(57)【要約】【課題】  地盤改良効果を維持しつつ薬液の使用量を少なくして地盤改良に掛かるコストの低減を図った薬液注入工法及び薬液注入装置を提供する。【解決手段】  薬液を所定濃度に希釈するための水を貯留する貯水槽２と、貯水槽２から供給した水を用いて薬液を所定濃度に調整しつつ貯留する薬液ミキサー３と、地盤の所定深度に薬液を吐出するための注入管４と、薬液ミキサー３及び注入管４に送液ポンプ６を介して接続され薬液ミキサー３から注入管４に薬液を送る注入ホース５とからなる送液回路７に、気泡を生成する気泡生成装置１０を接続し、気泡生成装置１０で生成した気泡を送液回路７に供給することによって薬液に気泡を混入し、気泡が混入した薬液を地盤に注入する。【選択図】  図１
2007023496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液を所定濃度に希釈するための水を貯留する貯水槽と、該貯水槽から供給した前記水を用いて前記薬液を所定濃度に調整しつつ貯留する薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサー及び前記注入管に送液ポンプを介して接続され前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置を用いて、前記薬液を前記地盤に注入し地盤改良を行う薬液注入工法において、
前記送液回路に気泡を生成する気泡生成装置を接続し、該気泡生成装置で生成した前記気泡を前記送液回路に供給することによって前記薬液に前記気泡を混入し、前記気泡が混入した前記薬液を前記地盤に注入することを特徴とする薬液注入工法。
【請求項２】
薬液を所定濃度に希釈するための水を貯留する貯水槽と、前記貯水槽から供給した前記水を用いて前記薬液を所定濃度に調整しつつ貯留する薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサー及び前記注入管に送液ポンプを介して接続され前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置において、
前記送液回路に接続され、生成した気泡を該送液回路に供給する気泡生成装置が設けられていることを特徴とする薬液注入装置。
【請求項３】
請求項２記載の薬液注入装置において、
前記気泡生成装置が、前記貯水槽と前記薬液ミキサーとを結び、前記薬液ミキサーに前記貯水槽から前記水を送るための送水管に接続されていることを特徴とする薬液注入装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の薬液注入装置において、
前記気泡生成装置で生成する前記気泡は、粒径が５０μｍから２００μｍとされていることを特徴とする薬液注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液を地盤に注入して地盤改良を行なう薬液注入工法及びこれに用いられる薬液注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤や地下水帯水地盤の強度増加や不透水化などを図る地盤改良工法として、地盤の土粒子間隙中に薬液（薬液注入材）を注入する薬液注入工法が多用されている。この薬液注入工法では、これに用いる薬液として、セメント、ベントナイト、水ガラスなど種々のものが存在するが、中でも水ガラス系薬液を主体としたものが多用されている。この種の薬液を用いる薬液注入工法は、例えば主剤と、硬化剤または助剤、あるいは硬化剤と助剤（以下、これらを総称して硬化剤という）の配合比率を調整することで容易に硬化時間（ゲルタイム）を調整することが可能とされ、地盤の土質性状や目的に応じて多様な選択性を有することや、注入した薬液により地盤を適度な固さとすることができ、例えば改良後に地盤を掘削する場合など好適に掘削できることや、薬液の注入に要する機械設備が小型で狭所や高さ制限のある場所での施工性がよいことなど多くの利点を有している。
【０００３】
このような薬液注入工法は、薬液を地盤内に注入する方法の違いにより、１ショット方式と１．５ショット方式と２ショット方式とに区別される。また、地盤内に建て込まれ地盤の所定深度に薬液を送るための注入管の違いにより、二重管ストレーナ方式とダブルパッカー方式とに区別される。
【０００４】
ここで、１ショット方式とは、主剤と硬化剤を所定の配合比率で薬液ミキサーによって予め撹拌混合しておき、主剤と硬化剤を混合した１液状態の薬液を圧送して地盤に注入するものである。これに対し、１．５ショット方式は、主剤と硬化剤とを送液ポンプで個別に注入管に送り注入管の頭部で２液を合わせ、混合された薬液を注入管の先端から吐出して地盤に注入するものである。また、２ショット方式とは、１．５ショット方式と同様に、主剤と硬化剤とを送液ポンプで個別に注入管に送り、注入管の先端から吐出される瞬間に２液を合わせて混合するものである。
【０００５】
一方、二重管ストレーナ方式とは、外管と内管とを備える注入管（二重管ロッド）を使用して所定深度まで地盤を削孔した後に、外管と内管のそれぞれの内孔部分から主剤と硬化剤を送液するもので、１．５ショットまたは２ショット方式で用いられている。これに対し、ダブルパッカー方式では、地盤をケーシング削孔した後に、軸方向に所定間隔をもって複数の貫通孔が形成された外管をケーシング内に挿入し、薬液を吐出する噴出部を先端に有し噴出部を挟んで軸方向上下にパッカーが設けられた内管を外管内に挿入する。そして、貫通孔と噴出部の深度を一致させて上下のパッカーで外管と内管との隙間を閉塞しつつ貫通孔と噴出部とを一つの空間内に位置させる。このダブルパッカー方式は、噴出部から薬液を吐出し貫通孔を通じて地盤に薬液を注入するものであり、１ショット方式で用いられている。ダブルパッカー方式を用いた場合には、地盤の所定深度毎に複数の貫通孔を形成しておき噴出部を順に各貫通孔に一致させつつ注入を行なうことで、深度方向の地盤に順次薬液を注入することが可能とされる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−３８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の薬液注入工法は、前述した通り非常に優れた特長を有している反面、薬液のコストが高いという問題があった。このため、薬液注入による地盤改良効果を維持しつつ薬液の使用量を少なくして地盤改良に係るコストの低減を図ることが強く望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑み、地盤改良効果を維持しつつ薬液の使用量を少なくして地盤改良に掛かるコストの低減を図った薬液注入工法及び薬液注入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００９】
本発明の薬液注入工法は、薬液を所定濃度に希釈するための水を貯留する貯水槽と、該貯水槽から供給した前記水を用いて前記薬液を所定濃度に調整しつつ貯留する薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサー及び前記注入管に送液ポンプを介して接続され前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置を用いて、前記薬液を前記地盤に注入し地盤改良を行う薬液注入工法において、前記送液回路に気泡を生成する気泡生成装置を接続し、該気泡生成装置で生成した前記気泡を前記送液回路に供給することによって前記薬液に前記気泡を混入し、前記気泡が混入した前記薬液を前記地盤に注入することを特徴とする。
【００１０】
本発明の薬液注入装置は、薬液を所定濃度に希釈するための水を貯留する貯水槽と、前記貯水槽から供給した前記水を用いて前記薬液を所定濃度に調整しつつ貯留する薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサー及び前記注入管に送液ポンプを介して接続され前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置において、前記送液回路に接続され、生成した気泡を該送液回路に供給する気泡生成装置が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の薬液注入装置においては、前記気泡生成装置が、前記貯水槽と前記薬液ミキサーとを結び、前記薬液ミキサーに前記貯水槽から前記水を送るための送水管に接続されていることが望ましい。
【００１２】
さらに、本発明の薬液注入装置においては、前記気泡生成装置で生成する前記気泡の粒径が５０μｍから２００μｍとされていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の薬液注入工法及び薬液注入装置によれば、気泡生成装置を送液回路内に設けることによって、薬液に気泡を混入することが可能となり、この気泡が混入した薬液を地盤に注入することで、土粒子間隙中に薬液と気泡とを混在させることが可能となる。これにより、地盤を不飽和状態にすることができるため、従来の土粒子間隙中に薬液が飽和されるものと比較して、地盤の強度を増大させることができる。よって、従来に比べて少ない薬液使用量で地盤の設計強度を確保することが可能となり、薬液注入工法の単位土量あたりのコストを低減することが可能となる。
【００１４】
また、薬液に気泡を混入することにより、薬液の地盤への浸透性を増大させることができ、これにより、確実に薬液を地盤に注入することが可能となり、さらに、この場合には、注入時の圧力を低く抑えることができるため、薬液注入時の安全性の向上をも図ることが可能となる。さらに、気泡を混入した薬液を例えば砂質系地盤に注入した場合には、土粒子間隙中に混在された気泡によって地盤に液状化抵抗を付与することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の薬液注入工法及び薬液注入装置においては、気泡発生装置を貯水槽と薬液ミキサーとを結ぶ送水管に接続することで、薬液を所定濃度に調整するための水とともに気泡を薬液ミキサーに供給することができる。このため、薬液ミキサーで水を混ぜて所定濃度の薬液を作成すると同時に、気泡を混ぜることができるため、確実に薬液中に気泡を分散させて混入することが可能となり、上記の効果をより確実なものとすることができる。
【００１６】
さらに、本発明の薬液注入工法及び薬液注入装置においては、気泡の粒径を５０μｍから２００μｍとすることにより、薬液に混入した気泡を消泡しにくいものとすることができ、上記の効果をさらに確実に得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１から図２を参照し、本発明の一実施形態に係る薬液注入工法及び薬液注入装置について説明する。本実施形態は、例えば水ガラス系薬液（薬液）を地盤に注入して地盤改良を行なう薬液注入工法及びこれに使用される薬液注入装置に関するものであり、特に気泡を混入した薬液を二重管ストレーナ方式で地盤に注入する薬液注入工法及び薬液注入装置に関するものである。ここで、本実施形態では、主剤（薬液）と、硬化剤または助剤あるいは硬化剤と助剤（以下、これらを総称して硬化剤という）（薬液）を二重管ロッド（注入管）の先端で混合する２ショット方式で薬液を注入するものとしている。
【００１８】
本実施形態の薬液注入装置１は、図１に示すように、水を貯留する貯水槽２と、貯水槽２から供給した水を用いて、所定の水ガラス濃度に調整しつつ主剤を貯留する主剤タンク３ａと所定濃度に調整しつつ硬化剤を貯留する硬化剤タンク３ｂとを備える薬液ミキサー３と、外管４ａと内管４ｂとからなる二重管ロッド４と、薬液ミキサー３の主剤タンク３ａと硬化剤タンク３ｂとをそれぞれ二重管ロッド４の外管４ａと内管４ｂとに結ぶ注入ホース（主剤注入ホース５ａおよび硬化剤注入ホース５ｂ）５と、薬液ミキサー３から二重管ロッド４の外管４ａと内管４ｂとに主剤と硬化剤とをそれぞれ送液する送液ポンプ６とが主な構成要素とされている。ここで、貯水槽２と薬液ミキサー３と二重管ロッド４と注入ホース５と送液ポンプ６は、薬液が流通する送液回路７を構成する。また、本実施形態では、主剤は水ガラスとされ、硬化剤は例えば水溶性の無機酸、有機酸、塩類、エステル類、アルデヒドなどとされる。
【００１９】
貯水槽２と薬液ミキサー３とには、主剤タンク３ａと硬化剤タンク３ｂにそれぞれ所定量の水を供給するための送水管２ａが接続されている。この送水管２ａを介して貯水槽２から主剤タンク３ａと硬化剤タンク３ｂに水が供給され、主剤タンク３ａと硬化剤タンク３ｂとにそれぞれ適宜手段で供給された主剤原液と硬化剤原液と、この水とを各タンク３ａ、３ｂにそれぞれ設けた撹拌手段３ｃで撹拌混合し主剤と硬化剤とを所定濃度に調整することが可能とされている。
【００２０】
また、貯水槽２と薬液ミキサー３に接続された送水管２ａには、気泡生成装置１０が接続されている。この気泡生成装置１０は、例えばスタティックミキサーなどを備える発泡装置１０ａと、例えばコンプレッサーなどの圧縮空気供給手段１０ｂとが主な構成要素とされている。この気泡生成装置１０では、起泡剤１０ｃを圧縮供給手段１０ｂからの圧縮空気とともに発泡装置１０ａの一端側に供給することで、圧縮空気と起泡剤とが例えばスタティックミキサー内で混合されて気泡が生成され、生成した気泡を発泡装置１０ａの他端側から排出することが可能とされている。ここで、上記のように気泡を生成するための起泡剤としては、例えば合成界面活性剤系、樹脂セッケン系、加水分解タンパク系など種々のものが適用可能である。
【００２１】
二重管ロッド４は、図示せぬ例えばボーリングマシンに支持され、先端には、地盤を掘削して注入孔を形成するための刃部を備えるメタルクラウン４ｃが取り付けられており、後端（頭部）には、内管４ｂの内孔（内管側内孔）と、外管４ａの内面及び内管４ｂの外面の間に画成される外管４ａの内孔（外管側内孔）とにそれぞれ個別に連通する内孔を備える二重管構造のスイベル４ｄが取り付けられている。
【００２２】
主剤注入ホース５ａは、一端が主剤タンク３ａに接続され、他端が二重管ロッド４の外管側内孔と連通するようにスイベル４ｄと接続されている。また、主剤注入ホース５ａの一端と他端との間には、主剤タンク３ａに貯留された主剤を二重管ロッド４の外管側内孔に送液するための送液ポンプ６が介在されているとともに、主剤注入ホース５ａの他端と送液ポンプ６の間に主剤注入ホース５ａを流通する主剤の流量と送液時の圧力とを計測するための流量計８が設置されている。一方、硬化剤注入ホース５ｂは、一端が硬化剤タンク３ｂに接続され、他端が二重管ロッド４の内管側内孔と連通するようにスイベル４ｄと接続されている。
【００２３】
ついで、上記の構成からなる薬液注入装置１を用いて薬液を２ショット方式で注入する薬液注入工法について説明する。
【００２４】
はじめに、二重管ロッド４とこれを支持する例えばボーリングマシンとを用いて地盤に薬液注入を行なう所定深度の注入孔を削孔形成する。ついで、主剤原液と硬化剤原液とを、適宜手段を用いてそれぞれ主剤タンク３ａと硬化剤タンク３ｂに貯留するとともに、貯水槽２から所定量の水をそれぞれに供給する。そして、主剤タンク３ａと硬化剤タンク３ｂとにそれぞれ設けられた撹拌手段３ｃによってこれらを撹拌混合し、主剤と硬化剤とをそれぞれ所定の濃度に調整する。
【００２５】
ここで、本実施形態では、主剤タンク３ａと硬化剤タンク３ｂにそれぞれ主剤原液と硬化剤原液を供給し、希釈のための水を供給する段階で、気泡生成装置１０を駆動して発泡装置１０ａの他端側から所定量の気泡を、送水管２ａ内を流通する水に供給する。これにより、主剤タンク３ａと硬化剤タンク３ｂとには、それぞれ水が供給されると同時に、所定量の気泡が供給されることとなる。そして、水と主剤原液、水と硬化剤原液とをそれぞれ撹拌手段３ｃで撹拌する際には、気泡も同時に撹拌されることとなり、所定濃度に調整した主剤と硬化剤とには、気泡が分散状態で混合されることとなる。なお、本実施形態の気泡生成装置１０で生成し主剤と硬化剤とに分散されつつ混入される気泡は、その粒径が５０μｍ〜２００μｍとされ、この粒径の気泡は、送水管２ａ内を流通する水に供給される段階や、撹拌手段３ｃで主剤や硬化剤に撹拌される段階などで消泡されにくいものとされる。そして、後述する気泡が混入した主剤と硬化剤（各薬液）が混合されつつ地盤に注入され、地盤内でゲル化するまでの間に混入した気泡がやはり消泡することがないものとされる。
【００２６】
ついで、送液ポンプ６を駆動しつつ気泡を混入した主剤と硬化剤とを二重管ロッド４の外管側内孔と内管側内孔とを通じて地盤の所定深度に配された先端側からそれぞれ吐出させる。二重管ストレーナ方式の薬液注入工法では、はじめに、一次注入として、二重管ロッド４の先端部分で主剤と硬化剤が混合された薬液を注入孔と外管４ａとの間隙部分に充填しゲル化させ、この間隙部分のシールを行なう。
【００２７】
一次注入が完了した段階で、主剤または主剤と硬化剤を二重管ロッド４の先端側から所定圧力で吐出して二次注入を行なう。このとき、吐出した薬液は、一次注入で間隙部分をシールしたゲルを割裂しつつ地盤の土粒子間隙中に浸透してゆき、所定の時間（ゲルタイム）が経過した段階でゲル化して固化され、これにより、地盤の強度や遮水性の向上が図られる。
【００２８】
本実施形態においては、上記のように地盤に注入する薬液に気泡が混入されているため、従来の気泡を含まない薬液では土粒子間隙が薬液で飽和されるのに対して、土粒子間隙に薬液と気泡とが混在した不飽和状態とされる。また、薬液に気泡が混入されていることにより、薬液の土粒子間隙への浸透性がよく、薬液注入を行なうための圧力を小さな圧力とした場合においても広範囲の地盤に薬液を注入することが可能とされる。
【００２９】
ここで、本発明の実施例と従来例について試験を行なった。この試験結果として気泡を混入した薬液と混入しない従来の薬液とをそれぞれ注入した供試体の一軸圧縮強度と供試体の湿潤密度の関係を図２に示す。この図において実線及び破線は最小二乗法により求めた回帰直線であり、実線が実施例による気泡を薬液に混入した場合の回帰直線を示し、破線が従来の薬液を用いた場合の回帰直線を示している。また、ここでは、薬液として溶液型活性シリカ注入材（商品名：パーマロックＡＳＦ−Ｎ）を主剤として使用している。さらに、シリカ濃度を４％に調整することで、ゲルタイム（ゲル化するまでの時間）が１４４０分となるようにしている。なお、それぞれの薬液を注入した試料には豊浦標準砂を用いている。
【００３０】
この気泡を混入した薬液と、従来の薬液とを用いてそれぞれ形成した供試体の一軸圧縮強度を比較すると、気泡を混入した薬液を用いた供試体の一軸圧縮強度が、気泡を混入しない従来の薬液を用いた供試体に対して２０〜３０％大きくなることが示されている。
【００３１】
したがって、上記の薬液注入工法及び薬液注入装置１においては、貯水槽２と薬液ミキサー３との間を結ぶ送水管２ａに、気泡生成装置１０を接続することによって、薬液ミキサー３の主剤タンク３ａ及び硬化剤タンク３ｂに水を供給すると同時に、気泡を供給することができる。また、主剤タンク３ａと硬化剤タンク３ｂとにそれぞれ設けられた撹拌手段３ｃで、主剤と硬化剤とを所定濃度に調整するための撹拌混合を行なうとともに、主剤と硬化剤とに、気泡を分散状態で混入することが可能となる。これにより、気泡を混入した薬液を送液回路７内に流通させることができ、これを地盤に注入することができるため、土粒子間隙中に薬液と気泡とが混在され不飽和状態とすることができる。これにより、単位土量当たりの薬液使用量を低減させることができ、薬液注入工法のコストを低減することが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態の気泡を混入した薬液は、従来の気泡を混入していない薬液と比較して、地盤への浸透性がよく、小さな注入圧力で広範囲の地盤に注入することが可能となる。さらに、気泡を混入した薬液を地盤に注入した場合には、地盤強度を高めることができるとともに、地盤の液状化抵抗を増大させることが可能となる。
【００３３】
さらに、気泡生成装置１０で生成し薬液に混入する気泡の粒径を５０μｍから２００μｍとすることで、薬液に混入してから地盤に注入されてゲル化するまでの間に消泡されにくいものとすることができ、上記の効果を確実に得ることが可能とされる。
【００３４】
以上、本発明に係る薬液注入工法及び薬液注入装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、気泡生成装置１０が、送水管２ａに接続され、貯水槽２から薬液ミキサー３に供給する水とともに気泡が送液回路７内に供給されるものとしたが、例えば所定の濃度に調整された主剤や硬化剤が流通する注入ホース５ａ、５ｂなど、送液回路内の別所に気泡生成装置１０を接続して薬液中に気泡を混入させてもよいものである。この場合には、例えば注入ホース５に管路ミキサーなどを設けることで、薬液中に供給した気泡を混合し分散されるようにしてもよいものである。
【００３５】
さらに、本実施形態では、気泡生成装置１０がスタティックミキサーを備える発泡装置１０ａと圧縮空気供給手段１０ｂとを備えるものとして説明を行なったが、発泡装置１０ａはスタティックミキサーを備えぬものであってもよく、気泡発生装置１０は、起泡剤１０ｃを用いて気泡を生成することが可能であれば、他の構成であってもよいものである。
【００３６】
さらに、本実施形態では、本発明を、主剤と硬化剤とを二重管ロッド４の先端で混合する２ショット方式の薬液注入工法に適用するものとして説明を行なったが、本発明は、二重管ロッド４の頭部（後端）で主剤と硬化剤とを混合する１．５ショット方式に適用されてもよいものであり、これとともに、ダブルパッカーを用いた１ショット方式の薬液注入工法に適用されてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る薬液注入装置を示す図である。
【図２】気泡を混入した薬液と従来の薬液の注入効果の差異を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      薬液注入装置
２      貯水槽
２ａ    送水管
３      薬液ミキサー
３ａ    主剤タンク
３ｂ    硬化剤タンク
３ｃ    撹拌手段
４      注入管
４ａ    外管
４ｂ    内管
５      注入ホース
６      送液ポンプ
７      送液回路
１０    気泡生成装置
１０ａ  発泡装置
１０ｂ  圧縮空気供給手段
１０ｃ  起泡剤
【図１】
2007023496.tif 000003
【図２】
2007023496.tif 000004