(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-24
(45)【発行日】2022-09-01
(54)【発明の名称】注入外管及び薬液注入工法
(51)【国際特許分類】
E02D 3/12 20060101AFI20220825BHJP
【FI】
E02D3/12 101
(21)【出願番号】P 2017205237
(22)【出願日】2017-10-24
【審査請求日】2019-08-22
【審判番号】
【審判請求日】2021-09-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000166432
【氏名又は名称】戸田建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】596164652
【氏名又は名称】太洋基礎工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】391003598
【氏名又は名称】富士化学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】赤塚 光洋
(72)【発明者】
【氏名】下坂 賢二
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 孝芳
(72)【発明者】
【氏名】水島 達宏
(72)【発明者】
【氏名】大野 康年
(72)【発明者】
【氏名】黒岩 大地
【合議体】
【審判長】前川 慎喜
【審判官】有家 秀郎
【審判官】奈良田 新一
(56)【参考文献】
【文献】特開2009-228207(JP,A)
【文献】特開平8-269949(JP,A)
【文献】特開平8-239833(JP,A)
【文献】特開2011-153401(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E02D3/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状の本体部と、
前記本体部の外周面に取り付けられた複数のパッカーと、
前記本体部のうち、隣接する前記パッカーの間に設けられ、前記本体部の内側と外側とを連通する注入口と、
前記本体部のうち、前記パッカーが取り付けられた部分に設けられ、前記本体部の内側と外側とを連通する充填口と、
前記パッカーの端部を前記本体部にかしめるかしめユニットと、
を備え、
前記パッカーは、
不透水性材料から成る第1層と、
布から成り、前記第1層よりも外側に位置する第2層と、
を備え、
前記かしめユニットは、
第1のかしめ部材と、
前記第1のかしめ部材よりも、前記パッカーの軸方向における中央寄りに位置し、前記第1のかしめ部材よりも幅が狭い第2のかしめ部材と、
を備え、
前記第1のかしめ部材と前記第2のかしめ部材との間に隙間が存在
し、
前記かしめユニットは、前記パッカーの充填圧を徐々に高めていったとき、前記本体部から外れるように構成された、
注入外管。
【請求項2】
筒状の本体部と、
前記本体部の外周面に取り付けられた複数のパッカーと、
前記本体部のうち、隣接する前記パッカーの間に設けられ、前記本体部の内側と外側とを連通する注入口と、
前記本体部のうち、前記パッカーが取り付けられた部分に設けられ、前記本体部の内側と外側とを連通する充填口と、
前記パッカーの端部を前記本体部にかしめるかしめユニットと、 を備える注入外管を用いる薬液注入工法であって、
地盤に形成された削孔に前記注入外管を挿入し、
前記充填口を通して前記パッカーに充填材を充填することで前記パッカーを膨出させ、前記パッカーを前記削孔の内壁に密着させ、
前記注入口から薬液を吐出して前記地盤に注入し、
前記パッカーは、
不透水性材料から成る第1層と、
布から成り、前記第1層よりも外側に位置する第2層と、
を備え、
前記かしめユニットは、
第1のかしめ部材と、
前記第1のかしめ部材よりも、前記パッカーの軸方向における中央寄りに位置し、前記第1のかしめ部材よりも幅が狭い第2のかしめ部材と、
を備え、
前記第1のかしめ部材と前記第2のかしめ部材との間に隙間が存在
し、
前記かしめユニットは、前記パッカーの充填圧を徐々に高めていったとき、前記本体部から外れるように構成された、
薬液注入工法。
【請求項3】
請求項2に記載の薬液注入工法であって、
前記パッカーを膨出するよりも先に、前記削孔にシール剤を注入する薬液注入工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は注入外管及び薬液注入工法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、地盤改良を目的とする薬液注入工法が知られている(特許文献1参照)。薬液注入工法としては、ストレーナ工法、ダブルパッカー工法等がある。さらに、ダブルパッカー工法には、シールグラウト方式、地山パッカー方式がある。
【0003】
薬液注入工法では、まず、地盤に削孔を形成し、その削孔に注入外管を挿入する。さらに、注入外管の中に注入内管を挿入する。注入外管には注入口が形成されている。注入内管により、薬液を注入口に圧送する。圧送された薬液は、注入外管の注入口から吐出され、地盤に浸透する。地盤に浸透した薬液が固結し、改良体を形成することで、地盤が改良される。
【0004】
注入外管と地盤との間に隙間があると、注入外管の注入口から吐出された薬液がこの隙間を逸走してしまう。そこで、地山パッカー方式のダブルパッカー工法では、注入外管の外側にパッカーを取り付けておく。薬液を注入する前に、パッカーに充填材を充填して膨出させ、地盤に密着させる。このパッカーにより、薬液の逸走を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来、布で構成されたパッカーが知られている。パッカーを膨出させた後、布で構成されたパッカーから充填材が滲み出し、パッカーが収縮してしまう。その結果、パッカーと地盤とに隙間が生じてしまう。
【0007】
本開示の一局面は、パッカーの収縮を抑制できる注入外管及び薬液注入工法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】
本開示の一態様は、筒状の本体部と、前記本体部の外周面に取り付けられた複数のパッカーと、前記本体部のうち、隣接する前記パッカーの間に設けられ、前記本体部の内側と外側とを連通する注入口と、前記本体部のうち、前記パッカーが取り付けられた部分に設けられ、前記本体部の内側と外側とを連通する充填口と、を備え、前記パッカーは、不透水性材料から成る第1層と、布から成り、前記第1層よりも外側に位置する第2層と、を備える注入外管である。
【0009】
本開示の一態様である注入外管において、パッカーは不透水性材料から成る第1層を備える。そのため、パッカーからの充填材の滲出を抑制でき、パッカーが収縮することを抑制できる。
【0010】
また、パッカーは、布から成る第2層を備える。第2層は、膨出により所定の形状に達した後は、さらなる膨出を行い難く、所定の形状を維持する。そのため、第2層は、パッカーが部分的に過度に膨出し、いびつな形状になってしまうことを抑制できる。
【0011】
本開示の別の態様は、筒状の本体部と、前記本体部の外周面に取り付けられた複数のパッカーと、前記本体部のうち、隣接する前記パッカーの間に設けられ、前記本体部の内側と外側とを連通する注入口と、前記本体部のうち、前記パッカーが取り付けられた部分に設けられ、前記本体部の内側と外側とを連通する充填口と、を備える注入外管を用いる薬液注入工法であって、地盤に形成された削孔に前記注入外管を挿入し、前記充填口を通して前記パッカーに充填材を充填することで前記パッカーを膨出させ、前記パッカーを前記削孔の内壁に密着させ、前記注入口から薬液を吐出して前記地盤に注入し、前記パッカーは、不透水性材料から成る第1層と、布から成り、前記第1層よりも外側に位置する第2層と、を備える薬液注入工法である。
【0012】
本開示の別の態様である薬液注入工法で使用する注入外管において、パッカーは不透水性材料から成る第1層を備える。そのため、パッカーからの充填材の滲出を抑制でき、パッカーが収縮することを抑制できる。
【0013】
また、パッカーは、布から成る第2層を備える。第2層は、膨出により所定の形状に達した後は、さらなる膨出を行い難く、所定の形状を維持する。そのため、第2層は、パッカーが部分的に過度に膨出し、いびつな形状になってしまうことを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【
図2】パッカー5及びその周辺の構成を表す説明図である。
【
図3】
図2におけるIII-III断面での断面図である。
【
図4】端部13、及びかしめ部材15、17の構成を表す説明図である。
【
図6】端部13における形態と、限界充填圧との関係を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本開示の実施形態を図面に基づき説明する。
1.注入外管1の構成
注入外管1の構成を
図1~
図4に基づき説明する。
図1に示すように、注入外管1は、本体部3と、複数のパッカー5と、を備える。
【0016】
本体部3は筒状の形状を有する。本体部3は、
図3に示すように、充填口7を備える。また、本体部3は、
図1に示すように、注入口9を備える。充填口7は本体部3の内側と外側とを連通する孔である。充填口7の位置は、本体部3のうち、パッカー5が取り付けられる部分である。充填口7は、本体部3の周方向に沿って複数設けられている。
【0017】
本体部3のうち、充填口7が設けられている部分にスリーブ11が取り付けられている。スリーブ11は円環形状を有し、本体部3に外周側から装着されている。スリーブ11は、通常は充填口7を外側から覆う。スリーブ11はゴム等の弾性変形可能な材料から成る。後述するように、充填口7を通して充填材をパッカー5に充填するとき、充填材の圧力によってスリーブ11は外側に押し出され、充填口7とスリーブ11との間に隙間が生じる。その結果、充填材は充填口7を通り、さらに上記の隙間を通り、パッカー5に充填される。
【0018】
注入口9は本体部3の内側と外側とを連通する孔である。注入口9の位置は、隣接するパッカー5の間である。注入口9は複数設けられている。複数の注入口9は、本体部3の軸方向に沿って、所定の間隔をおいて配列されている。隣接する注入口9同士の間隔は、例えば、20~40cmが好ましく、25~35cmがさらに好ましく、30cmが特に好ましい。
【0019】
図2、
図3に示すように、パッカー5は、本体部3より径が一回り大きい筒状の基本形態を有する。本体部3はパッカー5の内部を通っている。本体部3の軸方向とパッカー5の軸方向とは一致する。パッカー5の軸方向での長さは、本体部3の軸方向での長さより小さい。
【0020】
パッカー5の軸方向における両方の端部13は縮径され、本体部3の外周面に接している。端部13は、1対のかしめ部材15、17により、本体部3にかしめられている。
図2~
図4に示すように、かしめ部材15、17は、それぞれ円環形状を有する。かしめ部材15、17は、それぞれ、端部13に外周側から接している。かしめ部材15は、かしめ部材17よりも、パッカー5の軸方向における中央C寄りに位置する。かしめ部材15とかしめ部材17との間には隙間19が存在する。
【0021】
図4に示すように、本体部3の軸方向におけるかしめ部材17の幅をW1とする。また、本体部3の軸方向におけるかしめ部材15の幅をW2とする。W1はW2より大きい。W1は、W2の1.1倍以上であることが好ましい。
【0022】
図3に示すように、パッカー5は、第1層21と、第2層23とを備える層構造を有する。第1層21はゴムから成る。第1層21は弾性変形可能であり、パッカー5に充填材が充填されたとき、本体部3の径方向外側に膨出する。第1層21は充填材を透過させず、気密性を有する。ゴムは不透水性材料に対応する。不透水性材料とは、第2層23を構成する布より水を通し難い材料である。不透水性材料は、水を実質的に通さない材料であることが好ましい。
【0023】
第2層23は第1層21よりも外側に位置し、第1層21に接している。第2層23は布から成る。第2層23は、パッカー5に充填材が充填されたとき、所定の形状に達するまでは本体部3の径方向外側に膨出する。所定の形状に達した後は、第1層21に比べて、さらなる膨出を行い難い。上記の所定の形状は、本体部3の中心軸を中心とする円筒形状である。
【0024】
2.薬液注入工法
薬液注入工法を
図5に基づき説明する。STEP-1は、地盤100に削孔101が形成され、削孔101に注入外管1が挿入され、削孔101の孔壁105と注入外管1との間にシール剤107が充填された状態である。
【0025】
例えば、削孔101を形成し、次に、削孔101にシール剤107を充填し、次に、削孔101に注入外管1を挿入することで、STEP-1に表す状況を実現できる。
シール剤107は、水酸化アルミニウムのゲルを含み、比重が1.05~1.30の範囲内であり、pHが4~11.1の範囲内であるものである。シール剤107として、例えば、表1に示すS1~S14がある。シール剤S1~S8、S11~S14は、表1に示すA液及びB液を予め製造しておき、それらを使用直前に混合したものである。シール剤S9、S10は、表1に示すA液、B液、及びC液を予め製造しておき、それらを使用直前に混合したものである。
【0026】
【表1】
表1における配合量の単位は質量部である。表1における「Al
2(SO
4)
3」は、硫酸アルミニウム (北陸化成(株)製、Al
2O
3:12%)を意味する。表1における「活性剤」は、界面活性剤を意味する。S11のA液に配合されている界面活性剤はカルボキシルメチルセルロース(信越化学工業(株)製、製品名:アスカクリーン)である。S12のA液に配合されている界面活性剤はアルキルアリルスルホン酸塩である。S13のA液に配合されている界面活性剤はアルキルアンモニウム塩である。S14のA液に配合されている界面活性剤は、アルキルアリルスルホン酸塩(花王(株)、製品名:ビスコトップ100A)と、アルキルアンモニウム塩(花王(株)、製品名:ビスコトップ100B)とを質量比1:1で混合したものである。
【0027】
表1における「NaAlO2」は、アルミン酸ナトリウム (北陸化成(株)製、製品名:AS17、Al2O3:19%)を意味する。表1における「5号」は、5号ケイ酸ナトリウム(富士化学(株)製、SiO2:25.5%、Na2O:7%)を意味する。
【0028】
注入外管1は、前記「1.注入外管1の構成」の項で説明したものであり、
図5に示すように、注入口9と、複数のパッカー5とを備える。
STEP-2では、図示しない注入内管を注入外管1に挿入し、注入内管、及び充填口7を通して充填材をパッカー5内に充填する。パッカー5は外側に膨出し、孔壁105に密着する。
【0029】
STEP-3では、図示しない注入内管を注入外管1に挿入し、注入内管により薬液113を送り、注入口9から薬液113を吐出する。注入口9から吐出された薬液113は、注入口9付近のシール剤107を溶解する。薬液113は、以下の成分を混合したものである。
【0030】
コロイダルシリカ:44g
5号ケイ酸ナトリウム:274g
工業用希硫酸:約40g
水:736g
薬液113のpHは、工業用希硫酸の量を調整することにより、4以下又は9以上とした。
【0031】
STEP-4では、シール剤107を溶解した薬液113が地盤100に浸透する。STEP-5では、薬液113が地盤100において十分に広がり、固結して改良体115を形成する。
【0032】
3.注入外管1及び薬液注入工法が奏する効果
(1A)パッカー5は、ゴムから成る第1層21を備える。そのため、パッカー5からの充填材の滲出を抑制でき、パッカー5が収縮することを抑制できる。その結果、パッカー5が孔壁105に密着した状態を維持できる。
【0033】
(1B)パッカー5は、布から成る第2層23を備える。第2層23は、膨出により所定の形状に達した後は、さらなる膨出を行い難く、所定の形状を維持する。そのため、第2層23は、パッカー5が部分的に過度に膨出し、いびつな形状になってしまうことを抑制できる。
【0034】
(1C)薬液注入工法では、パッカー5を膨出させるよりも先に、削孔101にシール剤を107注入する。そのため、仮に、膨出したパッカー5と孔壁105との間に隙間が生じた場合でも、その隙間をシール剤107で塞ぐことができる。
【0035】
(1D)シール剤107は、水酸化アルミニウムのゲルを含み、比重が1.05~1.30の範囲内であり、pHが4~11.1の範囲内である。また、薬液113のpHは4以下又は9以上である。そのため、注入口9から吐出された薬液113は、注入口9付近のシール剤107を溶解する。シール剤107が溶解すると、薬液113は、広い範囲にわたって地盤に浸透することができる。その結果、浸透源を拡大することができる。
【0036】
なお、薬液113がシール剤107を溶解することは、溶解試験により確認した。溶解試験とは、薬液113とシール剤107とを混合し、シール剤107のうち溶解した部分を定量する試験である。
【0037】
(1E)注入外管1では、かしめ部材15、17が、端部13と本体部3とをかしめる。かしめ部材15は、かしめ部材17よりも、パッカー5の軸方向における中央C寄りに位置する。かしめ部材15とかしめ部材17との間には隙間19が存在する。かしめ部材15の幅W2は、かしめ部材17の幅W1よりも狭い。上記の構成により、パッカー5の充填圧が高くても、かしめ部材15、17が本体部3から外れにくい。
【0038】
このことを以下の試験により確認した。
図6に示すように、端部13における形態として、ケース1~5をそれぞれ作成した。ケース1は上述した実施形態に対応するものであって、W1はW2の1.1倍以上である。隙間19は存在する。
【0039】
ケース2では、W1とW2とは等しい。ケース2におけるW1、W2は、ケース1におけるW2と等しい。隙間19は存在する。
ケース3では、かしめ部材17を備えない。かしめ部材15の幅W2は、ケース1におけるW2と等しい。
【0040】
ケース4では、隙間19が存在しない。また、W1とW2とは等しい。ケース4におけるW1、W2は、ケース1におけるW2と等しい。
ケース5では、W2がW1の1.1倍以上である。ケース5におけるW1はケース1におけるW2に等しい。ケース5におけるW2はケース1におけるW1に等しい。隙間19は存在する。
【0041】
ケース1~5のそれぞれについて、パッカー5の充填圧を徐々に高めてゆき、かしめ部材が外れたときの充填圧(以下では限界充填圧とする)を計測した。その結果を
図6に示す。ケース1では限界充填圧が1.0MPa以上であった。それに対し、ケース2~5では、限界充填圧が0.5MPa以下であった。
【0042】
4.他の実施形態
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【0043】
(1)1対のパッカー5の間に設けられた注入口9の数は単数であってもよい。
(2)注入外管1を、上述した工法以外の工法に用いてもよい。例えば、注入外管1を、シール剤を使用しない工法に用いてもよい。
【0044】
(3)第1層21を構成する不透水性材料は、ゴム以外の不透水性材料であってもよい。ゴム以外の不透水性材料として、例えば、樹脂等が挙げられる。樹脂として、例えば、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリカーボネート樹脂(PC)、塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリアミド樹脂(PA)、フッ素樹脂(PTFE)等が挙げられる。本開示の注入外管は、第1層21を構成する不透水性材料がゴム以外の不透水性材料である場合でも、第1層21がゴムから成る場合と同様の効果を奏する。
【0045】
(4)薬液注入工法において使用するシール剤は、例えば、高吸水性樹脂及び水を含むシール剤(以下では、高吸水性樹脂含有シール剤とする)であってもよい。高吸水性樹脂の少なくとも一部は、水を吸収し、膨潤した状態にある。
【0046】
高吸水性樹脂含有シール剤は、掘削孔の孔壁が崩落することを抑制する効果が高い。また、注入管から薬液が吐出されたとき、高吸水性樹脂含有シール剤は収縮し易い。高吸水性樹脂含有シール剤が収縮すると、注入管から吐出された薬液は、広い範囲にわたって地盤に浸透することができる。その結果、浸透源を拡大することができる。
【0047】
高吸水性樹脂として、合成ポリマー系の高吸水性樹脂が好ましい。合成ポリマー系の高吸水性樹脂として、ポリアクリル酸塩系の高吸水性樹脂が好ましい。ポリアクリル酸塩系の高吸水性樹脂として、アクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物が好ましい。
【0048】
高吸水性樹脂含有シール剤が合成ポリマー系の高吸水性樹脂を含む場合、掘削孔の孔壁が崩落することを抑制する効果が一層高い。また、高吸水性樹脂含有シール剤が合成ポリマー系の高吸水性樹脂を含む場合、注入管から薬液が吐出されたとき、高吸水性樹脂含有シール剤は一層収縮し易い。
【0049】
高吸水性樹脂含有シール剤がポリアクリル酸塩系の高吸水性樹脂を含む場合、掘削孔の孔壁が崩落することを抑制する効果が一層高い。また、高吸水性樹脂含有シール剤がポリアクリル酸塩系の高吸水性樹脂を含む場合、注入管から薬液が吐出されたとき、高吸水性樹脂含有シール剤は一層収縮し易い。
【0050】
高吸水性樹脂含有シール剤がアクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物を含む場合、掘削孔の孔壁が崩落することを抑制する効果が特に高い。また、高吸水性樹脂含有シール剤がアクリル酸重合体部分ナトリウム塩架橋物を含む場合、注入管から薬液が吐出されたとき、高吸水性樹脂含有シール剤は特に収縮し易い。
【0051】
高吸水性樹脂含有シール剤は、1000質量部の水と、1~100質量部の高吸水性樹脂と、を含むことが好ましい。高吸水性樹脂含有シール剤は、1000質量部の水と、1.5~20質量部の高吸水性樹脂と、を含むことがさらに好ましい。
【0052】
高吸水性樹脂含有シール剤が、1000質量部の水に対し、1質量部以上の高吸水性樹脂を含む場合、掘削孔の孔壁が崩落することを抑制する効果が高い。
高吸水性樹脂含有シール剤が、1000質量部の水に対し、1.5質量部以上の高吸水性樹脂を含む場合、掘削孔の孔壁が崩落することを抑制する効果が一層高い。
【0053】
高吸水性樹脂含有シール剤が、1000質量部の水に対し、100質量部以下の高吸水性樹脂を含む場合、高吸水性樹脂含有シール剤の製造コストを低減することができる。
高吸水性樹脂含有シール剤が、1000質量部の水に対し、20質量部以下の高吸水性樹脂を含む場合、高吸水性樹脂含有シール剤の製造コストを一層低減することができる。
【0054】
高吸水性樹脂含有シール剤の剤型は、例えば、液状、スラリー状、懸濁液等である。高吸水性樹脂含有シール剤は、水及び高吸水性樹脂以外の成分をさらに含んでいてもよい。
(5)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【0055】
(6)上述した注入外管、薬液注入工法の他、当該注入外管を構成要素とする製品、地盤改良工法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【0056】
1…注入外管、3…本体部、5…パッカー、7…充填口、9…注入口、11…スリーブ、13…端部、15、17…かしめ部材、19…隙間、21…第1層、23…第2層、100…地盤、101…削孔、105…孔壁、107…シール剤、113…薬液、115…改良体