、アキュームレータ１８で生じる脈動の圧力振幅を減縮する内容の制御信号が伝達される（ステップＳ３）。
【００３０】
一方、計測された圧力振幅が所定の圧力振幅よりも小さい場合には（ステップＳ２における「振幅小」）、アキュームレータ１８で生じる脈動の圧力振幅を増大する内容の制御信号が伝達される（ステップＳ４）。
換言すれば、地中の圧力センサ４４で計測された注入圧力の振幅（計測された圧力振幅）が地盤Ｇにおける薬液注入に最適な圧力振幅の範囲（所定の注入圧力振幅）から外れている場合には、アキュームレータ１８の圧力源２６を制御して、計測された圧力振幅を所定の注入圧力振幅とするのである。
【００３１】
なお、計測された圧力振幅が所定の圧力振幅であれば（ステップＳ２における「適正」）、アキュームレータ１８で生じる脈動の圧力振幅を維持する（ステップＳ５）。
アキュームレータ１８で生じる脈動の圧力振幅の制御に関する信号を伝達したならば（ステップＳ３、Ｓ４或いはＳ５）、上述した制御を繰り返し（ステップＳ６がＮｏのループ）、或いは、制御を終了する（ステップＳ６がＹｅｓ）。
【００３２】
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
図１の第１実施形態と同様に、地盤改良をするべき地盤Ｇには、ボーリング孔Ｈが穿孔されている。
【００３３】
図３において、地上側には、地盤改良用の薬液の貯蔵タンク１２と、タンク１２に貯蔵されている地盤改良用薬液を後述する薬液注入モニタ４２に供給するための配管１４と、薬液に対して配管１４を流れるのに必要なヘッドを付加するためのポンプ１６と、制御手段２０等が設置されている。そして、ポンプ１６はモータ２２で駆動され、その直ぐ下流側（後流側）には圧力センサ２４が設けられている。
【００３４】
図３の実施形態において、配管１４は、剛性の高い材料製の管で構成されていても、可撓性材料製の管で構成されていても良い。
図１の実施形態では、薬液中に脈動を生ぜしめるためアキュームレータ１８等が設けられているが、図３の実施形態ではその様な部材をもうケておらず、薬液中に伝播する脈動の減衰防止を考慮する必要が無いからである。
【００３５】
図３において、戻り配管１４−１、１４−２、レリーフ弁３２、可変オリフィス３４、ベルマウス３６、逆止弁３８については、図１と同様である。
【００３６】
図３の実施形態においても、タンク１２内で貯蔵されていた地盤改良用の薬液は、ポンプ１６でヘッドが付加されて配管１４を流れ、ボーリング孔Ｈに挿入されたロッド４０内の流路（図示せず）を介して、ロッド４０先端のモニタ４２  （図示せず）から、地盤中に浸透する（矢印Ａ）。
【００３７】
ここで、ロッド４０先端の薬液注入用モニタ４２には、超音波発生手段５０が設けられており、モニタ４２の図示しないノズルから注入される薬液に超音波振動（高周波振動、或いは微細振動）、例えば１０−４０ｋＨｚ、より好ましくは２０ｋＨｚの高周波振動、を付加する。
超音波発生手段５０としては、公知・市販のもの（例えば圧電素子タイプ）を適用すれば良く、注入工法の施工現場の環境に耐えられるものであれば、特に限定条件は無い。なお、図３において符号Ｃ１で示すケーブルは、超音波発生手段５０の圧電素子に交流電流を供給するためのケーブルであり、制御手段２０を介して、図示しない商用電源に接続されている。
【００３８】
注入される薬液に超音波振動が付加される結果、土壌Ｇの粒子が移動し、みかけの粘性係数が下がり、グラウト等の地盤改良用の薬液が土壌Ｇ中に浸入し易くなり、薬液の注入が効率的に行われる。特に地盤Ｇが岩盤等である場合に、岩盤中のクラック或いは亀裂に薬液が注入し易くなり、注入効率が向上する。
【００３９】
ここで、低周波の脈動に比較して超音波は非常に減衰し易いが、図３の実施形態では、注入用モニタ４２に超音波発生手段５０が設けられているため、超音波振動の発生源（超音波発生手段５０）から超音波を付加するべき箇所までの距離が非常に短く、従って、超音波は殆ど減衰しない。そのため、薬液注入に際して十分な超音波振動が付加されるのである。
【００４０】
図３で示す実施形態のその他の構成及び作用効果については、図１の実施形態と同様である。
【００４１】
図４は本発明の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、図１、図２の第１実施形態と、図３の第２実施形態との組み合わせに係るものである。
【００４２】
図４において、地盤改良をするべき地盤Ｇには、ボーリング孔Ｈが穿孔されている。
そして、地上側には、地盤改良用の薬液の貯蔵タンク１２と、タンク１２に貯蔵されている地盤改良用薬液を薬液注入モニタ４２に供給するための配管１４と、薬液に対して配管１４を流れるのに必要なヘッドを付加するためのポンプ１６と、配管１４を流過する薬液に脈動を生じせしめるパルス発生手段であるアキュームレータ１８と、制御手段２０等が設置されている。
【００４３】
ポンプ１６はモータ２２で駆動され、その直ぐ下流側には圧力センサ２４が設けられている。
アキュームレータ１８は、圧力源２６により配管１４を流れる薬液に脈動を生じる様に構成されており、圧力センサ２８を具備している。そして、アキュームレータ１８の下流側にも圧力センサ３０が設けられている。
【００４４】
図４の実施形態では図１、図２の第１実施形態と同様に、配管１４は剛性の高い材料製の管で構成されている。配管１４を可撓性材料で構成した場合に、それ自体の膨張・復元によりアキュームレータ１８で発生し薬液中に伝播する脈動が減衰してしまうからである。
【００４５】
図４において、戻り配管１４−１、１４−２、レリーフ弁３２、可変オリフィス３４、ベルマウス３６、逆止弁３８については、図１、図３と同様である。
【００４６】
タンク１２内で貯蔵されていた地盤改良用の薬液は、ポンプ１６でヘッドが付加されて配管１４を流れ、ボーリング孔Ｈに挿入されたロッド４０内の流路（図示せず）を介して、ロッド４０先端のモニタ４２（図示せず）から、地盤中に浸透する。
図１において、モニタ４２から薬液が注入される状態が、矢印Ａで示されている。
【００４７】
「配管１４を流れる薬液中の脈動」は、図１で説明したのと同様に、１００Ｈｚ未満の周波数の脈動では脈動を与えない注入工法と大差無く、周波数が高過ぎると脈動が減衰し易くなるため、例えば、１００Ｈｚに設定される。
そして、アキュームレータ１８と圧力センサ３０との組み合わせにより、所望の周波数の脈動が生じる。
【００４８】
モニタ４２には圧力センサ４４が設けられており、圧力センサ４４によって、薬液注入（矢印Ａ）に際して注入圧の振幅（圧力振幅）が計測される。
圧力センサ４４で計測される薬液注入における圧力振幅は、信号伝達ラインＣＬ−１により制御手段２０に供給され、当該圧力振幅により、アキュームレータ１８で発生する配管１４を流れる薬液中の脈動の振幅が制御される。
【００４９】
図２を参照して上述したのと同様な制御を行うことにより、アキュームレータ１８で発生する脈動の振幅を制御して、注入圧の圧力振幅を（注入工法に先だって行われる各種調査により求められた）改良するべき地盤における薬液注入に最適な圧力振幅の範囲に調整し、薬液注入効率を向上するためである。
【００５０】
薬液注入用モニタ４２には更に、超音波発生手段５０が設けられている。この手段５０で発生した超音波により、モニタ４２の図示しないノズルから注入される薬液に超音波振動、例えば１０−４０ｋＨｚ、より好ましくは２０ｋＨｚの高周波振動が付加される。
図３で関連して説明した通り、超音波発生手段５０としては、公知・市販のもの（例えば圧電素子タイプ）を適用すれば良く、注入工法の施工現場の環境に耐えられるものであれば、特に限定条件は無い。そして、超音波発生手段５０の圧電素子には、ケーブルＣ１により交流電流を供給される。
【００５１】
注入される薬液に超音波振動が付加される結果、土壌Ｇの粒子が移動し、みかけの粘性係数が下がり、グラウト等の地盤改良用の薬液が土壌Ｇ中に浸入し易くなり、薬液の注入が効率的に行われる。特に地盤Ｇが岩盤等である場合に、岩盤中のクラック或いは亀裂に薬液が注入し易くなり、注入効率が向上する。
【００５２】
図３の実施形態に関連して説明した通り、超音波は非常に減衰し易いが、図４の実施形態では注入用モニタ４２に超音波発生手段５０が設けられているため、超音波振動の発生源から超音波を付加するべき箇所までの距離が非常に短く、超音波は殆ど減衰せずに付加される。
【００５３】
図４の実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、第１実施形態（図１、図２）及び第２実施形態（図３）と同様である。
【００５４】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明は、図示した以外の各種変更、変形が可能である旨を付記する。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１）  アキュームレータにより、脈動を付加する効果が発揮されるのに十分に高く、且つ、脈動が減衰し難い程度に低い周波数の脈動、例えば１００Ｈｚの脈動、を注入されるべき薬液に発生させることが出来る。
（２）  超音波振動を付加して、土壌粒子を動かし、みかけの粘性係数を低下せしめて、薬液を土壌中に浸入し易くすることが出来る。
（３）  注入薬液が流過する配管を、剛性の高い材料で構成して、配管自体が膨張・復元することにより脈動を吸収してしまうことを防止出来る。
（４）  注入圧の圧力振幅を計測してアキュームレータにおける圧力振幅を制御することにより、注入するべき土壌における最適の注入圧力振幅で、薬液を地盤中に注入出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図。
【図２】第１実施形態で行われる制御フローチャートを示す図。
【図３】本発明の第２実施形態を示すブロック図。
【図４】本発明の第３実施形態を示すブロック図。
【符号の説明】
Ｇ・・・地盤改良をするべき地盤
Ｈ・・・ボーリング孔
１２・・・薬液の貯蔵タンク
１４・・・配管
１６・・・ポンプ
１８・・・アキュームレータ
２０・・・制御手段
２２・・・ポンプ駆動用モータ
２４、２８、３０、４４・・・圧力センサ
２６・・・圧力源
１４−１、１４−２・・・戻り配管
３２・・・レリーフ弁
３４・・・可変オリフィス
３６・・・ベルマウス
３８・・・逆止弁
４０・・・ロッド
４２・・・薬液注入用モニタ
５０・・・超音波発生手段
【図１】
0004392774.tif 000002
【図２】
0004392774.tif 000003
【図３】
0004392774.tif 000004
【図４】
0004392774.tif 000005