特許 7146432 動的注入装置及び動的注入工法

(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】2022-09-26

(45)【発行日】2022-10-04

(54)【発明の名称】動的注入装置及び動的注入工法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20220927BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 101

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018079285

(22)【出願日】2018-04-17

(65)【公開番号】P2019183586

(43)【公開日】2019-10-24

【審査請求日】2021-04-08

(73)【特許権者】

【識別番号】390036515

【氏名又は名称】株式会社鴻池組

(73)【特許権者】

【識別番号】000230788

【氏名又は名称】日本基礎技術株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100072718

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 史旺

(74)【代理人】

【識別番号】100097319

【弁理士】

【氏名又は名称】狩野 彰

(74)【代理人】

【識別番号】100151002

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 剛之

(74)【代理人】

【識別番号】100201673

【弁理士】

【氏名又は名称】河田 良夫

(72)【発明者】

【氏名】加藤 満

(72)【発明者】

【氏名】後藤 宇

(72)【発明者】

【氏名】岡田 和成

(72)【発明者】

【氏名】横井 勉

(72)【発明者】

【氏名】秋本 浩平

(72)【発明者】

【氏名】橋本 正信

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２１０７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１９７３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２２３４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２７４１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７９７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－００４２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－０６５０４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－１０６６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－００４２３６４（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤を改良するための薬液の送出速度又は送出圧力に脈動を付加した状態で前記薬液を送り出す送出手段と、
前記送出手段により送り出された前記薬液の流路を複数回切り替えることで、前記地盤の複数の位置の各々に対して前記薬液の注入及び中断を繰り返す切替部材と、
を有し、
前記薬液は、混合することでグラウト材となる第１薬液と第２薬液を含み、
前記送出手段は、
前記第１薬液を送り出す第１流路と前記第２薬液を送り出す第２流路とに接続しており、
前記第１薬液と前記第２薬液それぞれに対して送出速度又は送出圧力に脈動を付加し、前記第１薬液を前記第１流路に前記第２薬液を前記第２流路にそれぞれ交互に送り出すように構成され、
前記流路は、前記第１流路と前記第２流路とが合流した流路である
ことを特徴とする動的注入装置。

【請求項2】

請求項１に記載の動的注入装置において、
前記送出手段は、
前記第１流路と前記第２流路それぞれに対応して設けられ、前記第１薬液又は前記第２薬液の送出速度又は送出圧力への脈動の付加を防止するエアチャンバと、前記エアチャンバの作動を無効化する無効化手段と、
を有する注入ポンプである
ことを特徴とする動的注入装置。

【請求項3】

請求項２に記載の動的注入装置において、
前記無効化手段は、前記第１流路と前記第２流路それぞれと、前記第１流路と前記第２流路それぞれに対応した前記エアチャンバと、の間を開閉するバルブであることを特徴とする動的注入装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の動的注入装置において、
前記切替部材は、
前記薬液が送り込まれる送込口と、前記複数の位置に対応して設けられ、前記送込口から流入した前記薬液を送出する複数の送出口とを有する本体と、
前記本体の内部に配置され、前記送込口と連通する送入路と、前記複数の送出口のいずれかと連通して、送り込まれた前記薬液を前記複数の送出口のいずれかに送り出す送出路とからなる薬液流路を有するボール弁と、
を有するバルブである
ことを特徴とする動的注入装置。

【請求項5】

請求項４に記載の動的注入装置において、
前記ボール弁は、前記薬液流路に連通して、前記ボール弁が一方向に回転したときに前記薬液が送り出された送出口に連通することで、前記薬液流路に送り込まれる前記薬液に付加される圧力を低減する逃がし流路を有する
ことを特徴とする動的注入装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の動的注入装置において、
前記送出手段は、非ニュートン性の前記グラウト材となる前記薬液を送り出すことを特徴とする動的注入装置。

【請求項7】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の動的注入装置を用いて、薬液を地盤の複数の注入位置に同時に注入することを特徴とする動的注入工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、砂質土層や埋土層からなる軟弱地盤に対してグラウト材（薬液）を注入する動的注入装置及び動的注入工法に関する。

【背景技術】

【0002】

地盤改良の際に地盤に対してグラウト材と呼ばれる薬液を注入する方法として、例えば薬液が地盤に浸透注入されるように、低圧で且つ静的に薬液を地盤に注入する静的注入の他、薬液を地盤に注入するときの注入圧力又は注入速度を特定の周波数で、或いは数種類の周波数を持つ脈動圧力を重畳させて薬液を地盤に注入する動的注入が挙げられる。

【0003】

例えば動的注入については、特許文献１から特許文献３について開示されている。特許文献１は、例えば亀裂性岩盤にセメント、ベントナイト系の薬液を注入する際に、注入圧力に５～３０Ｈｚ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て、薬剤の構成粒子を励起させて浸透性を向上させることを開示している。また、特許文献２は、亀裂性岩盤および鉛直・水平方向に均一な砂質地盤に薬液を注入するグラウチングにおいて、注入圧力に、０．０４～０．０８Ｈｚの長波と１～６Ｈｚの短波の複合波による脈動圧力を重畳的に付加して、薬液の構成粒子を励起させて浸透性を向上させることを開示している。さらに、特許文献３は、７～１５秒の周期で注入速度を増減変化させ、注入速度の増減を繰返す度に注入圧力の最大値及び最小値を増加させていくことにより、注入位置から放射状に薬液が注入される割裂注入の発生を抑制して目的の範囲に薬液を効率良く浸透させることを開示している。

【0004】

近年では、動的注入の他に、薬液の注入を所定時間中断した後、薬液を再度注入する工程を繰り返すことで、薬液を注入したときに生じる注入圧力を消散させて割裂注入の発生を抑制するインチング注入についても考案されている（特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第３０９６２４４号公報

【文献】特許第５０８９４３０号公報

【文献】特許第３７５７４００号公報

【文献】特開２０１５－２５２９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した特許文献１は、油圧サーボアクチュエータと、油圧サーボアクチュエータにより駆動される容積型のポンプ（例えばピストンポンプ）と、を有し、発振器による二次高周波を薬液に与えて圧力変動させる脈動圧発生部を用いている。このような脈動圧発生部は、装置が大掛かりとなり、また、脈動圧力の振幅制御において、熟練を有するサーボユニットの再調整が必要となるという問題がある。また、特許文献２は、薬液の注入圧力に高周波を与える装置として、複数の透過孔が所定角度間隔で設けられた回転盤と、回転盤を回転させるモータとを有する二次高周波発生器を用いている。特許文献２に開示される二次高周波発生器は、特許文献１に開示される脈動圧発生部に比べて、装置が簡素化される利点がある。しかしながら、特許文献２に開示される二次高周波発生器を用いる場合、薬液の流路に設けられたバイパス路に設置された調整弁の開度を調整して、圧力振幅及び流量振幅が過度に大きくなることを防止する必要がある。さらに、これら特許文献１及び特許文献２に開示される注入工法は、亀裂性岩盤に対して薬液を注入する場合を想定しており、砂質土層や埋土層からなる軟弱地盤を対象としたときには、薬液が拡散しやすく、ほぼ球状の改良体を地盤中に造成することは難しい。

【0007】

また、特許文献３や特許文献４では、割裂注入の発生を抑制し、また、目的の浸透範囲に薬液を浸透させることができるが、例えばセメント系グラウト材以外の非ニュートン性の流体である薬液を用いた地盤改良を行う際に、更なる浸透性に優れた注入工法が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決するために、本発明の動的注入装置は、地盤を改良するための薬液の送出速度又は送出圧力に脈動を付加した状態で前記薬液を送り出す送出手段と、前記送出手段により送り出された前記薬液の流路を複数回切り替えることで、前記地盤の複数の位置の各々に対して前記薬液の注入及び中断を繰り返す切替部材と、を有し、前記薬液は、混合することでグラウト材となる第１薬液と第２薬液を含み、前記送出手段は、前記第１薬液を送り出す第１流路と前記第２薬液を送り出す第２流路とに接続しており、前記第１薬液と前記第２薬液それぞれに対して送出速度又は送出圧力に脈動を付加し、前記第１薬液を前記第１流路に前記第２薬液を前記第２流路にそれぞれ交互に送り出すように構成され、前記流路は、前記第１流路と前記第２流路とが合流した流路であることを特徴とする。

【0009】

また、前記第１流路と前記第２流路それぞれに対応して設けられ、前記第１薬液又は前記第２薬液の送出速度又は送出圧力への前記脈動の付加を防止するエアチャンバと、前記エアチャンバの作動を無効化する無効化手段と、を有する注入ポンプであることを特徴とする。

【0010】

この場合、前記無効化手段は、前記第１流路と前記第２流路それぞれに対応して設けられ、前記第１薬液又は前記第２薬液の送出速度又は送出圧力への脈動の付加を防止するエアチャンバと、の間の流路を開閉するバルブであることが好ましい。

【0011】

また、前記切替部材は、前記薬液が送り込まれる送込口と、前記複数の注入位置に対応して設けられ、前記送込口から流入した前記薬液を送出する複数の送出口とを有する本体と、前記本体の内部に配置され、前記送込口と連通する送入路と、前記複数の送出口のいずれかと連通して、送り込まれた前記薬液を前記複数の送出口のいずれかに送り出す送出路とからなる薬液流路を有するボール弁と、を有するバルブであることを特徴とする。

【0012】

この場合、前記ボール弁は、前記薬液流路に連通して、前記ボール弁が一方向に回転したときに前記薬液が送り出された送出口に連通することで、前記薬液流路に送り込まれる前記薬液に付加される圧力を低減する逃がし流路を有することが好ましい。

【0013】

なお、前記薬剤は、非ニュートン性の薬液であることを特徴とする。

【0014】

なお、前記送出手段は、非ニュートン性の前記グラウト材となる前記薬液を送り出すことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、砂質土層や埋土層などの軟弱地盤に対して薬液を広範囲に効果的に注入することができ、また、該軟弱地盤中に良好な改良体を造成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態の施工システムの構成の一例を示す図である。

【図2】（ａ）は注入ポンプの正面図、（ｂ）は注入ポンプの右側面図である。

【図3】（ａ）はＡ液を送出したときのＡ液送出部の断面図、（ｂ）はＡ液送出部においてＡ液を送出したときのＢ液送出部の断面図、（ｃ）エアチャンバに貯留されたＡ液を送出したときのＡ液送出部の断面図、（ｄ）は、エアチャンバに貯留されたＡ液を送出したときのＢ液送出部の断面図である。

【図4】切替バルブの模式図である。

【図5】切替バルブのボール弁の構造を示す斜視図である。

【図6】グラウト材を送出する流路を切り替えるときのボール弁の動作を示す断面図である。

【図7】本発明の施工システムに用いる注入管の構成の一例を示す斜視図である。

【図8】本発明の動的注入における流量変化を示す図である。

【図9】グラウト材の注入試験を行った位置を示す模式図である。

【図10】グラウト材の注入試験を行った地盤の構成について示す図である。

【図11】本発明の動的注入を用いてグラウト材を注入するまでの流れを示す図である。

【図12】（ａ）動的注入を行ったときの第１パッカにおけるグラウト材の圧力変化を示す図、（ｂ）動的注入を行ったときの第２パッカにおけるグラウト材の圧力変化を示す図である。

【図13】動的注入を行ったときの第１パッカにおけるグラウト材の圧力変化及びグラウト材の流量の変化を示す図である。

【図14】グラウト材を静的注入するまでの流れを示す図である。

【図15】静的注入を行ったときのグラウト材の流量と圧力との変化を示す図である。

【図16】注入位置近傍の地盤強度を示す図である。

【図17】（ａ）グラウト材の粘度の変化を示す図、（ｂ）は、（ａ）における５００～１０００秒間を拡大した図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を用いて、本実施形態を説明する。
図１に示すように、薬液注入を行う施工システム１０は、ミキサー１５，１６、注入ポンプ１７、流量・圧力検出装置１８、切替バルブ１９、注入管２０、記録装置２１及び管理装置２２を有する。施工システム１０は、混合することで薬液（以下、グラウト材）となる２つの混合液を、注入ポンプ１７により送出しながら混合し、混合されたグラウト材を対象となる地盤の複数位置に交互に注入するシステムである。なお、地盤の複数位置とは、地盤表面上において同一の位置で、且つグラウト材を注入する深度が異なる複数の位置であってもよいし、地盤表面上において複数の位置で、深度が同一又は異なる複数の位置であってもよい。なお、図１においては、信号の伝達経路を二点鎖線で示し、混合液の送出経路を実線で示している。なお、図１では、施工システムの例を挙げているが、図１に示す施工システムを実現するための薬液注入装置としてもよい。

【0018】

ミキサー１５，１６は、２つの混合液のうちのいずれか一方の混合液を各々攪拌して、混合液の分離を防止する装置である。ここで、ミキサー１５にて攪拌される混合液をＡ液、ミキサー１６にて攪拌される混合液をＢ液と称する。なお、混合液であるＡ液及びＢ液については後述する。

【0019】

注入ポンプ１７は、ミキサー１５，１６において混合されるＡ液及びＢ液を交互に切替バルブ１９に向けて送出する。注入ポンプ１７は、例えば二液等量ポンプが挙げられる。なお、注入ポンプ１７として二液等量ポンプではなく、混合液の送出量（吐出量）が同一となる２つの注入ポンプを用いることも可能であるが、２つの注入ポンプを用いた場合には、各注入ポンプにおける混合液の送出タイミングを調整する必要がある。したがって、本実施形態では、注入ポンプ１７として二液等量ポンプを用いることで、混合液（Ａ液及びＢ液）の送出タイミングの調整を行わなくとも、同一量の混合液を交互に送出することが可能となる。なお、注入ポンプ１７は、管理装置２２によって駆動制御される。

【0020】

図２及び図３に示すように、二液等量ポンプである注入ポンプ１７は、２つの送出部２５，２６、駆動モータ２７及び駆動部２８を有する。以下、２つの送出部２５，２６のうち、Ａ液を送出する送出部をＡ液送出部２５、Ｂ液を送出する送出部をＢ液送出部２６と称する。

【0021】

Ａ液送出部２５は、注入ポート３１、送出ポート３２、エアチャンバ３３及び本体３４を有する。注入ポート３１は、ミキサー１５から延出されるホース３５（図１参照）を接続する。また、送出ポート３２は、流量・圧力検出装置１８に向けて設置されるホース３６（図１参照）を接続する。

【0022】

エアチャンバ３３は、後述するプランジャ５１が本体３４が有する貯留空間３４ａに向けて移動したときに、貯留空間３４ａから送り出されるＡ液の一部を貯留する。また、エアチャンバ３３は、プランジャ５１が貯留空間３４ａから離れる方向に移動したときに、貯留されたＡ液を送出ポート３２に向けて送り出す。エアチャンバ３３を備えることで、送り出されるＡ液の送出圧力又は送出速度に脈動が重畳されることが抑止される。

【0023】

符号３７は、エアチャンバ３３の開閉を行うバルブである。バルブ３７は、一例としてボールバルブである。バルブ３７は、エアチャンバ３３の内部と流路３４ｃとを遮断する閉じ状態と、エアチャンバ３３の内部と流路３４ｃとを連通する開き状態との間で切り替わる。バルブ３７が閉じ状態となる場合には、エアチャンバ３３の機能（作用）を無効化する。ここで、符号３７ａは、作業者による操作でバルブ３７を閉じ状態と、開き状態との間で切り替えるレバーであり、作業者によるレバー３３ａの操作でバルブ３７の状態を切り替える。なお、作業者のレバー３７ａの操作によりバルブ３７の開閉を切り替えているが、バルブ３７の開閉を自動で切り替えるようにしてもよい。また、エアチャンバ３３の機能を無効化する方法としては、バルブ３７を閉じ状態にすることの他に、エアチャンバ３３を取り外すことも可能である。

【0024】

本体３４は、貯留空間３４ａ、注入ポート３１と貯留空間３４ａとを結ぶ流路３４ｂ、貯留空間３４ａと送出ポート３２とを結ぶ流路３４ｃを有する。つまり、グラウト材は、流路３４ｂ、貯留空間３４ａ及び流路３４ｃの順で流れる。また、流路３４ｂ及び流路３４ｃは、逆止弁３８，３９を備える。

【0025】

Ｂ液送出部２６は、Ａ液送出部２５と同様に、注入ポート４１、送出ポート４２、エアチャンバ４３及び本体４４を有する。注入ポート４１は、ミキサー１６から延出されるホース４５（図１参照）を接続する。また、送出ポート４２は、流量・圧力検出装置１８に向けて設置されるホース４６（図１参照）を接続する。

【0026】

エアチャンバ４３は、後述するプランジャ５２が本体４４が有する貯留空間４４ａに向けて移動したときに、貯留空間４４ａから送り出されるＢ液の一部を貯留する。また、エアチャンバ４３は、プランジャ５２が貯留空間４４ａから離れる方向に移動したときに、貯留空間４４ａに貯留されたＢ液を送出ポート４２に向けて送り出す。エアチャンバ４３を備えることで、送り出されるＢ液の送出圧力又は送出速度に脈動が重畳されることが抑止される。

【0027】

符号４７は、エアチャンバ４３の開閉を行うバルブである。バルブ４７は、一例としてボールバルブである。バルブ４７は、エアチャンバ４３の内部と流路４４ｃとを遮断する閉じ状態と、エアチャンバ４３の内部と流路４４ｃとを連通する開き状態との間で切り替わる。バルブ４７が閉じ状態となる場合には、エアチャンバ４３の機能（作用）を無効化する。ここで、符号４７ａは、作業者による操作でバルブ４７を閉じ状態と、開き状態との間で切り替えるレバーであり、作業者のレバー４７ａの操作によりバルブ４７の状態を切り替えている。なお、作業者のレバー４７ａの操作によりバルブ４７の開閉を切り替えているが、バルブ４７の開閉を自動で切り替えるようにしてもよい。また、エアチャンバ４３の機能を無効化する方法としては、バルブ４７を閉じ状態にすることの他に、エアチャンバ４３を取り外すことも可能である。

【0028】

本体４４は、貯留空間４４ａ、注入ポート４１と貯留空間４４ａとを結ぶ流路４４ｂ、貯留空間４４ａと送出ポート４２とを結ぶ流路４４ｃを有する。つまり、グラウト材は、流路４４ｂ、貯留空間４４ａ及び流路４４ｃの順で流れる。なお、流路４４ｂ及び流路４４ｃは、逆止弁４８，４９を備える。

【0029】

図３（ａ）から図３（ｄ）に示すように、駆動部２８は、プランジャ（ピストン）５１，５２、運動変換部（コンロッド）５３，５４、クランクシャフト５５及びクランクケース５６を有する。プランジャ５１，５２は、クランクケース５６に並列して設けたシリンダ５７，５８内に各々配置され、クランクシャフト５５の回転により、シリンダ５７，５８内を往復動する。

【0030】

運動変換部５３，５４は、クランクシャフト５５の回転時に、プランジャ５１，５２を往復動させる。運動変換部５３は、一端がピンによりプランジャ５１に回転自在に軸支され、他端がクランクシャフト５５のクランクピン５５ａに回転自在に軸支される。同様にして、運動変換部５４は、一端がピンによりプランジャ５１に回転自在に軸支され、他端がクランクシャフト５５のクランクピン５５ｂに回転自在に軸支される。ここで、クランクシャフト５５の軸方向に直交する面において、クランクシャフト５５のクランクピン５５ａ及びクランクピン５５ｂは、クランクシャフト５５の回転中心から所定量偏心し、また、クランクピン５５ａとクランクピン５５ｂとは、１８０°間隔を空けて設けられる。

【0031】

なお、クランクケース５６において、シリンダ５７は、通路５９を介して、Ａ液送出部２５の本体３４が有する貯留空間３４ａと連通される。また、シリンダ５８は、通路６０を介して、Ｂ液送出部２６の本体４４が有する貯留空間４４ａと連通される。

【0032】

なお、上述した貯留空間３４ａ及び貯留空間４４ａにダイヤフラムを配置して、往復動するプランジャによってダイヤフラムを、貯留空間に液体を引き込む動作や貯留空間に貯留された液体を送り出すようにしてもよい。

【0033】

次に、注入ポンプ１７の各部の動作について説明する。以下、プランジャ５１がＡ液送出部２５の貯留空間３４ａに最も近接した位置に、プランジャ５１がＢ液送出部２６の貯留空間３４ａから最も離れた位置にある場合を例に挙げて説明する。

【0034】

駆動モータ２７が駆動すると、クランクシャフト５５が図３（ａ）中Ｃ方向に回転する。回動するクランクピン５５ａにより運動変換部５３の一端が引っ張られ、プランジャ５１が図３（ａ）中Ｄ１方向に移動する。プランジャ５１の図３（ａ）中Ｄ１方向への移動により、プランジャ５１及びシリンダ５７の先端側（図中左側）に形成される空間及び該空間に連通する貯留空間３４ａの圧力が低下する。その結果、流路３４ｂに設けた逆止弁３８が開放され、Ａ液が流路３４ｂを介して貯留空間３４ａに送入される。このとき、エアチャンバ３３の内部に貯留されているＡ液は送出ポート３２に向けて送出される。なお、流路３４ｃに設けた逆止弁３９は閉じられているので、Ａ液は貯留空間３４ａに向けて逆流することはない。

【0035】

回動するクランクピン５５ａにより運動変換部５３の一端が引っ張られ、プランジャ５１が図３（ａ）中Ｄ１方向に移動する一方で、プランジャ５２は、回動するクランクピン５５ｂにより運動変換部５３の一端が押し出される。したがって、プランジャ５２が図３（ｂ）中Ｅ１方向へ移動する。プランジャの図３（ｂ）中Ｅ１方向への移動により、プランジャ５１及びシリンダ５７の先端側（図中左側）に形成される空間及び該空間に連通する貯留空間３４ａの圧力が上昇する。その結果、送出ポート４２に連通する流路４４ｃに設けた逆止弁４９が開放され、貯留空間４４ａに貯留されたＢ液が流路４４ｃに送り出される。なお、Ｂ液が流路４４ｃに送り出されると、Ｂ液は送出ポート４２に向けて送り出されるともに、エアチャンバ４３の内部に向けて送り込まれる。一方、流路４４ｂに設けた逆止弁４８は閉じられている。したがって、貯留空間４４ａから流路４４ｂへとＢ液が逆流することはない。

【0036】

クランクシャフト５５の回転によりプランジャ５１が貯留空間３４ａから最も離れた位置まで移動すると、回動するクランクピン５５ａにより運動変換部５３の一端が押し出される。運動変換部５３の一端が押し出されることで、プランジャ５１が図３（ｃ）中Ｄ２方向へ移動する。プランジャ５１が図３（ｃ）中Ｄ２方向へ移動すると、シリンダ５７及び貯留空間３４ａの圧力が増加する。その結果、送出ポート３２に連通する流路３４ｃに設けた逆止弁３９が開放され、Ａ液が貯留空間３４ａから流路３４ｃに送り出される。なお、貯留空間３４ａから送り出されたＡ液は、送出ポート３２に向けて送り出されるとともに、エアチャンバ３３の内部に向けて送り込まれる。一方、流路３４ｂに設けた逆止弁３８は閉じられている。したがって、貯留空間３４ａから流路３４ｂへとＡ液が逆流することはない。

【0037】

回動するクランクピン５５ａにより運動変換部５３の一端が押し出される一方で、運動変換部５４の一端は、回動するクランクピン５５ｂにより引っ張られる。その結果、プランジャ５２は図３（ｄ）中Ｅ２方向へ移動する。プランジャ５２が図３（ｄ）中Ｅ２方向へ移動すると、シリンダ５８及び貯留空間４４ａの内部の圧力が低下する。したがって、注入ポート４１に連通する流路４４ｂに設けた逆止弁４８が開放され、貯留空間４４ａにＢ液が送入される。このとき、エアチャンバ４３の内部に挿入されているＢ液は送出ポート４２に送出される。なお、流路４４ｃに設けた逆止弁４９は閉じられているので、Ｂ液は貯留空間４４ａに逆流することはない。

【0038】

したがって、バルブ３７，４７を開き状態とした場合、Ａ液送出部２５及びＢ液送出部２６は、駆動部２８の駆動によりプランジャ５１，５２の往復動による混合液の送出とエアチャンバ３３，４３に貯留された混合液の送出とを交互に行う。つまり、Ａ液送出部２５及びＢ液送出部２６から送出される混合液の送出圧力や送出速度に、脈動が付加（重畳）されることが抑止される。

【0039】

一方、バルブ３７，４７を閉じ状態とした場合、Ａ液送出部２５及びＢ液送出部２６において、駆動部２８の駆動によりプランジャ５１，５２の往復動による混合液の送出のみが実行される。その結果、各送出部から送出される液体の送出圧力を測定すると脈動圧力が付与（重畳）されている。つまり、Ａ液送出部２５及びＢ液送出部２６から送出される混合液の送出圧力や送出速度に、脈動が付加（重畳）される。

【0040】

本実施形態におけるグラウト材を注入する方法では、バルブ３７，４７を閉じ状態に保持して注入ポンプ１７を駆動させて、グラウト材の注入圧力や注入速度に脈動を重畳させた状態でグラウト材を注入する。

【0041】

図１に戻って、流量・圧力検出装置１８は、注入ポンプ１７と、切替バルブ１９との間に配置される。詳細には、流量・圧力検出装置１８は、注入ポンプ１７の送出ポート３２，４２に接続された各ホース３６，４６が合流された後のホース６１に接続される。流量・圧力検出装置１８は、グラウト材の流量圧力、瞬時流量、積算流量等の計測データを取得する。なお、取得された計測データは記録装置２１に記憶される。

【0042】

切替バルブ１９は、グラウト材の注入経路を、注入管２０が有する２つの注入通路のいずれか一方に切り替えるために設けられる。切替バルブ１９は、例えばボールバルブである。切替バルブ１９は、流量・圧力検出装置１８に接続されたホース６２と接続される。また、切替バルブ１９は、注入管２０の注入内管が有する第１パッカ１０１にグラウト材を送出するホース６３と、注入管２０の注入内管が有する第２パッカ１０２にグラウト材を送出するホース６４と接続される。

【0043】

図４から図６に示すように、切替バルブ１９は、バルブ本体７１、ボール弁７２を有する。バルブ本体７１はＴ字形状で、その端部に継手部７１ａ，７１ｂ，７１ｃを有する。これら継手部７１ａ，７１ｂ，７１ｃのうち、継手部７１ｂと継手部７１ｃとは、軸方向が同一方向となるように配置される。また、継手部７１ａは、継手部７１ｂ及び継手部７１ｃの軸方向と直交するように配置される。継手部７１ａは、グラウト材を送り込むホース６２の一端部に設けた嵌合部６２ａが螺合される。また、継手部７１ｂはグラウト材を注入管２０の注入内管９２が有する第１パッカ１０１に送り込むホース６３の一端部に設けた嵌合部６３ａが螺合される。さらに、継手部７１ｃはグラウト材を注入管２０の注入内管９２が有する第２パッカに送り込むホース６４の一端部に設けた嵌合部６４ａが螺合される。

【0044】

ボール弁７２は、バルブ本体７１の内部に配置される。このボール弁７２は、図示を省略した駆動部により弁軸７５を中心にして一方向に例えば１８０°毎に回転する。ボール弁７２は、弁軸７５が取り付けられる再頂部とは反対側の下端部から中心部分に向けて延出される流路７６ａと、該流路７６ａに対して直交するように延出される流路７６ｂとが、ボール弁７２の中心部分で連通されるＬ字状の流路７６を有する。さらに、ボール弁７２は、流路７６ａ及び流路７６ｂと各々直交する逃がし流路７７を有する。なお、逃がし流路７７の直径は、注入するグラウト材の注入圧力や注入速度に基づいて設定される。なお、ボール弁７２は、バルブ本体７１の内部において、弁座７３，７４に挟持された状態で保持される。

【0045】

ここで、ホース６２に設けた嵌合部６２ａを継手部７１ａに螺合した状態では、Ｌ字状の流路７６の流路７６ａは、嵌合部６２ａに有する流路（図示省略）と常時連通された状態となる。その一方で、Ｌ字状の流路７６の流路７６ｂは、継手部７１ｂに螺合された嵌合部６３ａの流路８１、又は継手部７１ｃに螺合された嵌合部６４ａの流路８２のいずれか一方と連通される。

【0046】

図６（ａ）は、例えば、ボール弁７２が有するＬ字状の流路７６の流路７６ｂが、嵌合部６３ａの流路８１と連通した状態で保持された場合を示す。この状態では、ホース６２の内部で送り込まれるグラウト材は、ボール弁７２が有するＬ字状の流路７６を通過した後、ホース６３の内部に送り込まれる。つまり、この状態では、グラウト材は、注入管２０の注入内管が有する第１パッカ１０１に送出される。

【0047】

グラウト材を送出するために切替バルブ１９を切り替えるときには、弁軸７５を図５中Ｌ１方向へ回転させる。図６（ｂ）に示すように、弁軸７５を回転させると、ボール弁７２は図６（ｂ）中矢印の方向に回転する。ボール弁７２の図６（ｂ）中矢印方向への回転により、Ｌ字状の流路７６を構成する流路７６ｂは、ホース６３の嵌合部６３ａに設けた流路８１と連通された状態から退避していき、ホース６３の嵌合部６３ａに設けた流路８１は、ボール弁７２の周壁面に遮断される。

【0048】

ボール弁７２をさらに回転させると、図６（ｃ）に示すように、ボール弁７２が有する逃がし流路７７がホース６３の嵌合部６３ａに設けた流路８１と連通した状態となる。ボール弁７２をさらに回転させると、図６（ｄ）に示すように、逃がし流路７７とホース６３の嵌合部６３ａに設けた流路８１とが連通した状態が解除される。そして、ボール弁７２を１８０°回転させると、図６（ｅ）に示すように、流路７６ｂは、ホース６４の嵌合部６４ａに設けた流路８２に連通した状態となる。したがって、この状態では、ホース６２の内部で送り込まれるグラウト材は、ボール弁７２が有するＬ字状の流路７６を通過した後、ホース６４の内部に送り込まれる。つまり、この状態では、グラウト材は、注入管２０の注入内管９２が有する第２パッカ１０２に送出される。なお、切替バルブ１９により、グラウト材を注入管２０の注入内管９２が有する第２パッカ１０２に送出する状態から、注入管２０の注入内管９２が有する第１パッカ１０１に送出する状態に切り替える際には、Ｌ字状の流路７６を構成する流路７６ｂがホース６４の嵌合部６４ａに設けた流路８２と連通された状態から退避した後、逃がし流路７７がホース６４の嵌合部６４ａに設けた流路８２と連通し、逃がし流路７７がホース６４の嵌合部６４ａに設けた流路８２と連通した状態から退避した後で、Ｌ字状の流路７６を構成する流路７６ｂがホース６３の嵌合部６３ａに設けた流路８１と連通される。

【0049】

したがって、切替バルブ１９によりグラウト材を送出する流路を切り替える際には、切り替え元の流路と逃がし流路７７とが一端連通した状態が生み出される。その結果、注入されるグラウト材に必要以上の圧力が付加されることを防止でき、また、ボール弁７２の破損を防止することができる。

【0050】

図７に示すように、注入管２０は、注入外管９１及び注入内管９２を有する。注入外管９１は、例えばダブルパッカ工法にて使用されるマンシェットチューブである。注入外管９１は、長手方向の下端部に一定間隔（図中Ｌ１）を空けて吐出口９５が設けられる。図７においては、一例として、吐出口９５が注入外管の長手方向の４カ所に設けられた場合を示している。上述した一定間隔Ｌ１は、例えば６００ｍｍである。吐出口９５は、注入外管９１の外周面に例えば９０度間隔を空けて配置される。注入外管９１の長手方向の４カ所に設けられる吐出口９５は、注入外管９１に取り付けられたゴムスリーブ９６により遮蔽される。図示は省略するが、ゴムスリーブ９６は結束バンドにより注入外管の長手方向における一端側が固定される。

【0051】

ゴムスリーブ９６は、注入されるグラウト材から受けた圧力によって弾性変形して、吐出口９５とゴムスリーブ９６の開放端部（結束バンドにより固定される一端とは反対側の端部）との間に隙間を生成する。この隙間が形成されることで、グラウト材が放射状に放出される。また、ゴムスリーブ９６は、注入外管９１の吐出口９５を塞ぐことにより、外部からの圧力に対しては吐出口９５に押圧されて密着し、外部からの注入外管９１への逆流や水の侵入を防ぐ。

【0052】

注入内管９２は、第１パッカ１０１、第２パッカ１０２、及びこれらパッカを連結する連結ロッド１０３を有する。第１パッカ１０１は、上パッカ部１０５、下パッカ部１０６及びノズル１０７を備える。上パッカ部１０５及び下パッカ部１０６は、エア用アダプタ１０８から流入する空気により膨出して、注入外管９１の内壁面に当接される。ノズル１０７は、外周面に複数の吐出口１０９を有し、薬液用アダプタ１１０から送入されるグラウト材を吐出する。なお、薬液用アダプタ１１０は、例えばホース６３に接続される。

【0053】

同様にして、第２パッカ１０２は、上パッカ部１１１、下パッカ部１１２及びノズル１１３を備える。上パッカ部１１１及び下パッカ部１１２は、エア用アダプタ１０８から流入する空気により膨出して、注入外管９１の内壁面に当接される。ノズル１１３は、外周面に複数の吐出口１１４を有し、薬液用アダプタ１１５から送入されるグラウト材を吐出する。なお、薬液用アダプタ１１５は、例えばホース６４に接続される。

【0054】

連結ロッド１０３は、上端側で第１パッカ１０１と連結され、下端側で第２パッカ１０２と連結される。図示は省略するが、連結ロッド１０３は、薬液用アダプタ１１５から送り込まれたグラウト材を、第２パッカ１０２のノズル１１３に向けて送り込む送込通路と、エア用アダプタ１０８から流入する空気を第２パッカ１０２の上パッカ部１０５、下パッカ部１０６の各々に空気を送り込む送込通路とを有する。

【0055】

次に、本実施形態に用いるグラウト材について説明する。グラウト材は、メタアクリル酸金属塩、多価金属塩化合物、還元剤、重合開始剤、骨材及び水を含有する非ニュートン性のグラウト材である。

【0056】

メタアクリル酸金属塩としては、例えば、（メタ）アクリル酸のリチウム塩、ナトリウム塩及びカリウム塩等のアルカリ金属塩；カルシウム塩及びバリウム塩等のアルカリ土類金属塩；マグネシウム塩、アルミニウム塩、ジルコニウム塩等が挙げられ、これらの１種のみを単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。なお、本実施形態では、３５質量％濃度のアクリル酸マグネシウムを用いた場合を説明する。

【0057】

多価金属塩化合物は、メタアクリル酸金属塩以外の多価金属塩化合物であって、二価又は三価以上の多価金属塩化合物が用いられる。多価金属塩化合物は、例えば二価の金属としては、マグネシウム、カルシウム及びバリウム等が挙げられる。また、三価以上の金属としては、アルミニウム、ジルコニウム、チタン及びセリウム等が挙げられる。なお、ゲル物の強度を制御し易い点から三価の金属塩化合物が好ましく、例えば塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、ミョウバン、ナトリウムミョウバン、酢酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（塩基性塩化アルミニウム）、ポリ硫酸塩化アルミニウム（塩基性硫酸塩化アルミニウム）、酢酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、乳酸ジルコニウム、炭酸ジルコニウム、オキシ硝酸ジルコニウム、オキシ酢酸ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、オキシ硫酸ジルコニウムなどのジルコニウム塩、塩化チタン及び硝酸セリウム等が挙げられる。多価金属塩化合物としては、これらの金属塩１種のみを単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。なお、本発明では、多価金属塩化合物として、高塩基ポリ塩化アルミニウム（高塩基ＰＡＣ）を用いた場合を説明する。

【0058】

還元剤は、チオ硫酸ナトリウム及びチオ硫酸カリウム等のチオ硫酸塩化合物、重亜硫酸ナトリウム及び重亜硫酸カリウム等の重亜硫酸塩化合物、次亜硫酸ナトリウム及び次亜硫酸カリウム等の次亜リン酸化合物、亜硫酸ナトリウム及び亜硫酸カリウム等の亜硫酸化合物、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム（ロンガリット）などのヒドロキシメタンスルフィン酸塩、アスコルビン酸ナトリウムなどのアスコルビン酸又はその塩、エリソルビン酸ナトリウムなどのエリソルビン酸又はその塩、第一鉄塩、二硫化チオ尿素のほか、硫酸銅、並びに、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ヒドラジン、ヒドロキシルアミン、ジメチルアミノプロピオニトリル、ジメチルアミノプロパノール、ピペラジン及びモルホリン等のアミン類等が挙げられる。これらの還元剤は、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、本発明では、還元剤として、チオ硫酸ナトリウムを用いた場合を説明する。

【0059】

重合開始剤は、メタアクリル酸金属塩を重合させる等のために添加され、メタアクリル酸に適用される各種公知の重合開始剤を用いることができる。例えば、可使時間、地盤注入後から硬化（ゲル化）までの硬化時間のコントロール等の観点から、アゾ開始剤、ペルオキソ二硫酸塩等の無機過酸化物、過カルボン酸類、ヒドロペルオキシド等の有機過酸化物などを用いることができる。無機過酸化物及び有機過酸化物を用いる場合には、適宜還元剤を併用することができる。なお、本発明では、重合開始剤として、ｔ－アミルハイドロパーオキサイド（ＴＡＨ）を用いた場合を説明する。なお、ｔ－アミルハイドロパーオキサイド（ＴＡＨ）は、パーオキサイドの含有量が８５質量％のものが使用される。

【0060】

骨材は、本組成物の増量又は補強のために配合され、セメント、フライアッシュ、珪藻土、炭酸カルシウム、カオリン、クレー、ベントナイト、パーライト、蛭石、高炉スラグ、石膏、珪砂、パルプ及び炭素粉等の粉体や各種繊維等を用いることができる。なお、本発明では、骨材として、塩化カルシウムを用いた場合を説明する。

【0061】

上記組成のグラウト材におけるアクリル酸マグネシウムの濃度は、５．５質量％に設定される。また、上記組成のグラウト材における高塩基ＰＡＣの濃度は、２．５質量％に設定される。なお、上記組成のグラウト材は、ほぼ中性であり、また、浸透性又は耐久性に優れている。

【0062】

本実施形態では、上記組成のグラウト材４００Ｌを調製するにあたり、各物質の混合量は以下の通りである。アクリル酸マグネシウム５５Ｌ、チオ硫酸ナトリウム０．８５ｋｇ、塩化カルシウム４．３ｋｇ、高塩基ＰＡＣ３５Ｌ、ＴＡＨ０．４２ｋｇ及び水３０５Ｌである。なお、グラウト材を地盤に注入する際には、アクリル酸マグネシウム５５Ｌ、チオ硫酸ナトリウム０．８５ｋｇ、塩化カルシウム４．３ｋｇ及び水１４０Ｌを調製した混合液をＡ液とし、高塩基ＰＡＣ３５Ｌ、ＴＡＨ０．４２ｋｇ及び水１６５Ｌを調製した混合液をＢ液とした。なお、Ａ液のｐＨは、ｐＨ＝６．６、Ｂ液のｐＨはｐＨ＝４．５である。

【0063】

本発明におけるグラウト材の注入方法は、図８に示すように、注入及び中断を繰り返すインチング注入における注入過程の際に、グラウト材の注入速度及び注入圧力に脈動を重畳（付加）した注入方法を採用した。以下、本発明におけるグラウト材の注入方法を動的注入と称して説明する。

【0064】

まず、動的注入及び静的注入を用いた平面土槽試験を行った。平面土槽試験は、硅砂７号を用い、相対密度が６０％となる縦５０ｃｍ×横５０ｃｍ×厚み５ｃｍの模型地盤を製作した。グラウト材は、アクリル酸マグネシウム（ＡＡＭｇ）、高塩基ポリ塩化アルミニウム、クエン酸及び水酸化ナトリウム及び水を調製したものである。グラウト材におけるアクリル酸マグネシウムの濃度は４重量％、高塩基ポリ塩化アルミニウムの濃度は２重量％、クエン酸の濃度は２．６重量％、水酸化ナトリウムの濃度は２．５重量％である。
以下、平面土槽試験の内容を表１に示す。

【0065】

【表1】

【0066】

表１において、試験番号１，２，５，７が静的注入、試験番号３、４，６，８が動的注入である。なお、これら試験において、グラウト材の注入時間を１５分又は３０分、グラウト材の注入量を１５００ｍＬを目標値として試験した。

【0067】

まず、静的注入を行ったときの注入時間及び注入速度について説明する。
試験番号１は、グラウト材の注入時間は１６分、注入量は１，２７０ｍＬ、平均注入速度は７９．４ｍＬ／ｍｉｎで、ゲルタイムは５分であった。なお、試験番号１においては、注入速度が遅く、目標の注入量を注入することができなかった。
試験番号５は、グラウト材の注入時間は２９．３分、注入量は１，５５０ｍＬ、平均注入速度は５２．９ｍＬ／ｍｉｎで、ゲルタイムは５分であった。
試験番号２は、グラウト材の注入時間は１６分、注入量は１，５３０ｍＬ、平均注入速度は９５．６ｍＬ／ｍｉｎで、ゲルタイムは３０分であった。
試験番号７は、グラウト材の注入時間は３０分、注入量は１，５１０ｍＬ、平均注入速度は５０．３ｍＬ／ｍｉｎで、ゲルタイムは４７分であった。

【0068】

動的注入を行ったときの注入時間及び注入速度について説明する。
試験番号３は、グラウト材の注入時間は１６分、注入量は１，５５０ｍＬ、平均注入速度は９６．９ｍＬ／ｍｉｎで、ゲルタイムは４分５０秒であった。このとき、グラウト材を注入する周期（インチング周期）は１分、重畳させる脈動の周波数を５Ｈｚとした。
試験番号６は、グラウト材の注入時間は２９分、注入量は１，５４０ｍＬ、平均注入速度は５３．１ｍＬ／ｍｉｎ、ゲルタイムは５分であった。このとき、グラウト材を注入する周期（インチング周期）は１分、重畳させる脈動の周波数を２．５Ｈｚとした。
試験番号４は、グラウト材の注入時間は１５分、注入量は１，５６０ｍＬ、平均注入速度は１０４ｍＬ／ｍｉｎで、ゲルタイムは１７分であった。このとき、グラウト材を注入する周期（インチング周期）は１分、重畳させる脈動の周波数を５Ｈｚとした。
試験番号８は、グラウト材の注入時間は３０分、注入量は１，５１０ｍＬ、平均注入速度は５０．３ｍＬ／ｍｉｎ、ゲルタイムは４７分であった。このとき、グラウト材を注入する周期（インチング周期）は１分、重畳させる脈動の周波数を２．５Ｈｚとした。

【0069】

まず、ゲルタイムが短く、また注入速度が速い場合である試験番号１と試験番号３との比較を表２に示す。表中の実測面積は、上記試験により実際に模型地盤中に形成された改良体の面積である。また、改良面積は、注入量から算出される改良体の面積である。なお、一軸圧縮強さは、模型地盤中に形成される改良体を所定の面積となるように分割した各々に対して実施した。

【0070】

【表2】

【0071】

試験番号１においては、実測面積／改良面積は０．７、一軸圧縮強さは、１４７，１８３，１９３ｋＮ／ｍ^２であった。一方、試験番号３においては、実測面積／改良面積は０．８６、一軸圧縮強さは、４９，７３，７３ｋＮ／ｍ^２であった。

【0072】

つまり、試験番号１に対して試験番号３は、実測面積／改良面積が２０％程度向上するという結果が得られた。その一方で、一軸圧縮強さが低下するという結果が得られた。
次に、ゲルタイムが長く、注入速度が速い場合である試験番号２と試験番号４との比較を表３に示す。

【0073】

【表3】

【0074】

試験番号２においては、実測面積／改良面積は１．０５、一軸圧縮強さは、６２，１２０，１２６ｋＮ／ｍ^２であった。一方、試験番号４においては、実測面積／改良面積は１．１１、一軸圧縮強さは、９０，１１１，１２０ｋＮ／ｍ^２であった。

【0075】

つまり、試験番号２に対して試験番号４は、実測面積／改良面積が６％程度向上することがわかった。また、一軸圧縮強さは、試験番号２と試験番号４とは一部を除いて同等の結果が得られた。

【0076】

次に、ゲルタイムが短く、注入速度が遅い場合である試験番号５と試験番号６との比較を表４に示す。

【0077】

【表4】

【0078】

試験番号５においては、実測面積／改良面積は０．４５、一軸圧縮強さは、１１０，１３７ｋＮ／ｍ^２であった。一方、試験番号６においては、実測面積／改良面積は０．４８、一軸圧縮強さは、１０８，１３３ｋＮ／ｍ^２であった。

【0079】

つまり、試験番号５に対して試験番号６は、実測面積／改良面積が７％程度向上することがわかった。また、一軸圧縮強さは、試験番号５と試験番号６とは同等の結果が得られた。

【0080】

最後に、ゲルタイムが長く、注入速度が遅い場合である試験番号７と試験番号８との比較を表５に示す。

【0081】

【表5】

【0082】

試験番号７においては、実測面積／改良面積は０．７７、一軸圧縮強さは、１４２，１４５，１４６ｋＮ／ｍ^２であった。一方、試験番号８においては、実測面積／改良面積は０．７８、一軸圧縮強さは、１３８，１８５ｋＮ／ｍ^２であった。

【0083】

つまり、試験番号７に対して試験番号８は、実測面積／改良面積が１％程度向上することがわかった。また、一軸圧縮強さは、試験番号７と試験番号８とは同等の結果が得られた。

【0084】

上述した比較結果を考慮すると、本発明の動的注入では、より広範囲にグラウト材が浸透し、また、静的注入と同等の一軸圧縮強さが得られることがわかった。

【0085】

なお、上述した試験番号２においては、グラウト材の濃度が同一であるにも関わらず、改良体の一軸圧縮強さにばらつきが生じる。したがって、グラウト材が均等に注入されているかを調べるために改良体の有機体炭素量（ｗｔ％）を測定した。また、グラウト材に含まれるアクリル酸マグネシウム（ＡＡＭｇ）の反応が進んでいるかを調べるために改良体中の残留ＡＡＭｇ量（ｗｔ％）を測定した。なお、モールドで均一に作成したサンドゲルを比較対象として、改良体中の有機体炭素量や残留ＡＡＭｇ量を測定した。なお、以下に示す表６における試験体Ａ、試験体Ｂ及び試験体Ｃは、上述した平面土槽試験により形成される改良体を分割することで得られる。

【0086】

【表6】

【0087】

モールドで均一に作成したサンドゲルは、一軸圧縮強さが１６０ｋＮ／ｍ^２であった。このとき、改良体中の有機体炭素量は２．１ｗｔ％、改良体中の残留ＡＡＭｇ量は炭素換算で０．２７ｗｔ％であった。

【0088】

上述したように、試験番号２における一軸圧縮強さは、１２６，１２０，６２ｋＮ／ｍ^２であった。例えば一軸圧縮強さが１２６ｋＮ／ｍ^２となる試験体Ａでは、改良体中の有機体炭素量は、２．０ｗｔ％、改良体中の残留ＡＡＭｇ量は炭素換算で０．５０ｗｔ％であった。また、一軸圧縮強さが１２０ｋＮ／ｍ^２となる試験体Ｂでは、改良体中の有機体炭素量は２．０ｗｔ％、改良体中の残留ＡＡＭｇ量は炭素換算で０．５６ｗｔ％であった。さらに、一軸圧縮強さが１２０ｋＮ／ｍ^２となる試験体Ｃでは、改良体中の有機体炭素量は２．０ｗｔ％、改良体中の残留ＡＡＭｇ量は炭素換算で０．７９ｗｔ％であった。試験体Ｃに含まれる有機体炭素量は、モールドで作成したサンドゲルに含まれる有機体炭素量の９割以上と十分に含まれている。その一方で、改良体中の残留ＡＡＭｇ量は他の試験体に比べて高い値となっている。つまり、試験体Ｃでは、グラウト材は十分に注入されているが、グラウト材中の反応が十分に進んでいないことがわかる。なお、測定結果については省略するが、試験番号３に関しても同様の結果が得られた。なお、アクリル酸マグネシウムは、時間経過とともに反応が進むので、養生日数が適切であれば、一軸圧縮強さは有機体炭素量に対応する。よって、最終的な一軸圧縮強さは、静的注入と動的注入とで相違ないことが推量される。

【0089】

以下、図９に示すように、表面に基礎コンクリート１２０が打設された地盤近傍において、本発明における動的注入を用いた注入試験を行った。また、比較対象として、一般的な静的注入を用いた注入試験、及び基礎コンクリートの下方となる領域に対して静的注入を用いた注入試験を行った。なお、本発明の動的注入を行う位置は、図９における位置Ｐ_１、位置Ｐ_２、位置Ｐ_３及び位置Ｐ_４の４箇所である。また、静的注入は図９における位置Ｐ_５、位置Ｐ_６、位置Ｐ_７及び位置Ｐ_８の４箇所である。さらに、基礎コンクリート１２０の下方への静的注入は、図９における位置Ｐ_９及び位置Ｐ_１０の２箇所である。なお、基礎コンクリート１２０の下方への静的注入は、斜め下方に削孔を行った後にグラウト材を注入している。これら試験では、地盤表面から深度２８００ｍｍとなる位置を中心にして、半径１．２５ｍの球状の改良体を生成することを想定している。

【0090】

なお、上記試験を実施した地盤は以下の通りである。図１０に示すように、地盤は、地盤表面から、盛土（砂礫）層（図１０中符号Ｓ１）、盛土（礫混じり砂）層（図１０中符号Ｓ２）、盛土（シルト混じり砂）層（図１０中符号Ｓ３）、礫混じり砂層（図１０中符号Ｓ４）、砂層（図１０中符号Ｓ５）、砂質シルト層（図１０中符号Ｓ６）、シルト層（図１０中符号Ｓ７）で構成される。なお、地盤表面を０とした場合、盛土（砂礫）層は、深さ０～０．９ｍ、盛土（礫混じり砂）層は深さ０．９～２ｍ、盛土（礫混じり砂）層は、深さ２～２．３５ｍに形成される層である。また、礫混じり砂層は、深さ２．３５～３ｍ、砂層は３～４．１ｍ、砂質シルト層は深さ４．１～４．８ｍに形成される層である。さらに、シルト層は、深さ４．８ｍ～６．５ｍに形成される層である。例えば各層に対する標準貫入試験により求まる地盤の工学的性質Ｎ値は、盛土（礫混じり砂）層は７～１０、盛土層は７、礫混じり砂層は５～９である。また、砂層は１である。なお、砂質シルト層、シルト層に対する標準貫入試験では、打撃するハンマーが自沈したため、Ｎ値は０としている。

【0091】

なお、グラウト材の注入を行う深度１．５～２．３ｍにおける土質、及び深度３．０～３．９における土質は以下の通りである。

【0092】

【表7】

【0093】

位置Ｐ_１、位置Ｐ_２、位置Ｐ_３及び位置Ｐ_４に対して実施される、本発明の動的注入の流れについて、図１１を用いて説明する。図１１（ａ）に示すように、削孔機に設置されたケーシングパイプ１２５と、先端に掘削ヘッド１２６を有するロッド１２７とを回転させながら、所定の深度まで垂直に削孔する。その後、ロッド１２７を引き上げる。ロッド１２７を引き上げた後、ケーシングパイプ１２５の内部に注入管１２８を挿入し、ゲル状のシール材１２９をケーシングパイプ１２５の内部に充填する（図１１（ｂ）参照）。そして、シール材１２９をケーシングパイプ１２５の内部に充填した後、注入外管９１をケーシングパイプ１２５の内部に挿入する（図１１（ｃ）参照）。そして、ケーシングパイプ１２５を引き抜いて、シール材が硬化するまで養生する（図１１（ｄ）参照）。ここで、注入外管９１に形成される吐出口９５の位置は、地盤表面から深度２５００ｍｍ及び深度３１００ｍｍに位置するように保持される。図１１（ｅ）に示すように、注入外管９１の内部に注入内管９２を挿入した後、注入ポンプ１７を作動させてグラウト材を注入する。なお、グラウト材の注入において、動的注入を行う場合には、切替バルブ１９によってグラウト材の注入経路を切り替えながら、２つの注入位置の各々に対してグラウト材を交互に注入する。なお、図１２（ａ）は、第１パッカ１０１から送出されるグラウト材の圧力変化を、図１２（ｂ）は第２パッカ１０２から送出されるグラウト材の圧力変化の一例を示す。また、図１３は、動的注入を行ったときのグラウト材の圧力変化及び流量変化の一例を示す。

【0094】

次に、位置Ｐ_５，位置Ｐ_６、位置Ｐ_７及び位置Ｐ_８に対して実行される静的注入の手順について説明する。なお、静的注入の手順は、図１１の動的方法の手順と同様にして、削孔を行う工程（図１４（ａ）参照）及びシール材を充填する工程（図１４（ｂ）参照）が実施される。シール材１２９をケーシングパイプ１２５の内部に充填した後、注入外管１３０をケーシングパイプ１２５の内部に挿入する（図１４（ｃ）参照）。そして、ケーシングパイプ１２５を引き抜いて、シール材１２９が硬化するまで養生する（図１４（ｄ）参照）。このとき、注入外管１３０は、注入外管１３０が有する注入孔１３１が深度２８００ｍｍに位置するように保持される。そして、図１４（ｅ）に示すように、注入内管１３２を挿入して、グラウト材を静的注入により地盤に注入する。なお、符号１３３，１３４はパッカ、符号１３５は吐出口である。図１５は、静的注入を行ったときのグラウト材の圧力変化及び流量変化の一例を示す。

【0095】

なお、位置Ｐ_９及び位置Ｐ_１０に対して実行される静的注入と、位置Ｐ_５，位置Ｐ_６，位置Ｐ_７及び位置Ｐ_８に対して実行される静的注入との違いは、地盤表面に対して角度３０°を傾斜させて削孔を行う点で相違する。

【0096】

以下、上述した注入試験の詳細を表７に示す。なお、上述した注入試験では、各位置において注入されるグラウト材の注入量（計画注入量）を２，０００Ｌとした。また、グラウト材の注入時間を２００分とし、グラウト材の注入速度を１０Ｌ／ｍｉｎとした。

【0097】

【表8】

【0098】

なお、上述した位置Ｐ_１から位置Ｐ_１０までの１０箇所に対してグラウト材を注入したときに、図９に示す位置Ｐ_１１及びＰ_１２に設けた観測井戸において、地下水の水位変動は見られなかった。また、グラウト材の注入による水温の変化やｐＨの変化も見られなかった。また、図示は省略するが、動的注入及び静的注入を行った地盤表面に関しては、地盤表面に対して垂直となる方向及び地盤表面に対して水平となる方向の変位は、±２ｍｍと小さく誤差程度の変動である。

【0099】

動的注入及び静的注入を行った地盤近傍に対して、強度発現のために十分な養生期間を経た後にＳＤＳ試験を行い、地盤強度であるＮ値を求めた。ＳＤＳ試験は、スウェーデン式サウンディング試験に専用試験装置を取付け、ロッドに働く周面摩擦の影響を取り除いたトルク値を算定し地盤強度を推定するものである。なお、地盤強度Ｎ値は、動的注入を行った地盤に対しては、グラウト材を注入した位置Ｐ_２から０．３ｍ、０．６２５ｍ、１．２５ｍ及び２．５ｍ離れた位置を測定対象とした。同様にして、静的注入を行った地盤に対しては、グラウト材を注入した位置Ｐ_８から０．３ｍ、０．６２５ｍ、１．２５ｍ及び２．５ｍ離れた位置を測定対象とした。図１６に示すように、静的注入においては、グラウト材を注入した深度（２．８ｍ）よりもさらに深い深度（０．５ｍ）でＮ値が増加していることがわかった。一方、動的注入においては、第１パッカ１０１の位置近傍（２．５～３．０ｍ）でＮ値が上昇しており、第２パッカ１０２の位置近傍（３．１ｍ）では、Ｎ値が増加していない。また、静的注入後の地盤のＮ値と、動的注入後の地盤のＮ値とを比較すると、動的注入は、静的注入よりもＮ値が上昇していることがわかった。

【0100】

また、図９に示す範囲ａ１，範囲ａ２に対して、改良体の確認を行った。これら範囲ａ１，ａ２における掘出深さは、深度２．５～３ｍである。ここで、範囲ａ１はグラウト材の静的注入を行った領域であり、範囲ａ２はグラウト材の動的注入を行った領域である。例えば範囲ａ１に対して掘り出しを行うと、改良体が形成されると想定される深度（以下、計画深度）には、岩塊・ガラが多数混在している。また、その空隙にグラウト材が逸走しており、掘り出した計画深度において、高強度の改良体が生成されていないことが確認された。

【0101】

その一方で、範囲ａ２に対して掘り出しを行うと、計画深度よりも３０～５０ｃｍ程度の深い深度に、注入したグラウト材が硬化することによる改良体の生成が確認された。なお、生成される改良体の範囲は１．５ｍ程度であった。これによれば、軟弱地盤に対してグラウト材を、本発明による動的注入により注入することで地盤中に改良体を生成できることがわかった。

【0102】

例えば図１７（ａ）は、ずり速度ＶａをＶａ＝１（１／ｓ）とし、ずり速度ＶｂをＶｂ＝１０（１／ｓ）としてグラウト材を注入した場合のグラウト材の粘度の変化を示し、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）における５００～１３００秒間の詳細を示す。例えばずり速度が小さい場合には、ずり速度が大きい場合に比べて目的の粘土に到達するまでの時間が早く、また、増粘開始時間も早い。つまり、ずり速度が小さい場合には、メタアクリル酸金属塩の重合により発生するゲルが破壊されず、その結果、グラウト材の増粘につながることを意味している。一方、ずり速度が大きい場合には、上記ゲルが破壊され、ゲルが生成されるまで、グラウト材が増粘しない。したがって、本発明の動的注入を用いることで、グラウト材の増粘が遅延され、グラウト材が軟弱地盤であっても地盤中に広範囲に広がることがわかる。

【0103】

したがって、本発明の動的注入により、セメント系グラウト材以外の非ニュートン性流体であるグラウト材を用いた場合であっても、砂質土層や埋土層などの軟弱地盤に対して広範囲にグラウト材を注入でき、良好な改良体を地盤中に造成することができることがわかった。

【符号の説明】

【0104】

１０…施工システム、１７…注入ポンプ、１９…切替バルブ、３３，４３…エアチャンバ、３７，４７…バルブ、７２…ボール弁、７６…Ｌ字状の流路、７７…逃がし流路

【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13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】