貯水池の止水工法
【課題】グラウト材の浸透性と閉塞性能とを効率よく兼ね備えることで、網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤であっても、遮水層を形成し貯水池からの漏水を効果的に抑制する。
【解決手段】貯水池１の水が地山の開口割目を通じて浸透流出するのを抑制するためのグラウチングによる貯水池の止水工法であって、貯水池１周囲の地山から貯水池１側に傾斜する方向に複数のグラウト注入孔２、２…を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、前記グラウト注入孔２からセメント系グラウト材を地山に注入する。例えば、貯水池１の水位が高水位ＷＬ２の状態時に又は高水位ＷＬ２状態に人為的に保持した状態で、前記貯水池１の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池１の水位より以深部分のグラウチングを完了する。
【解決手段】貯水池１の水が地山の開口割目を通じて浸透流出するのを抑制するためのグラウチングによる貯水池の止水工法であって、貯水池１周囲の地山から貯水池１側に傾斜する方向に複数のグラウト注入孔２、２…を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、前記グラウト注入孔２からセメント系グラウト材を地山に注入する。例えば、貯水池１の水位が高水位ＷＬ２の状態時に又は高水位ＷＬ２状態に人為的に保持した状態で、前記貯水池１の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池１の水位より以深部分のグラウチングを完了する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダム湖や調整池等の貯水池の水が地山の開口割目を通じて浸透流出するのを抑制するためのグラウチング工法に係り、詳しくは網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤に対して好適な、グラウチングによる貯水池の止水工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ダム湖や調整池等の貯水池から水が地盤中に漏出するのを抑制するために、地山の開口割目にグラウト材を注入するグラウチング工法が知られている。このグラウチング工法は、地盤に複数のボーリング孔を配置し、このボーリング孔から地山にセメント系グラウト材、ケミカル系グラウト材などのグラウト材を注入して遮水層を形成するものである。
【０００３】
このグラウチング工法においても現在までに幾多の改良が試みられている。例えば、グラウト材の浸透性（到達距離の増大）を高めるための動的注入工法、大きな開口割目の閉塞性能を向上させるためのグラウト材の改良などを挙げることができる。
【０００４】
前者の動的注入工法の例として、下記特許文献１では、セメント、ベントナイト系のグラウト材を注入ポンプにより所定の注入圧力で圧送し、末端の注入管を介して亀裂性岩盤に穿設された注入孔に該グラウト材を注入するグラウチングにおいて、前記注入圧力に５Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数域から選択された特定の周波数を持つ脈動圧力を重畳的に付加し、前記グラウト材の構成粒子を励起させる岩盤グラウトの施工方法が提案されている。また、下記特許文献２では、注入対象領域にグラウト材を、その注入圧力を周期的に変動させながら注入するに際し、周波数が０．０５〜１Ｈｚの周期である長波の注入圧力変動に、周波数が１〜１０Ｈｚの周期である短波の注入圧力変動を重畳した注入圧力の変動をもって前記グラウト材を注入するグラウト注入工法が提案されている。
【０００５】
後者の閉塞性能を向上させるための方法としては、従来は綿繊維（例えば、商品名「ウラゴメール」）、ベントナイト（膨潤性粘土）、凝結促進剤（例えば商品名「サンコ−ハード」）を混入する方法が多く採用されてきたが、これらの方法では大きな開口割目の閉塞は不十分であるとして、下記特許文献３では、岩盤の亀裂部分に注入するために用いる岩盤のグラウト材であって、セメント、水、および水膨潤性繊維を含む混合液からなり、前記水膨潤性繊維は、その吸水量が自重の数倍以上であって、吸水により流動平滑性を帯びる繊維を予め十分に吸水膨潤させた岩盤のグラウト材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３０９６２４４号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７３８９号公報
【特許文献３】特開平８−１１３９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１，２のような動的注入工法であっても、大きな開口割目が網状に存在し深部まで伸びているような岩盤では、十分な浸透性を確保することができないとともに、グラウトポンプ自体も特殊な装置を使用することになるなどの問題がある。
【０００８】
また、上記特許文献３などに提案される特殊なグラウト材を使用する工法の場合でも、大きな開口割目が網状に存在し深部まで伸びているような岩盤では、深部方向への透水性の収束性は認められないことが多く、この場合は高価なグラウト材を大量に使用することになり、工費が膨大となるなどの問題があった。
【０００９】
また、網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤をグラウチング対象とした場合、貯水池からの浸透水は、最も流れやすい流路（一次流路という）が選択されて地下に流出する傾向を示す。従って、前述したグラウチング工法によって割目の閉塞を行った場合、一次流路が閉塞されたとしても、網状に水みちがあるため、この一次流路が閉塞されたことによって別の流路（二次流路）が水みちとなって浸透水が流れ、更にこれも閉塞されたとしても別の水みち（三次流路）を流れるというように、多元的に流路が形成されるため、これに対応したグラウチング工法であることが望まれる。
【００１０】
そこで本発明の主たる課題は、グラウト材の浸透性と閉塞性能とを効率よく兼ね備えることで、網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤であっても、遮水層を形成し貯水池からの漏水を効果的に抑制し得ることが可能なグラウチング工法による貯水池の止水工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、貯水池の水が地山の開口割目を通じて浸透流出するのを抑制するためのグラウチングによる貯水池の止水工法であって、
前記貯水池周囲の地山から貯水池側に傾斜する方向に複数のグラウト注入孔を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、前記グラウト注入孔からセメント系グラウト材を地山に注入することを特徴とする貯水池の止水工法が提供される。
【００１２】
上記請求項１記載の発明は、貯水池周囲の地山から貯水池側に傾斜する方向に複数のグラウト注入孔を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、前記グラウト注入孔からセメント系グラウト材を地山に注入するものである。
【００１３】
本願発明は、従来一般のグラウト材の注入圧力に依存したグラウチングでは、浸透範囲の拡大に限界があり、広範な開口割目にグラウト材を侵入させることはできないとの考え方の下、セメント粒子を貯水池から浸透流出する水の浸透流速に乗せてやればグラウト材の浸透性が向上され、広範な範囲に亘ってグラウト材を注入できるようになるとの着想に至ったものである。圧力に依存したグラウチングの場合、セメント粒子が限界沈降速度（セメント粒子の有効径を１０％粒径とすればＤ10=５μｍであり、Ｖｃ＝１cm/sec程度）になると沈降し、凝結して割目を塞ぐことになる。試験によれば、仮に開口幅が３mmの割目の場合、注入圧力１０kgf/cm2でセメントミルクの到達距離は１０ｍ程度である。
【００１４】
これに対して、浸透水の流速が限界沈降速度以上であれば、セメント粒子の沈降は抑制され、浸透流速により遠方まで輸送され沈降することになり、広範囲にグラウト材を注入できるようになる。浸透流速の程度にもよるが、概ね１cm/sec程度の浸透流速があれば、同条件で到達距離は１５〜２０ｍ程度に拡大することが可能である。
【００１５】
また、本発明では、貯水池から地山に流出する浸透水の流速を活用するべく、グラウト注入孔は、貯水池周囲の地山から貯水池側に傾斜する方向に形成される。すなわち、貯水池から漏出する浸透水がある程度（限界沈降速度以上）の流速をもって流れる地下流域に対してグラウト注入孔を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、この領域に前記グラウト注入孔からセメント系グラウト材を地山に注入してグラウチングを行う。
【００１６】
以上より、たとえ網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤であっても、後述するメカニズムにより、地山の深部側から順に流路の閉塞を行うため、効果的に割目を塞いで地山中に遮水層を形成し、貯水池から水の流出を防ぐことが可能となる。
【００１７】
請求項２に係る本発明として、前記貯水池の水位が高水位の状態時に又は高水位状態に人為的に保持した状態で、前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、グラウト注入領域の全深さ範囲に亘ってグラウチングを完了する請求項１記載の貯水池の止水工法が提供される。
【００１８】
上記請求項２記載の発明は、グラウト注入領域の全深さ範囲に亘ってグラウチングを一度で完了するために、貯水池の水位が高水位の状態時に又は高水位状態に人為的に保持した状態で、貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入するものである。本明細書において、「高水位」とは、止水処理したい範囲の最上位よりも高いか同じ水位をいうものとする。
【００１９】
請求項３に係る本発明として、前記貯水池の水位が低水位状態時に、前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了する第１工程と、貯水池の水位が高水位状態となるのを待って、前記第１工程で完了したグラウチング領域の上側の地山を対象として前記グラウト注入孔からグラウト材を注入する第２工程とからなる請求項１記載の貯水池の止水工法が提供される。
【００２０】
上記請求項３記載の発明は、貯水池の水位状況に応じて２段階的にグラウチング施工を行うようにしたものである。貯水池の水位状況は年間を通して変動し、高水位時期は限られている場合がある。そこで、低水位時に前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了し（第１工程）、その後に、貯水池の水位が高水位状態となるのを待って、前記第１工程で完了したグラウチング領域の上側の地山を対象として前記グラウト注入孔からグラウト材を注入するものである。本明細書において、「低水位」とは、止水処理したい範囲の最上位よりも低い水位をいうものとする。
【００２１】
請求項４に係る本発明として、前記グラウト注入孔は、貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成し、その先端部が同じく対岸の貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成されたグラウト注入孔と縦断面的に交差するように形成されている請求項１〜３いずれかに記載の貯水池の止水工法が提供される。
【００２２】
上記請求項４記載の発明は、前記グラウト注入孔として、貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成し、その先端部が同じく対岸の貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成されたグラウト注入孔と縦断面的に交差するように形成することにより、貯水池を囲むように断面略Ｖ字形に遮水層を形成するものである。貯水池の漏水箇所が全体に亘っている場合は、このような態様で遮水層を形成するのが効果的である。
【００２３】
請求項５に係る本発明として、隣接するグラウト注入孔の間隔は、グラウト材の水平方向の到達範囲が相互に重なるように設定されている請求項１〜４いずれかに記載の貯水池の止水工法が提供される。
【００２４】
上記請求項５記載の発明では、隣接するグラウト注入孔の間隔を、グラウト材の水平方向の到達範囲が相互に重なるように設定することにより、貯水池からの浸透流出が隙間無く抑制できるようになる。
【発明の効果】
【００２５】
以上詳説のとおり本発明によれば、グラウト材の浸透性と閉塞性能とを効率よく兼ね備えることで、網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤であっても、遮水層を形成し貯水池からの漏水を効果的に抑制し得るようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】貯水池１に対するグラウト注入孔２の配置図である。
【図２】そのII−II線矢視図である。
【図３】グラウト注入孔２の配置図である。
【図４】最大注入圧力の設定例を示す貯水池１の断面図である。
【図５】グラウト材の配合割合の切替要領を示す流れ図である。
【図６】本発明グラウチングによる第１の注入要領を示す断面図である。
【図７】本発明グラウチングによる第２の注入要領を示す手順断面図(A)(B)である。
【図８】従来の注入圧のみに依存した注入メカニズムを説明するための概念図である。
【図９】注入圧力Ｐとセメント到達距離Ｒの関係を示すグラフである。
【図１０】セメントの粒度分布を示すグラフである。
【図１１】本発明の浸透流速を活用した注入メカニズムを説明するための概念図である。
【図１２】浸透流速を活用した本発明グラウチングの閉塞過程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２８】
本発明に係るグラウチングによる止水工法は、図１及び図２に示されるように、ダム湖、調整池等の貯水池１の水が地山の開口割目を通じて浸透流出するのを抑制するためのものであり、貯水池１周囲の地山から貯水池１側に傾斜する方向に複数のグラウト注入孔２、２…を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、前記グラウト注入孔２からセメント系グラウト材を地山に注入するものである。
【００２９】
本発明では、特には、網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤を対象として、効果的なグラウチングを可能とするべく、注入に際して、後段の〔グラウチングのメカニズム〕の欄で詳述するように、グラウト材の注入圧力に加えて、浸透水の流速を活用して水みちに対する効果的な注入を指向したものである。浸透水の流速が限界沈降速度以上であれば、セメント粒子の沈降は抑制され、浸透流速により遠方まで輸送され沈降することになり、広範囲にグラウト材を注入できるようになる。また、前記網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤では、前述したように多元的に流路が形成されるため、グラウト材の浸透性を上げて、閉塞の度に形成される流路を順に閉塞させていくようにすることで割目の閉塞を効果的に行えるようになる。
【００３０】
本グラウチングでは、前記グラウト注入孔２は貯水池１周囲の地山から略汀線方向に沿って所定の間隔で、貯水池１側に傾斜する方向に形成される。すなわち、浸透水の流速は貯水池１の池底面に近い方が、或いは直下の方が相対的に高い流速値を示すため、グラウト注入孔２は前記浸透水の流速を活用するために、地山から貯水池１側に傾斜する方向に向けて形成される。
【００３１】
グラウチングの要領としては、大きく２つの形態が考えられる。第１のグラウト注入要領は、前記貯水池１の水位が高水位の状態時に又は高水位状態に人為的に保持した状態で、前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了するものである。この第１の注入要領は、深さ方向の全範囲に亘って一気にグラウチングを完工するようにしたものである。従って、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件となるように、貯水池の水位が高水位ＷＬ２となる梅雨の時期に、又は例えば揚水発電所の調整池において揚水や発電等により、高水位状態に人為的に保持した状態としてグラウト注入を全深さ範囲に亘って行うようにする。
【００３２】
また、第２のグラウト注入要領は、グラウト注入を二段階に分けて行うようにしたものである。すなわち、第１の注入要領のように、施工時期を貯水池の水位が高水位の状態となる梅雨期とした場合には施工時期及び期間の制限を受け、人為的に高水位状態に保持するには余計な労力と手間を必要とするため、貯水池の水位が低水位状態ＷＬ１において、前記貯水池１の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了し（第１工程）、貯水池の水位が高水位状態となるのを待ってから、前記第１工程で完了したグラウチング領域の上側の地山を対象として前記グラウト注入孔からグラウト材を注入する（第２工程）ものである。このような手順でグラウチングを行う場合には、施工時期や期間の制約を極力受けないで済むようになる。
【００３３】
前記グラウト注入孔２は、ボーリングマシンを用いて孔径約４０〜８０mm程度で形成されるものであり、ノンコアボーリング又はコアボーリングのいずれでもよい。該注入孔２の口元位置は、貯水池２の高水位ＷＬ２の標高よりも高い位置に設定するのが望ましい。図２に示されるように、前記注入孔２は、貯水池１の高水位ＷＬ２以上の地点から貯水池１側に傾斜する方向に形成され、その先端部が対岸方向から形成されたグラウト注入孔２の先端部と重なるように形成されるようにすることが好ましい。これにより、貯水池１の下側には両岸から縦断面でＶ字状に遮水層が形成されるようになる。本形態例では、貯水池の全体に漏水箇所が点在しているものとし、平面視で貯水池１の下側地山全体に断面Ｖ字状の遮水層を形成するようにしたが、漏水箇所が一部区域に特定されているならば、その部分だけに遮水層を形成すればよい。
【００３４】
本発明に係るグラウチングを用いれば、グラウト注入孔２を中心として水平方向に１５〜２０ｍ程度の範囲までのグラウト材注入が可能と考えられるので、隣接する注入孔によるグラウト材注入範囲に重なり代ができるように、所定の平面方向間隔を設けて前記グラウト注入孔２、２…を形成する。従って、図３に示されるように、グラウト注入孔２，２…の間隔は、２５ｍ程度の間隔で形成している。
【００３５】
前記グラウト材としては、工費及び本グラウチングのメカニズムの点から、セメントミルクやモルタルなどのセメント系グラウト材を用いることとする。濃度は、注入箇所のルジオン値に応じてセメント：水の配合割合を任意に調整できるようにするのが望ましい。
【００３６】
〔グラウチングの施工要領〕
はじめに、必要に応じて地山のボーリング調査を行い、開口割目の分布状態、透水試験、地下水挙動等、地山の水理・地質的特徴を把握しておく。このとき形成された調査孔は、グラウト注入孔２、２…の内の一部として利用することができる。
【００３７】
グラウチングでは、注入管に１個のパッカーを設けてグラウト材を圧入するシングルパッカー方式又は注入区間の上下部にパッカーを設けるダブルパッカー方式のいずれをも用いることができる。また、グラウチング工法としては、深度をいくつかのステージに分けて、孔口から孔底に向かって、ボーリングとグラウト注入を繰返して行うステージグラウチングが好ましく、注入ステージは原則１ステージ５ｍとする。但し、透水試験の結果、注入前ルジオン値が１Ｌｕ以下のステージは、次ステージとあわせて注入してもよい（１ステージ１０ｍ）。
【００３８】
本発明に係るグラウチングでは、前述の通りグラウト注入孔２の貯水池の水位より以深部分を対象領域としてグラウト材を注入する。前記グラウト材の注入圧力は、最小地山被り厚さｄ（グラウト注入孔２と貯水池１の水底との最小距離）に応じて３kgf／cm2〜３０kgf／cm2とするのが好ましい。例えば、図４及び表１に示されるように、最小地山被り厚さｄの増加に対して段階的に増加させることができる。なお、注入時に貯水池１内を常時監視し、貯水池１側にグラウト材が漏れ出たときは、そのときの圧力を注入圧力とする。
【表１】
【００３９】
グラウト材の注入に際しては、図５に示されるように、グラウト注入孔２の穿孔及び水押し後、注入するセメントミルクの配合割合（セメント（Ｃ）：水（Ｗ））の切り替えを行う。この初期配合は、地山の注入前ルジオン値に応じてＣ：Ｗ＝１：６〜１：２とし、この初期配合のセメントミルクを所定量（図示例では４００リットル）注入したら、段階的に配合割合を高濃度セメントミルクに切り替えていく。そして、所定の配合割合（図示例ではＣ：Ｗ＝１：１）となったらこの配合割合で無制限に注入する。その後、総セメント量、注入流量Ｑ及び長時間注入によるパッカー事故や地山リークの懸念などに応じて、注入を完了するか、更に高濃度セメントミルクへの切り替え（図示例ではＣ：Ｗ＝１：０．８）を行う。これでも注入流量Ｑが収束せず、パッカー事故や地山リークが懸念される場合には、注入を中断し、水洗い後、再度初期段階から注入を繰り返す。なお、注入圧力Ｐが上昇傾向にあり、Ｐ＞０．８Ｐｍａｘの場合は配合切り替えを行わないことが好ましい。また、注入圧力が規定圧に達し流量が減少傾向にある場合は配合切り替えを行わないことが好ましい。
【００４０】
前述した第１のグラウチング要領によって施工する場合は、貯水池１の水位が高水位の状態時に又は高水位状態に人為的に保持した状態で、グラウト注入孔２の孔口から孔底に向かって、ボーリングとグラウト注入を繰返して行うステージグラウチングによってグラウト注入を行い、図６に示されるように、深さ方向の全範囲に亘って遮水層を形成する。
【００４１】
また、前述した第２のグラウチング要領によって施工する場合は、図７(A)に示されるように、貯水池の水位が低水位状態ＷＬ１において、前記貯水池１の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了する（第１工程）。次いで、図７(B)に示されるように、貯水池の水位が高水位ＷＬ２状態となるのを待って、前記第１工程で完了したグラウチング領域の上側の地山を対象として前記グラウト注入孔からグラウト材を注入する（第２工程）。
【００４２】
以上の手順によりグラウト材を注入した結果、図６及び図７(B)に示されるように、全深さ範囲に亘ってグラウト注入孔２を中心としてグラウト材が充填された改良範囲が形成されるようになる。隣接するグラウト注入孔は、グラウト材の水平方向の到達範囲、即ち各注入孔による改良範囲が相互に重なるように設けられている。これにより、貯水池１の周囲に形成された開口割目に隙間無くグラウト材が充填され、水みちが閉塞されることにより、貯水池１の水の浸透流出が抑制できる。
【００４３】
〔グラウチングのメカニズム〕
本発明に係るグラウチングでは、貯水池水位より以深部分の領域にグラウト材を注入しているため、注入圧力に加えて貯水池１からの浸透水の流速によってグラウト材が水平方向に遠方まで到達できるようにしている。そのメカニズムについて、(1)注入圧力のみに依存した場合と、(2)注入圧力に浸透流速が加わった場合とに分けて詳述する。
【００４４】
(1)注入圧力のみに依存した場合
この場合の開口割目に対するグラウト材充填メカニズムは、図８の概念図に示されるように、開口割目（水平な平行平板を仮定、開口幅ａ）内をセメントミルク（粘性係数μ）が注入孔（注入圧力Ｐ、注入流量Ｑ、半径ｒ）から同心円状に拡がるものと考えれば、先端部までの距離Ｒと先端部流速Ｖの関係は次式(1)のように表される。
【００４５】
Ｑ＝２πＲａＶ ・・・・・ （１）
つまり、Ｒが大きくなるとＶが小さくなり、セメント粒子の限界沈降流速Ｖｃ以下になった箇所から沈降が始まり、注入孔に向けてセメントの沈降が進展して開口割目を閉塞する。
【００４６】
この場合、層流を仮定すれば、注入圧力と注入流量の関係は次式(2)となる。
【００４７】
Ｐ＝［６μＱ／（πａ３）］・log（Ｒ／ｒ） ・・・・・ （２）
しかしながら、セメントミルクは水のようなニュートン性流体ではなく、非ニュートン性の流動特性を有することから、上の２式より直接、注入圧力に応じたセメントミルクの到達距離Ｒを算定することはできない。そこで、実験的なせん断速度と粘度との関係から、壁面が平滑な水平平行平板について層流・乱流を考慮して、開口割目の開口幅ａ、注入圧力Ｐ、セメントミルク到達距離Ｒの関係が従来より知られている（図９）。なお、開口幅ａ＝３mmは補間により求めたものである。
【００４８】
これによれば、開口幅ａ＝３mmの開口割目の場合、注入圧力１０kgf／cm2でセメントミルク到達距離は水平方向に１０ｍ程度となる。
【００４９】
なお、使用するセメントの種類によっては、セメント粒子の有効径である１０％粒径Ｄ１０が大きいものもあり（図１０参照）、限界沈降速度Ｖｃが速くなることも予想される。このため、セメントミルクの到達距離は、水平方向に１０ｍよりも短くなる場合も十分に考えられる。
【００５０】
(2)注入圧力に浸透流速が加わった場合
注入圧力のみに依存したグラウチングの場合、上述の通りセメントミルク先端部の流速がセメント粒子の限界沈降速度（有効径を１０％粒径とすればＶｃ＝１cm／sec程度）となった距離でセメント粒子は沈降を開始し、注入孔に向けて閉塞が進行する。
【００５１】
しかし、図１１に示されるように、上述の注入圧力に加えて浸透水の流速ｖが加わった場合、セメントミルクの先端部で浸透水の流速ｖが限界沈降速度Ｖｃ以上であれば、セメント粒子の沈降は抑制され、浸透流速ｖにより更に遠方に輸送され、開口割目のネットワーク交叉部等の浸透流速低下部（限界沈降速度以下）で沈降し、上流側への閉塞が進展する。セメントミルクの到達距離は、注入圧力１０kgf／cm2でセメントミルク到達距離は水平方向に１５〜２０ｍ程度となる。
【００５２】
この浸透流速が加わった場合の割目の閉塞過程を図１２に基づいて説明する。 先ず、注入初期においてセメント粒子は浸透水により最も流れやすい流路Ａ〜Ｂにより開口割目を移動する。この際、セメント粒子の移動可能領域はセメント粒子の限界沈降速度Ｖｃ以上の範囲である。仮に、分岐点ＡからＤに至る流路があっても、この流路には浸透水があまり流れず流速ｖはセメント粒子の限界沈降速度Ｖｃ未満である。流路Ａ〜Ｂの領域において、セメント粒子の沈降〜目詰まり〜凝結し、この割目を閉塞させる。流路Ａ〜Ｂが閉塞すると、注入過程の欄に示されるように、閉塞箇所の上流側ポテンシャルが上昇し、上流側で交差する開口割目Ａ〜Ｄの浸透流速が上昇する。上昇した流速が限界沈降速度Ｖｃ以上であれば、セメント粒子は流路Ａ〜Ｄの方向に新たに移動する。この流路でもセメント粒子の限界沈降速度Ｖｃ未満となる位置でセメント粒子の沈降が始まり、目詰まりを起こし、凝結し、この流路Ａ〜Ｄを閉塞させる。このような閉塞を順次繰り返し、ほとんどの割目で限界沈降速度Ｖｃ未満となれば、注入終了段階の欄に示されるように、注入圧力に依存した注入のみが行われ注入が収束する。
【符号の説明】
【００５３】
１…貯水池、２…グラウト注入孔、ＷＬ１…低水位、ＷＬ２…高水位
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダム湖や調整池等の貯水池の水が地山の開口割目を通じて浸透流出するのを抑制するためのグラウチング工法に係り、詳しくは網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤に対して好適な、グラウチングによる貯水池の止水工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ダム湖や調整池等の貯水池から水が地盤中に漏出するのを抑制するために、地山の開口割目にグラウト材を注入するグラウチング工法が知られている。このグラウチング工法は、地盤に複数のボーリング孔を配置し、このボーリング孔から地山にセメント系グラウト材、ケミカル系グラウト材などのグラウト材を注入して遮水層を形成するものである。
【０００３】
このグラウチング工法においても現在までに幾多の改良が試みられている。例えば、グラウト材の浸透性（到達距離の増大）を高めるための動的注入工法、大きな開口割目の閉塞性能を向上させるためのグラウト材の改良などを挙げることができる。
【０００４】
前者の動的注入工法の例として、下記特許文献１では、セメント、ベントナイト系のグラウト材を注入ポンプにより所定の注入圧力で圧送し、末端の注入管を介して亀裂性岩盤に穿設された注入孔に該グラウト材を注入するグラウチングにおいて、前記注入圧力に５Ｈｚ〜３０Ｈｚの周波数域から選択された特定の周波数を持つ脈動圧力を重畳的に付加し、前記グラウト材の構成粒子を励起させる岩盤グラウトの施工方法が提案されている。また、下記特許文献２では、注入対象領域にグラウト材を、その注入圧力を周期的に変動させながら注入するに際し、周波数が０．０５〜１Ｈｚの周期である長波の注入圧力変動に、周波数が１〜１０Ｈｚの周期である短波の注入圧力変動を重畳した注入圧力の変動をもって前記グラウト材を注入するグラウト注入工法が提案されている。
【０００５】
後者の閉塞性能を向上させるための方法としては、従来は綿繊維（例えば、商品名「ウラゴメール」）、ベントナイト（膨潤性粘土）、凝結促進剤（例えば商品名「サンコ−ハード」）を混入する方法が多く採用されてきたが、これらの方法では大きな開口割目の閉塞は不十分であるとして、下記特許文献３では、岩盤の亀裂部分に注入するために用いる岩盤のグラウト材であって、セメント、水、および水膨潤性繊維を含む混合液からなり、前記水膨潤性繊維は、その吸水量が自重の数倍以上であって、吸水により流動平滑性を帯びる繊維を予め十分に吸水膨潤させた岩盤のグラウト材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３０９６２４４号公報
【特許文献２】特開２００７−２４７３８９号公報
【特許文献３】特開平８−１１３９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１，２のような動的注入工法であっても、大きな開口割目が網状に存在し深部まで伸びているような岩盤では、十分な浸透性を確保することができないとともに、グラウトポンプ自体も特殊な装置を使用することになるなどの問題がある。
【０００８】
また、上記特許文献３などに提案される特殊なグラウト材を使用する工法の場合でも、大きな開口割目が網状に存在し深部まで伸びているような岩盤では、深部方向への透水性の収束性は認められないことが多く、この場合は高価なグラウト材を大量に使用することになり、工費が膨大となるなどの問題があった。
【０００９】
また、網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤をグラウチング対象とした場合、貯水池からの浸透水は、最も流れやすい流路（一次流路という）が選択されて地下に流出する傾向を示す。従って、前述したグラウチング工法によって割目の閉塞を行った場合、一次流路が閉塞されたとしても、網状に水みちがあるため、この一次流路が閉塞されたことによって別の流路（二次流路）が水みちとなって浸透水が流れ、更にこれも閉塞されたとしても別の水みち（三次流路）を流れるというように、多元的に流路が形成されるため、これに対応したグラウチング工法であることが望まれる。
【００１０】
そこで本発明の主たる課題は、グラウト材の浸透性と閉塞性能とを効率よく兼ね備えることで、網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤であっても、遮水層を形成し貯水池からの漏水を効果的に抑制し得ることが可能なグラウチング工法による貯水池の止水工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、貯水池の水が地山の開口割目を通じて浸透流出するのを抑制するためのグラウチングによる貯水池の止水工法であって、
前記貯水池周囲の地山から貯水池側に傾斜する方向に複数のグラウト注入孔を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、前記グラウト注入孔からセメント系グラウト材を地山に注入することを特徴とする貯水池の止水工法が提供される。
【００１２】
上記請求項１記載の発明は、貯水池周囲の地山から貯水池側に傾斜する方向に複数のグラウト注入孔を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、前記グラウト注入孔からセメント系グラウト材を地山に注入するものである。
【００１３】
本願発明は、従来一般のグラウト材の注入圧力に依存したグラウチングでは、浸透範囲の拡大に限界があり、広範な開口割目にグラウト材を侵入させることはできないとの考え方の下、セメント粒子を貯水池から浸透流出する水の浸透流速に乗せてやればグラウト材の浸透性が向上され、広範な範囲に亘ってグラウト材を注入できるようになるとの着想に至ったものである。圧力に依存したグラウチングの場合、セメント粒子が限界沈降速度（セメント粒子の有効径を１０％粒径とすればＤ10=５μｍであり、Ｖｃ＝１cm/sec程度）になると沈降し、凝結して割目を塞ぐことになる。試験によれば、仮に開口幅が３mmの割目の場合、注入圧力１０kgf/cm2でセメントミルクの到達距離は１０ｍ程度である。
【００１４】
これに対して、浸透水の流速が限界沈降速度以上であれば、セメント粒子の沈降は抑制され、浸透流速により遠方まで輸送され沈降することになり、広範囲にグラウト材を注入できるようになる。浸透流速の程度にもよるが、概ね１cm/sec程度の浸透流速があれば、同条件で到達距離は１５〜２０ｍ程度に拡大することが可能である。
【００１５】
また、本発明では、貯水池から地山に流出する浸透水の流速を活用するべく、グラウト注入孔は、貯水池周囲の地山から貯水池側に傾斜する方向に形成される。すなわち、貯水池から漏出する浸透水がある程度（限界沈降速度以上）の流速をもって流れる地下流域に対してグラウト注入孔を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、この領域に前記グラウト注入孔からセメント系グラウト材を地山に注入してグラウチングを行う。
【００１６】
以上より、たとえ網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤であっても、後述するメカニズムにより、地山の深部側から順に流路の閉塞を行うため、効果的に割目を塞いで地山中に遮水層を形成し、貯水池から水の流出を防ぐことが可能となる。
【００１７】
請求項２に係る本発明として、前記貯水池の水位が高水位の状態時に又は高水位状態に人為的に保持した状態で、前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、グラウト注入領域の全深さ範囲に亘ってグラウチングを完了する請求項１記載の貯水池の止水工法が提供される。
【００１８】
上記請求項２記載の発明は、グラウト注入領域の全深さ範囲に亘ってグラウチングを一度で完了するために、貯水池の水位が高水位の状態時に又は高水位状態に人為的に保持した状態で、貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入するものである。本明細書において、「高水位」とは、止水処理したい範囲の最上位よりも高いか同じ水位をいうものとする。
【００１９】
請求項３に係る本発明として、前記貯水池の水位が低水位状態時に、前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了する第１工程と、貯水池の水位が高水位状態となるのを待って、前記第１工程で完了したグラウチング領域の上側の地山を対象として前記グラウト注入孔からグラウト材を注入する第２工程とからなる請求項１記載の貯水池の止水工法が提供される。
【００２０】
上記請求項３記載の発明は、貯水池の水位状況に応じて２段階的にグラウチング施工を行うようにしたものである。貯水池の水位状況は年間を通して変動し、高水位時期は限られている場合がある。そこで、低水位時に前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了し（第１工程）、その後に、貯水池の水位が高水位状態となるのを待って、前記第１工程で完了したグラウチング領域の上側の地山を対象として前記グラウト注入孔からグラウト材を注入するものである。本明細書において、「低水位」とは、止水処理したい範囲の最上位よりも低い水位をいうものとする。
【００２１】
請求項４に係る本発明として、前記グラウト注入孔は、貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成し、その先端部が同じく対岸の貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成されたグラウト注入孔と縦断面的に交差するように形成されている請求項１〜３いずれかに記載の貯水池の止水工法が提供される。
【００２２】
上記請求項４記載の発明は、前記グラウト注入孔として、貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成し、その先端部が同じく対岸の貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成されたグラウト注入孔と縦断面的に交差するように形成することにより、貯水池を囲むように断面略Ｖ字形に遮水層を形成するものである。貯水池の漏水箇所が全体に亘っている場合は、このような態様で遮水層を形成するのが効果的である。
【００２３】
請求項５に係る本発明として、隣接するグラウト注入孔の間隔は、グラウト材の水平方向の到達範囲が相互に重なるように設定されている請求項１〜４いずれかに記載の貯水池の止水工法が提供される。
【００２４】
上記請求項５記載の発明では、隣接するグラウト注入孔の間隔を、グラウト材の水平方向の到達範囲が相互に重なるように設定することにより、貯水池からの浸透流出が隙間無く抑制できるようになる。
【発明の効果】
【００２５】
以上詳説のとおり本発明によれば、グラウト材の浸透性と閉塞性能とを効率よく兼ね備えることで、網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤であっても、遮水層を形成し貯水池からの漏水を効果的に抑制し得るようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】貯水池１に対するグラウト注入孔２の配置図である。
【図２】そのII−II線矢視図である。
【図３】グラウト注入孔２の配置図である。
【図４】最大注入圧力の設定例を示す貯水池１の断面図である。
【図５】グラウト材の配合割合の切替要領を示す流れ図である。
【図６】本発明グラウチングによる第１の注入要領を示す断面図である。
【図７】本発明グラウチングによる第２の注入要領を示す手順断面図(A)(B)である。
【図８】従来の注入圧のみに依存した注入メカニズムを説明するための概念図である。
【図９】注入圧力Ｐとセメント到達距離Ｒの関係を示すグラフである。
【図１０】セメントの粒度分布を示すグラフである。
【図１１】本発明の浸透流速を活用した注入メカニズムを説明するための概念図である。
【図１２】浸透流速を活用した本発明グラウチングの閉塞過程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２８】
本発明に係るグラウチングによる止水工法は、図１及び図２に示されるように、ダム湖、調整池等の貯水池１の水が地山の開口割目を通じて浸透流出するのを抑制するためのものであり、貯水池１周囲の地山から貯水池１側に傾斜する方向に複数のグラウト注入孔２、２…を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、前記グラウト注入孔２からセメント系グラウト材を地山に注入するものである。
【００２９】
本発明では、特には、網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤を対象として、効果的なグラウチングを可能とするべく、注入に際して、後段の〔グラウチングのメカニズム〕の欄で詳述するように、グラウト材の注入圧力に加えて、浸透水の流速を活用して水みちに対する効果的な注入を指向したものである。浸透水の流速が限界沈降速度以上であれば、セメント粒子の沈降は抑制され、浸透流速により遠方まで輸送され沈降することになり、広範囲にグラウト材を注入できるようになる。また、前記網状に繋がった開口割目が深部まで存在する岩盤では、前述したように多元的に流路が形成されるため、グラウト材の浸透性を上げて、閉塞の度に形成される流路を順に閉塞させていくようにすることで割目の閉塞を効果的に行えるようになる。
【００３０】
本グラウチングでは、前記グラウト注入孔２は貯水池１周囲の地山から略汀線方向に沿って所定の間隔で、貯水池１側に傾斜する方向に形成される。すなわち、浸透水の流速は貯水池１の池底面に近い方が、或いは直下の方が相対的に高い流速値を示すため、グラウト注入孔２は前記浸透水の流速を活用するために、地山から貯水池１側に傾斜する方向に向けて形成される。
【００３１】
グラウチングの要領としては、大きく２つの形態が考えられる。第１のグラウト注入要領は、前記貯水池１の水位が高水位の状態時に又は高水位状態に人為的に保持した状態で、前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了するものである。この第１の注入要領は、深さ方向の全範囲に亘って一気にグラウチングを完工するようにしたものである。従って、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件となるように、貯水池の水位が高水位ＷＬ２となる梅雨の時期に、又は例えば揚水発電所の調整池において揚水や発電等により、高水位状態に人為的に保持した状態としてグラウト注入を全深さ範囲に亘って行うようにする。
【００３２】
また、第２のグラウト注入要領は、グラウト注入を二段階に分けて行うようにしたものである。すなわち、第１の注入要領のように、施工時期を貯水池の水位が高水位の状態となる梅雨期とした場合には施工時期及び期間の制限を受け、人為的に高水位状態に保持するには余計な労力と手間を必要とするため、貯水池の水位が低水位状態ＷＬ１において、前記貯水池１の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了し（第１工程）、貯水池の水位が高水位状態となるのを待ってから、前記第１工程で完了したグラウチング領域の上側の地山を対象として前記グラウト注入孔からグラウト材を注入する（第２工程）ものである。このような手順でグラウチングを行う場合には、施工時期や期間の制約を極力受けないで済むようになる。
【００３３】
前記グラウト注入孔２は、ボーリングマシンを用いて孔径約４０〜８０mm程度で形成されるものであり、ノンコアボーリング又はコアボーリングのいずれでもよい。該注入孔２の口元位置は、貯水池２の高水位ＷＬ２の標高よりも高い位置に設定するのが望ましい。図２に示されるように、前記注入孔２は、貯水池１の高水位ＷＬ２以上の地点から貯水池１側に傾斜する方向に形成され、その先端部が対岸方向から形成されたグラウト注入孔２の先端部と重なるように形成されるようにすることが好ましい。これにより、貯水池１の下側には両岸から縦断面でＶ字状に遮水層が形成されるようになる。本形態例では、貯水池の全体に漏水箇所が点在しているものとし、平面視で貯水池１の下側地山全体に断面Ｖ字状の遮水層を形成するようにしたが、漏水箇所が一部区域に特定されているならば、その部分だけに遮水層を形成すればよい。
【００３４】
本発明に係るグラウチングを用いれば、グラウト注入孔２を中心として水平方向に１５〜２０ｍ程度の範囲までのグラウト材注入が可能と考えられるので、隣接する注入孔によるグラウト材注入範囲に重なり代ができるように、所定の平面方向間隔を設けて前記グラウト注入孔２、２…を形成する。従って、図３に示されるように、グラウト注入孔２，２…の間隔は、２５ｍ程度の間隔で形成している。
【００３５】
前記グラウト材としては、工費及び本グラウチングのメカニズムの点から、セメントミルクやモルタルなどのセメント系グラウト材を用いることとする。濃度は、注入箇所のルジオン値に応じてセメント：水の配合割合を任意に調整できるようにするのが望ましい。
【００３６】
〔グラウチングの施工要領〕
はじめに、必要に応じて地山のボーリング調査を行い、開口割目の分布状態、透水試験、地下水挙動等、地山の水理・地質的特徴を把握しておく。このとき形成された調査孔は、グラウト注入孔２、２…の内の一部として利用することができる。
【００３７】
グラウチングでは、注入管に１個のパッカーを設けてグラウト材を圧入するシングルパッカー方式又は注入区間の上下部にパッカーを設けるダブルパッカー方式のいずれをも用いることができる。また、グラウチング工法としては、深度をいくつかのステージに分けて、孔口から孔底に向かって、ボーリングとグラウト注入を繰返して行うステージグラウチングが好ましく、注入ステージは原則１ステージ５ｍとする。但し、透水試験の結果、注入前ルジオン値が１Ｌｕ以下のステージは、次ステージとあわせて注入してもよい（１ステージ１０ｍ）。
【００３８】
本発明に係るグラウチングでは、前述の通りグラウト注入孔２の貯水池の水位より以深部分を対象領域としてグラウト材を注入する。前記グラウト材の注入圧力は、最小地山被り厚さｄ（グラウト注入孔２と貯水池１の水底との最小距離）に応じて３kgf／cm2〜３０kgf／cm2とするのが好ましい。例えば、図４及び表１に示されるように、最小地山被り厚さｄの増加に対して段階的に増加させることができる。なお、注入時に貯水池１内を常時監視し、貯水池１側にグラウト材が漏れ出たときは、そのときの圧力を注入圧力とする。
【表１】
【００３９】
グラウト材の注入に際しては、図５に示されるように、グラウト注入孔２の穿孔及び水押し後、注入するセメントミルクの配合割合（セメント（Ｃ）：水（Ｗ））の切り替えを行う。この初期配合は、地山の注入前ルジオン値に応じてＣ：Ｗ＝１：６〜１：２とし、この初期配合のセメントミルクを所定量（図示例では４００リットル）注入したら、段階的に配合割合を高濃度セメントミルクに切り替えていく。そして、所定の配合割合（図示例ではＣ：Ｗ＝１：１）となったらこの配合割合で無制限に注入する。その後、総セメント量、注入流量Ｑ及び長時間注入によるパッカー事故や地山リークの懸念などに応じて、注入を完了するか、更に高濃度セメントミルクへの切り替え（図示例ではＣ：Ｗ＝１：０．８）を行う。これでも注入流量Ｑが収束せず、パッカー事故や地山リークが懸念される場合には、注入を中断し、水洗い後、再度初期段階から注入を繰り返す。なお、注入圧力Ｐが上昇傾向にあり、Ｐ＞０．８Ｐｍａｘの場合は配合切り替えを行わないことが好ましい。また、注入圧力が規定圧に達し流量が減少傾向にある場合は配合切り替えを行わないことが好ましい。
【００４０】
前述した第１のグラウチング要領によって施工する場合は、貯水池１の水位が高水位の状態時に又は高水位状態に人為的に保持した状態で、グラウト注入孔２の孔口から孔底に向かって、ボーリングとグラウト注入を繰返して行うステージグラウチングによってグラウト注入を行い、図６に示されるように、深さ方向の全範囲に亘って遮水層を形成する。
【００４１】
また、前述した第２のグラウチング要領によって施工する場合は、図７(A)に示されるように、貯水池の水位が低水位状態ＷＬ１において、前記貯水池１の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了する（第１工程）。次いで、図７(B)に示されるように、貯水池の水位が高水位ＷＬ２状態となるのを待って、前記第１工程で完了したグラウチング領域の上側の地山を対象として前記グラウト注入孔からグラウト材を注入する（第２工程）。
【００４２】
以上の手順によりグラウト材を注入した結果、図６及び図７(B)に示されるように、全深さ範囲に亘ってグラウト注入孔２を中心としてグラウト材が充填された改良範囲が形成されるようになる。隣接するグラウト注入孔は、グラウト材の水平方向の到達範囲、即ち各注入孔による改良範囲が相互に重なるように設けられている。これにより、貯水池１の周囲に形成された開口割目に隙間無くグラウト材が充填され、水みちが閉塞されることにより、貯水池１の水の浸透流出が抑制できる。
【００４３】
〔グラウチングのメカニズム〕
本発明に係るグラウチングでは、貯水池水位より以深部分の領域にグラウト材を注入しているため、注入圧力に加えて貯水池１からの浸透水の流速によってグラウト材が水平方向に遠方まで到達できるようにしている。そのメカニズムについて、(1)注入圧力のみに依存した場合と、(2)注入圧力に浸透流速が加わった場合とに分けて詳述する。
【００４４】
(1)注入圧力のみに依存した場合
この場合の開口割目に対するグラウト材充填メカニズムは、図８の概念図に示されるように、開口割目（水平な平行平板を仮定、開口幅ａ）内をセメントミルク（粘性係数μ）が注入孔（注入圧力Ｐ、注入流量Ｑ、半径ｒ）から同心円状に拡がるものと考えれば、先端部までの距離Ｒと先端部流速Ｖの関係は次式(1)のように表される。
【００４５】
Ｑ＝２πＲａＶ ・・・・・ （１）
つまり、Ｒが大きくなるとＶが小さくなり、セメント粒子の限界沈降流速Ｖｃ以下になった箇所から沈降が始まり、注入孔に向けてセメントの沈降が進展して開口割目を閉塞する。
【００４６】
この場合、層流を仮定すれば、注入圧力と注入流量の関係は次式(2)となる。
【００４７】
Ｐ＝［６μＱ／（πａ３）］・log（Ｒ／ｒ） ・・・・・ （２）
しかしながら、セメントミルクは水のようなニュートン性流体ではなく、非ニュートン性の流動特性を有することから、上の２式より直接、注入圧力に応じたセメントミルクの到達距離Ｒを算定することはできない。そこで、実験的なせん断速度と粘度との関係から、壁面が平滑な水平平行平板について層流・乱流を考慮して、開口割目の開口幅ａ、注入圧力Ｐ、セメントミルク到達距離Ｒの関係が従来より知られている（図９）。なお、開口幅ａ＝３mmは補間により求めたものである。
【００４８】
これによれば、開口幅ａ＝３mmの開口割目の場合、注入圧力１０kgf／cm2でセメントミルク到達距離は水平方向に１０ｍ程度となる。
【００４９】
なお、使用するセメントの種類によっては、セメント粒子の有効径である１０％粒径Ｄ１０が大きいものもあり（図１０参照）、限界沈降速度Ｖｃが速くなることも予想される。このため、セメントミルクの到達距離は、水平方向に１０ｍよりも短くなる場合も十分に考えられる。
【００５０】
(2)注入圧力に浸透流速が加わった場合
注入圧力のみに依存したグラウチングの場合、上述の通りセメントミルク先端部の流速がセメント粒子の限界沈降速度（有効径を１０％粒径とすればＶｃ＝１cm／sec程度）となった距離でセメント粒子は沈降を開始し、注入孔に向けて閉塞が進行する。
【００５１】
しかし、図１１に示されるように、上述の注入圧力に加えて浸透水の流速ｖが加わった場合、セメントミルクの先端部で浸透水の流速ｖが限界沈降速度Ｖｃ以上であれば、セメント粒子の沈降は抑制され、浸透流速ｖにより更に遠方に輸送され、開口割目のネットワーク交叉部等の浸透流速低下部（限界沈降速度以下）で沈降し、上流側への閉塞が進展する。セメントミルクの到達距離は、注入圧力１０kgf／cm2でセメントミルク到達距離は水平方向に１５〜２０ｍ程度となる。
【００５２】
この浸透流速が加わった場合の割目の閉塞過程を図１２に基づいて説明する。 先ず、注入初期においてセメント粒子は浸透水により最も流れやすい流路Ａ〜Ｂにより開口割目を移動する。この際、セメント粒子の移動可能領域はセメント粒子の限界沈降速度Ｖｃ以上の範囲である。仮に、分岐点ＡからＤに至る流路があっても、この流路には浸透水があまり流れず流速ｖはセメント粒子の限界沈降速度Ｖｃ未満である。流路Ａ〜Ｂの領域において、セメント粒子の沈降〜目詰まり〜凝結し、この割目を閉塞させる。流路Ａ〜Ｂが閉塞すると、注入過程の欄に示されるように、閉塞箇所の上流側ポテンシャルが上昇し、上流側で交差する開口割目Ａ〜Ｄの浸透流速が上昇する。上昇した流速が限界沈降速度Ｖｃ以上であれば、セメント粒子は流路Ａ〜Ｄの方向に新たに移動する。この流路でもセメント粒子の限界沈降速度Ｖｃ未満となる位置でセメント粒子の沈降が始まり、目詰まりを起こし、凝結し、この流路Ａ〜Ｄを閉塞させる。このような閉塞を順次繰り返し、ほとんどの割目で限界沈降速度Ｖｃ未満となれば、注入終了段階の欄に示されるように、注入圧力に依存した注入のみが行われ注入が収束する。
【符号の説明】
【００５３】
１…貯水池、２…グラウト注入孔、ＷＬ１…低水位、ＷＬ２…高水位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水池の水が地山の開口割目を通じて浸透流出するのを抑制するためのグラウチングによる貯水池の止水工法であって、
前記貯水池周囲の地山から貯水池側に傾斜する方向に複数のグラウト注入孔を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、前記グラウト注入孔からセメント系グラウト材を地山に注入することを特徴とする貯水池の止水工法。
【請求項２】
前記貯水池の水位が高水位の状態時に又は高水位状態に人為的に保持した状態で、前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、グラウト注入領域の全深さ範囲に亘ってグラウチングを完了する請求項１記載の貯水池の止水工法。
【請求項３】
前記貯水池の水位が低水位状態時に、前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了する第１工程と、貯水池の水位が高水位状態となるのを待って、前記第１工程で完了したグラウチング領域の上側の地山を対象として前記グラウト注入孔からグラウト材を注入する第２工程とからなる請求項１記載の貯水池の止水工法。
【請求項４】
前記グラウト注入孔は、貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成し、その先端部が同じく対岸の貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成されたグラウト注入孔と縦断面的に交差するように形成されている請求項１〜３いずれかに記載の貯水池の止水工法。
【請求項５】
隣接するグラウト注入孔の間隔は、グラウト材の水平方向の到達範囲が相互に重なるように設定されている請求項１〜４いずれかに記載の貯水池の止水工法。
【請求項１】
貯水池の水が地山の開口割目を通じて浸透流出するのを抑制するためのグラウチングによる貯水池の止水工法であって、
前記貯水池周囲の地山から貯水池側に傾斜する方向に複数のグラウト注入孔を形成し、グラウト注入対象領域が前記貯水池の水位より以深である条件の下で、前記グラウト注入孔からセメント系グラウト材を地山に注入することを特徴とする貯水池の止水工法。
【請求項２】
前記貯水池の水位が高水位の状態時に又は高水位状態に人為的に保持した状態で、前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、グラウト注入領域の全深さ範囲に亘ってグラウチングを完了する請求項１記載の貯水池の止水工法。
【請求項３】
前記貯水池の水位が低水位状態時に、前記貯水池の水位より以深部分の地山領域に前記グラウト注入孔からグラウト材を注入し、貯水池の水位より以深部分のグラウチングを完了する第１工程と、貯水池の水位が高水位状態となるのを待って、前記第１工程で完了したグラウチング領域の上側の地山を対象として前記グラウト注入孔からグラウト材を注入する第２工程とからなる請求項１記載の貯水池の止水工法。
【請求項４】
前記グラウト注入孔は、貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成し、その先端部が同じく対岸の貯水池の高水位以上の標高位置から貯水池側に傾斜する方向に形成されたグラウト注入孔と縦断面的に交差するように形成されている請求項１〜３いずれかに記載の貯水池の止水工法。
【請求項５】
隣接するグラウト注入孔の間隔は、グラウト材の水平方向の到達範囲が相互に重なるように設定されている請求項１〜４いずれかに記載の貯水池の止水工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
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【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２５６５３３（Ｐ２０１１−２５６５３３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９５４２（Ｐ２０１０−１２９５４２）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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