JP2668376B2 - グラウト注入工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、軟弱或いは滞水地盤を強化又は止水する
ためのグラウト注入工法に関するものである。

「従来の技術、発明が解決せんとする問題点」 近年、建設工事の発展と共に地盤改良技術の研究開発
も盛んになる一方で、環境保全も重要な課題となってい
る。

とりわけ、グラウト注入工法においては地下水の水質
保全の面からグラウトは域外への逸走もなく目的範囲を
確実に固結することが望まれる外、注入箇所周辺部の環
境への配慮、殊に地表面の隆起、建造物及び埋設物の変
状の防止も同時に解決していかねばならない課題であ
る。

ところで、従来のグラウト注入工法を施工方式により
大別すると、注入管を引き上げながら順次下方から上方
に向ってステップ注入する後退（上昇）式注入方式と、
注入管を下降させながら順次上方から下方に向ってステ
ップ注入する前進（下降）式注入方式に分けることがで
きる。

前者（後退式）は地盤を削孔して圧入したボーリング
ロッドをそのまま注入管として使用し、これを引き上げ
ながら順次ステップ注入を行うロッド注入工法であっ
て、装置が簡便で経済的に安価であることから、ほとん
どがこの方法を採用しているのが現状である。

注入管となるボーリングロッドの構造は単管の外に多
重管があり、特に多重管を用いた方法ではグラウト主剤
と反応剤を別々に流路を通じてロッド下端部まで導いて
混合するので、瞬結性グラウトを注入することができ、
一般に二重管瞬結工法として用いられているが、更にこ
の二重の流路を利用して、先ず瞬結性グラウトを注入
し、次いでこの瞬結性グラウトの注入された領域に緩結
性グラウトを注入し、順次二重管を引上げながら同様に
同一ステップにおいて瞬結性及び緩結性グラウトを交互
に注入する多重管複合グラウト工法へと発展してきた。

しかしながら、これらの後退式多重管工法では単管ロ
ッド工法の欠点であるグラウトの遠方への逸走を減少さ
せる改良点はあるものの、後退式注入方式の欠点である
注入グラウトが地盤の上部へ逸脱し易いという傾向を抑
制することができず、このことは上下の注入ステップ間
に未改良部分を残すことによる止水及び固化不良や、逸
脱による水質汚濁、更には上部逸脱による地表面の隆起
或いは建造物、埋設物の変状などを誘発する危険があ
る。

一方、後者（前進式）は、ストレーナー工法及びダブ
ルパッカー工法に代表され、この工法は地盤を削孔した
後にストレーナー管を挿入設置し、ストレーナー部の上
部から下部に向って順次ステップを移動して注入するも
のであるが、これらの前進式注入方式によれば、前者の
後退式ロッド注入工法の欠点である上部へグラウトが逸
脱し易い傾向を抑止できるが、装置が複雑である外、削
孔径が大きく、また注入管が地盤中に埋め残るなど総じ
てコスト高となる欠点がある。

更に、ストレーナー工法、ダブルパッカー工法の他に
公知の工法として、改良範囲上面までにガイド管を設置
し、これより先に前進注入を行うためにガイド管内に洗
浄管を挿入し、その先端から高圧水を噴射しながら先方
の地盤を第１ステップ分だけ削孔した後、この洗浄管を
引抜き、ガイド管にグラウトホースを接続してグラウト
を圧送し、前記削孔内から周辺地盤にグラウトを浸透注
入し、次いで再びガイド管内に洗浄管を挿入して第１ス
テップの固結物に圧入し、これを突き破った上で更に下
方の地盤中に第２ステップ分だけ圧入し、このガイド管
内に高圧水を圧送してその管内及び洗浄管周囲のスライ
ムを排出し、洗浄管を引抜いて前記同様に周辺地盤にグ
ラウトを注入し、更に同様の工程を繰返す前進式注入工
法も知られている（特公昭57−39336号）。

しかしながら、この工法においては、注入管を地盤中
に残すことはないが、前工程で造成した固結物及びその
下方地盤中に洗浄管を圧入するため、その圧入施工深度
に限界があり、しかも礫層や岩盤等の地層など地盤性状
によっては施工が不可能となるなどの欠点がある。

いずれにしても、これらの工法はステップの移動の度
に注入が停止されるので、作業能率の面でも問題があ
る。

「問題点を解決するための手段」 この発明は前記従来の課題を解決するために、地盤中
にボーリングロッドを所定深度まで掘進し、次いでボー
リングロッドを任意の位置まで引き上げながら、その削
孔跡内にグラウトを注入し、このグラウトの固結体中に
前記ボーリングロッドの中空部に挿入した注入管を圧入
し、順次圧入降下させながらグラウトを吐出させること
により、ロッド工法の簡便さで前進式注入の利点を生か
して連続的に注入施工することができ、目的とする範囲
を確実に改良し、水質の保全や地表面の隆起、建造物及
び埋設物の変状の防止を達成し得る合理的な工法を提案
するものである。

「実施例」 以下この発明を図面に示す実施例について説明する
と、第１図はこの発明の第一実施例を施工順に示したも
ので、先ず地盤中にボーリングロッド１を先端に掘削水
を圧送しながら先端ビット２により所定改良深度まで掘
進し（ａ）、次いでこのボーリングロッド１内に注入管
３を先端部まで挿入し（ｂ）、この注入管３をそのまま
残してボーリングロッド１を所定高さ引上げて注入管３
の先端から引上げにより残った削孔跡４内にグラウトS₁
の注入を開始し（ｃ）、引続きボーリングロッド１を改
良範囲の上限位置まで引上げながら、その間に順次注入
管３を引上げて削孔跡４内にグラウトS₁を注入充填し
（d,e）、後退式注入による第一工程を終了する。

次に、ボーリングロッド１の先端部まで引き上げた注
入管３を上記第一工程において充填したグラウトS₁の固
結体中に上方から圧入し、順次圧入前進させながらグラ
ウトS₂の吐出させ（ｆ）、順次同様に圧入前進させなが
らグラウトS₁の固結体の周囲の周辺地盤にグラウトS₂を
注入し、前進式注入による第二工程を終了する。

この場合においてグラウトS₂の注入は、グラウトS₁の
固結体中に注入管３を圧入するときのクラックを通して
注入されることが主で、徒としてグラウトS₂の噴出によ
り固結体を破って注入される。

用いるボーリングロッド１は、内部に注入管３を挿通
可能であれば単管でも多重管でもよく、注入管３を突出
させる先端部の開口には開閉自在の逆止弁５を設け、挿
入した注入管３の周囲をシールする。

第一工程に用いるグラウトS₁は、溶液型及び懸濁型の
いずれであってもよく、また望ましくは瞬結性である方
がよいが緩結性であってもよく、更にこれらの組合わせ
であってもよい。

要は前記削孔跡４の崩壊を防止し得る程度のもので、
特に前記第二工程における注入管３を圧入する時点にお
いてこれを比較的容易に圧入し得るような固結強度（圧
入時点の強度で、以後の経日強度や最終強度を意味しな
い）を保持するものであることが必要であり、注入量は
少なくとも削孔跡４の孔壁が保たれる量であればよい。

第二工程で用いるグラウトS₂は、望ましくは浸透性の
よい緩結性の溶液型である方がよいが、瞬結性及び懸濁
型であってもよく、要は前記第一工程のグラウトS₁の固
結体周囲の未固結の周辺地盤に注入し得るものであるこ
とが必要であり、瞬結性グラウトのみまたは緩結性グラ
ウトのみを注入する場合もあれば、最初に瞬結性グラウ
トを注入し、次いで緩結性グラウトを注入する場合もあ
り、更に溶液型又は懸濁型のいずれかを使用する場合、
或いは両者を併用する場合もある。

注入管３は、単管でも多重管でもよく、また鋼管のよ
うに剛性を有するものの他、合成樹脂管のように可撓性
を有するものであっても、削孔跡４に注入したグラウト
S₁の固結体中に圧入させ得る強度を保持するものであれ
ばよく、これを回転しながら又は回転することなく連続
的に又は所定ステップ毎に圧入する。

注入管３の先端には、例えば剛性の先鋭状のコーン６
を取付け、これに任意数の注入孔７を設ける。この場
合、注入孔７は先端下向きに設けて、グラウトS₂をジェ
ット式に噴射しながら注入管３を圧入するようにしても
よい。

なお、注入管３が軟質合成樹脂等のフレキシブルなも
のである場合には、第２図に示すように順次接続する剛
性ガイド管８に挿通して用いることができ、圧入作業時
に容易に屈曲し得るため、送り込み作業を低い位置で行
うことができて作業性がよく、運搬時に丸めて取扱うこ
とができる等の利点がある。

次に、第３図に示す第２実施例は、ボーリングロッド
１で削孔した後（ａ）、削孔時の掘削水のウォータース
イベルをシール部９を備えたスイベルに代えて注入管３
を、ボーリングロッド１の先端部まで挿入し（ｂ）、次
いでボーリングロッド１と共に注入管３を一体に引上げ
ながら、注入管３内にＡ液を、またボーリングロッド１
内にＢ液を圧送し、先端部においてＡ液及びＢ液を合流
混合したグラウトS₁を削孔跡４内に注入して（ｃ）、第
一工程を終了し、続いて上記第二工程と同様に注入管３
をグラウトS₁の固結体中に圧入しながら、注入管３内に
Ａ液及びＢ′液を混合したグラウトS₂を圧送して注入す
るようにしたものである。

この第二実施例では、第一工程の後退式注入時に注入
管３をボーリングロッド１と同時に引上げながらA,B二
液混合のグラウトS₁を注入し、また第二工程においてA,
B′二液混合のグラウトS₂を注入する点において、第一
実施例と相違する。

なお、この場合のグラウトS₁,S₂としては、後記表１
に掲げる配合のグラウトなどを用いる。

第４図は、この発明の工程の模式図を示したもので、
同図（ｅ）に示すように前進式ステップ注入による最終
ステップが終了した後、注入管３の引上げ途中において
グラウトS₂の追加注入を行うことも可能である。

また、第５図に示すように注入管３を引抜いた後
（ａ）、その引抜き跡に再び注入管３を挿入して前進式
注入により再注入することができ（ｂ）注入管３の引抜
き跡の充填は任意であるが、充填する場合はその充填グ
ラウトの固結強度として適当なものを用いる。

このようにして、再注入などを考慮した上で全ての工
程が終了した後、ボーリングロッド１を引抜いて回収す
る。

以下更にこの発明を具体的実験例に基づいて詳細に説
明する。

実験例１ ボーリングロッド１として第６図に示すように、内外
管間の先端部を底板10で閉鎖し、内管に連通孔11を設け
た二重管ロッドを用い、掘削前の立坑内を第７図に示す
ように1mピッチで深さ5mまで３本削孔した後、深さ2mま
で徐々に引上げながら内流路からＡ液を、また外流路か
らＢ液を圧送して先端で合流混合したＡ＋Ｂ液からなる
別紙表１に示すグラウトS₁を削孔跡４内に注入した（第
一工程）。

この注入工程は、１本当りの注入長3mを１ステップ長
50cmとして６ステップに分け、１ステップ当り70注入
し、最終ステップ時にボーリングロッド１を深さ2mまで
引上げて3mの削孔跡４に計420注入した。

土質は砂質土で深さ３〜4m間は礫質土であった。

次に、ボーリングロッド１の頂部のウォータースイベ
ルを取外し、その内管内に注入管３を挿入して人力によ
り前進させて先端をグラウトS₁の固結体中に圧入し、ボ
ーリングロッド１の下端から50cm繰り出したところで、
注入管３の後端のＹ字管の一方からＡ液を、また他方か
らＢ′液を圧送し、注入管３の内部で合流混合したＡ＋
Ｂ′液からなる別紙表−１に示すグラウトS₂の注入を開
始した（第二工程）。

この注入工程は、順次注入管３を圧入前進させながら
１ステップ長50cmとして６ステップに対して１ステップ
当り80（16／分）づつ計480注入した。

そして、他の２本の削孔にも同様の工程を繰返した。

実験例２ 実験１の隣りに並んで行い、削孔、改良深度、総注入
量、施工手順とも同じであったが、第一及び第二工程の
注入量を下記のように変化させ、また第二工程のグラウ
トS₂として、別紙表２に掲げる３種のグラウトS₂−Ｉ
（Ａ液＋Ｂ液）、S₂−II（Ａ液＋Ｂ′液）、S₂−III
（Ａ液＋Ｂ″液）を併用した。

第一工程（後退式注入） S₁（Ａ＋Ｂ） 10×６ステップ＝60 第二工程（前進式注入） S₂−Ｉ（Ａ＋Ｂ） 50×４ステップ＝560 S₂−II（Ａ＋Ｂ′） 90×４ステップ＝560 S₂−III（Ａ＋Ｂ″） 50×２ステップ＝280 S₂−II（Ａ＋Ｂ′） 90×２ステップ＝280 即ち、実験１では第一工程の後退式注入時に溶液型の
瞬結性グラウトS₁（Ａ液＋Ｂ液）を１ステップ当り70
注入したのに対し、実験２では削孔跡４の孔壁の崩壊を
最小限防止し得る程度に１ステップ当り10と低く抑え
た。

また、実験１では第二工程の前進式注入時のグラウト
S₂として溶液型の緩結性グラウト（Ａ液＋Ｂ′液）を単
用したが、実験２では各ステップにおいて最初に瞬結性
グラウト（S₂−I,S₂−III）を注入した後、続いて緩結
性グラウト（S₂−II）を注入し、特に深さ３〜4m間の２
ステップ分は砂礫土に当るため、最初に懸濁型の瞬結性
グラウト（S₂−III）を注入した後、続いて溶液型の緩
結性グラウト（S₂−II）を注入した。

前進式注入におけるＢ液とＢ′液及びＢ″液の切換え
は、グラウトポンプのサクション□で行った。

注入管３に用いた可撓性硬質パイプは全長が10mと比
較的短いこともあって、単管のまま使用して緩結性グラ
ウトはもとより瞬結性グラウトをも注入することができ
た。

なお、今回の実験では改良範囲が浅いため注入管３は
人力で圧入したが、実際施工においては圧入ジャッキや
挟圧送りローラー装置など機械的圧入手段を用いて機械
的に自動化することが望ましい。

実験1,2の結果及び考察 実験1,2の注入効果の観察は立坑掘削時に目視により
行ったが、第二工程において上部層から下部層に向って
順次注入位置を移動してゆくいわゆる前進式注入を行う
ことで、上部へ逸脱し易いグラウトの傾向は抑えられ、
各注入孔間でグラウトの浸透が相互に干渉し合って好結
果を得た。

なお、今回の実験では、第一及び第二工程とも１ステ
ップ長を0.5mとして段階的に注入したが、それぞれノン
ステップでゆっくり連続的に前進式注入或いは後退式注
入を行うことも可能である。

また、今回の実験では第一工程である後退式注入に用
いたグラウトS₁はいずれも水ガラス系の溶液型であった
ので、第二工程における注入管３の圧入時のホモゲル強
度が一軸圧縮強度で0.5Kg/cm²程度と小さく容易に圧入
できて好適であった。

更に、第一工程、第二工程に用いるグラウトS₁,S
₂と、その組合せは今回の実験1,2に例示的に示したが、
当然これに限定されるものではなく、例えば第一工程の
注入時に緩結性グラウトを用いてもよく、溶液型の他に
懸濁型を用いてもよく、これらを併用してもよい。

ただし、特に懸濁型のグラウトを用いる場合は、セメ
ント成分の有無や含有量など、固結強度や強度発現の経
時的変化を知った上で注入管の圧入可能な強度範囲で使
用することが必要である。注入管３の圧入可能な強度
は、圧入時点での強度（一軸圧縮強度）で約２〜3Kg/cm
²程度であり、好ましくは1Kg/cm²以内がよい。

また、第二工程で用いるグラウトS₂は、 緩結性で懸濁又は溶液型或は両者の併用。

瞬結性で懸濁又は溶液型或は両者の併用。

緩結性で懸濁型と、瞬結性で溶液型の併用。

瞬結性で溶液型と、緩結性で溶液型の併用。

瞬結性で懸濁型と、緩結性で溶液型の併用。

などを用いることができる。

なお、第一工程、第二工程で用いるグラウトは水ガラ
ス系でもよく、また今回実験に用いた一例の如きアルカ
リ性領域のグラウトの他に、中性領域のグラウト、酸性
領域のグラウトを用いることもできるし、これらを例え
ば第一工程でアルカリ性領域のグラウト、第二工程で中
性又は酸性領域のグラウトを用いたり、第一工程で中性
又は酸性領域のグラウト、第二工程でアルカリ性領域の
グラウトを用いたり、更に第二工程での上記の組合わせ
も可能である。

また、第一工程、第二工程で用いるグラウトは、上記
水ガラス系の他に有機高分子系のグラウト、例えばウレ
タン（非ウレタン）系加水反応型グラウト、リグニン系
グラウトなどを用いることもできる。

また、粘土系、セメント系グラウトなど任意のグラウ
トを用いることができる。

更に、この発明の工法は下向きのみならず、上向、水
平など任意の方向に施工することができる。第二工程で
行う注入圧力は、低圧注入ならば50Kg/cm²以内で行い、
また高圧注入として50〜500Kg/cm²で行うこともでき
る。

要するに、この発明は任意のゲルタイムの各種のグラ
ウトを単用又は併用し、第一工程で削孔跡４に充填され
たグラウトS₁の固結強度が、第二工程で行う注入管３の
圧入が可能な強度であって、注入位置を前進方向に移動
することにより、上方へのグラウトS₂の逸脱し易い傾向
を抑えながらグラウトS₁の固結体の周囲の周辺地盤に注
入することを特徴とするものである。

「発明の効果」 以上の通りこの発明によれば、後退式注入と前進式注
入を合理的に組合せて、ロッド工法の簡便さで前進注入
の利点を生かして連続的に注入施工することができ、目
的とする範囲を確実に改良し、水質の保全や地表面の隆
起、建造物並びに埋設物の変状の防止を確実に達成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）はこの発明の第一実施例を工程順
に示す縦断面図、第２図（ａ），（ｂ）はこの発明に用
いる可撓性注入管の使用態様を示す縦断面図、第３図
（ａ）〜（ｅ）はこの発明の第二実施例を工程順に示す
縦断面図、第４図（ａ）〜（ｅ）はこの発明の工程を模
式的に示した縦断面図、第５図（ａ）〜（ｃ）は同他の
工程を模式的に示す縦断面図、第６図（ａ）〜（ｄ）は
この発明の実験例の工程を示す、第７図は同実験例の削
孔態様を示す平面図である。 １……ボーリングロッド、２……ビット、３……注入
管、４……削孔跡、５……逆止弁、６……コーン、７…
…注入孔、８……剛性ガイド管、９……シール部、10…
…底板、11……連通孔、S₁,S₂……グラウト。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地盤中にボーリングロッドを所定深度まで
   掘進し、次いでボーリングロッドを任意の位置まで引き
   上げながら、その削孔跡内に下記Ａ）の条件のグラウト
   を注入する第一工程と、前記ボーリングロッドの中空部
   に挿入した注入管を前記第一工程において注入したグラ
   ウトの固結体中に圧入し、順次前進させながら下記Ｂ）
   の条件のグラウトを注入する第二工程とからなり、 Ａ）前記第一工程に用いるグラウトは、溶液型や懸濁型
   の瞬結性、緩結性のいずれか或はこれらの組合わせであ
   ってもよく、前記削孔壁の崩壊を防止し、前記第二工程
   における注入管を圧入する際にこれを圧入し得るような
   固結強度を保持すること。 Ｂ）前記第二工程におけるグラウトは、溶液型や懸濁型
   の瞬結性、緩結性のいずれか或いはこれらの組合せであ
   ってもよく、前記第一工程のグラウト固結体周囲の周辺
   地盤に注入し得るものであること。 を特徴とするグラウト注入工法。