JP2003286717A - 高圧噴射注入地盤改良工法 - Google Patents
高圧噴射注入地盤改良工法Info
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Abstract
き、しかも排泥量が多くならない高圧噴射注入地盤改良
工法とする。 【解決手段】地盤中に挿入した注入管10を、軸回りに
回転させながら引き上げる過程で、前記注入管10の上
側位置において、軸心に対して反対の各位置から、それ
ぞれエアを同伴させることなく高圧水のみを噴射ノズル
15,15から圧力が15〜25MPa、流量が25〜
100リットル/分の条件で、側方に噴射すること、な
らびに、前記注入管10の下側位置において、軸心に対
して反対の各位置から、それぞれ圧縮エアを同伴させな
がら、セメントミルクを噴射ノズル16,16から圧力
が25〜50MPa、流量が100〜200リットル/
分の条件で、高圧噴射すること、によって、地上側への
排泥を行いながら地盤中に硬化体を造成する。
Description
改良工法に関する。ただし、この「高圧噴射注入地盤改
良工法」とは、通称的に使用され、撹拌や混合の程度に
より「高圧噴射撹拌混合地盤改良工法」とも呼ばれるも
のであるが、以下の説明の技術的事項を代表的に表した
ものであることと理解されたい。
は、古くは「CCP工法」などがあるが、近年では、大
改良径のものが要求されており、これに対応した従来工
法には、大別して図7に示すものがある。なお、図7に
おいて、注入管、その二重管と三重管の区別を模式的に
示し、噴射ノズルからの吐出圧力及び方向を矢印のベク
トルで示し、同図中のWは水を、Mはセメントミルク
を、Aはエアを示す。したがって、M+Aはエア同伴セ
メントミルクを、W+Aはエア同伴水を示す。なお、
「CJG」はコラムジェットグラウトとも呼ばれ、その
変形については、下方のセメントミルクの吐出ノズルを
2つ設け、交差するようにした「クロスジェット工法」
がある。スーパーとは、「スーパージェットグラウト工
法」とも呼ばれ、300リットル/分で2ヶ所から吐出
する改良径として5〜6mを目標とする本来の「スーパ
ージェットグラウト工法」と、200リットル/分で2
ヶ所から吐出する改良径として3.5mを目標とする
「スーパーミディジェットグラウト工法」とがある。
ラムジェット工法(CJG工法)」が多用されている。
しかし、これらの工法は、処理速度や改良径の点におい
て充分なものとはいえず、現在では、これらの工法を発
展させた「RJP工法」が多用されている。「RJP工
法」とは、地盤中の注入管を軸回りに回転させながら引
き上げるにあたり、注入管から一側方に高圧水及び圧縮
エアを噴射するとともに、この噴出位置よりも下方の注
入管から一側方にセメントミルク及び圧縮エアを高圧噴
射する工法である。
JP工法も、処理速度が充分に速いとはいえず、3.2
m径の硬化体を1m造成するにあたり、約60分かかっ
てしまう。また、このRJP工法によっても、3.2m
程度の改良径が実用限界である。さらに、この工法は、
排泥量が多く、排泥の処理費が嵩むという問題を抱えて
いる。
を速く、改良径を大きくすることができ、しかも排泥量
が多くならない高圧噴射注入地盤改良工法を提供するこ
とにある。
明、次記のとおりである。 <請求項1記載の発明>地盤中に挿入した注入管を、軸
回りに回転させながら引き上げる過程で、前記注入管の
上側位置において、エアを同伴させることなく高圧水の
みを一つの噴射ノズルから圧力が15〜25MPa、流
量が50〜200リットル/分の条件で、側方に噴射す
ること、ならびに、前記注入管の下側位置において、軸
心に対して反対の各位置から、それぞれ圧縮エアを同伴
させながら、セメントミルクを噴射ノズルから圧力が2
5〜50MPa、流量が100〜200リットル/分の
条件で、高圧噴射すること、によって、地上側への排泥
を行いながら地盤中に硬化体を造成することを特徴とす
る高圧噴射注入地盤改良工法。
注入管を、軸回りに回転させながら引き上げる過程で、
前記注入管の上側位置において、軸心に対して反対の各
位置から、それぞれエアを同伴させることなく高圧水の
みを噴射ノズルから圧力が15〜25MPa、流量が2
5〜100リットル/分の条件で、側方に噴射するこ
と、ならびに、前記注入管の下側位置において、軸心に
対して反対の各位置から、それぞれ圧縮エアを同伴させ
ながら、セメントミルクを噴射ノズルから圧力が25〜
50MPa、流量が100〜200リットル/分の条件
で、高圧噴射すること、によって、地上側への排泥を行
いながら地盤中に硬化体を造成することを特徴とする高
圧噴射注入地盤改良工法。
における各噴射ノズルの、一方が実質的に水平で、他方
が高位であり斜め下方に指向しており、両者のセメント
ミルク噴射到達距離が交差する関係にある請求項1また
は2記載の高圧噴射注入地盤改良工法。
各噴射ノズルに至るまでにおいて、内管内をセメントミ
ルク流路、内管と中管との間を高圧水流路、中管と外管
との間をエア流路とした注入管を使用する請求項1〜3
のいずれか1項に記載の高圧噴射注入地盤改良工法。
2.8〜3.8mとなるように、各噴射ノズルからの噴
射条件及び引き上げ速度を調整する請求項1〜4のいず
れか1項に記載の高圧噴射注入地盤改良工法。
する。本発明に係る高圧噴射注入地盤改良工法は、地盤
中に挿入した注入管を、軸回りに回転させながら引き上
げる過程で処理することにより改良体を造成するもので
ある。これに使用する注入管、及び注入管の地盤中への
挿入方法は、特に限定されるものではない。例えば、削
孔機によってあらかじめ孔を形成し、形成された孔に注
入管を挿入する方法による、あるいはケーシング掘りし
ながら建て込みケーシング管を引き抜く方法や、以下で
述べる本実施の形態のように、注入管を自穿孔型とし、
削孔にともなって注入管が地盤中に挿入される方法によ
ることができる。
入管10を、軸回りに回転させながら引き上げる過程
で、注入管10の先端部、通常モニターと称される部分
の上側位置における高圧水噴射ノズル(図3において符
号15)から側方に、あるいは望ましくは軸芯を挟んで
相反する二側方(180度反対位置)に、エアを同伴さ
せることなく高圧水Wのみを噴射することによって、注
入管周辺部(Kの範囲)の土砂を緩めるあるいは泥状化
させる。この処理において、高圧水Wのみの噴射による
場合、圧縮エアを噴射しないので、特に、RJP工法と
の比較においても、エアリフト効果により過剰な排泥と
ならない利点がある。
自体のほか、必要ならば、泥状化領域の孔壁保持性やセ
メントミルクとの混合容易性の観点から増粘剤を添加す
ることができ、これにより100〜750mPa・sの
粘度を有するものも使用できる。したがって、本発明は
増粘剤添加のものも「高圧水」に含むものである。粘度
が100mPa・s未満であると、泥状化領域の孔壁が
崩壊しやすくなる。また、粘度が750mPa・s超で
あると、セメントミルクが目標域に注入されず、セメン
トミルクにともなって噴射される圧縮エアのエアリフト
効果によってセメントミルクが上方に逸走し余剰泥状物
と一緒に排出されてしまう可能性が大きくなる。水に添
加する増粘剤としては、セルロース系、アクリル系、天
然高分子系、繊維状鉱物系のものなど、種々のものを使
用することができる。
ンプの元圧(送り圧力)で15〜25MPaとされる。
15MPa未満では、下側位置でのセメントミルクの噴
射による改良径との関係で、引き上げに伴う先行する処
理径が十分でなく、他方25MPaを超えると地盤を乱
し過ぎ、過剰な排泥となる。高圧水Wの吐出量は、50
〜200リットル/分とされる。高圧水噴射ノズルは、
単一のほか、図3に示されているように、軸芯を挟んで
相反する位置(180度反対位置)に2つの高圧水噴射
ノズル15,15を設置するのが望ましい。したがっ
て、この場合には、各高圧水噴射ノズル15からの単位
吐出量は、25〜100リットル/分、より好ましくは
35〜75リットル/分とされる。高圧水Wの吐出量
は、噴射圧と共に先行処理径を規定するとともに、下方
から噴射したセメントミルク分がリフトする際にこれを
希釈し、セメント分が希薄な排泥とすること関係する。
この観点から、高圧水Wの吐出量には下限があり、また
過剰な吐出量は、先行処理径が過大となり、余分な排泥
をもたらす。
8〜1.2m程度となり、下側位置でのセメントミルク
の噴射による改良径(最終的に造成できる硬化体の改良
径=2.8〜3.8m)とのバランスにおいて、排泥量
が相対的に少ない状態で目的の硬化体の改良径を得るこ
とができるようになる。
において、軸心に対して反対の各位置から、それぞれ圧
縮エアAを同伴させながら、セメントミルクMをセメン
トミルク噴射ノズル16,16から圧力が25〜50M
Pa、流量が100〜200リットル/分の条件で、高
圧噴射する。
圧縮エアAによるエアリフト効果によって地上へ移動さ
せながら、Rの範囲の土砂をも切削し、セメントミルク
Mと撹拌・混合して硬化体を造成する。
5,15とセメントミルク噴射ノズル16,16との離
間距離は20cm〜120cmが、特に下側セメントミ
ルク噴射ノズル16との離間距離は45cm〜80cm
が望ましい。離間距離が短いと、相互が干渉して本発明
の効果が低減するおそれがある。
向は、図6の(A)に示すように、いずれをも水平方向
にすることもできるが、図1及び図6の(B)に示すよ
うに、噴射位置を上下方向に関して異なる位置とし、か
つ上側の噴射を所定角度斜め下方向に、下側の噴射を水
平方向にするのがより好ましい。この後者の形態では、
水平方向の噴射による改良面を、斜め下方向の噴射線が
賽の目状に切削することになり、特に粘性土での改良に
際して、きめ細かく全体を改良できる。すなわち、目的
の改良部分全体を均質に乱しながらセメントミルクに置
換、撹拌、混合できる。セメントミルク噴射ノズル1
6,16相互の離間距離は10cm〜50cmが望まし
い。上側セメントミルク噴射ノズル16の水平面との傾
斜角度は、5度〜20度が望ましい。
射ノズル16,16(図3参照)から、それぞれ100
〜200リットル/分の噴射量とされ、好ましくは11
0〜140リットル/分とし、かつ噴射圧をポンプP2
(図2参照)の元圧で25〜50MPa、特に35〜4
5MPaとするのが望ましい。また、圧縮エアAは、そ
れぞれ噴射量を5〜18m3/分、通常は6〜8m3/分
程度とし、噴射圧をコンプレッサ23(図2参照)の元
圧で1.05MPa以上とするのが好ましい。コンプレ
ッサは上限が7kg/cm2タイプのものではなく、よ
り高圧の圧力で送給できる高圧タイプのものを用い、8
〜12kg/cm2程度の圧力を保持するのが望まし
い。
主に改良径及び処理速度を規定する。目標の改良径2.
8〜3.8m(通常は2.8〜3.5mで十分)を得る
ためには、圧力が低いと目標の改良径が得られず、他
方、目標の改良径から過度の圧力は不要である。噴射量
は、主に必要な処理速度から下限が決められ、過度の噴
射量はせセメント分のリフトが過大となる。
は、これのみのほか、必要ならば、目標域への確実な注
入及び上方への逸送防止の観点から、水/セメント比1
00〜200のセメントスラリーに増粘剤を添加するこ
とができ、これにより好ましくは150〜2000mP
a・sの粘度を有するものを、より好ましくは250〜
500mPa・sの粘度を有するものを使用することが
できる。セメントミルクの粘度が150mPa・s未満
であると、泥状化領域中に注入したセメントミルクが上
方に逸走しやすく、セメントミルク混じりの泥状物が排
出されてしまう。一方、粘度が2000mPa・s超と
すると、使用する増粘剤の添加量が過剰となりコスト高
になるとともに粘性が高すぎてセメントミルクの圧送ラ
インで閉塞トラブルが発生しやすくなる。
系、天然高分子系、繊維状鉱物系のものなど、種々のも
のを使用することができる。
な装置構成例について、図2〜図5を参照しながら説明
する。図2に示すように、本装置構成例では、注入管1
0の基端部10Aに、高圧水Wを圧送するための高圧水
圧送ホース31、セメントミルクMを圧送するためのセ
メントミルク圧送ホース32及び圧縮エアAを圧送する
ための圧縮エア圧送ホース33が取り付けられている。
れ、この貯留槽20,20から超高圧ポンプP1によっ
て高圧水圧送ホース31を通して、注入管10に送られ
る。また、セメントミルクMは、スラリープラント22
において、セメントサイロ21から輸送路34を通して
送られてきたセメントと高圧水貯留槽20から輸送路3
5を通して送られてきた高圧水Wとの混合により生成さ
れ、このスラリープラント22から超高圧ポンプP2に
よってセメントミルク圧送ホース32を通して、注入管
10に送られる。さらに、圧縮エアAは、コンプレッサ
23によって、圧縮エア圧送ホース33を通して、注入
管10に送られる。なお、25及び26は、セメントミ
ルクM又は圧縮エアAの流量計であり、また、27,2
8及び29は発電機である。
M及び圧縮エアAが供給される注入管10は3流路管
(三重管)であり、先端には、図3〜図5に示すいわゆ
るモニター(先端装置とも呼ばれる)が装備する。モニ
ターは、基端部に中心部に削孔水W0及びセメントミル
クM流路11、中間に高圧水W流路12、外側に圧縮エ
アA流路13の3流路を有する。
1、22及び先端体23が設けられている。また、注入
管10は自穿孔型となっており、その先端部には、削孔
ビット14が取り付けられている。この削孔ビット14
には、削孔水W流路11を通して送られてきた削孔水W
0を吐出させる吐出口が形成されている。
射する高圧水噴射ノズル15,15が取り付けられ、図
14にも示されているように高圧水W用通路12,12
と連通されており、注入管10の上下方向に関して同じ
位置に、かつ相反する位置に2ヶ所設けられている。高
圧水Wの噴射方向は、いずれも水平方向になっている。
5,15の設けられた位置よりも下方には、二側方にセ
メントミルクM及び圧縮エアAを高圧噴射するセメント
ミルク噴射ノズル16,16が設けられている。このセ
メントミルク噴射ノズル16は、図3中に拡大して示す
ように、セメントミルクMを噴射する核ノズル16A
と、この核ノズル16Aの周囲を包囲し圧縮エアAを噴
射する包囲ノズル16Bとで構成されており、それぞれ
が、セメントミルクM流路11又は圧縮エアA流路13
と連通されている(なお、圧縮エアA流路13と包囲ノ
ズル16Bとの連通は、圧縮エアA流路13と直交する
連絡流路13Aを介してのものである。)。セメントミ
ルク噴射ノズル16は、注入管10の上下方向に関して
異なる位置に、かつ相反する位置に2ヶ所設けられてい
る。セメントミルクM及び圧縮エアAの噴射方向は、上
側のセメントミルク噴射ノズル16は斜め下方向に、下
側のセメントミルク噴射ノズル16は水平方向になって
いる。これによる効果は、前述したとおりである。
孔水Wを図示しない削孔水吐出孔に送り、又はセメント
ミルクMをセメントミルク噴射ノズル16に送るという
流路方向の切り替えは、注入管10の先端に内蔵させた
切替バルブ17によって行う。
弁座17Aに向かって投入されるボール17Bとによっ
て構成される。削孔水Wの供給に際しては、ボール17
Bを投入せず、削孔水W0を、弁座17Aを通る流路1
8を通して削孔水吐出孔に送る。セメントミルクMの供
給に際しては、ボール17Bを投入することにより流路
18を封止し、セメントミルクMをセメントミルク噴射
ノズル16に送る。
盤Gを改良するにあたっては、図2に示すように、ま
ず、ボーリングマシン等の削孔装置40を用い、注入管
10先端の図示しない吐出孔から削孔水Wを吐出させな
がら地盤改良予定下限位置に、注入管10の先端部が到
達するまで地盤を削孔し、注入管10を所定位置に配置
する。
がら引き上げるにあたり、前述した造成処理を行うこと
になる。この処理にあたり地上部に排出された排泥は、
空堀41内に一時的に蓄えられ、この空堀41からバキ
ューム車24によって吸い上げられ、搬出される。この
際、排泥を図示しない脱水装置によって土砂分と液状分
とに分離し、分離した液状分をさらに凝集処理し、削孔
水や圧力水として再利用するとよい。
す注入管を用いて、地盤改良速度を計測するための実験
を行った。高圧水として清水を用い、噴射量50リット
ル/分、噴射圧20MPaで、それぞれ高圧水噴射ノズ
ル15,15から噴射させた。また、セメントミルクと
して、水/セメント比100のものを用い、噴射量12
5リットル/分、噴射圧35MPaで、それぞれセメン
トミルク噴射ノズル16,16から噴射させた。さら
に、圧縮エアは、噴射量11m3/分、噴射圧1.05
MPaで噴射させた。その結果、各種土質に対して1m
当りの削孔時間は、標準的には表1に示すものとなり、
「RJP工法」の場合に比較して、短くなり、また、排
泥量は、「RJP工法」の場合に比較して、約10%程
度低減できることを確認した。さらに、改良径として
2.8〜3.5mの範囲内でそれぞれ良好な改良体を造
成できることも確認できた。
入地盤改良工法によれば、処理速度を速く、改良径を大
きくすることができ、しかも排泥量が多くならない工法
となる。
る。
である。
備わる部位)。
ク噴射ノズルの備わる部位)。
15,16…噴射ノズル、17…切替バルブ、20…貯
留槽、21…セメントサイロ、22…スラリープラン
ト、23…コンプレッサ、24…バキューム車、31〜
33…圧送ホース、A…圧縮エア、G…地盤、L…高圧
水、M…セメントミルク、W0…削孔水。
Claims (5)
- 【請求項1】地盤中に挿入した注入管を、軸回りに回転
させながら引き上げる過程で、 前記注入管の上側位置において、エアを同伴させること
なく高圧水のみを一つの噴射ノズルから圧力が15〜2
5MPa、流量が50〜200リットル/分の条件で、
側方に噴射すること、 ならびに、前記注入管の下側位置において、軸心に対し
て反対の各位置から、それぞれ圧縮エアを同伴させなが
ら、セメントミルクを噴射ノズルから圧力が25〜50
MPa、流量が100〜200リットル/分の条件で、
高圧噴射すること、 によって、地上側への排泥を行いながら地盤中に硬化体
を造成することを特徴とする高圧噴射注入地盤改良工
法。 - 【請求項2】地盤中に挿入した注入管を、軸回りに回転
させながら引き上げる過程で、 前記注入管の上側位置において、軸心に対して反対の各
位置から、それぞれエアを同伴させることなく高圧水の
みを噴射ノズルから圧力が15〜25MPa、流量が2
5〜100リットル/分の条件で、側方に噴射するこ
と、 ならびに、前記注入管の下側位置において、軸心に対し
て反対の各位置から、それぞれ圧縮エアを同伴させなが
ら、セメントミルクを噴射ノズルから圧力が25〜50
MPa、流量が100〜200リットル/分の条件で、
高圧噴射すること、 によって、地上側への排泥を行いながら地盤中に硬化体
を造成することを特徴とする高圧噴射注入地盤改良工
法。 - 【請求項3】注入管の下側位置における各噴射ノズル
の、一方が実質的に水平で、他方が高位であり斜め下方
に指向しており、両者のセメントミルク噴射到達距離が
交差する関係にある請求項1または2記載の高圧噴射注
入地盤改良工法。 - 【請求項4】3重管を使用し、各噴射ノズルに至るまで
において、内管内をセメントミルク流路、内管と中管と
の間を高圧水流路、中管と外管との間をエア流路とした
注入管を使用する1〜3のいずれか1項に記載の高圧噴
射注入地盤改良工法。 - 【請求項5】硬化体の改良径を2.8〜3.8mとなる
ように、各噴射ノズルからの噴射条件及び引き上げ速度
を調整する請求項1〜4のいずれか1項に記載の高圧噴
射注入地盤改良工法。
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JP2002238876A JP2003286717A (ja) | 2002-01-28 | 2002-08-20 | 高圧噴射注入地盤改良工法 |
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