JP7129051B2

JP7129051B2 - 注入外管及び薬液注入工法

Info

Publication number: JP7129051B2
Application number: JP2017205237A
Authority: JP
Inventors: 光洋赤塚; 賢二下坂; 孝芳伊藤; 達宏水島; 康年大野; 大地黒岩
Original assignee: Fuji Chemical Co Ltd; Toda Corp
Current assignee: Fuji Chemical Co Ltd; Toda Corp
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2022-09-01
Anticipated expiration: 2037-10-24
Also published as: JP2019078053A

Description

本開示は注入外管及び薬液注入工法に関する。

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。

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。

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。

特許第３３１３３５１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

注入外管１の全体構成を表す説明図である。パッカー５及びその周辺の構成を表す説明図である。図２におけるIII-III断面での断面図である。端部１３、及びかしめ部材１５、１７の構成を表す説明図である。薬液注入工法を表す説明図である。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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「Al₂(SO₄)₃」は、硫酸アルミニウム (北陸化成(株)製、Al₂O₃：12%)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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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

Claims

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。
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。