薬液注入工法及び薬液注入装置
【課題】 地盤改良効果を維持しつつ薬液の使用量を少なくして地盤改良に係るコストの低減を図った薬液注入工法及び薬液注入装置を提供する。
【解決手段】 地盤に設けた注入孔９内に、内面から外面に向けて貫通する貫通孔を備えた外管３ａを挿入するとともに、先端側に薬液を吐出する噴出部３ｇを備え、噴出部３ｇを挟んで軸方向の上方と下方とにパッカー３ｈを備える内管３ｂを外管３ａ内に挿入し、貫通孔と噴出部３ｇの深度を略一致させつつパッカー３ｈで外管３ａと内管３ｂとの隙間を閉塞した後に、薬液を噴出部３ｇから吐出し貫通孔を通じて薬液を地盤に注入する薬液注入工法において、内管３ｂを流通する薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させる微細気泡発生装置１０が内管３ｂに設けられ、この微細気泡発生装置１０を通過して微細気泡を包含した薬液を地盤に注入する。
【解決手段】 地盤に設けた注入孔９内に、内面から外面に向けて貫通する貫通孔を備えた外管３ａを挿入するとともに、先端側に薬液を吐出する噴出部３ｇを備え、噴出部３ｇを挟んで軸方向の上方と下方とにパッカー３ｈを備える内管３ｂを外管３ａ内に挿入し、貫通孔と噴出部３ｇの深度を略一致させつつパッカー３ｈで外管３ａと内管３ｂとの隙間を閉塞した後に、薬液を噴出部３ｇから吐出し貫通孔を通じて薬液を地盤に注入する薬液注入工法において、内管３ｂを流通する薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させる微細気泡発生装置１０が内管３ｂに設けられ、この微細気泡発生装置１０を通過して微細気泡を包含した薬液を地盤に注入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液を地盤に注入して地盤改良を行なう薬液注入工法及びこれに用いられる薬液注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤や地下水帯水地盤の強度増加や不透水化などを図る地盤改良工法として、地盤の土粒子間隙中に薬液（薬液注入材）を注入する薬液注入工法が多用されている。この薬液注入工法では、これに用いる薬液として、セメント、ベントナイト、水ガラスなど種々のものが存在するが、中でも水ガラス系薬液を主体としたものが多用されている。この種の薬液を用いる薬液注入工法は、例えば主剤と、硬化剤または助剤、あるいは硬化剤と助剤（以下、硬化剤という）の配合比率を調整することで容易に硬化時間（ゲルタイム）を調整することが可能とされ、地盤の土質性状や目的に応じて多様な選択性を有することや、注入した薬液により地盤を適度な固さとすることができ、例えば改良後に地盤を掘削する場合など好適に掘削できることや、薬液の注入に要する機械設備が小型で、狭所や高さ制限のある場所での施工性がよいことなど多くの利点を有している。
【０００３】
このような薬液注入工法は、薬液を地盤内に注入する方法の違いにより、１ショット方式と１．５ショット方式と２ショット方式とに区別される。また、地盤内に建て込まれ地盤の所定深度に薬液を送るための注入管の違いにより、二重管ストレーナ方式とダブルパッカー方式とに区別される。
【０００４】
ここで、１ショット方式とは、主剤と硬化剤を所定の配合比率で薬液ミキサーによって予め撹拌混合しておき、主剤と硬化剤を混合した１液状態の薬液を圧送して地盤に注入するものである。これに対し、１．５ショット方式は、主剤と硬化剤とを送液ポンプで個別に注入管に送り注入管の頭部で２液を合わせ、混合された薬液を注入管の先端から吐出して地盤に注入するものである。また、２ショット方式とは、１．５ショット方式と同様に、主剤と硬化剤とを送液ポンプで個別に注入管に送り、注入管の先端から吐出される瞬間に２液を合わせて混合するものである。
【０００５】
一方、二重管ストレーナ方式とは、外管と内管とを備える注入管（二重管ロッド）を使用して所定深度まで地盤を削孔した後に、外管と内管のそれぞれの内孔部分から主剤と硬化剤を送液するもので、１．５ショットまたは２ショット方式で用いられている。これに対し、ダブルパッカー方式では、地盤をケーシング削孔した後に、軸方向に所定間隔をもって複数の貫通孔が形成された外管をケーシング内に挿入し、薬液を吐出する噴出部を先端に有し噴出部を挟んで軸方向上下にパッカーが設けられた内管を外管内に挿入する。そして、貫通孔と噴出部の深度を一致させて上下のパッカーで外管と内管との隙間を閉塞しつつ貫通孔と噴出部とを一つの空間内に位置させる。このダブルパッカー方式は、噴出部から薬液を吐出し貫通孔を通じて地盤に薬液を注入するものであり、１ショット方式で用いられている。ダブルパッカー方式を用いた場合には、地盤の所定深度毎に複数の貫通孔を形成しておき噴出部を順に各貫通孔に一致させつつ注入を行なうことで、深度方向の地盤に順次薬液を注入することが可能とされる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−３８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の薬液注入工法は、前述した通り非常に優れた特長を有している反面、薬液のコストが高いという問題があった。このため、薬液注入による地盤改良効果を維持しつつ薬液の使用量を少なくして地盤改良に係るコストの低減を図ることが強く望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑み、地盤改良効果を維持しつつ薬液の使用量を少なくして地盤改良に係るコストの低減を図った薬液注入工法及び薬液注入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００９】
本発明の薬液注入工法は、薬液を貯留可能な薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサー及び前記注入管に送液ポンプを介して接続され前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置を用いて、前記薬液を前記地盤に注入し地盤改良を行う薬液注入工法において、前記送液回路内に、前記薬液に空気を供給する空気供給手段と、該空気供給手段によって供給された前記空気を微細化して前記薬液に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置とを設け、前記微細気泡を包含した薬液を前記地盤に注入することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の薬液注入工法は、地盤に設けた注入孔内に、内面から外面に向けて貫通する貫通孔を備えた外管を挿入するとともに、該外管内に、先端側に薬液を吐出する噴出部を備え該噴出部を挟んで軸方向の上方と下方とにパッカーを備えた内管を挿入し、前記貫通孔と前記噴出部の深度を略一致させつつ前記パッカーで前記外管と前記内管との隙間を閉塞した後に、前記薬液を前記噴出部から吐出し前記貫通孔を通じて前記地盤に注入する薬液注入工法において、前記内管を流通する前記薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させる微細気泡発生装置が前記内管に設けられ、該微細気泡発生装置を通過して前記微細気泡を包含した前記薬液を前記地盤に注入することを特徴とする。
【００１１】
本発明の薬液注入装置は、薬液を貯留可能な薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサーと前記注入管とに送液ポンプを介しつつ接続されて前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置において、前記送液回路内に、前記薬液に空気を供給する空気供給手段と、該空気供給手段によって供給された前記空気を微細化して前記薬液に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置とが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の薬液注入装置は、内面から外面に向けて貫通する貫通孔を備えた外管と、先端に薬液を吐出する噴出部を有し該噴出部を挟んで軸方向の上方と下方とにパッカーを備えた内管とを備える薬液注入装置において、前記内管を流通する前記薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させる微細気泡発生装置が前記内管に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の薬液注入装置においては、前記微細気泡発生装置が、略筒状に形成されており、前記薬液が流通する内孔に、前記内管の内径よりも内径が小径の小径部を備えるとともに該小径部から前記薬液の流通方向に向けて前記内径が漸次大となる拡径部を備えていることが望ましい。
【００１４】
さらに、本発明の薬液注入装置においては、前記微細気泡発生装置が、略筒状に形成されており、該微細気泡発生装置の内孔に予め空気を混入した前記薬液が流通するとともに前記空気と前記薬液の二層旋回流を発生させる旋回流発生部材と、前記二層旋回流とされた前記空気と前記薬液とを衝突させる衝突体とを備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の薬液注入工法及び薬液注入装置によれば、空気供給手段及び微細気泡発生装置を薬液の送液回路内に設けることによって、薬液に微細気泡を包含させることが可能となり、この微細気泡を含む薬液を地盤に注入することで、土粒子間隙中に薬液と微細気泡とを混在させることが可能となる。また、土粒子間隙中に微細気泡が混在することによって、地盤を不飽和状態にすることができるため、従来の土粒子間隙中に薬液が飽和されるものと比較して、地盤の強度を増大させることができる。よって、従来に比べて少ない薬液使用量で地盤の設計強度を確保することが可能となり、薬液注入工法の単位土量あたりのコストを低減することが可能となる。
【００１６】
本発明の薬液注入工法及び薬液注入装置によれば、噴出部を挟んで軸方向の上方と下方とにパッカーを備えた内管に微細気泡発生装置が設けられていることによって、内管を流通する薬液に微細気泡を包含させることが可能となり、この微細気泡を含む薬液を地盤に注入することで、土粒子間隙中に薬液と微細気泡とを混在させることが可能となる。
【００１７】
また、本発明の薬液注入装置においては、微細気泡発生装置がその内孔に小径部と拡径部を備えることによって、予め空気が混入された薬液が微細気泡発生装置の小径部を通過する際に薬液に加圧力が負荷され空気を薬液中に溶解させることができる。そして、この空気が溶解した薬液が拡径部を通過することで減圧され、この減圧に伴って薬液中に溶解した空気を過飽和状態にすることができ、薬液に微細気泡を発生させて包含させることが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明の薬液注入装置においては、前記微細気泡発生装置が、旋回流発生部材と衝突体とを備えていることにより、旋回流発生部材で、予め空気を混入した薬液に二層旋回流を発生させることができ、二層旋回流とされた空気と薬液を衝突体に衝突させることで空気を粉砕して微細化することができる。これにより、薬液に微細気泡を包含させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図１から図４を参照し、本発明の第１実施形態に係る薬液注入工法及び薬液注入装置について説明する。本実施形態は、例えば水ガラス系薬液（薬液）を地盤に注入して地盤改良を行なう薬液注入工法及びこれに使用される薬液注入装置に関するものであり、特に薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させて、ダブルパッカー方式を用い１ショット方式で地盤に注入する薬液注入工法及び薬液注入装置に関するものである。
【００２０】
本実施形態の薬液注入装置１は、図１から図２に示すように、所定の水ガラス濃度に調整した主剤と、所定の濃度に調整した硬化剤または助剤あるいは硬化剤と助剤（以下、これらを総称して硬化剤という）とを混合して製造された薬液を貯留する薬液タンク２ａを備えた薬液ミキサー２と、外管３ａと内管３ｂの２つの管からなる注入管３と、薬液ミキサー２の薬液タンク２ａと注入管３の内管３ｂとに接続された注入ホース４と、薬液ミキサー２の薬液タンク２ａから注入ホース４を介して内管３ｂに薬液を送液する送液ポンプ５とが主な構成要素とされている。ここで、薬液ミキサー２と注入管３と注入ホース４と送液ポンプ５とは、薬液が流通する送液回路６を構成する。また、本実施形態では、薬液の主剤は水ガラスとされ、硬化剤は例えば水溶性の無機酸、有機酸、塩類、エステル類、アルデヒドなどとされる。
【００２１】
外管３ａは、図２に示すように、内面３ｃから外面３ｄに向けて貫通し軸線Ｏ１方向（軸方向）に所定間隔をもって並設された複数の貫通孔３ｅと各貫通孔３ｅをそれぞれ覆うように外面３ｄに装着された弾性スリーブ３ｆとを有するものとされている。一方、内管３ｂは、先端側に薬液を吐出する噴出部３ｇを有しこの噴出部３ｇを挟むように軸Ｏ１方向の上方と下方とにそれぞれ設けられたパッカー３ｈを有するものとされている。また、内管３ｂには、上方のパッカー３ｈよりも上方に位置する部分（薬液の流通方向上流側）に微細気泡発生装置１０が介装されている。
【００２２】
この微細気泡発生装置１０は、図２及び図３に示すように、略円筒状に形成され、上端１０ａと下端１０ｂとに外面１０ｃに直交する方向に延出するリング状のフランジ部１０ｄが設けられている。微細気泡発生装置１０は、このフランジ部１０ｄが、注入管３の内管３ｂの端部に形成されたリング状のフランジ部３ｉにボルトで締結されて内管３ｂと一体とされている。また、内管３ｂに介装された状態で、微細気泡発生装置１０は、軸線Ｏ１が内管３ｂの軸線Ｏ１と一致し、内管３ｂと微細気泡発生装置１０の互いの内孔が連通している。
【００２３】
また、この微細気泡発生装置１０は、その内孔がベンチュリー管のような形状を呈している。すなわち、内管３ｂと略同一の内径で形成されこの内径を維持しつつ微細気泡発生装置１０の上端１０ａから下端１０ｂに向けて延びる第１内孔１０ｅと、第１内孔１０ｅの下端１０ｂ側の端部１０ｆから微細気泡発生装置１０の下端１０ｂまで延びる第２内孔１０ｇとから構成されている。第２内孔１０ｇは、上端１０ａ側の一端が第１内孔１０ｅの内径を縮径した状態で第１内孔１０ｅと接続されており、この小径部分が小径部１０ｈとされている。また、第２内孔１０ｇは、一端から他端までの部分が、薬液の流通方向Ｔに向けて漸次径が大となるように形成されており、この部分が拡径部１０ｉとされている。また、このとき、拡径部１０ｉの他端の内径は、第１内孔１０ｅ及び下端１０ｂと接続される内管３ｂの内径と略同一とされている。
【００２４】
注入ホース４は、図１に示すように、一端が薬液ミキサー２の薬液タンク２ａに接続され、他端が注入管３の内管３ｂと接続されている。また、注入ホース４の一端と他端との間に、薬液タンク２ａに貯留された薬液を内管３ｂに送液するための送液ポンプ５が介在されており、さらに、他端と送液ポンプ５の間には、注入ホース４を流通する薬液の流量と送液時の圧力とを計測するための流量計７が設置されている。また、送液ポンプ５には、注入ホース４を流通する薬液に所定量の空気を混入するための空気調整弁（空気供給手段）８が設けられている。
【００２５】
ついで、上記の構成からなる薬液注入装置１を用いて地盤の土粒子間隙中に薬液を１ショット方式で注入する方法について説明する。
【００２６】
はじめに、図１から図２に示すように、所定深度まで地盤をケーシングで削孔して注入孔９を形成する。削孔完了後、ケーシング内に例えばセメントとベントナイトと水の混合液（ＣＢ）などのスリーブ材を充填する。このスリーブ材は、注入孔９と注入管３の外管３ａとの間隙を間詰めするためのものであり、外管３ａの貫通孔３ｅから吐出された薬液が目標とする地盤領域外に逸走するのを防止するためのものである。ついで、スリーブ材が充填されたケーシング内に外管３ａを挿入してケーシングを取り除く。これにより、外管３ａと注入孔９の内壁との間にスリーブ材が満たされて注入孔９の内壁の崩落が生じることなく外管３ａが建て込まれる。ちなみに、この段階では、外管３ａの軸Ｏ１方向に並設された複数の貫通孔３ｅが弾性スリーブ３ｆで覆われているため、外管３ａ内にスリーブ材が流入したり、貫通孔３ｅが閉塞されることがないものとされる。
【００２７】
ついで、外管３ａ内に内管３ｂを挿入する。このとき、目標注入位置にある外管３ａの貫通孔３ｅを挟む軸Ｏ１方向の上下位置にパッカー３ｈがそれぞれ配置されるように挿入し、パッカー３ｈを拡張することで貫通孔３ｅを挟む上下を閉塞する。この段階で、対象となる地盤内に一次注入を行なう。この一次注入は、後述する二次注入によって薬液が地盤内に均一に浸透してゆくように、注入孔９近傍の地盤の均一化を図るために行なわれるもので、例えばＣＢなどが注入される。この一次注入では、パッカー３ｈで閉塞した空間に位置する内管３ｂの噴出部３ｇから吐出したＣＢが外管３ａの貫通孔３ｅを通り、弾性スリーブ３ｆを押し広げつつ地盤に吐出される。これにより、ＣＢが注入孔９近傍の地盤に注入される。この操作を外管３ａの軸Ｏ１方向に形成された他の貫通孔３ｅの設置位置で順次行ってゆき一次注入が完了する。
【００２８】
一次注入が完了した後に、二次注入として薬液の注入を行なう。この二次注入で注入する薬液は、はじめに、薬液ミキサー２で主剤と硬化剤とを所定の濃度となるように撹拌混合して薬液タンク２ａに貯留する。この段階で、一次注入と同様に外管３ａ内に内管３ｂを挿入し、貫通孔３ｅを挟む軸Ｏ１方向の上下位置にパッカー３ｈを設置しつつ拡張して閉塞空間内に内管３ｂの噴出部３ｇを位置させる。ついで、送液ポンプ５を駆動しつつ注入ホース４を介し注入管３の内管３ｂに薬液を圧送する。このとき、注入ホース４を流通する薬液の送液圧に応じて送液ポンプ５に具備された空気調整弁８が開き、注入ホース４に空気が供給され、送液ポンプ５よりも流通方向Ｔ下流側の注入ホース４を流れる薬液に所定量の空気が混入される。
【００２９】
空気が混入された薬液は、注入管３の内管３ｂに送液されて微細気泡発生装置１０を通過する。このとき、微細気泡発生装置１０の第２内孔１０ｇに、微細気泡発生装置１０の上端１０ａ側が内管３ｂや第１内孔１０ｅの内径より縮径された小径部１０ｈを備えているため、薬液は小径部１０ｈに流通されるとともに急激に加圧され、この加圧により、薬液に混入した空気が薬液中に溶解される。さらに、第２内孔１０ｇには、流通方向Ｔに向けてその内径が漸次大となるように形成された拡径部１０ｉが小径部１０ｈに連続して形成されているため、薬液が拡径部１０ｉを下端１０ｂ側に向けて流通するとともに小径部１０ｈで負荷された加圧力が徐々に小さくなってゆく。この流通に伴う減圧によって薬液に溶解した空気が過飽和状態となり薬液中で微細気泡として出現し包含されることとなる。ここで、このように薬液中に包含された微細気泡は、その径が数μｍ〜数十μｍの微細気泡とされている。
【００３０】
そして、この微細気泡が包含された薬液は噴出部３ｇから吐出される。吐出した薬液は、外管３ａの貫通孔３ｅを通り、弾性スリーブ３ｆを押し広げつつ吐出され地盤に浸透する。ここで、微細気泡の径が数μｍ〜数十μｍと非常に微小であるため、薬液中での滞留時間が長く、薬液が地盤に注入されることによって微細気泡が消泡されることがないものとされる。地盤に注入された薬液は、所定の時間が経過した段階でゲル化して固化され、これにより、地盤の強度や遮水性の向上が図られる。
【００３１】
本実施形態においては、地盤の土粒子間隙中に注入された薬液に微細気泡が包含されているため、土粒子間隙を埋めたゲルに微細気泡が混在され、単位土量当たりの薬液使用量が微細気泡の体積分だけ、従来の薬液と比較して少ない量とされる。
【００３２】
ここで、本発明の実施例と従来例について試験を行なった。この試験結果として微細気泡を包含した薬液と包含しない従来の薬液とをそれぞれ注入した供試体の一軸圧縮強度と供試体の湿潤密度の関係を図４に示す。この図において実線及び破線は最小二乗法により求めた回帰直線であり、実線が実施例による微細気泡を薬液に包含させた場合の回帰直線を示し、破線が従来の薬液を用いた場合の回帰直線を示している。また、ここでは、薬液として溶液型活性シリカ注入材（商品名：パーマロックＡＳＦ−Ｎ）を主剤として使用している。さらに、シリカ濃度を４％に調整することで、ゲルタイム（ゲル化するまでの時間）が１４４０分となるようにしている。なお、それぞれの薬液を注入した試料には豊浦標準砂を用いている。
【００３３】
この微細気泡を包含した薬液と、従来の薬液とを用いてそれぞれ形成した供試体の一軸圧縮強度との比較により、微細気泡を包含した薬液を用いた供試体の一軸圧縮強度が、微細気泡を包含させない従来の薬液を用いた供試体に対して２０〜３０％大きくなることが確認された。
【００３４】
したがって、上記の薬液注入工法及び薬液注入装置においては、注入管３に略ベンチュリー管形状の内孔を有する微細気泡発生装置１０が設けられているため、第２内孔１０ｇに、空気を混入した薬液を流通するだけで加圧力を作用させ空気を薬液に溶解させることができ、減圧によって薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させることができる。これにより、微細気泡を包含した薬液を地盤に注入することが可能となり、単位土量当たりの薬液使用量を低減することが可能となる。また、微細気泡を薬液に包含させることによって従来の薬液を使用した場合に対し強度増加の効果を増大させることができる。よって、従来の薬液注入工法と比較して、地盤改良の効果を維持しつつ地盤改良に係るコストの低減を図ることが可能となる。
【００３５】
以上、本発明に係る薬液注入工法及び薬液注入装置１の実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、微細気泡発生装置１０が、略円筒状に形成され、注入管３の内孔と略同一の内径で形成された第１内孔１０ｅと、第１内孔１０ｅの下端１０ｂ側の端部１０ｆから微細気泡発生装置１０の下端１０ｂまで延設された第２内孔１０ｇとを備え、第２内孔１０ｇが、小径部１０ｈと拡径部１０ｉを備えるものとしたが、本実施形態の微細気泡発生装置１０は、その一部に注入管３の内管３ｂの内孔よりも小径の内孔を備え、通過する薬液に加圧力を付加する構成とされていればよいものであり、第１内孔１０ｅを具備せぬ構成とされてもよいものである。
【００３６】
また、本実施形態の微細気泡発生装置１０は、通過する薬液に、加圧力を負荷してこれを減圧することで微細気泡を生じさせて包含させるものとしたが、例えば混入した空気を超音波で微細化するものや、混入した空気と薬液とを混合しつつ激しく回転し二層旋回流を発生させて空気をせん断するものや、空気を混入した薬液をマイクロフィルターに透過させて微細気泡を発生させるものなど他の手法で薬液に微細気泡を生じさせるものであってもよいものである。
【００３７】
さらに、本実施形態では、微細気泡発生装置１０が、内管３ｂに設けられたパッカー３ｈの直上に設置されているものとしたが、微細気泡発生装置１０の位置は、噴出部３ｇよりも上方（薬液流通方向Ｔ上流側）に配されればその設置位置が限定される必要のないものである。
【００３８】
また、微細気泡発生装置１０で微細化される空気が送液ポンプ５の空気調整弁８から供給されるものとしたが、薬液への空気の供給位置や供給方法は特に限定される必要のないものである。
【００３９】
さらに、本実施形態では、薬液が水ガラス系薬液であるものとして説明を行なったが、これに限定される必要はなく、本発明は溶液型であれば他の薬液に適用されてもよいものである。
【００４０】
ついで、図１及び図５を参照し、本発明の第２実施形態に係る薬液注入工法及び薬液注入装置について説明する。本実施形態においては、第１実施形態に共通する構成に対して同一符号を付し、その詳細についての説明を省略する。
【００４１】
本実施形態は、第１実施形態と同様、微細気泡を包含させた水ガラス系薬液を、ダブルパッカー方式を用いて１ショット方式で地盤に注入する薬液注入工法及び薬液注入装置に関するものである。
【００４２】
本実施形態の微細気泡発生装置２０は、第１実施形態と同様、図１に示すように、上方側のパッカー３ｈよりも上方に位置する部分の内管３ｂに介装されている。この微細気泡発生装置２０は、図５に示すように、略円筒状に形成されたケーシング２０ａの内部に特殊構造の混合ベーン２１（旋回流発生部材）と突起状の衝突体２２が配設されている。混合ベーン２１は、一対の二つ割楕円盤２１ａ、２１ｂの弦側側縁２１ｃ、２１ｄをＸ字状に交差させ、交差部上流側の弦側側縁２１ｃ、２１ｄ間を、ケーシング２０ａ内を軸方向に二分する三角形の仕切板２１ｅで閉塞した構造になり、一対の二つ割楕円盤２１ａ、２１ｂの円弧側側縁２１ｆ、２１ｇをケーシング２０ａの内壁に接合するようにして配設されている。このように構成される微細気泡発生装置２０は、例えば特開平９−１５００４４号公報に開示された気泡微細粒子化装置である。
【００４３】
上記のような微細気泡発生装置２０を注入管３の内管３ｂに備えた薬液注入装置１を用いた場合には、薬液とこれに混入された空気とが、混合ベーン２１を通過するとともに、螺旋状の流れに変換される。そして、薬液と空気とに激しい遠心力が作用して、軽量の空気が微細気泡発生装置２０の径方向内側に、薬液が径方向外側に配され、密度の異なる加速された同心円構造の二層旋回流が生じることとなる。このように二層旋回流とされた薬液と空気は、ケーシング２０ａ内を流通し、衝突体２２に激しく衝突されつつ混合されて、例えば４０ｋＨｚを超える超音波を発生させる。この超音波により、薬液中の空気が粉砕されて数μｍ〜数十μｍの微細気気泡が生成される。このように微細気泡を包含した薬液は、第１実施形態と同様に、噴出部３ｇから吐出され貫通孔３ｅを通じて地盤に注入される。
【００４４】
したがって、上記の薬液注入工法及び薬液注入装置１においては、予め空気を混入した薬液を流通することで二層旋回流を発生させる混合ベーン（旋回流発生部材）２１と、二層旋回流とされた薬液と空気とが衝突する衝突体２２とを備えた微細気泡発生装置２０を設けることにより、薬液中に微細気泡を包含させることが可能となる。これにより、従来の薬液注入工法と比較して、地盤改良の効果を維持しつつ地盤改良に係るコストの低減を図ることが可能となる。
【００４５】
以上、本発明に係る薬液注入工法及び薬液注入装置１の実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、二層旋回流を発生させる旋回流発生部材２１が一対の二つ割楕円盤２１ａ、２１ｂであるものとしたが、この限りではなく、予め空気を混入した薬液を流通させることで二層旋回流を発生させ、これが衝突体２２に衝突されることにより微細気泡が発生されるものであれば、微細気泡発生装置２０に具備される旋回流発生部材２１や衝突体２２の構成は、特に限定されるものではない。また、本実施形態の微細気泡発生装置２０は、第１実施形態と同様に、上方側のパッカー３ｈの直上に設けられているものとしたが、噴出部３ｇよりも流通方向Ｔ上流側に配されていれば、その設置位置は特に限定される必要がないものである。また、本発明は、本実施形態に示した薬液注入工法以外の、例えば二重管ストレーナ方式の薬液注入工法にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る薬液注入装置を示す図である。
【図２】図１の薬液注入装置の注入管を示す拡大図である。
【図３】図１および図２の微細気泡発生装置を示す断面図である。
【図４】微細気泡を包含した薬液と従来の薬液の注入効果の差異を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る薬液注入装置の微細気泡発生装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 薬液注入装置
２ 薬液ミキサー
２ａ 薬液タンク
３ 注入管
３ａ 外管
３ｂ 内管
３ｅ 貫通孔
３ｇ 噴出部
３ｈ パッカー
４ 注入ホース
５ 送液ポンプ
６ 送液回路
７ 流量計
８ 空気調整弁（空気供給手段）
９ 注入孔
１０ 微細気泡発生装置
１０ａ 上端
１０ｂ 下端
１０ｅ 第１内孔
１０ｇ 第２内孔
１０ｈ 小径部
１０ｉ 拡径部
２０ 微細気泡発生装置
２１ 混合ベーン（旋回流発生部材）
２２ 衝突体
Ｏ１ 軸線（軸心）
Ｔ 流通方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液を地盤に注入して地盤改良を行なう薬液注入工法及びこれに用いられる薬液注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟弱地盤や地下水帯水地盤の強度増加や不透水化などを図る地盤改良工法として、地盤の土粒子間隙中に薬液（薬液注入材）を注入する薬液注入工法が多用されている。この薬液注入工法では、これに用いる薬液として、セメント、ベントナイト、水ガラスなど種々のものが存在するが、中でも水ガラス系薬液を主体としたものが多用されている。この種の薬液を用いる薬液注入工法は、例えば主剤と、硬化剤または助剤、あるいは硬化剤と助剤（以下、硬化剤という）の配合比率を調整することで容易に硬化時間（ゲルタイム）を調整することが可能とされ、地盤の土質性状や目的に応じて多様な選択性を有することや、注入した薬液により地盤を適度な固さとすることができ、例えば改良後に地盤を掘削する場合など好適に掘削できることや、薬液の注入に要する機械設備が小型で、狭所や高さ制限のある場所での施工性がよいことなど多くの利点を有している。
【０００３】
このような薬液注入工法は、薬液を地盤内に注入する方法の違いにより、１ショット方式と１．５ショット方式と２ショット方式とに区別される。また、地盤内に建て込まれ地盤の所定深度に薬液を送るための注入管の違いにより、二重管ストレーナ方式とダブルパッカー方式とに区別される。
【０００４】
ここで、１ショット方式とは、主剤と硬化剤を所定の配合比率で薬液ミキサーによって予め撹拌混合しておき、主剤と硬化剤を混合した１液状態の薬液を圧送して地盤に注入するものである。これに対し、１．５ショット方式は、主剤と硬化剤とを送液ポンプで個別に注入管に送り注入管の頭部で２液を合わせ、混合された薬液を注入管の先端から吐出して地盤に注入するものである。また、２ショット方式とは、１．５ショット方式と同様に、主剤と硬化剤とを送液ポンプで個別に注入管に送り、注入管の先端から吐出される瞬間に２液を合わせて混合するものである。
【０００５】
一方、二重管ストレーナ方式とは、外管と内管とを備える注入管（二重管ロッド）を使用して所定深度まで地盤を削孔した後に、外管と内管のそれぞれの内孔部分から主剤と硬化剤を送液するもので、１．５ショットまたは２ショット方式で用いられている。これに対し、ダブルパッカー方式では、地盤をケーシング削孔した後に、軸方向に所定間隔をもって複数の貫通孔が形成された外管をケーシング内に挿入し、薬液を吐出する噴出部を先端に有し噴出部を挟んで軸方向上下にパッカーが設けられた内管を外管内に挿入する。そして、貫通孔と噴出部の深度を一致させて上下のパッカーで外管と内管との隙間を閉塞しつつ貫通孔と噴出部とを一つの空間内に位置させる。このダブルパッカー方式は、噴出部から薬液を吐出し貫通孔を通じて地盤に薬液を注入するものであり、１ショット方式で用いられている。ダブルパッカー方式を用いた場合には、地盤の所定深度毎に複数の貫通孔を形成しておき噴出部を順に各貫通孔に一致させつつ注入を行なうことで、深度方向の地盤に順次薬液を注入することが可能とされる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−３８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の薬液注入工法は、前述した通り非常に優れた特長を有している反面、薬液のコストが高いという問題があった。このため、薬液注入による地盤改良効果を維持しつつ薬液の使用量を少なくして地盤改良に係るコストの低減を図ることが強く望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑み、地盤改良効果を維持しつつ薬液の使用量を少なくして地盤改良に係るコストの低減を図った薬液注入工法及び薬液注入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００９】
本発明の薬液注入工法は、薬液を貯留可能な薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサー及び前記注入管に送液ポンプを介して接続され前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置を用いて、前記薬液を前記地盤に注入し地盤改良を行う薬液注入工法において、前記送液回路内に、前記薬液に空気を供給する空気供給手段と、該空気供給手段によって供給された前記空気を微細化して前記薬液に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置とを設け、前記微細気泡を包含した薬液を前記地盤に注入することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の薬液注入工法は、地盤に設けた注入孔内に、内面から外面に向けて貫通する貫通孔を備えた外管を挿入するとともに、該外管内に、先端側に薬液を吐出する噴出部を備え該噴出部を挟んで軸方向の上方と下方とにパッカーを備えた内管を挿入し、前記貫通孔と前記噴出部の深度を略一致させつつ前記パッカーで前記外管と前記内管との隙間を閉塞した後に、前記薬液を前記噴出部から吐出し前記貫通孔を通じて前記地盤に注入する薬液注入工法において、前記内管を流通する前記薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させる微細気泡発生装置が前記内管に設けられ、該微細気泡発生装置を通過して前記微細気泡を包含した前記薬液を前記地盤に注入することを特徴とする。
【００１１】
本発明の薬液注入装置は、薬液を貯留可能な薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサーと前記注入管とに送液ポンプを介しつつ接続されて前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置において、前記送液回路内に、前記薬液に空気を供給する空気供給手段と、該空気供給手段によって供給された前記空気を微細化して前記薬液に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置とが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の薬液注入装置は、内面から外面に向けて貫通する貫通孔を備えた外管と、先端に薬液を吐出する噴出部を有し該噴出部を挟んで軸方向の上方と下方とにパッカーを備えた内管とを備える薬液注入装置において、前記内管を流通する前記薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させる微細気泡発生装置が前記内管に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の薬液注入装置においては、前記微細気泡発生装置が、略筒状に形成されており、前記薬液が流通する内孔に、前記内管の内径よりも内径が小径の小径部を備えるとともに該小径部から前記薬液の流通方向に向けて前記内径が漸次大となる拡径部を備えていることが望ましい。
【００１４】
さらに、本発明の薬液注入装置においては、前記微細気泡発生装置が、略筒状に形成されており、該微細気泡発生装置の内孔に予め空気を混入した前記薬液が流通するとともに前記空気と前記薬液の二層旋回流を発生させる旋回流発生部材と、前記二層旋回流とされた前記空気と前記薬液とを衝突させる衝突体とを備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の薬液注入工法及び薬液注入装置によれば、空気供給手段及び微細気泡発生装置を薬液の送液回路内に設けることによって、薬液に微細気泡を包含させることが可能となり、この微細気泡を含む薬液を地盤に注入することで、土粒子間隙中に薬液と微細気泡とを混在させることが可能となる。また、土粒子間隙中に微細気泡が混在することによって、地盤を不飽和状態にすることができるため、従来の土粒子間隙中に薬液が飽和されるものと比較して、地盤の強度を増大させることができる。よって、従来に比べて少ない薬液使用量で地盤の設計強度を確保することが可能となり、薬液注入工法の単位土量あたりのコストを低減することが可能となる。
【００１６】
本発明の薬液注入工法及び薬液注入装置によれば、噴出部を挟んで軸方向の上方と下方とにパッカーを備えた内管に微細気泡発生装置が設けられていることによって、内管を流通する薬液に微細気泡を包含させることが可能となり、この微細気泡を含む薬液を地盤に注入することで、土粒子間隙中に薬液と微細気泡とを混在させることが可能となる。
【００１７】
また、本発明の薬液注入装置においては、微細気泡発生装置がその内孔に小径部と拡径部を備えることによって、予め空気が混入された薬液が微細気泡発生装置の小径部を通過する際に薬液に加圧力が負荷され空気を薬液中に溶解させることができる。そして、この空気が溶解した薬液が拡径部を通過することで減圧され、この減圧に伴って薬液中に溶解した空気を過飽和状態にすることができ、薬液に微細気泡を発生させて包含させることが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明の薬液注入装置においては、前記微細気泡発生装置が、旋回流発生部材と衝突体とを備えていることにより、旋回流発生部材で、予め空気を混入した薬液に二層旋回流を発生させることができ、二層旋回流とされた空気と薬液を衝突体に衝突させることで空気を粉砕して微細化することができる。これにより、薬液に微細気泡を包含させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図１から図４を参照し、本発明の第１実施形態に係る薬液注入工法及び薬液注入装置について説明する。本実施形態は、例えば水ガラス系薬液（薬液）を地盤に注入して地盤改良を行なう薬液注入工法及びこれに使用される薬液注入装置に関するものであり、特に薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させて、ダブルパッカー方式を用い１ショット方式で地盤に注入する薬液注入工法及び薬液注入装置に関するものである。
【００２０】
本実施形態の薬液注入装置１は、図１から図２に示すように、所定の水ガラス濃度に調整した主剤と、所定の濃度に調整した硬化剤または助剤あるいは硬化剤と助剤（以下、これらを総称して硬化剤という）とを混合して製造された薬液を貯留する薬液タンク２ａを備えた薬液ミキサー２と、外管３ａと内管３ｂの２つの管からなる注入管３と、薬液ミキサー２の薬液タンク２ａと注入管３の内管３ｂとに接続された注入ホース４と、薬液ミキサー２の薬液タンク２ａから注入ホース４を介して内管３ｂに薬液を送液する送液ポンプ５とが主な構成要素とされている。ここで、薬液ミキサー２と注入管３と注入ホース４と送液ポンプ５とは、薬液が流通する送液回路６を構成する。また、本実施形態では、薬液の主剤は水ガラスとされ、硬化剤は例えば水溶性の無機酸、有機酸、塩類、エステル類、アルデヒドなどとされる。
【００２１】
外管３ａは、図２に示すように、内面３ｃから外面３ｄに向けて貫通し軸線Ｏ１方向（軸方向）に所定間隔をもって並設された複数の貫通孔３ｅと各貫通孔３ｅをそれぞれ覆うように外面３ｄに装着された弾性スリーブ３ｆとを有するものとされている。一方、内管３ｂは、先端側に薬液を吐出する噴出部３ｇを有しこの噴出部３ｇを挟むように軸Ｏ１方向の上方と下方とにそれぞれ設けられたパッカー３ｈを有するものとされている。また、内管３ｂには、上方のパッカー３ｈよりも上方に位置する部分（薬液の流通方向上流側）に微細気泡発生装置１０が介装されている。
【００２２】
この微細気泡発生装置１０は、図２及び図３に示すように、略円筒状に形成され、上端１０ａと下端１０ｂとに外面１０ｃに直交する方向に延出するリング状のフランジ部１０ｄが設けられている。微細気泡発生装置１０は、このフランジ部１０ｄが、注入管３の内管３ｂの端部に形成されたリング状のフランジ部３ｉにボルトで締結されて内管３ｂと一体とされている。また、内管３ｂに介装された状態で、微細気泡発生装置１０は、軸線Ｏ１が内管３ｂの軸線Ｏ１と一致し、内管３ｂと微細気泡発生装置１０の互いの内孔が連通している。
【００２３】
また、この微細気泡発生装置１０は、その内孔がベンチュリー管のような形状を呈している。すなわち、内管３ｂと略同一の内径で形成されこの内径を維持しつつ微細気泡発生装置１０の上端１０ａから下端１０ｂに向けて延びる第１内孔１０ｅと、第１内孔１０ｅの下端１０ｂ側の端部１０ｆから微細気泡発生装置１０の下端１０ｂまで延びる第２内孔１０ｇとから構成されている。第２内孔１０ｇは、上端１０ａ側の一端が第１内孔１０ｅの内径を縮径した状態で第１内孔１０ｅと接続されており、この小径部分が小径部１０ｈとされている。また、第２内孔１０ｇは、一端から他端までの部分が、薬液の流通方向Ｔに向けて漸次径が大となるように形成されており、この部分が拡径部１０ｉとされている。また、このとき、拡径部１０ｉの他端の内径は、第１内孔１０ｅ及び下端１０ｂと接続される内管３ｂの内径と略同一とされている。
【００２４】
注入ホース４は、図１に示すように、一端が薬液ミキサー２の薬液タンク２ａに接続され、他端が注入管３の内管３ｂと接続されている。また、注入ホース４の一端と他端との間に、薬液タンク２ａに貯留された薬液を内管３ｂに送液するための送液ポンプ５が介在されており、さらに、他端と送液ポンプ５の間には、注入ホース４を流通する薬液の流量と送液時の圧力とを計測するための流量計７が設置されている。また、送液ポンプ５には、注入ホース４を流通する薬液に所定量の空気を混入するための空気調整弁（空気供給手段）８が設けられている。
【００２５】
ついで、上記の構成からなる薬液注入装置１を用いて地盤の土粒子間隙中に薬液を１ショット方式で注入する方法について説明する。
【００２６】
はじめに、図１から図２に示すように、所定深度まで地盤をケーシングで削孔して注入孔９を形成する。削孔完了後、ケーシング内に例えばセメントとベントナイトと水の混合液（ＣＢ）などのスリーブ材を充填する。このスリーブ材は、注入孔９と注入管３の外管３ａとの間隙を間詰めするためのものであり、外管３ａの貫通孔３ｅから吐出された薬液が目標とする地盤領域外に逸走するのを防止するためのものである。ついで、スリーブ材が充填されたケーシング内に外管３ａを挿入してケーシングを取り除く。これにより、外管３ａと注入孔９の内壁との間にスリーブ材が満たされて注入孔９の内壁の崩落が生じることなく外管３ａが建て込まれる。ちなみに、この段階では、外管３ａの軸Ｏ１方向に並設された複数の貫通孔３ｅが弾性スリーブ３ｆで覆われているため、外管３ａ内にスリーブ材が流入したり、貫通孔３ｅが閉塞されることがないものとされる。
【００２７】
ついで、外管３ａ内に内管３ｂを挿入する。このとき、目標注入位置にある外管３ａの貫通孔３ｅを挟む軸Ｏ１方向の上下位置にパッカー３ｈがそれぞれ配置されるように挿入し、パッカー３ｈを拡張することで貫通孔３ｅを挟む上下を閉塞する。この段階で、対象となる地盤内に一次注入を行なう。この一次注入は、後述する二次注入によって薬液が地盤内に均一に浸透してゆくように、注入孔９近傍の地盤の均一化を図るために行なわれるもので、例えばＣＢなどが注入される。この一次注入では、パッカー３ｈで閉塞した空間に位置する内管３ｂの噴出部３ｇから吐出したＣＢが外管３ａの貫通孔３ｅを通り、弾性スリーブ３ｆを押し広げつつ地盤に吐出される。これにより、ＣＢが注入孔９近傍の地盤に注入される。この操作を外管３ａの軸Ｏ１方向に形成された他の貫通孔３ｅの設置位置で順次行ってゆき一次注入が完了する。
【００２８】
一次注入が完了した後に、二次注入として薬液の注入を行なう。この二次注入で注入する薬液は、はじめに、薬液ミキサー２で主剤と硬化剤とを所定の濃度となるように撹拌混合して薬液タンク２ａに貯留する。この段階で、一次注入と同様に外管３ａ内に内管３ｂを挿入し、貫通孔３ｅを挟む軸Ｏ１方向の上下位置にパッカー３ｈを設置しつつ拡張して閉塞空間内に内管３ｂの噴出部３ｇを位置させる。ついで、送液ポンプ５を駆動しつつ注入ホース４を介し注入管３の内管３ｂに薬液を圧送する。このとき、注入ホース４を流通する薬液の送液圧に応じて送液ポンプ５に具備された空気調整弁８が開き、注入ホース４に空気が供給され、送液ポンプ５よりも流通方向Ｔ下流側の注入ホース４を流れる薬液に所定量の空気が混入される。
【００２９】
空気が混入された薬液は、注入管３の内管３ｂに送液されて微細気泡発生装置１０を通過する。このとき、微細気泡発生装置１０の第２内孔１０ｇに、微細気泡発生装置１０の上端１０ａ側が内管３ｂや第１内孔１０ｅの内径より縮径された小径部１０ｈを備えているため、薬液は小径部１０ｈに流通されるとともに急激に加圧され、この加圧により、薬液に混入した空気が薬液中に溶解される。さらに、第２内孔１０ｇには、流通方向Ｔに向けてその内径が漸次大となるように形成された拡径部１０ｉが小径部１０ｈに連続して形成されているため、薬液が拡径部１０ｉを下端１０ｂ側に向けて流通するとともに小径部１０ｈで負荷された加圧力が徐々に小さくなってゆく。この流通に伴う減圧によって薬液に溶解した空気が過飽和状態となり薬液中で微細気泡として出現し包含されることとなる。ここで、このように薬液中に包含された微細気泡は、その径が数μｍ〜数十μｍの微細気泡とされている。
【００３０】
そして、この微細気泡が包含された薬液は噴出部３ｇから吐出される。吐出した薬液は、外管３ａの貫通孔３ｅを通り、弾性スリーブ３ｆを押し広げつつ吐出され地盤に浸透する。ここで、微細気泡の径が数μｍ〜数十μｍと非常に微小であるため、薬液中での滞留時間が長く、薬液が地盤に注入されることによって微細気泡が消泡されることがないものとされる。地盤に注入された薬液は、所定の時間が経過した段階でゲル化して固化され、これにより、地盤の強度や遮水性の向上が図られる。
【００３１】
本実施形態においては、地盤の土粒子間隙中に注入された薬液に微細気泡が包含されているため、土粒子間隙を埋めたゲルに微細気泡が混在され、単位土量当たりの薬液使用量が微細気泡の体積分だけ、従来の薬液と比較して少ない量とされる。
【００３２】
ここで、本発明の実施例と従来例について試験を行なった。この試験結果として微細気泡を包含した薬液と包含しない従来の薬液とをそれぞれ注入した供試体の一軸圧縮強度と供試体の湿潤密度の関係を図４に示す。この図において実線及び破線は最小二乗法により求めた回帰直線であり、実線が実施例による微細気泡を薬液に包含させた場合の回帰直線を示し、破線が従来の薬液を用いた場合の回帰直線を示している。また、ここでは、薬液として溶液型活性シリカ注入材（商品名：パーマロックＡＳＦ−Ｎ）を主剤として使用している。さらに、シリカ濃度を４％に調整することで、ゲルタイム（ゲル化するまでの時間）が１４４０分となるようにしている。なお、それぞれの薬液を注入した試料には豊浦標準砂を用いている。
【００３３】
この微細気泡を包含した薬液と、従来の薬液とを用いてそれぞれ形成した供試体の一軸圧縮強度との比較により、微細気泡を包含した薬液を用いた供試体の一軸圧縮強度が、微細気泡を包含させない従来の薬液を用いた供試体に対して２０〜３０％大きくなることが確認された。
【００３４】
したがって、上記の薬液注入工法及び薬液注入装置においては、注入管３に略ベンチュリー管形状の内孔を有する微細気泡発生装置１０が設けられているため、第２内孔１０ｇに、空気を混入した薬液を流通するだけで加圧力を作用させ空気を薬液に溶解させることができ、減圧によって薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させることができる。これにより、微細気泡を包含した薬液を地盤に注入することが可能となり、単位土量当たりの薬液使用量を低減することが可能となる。また、微細気泡を薬液に包含させることによって従来の薬液を使用した場合に対し強度増加の効果を増大させることができる。よって、従来の薬液注入工法と比較して、地盤改良の効果を維持しつつ地盤改良に係るコストの低減を図ることが可能となる。
【００３５】
以上、本発明に係る薬液注入工法及び薬液注入装置１の実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、微細気泡発生装置１０が、略円筒状に形成され、注入管３の内孔と略同一の内径で形成された第１内孔１０ｅと、第１内孔１０ｅの下端１０ｂ側の端部１０ｆから微細気泡発生装置１０の下端１０ｂまで延設された第２内孔１０ｇとを備え、第２内孔１０ｇが、小径部１０ｈと拡径部１０ｉを備えるものとしたが、本実施形態の微細気泡発生装置１０は、その一部に注入管３の内管３ｂの内孔よりも小径の内孔を備え、通過する薬液に加圧力を付加する構成とされていればよいものであり、第１内孔１０ｅを具備せぬ構成とされてもよいものである。
【００３６】
また、本実施形態の微細気泡発生装置１０は、通過する薬液に、加圧力を負荷してこれを減圧することで微細気泡を生じさせて包含させるものとしたが、例えば混入した空気を超音波で微細化するものや、混入した空気と薬液とを混合しつつ激しく回転し二層旋回流を発生させて空気をせん断するものや、空気を混入した薬液をマイクロフィルターに透過させて微細気泡を発生させるものなど他の手法で薬液に微細気泡を生じさせるものであってもよいものである。
【００３７】
さらに、本実施形態では、微細気泡発生装置１０が、内管３ｂに設けられたパッカー３ｈの直上に設置されているものとしたが、微細気泡発生装置１０の位置は、噴出部３ｇよりも上方（薬液流通方向Ｔ上流側）に配されればその設置位置が限定される必要のないものである。
【００３８】
また、微細気泡発生装置１０で微細化される空気が送液ポンプ５の空気調整弁８から供給されるものとしたが、薬液への空気の供給位置や供給方法は特に限定される必要のないものである。
【００３９】
さらに、本実施形態では、薬液が水ガラス系薬液であるものとして説明を行なったが、これに限定される必要はなく、本発明は溶液型であれば他の薬液に適用されてもよいものである。
【００４０】
ついで、図１及び図５を参照し、本発明の第２実施形態に係る薬液注入工法及び薬液注入装置について説明する。本実施形態においては、第１実施形態に共通する構成に対して同一符号を付し、その詳細についての説明を省略する。
【００４１】
本実施形態は、第１実施形態と同様、微細気泡を包含させた水ガラス系薬液を、ダブルパッカー方式を用いて１ショット方式で地盤に注入する薬液注入工法及び薬液注入装置に関するものである。
【００４２】
本実施形態の微細気泡発生装置２０は、第１実施形態と同様、図１に示すように、上方側のパッカー３ｈよりも上方に位置する部分の内管３ｂに介装されている。この微細気泡発生装置２０は、図５に示すように、略円筒状に形成されたケーシング２０ａの内部に特殊構造の混合ベーン２１（旋回流発生部材）と突起状の衝突体２２が配設されている。混合ベーン２１は、一対の二つ割楕円盤２１ａ、２１ｂの弦側側縁２１ｃ、２１ｄをＸ字状に交差させ、交差部上流側の弦側側縁２１ｃ、２１ｄ間を、ケーシング２０ａ内を軸方向に二分する三角形の仕切板２１ｅで閉塞した構造になり、一対の二つ割楕円盤２１ａ、２１ｂの円弧側側縁２１ｆ、２１ｇをケーシング２０ａの内壁に接合するようにして配設されている。このように構成される微細気泡発生装置２０は、例えば特開平９−１５００４４号公報に開示された気泡微細粒子化装置である。
【００４３】
上記のような微細気泡発生装置２０を注入管３の内管３ｂに備えた薬液注入装置１を用いた場合には、薬液とこれに混入された空気とが、混合ベーン２１を通過するとともに、螺旋状の流れに変換される。そして、薬液と空気とに激しい遠心力が作用して、軽量の空気が微細気泡発生装置２０の径方向内側に、薬液が径方向外側に配され、密度の異なる加速された同心円構造の二層旋回流が生じることとなる。このように二層旋回流とされた薬液と空気は、ケーシング２０ａ内を流通し、衝突体２２に激しく衝突されつつ混合されて、例えば４０ｋＨｚを超える超音波を発生させる。この超音波により、薬液中の空気が粉砕されて数μｍ〜数十μｍの微細気気泡が生成される。このように微細気泡を包含した薬液は、第１実施形態と同様に、噴出部３ｇから吐出され貫通孔３ｅを通じて地盤に注入される。
【００４４】
したがって、上記の薬液注入工法及び薬液注入装置１においては、予め空気を混入した薬液を流通することで二層旋回流を発生させる混合ベーン（旋回流発生部材）２１と、二層旋回流とされた薬液と空気とが衝突する衝突体２２とを備えた微細気泡発生装置２０を設けることにより、薬液中に微細気泡を包含させることが可能となる。これにより、従来の薬液注入工法と比較して、地盤改良の効果を維持しつつ地盤改良に係るコストの低減を図ることが可能となる。
【００４５】
以上、本発明に係る薬液注入工法及び薬液注入装置１の実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、二層旋回流を発生させる旋回流発生部材２１が一対の二つ割楕円盤２１ａ、２１ｂであるものとしたが、この限りではなく、予め空気を混入した薬液を流通させることで二層旋回流を発生させ、これが衝突体２２に衝突されることにより微細気泡が発生されるものであれば、微細気泡発生装置２０に具備される旋回流発生部材２１や衝突体２２の構成は、特に限定されるものではない。また、本実施形態の微細気泡発生装置２０は、第１実施形態と同様に、上方側のパッカー３ｈの直上に設けられているものとしたが、噴出部３ｇよりも流通方向Ｔ上流側に配されていれば、その設置位置は特に限定される必要がないものである。また、本発明は、本実施形態に示した薬液注入工法以外の、例えば二重管ストレーナ方式の薬液注入工法にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る薬液注入装置を示す図である。
【図２】図１の薬液注入装置の注入管を示す拡大図である。
【図３】図１および図２の微細気泡発生装置を示す断面図である。
【図４】微細気泡を包含した薬液と従来の薬液の注入効果の差異を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る薬液注入装置の微細気泡発生装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 薬液注入装置
２ 薬液ミキサー
２ａ 薬液タンク
３ 注入管
３ａ 外管
３ｂ 内管
３ｅ 貫通孔
３ｇ 噴出部
３ｈ パッカー
４ 注入ホース
５ 送液ポンプ
６ 送液回路
７ 流量計
８ 空気調整弁（空気供給手段）
９ 注入孔
１０ 微細気泡発生装置
１０ａ 上端
１０ｂ 下端
１０ｅ 第１内孔
１０ｇ 第２内孔
１０ｈ 小径部
１０ｉ 拡径部
２０ 微細気泡発生装置
２１ 混合ベーン（旋回流発生部材）
２２ 衝突体
Ｏ１ 軸線（軸心）
Ｔ 流通方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液を貯留可能な薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサー及び前記注入管に送液ポンプを介して接続され前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置を用いて、前記薬液を前記地盤に注入し地盤改良を行う薬液注入工法において、
前記送液回路内に、前記薬液に空気を供給する空気供給手段と、該空気供給手段によって供給された前記空気を微細化して前記薬液に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置とを設け、前記微細気泡を包含した薬液を前記地盤に注入することを特徴とする薬液注入工法。
【請求項２】
地盤に設けた注入孔内に、内面から外面に向けて貫通する貫通孔を備えた外管を挿入するとともに、該外管内に、先端側に薬液を吐出する噴出部を備え該噴出部を挟んで軸方向の上方と下方とにパッカーを備えた内管を挿入し、前記貫通孔と前記噴出部の深度を略一致させつつ前記パッカーで前記外管と前記内管との隙間を閉塞した後に、前記薬液を前記噴出部から吐出し前記貫通孔を通じて前記地盤に注入する薬液注入工法において、
前記内管を流通する前記薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させる微細気泡発生装置が前記内管に設けられ、該微細気泡発生装置を通過して前記微細気泡を包含した前記薬液を前記地盤に注入することを特徴とする薬液注入工法。
【請求項３】
薬液を貯留可能な薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサーと前記注入管とに送液ポンプを介しつつ接続されて前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置において、
前記送液回路内に、前記薬液に空気を供給する空気供給手段と、該空気供給手段によって供給された前記空気を微細化して前記薬液に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置とが設けられていることを特徴とする薬液注入装置。
【請求項４】
内面から外面に向けて貫通する貫通孔を備えた外管と、先端に薬液を吐出する噴出部を有し該噴出部を挟んで軸方向の上方と下方とにパッカーを備えた内管とを備える薬液注入装置において、
前記内管を流通する前記薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させる微細気泡発生装置が前記内管に設けられていることを特徴とする薬液注入装置。
【請求項５】
請求項４記載の薬液注入装置において、
前記微細気泡発生装置は、略筒状に形成されており、前記薬液が流通する内孔に、前記内管の内径よりも内径が小径の小径部を備えるとともに該小径部から前記薬液の流通方向に向けて前記内径が漸次大となる拡径部を備えていることを特徴とする薬液注入装置。
【請求項６】
請求項４記載の薬液注入装置において、
前記微細気泡発生装置は、略筒状に形成されており、該微細気泡発生装置の内孔に予め空気を混入した前記薬液が流通するとともに前記空気と前記薬液の二層旋回流を発生させる旋回流発生部材と、前記二層旋回流とされた前記空気と前記薬液とを衝突させる衝突体とを備えていることを特徴とする薬液注入装置。
【請求項１】
薬液を貯留可能な薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサー及び前記注入管に送液ポンプを介して接続され前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置を用いて、前記薬液を前記地盤に注入し地盤改良を行う薬液注入工法において、
前記送液回路内に、前記薬液に空気を供給する空気供給手段と、該空気供給手段によって供給された前記空気を微細化して前記薬液に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置とを設け、前記微細気泡を包含した薬液を前記地盤に注入することを特徴とする薬液注入工法。
【請求項２】
地盤に設けた注入孔内に、内面から外面に向けて貫通する貫通孔を備えた外管を挿入するとともに、該外管内に、先端側に薬液を吐出する噴出部を備え該噴出部を挟んで軸方向の上方と下方とにパッカーを備えた内管を挿入し、前記貫通孔と前記噴出部の深度を略一致させつつ前記パッカーで前記外管と前記内管との隙間を閉塞した後に、前記薬液を前記噴出部から吐出し前記貫通孔を通じて前記地盤に注入する薬液注入工法において、
前記内管を流通する前記薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させる微細気泡発生装置が前記内管に設けられ、該微細気泡発生装置を通過して前記微細気泡を包含した前記薬液を前記地盤に注入することを特徴とする薬液注入工法。
【請求項３】
薬液を貯留可能な薬液ミキサーと、地盤の所定深度に前記薬液を吐出するための注入管と、前記薬液ミキサーと前記注入管とに送液ポンプを介しつつ接続されて前記薬液ミキサーから前記注入管に前記薬液を送る注入ホースとからなる送液回路を備える薬液注入装置において、
前記送液回路内に、前記薬液に空気を供給する空気供給手段と、該空気供給手段によって供給された前記空気を微細化して前記薬液に微細気泡を包含させる微細気泡発生装置とが設けられていることを特徴とする薬液注入装置。
【請求項４】
内面から外面に向けて貫通する貫通孔を備えた外管と、先端に薬液を吐出する噴出部を有し該噴出部を挟んで軸方向の上方と下方とにパッカーを備えた内管とを備える薬液注入装置において、
前記内管を流通する前記薬液に微細気泡を生じさせつつ包含させる微細気泡発生装置が前記内管に設けられていることを特徴とする薬液注入装置。
【請求項５】
請求項４記載の薬液注入装置において、
前記微細気泡発生装置は、略筒状に形成されており、前記薬液が流通する内孔に、前記内管の内径よりも内径が小径の小径部を備えるとともに該小径部から前記薬液の流通方向に向けて前記内径が漸次大となる拡径部を備えていることを特徴とする薬液注入装置。
【請求項６】
請求項４記載の薬液注入装置において、
前記微細気泡発生装置は、略筒状に形成されており、該微細気泡発生装置の内孔に予め空気を混入した前記薬液が流通するとともに前記空気と前記薬液の二層旋回流を発生させる旋回流発生部材と、前記二層旋回流とされた前記空気と前記薬液とを衝突させる衝突体とを備えていることを特徴とする薬液注入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−９４２２（Ｐ２００７−９４２２Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８７８８７（Ｐ２００５−１８７８８７）
【出願日】平成１７年６月２８日（２００５．６．２８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２８日（２００５．６．２８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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