(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に薬液等の注入液を注入する方法であって、注入液をタンク内に貯留して水頭圧により地盤中に連続的に注入するとともに、注入経路の途中に設置した減圧装置により注入圧力を調節することを特徴とする地盤への注入液の注入方法。
【請求項２】
請求項１記載の注入方法により地盤に薬液等の注入液を注入するための装置であって、注入液を貯留して水頭圧により地盤中に注入するタンクと、注入経路の途中に設置されて注入圧力を調節する減圧装置とを具備してなることを特徴とする地盤への注入液の注入装置。
【請求項３】
地盤に薬液等の注入液を注入する方法であって、注入液を調圧槽から水頭圧により地盤中に連続的に注入するとともに、調圧槽内を負圧とすることで注入圧力を自然水頭圧よりも低下させることを特徴とする地盤への注入液の注入方法。
【請求項４】
請求項３記載の注入方法により地盤に薬液等の注入液を注入するための装置であって、注入液を貯留するとともに負圧を維持可能な調圧槽と、調圧槽内を所望の負圧に維持するための制御機構を具備してなることを特徴とする地盤への注入液の注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤改良に際して改良対象地盤に薬液を注入する際などに適用して好適な地盤への注入液の注入方法およびそれに用いる注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の薬液注入工法では、定量薬液注入ポンプを用いて一定流量の薬液を一定速度で注入するという定量注入方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の定量薬液注入ポンプよる定量注入方法では、次のような問題がある。
【０００４】
▲１▼ある注入速度ｑでの注入圧力ｐがどのようになるかを予め机上で予測することは困難である。
【０００５】
▲２▼注入時の注入圧力ｐを推定するには、事前に現地で実機を用い、注入速度ｑを段階的に変えながら注入圧力ｐを測定するという注入試験を実施し、注入速度ｑと注入圧力ｐの関係を求めておく必要がある。しかし、この注入試験で注入速度ｑと注入圧力ｐの関係を正確に求めるためには、かなりの技術と手間、費用を要する。このため、現実には、注入速度ｑとともに注入圧力ｐの上限値を経験的に設定し、施工に当たっているのが実状である。
【０００６】
▲３▼近接構造物がある場合や、地盤変状、地表への噴出が懸念される場合などには、注入圧力ｐを細かく調整する必要があるが、定量注入方法では直接制御できるのは注入速度ｑ（つまり流量）であり、注入圧力ｐを細かく調整し制御することは容易ではない。
【０００７】
▲４▼注入圧力ｐを十分に低く設定する必要がある場合には、注入速度ｑを低く設定しなければならないが、通常の定量薬液注入ポンプでは注入速度ｑを毎分数リットル程度と低く設定すると、一定流量を保持するのが困難になったり、圧力変動（脈動）が生じることがある。
【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は、定量薬液注入ポンプによる定量注入方法に代わる有効な注入方法とそれに用いる注入装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、地盤に薬液等の注入液を注入するための他の方法であって、注入液をタンク内に貯留して水頭圧により地盤中に連続的に注入するとともに、注入経路の途中に設置した減圧装置により注入圧力を調節することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明の注入方法により地盤に薬液等の注入液を注入するための装置であって、注入液を貯留して水頭圧により地盤中に注入するタンクと、注入経路の途中に設置されて注入圧力を調節する減圧装置とを具備してなることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、地盤に薬液等の注入液を注入するためのさらに他の方法であって、注入液を調圧槽から水頭圧により地盤中に連続的に注入するとともに、調圧槽内を負圧とすることで注入圧力を自然水頭圧よりも低下させることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項３の発明の注入方法により地盤に薬液等の注入液を注入するための装置であって、注入液を貯留するとともに負圧を維持可能な調圧槽と、調圧槽内を所望の負圧に維持するための制御機構を具備してなることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
なお、以下で説明する第１〜第３実施形態のうち、第１実施形態はそれ自体では本発明の実施形態といえるものではないが、第２〜第３実施形態と組み合わせることができるものであるから、以下の説明では便宜的に第１実施形態として説明する。
図１はその第１実施形態を示すもので、注入装置１を用いて改良対象の地盤２に薬液３（注入液）を注入している状況を示す概要図である。
【００１７】
図中、符号４は加圧槽、５は加圧槽４内を加圧するためのコンプレッサ、６は加圧槽４の内圧を制御するための制御装置である。符号７は加圧槽４に薬液３を補給するための補給装置であって、これは貯液槽８と送液ポンプ９から構成されている。符号１０は補給装置７の制御器、１１は液量検出器である。
【００１８】
加圧槽４に付設されている制御装置６は、加圧槽４内の液位を適正に維持するように補給装置７を制御して薬液３の補給を行うとともに、加圧槽４内の液位が下がることに伴う圧力低下や、薬液補給に伴う加圧槽４内の圧力上昇を検知して、コンプレッサ５を制御して加圧槽４内の圧力を常に一定に保持するように制御するものである。
【００１９】
本実施形態の注入装置１は、上記のように加圧槽４の圧力を制御装置６により一定に保持しつつ、加圧槽４内の薬液３を注入ホース１２から注入井１３を通して地盤２に連続的に加圧注入することにより、定量薬液注入ポンプによって一定流量の薬液を一定速度で注入するという従来の定量注入方法における問題点を一気に解決することができるものである。
【００２０】
すなわち、上記の注入装置１による注入方法では、地盤２の状況に応じて最適の注入圧力ｐを設定して、その注入圧力ｐを維持することで薬液３を安定にかつ連続的に注入することができることはもとより、特に以下のような効果が得られる。
【００２１】
▲１▼注入圧力ｐが数１０kPa程度の低い場合であっても、簡単にかつ精度良く一定圧での注入が可能である。
【００２２】
▲２▼注入圧力ｐが低い場合であっても、その注入圧力ｐを直接制御できるので、近接構造物がある場合や地盤変状が懸念される場合などには注入圧力ｐを細かく調整することができる。
【００２３】
▲３▼従来の定量薬液注入ポンプは特殊で高価な製品であり、トラブルも比較的多く、面倒な保守を必要とするのに対し、本実施形態の注入装置１では広く普及している安価で信頼性の高い機器のみを使用することで済み、したがって装置全体を安価とでき、保守も簡単であり、騒音や振動も少なく、数日間にわたる長時間の連続運転も安心して行うことができる。
【００２４】
▲４▼貯液槽８と送液ポンプ９による補給装置７を備えることで、長時間にわたる連続運転が可能であるし、圧力容器である加圧槽４を小形、軽量のものとできる。
【００２５】
▲５▼従来においては注入井ごとに定量薬液注入ポンプを必要とするが、本注入装置１は複数の注入井に対して分岐注入することも可能であり、その場合、各注入井ごとに流量計を設ければ足りる。
【００２６】
次に、図２は本発明の第２実施形態である注入装置２０により薬液の注入を行っている状態を示すものである。本実施形態は、薬液３を加圧することなく水頭圧のみで注入することとし、かつ、注入圧力ｐが過大にならないように制御する場合に適用したものである。すなわち、たとえば（ａ）に示すように既設構造物２１の下方地盤に地盤改良のための薬液３（注入液）を注入する場合、あるいは（ｂ）に示すように立坑２２の下方地盤に対して薬液３を注入するような場合においては、薬液３を貯留するタンク２３を改良範囲よりも上方に配置すれば格別に加圧せずとも水頭圧のみで加圧注入することが可能であるが、その場合においてはタンク２３の設置位置（改良範囲からの高さ）によっては水頭圧つまり注入圧力ｐが過大になり、既設構造物２１や隣接構造物２４に対して悪影響を及ぼす懸念が生じることも想定される。
【００２７】
そこで、そのような場合には、注入経路の途中の所望の位置たとえば注入井１３の直上位置等に減圧装置２５を組み込み、その減圧装置２５によって減圧を行うことにより、注入圧力を自然水頭圧よりも低下させて適正圧力で注入を行うことが可能である。
【００２８】
なお、本第２実施形態の注入装置２０は、単なるタンク２３と減圧装置２５を具備するものであるが、あるいは図１に示した注入装置１を転用してそれに減圧装置２５を付加し、コンプレッサ５を稼働することなく加圧槽４を単なるタンク２３として使用することでも良く、そのようにすれば上記の注入装置１を様々な注入条件に対応させて広く適用できるものとなる。
【００２９】
図３は第３実施形態の注入装置３０により注入を行っている状態を示す図である。本実施形態は、薬液３を調圧槽３１から水頭圧により地盤中に連続的に注入するのであるが、調圧槽３１の内圧Ｖを大気圧以下の負圧とすることで注入圧力ｐを自然水頭圧よりも低下させ、それにより注入圧力ｐを十分に低く設定できるものである。
【００３０】
図３に示す注入装置３０において、符号３１は既に述べたように負圧を維持可能な調圧槽、３２は調圧槽３１の内圧Ｖを所定の負圧に維持するための制御機構である。この制御機構３２は、調圧槽３１から真空引きを行う真空ポンプ３３、真空ポンプ３３に付設された補助タンク３４、真空ポンプ３３の作動を制御する真空ポンプ制御装置３５、調圧槽３１内の圧力（負圧）を検出する圧力センサ３６、調圧槽３１に空気を吸い込むことで負圧を調節するリーク装置３７、リーク装置３７の作動を制御する真空度制御装置３８から構成されている。また、符号３９は調圧槽３１に薬液を補給するための補給装置であって、これは貯液槽４０と送液バルブ４１から構成され、その制御器４２と液量検出器４３が備えられている。
【００３１】
調圧槽３１の負圧を維持するための上記の制御機構３２は、調圧槽３１内における薬液３の液位低下に伴う内圧Ｖの低下を圧力センサ３６により検出し、それに基づきリーク装置３７の開度を調節して調圧槽３１に空気を吸い込み、圧力低下を補償して内圧Ｖを一定に維持するように構成されている。また、補給装置３９は、液量検出器４３の検出結果に基づいて、リーク装置３７を閉じて送液バルブ４１を開くことにより薬液３を貯液槽４０から調圧３１槽へ吸い込ませて補給し、その際には真空ポンプ３３を運転して調圧槽３１の内圧Ｖを維持するように構成されている。
【００３２】
本実施形態では、高所に設置した調圧槽３１から薬液３を地盤２に対し水頭圧によって注入するのであるが、調圧槽３１内の液位から地下水位までの落差（図中のＨ＋Ｌ）が大きい場合には、そのままでは注入圧力ｐが過大になって周辺地盤への悪影響が懸念される場合があるので、本実施形態では調圧槽３１の内圧Ｖを大気圧以下の負圧に維持することにより、その内圧Ｖ分だけ自然水頭圧を相殺して注入圧力を低下させることができる。つまり、この場合の実際の注入圧力ｐはｐ＝Ｈ＋Ｌ−Ｖとなり、注入装置３０を高所に設置せざるを得ないような制約がある場合であっても、内圧Ｖを適切に設定することで注入圧力ｐを適正に設定することが可能となる。
【００３３】
また、上記注入装置３０は、薬液３の注入時はリーク装置３７を操作するのみで真空ポンプ３３を常時運転する必要はないし、また送液バルブ４１を開くことのみで補給槽４０から調圧槽３１への薬液３の補給が自ずと行われるので格別の送液ポンプを必要とせず、したがって装置全体を簡略な構成とでき操作も簡便である。勿論、本実施形態では薬液３を大気中ではなく地盤中に注入するものであるし、特に地下水位よりも下方に注入することで実質的に水中に注入することになるので、調圧槽３１を負圧にしても注入井１３から空気が吸い込まれるようなことはなく、安定な注入が可能である。ただし、吐出口の位置を調圧槽よりも下位にすること、その差圧以内に負圧を留める必要があることは当然である。
【００３４】
なお、本第３実施形態における内圧Ｖによる自然水頭圧の低減効果は、当然に最大でも１０ｍ程度（内圧Ｖを完全に真空にした場合）であるので、落差が著しく大きいような場合には上記の第２実施形態を併用し、図３に示すように注入井１３の直上部に減圧装置２５を設置することも考えられる。
【００３５】
また、図１に示した第１実施形態における注入装置１を転用して、その加圧槽４に調圧槽３１の機能をもたせ制御機構３２を付加することで、本第３実施形態の注入装置３０として使用することができる。換言すれば、図３に示した第３実施形態の注入装置３０を転用し、その調圧槽３１に加圧槽４の機能をもたせてコンプレッサ５を設けることにより、第１実施形態の注入装置１として使用することができる。そして、第１実施形態から第３実施形態の注入装置１，２０，３０の機能を全て併せ持つような注入装置を採用すれば、その注入装置のみで注入圧力を十分な高圧から十分な低圧まで幅広く設定することができ、様々な施工条件に対応可能となる。
【００３６】
以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は地盤改良に際して薬液を注入する場合のみならず、各種の注入液を種々の目的で地盤に注入する場合全般に広く適用できるものであり、たとえば地盤に対する注水試験、特に低い圧力領域での注入圧力ｐ−注入速度ｑの関係を求めるための注水試験を行う場合に好適に採用可能である。また、本発明の注入装置は上記各実施形態に限定されることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜の設計的変更が可能であることは言うまでもない。
【００３７】
ところで、上記各実施形態のような注入方法により地盤に薬液を注入して地盤改良を行った後には、改良効果を確認するための透水試験を行う必要があるので、以下、そのための好適な試験方法について図４〜図５を参照して説明する。
【００３８】
上記のような地盤改良を行った後の地盤は、その透水係数が１０-5〜１０-7ｃｍ／ｓ程度と十分に透水性が低い改良土となるため、そのような低透水性の改良土に対する透水試験は長時間を要するものとなり、図４に示すような加圧定水位透水試験を行うことが従来一般的である。これは改良土の供試体５０を加圧しつつ透水試験を行うもので、加圧送水室５１に蒸留水を満たして圧縮空気により加圧し、その加圧水５２を透水容器（三軸圧力室）５３内の供試体５０に加圧供給することで透水性を確認するようにしたものである。この場合、供試体５０を常時飽和状態に維持する必要があり、そのため供試体５０に通す加圧水５２としては空気を含まない脱気水を用いる必要がある。しかし、従来においては蒸留水を圧縮空気により直接的に加圧することから、加圧水５２中に空気が溶け込んでしまって脱気状態を維持できなくなり、空気を含んだ加圧水５２が供試体５０に供給された後に気泡となって出現し、そのため供試体５０の飽和度が低下して十分な試験精度が得られない場合がある。
【００３９】
そこで、蒸留水を直接的に加圧するのではなく、図５に示すように加圧送水室５１内にゴム袋５４を設け、そのゴム袋５４を空気圧により膨張させることで蒸留水（脱気水）を間接的に加圧すれば、加圧水５２に空気が溶け込むことが防止されて脱気状態が維持され、高精度の試験が可能となる。なお、ゴム袋５４を設けることに代えて加圧送水室５１内をゴム膜により区画し、ゴム膜を介して加圧するようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１の発明の注入方法は、注入液をタンクから水頭圧によって地盤中に連続的に注入するとともに、注入経路の途中に設置した減圧装置により注入圧力を調節するので、格別の加圧手段を必要とせず、また注入圧力が過大になることも防止することができる。
【００４４】
請求項２の発明の注入装置は、注入液を貯留して水頭圧により地盤中に注入するタンクと、注入経路の途中に設置されて注入圧力を調節するための減圧装置とを具備するので、極めて簡便な構成で注入液を適正圧力で注入することができる。
【００４５】
請求項３の発明の注入方法は、注入液を調圧槽から水頭圧により地盤中に連続的に注入するとともに、調圧槽内を負圧とすることで注入圧力を自然水頭圧よりも低下させるので、注入装置を高所に設置して自然水頭圧が大きくなる場合であっても注入圧力を十分に低く設定することが可能であり、最適条件での注入が可能である。
【００４６】
請求項４の発明の注入装置は、負圧を維持可能な調圧槽と、調圧槽内を所望の負圧に維持するための制御機構を具備するので、簡略な構成かつ簡便な操作で注入圧力を十分に低く設定でき、上記の注入方法を確実かつ効率的に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態を示す概要図である。
【図２】  本発明の第２実施形態を示す概要図である。
【図３】  本発明の第３実施形態を示す概要図である。
【図４】  改良土に対する加圧透水試験の概要を示す図である。
【図５】  同、加圧送水室の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  注入装置
２  地盤
３  薬液（注入液）
４  加圧槽
５  コンプレッサ
６  制御装置
７  補給装置
８  貯液槽
９  送液ポンプ
１０  制御器
１１  液量検出器
１２  注入ホース
１３  注入井
２０  注入装置
２３  タンク
２５  減圧装置
３０  注入装置
３１  調圧槽
３２  制御機構
３３  真空ポンプ
３７  リーク装置
【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】
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