JP2004027796A

JP2004027796A - 高圧噴射撹拌杭工法に使用する自穿孔式噴射注入装置

Info

Publication number: JP2004027796A
Application number: JP2002218915A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Iki; 壱岐　和雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【目的】この発明は、高圧液と圧縮空気を噴射ノズルから噴射して、所定造成範囲の地盤の土砂を切削して固結造成する高圧噴射撹拌杭工法に関し、注入管の先端に取り付ける自穿孔式の噴射注入装置において、空気ノズルと空気流路に発生する土粒子の進入による圧縮空気の閉塞を防止し、且つ注入管の引き抜き再挿入することなく任意の位置で、高圧液の加圧・減圧により削孔あるいは造成の切り替え作業が実施できることにより、大深度あるいは狭小な作業環境において、効率的で経済性の高い高圧噴射撹拌杭の造成を行うことを目的とする。
【構成】この発明は、自穿孔式の噴射注入装置を噴射ノズル部と差圧弁部及び削孔ビット部によりなり、空気流路を削孔液或いは圧縮空気の流路として兼用して使用することにより、高圧流路の加圧・減圧によって差圧弁が空気流路と削孔液流路の連通を遮断・開放し、削孔、造成作業の切り替えが任意に連続して実施出来、施工性と圧縮空気の安定噴射の改善を可能とすることを特徴とする。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は多重管を注入管とし、該注入管の先端に噴射注入装置を取り付けて、注入管の頂部にある注入管スイベルを介して高圧液と圧縮空気を送り、噴射注入装置の噴射ノズルから高圧液と圧縮空気を同時に噴射して、所定範囲の地盤の土砂を切削すると同時に、噴射注入装置の高圧ノズル或いは注入材ノズルから噴射されるセメント系固化材液によって、所定範囲をセメント系固化材液で円柱状に固結造成する、高圧噴射撹拌杭工法に使用する噴射注入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
三重管を注入管とする公知技術としては、予め削孔マシンによりケーシング管で所定造成開始位置まで削孔し、前記ケーシング管内に注入管と該注入管の先端に噴射注入装置を取り付けて挿入し、ケーシング管を引き抜いた後削孔マシンと造成マシンを交換し、注入管頂部にある注入管スイベルを介して注入管の高圧流路には高圧水と空気流路には圧縮空気を送り、噴射注入装置の噴射ノズルから噴射して所定範囲の地盤の土砂を切削し、切削した土砂をスライムとして排出しながら同時に注入管の注入材流路にセメント系固化材液を送り、噴射注入装置の注入材ノズルからセメント系固化材液を噴射注入し、注入管を所定の回転数と噴射時間により断続的に回転引き上げて、所定範囲をセメント系固化材液で円柱状に固結造成するコラムジェット工法、或いは二重管を注入管とする場合にあっては、該注入管の先端に噴射注入装置を取り付け、高圧流路から削孔液を送りながら所定造成開始位置まで削孔し、注入管頂部にある注入管スイベルを取り外して高圧流路内に鋼球を投入することによって削孔液流路を閉鎖し、注入管の高圧流路から高圧液としてセメント系固化材液と空気流路からは圧縮空気を送り、噴射注入装置の噴射ノズルから同時に噴射して所定範囲の地盤の土砂を切削し、注入管を所定の回転数と噴射時間により断続的に回転引き上げて、所定範囲を切削した土砂とセメント系固化材液で円柱状に固結造成するＪＳＧ工法等が知られている。また、最新の技術として噴射ノズルを複数個具備することによって、大口径の円柱固結体を造成する工法、或いは切削工程と注入工程を分離して固化材量の低減とスライム排出量の減量を可能とし、さらに噴射時間を短縮して経済性と環境保全に配慮した工法等が開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
多重管を注入管とする従来工法は、注入管の先端にある噴射注入装置には高圧ノズルと高圧ノズルを内包する空気ノズルの組み合わせからなる噴射ノズルがあり、噴射注入装置の高圧ノズルから高圧液と空気ノズルから圧縮空気を同時に噴射し、注入管を所定の回転数で回転しながら地盤切削能力に応じた引き上げ時間により、所定範囲をセメント系固化材液で円柱状に固結造成するものである。
しかし、三重管を注入管とする公知のコラムジェット工法の噴射注入装置にはそれ自体で削孔する機能がなく、その為予め別に削孔マシンを使用してケーシング管で所定造成開始位置まで削孔し、前記ケーシング管内に注入管と該注入管の先端に噴射注入装置を取り付けて挿入する作業が必要であり、また造成作業に当たって噴射注入装置の各ノズルが閉塞した場合には、再度削孔マシンによりケーシング管による削孔が必要となる等の問題がある。
また、二重管を注入管とする公知のＪＳＧ工法にあっては、自穿孔式の噴射注入装置を使用して高圧流路から削孔水と空気流路から圧縮空気を送りながら所定造成開始位置まで削孔した後、注入管頂部にある注入管スイベルを取り外して高圧流路内に鋼球を投入することによって削孔液流路を閉鎖し、噴射注入装置の噴射ノズルからセメント系固化材液と圧縮空気を同時に噴射して所定範囲を円柱状に固結造成するが、造成中にスライムの排出経路が閉塞する場合或いは注入管の脱着時に空気流路内に土粒子が進入閉塞する場合が多々あり、この場合には閉塞位置まで一旦注入管を引き抜き或いは噴射注入装置を回収して噴射注入装置にある鋼球を取り除いて再度造成位置まで削孔挿入する必要があり、特に崩壊性の高い地盤或いはクレーンの使用が限定される狭小な場所での施工性が大幅に低下する等の問題があった。
さらに、近年の土木建設工事の規模拡大に伴い、高圧噴射撹拌杭工法による地盤改良工事も大深度での施工が多くなり、前記従来工法の施工にあっては削孔距離が増大し地盤の構成も複雑且つ強固になり造成有効径は２ｍ以下となる結果、施工本数が増加して施工効率が大幅に低下し問題があるほか、注入管或いは注入管スイベルの着脱作業が増加する結果、噴射注入装置にある各ノズルが閉塞する現象が多発し施工性が悪くなるほか、特に空気ノズルの閉塞する場合にあっては所定の造成有効径を確保することが困難であり、掘削工事の安全上大きな問題がある。
また、最新の技術として噴射ノズルを複数個具備する高圧噴射工法であって、注入管先端には自穿孔式の噴射注入装置があり、高圧流路から削孔水と空気流路から圧縮空気を送りながら所定造成開始位置まで削孔した後、注入管頂部にある注入管スイベルを取り外して高圧流路内に鋼球を投入することによって削孔液流路を閉鎖し、噴射注入装置の噴射ノズルから高圧液と圧縮空気を同時に噴射して所定範囲を円柱状に固結造成するが、該噴射注入装置の空気流路に連通して複数の空気ノズルが具備され、同一の空気流路に連通する各空気ノズルから均等に圧縮空気を噴射する手段として、各空気ノズルに土粒子の進入を防止する逆止弁を取り付ける技術等で解決しているが、噴射注入装置の使用の頻度により逆止弁の材質が劣化する等の原因から注入管の脱着時に土粒子が空気ノズル内に進入して閉塞或い不均一化して圧縮空気を均等に噴射出来なくなる現象が発生し、この場合に一旦注入管を引き抜き鋼球を取り除き再度造成位置まで削孔挿入する必要があり施工性に問題があり、特に空気ノズルからの土粒子の進入を防止し常に均一で安定した圧縮空気の噴射を確保し、且つ注入管と噴射注入装置を引き抜き回収して鋼球を取り外す必要のない手段が緊急の課題であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、多重構造の注入管の先端には噴射注入装置が取り付けてあり、該噴射注入装置には高圧流路に連通する高圧ノズルと、該高圧ノズルを内包し空気流路に連通する空気ノズルの組み合わせからなる噴射ノズルを具備する噴射ノズル部と高圧液の加圧により作動する差圧弁部及び空気流路に連通する削孔液流路を備える削孔ビット部により構成される。
本発明による噴射注入装置を使用して削孔する場合にあっては、注入管の空気流路に削孔液を送液することによって、削孔液は噴射注入装置の噴射ノズル部にある空気ノズルと噴射ノズル部と差圧弁部を介して削孔ビット部の削孔液流路から吐出し、注入管を回転掘進することによって、所定造成開始位置まで噴射注入装置自体で削孔出来る。
また、本発明による噴射注入装置を使用して造成する場合にあっては、空気流路には圧縮空気を送り高圧流路を超高圧ポンプを駆動して高圧液としてセメント系固化材液を送液し高圧流路を加圧することによって、或いは空気流路には圧縮空気を送り高圧流路を超高圧ポンプを駆動して高圧液として清水を送液し高圧流路を加圧し、さらに注入材流路から注入材液としてセメント系固化材液を注入することによって、高圧流路の下端にある差圧弁が下降して空気流路と削孔液流路を遮断する結果、圧縮空気は空気ノズルから高圧液は高圧ノズルから噴射され、また注入材ノズルからはセメント系固化材液が注入され、注入管を所定の回転数と引き上げ時間により回転させながら引き上げ、所定の造成範囲を強固な円柱固結体に造成することが出来る。
以上、本発明の構成によれば、従来問題であった空気流路の閉塞を防止し圧縮空気を安定して供給できる他、高圧流路を減圧することによってスプリングにより差圧弁が上昇して削孔液流路を解放することが出来ることから、注入管を引き抜き噴射注入装置の鋼球を除去することなく随時容易にその位置で削孔、造成作業の切り替えが可能であり、特に大深度における施工性を大幅に改善し、効率的で経済性の高い高圧噴射撹拌杭工法が確実に実施出来ることを特徴とする。
【０００５】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による三重管式の噴射注入装置の管軸に沿って噴射ノズル６を含むＸ−Ｘ方向から見た断面図（ロ）と下方から見た平面図（ニ）、さらに噴射注入装置の管軸に沿って注入材ノズル９を含むＹ−Ｙ方向から見た断面図（イ）と下方から見た平面図（ハ）てある。
本噴射注入装置を三重構造の注入管の先端に取り付けて注入管頂部にある注入スイベルを介して空気流路２に削孔液を送液すると、削孔液は空気流路２に連通する空気ノズル４と空気流路２を通過して削孔ビット部１３にある削孔液流路８から吐出し、注入管を回転掘進して所定造成開始位置まで削孔することが出来る。
また、噴射注入装置には噴射ノズル６が２個具備されてあり、高圧ノズル５は高圧流路１に空気ノズル４は空気流路２にそれぞれ連通しており、圧縮空気を空気流路２に送気し、さらに高圧流路１から高圧液を送液して加圧すると、高圧流路１の下端にある差圧弁７が下方に移動して削孔ビット部１３にある削孔液流路８を閉鎖することによって、空気流路２と削孔液流路８の連通が遮断される結果、空気流路２に送気された圧縮空気は２個の空気ノズル４から均等に噴射され、高圧ノズル５から噴射される高圧液とともに地盤を切削することが出来、同時に注入材流路３から注入材液としてセメント系固化材液を送液して削孔ビット部１３にある注入材ノズル９から噴射注入しながら注入管を所定の回転数と引き上げ時間により回転させながら引き上げ、所定の造成範囲を強固な円柱固結体に造成することが出来る。さらに、高圧流路１の送液を停止すると差圧弁７がスプリングの反発力により上方に移動して削孔液流路８が解放されるので、随時任意の位置で注入管を引き抜くことなく再度削孔作業が出来ることを特徴としている。
図２は、本発明による二重管式の噴射注入装置の噴射ノズル６を含む管軸に沿って切断した断面図である。
本装置を二重構造の注入管の先端に取り付けて注入管頂部にある注入スイベルを介して空気流路２に削孔液を送液すると、削孔液は空気流路２に連通する空気ノズル４と空気流路２を通過して差圧弁部１２にある削孔液流路８から吐出し、注入管を回転掘進して所定造成開始位置まで削孔することが出来る。
また、二重管式の噴射注入装置には噴射ノズル６が２個具備されてあり、高圧ノズル５は高圧流路１に空気ノズル４は空気流路２にそれぞれ連通してあり、圧縮空気を空気流路２に送気し、さらに高圧流路１から高圧液を送液して加圧すると、高圧流路１の下端にある差圧弁７が下方に移動して差圧弁部１２にある削孔液流路８を閉鎖することによって、空気流路２と削孔液流路８の連通が遮断される結果、空気流路２に送気された圧縮空気は空気ノズル４から均等に噴射され、同時に高圧ノズル５から高圧液としてセメント系固化材液を噴射注入しながら注入管を所定の回転数と引き上げ時間により回転させながら引き上げ、所定の造成範囲を強固な円柱固結体に造成することが出来る。
さらに、高圧流路１の送液を停止すると差圧弁７がスプリングの反発力により上方に移動して削孔液流路８が解放されるので、随時任意の位置で注入管を引き抜くことなく再度削孔作業が出来ることを特徴としている。
【０００６】
【発明の効果】
本発明の効果は、公知の高圧噴射撹拌杭工法はいずれも地盤中で空気ノズルから圧縮空気を噴射して地下水圧を排除して高圧ノズルから噴射される高圧液の到達距離を延長し、概ね２ｍ程度の円柱固結体を造成する工法であり、その改良効果は空気ノズルから噴射する圧縮空気の性状に大きく影響され、一定の均等な噴射条件が連続して確保されることが必要である。
特に、同一の空気流路に複数の空気ノズルを具備する最新の技術にあっては圧縮空気を均等に噴射することが技術的課題であり、空気ノズルに種々の逆止弁を組み合わせて土粒子が空気ノズルから空気流路内に進入することを防止する手段をとっているが、大深度での地下水圧の増大と逆止弁自体の劣化等の原因からその効果が確実とはいえない。
また、公知の自穿孔式の噴射注入装置にあっては、削孔作業において注入管の内管である高圧流路から削孔液を送液し、空気流路からは適量の圧縮空気を送気する方法により所定造成開始位置まで削孔し、造成時には一旦注入スイベルを取り外し注入管の内管内に遮蔽物として鋼球を投入して削孔液流路を閉鎖する手段により造成する方法が用いられているが、注入管の脱着による造成中断時に空気流路が解放される結果、地下水圧の影響から土粒子が空気ノズルから空気流路内に進入し、圧縮空気の均等な噴射が出来なくなる等の問題があった。
本発明による噴射注入装置は、削孔時には空気流路には削孔液を送液し空気流路は常に削孔液により満たされている状態であり、且つ空気ノズルと削孔液流路はそれぞれの開口面積に比例して削孔液が分流吐出されるので、従来問題であった注入管の脱着時に地下水圧により土粒子が空気ノズルから空気流路内に進入し空気流路が閉塞する現象を防止することが出来、且つ空気流路は差圧弁部から削孔ビット部に連通している結果、空気流路内に進入した土粒子も削孔液を送液することにより空気ノズル或いは削孔液流路から削孔液とともに地盤中に吐出され、空気流路内に土粒子が残留することはない。
さらに、崩壊性の強い地盤或いは大深度での施工にあっては、スライムの排出経路の一部で崩壊閉塞の現象が発生する場合があり、空気流路あるいは空気ノズルの閉塞がなくても圧縮空気の吐出量は減少し所定の造成有効径の確保が困難となり、さらに地盤隆起などの発生により地下埋設物への影響が懸念されることから、従来は一旦注入管を引き抜き閉塞部位の原因物を除去するとともに噴射注入装置にある鋼球を取り除き再度注入管を削孔挿入しあらためて鋼球を投入する作業が必要で、造成の作業効率が低下する原因となっている。
このような場合にあっても、本発明による噴射注入装置では閉塞位置まで噴射注入装置を引き上げ、一旦高圧流路を減圧し空気流路から再度削孔液を送液する簡単な切り替え操作で削孔作業が出来ことから、注入管を脱着することなく随時任意の位置で削孔、造成の作業が切り替え実施できる。
以上、本発明の構成によれば、施工条件に影響されることなく効率的で経済性の高い高圧噴射撹拌杭工法を確実に実施することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の三重管に使用する噴射注入装置を示す断面図である。
【図２】本発明の二重管に使用する噴射注入装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　高圧流路　　　　　　　　　　　　２　　空気流路
３　　注入材流路　　　　　　　　　　　４　　空気ノズル
５　　高圧ノズル　　　　　　　　　　　６　　噴射ノズル
７　　差圧弁　　　　　　　　　　　　　８　　削孔液流路
９　　注入材ノズル　　　　　　　　　１０　　削孔ビット
１１　　噴射ノズル部　　　　　　　　　１２　　差圧弁部
１３　　削孔ビット部

Claims

複数の流路からなる多重管を注入管とし、該注入管の先端に取り付けて超高圧液と圧縮空気を噴射してセメント系固化材により強固な固結体を造成する高圧噴射撹拌杭工法用の噴射注入装置であって、前記噴射注入装置が噴射ノズル部と差圧弁部及び削孔ビット部からなり、噴射注入装置自体で地盤を掘進出来ることを特徴とする、高圧噴射撹拌杭工法に使用する自穿孔式噴射注入装置。
前記、注入管の先端に取り付けてある噴射注入装置には、二重管を注入管とする工法にあっては、高圧流路に連通する高圧ノズルと、該高圧ノズルを内包し空気流路に連通する空気ノズルの組み合わせからなる噴射ノズルが噴射ノズル部にあり、且つ空気流路は差圧弁部を介して削孔ビット部の削孔液流路に連通し、或いは三重管を注入管とする工法にあっては、高圧流路に連通する高圧ノズルと、該高圧ノズルを内包し空気流路に連通する空気ノズルの組み合わせからなる噴射ノズルが噴射ノズル部にあり、注入材流路は噴射ノズル部と差圧弁部を通過して削孔ビット部にある注入材ノズルに連通し、空気流路は差圧弁部を介して削孔ビット部の削孔液流路に連通してあり、空気流路から削孔液を送液することによって、削孔液は噴射ノズル部から差圧弁部を通過して、削孔ビット部にある削孔液流路から吐出し、注入管を回転掘進することによって噴射注入装置自体を使用して削孔出来ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に関する自穿孔式噴射注入装置。
前記、噴射注入装置の高圧流路の下端は、スプリングにより保持された差圧弁により閉鎖されており、超高圧ポンプを駆動して高圧流路を加圧することによって差圧弁が下降して削孔ビット部にある削孔液流路を閉鎖し、高圧液は高圧ノズルから噴射され、また超高圧ポンプを停止して高圧流路を減圧することによってスプリングの反発力により差圧弁が上昇して削孔ビット部にある削孔液流路が解放され、あらためて空気流路から削孔液を送液することによって削孔ビット部にある削孔液流路から吐出し、任意に削孔或いは注入作業が出来ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に関する自穿孔式噴射注入装置。