JPH0216353B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水ガラス系固結薬液を軟弱または漏水
地盤（以下単に地盤という）に注入して地盤の固
結または止水（以下単に固結という）を計る地盤
注入装置に関し、さらに詳細には水ガラスの反応
剤として炭酸ガスを用いた地盤注入工法に関す
る。

従来、地盤を固結させるに際し、水ガラス水溶
液とその硬化剤との混合注入は液−液または固液
の状態で行なわれて来たが、硬化剤として炭酸ガ
スを利用する工法が提案されるに至り、薬液が気
−液の状態で混合注入されることが必要となつた
が、未だその実用化には至らなかつた。その理由
は水ガラス水溶液に炭酸ガスを合流させて注入す
る場合、両者はその容積流量比率ではなく絶対流
量比率（水ガラスのアルカリ量と炭酸ガスとの当
量関係）をある一定範囲にしないと、所定の固結
現象を起こさせることは不可能であるからであ
る。特に困難な点は公知の液−液混合による工法
では、水ガラス水溶液も反応剤水溶液もそれぞれ
合流される流量そのものがほぼその絶対量である
のに反して、炭酸ガスは合流される流量が一定で
あつても、注入の圧力が変化するとその絶対量は
大巾に変動し、従つて水ガラスとの比率が一定で
なくなり、この反応によつて生成するゲル化現象
にばらつきを生じあるいは固結しないという欠陥
を有していた。

本発明の目的は水ガラス水溶液と二酸化炭素を
合流する際に前記合流が均質かつ充分に行なわれ
得る地盤注入装置を提供することにある。

前述の目的を達成するため、本発明によれば、
水ガラスおよび二酸化炭素の混合部と、この混合
部に連通された、それぞれ水ガラス送流系統およ
び二酸化炭素送流系統と、前記水ガラス送流系統
に設置された水ガラス流量検出器と、前記混合
部、水ガラス送流系統または二酸化炭素送流系統
のいずれか任意の個所に設置された二酸化炭素圧
力検出器と、前記二酸化炭素送流系統に設置され
た二酸化炭素流量調整弁と、前記水ガラス流量検
出器、二酸化炭素圧力検出器および二酸化炭素流
量調整弁とそれぞれ接続された比率設定器とを備
えてなることを特徴とする。

以下、本発明を添付図面を用いて説明する。

第１図ａ，ｂおよび第２図ａ，ｂはそれぞれ本
発明装置に使用される注入管の一具具体例の断面
図ならびに工程図を示す。

１は外管である。外管１の側壁には外管吐出口
５が設けられる。さらに外管１の管路２には内管
３が内蔵されるとともに先端３ａが開放され、か
つ先端３ａ付近の内管側壁には内管吐出口６が設
けられ、さらに内管３の先端には貫通孔８を有す
る弁７が上下に移動自在に嵌合されている。この
弁７は外管１の内壁を摺動して外管吐出口５を開
閉する弁体７ａおよび内管３の外壁を摺動して内
管吐出口６を開閉する弁体７ｂを備えて形成され
る。なお、４は内管管路、９はスプリング、１０
は弁７の貫通孔８を閉束する閉束突片、１１はメ
タルクラウンである。

このように構成される装置は第１図ａに示され
るように外管管路２よりボーリング水を送水し、
貫通孔８を経て地盤を掘削する。このとき、弁７
の弁体７ａ，７ｂはそれぞれ外管吐出口５および
内管吐出口６を閉束するとともに、貫通孔８は開
放されている。

次いで、第１図ｂに示されるように内管管路４
より炭酸ガスを送り、かつ外管管路２より水ガラ
ス水溶液を送る。

この場合、スプリング９は特定の圧力が加わつ
てはじめて収縮するのであるから、その圧力を
ΔPとすると、内管管路４内の炭酸ガス圧力が外
管管路２内の圧力よりもΔPだけ高い圧力を保つ
てはじめて弁７は炭酸ガス圧力により下方に移動
する。このとき内管吐出口６が開口すると同時に
外管吐出口５も開口し、内管管路４内の炭酸ガス
は内管吐出口６を経て外管管路２内の水ガラス中
に噴出して混合され、外管吐出口５から地盤中に
注入される。このとき、貫通孔８はもちろん閉束
突片１０によつて閉束される。

なお、両成分の合流液が地盤中に注入された
後、炭酸ガスの送流を中止し、装置を第１図ａに
示される状態にもどして外管管路２からゲル化時
間の長い水ガラスと反応剤の混合液を送液して貫
通孔８を通じて地盤中に注入し、これにより水ガ
ラスと炭酸ガスの合流液が浸透しきれなかつた部
分を固結することもできる。

第２図は内管吐出口６が注入管外に導かれるよ
うに構成され、かつ弁７の弁体７ｂが内管管路４
内に摺動自在に嵌合されて内管３の内壁から内管
吐出口６の開閉を行なうようにしたことを除いて
第１図の注入管の構造と同じである。この場合水
ガラスと炭酸ガスは注入管外で混合されるので瞬
結性グラウトの注入に適している。第２図ａ，ｂ
の工程図も第１図ａ，ｂと同じであるので説明を
省略する。

なお、１２は吐出口１３はボールバルブ１４は
スプリングである。

第３図は第８図は本発明装置の具体例を示すも
のである。これらは水ガラス水溶液中により高い
圧力で炭酸ガスを噴出する際に、水ガラス流量に
対する炭酸ガスの絶対量が所定の一定比率を保つ
ことを可能にするものであつて、確実な配合が期
待できるととも均質な固結体を得ることを可能な
らしめたものである。

図中、１７は水ガラス水溶液と二酸化炭素を混
合する混合部、例えばラインミキサーである。こ
の混合部１７には水ガラス送流系統と、二酸化炭
素送流系統が連通される。水ガラス送流系統は水
ガラス水溶液の貯蔵槽１５と、この貯蔵槽１５と
混合部１７とを接続する管路２７と、この管路２
７に設置されたバルブ２５およびポンプ２０とか
ら構成され、また水ガラス送流系統は二酸化炭素
貯蔵槽１６、例えば加圧液体炭酸ガスボンベと、
この貯蔵槽１６と混合部１７とを接続する管路２
８と、この管路２８に設置された逆止弁２６とか
ら構成される。３６はバルブである。さらに水ガ
ラス送流系統の任意の個所、例えばポンプ２０の
下流の管路２７には水ガラス流量検出器２１が設
置され、また、混合部１７、水ガラス送流系統ま
たは二酸化炭素送流系統のいずれかの任意の個
所、例えば管路２８には二酸化炭素圧力検出器２
４が設置され、さらに二酸化炭素送流系統、例え
ばバルブ３６と炭酸ガス圧力検出器２４との間の
管路２８には二酸化炭素流量調整弁１９が設置さ
れる。さらに前記装置は比率設定器１８を備えて
なり、この比率設定器１８は回路Ａ１を介して流
量検出器２１と接続されるとともに回路Ａ３を介
して二酸化炭素圧力検出器２４と接続され、かつ
回路Ｂ１を介して炭酸ガス流量調整弁１９と接続
される。なお３７は混合液の受液槽である。ま
た、比率設定器１８として具体的にはデジタルコ
ントローラ、例えばダイレクトデジタルループコ
ントローラが用いられる。

このように構成された前記装置はまず、貯蔵槽
１５中の水ガラス水溶液をポンプ２０の作動によ
バルブ２５を経て管路２７を通して混合部１７に
送液する。この場合、水ガラス水溶液はポンプ２
０によらずに自然落下させることもできる。この
ときの水ガラス水溶液の単位時間当りの流量値は
流量検出器２１で検知され、回路Ａ１を通して比
率設定器１８に伝達される。

一方、炭酸ガスボンベ２中の炭酸ガスはバルブ
３６および逆止弁２６を経て管路２８を通つて混
合部１７に送液されるが、このと炭酸ガス圧力検
出器２４により炭酸ガスの圧力が検知され、この
値は回路Ａ３を通して比率設定器１８に伝達され
る。比率設定器１８ではこれらの情報にもとづい
て回路Ｂ１を通して二酸化炭素流量調整弁１９に
指示を与え、この指示を受けた二酸化炭素流量調
整弁１９は水ガラス水溶液および炭酸ガスの流量
比率が比率設定器１８で定められた一定比率を保
持するように管路２８を流れる炭酸ガスの流量を
調整する。すなわち、比率設定器１８では水ガラ
ス水溶液の流量に対して炭酸ガスの絶対流量が所
定の比率になるように炭酸ガスの圧力に対応して
炭酸ガスの流量を演算し、これを回路Ｂ１を通し
て流量調整弁１９に指示することにより流量調整
弁１９を制御する。この結果、水ガラス水溶液お
よび炭酸ガスは混合部１７で所望の一定比率に混
合されて所望の配合の水ガラス−炭酸ガス混合液
が形成される。この混合液は受液槽３７で受液さ
れ、地盤中に注入される。

なお、管路２７，２８は後述のごとく多重注入
管の管路に直接接続され、前記注入管の所定の位
置で両成分の混合が行なわれてもよい。また、前
記両成分は注入管に吐出されてから混合されても
よい。前記両者の場合、いずれも注入管が混合部
となる。

また、圧力検出器２４は炭酸ガスの送流圧力に
関連する圧力を検出する装置であつて、混合部１
７あるいは管路２７等の水ガラス送流系統に設置
して炭酸ガスの送液圧力を間接的に感知してもよ
い。さらに貯蔵槽１５における水ガラス水溶液は
水ガラスと反応剤の混合液であつてもよく、この
場合、炭酸ガスは促進剤として作用する。

前述の装置において逆止弁２６を水ガラス水溶
液の圧力よりも高い圧力に達したときにはじめて
開弁するようにあらかじめ設定しておくことによ
り、炭酸ガスの圧力が水ガラスの圧力よりも高い
圧力に保たれるとともに両成分の混合比率も一定
に保持される。

なお、前述の装置は第４図に示されるように管
路２７に水ガラス水溶液の圧力を検出するための
圧力検出器２２を設置するとともにこの圧力値を
比率設定器１８に伝達するための回路Ａ２を設
け、さらに管路２８に炭酸ガスの流量を検出する
ための流量検出器２３を設置するとともにこの流
量値を比率設定器１８に伝達するための回路Ａ４
を設けることもできる。この場合、比率設定器１
８は現状の炭酸ガスの圧力値および水ガラスの流
量値のほかに炭酸ガスの流量値ならびに水ガラス
の圧力値も感知し、これにより水ガラス水溶液の
流量に対する炭酸ガス絶対量の現状比率（プロセ
スバリユー）を把握し、水ガラス水溶液と炭酸ガ
スが所定の設定比率（セツトバリユー）になるよ
うに調整弁１９を制御する。

第５図は第４図における混合部１７として多重
注入管を用いた本発明に用いる装置の具体例を示
す。この種の装置では外管２９の管路から水ガラ
ス水溶液を送液し、かつ内管３０の管路から炭酸
ガスを送り、両成分は注入管先端部で合流されて
吐出口３５から地盤中に注入される。

なお、前述の注入管において、先端部を第１図
ないしは第２図の構造とすることもでき、この場
合、炭酸ガスの圧力を水ガラス水溶液の圧力より
も高くするために逆止弁２６ならびに比率設定器
１８を用いるとともに第１図ないしは第２図の注
入管をも用いることになり、より確実な圧力が調
整される。

なお、３１は逆止弁３２はメタルクラウンであ
る。第５図の本発明にかかる装置を用いることに
より、水ガラスと炭酸ガスの合流液を所定量吐出
口３５から地盤中に注入して注入管まわりや粗い
地層部分を急速に固結して後、水ガラスと反応剤
の混合液からなるゲル化時間の長いグラウトに切
り換えて注入することもでき、さらに水ガラスと
反応剤の混合液を外管２９の管路から送液し、か
つ内管３０の管路から炭酸ガスを間欠的に送液し
て前記混合液に合流し、ステージを移動しながら
前記合流液を地盤中に注入してもよい。また、注
入管として単管を用い、地上部でＹ字管を通して
水ガラス水溶液と炭酸ガスを合流し、注入しても
よい。

第６図は第５図の装置にさらに反応剤送流系統
を備えた本発明に用いる装置の具体例を示す。反
応剤送流系統は反応剤水溶液の貯蔵槽１５′を、
バルブ２５′、ポンプ２０′、流量検出器２１′、
圧力検出器２２′を経て流路２７に連通すること
によつて構成される。

もちろん、第６図において第５図と同様、注入
管先端部に第１図ないしは第２図の注入管を取り
つけることもできる。

この装置では水ガラスと反応剤が管路２７で合
流され、この合流液を外管２９の管路を通して吐
出口３５から地盤中に注入しながら炭酸ガスを内
管３０の管路から間欠的に注入し、かつ注入ステ
ージを移動しながら地盤を改良するものである。

さらにこの装置では水ガラスと炭酸ガスの合流
液を所定量注入してのち、水ガラスと反応剤の混
合液に切り換えて注入し、かつ注入ステージを移
動して地盤を改良することもできる。その他は第
５図の例と同様である。

第７図は第５図における注入管の代りに三重管
を用い、かつ水ガラスと反応剤混合液の送流系統
を備えた本発明に用いる装置の具体例を示す。混
合部１７としての三重管は外管２９と内管３０の
管路のみにそれぞれ連通された上部吐出口３３
と、中管３４の管路のみに連通された下部吐出口
３５を備え、また、水ガラスと反応混合液の送流
系統は水ガラスと反応剤混合液の貯蔵槽１５″を
バルブ２５″、ポンプ２０″、流量検出器２１″、
および圧力検出器２２″を経て中管３４の管路と
接続することによつて構成され、さらに管路２８
は外管２９の管路と、管路２７は内管３０の管路
とそれぞれ接続される。

この種の装置では上部吐出口３３から水ガラス
と炭酸ガスの混合液が注入され、かつ下部吐出口
３５から水ガラスと反応剤の混合液が注入され、
これらを併用して地盤を改良する。

第８図は第５図の装置に対してされに第２の二
酸化炭素送流系統を設けた例を示す。

第２の二酸化炭素送流系統は既設のものと同様
な構造を有する。図中、１６′は二酸化炭素貯蔵
槽、３６′はバルブ、１９′は炭酸ガス流量調整
弁、２４′は炭酸ガス圧力検出器、２３′は炭酸ガ
ス流量検出器、２８′は管路、２６′は逆止弁、
A′３，A′４，B′１はそれぞれ回路である。管路
２７，２８はそれぞれ注入管の外管２９の管路に
接続され、管路２８′は内管３０の管路に接続さ
れて構成される。

もちろん、この装置でも注入管の先端に第１図
ないし第２図の注入管を設置することができる。
この場合、炭酸ガスの圧力は逆止弁２６，２６′
および比率設定器１８のほかに注入管先端部でも
制御される。

この種の装置では水ガラス水溶液と炭酸ガスの
混合液をゲル化時間の長い配合液になるように調
整して外管２９の管路を通して吐出口３５から地
盤中に注入しながら、さらにこの配合液に内管３
０の管路から炭酸ガスを間欠的に合流してゲル化
時間の短い配合液に調整して注入し、これらの注
入を併用して地盤を改良する。すなわち、貯蔵槽
１５からの水ガラスと炭酸ガスボンベ１６からの
炭酸ガスとの混合液が外管２９の管路内でゲル化
時間の長い配合液になるように調整弁１９によつ
て調整するとともに前記ゲル化時間の長い配合液
が炭酸ガスボンベ１６′からの炭酸ガスと混合し
て短いゲル化時間になるように調整弁１９′によ
り調整し、まず、ゲル化時間の短い配合液が所定
量注入されたら比率設定器１８の指示により炭酸
ガスの合流が中止されてゲル化時間の長い配合液
が注入され、さらにステージを移動しながら前記
工程を繰り返し、自動的に地盤を改良する。

なお、本発明において、水ガラス水溶液或は二
酸化炭素の流量の測定はそれぞれ貯蔵槽１５の重
量の変化或いは貯蔵槽中の水位の変化を計測して
換算して水ガラス水溶液の流量を算出する事が出
来るし、同じく炭酸ガスボンベの重量の変化を計
測して換算して炭酸ガスの流量を算出する事も出
来る。

この場合、これらの重量変化の検出器は流量検
出器とみなすものとする。

即ち、本発明ではこれらの重量変化の検出器も
流量検出器として表現するものとする。また、上
記において混合部としてラインミキサー、例えば
スタテツクミキサー等を例に上げる事が出来る
し、又混合部の内部に高速撹拌翼を内在したもの
を用いる事も出来る。さらに、前述のように注入
管を混合部とする事も出来るし、炭酸ガスと水ガ
ラスを直接ポンプに吸引してポンプ内で混合する
事によりポンプをを混合部とする事も出来る。

上述において、水ガラス水溶液と炭酸ガスの送
液圧力は好ましくは炭酸ガス圧力が水ガラス水溶
液よりも0.5Kg／cm²以上、さらに好ましくは１
Kg／cm²以上である。

このようにして本発明によれば、炭酸ガスは水
ガラス水溶液に完全に混合され、均質なゲル化物
を形成するとともに注入圧力が注入中に序々に増
大しても炭酸ガスは確実に水ガラス水溶液中に合
流せしめられ、この結果地盤中において確実な固
結体を得ることができる。

実施例 都内の粗砂〜細砂地盤において第５図に示す装
置を用いて注入試験を行なつた。ただし、注入管
先端部は第１図の構造を用いた。

水ガラス水溶液は25容量％の配合を用い、毎分
吐出量10で注入した。

また、炭酸ガスは１気圧に換算して毎分100
の割合を保つようにして上記水ガラス水溶液に合
流して注入した。一方炭酸ガスの送液圧力は水ガ
ラスの送液圧力よりも常に１Kg／cm²高くなるよう
に保つた。

以上の注入条件で水ガラス水溶液を3000注入
してのち透水試験を行なつたところ、ｋ＝8.5×
10^-6〜3.4×10^-7cm／秒を示した。又掘削調査し
たところほぼ10m³の固結体を得た。又固結採取試
料の一軸圧縮強度は平均は3.4Kg／cm²であつた。

比較のために弁７を有しない注入装置を用いて
水ガラス水溶液と炭酸ガスの送液圧力は同じにし
て同様に注入してのち透水試験を行なつたとこ
ろ、ｋ＝2.4×10^-3〜8.4×10^-5cm／秒を示した。
また、掘削調査したところほぼ5.5m³の固結体を
得た。また固結採取試料の一軸圧縮強度の平均は
1.5Kg／cm²であつた。

以上により炭酸ガスが水ガラスよりも高い圧力
で水ガラスに噴出混入する事により、均質な固結
が行なわれ固結率も水密性も強度もすぐれた固結
効果が得られる事が判つた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂおよび第２図ａ，ｂは本発明装置
に用いる注入管の断面図ならびに工程説明図を示
し、第３図〜第８図は本発明装置の具体例のフロ
ーシートを示す。 １……外管、２……外管管路、３……内管、４
……内管管路、５……外管吐出口、６……内管吐
出口、７……弁、７ａ，７ｂ……弁体、８……弁
の貫通孔、１０……閉束突片、１５，１５′，１
５″……貯蔵槽、１６，１６′……炭酸ガスボン
ベ、１８……比率設定器、１９……調整弁、２
１，２１′，２１″，２３，２３′……流量検出器、
２２，２２′，２２″，２４，２４′……圧力検出
器、２７，２８……管路、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ
４，Ａ３′，Ａ４′，Ｂ１，Ｂ１′……回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水ガラスおよび二酸化炭素の混合部と、この
   混合部に連通された、それぞれ水ガラス送流系統
   および二酸化炭素送流系統と、前記水ガラス送流
   系統に設置された水ガラス流量検出器と、前記混
   合部、水ガラス送流系統または二酸化炭素送流系
   統のいずれか任意の個所に設置された二酸化炭素
   圧力検出器と、前記二酸化炭素送流系統に設置さ
   れた二酸化炭素流量調整弁と、前記水ガラス流量
   検出器、二酸化炭素圧力検出器および二酸化炭素
   流量調整弁とそれぞれ接続された比率設定器とを
   備えてなる地盤注入装置。