セメント系注入材の注入方法
【課題】 広い範囲でセメント粒子を注入することができるとともに、極超微粒子セメントの使用量の抑制を図ることができるセメント系注入材の注入方法を提供する。
【解決手段】 強化対象地盤における所定箇所に注入口を挿入する。続いて、注入口から、平均粒径が１〜３μｍである極超微粒子セメント系注入材を先行注入する先行注入する。さらに、注入口から、平均粒径が３〜５μｍである超微粒子セメント系注入材を後行して注入する。こうして、注入口の遠方に極超微粒子セメント系注入材を注入し、注入口の近傍に超微粒子セメント系注入材を注入する。
【解決手段】 強化対象地盤における所定箇所に注入口を挿入する。続いて、注入口から、平均粒径が１〜３μｍである極超微粒子セメント系注入材を先行注入する先行注入する。さらに、注入口から、平均粒径が３〜５μｍである超微粒子セメント系注入材を後行して注入する。こうして、注入口の遠方に極超微粒子セメント系注入材を注入し、注入口の近傍に超微粒子セメント系注入材を注入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント系注入材の注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基礎地盤の強化、耐震補強、液状化の防止、ダムやトンネルの補強などの工事では、セメント系注入材を地盤に注入し、地盤の強化を図っている。セメント系注入材の注入によって地盤の強化を図る際には、地盤内の広範囲を効率的に強化させることが求められ、そのためには、地盤を構成する粒子の間隙にセメント粒子が浸透しやすい条件でグラウチングを行うことが有利となる。
【０００３】
セメント粒子が浸透しやすい条件でグラウチングを行うため、従来、セメントミルクの配合を貧配合から富配合に順次切り替える注入が行われている。富配合のセメントミルクを注入し続けると、注入初期の段階からセメント粒子によって地盤に目詰まりが発生しやすくなる。注入初期にセメント粒子による地盤の目詰まりが生じると、注入圧力が上昇して早期にセメントミルクの注入が不可能となりセメント粒子の浸透を妨げることになる。そこで、従来の注入方法として、注入初期の段階では貧配合のセメントミルクを注入し、その後、セメントミルクの配合を貧配合から富配合に順次切り替えることにより、注入初期におけるセメント粒子による地盤の目詰まりを防止し、セメント粒子を浸透しやすくする注入方法がある。
【０００４】
あるいは、セメントミルクに用いるセメントとして、粒子径の小さいものを用いることによっても、地盤の粒子間にセメント粒子が浸透しやすくなる。粒子系が小さいセメント系注入材である超微粒子セメント系注入材として、従来、最大粒径が１８μｍであり、２．２μｍ以下の超微粒子セメントが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。また、粒径１〜５μｍの粒子量が６０〜８０％体積％である極超微粒子セメントも開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４２３９１３号公報
【特許文献２】特開２００７−２３８４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のセメントミルクの配合を貧配合から富配合に順次切り替える注入方法では、注入口からの距離が遠くなるほど地盤内に入り込むセメントの濃度が低下し、地盤内における強度が不均一になりやすいという問題があった。地盤内である程度均一となる強度を確保するためには、注入地点の配置を高密度としたり、セメント注入量を調整したりすることが考えられる。ところが、これらの方法では、作業工数や無駄なセメント使用の増大が生じるという問題があった。
【０００７】
一方、超微粒子セメントや極超微粒子セメントを用いた場合には、作業工数の増大などに改善を図ることができる。ところが、これらの問題を大きく改善するには至らず、セメント使用量については増加する傾向にあることがある。特に、極超微粒子セメントについては、製造の際に手間が掛かるなどのため、その使用量の抑制について高く求められるところであった。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、広い範囲でセメント粒子を注入することができるとともに、極超微粒子セメントの使用量の抑制を図ることができるセメント系注入材の注入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決した本発明に係るセメント系注入材の注入方法は、強化対象地盤に対してセメント系注入材を注入して、強化対象地盤を強化するセメント系注入材の注入方法であって、強化対象地盤における所定箇所に注入口を挿入する注入口挿入工程と、注入口から、平均粒径が１〜３μｍである極超微粒子セメント系注入材を先行注入する先行注入工程と、注入口から、平均粒径が３〜５μｍである超微粒子セメント系材料を後行して注入する後行注入工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るセメント系注入材の注入方法においては、平均粒径が１〜３μｍである極超微粒子セメント系注入材を先行注入する。このため、注入口の遠方領域に対して、平均粒径が小さい極超微粒子セメント系注入材が浸透するので、広い範囲で高い浸透性を発揮しながらセメント粒子を注入することができる。極超微粒子セメント系注入材の先行注入が済んだら、続いて平均粒径３〜５μｍである超微粒子セメントを後行注入する。極超微粒子セメント系注入材の注入後に超微粒子セメント系注入材を注入することにより、極超微粒子セメント系注入材が超微粒子セメント系注入材によって注入口の遠方領域まで押し出される。このため、注入口の遠方領域におけるセメント粒子の充填性を高めることができる。また、注入口の遠方領域では、粒径の小さい極超微粒子セメント系注入材が浸透しているので、目詰まりが生じる可能性を低いものとすることができる
【００１１】
一方、注入口の近傍領域では、セメント粒子の浸透範囲が狭いので、極超微粒子セメント系注入材を用いることなく超微粒子セメント系注入材を用いた場合でも、目詰まりが生じる可能性が低く、高い充填性を発揮することができる。したがって、広い範囲でセメント粒子を注入することができるとともに、極超微粒子セメントの使用量の抑制を図ることができる。
【００１２】
ここで、極超微粒子セメント系注入材の水セメント比Ｗ／Ｃが４００〜１６００％とされている態様とすることができる。
【００１３】
このように、極超微粒子セメント系注入材の水セメント比Ｗ／Ｃが４００〜１６００％とされていることにより、注入口から遠い領域におけるセメント粒子の注入をより好適に行うことができる。
【００１４】
また、先行注入工程と後行注入工程との間に、極超微粒子よりも貧配合の注入材を注入する中間注入工程を、さらに含む態様とすることができる。
【００１５】
このように、先行注入工程と後行注入工程との間に、極超微粒子セメント系注入材よりも貧配合の貧配合極超微粒子セメント系注入材を注入することにより、注入口から遠い領域におけるセメント系注入材の浸透性をさらに高くすることができる、その結果、広い範囲でセメント粒子をより高濃度で注入することができる。
【００１６】
さらに、先行注入工程から後行注入工程の間の工程でセメント系注入材を注入するにあたり、動的注入または超音波振動付与注入によってセメント系注入材を注入する態様とすることができる。
【００１７】
このように、セメント系注入材を注入するにあたり、動的注入または超音波振動付与注入によってセメント系注入材を注入することにより、注入口から遠い領域におけるセメント粒子の充填性をより高めることができる。
【００１８】
また、極超微粒子セメントは、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３の含有量が５質量％以下であるセメントクリンカー２〜２５質量％、高炉スラグ７４〜９７質量％、石膏１〜５質量％を含み、粉体中の粒径１〜５μｍの粒子量が６０〜８０体積％である極超微粒子セメンを混合してなる態様とすることができる。
【００１９】
このように、上記の配合および成分を用いることにより、極超微粒子セメント系注入材を好適に製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るセメント系注入材の注入方法によれば、広い範囲でセメント粒子を注入することができるとともに、極超微粒子セメントの使用量の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】セメント系注入材が注入された地盤を模式的に示す図である。
【図２】セメント系注入材を注入する工程を説明する工程図である。
【図３】図２に続く工程を説明する工程図である。
【図４】一次元注入試験に用いた試験装置の構成図である。
【図５】試験に用いたグラウトおよび試験結果を示す表である。
【図６】供試体における一軸圧縮強さ分布を示すグラフである。
【図７】（ａ）は、超微粒子セメント系注入材のみが注入された地盤を模式的に示す図、（ｂ）は、極超微粒子セメント系注入材が注入された後、超微粒子セメント系注入材が注入された地盤を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２３】
本実施形態に係るセメント系注入材の注入方法は、二重管ストレーナ工法やダブルパッカ工法などの注入工法におけるいわゆる二次注入の際に行われる。一般に、二重管ストレーナ工法では、瞬結となる一次注入と緩結となる二次注入が行われる。また、ダブルパッカ工法では、セメントベントナイト材（ＣＢ材）の注入による一次注入と、緩結による二次注入とがある。本実施形態は、これらの工法における二次注入の際に行われることで、より効果的に、広い範囲でセメント粒子を注入することができるとともに、極超微粒子セメントの使用量の抑制を図ることができる。
【００２４】
本実施形態に係るセメント系注入材の注入方法においては、極超微粒子セメントおよび超微粒子セメントを水に混合撹拌してスラリー状にしたセメント系注入材を強化の対象となる強化対象地盤に対して注入する。ここで用いられる超微粒子セメント系注入材としては、たとえばポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグと石膏とを含む超微粒子セメントを必須成分として構成される。超微粒子セメント系注入材は、その最大粒径が１０〜１６μｍ程度とされており、平均粒径が４．０μｍとされている。超微粒子セメント系注入材としては、平均粒径が３〜５μｍのものが用いられる。
【００２５】
また、極超微粒子セメント系注入材は、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・の含有量が５質量％以下であるセメントクリンカー２〜２５質量％、高炉スラグ７４〜９７質量％、石膏１〜５質量％を含み、粉体中の粒径１〜５μｍの粒子量が６０〜８０体積％である極超微粒子セメントおよびポリカルボン酸系分散剤を必須成分として混合して構成される。極超微粒子セメント系注入材は、平均粒径が１．５μｍとされている。極超微粒子セメント系注入材としては、平均粒径が１〜３μｍのものが用いられる。
【００２６】
この極超微粒子注入材組成物の好ましい形態としては、ポリカルボン酸系分散剤が不飽和ポリアルキレングリコール系単量体に由来する繰り返し単位と不飽和カルボン酸系単量体に由来する繰り返し単位とを有するポリカルボン酸系共重合体を含む形態である。さらに、極超微粒子セメント系注入材を製造する方法は、周速３１４ｍ／ｍｉｎ以上で混合撹拌する高速撹拌工程を有することが好適となる。
【００２７】
さらに、極超微粒子セメント系注入材は、水セメント比Ｗ／Ｃを４００〜１６００％に設定することが好適である。水セメント比Ｗ／Ｃが４００％未満では、セメント量が多いため、目詰まりが発生し、注入の継続が困難となるからである。また、水セメント比Ｗ／Ｃが１６００％を超えると、セメント量が少なく、所定の強度や浸透長が確保しにくくなるからである。
【００２８】
次に、本実施形態に係るセメント系注入材の注入方法によってセメント系注入材を地盤に注入した際の地盤内におけるセメント系注入材の流動について説明する。地盤にセメント系注入材を注入する際には、セメント系注入材におけるセメントが、地盤に対して広い範囲かつ均一に浸透することが求められる。本実施形態に係るセメント系注入材の注入方法では、図１に示すように、注入口Ｐの近傍領域には、主に超微粒子セメント系注入材が浸透した超微粒子セメント系注入材注入領域ＳＯが形成され、注入口Ｐの遠方領域には、主に極超微粒子セメント系注入材が浸透した極超微粒子セメント系注入材注入領域ＳＶが形成される。
【００２９】
超微粒子セメント系注入材は、極超微粒子セメント系注入材と比較して平均粒径が大きいため、極超微粒子セメント系注入材と比較して地盤に対する浸透性は劣り、改良範囲が狭くなる。しかし、脱水ろ過現象によってセメント量が濃縮されることから、改良範囲内の地盤における間隔に占めるセメントの体積は大きくなる。一方、極超微粒子セメント系注入材は、超微粒子セメント系注入材と比較して平均粒径が小さいことから、地盤に対する浸透性には優れ、改良範囲は広くなる。しかし、セメント量の濃縮が少ないので、地盤における間隙を埋めて十分な改良強度を得るためには、極超微粒子セメント系注入材を多量に必要とすることとなる。さらに、超微粒子セメント系注入材は、極超微粒子セメント系注入材と比較して、地盤に注入した際に目詰まりを発生させやすくなる。
【００３０】
これらの特性を踏まえ、本実施形態では、注入口から極超微粒子セメント系注入材を先行注入し、続いて超微粒子セメント系注入材を後行注入する。地盤に注入された極超微粒子セメント系注入材は、地盤Ｇにおける注入口Ｐの周囲に浸透していく。極超微粒子セメント系注入材は、その平均粒径が１．５μｍと非常に小さいので、極超微粒子セメント系注入材は、注入口Ｐの近傍領域において目詰まりが生じにくくなっている。このため、注入口Ｐの近傍領域から遠方領域に至るまで、目詰まりを生じることなく幅広く浸透する。
【００３１】
極超微粒子セメント系注入材の注入が済んだら、超微粒子セメント系注入材を後行注入する。地盤Ｇにおける注入口Ｐの周囲には、すでに注入された極超微粒子セメント系注入材が浸透している。ところが、極超微粒子セメント系注入材は、その平均粒径が非常に小さいことから、超微粒子セメント系注入材を注入した際においても、地盤Ｇにおける目詰まりの発生が防止される。
【００３２】
一方、超微粒子セメント系注入材は、極超微粒子セメント系注入材よりも平均粒径が大きくされている。極超微粒子セメント系注入材の注入後に超微粒子セメント系注入材を注入すると、超微粒子セメント系注入材に押し出され、または超微粒子セメント系注入材とともに極超微粒子セメント系注入材が注入口Ｐの遠方まで浸透していく。そして、注入口Ｐの近傍位置には、超微粒子セメント系注入材が主に浸透した超微粒子セメント系注入材注入領域ＳＯが形成され、注入口Ｐの遠方領域には、極超微粒子セメント系注入材が主に浸透した極超微粒子セメント系注入材注入領域ＳＶが形成される。
【００３３】
したがって、たとえば注入管を複数並設し、または注入管を移動させながら注入を行うにあたり、超微粒子セメント系注入材のみによる注入を行った場合、図７（ａ）に示すように、超微粒子セメント系注入材が注入された超微粒子セメント系注入材注入領域ＳＯが隣接した状態で改良がなされる。一方、極超微粒子セメント系注入材を注入した後に超微粒子セメント系注入材を注入する注入を行った場合には、図７（ｂ）に示すように、極超微粒子セメント系注入材ＳＶが注入された極超微粒子セメント系注入材領域が隣接した状態で改良がなされる。ここでは、極超微粒子セメント系注入材領域の内側に極超微粒子セメント系注入材領域ＳＯが形成された状態となる。
【００３４】
このように、極超微粒子セメント系注入材を先行注入し、続いて超微粒子セメント系注入材を後行注入することにより、注入口Ｐの近傍領域における目詰まりを防止することができる。さらには、セメント系注入材を注入口Ｐの遠方領域にまで広い範囲で注入して浸透させることができることから、補強された地盤Ｇにおける強度を向上させることができるとともに、強度の分布が滑らかになり、地盤Ｇの強度の均一化を図ることができる。加えて、注入口Ｐの近傍領域は比較的平均粒径が大きい超微粒子セメント系注入材が注入されている。このため、セメント系注入材、特に極超微粒子セメント系注入材の使用量を抑制することができる。
【００３５】
次に、実際に地盤にセメント系注入材を注入する手順を説明する。図２は、地盤にセメント系注入材を注入する際の工程を示す工程図である。地盤にセメント系注入材を注入する際には、まず、図２（ａ）に示すように、強化対象地盤である地盤Ｇにおける所定箇所に対してボーリング削孔を行うとともに、削孔した掘削孔に対してケーシング１を挿入する。
【００３６】
地盤Ｇにケーシング１を挿入したら、図２（ｂ）に示すように、ケーシング１の内側に注入ホース２を挿入し、注入ホース２からシールグラウト３を吐出させることにより、ケーシング１の内側にシールグラウト３を注入する。シールグラウト３は、流動性を有しており、所定時間の経過によって固化するものである。
【００３７】
シールグラウト３の注入が済んだら、シールグラウト３が固化する前に注入ホース２をケーシング１から引き出す。その後、図２（ｃ）に示すように、ケーシング１の内側にスリーブパイプ４を挿入する。スリーブパイプ４の挿入はシールグラウト３が固化する前に行われる。
【００３８】
また、スリーブパイプ４の下端部には、スリーブパイプ４の下方開口部を閉塞するパイプキャップ５が設けられている。このため、ケーシング１にスリーブパイプ４を挿入する際におけるスリーブパイプ４内へのシールグラウト３の浸入が阻止されている。また、スリーブパイプ４の側面には、長さ方向に所定の間隔をおいて配置された複数の注入口４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが形成されている。これらの注入口からセメント系注入材が注入される。スリーブパイプ４の挿入が注入口挿入工程となる。
【００３９】
スリーブパイプ４の挿入が完了したら、シールグラウト３が固化する前に、地盤Ｇに形成した削孔からケーシング１を引き抜く。その後、しばらく時間の経過を待ち、削孔内におけるシールグラウト３を固化させる。シールグラウト３が固化すると、スリーブパイプ４の内側が空洞となった状態でスリーブパイプ４と地盤Ｇの削孔との間に固化シールグラウト６が生成される。
【００４０】
その後、図３（ａ）に示すように、空洞となっているスリーブパイプ４の内側にダブルパッカ７を挿入し、最上方に位置する注入口４Ａの側方に配置する。ダブルパッカ７には、インジェクションパイプが内設されており、インジェクションパイプを作動させることによってセメント系注入材をスリーブパイプ４内に排出する。ここでは、セメント系注入材として、先行して極超微粒子セメント系注入材を排出する。
【００４１】
その後、極超微粒子セメント系注入材の排出を継続することにより、図３（ｂ）に示すように、極超微粒子セメント系注入材がスリーブパイプ４における注入口４Ａから排出され、側方にクラッキングＣが形成され、クラッキングＣ内に極超微粒子セメント系注入材が浸透する。こうして、地盤Ｇに対する極超微粒子セメント系注入材の注入が先行注入工程として行われる。
【００４２】
地盤Ｇにおける所定範囲まで極超微粒子セメント系注入材が浸透したら、図３（ｃ）に示すように、下方の注入口４Ｂの側方にダブルパッカ７を移動させ、同様の手順によって地盤Ｇ内に極超微粒子セメント系注入材を注入する。以後、同様の注入口４Ｃ，４Ｄの側方にダブルパッカ７を配置して極超微粒子セメント系注入材を地盤Ｇに注入する。
【００４３】
図３に示す態様では、最上方に配置された注入口４Ａから注入を開始し、徐々に下方に位置する注入口４Ｂ〜４Ｄに下がって注入を行ういわゆるステップダウンの施工手順で注入を行っているが、いわゆるステップアップの施工手順で注入を行うこともできる。ステップダウンの施工手順で注入を行う際には、最初に、最下方に配置された注入口４Ｄから注入を開始し、徐々に上方に位置する注入口４Ｃ〜４Ａに上がって注入を行う。
【００４４】
こうして、極超微粒子セメント系注入材の注入が済んだら、ダブルパッカ７からスリーブパイプ４に排出するセメント系注入材を極超微粒子セメント系注入材から超微粒子セメント系注入材に変更して、後行注入工程を行う。超微粒子セメント系注入材の後行注入は、極超微粒子セメント系注入材の先行注入と同様の手順によって行う。こうして、図１に示すように、注入口の遠方領域に対して主に極超微粒子セメント系注入材を注入することができるとともに、注入口の近傍領域に対して主に超微粒子セメント系注入材を注入することができる。
【００４５】
次に、極超微粒子セメント系注入材を先行注入し、超微粒子セメント系注入材を後行注入する際のセメント系注入材の浸透状態について説明する。本発明者らは、これらのセメント系注入材の浸透状況についての一次元注入試験を行った。一次元注入試験では、硅砂７号供試土を用いた。
【００４６】
図４に示すように、一次元注入試験では、鉛直に立てた内径５ｃｍ、長さ１ｍの透明アクリル製筒体１１に供試土を詰め、端部をそれぞれ下蓋１２および上蓋１３で塞ぐことにより地盤を模した供試体１４を構築した。供試体１４を構成する砂層は、細粒分含有率６％、相対密度８７％とした。下蓋１２と供試体１４の間および上蓋１３と供試体１４の間には、それぞれ下フィルタ材１５および上フィルタ材１６が設けられている。
【００４７】
下蓋１２には注入入口１７が形成されており、上蓋１３には注入出口１８が形成されている。下フィルタ材１５と供試体１４との間、および上フィルタ材１６と供試体１４との間には、それぞれ隙間が無いように供試土が充填されている。供試体１４の長さ（下フィルタ材１５の上端と上フィルタ材１６の下端の距離）は９７．５ｃｍである。
【００４８】
注入入口１７は注入管１９によりグラウトタンク２１に繋がっている。グラウトタンク２１は密閉可能な蓋付容器であり、グラウト２２を撹拌するためのミキサ２３を備え、外部から所定の圧力を付与することにより、グラウトタンク２１内のグラウト２２を注入入口１７より供試体１４中に注入できるようになっている。注入出口１８は排出管２０により外部に繋がっており、注入出口１８から排出された流体の量をメスシリンダ２４によって計測できるようになっている。
【００４９】
グラウトに使用するセメント系注入材としては、極超微粒子セメント系注入材および超微粒子セメント系注入材を先行材料と後行材料とに分けて、あるいは分けることなく複数の組み合わせで用いた。セメント系注入材は、水セメント比Ｗ／Ｃ６００％の配合とし、砂層の間隙１００％の体積となる設計注入量で注入を行った。また、単位セメント量は、いずれのグラウトにおいても１５８ｋｇ／ｍ３とした。
【００５０】
図５に示すように、第１グラウトによる注入では、極超微粒子セメント系注入材を１００％注入した。第２グラウトによる注入では、５０質量％の極超微粒子セメント系注入材と５０質量％の超微粒子セメント系注入材とをあらかじめ粉体混合したセメント系注入材を１００％注入した。第３グラウトによる注入では、超微粒子セメント系注入材を１００％注入した。第４グラウトの注入では、超微粒子セメント系注入材を５０体積％注入した後、極超微粒子セメント系注入材を５０体積％注入した。第５グラウトの注入では、極超微粒子セメント系注入材を５０体積％注入した後、超微粒子セメント系注入材を５０体積％注入した。
【００５１】
グラウトの注入にあたっては、供試体１４に水を注入入口１７から一定圧力で注入し、その水が供試体１４の土粒子の間隙を通って上部の注入出口１８に接続されている排出管２０から流れ出る状態をとし、土粒子の間隙を水で満たした。次に、全グラウト注入量が設計注入量に等しくなるようにグラウトタンク２１内のグラウト２２を注入入口１７から一定圧力で注入する実験を行った。グラウト２２の注入量は、排出される水の量をメスシリンダ２４で計測することによって把握することができる。
【００５２】
設計注入量に等しい注入量のグラウトを注入した後、供試体に対するグラウトの浸透長（ｃｍ）、材令７日での一軸圧縮強さの平均値（ｋＮ／ｍ２）およびその標準偏差（ｋＮ／ｍ２）を第１グラウト〜第４グラウトのそれぞれについて求めた。その結果を図５に示す。
【００５３】
さらに、供試体が固化した後、供試体を１０ｃｍ刻みで切断し、材令２８日における一軸圧縮強さ分布を調べた。その結果を図６に示す。図６において、切断した供試体における最も下側（注入入口１７側）の供試体に供試体番号１を付与し、その上の供試体に供試体番号２を付与した。さらには、上側にいくにつれて供試体番号３、供試体番号４・・・と順に大きくした供試体番号を付与した。また、第１グラウトを「ＵＳＦ」、第２グラウトを「ＵＳＦ＋ＳＦ」、第３グラウトを「ＵＳＦ→ＳＦ」、第４グラウトを「ＳＦ」としてそれぞれ示している。
【００５４】
図５および図６に示すように、極超微粒子セメント系注入材からなる第１グラウトでは、浸透長は１００％であり、供試体の全体にわたって浸透していた。また、一軸圧縮強さは、供試体の注入入口１７から注入出口１８に進むに伴って小さくなり、平均１４２２ｋＮ／ｍ２、強度ばらつきを示す変動係数は３９％、標準偏差は５５９ｋＮ／ｍ２とばらつきが大きかった。
【００５５】
また、極超微粒子セメント系注入材と超微粒子セメント系注入材とを混合した第２グラウトでは、浸透長は８０ｃｍであり、供試体に目詰まりが生じてしまった。また、一軸圧縮強さは凹凸がある分布になっており、平均２０７０ｋＮ／ｍ２、変動係数は４０％、標準偏差８２２ｋＮ／ｍ２とばらつきが大きかった。
【００５６】
さらに、超微粒子セメント系注入材を用いた第３グラウトでは、浸透長が６０％であり、目詰まりが大きく生じてしまう結果となった。また、一軸圧縮強さは、平均１１６９ｋＮ／ｍ２、変動係数２８％、標準偏差３２４ｋＮ／ｍ２であり、ばらつきは多少小さいものの、一軸圧縮強さ自体が非常に小さくなる結果となった。
【００５７】
また、先行材料として超微粒子セメント系注入材を用い、後行材料として極超微粒子セメント系注入材を用いた第４グラウトでは、浸透長は１００％と供試体全体にグラウトが浸透していた。また、一軸圧縮強さは凹凸がある分布になっており、平均１５０２ｋＮ／ｍ２、変動係数は６９％、標準偏差１０４３ｋＮ／ｍ２であり、ばらつきが大きかった。
【００５８】
そして、先行材料として極超微粒子セメント系注入材を用い、後行材料として超微粒子セメント系注入材を用いた第５グラウトでは、浸透長は１００％と供試体全体にグラウトが浸透していた。また、一軸圧縮強さは供試体の注入入口１７から注入出口１８にわたって平滑化され、平均１４６３ｋＮ／ｍ２、変動係数は１４％、標準偏差２４１ｋＮ／ｍ２とばらつきが小さかった。
【００５９】
以上の結果から、極超微粒子セメント系注入材を先行注入し、超微粒子セメント系注入材を後行注入した第３グラウトが、供試体中におけるばらつきが小さい結果となった。一方、他のグラウトでは、いずれも第３グラウトに対して、標準偏差が大きくなる傾向となった。したがって、極超微粒子セメント系注入材を先行注入し、超微粒子セメント系注入材を後行注入することにより、セメント系材料を注入口の遠方に対しても注入することができるとともに、平滑な分布の強度を達成することができる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、極超微粒子セメント系注入材を先行注入した直後に超微粒子セメント系注入材を後行注入するようしているが、極超微粒子セメント系注入材の先行注入と超微粒子セメント系注入材の後行注入との間に、中間注入工程として、貧配合極超微粒子セメント系注入材を注入する態様とすることもできる。ここでの貧配合極超微粒子セメント系注入材としては、たとえば水セメント比Ｗ／Ｃが１６００〜４０００％、かつ先行注入と中間注入との積算Ｗ／Ｃが１６００％以下となるようにする。このように、貧配合極超微粒子セメント系注入材を注入することにより、より少ないセメント量で所定の強度や浸透性を有して。改良範囲を拡大することができる。
【００６１】
また、セメント系注入材を注入する際に、動的注入または超音波振動を付与した注入を行う態様とすることもできる。これらの動的注入または超音波振動を付与した注入は、特に、極超微粒子セメント系注入材を注入する際に行うことが好適である。動的注入または超音波振動を付与した注入を行うことにより、セメント系注入材を地盤に対してスムースに浸透させることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…ケーシング
２…注入ホース
３…シールグラウト
４…スリーブパイプ
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…注入口
５…パイプキャップ
６…固化シールグラウト
７…ダブルパッカ
１１…透明アクリル製筒体
１２…下蓋
１３…上蓋
１４…供試体
１５…下フィルタ材
１６…上フィルタ材
１７…注入入口
１８…注入出口
１９…注入管
２０…排出管
２１…グラウトタンク
２２…グラウト
２３…ミキサ
２４…メスシリンダ
Ｃ…クラッキング
Ｇ…地盤
Ｐ…注入口
ＳＯ…超微粒子セメント系注入材注入領域
ＳＶ…極超微粒子セメント系注入材注入領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント系注入材の注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基礎地盤の強化、耐震補強、液状化の防止、ダムやトンネルの補強などの工事では、セメント系注入材を地盤に注入し、地盤の強化を図っている。セメント系注入材の注入によって地盤の強化を図る際には、地盤内の広範囲を効率的に強化させることが求められ、そのためには、地盤を構成する粒子の間隙にセメント粒子が浸透しやすい条件でグラウチングを行うことが有利となる。
【０００３】
セメント粒子が浸透しやすい条件でグラウチングを行うため、従来、セメントミルクの配合を貧配合から富配合に順次切り替える注入が行われている。富配合のセメントミルクを注入し続けると、注入初期の段階からセメント粒子によって地盤に目詰まりが発生しやすくなる。注入初期にセメント粒子による地盤の目詰まりが生じると、注入圧力が上昇して早期にセメントミルクの注入が不可能となりセメント粒子の浸透を妨げることになる。そこで、従来の注入方法として、注入初期の段階では貧配合のセメントミルクを注入し、その後、セメントミルクの配合を貧配合から富配合に順次切り替えることにより、注入初期におけるセメント粒子による地盤の目詰まりを防止し、セメント粒子を浸透しやすくする注入方法がある。
【０００４】
あるいは、セメントミルクに用いるセメントとして、粒子径の小さいものを用いることによっても、地盤の粒子間にセメント粒子が浸透しやすくなる。粒子系が小さいセメント系注入材である超微粒子セメント系注入材として、従来、最大粒径が１８μｍであり、２．２μｍ以下の超微粒子セメントが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。また、粒径１〜５μｍの粒子量が６０〜８０％体積％である極超微粒子セメントも開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４２３９１３号公報
【特許文献２】特開２００７−２３８４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のセメントミルクの配合を貧配合から富配合に順次切り替える注入方法では、注入口からの距離が遠くなるほど地盤内に入り込むセメントの濃度が低下し、地盤内における強度が不均一になりやすいという問題があった。地盤内である程度均一となる強度を確保するためには、注入地点の配置を高密度としたり、セメント注入量を調整したりすることが考えられる。ところが、これらの方法では、作業工数や無駄なセメント使用の増大が生じるという問題があった。
【０００７】
一方、超微粒子セメントや極超微粒子セメントを用いた場合には、作業工数の増大などに改善を図ることができる。ところが、これらの問題を大きく改善するには至らず、セメント使用量については増加する傾向にあることがある。特に、極超微粒子セメントについては、製造の際に手間が掛かるなどのため、その使用量の抑制について高く求められるところであった。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、広い範囲でセメント粒子を注入することができるとともに、極超微粒子セメントの使用量の抑制を図ることができるセメント系注入材の注入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決した本発明に係るセメント系注入材の注入方法は、強化対象地盤に対してセメント系注入材を注入して、強化対象地盤を強化するセメント系注入材の注入方法であって、強化対象地盤における所定箇所に注入口を挿入する注入口挿入工程と、注入口から、平均粒径が１〜３μｍである極超微粒子セメント系注入材を先行注入する先行注入工程と、注入口から、平均粒径が３〜５μｍである超微粒子セメント系材料を後行して注入する後行注入工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るセメント系注入材の注入方法においては、平均粒径が１〜３μｍである極超微粒子セメント系注入材を先行注入する。このため、注入口の遠方領域に対して、平均粒径が小さい極超微粒子セメント系注入材が浸透するので、広い範囲で高い浸透性を発揮しながらセメント粒子を注入することができる。極超微粒子セメント系注入材の先行注入が済んだら、続いて平均粒径３〜５μｍである超微粒子セメントを後行注入する。極超微粒子セメント系注入材の注入後に超微粒子セメント系注入材を注入することにより、極超微粒子セメント系注入材が超微粒子セメント系注入材によって注入口の遠方領域まで押し出される。このため、注入口の遠方領域におけるセメント粒子の充填性を高めることができる。また、注入口の遠方領域では、粒径の小さい極超微粒子セメント系注入材が浸透しているので、目詰まりが生じる可能性を低いものとすることができる
【００１１】
一方、注入口の近傍領域では、セメント粒子の浸透範囲が狭いので、極超微粒子セメント系注入材を用いることなく超微粒子セメント系注入材を用いた場合でも、目詰まりが生じる可能性が低く、高い充填性を発揮することができる。したがって、広い範囲でセメント粒子を注入することができるとともに、極超微粒子セメントの使用量の抑制を図ることができる。
【００１２】
ここで、極超微粒子セメント系注入材の水セメント比Ｗ／Ｃが４００〜１６００％とされている態様とすることができる。
【００１３】
このように、極超微粒子セメント系注入材の水セメント比Ｗ／Ｃが４００〜１６００％とされていることにより、注入口から遠い領域におけるセメント粒子の注入をより好適に行うことができる。
【００１４】
また、先行注入工程と後行注入工程との間に、極超微粒子よりも貧配合の注入材を注入する中間注入工程を、さらに含む態様とすることができる。
【００１５】
このように、先行注入工程と後行注入工程との間に、極超微粒子セメント系注入材よりも貧配合の貧配合極超微粒子セメント系注入材を注入することにより、注入口から遠い領域におけるセメント系注入材の浸透性をさらに高くすることができる、その結果、広い範囲でセメント粒子をより高濃度で注入することができる。
【００１６】
さらに、先行注入工程から後行注入工程の間の工程でセメント系注入材を注入するにあたり、動的注入または超音波振動付与注入によってセメント系注入材を注入する態様とすることができる。
【００１７】
このように、セメント系注入材を注入するにあたり、動的注入または超音波振動付与注入によってセメント系注入材を注入することにより、注入口から遠い領域におけるセメント粒子の充填性をより高めることができる。
【００１８】
また、極超微粒子セメントは、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３の含有量が５質量％以下であるセメントクリンカー２〜２５質量％、高炉スラグ７４〜９７質量％、石膏１〜５質量％を含み、粉体中の粒径１〜５μｍの粒子量が６０〜８０体積％である極超微粒子セメンを混合してなる態様とすることができる。
【００１９】
このように、上記の配合および成分を用いることにより、極超微粒子セメント系注入材を好適に製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るセメント系注入材の注入方法によれば、広い範囲でセメント粒子を注入することができるとともに、極超微粒子セメントの使用量の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】セメント系注入材が注入された地盤を模式的に示す図である。
【図２】セメント系注入材を注入する工程を説明する工程図である。
【図３】図２に続く工程を説明する工程図である。
【図４】一次元注入試験に用いた試験装置の構成図である。
【図５】試験に用いたグラウトおよび試験結果を示す表である。
【図６】供試体における一軸圧縮強さ分布を示すグラフである。
【図７】（ａ）は、超微粒子セメント系注入材のみが注入された地盤を模式的に示す図、（ｂ）は、極超微粒子セメント系注入材が注入された後、超微粒子セメント系注入材が注入された地盤を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２３】
本実施形態に係るセメント系注入材の注入方法は、二重管ストレーナ工法やダブルパッカ工法などの注入工法におけるいわゆる二次注入の際に行われる。一般に、二重管ストレーナ工法では、瞬結となる一次注入と緩結となる二次注入が行われる。また、ダブルパッカ工法では、セメントベントナイト材（ＣＢ材）の注入による一次注入と、緩結による二次注入とがある。本実施形態は、これらの工法における二次注入の際に行われることで、より効果的に、広い範囲でセメント粒子を注入することができるとともに、極超微粒子セメントの使用量の抑制を図ることができる。
【００２４】
本実施形態に係るセメント系注入材の注入方法においては、極超微粒子セメントおよび超微粒子セメントを水に混合撹拌してスラリー状にしたセメント系注入材を強化の対象となる強化対象地盤に対して注入する。ここで用いられる超微粒子セメント系注入材としては、たとえばポルトランドセメントまたはポルトランドセメントクリンカーと高炉スラグと石膏とを含む超微粒子セメントを必須成分として構成される。超微粒子セメント系注入材は、その最大粒径が１０〜１６μｍ程度とされており、平均粒径が４．０μｍとされている。超微粒子セメント系注入材としては、平均粒径が３〜５μｍのものが用いられる。
【００２５】
また、極超微粒子セメント系注入材は、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・の含有量が５質量％以下であるセメントクリンカー２〜２５質量％、高炉スラグ７４〜９７質量％、石膏１〜５質量％を含み、粉体中の粒径１〜５μｍの粒子量が６０〜８０体積％である極超微粒子セメントおよびポリカルボン酸系分散剤を必須成分として混合して構成される。極超微粒子セメント系注入材は、平均粒径が１．５μｍとされている。極超微粒子セメント系注入材としては、平均粒径が１〜３μｍのものが用いられる。
【００２６】
この極超微粒子注入材組成物の好ましい形態としては、ポリカルボン酸系分散剤が不飽和ポリアルキレングリコール系単量体に由来する繰り返し単位と不飽和カルボン酸系単量体に由来する繰り返し単位とを有するポリカルボン酸系共重合体を含む形態である。さらに、極超微粒子セメント系注入材を製造する方法は、周速３１４ｍ／ｍｉｎ以上で混合撹拌する高速撹拌工程を有することが好適となる。
【００２７】
さらに、極超微粒子セメント系注入材は、水セメント比Ｗ／Ｃを４００〜１６００％に設定することが好適である。水セメント比Ｗ／Ｃが４００％未満では、セメント量が多いため、目詰まりが発生し、注入の継続が困難となるからである。また、水セメント比Ｗ／Ｃが１６００％を超えると、セメント量が少なく、所定の強度や浸透長が確保しにくくなるからである。
【００２８】
次に、本実施形態に係るセメント系注入材の注入方法によってセメント系注入材を地盤に注入した際の地盤内におけるセメント系注入材の流動について説明する。地盤にセメント系注入材を注入する際には、セメント系注入材におけるセメントが、地盤に対して広い範囲かつ均一に浸透することが求められる。本実施形態に係るセメント系注入材の注入方法では、図１に示すように、注入口Ｐの近傍領域には、主に超微粒子セメント系注入材が浸透した超微粒子セメント系注入材注入領域ＳＯが形成され、注入口Ｐの遠方領域には、主に極超微粒子セメント系注入材が浸透した極超微粒子セメント系注入材注入領域ＳＶが形成される。
【００２９】
超微粒子セメント系注入材は、極超微粒子セメント系注入材と比較して平均粒径が大きいため、極超微粒子セメント系注入材と比較して地盤に対する浸透性は劣り、改良範囲が狭くなる。しかし、脱水ろ過現象によってセメント量が濃縮されることから、改良範囲内の地盤における間隔に占めるセメントの体積は大きくなる。一方、極超微粒子セメント系注入材は、超微粒子セメント系注入材と比較して平均粒径が小さいことから、地盤に対する浸透性には優れ、改良範囲は広くなる。しかし、セメント量の濃縮が少ないので、地盤における間隙を埋めて十分な改良強度を得るためには、極超微粒子セメント系注入材を多量に必要とすることとなる。さらに、超微粒子セメント系注入材は、極超微粒子セメント系注入材と比較して、地盤に注入した際に目詰まりを発生させやすくなる。
【００３０】
これらの特性を踏まえ、本実施形態では、注入口から極超微粒子セメント系注入材を先行注入し、続いて超微粒子セメント系注入材を後行注入する。地盤に注入された極超微粒子セメント系注入材は、地盤Ｇにおける注入口Ｐの周囲に浸透していく。極超微粒子セメント系注入材は、その平均粒径が１．５μｍと非常に小さいので、極超微粒子セメント系注入材は、注入口Ｐの近傍領域において目詰まりが生じにくくなっている。このため、注入口Ｐの近傍領域から遠方領域に至るまで、目詰まりを生じることなく幅広く浸透する。
【００３１】
極超微粒子セメント系注入材の注入が済んだら、超微粒子セメント系注入材を後行注入する。地盤Ｇにおける注入口Ｐの周囲には、すでに注入された極超微粒子セメント系注入材が浸透している。ところが、極超微粒子セメント系注入材は、その平均粒径が非常に小さいことから、超微粒子セメント系注入材を注入した際においても、地盤Ｇにおける目詰まりの発生が防止される。
【００３２】
一方、超微粒子セメント系注入材は、極超微粒子セメント系注入材よりも平均粒径が大きくされている。極超微粒子セメント系注入材の注入後に超微粒子セメント系注入材を注入すると、超微粒子セメント系注入材に押し出され、または超微粒子セメント系注入材とともに極超微粒子セメント系注入材が注入口Ｐの遠方まで浸透していく。そして、注入口Ｐの近傍位置には、超微粒子セメント系注入材が主に浸透した超微粒子セメント系注入材注入領域ＳＯが形成され、注入口Ｐの遠方領域には、極超微粒子セメント系注入材が主に浸透した極超微粒子セメント系注入材注入領域ＳＶが形成される。
【００３３】
したがって、たとえば注入管を複数並設し、または注入管を移動させながら注入を行うにあたり、超微粒子セメント系注入材のみによる注入を行った場合、図７（ａ）に示すように、超微粒子セメント系注入材が注入された超微粒子セメント系注入材注入領域ＳＯが隣接した状態で改良がなされる。一方、極超微粒子セメント系注入材を注入した後に超微粒子セメント系注入材を注入する注入を行った場合には、図７（ｂ）に示すように、極超微粒子セメント系注入材ＳＶが注入された極超微粒子セメント系注入材領域が隣接した状態で改良がなされる。ここでは、極超微粒子セメント系注入材領域の内側に極超微粒子セメント系注入材領域ＳＯが形成された状態となる。
【００３４】
このように、極超微粒子セメント系注入材を先行注入し、続いて超微粒子セメント系注入材を後行注入することにより、注入口Ｐの近傍領域における目詰まりを防止することができる。さらには、セメント系注入材を注入口Ｐの遠方領域にまで広い範囲で注入して浸透させることができることから、補強された地盤Ｇにおける強度を向上させることができるとともに、強度の分布が滑らかになり、地盤Ｇの強度の均一化を図ることができる。加えて、注入口Ｐの近傍領域は比較的平均粒径が大きい超微粒子セメント系注入材が注入されている。このため、セメント系注入材、特に極超微粒子セメント系注入材の使用量を抑制することができる。
【００３５】
次に、実際に地盤にセメント系注入材を注入する手順を説明する。図２は、地盤にセメント系注入材を注入する際の工程を示す工程図である。地盤にセメント系注入材を注入する際には、まず、図２（ａ）に示すように、強化対象地盤である地盤Ｇにおける所定箇所に対してボーリング削孔を行うとともに、削孔した掘削孔に対してケーシング１を挿入する。
【００３６】
地盤Ｇにケーシング１を挿入したら、図２（ｂ）に示すように、ケーシング１の内側に注入ホース２を挿入し、注入ホース２からシールグラウト３を吐出させることにより、ケーシング１の内側にシールグラウト３を注入する。シールグラウト３は、流動性を有しており、所定時間の経過によって固化するものである。
【００３７】
シールグラウト３の注入が済んだら、シールグラウト３が固化する前に注入ホース２をケーシング１から引き出す。その後、図２（ｃ）に示すように、ケーシング１の内側にスリーブパイプ４を挿入する。スリーブパイプ４の挿入はシールグラウト３が固化する前に行われる。
【００３８】
また、スリーブパイプ４の下端部には、スリーブパイプ４の下方開口部を閉塞するパイプキャップ５が設けられている。このため、ケーシング１にスリーブパイプ４を挿入する際におけるスリーブパイプ４内へのシールグラウト３の浸入が阻止されている。また、スリーブパイプ４の側面には、長さ方向に所定の間隔をおいて配置された複数の注入口４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが形成されている。これらの注入口からセメント系注入材が注入される。スリーブパイプ４の挿入が注入口挿入工程となる。
【００３９】
スリーブパイプ４の挿入が完了したら、シールグラウト３が固化する前に、地盤Ｇに形成した削孔からケーシング１を引き抜く。その後、しばらく時間の経過を待ち、削孔内におけるシールグラウト３を固化させる。シールグラウト３が固化すると、スリーブパイプ４の内側が空洞となった状態でスリーブパイプ４と地盤Ｇの削孔との間に固化シールグラウト６が生成される。
【００４０】
その後、図３（ａ）に示すように、空洞となっているスリーブパイプ４の内側にダブルパッカ７を挿入し、最上方に位置する注入口４Ａの側方に配置する。ダブルパッカ７には、インジェクションパイプが内設されており、インジェクションパイプを作動させることによってセメント系注入材をスリーブパイプ４内に排出する。ここでは、セメント系注入材として、先行して極超微粒子セメント系注入材を排出する。
【００４１】
その後、極超微粒子セメント系注入材の排出を継続することにより、図３（ｂ）に示すように、極超微粒子セメント系注入材がスリーブパイプ４における注入口４Ａから排出され、側方にクラッキングＣが形成され、クラッキングＣ内に極超微粒子セメント系注入材が浸透する。こうして、地盤Ｇに対する極超微粒子セメント系注入材の注入が先行注入工程として行われる。
【００４２】
地盤Ｇにおける所定範囲まで極超微粒子セメント系注入材が浸透したら、図３（ｃ）に示すように、下方の注入口４Ｂの側方にダブルパッカ７を移動させ、同様の手順によって地盤Ｇ内に極超微粒子セメント系注入材を注入する。以後、同様の注入口４Ｃ，４Ｄの側方にダブルパッカ７を配置して極超微粒子セメント系注入材を地盤Ｇに注入する。
【００４３】
図３に示す態様では、最上方に配置された注入口４Ａから注入を開始し、徐々に下方に位置する注入口４Ｂ〜４Ｄに下がって注入を行ういわゆるステップダウンの施工手順で注入を行っているが、いわゆるステップアップの施工手順で注入を行うこともできる。ステップダウンの施工手順で注入を行う際には、最初に、最下方に配置された注入口４Ｄから注入を開始し、徐々に上方に位置する注入口４Ｃ〜４Ａに上がって注入を行う。
【００４４】
こうして、極超微粒子セメント系注入材の注入が済んだら、ダブルパッカ７からスリーブパイプ４に排出するセメント系注入材を極超微粒子セメント系注入材から超微粒子セメント系注入材に変更して、後行注入工程を行う。超微粒子セメント系注入材の後行注入は、極超微粒子セメント系注入材の先行注入と同様の手順によって行う。こうして、図１に示すように、注入口の遠方領域に対して主に極超微粒子セメント系注入材を注入することができるとともに、注入口の近傍領域に対して主に超微粒子セメント系注入材を注入することができる。
【００４５】
次に、極超微粒子セメント系注入材を先行注入し、超微粒子セメント系注入材を後行注入する際のセメント系注入材の浸透状態について説明する。本発明者らは、これらのセメント系注入材の浸透状況についての一次元注入試験を行った。一次元注入試験では、硅砂７号供試土を用いた。
【００４６】
図４に示すように、一次元注入試験では、鉛直に立てた内径５ｃｍ、長さ１ｍの透明アクリル製筒体１１に供試土を詰め、端部をそれぞれ下蓋１２および上蓋１３で塞ぐことにより地盤を模した供試体１４を構築した。供試体１４を構成する砂層は、細粒分含有率６％、相対密度８７％とした。下蓋１２と供試体１４の間および上蓋１３と供試体１４の間には、それぞれ下フィルタ材１５および上フィルタ材１６が設けられている。
【００４７】
下蓋１２には注入入口１７が形成されており、上蓋１３には注入出口１８が形成されている。下フィルタ材１５と供試体１４との間、および上フィルタ材１６と供試体１４との間には、それぞれ隙間が無いように供試土が充填されている。供試体１４の長さ（下フィルタ材１５の上端と上フィルタ材１６の下端の距離）は９７．５ｃｍである。
【００４８】
注入入口１７は注入管１９によりグラウトタンク２１に繋がっている。グラウトタンク２１は密閉可能な蓋付容器であり、グラウト２２を撹拌するためのミキサ２３を備え、外部から所定の圧力を付与することにより、グラウトタンク２１内のグラウト２２を注入入口１７より供試体１４中に注入できるようになっている。注入出口１８は排出管２０により外部に繋がっており、注入出口１８から排出された流体の量をメスシリンダ２４によって計測できるようになっている。
【００４９】
グラウトに使用するセメント系注入材としては、極超微粒子セメント系注入材および超微粒子セメント系注入材を先行材料と後行材料とに分けて、あるいは分けることなく複数の組み合わせで用いた。セメント系注入材は、水セメント比Ｗ／Ｃ６００％の配合とし、砂層の間隙１００％の体積となる設計注入量で注入を行った。また、単位セメント量は、いずれのグラウトにおいても１５８ｋｇ／ｍ３とした。
【００５０】
図５に示すように、第１グラウトによる注入では、極超微粒子セメント系注入材を１００％注入した。第２グラウトによる注入では、５０質量％の極超微粒子セメント系注入材と５０質量％の超微粒子セメント系注入材とをあらかじめ粉体混合したセメント系注入材を１００％注入した。第３グラウトによる注入では、超微粒子セメント系注入材を１００％注入した。第４グラウトの注入では、超微粒子セメント系注入材を５０体積％注入した後、極超微粒子セメント系注入材を５０体積％注入した。第５グラウトの注入では、極超微粒子セメント系注入材を５０体積％注入した後、超微粒子セメント系注入材を５０体積％注入した。
【００５１】
グラウトの注入にあたっては、供試体１４に水を注入入口１７から一定圧力で注入し、その水が供試体１４の土粒子の間隙を通って上部の注入出口１８に接続されている排出管２０から流れ出る状態をとし、土粒子の間隙を水で満たした。次に、全グラウト注入量が設計注入量に等しくなるようにグラウトタンク２１内のグラウト２２を注入入口１７から一定圧力で注入する実験を行った。グラウト２２の注入量は、排出される水の量をメスシリンダ２４で計測することによって把握することができる。
【００５２】
設計注入量に等しい注入量のグラウトを注入した後、供試体に対するグラウトの浸透長（ｃｍ）、材令７日での一軸圧縮強さの平均値（ｋＮ／ｍ２）およびその標準偏差（ｋＮ／ｍ２）を第１グラウト〜第４グラウトのそれぞれについて求めた。その結果を図５に示す。
【００５３】
さらに、供試体が固化した後、供試体を１０ｃｍ刻みで切断し、材令２８日における一軸圧縮強さ分布を調べた。その結果を図６に示す。図６において、切断した供試体における最も下側（注入入口１７側）の供試体に供試体番号１を付与し、その上の供試体に供試体番号２を付与した。さらには、上側にいくにつれて供試体番号３、供試体番号４・・・と順に大きくした供試体番号を付与した。また、第１グラウトを「ＵＳＦ」、第２グラウトを「ＵＳＦ＋ＳＦ」、第３グラウトを「ＵＳＦ→ＳＦ」、第４グラウトを「ＳＦ」としてそれぞれ示している。
【００５４】
図５および図６に示すように、極超微粒子セメント系注入材からなる第１グラウトでは、浸透長は１００％であり、供試体の全体にわたって浸透していた。また、一軸圧縮強さは、供試体の注入入口１７から注入出口１８に進むに伴って小さくなり、平均１４２２ｋＮ／ｍ２、強度ばらつきを示す変動係数は３９％、標準偏差は５５９ｋＮ／ｍ２とばらつきが大きかった。
【００５５】
また、極超微粒子セメント系注入材と超微粒子セメント系注入材とを混合した第２グラウトでは、浸透長は８０ｃｍであり、供試体に目詰まりが生じてしまった。また、一軸圧縮強さは凹凸がある分布になっており、平均２０７０ｋＮ／ｍ２、変動係数は４０％、標準偏差８２２ｋＮ／ｍ２とばらつきが大きかった。
【００５６】
さらに、超微粒子セメント系注入材を用いた第３グラウトでは、浸透長が６０％であり、目詰まりが大きく生じてしまう結果となった。また、一軸圧縮強さは、平均１１６９ｋＮ／ｍ２、変動係数２８％、標準偏差３２４ｋＮ／ｍ２であり、ばらつきは多少小さいものの、一軸圧縮強さ自体が非常に小さくなる結果となった。
【００５７】
また、先行材料として超微粒子セメント系注入材を用い、後行材料として極超微粒子セメント系注入材を用いた第４グラウトでは、浸透長は１００％と供試体全体にグラウトが浸透していた。また、一軸圧縮強さは凹凸がある分布になっており、平均１５０２ｋＮ／ｍ２、変動係数は６９％、標準偏差１０４３ｋＮ／ｍ２であり、ばらつきが大きかった。
【００５８】
そして、先行材料として極超微粒子セメント系注入材を用い、後行材料として超微粒子セメント系注入材を用いた第５グラウトでは、浸透長は１００％と供試体全体にグラウトが浸透していた。また、一軸圧縮強さは供試体の注入入口１７から注入出口１８にわたって平滑化され、平均１４６３ｋＮ／ｍ２、変動係数は１４％、標準偏差２４１ｋＮ／ｍ２とばらつきが小さかった。
【００５９】
以上の結果から、極超微粒子セメント系注入材を先行注入し、超微粒子セメント系注入材を後行注入した第３グラウトが、供試体中におけるばらつきが小さい結果となった。一方、他のグラウトでは、いずれも第３グラウトに対して、標準偏差が大きくなる傾向となった。したがって、極超微粒子セメント系注入材を先行注入し、超微粒子セメント系注入材を後行注入することにより、セメント系材料を注入口の遠方に対しても注入することができるとともに、平滑な分布の強度を達成することができる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、極超微粒子セメント系注入材を先行注入した直後に超微粒子セメント系注入材を後行注入するようしているが、極超微粒子セメント系注入材の先行注入と超微粒子セメント系注入材の後行注入との間に、中間注入工程として、貧配合極超微粒子セメント系注入材を注入する態様とすることもできる。ここでの貧配合極超微粒子セメント系注入材としては、たとえば水セメント比Ｗ／Ｃが１６００〜４０００％、かつ先行注入と中間注入との積算Ｗ／Ｃが１６００％以下となるようにする。このように、貧配合極超微粒子セメント系注入材を注入することにより、より少ないセメント量で所定の強度や浸透性を有して。改良範囲を拡大することができる。
【００６１】
また、セメント系注入材を注入する際に、動的注入または超音波振動を付与した注入を行う態様とすることもできる。これらの動的注入または超音波振動を付与した注入は、特に、極超微粒子セメント系注入材を注入する際に行うことが好適である。動的注入または超音波振動を付与した注入を行うことにより、セメント系注入材を地盤に対してスムースに浸透させることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…ケーシング
２…注入ホース
３…シールグラウト
４…スリーブパイプ
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…注入口
５…パイプキャップ
６…固化シールグラウト
７…ダブルパッカ
１１…透明アクリル製筒体
１２…下蓋
１３…上蓋
１４…供試体
１５…下フィルタ材
１６…上フィルタ材
１７…注入入口
１８…注入出口
１９…注入管
２０…排出管
２１…グラウトタンク
２２…グラウト
２３…ミキサ
２４…メスシリンダ
Ｃ…クラッキング
Ｇ…地盤
Ｐ…注入口
ＳＯ…超微粒子セメント系注入材注入領域
ＳＶ…極超微粒子セメント系注入材注入領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化対象地盤に対してセメント系注入材を注入して、前記強化対象地盤を強化するセメント系注入材の注入方法であって、
前記強化対象地盤における所定箇所に注入口を挿入する注入口挿入工程と、
前記注入口から、平均粒径が１〜３μｍである極超微粒子セメント系注入材を先行注入する先行注入工程と、
前記注入口から、平均粒径が３〜５μｍである超微粒子セメント系注入材を後行して注入する後行注入工程と、
を含むことを特徴とするセメント系注入材の注入方法。
【請求項２】
前記極超微粒子セメント系注入材の水セメント比Ｗ／Ｃが４００〜１６００％とされている請求項１に記載のセメント系注入材の注入方法。
【請求項３】
前記先行注入工程と前記後行注入工程との間に、前記極超微粒子セメント系注入材よりも貧配合の貧配合極超微粒子セメント系注入材を注入する中間注入工程を、さらに含む請求項１または請求項２に記載のセメント系注入材の注入方法。
【請求項４】
前記先行注入工程から前記後行注入工程の間の工程でセメント系注入材を注入するにあたり、動的注入または超音波振動付与注入によって前記セメント系注入材を注入する請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載のセメント系注入材の注入方法。
【請求項５】
前記極超微粒子セメント系注入材は、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３の含有量が５質量％以下であるセメントクリンカー２〜２５質量％、高炉スラグ７４〜９７質量％、石膏１〜５質量％を含み、粉体中の粒径１〜５μｍの粒子量が６０〜８０体積％である極超微粒子セメントを混合してなる請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載のセメント系注入材の注入方法。
【請求項１】
強化対象地盤に対してセメント系注入材を注入して、前記強化対象地盤を強化するセメント系注入材の注入方法であって、
前記強化対象地盤における所定箇所に注入口を挿入する注入口挿入工程と、
前記注入口から、平均粒径が１〜３μｍである極超微粒子セメント系注入材を先行注入する先行注入工程と、
前記注入口から、平均粒径が３〜５μｍである超微粒子セメント系注入材を後行して注入する後行注入工程と、
を含むことを特徴とするセメント系注入材の注入方法。
【請求項２】
前記極超微粒子セメント系注入材の水セメント比Ｗ／Ｃが４００〜１６００％とされている請求項１に記載のセメント系注入材の注入方法。
【請求項３】
前記先行注入工程と前記後行注入工程との間に、前記極超微粒子セメント系注入材よりも貧配合の貧配合極超微粒子セメント系注入材を注入する中間注入工程を、さらに含む請求項１または請求項２に記載のセメント系注入材の注入方法。
【請求項４】
前記先行注入工程から前記後行注入工程の間の工程でセメント系注入材を注入するにあたり、動的注入または超音波振動付与注入によって前記セメント系注入材を注入する請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載のセメント系注入材の注入方法。
【請求項５】
前記極超微粒子セメント系注入材は、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３の含有量が５質量％以下であるセメントクリンカー２〜２５質量％、高炉スラグ７４〜９７質量％、石膏１〜５質量％を含み、粉体中の粒径１〜５μｍの粒子量が６０〜８０体積％である極超微粒子セメントを混合してなる請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載のセメント系注入材の注入方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７２４６８（Ｐ２０１２−１７２４６８Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７４１６（Ｐ２０１１−３７４１６）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（３９００３６５０４）日特建設株式会社 (99)
【出願人】（５９２０４８９７０）日鐵セメント株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（３９００３６５０４）日特建設株式会社 (99)
【出願人】（５９２０４８９７０）日鐵セメント株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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