(57)【要約】【課題】構築物基礎下地盤に注入材を注入するのに、複数個所で薬液注入ロッドに直接外力を加えて安定地層まで貫入し、各薬液注入ロッドに多点インターバルで切換えて巡回注入し、地盤中に圧密強化域を構築して構築物の基礎下地盤支持力を増強する。【解決手段】建造物基礎下地盤Ｇに対し地上部で所定間隔にて複数個所に注入ポイントＰを配し、これら注入ポイントで直接推力を加えて薬液注入ロッド１０を地中に貫入するに際し、推進負荷の変移に基づき地盤Ｇの圧密度を推定して貫入深さを定めて設置し、前記薬液注入ロッド１０に対して注入材は、薬液供給装置から制御手段による設定で分配切換弁を介して所定時間間隔で注入個所を順次切換えて供給する多点注入により、ごく少量ずつ供給して前記薬液注入ロッド１０の吐出部近傍の地中にとどめて土壌の圧密強化部Ｑを形成する。【選択図】図２
2017025530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築物基礎下地盤に対し地上部で所定間隔にて複数個所に注入ポイントを配し、これら注入ポイントで推進機能を備えた薬液注入ロッドに直接推力を加えて地中に貫入するに際し、推進負荷の変移に基づき地盤の圧密度を推定して貫入深さを定めて設置し、前記薬液注入ロッドに対して薬液材は、薬液供給装置から制御手段による設定で供給切換手段を介して所定時間間隔で注入個所を順次切換えて供給する多点注入により、ごく少量ずつ供給して前記薬液注入ロッドの吐出部近傍の地中にとどめて土壌の圧密強化域を形成することを特徴とする地盤支持力増強注入工法。
【請求項２】
前記注入ポイントに設置する薬液注入ロッドは、二重管構造にして外管の先端部に錐頭体が同軸上で取り付けられ、所定長さの外管を複数本順次接続して所定深度に達するようにし、こうした外管の軸方向に直接推進力を付加する推進手段を用い、順次継ぎ足して所定深度まで地中に押し込み貫入させるようにし、内管としてチューブを用いて、後端部に前記外管内と前記内管とに通じる給液接続部をそれぞれ設けたヘッドを取り付け、注入材が供給されるようにする請求項1に記載の地盤支持力増強注入工法。
【請求項３】
前記注入ポイントにて設置される薬液注入ロッドは、付加される推進力が所定負荷を超える状態に到達したと判断された状態で貫入操作を停止し、前記薬液注入操作を行うようにすることを特徴とする請求項１または２に記載の地盤支持力増強注入工法
【請求項４】
前記薬液注入ロッドによる注入ポイントでの薬液注入は、所要時間をおいて複数の注入ポイントを順次切換え短い注入時間で少量ずつ注入する操作を繰返し、注入薬液材を注入ポイントの周囲の地中でとどまるようにし、この操作の繰返しによって注入地点の周りに強化域を形成すると、薬液注入ロッドを前記強化域形成の縦軸方向相当分ステップアップさせ、前記操作を繰返し行って、多点注入により１回の注入量を少なくして注入された薬液材が、注入ポイントの周囲でとどまるようにして上下方向に積層された強化域を形成することを特徴とする請求項１に記載の地盤支持力増強注入工法。
【請求項５】
前記薬液注入ロッドの貫入のため付加する推進手段としては、外管を把持して推力を加えるウエイト方式、油圧駆動方式、回転貫入方式、あるいはロッド頂部に外力を加える打撃方式（モンケン）などのうち選択された方式を採用する請求項１に記載の地盤支持力増強注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既存構造物基礎下部地盤に複数個所で配設した注入ポイントにて注入材を微少量ずつ巡回して反復注入し、地盤内下部に圧密強化域を形成して既存構造物を正常な状態で安定支持することができる地盤支持力増強工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、既存構造物の支持地盤の改良技術としては、透水性を減少させる、あるいは粘着力を増加させることを目的として自硬性の薬液を地盤に注入する工法が多く採用されている。その改良手段としては既に種々の工法が提案され、かつ実施されている。その多くは、ゲルタイムの短い瞬結性グラウトやゲルタイムの長い緩結性グラウトを、注入管を用いて地盤中に注入し、注入材を地盤の土壌と結合させて固結体を形成して周囲の土壌に押圧力を加え、圧密度を高めて地盤を強化する方法が知られている。
【０００３】
例えば、地震や近隣部での掘削工事などに起因して発生した地盤の変状により構築物が不同沈下する現象がある。このような不同沈下により傾斜した構築物を復元する工法としては、傾斜した構築物の基礎下部の地盤中に薬液材を注入して地中に固結体を造成し、その固結体により地盤の圧密度を高めるとともに、薬液注入時その固結体に反力をとって基礎ごと構築物を持上げて復元する技術について、特許文献１などにより知られている。
【０００４】
また、地盤改良を目指して多数の薬液注入管を多点に配設し、これら各薬液注入管に注入薬液材を供給して同時または選択して地盤に注入することで、注入薬液材を地中に浸透させ、かつ固結体を造成して地盤改良する技術について特許文献２，３などによって開示されている。
【０００５】
さらに、軟弱地盤の改良手段として地盤を掘削しつつ薬液材を噴射注入して柱状の地盤改良部を造成し、地盤強化を行う工法が例えば特許文献４などによって知られている。
【０００６】
しかしながら、従来の地盤改良工法にあっては、例えば前記特許文献１による工法では、不同沈下による構築物の復元について実効が認められ、不同沈下により多くの構築物を復元しているが、不同沈下の復元を主目的とすることから、目的区画の改良に際して地盤の表層部で複数個所に設置の薬液注入管に対する薬液供給を所要の間隔で切換えて断続的に注入する、いわゆる多点インターバル注入を行い、比較的１回の注入量を制限して均衡を保ちながら注入反力を利用して地上部の構築物を持上げる工法であるため、薬液注入が地盤の表層部にとどまる。したがって、深層部まで改良する、例えば軟弱地盤を改良するに際して十分であると言えない。
【０００７】
また、多点注入を同時にあるいは選択して行う特許文献２，３などで知られる工法では、複数個所に設置して地盤の所要深さ位置まで挿入した薬液注入管によって一斉に薬液注入を行っていることから、この工法においても地盤の限定された深さ位置での薬液材の浸透拡散による土壌の圧密強化となり、多数の高圧ポンプを必要とし関連設備が大型化して設備費や運転コストが嵩むという問題点がある。
【０００８】
さらに、特許文献４で知られるような掘削噴射方式の地盤改良技術にあっては、地中に柱状の改良部が造成されることと、掘削深度を自由に得られることから地層深くまで柱状の改良部が造成されて地盤の強化に有効であるが、施工が大掛かりになるほか一度に複数個所に改良部を造成できない、また、施工には比較的大型の設備機械を導入する必要があり、多くの工費が必要になるなどの問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３１２６８９６号公報
【特許文献２】特許第４６７２６９３号公報
【特許文献３】特開２００３−２３２０３０号公報
【特許文献４】特開２００８−２０８６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明では、推進機能を備えて推進深度での地質を推定できる薬液注入ロッドを対象地盤区域の複数箇所に配置するに際し、安定地層まで直接薬液注入ロッドを貫入し、この各薬液注入ロッドには所定インターバルで選択した順序にて液供給を短時間で切換えて巡回注入するようにし、所定量注入操作した後に薬液注入ロッドをステップアップする操作を繰返し、地盤中に薬液注入による土壌の圧密強化域を構築し、地層の状態に対応して深層部まで構築物の基礎下における地盤支持力を増強することができる地盤支持力増強注入工法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明の地盤支持力増強注入工法は、
構築物基礎下地盤に対し地上部で所定間隔にて複数個所に注入ポイントを配し、これら注入ポイントで推進機能を備えた薬液注入ロッドに直接推力を加えて地中に貫入するに際し、推進負荷の変移に基づき地盤の圧密度を推定して貫入深さを定めて設置し、前記薬液注入ロッドに対して薬液材は、薬液供給装置から制御手段による設定で供給切換手段を介して所定時間間隔で注入個所を順次切換えて供給する多点注入により、ごく少量ずつ供給して前記薬液注入ロッドの吐出部近傍の地中にとどめて土壌の圧密強化域を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
前記発明において、前記注入ポイントに設置する薬液注入ロッドは、二重管構造にして外管の先端部に錐頭体が同軸上で取り付けられ、所定長さの外管を複数本順次接続して所定深度に達するようにし、こうした外管の軸方向に直接推進力を付加する推進手段を用い、順次継ぎ足して所定深度まで地中に押し込み貫入させるようにし、内管としてチューブを用いて、後端部に前記外管内と前記内管とに通じる給液接続部をそれぞれ設けたヘッドを取り付け、注入材が供給されるようにするのがよい。
【００１３】
前記注入ポイントにて設置される薬液注入ロッドは、付加される推進力が所定負荷を超える状態に到達したと判断された状態で貫入操作を停止し、前記薬液注入操作を行うようにすることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明において、前記薬液注入ロッドによる注入ポイントでの薬液注入は、所要時間をおいて複数の注入ポイントを順次切換え短い注入時間で少量ずつ注入する操作を繰返し、注入薬液材を注入ポイントの周囲の地中でとどまるようにし、この操作の繰返しによって注入地点の周りに強化域を形成すると、薬液注入ロッドを前記強化域形成の縦軸方向相当分ステップアップさせ、前記操作を繰返し行って、多点注入により１回の注入量を少なくして注入された薬液材が、注入ポイントの周囲でとどまらせて上下方向に積層された強化域を形成することを特徴とする。
【００１５】
本発明において、前記薬液注入ロッドの貫入のため付加する貫入推進手段としては、外管を把持して推力を加えるウエイト方式、油圧駆動方式、あるいはロッド頂部に外力を加える打撃方式（モンケン）、回転貫入方式などのうち選択された方式を採用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、薬液注入ロッドをそのまま直接地盤内に貫入させて、その貫入地点（注入ポイント）での地盤内部の圧密度を貫入負荷によって、対応する貫入深度を直接的に感知して適正な貫入深さで薬液材の注入操作ができる。したがって、地盤中の安定層とその上部での薬液材注入による強化範囲とで軟弱な地層を圧密して広い強化域が形成でき、過度な注入を行うことなく適正でより効果的な構造物支持地盤の強化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明によれば、薬液注入ロッドによる注入材の吐出部周辺に注入材がとどまるように注入することで、注入材の逸走や異常隆起などを防止して過度な注入が生じることなく、注入量を少なくして地盤の圧密度を高めることが可能になり、薬液注入により構造物基礎下地盤の支持力強化が経済的に実施し得る効果を奏するのである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の地盤支持力増強注入工法の一実施形態を模式的に表す概要図である。
【図２】本発明による地盤支持力増強注入工法の一実施態様を地盤貫入圧力分布図（ブロック図）と比較して表す模式図である。
【図３】注入管の一例を表す図であって、注入管の先端部を示す図（ａ）と接続する中間部の管体を示す図（ｂ）および注入ヘッド部を表す一部断面図（ｃ）である。
【図４】注入管の貫入に使用する貫入推進手段の一例を示す図である。
【図５】本発明の地盤支持力増強注入工法の実施に使用する薬液供給装置とその設置状況を模式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の地盤支持力増強注入工法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
本発明による地盤支持力増強注入工法は、既設構造物Ａの負荷が作用する基礎下地盤Ｇに対して複数個所に分配した注入ポイントＰに薬液注入ロッド１０を設置して、この注入ポイントＰで注入材を少量ずつ予め設定した時間間隔にて１箇所ずつ注入ポイントＰを切換え注入する操作を繰り返し、構造物Ａによる載荷重が作用する状態に対応して注入材を注入することにより地盤Ｇを強制的に圧密する。この注入操作で用いる薬液注入ロッド１０は、地盤Ｇに対して直接貫入させ、その貫入操作に際して地質の調査を同時に行わせ、地層の圧密状態に対応した貫入深度の範囲で注入材を注入し、過度な注入を回避して合理的で経済的な地盤の支持力強化を実施できるのである。
【００２１】
そして、本発明の地盤支持力増強注入工法では、注入ポイントＰに設置する薬液注入ロッド１０を所定深度まで貫入する過程で測定された地層の状態に応じて注入材の注入量を順次切換えて行うようにする。すなわち、ステップアップして注入するにあたり、圧密度の低い地層部分では注入材の注入量が多くなるようにし、逆に圧密度の高い地層部分では注入材の注入量が少なくなるようにして注入する。場合によっては圧密度の高い地層部分では注入を行わない（図２参照）。このように地層の分布に応じた注入手法によることで、注入材を合理的に注入し、過剰な注入材を用いることなく、対象地盤の圧密度を全般的に向上させ、経済的効果を高め得ることができる。
【００２２】
この実施形態では、対象となる地盤Ｇに所定の間隔（後述）で配分された複数個所の注入ポイントＰにおいて設置する薬液注入ロッド１０（以下、単に「注入管１０」という）は、図３に例示するように、二重管構造のものが採用される。この注入管１０の外管１１としては、所定口径の金属管で所定の長さのものを周知構造の継ぎ手１４（例えば、外管１１の一端には雌ねじ１４ａを、他端には雄ねじ１４ｂを設けて、順次ねじ合わせて接続するねじ継ぎ手構造）を用いて順次接続して使用する。そして、先端部には円錐形をした先頭部材１３（本発明の「錐頭体」に対応）が尖端を先にして取り付けられ、この先頭部材１３の取付軸部１３ａと外管端の内径との嵌合部分において外管１１の周面に注入材の吐出口１５が複数個所で放射状に設けてあり、外管１１を順次接続して最終端では注入材の供給配管接続口１７，１８を備えたヘッド１６が接続される。なお、内管１２としては可とう性材料でなるチューブが組み合わされる（外管の貫入長さに対応させることができる）。
【００２３】
このような構成の注入管１０は、注入ポイントＰにおいて貫入操作を行うに際し、例えばスウェーデン式サウンディング試験装置と同様な貫入推進手段２０を使用して、先頭部材１３を備えた注入管１０を基礎下地盤Ｇに対して貫入させる。前記貫入推進手段２０は、一例として図４に示されるように、移設可能で使用時直立する構造の本体フレーム２１、この本体フレーム２１の前面に沿って上下に摺動可能に支持される昇降フレーム２２、この昇降フレーム２２に組み込まれて貫入時に負荷を加える複数枚のウエイト２３が搭載できるようにした載荷盤２４、昇降フレーム２２の上面に設けられて注入管１０を把持するクランプ２５、前記昇降フレーム２２を引き上げるワイヤー２６とウインチ２７を備える。ただし、貫入推進手段については、油圧ジャッキ或いは機械式ジャッキを駆動源とするものなど、前記例に限定されるものではない。図中符号２８は本体フレームの頂部に設けたガイドシーブ、２１ａは移設時に本体フレーム２１を傾けると地切りして移動可能にする車輪である。
【００２４】
この注入管１０の貫入操作に際しては、予め貫入試験の基準に類する選定値を用意しておき、貫入推進手段２０における昇降フレーム２２上のクランプ２５により注入管１０を把持し、載荷盤２４に所定のウエイト２３を搭載してその荷重でもって垂直に押し込む。すると、注入管１０はクランプ２５が付設されている昇降フレーム２２とともに本体フレーム２１の前面に案内されて降下し、貫入されることになる。なお、貫入操作に際しては、注入管１０が所定長さ貫入されるごとにクランプ２５による把持を解いて昇降フレーム２２をウインチ２７により昇降可能な寸法引き上げ、再びクランプ２５で注入管１０を把持してウエイト２３の負荷をかけて押し込む操作を繰り返し行う。なお、ウインチ２７は貫入操作時ワイヤーを緩めておく。
【００２５】
前記貫入操作に際し、地盤Ｇの表層部以降の注入管１０の貫入によるデータを記録して地質を推定する。この場合、得られるデータに基づき深層部で圧密度の高い地層に到達したことが感知された時点で貫入操作を停止し、注入管１０の設置が終了する。したがって、各注入ポイントＰにおける注入管１０の貫入深さは一定しないので、適正と考えられる深度に設定することになる。なお、注入管１０の貫入設置が終われば、貫入推進手段２０を撤去し、次の注入ポイントに移動させて前記要領で当該位置での注入管の設置を行う。
【００２６】
前記各注入管１０に対する注入材を供給する薬液供給装置３０は、例えば水ガラス系注入材（Ａ液）とセメント系注入材（Ｂ液）とを調製し、これらＡ液とＢ液とをそれぞれ別個に送液高圧ポンプ３１Ａ，３１Ｂによって供給できるようにしたものを用いる。
【００２７】
各注入ポイントＰに設置された注入管１０に対して注入材を供給するには、前記薬液供給装置３０から一連の供給配管３２Ａ，３２Ｂ中に各注入管１０に対応するように設けられた分配切換弁３４を介して分岐された配管３３Ａ，３３Ｂで接続され、薬液供給装置３０に付設の制御盤３５での設定による制御指令で、設定した注入時間で供給する注入ポイントＰを選択して切換え、薬液材の１回の注入時間を短くして少量ずつ順次繰り返し注入できるようにする（図５参照）。
【００２８】
前述の薬液供給装置３０において供給する注入材（Ａ液とＢ液）は別個に調製する。ここで使用される注入材は、凝固時間の長いもの、いわゆる緩結性注入材を用いる。また、注入の操作を制御する制御手段（制御盤３５）では、１か所の注入ポイントＰでの１回の注入量として０．６〜４．０リットルの範囲で選択された量、注入間隔となる供給停止時間としては、注入された注入材のゲル化および所定強度発現時間に相応するものとして設定される。この注入材が注入管１０の先端の吐出口１５から地中に注入されて所要時間経過すると、当該注入ポイントＰへの注入材の供給を分配切換弁３４が閉止して次の注入ポイントＰに対する分配切換弁３４が開の状態に切換えられ、当該注入管１０へ分岐された配管３３Ａ，３３Ｂに注入材が供給されるようになる。この操作が順次各注入管１０に対して切換えられ、所定回数巡回してそれぞれに注入される。
【００２９】
前述のように各注入ポイントＰの注入管１０に対する注入材の供給に際しては、各注入管１０に対して割り当てられているすべての分配切換弁３４が一連に接続された供給配管３２Ａ，３２Ｂ中に設けられて連通状態にされている。そして、この供給配管３２Ａ，３２Ｂの終端が閉止（プラグまたは弁で）した状態にされているので、制御手段の指令によって選択された注入ポイントへの分配切換弁３４のみが開き、それ以外の分配切換弁はすへて注入管１０への分岐された配管３３Ａ，３３Ｂを閉じる。したがって、供給配管３２Ａ，３２Ｂは所定の圧力に維持されるので、各注入管１０への注入材の供給時には、いずれの位置においても所定の圧力でもって注入管１０から地中に吐出し、同様に機能する。
【００３０】
こうして注入ポイントＰで注入管１０によって地中に注入された注入材は、一回当たりの供給量がごく少量であるので、吐出部から地中に吐出されると木の根状に分散してその周辺部の土壌と結び付いてとどまり、吐出された注入材がゲル化及び所定強度に発現する時間を待ち時間とし、この待ち時間中に他の注入ポイントＰへの注入材の供給が順次切換えられて注入が行われる。
【００３１】
切換えが一巡して先に注入された注入ポイントＰの注入管１０に再び注入材が供給されると、吐出する注入材が先に吐出して土壌中に分散されて結び付き、ゲル化して圧密化されつつある部分に後続の注入材が注入圧によって圧入され流動し、先に圧密された部分の外側に流れ出し、周辺土壌と結び付くとともに枝状に分布される。この状態が後続の注入により所定回数繰り返されると、一回の注入量がごく少量であるから、大きく拡張することなく注入ポイントＰでの吐出周辺部でとどまることになる。
【００３２】
前記各注入ポイントＰの配置間隔は、注入する注入材の粘度、注入量、注入圧や地質などの条件を勘案して、その注入ポイントＰでの注入材の注入による周辺への分散半径を予測し、この分散半径の２倍を超える間隔（ただし、これに限定されない）で配置するのが好ましい。
【００３３】
各注入ポイントＰでの注入が所定の回数繰り返されると、注入操作を一旦停止する。こうして最初に貫入設置された注入管１０の吐出部深さ位置の周辺で所定量の注入材が注入されて土壌の圧密強化部Ｑ（本発明の圧密強化域に対応する）が形成されると、注入管１０をパイプ引き上げ手段（先に注入管を貫入させるのに用いた貫入推進手段２０を逆操作させる、或いは別途杭抜き器など）を用いて所定寸法注入管１０を引き上げる（ステップアップ）。なお、注入管の引き上げに際して、初期の段階において注入管１０の先端部に取り付けた先頭部材１３は残留して管体（外管１１と内管１２）を引き上げることになる。
【００３４】
次に、注入管１０を一定寸法ステップアップさせると、再び前記要領で注入材の注入を順次繰り返し行う。こうすると、先の注入によって地中に形成された圧密強化部Ｑの上側で、前記状態と同様に木の根状に注入形成された圧密強化部Ｑが積層状態で形成される。
【００３５】
ここにおいて、注入管１０のステップアップによる注入材の注入に関しては、図２に例示するように、注入管１０の貫入時に得られたデータに基づき貫入圧力分布図を作成し、この貫入圧力分布図に対応させて圧密度の低い層ｈでは注入材の注入量を多くする。また、圧密度の高い層Ｈでは注入材の注入量を少なくしてステップアップさせる。
【００３６】
このようにして、前記要領で注入管１０をステップアップと注入の操作を繰り返し、地盤中に地層の状態に対応する容量の圧密強化部Ｑ，Ｑ′を上下方向に拡張形成させる。このような注入操作が各注入ポイントＰにおいて同時並行して行われることにより、隣接する注入ポイントＰでそれぞれ形成される圧密強化部Ｑ，Ｑ′によって横方向に相互に周辺土壌が圧密され、対象とする建造物Ａの基礎下地盤Ｇ内が強化されることになる。
【００３７】
本発明によれば、薬液注入ロッド（注入管１０）に直接外力を加えて地盤内に貫入させ、その貫入地点での地盤内部の圧密度を貫入負荷から検知することで、直接的に安定地層を感知して適正貫入深さを設定し、かつ注入材の注入操作を地層に対応させて注入量の加減ができる。したがって、構造物による載荷重が作用する状態で地盤中の安定層とともにその上部の範囲を注入による圧密で強化域が形成でき、過度な注入を行うことなく、経済性を高め効果的な構造物支持地盤の強化を図ることができる。
【００３８】
上記説明によれば、重力式・動力加圧式などの貫入推進手段を用いて注入管を地盤に貫入することについて記載したが、注入管の後端（貫入時の上端）に打込み用のヘッドを着脱可能に取り付けて、仮設できる支持体（例えば三脚支持体）で支持する滑車を介し吊下げた重錐を落下させて打撃力を加え貫入する方式（モンケン）を採用することもできる。また、注入管を回転させて貫入することも可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    注入管（薬液注入ロッド）
１１    外管
１２    内管
１３    先端部材（錐頭体）
１５    注入材の吐出口
１６    ヘッド
２０    貫入推進手段
２２    昇降フレーム
２３    ウエイト
２５    クランプ
３０    薬液供給装置
３１Ａ、３１Ｂ    送液高圧ポンプ
３４    分配切換弁
Ａ      構造物
Ｇ      地盤
Ｑ，Ｑ′    圧密強化部（強化域）
【図１】
2017025530.tif 000003
【図２】
2017025530.tif 000004
【図３】
2017025530.tif 000005
【図４】
2017025530.tif 000006
【図５】
2017025530.tif 000007