(57)【要約】【課題】グラウト材を高圧注入して目詰まり試験を行うことができる高圧グラウト用目詰まり試験装置を提供する。【解決手段】モールドを略円柱体の長手方向に沿った半割部材から構成し、片側の半割部材にはモールド長手方向と直角に所定の幅と深さをもつ溝を形成する。さらに、モールドには長手方向に溝を貫通するように、グラウト注入孔を形成する。半割部材は組み合わされ、上下に配されるモールド支持部材の筒状部材に嵌める。モールド端部と前記筒状部材の窪みとにテーパを形成し、またモールド支持部材間を強固に締結することにより、スリットの開口を防ぐ。グラウト材は圧送ポンプにより、モールド支持部材に形成された注入孔から圧入し、スリットから排出されたグラウト材の量を測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って半割にされた半割部材の少なくとも一方の合わせ面に、長手方向と所定の角度を持って形成された溝と、長手方向の端部から前記溝を貫通する位置まで形成された長手方向に沿った凹部とを有し、
前記半割部材を一体化させて前記溝をスリットとし、さらに前記凹部をグラウト材流入孔としたモールドと、
該モールドの端部が嵌め込まれる保持部を有し、該保持部を介して前記モールドの両端に取り付けられ、前記保持部と一体に形成されたフランジと、
前記フランジの連結手段を介して前記モールドを長手方向に押圧保持するモールド保持手段と、を備え、
前記フランジに形成されたグラウト孔とグラウト流入孔とを介して前記貫通スリットにグラウト材を流通させ、前記スリットからグラウト材を排出することを特徴とする高圧グラウト用目詰まり試験装置。
【請求項２】
前記モールドの上下端にかけてテーパ部が形成され、前記保持部は該テーパ部と嵌め合わせ可能なテーパ部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の高圧グラウト用目詰まり試験装置。
【請求項３】
所定の幅を有した溝が形成された溝形成面と、
前記溝形成面と相対し、前記溝形成面の前記溝の形成部以外の面と密着してスリットを形成するスリット形成面と、
前記溝形成面と前記スリット形成面とを狭持し密着状態を保持する押圧保持手段と、
前記溝と直交し貫通して形成されたグラウト孔と、を有し、
前記グラウト孔からグラウト材を流通させ、前記スリットからグラウト材を排出することを特徴とする高圧グラウト用目詰まり試験装置。
【請求項４】
前記スリットから排出されるグラウト材の質量あるいは容量を測定する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の高圧グラウト用目詰まり試験装置。
【請求項５】
前記押圧保持手段は、複数の連結ボルトで複数の連結ボルト孔が形成された２枚の平板状のフランジを締結することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の高圧グラウト用目詰まり試験装置。
【請求項６】
前記溝は、前記２枚の平板状のフランジのうち少なくとも１つの面に形成し、あるいは前記２枚の平板状のフランジ間に少なくとも１枚の平板を挿入して該平板に形成したことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の高圧グラウト用目詰まり試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高圧グラウト用目詰まり試験装置に係り、特に実施工での注入圧力に近い状況で試験が行える目詰まり試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル工事での湧水箇所の止水や、ダム工事での堤体からの漏水の防止などを目的として、地盤の亀裂を閉塞するためにグラウト材の注入が行われている。図９は、せん孔されたボーリング孔５１にグラウト材５８を注入する止水工の施工例を示した概略図である。グラウトミキサ５７により混練されたグラウト材５８は、グラウトポンプ５６より注入管５５を介してボーリング孔５１に圧入される。当箇所にはボーリング孔５１を横切るように数本の亀裂５２が存在している。グラウト材料として普通セメントを用いた場合、亀裂５２の開口幅１．０mm以下程度である場合は、注入したグラウト材５８が亀裂入口５３や亀裂開口幅減少部５４で目詰まりを生じやすい。また、超微粒子セメントを用いた場合でも、開口幅が０．２mm程度以下になると同様に目詰まりが生じやすい。その結果、グラウト材５８が亀裂５２に十分に充填されないという問題がある。
【０００３】
この目詰まりは、グラウト材の注入圧力を増加させるなど注入方法を変更することにより、ある程度は抑制することができることが知られている。そのため、高圧注入に伴う地表面の隆起などの不都合が生じるおそれがない場合には、注入圧力を高めることにより目詰まりの発生を抑え、グラウト材の浸透距離を確保できる。例えば青函トンネル工事においては、最大８MPaという高圧注入が実施された。また、グラウト材の高圧注入に加えて、目詰まりを起こしにくいグラウト材料を選択することも、上述した目詰まりを防ぐ対策として有効である。
【０００４】
従来、注入材料としての各種グラウト材の目詰まり特性を把握するため、種々の試験方法が考案されている。例えばフィルタポンプ試験は、室内試験用のペネトラビリティメータと主に現場における適用を目指したフィルタポンプの２種類がある。これらの試験は、練られたグラウト材料が鋼製フィルタメッシュを通過する量を評価するものである。サンドコラム試験は定圧加圧によるサンドコラム（長さ９０ｃｍ）への浸透長さを測定することで、グラウト材の浸透性を評価する試験方法である（非特許文献１）
また、平行平板試験は、アクリル板等による平行平板で亀裂をモデル化した試験装置であり、亀裂入り口での目詰まり特性を評価する方法である（非特許文献２）
【非特許文献１】Tolppanen,P.,Syrjanen,P.： “Hard Rock Tunnel Grouting Practice in Finland, Sweden, and Norway - Literature Study”, Finnish Tunnelling Association, 2003.
【非特許文献２】西垣誠，小松満，山本浩志，見掛信一郎：亀裂性岩盤におけるグラウトの浸透挙動と目詰まり特性に関する研究，土木学会論文集No.７１５/III−６０，ｐｐ.３１１−３２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した各試験は、いずれもグラウト材の注入圧力が０．１MPa〜０．２MPa程度の低圧試験である。そのため実際に施工されている高圧の注入条件とは大きく乖離しており、施工される条件下でのグラウト材の目詰まり特性を正確に把握できていなかった。このため、グラウト材を高圧注入したときの目詰まり評価ができる試験装置が求められていた。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、実施工でのグラウト材の注入圧力に近い状況で試験が行える、高圧グラウト用目詰まり試験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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る高圧グラウト用目詰まり試験装置は、長手方向に沿って半割にされた半割部材の少なくとも一方の合わせ面に、長手方向と所定の角度を持って形成された溝と、長手方向の端部から前記溝を貫通する位置まで形成された長手方向に沿った凹部とを有し、前記半割部材を一体化させて前記溝をスリットとし、さらに前記凹部をグラウト材流入孔としたモールドと、該モールドの端部が嵌め込まれる保持部を有し、該保持部を介して前記モールドの両端に取り付けられ、前記保持部と一体に形成されたフランジと、前記フランジの連結手段を介して前記モールドを長手方向に押圧保持するモールド保持手段と、を備え、前記フランジに形成されたグラウト孔とグラウト流入孔とを介して前記貫通スリットにグラウト材を流通させ、前記スリットからグラウト材を排出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る高圧グラウト用目詰まり試験装置は、前記モールドの上下端にかけてテーパ部が形成され、前記保持部は該テーパ部と嵌め合わせ可能なテーパ部が形成されるように構成してもよい。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る高圧グラウト用目詰まり試験装置は、所定の幅を有した溝が形成された溝形成面と、前記溝形成面と相対し、前記溝形成面の前記溝の形成部以外の面と密着してスリットを形成するスリット形成面と、前記溝形成面と前記スリット形成面とを狭持し前記密着状態を保持する押圧保持手段と、前記溝と直交し貫通して形成されたグラウト孔と、を有し、前記グラウト孔からグラウト材を流通させ、前記スリットからグラウト材を排出することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る高圧グラウト用目詰まり試験装置は、前記スリットから排出されるグラウト材の質量あるいは容量を測定する手段をもつように構成してもよい。
【００１１】
また、本発明に係る高圧グラウト用目詰まり試験装置は、前記押圧保持手段は、複数の連結ボルトで複数の連結ボルト孔が形成された２枚の平板状のフランジを締結するように構成してもよい。
【００１２】
また、本発明に係る高圧グラウト用目詰まり試験装置は、前記溝は、前記２枚の平板状のフランジのうち少なくとも１つの面に形成し、あるいは前記２枚の平板状のフランジ間に少なくとも１枚の平板を挿入して該平板に形成するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、高圧注入される現場と近い圧力条件でグラウト材の目詰まり試験を実施することができる。そのため、従来の試験装置では把握できなかった高圧の注入条件下での最適なグラウト材料選定や、現場で実施すべき注入圧力の把握等が行えるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る高圧グラウト用目詰まり試験装置（以下、目詰まり試験装置と記す。）の実施例１について、図１〜図６を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る目詰まり試験装置１０の正面図である。目詰まり試験装置１０は、後述する略円柱体のモールド２０と、このモールド２０の上下に配され、モールド２０の両端を、内周部に形成されたモールド収容空間１２ｃで把持するモールド支持部材１３Ｕ，１３Ｌと、モールド２０を確実に挟持するようにモールド支持部材１３Ｕ，１３Ｌのベースフランジ１１Ｕ，１１Ｌ間を締結する連結ボルト１５と、により構成されている。
【００１６】
モールド支持部材１３Ｕ、１３Ｌは円形鋼材から加工・成形され、ベースフランジ１１Ｕ，１１Ｌと、ベースフランジ１１Ｕ，１１Ｌの同心上に配され筒状をなしたモールド把持部１２Ｕ、１２Ｌとが一体となって構成されている。モールド把持部１２Ｕ、１２Ｌに形成されたモールド収容空間１２ｃは、後述するモールド２０の端部と嵌め合わせ可能なテーパ面１２ｔが形成されている。
【００１７】
ベースフランジ１１Ｕ，１１Ｌには、本実施例では６箇所の連結ボルト孔１８（図４）が周方向に等間隔に形成されている。上部のベースフランジ１１Ｕの中央には、モールド保持部１２Ｕのモールド収容空間１２ｃまで貫通したグラウト材注入孔１４が形成されている。注入孔１４の孔径φ１は、グラウト材を容易に注入することができる孔径に設定されている。
【００１８】
連結ボルト１５はベースフランジ１１Ｕ，１１Ｌを締結するために十分な首下長さとねじ切り長を有している。連結ボルト１５には、後述するようにグラウト材を注入孔１４から圧入することにより引張力が作用する。この引張力に抵抗するために、連結ボルト１５は、その本数や径が適切に設定され、またベースフランジ１１も、その板厚や材質等が適切に設定されている。
【００１９】
図２は、本発明の実施例１に係るモールド２０の斜視図である。モールド２０は略円柱体をしており、長手方向に沿った半割モールド２０Ａ，２０Ｂ（円柱形状の場合は符号２０を用いる。）の合わせ面２８を密着させて形成されている。モールド２０の長手方向の中央部は、一定の径を持った大径円柱部２１が形成され、その両端にはモールド端部に向けて徐々に太さが細くなるテーパ部２２ｔが形成され、さらにモールド２０の端部には一定の径を持った小径円柱部２３が形成されている。テーパ部２２ｔは、モールド収容空間１２ｃのテーパ面１２ｔと密着可能なように、テーパ面１２ｔと同じテーパ角が設定されている。なお、本実施例では、大径円柱部２１の直径は５０mm、モールド２０の高さは１００mmに設定されている。
【００２０】
モールド２０の円中央部には、直径φ２のグラウト材流入孔２９が、所定深さにわたって形成されている。さらに、片方の半割モールド２０Ａの合わせ面２８には、モールド２０の長手方向と直角に幅４０mm、深さｄの溝２４が形成されている。深さｄは、本実施例では地盤の亀裂幅を想定し、３０，５０，８０，１００μmに設定されている。なお、溝２４は、半割モールド２０Ａ，２０Ｂが組み合わされて試験装置１０に据え付けられた際に、圧入されるグラウト材が通るスリットＳ（図４参照）を形成する。
【００２１】
溝２４を挟んだ両側の合わせ面２８には、片側に２箇所ずつ連結ボルト孔２６が形成されている。片側２箇所の連結ボルト孔２６のそれぞれの近傍には、一方の半割モールド２０Ａ側にはピン２５が、他方の半割モールド２０Ｂ側には図示しないピン孔が形成されている。また、半割モールド２０Ａ，２０Ｂの外周の連結ボルト孔２６位置には、連結ボルトの頭とナットの座りを考慮してザグリ２７が形成されている。
【００２２】
なお、円柱状のモールド２０からのモルタルの漏洩を防止し、合わせ面２８同士を確実に密着させるため、合わせ面２８には十分な表面仕上げが行われる。
【００２３】
図３は図１中の矢視III−IIIで示した目詰まり試験装置１０を上方から見た平面図である。ベースフランジ１１Ｕには、図示しない６箇所の連結ボルト孔が周方向に等間隔に形成されている。そして、連結ボルト１５によりモールド支持部材１３間が強固に締結されている。またベースフランジ１１Ｕの中央には、グラウト材注入孔１４が形成されている。
【００２４】
図４は図１中のIV−IV断面で示した目詰まり試験装置１０の断面図である。ベースフランジ１１Ｌには６箇所の連結ボルト孔１８が形成されている。そして連結ボルト１５により、上下に配されたモールド支持部材１３Ｕ，１３Ｌ間は強固に締結されている。半割モールド２０Ａ，２０Ｂは、位置決めピン２５（図２）を介して合わされ、連結ボルト２８にて両者は一体化される。一体化されたモールド２０は、モールド把持部１２Ｕ，１２Ｌに形成されたモールド収容空間１２ｃに嵌め合わされる。モールド２０の円中央部には、グラウト材注入孔１４（図３）と同程度の大きさを有したグラウト材流入孔２９が形成されている。また、モールド２０の長手方向中央部には、幅４０mm、深さｄのスリットＳが長手方向と直角に形成されている。
【００２５】
図５は図４中のV−V断面で示した目詰まり試験装置１０の図である。グラウト材は図示しない圧送ポンプにより、矢印で示したようにモールド支持部材１３Ｕの注入孔１４から注入される。そして、グラウト材はモールド２０の流入孔２９を通り、スリット２４から排出される。排出されたグラウト材は重量あるいは容積が測定され、この測定値をもとに目詰まり特性が評価される。なお、グラウト材の測定には、重量測定器上に載置された図示しないグラウト材受けに、排出されたグラウト材を溜め、重量を直接測定できるようにしてもよい。または、上述したグラウト材受け（不図示）に目盛をつけ、グラウト材の容積を測定するようにしてもよい。
【００２６】
グラウト材を注入孔１４から高圧で圧入すると、合わせ面２８間に形成されたスリットＳを広げようとする力が作用する。このとき、テーパ加工が施されたモールド２０とモールド把持部１２Ｕ，１２Ｌとの嵌め合い部が、連結ボルト１５により堅固に締め付けられているため、スリットＳが広がるのを防ぐことができる。
【００２７】
以上説明したように、連結ボルト１５を介してモールド支持部材１３Ｕ，１３Ｌ間を締結することにより、グラウト材の注入圧によって生じるスリットＳを広げる力を押さえ込むことができる。その結果、本発明に係る目詰まり試験装置１０は、従来の試験装置と比べ、グラウト材の高圧注入試験を実施することが可能となる。
【００２８】
また、上記目詰まり試験装置１０でのグラウト材の流れは、スリット入り口で９０度方向に変化しており、より実際の注入状況に近い条件で試験を実施することが可能となる。しかし、上記実施例はグラウト材流入孔２９とスリットＳとの角度を９０度に限定するものではなく、任意の角度としてよい。
【００２９】
図６は、本発明に係る実施例１により得られた試験結果を表わしたグラフである。
［高圧目詰まり試験概要］
この結果を得た高圧目詰まり試験としては、前述の装置において、グラウト材としては、超微粒子セメントを主材とし高性能減水剤を分散剤として１質量％混和したセメントミルクを使用し、装置で設定したスリット幅は５０μmとした。その結果を図６に示した。同図横軸は、試験開始時を原点として、試験開始時からの経過時間を表わしている。縦軸は、スリットを通過したグラウト材の累積重量を表わしている。グラウト材の注入圧力は、現場での実施圧を想定して、各１．０，３．０，５．０MPaに設定した。
【００３０】
グラウト材の注入圧力を１．０MPaに設定して、グラウト材の目詰まり試験を実施した場合、グラウト材を注入し始めて間もなくすると目詰まりを起こした。図６に示したように、試験開始から５０秒程経った後、累積通過重量はほとんど増加していない。つまり目詰まり発生後は、スリットを通過したグラウト材はほとんどなかった。次に、注入圧力を３．０MPaに設定してグラウト材の目詰まり試験を実施した場合、グラウト材の目詰まりはあったものの、注入圧力１．０MPaで実施した場合と比べてその程度は低減されたものであった。そのため、グラウト材はスリットを通過し続けることができ、スリットを通過するグラウト材を大幅に増加させることができた。最後に、注入圧力を５．０MPaに設定してグラウト材の目詰まり試験を実施した場合、さらにグラウト材の目詰まりを低減させることができた。そのため、スリットを通過するグラウト材を増加させることができた。
【００３１】
上述の実施例１では、円柱体のモールド２０に形成されたスリットＳにグラウト材を注入する目詰まり試験装置１０について述べたが、以下、他の実施例として実施例２について説明する。
【実施例２】
【００３２】
図７は、本発明の実施例２に係る目詰まり試験装置３０の断面図である。図８は図７中のVIII−VIII断面で示した目詰まり試験装置３０の図であり、スリット円板３２の平面図である。なお、図７は図８中の矢視VII−VIIで示した断面図でもある。目詰まり試験装置３０は２枚の円形フランジ３１Ｕ，３１Ｌで、スリット円板３２と、円板３３とをはさみ込んで、４本の連結ボルト３５によって締結されて構成されている。
【００３３】
目詰まり試験装置３０のフランジ３１Ｕは、中央部にグラウト材の注入孔３４が形成されている。注入孔３４の周囲には、下方に配されているスリットを避ける位置に、等間隔に４つの連結ボルト孔３８が形成されている。フランジ３１Ｌは中央部に円形の窪みが設けられ、上側のフランジ３１Ｕと同配列の４つの連結ボルト孔３８が形成されている。本実施例ではフランジ３１Ｕ，３１Ｌは直径φ１３８mm、厚さ５０mmに設定されている。
【００３４】
鋼製のスリット円板３２はフランジ３１Ｕ，３１Ｌと同直径からなり、中央部には貫通孔が形成されている。また、その周囲には等間隔に連結ボルト孔３８が形成されている。スリットＳは幅４６mmで、スリット円板３２の円心を中心として十字に形成されている。円板３３もフランジ３１Ｕ、３１Ｌと同直径で、中央部に貫通孔が形成されており、その周囲には等間隔に４つの連結ボルト孔３８が形成されている。
【００３５】
目詰まり試験装置３０は、図に示すように上側からフランジ３１Ｕ、スリット円板３２、円板３３、フランジ３１Ｌの順に重ねられ、連結ボルト３５を介して各部材が強固に締結されている。
【００３６】
連結ボルト３５は、トルク管理を行うことにより所定の軸力が導入されているため、グラウト材の注入時にスリットＳの幅が広がるのを防止することができる。また、連結ボルト３５の種類や径は、導入される軸力やグラウト材の注入圧力を設計条件として決定されている。また、重ね合わされる各部材の当接面からグラウト材が漏れないように、各当接面には表面仕上げが行われ、密着性を高めている。
【００３７】
グラウト材は図示しない圧送ポンプにより、注入孔３４より圧入される。圧入されたグラウト材は、十字に加工されたスリットＳを通り、４箇所の排出孔３７から排出される。そして、排出されたグラウト材の重量あるいは容積が測定されて、グラウト材の目詰まり特性が評価される。
【００３８】
以上のように、本発明の実施形態に係る目詰まり試験装置を用いれば、従来の試験装置では実施できなかったグラウト材の高圧注入条件下での目詰まり特性を把握することが出来る。その結果、実際に施工される注入条件に即した試験を行うことができ、最適なグラウト材の材料選定や注入圧力の設定等が行えるようになる。
【００３９】
なお、上述の実施例１，２は、各部材の形状や数量、その組み合わせなどを限定するものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、モールドの形状を角柱にしてもよいし、締結されるボルトの変わりに押圧可能な試験装置を使用して、グラウト材の注入圧力に抵抗してもよい。
実施例２において、円板に形成されたスリットは十字形に限定するものではなく、任意の形としてよい。また、円板にスリットを形成することにより、円板を交換することでスリットの条件を容易に変更することができる。しかし、スリット条件を変更する必要がない場合には、直接フランジに溝を形成して、円板を省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１に係る目詰まり試験装置の正面図。
【図２】本発明の実施例１に係るモールドの斜視図。
【図３】図１中の矢視III-IIIで示した目詰まり試験装置の平面図。
【図４】図１中のIV−IV断面線で示した目詰まり試験装置の平断面図。
【図５】図４中のV−V断面で示した目詰まり試験装置の立断面図。
【図６】本発明に係る実施例により得られた試験結果を表わしたグラフ。
【図７】本発明の実施例２に係る目詰まり試験装置の立断面図。
【図８】図７中のVIII−VIII断面線で示した目詰まり試験装置の平断面図。
【図９】従来のボーリング孔にグラウト材を注入する止水工法の例を示した概略図。
【符号の説明】
【００４１】
１０              目詰まり試験装置
１１Ｕ，１１Ｌ    ベースフランジ
１２Ｕ，１２Ｌ    モールド保持部
１２ｃ            モールド収容空間
１２ｔ            テーパ面
１３Ｕ，１３Ｌ    モールド支持部材
１４              注入孔
１５              連結ボルト
１６              排出孔
１７              グラウト材受け
２０              モールド
２２ｔ            テーパ部
２４              スリット（溝）
２５              ピン
２６              連結ボルト
２７              ザグリ
Ｓ                スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009025117.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009025117.tif 000009
【図８】
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【図９】
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