JP4830050B1 - 注入材製造装置、注入材製造方法および注入材注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤の状況や周辺地盤の環境に応じて最適配合のシリカ注入材を製造し、かつ注入材の製造と並行して注入材を地盤中に注入することのできる注入材製造装置、注入材製造方法及び注入材注入方法を提供する。
【解決手段】複数の原料液を混合する混合槽１と、混合槽１内に原料液を個々に送液する複数の送液ポンプS_１ ，S_２ ，S_３，S_４，…S_nと、送液ポンプS_１ ，S_２ ，S_３，S_４，…S_n を個々に駆動する複数の駆動装置９を備える。送液ポンプS_１ ，S_２ ，S_３，S_４，…S_n と駆動装置９はそれぞれ一台ずつで一ユニットを構成する。当該ユニットを複数ユニット備える。複数ユニットを一括してまたは個々に制御する制御装置15を備える。送液ポンプS_１ ，S_２ ，S_３，S_４，…S_n は原料液を吸引及び吐出するシリンダー8aとピストン8bをそれぞれ備える。ピストン8bのストロークを制御することにより混合槽１内に原料液をそれぞれ設定された配合比率で送液する。
【選択図】図１

Description

本発明は、注入材製造装置、注入材製造方法および注入材注入方法に関し、シリカゾル、シリカコロイド、さらにはシリカゾルとシリカコロイドを混合して得られるシリカ系注入材の製造と注入に適用され、或いは懸濁性グラウトの併用や、水やシリカ溶液に微粒子の空気(マイクロバブル)を混入した注入材の製造と注入に適用され、複数の注入材素材を用いて正確かつ簡便に注入状況や地盤の状況、さらには周辺地盤の環境に応じて最適配合のシリカ注入材を製造し、或いは同一の注入材製造装置によって複数の注入材素材を組み合わせて、連続的に最適配合の選択・変更を行って注入材を製造し、かつ注入材の製造と並行してリアルタイムで注入材を地盤中に注入することができる。

土木建築工事における地盤の薬液注入工法は、地盤中に薬液（固化材）を注入して地盤の透水性を減少させたり、地盤強化を図ったりする地盤改良工法であり、通常の掘削工事はもとより既設構造物の基礎の耐震性強化や液状化防止対策、さらには護岸の吸出し防止工事などにおいて広く実施されている。

また、注入材には水ガラスを中和して得られるシリカゾル、シリカコロイド、あるいはシリカゾルとシリカコロイドを混合して得られるシリカ系注入材が広く用いられている。

また、施工に際しては、注入状況や地盤状況に応じて注入材の吐出量、注入圧力、注入速度等をリアルタイムで変更することにより注入材の逸送や地盤の亀裂、さらには地盤の***などが起こらないように制御されている。さらに、地盤の状況や建造物との関係、環境保全性、地下水状況に応じて注入材の配合処方を変更することが望ましい。

例えば、透水性の大きい砂質層や礫質層と透水性の小さいシルト層や粘土層などの複数の地層からなる地盤を地盤改良する場合、透水性の大きい地層に対してはゲル化時間の短いシリカ注入材が注入され、透水性の小さい地層に対してはゲル化時間の長いシリカ注入材が注入される。

また、間隙の大きい地層や粘性土の地層にはシリカ濃度の濃い強度の大きい配合が用いられ、一方、間隙の小さい地層にはシリカ濃度の薄い配合が用いられる。

また、ＲＣ共同溝などの地中構造物の周辺地盤を地盤改良する場合、地中構造物に近接する部分に対しては特に、リン酸化合物などの金属イオン封鎖材を多く含むコンクリート補強機能を有する酸性シリカ溶液の注入材が注入される。

また、液状化対策工法のように一定の液状化強度を要求される場合、礫分の多い層や間隙の多い層には、シリカ濃度の大きい配合を必要とされ、細砂層ではシリカ濃度が低くても充分な強度が得られる。

また、既設コンクリート構造物の周辺部の耐震補強に際しては、コンクリート構造物の周辺には恒久性に優れ、あるいは金属イオン封鎖剤を含むシリカコロイドが注入され、恒久性を必要されない部分にはシリカゾルグラウト、あるいは金属イオン封鎖剤を含む酸性シリカゾルグラウト、金属イオン封鎖剤を含まない酸性シリカゾルグラウトが注入されることもある。

また、空気を水またはシリカ溶液に混入した微粒子の空気(マイクロバブル)を含む水溶液やシリカ溶液を注入して耐震性のある地盤改良工法も提案されている。

このため、一つの連続する注入対象地盤に対する地盤改良であっても、場所により、また深さによって、さらには地中構造物の存在とその位置的関係等によって配合処方の異なるシリカ注入材を連続的に製造して注入する必要があった。

特開２００３−２２１２２２号公報 特開２０１０−５９６７３号公報 特開２００７−５１４８１号公報

従来、シリカ注入材の製造方法として、二通りの製造方法が知られている。一つは上下二層の配合槽からなるミキサーを用いて配合するバッチ方式であり、下側の配合槽で注入作業を行っている間に上側の配合槽で１バッチ100から400Ｌ単位で配合し、１バッチを配合してから注入することを繰り返す方法であるため、注入と混合を連続して行なうことは困難であり、また、注入状況や地盤状況に応じてリアルタイムで最適配合の選定や変更することは不可能であった。

もう一つの方法は、主剤のＡ液と反応剤のＢ液を混合槽で合流させる合流方式である。この方式は特にＡ液ポンプとＢ液ポンプの送液を正確に合流させるのが困難なため、ポンプの脈動などによってＡ液とＢ液の流量比がぶれてしまい正確なゲルタイムの配合が不可能であった。

特に、注入中にシリカ濃度や反応剤の濃度、Ａ液とＢ液の配合比率を変えて所定の配合濃度やゲルタイムを施工条件、地盤条件に対応させて注入することは、Ａ液とＢ液の配合と混合を別々に行わなければならず、いずれも配合作業に手間がかかり、また、配合を正確に行うことが困難なだけでなく、配合装置を何台も準備する必要があり面倒であった。

このようにシリカグラウトのゲル化時間の調整が難しく、シリカ濃度に応じた最適のゲル化時間を配合することの困難性は、図６における水ガラスとｐＨとの関係に示すように、水ガラスはｐＨのわずかの変動によって大幅に変わり、それがゲル化に大きく影響することによるものである。

そして、ゲルタイムの安定領域は、図６に図示するようにｐＨがほぼ中性の瞬結領域とｐＨが強酸性である付近にのみあり、その間の酸性領域はｐＨによって急激にゲル化時間が変動し、ｐＨがアルカリ領域では急激にゲル化時間が長くなり、かつゲル化が不安定になるという特性がある。このため、ゲル化時間を調整して所定の浸透範囲を固結することが困難である。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、注入材の配合処方、すなわちシリカ濃度、ｐＨ、反応材や添加剤の比率、種類、配合比率等をリアルタイムで正確にかつ連続的に変更することができ、注入状況や地盤状況、さらには周辺地盤の環境に応じて最適配合の注入材を製造することができ、かつ注入材の製造と並行して製造された注入材を地盤中に注入することができる注入材製造装置、注入材製造方法および注入材注入方法を提供することを目的とする。

また、本発明によれば、微粒子の空気(マイクロバブル)を混入した水溶液(マイクロバブル液)、空気を混入したシリカ溶液、反応剤を混入したシリカ溶液、反応剤を加えないシリカ溶液並びに、反応剤水溶液などの注入材素材のうち、少なくとも二種類の溶液を組み合わせたり、或いはいずれかの溶液を連続或いは時間をずらして注入材を製造して注入することもできる。

請求項１記載の注入材製造装置は、複数の原料液を混合する混合槽と、該混合槽内に地盤の状況に応じて選択した複数の原料液を個々に送液する複数の送液ポンプと、当該送液ポンプを個々に駆動する複数の駆動装置を備え、前記送液ポンプと駆動装置はそれぞれ一台ずつで一ユニットを構成し、当該ユニットを複数ユニット備え、かつ当該複数のユニットを一括しておよび／または個々に制御する制御装置を備え、前記送液ポンプは原料液を吸引および吐出するシリンダーとピストンをそれぞれ備え、各送液ポンプのピストンのストロークが全て同じ時間内で完了するように各送液ポンプのピストンのストロークと速度を制御し、さらに前記原料液の選択と配合比率を制御することにより前記混合槽内に地盤の状況に応じて選択した複数の原料液を設定された配合比率で送液するように構成されてなることを特徴とするものである。

本発明は、水ガラスグラウト、シリカコロイドグラウト、懸濁型グラウト等のゲル化を伴うグラウトの製造に適用され、特にシリカゾル、シリカコロイド等の酸性から中性領域でゲル化するグラウトのシリカ配合液を用いた地盤改良などの地盤の薬液注入工法に特に適しており、各送液ポンプのピストンのストロークを任意に設定して各原料液の吐出量を設定することにより、(1)注入液を正確に配合することができ、(2)ゲル化時間を正確に配合することができ、(3)注入材の注入状況や地盤の状況、さらには周辺の環境に応じて最適配合のシリカ注入材を、同一の注入材製造装置により注入作業と並行してアルタイムで連続して製造することができ、(4)また、注入中において各送液ポンプの原料液吐出量を変更、或いは中断することにより注入材の変更や配合比を容易にかつ正確に変更してゲルタイムや最適強度を有する配合液を製造することができる。

また、送液ポンプと駆動装置は、それぞれ一台ずつで一ユニットを構成し、当該ユニットを複数ユニット備え、かつユニットごとに独立して稼働するように構成し、かつ各ユニットは全体として一括して制御することにより、多種類の原料液からなる注入材の製造にも対応でき、また必要とする原料液の数に応じたユニット数だけを効率的に稼動させることができ、さらにメンテナンスもユニットごとに行うことができる。このため、多機能を有するコンパクトな注入材製造装置であり、車上プラント等、機動性のある注入材製造装置として実施化が可能である。

駆動装置を電動モーターとした場合の、原料液を送液する各送液ポンプのストロークは、インバーターによって電動モーターを制御することにより、各送液ポンプのストロークの吐出量を容易に設定することができ、また吐出量を容易に変更することができる。

すなわち、ピストンの１ストローク長を長く設定すると、シリンダー内の容積は大きくなり、原料液タンクから混合槽内に送り込まれる１ストローク当たりの原料液の供給量は多くなる。一方、ピストンのストローク長を短く設定すると、シリンダー内の容積は小さくなり原料液タンクから混合槽内に供給される１ストローク当たりの原料液の供給量は少なくなる。

また、各送液ポンプのピストンの１ストロークが全て同じ時間内で完了するように各ピストンを速度制御することにより、各原料液タンクから混合槽内に送液される１ストロークの原料液を同時に送液して各送液ポンプの１ストローク分が正確に配合されることができる。

このことから、各ユニットの送液ポンプの稼動容量ごとに正確に配合されたシリカ注入材を製造することができ、また配合誤差が加算されることがないので設定された最適配合のシリカ注入材を製造することができる。

混合槽には、たとえば複数の原料液を撹拌混合するための撹拌翼を供えた撹拌装置などが設置してあればよい。なお、気泡が混入されている場合は、密閉、耐圧になっていてもよい。

また、混合槽にはミキシングポンプを利用し、駆動装置には電動アクチュエーター等を利用することができる。電動アクチュエーターは、内臓する回転円コーダの制御によって送液ポンプのストロークを任意に設定することができる。

また、各送液ポンプのシリンダーとピストンを水平(左右)方向または鉛直(上下)方向の同一軸線上に複数組備え、かつピストンが同一軸線上の同じピストンロッドによって作動するように構成し、電動モーターを制御することで、ピストンが交互に往復動することにより原料液の吸込みと吐出を交互に同時に行うことができ、送液ポンプを効率的に稼動させて原料液を混合槽に連続的に送液することができる。

請求項２記載の注入材製造装置は、請求項１記載の注入材製造装置において、送液ポンプ、駆動装置および制御装置は自走式または牽引式の台車に搭載されてなることを特徴とするものである。本発明は、特に自走式または牽引式による移動式とすることにより、機動性と利便性に優れた注入材製造装置を提供するものである。

なお、原料液を入れるタンクは、送液ポンプより上側に設置することにより、各タンク内の原料液を送液ポンプに特別な動力ポンプを使用せずに無動力で供給することができる。

請求項３記載の注入材製造方法は、複数の原料液を設定された配合比率で混合して注入材を製造する注入材製造方法において、複数の原料液を混合する混合槽と、当該混合槽内に地盤の状況に応じて選択した複数の原料液を個々に送液する複数の送液ポンプと、当該送液ポンプを個々に駆動する複数の駆動装置を備え、前記送液ポンプと駆動装置はそれぞれ一台ずつで一ユニットを構成し、当該ユニットを複数ユニット備え、かつ当該複数のユニットを一括しておよび／または個々に制御する制御装置を備え、前記送液ポンプは原料液を吸引および吐出するシリンダーとピストンを備え、各送液ポンプのピストンのストロークが全て同じ時間内で完了するように各送液ポンプのピストンのストロークと速度を制御し、さらに前記原料液の選択と配合比率を制御することにより、地盤の状況に応じて選択した複数の原料液の１ストロークの量を前記混合槽内に設定された配合比率でそれぞれ送液し、かつ当該複数の原料液を混合槽内で混合して注入材を製造することを特徴とするものである。

請求項４記載の注入材製造方法は、請求項３記載の注入材製造方法において、原料液の選択、配合比率、ピストンのストロークと速度およびこれらの値の変更についての情報は、制御装置において一括制御することを特徴とするものである。

請求項５記載の注入材製造方法は、請求項３または４記載の注入材製造方法において、注入材の組成分の種類、添加量および／または併用比率を変更することを特徴とするものである。
請求項６記載の注入材製造方法は、請求項３〜５記載のいずれかひとつに記載の注入材製造方法において、シリカ注入材の原料液として水ガラスおよび／またはコロイダルシリカと、硫酸および／またはリン酸、および／または添加材、微粒子空気、水をそれぞれ送液することを特徴とするものである。

本発明は、シリカ系注入材を製造する方法であり、注入状況や地盤状況、あるいは周辺の環境に応じて水ガラス、コロイダルシリカ、硫酸、リン酸、添加材および水を原料液として、或いは懸濁液や微粒子の空気を含む溶液を適宜選択して供給することにより所望のシリカゾル注入材を製造することができる。

また、注入材の素材としての水の供給を増減することにより、ゲルタイムや強度を増減することができる。

また、添加剤としてはすべての反応剤を用いてゲル化時間を調整できるが、アルカリ材として重曹、炭酸ソーダ、苛性ソーダを用いた場合、或いは酸性塩、塩基性塩などを用いてゲル化時間を早めたり遅延させたりすることができる。

なお、少なくとも以下のいずれかの事項について変更することを特徴とするものである。
(1)水ガラス、コロイダルシリカまたは水ガラスとコロイダルシリカとの併用、水ガラスと酸を混合した酸性水ガラス、コロイダルシリカと酸を混合した酸性コロイダルシリカ、水ガラス濃度、コロイダルシリカ濃度、水ガラスとコロイダルシリカの併用比率、合計シリカ量の濃度

(2)硫酸、リン酸または硫酸とリン酸との併用、或いはこれらと塩化アルミニウム等の塩化物、硫酸アルミニウム等の硫酸塩の併用、或いはリン酸塩、
硫酸濃度、リン酸濃度、硫酸とリン酸との併用比率やこれらと塩との併用比率、硫酸とリン酸の合計濃度
勿論、その他の任意の反応材や塩類を用いることもできる。

(3)セメント、スラグ、セメントとスラグの混合物とこれらの併用比率と合計濃度
(4)添加材の有無、ならびにその添加量の変更
(5)微粒子空気の気泡の有無、ならびにその混入量の変更

例えば、砂質層などの透水性の大きい地盤に対しては、酸性水ガラスグラウトの酸や酸性塩の配合量を少なくして、或はアルカリ材を配合してゲル化時間を短くすることにより、短時間のうちに固化させて注入材の逸送を防止し、かつ止水性を確保することができ、また連続して硫酸の配合量を多くしてゲル化時間を長くして浸透性を図ることができる。

一方、シルト層や粘土層などの透水性の小さい地盤に対しては、酸や酸性塩の配合量を多くしてゲル化時間を長くすることにより、充分な時間をかけて浸透注入を行うことにより地盤の亀裂や脈状注入を防止することができる。

また、透水性が小さすぎて脈状注入にならざるを得ない場合は、シリカ濃度を高くするか、あるいは懸濁液を併用する。さらに、既設構造物のＲＣ基礎の支持地盤に対しては、コンクリート近傍付近では、リン酸やリン酸化合物等、金属イオン封鎖材を添加したシリカ配合液を用いてコンクリート表面にコンクリート保護膜を形成することによりＲＣ基礎を保護することができる。

そして、コンクリートより遠い領域では硫酸使用の配合液を用い、その中間領域では、硫酸とリン酸の比率を変動して併用する。

水の配合量を減少してシリカ濃度を高くすることにより地盤の支持力を高めることができ、また水の配合量を増加することにより低いシリカ濃度で止水効果と浸透性を高めることができる。さらに、金属イオン封鎖材とコロイダルシリカを配合することによりコンクリートの中性化を防止してコンクリートの耐久性を高めることができる。

水産生物に影響する注入領域側では、シリカコロイドによる無公害シリカグラウドを用いることができる。

また、微粒子空気の添加の有無と添加量の変化等、注入目的や地盤条件に対応して注入液を製造して注入することにより、液状化対策工を経済的に行なうこともできる。

なお、少なくとも以下のいずれかの事項について変更することができる。
(1) ゲル化時間
(2) シリカ濃度
(3) 懸濁液の使用の有無の選定、使用比率、濃度
(4) 硫酸、リン酸および添加材の選定、使用比率および濃度
(5) ｐＨ
(6) 配合水の量や比率
(7) 注入領域、注入深度、地下水条件、土質条件、地中構造物、湖、河川、水産生物などの環境条件に対応した配合

請求項７記載の注入材注入方法は、複数の原料液を設定された配合比率で混合して注入材を製造すると共に、当該注入材を注入管を介して地盤中に注入する注入材注入方法において、複数の原料液を混合する混合槽と、当該混合槽内に地盤の状況に応じて選択した複数の原料液を個々に送液する複数の送液ポンプと、当該送液ポンプを個々に駆動する複数の駆動装置と、前記混合槽から送り出された注入材を地盤中に注入する注入管を備え、前記送液ポンプと駆動装置はそれぞれ一台ずつで一ユニットを構成し、当該ユニットを複数ユニット備え、かつ当該複数のユニットを一括および／または個々に制御する制御装置を備え、前記送液ポンプは原料液を吸引および吐出するシリンダーとピストンを備え、各送液ポンプのピストンのストロークが全て同じ時間内で完了するように各送液ポンプのピストンのストロークと速度を制御し、さらに前記原料液の選択と配合比率を制御することにより、前記混合槽内に地盤の状況に応じて選択した複数の原料液の１ストロークの量を設定された配合比率でそれぞれ送液すると共に、当該複数の原料液を混合槽内で混合して注入材を製造し、かつ当該注入材を注入管を介して地盤中に注入することを特徴とするものである。

本発明は、注入材の注入状況や地盤の状況、さらには周辺の環境に応じて、最適配合のシリカ注入材をリアルタイムで製造することができ、しかも注入作業と並行して製造することができる等の効果がある。また、注入材の注入中であっても、地盤の状況などに応じて配合比率をリアルタイムで、連続的に切り替えることができる。

さらに、各送液ポンプのピストンの１ストロークごとに、複数の原料液が設定された配合比率で配合されるため、配合の誤差が累積して大きくなることはないので、ほぼ設定された配合通りのシリカ注入材を正確にかつ簡便に製造することができる。

また、複数の注入素材を用いて任意の配合が可能なことにより、装置をコンパクトな車上プラントとすることで、機動的で都市部や住宅街などでも騒音の発生しない液状化対策工などの地盤改良を行うことができる。

本発明の一実施形態の概要を示す概念図である。 本発明の他の実施形態の概要を示す概念図である。 送液ポンプを示し、（ａ）は駆動装置を電動アクチュエーターとする送液ポンプの概念図、（ｂ）は駆動装置を電動モーターとする送液ポンプの概念図、（ｃ）は駆動装置をエアシリンダーとする送液ポンプの概念図である。 本発明の他の実施形態の概要を示す概念図である。 シリカゾル注入材の注入方法を示し、（ａ）は透水性の大きい地層と透水性の小さい地層の複数の層からなる地盤に対する注入材の注入方法を示す断面図、（ｂ），（ｃ）はＲＣ地下構造物の周辺地盤に対する注入材の注入方法を示す断面図である。 シリカグラウトのpH領域と水ガラス濃度とゲル化時間と強度の一般的な関係を示すグラフである。

図１〜図６は、本発明の一実施形態を示す概念図であり、図において、符号１は、設定された配合比率で供給されたシリカ注入材の原料液を効率的に混合調整できる混合槽であり、混合槽１には当該混合槽１内に送り込まれた複数の原料液を撹拌混合する撹拌翼１ａ等が装備された撹拌装置が備え付けられている。

符号２，３，４，５，…ｎは、混合槽１に送り込むシリカ注入材の原料液を入れる原料液タンクであり、水ガラス、シリカコロイド、硫酸、リン酸、添加剤、水などのシリカ注入材の原料液が個別に入れられている。

符号Ｓ_１ ，Ｓ_２ ，Ｓ_３ ，Ｓ_４ ，…Ｓ_nは、原料液タンク２，３，４，５，…ｎから供給管６を介してそれぞれ送り込まれる複数の原料液を、混合槽１内へ送液管７によってそれぞれ設定された配合比率で送液する送液ポンプである。

各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nは、それぞれ原料液を吸込みおよび吐出するシリンダー８ａとピストン８ｂ、さらにピストン８ｂを作動させる電動モーター９（駆動装置）を備えている。

また、各送液ポンプＳ_１ ，Ｓ_２ ，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nの各シリンダー８ａのピストン８ｂは、電動モーター９の出力軸(駆動軸)の両端にピストンロッド１０が繋がれて同一軸線上で対称に一組ずつ設置され、前記ピストン８ｂが連動して交互に進退作動するようにされている。

電動モーター９の駆動軸とピストンロッド１０とは、動力伝達部１１を介して接続されている。そして、電動モーター９の駆動力（回転力）は、動力伝達部１１を介して前記駆動軸の両端に繋がるピストンロッド１０に、ピストン８ｂ，８ｂをシリンダー８ａ内で往復動させる力となってピストンロッド１０に伝達され、各ピストン８ｂ，８ｂがシリンダー８ａ，８ａ内で交互に往復動するようになっている。

またこれに伴い、各原料液タンク２，３，４，５，…ｎから各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nの各シリンダー８ａ内に原料液が供給管６を介して連続的に吸込まれ、またシリンダー８ａ内から吐出され、そして送液管７を介して混合槽１内に連続的に送液されようになっている。

また、各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nの電動モーター９はインバーター１２によって制御され、電動モーター９をインバーター１２によって制御することにより、各ピストン８ｂ，８ｂのストロークが制御され、これにより各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nから混合槽１にそれぞれ送液される各原料液の１ストロークの吐出量が任意に設定され、また任意に変更できるようになっている。

さらに、送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nと電動モーター９は、それぞれ一台ずつで一ユニットを構成し、ユニットごとに独立して稼働するように構成されている。

図３（ａ）は、駆動装置として電動アクチュエーターを利用する態様を示し、各電動アクチュエーター１４にサーボモータによって回転する所定長さ寸法のボールスクリューによって往復動する可動部が取り付けられ、当該可動部と各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nのピストンロッド１０はブラケット１４ａを介して連結されている。

そして、電動アクチュエーター１４が駆動することによりピストンロッド１０が往復動し、これによって対向位置にあるピストン８ｂ，８ｂがシリンダー８ａ，８ａ内を交互に往復動するようになっている。

また、電動アクチュエーター１４は回転エンコーダを備えている。そして、制御装置１３において設定されたプログラムによって回転エンコーダによるパルス信号を受けて制御し、各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nのピストン８ｂのストロークを設定できるようになっており、これにより各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nのピストン８ｂの１ストローク、すなわち原料液の吐出量を任意に設定できるようになっている。

符号１５と１６は切替バルブであり、切替バルブ１５は各供給管６にそれぞれ取り付けられ、切替バルブ１６は各送液管７にそれぞれ取り付けられている。

そして、切替バルブ１５によって各原料液タンク２，３，４，５，…ｎから各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nへ送り出される各原料液の供給と停止が制御され、切替バルブ１６によって各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nから混合槽１への原料液の送液と停止が制御されるようになっている。

すなわち、切替バルブ１５と１６は、原料液送液ポンプＳ_１ ，Ｓ_２ ，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nと同調し、原料液送液ポンプＳ_１ ，Ｓ_２ ，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nの一方のピストン８ｂ（例えば図上左側）が対応するシリンダー８ａ内を後退する間、当該シリンダー８ａに繋がる供給管６中の切替バルブ１５は閉じ、送液管７中の切替バルブ１６が開く。前記ピストンロッド１０に連結する他方（たとえば図上右側）のピストン８ｂが、シリンダー８ａ内を前進するときには、このシリンダー８ａに繋がる送液管７中の切替バルブ１６が閉じ、供給管６中の切替バルブ１５が開くようになっている。

こうした送液ポンプＳ_１ ，Ｓ_２ ，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nの各ピストン８ｂと切替バルブ１５，１６は、すべて同調して作動するように制御装置１３によって一括制御されている。したがって、一軸上に配置されたシリンダー８ａ，８ａ内のピストン８ｂ，８ｂが前進・後退を交互に作動することで、混合槽１への送液が連続して行われる。

また、このように構成された混合槽１、原料液タンク２，３，４，５，…ｎ、送液ポンプＳ_１，Ｓ_２ ，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nおよび電動モーター９は、枠組された支持フレーム(図省略)内に組み込み、かつ自走式または牽引式の台車(図省略)に搭載することにより自由に移動して利用できるようになっている。

以上の構成により、原料液タンク２，３，４，５，…ｎ内の原料液は、混合槽１内に設定された配合比率で供給される。また、途中で配合比率を変更すると、送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nのピストン８ｂのストローク長と速度が変わり、変更後の配合比率で原料液タンク２，３，４，５，…ｎから混合槽１に原料液が供給される。

このようにして、混合槽１に送液された複数の原料液は、混合槽１内で撹拌装置によって撹拌混合されることにより設定された配合比率の注入材が製造される。そして、送液管１７を介して注入管１８に送り出され、注入管１８から地盤中に注入される。

以上の方法により、注入材の注入状況や地盤の状況、さらには周辺の環境に応じて最適配合のシリカ注入材をリアルタイムで製造し、かつ地盤中に注入することができる。また、地盤への注入材の注入と並行して地盤の状況などに応じて配合比率を任意に変更することができる。

なお、図２と図３（ｃ）は、特に各原料液送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nを駆動する駆動装置としてエアシリンダー９Ａが利用されている例を示したものである。

この場合、各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nの各シリンダー８ａとピストン８ｂは、エアシリンダー９Ａの水平方向の両端部に対称に一組ずつ設置され、かつ両端のピストン８ｂ，８ｂは連動して作動するように同一軸線上の同じピストンロッド１０の両端部に取り付けられている。

また、各送液ポンプのシリンダーロッド８ｂは、エアシリンダー９Ａのシリンダーロッドと共用され、エアシリンダー９Ａの駆動力が送液ポンプのピストン８ｂを往復動させる駆動力として直接伝達されるようになっている。

また、電動モーター９やエアシリンダー９Ａ等の駆動装置の作動と送液ポンプＳ_１ ，Ｓ_２ ，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nによる原料液の吸込みおよび吐出時の切替バルブ１５，１６の作動は、制御装置１３からの指令により連動して行えるようになっている。

なお、各単位ユニットの送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nには、原料液が各原料液タンク２，……ｎから切替バルブ１５を介して供給されるが、送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nの数よりも原料液の種類が多いときは、例えば図４に図示するように、各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…，Ｓ_n、または一部の送液ポンプＳ_nにさらに必要数の原料液タンクｎ+１，ｎ+２…，ｎ＋ｎを送液管６と切替バルブ１５_１，１５_２…，１５ｎを介して増設する。

そして、各原料液タンクｎ+１，ｎ+２…，ｎ＋ｎから送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓｎに原料液を切替バルブ１５_１，１５_２…，１５ｎによって選択的に供給することができる。

例えば、原料液タンクｎ＋３内の原料液を送液ポンプＳｎに供給するときは、切替バルブ１５_３のみを送液ポンプＳｎ側に開放し、他の切替バルブは全て締める。また、原料液タンクｎ＋１内の原料液を送液ポンプＳｎに供給するときは、切替バルブ１５ｎのみを送液ポンプＳｎ側に開放し、他の切替バルブは全て締める。

さらに詳述すると、原料液タンクｎ＋３内の原料液が混合槽１内に送液されるには、図面上、右側の切替バルブ１５ｎが閉じ、右側の切替バルブ１６が開き、ピストンロッド８ｂが右側に移動して右側のシリンダー８ａ内の原料液が混合槽１内に送液され、一方、左側の切替バルブ１６が閉じ、切替バルブ１５_３、１５_２、１５_１、左側のシリンダー８ａの回路を通して左側のシリンダー８ａ内に原料液が送液される。

次いで、切替バルブ１５_１が閉じ、左側の切替バルブ１６が開き、切替バルブ１５ｎが開き、右側の切替バルブ１６が閉じ、ピストンロッド８ｂが左側に移動すると、左側のシリンダー８ａ内の原料液が混合槽１内に送液され、同時に原料液タンクｎ＋３内の原料液が切替バルブ１５ｎを通して右側のシリンダー８ａ内に充填される。

このようにすることで、送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nの設置台数以上の多種の原料液を組み合わせて注入材を混合槽１にて製造し、注入することができる。

制御装置１３は、原料液の選択と組合せや変更、単位ユニットの送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nの駆動や切替バルブ１５，１６の作動を個々に制御するだけでなく、これらを同調しながら作動させ、各ユニットの送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nのピストン８ｂのストロークが異なっても全ユニットが所定時間内で作動するようにして全体を一括管理することができる。

制御装置１３は、これらを電気信号の回路１９によって情報の受け取り指示、データの集積や表示を行って一括管理する。

このような構成において、次にシリカゾル注入材の製造方法とその注入方法を図１に基づいて説明する。

(1) 最初に、原料液タンク２，３，４，５，…ｎにそれぞれ水ガラス、硫酸、リン酸、添加剤、水などのシリカゾル注入材を製造するための原料液をそれぞれ投入する。

(2) 次に、製造されるシリカゾル注入材の配合比率を制御装置１３において設定する。たとえば、図５(a)に図示するような透水性の大きい砂質層イと透水性の小さい粘土層やシルト層ロなどの複数の地層からなる地盤を地盤改良する場合は、砂質層イに対しては、短時間で固化して止水性を保持するように硫酸の配合量を多くしてゲル化時間を短くし、シルト層や粘土層ロに対しては、充分な時間をかけて浸透注入を行えるように硫酸の配合量を少なくしてゲル化時間を長くする。

また、砂質層イとシルト層ロにシリカゾル注入材を注入する注入管１８は、砂質層イとシルト層ロにそれぞれ所定間隔おきに複数挿入し、各層ごとに最適配合のシリカゾル注入材を製造し、かつ製造と並行してシリカゾル注入材を注入する。

また、図５(b),(c)に図示するような既設構造物のＲＣ基礎ハの周辺や地下共同溝などのＲＣ地下構造物ニの周辺の地盤を地盤改良する場合は、これらの構造物に近い範囲の地盤ホに対しては、特に水ガラスの配合量を多くして地盤の耐久性を高め、構造物から遠ざかるにつれて水ガラスの配合量を徐々に少なくして経済性を図ることができる。

また特に、コロイダルシリカを併用したり、あるいはリン酸やリン酸化合物、金属イオン封鎖材を配合することによりコンクリートの中性化を防止することができる。さらに、これらの配合処方の設定は、注入材の注入と並行して行っても良い。

（3）次に、原料液送液ポンプＳ_１ ，Ｓ_２ ，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_nの電動モーター９を作動させる。そうすると、各原料液送液ポンプＳ_１ ，Ｓ_２ ，Ｓ_３，Ｓ_４…Ｓ_ｎのピストン８ｂがそれぞれシリンダー８ａ内で交互に往復動し、これに同調してそれぞれに繋がる管路中の切替バルブ１５，１５と１６，１６が交互に開閉する。

これにより、原料液タンク２，３，４，５，…ｎ内の水ガラス、硫酸、添加剤、水は、配合処方された配合比に基づいてそれぞれ供給管６を介して送液ポンプＳ_１ ，Ｓ_２ ，Ｓ_３，Ｓ_４…Ｓ_nのシリンダー８ｂ内に吸込まれ、さらにシリンダー８ａから混合槽１に送液管７を介して連続的に送液される。

この場合、各送液ポンプＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４…Ｓ_nにおいて、一方のピストン８ｂがシリンダー８ａ内を前進することによりシリンダー８ａ内に吸込まれていた原料液を吐出して混合槽１に送液し、同時に他方のピストン８ｂがシリンダー８ａ内を後退することによりシリンダー８ａ内に原料液を吸引することで、各原料液タンクから混合槽１に原料液を連続的に送液することができる。またその際、水ガラス、硫酸、添加剤、水の配合処方を変更することにより、各原料液は変更後の配合比率で混合槽１に送液することができる。

(4) そして、混合槽１に送液された水ガラス、硫酸、添加剤、水は混合槽１内で撹拌混合されて所望のシリカゾル注入材が製造される。また、混合槽１内で製造されたシリカゾル注入材は送液管１７を介して注入管１８に送液され、注入管１８を介して地盤中に圧入される。

本発明は、注入材の注入状況や地盤の状況、さらには周辺の環境に応じて、最適配合のシリカゾル注入材を製造し、かつ製造と並行してリアルタイムで地盤に注入することができる。

Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，…Ｓ_n 送液ポンプ
１ 混合槽
１ａ 撹拌翼
２，３，４，５，…ｎ 原料液タンク
６ 供給管
７ 送液管
８ａ シリンダー
８ｂ ピストン
９ 電動モーター（駆動装置）
９Ａ エアシリンダー
１０ ピストンロッド
１１ 動力伝達部
１２ インバーター
１３ 制御装置
１４ 電動アクチュエーター
１５ 切替バルブ
１６ 切替バルブ
１７ 送液管
１８ 注入管
１９ 電気信号の回路

Claims (7)

1. 複数の原料液を混合する混合槽と、該混合槽内に地盤の状況に応じて選択した複数の原料液を個々に送液する複数の送液ポンプと、当該送液ポンプを個々に駆動する複数の駆動装置を備え、前記送液ポンプと駆動装置はそれぞれ一台ずつで一ユニットを構成し、当該ユニットを複数ユニット備え、かつ当該複数のユニットを一括しておよび／または個々に制御する制御装置を備え、前記送液ポンプは原料液を吸引および吐出するシリンダーとピストンをそれぞれ備え、各送液ポンプのピストンのストロークが全て同じ時間内で完了するように各送液ポンプのピストンのストロークと速度を制御し、さらに前記原料液の選択と配合比率を制御することにより前記混合槽内に地盤の状況に応じて選択した複数の原料液を設定された配合比率で送液するように構成されてなることを特徴とする注入材製造装置。
2. 請求項１記載の注入材製造装置において、送液ポンプ、駆動装置および制御装置は自走式または牽引式の台車に搭載されてなることを特徴とする注入材製造装置。
3. 複数の原料液を設定された配合比率で混合して注入材を製造する注入材製造方法において、複数の原料液を混合する混合槽と、当該混合槽内に地盤の状況に応じて選択した複数の原料液を個々に送液する複数の送液ポンプと、当該送液ポンプを個々に駆動する複数の駆動装置を備え、前記送液ポンプと駆動装置はそれぞれ一台ずつで一ユニットを構成し、当該ユニットを複数ユニット備え、かつ当該複数のユニットを一括しておよび／または個々に制御する制御装置を備え、前記送液ポンプは原料液を吸引および吐出するシリンダーとピストンを備え、各送液ポンプのピストンのストロークが全て同じ時間内で完了するように各送液ポンプのピストンのストロークと速度を制御し、さらに前記原料液の選択と配合比率を制御することにより、地盤の状況に応じて選択した複数の原料液の１ストロークの量を前記混合槽内に設定された配合比率でそれぞれ送液し、かつ当該複数の原料液を混合槽内で混合して注入材を製造することを特徴とする注入材製造方法。
4. 請求項３記載の注入材製造方法において、原料液の選択、配合比率、ピストンのストロークと速度およびこれらの値の変更についての情報は、制御装置において一括制御することを特徴とする注入材製造方法。
5. 請求項３または４記載の注入材製造方法において、注入材の組成分の種類、添加量および／または併用比率を変更することを特徴とする注入材製造方法。
6. 請求項３〜５記載のいずれかひとつに記載の注入材製造方法において、シリカ注入材の原料液として水ガラスおよび／またはコロイダルシリカと、硫酸および／またはリン酸、および／または添加材、微粒子空気、水をそれぞれ送液することを特徴とする注入材製造方法。
7. 複数の原料液を設定された配合比率で混合して注入材を製造すると共に、当該注入材を注入管を介して地盤中に注入する注入材注入方法において、複数の原料液を混合する混合槽と、当該混合槽内に地盤の状況に応じて選択した複数の原料液を個々に送液する複数の送液ポンプと、当該送液ポンプを個々に駆動する複数の駆動装置と、前記混合槽から送り出された注入材を地盤中に注入する注入管を備え、前記送液ポンプと駆動装置はそれぞれ一台ずつで一ユニットを構成し、当該ユニットを複数ユニット備え、かつ当該複数のユニットを一括および／または個々に制御する制御装置を備え、前記送液ポンプは原料液を吸引および吐出するシリンダーとピストンを備え、各送液ポンプのピストンのストロークが全て同じ時間内で完了するように各送液ポンプのピストンのストロークと速度を制御し、さらに前記原料液の選択と配合比率を制御することにより、前記混合槽内に地盤の状況に応じて選択した複数の原料液の１ストロークの量を設定された配合比率でそれぞれ送液すると共に、当該複数の原料液を混合槽内で混合して注入材を製造し、かつ当該注入材を注入管を介して地盤中に注入することを特徴とする注入材注入方法。

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