特許 7557783 注入剤性能確認試験方法および試験装置

(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】2024-09-19

(45)【発行日】2024-09-30

(54)【発明の名称】注入剤性能確認試験方法および試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/00 20060101AFI20240920BHJP

   E02D 3/12 20060101ALI20240920BHJP

   G01N 3/08 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

G01N3/00 Q

E02D3/12 101

G01N3/08

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021034943

(22)【出願日】2021-03-05

(65)【公開番号】P2022135255

(43)【公開日】2022-09-15

【審査請求日】2024-01-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(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】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】西田 与志雄

(72)【発明者】

【氏名】石井 裕泰

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 正嘉

(72)【発明者】

【氏名】笹原 茂生

(72)【発明者】

【氏名】黒岩 大地

(72)【発明者】

【氏名】松山 雄司

【審査官】外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６１－２６１５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５５－０３７９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０２６９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１１６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４９５５２３７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３／００

Ｇ０１Ｎ ３／０８

Ｅ０２Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

氷点下に冷却された供試体を容器内に設ける供試体設置作業と、
前記供試体に接するように薬液注入剤を注入する注入剤注入作業と、
前記供試体と前記薬液注入剤との接触面をずらした際の抵抗の有無を確認する性能確認作業と、を行うことを特徴とする、注入剤性能確認試験方法。

【請求項2】

前記供試体設置作業では、柱状の前記供試体を前記容器内に載置し、
前記注入剤注入作業では、前記供試体と前記容器との隙間に前記薬液注入剤を充填し、
前記性能確認作業では、前記供試体を引き上げるとともに前記供試体を引き上げる際の荷重を測定することを特徴とする、請求項１に記載の注入剤性能確認試験方法。

【請求項3】

前記荷重から前記供試体の重量を減じた値を、前記供試体と前記薬液注入剤との接触面積で除することで付着強度を算出する付着強度算出作業をさらに備えていることを特徴とする、請求項２に記載の注入剤性能確認試験方法。

【請求項4】

氷点下に冷却された供試体と、前記供試体に接するように注入された薬液注入剤の硬化体との付着性を確認するための試験装置であって、
前記供試体および前記硬化体を収容する容器と、
前記供試体および前記硬化体のうちの強度が高い方を吊持する吊持手段と、
前記吊持手段に取り付けられた荷重計と、を備えていることを特徴とする、試験装置。

【請求項5】

前記容器の底部に設けられて前記供試体を支持する架台をさらに備えており、
前記架台は、底板と、前記底板に立設された壁材とを備え、
前記壁材の上面が前記供試体の底面縁部に接し、
前記壁材には、前記壁材により囲まれた空間に連通するエア抜きパイプが取り付けられていることを特徴とする、請求項４に記載の試験装置。

【請求項6】

前記容器の上面を覆う蓋材を備えており、
前記蓋材には、前記供試体を挿通可能な開口が形成されていることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、注入剤性能確認試験方法およびその試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

地盤凍結工法により凍土地盤Ｇ_Ｆを造成することで、地盤内に止水構造を構築したり、土留壁や止水壁等を形成する場合がある（図６（ａ）参照）。しかしながら、地下水Ｗの流れにより、凍土地盤Ｇ_Ｆに水みちＰ_Ｗが形成され、もしくは地盤が凍結できなくて、凍土地盤Ｇ_Ｆの造成が不完全になる場合がある（図６（ｂ）参照）。そのため、水みちＰ_Ｗを閉塞することを目的として、地盤凍結工法と薬液注入工法を併用する場合がある（図６（ｃ）参照）。ここで、図６（ａ）～（ｃ）は、凍土地盤Ｇ_Ｆを模式的に示す断面図である。
例えば、特許文献１では、トンネルを掘削するにあたり、トンネルの掘削部を囲繞する状態に薬液注入工法により止水領域を行うとともに、止水領域内の掘削部に沿った部分を地盤凍結工法により凍結させる地盤改良方法が開示されている。特許文献１の地盤改良方法は、施工領域を囲繞するように薬液注入による止水領域を形成するものであるため、広範囲に薬液注入を実施する必要がある。そのため、施工に手間がかかるとともに、費用の低減化の妨げとなる。
一方、水みちＰ_Ｗの閉塞を目的として、図６（ｃ）に示すように、凍土地盤Ｇ_Ｆに対して部分的に薬液注入Ｃを行う場合があるが、低温条件下における薬液注入Ｃでは、注入剤によっては十分な効果を得られないおそれがある。そのため、地盤凍結工法と併用して薬液注入工法を採用する場合には、事前に注入剤の性能を確認する必要があるが、凍土地盤Ｇ_Ｆ中に人工的に水みちＰ_Ｗを形成して、部分的に薬液注入を行う試験を原位置で実施することは困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平３－１３６９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、薬液注入剤を凍土地盤に注入した際に所望の性能を確保できるか否かを簡易に確認することができる注入剤性能確認試験方法とその試験装置を提案することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を解決するための本発明の注入剤性能確認試験方法は、氷点下に冷却された供試体を容器内に設ける供試体設置作業と、前記供試体に接するように薬液注入剤を注入する注入剤注入作業と、前記供試体と前記薬液注入剤との接触面をずらした際の抵抗の有無を確認する性能確認作業とを行うものである。
かかる注入剤性能確認試験方法は、供試体と薬液注入剤との接触面をずらした際に生じる抵抗の有無を確認することで、供試体と薬液注入剤の硬化体との付着性を確認するものである。すなわち、当該抵抗が確認された場合には、供試体と硬化体とが付着しており、薬液注入剤が所望の性能を発現しているものと判断できる。そのため、例えば、凍土地盤の止水性の向上を図ることを目的として薬液注入工法を併用する場合の薬液注入剤として使用することができる。一方、抵抗がない場合には、低温条件下で薬液注入剤が硬化しないことや、薬液注入剤が硬化する際の発熱によって供試体の表面が解凍されることが推測される。そのため、当該薬液注入剤が凍土地盤には不向きであると判断できる。

【0006】

なお、前記注入剤性能確認試験方法において、前記供試体設置作業では柱状の前記供試体を前記容器内に載置し、前記注入剤注入作業では前記供試体と前記容器との隙間に前記薬液注入剤を充填し、前記性能確認作業では前記供試体を引き上げるとともに前記供試体を引き上げる際の荷重を測定するのが望ましい。かかる注入剤性能確認試験方法によれば、供試体を引き上げた際の荷重が供試体の重量を上回っていることを確認することで、供試体と薬液注入剤の硬化体との間での付着状態を定量的に確認できる。
また、前記荷重から前記供試体の重量を減じた値を、前記供試体と前記薬液注入剤との接触面積で除することで付着強度を算出する付着強度算出作業を備えていれば、複数の薬液注入剤の中から最適な薬液注入剤を選択する際の指標として付着強度を利用できる。

【0007】

また、前記注入剤性能確認試験方法に使用する試験装置には、例えば、前記供試体および前記薬液注入剤を収容する容器と、前記供試体および前記薬液注入剤の硬化体のうちの強度が高い方を吊持する吊持手段と、前記吊持手段に取り付けられた荷重計とを備えたものを使用することができる。かかる試験装置によれば、供試体または硬化体のいずれか一方を吊持した状態で接触面をずらした際の荷重値を測定できるので、付着状態を定量的に確認できる。
前記試験装置は、前記容器の底部に設けられて前記供試体を支持する架台をさらに備えているのが望ましい。このような架台としては、底板と、前記底板に立設された壁材とを備え、前記壁材の上面が前記供試体の底面縁部に接するようにするとよい。さらに、前記壁材には前記壁材により囲まれた空間に連通するエア抜きパイプを取り付けることが望ましい。このようにすれば、供試体の底面と容器との間に負圧が生じることを防止できるので、供試体と容器との底面との間に付着力が生じることを防止できる。すなわち、エア抜きパイプにより架台が有する空間内の空気が外部から供給されることで負圧が生じることを防止できる。
また、前記試験装置が、前記容器の上面を覆う蓋材であって、前記供試体を挿通可能な開口が形成された蓋材を備えていれば、前記供試体を引き上げる際に、供試体とともに硬化体が引き上げられること防止できる。

【発明の効果】

【0008】

本発明の注入剤性能確認試験方法および試験装置によれば、薬液注入剤を凍土地盤に注入した際に、当該薬液注入剤が所望の性能を確保しているか否かを確認することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態の試験装置の断面図である。

【図2】（ａ）は図１に示す試験装置のＡ－Ａ断面図、（ｂ）はＢ－Ｂ断面図である。

【図3】本実施形態の注入剤性能確認試験方法の手順を示すフローチャートである。

【図4】注入剤性能確認試験方法の作業状況を示す模式図であって、（ａ）は供試体作成作業、（ｂ）は供試体設置作業、（ｃ）は注入剤注入作業、（ｄ）は性能確認作業である。

【図5】試験結果の例を示す荷重変位曲線であって、（ａ）は供試体に硬化体が付着しない場合、（ｂ）は供試体に硬化体が付着している場合。

【図6】凍土地盤を示す模式図であって、（ａ）は健全な凍土地盤、（ｂ）は水みちが形成されている凍土地盤、（ｃ）は薬液注入を行った凍土地盤である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本実施形態では、水みちが形成されている凍土地盤に対して薬液注入剤を注入した際に、当該薬液注入剤が水みちを遮蔽して止水性を確保できる効果を発現するか否かを確認するための注入剤性能確認試験方法について説明する。本実施形態の注入剤性能確認試験方法では、氷点下に冷却された供試体１と、供試体１に接する薬液注入剤の硬化体２との付着性を確認する。図１および図２に本実施形態の注入剤性能確認試験方法で使用する試験装置３を示す。
試験装置３は、図１に示すように、供試体１および硬化体２を収容する容器４と、供試体１を吊持する吊持手段５と、吊持手段５に取り付けられた荷重計６と、容器４の底部に設けられて供試体１を支持する架台７とを備えている。

【0011】

容器４は、上面が開口した箱型の容器本体４１と、容器本体４１の上面を覆う蓋材４２とからなる。本実施形態の容器本体４１は、矩形状の底部と、側面を覆う角筒状の壁部とにより構成されている。なお、容器本体４１は平面視矩形状に限定されるものではなく、平面視円形であってもよい。本実施形態の容器本体４１の内面は、断熱材４３で覆われている。
蓋材４２には、供試体１を挿通可能な開口４４が形成されている。本実施形態の蓋材４２は、図２（ｂ）に示すように、一対の板材４５，４５により形成されている。各板材４５には、他方の板材４５側の辺に凹部４６が形成されている。一対の板材４５，４５の凹部４６同士を組み合わせると、供試体１の平面形状と同等の開口４４が形成される。

【0012】

吊持手段５は、図１に示すように、引抜き棒５１と、引抜き棒５１を引き上げる引上げ手段５２とを備えている。引抜き棒５１は、一部（下部）が供試体１に埋め込まれて、残りの部分（上部）が供試体１の上面から突出している。引抜き棒５１の上端部が引上げ手段５２に連結されることで、供試体１が吊り下げられている。引抜き棒５１の下端には、供試体１からの抜き出しを防止するための定着部５３が形成されている。本実施形態の定着部５３は、引抜き棒５１と交差するように、引抜き棒５１に固定されている。なお、定着部５３は、供試体１との接合性を向上させることが可能であればよく、例えば、板状部材や棒状部材であってもよいし、引抜き棒５１の外面に形成された凹凸であってもよい。本実施形態の引抜き棒５１の上端には、係止部５４が形成されている。引抜き棒５１は、係止部５４を介して引上げ手段５２に連結されている。
引上げ手段５２は、引抜き棒５１に引張力を付与する装置であって、支持部材５５に取り付けられている。引上げ手段５２は、ウィンチ等からなり、荷重計６を介して引抜き棒５１を吊持している。本実施形態の支持部材５５は、土台５６，支柱５７，横架材５８を備えている。本実施形態の土台５６は、容器４を挟むように配設された一対の鋼材であって、支持部材５５の脚部を構成している。土台５６には、治具（長ボルト等）５９ａを介して抑え部材５９が取り付けられている。抑え部材５９は、図１および図２（ｂ）に示すように、蓋材４２の上面または容器本体４１の上端に配設されて、供試体１を引き上げる際に、容器４の移動を制御する。すなわち、抑え部材５９は、容器４を上から押さえ付ける部材である。支柱５７は、図１に示すように、土台５６に立設された鋼材である。支柱５７には横架材５８が横架されている。横架材５８は、引抜き棒５１の上方において左右の支柱５７，５７に横架された鋼材であって、引上げ手段５２を支持している。

【0013】

荷重計６は、図１に示すように、引抜き棒５１と引上げ手段５２との間に介設されている。荷重計６は、引上げ手段５２により引抜き棒５１を引き上げた際の荷重を測定する。

【0014】

架台７は、図１に示すように、底板７１と底板７１に立設された壁材７２とを備えている。壁材７２の上面（上端）は供試体１の底面の縁部に接する。本実施形態の壁材７２の外形は、供試体１の外形と同等とする。架台７により、供試体１の底面の下側に隙間が形成されている。
壁材７２には、壁材７２により囲まれた空間に連通するエア抜きパイプ７３が取り付けられている。エア抜きパイプ７３は、容器４の外側まで延設されている。

【0015】

次に、試験装置３を利用した注入剤性能確認試験方法について説明する。図３および図４に本実施形態の注入剤性能確認試験方法を示す。本実施形態の注入剤性能確認試験方法では、図３に示すように、供試体作成作業Ｓ１と、供試体設置作業Ｓ２と、注入剤注入作業Ｓ３と、性能確認作業Ｓ４と、付着強度算出作業Ｓ５とを行う。
供試体作成作業Ｓ１では、図４（ａ）に示すように、供試体１を作成する。本実施形態では、直径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円柱状の供試体１を作成する。供試体１は、引抜き棒５１の下部を埋め込んだ状態で作成する。本実施形態の供試体１は、柱状に形成された氷からなる。

【0016】

供試体設置作業Ｓ２では、図４（ｂ）に示すように、氷点下に冷却された柱状の供試体１を容器４内に載置する。容器４には、予め架台７が設けられていて、供試体１は架台７上に載置する。このとき、供試体１は、荷重計６を介して吊持手段５（図１参照）により吊持する。本実施形態では、供試体１の一部が、容器４の上端よりも上方に突出するものとするが、供試体１は、全体が容器４に収まっていてもよい。このとき、荷重計６により供試体１の重量（質量）を測定する。

【0017】

注入剤注入作業Ｓ３では、図４（ｃ）に示すように、供試体１に接するように、容器４内に薬液注入剤２１を注入（投入）する。すなわち、供試体１と容器４との隙間に薬液注入剤２１を充填する。薬液注入剤２１を充填したら、蓋材４２（図１および図２参照）により容器４（薬液注入剤２１）の上面を覆う。蓋材４２は、抑え部材５９（図１参照）により固定する。このとき、蓋材４２は、開口４４に供試体１を挿通させた状態で設置する。

【0018】

性能確認作業Ｓ４では、図４（ｄ）に示すように、供試体１と薬液注入剤２１の硬化体２との接触面をずらした際の抵抗の有無を確認する。性能確認作業Ｓ４は、薬液注入剤２１を容器４に注入し、所定時間（薬液注入剤２１が硬化するのに必要な時間：本実施形態では数秒程度）静置してから行う。薬液注入剤２１が硬化したら（硬化体２が形成されたら）、引上げ手段５２（図１参照）を操作して、供試体１を引き上げるとともに供試体１を引き上げる際の荷重を荷重計６により測定する。このとき、硬化体２の上面は蓋材４２により覆われているため、供試体１とともに硬化体２が上昇することを防止しつつ、供試体１と硬化体２との接触面をずらすことができる。図５に供試体１を引き上げた際の荷重変位曲線を示す。図５（ａ）に示すように、硬化体２が供試体１に付着しなかった場合は、荷重が供試体１（引抜き棒５１を含む）の重量と同じ値で一定となる。一方、硬化体２が供試体１に付着した場合は、図５（ｂ）に示すように、荷重が供試体１の重量よりも大きく上昇し、供試体１と硬化体２との付着が切れた段階で急激に荷重が低下した後、荷重が供試体１の重量と同程度の値で一定になる。

【0019】

付着強度算出作業Ｓ５では、供試体１と薬液注入剤２１の硬化体２との付着強度ｓを算出する。付着強度ｓは、性能確認作業Ｓ４で算出した荷重ｗ_１から供試体設置作業Ｓ２において測定した供試体１の重量ｗ_０を減じた値を、供試体１と薬液注入剤２１（硬化体２）との接触面積ａで除することにより算出する（式１参照）。
複数の薬液注入剤２１に対して注入剤性能確認試験を実施し、付着強度ｓを比較することで、定量的に止水性が優れた薬液注入剤２１を判定できる。
ｓ＝（ｗ_１－ｗ_０）／ａ ・・・式１

【0020】

以上のとおり、本実施形態の注入剤性能確認試験方法は、供試体１と硬化体２との接触面をずらした際に生じる抵抗の有無を確認することで、供試体１と硬化体２との付着性を確認するものである。すなわち、当該抵抗が確認された場合には、供試体１と硬化体２とが付着しており、薬液注入剤２１が所望の性能を発現しているものと判断できる。そのため、例えば、凍土地盤の止水性の向上を図ることを目的として薬液注入工法を併用する場合の薬液注入剤として使用することができる。一方、抵抗がない場合には、低温条件下で薬液注入剤２１が硬化しないことや、薬液注入剤２１が硬化する際の発熱によって供試体１の表面が解凍されることが推測される。そのため、当該薬液注入剤２１が凍土地盤には不向きであると判断できる。
また、本実施形態の注入剤性能確認試験方法によれば、供試体１を引き上げた際の荷重が供試体１の重量を上回っていることを確認することで、供試体１と硬化体２との間での付着状態を定量的に確認できる。
また、付着強度を算出することで、複数の薬液注入剤の中から最適な薬液注入剤を選択する際の指標として利用できる。

【0021】

試験装置３は、架台７の有する空間がエア抜きパイプ７３を介して大気に開口されているため、架台７が有する空間内の空気が冷却されて負圧が生じることを防止できる。つまり、架台７により供試体１の底面と容器４との間に負圧が生じることを防止できるので、供試体１と容器４との底面との間に付着力が生じることを防止できる。そのため、試験装置３によれば、供試体１と硬化体２との抵抗のみを確認可能である。
また、試験装置３は、容器４の上面を覆う蓋材４２を備えているため、供試体１を引き上げた際に、硬化体２が供試体１と一緒に引き上げられることを防止できる。その結果、供試体１と硬化体２との接触面をずらすことができる。

【0022】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
前記実施形態では、供試体１と硬化体２との接触面をずらした際に生じる荷重の変化を荷重計６で測定することにより抵抗の有無を確認するものとしたが、抵抗の測定方法は限定されるものではない。例えば、測定者が引抜き棒５１を引き上げた際の抵抗の変化により抵抗の有無を確認してもよい。
試験装置３の構成は、前記実施形態で示したものに限定されるものではない。例えば、蓋材４２は省略してもよい。また、蓋材４２の固定方法は限定されるものではなく、例えば治具を介して容器本体４１に直接固定してもよい。また、吊持手段５の構成は適宜変更可能である。

【0023】

前記実施形態では、供試体１を吊持手段５で吊持するものとしたが、硬化体２の方が供試体１よりも強度が高い場合には、硬化体２を吊持してもよい。
前記実施形態では、供試体１を氷としたが、供試体を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、コンクリートやモルタル等により形成した柱状部材であってもよい。また、供試体１は、現地において採取した土砂やボーリングコア等により構成してもよい。また、供試体１の形状寸法は限定されるものではなく、例えば、角柱状に形成するなど、適宜決定すればよい。
前記実施形態では、断熱材４３により容器本体４１の内面を覆うものとしたが、断熱材４３は容器本体の外面を覆っていてもよい。また、断熱材４３は、必要に応じて設置すればよい。
架台７は、必要に応じて設置すればよい。例えば、容器４の底部に凹凸を形成しておくことで、供試体１の底面の下側に空間を形成するものとしてもよい。
前記実施形態では、供試体１を引き上げることにより抵抗の有無を測定するものとしたが、測定方法はこれに限定されるものではなく、例えば、供試体１を吊持した状態で、容器４を下降させることにより抵抗の有無を測定してもよい。

【符号の説明】

【0024】

１ 供試体
２ 硬化体
３ 試験装置
４ 容器
４１ 容器本体
４２ 蓋材
４４ 開口
５ 吊持手段
６ 荷重計
７ 架台
７１ 底板
７２ 壁材
７３ エア抜きパイプ
Ｓ１ 供試体作成作業
Ｓ２ 供試体設置作業
Ｓ３ 注入剤注入作業
Ｓ４ 性能確認作業
Ｓ５ 付着強度算出作業

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】