JP2003096764A - 高圧ジェット噴射混合処理工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粘性土地盤でも十分な切削が可能で、砂質土
地盤の場合は、再度下端部分が切削されることで沈殿を
防ぎ、固化材との攪拌性も向上し、圧縮空気を伴った超
高圧水の噴射工程とセメントミルク等の固化材の注入工
程を分離しているので、セメントミルク等の固化材を無
駄に地上に排出してしまうことも防止できる。 【解決手段】 三重管の建込による高圧ジェット噴射混
合処理工法において、圧縮空気、超高圧水の注出による
切削・攪拌工程と、固化材の注出による固結体造成工程
は分離した工程とし、切削・攪拌工程としては、三重管
は所定深度に建込み後、圧縮空気、超高圧水の噴出を行
いながら引き上げて改良範囲上端まで切削し、この第１
回目の切削が終了したら、所定の深度まで下降させなが
ら第２回目の切削を行い、その後、前記三重管を引き揚
げながら下端からよる固化材を注出する固結体造成工程
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟弱地盤の改良、
建設構造物基礎等を目的として施工される地盤固化材注
入工法において、定型均一なる良質な地盤改良体を形成
し得る高圧ジェット噴射混合処理工法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高圧ジェット噴射混合処理工法は、水に
高い圧力を加えて得られる強力なエネルギーによって地
盤の組織を破壊し、スライムを地表に排出することによ
って地中に人為的空間を作り、固化材を充填して強固な
改良体を造成するものである。

【０００３】先にこの高圧ジェット噴射混合処理工法の
うち、図６に示すように、注入管１として三重管を使用
し、圧縮空気２を伴った超高圧水３を地盤に回転して噴
出させて地盤を切削し、そのスライム４を地表に排出さ
せるとともに固化材５を同時充填させ、円柱状の改良体
（コラム）を造成する三重管工法（コラムジェトグラウ
ト工法）について説明する。

【０００４】図７に示すように、注入管１は、超高圧水
流路６、固化材流路７、圧縮空気流路８の各流路を有す
る注入管本体１ａの先端にモニター１ｂを取付け、頂部
に前記注入管本体１ａの各流路に超高圧水、圧縮空気、
固化材を送る注入管スイべル１ｃを設けたものである。

【０００５】モニター１ｂでは高圧水ノズル９と空気ノ
ズル10を組合わせ、超高圧水３と圧縮空気２を同時に噴
射して、所定造成範囲の土砂を切削する噴射ノズル11を
設け、この噴射ノズル11の下方に固化材５を噴射する固
化材注出ノズル12を設けた。図中13は先端シューであ
る。

【０００６】三重管工法（コラムジェトグラウト工法）
の施工手順は、図８に示すように、ボーリングマシン14
で先端にメタルクラウン15、スタビライザー16を有する
ケーシングパイプ17でガイドホールを施工し、図９に示
すように、トラッククレーン等でこのケーシングパイプ
17内に三重管による注入管１の注入管本体１ａを建込
む。

【０００７】図10に示すように、ケーシングパイプ17を
引き抜き（状況によってはケーシングパイプを残すこと
もある）、図11に示すようにコラムマシン（造成マシ
ン）18を設置し、また注入管本体１ａの上端に注入管ス
イべル１ｃを設置し、圧縮空気２、超高圧水３、固化材
５を注出して注入管１を回転しながら引き上げ、図12に
示すように改良体（コラム）施工完了となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような高圧ジェッ
ト噴射混合処理工法での三重管工法では地盤の切削は圧
縮空気２と超高圧水３との噴出によるが、切削機能が十
分に作用できて、目標とする仕上がり径が確保されてい
ることが必要であり、粘性土では「ダマ」「固まり」な
どの状態で残ることが多く、固化材を十分浸透させて地
盤と置換させることができないおそれがある。

【０００９】一方、砂質土では改良長が長く、時間がか
かる場合には、切削されて緩められた土砂分が改良エリ
アの下端に滞留し、固化材との混合・攪拌が良好に行わ
れないおそれもある。

【００１０】これに加えて、超高圧水（ウォータージェ
ット）で地盤を切削し、スライムを排出すると同時に、
超高圧硬化材や硬化材としてのセメントミルクを注入
し、しかも、圧縮空気を併用しているため、エアリフト
によりセメント分を含んだ泥水が排出されることにな
る。その排出されるセメント分を補うため、さらに大量
のセメントミルクを注入しなければならない。

【００１１】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、粘性土地盤でも十分な切削が可能で、「ダマ」「固
まり」などの状態で改良体に残ることが少なくなり、砂
質土地盤の場合は、再度下端部分が切削されることで沈
殿を防ぎ、固化材との攪拌性も向上し、圧縮空気を伴っ
た超高圧水の噴射工程とセメントミルク等の固化材の注
入工程を分離しているので、セメントミルク等の固化材
を無駄に地上に排出してしまうことも防止できる高圧ジ
ェット噴射混合処理工法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、第１に、ケーシング削孔でガイドホールを削
孔して三重管を地盤に建込み、ケーシングパイプ引き抜
き後、三重管を引き上げながら三重管の下端から圧縮空
気、超高圧水、固化材を注出して、地盤を切削・攪拌か
つ固化材の充填を行って円柱状の改良体を造成する高圧
ジェット噴射混合処理工法において、圧縮空気、超高圧
水の注出による切削・攪拌工程と、固化材の注出による
固結体造成工程は分離した工程とし、切削・攪拌工程と
しては、三重管は所定深度に建込み後、圧縮空気、超高
圧水の噴出を行いながら引き上げて改良範囲上端まで切
削し、この第１回目の切削が終了したら、所定の深度ま
で下降させながら第２回目の切削を行い、その後、前記
三重管を引き揚げながら下端からよる固化材を注出する
固結体造成工程を行うことを要旨とするものである。

【００１３】第２に、第１回目および第２回目の切削
は、水は Ｐ（ポンプ圧）：30〜50ＭＰａ、Ｑ（噴射速
度）：100 〜300 ｌ／min 、空気はＰ：0.70〜1.0 ＭＰ
ａ、Ｑ：３〜７ｍ^３ ／min 、その際の三重管の移送速
度は５〜20分／ｍであること、第３に、三重管は、セメ
ントミルク等の固化材注出ノズルに対して１〜３ｍの間
隔を存して空気噴射孔を設け、切削・攪拌工程で固化材
注出ノズルから注出された固化材の押し上げの際に空気
噴射孔からの空気を吐出して土砂排出にエアーリフト効
果を与えること、第４に、空気噴射孔は高さを異ならせ
多段に設けることを要旨とするものである。

【００１４】請求項１記載の本発明によれば、圧縮空気
を伴った超高圧水の噴射工程とセメントミルク等の固化
材の注入工程を分離しているので、エアーリフト作用に
よりセメントミルク等の固化材が地上に排出されること
もない。また、三重管を地盤に建込み後、引き上げによ
る第１回目の切削と、下降による第２回目の切削との２
重切削を行うものであり、その結果として１回の切削は
短いものですむ。このように２重切削を行うことによ
り、粘性土などが「ダマ」「固まり」などの状態で改良
体に残ることが少なくなり、品質の良い改良体を造成す
ることができる。また、２重切削を行うことにより、一
度の切削時間を従来よりも短くすることができ、砂質土
では、粗粒分が改良体下端に沈殿して、グラウトする時
に混合・攪拌性に問題が残るようなことはない。

【００１５】請求項２記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、２重切削を行うための適切な条件を付与する
ものであり、特に三重管の移送速度を従来よりも速くし
て、１回の切削時間を短くすることができる。

【００１６】請求項３記載の本発明によれば、セメント
ミルク等の固化材の吐出はエアーを使わない高圧噴射な
ので、攪拌・混合性が向上し、品質の良い改良体が造成
できるとともに、固化材注入工程では、切削・攪拌工程
で緩められた土砂を押し上げていくが、このように固化
材注入により押し上げられる土砂分は、空気噴射孔から
吐出される空気でのエアーリフト効果で上昇力を与える
ことができる。さらに請求項４記載の本発明によれば、
前記請求項３記載の作用に加えて、前記上昇力は高さを
異ならせた多段回で与えることができ、もれのない広範
囲の作用を与えることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。図１は本発明の高圧ジェット噴射混合処理
工法の１実施形態を示す説明図で、ボーリングマシン
（図示せず）ケーシングパイプ17を建て込み、これでφ
140 mm以上の孔を削孔する。この場合、ケーシングパイ
プ17は残すが、状況によっては引き抜いてもよい。

【００１８】このようなケーシングパイプ17によるケー
シング削孔でガイドホールを削孔し、トラッククレーン
等でケーシングパイプ17内に三重管による注入管１の注
入管本体１ａを建込む。

【００１９】図示は省略するが、注入管本体１ａは、超
高圧水流路を形成する内管、固化材流路を形成する中
管、圧縮空気流路を形成する外管の多重管で構成し、そ
の下端に取り付けるモニター１ｂもこれら内管、中管、
外管に端部が嵌合する管を有する多重管構造で、図３に
示すように、上部ノズルボデー33ａと下部ノズルボデー
33ｂの組み合わせからなり、中管ジョイント47、内管ジ
ョイント48を有し、内部に超高圧水流路６、固化材流路
７、圧縮空気流路８を形成する。

【００２０】そしてモニター１ｂの上部ノズルボデー33
ａでは、高圧水ノズル９と空気ノズル10を組合わせる噴
射ノズル11は注入管全体の軸直方向で相互に反対方向に
向くように対に、しかも、上下で位置を多少ずらせるよ
うにして設け、高圧水ノズル９は前記の双方の噴射ノズ
ル11のそれぞれのものが超高圧水流路６に連通し、ま
た、空気ノズル10はそれぞれを圧縮空気流路８に連通さ
せた。

【００２１】前記噴射ノズル11は、高圧水ノズル９を中
にしてこの周囲を囲むように空気ノズル10を設ける。空
気ノズル10にはエアーキャップ38をゴムラバー39の押さ
えとして嵌着する。さらに、エアーキャップ38の外側側
面にはネジ42を穿設してナットタイプとして上部ノズル
ボデー33ａにねじ込む。このエアーキャップ38は天板が
開口した帽子体であり、内周面の境界位置にセット溝に
嵌まるスナップリング40で収納した空気ノズル10を係止
する。

【００２２】さらに噴射ノズル11のうち、高圧水ノズル
９が連通する超高圧水流路６は円管からなる内管で、一
方、図４に示すように高圧水ノズル９のノズル端部９ａ
は円弧状をもってなり、接続する超高圧水流路６に対し
て該流路を形成する内管形状と同一の円弧状として、超
高圧水流路６内に突出しないようにした。この高圧水ノ
ズル９はモニター１ｂの上部ノズルボデー33ａに対して
差し込み式とするもので、ノズル端部９ａを予め円弧状
に形成しておき、差し入れた際に流路を形成する内管形
状と合致し、超高圧水流路６内に突出しないような位置
決めを可能に行える。高圧水ノズル９を差し入れた後
で、空気ノズル10やゴムラバー39を取付けてあるエアー
キャップ38をネジ込んで、これを押さえる。

【００２３】このようにしてモニター１ｂ内の管内に凹
凸がなくなり、液体の流れを整流化することができる。
その結果、液体の流れがスムーズとなり、接続部の損傷
が低減される。

【００２４】また、高圧水ノズル９はモニーターに差し
込み式としたことで、予めノズル端部を接続する流路に
対して該流路を形成する管形状と同一の円弧状に加工し
ておくことで、接続した際に簡単に流路内に突出しない
ような位置決めが可能となる。

【００２５】下部ノズルボデー33ｂは前記上部ノズルボ
デー33ａの先端に嵌着するもので、上部ノズルボデー33
ａの固化材流路７に連通する固化材流路７′を中央に形
成し、この固化材流路７′に連通する固化材流路７″を
中央に形成した。

【００２６】そして下部ノズルボデー33ｂは固化材注出
ノズル12を固化材流路７″に連通させて設けるが、図１
に示すように、この固化材注出ノズル12は注入管全体の
軸直方向で相互に反対方向に向くように対に、しかも、
上下で位置を多少ずらせるようにして設けた。図中44は
固化材注出ノズル12の固定を行うノズルナット、45はオ
ーリング、46はスナップリングである。

【００２７】この固化材注出ノズル12が連通する固化材
流路７″は円管からなる内管で、図５に示すように固化
材注出ノズル12もノズル端部12ａは円弧状をもってな
り、接続する固化材流路７″に対して該流路を形成する
内管形状と同一の円弧状として、固化材流路７″内に突
出しないようにした。

【００２８】また、この固化材注出ノズル12もモニター
１ｂの下部ノズルボデー33ｂに対して差し込み式とする
もので、差し込み後にノズルナット44で固定するが、ノ
ズル端部12ａを予め円弧状に形成しておき、差し入れた
際に固化材流路７″を形成する内管形状と合致し、固化
材流路７″内に突出しないような位置決めを可能に行え
る。

【００２９】図１に示すように、注入管本体１ａには前
記固化材注出ノズル12に対して１〜３ｍの間隔を存して
空気噴射孔43を設けた。この空気噴射孔43はノズル形式
のものとして構成してもよく、高さに関しては１段のも
のとし、注入管本体１ａの周囲に横１列に並列させるも
のでもよいが、他の実施形態として、図２に示すように
複数個を高さを異ならせて（１〜２ｍの間隔）で多段
（図示では３個）に設けてもよい。

【００３０】前記のごとく、注入管本体１ａは、超高圧
水流路を形成する内管、固化材流路を形成する中管、圧
縮空気流路を形成する外管の多重管で構成したものであ
り、空気噴射孔43は外管に形成するものとして圧縮空気
流路に簡単に連通させることができる。

【００３１】図１に示すように、ケーシングパイプ17を
引き抜き（状況によってはケーシングパイプを残すこと
もある）、コラムマシン（造成マシン）を設置し、また
注入管本体１ａの上端に注入管スイべル１ｃを設置し、
圧縮空気２を伴った超高圧水３を地盤に回転して噴出さ
せて地盤を切削・攪拌しながら注入管１を回転しながら
引き上げる。特に、噴射ノズル11からは、周囲を圧縮空
気により包合された超高圧水３が噴射され、これが地中
の土粒子を撹乱することにより人為的空間を作る。

【００３２】また、前記噴射ノズル11はこれを注入管の
軸直方向で相互に反対方向に向くように対に設けたの
で、この２つの噴射ノズル11から圧縮空気２を伴った超
高圧水３を噴射して２方向を同時切削する。

【００３３】これが、第１回目の切削であり、下記の条
件で行う。

【００３４】かかる第１回目の切削で改良部分上端まで
切削したならば、そのまま所定の深度まで下降させなが
ら同様な方法で第２回目の切削を行う。

【００３５】この第２回目の切削も第１回目の切削と同
様に、下記の条件で行う。

【００３６】その後、前記所定深度まで建て込んだ注入
管１を回転させながら、引き揚げて下端の固化材注出ノ
ズル12から固化材５を注出し、前記切削により形成した
地盤の空隙部に、充填して円柱状の改良体を造成する。

【００３７】なお、固化材注出ノズル12も注入管全体の
軸直方向で相互に反対方向に向くように対に、しかも、
上下で位置を多少ずらせるようにして設けたので、多く
の固化材を短時間で幅広く吐出できる。この固化材注出
ノズル12における固化材５の吐出はＰ（ポンプ圧）：30
〜50ＭＰａで行い、Ｑ（噴射速度）：100 〜250 ｌ／mi
n で、空気を伴わない高圧噴射である。

【００３８】そして、注入管１を引き上げる際には空気
噴射孔43から空気を吐出する。固化材注入工程では、切
削・攪拌工程で緩められた土砂を押し上げていくが、こ
のように固化材注入により押し上げられる土砂分は、前
記空気噴射孔43から吐出される空気でのエアーリフト効
果で上昇力を与えることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように本発明の高圧ジェット
噴射混合処理工法は、粘性土地盤でも十分な切削が可能
で、「ダマ」「固まり」などの状態で改良体に残ること
が少なくなり、砂質土地盤の場合は、再度下端部分が切
削されることで沈殿を防ぎ、固化材との攪拌性も向上
し、圧縮空気を伴った超高圧水の噴射工程とセメントミ
ルク等の固化材の注入工程を分離しているので、セメン
トミルク等の固化材を無駄に地上に排出してしまうこと
も防止できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高圧ジェット噴射混合処理工法の第１
実施形態を示す説明図である。

【図２】本発明の高圧ジェット噴射混合処理工法の第２
実施形態を示す１工程の説明図である。

【図３】本発明の高圧ジェット噴射混合処理工法で使用
する高圧ジェット噴射混合処理工法用装置のモニター部
分の縦断側面図である。

【図４】モニター部分の噴射ノズルの横断平面図であ
る。

【図５】モニター部分の固化材注出ノズルの横断平面図
である。

【図６】三重管工法（コラムジェトグラウト工法）を示
す縦断側面図である。

【図７】三重管工法（コラムジェトグラウト工法）で使
用する三重管の縦断側面図である。

【図８】三重管工法（コラムジェトグラウト工法）の第
１工程の縦断側面図である。

【図９】三重管工法（コラムジェトグラウト工法）の第
２工程の縦断側面図である。

【図１０】三重管工法（コラムジェトグラウト工法）の
第３工程の縦断側面図である。

【図１１】三重管工法（コラムジェトグラウト工法）の
第４工程の縦断側面図である。

【図１２】三重管工法（コラムジェトグラウト工法）の
第５工程の縦断側面図である。

【符号の説明】

１…注入管 １ａ…注入管本体 １ｂ…モニター １ｃ…注入管スイ
ベル ２…圧縮空気 ３…超高圧水 ４…スライム ５…固化材 ６…超高圧水流路 ７，７′，７″…固化材流路 ８…圧縮空気流路 ９…高圧水ノズル ９ａ…ノズル端部 10…空気ノズル 11…噴射ノズル 12…固化材注出ノ
ズル 12ａ…ノズル端部 13…先端シュー 14…ボーリングマ
シン 15…メタルクラウン 16…スタビライザ
ー 17…ケーシングパイプ 18…コラムマシン 19ａ，19ｂ…センサー 20…内管 21…中内管 22…中外管 23…外管 24…多孔管 25…メタルクラウン 26…高圧水注入口 27ａ，27ｂ…圧縮空気注入口 28…固化材注入口 29…多孔管 29ａ，29ｂ，29
ｂ′, 29ｃ…孔 30…開口 31…ゴムラバー 32…ラバープロテクター 32ａ…透孔 33ａ…上部ノズルボデー 33ｂ…下部ノズル
ボデー 38…エアーキャップ 39…ゴムラバー 40…スナップリング 42…ネジ 43…空気噴射孔 44…ノズルナット 45…オーリング 46…スナップリング 47…中管ジョイン
ト 48…内管ジョイント 49…開口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング削孔でガイドホールを削孔し
   て三重管を地盤に建込み、ケーシングパイプ引き抜き
   後、三重管を引き上げながら三重管の下端から圧縮空
   気、超高圧水、固化材を注出して、地盤を切削・攪拌か
   つ固化材の充填を行って円柱状の改良体を造成する高圧
   ジェット噴射混合処理工法において、圧縮空気、超高圧
   水の注出による切削・攪拌工程と、固化材の注出による
   固結体造成工程は分離した工程とし、切削・攪拌工程と
   しては、三重管は所定深度に建込み後、圧縮空気、超高
   圧水の噴出を行いながら引き上げて改良範囲上端まで切
   削し、この第１回目の切削が終了したら、所定の深度ま
   で下降させながら第２回目の切削を行い、その後、前記
   三重管を引き揚げながら下端からよる固化材を注出する
   固結体造成工程を行うことを特徴とした高圧ジェット噴
   射混合処理工法。
2. 【請求項２】 第１回目および第２回目の切削は下記の
   条件で行う請求項１記載の高圧ジェット噴射混合処理工
   法。
3. 【請求項３】 三重管は、セメントミルク等の固化材注
   出ノズルに対して１〜３ｍの間隔を存して空気噴射孔を
   設け、切削・攪拌工程で固化材注出ノズルから注出され
   た固化材の押し上げの際に空気噴射孔からの空気を吐出
   して土砂排出にエアーリフト効果を与える請求項１また
   は請求項２記載の高圧ジェット噴射混合処理工法。
4. 【請求項４】 空気噴射孔は高さを異ならせ多段に設け
   る請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の高圧ジェ
   ット噴射混合処理工法。