CN106638557A - 地基改良施工方法以及地基改良装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够防止因喷射反作用力导致喷射杆挠曲的地基改良施工方法及地基改良装置。将套管(2)插入得比改良预定范围深，套管(2)具有在长度方向的范围内切除一个面而成的缺口部，在该套管(2)内插入具有喷嘴(52a、52b)的喷射杆(5)。喷嘴(52a、52b)配置于与缺口部相向的位置。套管(2)的内表面形成为与剖视呈多边形的喷射杆(5)的外形相吻合的形状，套管(2)与喷射杆(5)的旋转一体地旋转。而且，通过一边经由缺口部从喷嘴(52a、52b)向外侧喷射喷射材料一边提升喷射杆(5)，改良周围的地基，另一方面，通过使套管(2)停留在固定位置且在固定位置旋转，利用套管(2)承受喷射反作用力。

Description

地基改良施工方法以及地基改良装置

技术领域

本发明涉及一种从喷射杆的顶端部喷射固化材料和压缩空气等喷射材料来改良周围的地基的地基改良施工方法以及地基改良装置，详细地讲，涉及一种能够承受喷射反作用力以确保适当的改良范围的地基改良施工方法以及地基改良装置。

背景技术

作为地基改良施工方法，已知一种从喷射杆的顶端部喷射固化材料和压缩空气等喷射材料来改良周围的地基的地基改良施工方法。具体地，通过从设于喷射杆的顶端部的固化材料喷嘴以及压缩空气喷嘴分别喷射固化材料以及压缩空气，另一方面一边使该喷射杆旋转一边进行提升，来改良作为目标的周围的地基。

专利文献1：JP特开平6-306846号公报

专利文献2：JP特许第5061079号公报

但是，在单侧喷射固化材料以及压缩空气的情况下，存在因喷射力的反作用(即喷射反作用力)导致喷射杆挠曲，喷射材料向斜下方喷射，飞行距离降低，切削半径减小的问题。因此，存在预定改良范围与实际上改良的范围不符，无法确保期望的改良范围的问题。

这样的问题随着喷射压的增大，会变成特别大。

发明内容

为了解决上述问题，本申请人在过去提出过专利文献1中记载的地基改良施工方法以及地基改良装置。

本发明的目的在于，利用与专利文献1中记载的方法以及装置完全不同的方法以及装置来解决上述的问题。

本发明的地基改良施工方法的特征在于，包括：将第一套管从地表插入目标深度进行预钻孔的工序，在该预钻孔之后，将第二套管在该预钻孔内插入比改良预定范围深的深度的工序，该第二套管具有在长度方向上的一定范围内切除一个面而形成的缺口部，以及将在顶端部具有喷嘴的喷射杆插入所述第二套管内的工序；将所述喷嘴配置于与所述缺口部相向的位置，并且通过使所述喷射杆旋转，来使所述第二套管与该喷射杆的旋转一体地旋转，通过一边经由所述缺口部从所述喷嘴向外侧喷射喷射材料，一边提升所述喷射杆，来改良周围的地基，另一方面，使所述第二套管停留在固定位置且在固定位置旋转。

在本发明中，作为优选的实施方式之一，在所述喷射杆的外表面形成有平坦部，并且在所述第二套管的内表面形成有与所述平坦部对应的平坦部，通过以使两平坦部位于相吻合的位置的方式将所述喷射杆插入配置于所述第二套管内，使所述第二套管与所述喷射杆的旋转一体地旋转。

另外，本发明的地基改良装置的特征在于，具有：套管，具有在长度方向的一定范围内切除一个面而形成的缺口部，并被插入比改良预定范围更深的地下；以及喷射杆，插入该套管内，并且顶端部所设置的喷嘴配置于与所述缺口部相向的位置，通过旋转所述喷射杆，所述套管与该喷射杆的旋转一体地旋转，通过一边经由所述缺口部从所述喷嘴向外侧喷射喷射材料，一边提升所述喷射杆，来改良周围的地基，另一方面，所述套管停留在固定位置且在固定位置旋转。

在本发明中，作为优选的实施方式之一，在上述喷射杆的外表面形成有平坦部，并且在上述套管的内表面形成有与上述平坦部对应的平坦部，通过以使两平坦部位于相吻合的位置的方式将上述喷射杆插入配置于上述套管内，上述套管能够与上述喷射杆的旋转一体地旋转。

根据本发明，将第二套管(权利要求3或者4所述的发明是套管。以下，与该项相同)插入比改良预定范围更深的地下，并且通过一边从喷嘴经由缺口部向外侧喷射喷射材料一边提升喷射杆，来改良周围的地基，另一方面，由于第二套管停留在固定位置且在固定位置旋转，所以第二套管被支撑为顶端部插入比改良预定范围更深的地下的状态。因此，由于能够利用第二套管承受喷射反作用力，所以能够防止喷射杆的挠曲。

附图说明

图1A是本发明的实施方式的地基改良施工方法中的预钻孔工序图，图1B是同一个实施方式中的反作用力套管的架设工序图。

图2A是上述实施方式中的喷射杆的架设工序图，图2B是同一个实施方式中的测试喷射工序图。

图3A是当开始进行上述实施方式中的喷射杆的提升工序时的状态图，图3B是同一个提升工序的中途阶段的状态图。

图4是上述实施方式中的地基改良完成的状态的图。

图5A是在上述实施方式中使用的反作用力套管的纵向剖视图，图5B是反作用力套管的I-I剖视图。

图6A是安装于上述反作用力套管的顶端部的顶端支撑部的纵向剖视图，图6B是顶端支撑部的II-II剖视图。

图7是喷射杆插入反作用力套管内的状态的横向剖视图。

图8是用于将反作用力套管的基端部固定于轴承上的固定构件的侧视图，该轴承设于钻机的基台上。

图9是反作用力套管的基端部安装于钻机的基台上的状态的主要部分的纵向放大剖视图。

图10是变形例1的反作用力套管的纵向剖视图。

图11是变形例2的反作用力套管的纵向剖视图。

附图标记说明如下：

1 挖掘套管(第一套管)

2 反作用力套管(第二套管)

21 缺口部

21a、21b、21c 缺口部

22a (反作用力套管内表面至长条状部材的)平坦部

5 喷射杆

52a 固化剂喷嘴

52b 压缩空气喷嘴

53 (喷射杆外表面的)平坦部

6 变形例1的反作用力套管(第二套管)

7 变形例2的反作用力套管(第二套管)

M 钻机

H 预钻孔

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图1A～4是按照工序说明本发明的实施方式的地基改良施工方法的图。以下，按照这样的工序的顺序进行说明。

(1)利用挖掘套管的预钻孔工序

如图1A所示，在地面上设置钻机M，通过挖掘套管(第一套管)1进行预钻孔直到目标深度。具体地，通过从设于挖掘套管的上部的转环11的入口11a供给水或者膨润土(bentonite)泥浆，使上述水或者膨润土泥浆从安装有金属钻头12的挖掘套管1的下端部喷出，使挖掘套管1一边旋转一边下降，来利用金属钻头12钻孔，从而将挖掘套管1插入到地下的规定的深度。此时，在本实施方式中，预先钻孔到比改良预定范围更深的位置。

(2)反作用力套管的架设工序

接着，如图1B所示，在如上述那样形成的预钻孔H内插入用于承受喷射反作用力的套管2(第二套管。以下称为“反作用力套管”)。反作用力套管2的具体的结构如下。

如图5A、5B所示，反作用力套管2由剖视呈C字形的圆筒状构件构成，反作用力套管2具有在长度方向的范围内切除了一个面而形成的缺口部21。虽然在本实施方式中，缺口部21从反作用力套管2的长度方向的上端部直到下端部(但是，未设于后述的顶端支撑部24上)，但是并不是必需在反作用力套管2的长度方向的全部范围内都设置缺口部21。

反作用力套管2的内部是中空的，在其内壁上的相向的两个位置形成有平坦部22a。具体地，将长状构件22安装于反作用力套管2的内壁上，该长状构件2的一个表面形成为平坦面22a，在剖视观察时，另一个表面形成为圆弧状曲面22b，这样，在反作用力套管2的内表面上的相向的两个位置形成有平坦部22a。该长状构件22与反作用力套管2分体构成，通过六角螺栓等固定元件23固定于反作用力套管2的内壁。在本实施方式中，该长状构件22设置在反作用力套管2的整个长度方向上(但是，未设于后述的顶端支撑部24)，因此，平坦面22a也形成于整个长度方向，但是并不是必需在反作用力套管2的长度方向的全部范围内都形成平坦部22a。

在本实施方式中，通过将如上述地构成的长状构件22安装于反作用力套管2的内壁，如后述，使反作用力套管2的内表面变成与喷射杆5的外形相适应甚至相吻合的形状。而且，当喷射杆5旋转时，通过利用该长状构件22的平坦部22a阻挡喷射杆5的外壁(具体是指与喷射杆5的外壁对应的平坦部53)，反作用力套管2与喷射杆5一体地旋转(参照图7)。这意味着上述长状构件22发挥阻挡喷射杆5的外壁的阻挡构件(旋转传动构件)的功能。

在反作用力套管2的顶端部设有顶端支撑部24，该顶端支撑部24被插入比改良预定范围更深的地下来在顶端部支撑该反作用力套管2。如图6A、6B所示，该顶端支撑部24由圆筒状构件构成，安装于反作用力套管2的顶端部(下端部)。如后文所述，通过将该顶端支撑部24插入改良预定范围的下方的地下，来在顶端部支撑喷射反作用力。此外，虽然在本实施方式中，在该顶端支撑部24上未设置上述缺口部21和长状构件22，但是当然也可以将它们设于顶端支撑部24上。

另一方面，在将反作用力套管2插入上述预钻孔H内之后，反作用力套管2的基端部(在图中为上侧或者钻机侧的部位)固定于钻机M的基台3上。具体地，在钻机M的基台3上预先设有轴承4(例如推力轴承)，在将反作用力套管2穿过该轴承4的内部插入上述预钻孔H内之后，通过将如图8所示的固定构件25嵌合于轴承4的内表面(例如，若是推力轴承，是指座垫片和轴垫片中的轴垫片的内表面)与反作用力套管2之间，来使反作用力套管2与轴承4(轴垫片)形成一体(参照图9)。这样，能够一边将反作用力套管2支撑为能够自由旋转，一边在上下方向上固定该反作用力套管2。

如上所述，在将反作用力套管2插入预钻孔H内之后，固定于钻机M上，完成反作用力套管2的架设。

(3)喷射杆的架设工序

在架设反作用力套管2之后，将喷射杆5插入该反作用力套管2内。在本实施方式中，如图2B以及图3A、图3B所示，喷射杆5由双层管杆构成，在其上端部设有转环51，该转环51具有固化材料入口51a以及压缩空气入口51b，在下端部设有固化材料喷嘴52a以及压缩空气喷嘴52b。固化材料喷嘴52a以及压缩空气喷嘴52b分别与转环51的固化材料入口51a以及压缩空气入口51b连通。在本实施方式中，以围绕固化材料喷嘴52a的周围的方式形成压缩空气喷嘴52b的开口部(参照图2A以及图7)。

如图7所示，喷射杆5的外形为剖视呈多边形(在本实施方式中是大致六边形)的形状，且在长度方向上都是一样的，当喷射杆5插入反作用力套管2内时，该喷射杆5中的相向的两个平坦部53与设于反作用力套管2的内表面上的长状构件22的平坦部22a互相面对。通过这样，如后文所述，当旋转喷射杆5时，能够用反作用力套管2的内表面阻挡喷射杆5的外表面，由此能够将喷射杆5的旋转传动给反作用力套管2使两者一体地旋转。

在向反作用力套管2插入喷射杆5时的重点是，将固化材料喷嘴52a以及压缩空气喷嘴52b配置于与缺口部21相向的位置(参照图2A以及图7)。这样，即便使喷射杆5与反作用力套管2一体地旋转，也能够通过缺口部21向径向外方喷射固化材料以及压缩空气。

喷射杆5的各喷嘴52a、52b配置于改良预定范围的最低点。因此，喷射杆5向反作用力套管2内的插入长度比反作用力套管2向预钻孔H内的插入长度短。

(4)测试喷射工序

在如上述地配置有反作用力套管2以及喷射杆5的状态下，开始进行测试喷射(参照图2B)。若喷射测试无异常，则正式地开始施工(地基改良)。

(5)喷射杆的提升工序

地基改良的具体的工序如下。首先，从转环51的固化材料入口51a供给固化材料，从压缩空气入口51b供给压缩空气，使固化材料从喷射杆5的下端部的固化材料喷嘴52a经过缺口部21向外侧喷射，使压缩空气从压缩空气喷嘴52b经过缺口部21向外侧喷射。并且，利用钻机M一边旋转喷射杆5，一边提升喷射杆5(参照图3A以及图3B)。这样，改良周围的地基。因切削而产生的淤泥经过反作用力套管2与钻孔(预钻孔)H之间的间隙排出至地表，回收至未图示的清淤罐。此外，喷射杆5的提升能够连续地或者断续地进行。在断续地提升喷射杆5的情况下，例如一个步进的提升量(一次提升量)为2.5～5.0cm。通过重复这样的断续的动作，来改良当初预定的范围内的地基。

另一方面，虽然反作用力套管2与喷射杆5一体地旋转，但是可以在上下方向上停留在大致固定位置。其理由是，由于反作用力套管2一般非常长(25～30m左右)，相应地重量也很重，所以即使提升喷射杆5也不会伴随其上升，而是因自重而留在原地。但是，在反作用力套管2随着喷射杆5的提升一起上升的情况下，也可以利用轴承4承受它们的重量。

如此，反作用力套管2通过留在大致固定位置，顶端部在改良范围的下方的位置被土地支撑，并且基端部被钻机M的基台3支撑，由此处于两端支撑状态。因此，即使施加喷射反作用力，顶端部也不会挠曲。即，能够在两端承受喷射反作用力，能够向适当的方向喷射固化材料以及压缩空气。

(6)施工完成，喷射杆以及反作用力套管抽拔工序

当地基改良结束时，抽拔喷射杆5以及反作用力套管2。具体的工作步骤如下。首先，抽拔喷射杆5。接下来，拆下嵌合于轴承4的内表面与反作用力套管2之间的固定构件25，在使反作用力套管2变为在上下方向上能够自由移动的状态之后，抽拔反作用力套管2。如图4所示，用淤泥等填埋在抽拔出喷射杆5以及反作用力套管2之后产生的孔。

通过以上方式，一系列的地基改良作业结束。

以上，针对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。虽然在上述实施方式中，作为喷嘴的一个例子，针对喷嘴由固化材料喷嘴52a以及压缩空气喷嘴52b组成的情况进行了说明，但是并不一定是由两个喷嘴构成的，也可以是由单一的喷嘴构成，另外，还可以由三个以上的喷嘴构成。而且，即使在由固化材料喷嘴和压缩空气喷嘴构成喷嘴的情况下，也不一定要以双层管结构的喷嘴(指以围绕固化材料喷嘴的周围的方式设置压缩空气喷嘴的结构的喷嘴)来构成两者。而且，虽然在本实施方式中，针对由双层管构成喷射杆5的情况进行了说明，但是也可以由单管杆构成，另外，还可以由三层管杆构成。

虽然在上述实施方式中，喷射杆的外形形成为剖视呈大致六边形，但是也不一定是六边形。主要针对形成平坦部22a、53的部位，在反作用力套管2以及喷射杆5的对应的位置上分别形成平坦部22a、53即可。

虽然在上述实施方式中，反作用力套管2的内表面形状以及喷射杆5的外表面形状各自在长度方向上都一样，但是并不一定要一样，只要能够将喷射杆5的旋转传动给反作用力套管2，并不特别地限定其形状和/或设置的范围。例如，两者的形状也可以形成为反作用力套管2的内表面形状与喷射杆5的外表面形状至少仅在长度方向的中间部和/或顶端部相适应甚至吻合。

(变形例1)

图10示出变形例1的反作用力套管6的纵向剖视图。此外，对与上述实施方式相同或者对应的构件标记相同的附图标记并省略说明。

首先，该变形例1的反作用力套管6的本体部分通过连结多个单位构件61构成。并且，在本体部分的上侧至基端侧(钻机M侧)具有基端支撑部62，并且在其下侧至顶端侧具有顶端支撑部24。固定构件25安装于基端支撑部62的上端。

在本变形例1中，各单位构件61具有相同的结构。在各单位构件61的上端部设有内螺纹部61b，在该内螺纹部61b的内周表面形成有内螺纹。另一方面，在各单位构件61的下端部设有外螺纹部61c，在该外螺纹部61c的外周表面形成有外螺纹。另外，在顶端支撑部24的上端部设有内螺纹部24b，在该内螺纹部24b的内周表面形成有内螺纹。而且，在基端支撑部62的下端部设有外螺纹部62c，在该外螺纹部62c的外周表面形成有外螺纹。同样地，在固定构件25的下端部设有外螺纹部25c，在该外螺纹部25c的外周表面形成有外螺纹。

通过如此构成，就变形例1的反作用力套管6而言，各单位构件61、61、……通过螺合一者的外螺纹部61c与另一者的内螺纹部61b来连结，最下部的单位构件61与顶端支撑部24通过螺合外螺纹部61c与内螺纹部24b来连结，最上部的单位构件61与基端支撑部62通过螺合外螺纹部62c与内螺纹部61b来连结，基端支撑部62与固定构件25通过螺合外螺纹部25c与内螺纹部62b来连结。

而且，在各单位构件61上从长度方向的上端直到下端形成有缺口部21，通过连结各单位构件61、61、……，各缺口部21在上下方向上连成一串。

在变形例1中，用于在反作用力套管6的内表面上形成平坦部22a的构件的长状构件22，仅设于各单位构件61的下端部以及基端支撑部62的下端部，若作为连结各构件之后的反作用力套管6整体来看，则长状构件22仅设于单位构件61、61之间的连结部附近、最下部的单位构件61与顶端支撑部24的连结部附近以及最上部的单位构件61与基端支撑部62的连结部附近。而且，在各连结部，各长状构件22跨设于位于该长状构件22的上下方的两个构件。

若采用这样的变形例1的结构，能够将喷射杆5的旋转传动给反作用力套管6，另外，能够用被两端支撑的反作用力套管6来承受当改良地基时作用于喷射杆5的喷射反作用力，所以能够得到与上述实施方式同样的效果。

(变形例2)

图11示出变形例2的反作用力套管7的纵向剖视图。此外，对与上述实施方式相同或者对应的构件标记相同的附图标记来省略说明。

虽然该变形例2的反作用力套管7在本体部分是由多个单位构件71连结而成的这一方面与上述变形例1是同样的，但是与变形例1的不同点在于：在各单位构件71中缺口部21不是从长度方向的上端直到下端形成一串，以及，基端支撑部72与固定构件25形成一体。以下，针对前者，更具体地进行说明。

构成变形例2的反作用力套管7的各单位构件71、71、……具有：缺口部21a，在除了各单位构件71的上端部以及下端部以外的中央部，沿着长度方向相对地延长；缺口部21b，在各单位构件71的上端部的内螺纹部71b，与缺口部21a分体地(即与缺口部21a分开)形成为开口窗；缺口部21c，在各单位构件71的下端部的外螺纹部71c，与缺口部21a分体地(即与缺口部21a分开)形成为开口窗。换言之，在缺口部21b与缺口部21a之间以及在缺口部21c与缺口部21a之间，分别形成有将左右的壁面连在一起的加强片(而且，在缺口部21b的上侧以及缺口部21c的下侧也形成有将左右的壁面连在一起的加强片)。而且，当螺合连结各构件时，使得各单位构件的缺口部21a、21b、21c在上下方向上对齐成一列，并且在相互连结的单位构件71、71中，下侧的单位构件71的缺口部21b与上侧的单位构件71的缺口部21c位于彼此吻合的位置。这样，若作为反作用力套管7整体来看，变形例2的缺口部，以从下方开始依次是“最下部的单位构件71的缺口部21a”、“最下部的单位构件71的缺口部21b(从下方数第二个单位构件71的缺口部21c)”、“从下方数第二个单位构件71的缺口部21a”、“从下方数第二个单位构件71的缺口部21b(从下方数第三个单位构件71的缺口部21c)”、……“从上方数第二个单位构件71的缺口部21a”、“从上方数第二个单位构件71的缺口部21b(最上部的单位构件71的缺口部21c)”、“最上部的单位构件71的缺口部21a”的方式，局部中断，且通过加强片断续地排列。

此外，在各单位构件71的上端部以及下端部分别设有内螺纹部71b或者外螺纹部71c，在顶端支撑部24的上端部设有内螺纹部24b，以及在基端支撑部72的下端部设有外螺纹部72c这些方面，与变形例1是同样的。这样，在变形例2的反作用力套管7中，各单位构件71、71也通过螺合一者的外螺纹部71c与另一者的内螺纹部71b来连结，最下部的单位构件71与顶端支撑部24通过螺合外螺纹部71c与内螺纹部24b来连结，最上部的单位构件71与基端支撑部72通过螺合外螺纹部72c与内螺纹部71b来连结。

如此，在螺合连结各构件的情况下，当例如变形例1那样缺口部21跨过各连结部形成一串时，可能会出现各连结部不能获得螺合产生的连结强度的情况。与此相对，在变形例2中，由于在缺口部21b以及21c的上下方形成有连结左右的壁面的加强片，所以具有即使通过螺合也能够得到足够的连结强度的优点。

此外，由于变形例2中的长状构件22的结构以及配置的方式与变形例1是同样的，所以省略说明。

即使采用这样的变形例2的结构，由于也能够将喷射杆5的旋转传动给反作用力套管7，另外，能够用被两端支撑的反作用力套管7承受当改良地基时作用于喷射杆5的喷射反作用力，所以能够得到与上述实施方式以及变形例1同样的效果。

Claims (4)

1.一种地基改良施工方法，其特征在于，包括：

将第一套管从地表插入目标深度进行预钻孔的工序；

在该预钻孔之后，将第二套管在该预钻孔内插入比改良预定范围深的深度的工序，该第二套管具有在长度方向上的一定范围内切除一个面而形成的缺口部；以及

将在顶端部具有喷嘴的喷射杆插入所述第二套管内的工序，

将所述喷嘴配置于与所述缺口部相向的位置，并且通过使所述喷射杆旋转，来使所述第二套管与该喷射杆的旋转一体地旋转，

通过一边经由所述缺口部从所述喷嘴向外侧喷射喷射材料，一边提升所述喷射杆，来改良周围的地基，另一方面，使所述第二套管停留在固定位置且在固定位置旋转。

2.如权利要求1所述的地基改良施工方法，其特征在于，

在所述喷射杆的外表面形成有平坦部，并且在所述第二套管的内表面形成有与所述平坦部对应的平坦部，通过以使两平坦部位于相吻合的位置的方式将所述喷射杆插入配置于所述第二套管内，使所述第二套管与所述喷射杆的旋转一体地旋转。

3.一种地基改良装置，其特征在于，具有：

套管，具有在长度方向的一定范围内切除一个面而形成的缺口部，并被插入比改良预定范围更深的地下；以及

喷射杆，插入该套管内，并且顶端部所设置的喷嘴配置于与所述缺口部相向的位置，

通过旋转所述喷射杆，所述套管与该喷射杆的旋转一体地旋转，

通过一边经由所述缺口部从所述喷嘴向外侧喷射喷射材料，一边提升所述喷射杆，来改良周围的地基，另一方面，所述套管停留于固定位置并在固定位置旋转。

4.如权利要求3所述的地基改良装置，其特征在于，

在所述喷射杆的外表面形成有平坦部，并且在所述套管的内表面形成有与所述平坦部对应的平坦部，通过以使两平坦部位于相吻合的位置的方式将所述喷射杆插入配置于所述套管内，所述套管与所述喷射杆的旋转一体地旋转。