(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤改良工法の薬液注入に使用するスパイラル削孔注入管であって、注入管の外周に線材が所定ピッチで螺旋状に巻き回されて固設され、この螺旋状に巻き回された線材のピッチ間に、吐出孔が所定間隔で螺旋状に配列して設けられ、かつ螺旋状に巻き回された線材のピッチ間に、該吐出孔を被覆してシール膜が螺旋状に巻き付けられていることを特徴とするスパイラル削孔注入管。
【請求項２】
前記線材およびシール膜は、削孔時の回転方向と逆方向に螺旋状に巻き回されていることを特徴とする請求項１記載のスパイラル削孔注入管。
【請求項３】
前記線材は、所定間隔を有する複数の対の線材を多条ネジ状に螺旋状に巻き回したことを特徴とする請求項１または２記載のスパイラル削孔注入管。
【請求項４】
前記線材は、断面円形線材または断面角形線材である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパイラル削孔注入管。
【請求項５】
前記スパイラル削孔注入管は、巻き回された線材の外径より大きい径の削孔羽根をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパイラル削孔注入管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、薬液注入による地盤改良工法に使用するスパイラル削孔注入管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薬液注入工法は他の地盤改良工法と比較して小型設備で施工できる簡便性が特徴であるが、大型機械により羽根ビットで固化材と地盤を攪拌する攪拌混合型地盤改良工法と比較して労働集約的であり、ボーリングロッド機で削孔と注入を繰り返す作業が行なわれ、必然的に削孔水と薬液と交互に地中に入るため薬液の希釈やロッド周りの液漏れ防止が難しいなど、施工には経験的要素や専門的要素に左右される工法と見られているため、施工効果の信頼性については多くの課題が残されている工法である。
【０００３】
図１は各種注入管の設置方法比較説明図である。単管ロッド注入や複合注入工法では小型のボーリング機１が使われるが、確実性を必要とする現場では注入管設置行程と注入行程とを二段階に分けて施工する二重管ダブルパッカー工法が普及しているが注入管径が５０ｍｍ以上と大きいため、注入管設置には大型ボーリング機２などによる管径が１００ｍｍ以上のケーシング削孔を必要とするだけでなく、削孔後の注入管を挿入設置し大口径の注入管周辺部の空間を充填するシールグラウトを投入作業後ケーシングを引き抜くなど、複雑な作業３、４が必要とされるため簡便で経済的な新しい注入管工法が求められていた。
【０００４】
更に、注入管径が大きいと大型ボーリン機が必要になるだけでなく、注入内管パッカーモニターも注入ホースも太く大型になり内管総重量が大きくなるために対象地盤深度が深い現場では注入内管の昇降に、専用の動力昇降装置やクレーンが必要になるなど作業性が落ちるため、施工方法の簡便性が課題となっている。
【０００５】
また、二重管ダブルパッカー工法用注入管は、主に３０ｃｍ程度の間隔でゴムスリーブパッカーを装着して使われていて、パッカーの位置間隔を狭くしても地盤中の一点からの点状吐出であり粘土層が複雑に重層する地盤では薬液が浸透し難く未固結の地層を残しやすい工法の弱点を指摘されている。
【０００６】
更に、施工後の地盤中に放置される注入管は環境公害問題を生じやすく、隣接した後続工事などがあると再掘削で障害になることも多く回収可能な注入管が求められている。
【０００７】
そのため、図３は前記従来の二重管ダブルパッカー工法の注入管の欠点を補う構造の注入管として開発されたスパイラルシース注入管２０（特許文献１参照）の構造機能を説明したものである。注入管材２１の周囲に帯状シール膜２２を螺旋状に巻いた構造で、薬液２３が管の吐出孔２４から吐出し、シール膜１１を押し分けシール膜の形成する螺旋状スリット２５から注入管縦の線状に沿って吐出しシール材層２６を経て地盤２７に低圧力で浸透注入できるので、従来工法に比較して高度な注入管機能を持っている。スパイラルシース注入管の管径は細くなり、表面は凹凸が少なく設置の扱いは大変楽になったが、相変わらず小口径のケーシングロッドによるボーリング削孔が使われている。
【０００８】
透水係数の小さい軟弱地盤の改良のための注入工法では高度な浸透注入技術が欠かせないことから、小吐出量でゆっくりした注入速度で沢山のポイントを同時的に注入する必要があり、革新的な加圧注入システムの開発に伴ったコンパクトな注入管技術の開発が必要になっていた。
【特許文献１】
特許第２７００６１４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来の技術の説明のように確実な薬液注入工法による地盤改良が必要な場合には二重管ダブルパッカー注入工法が的確な工法であるとされているが、沖積土層の複雑な軟弱地層の改良には同工法の大吐出量では浸透効果を得がたい工法であり、この弱点を補う小口径で機能する工法の開発が求められていた。
【００１０】
また、注入管の全長から途切れなく線状吐出し低圧で浸透性能を保ちながら施工できるスパイラルシース注入管の高機能を生かしながら設置が楽にできる小口径注入管を開発し、広範囲地盤改良平面同時施工ができる技術でありながら規模の大きさに左右されない仮設から恒久用途までの広範囲用途に使用できる経済的な高機能注入管と施工技術の開発を目標とする。
【００１１】
更に、ケーシングによるボーリング削孔を必要としない二重管パッカー注入管機能を持った注入管がそのままボーリング削孔機能を持たせる削孔注入管を提供することを目的としている。
【００１２】
前記スパイラル二重管注入管のような大口径削孔機を使わないで設置できる施工技術は開発されているが、注入管技術を小口径化だけでなく回収できる機能を持たせることにより、環境に優しい撤去可能な注入管技術を開発する。
【００１３】
また、施工のしやすさに加えて地上に漏液しないためには従来から提唱されている理論的に目標とされている注入管の上部から下部への基本原則を実際に施工できるようにする必要から、注入管と注入内管技術を総合的にシステムとして見直し浸透理論に沿った施工方法に忠実な施工方法がとれる工法を開発する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
図２Ａに示すスパイラル削孔注入管の発明の開示技術は、地盤改良目的の薬液注入工法において図３のスパイラルシース注入管２０に鋼や硬質プラスチックの管材に鋼線やプラスチック線材７を螺旋状に巻き付けて装着した注入管がそのままボーリングロッドとして削孔できる注入管９に関するもので、注入管に巻き付けの外周の線間にゴム製の帯状シール膜材８が、削孔回転中も掘削土粒子に直接接触しないスパイラル削孔注入管構造に関するものである。所定の深度まで注入管を回転削孔後、削孔水をシール材に変えて注入管と地山の空間を埋めるシールグラウトを充填してケーシングに関する作業無しに注入管設置ができる。
【００１５】
前記スパイラル削孔注入管において、注入管断面図に示す吐出口１１を穿った管６に鋼線７を螺旋状に巻きつけて装着して、管の外周に帯状のパッカーシール膜８を鋼線間に螺旋状に巻き付けると注入管が削孔機能を持つことができ、先端に削孔ビット１９を装填すればボーリング削孔できる注入管構造である。線材を螺旋状に巻きつけたスパイラル削孔注入管は回転掘削中にも地山と管との間にスペース１４を形成してシール膜８を防護する機能を有し、注入液１０は管の吐出孔１１から出て管外周のシール膜８とを押し分けスリット１２からシール材１４を通過して地中に浸透する原理であり、従来の二重管スリーブ注入管にない地盤を縦断する線状注入ができるスパイラル注入管の優れた機能を保持した削孔機能を持つ注入管を提供できる。
【００１６】
請求項４の発明の技術は、前記スパイラル削孔注入管において線材を連続螺旋状や点線状に巻き付けて装着する線材の形状を円形だけでなく方形、長方形断面などにすることで、パッカーシール膜の保護空間の厚みを確実に形成してより切削土砂から防護する機能を高めることができる線材の形状についてである。
【００１７】
請求項５の発明の技術は、前記スパイラル削孔注入管において連続的なスパイラル鋼線の代わりに外径より大きい羽根板を不連続に付け、先端にビットを装着して削孔能力を有する注入管とすることである。
【００１８】
請求項３の発明の技術は、図２Ｂに示すように前記スパイラル削孔注入管において、２本の鋼線１６ａ、１６ｂを二条ネジ状にして螺旋状に一定間隔に巻き、２本の鋼線間に帯状パッカーシール膜１７を螺旋状に巻き付け装着した二条構造のスパイラル削孔注入管１３構造についてである。
【００１９】
請求項２の技術は線材をボーリングの回転と逆回転方向に螺旋状に巻くように装着することにより、高速回転の必要な砂礫の多い掘削地盤の場合の削孔には特に有効なシール膜との接触を少なくすることができる線材の装着方法についてである。
【００２０】
図４はスパイラル削孔注入管の施工時の注入内管構造を示すものであり、前記スパイラル削孔注入管２８を設置後、挿入する注入小口径注入管と洗浄水管とパッカー用送液管との管束２９の先端に注入深度を自在に設定できる内管構造に関するものである。上下深度が隔たった地層を全く異なった注入条件を設定でき、地層間の距離を自在に変動させることのできる注入内管構造を示す。注入管束２９は上部注入層にパッカー３０と注入孔３１に連結し、同じく３２、３３の下部モニターに接続される機構であり上下セットになって複数連タンデムに連結して使用する構造についてである。
【００２１】
更に、図４の断面図に示す注入内管束は複数の液を分けて送液する注入管３４と、パッカー用エアー管３５及び万一溢漏した薬液を地上まで洗浄して送り出す洗浄パイプ３６で構成され施工状況により各種の配管を自在に組み合わせることにより、上下の透水係数に差のある地盤に対応してスパイラル注入管の優れた特徴を十分生かした二重管ダブルパッカー工法の施工方法を発展させる有効な施工方法を自在に設定することができる。
【００２２】
図５は前記スパイラル削孔注入管を使用した施工方法についての技術を説明したものである。最初に削孔注入管を地盤改良目的深度まで直接ボーリング削孔して設置し、全注入管を対象として改良対象土層の上部層３７にカバーロック注入を行うため注入管３８に同一深度ステップ４０に先行注入してから次に注入管３８と千鳥配置した注入管３９を対象に２回に分けて逐次施工して、上部層と注入管が一体化後順次下方深度へ向かって平面的に注入改良土層の厚みを重ねて平板状重層注入により改良する施工方法に関するものである。上記最上層部への地盤に注入するためには、できるだけ広範囲の複数の注入管に対して同時的に小吐出量で漏洩しない施工を進めることが望ましく、複数注入箇所を同時に平面的に施工できる専用の注入ポンププラント設備が必要であることは当然であるが、同じ注入管を繰り返し施工できる特徴を持つ二重管ダブルパッカー型注入管を更に扱いやすいコンパクトなスパイラル注入管の簡便性が必要不可欠となっていたため理想的な平板状改良工法が実現できるといえる施工法が提唱できる。
【００２３】
同じく図５に示す地盤改良の施工技術は、前記スパイラル削孔注入管による注入工法施工現場において、透水係数の大きな薬液が漏洩する傾向のある地層４３が存在する場合の施工方法に関するものである。すなわちカバーロック注入と同時にこの地層に全注入管４４、４５を対象に先行注入を行う施工方法についてである。注入管が内径２５ｍｍと細く当然注入内管も径１３ｍｍを使うことができるため、改良対象地盤の透水係数が大きく差のある複数層が上下に隔たって存在する場合には全注入管に対して透水係数の相対的平均化目的で同時的に先行してその地層へ施工を行な得理想的な手順が容易にとれるので、次に本来の施工方法である注入ステップ４１、４２と上部層から下部層へと順次本工法の特性である平板状に改良する施工方法を使って理想的な浸透注入技術を経済的に施工することができる。
【００２４】
しかして、請求項１のスパイラル削孔注入管は、地盤改良工法の薬液注入に使用するスパイラル削孔注入管であって、注入管の外周に線材が所定ピッチで螺旋状に巻き回されて固設され、この螺旋状に巻き回された線材のピッチ間に、吐出孔が所定間隔で螺旋状に配列して設けられ、かつ螺旋状に巻き回された線材のピッチ間に、該吐出孔を被覆してシール膜が螺旋状に巻き付けられていることを特徴とし、
また、請求項２のスパイラル削孔注入管は、前記線材およびシール膜が、削孔時の回転方向と逆方向に螺旋状に巻き回されていることを特徴とし、
また、請求項３のスパイラル削孔注入管は、前記線材を、所定間隔を有する複数の対の線材を多条ネジ状に螺旋状に巻き回したことを特徴とし、
また、請求項４のスパイラル削孔注入管は、前記線材が、断面円形線材または断面角形線材であることを特徴とし、
さらに、請求項５のスパイラル削孔注入管は、巻き回された線材の外径より大きい径の削孔羽根をさらに備えることを特徴とする。
【００２５】
【作用】
本発明の削孔能力を有するスパイラル削孔注入管（薬液注入管）を使えば、注入管を設置するために大型ボーリング機を必要とせず、注入管をボーリングロッドとして直接小孔径ボーリング機により設置できるため大変省エネルギー薬液注入工法として仮設から恒久目的での広範囲な分野において信頼性が高く経済的な効率の高い薬液注入工法による地盤改良工法を提供することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
図２Ａに示す本発明のスパイラル削孔注入管９は、直径２５ｍｍの厚さ３ｍｍの鋼管６に直径３ｍｍの鋼線７を２００〜４００ｍｍのピッチで螺旋状に巻きつけ点付溶接して固定し、鋼管６の鋼線７の間にできる幅に合わせた厚さ１ｍｍのゴム製シール膜８を螺旋状に巻き付けて両端を固定してシングルスパイラル削孔注入管９ができる。使用する鋼管６にはあらかじめ鋼線７のピッチに合わせて１回転に一ヵ所、直径３ｍｍの吐出口１１を穿って置き、鋼管６に螺旋状に巻き付ける帯状シール膜８は螺旋状に点付け溶接された鋼線間に締めて巻くことにより、鋼管６の吐出孔１１から出た薬液１０が鋼管６と密着したシール膜８の間を押し分けて注入管鋼線７の両サイドの開方スリット１２から螺旋状に吐出する原理構造である。従って加圧送液が無ければ、鋼管６とシール膜８は密着して逆支弁機能を持ち管内と地下水とは隔絶されるスパイラルシース注入管の優れた機能を継承した削孔注入管を提供できる。
【００２８】
同様に図２Ｂの注入管１３は、管材１５に２本の複数の線材１６ａ、１６ｂを螺旋状に巻き付けて装着して２本の線材間に注入管の注入区間長に帯状のシール膜１７を螺旋状に巻いてスパイラル削孔注入管とする構造についてである。線材を多状に巻く構造にすると、管の全外周表面積の半分以下の面積のシール膜１７を巻くだけの構造で土砂の切削屑がシール膜１７を傷つけ無い構造空間１４を形成することができる。薬液は吐出孔１１から出てスパイラルシール膜１７と線材１６ａ、１６ｂが形成する縦列２本の螺旋状スリット１８を抜けて地盤へ浸透する注入管の基本的な機能は変わらず、シール膜の防護機能は著しく向上させることができる注入管構造である。
【００２９】
上記のスパイラル削孔注入管を図１の５に示すように地盤に直接削孔して設置する。注入管は現場で先端に削孔ビットを差込み、加圧水を送って普通のボーリング削孔と同様に所定の深度まで削孔した後に充填シール材で注入管と地盤とを一体化させると直ちに二重管ダブルパッカー注入管として使用できる。従来の他の二重管注入管工法用注入管と比較して外形３２ｍｍのコンパクトな注入管で在るため、櫓で昇降する回転モーターを持つボーリング機を使用して、削孔深度に必要な所定の長さになるよう接続して６ｍの長尺にして接続回数を３回にでき所定の深度まで一息に掘進できる施工方法を採ることができる。
【００３０】
また、使用する管径はスパイラル線材の条数に関係無く、二重管ダブルパッカー工法用注入管の内径４０ｍｍより遙かに細い外径２５ｍｍ内径１８ｍｍの鋼管と硬質プラスチック製の小口径管を使用して軽量化して、液状化防止地盤改良深度である深度１５ｍ程度の軟弱地盤対象の工事では最大で内径２５ｍｍの管を使用する。また製作管長は現場の状況の合わせて自由に設計製作できるが、基本的に小口径のため加工費が少なくでき、両端ネジ接続構造にして運搬を考慮して宅配便運搬規格２ｍに合わせて短時間に長距離の現場に郵送できる簡便な注入管として扱うことができる。
【００３１】
更に、削孔用のボーリング機の能力は注入管の管径を２５ｍｍ削孔径が３３ｍｍとなり５〜７馬力程度の動力で充分設置作業ができる。小動力の削孔機によりケーシング削孔して注入管を挿入し、大量のシール材を充填する従来工法の大がかりなケーシング作業３、４（図１参照）の必要が無く簡単に注入管が設置できる。
【００３２】
次に本発明の他の実施の形態を説明する。
【００３３】
削孔の難しい砂礫の混じるような地盤が対象の場合には、スパイラル鋼線の本数を多条にすることにより、前記２条鋼線の巻かれたスパイラル削孔注入管１３に比較しシール膜巾を更に細く強力に巻き付けた削孔注入管ができる。螺旋状に巻いた３本以上の鋼線の隣接する２本の鋼線間にパッカー用シール膜を帯状に螺旋状に巻きつけて複雑な土層での削孔によるシール膜保護能力を上げることができるため、シール膜面積が注入管表面積の３分の１以下に少なくてもシール膜が傷つき難くかつ注入シール機能を保つことができるスパイラル削孔注入管を製作することができる。
【００３４】
更に、本発明の他の実施の形態として以下に現場実施例として図５に基づいて説明する。
【００３５】
深度１５．５ｍの地盤改良現場での前記スパイラル削孔注入管を使用して施工実施例である。専用注入管の内管径は１８ｍｍを採用し，ポンプの吐出量を毎分５リットル以内の低圧の浸透注入施工を行い、個々のポンプの吐出量は少ないが、スパイラル削孔注入管を使っているので広範囲に分散した注入ポイントを１６台のポンプを同時稼働させる施工方法を採ることにより工事を大幅に短期間できて施工工事費の削減ができた。
【００３６】
改良地盤深度は地下水面以下１．５〜１５．５ｍまでのシルト混じり砂層である。直径２５ｍｍ、管厚３ｍｍ、長さ２ｍの鋼管に、直径３ｍｍの鋼線をピッチ３０ｃｍで２本螺旋状に溶接したスパイラル削孔注入管を８本接続した前記削孔注入管を間隔は１．２ｍとして配置し、加圧水を送りつつボーリング削孔設置した。打設設置後に送水をシール材に変えて地盤と一体化させ固定した。
【００３７】
改良対象土層の層厚１ｍの最上部層４０にカバーロック目的の注入を行った。このカバーロック注入では、千鳥配列の注入管に対し注入管３８のように１本飛びに、千鳥配列の注入管３９に２回に分けて施工し全注入管とカバーロック地盤を一体化させた。次にカバーロック注入地盤の直下のステップ３７と同一注入管の深度１２ｍ付近にある透水係数が１０−１ｃｍ／ｓ台の砂礫層４３に対し地盤全体の透水係数の相対的平均化を図る目的で同時に注入した。全体の地盤の透水係数が均一に改善されたと判断した後、下方ステップ４１、４２へ平面的に改良し、以下順次注入改良土層の厚みを重ねていく理想的な平板状重層注入方法で施工して工期を大幅に短縮をすることができた。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されているような効果を奏することができる。
【００３９】
スパイラルシース注入管に鋼線を螺旋状に取り付けることにより削孔機能を有する注入管を製作して、直接注入管を削孔打設することができ、大口径のケーシングロッドの先行ボーリング削孔を必要としないで注入管を設置する施工方法が可能となった。
【００４０】
また、スパイラル削孔注入管はスパイラル注入管の機能を継承保持するので薬液が注入管に沿って水平の地層を縦断してスパイラル線状に縦断連続的に小吐出量で低圧注入でき複雑に重なった粘土薄層の存在にも影響を少なく施工できる。
【００４１】
また、スパイラル削孔注入管は線状に薬液を吐出でき地盤に吐出圧力が低い浸透注入施工ができるため複数の注入孔から同時施工しても地盤の変形を最小限に押さえて施工することができる。
【００４２】
更に、多条線のスパイラル削孔注入管は、シール膜の面積を注入管の表面の限られた帯状の領域に巻き付けて削孔機能を高めた削孔注入管を製作でき、砂礫などの堅い土砂粒子にも保護できる機能する削孔注入管を採用できる。
【００４３】
また、スパイラル削孔注入管は注入管のシール膜が巻かれた長さの範囲内で、注入管を設置後に地層に合わせて注入ステップ長を任意に変えて施工できる画期的な柔軟性ある施工の方法を採用できるようになった。
【００４４】
そして、スパイラル削孔注入管の製作には鋼管に鋼線を機械的に螺旋状に巻き付けて、その鋼線の間に帯状シール膜を機械的に巻き付けることができ、従来の凹凸のある複雑な形状で、製作行程の複雑な二重管ダブルパッカー注入管と比較してより簡単に製造することができる。
【００４５】
加うるに、前記スパイラル削孔注入管の材質は金属、プラスチックなど目的に応じて材質を選定使用でき小口径であり螺旋状に巻かれて装着金属線材が摩擦抵抗を軽減する構造のため、地盤改良注入工事終了後にケーシングロッドの被せ掘りにより安易に回収できるため複雑な都市の地下構造物の基礎下に一切の残滓を残さない環境に優しい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】  各種注入管と削孔注入管の設置方法比較説明図である。
【図２Ａ】  この発明の実施の形態に係るスパイラル削孔注入管を示す正面図および横断面図である。
【図２Ｂ】  この発明の他の実施の形態に係るスパイラル削孔注入管の正面図および横断面図である。
【図３】  従来の注入管の一例を示す正面図および横断面図である。
【図４】  注入内管の構造と機能説明図である。
【図５】  スパイラル削孔注入管によるプレーングラウト施工方法説明図である。
【符号の説明】
６、１５  注入管（鋼管）
７、１６ａ、１６ｂ  線材（鋼線）
８、１７ シール膜
９、１３  スパイラル削孔注入管
１０  薬液
１１  吐出孔
１２、１８  スリット（螺旋状スリット）
１９  削孔ビット
【図１】
0004344539.tif 000002
【図２Ａ】
0004344539.tif 000003
【図２Ｂ】
0004344539.tif 000004
【図３】
0004344539.tif 000005
【図４】
0004344539.tif 000006
【図５】
0004344539.tif 000007