JPH0649974B2 - 地盤注入工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は固結時間の異なる複数の注入材を地盤中に注
入して地盤を固結する複合注入工法に係り、特に前記固
結時間の異なる複数の注入材を同時にかつ水平方向に向
けて注入することにより極めて迅速かつ簡単に地盤を固
結する地盤注入工法に関する。

〔従来の技術〕

複雑な地盤を改良する技術として一般に、固結時間の短
いグラウトならびに長いグラウトを地盤中に注入する、
いわゆる複合注入工法が用いられる。

この種の複合注入工法として、従来、二重管を用いてま
ず、固結時間の短いグラウトを地盤中に注入して粗い部
分、弱い部分あるいは注入管まわりの空隙を填充し、そ
の後固結時間の長いグラウトを土粒子間注入して地盤中
に浸透させる工法が知られている。

さらに、三重管を用いて二つの管路から別々に送液され
た二液の合流液（固結時間の短い注入液）を上部吐出口
から注入し、同時に下部吐出口から固結時間の長いグラ
ウトを注入する複合注入工法が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前者の二重管を用いる工法では固結時間の異な
るグラウトが別々に注入されるため、注入の際にこれら
グラウトの切り換えが必要となり、このため操作が複雑
化されて迅速かつ簡単な注入が不可能である。さらに、
この工法では送液量を多くできず、施工能率が低い。

また、後者の三重管を用いる工法では固結時間の異なる
グラウトの同時注入が可能となるが、三重管を用いるた
め注入管孔径が大きくなり、削孔費が高く、かつ施工能
率が悪くなる。

さらに、この工法では主材、瞬結用反応剤配合液および
緩結用反応剤配合液の配合調整が必要で、複雑となる。
さらに、この工法では上部吐出口からの注入液は水平方
向に注入されるが、下部吐出口からの注入液は下方垂直
方向に注入される。通常、注入工法が対象とする地盤は
軟弱地盤であるが、この地盤では地盤生成過程において
透水性の異なる層が水平方向に帯積するのが通例であ
る。したがって、透水係数は垂直方向よりも水平方向が
大きく、注入管の吐出口は注入管末端部に下方垂直方向
に向いて位置するよりも注入管側壁に、水平方向に向い
て位置する方が無理なく注入される。

そこで、本発明の目的は固結時間の異なる複数の注入材
を地盤中に注入するに際して、二重管等の二つの管路を
有する孔径の小さい注入管を複数本並列して地盤中に設
置してそれぞれの注入管から水平方向に同時注入を可能
とし、このため迅速かつ簡単に地盤を固結し、従来技術
に存する前述の欠点を改良した地盤注入工法を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の目的を達成するため、本発明によれば、二つの管
路を有し、かつ軸方向の異なる位置に水平方向に向いた
複数の吐出口を有する注入管であって、前記吐出口には
一方の管路と通じる噴射口および他方の管路と通じる噴
射口がそれぞれ開口され、前記複数の吐出口のうち少な
くとも二つはその中に開口される噴射口の口径比率がそ
れぞれ異なるように形成された注入管を複数本並列して
地盤中に設置し、前記それぞれの注入管の二つの管路の
うち一方の管路から主材を、他方の管路から反応剤をそ
れぞれ同時に送ることにより、固結時間の異なる複数の
注入材を前記それぞれの注入管の複数の吐出口から水平
方向に、かつ同時に所定の注入対象地盤に注入すること
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図およ
び第２図はそれぞれ、本発明工法に用いられる注入管の
一具体例の断面図である。第２図において、１は本発明
工法に用いられる、二つの管路を有する注入管であっ
て、二重管の例を示す。この注入管１は二重管の他に二
つの管路が並列して設けられたものであってもよい。
（図示せず。）注入管１は外管管路２および内管管路３
を有し、かつ軸方向の異なる位置、すなわち注入管１の
長さ方向の異なる位置に注入管１の外側Ａに通じる水平
方向に向いた複数の吐出口５、５・・５を有し、さらに
前記吐出口５、５・・５には一方の管路、例えば内管管
路３と通じる噴射口４、４・・４および他方の管路、例
えば外管管路２と通じる噴射口６、６・・６がそれぞれ
開口される。

さらに前述の吐出口５、５・・５のうち、少なくとも二
つはその中に開口される噴射口４および６の口径比率が
それぞれ異なるように形成され、例えば第５図に示され
るように一つの吐出口５内の噴射口４（口径Φ1.5mm）
および６（口径Φ1.0mm）の口径比率が1.5：１であり、
また第６図に示されるように他の一つの吐出口５内の噴
射口４（口径Φ1.0mm）および６（口径Φ1.5mm）の口径
比率が1.0：1.5であるように形成される。

本発明では、このようにして構成される注入管を第８図
示のように複数本並列して地盤中に設置し、それぞれの
注入管１、１…１から第２図に示されるように一方の管
路、例えば内管管路３を通じて主材（Ａ液）としての注
入材を送液し、かつ他方の管路、例えば外管管路２を通
じて反応剤（Ｂ液）を送液すると、主材は噴射口４から
吐出口５内に噴射されるとともに反応剤は噴射口６から
吐出口５内に噴射され、両液は吐出口５内で合流して地
盤中に水平方向に注入される。前記主剤（Ａ液）および
反応剤（Ｂ液）は例えば、第８図示のように、それぞれ
ポンプＰ₁およびＰ₂によって送液される。このとき、吐
出口５、５・・５のうち少なくとも二つはその中に開口
される噴射口４および６の口径比率が異なるから噴射さ
れる主材ならびに反応剤の合流比率が異なり、固結時間
の異なる少なくとも二種以上の注入材が同時に所定の注
入対象地盤に注入される。

上述の本発明において、噴射口４および６はいずれも第
１図および第２図に示されるように口径をしぼって形成
される。この口径のしぼりは噴射口４および６からの注
入材が注入管内流量に対して圧力を生じる程度に、すな
わちある速度をもって噴射する程度に行われる。この噴
射圧力は１kgf/cm²以上であることが好ましい。

一般に、地上部において、注入管内の流体を噴射口から
空気中に吐出する場合、注入管内圧力は噴射口の大きさ
と流量に依存し、流量に対して噴射口径を小さくしぼる
程、また噴射口径に対して流量を大きくするほど、注入
管内圧力、すなわち噴射圧力は大きくなる。また、流量
に対して噴射口径が大きいとき、あるいは噴射口径に対
して流量が小さいときには注入管内圧力、すなわち噴射
圧力はほとんど生じない。

本発明はこのようにして注入液が噴射状態となるため、
後述のとおり、吐出口５からの注入材の固結時間が異な
っても、また、吐出口５のまわりの地盤の透水性が異な
っても、さらに注入された注入液のゲル化の進行により
地盤の浸透抵抗力が変化しても、いずれも吐出口５、５
・・５からもほぼ一定の吐出量が得られ、地盤を確実に
固結する。

本発明に用いられる主剤は水ガラスあるいはそれ自体固
結し得る注入材であって、例えば水ガラスと反応剤の混
合液、非アルカリ性水ガラスグラウト、セメントグラウ
ト等が挙げられ、また、反応剤は各種固結剤あるいは固
結促進剤であって、水ガラスと反応剤の混合液に対して
は塩、石灰等のアルカリ、非アルカリ性水ガラス配合
液、炭酸ガス、炭酸水等、非アルカリ性水ガラスグラウ
トに対しては水ガラス、セメント、アルカリ各種塩、水
ガラスグラウト等、セメントグラウトに対して水ガラ
ス、各種塩、非アルカリ性水ガラス配合液等が挙げられ
る。

なお、前述の吐出口５の代わりに図示しないが、注入管
円周方向に溝を形成してもよい。この場合、第１図の栓
７の代わりにゴムリングが溝に嵌められる。

〔作用〕

上述の本発明工法において、まず第１図に示されるよう
に内管３ａの閉束金具９を外管２ａの下方吐出口８から
離れて配置して末端吐出口８を開口しておき、この状態
で外管管路２を通して掘削水を送液し、末端吐出口８か
ら矢印の方向に吐出して削孔する。このとき吐出口５は
栓７、例えばゴム栓、ゴムリング、スチール栓等により
閉栓されている。

次いで、第２図に示されるように、内管管路３を通じて
主材としての注入材、例えば水ガラス水溶液と反応剤の
混合液を送液すると、この液圧により閉束金具９が落下
して末端吐出口８を閉塞するとともに栓７を放出して吐
出口５、５・・５を開口し、前記注入剤は噴射口４、４
・・４を通じて吐出口５、５・・５に噴射される。

さらに同時に外管管路２を通じて反応剤を送液すると、
この液体は噴射口６から吐出口５中の噴射液に噴射合流
される。このとき吐出口５、５・・５のうち少なくとも
二つは噴射口４および６の口径比率が異なるから主材お
よび反応剤の合流比率が異なる固結時間の異なる少なく
とも二種以上の注入材が同時に注入管１の外側Ａに水平
方向に噴射注入される。

すなわち、本発明工法では一方の吐出口５から固結時間
の短い注入材、他方の吐出口５から固結時間の長い注入
材が同時にかつ水平方向に注入される。

本発明における噴射による注入機能を第３図および第４
図で説明する。

内径４cmの管にポンプで送水したところ、ポンプ圧は殆
ど生じない。この管の末端に噴射口を設けた先端部を装
着して噴射圧力（ポンプ圧）と吐出量を測定した結果の
例を第３図および第４図に示す。なお、比較のために上
記管に直径１cmの吐出口を３個有する先端部を上記管の
末端部に装着して１〜20／ｍに送水を行ったが、吐出
圧力は殆ど認められなかった。

第３図はノズル口径1.0mm、第４図は1.5mmの吐出口をそ
れぞれ有する先端部を管に装着し、ポンプ圧を種々変
え、ポンプ圧が所定圧を保つように水を送液し、かつ噴
射口の下流側も管路でつなげて管路内にバルブにより抵
抗圧を作用せしめて地盤の抵抗圧力に相当する圧力を生
ぜしめ、その場合の噴射口から吐出される流量（／
分）と抵抗圧（kgｆ／cm²）を測定し、その結果を表し
たグラフである。第３図および第４図から明らかなよう
に、例えばポンプ圧80kg／cm²を用いて説明すると、地
盤内における抵抗圧力（kg／cm²）が変化しても、抵抗
圧力50kg／cm²位まではノズルからの流量が一定であ
る。

すなわち、地盤抵抗圧の変化にもかかわらず、一定の吐
出量が得られる領域が存在することが第３図および第４
図からわかる。したがって、固結時間の異なった注入材
がそれぞれの吐出口から吐出されるにもかかわらず、さ
らに地盤の透水性が異なっても一定の吐出量が得られ、
地盤に確実に固結し得る。すなわち、固結時間が短い注
入材は固結時間の長い注入材よりも早くかたまるためそ
の周辺地盤の注入抵抗は大きくなるが、それにもかかわ
らず、ノズル口径に対応する一定の流量が確保され、ま
た、地盤は上下層それぞれ透水性が異なり、したがって
注入抵抗が異なるが、それにもかかわらず、常に所定の
流量が確保され、さらに地盤は種々の原因により地盤圧
力（抵抗圧力）が変化するが、それにもかかわらず常に
所定の流量が確保され、したがって、本発明工法によれ
ば、ポンプ圧を所望の値に選定することにより所定の吐
出流が確保され、地盤が確実に固結される。

さらに、本発明工法は固結時間の異なるグラウトを二重
注入管を用いて同時に確実に注入でき、従来の注入工法
のように注入液をきり変える必要がないので、簡単で施
工能率が高い。例えば、第２図の状態で注入範囲の最下
部のステージから上部ステージまで注入管を引き上げな
がら注入することができる。この場合、上部吐出口から
固結時間の短いグラウトが上層の粗い部分や細かい部分
を填充すると同時にこの領域に下部吐出口から固結時間
の長いグラウトが重ね合わされて注入されていくことに
なる。

第７図は第２図の構造を注入管の上方まで連続させた例
を示す。この場合、注入ステージを上方に引き上げなく
ても一本の注入管で全ステージを一度に注入することが
できる。何となれば、吐出口を多くしても、各吐出口の
ゲル化時間が異なっても、また周辺地盤の注入抵抗が異
なっても、所定の注入が確保ずきることと、吐出口ａと
吐出口ｂからの注入を同時に行った場合、ゲル化時間の
短い注入液は脈状が主体となり、ゲル化時間の長い注入
液は土粒子間浸透が主体となり、このため前者の方が早
く周辺の粗い部分や弱い部分を填充し、後者はそのあと
でゆるやかに細かい部分に浸透していくことになるから
確実な複合注入が可能であるからである。

なお、第７図において、ゲル化時間の短いグラウトの吐
出口と長いグラウトの吐出口は上下方向に交互に設けて
もよいのはもちろんである。

第８図は、本発明工法の一具体例の模式図であって、複
数の注入管から同時に所定の注入対象地盤を注入し、施
工能率の向上ははかり知れないほどとなる。

〔実施例〕

第１図の注入管を東京都内の注入地盤で第８図示のよう
に複数本並列して設置し、試験施工を行った。この場
合、各注入管の外管内径は４cm、内管内径は２cmとし、
内管肉圧は１mmである。

吐出口の間隔は50cmとし、最上部の吐出口５の噴射口
６、４の口径はそれぞれ1.5mm、1.0mmとし、中間部と最
下部の吐出口５の噴射口６、４の口径はそれぞれ、1.0m
m、1.5mmとした。

〔配合〕

Ａ液：100当たり水ガラス35、 75％硫酸７、残り水。（pH約1.7） Ｂ液：100当たり水ガラス５、残り水。

Ａ液、Ｂ液を0.5：1.0（容量比）で合流すると、５秒で
ゲル化し、1.0：0.5（容量比）で合流すると、30分でゲ
ル化する。

掘削したところ、各吐出口からの注入液の浸透固結が確
保され、かつ断面積がほぼ１m²、長さが約1.5ｍの円柱
形の均質に浸透した固結体が形成されていることが確認
さた。

比較のため、上述と同一の二重管の末端部に軸方向に50
cm間隔で３個の吐出口を設けた先端部を装着して注入試
験を行った。１個の吐出口の口径は１cmであった。地上
部にて内管からＡ液を15／分、外管からＢ液を12／
分送液したが、ポンプ圧は殆どゼロであった。注入管を
地盤中に設置し、上記Ａ液、Ｂ液を内外管管路よりそれ
ぞれ15／分、12／分の速度で全部で600注入して
掘削したところ、最下部吐出口、最下部吐出口は目ずま
りを起こし、中間部吐出口のみから注入液が吐出してい
るのが確認され、注入液は中間部吐出口を中心にして脈
状に広がり、注入孔から２〜５ｍの範囲にわたって不均
質に脈状に固結しているのが判明した。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明工法によれば、固結時間の異なる
複数の注入材を地盤中に注入するに際して、二重管等の
二つの管路を有する孔径の小さい注入管を複数本並列し
て地盤中に設置して同時注入が可能となり、これにより
迅速かつ簡単に地盤固結が可能となり、また、注入抵抗
圧のちがい、あるいは変動にれかかわらず、各吐出口に
おいて所定の吐出量を保持して注入され、これにより地
盤を確実に固結することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明工法に用いられる
注入管の一具体例の断面図であり、第３図および第４図
はそれぞれ抵抗圧力に対するノズルからの流量の関係を
表したグラフであり、第５図およず第６図は第２図の吐
出口部分を表した拡大部分断面図であり、第７図は本発
明注入管からの注入状況を表した説明図であり、第８図
は本発明工法の一具体例を説明する模式図である。 １……注入管、２……外管管路、２ａ……外管、 ３……内管管路、３ａ……内管、 ４、６……噴出口、５……吐出口、 ８……末端吐出口、９……閉束金具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二つの管路を有し、かつ軸方向の異なる位
   置に水平方向に向いた複数の吐出口を有する注入管であ
   って、前記吐出口には一方の管路と通じる噴射口および
   他方の管路と通じる噴射口がそれぞれ開口され、前記複
   数の吐出口のうち少なくとも二つはその中に開口される
   噴射口の口径比率がそれぞれ異なるように形成された注
   入管を複数本並列して地盤中に設置し、前記それぞれの
   注入管の二つの管路のうち一方の管路から主材を、他方
   の管路から反応剤をそれぞれ同時に送ることにより、固
   結時間の異なる複数の注入材を前記それぞれの注入管の
   複数の吐出口から水平方向に、かつ同時に所定の注入対
   象地盤に注入することを特徴とする地盤注入工法。